JP5193784B2 - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用し、トナー担持体に帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を現像する現像装置の駆動制御方法に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

一成分現像方式は、磁気ブラシによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制するため、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下し、トナーの帯電量を安定して維持することが困難であった。また、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。

また、色重ねを行うカラー印刷の場合、トナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリア成分を含まないトナーのみを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。しかし、二成分現像方式は安定した帯電量を長期間維持できトナーの長寿命化に適している反面、前述した磁気ブラシによる影響のため画質の面で不利であった。

これらの問題を解決する手段の一つとして、磁気ローラ（トナー供給部材）を用いて現像剤を像担持体（感光体）に対して非接触に設置した現像ローラ（トナー担持体）上に移行させる際に、磁気ローラ上に磁性キャリアを残したまま現像ローラ上に非磁性トナーのみを転移させてトナー薄層を形成し、交流電界によって像担持体（感光体）上の静電潜像にトナーを付着させる現像方式が提案されている。

この現像方式においては、現像ローラと感光体の間での電流リークによるノイズの発生と画像濃度ムラの発生が問題となっていた。これは、現像領域で現像ローラに印加する現像バイアスの交流成分を高くし過ぎると、感光体の表面電位と交流電圧のピーク値との電位差が大きくなって感光体と現像ローラとの間にリークが発生し、逆に交流成分を低くし過ぎると、感光体の表面電位と交流電圧のピーク値との電位差が小さくなり、現像ローラから感光体上へトナーが十分に飛翔せず画像濃度ムラが発生するためである。

そのため、上記の不具合が発生しないように現像バイアスの交流電圧を選択する必要があるが、実際には現像ローラの成形精度や取り付け精度、感光体と現像ローラとの隙間（現像ギャップ）を決定するスペーサの摩耗等によって現像毎に現像ギャップや現像ローラの抵抗値が異なる。また、装置の使用環境によってリークの発生し易さも異なるため、一律に同じ交流電圧を選択すると、リークの発生する場合や画像濃度ムラが発生する場合があった。

そこで、特許文献１には、像担持体（感光体）とトナー担持体（現像ローラ）との間にリークを発生させるリーク発生手段と、像担持体とトナー担持体との間に流れる電流に基づいてリークの発生を検知するリーク検知手段とを備え、故意にリークを発生させたときのリーク発生電圧に基づいてリークや画像濃度ムラの発生しない最適な交流電圧を選択可能とした現像装置が開示されている。
特開２００３−２８７９４２号公報

特許文献１の方法では、リーク発生及び検出時にもトナー担持体上にトナー層が形成される。しかし、トナー担持体上にトナー層が形成された状態でリークを検出すると、トナー層の層厚変化やトナー帯電量変化等によってリーク発生電圧がばらつき易く、測定精度が悪くなる。そのため、リーク発生電圧のばらつきを考慮して最適な交流電圧を決定する必要があった。

また、正帯電トナーを用いる反転現像の場合、図５に示すように、白地部（未露光部）のリークは感光体の白地部電位Ｖ０とトナー担持体に印加される交流電圧のマイナス側ピーク値（−Ｖｐｐ）との電位差Ａによって発生し、画像部（露光部）のリークは感光体の画像部電位ＶＬとトナー担持体に印加される交流電圧のプラス側ピーク値（＋Ｖｐｐ）との電位差Ｂによって発生する。

ここで、白地部電位Ｖ０は環境条件や耐久条件（経過時間）等によって変化していくが、画像部電位ＶＬはほぼ一定に維持される。例えば白地部電位Ｖ０が低下していく場合、電位差Ａも小さくなるため白地部でのリークは発生し難くなる。その結果、交流電圧のピークツーピーク値（Ｖｐｐ）を大きくする方向に制御がはたらく。しかし、画像部電位ＶＬは変化しないため、ピークツーピーク値を大きくすると電位差Ｂが大きくなり、画像部でリークが発生し易くなる。

つまり、画像部と白地部とではリークの発生状況が異なるため、白地部のリークのみを検知する方法では不十分であり、リーク検知性能を向上させるには白地部側だけでなく画像部側でのリーク発生も検知する必要がある。しかし、従来の技術では画像部でリークを検出するとき、トナー担持体上のトナーが画像部に付着してトナーを消費してしまうため、トナーの無駄な消費を抑えるには白地部でのリーク検知しかできなかった。そのため、Ｖ０の変化の影響を受けにくい画像部側で、且つトナー層の影響を受けにくいリーク検知方法の開発が要望されていた。

本発明は、上記問題点に鑑み、リーク検知時におけるトナー層の影響を極力少なくするとともに、トナーを消費することなく画像部及び白地部の両方においてリーク発生を検知可能な現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、像担持体に非接触で対向配置されるトナー担持体と、該トナー担持体上に磁気ブラシを用いてトナー薄層を形成するトナー供給部材と、該トナー供給部材に直流電圧若しくは直流電圧及び交流電圧を印加し、前記トナー担持体に直流電圧及び交流電圧を印加する電圧印加手段と、を有する現像装置において、前記電圧印加手段により前記トナー担持体に印加される交流電圧を変化させて前記像担持体と前記トナー担持体との間にリークを発生させるリーク発生手段と、該リーク発生手段により発生させたリークを検知するリーク検知手段と、を有し、前記リーク発生手段は、前記トナー供給部材に印加される直流電圧を前記トナー担持体に印加される直流電圧と同等、若しくは前記トナー担持体から前記トナー供給部材へトナーが移動する方向に印加された状態でリークを発生させることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記像担持体の露光部にトナーを飛翔させて現像する反転現像方式であり、前記像担持体表面の露光部電位をＶＬ、前記トナー担持体に印加される直流電圧をＶｓｌｖ（ＤＣ）とするとき、前記リーク発生手段によりリークを発生させる際のＶＬ及びＶｓｌｖ（ＤＣ）が以下の条件式（１）を満たすことを特徴としている。
｜ＶＬ｜≧｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜ ・・・（１）

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記像担持体の未露光部にトナーを飛翔させて現像する正転現像方式であり、前記像担持体表面の未露光部電位をＶ０、前記トナー担持体に印加される直流電圧をＶｓｌｖ（ＤＣ）とするとき、前記リーク発生手段によりリークを発生させる際のＶ０及びＶｓｌｖ（ＤＣ）が以下の条件式（２）を満たすことを特徴としている。
｜Ｖ０｜≦｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜ ・・・（２）

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記リーク発生手段は、前記トナー担持体に印加される直流電圧を段階的に変化させてリークを発生させ、前記リーク検知手段によりその都度リークの発生を検知するとともに、リーク検知時に前記トナー担持体に印加される交流電圧が最大となる直流電圧を現像時に印加する直流電圧として設定することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置が搭載された画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、トナー担持体上のトナー薄層がほとんど無い状態でリークの発生及び検知が可能となり、トナー薄層の影響を受けずに安定してリークポイントを検出することができるため、リーク発生電圧のばらつきが抑制されて測定精度も高くなる。また、トナー担持体上へのトナー層の形成が極力抑えられるため、画像部（露光部）でリーク検知を行ってもトナーの消費がほとんど発生しない。そのため、像担持体上に白地部と画像部の両方を形成して一度にリークを検知することが可能となり、白地部のみでリーク検知を行う場合に比べてより確実なリーク検知を行うことができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、反転現像方式の場合、リーク発生時における像担持体表面の露光部電位ＶＬと、トナー担持体に印加される直流電圧Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とが、条件式｜ＶＬ｜≧｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜を満たすことにより、像担持体の露光部（画像部）とトナー担持体との電位差は、トナーが移動しないか、或いは露光部側からトナー担持体側へ移動する方向になるため、露光部へのトナー付着をより効果的に抑制することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、正転現像方式の場合、リーク発生時における像担持体表面の未露光部電位Ｖ０と、トナー担持体に印加される直流電圧Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とが、条件式｜Ｖ０｜≦｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜を満たすことにより、像担持体の未露光部（画像部）とトナー担持体との電位差は、トナーが移動しないか、或いは未露光部からトナー担持体側へ移動する方向になるため、未露光部へのトナー付着をより効果的に抑制することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、トナー担持体に印加される直流電圧を段階的に変化させてリークを発生させ、リーク検知時にトナー担持体に印加される交流電圧が最大となる直流電圧を現像時に印加する直流電圧として設定することにより、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）がリークに最も強い設定となり、交流電圧をリークの発生しない範囲で最大限の電圧に設定することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの構成の現像装置を搭載することにより、精確に検知されたリーク発生電圧に基づいてリークや画像濃度ムラの発生しない最適な交流電圧を選択可能となるため、電流リークによるノイズの発生と画像濃度ムラの発生を同時に解決できる画像形成装置となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラー画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転し、各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラ９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、中間転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤と呼ぶ）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２０ａに形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ｂの上方には磁気ローラ２２が配置され、磁気ローラ２２の左斜め上方には現像ローラ２３が対向配置されている。そして、現像ローラ２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１に対向しており、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３は図中時計回りに回転する。

なお、現像容器２０には、第１攪拌スクリュー２１ａと対面してトナー濃度センサ（図示せず）が配置されており、トナー濃度センサで検知されるトナー濃度に応じて補給装置からトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラ２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する固定マグネットローラ体２２ｂで構成されている。現像ローラ２３は、非磁性の現像スリーブから構成されており、磁気ローラ２２と現像ローラ２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラ２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラ２２の回転方向（図中時計回り）において、現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラ２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラ２３には、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）を印加する第１バイアス回路３０が接続されており、磁気ローラ２２には、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）を印加する第２バイアス回路３１が接続されている。また、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１は共通のグランドに接地されている。

前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が磁気ローラ２２に搬送される。そして、磁気ローラ２２上に磁気ブラシ（図示せず）を形成する。磁気ローラ２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラ２３上にトナー薄層を形成する。

現像ローラ２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラ２２と現像ローラ２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラ２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

図３は、現像ローラ２３及び磁気ローラ２２に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図３（ａ）に示すように、現像ローラ２３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が第１バイアス回路３０から印加される。また、磁気ローラ２２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相が異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が第２バイアス回路３１から印加される。

従って、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３間（以下、ＭＳ間という）に印加される電圧は、図３（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図３で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。

磁気ブラシによって現像ローラ２３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラ２３の回転によって感光体ドラム１ａと現像ローラ２３との対向部分に搬送される。現像ローラ２３にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。

現像に用いられずに残ったトナーは、再度現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２上の磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ブラシは固定マグネットローラ体２２ｂの同極部分で磁気ローラ２２から引き剥がされた後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として磁気ローラ２２上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード２５へ搬送される。

また、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１には電圧可変装置３３が接続されており、現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及び磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を可変できるようになっている。さらに、第１バイアス回路３０にはリーク検知装置３５が接続されている。感光体ドラム１ａと現像ローラ２３との間（以下、ＤＳ間という）でリークが発生した場合、第１バイアス回路３０に流れる電流が急激に増加するため、第１バイアス回路３０に流れる電流をモニタリングすることでリークの発生を検知することができる。

電圧可変装置３３は、現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＡＣ）を変化させてＤＳ間にリークを発生させる。そして、リーク検知装置３５によりリークが検知されたときのＤＳ間の電位差（以下、リーク発生電圧という）に基づいて、ＤＳ間に印加される交流電圧のピークツーピーク値（以下、ＤＳ間Ｖｐｐという）をリークの発生しない範囲に設定する。

本発明においては、リークの発生及び検知を行う場合、現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）に対し、磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）を同等、若しくはトナーが現像ローラ２３側から磁気ローラ２２側へ移動する方向に印加されるようにしている。例えば、帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる場合は、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）≧Ｖｍａｇ（ＤＣ）とし、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる場合は、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）≦Ｖｍａｇ（ＤＣ）とする。

これにより、現像ローラ２３上のトナー薄層がほとんど無い状態でリークの発生及び検知が可能となり、トナー薄層の影響を受けずに安定してリークポイントを検出することができるため、リーク発生電圧のばらつきが抑制されて測定精度が高くなる。従って、ＤＳ間Ｖｐｐの設定精度も向上する。

また、現像ローラ２３上へのトナー層の形成が極力抑えられるため、画像部（露光部）でリーク検知を行ってもトナーの消費がほとんど発生しない。そのため、感光体ドラム１ａ上に白地部と画像部の両方を形成して一度にリークを検知することが可能となり、白地部のみでリーク検知を行う場合に比べてより確実なリーク検知を行うことができる。

さらに、感光体表面の画像部と現像ローラ２３との電位差を０とするか、或いはトナーが画像部から現像ローラ２３側へ移動する方向に電圧を印加すれば、感光体上へのトナー像の形成が抑制されるため、トナー消費をより少なくすることができる。

例えば、感光体表面の露光部にトナーを飛翔させる反転現像方式の場合、感光体表面の露光部電位をＶＬとするとき、条件式（１）を満たすようにすれば良い。
｜ＶＬ｜≧｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜ ・・・（１）
条件式（１）によれば、露光部−現像ローラ間の電位差はトナーが移動しないか、或いは露光部から現像ローラ２３側へ移動する方向になるため、露光部へのトナー付着を効果的に抑制することができる。

一方、感光体表面の未露光部にトナーを飛翔させる正転現像方式の場合、感光体表面の未露光部電位をＶ０とするとき、条件式（２）を満たすようにすれば良い。
｜Ｖ０｜≦｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜ ・・・（２）
条件式（２）によれば、未露光部−現像ローラ間の電位差はトナーが移動しないか、或いは未露光部から現像ローラ２３側へ移動する方向になるため、未露光部へのトナー付着を効果的に抑制することができる。

また、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）の変化により、リーク発生部位も画像部と白地部とで切り替わる。そして、リーク発生部位が画像部と白地部とで切り替わるところでリーク発生電圧が最大となる。従って、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）を段階的に変化させ、その都度リークの発生及び発生部位を検知するようにすれば、リーク発生電圧が最大となるＶｓｌｖ（ＤＣ）が容易に決定でき、このときのＶｓｌｖ（ＤＣ）を現像時に印加する直流電圧として設定することで、最もリークの発生し難い設定となる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記各実施形態では帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる現像装置を例に挙げて説明したが、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる現像装置にも全く同様に適用可能である。その場合、電位が低い（マイナス側に高い）側から高い（マイナス側に低い）側へトナーが移動するため、現像ローラ２３と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの電位差は正帯電トナーを用いる場合と逆になるが、条件式（１）、（２）の関係を満たす場合の効果は正帯電トナーを用いる場合と同様である。

また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンタ及びロータリー現像式のカラープリンタ及びカラー複写機、ファクシミリ等、現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。

図２に示した本発明の現像装置が搭載された図１に示すような試験機を用い、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）を変化させてリークの発生及び検知を行い、リーク発生電圧及びばらつき、並びに画像部へのトナー付着を比較した。なお、試験は感光体ドラム１ａ及び現像装置３ａを含むシアンの画像形成部Ｐａにおいて行った。

試験機の条件としては、印字速度４０枚／分、感光体ドラムの周速を２００ｍｍ／ｓｅｃとし、ドラム表面電位は白地部電位（Ｖ０）を３００Ｖ、画像部電位（ＶＬ）を２０Ｖとした。また、現像ローラはアルマイト表面処理したものを用い、現像ローラの周速を感光体に対し周速比１：３（順回転）、磁気ローラの周速を現像ローラに対し周速比１：５（カウンタ回転）とした。また、ＤＳ間ギャップを０．１２ｍｍ、ＭＳ間ギャップを０．３ｍｍとした。現像剤としては、平均粒径６．８μｍの正帯電トナーと体積固有抵抗１０¹⁰Ω、飽和磁化６５ｅｍｕ／ｇ、平均粒径４５μｍのコーティングフェライトキャリアとから成る二成分現像剤を用い、キャリアに対するトナーの混合比率（Ｔ／Ｃ）を１２重量％とした。

現像ローラへの電圧印加条件は、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）＝５０Ｖ、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）の周波数を４．５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ＝４５％とした。また、ＭＳ間の電圧印加条件は、Ｖｍａｇ（ＡＣ）−Ｖｓｌｖ（ＡＣ）＝１８００Ｖ、周波数＝４．５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ＝７５％とした。

評価方法としては、現像ローラに印加するＶｓｌｖ（ＤＣ）及び磁気ローラに印加するＶｍａｇ（ＤＣ）を共に７５Ｖとした場合（本発明１）、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）を７５Ｖ、Ｖｍａｇ（ＤＣ）を０Ｖとした場合（本発明２）、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）を共に０Ｖとした場合（本発明３）、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）を７５Ｖ、Ｖｍａｇ（ＤＣ）を２７５Ｖとした場合（比較例１）について、それぞれＶｓｌｖ（ＡＣ）を変化させて１０回ずつリークを発生させ、リーク発生時の平均電圧とその偏差を求めた。また、画像部のＩＤ（イメージデンシティ）を測定してトナー付着を評価した。評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）が７５Ｖ、Ｖｍａｇ（ＤＣ）が２７５Ｖである通常の現像条件でリークを発生させた比較例１では、リーク発生電圧は１５４１Ｖであり、測定値の偏差は３０であった。また、画像部のＩＤは１．４２と高かった。この原因としては、磁気ローラから現像ローラにトナーが移動する方向に電圧が印加されており、現像ローラ上にトナー層が形成されるためリーク発生電圧がばらつき易く、さらに現像ローラ上のトナーが感光体ドラムの画像部に付着するためであると考えられる。

これに対し、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とＶｍａｇ（ＤＣ）を共に７５Ｖとした本発明１では、ＭＳ間の電位差ΔＶが０Ｖであるため磁気ローラから現像ローラへのトナー移動が発生せず、画像部におけるＩＤは０．２９と低かった。また、リーク発生電圧の偏差も１６と小さくなった。また、Ｖｍａｇ（ＤＣ）を０Ｖとした本発明２では、現像ローラから磁気ローラへトナーが移動する方向に電圧が印加されるため、リーク発生電圧の偏差は本発明１と同等であったが、画像部におけるＩＤは０．２と本発明１に比べてさらに低くなった。

そして、本発明１、２で測定されたリーク電圧はいずれも約１５００Ｖとなり、比較例１に比べて約４０Ｖ低くなった。これは、本発明１、２ではトナー層の影響を受けずにリーク発生電圧を測定できるため、トナー層の影響によりリーク発生電圧が上昇していた比較例１よりも低い、本来のリーク発生電圧が測定可能になったものと考えられる。

また、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とＶｍａｇ（ＤＣ）を共に０Ｖとした本発明１では、現像ローラから感光体ドラムへのトナー移動を妨げる条件となっており、画像部におけるＩＤは０．１１と本発明２に比べて一層低くなった。なお、本発明３ではリーク発生電圧は１３５０に低下しているが、これはＶｓｌｖ（ＤＣ）を０Ｖに低下させたことにより、図５に示す電位差Ｂが小さくなり、反対に電位差Ａが大きくなるためリーク発生場所が画像部から白地部へ移動した結果である。従って、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）を７５Ｖに設定した場合は再びリーク発生場所が白地部から画像部へ移動し、リーク発生電圧も１５００Ｖとなる。

以上の結果より、リーク発生時に磁気ローラから現像ローラへのトナー移動が発生しないようにＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）を設定することにより、リーク発生電圧の測定のばらつきを小さくでき、且つ画像部へのトナー付着によるトナーの消費も抑制できることが確認された。なお、ここではシアンの画像形成部Ｐａにおいて試験を行ったが、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄにおいても同様の結果が得られることが確認されている。

実施例１と同じ試験機を用いて、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）を変化させたときのリーク発生電圧及びリーク発生場所について調査した。試験機の条件は実施例１と同様とし、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）を等電圧に維持しながら９０Ｖから２０Ｖまで１０Ｖずつ段階的に変化させてリークを発生させ、リーク検出時の電圧を測定するとともにリーク検出部位を調査した。結果を表２に示す。

リークを発生させる際のテスト画像パターンとしては、図４に示すような縦帯パターンを使用した。各縦帯Ｒの長さＬは現像ローラの周長よりも長く設定されている。これは、現像ローラ上のトナー層が薄いとリークが発生し易くなることに着目し、トナーを消費させることで現像ローラ上のトナー層が薄くなる状況を作り、その状況下でのリークを掲出するためである。なお、本実施例ではＶｓｌｖ（ＤＣ）とＶｍａｇ（ＤＣ）が等電圧に設定されるため、実際には画像部（縦帯）にトナーは殆ど付着しない。また、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいてリーク検知を同時に行う場合は、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色の縦帯Ｒが形成されるようなテスト画像パターンを使用すれば良い。

表２から明らかなように、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）を低下させていくと、リーク発生部位は画像部から白地部へ変化し、この切り替わりの部分でリーク発生電圧が最大となっている。そのため、リーク発生部位が切り替わるＶｓｌｖ（ＤＣ）（ここでは７０Ｖ）に設定することにより、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）がリークに最も強い設定となり、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）のピークツーピーク値、即ちＤＳ間Ｖｐｐを、リークの発生しない範囲で最大に設定できることが確認された。

なお、上記実施例は本発明の一構成例にすぎず、ドラム表面電位や現像ローラ及び磁気ローラへの電圧印加条件等は装置の仕様や使用環境に応じて適宜設定することができる。

本発明は、トナー供給部材を用いてトナー担持体上に帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を現像する現像装置に利用可能であり、電圧印加手段によりトナー担持体に印加される交流電圧を変化させて像担持体と前記トナー担持体との間にリークを発生させるリーク発生手段と、該リーク発生手段により発生させたリークを検知するリーク検知手段と、を有し、リーク発生手段は、トナー供給部材に印加される直流電圧をトナー担持体に印加される直流電圧と同等、若しくはトナー担持体からトナー供給部材へトナーが移動する方向に印加された状態でリークを発生させるものである。

これにより、トナー薄層の影響を受けずに安定してリークポイントを検出することができるため、リーク測定精度の高い現像装置を提供することができる。また、トナー担持体上へのトナー層の形成が極力抑えられるため、トナーを消費することなく像担持体上に白地部と画像部の両方を形成して一度にリークを検知することが可能となり、白地部のみでリーク検知を行う場合に比べて確実なリーク検知を行うことができる。

また、反転現像方式においては、リーク発生時における像担持体表面の露光部電位ＶＬと、トナー担持体に印加される直流電圧Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とが、｜ＶＬ｜≧｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜を満たすように、正転現像方式においては、リーク発生時における像担持体表面の未露光部電位Ｖ０と、トナー担持体に印加される直流電圧Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とが、｜Ｖ０｜≦｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜を満たすようにすれば、トナーの消費をより効果的に抑制できる現像装置となる。

また、トナー担持体に印加される直流電圧を段階的に変化させてリークを発生させ、リーク検知時にトナー担持体に印加される交流電圧が最大となる直流電圧を現像時に印加する直流電圧として設定することにより、交流電圧をリークの発生しない範囲で最大限の電圧に設定できる現像装置となる。

は、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、本発明の現像装置の構成を示す側面断面図である。 は、現像ローラ及び磁気ローラに印加されるバイアス波形の一例を示す図である。 は、実施例２で用いたテスト画像パターンを示す図である。 は、現像ローラへ印加される交流電圧Ｖｐｐ及び直流電圧Ｖｄｃと、感光体表面のリーク発生箇所及びリーク発生電圧との関係を示す図である。

符号の説明

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 現像装置
２１ａ 第１攪拌スクリュー
２１ｂ 第２攪拌スクリュー
２２ 磁気ローラ（トナー供給部材）
２３ 現像ローラ（トナー担持体）
２５ 穂切りブレード
３０ 第１バイアス回路（電圧印加手段）
３１ 第２バイアス回路（電圧印加手段）
３３ 電圧可変装置（リーク発生手段）
３５ リーク検知装置（リーク検知手段）
１００ 画像形成装置
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部

Claims (5)

1. 像担持体に非接触で対向配置されるトナー担持体と、
   該トナー担持体上に磁気ブラシを用いてトナー薄層を形成するトナー供給部材と、
   該トナー供給部材に直流電圧若しくは直流電圧及び交流電圧を印加し、前記トナー担持体に直流電圧及び交流電圧を印加する電圧印加手段と、を有する現像装置において、
   前記電圧印加手段により前記トナー担持体に印加される交流電圧を変化させて前記像担持体と前記トナー担持体との間にリークを発生させるリーク発生手段と、
   該リーク発生手段により発生させたリークを検知するリーク検知手段と、を有し、
   前記リーク発生手段は、前記トナー供給部材に印加される直流電圧を前記トナー担持体に印加される直流電圧と同等、若しくは前記トナー担持体から前記トナー供給部材へトナーが移動する方向に印加された状態でリークを発生させることを特徴とする現像装置。
2. 前記像担持体の露光部にトナーを飛翔させて現像する反転現像方式であり、前記像担持体表面の露光部電位をＶＬ、前記トナー担持体に印加される直流電圧をＶｓｌｖ（ＤＣ）とするとき、前記リーク発生手段によりリークを発生させる際のＶＬ及びＶｓｌｖ（ＤＣ）が以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
   ｜ＶＬ｜≧｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜ ・・・（１）
3. 前記像担持体の未露光部にトナーを飛翔させて現像する正転現像方式であり、前記像担持体表面の未露光部電位をＶ０、前記トナー担持体に印加される直流電圧をＶｓｌｖ（ＤＣ）とするとき、前記リーク発生手段によりリークを発生させる際のＶ０及びＶｓｌｖ（ＤＣ）が以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
   ｜Ｖ０｜≦｜Ｖｓｌｖ（ＤＣ）｜ ・・・（２）
4. 前記リーク発生手段は、前記トナー担持体に印加される直流電圧を段階的に変化させてリークを発生させ、前記リーク検知手段によりその都度リークの発生を検知するとともに、リーク検知時に前記トナー担持体に印加される交流電圧が最大となる直流電圧を現像時に印加する直流電圧として設定することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の現像装置が搭載された画像形成装置。

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