JP2012027082A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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秀樹 小杉
Yuji Ishikura
裕司 石倉
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山田  正明
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Abstract

【課題】現像効率が低下するのを抑制できる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】導電性基材とその上方に絶縁層を介して設けた第一の電極と第二の電極とからなる移動可能な現像剤担持体を有し、第一の電極及び第二の電極にそれぞれ位相の異なる電圧を印加することで、電極間で現像剤がクラウドする電界を形成しながら現像剤担持体の移動によって現像剤を現像領域まで搬送し、像担持体に形成された潜像を現像する現像装置において、前記現像剤担持体の導電性の基材は装置本体の筐体と電気的に絶縁されており、前記第一の電極と第二の電極に印加する電圧の波高値以内の電圧を導電性基材に印加する。
【選択図】図1

Description

本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機などの画像形成装置に用いられる現像装置、並びに、その現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
従来、トナー担持体の表面上でホッピングさせたトナーを現像に用いるクラウド現像方式を採用した画像形成装置が知られている。例えば、特許文献1に記載の画像形成装置は、周方向に所定のピッチで配設された複数の電極を具備する筒状のトナー担持体を有している。複数の電極のうち、偶数番目の配列位置にあるものに対しては、互いに同じA相の繰り返しパルス電圧を印加する一方で、奇数番目の配列位置にあるものに対しては、互いに同じA相とは異なるB相の繰り返しパルス電圧を印加する。これにより、互いに隣り合う2つの電極の間に交番電界を形成して、前記交番電界によってトナーに対して働く静電気力によりトナーを電極間でホッピングさせる。そして、ホッピングさせたトナーを、像担持体上の潜像に付着させることで現像を行う。
特許文献1には、トナー担持ローラの基材として絶縁体であるアクリル樹脂の円筒を使用し、その両側に軸穴を設けてステンレス製の電極軸を圧入して摺擦部材を接触させ、ローラ表面に形成した2種類の電極群に電圧を印加する現像装置が開示されている。ところが、トナー担持ローラの基材として樹脂製の円筒を用いた場合は、機械的な仕上がりである真直度やローラ径の精度が十分でないため、特に像担持体とトナー担持ローラとの隙間変動による画像濃度変動が生じることがある。
特許文献2に記載の現像装置では、ポリイミドフィルムの上に蒸着法によってCu、Al、Ni−Cr等を成膜し、フォトリソにより電極をパターンニングした後、絶縁性の表面保護層を成膜して仕上げたフィルム状電極部材を導電性基材である金属素管に巻きつけたトナー担持ローラが用いられている。このようにトナー担持ローラの基材として金属素管を用いることで、トナー担持ローラの真直度やローラ径などの機械的な精度を像担持体とトナー担持ローラとの隙間変動が抑制できる程度に維持することができ、前記隙間変動による画像濃度変動が生じるのを抑えることができる。
トナー担持ローラの基材として金属素管などの導電性材料を用いた場合には、トナー担持ローラの基材が筐体アースに接続された構造にするのが通常であるが、このようにトナー担持ローラの基材を筐体アースに接続すると、トナー担持ローラの隣り合う電極間で形成されるクラウド電界の形成効率において問題があることが判った。
例えば、マイナス極性に帯電したトナーを用いる場合に、トナー担持ローラの隣り合う電極にそれぞれ−200[V]と−600[V]の電圧を印加すると、通常、隣り合う電極間には−600[V]の電圧が印加された電極から−200[V]の電圧が印加された電極にトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成される。ところが、トナー担持ローラの基材が筐体アースに接続されることで隣り合う電極間にある基材の電位が0[V]であると、−600[V]の電圧が印加された電極から−200[V]の電圧が印加された電極にトナーが飛翔するようなクラウド電界よりも、−600[V]の電圧が印加された電極から−200[V]の電圧が印加された電極よりも電位がプラス側にある基材にトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成されやすくなる。そのため、隣り合う電極間に形成されるクラウド電界の形成効率が下がってしまう。さらに、電位が0[V]の基材から−200[V]の電圧が印加された電極や−600[V]の電圧が印加された電極に、マイナス極性に帯電したトナーが飛翔するような電界が形成されないので、基材上にトナーが留まってしまう。よって、トナー担持ローラ上でトナーを繰り返しホッピングさせ難くなり、トナー担持ローラから像担持体に供給されるトナーが低減するため、現像効率が低下してしまう。
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、現像効率が低下するのを抑制できる現像装置、並びに、その現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、導電性基材と該導電性基材上に絶縁層を介して設けた第一の電極と第二の電極とからなるトナー担持体と、前記トナー担持体の表面にトナーを供給するトナー供給手段と、前記第一の電極及び前記第二の電極にそれぞれ位相の異なる電圧を印加することで、前記第一の電極と前記第二の電極との間でトナーが飛翔するようなクラウド電界をトナー担持体の表面上に発生させるクラウド電界発生手段と、を有し、前記トナー担持体の表面に担持されているトナーを像担持体と対向する現像領域へ搬送して該像担持体上の潜像にトナーを付着させることによって該潜像を現像する現像装置において、前記導電性基材は装置本体の筐体と電気的に絶縁されており、前記第一の電極や第二の電極に印加する電圧の波高値以内の電圧を前記導電性基材に印加することを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の現像装置において、上記クラウド電界発生手段により上記第一の電極と上記第二の電極とに印加する電圧は直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスであり、前記クラウドパルスの平均直流電圧を上記導電性基材に印加することを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1の現像装置において、上記クラウド電界発生手段により上記第一の電極または上記第二の電極に印加する電圧と同じ電圧を上記導電性基材に印加することを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1、2または3の現像装置において、上記第一の電極及び上記第二の電極はトナー担持体表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が同一層に形成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1、2または3の現像装置において、上記第一の電極及び上記第二の電極はトナー担持体表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が絶縁層を介して異なる層に形成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1、2、3、4または5の現像装置において、上記第一の電極及び上記第二の電極に印加する直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスを発生する回路は、前記第一の電極と前記第二の電極とに印加するための2つのパルス発生回路と、前記パルス発生回路に供給するための電気的なグランドからフローティングされた第一の電源と、前記第一の電源の低電位側とグランドの間に設けた第二の電源からなり、上記導電性基材のバイアスを発生する回路が、前記第一の電極または前記第二の電極に印加するパルスの直流電圧を取り出す平滑回路と前記第二の電源電圧を重畳する回路とからなることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、像担持体上に形成された潜像に対して現像手段によって現像剤を供給することで潜像を現像して得られる画像を最終的に記録材上に転移させて画像を形成する画像形成装置において、前記現像手段として請求項1、2、3、4、5または6の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、像担持体と像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像手段とを1つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段として請求項1、2、3、4、5または6の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、像担持体と像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像手段とを1つのユニットとして共通の保持体に保持させて装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジを備える画像形成装置において、前記プロセスカートリッジとして請求項8のプロセスカートリッジを複数備えることを特徴とするものである。
本発明においては、トナー担持体の導電性の基材を装置本体の筐体と電気的に絶縁するとともに、第一の電極や第二の電極に印加する電圧の波高値以内の電圧を導電性基材に印加するので、導電性基材の電位が第一の電極や第二の電極に印加する電圧の電位よりも絶対値で大きくなるのを抑制できる。これにより、第一の電極や第二の電極から導電性基材にトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成されるのを抑制することができ、その分、第一の電極と第二の電極との間でトナーが飛翔するような第一の電極と第二の電極間に形成されるクラウド電界の形成効率が上がる。よって、トナー担持体表面上のトナーをクラウド化する効率が上がり、トナー担持体から像担持体に供給されるトナーが低減するを抑えられ、現像効率が低下するのを抑制することができる。
以上、本発明によれば、現像効率が低下するのを抑制できるという優れた効果がある。
(a)ローラ基材バイアス電圧−400[V]、クラウドパルスのピーク間電圧400[Vpp]、クラウドパルス−200[V]〜−600[V]の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。(b)ローラ基材バイアス電圧−400[V]、クラウドパルスのピーク間電圧500[Vpp]、クラウドパルス−150[V]〜−650[V]の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。(c)ローラ基材バイアス電圧−400[V]、クラウドパルスのピーク間電圧600[Vpp]、クラウドパルス−100[V]〜−700[V]の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。 実施形態に係る複写機を示す概略構成図。 実施形態に係る複写機における感光体と現像装置とを示す概略構成図。 (a)トナー担持ローラを展開した状態で示す模式的平面図。(b)トナー担持ローラの模式的断面図。 A相用電極及びB相用電極にそれぞれ印加するA相用電圧とB相用電圧の一例を示す図。 (a)トナー担持ローラを展開した状態で示す模式的平面図。(b)トナー担持ローラの模式的断面図。 クラウドパルス発生回路の概略構成図。 マイナス帯電トナー使用時のクラウドパルス発生回路の概略構成図。 プラス帯電トナー使用時のクラウドパルス発生回路の概略構成図。 図7における電源31を出力レベル可変のDC電源の構成とし、クラウドパルスの波高値を制御する例を示した図。 クラウドパルス発生回路の具体的な回路図。 本実施形態の複写機で行われる制御の一例を示したフローチャート。 クラウドパルスの波高値であるピーク間電圧の値を400[Vpp](クラウドパルス−200[V]〜−600[V])、500[Vpp](−150[V]〜−650[V])、600[Vpp](−100[V]〜−700[V])に変化させた場合の波形図。 (a)ローラ基材の電位0[V]、クラウドパルスのピーク間電圧400[Vpp]、クラウドパルス−200[V]〜−600[V]の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。(b)ローラ基材の電位0[V]、クラウドパルスのピーク間電圧500[Vpp]、クラウドパルス−150[V]〜−650[V]の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。(c)ローラ基材の電位0[V]、クラウドパルスのピーク間電圧600[Vpp]、クラウドパルス−100[V]〜−700[V]の場合のトナー担持ローラと感光体との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図。 図14(a)、図14(b)、図14(c)それぞれに対応した現像Gap内のY方向位置の電界強度を示したグラフ。 図1(a)、図1(b)、図1(c)それぞれに対応した現像Gap内のY方向位置の電界強度を示したグラフ。 A相用電極、B相用電極及び基材への給電構成の一例を示す模式図。 A相用電極、B相用電極及び基材への給電構成の他例を示す模式図。 クラウドパルスのA相またはB相のパルス電圧を平滑化する場合の回路図。
以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置である複写機について適用した実施形態について説明する。
図2は、実施形態に係る複写機を示す概略構成図である。同図において、像担持体としてのドラム状の感光体49は、図中時計回り方向に回転駆動される。操作者がコンタクトガラス90に図示しない原稿を装置し、図示しないプリントスタートスイッチを押すと、原稿照明光源91及びミラー92を具備する第1走査光学系93と、ミラー94,95を具備する第2走査光学系96とが移動して、原稿画像の読み取りが行われる。走査された原稿画像がレンズ97の後方に配設された画像読み取り素子98で画像信号として読み込まれ、読み込まれた画像信号はデジタル化された後に画像処理される。そして、画像処理後の信号でレーザーダイオード(LD)が駆動され、このレーザーダイオードからのレーザー光がポリゴンミラー99で反射した後、ミラー80を介して感光体49を走査する。
この走査に先立って、感光体49は帯電装置50によって一様に帯電され、レーザー光よる走査により感光体49の表面に静電潜像が形成される。
感光体49の表面に形成された静電潜像には現像装置1の現像処理によってトナーが付着し、これによりトナー像が形成される。このトナー像は、感光体49の回転に伴って、転写チャージャー60との対向位置である転写位置に搬送される。この転写位置に対しては、感光体49上のトナー像と同期するように、第1給紙コロ70aを具備する第1給紙部70、又は第2給紙コロ71aを具備する第2給紙部71から記録紙Pが送り込まれる。そして、感光体49上のトナー像は、転写チャージャー60のコロナ放電によって記録紙P上に転写される。
このようにしてトナー像が転写された記録紙Pは、分離チャージャー61のコロナ放電によって感光体表面から分離され、その後、搬送ベルト75によって定着装置76に向けて搬送される。そして、定着装置76内において、図示しないハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ76aと、これに向けて押圧される加圧ローラ76bとの当接による定着ニップに挟み込まれる。その後、定着ニップ内での加圧や加熱によってトナー像が表面に定着せしめられた後、機外の排紙トレイ77に向けて排紙される。
上述の転写位置を通過した感光体表面に付着している転写残トナーは、クリーニング装置45によって感光体表面から除去される。このようにしてクリーニング処理が施された感光体表面は、除電ランプ44によって除電されて次の潜像形成に備えられる。
また、現像装置1と、少なくとも感光体49、帯電装置50及びクリーニング装置45とを、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジとして一体でユニット化している。これにより、現像装置1などのメンテナンス性を向上させることが可能となる。
図3は、実施形態に係る複写機における感光体49と現像装置1とを示す概略構成図である。同図において、ドラム状の感光体49は、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される。そして、この感光体49の図中右側方には、現像剤担持体であるトナー担持ローラ101を有する現像装置1が配設されている。
現像装置1は、トナー担持ローラ101の他、トナー供給ローラ18やトナー摩擦ブレード22を有している。表面がスポンジからなるトナー供給ローラ18は、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動されながら、現像装置1内に収容されているトナーをローラ表面に担持する。同図では、トナー供給ローラ18の回転方向として、トナー担持ローラ101との対向部で表面をトナー担持ローラ101とは逆方向に移動させる方向に設定した例を示した。これとは逆に、前記対向部で表面をトナー担持ローラ101と同じ方向に移動させる方向に設定してもよい。
トナー供給ローラ18の金属からなる回転軸部材には、供給バイアス電源24によって供給バイアスが印加される。一方、トナー担持ローラ101には、後述するA相用電極やB相電極が複数形成されており、それら電極にはクラウドパルス発生回路30によって繰り返しのパルス電圧が印加される。これらパルス電圧の平均値は、前述した供給バイアスよりも、トナーの帯電極性とは逆極性側に大きな値になっている。これにより、トナー供給ローラ18とトナー担持ローラ101との間には、トナーを前者から後者に静電移動させる電界が形成される。
トナー供給ローラ18の表面に担持されたトナーは、トナー供給ローラ18とトナー担持ローラ101との当接部において、トナー供給ローラ18からトナー担持ローラ101に供給される。このときの供給量については、供給バイアスの大きさによって調整することが可能である。なお、供給バイアスは、直流電圧であっても、交流電圧であっても、直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスであってもよい。
トナー担持ローラ101の表面上に供給されたトナーは、後述する理由により、トナー担持ローラ101の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ101の図中反時計回り方向の回転に伴って周回移動する。トナー担持ローラ101の表面において、トナー供給ローラ18との当接部を通過してから、感光体49に対向する現像領域に進入する前の箇所には、片持ち支持されるトナー摩擦ブレード22の自由端側が当接している。トナー担持ローラ101の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ101の回転に伴って全体的に図中反時計回り方向に移動するトナーは、トナー担持ローラ101とトナー摩擦ブレード22との間に進入すると、トナー担持ローラ101の表面やトナー摩擦ブレード22の表面に擦り付けられる。これにより、摩擦帯電が促される。その後、トナー担持ローラ101の回転に伴ってトナー担持ローラ101とトナー摩擦ブレード22との当接部を抜けると、再びトナー担持ローラ101の表面上でトナーがホッピングしながら、現像領域へと搬送される。
トナー担持ローラ101は、現像装置1のケーシング11に設けられた開口から外周面の一部を露出させている。この露出箇所は、感光体49に対して数十〜数百[μm]の間隙を介して対向している。このようにトナー担持ローラ101と感光体49とが対向している位置が、本複写機における現像領域となっている。トナー担持ローラ101の表面上でホッピングしながら現像領域まで搬送されたトナーは、トナー担持ローラ101と感光体49上の静電潜像との間の現像電界によって、感光体表面上の静電潜像部分に付着し、これにより現像が行われる。現像に寄与しなかったトナーは、ホッピングしながらトナー担持ローラ101の回転によってさらに搬送されて、繰り返し利用される。
なお、トナー摩擦ブレード22をトナー担持ローラ101の代わりにトナー供給ローラ18に当接させて、トナー供給ローラ18の表面上でトナー摩擦ブレード22によるトナー摩擦帯電を促すようにしてもよい。
次に、トナー担持ローラ101の一例について図4を参照して説明する。なお、図4(a)はトナー担持ローラ101を展開した状態で示す模式的平面図であり、図4(b)はトナー担持ローラ101の模式的断面図である。
この例は、トナー担持体表面に複数の電極を設け、1本おきの2組を共通にした2相用電極を備え、180[°]位相の異なる2相パルス(図5参照)を印加して、隣接電極同士で吸引と反発を繰り返す2相電界を形成するトナー担持体の例である。
このトナー担持ローラ101は、ローラのベース材である導電性の基材101A、その上に絶縁層101B、そして表面上に複数の電極111としてA相用電極111Aと、B相用電極111Bとを同時に設け、最表面に絶縁性の表面保護層101Cを設けたものである。櫛歯状のA相用電極111A,B相用電極111Bは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設け、両サイドには共通のバスライン111Aa,111Baで外部の図示しない2相パルス出力回路にそれぞれ接続されている。
A相用電極111A、B相用電極111Bに印加するパルス電圧は、周波数が0.3[kHz]〜2[kHz]、DC電圧をバイアスに含むパルス電圧であるが、その波高値は300[V]〜600[V]等、電極幅、電極間隔に応じたパルス電圧を印加する。この2相電界の場合は、隣接するA相用電極111AとB相用電極111Bとの間で生じる電界の電界方向の切り替わりに応じてトナーの反発飛翔と吸引飛翔とを繰り返し、トナーは相互の電極間を往復移動する。
次に、A相用電極111A及びB相用電極111Bに印加する電圧について説明する。 トナー担持ローラ101上のA相用電極111A及びB相用電極111Bには、クラウドパルス発生回路30からA相用電圧及びB相電圧が印加される。クラウドパルス発生回路30が印加するA相用電圧及びB相電圧は、矩形波が最も適している。また、本複写機では、クラウド用電極を形成するための電極がA相用電極111A及びB相用電極111Bの2相構成であり、A相用電極111A、B相用電極111Bには互いに位相差πをもった電圧がそれぞれ印加される。
図5は、A相用電極111A及びB相用電極111Bにそれぞれ印加するA相用電圧とB相用電圧の一例を示す図である。本複写機において、各電圧は矩形波であり、A相用電極111AとB相用電極111Bにそれぞれ印加されるA相用電圧とB相用電圧とは、互いに位相がπだけずれた同じ大きさ(ピークトゥピーク電圧Vpp)の電圧である。
よって、A相用電極111AとB相用電極111Bとの間には、常にVppだけの電位差が生じる。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界のうち表面保護層101Cの外側に形成されるクラウド用電界によって表面保護層101C上をトナーがホッピングする。
このように、トナー担持ローラ表面のトナーを飛翔させてクラウド化する手段が、トナー担持ローラ表面にトナーの搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極を有し、各電極に印加する電圧は隣接電極相互の間でトナーを吸引する方向と反発する方向とを交互に繰り返す関係の電圧を印加し、トナー担持ローラ101が回転移動することでトナーの搬送とクラウド化を行う構成とすることで、トナー担持ローラ表面のトナーの搬送に関して、トナーの帯電品質に左右されない安定なトナーの搬送が可能となり、装置全体としても信頼性の高い複写機を実現できる。
次に、本実施形態に係る現像装置に用いられるトナー担持ローラ201の他の例について図6を用いて説明する。なお、図6(a)はトナー担持ローラ201を展開した状態で示す模式的平面図、図6(b)はトナー担持ローラ201の模式的断面図である。
この例は、トナー担持ローラ表面にそれぞれ複数のA相用電極とB相用電極を別々の層に設け、その電極間に180[°]位相の異なる2相パルス(前記と同じ図5参照)を印加して、電極相互の電界で吸引と反発とを繰り返すトナー担持ローラの例である。
本実施形態のトナー担持ローラ201は、中空状の導電性基材である金属スリーブ201Aで構成されており、その上層に絶縁層201B、その表面にB相用電極としての下層電極211Bを形成し、さらに絶縁層201Cを介してA相用電極としての上層電極211Aを形成して、最表面に絶縁性の表面保護層201Dを設けたものである。
金属スリーブ201Aはアルミニウム、鉄材等の導電性材料を円筒状に成型した金属ローラである。金属スリーブ201Aの表面に設けた絶縁層201B、および絶縁層201Cは、ポリカーボネートやアルキッドメラミン等で形成されている。その製造はスプレー法やディップ法等によって金属スリーブ201Aの表面に均一な膜厚で形成することができる。
また、本複写機において上層電極211A及び下層電極211Bは、アルミニウムや銅などの金属で形成されている。その製造方法は種々の方法が適用できる。例えば、各絶縁層の上にメッキや蒸着によって金属膜を形成し、フォトレジスト・エッチングによって電極を形成するという方法が適用できる。また、インクジェット方式やスクリーン印刷によって導電ペーストを各絶縁層の上に付着させて櫛歯状の電極を形成するという方法が適用できる。
上層電極211Aの外周面側を覆っている最表面の表面保護層201Dの材料として、シリコーン、ナイロン(登録商標)、ウレタン、アルキッドメラミン、ポリカーボネート等が使用される。表面保護層201Dは、前記と同様にスプレー法やディッピング法等によって形成することができる。
このように、トナー担持ローラ表面にそれぞれ複数のA相用電極としての上層電極211AとB相用電極としての下層電極211Bとを別々の層に設けた構成においては、多数の電極パタンを形成する製造工程で多少のパタン不良があって電極間隔が狭い領域、またはショート状態のパタンがあったとしても、上層電極211Aと下層電極211Bとの間に絶縁層201Cを形成しているため、上層電極211Aと下層電極211Bとの間に電気的なリークは発生しないため、高信頼性化が可能である。
本実施形態では、下層電極211Bと上層電極211Aとの間で形成される電界が、最表面の表面保護層201Dの外側に形成されることで、トナー担持ローラ201上のトナーをホッピングさせ、これによりトナーをトナー担持ローラ表面上でクラウド化させる。このとき、トナー担持ローラ201上のトナーは、下層電極211B及び上層電極211Aに対向した表層部分で飛翔しながら往復移動するように、ホッピングすることになる。
トナー担持ローラ201の下層電極211Bと上層電極211Aとに印加する電圧は、図5と同様にクラウドパルス発生回路30から印加される。本実施形態では、下層電極211Bと上層電極211Aとも絶縁層を介してトナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設けられており、トナー担持ローラ軸方向両サイドに設けられた共通のバスライン211Aaやバスライン211Baで外部の図示しない2相パルス出力回路にそれぞれ接続されている。
クラウドパルス発生回路30が印加する電圧は、矩形波が最も適している。また、本複写機では、クラウド用電極を形成するための下層電極211Bと上層電極211Aとはそれぞれ等間隔に配置されており、2相構成で互いに位相差πをもった電圧が印加される。
図7は、クラウドパルス発生回路30の構成を示す。電源31は、クラウドパルス出力用で、電源回路の一次、二次が分離型、つまり2次側はGNDに対してフローティングとなっている。電源32は、マイナスDCバイアス用で1次、2次とも共通GNDに接続されている構成である。また、クラウドパルス発生回路は、A相パルスを発生するA相パルス発生回路33と、B相パルスを発生するB相パルス発生回路34と、からなる2相パルス出力回路37を有している。
例えば、電源31の出力が500[V]とすると、High側がA相パルス発生回路33及びB相パルス発生回路34の上側、Low側がA相パルス発生回路33及びB相パルス発生回路34の下側に接続、同時にLow側は電源32のマイナスHigh側に接続されている。電源32は、マイナス帯電トナーを利用する場合の現像バイアスは潜像電位に対してマイナス電位であるから、ここでは例えば−650[V]とすると、電源31のLow側は−650[V]の電位となる。従って、電源31の電圧500[V]が供給された各パルス発生回路で生成されるパルス波形は、波高値−650[V]〜−150[V]のクラウドパルスを発生することになる(図8参照)。
ここで、電源32を出力レベル可変のDC電源とし、感光体49上に現像したテストパタンの画像濃度を画像濃度検知センサー65で検知して、その濃度基準レベルに対する判定を画像濃度制御回路66で行ない、画像濃度が低い場合は画像濃度制御回路66によって電源32のDC出力レベルをマイナス側に高くして潜像電位に対する現像バイアスを強くする制御を行ない、画像濃度を一定にする制御を行う。また、画像濃度が基準より高い場合は画像濃度制御回路66によって電源32のDC出力レベルをマイナス側よりに低くして潜像電位に対する現像バイアスを弱くする制御を行ない、画像濃度を一定にする制御を行う。
図9は、プラス帯電トナーを使用する場合のクラウドパルス発生回路30の構成を示す。電源31は、クラウドパルス出力用で、電源回路の一次、二次が分離型、つまり2次側はGNDに対してフローティングとなっている。電源32は、プラスDCバイアス用で1次、2次とも共通GNDに接続されている構成である。
ここで、例えば電源31の出力が500[V]とすると、High側がA相パルス発生回路33及びB相パルス発生回路34の上側、Low側がA相パルス発生回路33及びB相パルス発生回路34の下側に接続、同時にLow側は電源32のマイナスHigh側に接続されている。電源32は、プラス帯電トナーを利用する場合の現像バイアスは潜像電位に対してプラス電位であるから、ここでは例えば150[V]とすると、電源31のLow側は150[V]の電位となる。従って、電源31の電圧500[V]が供給された各パルス発生回路で生成されるパルス波形は、波高値650[V]〜150[V]のクラウドパルスを発生することになる。
次に、図10は図7における電源31を出力レベル可変のDC電源の構成とし、クラウドパルスの波高値を制御する例を示したものである。電源31の出力を可変して、そのレベルに応じたクラウドパルス出力が可能であるが、電源32の出力が固定であればクラウドパルスの低電位側は固定のままは高値のみを可変できる。例えば、環境湿度が高い条件ではトナー搬送手段表面でのトナーの付着力が大きくなり、トナーのクラウド量低下によって現像効率が悪くなる。これを電源32の出力レベルの可変による現像バイアスのみによって制御すると、現像バイアスと感光体の地肌電位との差が小さくなり地肌汚れが発生したり、地肌汚れの余裕度が低下したりする。したがって、湿度センサー40の検知結果に基づいて環境湿度が高い場合には、クラウドパルス制御回路67によって電源31の出力レベルを上げてクラウドパルスの波高値を高くし、トナーのクラウド量低下を補正する制御を行うことで、トナー劣化やトナー帯電量変動などに対する画像濃度制御が容易となり、高画質、高信頼性の現像が可能となる。
図11は、クラウドパルス発生回路30の具体的な回路例を示したものである。このクラウドパルス発生回路30では、A相パルス発生回路33に対してDC出力の電源31端子の間にシリーズに接続した2個のスイッチング素子としてMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect−Transistor)からなるスイッチング素子Q1,Q2および電流規制抵抗R1,R2を設け、B相パルス発生回路34に対して同様に接続した2個のスイッチング素子であるMOSFETからなるスイッチング素子Q3,Q4および電流規制抵抗R3,R4を設け、トナー担持ローラ101の一方の電極群を2個のスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との間、ここでは電流規制抵抗R1と電流規制抵抗R2との間に接続し、他方の電極群を残り2個のスイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との間、ここでは電流規制抵抗R3と電流規制抵抗R4との間に接続した、電極負荷(電極負荷容量)36を有するブリッジ構成とし、正相(本実施形態ではA相パルス)のクラウドパルスを印加する場合はスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q4とをONにし、逆相(本実施形態ではB相パルス)のクラウドパルスを印加する場合はスイッチング素子Q2とスイッチングQ3とをONする構成である。これによって、トナー担持ローラ表面のトナーは2つの電極群の間で飛翔を繰り返してクラウド状態となる。
なお、本実施形態では、MOSFETを駆動するためのドライブ回路は15[V]の低圧パルスを生成した後、スイッチング素子Q1のゲート信号はC1,D1,R5からなるクランプ回路35によって15[V]パルスのHigh側は電源31のHighレベルにクランプされる。具体的には、電源31が500[V]、電源32が−650[V]の場合は、スイッチング素子Q1のゲート信号は−150[V]〜−135[V]のパルスとなり、Low期間にスイッチング素子Q1はONすることになる。
また、スイッチング素子Q2のゲート信号はコンデンサーC2,ダイオードD2,電流規制抵抗R6からなるクランプ回路35によって15[V]パルスのLow側は電源31のLowレベルにクランプされる。具体的には、電源31が500[V]、電源32が−650[V]の場合は、スイッチング素子Q2のゲート信号は−650[V]〜−635[V]のパルスとなり、High期間にスイッチング素子Q2はONすることになる。
同様に、逆相であるB相パルス側も180[°]位相が遅れたタイミングで、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とが動作する。
ここで、環境湿度が高くなると、トナーの液架橋力が大きくなってトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が大きくなったり、トナーの帯電効率が下がるためトナーの帯電量が低下しトナーに対して働く前記電界による静電気力が小さくなったりする。また、トナーが劣化して外添剤の埋没や離脱によりトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が大きくなる。そのため、トナー担持ローラ上でトナーがホッピングし難くなり、感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなる。
よって、これらの付着力に打ち勝ってトナーをトナー担持ローラ表面上で良好にホッピングさせるだけの電界をつくり出すために、クラウドパルスの波高値を大きくする制御を行う。
図12は、本実施形態の複写機で行われる制御の一例を示したフローチャートである。例えば、現像装置1内に設けられた湿度センサー40(図3を参照)により湿度を検知し(S1)、その検知した湿度が予め設定された標準時の湿度範囲よりも高いと検知された場合(S2でYes)には複写機本体または現像装置1に設けられCPUやメモリーなどからなる制御部で高湿度環境であると判断し(S3)、その制御部からの制御信号によって電源31から出力電圧のパルス波高値を標準時の500[V]から600[V]へと大きくする(S4)。また、このときの電源32のDCバイアス電圧は標準時と同じ−650[V]とすると、パルス発生回路から電極に出力される出力パルスの波高値は−650[V]〜−50[V]、平均電位は−350[V]となる。このように、標準時よりも湿度が高くなった際に、クラウドパルスの波高値を大きくする制御を行ない、トナー担持ローラ101の隣接電極間に発生させる電界の強度を強くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が大きくなる。よって、前記付着力に打ち勝ってトナーをトナー担持ローラ表面上でホッピングさせるだけの電界がつくり出され、トナー担持ローラ101上でトナーがホッピングし易くなり、感光体表面の潜像部に付着するトナーが少なくなって画像濃度が低くなることを抑制することができる。
一方、環境湿度が低くなると、トナーの液架橋力が小さくなってトナーとトナー担持ローラ表面との間で作用する付着力が小さくなったり、トナーの帯電効率が上がるためトナーの帯電量が上昇しトナーに対して働く前記電界による静電気力が大きくなったりする。
そのため、トナー担持ローラ101上でトナーが勢い良く高くホッピングし過ぎて、トナー担持ローラ101の上空に形成されるトナーのクラウド高さが高くなり過ぎ、地汚れ余裕度が小さくなる。つまり、感光体表面上の静電潜像が形成されていない非画像部(地肌領域)にトナーが付着して画像に地汚れが生ずる虞がある。よって、トナーのクラウド高さが高くなり過ぎないようにクラウドパルスの波高値を低くする制御を行う。
例えば、現像装置1内に設けられた湿度センサー40により環境湿度が予め設定された標準時の湿度範囲よりも低いと検知された場合(S5でYes)、前記制御部で低湿度環境であると判断し(S6)、その制御部からの制御信号によって電源31から出力される電圧のパルス波高値を標準時の500[V]から400[V]へと小さくする(S7)。また、このときの電源32のDCバイアス電圧は標準時と同じ−650[V]とすると、パルス発生回路から電極に出力される出力パルスの波高値は−650[V]〜−250[V]、平均電位は−450[V]となる。このように、標準時よりも湿度が低くなった際に、クラウドパルスの波高値を小さくする制御を行ない、トナー担持ローラ101の隣接電極間に発生させる電界の強度を弱くすることで、その分、トナーに対して働く前記電界による静電気力が小さくなる。よって、トナー担持ローラ表面からトナーが高くホッピングし過ぎて、トナーのクラウド高さが高くなり過ぎ、感光体表面上の静電潜像が形成されていない非画像部(地肌領域)にトナーが付着して画像に地汚れが生ずることを抑制することができる。
また、現像装置1内に設けられた湿度センサー40により環境湿度が、予め設定された標準時の湿度範囲よりも高くなく(S2でNo)、且つ、標準時の湿度範囲よりも低くない(S5でNo)場合には、前記制御部により標準湿度環境であると判断し、一連の制御を終了する。
次に、本発明の実施例としてクラウドパルスの波高値を3水準に変えたときの例を記載する。
図13は、クラウドパルスの波高値であるピーク間電圧の値が400[Vpp](クラウドパルス−200[V]〜−600[V])、500[Vpp](−150[V]〜−650[V])、600[Vpp](−100[V]〜−700[V])に変化させた場合の波形図である。なお、クラウドパルスの平均値(−400[V])を一定としている。
先ず図14は、図4に示したトナー担持ローラ101におけるベース材である導電性の基材101Aを筐体GNDに接続した場合のシミュレーション結果である。
図14(a)は、クラウドパルスのピーク間電圧400[Vpp]、クラウドパルス−200[V]〜−600[V]の場合のトナー担持ローラ101と感光体49との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。図14(b)は、クラウドパルスのピーク間電圧500[Vpp]、クラウドパルス−150[V]〜−650[V]の場合のトナー担持ローラ201と感光体49との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。図14(c)は、クラウドパルスのピーク間電圧600[Vpp]、クラウドパルス−100[V]〜−700[V]の場合のトナー担持ローラ201と感光体49との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果からプロットした図である。
この例では、トナー担持ローラ101のベース材である導電性の基材101Aと、その上の絶縁層101Bの厚さ16[μm]、そして表面上の複数の電極であるA相用電極111AおよびB相用電極111Bの厚さ10[μm]、最表面に設けた絶縁性の表面保護層101Cの厚さは電極より上に10[μm]としている。なお、絶縁層101Bや表面保護層101Cの比誘電率はいずれもεr=3である。
電極の幅や隣り合う電極間の間隔はA相用電極111A及びB相用電極111Bともに、幅100[μm]、間隔100[μm]としている。また、感光体49の潜像部の電位は−70[V]、感光体49の潜像が存在しない地肌部電位は−600[V]としている。図14(a)、図14(b)、図14(c)において、上端がトナー担持ローラ101の表面側、下端が感光体表面側であり、トナー担持ローラ表面と感光体表面との間隔である現像Gapは0.3[mm]、潜像部の幅は中央部に0.2[mm]としている。
このシミュレーション結果において、電気力線はトナー担持ローラ101の最表面から上方20[μm]位置を横切る電気力線をプロットした結果であり、トナー担持ローラ表面から上方20[μm]の位置を横切らないその他の電気力線は図示を省略している。A相用電極111AとB相用電極111Bのうち低電位のクラウドパルスが印加されている電極、すなわち図14(a)の例では−600[V]、図14(b)の例では−650[V]、図14(c)の例では−700[V]が印加されている電極と、GND電位(0[V])の基材101Aとの間に多くの電気力線が形成されている。そのため、A相用電極111AとB相用電極111Bとの間に形成されるクラウド電界の形成効率が下がってしまうので、トナー担持ローラ表面近傍でA相用電極111AとB相用電極111Bとの間に形成される電気力線は少ない。さらに、基材101AからA相用電極111AやB相用電極111Bに、マイナス極性に帯電したトナーが飛翔するような電界が形成されないので、基材101A上にトナーが留まってしまい、トナー担持ローラ101上でトナーを繰り返しホッピングさせ難くなる。
また、感光体表面の潜像部の電位−70[V]よりも基材101Aの電位のほうがプラス側に大きいので、A相用電極111AとB相用電極111Bとのうち低電位のクラウドパルスが印加された電極から、潜像部よりも基材101Aのほうにマイナス極性に帯電したトナーを飛翔させるような電界が形成されやすくなる。その結果、A相用電極111AとB相用電極111Bとのうち低電位のクラウドパルスが印加されている電極と感光体表面の潜像部との間に形成される電気力線が少なくなり領域幅も狭くなる。
そのため、トナー担持ローラ表面側から感光体表面の潜像部に飛翔して現像に寄与するトナーが少なくなり、現像効率が非常に悪くなってしまう。
図15は、図14(a)、図14(b)、図14(c)における現像Gap内に形成されている現像電界のY方向の電界強度をプロットした図である。
次に図1は、図4に示したトナー担持ローラ101におけるベース材である導電性の基材101Aを筐体GNDから切り離し、クラウドパルスの平均電位のバイアスを基材101Aに印加した場合のシミュレーション結果である。
具体的には、図1(a)はクラウドパルスのピーク間電圧400[Vpp]、クラウドパルス−200[V]〜−600[V]の場合のトナー担持ローラ201と感光体49との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果である。図1(b)はクラウドパルスのピーク間電圧500[Vpp]、クラウドパルス−150[V]〜−650[V]の場合のトナー担持ローラ201と感光体49との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果である。図1(c)はクラウドパルスのピーク間電圧600[Vpp]、クラウドパルス−100[V]〜−700[V]の場合のトナー担持ローラ201と感光体49との間の電界強度に応じて形成される電気力線をシミュレーション結果である。
ここでは、基材101Aに印加するのはクラウドパルスの平均電位のバイアスであるから、図13の例ではいずれも−400[V]一定である。その他の条件は図14の実施例と全て同じである。
このシミュレーション結果において、トナー担持ローラ表面近傍では、A相用電極111AやB相用電極111Bと基材101Aとの間に電気力線が形成されていない。これは、基材101Aの電位が−400[V]であるため、低電位のクラウドパルスが印加された電極から基材101Aよりも高電位のクラウドパルスが印加された電極に、マイナス極性に帯電したトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成されやすくなるためである。また、基材101Aの電位−400[V]よりも感光体表面の潜像部の電位−70[V]のほうがプラス側に大きいので、A相用電極111AとB相用電極111Bとのうち低電位のクラウドパルスが印加された電極から、基材101Aよりも潜像部のほうにマイナス極性に帯電したトナーを飛翔させるような電界が形成されやすくなる。そのため、A相用電極111AとB相用電極111Bとの間や、A相用電極111AとB相用電極111Bとのうちの低電位のクラウドパルスが印加されているほうの電極と感光体表面の潜像部との間に、全ての電気力線が形成されている。特に、A相用電極111AとB相用電極111Bとのうちの低電位のクラウドパルスが印加されている電極と感光体表面の潜像部との間に形成されている電気力線で、図1(a)、図1(b)、図1(c)のいずれの場合も電極表面の電気力線の領域幅が広い。よって、トナー担持ローラ表面側から感光体表面の潜像部に飛翔して現像に寄与するトナーが多く、現像効率が非常に良くなる。
図16は、図1(a)、図1(b)、図1(c)における現像Gap内に形成されている現像電界のY方向の電界強度をプロットした図である。トナー担持ローラ表面からY方向に0.1[mm]高い位置から感光体49に至る領域の電界強度は、図15と比較して図16の方が強い。すなわち、導電性の基材101Aにはクラウドパルスの平均電位に近い電位をバイアスとして印加した方が現像効率は良いことになる。
実際に、本願発明者らが行った図14及び図1に対応した条件で出力した画像評価の結果において、クラウドパルスの平均電位は−400[V]一定として各クラウドパルスのピーク間電圧400[Vpp](クラウドパルス−200[V]〜−600[V])、ピーク間電圧500[Vpp](クラウドパルス−150[V]〜−650[V])、ピーク間電圧600[Vpp](クラウドパルス−100[V]〜−700[V])相互を比較した場合、いずれの場合も基材101Aに印加するバイアスであるローラ基材バイアス電圧が0[V]のときよりもクラウドパルスの平均電位−400[V]のときのほうが、画像濃度は高い結果となった。なお、ここでは基材101Aにローラ基材バイアス電圧を印加する電源として、電源31や電源32とは異なる第三の固定直流電源を用い、その固定直流電源から基材101Aにクラウドパルスの平均電位に近い電位のバイアスを供給する構成である。
また、基材101Aに印加するローラ基材バイアス電圧としては高精度を必要としないため、クラウドパルスのA相パルス電圧またはB相パルス電圧を平滑化することで平均的な直流バイアスを得ることができる。その際の回路構成の一例を図19に示す。ここで、クラウドパルス発生回路30は図8と同様に平均電位−400[V]、パルス波高値500[V]の例であり、電源31でパルス波高値を生成し電源32で直流成分を重畳する構成である。このクラウドパルスの出力端(図11の電流規制抵抗R1と電流規制抵抗R2の接続点、または電流規制抵抗R3と電流規制抵抗R4の接続点)をダイオードD21、コンデンサーC21、放電抵抗R21からなる平滑化回路であるローラ基材バイアス電源回路38に接続することで、平均的な直流電圧が容易に得られる。図19の回路構成であれば、平滑化された電圧は電源32の直流成分が重畳されるため、クラウドパルス波高値−650[V]〜−150[V]範囲でローラ基材バイアス電圧が出力可能となる。そのレベル設定はコンデンサーC21、放電抵抗R21の定数により決定できる。
さらに、このローラ基材バイアス電源回路38を設けることなく、クラウドパルスのA相パルス電圧またはB相パルス電圧をそのまま基材101Aに印加して画像評価を行った。その結果、クラウドパルスの平均電位は−400[V]一定として各クラウドパルスのピーク間電圧400[Vpp](クラウドパルス−200[V]〜−600[V])、ピーク間電圧500[Vpp](クラウドパルス−150[V]〜−650[V])、ピーク間電圧600[Vpp](クラウドパルス−100[V]〜−700[V])の一方の相パルス電圧を基材101Aに印加した場合は、ローラ基材バイアス電圧が0[V]のときと比較し、それぞれのクラウドパルス波高値における比較評価において、画像濃度がより高い結果であった。
以上より、基材101Aに印加するローラ基材バイアス電圧がA相用電極111AやB相用電極111Bに印加するクラウドパルスの平均電位の近傍でなくても、クラウドパルスの波高値内のバイアス電位であれば0[V]の場合より画像濃度の改善が得られ、現像効率が上がる結果となる。
なお、トナー担持ローラ101に代えて図6のトナー担持ローラ201を用いた場合においても、A相用電極である上層電極211AとB相用電極である下層電極211Bとが厚さ10[μm]の絶縁層201Cを介して設けられている違いのみであるため、前記画像評価と同様な結果であった。
本実施形態ではトナー担持ローラ101やトナー担持ローラ201の導電性基材である基材101Aや金属スリーブ201Aの表面に設けた絶縁層101B(図4)や絶縁層201B(図6)の厚さが、電極の配列ピッチに比較して比較的小さい値の例であるが、絶縁層101B(図4)や絶縁層201B(図6)の厚さが大きい値になるにしたがい、本実施形態で説明したような基材101Aや金属スリーブ201Aにローラ基材バイアス電圧を印加した際に得られる効果が少なくなる。シミュレーションの結果によると、絶縁層101B(図4)や絶縁層201B(図6)の厚さが、トナー担持ローラ101の表面から見たA相用電極111AとB相用電極111B(図4)との間隔、または、トナー担持ローラ201の表面から見た上層電極211Aと下層電極211B(図6)との間隔より小さい範囲では、電極表面の現像電界に寄与する領域幅の差があるため、現像効率が上がる。より大きい効果が得られるのは、絶縁層101B(図4)や絶縁層201B(図6)の厚さが、トナー担持ローラ101の表面から見たA相用電極111AとB相用電極111B(図4)との間隔、または、トナー担持ローラ201の表面から見た上層電極211Aと下層電極211B(図6)との間隔の1/2以下になる領域である。
図17は、トナー担持ローラ101への給電構成を模式的に示す斜視図である。ここでは、トナー担持ローラの基材101Aが導電性であり、その基材101Aの上方に絶縁層101Bを介してA相用電極111AとB相用電極111Bとを設けた図4のトナー担持ローラ101を用いた場合である。なお、図6のトナー担持ローラ201を用いた場合でも同様の構成を採用することができる。
トナー担持ローラ101の軸方向両端の周方向にあるバスライン111Aa,111Bbと呼んでいる共通パタン部は、いずれも表面に絶縁層101B(図4参照)や表面保護層101C(図4参照)を設けていない領域であり、A相用パルス電圧を印加するための第一摺擦部材4aとバスライン111Aaとが接触し、B相用パルス電圧を印加するための第二摺擦部材4bとバスライン111Bbとが接触してパルス発生回路に接続されている。トナー担持ローラ101は、基材101Aをアルミニウム等の導電性部材からなるスリーブ構成として軽量化を図っている。また、アルミニウムやステンレス鋼等の導電性材料からなる回転軸とフランジとが一体になった軸部材3a,3bがスリーブ両端面に圧入されている。トナー担持ローラ101の軸方向両側の軸部材3a,3bそれぞれの回転軸は、ここで図示していない絶縁部材に取り付けたベアリング等の回転軸保持部材を介して取り付けられている。また、基材101Aにバイアスを印加するために一方の軸部材、ここでは軸部材3aの回転軸に第三摺擦部材4cを接触させて軸部材3aと第三摺擦部材4cとを介して基材101Aが基材バイアス用電源回路に接続されている。これにより、ローラ基材バイアス電圧がトナー担持ローラ101の基材101Aに印加される。
図18は、トナー担持ローラ101への給電構成を模式的に示す他の例の斜視図である。この例においても、トナー担持ローラの基材101Aが導電性であり、その基材101Aの上方に絶縁層101Bを介してA相用電極111AとB相用電極111Bとを設けた図4のトナー担持ローラ101を用いた場合である。なお、図6のトナー担持ローラ201を用いた場合でも同様の構成を採用することができる。
この例では、トナー担持ローラ101の軸方向両側に設けられた軸部材3a,3bに、A相用パルス電圧やB相用パルス電圧を印加する第一摺擦部材4aや第二摺擦部材4bを受けるリング受け部材5a,5bをそれぞれ圧入している。リング受け部材5a,5bはリング状の樹脂材で外周表面にCu、Niメッキ等が施されており、トナー担持ローラ101の軸方向両端の周方向にあるバスライン111Aa,111Bbと呼んでいる共通パタン部とリング受け部材の外周表面とはフレキケーブル6a,6b等で電気的に接続されている。そして、第一摺擦部材4aがリング受け部材5aに接触し、第二摺擦部材4bがリング受け部材5bに接触し、第三摺擦部材4cが軸部材3aに接触して、A相用パルス電圧、B相用パルス電圧及びローラ基材バイアス電圧を、A相用電極111A、B相用電極111B及び基材101Aに印加する構成となっている。図18に示した給電構成では、リング受け部材5a,5bや第一摺擦部材4a及び第二摺擦部材4bを、トナー担持ローラ表面にあるトナーから完全に隔離した構造が可能となり、より高信頼性化が可能である。
以上、本実施形態によれば、導電性基材である基材101Aと基材101A上に絶縁層101Bを介して設けた第一の電極であるA相用電極111Aと第二の電極であるB相用電極111Bとからなるトナー担持体であるトナー担持ローラ101と、トナー担持ローラ101の表面にトナーを供給するトナー供給手段であるトナー供給ローラ18と、A相用電極111A及びB相用電極111Bにそれぞれ位相の異なる電圧を印加することで、A相用電極111AとB相用電極111Bとの間でトナーが飛翔するようなクラウド電界をトナー担持ローラ101の表面上に発生させるクラウド電界発生手段であるクラウドパルス発生回路30と、を有し、トナー担持ローラ101の表面に担持されているトナーを像担持体である感光体49と対向する現像領域へ搬送して感光体49上の潜像にトナーを付着させることによって前記潜像を現像する現像装置1において、基材101Aは装置本体の筐体と電気的に絶縁されており、A相用電極111AやB相用電極111Bに印加する電圧の波高値以内の電圧を基材101Aに印加する。本実施形態においては、トナー担持ローラ101の導電性の基材101Aを装置本体の筐体と電気的に絶縁するとともに、A相用電極111AやB相用電極111Bに印加する電圧の波高値以内の電圧を基材101Aに印加するので、基材101Aの電位がA相用電極111AやB相用電極111Bに印加する電圧の電位よりも絶対値で大きくなるのを抑制できる。これにより、A相用電極111AやB相用電極111Bから基材101Aにトナーが飛翔するようなクラウド電界が形成されるのを抑制することができ、その分、A相用電極111AとB相用電極111Bとの間でトナーが飛翔するようなA相用電極111AとB相用電極111B間に形成されるクラウド電界の形成効率が上がる。よって、トナー担持ローラ表面のトナーをクラウド化する効率が上がり、トナー担持ローラ101から感光体49に供給されるトナーが低減するのを抑えられ、現像効率が低下するのを抑制することができる。
また、本実施形態によれば、クラウドパルス発生回路30によりA相用電極111AとB相用電極111Bとに印加する電圧は直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスであり、それらの平均直流電圧を基材101Aに印加することで、良好な現像効率を得ることができる。
また、本実施形態によれば、クラウドパルス発生回路30によりA相用電極111AまたはB相用電極111Bに印加する電圧と同じ電圧を基材101Aに印加することで、基材101Aを筐体GNDに接続したりして基材101Aの電位が0[V]の場合よりも高い画像濃度を得ることができる。
また、本実施形態によれば、A相用電極111A及びB相用電極111Bはトナー担持ローラ表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が同一層に形成されたものであることで、上述したような本発明の優れた効果を得ることができる。
また、本実施形態によれば、A相用電極111A及びB相用電極111Bはトナー担持ローラ表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が絶縁層を介して異なる層に形成されたものであることで、上述したような本発明の優れた効果を得ることができる。
また、本実施形態によれば、A相用電極111A及びB相用電極111Bに印加する直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスを発生する回路であるクラウドパルス発生回路30は、A相用電極111AとB相用電極111Bとに印加するための2つのパルス発生回路であるA相パルス発生回路33及びB相パルス発生回路34と、A相パルス発生回路33及びB相パルス発生回路34に供給するための電気的なグランドからフローティングされた第一の電源である電源31と、電源31の低電位側とグランドの間に設けた第二の電源である電源32とからなり、基材101Aのバイアスを発生する回路であるローラ基材バイアス電源回路38が、A相用電極111AまたはB相用電極111Bに印加するパルスの直流電圧を取り出す平滑回路と電源32の電圧を重畳する回路とからなるものを適用することができる。
また、本実施形態によれば、感光体49上に形成された潜像に対して現像手段によって現像剤を供給することで潜像を現像して得られる画像を最終的に記録材上に転移させて画像を形成する画像形成装置において、前記現像手段として本発明の現像装置1を用いることで、上述したような種々の効果が得られることで、その結果、良好な画像形成を行うことができる。
また、本実施形態によれば、感光体49と感光体49上に形成された潜像を現像剤で現像する現像手段とを1つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段として、本発明の現像装置1を用いることで、上述したような種々の効果が得られるので望ましい。
また、本実施形態によれば、感光体49と感光体49上に形成された潜像を現像剤で現像する現像手段とを1つのユニットとして共通の保持体に保持させて装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジを備えた画像形成装置において、前記プロセスカートリッジとして、本発明の現像装置1を有するプロセスカートリッジを用いることで、上述したような種々の効果が得られるので望ましい。また、カラー画像形成装置に前記プロセスカートリッジを複数備えるのが好適である。
1 現像装置
3a 軸部材
3b 軸部材
4a 第一摺擦部材
4b 第二摺擦部材
4c 第三摺擦部材
5a リング受け部材
5b リング受け部材
6a フレキケーブル
6b フレキケーブル
11 ケーシング
18 トナー供給ローラ
22 トナー摩擦ブレード
24 供給バイアス電源
30 クラウドパルス発生回路
31 電源
32 電源
33 A相パルス発生回路
34 B相パルス発生回路
35 クランプ回路
37 2相パルス出力回路
38 ローラ基材バイアス電源回路
40 湿度センサー
44 除電ランプ
45 クリーニング装置
49 感光体
50 帯電装置
60 転写チャージャー
61 分離チャージャー
65 画像濃度検知センサー
66 画像濃度制御回路
67 クラウドパルス制御回路
70 第1給紙部
70a 第1給紙コロ
71 第2給紙部
71a 第2給紙コロ
75 搬送ベルト
76 定着装置
76a 定着ローラ
76b 加圧ローラ
77 排紙トレイ
80 ミラー
90 コンタクトガラス
91 原稿照明光源
92 ミラー
93 走査光学系
94 ミラー
95 ミラー
96 走査光学系
97 レンズ
98 画像読み取り素子
99 ポリゴンミラー
101 トナー担持ローラ
101A 基材
101B 絶縁層
101C 表面保護層
111A A相用電極
111Aa バスライン
111B B相用電極
111Bb バスライン
201 トナー担持ローラ
201A 金属スリーブ
201B 絶縁層
201C 絶縁層
201D 表面保護層
211A 上層電極
211Aa バスライン
211B 下層電極
211Ba バスライン
特開2007−133387号公報 特開2009−036929号公報

Claims (9)

  1. 導電性基材と該導電性基材上に絶縁層を介して設けた第一の電極と第二の電極とからなるトナー担持体と、
    前記トナー担持体の表面にトナーを供給するトナー供給手段と、
    前記第一の電極及び前記第二の電極にそれぞれ位相の異なる電圧を印加することで、前記第一の電極と前記第二の電極との間でトナーが飛翔するようなクラウド電界をトナー担持体の表面上に発生させるクラウド電界発生手段と、を有し、
    前記トナー担持体の表面に担持されているトナーを像担持体と対向する現像領域へ搬送して該像担持体上の潜像にトナーを付着させることによって該潜像を現像する現像装置において、
    前記導電性基材は装置本体の筐体と電気的に絶縁されており、前記第一の電極や第二の電極に印加する電圧の波高値以内の電圧を前記導電性基材に印加することを特徴とする現像装置。
  2. 請求項1の現像装置において、
    上記クラウド電界発生手段により上記第一の電極と上記第二の電極とに印加する電圧は直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスであり、前記クラウドパルスの平均直流電圧を上記導電性基材に印加することを特徴とする現像装置。
  3. 請求項1の現像装置において、
    上記クラウド電界発生手段により上記第一の電極または上記第二の電極に印加する電圧と同じ電圧を上記導電性基材に印加することを特徴とする現像装置。
  4. 請求項1、2または3の現像装置において、
    上記第一の電極及び上記第二の電極はトナー担持体表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が同一層に形成されたものであることを特徴とする現像装置。
  5. 請求項1、2または3の現像装置において、
    上記第一の電極及び上記第二の電極はトナー担持体表面のトナー搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極が絶縁層を介して異なる層に形成されたものであることを特徴とする現像装置。
  6. 請求項1、2、3、4または5の現像装置において、
    上記第一の電極及び上記第二の電極に印加する直流にパルス電圧が重畳されたクラウドパルスを発生する回路は、前記第一の電極と前記第二の電極とに印加するための2つのパルス発生回路と、前記パルス発生回路に供給するための電気的なグランドからフローティングされた第一の電源と、前記第一の電源の低電位側とグランドの間に設けた第二の電源からなり、
    上記導電性基材のバイアスを発生する回路が、前記第一の電極または前記第二の電極に印加するパルスの直流電圧を取り出す平滑回路と前記第二の電源電圧を重畳する回路とからなることを特徴とする現像装置。
  7. 像担持体上に形成された潜像に対して現像手段によって現像剤を供給することで潜像を現像して得られる画像を最終的に記録材上に転移させて画像を形成する画像形成装置において、
    前記現像手段として請求項1、2、3、4、5または6の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
  8. 像担持体と像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像手段とを1つのユニットとして共通の保持体に保持させて画像形成装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジにおいて、
    前記現像手段として請求項1、2、3、4、5または6の現像装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  9. 像担持体と像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像手段とを1つのユニットとして共通の保持体に保持させて装置本体に対して一体的に着脱可能に構成したプロセスカートリッジを備える画像形成装置において、前記プロセスカートリッジとして請求項8のプロセスカートリッジを複数備えることを特徴とする画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103944268A (zh) * 2014-04-30 2014-07-23 国家电网公司 基于电场云图重构的变电站无接触式设备故障监测和运维人员安全保障方法

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CN103944268A (zh) * 2014-04-30 2014-07-23 国家电网公司 基于电场云图重构的变电站无接触式设备故障监测和运维人员安全保障方法

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