JP5267016B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式によりトナー像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ機又はこれらのうち２以上を組み合わせた複合機等の画像形成装置における現像装置に関する。また、本発明はこのような現像装置を備えた画像形成装置にも関係している。

例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ等の画像形成装置では、通常、静電潜像担持体（この一例として感光体ドラムが挙げられる）の表面が帯電器により帯電され、その帯電域に光学系から原稿画像に対応する画像露光がなされて静電潜像が形成され、この静電潜像を現像装置により現像してトナー像が形成され、このトナー像を転写装置により被転写体に転写できるものが一般的である。

ここで、「被転写体」とは、モノクロ画像形成装置においては記録紙等の記録媒体が一般的であり、カラー画像形成装置のように静電潜像担持体上のトナー像を１次転写する中間転写体を採用している場合にはこの中間転写体及び中間転写体からトナー像が２次転写される記録媒体のいずれもが被転写体であると言える。

また、このような画像形成装置における現像装置は、乾式現像装置と湿式現像装置とに大別されるが、乾式現像装置はさらに所謂１成分現像剤を用いる現像装置と所謂２成分現像剤を用いる現像装置とに分けられる。１成分現像剤はキャリアを使用しない、トナーを主体とする現像剤であって、２成分現像剤はトナーとキャリアとを主体とする現像剤であって、いずれも広く知られている。

１成分現像剤を用いる現像装置であっても２成分現像剤を用いる現像装置であっても、一般的には、現像剤を周面上に担持して現像領域へ搬送する現像ローラが採用される。静電潜像の現像にあたっては、現像ローラ上の現像剤を静電潜像へ円滑に移行させるために、現像ローラに現像バイアス電圧が印加される現像方式が一般的である。かかる現像バイアス電圧としては、現像ローラへの現像剤の離れがたい付着を抑制して高画質の画像を得るために、交流成分を含む現像バイアス電圧（例えば、現像直流バイアス電圧と現像交流バイアス電圧とを併用した（代表的には、直流電圧に交流電圧を重畳した）現像バイアス電圧）が採用されることが多い。

このような現像方式においては、現像装置の状態に応じて（例えば、製造時の個体差又は経時変化等により状態が変化することに応じて）、静電潜像担持体と現像ローラとの間の静電容量が変化する。その結果、現像交流バイアス電圧（ここではピークツーピーク電圧Ｖｐｐで代表させる）が変化してしまう。現像交流バイアス電圧Ｖｐｐが低下すると（例えば目標Ｖｐｐの１．４ｋＶよりも所定の範囲を超えて低下すると）、現像電界の低下による画像濃度ムラが発生したり、現像交流バイアス電圧Ｖｐｐが上昇すると（例えば目標Ｖｐｐである１．４ｋＶよりも所定の範囲を超えて上昇すると）、現像リークが発生したりする。

このような変化を抑制するために、特開２００７−３２２７２７号公報（特許文献１）は、現像装置の静電容量を判別して、現像ローラに印加する現像バイアス電圧を設定する画像形成装置を開示する。

この画像形成装置は、電源装置と、静電潜像が形成される像担持体と、像担持体に現像剤を付着させる現像剤担持体（現像ローラ）と、現像剤担持体に現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加機構とを備える。電源装置は、バイアス用交流電源の交流電圧を昇圧すると共に、現像機構と接続されて直列共振回路を構成するトランスと、トランスの共振周波数を検出する共振周波数検出機構と、共振周波数検出機構によって検出された共振周波数から、現像機構の静電容量を判別する静電容量判別機構と、静電容量判別機構によって判別された静電容量に基づいて、現像バイアス印加機構が現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧を設定する制御機構とを備える。

この画像形成装置によると、現像機構との間で直列共振回路を構成するトランスの共振周波数を共振周波数検出機構が検出して、この検出した共振周波数から、静電容量判別機構が、現像バイアス印加機構の静電容量を判別し、制御機構が、現像バイアス印加機構の現像バイアス電圧を変更制御する。これにより、現像バイアス印加機構の静電容量を正確に判別して、現像バイアス電圧等を適切な値に設定することが可能となる。なお、特許文献１においては、トランスの負荷となる現像機構は、コンデンサ（静電容量）と抵抗器（抵抗）の並列接続に電気的に等価であるが、静電容量が支配的であり、この静電容量は、静電潜像担持体（感光体ドラム）の膜厚、現像剤の誘電率、トリボ量（現像剤の帯電量）、現像ローラと感光体ドラムとのギャップ等で変動するため、この静電容量を正確に把握できれば、バイアス電圧等の設定値を最適値に補正することが可能になるとの記載がある（特許文献１の第００３５段落）。

特開２００７−３２２７２７号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された画像形成装置は、現像バイアス印加機構の静電容量を判別する静電容量判別機構及び現像バイアス印加機構の現像バイアス電圧を変更制御する制御機構が必要になる。このため、画像形成装置の機構が複雑になるとともに製造コストが上昇するという問題点がある。なお、この特許文献１に開示された画像形成装置においては、静電容量が変動する原因（変動因子）の一例をあげているものの、静電容量と、画像形成装置において現像不良が発生しないで使用できる条件（装置の個体差又は経時変化を考慮した使用条件）との関係は明らかでない。このため、使用条件を下限と上限とで規定した範囲における現像バイアス印加機構の静電容量を算定することができず、現像バイアス印加機構の静電容量を判別する静電容量判別機構が必要になると考えられる。さらに、この特許文献１に開示された画像形成装置においては、トナーとキャリアとを主体とする２成分現像剤には言及しておらず、２成分現像剤における現像不良が発生しない条件であって静電容量を変動させる条件については明らかでない。

そこで本発明は、電子写真方式の画像形成装置において静電潜像担持体に形成された静電潜像を２成分現像剤により可視トナー像に現像する現像装置であって、静電潜像担持体に非接触な現像剤担持体には少なくとも交流バイアス電圧がバイアス電源により印加されて所望の交流バイアス電圧が現像剤担持体に発現する現像装置であって、現像装置の状態によって静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量が変化しても、その変化を判別する機構及びその判別結果に基づいて印加するバイアス電圧を制御する機構を必要としないで製造コストを上昇させず、現像装置の使用初期から使用末期まで、現像不良の発生を抑制できる現像装置を提供することを第１の課題とする。

また本発明は、回転駆動される静電潜像担持体の表面を帯電器で帯電させ、帯電器による静電潜像担持体の帯電域に画像露光を施して静電潜像を形成し、静電潜像を現像装置で現像して可視トナー像を形成する画像形成部を少なくとも１つ有する電子写真方式の画像形成装置であって、現像装置の状態によって静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量が変化しても、その変化を判別する機構及びその判別結果に基づいて印加するバイアス電圧を制御する機構を必要としないで製造コストを上昇させず、現像装置の使用初期から使用末期まで、現像不良の発生を抑制できる画像形成装置を提供することを第２の課題とする。

第１の課題を解決するため本発明は次の現像装置を提供する。
電子写真方式の画像形成装置において静電潜像担持体に形成された静電潜像を２成分現像剤により可視トナー像に現像する現像装置であって、静電潜像担持体に非接触な現像剤担持体には少なくとも交流バイアス電圧がバイアス電源により印加されて所望の交流バイアス電圧が現像剤担持体に発現し、
静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量を変化させる因子を、現像装置の使用状態に対応付けされた上限と下限とで規定される範囲で変化させた場合の静電容量の変化に基づいて、バイアス電源の仕様が設定される現像装置。

この現像装置によると、静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量を変化させる因子として例えば現像剤担持体上の２成分現像剤の搬送量とすることができる。この現像剤担持体上の２成分現像剤の搬送量を、例えば初期における部品の個体差（初期ばらつき）に基づく現像装置の使用状態の変動、組立て時のばらつきに基づく現像装置の使用状態の変動、装置の使用開始時から耐久時間だけ使用されるときの末期時（以下、耐久使用末期時と記載する場合がある）までの現像装置の使用状態の変動があっても、通常の使用状態の範囲（このような変動を含んで現像装置において正常な可視トナー像を形成することができる上限と下限とで規定される範囲）における静電容量の変化を算出する。この静電容量の変化に基づいて（例えば静電容量の変化の中心値を用いて）、所望の交流バイアス電圧が現像剤担持体に発現するように、バイアス電源の仕様が設定される。このため、現像装置の使用状態に対応付けされた上限と下限とで規定される範囲において、交流バイアス電圧についての目標値に対する変動幅を許容できる幅に収めることが可能となり得る。その結果、例えば静電容量を判別する機構及びこの判別された静電容量に基づいて現像バイアス電圧を変更制御する機構が不要となる。さらに、現像装置の状態が変化しても（初期状態での仕様値からの個体差を含んで変化しても）、交流バイアス電圧の目標値に対する変動を抑制することができる。この結果、コストアップを回避して、画像濃度ムラ及び現像リークの発生を長期間に亘り抑制することができる。

ここで、このような因子は、現像剤担持体上の２成分現像剤の搬送量とすることができる。

このようにすると、静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量を変化させる大きな因子である現像剤担持体上の２成分現像剤の搬送量を用いることができるので、所望の交流バイアス電圧が現像剤担持体に発現するように、バイアス電源の仕様をより正確に設定することができる。このため、現像装置の使用状態に対応付けされた上限と下限とで規定される範囲において、交流バイアス電圧についての目標値に対する変動幅を許容できる幅に収めることが可能となり得る。

ここで、このような因子は、現像剤担持体上の２成分現像剤のトナーとキャリアとの比とすることができる。

このようにすると、静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量を変化させる大きな因子である現像剤担持体上の２成分現像剤のトナーとキャリアとの比を用いることができるので、所望の交流バイアス電圧が現像剤担持体に発現するように、バイアス電源の仕様をより正確に設定することができる。このため、現像装置の使用状態に対応付けされた上限と下限とで規定される範囲において、交流バイアス電圧についての目標値に対する変動幅を許容できる幅に収めることが可能となり得る。

ここで、このような因子は、現像剤担持体と静電潜像担持体との間隔とすることができる。

このようにすると、静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量を変化させる大きな因子である現像剤担持体と静電潜像担持体との間隔を用いることができるので、所望の交流バイアス電圧が現像剤担持体に発現するように、バイアス電源の仕様をより正確に設定することができる。このため、現像装置の使用状態に対応付けされた上限と下限とで規定される範囲において、交流バイアス電圧についての目標値に対する変動幅を許容できる幅に収めることが可能となり得る。

ここで、このような因子は、静電潜像担持体に対する、現像剤担持体上の２成分現像剤の穂立ち位置であるとすることができる。

このようにすると、静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量を変化させる大きな因子である静電潜像担持体に対する、現像剤担持体上の２成分現像剤の穂立ち位置を用いることができるので、所望の交流バイアス電圧が現像剤担持体に発現するように、バイアス電源の仕様をより正確に設定することができる。このため、現像装置の使用状態に対応付けされた上限と下限とで規定される範囲において、交流バイアス電圧についての目標値に対する変動幅を許容できる幅に収めることが可能となり得る。

本発明はまた、第２の課題を解決するため、回転駆動される静電潜像担持体の表面を帯電器で帯電させ、帯電器による静電潜像担持体の帯電域に画像露光を施して静電潜像を形成し、静電潜像を現像装置で現像して可視トナー像を形成する画像形成部を少なくとも１つ有する電子写真方式の画像形成装置であり、少なくとも１つの画像形成部における現像装置は、本発明に係る現像装置である画像形成装置を提供する。

本発明に係る画像形成装置は、現像装置として本発明に係る現像装置を備えており、この現像装置においては、所望の交流バイアス電圧が現像剤担持体に発現するように、バイアス電源の仕様をより正確に設定されている。このため、画像形成装置における現像装置の使用状態に対応付けされた上限と下限とで規定される範囲において、交流バイアス電圧についての目標値に対する変動幅を許容できる幅に収めることが可能となり得る。

以上説明したように本発明によると、電子写真方式の画像形成装置において静電潜像担持体に形成された静電潜像を２成分現像剤により可視トナー像に現像する現像装置であって、静電潜像担持体に非接触な現像剤担持体には少なくとも交流バイアス電圧がバイアス電源により印加されて所望の交流バイアス電圧が現像剤担持体に発現する現像装置であって、現像装置の状態によって静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量が変化しても、その変化を判別する機構及びその判別結果に基づいて印加するバイアス電圧を制御する機構を必要としないで製造コストを上昇させず、現像装置の使用初期から使用末期まで、現像不良の発生を抑制できる現像装置を提供することができる。

また本発明によると、回転駆動される静電潜像担持体の表面を帯電器で帯電させ、帯電器による静電潜像担持体の帯電域に画像露光を施して静電潜像を形成し、静電潜像を現像装置で現像して可視トナー像を形成する画像形成部を少なくとも１つ有する電子写真方式の画像形成装置であって、現像装置の状態によって静電潜像担持体と現像剤担持体との間の静電容量が変化しても、その変化を判別する機構及びその判別結果に基づいて印加するバイアス電圧を制御する機構を必要としないで製造コストを上昇させず、現像装置の使用初期から使用末期まで、現像不良の発生を抑制できる画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面に基づき詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下の説明においては、特に記載がなくても現像剤は２成分現像剤であるとする。

［画像形成装置の全体構成］
図１は、本発明に係る画像形成装置の１例を示している。図１に示す画像形成装置Ａ（以下、プリンタＡと記載する場合がある）は、タンデム型のフルカラープリンタである。このプリンタＡは、駆動ローラ８１とこれに対向するローラ８２に巻き掛けられた無端の中間転写ベルト８を有している。中間転写ベルト８は、図示省略のベルト駆動部により駆動される駆動ローラ８１により図中反時計方向（図中矢印方向）αに回される。

駆動ローラ８１には中間転写ベルト８を介して２次転写ローラ９が臨んでおり、駆動ローラ８１に対向するローラ８２には残トナー等を清掃するクリーニング装置８３が臨んでいる。クリーニング装置８３に回収されるトナー等は図示省略の搬送機構により廃棄容器へ送られる。

２次転写ローラ９の表層部は弾性材料で形成されており、図示省略の押圧機構にて駆動ローラ８１に支持された中間転写ベルト８の部分に押圧され、中間転写ベルト８との間にニップ部を形成し、中間転写ベルト８の回転に従動して、或いは、このニップ部に送り込まれる記録媒体Ｓの移動に従動して回転することができる。２次転写ローラ９には、図示省略の電源から所定のタイミングで２次転写バイアスを印加することができる。

中間転写ベルト８及び２次転写ローラ９の上方には定着装置ＦＸが配置されており、下方にはタイミングローラ対ＴＲが配置されており、さらにその下方に、記録紙等の記録媒体Ｓを収容した記録媒体収容カセット１０が配置されている。

定着装置ＦＸはハロゲンランプヒータ等の熱源を内蔵した定着加熱ローラとこれに圧接される加圧ローラとを含むものである。記録媒体収容カセット１０に収容された記録媒体Ｓは、媒体供給ローラ１１にて１枚ずつ引き出してタイミングローラ対ＴＲへ供給することができる。

中間転写ベルト８を巻き掛けた駆動ローラ８１とローラ８２との間には、中間転写ベルト８に沿って、ローラ８２から駆動ローラ８１に向けて、イエロー画像形成部Ｙ、マゼンタ画像形成部Ｍ、シアン画像形成部Ｃ及びブラック画像形成部Ｋがこの順序で配置されている。

Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各画像形成部は、静電潜像担持体としてドラム型の感光体１を備えており、この感光体の周囲に帯電器２、露光装置３、現像装置４、１次転写ローラ５及びクリーニング装置６がこの順序で配置されている。

各画像形成部においては、感光体１、帯電器２、現像装置４及びクリーニング装置６を含むプロセスカートリッジが形成されている。すなわち、イエロー画像形成部Ｙを形成するためのイエロープロセスカートリッジＹＣ、マゼンタ画像形成部Ｍを形成するためのマゼンタプロセスカートリッジＭＣ、シアン画像形成部Ｃを形成するためのシアンプロセスカートリッジＣＣ、ブラック画像形成部Ｋを形成するためのブラックプロセスカートリッジＫＣである。各プロセスカートリッジは画像形成装置本体に対し着脱可能である。

１次転写ローラ５は中間転写ベルト８を間にして感光体１に対向しており、中間転写ベルト８の走行に従動回転する。１次転写ローラ５には、感光体１上に形成されるトナー像を中間転写ベルト８へ１次転写するための１次転写バイアスを図示省略の電源から所定のタイミングで印加できる。露光装置３は、図示省略のパーソナルコンピュータ等から提供される画像情報に応じて、レーザービームの点滅により感光体１にドット（点）露光で画像露光を施せるものである。

各画像形成部における感光体１は、ここでは負帯電性の感光体であり、図示省略の感光体駆動モータにより図中時計方向に回転駆動される。各画像形成部における帯電器２は、それには限定されないが、例えば、スコロトロン帯電器であり、所定のタイミングで電源から帯電用の電圧が印加される。

各画像形成部における現像装置４は、トナー及びキャリアを主体とする２成分現像剤を用いる２成分現像装置である。現像装置４は、非磁性トナー及び磁性キャリアを主体とする２成分現像剤を用いて、感光体１上に形成される静電潜像を、後述する電源から現像バイアスが印加される現像ローラ４１で反転現像することができる。なお、２成分現像剤には、トナー及びキャリアに加えて他の外添剤等を含んでも構わない。

このプリンタＡによると、画像形成装置動作を制御する図示省略の制御部の指示、制御のもとに、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの画像形成部のうち１又は２以上を用いて画像を形成することができる。画像形成部Ｙ、Ｍ、Ｃ及びＫのすべてを用いてフルカラー画像を形成する場合を例にとると、先ず、イエロー画像形成部Ｙにおいてイエロートナー像を形成し、これを中間転写ベルト８に１次転写する。

すなわち、イエロー画像形成部Ｙにおいて、感光体１が図中時計方向に回転駆動され、帯電器２にて表面が一様に所定電位に帯電され、この帯電域に露光装置３からイエロー画像用の画像露光が施され、感光体１上にイエロー用静電潜像が形成される。この静電潜像はイエロートナーを有する現像装置４の現像バイアスが印加された現像ローラ４１にて現像されて可視イエロートナー像となり、この可視イエロートナー像が１次転写ローラ５にて中間転写ベルト８上に１次転写される。このとき、１次転写ローラ５には図示省略の電源から１次転写バイアスが印加される。

同様にして、マゼンタ画像形成部Ｍにおいてマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト８に転写され、シアン画像形成部Ｃにおいてシアントナー像が形成されて中間転写ベルト８に転写され、ブラック画像形成部Ｋにおいてブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト８に転写される。

イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像はこれらが中間転写ベルト８上に重ねて転写されるタイミングで形成される。かくして中間転写ベルト８上に形成された多重トナー像は中間転写ベルト８の回動により２次転写ローラ９へ向け移動する。

一方、記録媒体Ｓが記録媒体収容カセット１０から媒体供給ローラ１１にて引き出され、タイミングローラ対ＴＲへ供給され、待機している。

このようにタイミングローラ対ＴＲのところで待機する記録媒体Ｓは、中間転写ベルト８にて送られてくる多重トナー像に合わせて、中間転写ベルト８と２次転写ローラ９とのニップ部に供給され、図示省略の電源から２次転写バイアスが印加された２次転写ローラ９にてこの多重トナー像が記録媒体Ｓ上に２次転写される。その後記録媒体Ｓは定着装置ＦＸに通され、そこで多重トナー像が加熱加圧下に記録媒体Ｓに定着される。記録媒体Ｓはひき続き、排出ローラ対ＤＲにて排出トレイＴに排出される。

トナー像の中間転写ベルト８への１次転写において感光体１上に残留する転写残トナー等はクリーニング装置６で清掃され、２次転写により中間転写ベルト８上に残留する２次転写残トナー等はクリーニング装置８３で清掃される。これら清掃除去されたトナーはそれぞれ図示省略の搬送機構にて廃棄容器へ送られる。

なお、本発明に係る画像形成装置は、このようなタンデム型のフルカラー画像形成装置に限定されるものではない。４サイクル型のフルカラー画像形成装置であっても、本実施の形態に係る画像形成装置として適用できる。さらに、中間転写体を備えないモノクロの画像形成装置であっても構わない。すなわち、静電潜像担持体が保持する静電潜像を２成分現像剤を用いて可視トナー像に現像する現像装置を備え、現像ローラに現像交流バイアス電圧Ｖｐｐが発現するように、（直流電圧に重畳させて）交流電圧を印加する現像装置を搭載した画像形成装置であればよい。

［現像装置の構成］
以下、本実施の形態に係る現像装置を図２〜図４を用いて説明する。図２は本実施の形態に係る現像装置４を含むプロセスカートリッジの断面図であって、図３は画像を形成しているときの現像装置４の作動状態を示す断面図であって、図４は画像を形成しているときの感光体１と現像ローラ２１との対向部における部分的な拡大図である。

図２及び図３に示すように、この現像装置４は、現像ハウジング４５を備え、その現像ハウジング４５の内部に、現像ローラ４１、規制部材４２、現像剤供給スクリュー４３及び現像剤搬送スクリュー４４を備えている。なお、感光体１及び現像ローラ４１は時計方向に回転する。また、現像ハウジング４５の中には２成分現像剤が収納されている。

現像ローラ４１は、その外側にスリーブを備えるとともに、その内部に回転しない状態で保持された磁性ローラ（以下マグネットローラと記載する）４６を備え、現像ハウジング４５の開口部を介して感光体１に対向して、一定の距離（現像ギャップｄ）を有して感光体１に非接触状態にて配置されている。

このマグネットローラ４６には、現像ローラ４１のスリーブがマグネットローラ４６の周囲に回転駆動されたとき、現像装置４において使用される非磁性トナーと磁性キャリアとを主成分とする２成分現像剤から形成される磁気ブラシが現像ローラ４１のスリーブの周面上に形成されるように、マグネットローラ４６の周面に周囲方向に沿ってＮ極、Ｓ極を交互に有している。より詳しくは、マグネットローラ４６の周面には非対称に７極の磁極が設けられ、感光体１に対向する部分には主極（最も磁力が強い磁極であって例えばＮ極）が設けられる。図４に示すように、この主極により磁力ピーク部４６Ａが形成される。また、マグネットローラ４６の周面に磁極が配置されていない領域を有するように、非対称に７極の磁極がマグネットローラ４６の周面に配置されている。

現像に寄与しなかったトナー及びキャリアは現像ローラ４１のスリーブの回転により、マグネットローラ４６の周面に磁極が配置されていない領域まで搬送されて、この磁極が配置されていない領域において２成分現像剤は現像ローラ４１のスリーブから離隔して現像剤供給スクリュー４３側に回収される。

なお、現像剤供給スクリュー４３及び現像剤搬送スクリュー４４により、現像ハウジング内に収納された２成分現像剤３１が適宜攪拌されて現像ローラ４１に供給される。

このような構成を備えた現像装置においては、図４に示すように、現像ローラ４１のスリーブ周面に非磁性トナーと磁性キャリアとを主体とする２成分現像剤３１から形成される磁気ブラシを担持して、感光体１上の静電潜像を現像する現像領域に搬送される。この搬送の途中で、現像領域へ搬送される現像剤量（磁気ブラシの穂立ち３２の高さ）が規制部材４２により予め定められた高さ（現像ギャップｄと同等又はそれ以下）に規制されるようになっている。現像領域においては、感光体１と現像ローラ４１との間のギャップ（現像ギャップｄ）に磁気ブラシが到来して感光体１上の静電潜像が現像されて可視トナー像が形成される。この可視トナー像は感光体１から中間転写ベルト８に転写される。

図３に示すように、この現像装置４において画像を形成しているときには、感光体１及び現像ローラ４１（より詳しくは現像ローラ４１の外周のスリーブ）は時計方向に回転される。感光体１の表面は帯電器２によって一様に帯電される。感光体１の表面には露光装置３により画像データに基づいたレーザ光が照射されて静電潜像が形成される。この静電潜像が現像装置４により可視トナー像に現像されるにおいて、現像ローラ４１に現像バイアス電圧印加機構（バイアス電源）４７により、直流バイアス電圧に交流バイアス電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。

図５を用いて、この現像バイアス電圧について説明する。現像バイアス電圧印加機構４７により現像ローラ４１に印加される現像バイアス電圧は、現像直流バイアス電圧Ｖｄｃ（例えば−３００Ｖ）に現像交流バイアス電圧Ｖｐｐ（ピークツーピーク）（例えば１４００Ｖ（１．４ｋＶ））を重畳したものである。なお、図５においては、交流バイアス電圧をデューティ比５０％の矩形波（Ｖｐｐ＝１．４ｋＶ）としたが、本発明はこれに限定されるものではない。矩形波以外のサイン波、５０％以外のデューティ比、１．４ｋＶ以外のＶｐｐであっても構わないし、現像交流バイアス電圧の周波数も限定されない。

現像ローラ４１に印加される現像交流バイアス電圧Ｖｐｐは、現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量により変化する。この現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量は、
＜因子１＞現像ローラ４１上の感光体１に対向する領域（現像領域）における２成分現像剤の搬送量、
＜因子２＞現像ローラ４１上の２成分現像剤のトナーとキャリアとの比（トナー／（トナー＋キャリア））、
＜因子３＞現像ローラ４１と感光体１との間隔（現像ギャップｄ）、
＜因子４＞感光体１に対向する現像ローラ４１における磁力ピーク部４６Ａの位置（感光体１に対向する現像剤の穂立ち３２の位置）、
により変化する。

本実施の形態に係る現像装置４においては、上述した静電容量を変化させる４つの因子について、
＜変動Ａ＞初期における部品の個体差（初期ばらつき）に基づく現像装置４の使用状態の変動、
＜変動Ｂ＞組立て時のばらつきに基づく現像装置４の使用状態の変動、
＜変動Ｃ＞現像装置４の使用開始時から耐久使用末期時に基づく現像装置４の使用状態の変動、
を考慮して設定された上限と下限とで規定される範囲（現像装置４の使用状態に対応付けされた上限と下限とで規定される範囲）における静電容量の変化に基づいて、現像バイアス電圧印加機構４７の仕様を設定する。

＜因子１＞２成分現像剤の搬送量
上記の現像装置４の使用状態の＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を含んで現像装置４において正常な可視トナー像を形成するために必要な２成分現像剤の搬送量の水準を１５０ｇ／平方メートル及び２５０ｇ／平方メートルとした場合の、現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量の変化を図６に示す。この搬送量の水準（１５０ｇ／平方メートル〜２５０ｇ／平方メートル）は、＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を考慮して通常使用時（部品の初期ばらつき及び組立てばらつき並びにこれらのばらつきの経時変化を含んで使用初期から耐久使用末期まで）における２成分現像剤の搬送量を示すものである。

この図６に示すように、２成分現像剤の搬送量が増加すると静電容量が増加し、２成分現像剤の搬送量が減少すると静電容量が減少する。なお、２成分現像剤の搬送量が１５０ｇ／平方メートル及び２５０ｇ／平方メートルにおいて、静電容量にばらつきがあるのは、上述した静電容量を変化させる＜因子２＞〜＜因子４＞を含むためである。すなわち、図６は、２成分現像剤の搬送量を主たる因子として着目して（図６の横軸として）、他の因子を含めて静電容量の変化を示すものである。なお、他の因子である、＜因子２＞は５．５％〜８．５％、＜因子３＞は０．２１ｍｍ〜０．３１ｍｍ、＜因子４＞は対向位置〜５°シフト位置としている。

図６に示すように、現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量は、約１２４ｐＦ〜約２４９ｐＦで変動している。これらの中心値である１８７ｐＦ近傍で現像交流バイアス電圧Ｖｐｐが目標の１．４ｋＶになるように現像バイアス電圧印加機構４７が設計される。このように現像バイアス電圧印加機構４７を設計することにより、現像装置４の状態の＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞が発生した場合であっても、通常の使用範囲（＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を含んで現像装置４において正常な可視トナー像を形成することができる範囲）において、現像交流バイアス電圧Ｖｐｐについての目標値１．４ｋＶに対する変動幅を許容範囲内に収めることができる。

＜因子２＞２成分現像剤のトナーとキャリアとの比
上記の現像装置４の状態の＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を含んで現像装置４において正常な可視トナー像を形成するために必要な２成分現像剤のトナーとキャリアとの比（トナー／（トナー＋キャリア））の水準を５．５％及び８．５％とした場合の、現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量の変化を図７に示す。この２成分現像剤のトナーとキャリアとの比の水準（５．５％〜８．５％）は、＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を考慮して通常使用時（部品の初期ばらつき及び組立てばらつき並びにこれらのばらつきの経時変化を含んで使用初期から耐久使用末期まで）における２成分現像剤のトナーとキャリアとの比を示すものである。

この図７に示すように、２成分現像剤のトナーとキャリアとの比が増加すると静電容量が増加し、２成分現像剤のトナーとキャリアとの比が減少すると静電容量が減少する。なお、上述した２成分現像剤の搬送量と同じように、２成分現像剤のトナーとキャリアとの比が５．５％及び８．５％において、静電容量にばらつきがあるのは、上述した静電容量を変化させる＜因子１＞、＜因子３＞及び＜因子４＞を含むためである。すなわち、図７は、２成分現像剤のトナーとキャリアとの比を主たる因子として着目して（図７の横軸として）、他の因子を含めて静電容量の変化を示すものである。なお、他の因子である、＜因子１＞は１５０ｇ／平方メートル〜２５０ｇ／平方メートル、＜因子３＞は０．２１ｍｍ〜０．３１ｍｍ、＜因子４＞は対向位置〜５°シフト位置としている。

図７に示すように、現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量は、上述した図６と同様に約１２４ｐＦ〜約２４９ｐＦの範囲内で変動している。このため、これらの中心値である１８７ｐＦ近傍で現像交流バイアス電圧Ｖｐｐが目標の１．４ｋＶになるように現像バイアス電圧印加機構４７が設計される。このように現像バイアス電圧印加機構４７を設計することにより、現像装置４の状態の＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞が発生した場合であっても、通常の使用範囲（＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を含んで現像装置４において正常な可視トナー像を形成することができる範囲）において、現像交流バイアス電圧Ｖｐｐについての目標値１．４ｋＶに対する変動幅を許容範囲内に収めることができる。

＜因子３＞現像ギャップ
上記の現像装置４の状態の＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を含んで現像装置４において正常な可視トナー像を形成するために必要な現像ローラ４１と感光体１との間隔（現像ギャップｄ）の水準を０．２１ｍｍ及び０．３１ｍｍとした場合の、現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量の変化を図８に示す。この現像ローラ４１と感光体１との間隔（現像ギャップｄ）の水準（０．２１ｍｍ〜０．３１ｍｍ）は、＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を考慮して通常使用時（部品の初期ばらつき及び組立てばらつき並びにこれらのばらつきの経時変化を含んで使用初期から耐久使用末期まで）における現像ローラ４１と感光体１との間隔（現像ギャップｄ）を示すものである。

この図８に示すように、現像ローラ４１と感光体１との間隔（現像ギャップｄ）が増加すると静電容量が減少し、現像ローラ４１と感光体１との間隔（現像ギャップｄ）が減少すると静電容量が増加する。なお、上述した２成分現像剤の搬送量及びトナーとキャリアとの比と同じように、現像ローラ４１と感光体１との間隔（現像ギャップｄ）が０．２１ｍｍ及び０．３１ｍｍにおいて、静電容量にばらつきがあるのは、上述した静電容量を変化させる＜因子１＞、＜因子２＞及び＜因子４＞を含むためである。すなわち、図８は、現像ローラ４１と感光体１との間隔（現像ギャップｄ）を主たる因子として着目して（図８の横軸として）、他の因子を含めて静電容量の変化を示すものである。なお、他の因子である、＜因子１＞は１５０ｇ／平方メートル〜２５０ｇ／平方メートル、＜因子２＞は５．５％〜８．５％、＜因子４＞は対向位置〜５°シフト位置としている。

図８に示すように、現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量は、上述した図６と同様に約１２４ｐＦ〜約２４９ｐＦの範囲内で変動している。このため、これらの中心値である１８７ｐＦ近傍で現像交流バイアス電圧Ｖｐｐが目標の１．４ｋＶになるように現像バイアス電圧印加機構４７が設計される。このように現像バイアス電圧印加機構４７を設計することにより、現像装置４の状態の＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞が発生した場合であっても、通常の使用範囲（＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を含んで現像装置４において正常な可視トナー像を形成することができる範囲）において、現像交流バイアス電圧Ｖｐｐについての目標値１．４ｋＶに対する変動幅を許容範囲内に収めることができる。

＜因子４＞磁力ピーク部の位置（磁極ピーク位置）
上記の現像装置４の状態の＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を含んで現像装置４において正常な可視トナー像を形成するために必要な感光体１に対向する現像ローラ４１における磁力ピーク部４６Ａの位置の水準を対向位置及び５°シフト位置とした場合の、現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量の変化を図９に示す。この感光体１に対向する現像ローラ４１における磁力ピーク部４６Ａの位置の水準（対向位置〜５°シフト）は、＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を考慮して通常使用時（部品の初期ばらつき及び組立てばらつき並びにこれらのばらつきの経時変化を含んで使用初期から耐久使用末期まで）における感光体１に対向する現像ローラ４１における磁力ピーク部４６Ａの位置を示すものである。

この図９に示すように、感光体１に対向する現像ローラ４１における磁力ピーク部４６Ａの位置が対向位置からずれると静電容量が減少する。なお、上述した２成分現像剤の搬送量及びトナーとキャリアとの比と同じように、感光体１に対向する現像ローラ４１における磁力ピーク部４６Ａの位置が対向位置及び５°シフト位置において、静電容量にばらつきがあるのは、上述した静電容量を変化させる＜因子１＞〜＜因子３＞を含むためである。すなわち、図９は、感光体１に対向する現像ローラ４１における磁力ピーク部４６Ａの位置を主たる因子として着目して（図９の横軸として）、他の因子を含めて静電容量の変化を示すものである。なお、他の因子である、＜因子１＞は１５０ｇ／平方メートル〜２５０ｇ／平方メートル、＜因子２＞は５．５％〜８．５％、＜因子３＞は０．２１ｍｍ〜０．３１ｍｍとしている。

図９に示すように、現像ローラ４１と感光体１との間の静電容量は、上述した図６と同様に約１２４ｐＦ〜約２４９ｐＦの範囲内で変動している。このため、これらの中心値である１８７ｐＦ近傍で現像交流バイアス電圧Ｖｐｐが目標の１．４ｋＶになるように現像バイアス電圧印加機構４７が設計される。このように現像バイアス電圧印加機構４７を設計することにより、現像装置４の状態の＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞が発生した場合であっても、通常の使用範囲（＜変動Ａ＞〜＜変動Ｃ＞を含んで現像装置４において正常な可視トナー像を形成することができる範囲）において、現像交流バイアス電圧Ｖｐｐについての目標値１．４ｋＶに対する変動幅を許容範囲内に収めることができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る現像装置及びこの現像装置を搭載した画像形成装置によると、初期における部品の個体差（初期ばらつき）に基づく現像装置の状態の変動、組立て時のばらつきに基づく現像装置の状態の変動、装置の使用開始時から耐久使用末期時までの現像装置の状態の変動があっても、通常の使用範囲（上述した変動を含んで現像装置において正常な可視トナー像を形成することができる範囲）において、現像交流バイアス電圧Ｖｐｐについての目標値に対する変動幅を許容範囲内に収めることができる。このため、静電容量を判別する機構及びこの判別された静電容量に基づいて現像バイアス電圧を変更制御する機構が不要となる。また、現像装置及びこの現像装置を搭載した画像形成装置の状態が変化しても（初期状態での仕様値からの個体差を含んで変化しても）、現像交流バイアス電圧Ｖｐｐの目標に対する変動を抑制することができる。この結果、コストアップを回避して、画像濃度ムラ及び現像リークの発生を長期間に亘り抑制することができる。

なお、上述した実施の形態においては、＜因子１＞〜＜因子４＞の全てを考慮したが、これらの４つの因子の中から１つ以上を抽出して静電容量の変化を求めて（少なくとも１つの因子を含めて静電容量の変化を求める）、その変化の中心値の静電容量近傍において現像交流バイアス電圧Ｖｐｐが目標の１．４ｋＶになるように現像バイアス電圧印加機構４７が設計するようにしても構わない。なお、その場合を含めて、安全率を考慮して静電容量の変化の中心値を算出するようにすることもできる。

今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上述した実施の形態のみに限定されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの構成の概要を示す図である。 本発明の実施の形態に係る現像装置を含むプロセスカートリッジの断面図である。 画像を形成しているときの現像装置の作動状態を示す断面図である。 画像を形成しているときの感光体及び現像ローラの対向部の部分的な拡大図である。 現像バイアス電圧の状態を示す図である。 ２成分現像剤の搬送量に対する静電容量の変化を示す図である。 ２成分現像剤のトナー比に対する静電容量の変化を示す図である。 現像ローラと感光体との距離に対する静電容量の変化を示す図である。 感光体に対向する磁極ピーク位置に対する静電容量の変化を示す図である。

符号の説明

Ａ プリンタ
Ｙ イエロー画像形成部
Ｍ マゼンタ画像形成部
Ｃ シアン画像形成部
Ｋ ブラック画像形成部
ＹＣ、ＭＣ、ＣＣ、ＫＣ プロセスカートリッジ
１ 感光体
２ 帯電器
３ 露光装置
４ 現像装置
５ １次転写ローラ
６ クリーニング装置
８ 中間転写ベルト
９ ２次転写ローラ
１０ 記録媒体収容カセット
１１ 媒体供給ローラ
３１ ２成分現像剤
３２ 穂立ち
４１ 現像ローラ
４２ 規制部材
４３ 現像剤供給スクリュー
４４ 現像剤搬送スクリュー
４５ 現像ハウジング
４６ マグネットローラ
４６Ａ 磁力ピーク部
４７ 現像バイアス電圧印加機構
８１ 駆動ローラ
８２ ローラ
８３ クリーニング装置

Claims (6)

1. 電子写真方式の画像形成装置において静電潜像担持体に形成された静電潜像を２成分現像剤により可視トナー像に現像する現像装置であって、前記静電潜像担持体に非接触な現像剤担持体には少なくとも交流バイアス電圧がバイアス電源により印加されて所望の交流バイアス電圧が前記現像剤担持体に発現し、
   前記静電潜像担持体と前記現像剤担持体との間の静電容量を変化させる因子を、前記現像装置の使用状態に対応付けされた上限と下限とで規定される範囲で変化させた場合の静電容量の変化に基づいて、前記バイアス電源の仕様が設定されることを特徴とする現像装置。
2. 前記因子は、前記現像剤担持体上の２成分現像剤の搬送量であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記因子は、前記現像剤担持体上の２成分現像剤のトナーとキャリアとの比であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記因子は、前記現像剤担持体と前記静電潜像担持体との間隔であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 前記因子は、前記静電潜像担持体に対する、前記現像剤担持体上の２成分現像剤の穂立ち位置であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
6. 回転駆動される静電潜像担持体の表面を帯電器で帯電させ、前記帯電器による静電潜像担持体の帯電域に画像露光を施して静電潜像を形成し、前記静電潜像を現像装置で現像して可視トナー像を形成する画像形成部を少なくとも１つ有する電子写真方式の画像形成装置であり、少なくとも１つの画像形成部における前記現像装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。

Images