JP5407782B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体に形成された静電潜像を現像するのに使用する現像装置、および該現像装置を用いた画像形成装置に関する。

感光体（像担持体）に静電潜像を形成し、それをトナーで現像し、トナー画像を紙などの記録媒体に転写して定着する電子写真方式の画像形成装置が、広く使用されている。

乾式の現像剤を用いて静電潜像を現像する現像方式として、トナーのみを用いる一成分現像法及びトナーとキャリヤを用いる二成分現像法が知られている。

一成分現像法では一般的に装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利であるが、現像装置の寿命が短い。二成分現像法では長寿命に有利であるが、現像された像に磁気ブラシ痕が発生する等の課題を有している。

二成分現像剤を用いた二成分現像法の長寿命の特長を有しながら、磁気ブラシ痕などの画像欠陥の問題を解決し、一成分現像法なみの高画質を実現する現像方式として、現像剤担持体上に二成分現像剤を担持し、この二成分現像剤からトナーのみをトナー担持体に供給して現像に用いる、所謂ハイブリッド現像方式が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ハイブリッド現像方式では、バイアス電圧を印加して現像剤担持体からトナー担持体上にトナーを供給し、該トナー担持体上に形成されたトナー層で、対向する像担持体上の潜像を現像する。

一成分現像法あるいはハイブリッド現像方式では、使用環境や耐刷枚数によりトナー担持体上に形成されたトナー層の付着トナー量もしくは比電荷（トナー層の単位質量当たりの電荷量）が変化し、画像形成状態、特に現像特性が変化し、画像濃度の変化となって現れ、画像品質が低下するという問題がある。そのため、変動するトナー担持体上の付着トナー量を精度よく検出し、画像品質を維持するための制御が必要となる。

一般的に、画像濃度の変動を抑える方法としては、画像形成動作の開始前や画像形成動作終了後、又は紙間（複数枚コピー時の用紙と用紙の間）などの非画像形成時（像担持体上にトナー画像（用紙上に形成する画像）を形成しない時）を利用した所定のタイミングにおいて、像担持体上にダミーのトナー像を現像し、この現像されたトナー像のトナー量を検出し、必要な画像濃度を維持するためのトナー量となるように、像担持体とトナー担持体間の現像バイアスを制御する手法が用いられている。しかしながら、画像形成動作中に検知できないため、高精度に最適な画像になるように迅速な制御ができないという問題がある。

このような問題に対して、特許文献２においては、像担持体の付着トナー量を検出する替わりに、トナー担持体上に形成されるトナー層の付着トナー量を検知する手段として、トナー付着量検出手段を用いた方法が提案されている。これは、発光手段としてＬＥＤやＬＤを用い、これをトナー層へ照射し、反射光を光電変換素子などの受光素子で検出して、その強弱からトナー層の絶対量を求める方法である。

また、特許文献３においては、トナー担持体と現像剤担持体間とそれぞれに接続されるバイアス用電源装置とで構成される閉ループ回路を流れる電流値を解析することで、現像剤担持体からトナー担持体へ供給されたトナーの帯電量を求め、これに基づいてトナー担持体上の付着トナー量を一定に保つよう制御する方法が提案されている。

特開平５−１５０６３６号公報 特開２００８−１７６２３６号公報 特開平６−２５８９４９号公報

しかしながら、特許文献２においては、トナー層からの反射光量やトナー担持体表面からの反射光量を測定しているために、トナー担持体上の付着トナーの絶対量が多い領域では付着トナー量の変化が検出できなくなってしまい、検出精度が悪く、十分な画像品質を得られないという問題がある。また、特許文献３においては、トナーの比電荷自体が、使用環境や耐刷枚数により変化するため、検出した電流値からの解析結果を基に制御しても適正なトナー付着量とはならず、十分な画像品質が得られない。例えば、トナーの比電荷が高くなった場合には、トナー担持体上の付着トナー量は少なくなるように制御され、画像濃度が低下するという問題が生じる。

本発明は上記の技術的課題を鑑みてなされたものである。本発明の目的は、画像形成動作中であっても、トナー担持体上の付着トナー量を検知でき、また、付着トナーの絶対量が多くても確実に付着トナー量を検知し、トナー比電荷の変動に対しても所望の付着トナー量に制御することが容易であり、従って常に安定した画像を提供することができる現像装置、及び画像形成装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１．表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー担持体の表面のトナーを転移するための検出ローラと、
該検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を光学的に検出するためのトナー付着量検出手段と、を備えた現像装置であって、
前記トナー担持体の表面に担持するトナー層が形成されたトナー担持体軸方向の幅が、前記像担持体上の像担持体軸方向の画像形成幅よりも広く、且つ、前記検出ローラに転移するトナーは、前記画像形成幅に対向していない非画像領域のトナーであり、
前記検出ローラの表面に転移したトナー層の厚さは、前記検出ローラにトナーが転移する前の前記トナー担持体の表面のトナー層の厚さよりも薄く、
前記検出ローラの表面の移動速度が、前記トナー担持体の表面の移動速度よりも速いことを特徴とする現像装置。

２．表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー担持体の表面のトナーを転移するための検出ローラと、
該検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を光学的に検出するためのトナー付着量検出手段と、を備えた現像装置であって、
前記トナー担持体の表面に担持するトナー層が形成されたトナー担持体軸方向の幅が、前記像担持体上の像担持体軸方向の画像形成幅よりも広く、且つ、前記検出ローラに転移するトナーは、前記画像形成幅に対向していない非画像領域のトナーであり、
前記検出ローラの表面の移動速度が、前記トナー担持体の表面の移動速度よりも速いことを特徴とする現像装置。

３．前記検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を前記トナー付着量検出手段で検出した後、前記検出ローラの表面のトナーを前記トナー担持体の表面に戻す手段を有することを特徴とする前記１又は２に記載の現像装置。

４．前記トナー付着量検出手段による前記検出ローラの表面のトナーの付着量の検出を、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像して画像を形成する画像形成動作中に行うように制御する手段を有することを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の現像装置。

５．前記トナー付着量検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー担持体の表面のトナー付着量を制御するトナー付着量制御手段を有することを特徴とする前記１から４の何れか１項に記載の現像装置。

６．前記トナー付着量検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー担持体で前記静電潜像を現像する現像条件を制御する手段を有することを特徴とする前記１から５の何れか１項に記載の現像装置。

７．表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー担持体の表面のトナーを転移するための検出ローラと、
該検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を光学的に検出するための第１のトナー付着量検出手段と、を備えた現像装置であって、
前記トナー担持体の表面に担持するトナー層が形成されたトナー担持体軸方向の幅が、前記像担持体上の像担持体軸方向の画像形成幅よりも広く、且つ、前記検出ローラに転移するトナーは、前記画像形成幅に対向していない非画像領域のトナーであり、
前記検出ローラの表面に転移したトナー層の厚さは、前記検出ローラにトナーが転移する前の前記トナー担持体の表面のトナー層の厚さよりも薄く、
前記トナー担持体の表面のトナーのうち、一部を前記検出ローラの表面に移行し、前記トナー担持体の表面の残りのトナーの付着量を光学的に検出するための第２のトナー付着量検出手段を備えたことを特徴とする現像装置。

８．表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー担持体の表面のトナーを転移するための検出ローラと、
該検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を光学的に検出するための第１のトナー付着量検出手段と、を備えた現像装置であって、
前記トナー担持体の表面に担持するトナー層が形成されたトナー担持体軸方向の幅が、前記像担持体上の像担持体軸方向の画像形成幅よりも広く、且つ、前記検出ローラに転移するトナーは、前記画像形成幅に対向していない非画像領域のトナーであり、
前記検出ローラは、透光性の基材からなる円筒状であり、前記第１のトナー付着量検出手段は、前記基材と前記基材の表面のトナー層とを透過する光量を検知する手段であり、
前記トナー担持体の表面のトナーのうち、一部を前記検出ローラの表面に移行し、前記トナー担持体の表面の残りのトナーの付着量を光学的に検出するための第２のトナー付着量検出手段を備えたことを特徴とする現像装置。
９．前記検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を前記第１のトナー付着量検出手段で検出した後、前記検出ローラの表面のトナーを前記トナー担持体の表面に戻す手段を有することを特徴とする前記７又は８に記載の現像装置。
１０．前記第１のトナー付着量検出手段および前記第２のトナー付着量検出手段による前記検出ローラの表面のトナーの付着量の検出を、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像して画像を形成する画像形成動作中に行うように制御する手段を有することを特徴とする前記７から９の何れか１項に記載の現像装置。
１１．前記第１のトナー付着量検出手段および前記第２のトナー付着量検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー担持体の表面のトナー付着量を制御するトナー付着量制御手段を有することを特徴とする前記７から１０の何れか１項に記載の現像装置。
１２．前記第１のトナー付着量検出手段および前記第２のトナー付着量検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー担持体で前記静電潜像を現像する現像条件を制御する手段を有することを特徴とする前記７から１１の何れか１項に記載の現像装置。

１３．像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像する現像装置と、を備えた画像形成装置であって、
前記現像装置は前記１から１２の何れか１項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。

本発明によれば、トナー担持体上の非画像領域のトナーを検出ローラに転移させた後、光学的なトナー付着量検出手段で検出するので、検出精度及び検出頻度を高めることができる。よって、画像品質に影響の大きいトナー担持体上の付着トナー量を検出結果を基に高精度に制御でき、高品質な画像を安定して提供しうる現像装置、および該現像装置を用いた画像形成装置を提供できる。

本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部の構成例を示す断面図である。 本発明の現像装置のトナー担持体上のトナー付着量検出部の構成例を示す概略図である。 本発明のトナー担持体と検出ローラの対向領域の拡大図を示す概略図である。 本発明の別の実施態様によるトナー担持体と検出ローラの対向領域の拡大図を示す概略図である。 トナー付着量検出手段として透過タイプを用いた場合の説明をするための概略図である。 画像形成領域とトナー層形成領域と非画像領域の関係を説明するための概略図である。 トナー付着量の検出とトナー付着量を適正な値になるように制御するトナー付着量制御システムの構成例を示すブロック図である。 トナー付着量検出手段の出力とトナー量との関係を示す特性曲線の一例を示す図である。 検出ローラ上のトナー付着量の時間変化と、それに対応するトナー移動電界の方向の時間変化と、を説明するための概略図である。

本発明の実施の一形態について図面を用いて説明する。

以下の説明においては、ハイブリッド現像方式の現像装置を備えた画像形成装置を例として採り上げる。すなわちトナー供給部材として、現像剤担持体を用いている。もちろん、現像方式はこれに限定するものではない。一成分現像方式など、他の現像方式であってもかまわない。
（画像形成装置の構成と動作）
図１は本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部の構成例を示す断面図である。

図１を用いて本実施形態に係る画像形成装置の概略構成と動作を説明する。

本画像形成装置は、電子写真方式により像担持体（感光体）１に形成されたトナー像を用紙等の転写媒体Ｐに転写して画像形成を行うプリンタである。

本画像形成装置は、画像を担持するための像担持体１を有しており、像担持体１の周囲には、像担持体１を帯電するための帯電部材３、像担持体１上の静電潜像をトナーで現像する現像装置２、像担持体１上のトナー像を転写するための転写ローラ４、及び像担持体１上の残留トナー除去用のクリーニングブレード５が、像担持体１の回転方向Ａに沿って順に配置されている。

像担持体１は、帯電部材３で帯電された後に、レーザ発光器などを備えた露光装置６により露光されて、その表面上に静電潜像が形成される。現像装置２は、この静電潜像を現像し、トナー像を形成する。転写ローラ４は、この像担持体１上のトナー像を転写媒体Ｐに転写した後、図中の矢印Ｃ方向に搬送する。

転写媒体Ｐ上のトナー像は定着装置（不図示）によって定着された後に排出される。クリーニングブレード５は、転写後の像担持体１上の残留トナーを、その機械的な力で除去する。

画像形成装置に用いられる像担持体１、帯電部材３、露光装置６、転写ローラ４、クリーニングブレード５等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用してよい。例えば、帯電部材３として図中、帯電ローラが示されているが、像担持体１と非接触の帯電装置であってもよい。また例えば、クリーニングブレード５はなくてもよい。

現像装置２の詳細な構成例については後述する。
（現像剤の構成）
本実施形態では、ハイブリッド現像方式を採用している。これに従い、現像剤は適当な二成分現像剤を選定すればよい。すなわち、本実施形態において使用する現像剤２２はトナーと該トナーを帯電するためのキャリヤを含んでなるものである。

トナーとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができ、バインダー樹脂中に着色剤や、必要に応じて荷電制御剤や離型剤等を含有させ、外添剤を処理させたものを使用できる。トナー粒径としてはこれに限定されるものではないが、一般的に３〜１５μｍ程度が好ましい。

このようなトナーを製造するにあたっては、一般に使用されている公知の方法で製造することができる。例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。

トナーに使用するバインダー樹脂、着色剤、荷電制御剤、離型剤としては、一般に使用されている公知のものを用いることができる。

また、上記の外添剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができる。上記外添剤として、トナーと逆極性の荷電性を有する逆極性粒子を使用してもよい。

キャリヤとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリヤを使用することができ、バインダー型キャリヤやコート型キャリヤなどが使用できる。キャリヤ粒径としてはこれに限定されるものではないが、一般的に１５〜１００μｍが好ましい。

バインダー型キャリヤは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、キャリヤ表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたり、表面コーティング層を設けたりすることもできる。

バインダー型キャリヤに用いられるバインダー樹脂、磁性体微粒子は、一般に使用されている公知のものを用いることができる。

一方、コート型キャリヤは磁性体からなるキャリヤコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリヤであり、コート型キャリヤにおいてもバインダー型キャリヤ同様、キャリヤ表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させることができる。

トナーとキャリヤの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー混合比は一般的に、トナーとキャリヤとの合計量に対して３〜５０質量％、好ましくは６〜３０質量％が適している。
（現像装置２の構成と動作）
図１を参照して本実施形態に係る現像装置２の詳細な構成例と動作例を説明する。

既述したように、本発明を実施する現像装置構成としては、トナー担持体とトナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体を有し、トナー担持体上に形成されたトナー層を像担持体に対向させて現像する構成の現像装置を用いた。トナー担持体は複数であってもよいし、現像剤担持体が複数ある構成でもよい。

現像装置２において使用する現像剤２２は、既述したようにトナーとキャリヤからなり、現像剤槽１６に収容される。

現像剤槽１６は、現像器筐体１９により形成されており、通常は内部に混合撹拌部材１７、１８を収納している。混合撹拌部材１７、１８は、現像剤２２を混合・撹拌し、現像剤担持体１１へ現像剤２２を供給する。現像器筐体１９の混合撹拌部材１８に対向する位置には、好ましくは、トナー濃度検出用のＡＴＤＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｎｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサ２０が配設されている。

現像装置２は通常、現像領域８で消費される分のトナーを現像剤槽１６内に補給するための補給部１４を有している。補給部１４において、補給トナーを収納した図示しないホッパから送られた補給トナー２１が現像剤槽１６内へ補給される。

現像剤担持体１１は内部に固定配置された磁石体２５と、これを内包する回転自在なスリーブローラ２６とから構成される。現像剤担持体１１へ供給された現像剤２２は、現像剤担持体１１内部の磁石体２５の磁力によってスリーブローラ２６の表面に保持され、スリーブローラ２６の回転に伴い搬送され、現像剤担持体１１に対向して設けられた規制部材（規制ブレード）１５によって通過量が規制される。

磁石体２５は、スリーブローラ２６の回転方向に沿ってＮ１、Ｓ１、Ｎ３、Ｎ２、Ｓ２の５つの磁極を有する（図１参照）。

これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１はトナー担持体２３と対向するトナー供給領域７に配されている。また、スリーブローラ２６上の現像剤２２を剥離するための反発磁界を発生させる同極部Ｎ２、Ｎ３が、現像剤槽１６内部に対向した位置に配置されている。

現像剤担持体１１には、トナー担持体２３にトナーを供給するためのトナー供給バイアス電圧Ｖｓが現像剤担持体用の供給バイアス電源２９により印加されている。

トナー担持体２３は、現像剤担持体１１及び像担持体１の両方に対向するように配され、像担持体１上の静電潜像を現像するための現像バイアス電圧がトナー担持体用の現像バイアス電源３０により印加されている。

検出ローラ２７は、トナー担持体２３の周回上に対向しており、トナー担持体２３とトナー供給部材である現像剤担持体１１が対向する領域とトナー担持体２３と像担持体１が対向する領域の間に位置している。図１では、検出ローラ２７はトナー担持体２３の回転方向について現像領域８の上流側に設置しているが、下流側に設置してもよい。また、検出ローラ２７の周回上には検出ローラ２７の表面のトナーの付着量を光学的に検出するためのトナー付着量検出手段２８が設置されている。

同じく図１を参照して、現像装置２の動作例について詳しく説明する。

現像剤槽１６内の現像剤２２は、混合撹拌部材１７、１８の回転により混合撹拌され、摩擦帯電すると同時に現像剤槽１６内で循環搬送され、現像剤担持体１１表面のスリーブローラ２６へと供給される。

この現像剤２２は、現像剤担持体１１内部の磁石体２５の磁力によってスリーブローラ２６の表面側に保持され、スリーブローラ２６とともに回転移動して、現像剤担持体１１に対向して設けられた規制部材１５で通過量を規制される。

規制部材１５によって通過量を規制された現像剤２２はトナー担持体２３と対向するトナー供給領域７へと搬送される。

トナー担持体２３と現像剤担持体１１との対向部であるトナー供給領域７では、磁石体２５の主磁極Ｎ１により現像剤２２の穂立ちが形成され、トナー担持体２３に印加された現像バイアスＶｂと現像剤担持体１１に印加されたトナー供給バイアスＶｓの電位差に基づき形成されたトナー供給電界がトナーに与える力により、現像剤２２中のトナーがトナー担持体２３へ供給される。

トナー担持体２３には直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスＶｂが加えられ、現像剤担持体１１にも直流電圧に交流電圧を重畳したトナー供給バイアスＶｓが加えられ、トナー供給領域７には直流電界に交番電界が重畳された電界が形成される。現像バイアスＶｂ、トナー供給バイアスＶｓの一方、もしくは両方は直流電圧であってもよい。

トナー供給領域７でトナー担持体２３上に現像剤担持体１１から供給されたトナー層は、トナー担持体２３の回転に伴って現像領域８へと搬送され、トナー担持体２３に印加された現像バイアスＶｂと像担持体１上の潜像電位とによって形成される電界により現像に供される。

現像領域８では、トナー担持体２３と像担持体１の間に設けられた現像ギャップ中を電界によってトナーが移動することで現像が行われる。その後、現像領域８でトナーを消費したトナー層（現像残トナー層）は、トナー担持体２３の回転に伴ってトナー供給領域７へと搬送される。

トナー供給領域７では、穂立ちした現像剤担持体１１上の現像剤２２によってトナー担持体１５上の現像残トナーを機械的に掻き取り、現像残トナーが回収される。

トナー供給領域８を通過した現像剤２２は、スリーブ２６の回転とともにさらに現像剤槽１６に向けて搬送され、磁石体２５の磁極Ｎ２、Ｎ３によって形成される反発磁界によって現像剤担持体１１上から剥離され、現像剤槽１６内へと回収される。

図示しない補給制御部が、ＡＴＤＣセンサ２０の出力値から、現像剤２２中のトナー濃度が画像濃度確保のための最低トナー濃度以下になったことを検出すると、図示しないトナー補給手段によってホッパ内に貯蔵された補給トナー２１がトナー補給部１４を介して現像剤槽１６内へ供給される。
（トナー担持体上の付着トナー量検出方法）
次にトナー担持体上の付着トナー量の検出方法について説明する。

図２に本発明の現像装置のトナー担持体上のトナー付着量検出部の概略構成例を示す。

本発明に係る現像装置においては、トナー担持体２３上のトナー量を安定化させることが重要であって、この目的を達成するためには、トナー供給部材１１から供給されたトナー量を正確に測定する必要がある。

そこで本発明では検出ローラ２７を設けることで、正確な付着トナー量を検出可能な構成としている。検出ローラ２７は、トナー担持体２３の周回上に対向しており、トナー担持体２３とトナー供給部材１１が対向する領域とトナー担持体２３と像担持体１が対向する領域の間に位置している。図２では、検出ローラ２７を現像領域８に対して、トナー担持体２３の表面のトナーが搬送される上流側に設置しているが、下流側に設置してもよい。さらに、検出ローラ２７の周回上には検出ローラ上のトナー量を検知するトナー付着量検出手段２８が設置されている。

この検出ローラ２７の動作について説明する。トナー供給部材１１によってトナー担持体２３に供給されたトナーは、トナー担持体２３と検出ローラ２７間に印加されたＡＣ重畳のバイアスによって、検出ローラ２７に移行する。トナー担持体２３から検出ローラ２７へのトナーの移行はＤＣバイアスによって行ってもよい。

本発明の実施形態の一つを説明するために、トナー担持体２３と検出ローラ２７の対向領域の拡大図を図３に示す。本実施形態では、検出ローラ２７の周速ｖ１はトナー担持体２３の周速ｖ０よりも速く設定されている。検出ローラ２７上に移行した単位面積当たりのトナー量はトナー担持体２３よりも少なくなる。即ち検出ローラ２７のトナー担持体２３に対する周速比ｖ１／ｖ０がαであると、検出ローラ２７上での単位面積当たりのトナー量ｍ１はトナー担持体上での単位面積当たりのトナー量ｍ０の１／α（ｍ１＝ｍ０／α）になる。このようにトナー担持体２３と検出ローラ２７の間に周速差を設けることで、検出ローラ２７上のトナー量を低下させることが可能となる。トナー量を低下させることで、発光手段としてＬＥＤを用い、これをトナー層に照射し、反射光を光電変換素子などの受光素子で検出することで付着トナー量の絶対量を求める光学的なトナー付着量検出手段２８で測定することが可能となる。検出ローラ２７上のトナー量を検出できれば、周速差を考慮すれば容易にトナー担持体２３上のトナー量を推定する事が可能である。図３においては、トナー担持体２３と検出ローラ２７が非接触に配置されているが、トナー担持体２３から検出ローラ２７へのトナー移行がなされれば接触していても良い。トナー担持体２３と検出ローラ２７に周速差を設けるため、駆動トルクを下げる観点で非接触構成が望ましい。

トナー担持体２３上のトナー量ｍ０は、十分な濃度を確保するための量が必要になるため、状来のようにトナー担持体２３上のトナー層からの反射光でトナー量を検出する光学的な検出手段では直接検知できない量に設定される事が多く、正確に把握出来なかった。

しかし、本実施形態のように、検出ローラ２７へトナーを移行させる際に、光学的なトナー付着量検出手段２８で検出可能なトナー量ｍ１に変換することで、検出ローラ２７上のトナーを測ることが可能となり、簡単かつ正確にトナー担持体２３上のトナー量を把握できるようになる。

また、別の実施態様として図４に示す構成例を示すことが出来る。図４の実施形態では、トナー付着量を検出するための光学的なトナー付着量検出手段２８として図３と同様にトナー層からの反射光量を検出する検出手段を用いており、光学的なトナー付着量検出手段２８を検出ローラ２７の周面上だけでなく、トナー担持体２３の周面上にも配置している。このような構成にすることでトナー担持体上２３のトナー層の全てを検出ローラ２７に転移させずとも、検出ローラに移行したトナー量ｍ１と移行せずにトナー担持体上に残留したトナー量ｍ２の和からトナー供給部材１１によってトナー担持体２３上に形成されたトナー層の付着量ｍ０（ｍ０＝ｍ１＋ｍ２）を求めることが可能となる。このような構成においては、検出ローラ２７とトナー担持体２３に周速差を設ける必要がなく、検出ローラ２７をトナー担持体２３に従動させて駆動することができ、検出ローラ２７の駆動手段を簡略化することが可能となる。

さらに別の実施態様として図５に示す構成例を挙げることができる。図５の実施形態では、光学的なトナー付着量検出手段２８として透過タイプを用いている。トナー付着量検出手段２８として透過型を用いることで、反射型と比較してトナー付着量が多い領域まで検出感度を得ることが可能となる。トナー担持体２３には強度や寸法精度、電気的物性、帯電性や離型性、表面粗さ、コストなど様々の要求を満たす必要があり、基材や表面層などの制約が大きく、必ずしも透光性の高いローラを採用することが出来るとは限らない。

そこで、それらの制約の少ない検出ローラ２７に透光性の高い基材を採用することで、透過型のトナー付着量検出手段２８によるトナー付着量検出が可能となる。また、図５において、トナー担持体２３上に形成されたトナー層の付着量ｍ０と検出ローラ２７上に移行したトナー量ｍ１とは、同一であっても良いし、また、図３のように周速差を設けて、ｍ０よりｍ１を少なくして、より検知感度を上げるようにしても良い。また、図４に示す構成例において、検出ローラ２７のトナー付着量検出手段２８を透過型の手段にしても良い。

図２に示したように、検出ローラ用電源３０は、トナー担持体２３と検出ローラ２７との間にかかる電界の向きを切り替え可能である。図３〜図５のいずれの実施形態においても検出ローラ２７上のトナー付着量を検出した後は、トナー担自体２３から検出ローラ２７へトナーを移行させたときとは逆の電界の向きに切り替えることで、検出ローラ２７に移行させたトナー層はトナー担持体２３に戻されるため、無駄なトナー消費が生じることはない。

ここで、像担持体１およびトナー担持体２３、検出ローラ２７の長手方向の関係に着目する。

本発明では、トナー担持体の表面に担持するトナー層が形成されたトナー担持体軸方向の幅が、像担持体上の像担持体軸方向の画像形成幅よりも広く、且つ、検出ローラに転移するトナーは、画像形成幅に対向していない非画像領域のトナーであることを特徴としている。

図６に、像担持体１の表面に静電潜像を形成する画像形成領域ｗ０とトナー担持体２３の表面にトナー層を形成するトナー層形成領域ｗ１と、トナー層形成領域ｗ１のうち画像形成領域に対向していない非画像領域ｗ２との関係を示す。トナー担持体２３上の非画像領域ｗ２のトナーを検出ローラ２７に移行するように配置し、トナー担持体２３上のトナー層の画像形成領域ｗ０に対向する部分から移行しないようにしている。このようにすることで、画像形成動作に影響を及ぼさずにトナー担持体２３上の付着トナー量を検出できる。よって、トナー付着量検出動作と画像形成動作を同時に行うことが可能となり、トナー付着量検出タイミングが非画像形成時に限定されてしまうことが無く、常に正確なトナー付着量を迅速に検出することができる。

図１から図５を用いて説明してきた実施形態のいずれにおいても、像担持体１およびトナー担持体２３、検出ローラ２７の長手方向の関係を上記のようにしている。

検出ローラ２７に移行するトナーを、トナー担持体２３上のトナー層形成領域ｗ１のうち、画像形成領域ｗ０に対向する領域から移行させた場合、トナー担持体２３上のトナー量が減少するため、像担持体１上の静電潜像を十分な濃度で現像することが困難となる。そのため、トナー付着量検出動作と画像形成動作を同時に行うことが出来ず、トナー付着量検出タイミングが非画像形成時に限定されてしまう問題が生じるが、本発明の構成にすることで、このような問題は解消される。

本発明に係る検出ローラ２７の構成例としては、非検出領域（画像形成領域ｗ０に対向した領域）の径を小さくした構成や、そもそも検出領域（非画像領域ｗ２に対向した領域）内の幅しか有さないローラや、さらには画像形成領域ｗ０に対向するローラの部分を絶縁もしくは逆バイアスを印加し、画像形成領域ｗ０に実質的なトナー移動が生じる電界が形成されない構成など、検出領域のみにトナー移行バイアスが印加される構成などを挙げることができる。

次にトナー担持体２３上のトナー付着量の検出と検出結果から得られたデータを基にトナー担持体２３上のトナー付着量を適正な値になるように制御するトナー付着量制御システムの構成について説明する。

図７は、トナー付着量制御システムのブロック図を示す。現像剤担持体１１には、トナー担持体２３にトナーを供給する為の電源装置２９が接続されている。また、トナー担持体２３には、現像のためのバイアスを発生する電源装置３０が接続されている。これらの電源装置２９、３０は、直流電圧（ＤＣ）であってもよいし交流電圧（ＡＣ）が重畳されていても良い。これらの電源装置２９、３０の出力の停止あるいは、ＤＣバイアスレベル、ＡＣバイアスパラメータの変更は、中央演算処理装置ＣＰＵからの信号により制御される。電源装置２９のバイアスは像担持体１上の潜像を現像する際の画像濃度の調整などに使用され、また、電源装置２９と電源装置３０は、トナー担持体２３と現像剤担持体１１間の電位差、つまり現像剤担持体１１からトナー担持体２３へのトナーの供給量の制御に使用される。ともに、中央演算処理装置ＣＰＵにより制御している。

検出ローラ２７には、トナー担持体２３上のトナーを移行させる為の電源装置３１が接続されている。この電源装置３１は、トナー担持体２３からトナーを移行させるバイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングや検出ローラ２７上に移行したトナーをトナー担持体２３に戻すバイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミング制御が可能で有り、中央演算処理装置ＣＰＵから制御される。検出ローラ２７上のトナー量を検出する為の光学的センサであるトナー付着量検出手段２８が検出ローラ２７の周回上に非接触で設置され、これらの信号はプリアンプで増幅された後、Ａ／Ｄコンバータを経て反射光量の値として中央演算処理装置ＣＰＵに取り込まれる。

トナー付着量検出手段２８により捉えた検出ローラ２７上の反射光量とトナー量の関係は、トナー量が少ない場合は、反射光量が多くトナー付着量検出手段２８の出力は高くなり、トナー量が多い場合は、反射光量が少なくトナー付着量検出手段２８の出力は低くなる。図８は、光学的なトナー付着量検出手段２８の出力とトナー量との関係を示す特性曲線の一例を示す図である。トナーが全く付着していない時の検出ローラ２７表面からの反射光から得られる出力Ｉｏとトナー付着量が増加して、検出ローラ２７表面からの反射がほとんど無くなり、トナー層の表面からの反射がほとんどになった時の出力Ｉｓとを示す。十分な画像濃度を得るためにはトナー担持体２３上のトナー量は４ｇ／ｍ^２以上に設定されることが多く、４ｇ／ｍ^２以上の範囲でのトナー量の変化を光学的なトナー付着量検出手段を用いて、直接トナー担持体２３上のトナー層からの反射光量から、精度よく検出することは難しい。そこで、トナー担持体２３上のトナーの少なくとも一部を検出ローラ２７に移行させ、トナー量を例えば３ｇ／ｍ^２以下に減らせば、十分な感度が得られるようになり、精度よくトナー量を検出することが可能となる。検出ローラ２７上に移行したトナー量と、移行前のトナー担持体２３上のトナー量との関係を予め測定し、中央演算処理装置ＣＰＵにテーブル１として記憶させておく。また、検出ローラ２７上に移行したトナー量とトナー付着量検出手段２８で検知した出力値との特性曲線も予め中央演算処理装置ＣＰＵにテーブル２として記憶させておく。

次に検出するための検出ローラ２７上のトナー量をトナー付着量検出手段２８で測定し、その出力値とテーブル２とを比較して、検出ローラ２７上のトナー量を読み出す。読み出されたトナー量をテーブル１と比較して、トナー移行前のトナー担持体２３上のトナー量を読み出す。このようにして得たトナー担持体２３上のトナー量の結果から、例えばその量が所定の量よりも低ければ、現像剤担持体１１からのトナー供給量を増加させるために現像剤担持体１１に接続された電源装置２９を中央演算処理装置ＣＰＵで制御すれば良い。また、現像剤担持体１１の回転速度を中央演算処理装置ＣＰＵの制御で変えてもトナー担持体２３へのトナー供給量を変更する事が出来る。また、本発明に係るトナー担持体２３上のトナーの付着量を検出する方法では、画像形成動作中もトナー担持体２３上のトナー量を検出可能であることから、トナー担持体２３上のトナー量の検出結果をトナー担持体２３に接続された電源装置３０にフィードバックして、適正な現像条件にすることも可能である。

さらに、画像形成動作中もトナー付着量検出が可能であることから、トナー付着量検出のタイミングも任意に行うことが可能であり、迅速に適正な画像を得ることができる。

トナー担持体２３上の付着トナー量をより安定に維持するには、付着トナー量の検出を高頻度で行うことが望ましい。そのようなトナー付着量を高頻度で、検出・制御するための好適なタイミングの例としては、検出ローラ２７の回転周期をＴ１、およびトナー担持体２３から検出ローラ２７へのトナー移動方向切り替え周期（トナー担持体２３から検出ローラ２７へのトナー移動とその逆方向へのトナー移動の電界方向切り替え周期）をＴ２とし、各方向へのトナー移動時間比（トナーの移動に要する時間の比）を１としたとき、以下の関係を満たす例を示す。

Ｔ１＝（ｎ＋１／２）Ｔ２（ここで、ｎは整数）
上記関係を満たすことで、トナー担持体２３から検出ローラ２７へトナーが移行する時間と移行しない時間の比（ＯＮ／ＯＦＦ比）が１となり、検出ローラ２７の表面にトナーの付着部と非付着部とが等間隔の縞状なって移動する。図９は、ｎ＝１の場合の検出ローラ上のトナー付着量の時間変化と、それに対応するトナー移動電界の方向の時間変化とを説明するための図である。検出ローラ２７の回転周期Ｔ１に対して、トナー移動方向切り替え周期が１／２周期ずれているため、トナー担持体２３から検出ローラ２７にトナーが移動するＯＮ領域ａは検出ローラが１回転して再びトナー担持体２３との対向領域に来たときには１周前とは逆方向のトナー移動電界によってトナー担持体２３へ戻される（ＯＦＦ領域になる；図中ａ′）。同様に、検出ローラ２７上のトナーが付着していないＯＦＦ領域ｂは、検出ローラ１回転後には１／２周期ずれたトナー移動電界によって、トナー担持体２３から新たなトナーが移動され、ＯＮ領域となる（図中ｂ′）。このように検出ローラ２７の回転周期Ｔ１とトナー移動方向切り替え周期Ｔ２を設定することで、検出ローラ２７が１周する毎に、検出ローラ２７上に付着したトナーをトナー担持体２３側に戻すことができ、検出ローラ表面にトナーが蓄積されていくことがなくリセットできるので高頻度のトナー付着量検出が可能となる。

以上より明らかなように、本発明によって、画像形成動作中においてもトナー担持体２３上のトナー付着量を高頻度で検出することが可能となり、検出結果を用いてトナー担持体２３上へのトナー層形成条件を制御することで、トナー担持体２３上のトナー付着量を安定に保つことが可能となる。これによって現像特性を安定に保つことができ、高品質な画像を安定して提供することが可能となる。

なお、上述の実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 像担持体
２ 現像装置
３ 帯電部材
４ 転写ローラ
５ クリーニングブレード
６ 露光装置
７ トナー供給領域
８ 現像領域
９ 回収領域
１０ トナー供給領域
１１ 現像剤担持体
１２ 現像領域
１３ 現像剤回収領域
１４ 補給部
１５ 規制部材
１６ 現像剤槽
１７、１８ 混合攪拌部材
１９ 現像器筐体
２０ ＡＴＤＣセンサ
２１ トナー
２２ 現像剤
２３ トナー担持体
２４ 検出領域
２５ 磁石体
２６ スリーブローラ
２７ 検出ローラ
２８ 光学的検出手段
２９ 供給バイアス電源
３０ 現像バイアス電源
３１ 検出ローラ用電源

Claims (13)

1. 表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー担持体の表面のトナーを転移するための検出ローラと、
   該検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を光学的に検出するためのトナー付着量検出手段と、を備えた現像装置であって、
   前記トナー担持体の表面に担持するトナー層が形成されたトナー担持体軸方向の幅が、前記像担持体上の像担持体軸方向の画像形成幅よりも広く、且つ、前記検出ローラに転移するトナーは、前記画像形成幅に対向していない非画像領域のトナーであり、
   前記検出ローラの表面に転移したトナー層の厚さは、前記検出ローラにトナーが転移する前の前記トナー担持体の表面のトナー層の厚さよりも薄く、
   前記検出ローラの表面の移動速度が、前記トナー担持体の表面の移動速度よりも速いことを特徴とする現像装置。
2. 表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー担持体の表面のトナーを転移するための検出ローラと、
   該検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を光学的に検出するためのトナー付着量検出手段と、を備えた現像装置であって、
   前記トナー担持体の表面に担持するトナー層が形成されたトナー担持体軸方向の幅が、前記像担持体上の像担持体軸方向の画像形成幅よりも広く、且つ、前記検出ローラに転移するトナーは、前記画像形成幅に対向していない非画像領域のトナーであり、
   前記検出ローラは、透光性の基材からなる円筒状であり、前記トナー付着量検出手段は、前記基材と前記基材の表面のトナー層とを透過する光量を検知する手段であり、
   前記検出ローラの表面の移動速度が、前記トナー担持体の表面の移動速度よりも速いことを特徴とする現像装置。
3. 前記検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を前記トナー付着量検出手段で検出した後、前記検出ローラの表面のトナーを前記トナー担持体の表面に戻す手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記トナー付着量検出手段による前記検出ローラの表面のトナーの付着量の検出を、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像して画像を形成する画像形成動作中に行うように制御する手段を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の現像装置。
5. 前記トナー付着量検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー担持体の表面のトナー付着量を制御するトナー付着量制御手段を有することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の現像装置。
6. 前記トナー付着量検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー担持体で前記静電潜像を現像する現像条件を制御する手段を有することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の現像装置。
7. 表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー担持体の表面のトナーを転移するための検出ローラと、
   該検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を光学的に検出するための第１のトナー付着量検出手段と、を備えた現像装置であって、
   前記トナー担持体の表面に担持するトナー層が形成されたトナー担持体軸方向の幅が、前記像担持体上の像担持体軸方向の画像形成幅よりも広く、且つ、前記検出ローラに転移するトナーは、前記画像形成幅に対向していない非画像領域のトナーであり、
   前記検出ローラの表面に転移したトナー層の厚さは、前記検出ローラにトナーが転移する前の前記トナー担持体の表面のトナー層の厚さよりも薄く、
   前記トナー担持体の表面のトナーのうち、一部を前記検出ローラの表面に移行し、前記トナー担持体の表面の残りのトナーの付着量を光学的に検出するための第２のトナー付着量検出手段を備えたことを特徴とする現像装置。
8. 表面にトナーを担持搬送し、対向する像担持体上に形成された静電潜像を前記トナーで現像するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー担持体の表面のトナーを転移するための検出ローラと、
   該検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を光学的に検出するための第１のトナー付着量検出手段と、を備えた現像装置であって、
   前記トナー担持体の表面に担持するトナー層が形成されたトナー担持体軸方向の幅が、前記像担持体上の像担持体軸方向の画像形成幅よりも広く、且つ、前記検出ローラに転移するトナーは、前記画像形成幅に対向していない非画像領域のトナーであり、
   前記検出ローラは、透光性の基材からなる円筒状であり、前記第１のトナー付着量検出手段は、前記基材と前記基材の表面のトナー層とを透過する光量を検知する手段であり、
   前記トナー担持体の表面のトナーのうち、一部を前記検出ローラの表面に移行し、前記トナー担持体の表面の残りのトナーの付着量を光学的に検出するための第２のトナー付着量検出手段を備えたことを特徴とする現像装置。
9. 前記検出ローラの表面に転移したトナーの付着量を前記第１のトナー付着量検出手段で検出した後、前記検出ローラの表面のトナーを前記トナー担持体の表面に戻す手段を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の現像装置。
10. 前記第１のトナー付着量検出手段および前記第２のトナー付着量検出手段による前記検出ローラの表面のトナーの付着量の検出を、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像して画像を形成する画像形成動作中に行うように制御する手段を有することを特徴とする請求項７から９の何れか１項に記載の現像装置。
11. 前記第１のトナー付着量検出手段および前記第２のトナー付着量検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー担持体の表面のトナー付着量を制御するトナー付着量制御手段を有することを特徴とする請求項７から１０の何れか１項に記載の現像装置。
12. 前記第１のトナー付着量検出手段および前記第２のトナー付着量検出手段による検出結果に基づいて、前記トナー担持体で前記静電潜像を現像する現像条件を制御する手段を有することを特徴とする請求項７から１１の何れか１項に記載の現像装置。
13. 像担持体と、該像担持体上に形成された静電潜像をトナーで現像する現像装置と、を備えた画像形成装置であって、
    前記現像装置は請求項１から１２の何れか１項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。

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