JP4194257B2 - 画像形成装置及び現像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置及びこれに用いられる現像装置に関し、特に、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置、及びこれに用いられる現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、データ通信用ネットワークによるデジタル情報伝達及びその情報のハード出力機としての画像形成装置が盛んに提案されている。
【０００３】
この種の装置として複写機、プリンタ、ファクシミリがある。
【０００４】
かかる従来の画像形成装置の一例たるデジタルプリンタの要部の概略構成図を図９に示す。
【０００５】
像担持体としての感光体ドラム１は、円筒状の導電基体上に光導電層を設けたもので、図中の矢印Ａ方向に回転自在に軸支されている。
【０００６】
そして、前記感光体ドラム１の周囲には、Ａ方向に沿って順に、感光体ドラム１の表面を均一に帯電する一次帯電装置２、原稿を読み取り、画像の濃度に応じた画像信号に基づいて感光体ドラム１を露光し、静電潜像を形成する露光装置３、上記静電潜像にトナー（現像剤）を付着させてトナー像（現像画像）を形成する現像装置４、前記感光体ドラム１上に形成されたトナー像をシートｓ上に転写しトナー像が転写されたシートｓを感光体ドラム１から分離する転写分離帯電装置５、トナー像を転写した後に感光体ドラム１上の残留トナーを除去する清掃装置６、感光体ドラム１の残留電荷を除去する前露光装置７などが配置されている。
【０００７】
また、トナー像が転写されたシートｓは、感光体ドラム１から分離された後に定着装置８に搬送され、ここにおいて表面のトナー像が定着され、上述した画像形成手段により所望のプリント画像が形成されて画像形成装置本体の外部に排出される。
【０００８】
リーダー部９１は、原稿ガラス台９１１上に載置されている原稿を照明ランプ９１２により光照射し、その反射光を光電変換素子１ライン光電素子９１３上に結像させることによって画像情報に応じた電気信号に変換する。ここで照明ランプ９１２によって光照射された原稿ｄからの反射光は、ミラー９１４ａ，９１４ｂに導かれてレンズ９１６により、光電変換素子９１３上に結像される。この光電変換素子９１３によって出力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器９１５によりＡ／Ｄ変換し、８ビットのデジタル画像データとし、その後で黒色信号生成回路９１７にて輝度情報を濃度情報にするためにｌｏｇ変換して画像濃度データとされる。
【０００９】
上記のように生成した８ビットのデジタル画像データ信号をレーザ駆動回路３０１に入力し、駆動回路３０１は、周知のＰＷＭ回路であって入力された画像濃度信号の大きさに応じて、半導体レーザ３０４の発光時間を変調することにより、１画素内で面積階調をさせることで濃淡を実現している。
【００１０】
またこのレーザ駆動方式は大別すると上述したＰＷＭ回路と２値でのレーザ駆動回路がある。ＰＷＭ回路では上述した様に入力した画像濃度信号の大きさに応じて、半導体レーザの発光を行う時間に相当するパルス幅信号に変調するものであり、一方２値化回路では画素サイズに応じた特定のオン発光信号とオフ信号の２段階信号に変換されレーザ駆動回路３０１に入力し、半導体レーザ素子３０４をオンオフする。
【００１１】
上記のように画像信号に応じて駆動され発光したレーザ光を高速回転するポリゴンミラースキャナ３０２、ミラー３０３を介して感光体ドラム１にラスタ走査書き込みし、画像情報としてデジタル静電潜像を形成する。
【００１２】
従来、電子写真法としては、米国特許第２，２９７，９６１号、特公昭４２−２３９１０号および特公昭４３−２４７４８号に係る発明等、多数の方法が知られている。一般には、光電物質を利用した記録体である感光体ドラム上に種々の手段により電気的潜像を形成し、次いで潜像をトナー（現像剤）を用いて現像し、得られたトナー像を必要に応じて紙等の記録材上に転写し、このトナー像を加熱或いは溶剤蒸気等により記録材に定着して、画像出力を得るものである。
【００１３】
また、電気的潜像を現像剤を用いて可視化する現像方法にも種々のものが知られている。たとえば米国特許第２，８７４，０６３号に係る磁気ブラシ現像方法、同２２１，７７６号に係るパウダークラウド方法、さらにはファーブラシ現像法、液体現像法など多数の方法がある。これらの現像方法において、とくにトナーおよびキャリアを主体とする二成分現像剤を用いる磁気ブラシ現像法が広く実用化されているが、この方法は、比較的安定に良好な画像が得られる反面、キャリアの劣化、トナーとキャリアの混合比の変動という二成分現像剤にまつわる欠点を有する。
【００１４】
このような欠点を回避するために、トナーのみからなる一成分現像剤を用いる現像方法が各種提案されている。この現像方法によれば、キャリアに対するトナーの混合比を制御する必要がなくなるため、装置が簡略化されるという利点がある。
【００１５】
かかる一成分現像方法においては、静電潜像を担持するための感光体ドラム１に対し、現像装置４の現像剤担持体４１を非接触に対向配置し、電源４９により両者間に現像バイアス電圧Ｅを印加することにより像担持手段上の静電潜像の現像を行っていた（図６、７）。
【００１６】
上記現像を行うために、現像剤担持体４１上に現像剤層を形成する方法として、現像剤層形成手段としての板状部材４３を現像剤担持体４１に適切な圧力ｐを以て接触させるか（図６）、または現像剤担持体４１と適切な距離Ｇ１を以て配設し（図７）、現像剤担持体のＢ方向への回転によって現像剤を板状部材との近接部Ｎに送り込むことが広く行われてきたが、高速の画像形成装置に適しているのは後者である。
【００１７】
一般的には現像剤担持体の周速Ｖｄａｈｍは、像担持体の周速Ｖよりも大に設定され、さらには１．４〜２．２倍とすることがより一般的である。
【００１８】
さて、近年の省資源意識の高まりを背景として、トナー画像担持媒体たるプリント用紙についても、従来のように片面にのみ印刷するユーザーの比率は減少し、両面に印刷するユーザーの比率が増加しつつある。
【００１９】
従来、複数枚のシートの両面への連続印刷（この動作を両面連続印刷という、以下同じ）を為す方式としては、先ず、各シートの一方の面に連続して転写及び定着（この動作を片面印刷という、以下同じ）して、複数枚のシートを積載可能である積載手段９２１に片面印刷の為されたシートを一旦積載し、全枚数に亘るシートへの片面印刷が終了すると同時若しくはほぼ同時、或いは、所定時間後に、上記積載手段９２１に積載されている各シートの他方の面に連続して転写し定着する方式（以下、この方式を積載（スタック）方式と称する）が主流であった（図１４）。
【００２０】
しかしながら、上記積載方式にあっては、画像形成装置の内部又は外部に積載手段を設ける空間を必要とする、及び、全枚数に亘るシートへの片面印刷が終了するまでの間、片面印刷の為された記録媒体としての用紙を積載手段９２１に一旦積載するよう設定されているために、１度の印刷命令で両面画像形成を連続して行う枚数や、両面画像形成に要する時間の短縮化には限界があり、近年要望されている画像形成の高速化に応えることは困難であった。
【００２１】
そこで、上記積載方式の代わりに、感光体ドラム１と転写装置との間に形成される転写領域Ｚｔｒに向けてシートを給紙する給紙カセット等の給紙手段、或いは、一方の面にトナー像が転写され加熱定着されたシートを他方の面への転写のために表裏反転して上記転写領域に向けて再搬送する反転手段９２２のうちのいずれかからのシートにかかわらず、上記転写領域への到達順に複数枚のシートへの連続印刷を為す方式（スルーパス方式という、以下同じ）が提案されている。即ち、一方の面にトナー像が定着されたシートは表裏反転された後、直ぐに転写領域へ向けて搬送される。従って、この方式によると、１度の印刷命令で両面画像形成を連続して行う場合、転写領域に供給されるシートの種類は、一旦定着器を通過したものと、トナー像が転写されていない給紙カセットからの（定着器を通過していない）シートとが混在する構成となる。このようなスルーパス方式を採用することにより、積載方式に比べ、上記制約がなくなり、画像形成装置の小型化及び両面画像形成の高速化を図ることができた。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術の場合には、下記のような問題が生じていた。
【００２３】
こうした従来の技術に係る画像形成装置、特に高速のデジタル方式のものにおいては、連続するシート間の距離を可及的に狭めて（シート給送間隔を可及的に短くし）複数のシートへの両面画像出力を連続して行った場合、画像濃度低下を中心とする種々の出力画像品位低下を招くという問題があった。
【００２４】
ここで、図１１，１２及び表１に、高温高常湿（３０℃、８０％ＲＨ、以下同じ）において、Ａ４サイズの標準画像比率（６％）の両面出力を、連続して１００万頁行った際の、それぞれ板状部材奥側温度Ｔｄｂｒ及び画像反射濃度Ｄｒｍａｘ等の推移を示す。
【００２５】
この主な原因は、磁界発生手段を内蔵する場合における現像剤担持体４１の高速回転による渦電流による熱や、シートの２面目にトナー像転写するべく、加熱定着器により熱せられたシートが温度低下する間もなく転写領域を次々と通過することにより、現像装置近傍の温度が上昇することにより、板状部材４３や現像スリーブ表面の温度が上昇し、板状部材４３と現像スリーブとの間で層厚規制（摺擦）される現像剤がこの熱による影響を受け、樹脂を主体とする現像剤の変質及び帯電性低下が起こったためと考えられる。さらに現像剤が吸湿することによっても、現像剤の変質及び帯電性低下が起こるものと考えられる。
【００２６】
図１１，１２及び表１から、装置内の雰囲気の温度Ｔｄｂｒ又は装置内の雰囲気の絶対湿度（絶対水分量）ηａｗが上昇すると逆に画像反射濃度Ｄｒｍａｘ等は悪下してゆくことがわかる。
【００２７】
ここで、画像反射濃度Ｄｒｍａｘとは、米国ＭａｃＢｅｔｈ社製の画像反射濃度計ＲＤ−９１４（商標）を用いて、画像反射濃度１．２を有する直径５ｍｍの円形の原稿が複写画像上に現れた部分の５点を測定した値の平均値である（以下同じ）。
【００２８】
また、かぶりとは、東京電色社製の画像反射濃度計ＴＣ−６ＤＳ（商標）を用いて、未使用紙の反射率から、測定対象たる画像形成済用紙の白部９点の反射率の平均値を減じたものである（以下同じ）。
【００２９】
かかる問題は、ネットワーク環境の発展等に伴う画像出力速度の高速化、処理部数の大量化等が要求される今日ますます深刻になっている。
【００３０】
板状部材の温度上昇を防止するために、ペルチェ素子により（電流を流すと片側が低温になり、片側が高温になるデバイス、半導体ヒートポンプとも呼ばれる。温度に敏感な半導体レーザなどの温度補償用として利用される。）を使用する方法もあるが、このような素子は高価であり、かつ、高温側から放出された熱を搬送するための気流を発生させるファン等を設ける必要がある等の問題を有している。
【００３１】
また、両面プリントの比率が増してきているのは前述のとおりであるが、この場合、定着装置８を通過した直後、すなわち、第１面のプリントが終了した直後の温度の高いシート（例えば、８０℃程度）が、温度低下する間もなく直ぐに再度転写部Ｚｔｒを通過する際に放射された熱が現像装置近傍温度を上昇させるためである。
【００３２】
スルーパス方式では、積載方式のように、中間トレーで１面目にトナー像が定着されたシートが蓄積される間に温度が低下することが期待できないこともあり、１面目のプリントが終了した直後のシートの温度は、中間トレーを有する方式におけるよりも、現像装置近傍の温度上昇幅は格段に大きいものとなってしまう（図１３）。
【００３３】
さらに、同じ雰囲気温度でも、相対湿度が高いほど、すなわち、絶対湿度が高いほど、画像品位（画像濃度低下）に対する影響が大きいものとなってしまう（表１）。
【００３４】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、記録媒体の両面に高品位な画像を、高速度で、長期間にわたり安定して形成することができる画像形成装置及び現像装置を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、像担持体上に形成された潜像を現像するために現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制手段と、前記像担持体から転写された記録媒体上の現像剤像を定着する定着手段と、を備え、記録媒体の片面のみに現像剤像を形成する第１モードと、記録媒体の両面に現像剤像を形成する第２モードと、を選択可能である画像形成装置において、前記現像剤担持体の周速を選択されるモードに応じて制御する制御手段は、前記第２モードが選択されたときの前記現像剤担持体の周速を前記第１モードが選択されたときの前記現像剤担持体の周速よりも遅くすることを特徴とする。
【００３７】
前記第２モードにおいて、現像剤像が形成されていない記録媒体と前記定着手段により現像剤像が定着された記録媒体に連続して現像剤像を形成することも好適である。
【００３８】
前記制御手段は、前記第２モードでの前記現像剤担持体の周速を雰囲気環境に応じて制御することも好適である。
【００３９】
前記雰囲気環境とは、温度及び相対湿度であることも好適である。
【００４０】
前記雰囲気環境とは、絶対湿度であることも好適である。
【００４１】
前記規制手段は、前記現像剤担持体上の現像剤を摺擦することも好適である。
【００４２】
前記現像剤担持体は、基体と、前記基体上に樹脂層と、を備えることも好適である。
【００４３】
前記定着手段は、現像剤像及び記録媒体を加熱することも好適である。
【００４４】
前記現像剤とは、一成分磁性トナーであることも好適である。
【００４５】
像担持体上に形成された潜像を現像するために現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制手段と、前記像担持体から転写された記録媒体上の現像剤像を定着する定着手段と、を備え、
記録媒体の片面のみに現像剤像を形成する第１モードと、記録媒体の両面に現像剤像を形成する第２モードと、を選択可能である画像形成装置において、前記第２モードでの前記現像剤担持体の周速を制御する制御手段は、雰囲気環境に応じて前記現像剤担持体の周速を前記第１モードが選択されたときの前記現像剤担持体の周速よりも遅くすることを特徴とする。
【００４８】
前記制御手段は、前記第１モードでの前記現像剤担持体の周速を雰囲気環境に応じて制御することも好適である。
【００４９】
前記第２モードにおいて、現像剤像が形成されていない記録媒体と前記定着手段により現像剤像が定着された記録媒体に連続して現像剤像を形成することも好適である。
【００５０】
前記雰囲気環境とは、温度及び相対湿度であることも好適である。
【００５１】
前記雰囲気環境とは、絶対湿度であることも好適である。
【００５２】
前記規制手段は、前記現像剤担持体上の現像剤を摺擦することも好適である。
【００５３】
前記現像剤担持体は、基体と、前記基体上に樹脂層と、を備えることも好適である。
【００５４】
前記定着手段は、現像剤像及び記録媒体を加熱することも好適である。
【００５５】
前記現像剤とは、一成分磁性トナーであることも好適である。
【００６０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。なお、本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成は従来技術の項で説明した構成と同様であり、同様の構成部分については同一の符号を付して、その説明は省略する。また、両面画像形成方式として前述のスルーパス方式を採用している。
【００６１】
（実施の形態１）
図１に、本発明にかかる画像形成装置の概略を図示する。
【００６２】
画像形成装置は、像担持体として、外径１０８ｍｍのドラム状のａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）感光体ドラム１を用いた。プロセススピード４５０ｍｍ／秒、Ａ４サイズプリントの片面出力速度毎分８５頁、両面出力速度毎分８５頁の白黒デジタル複写機である。
【００６３】
ａ−Ｓｉは、ＯＰＣ（有機感光体）に比べ比誘電率が１０程度と大きいことや帯電電位が比較的低いため、ＯＰＣに比べ潜像電位が十分に確保できないが、耐久性に優れ、寿命は３００万頁以上あり、高速機に適している。
【００６４】
該感光体は、一次帯電装置２により約＋４００Ｖに一様帯電された後、６００ｄｐｉの密度で画像露光がなされる。
【００６５】
画像露光は半導体レーザ３０３を光源として、露光部の表面電位を例えば＋５０Ｖに減衰させることにより潜像を形成する。波長は６８０ｎｍである。
【００６６】
また、スキャナのＣＣＤ上に結像した原稿からの反射光はＡ／Ｄ変換されて密度６００ｄｐｉ、８ビット＝２５６階調の画像の輝度信号に変換され、不図示のイメージプロセッサ部に送られる。イメージプロセッサ部では、公知の輝度−濃度変換（Ｌｏｇ変換）を行い、画像信号を濃度信号に変換した後、必要ならばエッジ強調やスムージングや高周波成分の除去等のフィルター処理を通し、その後濃度補正処理（いわゆるγ変換）をかけてから、例えば誤差拡散法等の２値化処理や、ドット集中型のディザマトリックスによるスクリーン化処理を通して２値化（１ドット）される。
【００６７】
その後、画像信号はレーザドライバに送られ信号に応じて（８ビット画像であればＰＷＭ変調方式で、１ビットであればレーザのオン／オフを行い、レーザを駆動する。そのレーザ光はコリメータレンズ、ポリゴンスキャナ、ｆθレンズ、折り返しミラー、防塵ガラス等を介して感光体ドラム１上に照射される。
【００６８】
感光体ドラム１上でのスポット径は６００ｄｐｉの１画素の大きさ４２．３μｍよりも若干大きい５５μｍ程度のスポット径で感光体ドラム１上に結像し、画像部を先に述べたように、＋５０ｖ程度に除電して、静電潜像を形成し、その後、現像を行う。
【００６９】
トナー補給の動作は、図３のＦ付近のトナーがなくなると、圧電素子４５の信号によりマグロール４６を回転させるような信号を出し、マグロール４６の回転によりトナーバッファ容器４７よりトナーが現像容器４０に補給される。
【００７０】
次に本実施の形態に係る現像装置４について詳しく説明する。
【００７１】
現像装置４は、樹脂製の容器４０、現像剤担持体としての現像スリーブ４１、現像剤規制手段としての規制ブレード４２、圧電素子４５等から構成され、容器４０内には、定常状態で約２５０ｇの現像剤が収容される。
【００７２】
現像剤としては、磁性粒子を樹脂中に分散した一成分磁性トナーが使用される。
【００７３】
ここでトナーは、正帯電性を有し、重量平均粒径は８．０μｍである。
【００７４】
トナーの粒度分布は種々の方法により測定できるが、ここでは、米国Ｃｏｕｌｔｅｒ社のカウンタＴＡ−ＩＩ型（商標）を用いた。
【００７５】
電解液として１％ＮａＣｌ水溶液中に界面活性剤を数滴加えたものに、数ｍｇの試料を数分間、超音波分散させ１００μｍのアパーチャーを通して、２〜４０μｍの粒子の粒度分布を計数した。
【００７６】
トナーの結着樹脂は、一般的にはスチレン系のスチレンアクリル共重合体、スチレンブタジエン共重合体等や、フェノール樹脂、ポリエステル等、があげられる。ここでは、スチレンアクリル共重合体とスチレンブタジエン共重合体を８：２の割合で用いた。
【００７７】
電荷制御剤（通常はトナーに内添されているが外添も可能）にはニグロシン、４級アンモニウム塩、トリフェニルメタン、イミダゾール等がポジトナー用に用いられる。
【００７８】
ここでは、トリフェニルメタンを（樹脂成分１００に対して）２部内添した。
【００７９】
また加熱定着用トナーの場合、いわゆるワックスを内添分散させるが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、パラフィン等があげられる。
【００８０】
磁性トナーであるためマグネタイト、フェライト等の酸化鉄を分散させるが、量は６０〜１００部程度が一般的である。
【００８１】
トナーに対する外添剤は主には、流動性付与のためのシリカで０．１〜５重量部程度外添する。このシリカは、トナー粒子とスリーブの間に介在しスリーブの摩耗を軽減する働きも持つ。またトナー同志の凝集を防ぎスリーブに接しているトナーと接していないトナーの入れ替わりを促進する役割もある。
【００８２】
さらにトナーにはチタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ランタン、酸化ネオジム等を外添する場合もある。これらは、ドラムに対する研磨剤の役割を果たし、ドラムにフィルム状に付着するトナーを研磨除去する効果がある。
【００８３】
常温常湿でのスリーブ上トナーの初期平均帯電量は、＋６〜＋１２μＣ／ｇ、塗布量は０．７〜０．９ｍｇ／ｃｍ²である。
【００８４】
現像剤は、攪拌搬送部材１０１，１０２を内蔵した樹脂製の容器１０に約１７００ｇ充填された状態でユーザ等へ供給される（図８）。
【００８５】
画像形成装置の現像剤収容容器交換指示に基づいて、第一の現像剤補給装置に装填されている空になった容器１０を、ユーザ等が、現像剤が充填された新品と交換することにより画像形成装置への現像剤補給がなされる。
【００８６】
現像剤が充填された新品の容器１０を第一の現像剤補給装置へ装填すると、容器１０の奥側端部の排出口から現像剤が排出され、トナーバッファ容器４７の奥側端部の流入口からトナーバッファ容器４７へ流入する。
【００８７】
本実施の形態のような高速機の像担持体としてａ−Ｓｉドラムを用いた場合には、起動時の画像流れやａ−Ｓｉが温度特性をもつため、これを防止し、安定に保つ目的でａ−Ｓｉドラムは、可攘性を有する面状のヒータ１２を内蔵している。
【００８８】
ここで、現像スリーブ４１の材質としてステンレス鋼を用いると、熱伝導率が小さいためにヒータ１２の熱による変形が生じやすくなる。そのため現像スリーブ材質としては、熱伝導率が大きく、ドラムヒータによる熱変形の小さいアルミニウム合金を使用すると良いが、アルミニウム合金はステンレス鋼に比べて耐摩耗性が劣る。
【００８９】
そこで、耐摩耗性を向上させる方法として、アルミニウム合金の表面を樹脂により被覆する方法及び金属メッキ層により被覆する方法等があるが、本実施の形態においては、前者を採用する。
【００９０】
アルミニウム合金製の円筒状基体４１ａ上等に形成される樹脂被覆層４１ｒは、結着樹脂としてのフェノール樹脂を含有する樹脂組成物によって円筒状基体４１ａの外周に形成されるが、樹脂被覆層４１ｒ中には導電性物質４１ｒａが分散されている。又、場合によっては、図２に例示したもののように、導電性物質４１ｒａと共に固体潤滑剤４１ｒｂが含有されていてもよい。
【００９１】
本発明者らは、現像剤担持体の表面に形成するこの被覆層４１ｒの構成について鋭意検討を重ねた結果、被膜形成材料である結着樹脂として、それ自身が鉄粉に対して正帯電性である第４級アンモニウム塩化合物を含有するフェノール樹脂を使用すれば、結着樹脂自身の正の摩擦帯電付与性を向上させることができるので、正帯電性トナーの帯電量を高めに保持でき、且つ導電性物質、場合によっては、更にこれと共に固体潤滑剤を用いることで、過剰な電荷を有する現像剤の発生や、現像剤担持体への現像剤の強固な付着を有効に防止することができることがわかった。上記に記載した構成の現像剤担持体は、被覆層自体の機械的強度や耐磨耗性を向上させることができるので、帯電性を向上させるために現像剤に対して帯電付与性のある粒子を添加した場合等と比べて、長期耐久に耐え、長期間安定して良好な画像を提供することも可能となる。
【００９２】
本実施の形態の現像剤担持体において、現像剤担持体表面の導電性樹脂（被覆）層を形成する際に用いる（結着）樹脂として、それ自身が鉄粉に対して自身が正帯電性である第４級アンモニウム塩化合物を含有するフェノール樹脂を使用することによって、形成された樹脂被覆層が、正帯電性トナーに対して良好な帯電付与物質となることについての明確な理由は定かではないが、次のように考えられる。
【００９３】
即ち、本実施の形態で用いる、それ自身が鉄粉に対し正帯電性を有する第４級アンモニウム塩化合物は、例えば、樹脂被覆層として用いられる場合、先ず、フェノール樹脂中に添加されると樹脂中に均一に分散され、更に、加熱及び硬化して被覆層が形成される際にフェノール樹脂の構造中に容易に取り込まれる。その際、正極性を有する第４級アンモニウム塩の元の構造が失われ、第４級アンモニウム塩が取り込まれたフェノール樹脂の帯電性が均一且つ充分な負帯電性を有すようになり、上記の化合物を有するフェノール樹脂自身が正帯電性現像剤に対して逆極性に帯電され易くなる結果、このような材料を用いて形成された被覆層を有する現像剤担持体を用いると、正帯電性現像剤を好適に帯電させることが可能になるものと考えている。
【００９４】
本実施の形態において好適に使用される、上記した機能を有する第４級アンモニウム塩化合物としては、鉄粉に対して自身が正帯電性であるものであればいずれのものでもよいが、例えば、下記一般式（Ａ）で表わされる化合物が挙げられる。
【００９５】
【化１】

（上記式中のＲ１，Ｒ２，Ｒ３及びＲ４は、夫々、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルアルキル基のいずれかを表わし、Ｒ１〜Ｒ４は、夫々同一であっても或いは異なっていてもよく、Ｘ^-は、陰イオンを表わす。）
【００９６】
上記一般式（Ａ）において、Ｘ^-の陰イオンの具体例としては、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、有機リン酸イオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、モリブデン原子或いはタングステン原子を含むヘテロポリ酸等が好ましく用いられる。
【００９７】
樹脂被膜は、次の要領で作成した。
【００９８】
下記の材料を混合し、直径２ｍｍのジルコニア粒子を充填材として、サンドミルにて３時間の分散を行った後、ジルコニア粒子を篩で分離し、イソプロパノールで固形分を３０％に調整して、ポリアミド樹脂中に、鉄粉に対して自身が正帯電性である第４級アンモニウム塩化合物が添加された樹脂組成物を得た。
【００９９】
・カーボン ２０質量部
・グラファイト ８０質量部
・フェノール樹脂（固形分５０％） ５００質量部
・下記式（１）の第４級アンモニウム塩化合物 ７５質量部
・メタノール １５０質量部
・炭素粒子（直径５μｍ） ７０質量部
【０１００】
【化２】

上記式（１）で表わされる第４級アンモニウム塩化合物について、鉄粉との摩擦帯電量を、摩擦帯電量測定器ＴＢ−２００型（商標 東芝ケミカル製）を用いてブローオフ法により測定したところ、正極性であった。
【０１０１】
上記で得られた樹脂組成物は、塗料状を呈しており、その組成は、Ｃ（カーボン）／Ｇ（グラファイト）／Ｂ（フェノール樹脂）／ＣＡ（第４級アンモニウム塩化合物）／ＰＣ（炭素粒子）＝０．２／０．８／２．５／０．７５／０．７であった。得られた樹脂組成物を絶縁シート上にバーコーターにて塗布し、加熱及び硬化させ、これを定形にカットし、塗膜の体積抵抗率を低抵抗率計ロレスタ（商標 三菱油化社製）にて測定したところ、体積抵抗率は１．９×１０Ω・ｃｍであった。
【０１０２】
次に、この樹脂組成物をスプレー法にて直径３２．３ｍｍのアルミニウム製の円筒体上に塗布して１５〜２０μｍ厚の被膜を形成させ、その後、熱風乾燥機により１５０℃で３０分間加熱・硬化させ、紙やすりにて所定の表面粗さに仕上げた。
【０１０３】
現像スリーブ４１の内部には、６つの磁極を有する固定された永久磁石ローラ４４を備えている。現像スリーブ４１は、駆動手段としての駆動モータにより感光体ドラム１の周速４５０ｍｍ／ｓｅｃ（画像形成速度）よりも早い速度Ｖｄａｈｍにて回転する（図３）。
【０１０４】
本実施の形態において、トナーは、磁性金属製の規制ブレード４２で層厚を規制され、Ｇ１を２４０μｍとした。このとき、トナーは、現像スリーブと規制ブレードとの間で摺擦される。
【０１０５】
画像形成装置内の雰囲気環境を検知する検知手段としての雰囲気環境センサ９５１は、ガラスエポキシ製基板の上に湿度センサチップと、温度センサチップとを配設してなるものである。ここでセンサチップは、基板上に金線で接続されている。湿度センサチップは、シリコン基板上に酸化シリコン膜を介して窒化チタン（ＴｉＮ）薄膜からなるヒータを設置し、絶縁膜としての酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を介して、この上層にプラチナ薄膜からなる下部電極と、ポリイミド膜からなる感湿膜と、金からなる上部電極から構成され、湿度による感湿膜の容量変化を下部電極と上部電極から取り出すようにした湿度検出手段としての湿度センサを配設している。
【０１０６】
温度センサチップは、この湿度センサチップと離間してセンサヘッド基板上に設置されるもので、シリコン基板上に絶縁膜を介して温度検出手段としての温度センサが配設されている。
【０１０７】
雰囲気環境センサ９５１は、画像形成装置の操作板９５の下部に配設されている（図１５）が、この部位に限定されるものではなく、画像形成装置の構成上最も温度及び湿度の変化が少ない部位を選択することが肝要である。
【０１０８】
雰囲気環境センサ９５１が発する絶対湿度（絶対水分量）ηａｗに関する信号は、これから実行しようとするとジョブ（一組の画像形成命令をいう。「例：給紙カセット中段に収容されている紙の両面に、原稿給紙装置に置載する原稿を、薄めの濃度で、文字写真混在モードで、５０％の縮小で複写し、左上１箇所をステープルで固定したものを１００部出力する」）に関する情報とともに、いくつかの不図示の電気回路を経て制御手段９９へと至り、制御手段９９は、更にいくつかの不図示の電気回路を経て現像スリーブ４１の駆動手段たるモータ９８への通電制御を行い、Ｖｄａｈｍを制御する（図１０）。
【０１０９】
なお、感光ドラムの周速は、片面モードが選択された場合であっても両面モードが選択された場合であっても、４５０ｍｍ／ｓｅｃに設定されている。
【０１１０】
そして、制御手段９９は、画像形成装置に入力される印刷命令（例えば、複写機の場合、画像形成装置上部の液晶表示部より入力される情報、あるいは、プリンタの場合、画像形成装置とネットワークケーブルを介して接続されたコンピュータから入力される情報）により画像形成モードを選択し、選択されたモードに応じてモータ９８を制御することによって現像スリーブの周速を制御している。
【０１１１】
具体的には表３に示すとおりである。
【０１１２】
すなわち、例えば、温度３０℃、湿度８０％ＲＨの環境において、スルーパス方式を採用する両面モードでコピーするジョブを与えた場合には、絶対湿度ηａｗは２１．５６ｇ／ｋｇであるから、Ｖｄａｈｍ＝５８０．５ｍｍ／ｓとする。
【０１１３】
なお、「連続」とは、１０００頁以上の出力を一のジョブで行うことをいう（以下同じ）。
【０１１４】
上記環境において、片面モードでコピーするジョブを与えた場合には、Ｖｄａｈｍ＝７８７．５ｍｍ／ｓとする。
【０１１５】
温度２０℃、湿度１５％ＲＨの環境においては、絶対湿度ηａｗは２．１６ｇ／ｋｇであるから、いかなるジョブを与えても、Ｖｄａｈｍ＝７８７．５ｍｍ／ｓとする。
【０１１６】
なお、１枚の紙に間欠的に両面コピー施す場合であっても、片面コピー時よりも現像スリーブ周速を遅くしても良い。この場合、上述したように、雰囲気環境（雰囲気の絶対湿度）に応じて両面時の現像スリーブの周速を片面コピー時よりも遅くするかどうかの判断や、両面コピー時の現像スリーブの減速割合を可変に制御しても良い。
【０１１７】
現像スリーブ４１と感光体ドラム１との距離Ｇ２は２１５μｍとし、現像バイアスは、振幅Ｖｐｐ＝１０００Ｖ、周波数ｆ＝１／Ｔ＝２．７ｋＨｚ、デューティー比ηｄｅｖａｃ＝Ｔｄｅｖ／Ｔ＝０．４の交流電圧にＶｍ＝２８０ｖの直流電圧を重畳させたものを現像スリーブに印加している。交流のバイアス波形は図４に示すとおりである。従って、現像コントラストＶｄｅｖ（露光部電位（明部）と現像バイアスとの差）は２３０Ｖ、かぶり除去コントラストＶｄｅｆ（非露光部電位（暗部）と現像バイアスとの差）が１２０Ｖとなる。
【０１１８】
表２及び表５に、本実施の形態にかかる画像形成装置で、高温高湿環境においてＡ４サイズの標準画像比率（６％）の出力を、連続して１００万頁行った際の性能を示す。
【０１１９】
これによれば、両面モードにおいて、現像スリーブ周速を片面モードよりも低減させることによるトナー劣化抑制効果が、感光ドラムと現像スリーブとの周速差低減により現像部を単位時間あたりに通過するトナー量の減少効果を上回ることによって、画像品位の安定効果が従来技術１に比較して顕著であることがわかる。
【０１２０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【０１２１】
本実施の形態では、現像スリーブ基層である円筒状基体４１ａの表面に、金属メッキ層４１ｐを設けている（図５）点が、実施の形態１と異なるが、その他の点は同じであり説明を割愛する。
【０１２２】
表面の硬質化のためのめっき処理としては、種々のものがあるが、本実施の形態では、電気めっきでなく、無電解めっきを用いる。非磁性金属の無電解めっきとしては、たとえば無電解Ｎｉ−Ｐめっき、無電解Ｎｉ−Ｂめっき、無電解Ｃｒめっきが好適である。
【０１２３】
上述したように、現像スリーブ４１は、磁性トナーを使用するため非磁性としているが、現像スリーブの表面に施す金属めっきは、そのめっきの層厚が数μｍと薄いことから、若干の磁性を帯びていても使用可能である。とはいえ、あくまでも非磁性が好ましい。ニッケル（Ｎｉ）は単体で強磁性体であるが、無電解Ｎｉ−Ｐ、Ｎｉ−Ｂめっき層中では、ニッケルはリン（Ｐ）あるいはホウ素（Ｂ）と結びつくことによって非晶質となり、非磁性化する。そのような非磁性化のために必要とされるＮｉ−Ｐめっき被膜中のリン含有量は８〜１０ｗｔ％、Ｎｉ−Ｂめっき被膜中のホウ素含有量は５〜７ｗｔ％である。
【０１２４】
めっきは、現像スリーブ４１の表面全体に一様に施してもよいが、任意の穴開形状のメッシュ状としてもよい。メッシュ状のマスキング処理を行なってからめっきをすることにより、メッシュ状のめっきが得られる。また、めっき被膜と現像スリーブ表面との密着性を高めるためによく行なわれるが、めっき前に現像スリーブ表面に亜鉛合金被膜を生成させるジンケート処理を行なってもよい。
【０１２５】
本実施の形態において、電気めっきでなく無電解めっきを用いるのは、現像スリーブ４１の粗面化した凹凸のある表面に、析出しためっき金属を凹凸に左右されずに一様な厚さに付着でき、均一な厚さのめっき被膜が得られるからであり、従って粗面化により得た表面粗さをほとんど変えることなく維持できるからである。電気めっきでは、現像スリーブの粗面化した表面の凹部にめっき金属が析出しづらく、凸部に優先的に付着して凸部のみが厚くめっきされるので、均一な厚さのめっき被膜を得られず、表面粗さが変化してしまう。
【０１２６】
表５は、本実施の形態にかかる画像形成装置で、高温高湿環境においてＡ４サイズの標準画像比率（６％）の出力を、連続して１００万頁行った際の、性能を示すものである。
【０１２７】
これによっても、実施の形態１と同様にスリーブ速度低減によるトナー劣化抑制効果が、現像部を単位時間あたりに通過するトナー量の減少効果を上回って画像品位の安定効果が、従来技術２に比較して顕著であることがわかる。
【０１２８】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【０１２９】
本実施の形態では、周辺雰囲気の絶対湿度ηａｗに応じて、スリーブ速度Ｖｄａｈｍをより細かく制御する点が、実施の形態１と異なるが、その他の点は同じであり説明を割愛する。
【０１３０】
すなわち、Ｖｄａｈｍの制御の判断基準が、表４に示すごとく、より緻密になっており、絶対湿度ηａｗが多いほど、スリーブ速度Ｖｄａｈｍを小さくしている。
【０１３１】
例えば、温度３０℃、湿度８０％ＲＨの環境において、両面モードで連続コピーするジョブを与えた場合には、絶対湿度ηａｗは２１．５６ｇ／ｋｇであるから、Ｖｄａｈｍ＝６７５ｍｍ／ｓとする。
【０１３２】
上記環境において、片面モードで連続コピーするジョブを与えた場合には、Ｖｄａｈｍ＝７２０ｍｍ／ｓとする。
【０１３３】
温度２５℃、湿度６０％ＲＨの環境において、両面モードで連続コピーするジョブを与えた場合には、絶対湿度ηａｗは１１．８９ｇ／ｋｇであるから、Ｖｄａｈｍ＝７２０ｍｍ／ｓとする。
【０１３４】
上記環境において、片面モードで連続コピーするジョブを与えた場合には、Ｖｄａｈｍ＝７８７．５ｍｍ／ｓとする。
【０１３５】
連続コピーでないジョブを与えた場合には、常にＶｄａｈｍ＝７８７．５ｍｍ／ｓとする。
【０１３６】
なお、場合によっては、１枚の紙への間欠の両面コピー時、現像スリーブを片面コピー時よりも遅くしても良い。なお、１枚の紙に間欠的に両面コピー施する場合であっても、片面コピー時よりも現像スリーブ周速を遅くしても良い。この場合、上述したように、雰囲気環境（雰囲気の絶対湿度）に応じて両面時の現像スリーブの周速を片面コピー時よりも遅くするかどうかの判断や、両面コピー時の現像スリーブの減速割合を可変に制御しても良い。
【０１３７】
表５は、本実施の形態にかかる画像形成装置で、高温高湿環境においてＡ４サイズの標準画像比率（６％）の出力を、連続して１００万頁行った際の、性能を示すものである。
【０１３８】
これによっても、上記実施の形態１、２と同様に、スリーブ速度低減によるトナー劣化抑制効果が、現像部を単位時間あたりに通過するトナー量の減少効果を上回って画像品位の安定効果が、従来技術３に比較して顕著であることがわかる。
【０１３９】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
【０１４０】
本実施の形態では、周辺雰囲気の絶対湿度ηａｗに加えて、周辺雰囲気温度Ｔｅｎｖをも制御の基準とする点が、実施の形態３と異なるが、その他の点は同じであり説明を割愛する。
【０１４１】
すなわち、Ｖｄａｈｍの制御の判断基準が、表６に示すごとく、さらに緻密になっている。
【０１４２】
例えば、温度３０℃、湿度８０％ＲＨの環境と、温度３５℃、湿度６０％ＲＨの環境における絶対湿度ηａｗはほぼ同一であるが、現像装置に与える影響は、温度の高い後者の方が大きいことに鑑み、表６のように温度をも加味した制御基準を備える。これにより、絶対湿度が同じでも温度が上昇する場合にも対応可能となる。
【０１４３】
表５は、本実施の形態にかかる画像形成装置で、高温高湿環境においてＡ４サイズの標準画像比率（６％）の出力を、連続して１００万頁行った際の、性能を示すものである。ただし、この場合の環境温度は２７℃〜３３℃及び環境湿度は６０％〜８０％の範囲で変動している。
【０１４４】
これによっても、スリーブ速度低減によるトナー劣化抑制効果が、現像部を単位時間あたりに通過するトナー量の減少効果を上回ることによる画像品位安定効果が、かかる変動の大なる環境においても確実に得られることがわかる。
【０１４５】
以上、本発明の実施の形態をいくつか挙げたが、「従来技術Ｎ」（Ｎは正整数）とは、「実施の形態Ｎ」において、スリーブ速度を制御することがない。つまり、スリーブ速度が一定である画像形成装置であり、本発明の技術的範囲は、これら本発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０１４６】
すなわち、現像装置としては、現像剤担持体のみならず当該現像剤担持体に内包される磁界発生手段が共に回転するもの、１つの現像器の中に２個以上の現像剤担持体を有するもの、円柱状の現像剤層形成部材を有するもの、トナー及びキャリアから構成される２成分現像剤を使用するもの、非磁性トナーのみから構成される現像剤を使用するもの、現像剤担持体が像担持手段に接触するもの並びに現像剤担持体がベルト形状を呈するものでもよい。
【０１４７】
現像剤担持体の周速としても、低速から高速までいろいろな値が想定しうる。
【０１４８】
現像剤層厚規制部材としても、現像剤担持体に非接触なものだけでなく、弾性材料で構成した接触型をも使用可能なことは、前述の通りである。
【０１４９】
また、制御手段９９には両面モードでコピーするジョブとともに、雰囲気環境センサ９５１の情報が入力されるが、制御手段９９は、両面モードのジョブを認識してから雰囲気環境センサ９５１の情報を入力してもよく、両面モードのジョブのみで周速Ｖｄａｈｍを変更してもよい。
【０１５０】
スリーブ速度の制御についても、より細かな制御を行ったり、切り替えの絶対湿度を変えたり、環境センサの数を増したり、配設位置を変更することも、可能であり、画像形成装置の特性に応じて最適化することが望ましい。
【０１５１】
換言すると、本発明の趣旨に鑑みれば小さな変更と認められるすべての変更は、本発明の技術的範囲に属するものというべきである。
【０１５２】
【表１】

【０１５３】
【表２】

【０１５４】
【表３】

【０１５５】
【表４】

【０１５６】
【表５】

【０１５７】
【表６】

【０１５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現像装置及び現像装置が構成する画像形成装置内部の温度上昇及び現像剤の吸湿による出力画像品位の低下を防止できるので、高品位な出力画像を長期間にわたり安定して得ることができる画像形成装置を提供することが可能となる。
【０１５９】
特に、温湿度変動の大なる高温高湿環境において、画像出力を高速でかつ連続して行った場合でも、現像装置及び現像装置が構成する画像形成装置内部の温度上昇及び現像剤の吸湿による出力画像品位の低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の概略断面図である。
【図２】実施の形態１に係る現像剤担持体を説明する概略断面図である。
【図３】実施の形態１に係る現像装置の概略断面図である。
【図４】実施の形態１に係る現像バイアスを説明する図である。
【図５】実施の形態２に係る現像剤担持体の概略断面図である。
【図６】従来の現像装置の概略断面図である。
【図７】従来の現像装置の概略断面図である。
【図８】現像材補給容器の概略断面図である。
【図９】従来の画像形成装置の要部の概略断面図である。
【図１０】制御を説明する図である。
【図１１】従来と実施の形態とを比較した現像装置近傍の温度推移を示す図である。
【図１２】従来と実施の形態とを比較した画像反射濃度推移を示す図である。
【図１３】中間トレーの有無による現像装置近傍の温度推移を示す図である。
【図１４】従来の画像形成装置の概略断面図である。
【図１５】実施の形態１に係る画像形成装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 一次帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 転写分離帯電装置
６ 清掃装置
７ 前露光装置
８ 定着装置
１２ ヒータ
４０ 現像容器
４１ 現像スリーブ
４１ａ 円筒状基体
４１ｐ 金属メッキ層
４１ｒ 樹脂被覆層
４１ｒａ 導電性物質
４１ｒｂ 固体潤滑剤
４２ 規制ブレード
４３ 板状部材
４４ 永久磁石ローラ
４５ 圧電素子
４６ マグロール
４７ トナーバッファ容器
４９ 電源
９５ 操作板
９８ モータ
９９ 制御手段
９２２ 反転手段
９５１ 雰囲気環境センサ

Claims (18)

1. 像担持体上に形成された潜像を現像するために現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制手段と、
   前記像担持体から転写された記録媒体上の現像剤像を定着する定着手段と、を備え、
   記録媒体の片面のみに現像剤像を形成する第１モードと、記録媒体の両面に現像剤像を形成する第２モードと、を選択可能である画像形成装置において、
   前記現像剤担持体の周速を選択されるモードに応じて制御する制御手段は、前記第２モードが選択されたときの前記現像剤担持体の周速を前記第１モードが選択されたときの前記現像剤担持体の周速よりも遅くすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第２モードにおいて、現像剤像が形成されていない記録媒体と前記定着手段により現像剤像が定着された記録媒体に連続して現像剤像を形成することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記第２モードでの前記現像剤担持体の周速を雰囲気環境に応じて制御することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の画像形成装置。
4. 前記雰囲気環境とは、温度及び相対湿度であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記雰囲気環境とは、絶対湿度であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
6. 前記規制手段は、前記現像剤担持体上の現像剤を摺擦することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記現像剤担持体は、基体と、前記基体上に樹脂層と、を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記定着手段は、現像剤像及び記録媒体を加熱することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記現像剤とは、一成分磁性トナーであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 像担持体上に形成された潜像を現像するために現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
    前記現像剤担持体に担持された現像剤の層厚を規制する規制手段と、
    前記像担持体から転写された記録媒体上の現像剤像を定着する定着手段と、
    を備え、
    記録媒体の片面のみに現像剤像を形成する第１モードと、記録媒体の両面に現像剤像を形成する第２モードと、を選択可能である画像形成装置において、
    前記第２モードでの前記現像剤担持体の周速を制御する制御手段は、雰囲気環境に応じて前記現像剤担持体の周速を前記第１モードが選択されたときの前記現像剤担持体の周速よりも遅くすることを特徴とする画像形成装置。
11. 前記制御手段は、前記第１モードでの前記現像剤担持体の周速を雰囲気環境に応じて制御することを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記第２モードにおいて、現像剤像が形成されていない記録媒体と前記定着手段により現像剤像が定着された記録媒体に連続して現像剤像を形成することを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の画像形成装置。
13. 前記雰囲気環境とは、温度及び相対湿度であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
14. 前記雰囲気環境とは、絶対湿度であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の画像形成装置。
15. 前記規制手段は、前記現像剤担持体上の現像剤を摺擦することを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
16. 前記現像剤担持体は、基体と、前記基体上に樹脂層と、を備えることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
17. 前記定着手段は、現像剤像及び記録媒体を加熱することを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
18. 前記現像剤とは、一成分磁性トナーであることを特徴とする請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images