JP5590440B2 - 現像装置、画像形成装置及びプロセスユニット - Google Patents

Description

本発明は、現像剤を現像領域へ搬送する現像剤担持体を備えた現像装置、この現像装置を備えた画像形成装置及びプロセスユニットに関するものである。

従来、現像剤担持体上の現像剤を感光体等の潜像担持体に直接接触させないで、現像剤を潜像担持体上の潜像に供給して現像を行う現像装置が知られている。この現像装置の一例としては、現像剤担持体上の一成分現像剤（トナー）をクラウド化させることによってトナーを潜像担持体上に供給する方式を採用するものがある。この方式に使用される現像剤担持体として、外周面に沿って所定のピッチで配置された複数の外側電極と、その複数の外側電極との間に絶縁層を介した配置された内側電極とを有し、上記複数の外側電極の外周面側を保護層で覆ったものがある。この現像剤担持体の内側電極及び複数の外側電極からなる複数種類の電極それぞれに、時間的に変化する互いに異なる電圧をそれぞれ印加することにより、互いに近接する複数の電極間に時間的に変化する電界が形成される。この電界により現像剤担持体上のトナーを互いに近接する複数種類の電極間で飛翔させることができる（このようにトナーが飛翔する現象を、以下「フレア」と呼ぶ。）。これにより、現像剤担持体の外周面近傍の空間でトナーがクラウド化した状況となる。

上記従来の現像装置のように時間的に変化する互いに異なる電圧を複数種類の電極に印加する現像剤担持体を用いる場合、次のような課題がある。例えば、現像剤担持体の電極間に形成する電界が小さすぎると、その電界によってトナーを飛翔させる力がトナーと現像剤担持体の付着力に勝つことができず、トナーが現像剤担持体から飛翔せず、感光体上に移動できなくなり、濃度低下が発生する。一方、現像剤担持体の電極間に形成する電界が強すぎると、電極間でリークが発生し電極を破壊してしまったり、他の部材との間にリークが発生し現像剤担持体の表層を傷つけたりすることがある。このため、上記電界を適正な強度に調整する必要がある。
また、上記従来の現像装置において、現像剤担持体の保護層（表層）の状態が変化するとトナーを飛翔させる電界が変動するおそれがある。例えば、現像剤担持体の保護層（表層）の膜厚が製造ばらつきや耐久を行うことによって変化すると、トナーを飛翔させる電界が変動してしまう。この電界変動により、フレアの状態が変わり、画像濃度不良等の不具合が発生する。

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、現像剤担持体の表層の状態が変化する場合でも、リークの発生を防止するとともに現像剤担持体上に形成するフレアの状態を安定にして画像不良等の不具合を防止することが可能になる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、潜像担持体に対向して配置され該潜像担持体上に形成された潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を備えた現像装置であって、前記現像剤担持体は、その外周面に互いに絶縁された複数種類の電極が配置され、該複数種類の電極よりも外周面側に誘電体からなる表層を有するものであり、前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記電極の間に、該現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界を形成する電界形成手段と、前記現像剤担持体に当接する当接部材と、前記現像剤担持体の前記複数種類の電極と前記当接部材との間の負荷容量を測定する静電容量測定手段と、前記現像剤担持体の前記複数種類の電極と前記当接部材との間の負荷容量の測定結果に基づいて、前記電極の間に形成する電界が一定になるように前記電界形成手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、潜像担持体に対向して配置され該潜像担持体上に形成された潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を備えた現像装置であって、前記現像剤担持体は、その外周面に互いに絶縁された複数種類の電極が配置され、該複数種類の電極よりも外周面側に誘電体からなる表層を有するものであり、前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記電極の間に、該現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界を形成する電界形成手段と、前記現像剤担持体に当接する当接部材と、前記現像剤担持体の前記複数種類の電極と前記当接部材との間の負荷容量を測定する静電容量測定手段と、前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記複数種類の電極の間の負荷容量を測定する静電容量測定手段と、前記現像剤担持体の前記複数種類の電極と前記当接部材との間の負荷容量の測定結果と、前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記複数種類の電極の間の負荷容量の測定結果とに基づいて、前記電極の間に形成する電界が一定になるように前記電界形成手段を制御する制御手段を更に備えた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又は２の現像装置において、前記電界形成手段は、前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記複数種類の電極に、前記所定の電界を形成するための電圧を印加するように構成され、前記制御手段は、前記電極の間に形成される電界が一定になるように、前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記複数種類の電極に印加する電圧を調整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３の現像装置において、前記静電容量測定手段は、前記複数種類の電極部材それぞれに印加される電圧の少なくとも一方が入力され、入力された電圧の波形の傾きを検出し、検出した電圧の波形の傾きに比例した微分電圧を求めることにより、前記負荷容量を測定す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乃至４のいずれかの現像装置において、前記当接部材は、前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材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乃至４のいずれかの現像装置において、前記当接部材は、前記現像剤担持体が前記潜像担持体に対向する現像領域の該現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側で当該現像装置の内外をシールするシール部材であることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１乃至４のいずれかの現像装置において、前記当接部材は、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材であることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像装置とを備えた画像形成装置であって、前記現像装置として、請求項１乃至７のいずれかの現像装置を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像装置とを備え、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ユニットであって、前記現像装置として、請求項１乃至７のいずれかの現像装置を備えたことを特徴とするものである。

本発明の現像装置では、現像剤担持体の複数種類の電極と、その現像剤担持体に当接する当接部材との間の負荷容量を測定する。この複数種類の電極と当接部材との間の負荷容量により、現像剤担持体の複数種類の電極よりも外周面側に有する誘電体からなる表層の静電容量を測定できる。この表層の静電容量の測定結果に基づいて、現像剤担持体の複数種類の電極間に形成される電界を一定にする制御が可能になる。よって、本発明によれば、現像剤担持体の表層の状態が変化する場合でも、リークの発生を防止するとともに、現像剤担持体上に形成するフレアの状態を安定にして画像不良等の不具合を防止することが可能になる。

本発明の実施形態に係るプリンタの要部を示す概略断面図。 同プリンタが備える４つのプロセスカートリッジのうちの一つの拡大断面図。 同プロセスカートリッジが備える現像装置の軸線方向に沿った断面図。 同現像装置のトナー担持ローラの電極配置を説明するためにトナー担持ローラを回転軸に対して直交する方向から見たときの模式図。 同トナー担持ローラを、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図。 同トナー担持ローラの内側電極及び外側電極にそれぞれ印加する内側電圧及び外側電圧の一例を示す説明図。 本実施形態の現像装置における表層静電容量測定装置を含む制御系のブロック図。 本実施形態の現像装置における絶縁層静電容量測定装置を含む制御系のブロック図。 トナー担持ローラの電界を制御しない状態で表層の層厚が減少したときの表層の層厚と電界強度との関係の概略を示すグラフ。 トナー担持ローラの表層の層厚が変化したときの層厚と表層インピーダンス（表層静電容量）との関係の概略を示すグラフ。 トナー担持ローラにおいて所望の電界強度を得るための表層の層厚とピークトゥピーク電圧との関係の概略を示すグラフ。 トナー担持ローラの外側電極と内側電極との間に一定の交流電流を印加した状態で湿度が変化したときの湿度と絶縁層のインピーダンス（絶縁層静電容量）との関係の概略を示すグラフ。 トナー担持ローラの表層の層厚が一定値で複数の環境条件における適正な電界強度とピークトゥピーク電圧との関係の概略を示すグラフ。 トナー担持ローラの表層の層厚の値と環境条件とに基づいて電界強度を適正な値に設定する制御の一例を示すフローチャート。 他の実施形態に係る現像装置を有するプロセスカートリッジの拡大断面図。 同現像装置における表層静電容量測定装置を含む制御系のブロック図。 更に他の実施形態に係る現像装置を有するプロセスカートリッジの拡大断面図。 同現像装置における表層静電容量測定装置を含む制御系のブロック図。

以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置であるプリンタに適用した実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のプリンタ１００の要部の概略断面図である。図１に示すように、プリンタ１００は、４つのプロセスユニットとしてのプロセスカートリッジ１、複数の張架ローラに張架されて図１中の矢印Ａ方向に移動する中間転写体としての中間転写ベルト７、露光手段としての露光装置６、及び、定着手段としての定着装置１２等を備えている。

各プロセスカートリッジ１は、潜像担持体としてのドラム状の感光体２と、帯電手段としての帯電部材３と、現像剤としてのトナーを用いて感光体２上の潜像を現像する現像装置４と、感光体クリーニング部材５とを一体的に支持してユニット状とした構成となっている。各プロセスカートリッジ１は、それぞれの不図示のストッパーを解除することにより、プリンタ１００本体に対して着脱可能となっている。

感光体２は、図中の矢印で示すように、図中の時計周り方向に回転する。帯電部材３は、ローラ状の帯電ローラであり、感光体２の表面に圧接されており、感光体２の回転により従動回転する。作像時には、帯電部材３には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、感光体２の表面を帯電する。本実施形態のプロセスカートリッジ１は、帯電手段として、感光体２の表面に接触するローラ状の帯電部材３を用いているが、帯電手段としてはこれに限るものではなく、コロナ帯電などの非接触帯電方式を用いてもよい。

露光装置６は、感光体２の表面に対して画像情報に基づいて露光し、感光体２の表面に静電潜像を形成する。プリンタ１００が備える露光装置６は、レーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナ方式を用いているが、露光手段としてはＬＥＤアレイを用いるものなど他の構成でも良い。

感光体クリーニング部材５は、中間転写ベルト７と対向する位置を通過した感光体２の表面上に残留する転写残トナーのクリーニングを行なう。

４つのプロセスカートリッジ１は、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色ごとのトナー像を感光体２上に形成する。４つのプロセスカートリッジ１は、中間転写ベルト７の表面移動方向に並列に配設され、それぞれの感光体２上に形成されたトナー像を中間転写ベルト７に順に重ね合わせるように転写し、中間転写ベルト７上に可視像を形成する。

図１において、各感光体２に対して中間転写ベルト７を挟んで対向する位置には一次転写手段としての一次転写ローラ８が配置されており、一次転写ローラ８には不図示の高圧電源により一次転写バイアスが印加され、感光体２との間で一次転写電界を形成する。感光体２と一次転写ローラ８との間で一次転写電界が形成されることにより、感光体２の表面上に形成されたトナー像が中間転写ベルト７の表面に転写される。中間転写ベルト７を張架する複数の張架ローラのうちの一つが不図示の駆動モータによって回転することによって中間転写ベルト７が図中の矢印方向に表面移動する。表面移動する中間転写ベルト７の表面上に各色のトナー像が順次重ねて転写されることによって、中間転写ベルト７の表面上にフルカラー画像が形成される。

４つのプロセスカートリッジ１が中間転写ベルト７と対向する位置に対して、中間転写ベルト７の表面移動方向下流側には、張架ローラの一つである二次転写対向ローラ９ａに対して中間転写ベルト７を挟んで対向する位置に二次転写ローラ９が配置され、中間転写ベルト７との間で二次転写ニップを形成する。二次転写ローラ９と二次転写対向ローラ９ａとの間に所定の電圧を印加して二次転写電界を形成することにより、図１中の矢印Ｂ方向に搬送される転写材である転写紙Ｐが二次転写ニップを通過する際に、中間転写ベルト７の表面上に形成されたフルカラー画像が転写紙Ｐに転写される。

二次転写ニップに対して転写紙Ｐの搬送方向下流側に、定着装置１２が配置されている。二次転写ニップを通過した転写紙Ｐは定着装置１２に到達し、定着装置１２における加熱及び加圧によって転写紙Ｐ上に転写されたフルカラー画像が定着され、画像が定着された転写紙Ｐはプリンタ１００の装置外に出力される。

一方、二次転写ニップで転写紙Ｐに転写されず中間転写ベルト７の表面上に残留したトナーは、転写ベルトクリーニング装置１１によって回収される。

次に、図２及び図３を用いて、プロセスカートリッジ１が備える現像装置４について説明する。図２は、４つのプロセスカートリッジ１のうちの一つの拡大断面図である。図３は、現像装置４において、鉛直方向に略直線状に配置された、トナーを搬送するトナー搬送部材１０６、トナー撹拌部材１０８及びトナー供給ローラ１０５の回転軸近傍の断面説明図である。

現像装置４は、現像剤であるトナーを収容するトナー収容室１０１と、トナー収容室１０１の下方に設けられたトナー供給室１０２とから構成され、トナー収容室１０１とトナー供給室１０２とを仕切るように仕切り部材１１０が設けられている。仕切り部材１１０には、図３に示すように、複数の開口部が設けられている。この仕切り部材１１０の複数の開口部として、トナー収容室１０１内のトナーをトナー供給室１０２へ供給する供給口１１１と、トナー供給室１０２内のトナーをトナー収容室１０１に戻す返送口１０７とが設けられている。

トナー供給室１０２の下部には、現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３が設けられている。また、トナー供給室１０２には、トナー担持ローラ１０３の表面にトナーを供給する現像剤供給部材であるトナー供給ローラ１０５がトナー担持ローラ１０３の表面に当接して設けられている。さらに、トナー供給室１０２には、トナー供給ローラ１０５によってトナー担持ローラ１０３の表面上に供給され、感光体２とトナー担持ローラ１０３との対向部に向かうトナーの量（層厚）を規制する現像剤規制部材としてのトナー層規制部材１０４がトナー担持ローラ１０３の表面に当接して設けられている。

トナー担持ローラ１０３は、感光体２に対して非接触で配置されており、図示しない高圧電源から所定のバイアスが印加される。

トナー収容室１０１内にはトナー収容室１０１内のトナーを感光体２の回転軸に平行な方向（図２中の紙面に直交する方向）に搬送するトナー搬送部材１０６が設けられている。

また、トナー収容室１０１に収容するトナーは、重合法で作成したものを用いている。このトナーは、例えば、平均粒径が６．５［μｍ］で、円形度が０．９８、安息角３３［°］、外添剤としてチタン酸ストロンチュームを含有しているトナーである。なお、本実施形態のプリンタ１００に用いるトナーとしては、これに限るものではない。

トナー収容室１０１内に設けられたトナー搬送部材１０６は、図３に示すように搬送スクリュ形状１０６ａと搬送板形状１０６ｂとを組み合わせた回転軸を有した部材である。トナー搬送部材１０６は、搬送スクリュ形状１０６ａの回転動作によりトナー収容室１０１内のトナーをトナー搬送部材１０６の回転軸に平行な略水平方向（図３中の矢印Ｃ方向）に搬送できる構成となっている。現像装置４では、トナー搬送部材１０６の回転軸に平行な方向にトナーを搬送する搬送スクリュ形状１０６ａを備えた構成であるが、現像剤搬送部材としてはこれに限ったものでなく、搬送ベルトやコイル状の回転体等の搬送機能を有するものを用いることができる。さらにこれらの搬送機能を有するものと、羽根のような板部材や針金を曲げて構成したパドルのようなもの等のほぐし機能を有するものを組み合わせたものでも良い。

また、本実施形態の現像装置４では、トナー収容室１０１からトナー供給ローラ１０５に向けて、トナーをトナー搬送部材１０６の回転軸に直交し、且つ、略鉛直下方にトナーを搬送する構成となっている。トナーの搬送方向としては、トナー搬送部材１０６の回転軸に直交し、且つ、略水平方向に搬送する構成としてもよい。

仕切り部材１１０の鉛直下方のトナー供給室１０２内にはトナー撹拌部材１０８が配置されている。トナー撹拌部材１０８は、図３に示すように撹拌スクリュ形状１０８ａと撹拌板形状１０８ｂとを組み合わせた回転軸を有した部材である。トナー撹拌部材１０８は、撹拌スクリュ形状１０８ａの回転動作によりトナー供給室１０２内のトナーをトナー撹拌部材１０８の回転軸に平行な略水平方向（図３中の矢印ＤまたはＥ方向）に搬送できる構成となっている。

図３に示すように、トナー撹拌部材１０８の撹拌スクリュ形状１０８ａは、軸方向について供給口１１１を挟んで外側に向かう方向（図３中の矢印Ｄ方向）にトナーを搬送するように螺旋状の羽部が設けられている。さらに、トナー撹拌部材１０８の撹拌スクリュ形状１０８ａは、軸方向について２つの返送口１０７よりも外側と内側とは螺旋状の羽部が逆巻きになっている。このため、供給口１１１からトナー供給室１０２に供給されたトナーはトナー撹拌部材１０８の撹拌スクリュ形状１０８ａの回転によって軸方向外側（矢印Ｄ方向）に搬送され、返送口１０７よりも外側に到達したトナーは羽部が逆巻きの撹拌スクリュ形状１０８ａによって返送口１０７に向かって搬送される。返送口１０７を挟んで軸方向の外側と内側とでは、撹拌スクリュ形状１０８ａによるトナーの搬送方向が逆であり、返送口１０７に向かうようにトナーに搬送力を付与するため、返送口１０７の下方ではトナーが軸方向両側から集められ、山状に押し上げられる。これにより、トナー収容室１０１から供給口１１１または返送口１０７を通過してトナー供給室１０２に供給されたトナーが過剰である場合は、返送口１０７で山状に押し上げられたトナーがトナー供給室１０２から返送口１０７を通ってトナー収容室１０１に戻される。また、トナー撹拌部材１０８は、トナー供給室１０２にあるトナーを攪拌し、さらに下部にあるトナー担持ローラ１０３、トナー供給ローラ１０５へトナーを供給する役割を持つ。

トナー供給ローラ１０５の表面には空孔（セル）を有した構造の発泡材料が被覆されており、トナー供給室１０２内に供給されたトナーを効率よく付着させて取り込むと共に、トナー担持ローラ１０３との当接部での圧力集中によるトナーの劣化を防止している。なお、この発泡材料は１０^３〜１０^１４［Ω］の電気抵抗値に設定される。トナー供給ローラ１０５には、供給バイアスが印加され、トナー担持ローラ１０３との当接部で予備帯電されたトナーをトナー担持ローラ１０３に押し付ける作用を補助する。トナー供給ローラ１０５は図２中の矢印で示すように図２中の反時計回りの方向に回転し、表面に付着させたトナーをトナー担持ローラ１０３の表面に塗布するように供給する。

トナー供給ローラ１０５が当接する位置からトナー担持ローラ１０３の表面移動方向下流側のトナー担持ローラ１０３の表面に接触するように、現像剤規制部材であるトナー層規制部材１０４が配置されている。トナー供給ローラ１０５からトナー担持ローラ１０３の表面に供給されたトナーは、トナー担持ローラ１０３の回転によってトナー層規制部材１０４が接触する位置に搬送される。

トナー層規制部材１０４としては、ＳＵＳ３０４ＣＳＰやＳＵＳ３０１ＣＳＰまたはリン青銅等の金属板バネ材料を用いることができ、その自由端側をトナー担持ローラ１０３の表面に１０〜１００［Ｎ／ｍ］の押圧力で当接させたもので、トナー担持ローラ１０３上のトナーに対してその押圧力下を通過させることで、トナー層を薄層化すると共に、摩擦帯電によってトナーに電荷を付与する。また、トナー層規制部材１０４には、トナーの摩擦帯電を補助する為に、図示しないバイアス電源によりバイアスが印加される。

感光体２はトナー担持ローラ１０３と非接触であり、図２中の時計回りの方向に回転している。このため、トナー担持ローラ１０３と感光体２とが対向する現像領域においては、トナー担持ローラ１０３の表面移動方向と感光体２の表面移動方向とが同方向となる。

トナー担持ローラ１０３上の薄層化されたトナー層は、トナー担持ローラ１０３の回転によって現像領域へ搬送され、トナー担持ローラ１０３に印加されたバイアスと感光体２上の静電潜像によって形成される潜像電界に応じて、感光体２の表面に移動して感光体２の表面上の静電潜像が現像される。

現像領域で現像に用いられず、トナー担持ローラ１０３上に残されたトナーが再びトナー供給室１０２内へと戻る箇所には、現像剤除電部材である下シール部材としての除電シール１０９がトナー担持ローラ１０３に当接して設けられ、トナーが現像装置４の外部に漏れ出ないように封止される。除電シール１０９には、除電能力を補助するため図示しないバイアス電源よりバイアスが印加される。

上記構成のプリンタの現像装置において、トナー担持ローラ１０３上のトナーを用いた感光体２上の潜像の現像は、次のように行われる。トナー供給位置でトナー担持ローラ１０３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１０３の表面上でホッピングしながら、トナー担持ローラ１０３の回転に伴って、トナー供給位置から現像領域に向けて搬送される。現像領域まで搬送されたトナーは、トナー担持ローラ１０３と感光体２上の静電潜像との間の現像電界によって、感光体２の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１０３の回転によってさらに搬送され、繰り返し利用される。

次に、図４及び図５を用いて、本実施形態におけるトナー担持ローラ１０３の具体的構成について説明する。図４は、本実施形態におけるトナー担持ローラ１０３の電極配置を説明するためにトナー担持ローラ１０３を回転軸に対して直交する方向から見たときの模式図である。図５は、本実施形態におけるトナー担持ローラ１０３を、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面図である。なお、説明の都合上、図４においては絶縁層３５及び表層３６を図示していない。

本実施形態のトナー担持ローラ１０３は、中空状のローラ部材で構成されており、その最内周に位置する最内周電極部材又は内周側電極部材としての内側電極３３ａと、最外周側に位置していて内側電極３３ａへ印加される電圧（内側電圧）とは異なる電圧（外側電圧）が印加される最外周電極部材としての櫛歯状の外側電極３４ａとを備えている。また、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間にはこれらの間を絶縁するための絶縁層３５が設けられている。また、トナー担持ローラ１０３には、外側電極３４ａの外周面側を覆う保護層としての表層３６も設けられている。すなわち、本実施形態のトナー担持ローラ１０３は、内周側から順に、内側電極３３ａ、絶縁層３５、外側電極３４ａ、表層３６の４層構造となっている。

内側電極３３ａは、トナー担持ローラ１０３の基体としても機能しており、ＳＵＳやアルミニウム等の導電性材料を円筒状に成型した金属ローラである。このほか、内側電極３３ａの構成としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリカーボネート（ＰＣ）等からなる樹脂ローラの表面にアルミニウムや銅などの金属層等からなる導電層を形成したものが挙げられる。この導電層の形成方法としては、金属メッキ、蒸着等により形成する方法や、ローラ表面に金属膜を接着する方法などが考えられる。

内側電極３３ａの外周面側は絶縁層３５に覆われている。本実施形態において、この絶縁層３５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。また、本実施形態において、絶縁層３５の層厚は、３［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さくなると、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間の絶縁性十分に保てなくなり、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間でリークが発生してしまう可能性が高くなる。一方、５０［μｍ］よりも大きくなると、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られる電界が表層３６よりも外側に形成されにくくなり、表層３６の外側に強いフレア用電界（外部電界）を形成することが困難となる。本実施形態では、メラミン樹脂からなる絶縁層３５の層厚を２０［μｍ］としている。絶縁層３５はスプレー法やディップ法等によって内側電極３３ａ上に均一な膜厚で形成することができる。

絶縁層３５の上には外側電極３４ａが形成される。本実施形態において、この外側電極３４ａは、アルミニウム、銅、銀などの金属で形成されている。櫛歯状の外側電極３４ａの形成方法としては、種々の方法が考えられる。例えば、絶縁層３５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櫛歯状の電極を形成するという方法が挙げられる。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絶縁層３５の上に付着させて櫛歯状の電極を形成するという方法も考えられる。

外側電極３４ａ及び絶縁層３５の外周面側は、表層３６により覆われている。トナーは、表層３６上でホッピングを繰り返す際、この表層３６との接触摩擦によって帯電する。トナーに正規帯電極性（本実施形態ではマイナス極性）を与えるため、本実施形態では、表層３６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。本実施形態ではポリカーボネートを採用している。また、表層３６は、外側電極３４ａを保護する役割も持ち合わせているので、表層３６の層厚としては、３［μｍ］以上４０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さいと、経時使用による膜削れ等で外側電極３４ａが露出してしまうおそれがある。一方、４０［μｍ］よりも大きいと、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られる電界が表層３６よりも外側に形成されにくくなり、表層３６の外側に強いフレア用電界を形成することが困難となる。本実施形態では、表層の層厚は２０［μｍ］としている。表層３６は、絶縁層３５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。

本実施形態では、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られる電界、より詳しくは、内側電極３３ａの外側電極３４ａとは対向していない部分（外側電極３４ａの櫛歯間に位置する内側電極３３ａの部分）と外側電極３４ａの櫛歯部分との間で作られる電界が、表層３６の外側に形成されることで、トナー担持ローラ１０３上のトナーをホッピングさせ、これによりトナーをクラウド化させる。このとき、トナー担持ローラ１０３上のトナーは、内側電極３３ａに絶縁層３５を介して対向した表層部分と、これに隣接する外側電極３４ａに対向した表層部分との間を、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。

トナーを安定してクラウド化させるためには、相応する大きさのフレア用電界を形成することが重要となるが、このような大きなフレア用電界を形成するためには内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間に大きな電位差を形成する必要がある。しかし、このような大きな電位差を安定して形成するためには、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間を安定かつ有効に絶縁し、リークを防止することが重要である。従来のように、フレア用電界を形成するための２種類の電極をそれぞれ櫛歯状に形成して同心円上に配置し、互いの櫛歯部分が相手の櫛歯間に入り込むように構成した場合、その櫛歯状電極の形成品質が悪いと、２種類の電極間の絶縁性が著しく低下し、リークが起きやすい。具体的には、例えば、エッチングで電極形成する場合には除去すべき金属膜の一部が残存していたり、インクジェット法やスクリーン印刷法で電極形成する場合には電極間に導電ペーストが付着してしまったりする事態が起こり得る。このような事態が生じると、２種類の電極間でリークが起きやすいなり、適正なフレア用電界を形成することができなくなる。また、従来構成においては、ローラの樹脂表面上に櫛歯状電極を高い品質で形成したとしても、２種類の櫛歯状電極を形成した後にその外周面側を絶縁材で覆うことにより電極間に絶縁材を充填して電極間の絶縁性を得るため、電極間にはローラの樹脂表面と絶縁材との界面が形成され、この界面を通じたリークが生じやすく、比較的大きな電圧を印加すると電極間の絶縁性が著しく低下する。

本実施形態のトナー担持ローラ１０３は、内側電極３３ａの上に絶縁層３５を設け、その絶縁層上に櫛歯状の外側電極３４ａを形成した構成であるため、これらの電極間にリークの原因となり得るような界面は存在しない。また、トナー担持ローラ１０３の製造段階において、リークの原因となり得る導電材が電極間に介在する可能性も非常に少なくできる。したがって、本実施形態によれば、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間を安定かつ有効に絶縁することができ、比較的大きな電圧を印加する場合でもリークを効果的に防止することができる。

また、本実施形態において、外側電極３４ａの電極幅（各櫛歯部分の幅）は、１０［μｍ］以上１２０［μｍ］以下であるのが好ましい。１０［μｍ］よりも小さいと、細すぎて電極が途中で断線してしまうおそれがある。一方、１２０［μｍ］より大きいと、外側電極３４ａの被給電部３４ｂからの距離が遠い箇所の電圧が低くなり、その箇所でトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。本実施形態の被給電部３４ｂは、図４に示すように、トナー担持ローラ１０３の外周面上における軸方向両端に設けられている。よって、本実施形態では、外側電極３４ａの電極幅が１２０［μｍ］より大きいと、トナー担持ローラ１０３の軸方向中央部におけるフレア用電界が軸方向両端部のフレア用電界よりも相対的に低くなり、軸方向中央部に担持されているトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。

また、本実施形態では、外側電極３４ａの電極ピッチ（櫛歯部分間の距離）は、電極幅と同じか広いのが好ましい。電極幅よりも小さいと、内側電極３３ａからの電気力線の多くが表層３６の外側に出る前に外側電極３４ａへ収束してしまい、表層３６の外側に形成されるフレア用電界が弱くなってしまうからである。一方、電極ピッチが大きいと、電極間中央のフレア用電界が弱くなってしまう。本実施形態において、電極ピッチは、電極幅以上であって電極幅の５倍以下の範囲内であるのが好ましい。本実施形態では、電極幅及び電極ピッチをいずれも８０［μｍ］に設定している。

また、本実施形態では、外側電極３４ａの電極ピッチを、トナー担持ローラ１０３の周方向にわたって一定となるように設定されている。電極ピッチを一定とすることで、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間で作られるフレア用電界がトナー担持ローラ１０３上の周方向にわたってほぼ均一となる。よって、現像位置で周方向に均一なトナーのホッピングを実現することが可能となり、均一な現像が可能となる。

次に、トナー担持ローラ１０３の内側電極３３ａ及び外側電極３４ａに印加する電圧について説明する。
トナー担持ローラ１０３上の内側電極３３ａ及び外側電極３４ａには、それぞれ第一パルス電源２５Ａ及び第二パルス電源２５Ｂから第一電圧である内側電圧及び第二電圧である外側電圧が印加される。第一パルス電源２５Ａ及び第二パルス電源２５Ｂが印加する内側電圧及び外側電圧は、矩形波が最も適している。ただし、これに限らず、例えばサイン波で三角波でもよい。また、本実施形態では、フレア用電極を形成するための電極が内側電極３３ａ及び外側電極３４ａの２相構成であり、各電極（３３ａ，３４ａ）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６は、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａにそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧の一例を示すグラフである。本実施形態において、各電圧は矩形波であり、内側電極３３ａと外側電極３４ａにそれぞれ印加される内側電圧と外側電圧は、互いに位相がπだけズレた同じ大きさ（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）の電圧である。よって、内側電極３３ａと外側電極３４ａ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、この電界のうち表層３６の外側に形成されるフレア用電界によって表層３６上をトナーがホッピングする。本実施形態において、Ｖｐｐは１００［Ｖ］以上２０００［Ｖ］以下の範囲内であるのが好ましい。Ｖｐｐが１００［Ｖ］より小さいと、十分なフレア用電界を表層３６上に形成できず、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となる。一方、Ｖｐｐが２０００［Ｖ］より大きいと、経時使用により電極間でリークが発生する可能性が高くなる。本実施形態では、Ｖｐｐを５００［Ｖ］に設定している。

また、本実施形態において、内側電圧と外側電圧の中心値Ｖ０は、画像部電位（静電潜像部分の電位）と非画像部電位（地肌部分の電位）との間に設定され、現像条件によって適宜変動する。また、中心値Ｖ０の値は固定して、Ｄｕｔｙを変動させても同様の効果が得られる。

本実施形態において、内側電圧と外側電圧の周波数ｆは、０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下であるのが好ましい。０．１［ｋＨｚ］より小さいと、トナーのホッピングが現像速度に追いつかなくなるおそれがある。一方、１０［ｋＨｚ］より大きいと、トナーの移動が電界の切り替わりに追従できなくなり、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となる。本実施形態では、周波数ｆを５００［Ｈｚ］に設定している。

図４に示すように、本実施形態の現像装置４は、第一パルス電源２５Ａがトナー担持ローラ１０３の担持ローラ回転軸３３ｂに電圧を印加する構成である。この担持ローラ回転軸３３ｂは、内側電極３３ａへの給電部として機能している。また、第二パルス電源２５Ｂは、不図示の導電性ローラに接続されており、この導電性ローラがトナー担持ローラ１０３の外周面上における軸方向両端に設けられた被給電部３４ｂに接触し、外側電極３４ａに対して電圧を印加する。

なお、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間に形成される電界が強すぎると、外側電極３４ａと内側電極３３ａとの間でリークが発生してしまい、電極を破壊してしまったり、トナー層規制部材１０４と外側電極３４ａとの間にリークが発生し、トナー担持ローラ１０３の表層３６を傷つけたりするおそれがある。このため、現像装置４では、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間に形成される電界が適正な強度となるように、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの電位差（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）が設定されている。

次に、本実施形態の現像装置４における表層３６の静電容量及び電極間の絶縁層３５の静電容量の測定について説明する。現像装置４において、トナー担持ローラ１０３の内側電極３３ａ及び外側電極３４ａに対して印加する電圧の設定が同じであっても、表層３６の層厚が異なると、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａとの間に形成される電界の強度は異なる。そして、表層３６の層厚には製造ばらつきがあったり、長期使用による磨耗によって減少したりするため、表層３６の層厚は一定ではない。よって、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａに対して印加する電圧の設定が常に一定にした場合、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐの値は一定になり、表層３６の層厚の違いによって電界の強度は異なる。そのため、画像濃度の低下が発生したり、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間や外側電極３４ａとトナー層規制部材１０４との間でリークが発生したりといった不具合が発生するおそれがある。このような不具合を防止するために、本実施形態の現像装置４では、トナー担持ローラ１０３最外層である表層３６の状態を常に検知して、内側電極３３ａと外側電極３４ａに印加するバイアス制御にフィードバックしている。これにより、常にフレア状態を一定にすることができ、画像不良等の不具合の発生を防止することができる。

本実施形態の現像装置４は、図２に示すように、表層静電容量測定装置１３０と、絶縁層静電容量測定装置１４０とを備えている。表層静電容量測定装置１３０は、トナー担持ローラ１０３の表面に接しているトナー供給ローラ１０５と外側電極３４ａとの間の負荷容量を測定する静電容量測定手段として機能する。また、絶縁層静電容量測定装置１４０は、トナー担持ローラ１０３の外側電極３４ａと内側電極３３ａとの間の負荷容量を測定する静電容量測定手段として機能する。

図７は、本実施形態の現像装置４における表層静電容量測定装置１３０を含む制御系のブロック図である。図７に示すように、表層静電容量測定装置１３０は、減衰回路１３０ａと傾き検知回路１３０ｂと中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３０ｃとを有する波形検知回路で構成されている。また、図７の制御系の例では、内側電極３３ａに第一電圧（内側電圧）を印加する第一パルス電源２５Ａが、直流電源２５０Ａと、その直流電源２５０Ａの出力に基づいてパルス状の第一電圧（内側電圧）を発生するＡ相パルス発生回路２５１Ａ（後述の図８参照）とを用いて構成されている。また、外側電極３４ａに第二電圧（外側電圧）を印加する第二パルス電源２５Ｂが、直流電源２５０Ｂと、その直流電源２５０Ｂの出力に基づいてパルス状の第二電圧（外側電圧）を発生するＢ相パルス発生回路２５１Ｂとを用いて構成されている。ここで、第二パルス電源２５Ｂの直流電源２５０Ｂは、クラウドパルス制御回路３００により、表層状態検知の結果３０１に基づいて制御される。また、第一パルス電源２５Ａの直流電源２５０Ａは、画像濃度制御回路４００により、画像濃度検知手段４０１による画像濃度の検知結果に基づいて制御される。

図７において、表層静電容量測定装置１３０の減衰回路１３０ａに、外側電極３４ａに印加するパルス状の印加電圧である第二電圧（外側電圧）が入力されると、所定の減衰率（図示の例では１００：１）で減衰された後、傾き検知回路１３０ｂの微分回路により、トナー供給ローラ１０５と外側電極３４ａとの間の負荷容量に対応する印加電圧の波形の傾きが検出される。ここで、表層３６の静電容量が高いときには印加電圧の波形の立ち上がり部又は立ち下がり部の勾配が小さくなり、表層３６の静電容量が低いときには印加電圧の波形の立ち上がり部又は立ち下がり部の勾配が大きくなる。従って、印加電圧の波形の勾配に比例した微分電圧が傾き検知回路１３０ｂから出力される。中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３０ｃは、傾き検知回路１３０ｂの出力に基づいて表層３６の静電容量を算出する。このように外側電極３４ａに印加電圧に基づいて表層３６の静電容量を測定することができる。この表層３６の静電容量の測定結果が、上記表層状態検知３０１の結果としてクラウドパルス制御回路３００に入力される。

なお、図７の制御系の例では、表層３６の静電容量の測定に、外側電極３４ａに印加する第二電圧（外側電圧）を用いているが、外側電極３３ａに印加する第一電圧（内側電圧）を用いてもよいし、第一電圧（内側電圧）及び第二電圧（外側電圧）の両方を用いてもよい。

また、図７の制御系の例のようにトナー供給ローラ１０５と外側電極３４ａとの間の負荷容量を測定する場合、トナ担持ローラ１０３に当接している他の当接部材については、バイアス電圧の印加をオフにしたりグランドへの接続が解除されてフロートの状態にしたりするように制御される。例えば、除電シール１０９及びトナー層規制部材１０４の両方へのバイアス印加がオフにされ、除電シール１０９及びトナー層規制部材１０４はそれぞれ電気的にフロートの状態になるように制御される。

図８は、本実施形態の現像装置４における絶縁層静電容量測定装置１４０を含む制御系のブロック図である。図８に示すように、絶縁層静電容量測定装置１４０は、減衰回路１４１ａと傾き検知回路１４１ｂと中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４１ｃとを有する波形検知回路１４１で構成されている。なお、第一パルス電源２５Ａ及び第二パルス電源２５Ｂの構成は、図７と同様であるので、説明を省略する。ここで、第二パルス電源２５Ｂの直流電源２５０Ｂは、クラウドパルス制御回路３００により、表層状態検知の結果３０１と環境条件補正値３０２とに基づいて制御される。また、第一パルス電源２５Ａの直流電源２５０Ａは、画像濃度制御回路４００により、画像濃度検知手段４０１による画像濃度の検知結果に基づいて制御される。

図８において、絶縁層静電容量測定装置１４０の減衰回路１４０ａに、外側電極３４ａに印加するパルス状の印加電圧である第二電圧（外側電圧）が入力されると、所定の減衰率（図示の例では１００：１）で減衰された後、傾き検知回路１４０ｂの微分回路により、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間の負荷容量に対応する印加電圧の波形の傾きが検出される。ここで、絶縁層３５の静電容量が高いときには印加電圧の波形の立ち上がり部又は立ち下がり部の勾配が小さくなり、絶縁層３５の静電容量が低いときには印加電圧の波形の立ち上がり部又は立ち下がり部の勾配が大きくなる。従って、印加電圧の波形の勾配に比例した微分電圧が傾き検知回路１４０ｂから出力される。中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４０ｃは、傾き検知回路１４０ｂの出力に基づいて絶縁層３５の静電容量を算出する。このように外側電極３４ａに印加電圧に基づいて絶縁層３５の静電容量を測定することができる。この絶縁層３５の静電容量の測定結果に基づいて環境条件補正値３０２が算出され、クラウドパルス制御回路３００に入力され、外側電極３４ａと内側電極３３ａとの間に形成される電界が適正な強度となるように第一パルス電源２５Ａ及び第二パルス電源２５Ｂが印加する電圧の設定が調節される。

なお、図８の制御系の例では、絶縁層３５の静電容量の測定に、外側電極３４ａに印加する第二電圧（外側電圧）を用いているが、外側電極３３ａに印加する第一電圧（内側電圧）を用いてもよいし、第一電圧（内側電圧）及び第二電圧（外側電圧）の両方を用いてもよい。

次に、本実施形態の現像装置４を使用し続けたときに磨耗によってトナ担持ローラ１０３の表層３６の層厚が減少する場合について説明する。トナー担持ローラ１０３は、トナー層規制部材１０４、トナー供給ローラ１０５及び除電シール１０９等が表面に接触した状態で表面移動するため、表層３６は経時で削られる。このため、現像装置４を使用し続けることで、表層３６の層厚は初期状態に比べて薄くなっていく。

図９は、電界を制御しない（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐの値が一定）状態で、トナー供給ローラ１０５の表層３６の層厚が減少したときの、表層３６の層厚と電界強度との関係の概略を示すグラフである。図９に示すように、電界を制御しないと、現像装置４の初期状態では表層３６の層厚がｘ１［μｍ］の場合に電界強度がＥ１［Ｖ／ｍ］だったものが、経時使用によって表層３６の層厚がｘ３［μｍ］になると、電界強度はＥ３［Ｖ／ｍ］まで上昇してしまう。適正な値がＥ１［Ｖ／ｍ］だった電界強度がＥ３［Ｖ／ｍ］まで上昇すると、トナー層規制部材１０４と外側電極３４ａとの間でリークが発生し、表層３６を傷つけるおそれがある。

次に、現像装置４において、表層３６の層厚と静電容量との関係を確認するために、トナー担持ローラ１０３の表面に接しているトナー供給ローラ１０５と外側電極３４ａとの間に交流電流を印加して、表層３６の層厚が異なる条件でそれぞれの静電容量の値を測定した。このときの表層３６の層厚と静電容量（以下、「表層静電容量Ｈ」という。）との関係の概略を示すグラフを図１０に示す。図１０に示すように、表層３６が薄く層厚ｔｘが小さいと表層静電容量Ｈは高くなり、表層３６が厚く層厚ｔｘが大きいと表層静電容量Ｈは低くなり、層厚ｔｘの大きさに応じて表層静電容量Ｈの値が異なることがわかる。

図１１は、所望の電界強度Ｅを得るための、トナー担持ローラ１０３の表層３６の層厚ｔｘとピークトゥピーク電圧Ｖｐｐとの関係の概略を示すグラフである。図１１のグラフに示す構成では、表層３６の層厚ｔｘがｘ１［μｍ］のときにはピークトゥピーク電圧Ｖｐｐがｙ１［Ｖ］となるように調節し、層厚ｔｘがｘ２［μｍ］のときにはピークトゥピーク電圧Ｖｐｐがｙ２［Ｖ］となるように調節することで、電界強度Ｅを所望の値で一定にすることができる。このため、例えば、表層３６の初期設定の層厚ｔｘがｘ１［μｍ］で所望の電界強度Ｅが得られるピークトゥピーク電圧Ｖｐｐがｙ１［Ｖ］である場合、経時の磨耗によって表層３６の層厚ｔｘがｘ３［μｍ］に減少した場合であっても、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐがｙ３［Ｖ］となるように印加電圧を調節することにより、電界強度Ｅを所望の値で一定に保つことができる。

このときのピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ、電界強度Ｅ及び表層３６の層厚ｔｘの関係は、次の式（１）のように示すことができる。
Ｖｐｐ＝ｆＥ（ｔｘ）・・・・（１）

このため、経時の磨耗による表層３６の層厚ｔｘの減少する場合に限らず、製造上のバラツキなどによって表層３６の層厚ｔｘにバラツキがある場合においても、あらかじめ表層３６の層厚ｔｘを測定し、その測定値に応じて、上記式（１）に示した関係式から、フレアを形成する電界の電界強度Ｅが所望の値となるピークトゥピーク電圧Ｖｐｐを算出することができる。よって、表層３６の初期設定の層厚ｔｘがｘ１［μｍ］に対して製造上のバラツキによって表層３６の層厚ｔｘがｘ２［μｍ］と初期設定よりも厚い場合であっても、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐがｙ２［Ｖ］となるように印加電圧を調節することにより、電界強度Ｅを所望の値で一定に保つことができる。

以上のような制御を行うことにより、表層３６の層厚ｔｘの減少やバラツキに起因して電界の強度が小さすぎる状態となることによって発生する不具合や、電界が強すぎる状態となることによって発生する不具合を防止することができる。なお、電界の強度が小さすぎる状態となることによって発生する不具合としては画像濃度の低下がある。また、電界が強すぎる状態となることによって発生する不具合としては、外側電極３４ａと内側電極３３ａとの間のリークによる電極破壊、及び、外側電極３４ａとトナー層規制部材１０４と外側電極３４ａとの間のリークによる表層３６の損傷がある。

本実施形態の現像装置４では、初期状態で層厚ｔｘがｘ１［μｍ］だった表層３６が経時の磨耗によってｘ３［μｍ］になった場合、上記式（１）に基づいて、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐをｙ３［μｍ］に調整することで、フレアを形成する電界の電界強度Ｅを所望の一定の値として、トナー層規制部材１０４と外側電極３４ａとのリークによって表層３６が破壊されることを防止できる。また、製造上のバラツキによって表層３６の層厚ｔｘがｘ１よりも大きい場合であっても、上記式（１）に基づいて、ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐがｙ２［μｍ］に調整することで、フレアを形成する電界の電界強度Ｅを所望の一定の値として、トナー飛翔不足による濃度変動も防止することができる。

また、本実施形態の現像装置４の設置環境の条件が変化した場合、絶縁材料の特性値（含有水分量等）変動や、材料温度に変化が起こり、静電容量特性が変化してしまう。

図１２は、外側電極３４ａと内側電極３３ａとの間に交流電流を印加して、印加する電流は一定で、湿度が変化したときの湿度と静電容量との関係の概略を示すグラフである。外側電極３４ａと内側電極３３ａとの間には、絶縁層３５が介在しており、図１２より、湿度が変化した場合には絶縁材料の静電容量が変化し、低湿時には、高湿時よりも静電容量が低いことがわかる。

絶縁層３５は、その外周面側が外側電極３４ａと表層３６とによって覆われているため、他の部材が接触することによる経時の磨耗が生じず、層厚は一定である。よって、経時での層厚の減少に起因する静電容量の変化がないため、絶縁層３５の静電容量（以下「絶縁層静電容量Ｊ」という。）を測定することで、環境変化による静電容量の変化のみを検出することができる。

上述した表層静電容量Ｈの変化には、経時の磨耗で層厚が減少することによる静電容量の変化だけではなく、環境変化による静電容量の変化も含まれる。このため、表層静電容量Ｈの変化を絶縁層静電容量Ｊの変化で補正することで、正確に表層３６の層厚ｔｘを算出することが可能となる。

また、温度や湿度等の環境が変化した場合、トナーの帯電量も変化する。例えば、低温低湿環境では、帯電量は高く、高温高湿環境では、帯電量は低くなってしまう。このようなトナーの帯電量の変化は、トナーとトナー担持ローラ１０３との静電的な付着力を変えてしまう。このため、トナーを飛翔させる電界を低温低湿環境で適正な電界強度Ｅに設定した場合、高温高湿環境では、トナーが飛翔しすぎてしまい、トナー担持ローラ１０３にトナーが戻ってこられなくなり、トナー飛散が発生し、装置内を汚してしまうという不具合が発生する。

このため、本実施形態の現像装置４では、絶縁層静電容量Ｊの測定結果から環境変化の影響を考慮した最適な電界強度Ｅを割り出し、この最適な電界強度Ｅと、表層静電容量Ｈ及び絶縁層静電容量Ｊに基づいて算出される表層３６の層厚ｔｘとに基づいて、外側電極３４ａ及び内側電極３３ａに印加する電圧を決定する。

図１３は、表層３６の層厚ｔｘはある値の状態で、各環境における適正な電界強度Ｅとピークトゥピーク電圧Ｖｐｐとの関係の概略を示すグラフである。図１３中では、高温高湿環境は一点鎖線、通常環境は実線、低温低湿環境は破線で適正な電界強度Ｅを示している。例えば、制御を行う時点での層厚ｔｘがｘ１［μｍ］と判断した場合のピークトゥピーク電圧Ｖｐｐは、高温高湿環境下ではｙｈ［Ｖ］、通常環境下ではｙｍ［Ｖ］、低温低湿環境下ではｙｌ［Ｖ］となるようににそれぞれ調節する。よって、「Ｖｐｐ＝ｆＥ（ｔｘ）」で表す上記式（１）の右辺「ｆＥ（ｔｘ）」は環境条件によって決定される式となる。

図１４は、表層３６の層厚ｔｘの値と環境条件とに基づいて電界強度Ｅを適正な値に設定する制御の一例を示すフローチャートである。この制御は、例えば、プロセスカートリッジ１において画像形成動作を実行していないタイミングで実行される。
図１４に示すフローチャートにおいて、まず、表層静電容量Ｈ及び絶縁層静電容量Ｊを測定し（Ｓ１及びＳ２）、絶縁層静電容量Ｊの測定結果に基づいて環境係数を決定する（Ｓ３）。次に、決定した環境係数に基づいて、そのときの環境条件における適正な電界強度Ｅを決定する（Ｓ４）。また、絶縁層静電容量Ｊの測定結果と表層静電容量Ｈの測定結果とに基づいて、表層３６の層厚ｔｘを算出する（Ｓ５）。次に、層厚ｔｘと電界強度Ｅとに基づいて適正な電界強度Ｅとなるピークトゥピーク電圧Ｖｐｐを決定する（Ｓ６）。そして、上記Ｓ１〜Ｓ６の制御によって決定したピークトゥピーク電圧Ｖｐｐの値となるように、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａに印加する電圧を設定し、プリントを行う（Ｓ７）。このような制御を行うことにより、環境条件が変化したり、長期使用により表層３６の層厚ｔｘが減少したりしても、トナー飛翔不足による画像濃度の低下やトナー層規制部材１０４と外側電極３４ａとの間でのリークによる表層３６の損傷といった不具合の発生を防止することができる。

図１５は、他の実施形態に係る現像装置４を有するプロセスカートリッジ１の拡大断面図であり、図１６は、同現像装置４における表層静電容量測定装置１３０を含む制御系のブロック図である。この現像装置４に備える表層静電容量測定装置１３０は、トナー担持ローラ１０３の表面に接しているトナー層規制部材１０４と外側電極３４ａとの間の負荷容量を測定する。なお、図１５のプロセスカートリッジ１において、図２と共通する部分については説明を省略し、図１６の制御系において、図７と共通する部分については説明を省略する。

図１５において、表層静電容量測定装置１３０の減衰回路１３０ａに、外側電極３４ａに印加するパルス状の印加電圧である第二電圧（外側電圧）が入力されると、所定の減衰率（図示の例では１００：１）で減衰された後、傾き検知回路１３０ｂの微分回路により、トナー層規制部材１０４と外側電極３４ａとの間の負荷容量に対応する印加電圧の波形の傾きが検出される。ここで、表層３６の静電容量が高いときには印加電圧の波形の立ち上がり部又は立ち下がり部の勾配が小さくなり、表層３６の静電容量が低いときには印加電圧の波形の立ち上がり部又は立ち下がり部の勾配が大きくなる。従って、印加電圧の波形の勾配に比例した微分電圧が傾き検知回路１３０ｂから出力される。中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３０ｃは、傾き検知回路１３０ｂの出力に基づいて表層３６の静電容量を算出する。このように外側電極３４ａに印加電圧に基づいて表層３６の静電容量を測定することができる。この表層３６の静電容量の測定結果が、上記表層状態検知３０１の結果としてクラウドパルス制御回路３００に入力される。

なお、図１５及び１６の実施形態において、トナー層規制部材１０４と外側電極３４ａとの間の負荷容量を測定する場合、トナ担持ローラ１０３に当接している他の当接部材については、バイアス電圧の印加をオフにしたりグランドへの接続が解除されてフロートの状態にしたりするように制御される。例えば、除電シール１０９及びトナー供給ローラ１０５の両方へのバイアス印加がオフにされ、除電シール１０９及びトナー供給ローラ１０５はそれぞれ電気的にフロートの状態になるように制御される。

図１７は、更に他の実施形態に係る現像装置４を有するプロセスカートリッジ１の拡大断面図であり、図１８は、同現像装置４における表層静電容量測定装置１３０を含む制御系のブロック図である。この現像装置４に備える表層静電容量測定装置１３０は、トナー担持ローラ１０３の表面に接している除電シール１０９と外側電極３４ａとの間の負荷容量を測定する。なお、図１７のプロセスカートリッジ１において、図２と共通する部分については説明を省略し、図１８の制御系において、図７と共通する部分については説明を省略する。

図１８において、表層静電容量測定装置１３０の減衰回路１３０ａに、外側電極３４ａに印加するパルス状の印加電圧である第二電圧（外側電圧）が入力されると、所定の減衰率（図示の例では１００：１）で減衰された後、傾き検知回路１３０ｂの微分回路により、除電シール１０９と外側電極３４ａとの間の負荷容量に対応する印加電圧の波形の傾きが検出される。ここで、表層３６の静電容量が高いときには印加電圧の波形の立ち上がり部又は立ち下がり部の勾配が小さくなり、表層３６の静電容量が低いときには印加電圧の波形の立ち上がり部又は立ち下がり部の勾配が大きくなる。従って、印加電圧の波形の勾配に比例した微分電圧が傾き検知回路１３０ｂから出力される。中央演算処理装置（ＣＰＵ）１３０ｃは、傾き検知回路１３０ｂの出力に基づいて表層３６の静電容量を算出する。このように外側電極３４ａに印加電圧に基づいて表層３６の静電容量を測定することができる。この表層３６の静電容量の測定結果が、上記表層状態検知３０１の結果としてクラウドパルス制御回路３００に入力される。

なお、図１７及び１８の実施形態において、除電シール１０９と外側電極３４ａとの間の負荷容量を測定する場合、トナ担持ローラ１０３に当接している他の当接部材については、バイアス電圧の印加をオフにしたりグランドへの接続が解除されてフロートの状態にしたりするように制御される。例えば、トナー規制部材１０４及びトナー供給ローラ１０５の両方へのバイアス印加がオフにされ、トナー規制部材１０４及びトナー供給ローラ１０５はそれぞれ電気的にフロートの状態になるように制御される。

以上、本実施形態の現像装置４は、互いに異なる電圧が印加される複数種類の電極部材である内側電極３３ａ及び外側電極３４ａを備え、外周面に担持された現像剤であるトナーを現像領域へ搬送するための現像剤担持体であるトナー担持ローラ１０３と、内側電極３３ａ及び外側電極３４ａに対して互いに異なる電圧を印加することにより、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間に電界を形成し、この電界によってトナー担持ローラ１０３の外周面上でトナーを飛翔させる電界形成手段を構成する第一パルス電源２５Ａ及び第二パルス電源２５Ｂとを備え、現像領域でトナー担持ローラ１０３の外周面上で飛翔するトナーを用いて感光体２上の静電潜像に現像する。また、表層３６により、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの電気的な絶縁性を確保しつつ、これらの電極が形成されているトナー担持ローラ１０３の外周面を保護することができる。そして、トナー担持ローラ１０３の２種類の電極部材である内側電極３３ａ及び外側電極３４ａの少なくとも一方と、トナー担持ローラ１０３に当接すると当接部材との間の負荷容量を測定する静電容量測定手段として表層静電容量測定装置１３０を備える。この表層静電容量測定装置１３０により、上記電界の形成に影響を及ぼす表層３６の静電容量を測定し、現像剤であるトナーを飛翔させる電界の最適値を算出し、トナー担持ローラ１０３の複数種類の電極３３ａ、３４ａ間に形成される電界を一定にする制御が可能になる。よって、トナー担持ローラ１０３の表層３６の状態が変化する場合でも、リークの発生を防止するとともに、トナー担持ローラ１０３上に形成するフレアの状態を安定にして画像不良等の不具合を防止することが可能になる。

また、本実施形態の現像装置４が備える表層特性測定手段である表層静電容量測定装置１３０は、上記負荷容量の測定結果に基づいて表層３６の層厚を測定することができる。これにより、経時の磨耗によって減少する表層３６の特性である層厚を測定することができる。

また、本実施形態の現像装置４は、トナー担持ローラ１０３の外周面に接触し、その接触する位置を通過するトナー担持ローラ１０３の外周面にトナーを供給する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ１０５を備え、表層静電容量測定装置１３０は、２種類の電極部材のうちの外側電極３４ａと当接部材としてのトナー供給ローラ１０５との間の負荷容量を測定する。これにより、外側電極３４ａとトナー供給ローラ１０５との間にある表層３６の静電容量を測定することができる。なお、外側電極３４ａとトナー供給ローラ１０５との間の負荷容量を測定する代わりに、内側電極３３ａとトナー供給ローラ１０５との間の負荷容量を測定してもよいし、これらの両方の負荷容量を測定してもよい。

また、本実施形態の現像装置４は、トナー担持ローラ１０３が感光体２に対向する現像領域のトナー担持ローラ１０３によるトナー搬送方向下流側で現像装置４の内外をシールするシール部材（下シール部材）としての除電シール１０９を備え、表層静電容量測定装置１３０は、２種類の電極部材のうちの外側電極３４ａと当接部材としての除電シール１０９との間の負荷容量を測定する。これにより、外側電極３４ａと除電シール１０９との間にある表層３６の静電容量を測定することができる。なお、外側電極３４ａと除電シール１０９との間の負荷容量を測定する代わりに、内側電極３３ａと除電シール１０９との間の負荷容量を測定してもよいし、これらの両方の負荷容量を測定してもよい。

また、本実施形態の現像装置４は、トナー担持ローラ１０３に担持された現像剤としてのトナーの量（層厚）を規制する現像剤規制部材としてのトナー層規制部材１０４を備え、表層静電容量測定装置１３０は、２種類の電極部材のうちの外側電極３４ａと当接部材としてのトナー層規制部材１０４との間の負荷容量を測定する。これにより、外側電極３４ａとトナー層規制部材１０４との間にある表層３６の静電容量を測定することができる。なお、外側電極３４ａとトナー層規制部材１０４との間の負荷容量を測定する代わりに、内側電極３３ａとトナー層規制部材１０４との間の負荷容量を測定してもよいし、これらの両方の負荷容量を測定してもよい。

また、本実施形態の現像装置４は、表層静電容量測定装置１３０の検知結果に基づいて、種類の異なる電極部材である内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間に形成される電界が一定になるように電界形成手段を制御する。これにより、経時で表層３６の層厚が減少しても、表層３６の表面上に適切な電界を形成することができ、画像濃度の低下や電極部材間でのリークを防止することができる。

また、本実施形態の現像装置４は、表層静電容量測定装置１３０の検知結果に基づいて、電界形成手段を構成する第一パルス電源２５Ａ及び第二パルス電源２５Ｂが内側電極３３ａ及び外側電極３４ａに対して印加する電圧を制御する。これにより、表層静電容量測定装置１３０の検知結果に基づいて、電界が一定になるように制御を行うことができる。

また、本実施形態の現像装置４は、種類の異なる電極部材である内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間の負荷容量を測定する静電容量測定手段としての絶縁層静電容量測定装置１４０を備え、絶縁層静電容量測定装置１４０の測定結果に基づいて、電界制御係数である環境係数を決定し、表層静電容量測定装置１３０の検知結果に基づいた電界形成手段の制御を補正する。これにより、現像装置４の設置環境が変化しても、その環境に対応して適切な電界を内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間に形成することができ、画像濃度の低下や電極部材間でのリークを防止することができる。

また、本実施形態の現像装置４は、図５に示すように、２種類の電極部材である内側電極３３ａと外側電極３４ａとを外周面法線方向で互いに異なる位置に配置し、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間に絶縁層３５を介在させている。これにより、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間を安定かつ有効に絶縁することができ、比較的大きな電圧を印加する場合でもリークを効果的に防止することができる。

また、本実施形態の現像装置４に備えた電極部材間静電容量測定手段としての絶縁層静電容量測定装置１４０は、内側電極３３ａと外側電極３４ａとの間の負荷容量を測定することにより、絶縁層３５の静電容量を測定することができる。絶縁層３５は、その外周面側が外側電極３４ａと表層３６とによって覆われているため、経時での層厚の減少に起因する静電容量の変化がないため、絶縁層３５の静電容量（絶縁層静電容量Ｊ）を測定することで、環境変化による静電容量の変化のみを検出することができる。

また、本実施形態の現像装置４を備えたプロセスユニットとしてのプロセスカートリッジ１は、潜像担持体である感光体２上に形成された潜像に対して現像装置４によって現像剤であるトナーを供給することにより静電潜像を現像する。このプロセスカートリッジ１の現像装置４用いることで、画像濃度の低下や電極部材間でのリークを防止することができるため、良好な画像形成を行うことができる。

また、本実施形態の現像装置４を備えたプリンタ１００は、潜像担持体である感光体２上に形成された潜像に対して現像装置４によって現像剤であるトナーを供給することにより静電潜像を現像し、その現像で得られた画像を、最終的に記録材である転写紙Ｐ上に転移させて、転写紙Ｐ上に画像を形成する。そして、プリンタ１００は、上述した現像装置４用いることで、画像濃度の低下や電極部材間でのリークを防止することができるため、良好な画像形成を行うことができる。

１ プロセスカートリッジ
２ 感光体
４ 現像装置
２５Ａ 第一パルス電源
２５Ｂ 第二パルス電源
３３ａ 内側電極
３３ｂ 担持ローラ回転軸
３４ａ 外側電極
３４ｂ 被給電部
３５ 絶縁層
３６ 表層
１００ プリンタ
１０３ トナー担持ローラ
１０４ トナー層規制部材
１０５ トナー供給ローラ
１０９ 除電シール
１３０ 表層静電容量測定装置
１４０ 絶縁層静電容量測定装置
Ｈ 表層静電容量
Ｊ 絶縁層静電容量
ｔｘ 層厚
Ｖｐｐ ピークトゥピーク電圧

特開平３−０２１９６７号公報

Claims (9)

1. 潜像担持体に対向して配置され該潜像担持体上に形成された潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を備えた現像装置であって、
   前記現像剤担持体は、その外周面に互いに絶縁された複数種類の電極が配置され、該複数種類の電極よりも外周面側に誘電体からなる表層を有するものであり、
   前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記電極の間に、該現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界を形成する電界形成手段と、
   前記現像剤担持体に当接する当接部材と、
   前記現像剤担持体の前記複数種類の電極と前記当接部材との間の負荷容量を測定する静電容量測定手段と、
   前記現像剤担持体の前記複数種類の電極と前記当接部材との間の負荷容量の測定結果に基づいて、前記電極の間に形成する電界が一定になるように前記電界形成手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする現像装置。
2. 潜像担持体に対向して配置され該潜像担持体上に形成された潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を備えた現像装置であって、
   前記現像剤担持体は、その外周面に互いに絶縁された複数種類の電極が配置され、該複数種類の電極よりも外周面側に誘電体からなる表層を有するものであり、
   前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記電極の間に、該現像剤担持体上の現像剤を飛翔させる電界を形成する電界形成手段と、
   前記現像剤担持体に当接する当接部材と、
   前記現像剤担持体の前記複数種類の電極と前記当接部材との間の負荷容量を測定する静電容量測定手段と、
   前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記複数種類の電極の間の負荷容量を測定する静電容量測定手段と、
   前記現像剤担持体の前記複数種類の電極と前記当接部材との間の負荷容量の測定結果と、前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記複数種類の電極の間の負荷容量の測定結果とに基づいて、前記電極の間に形成する電界が一定になるように前記電界形成手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２の現像装置において、
   前記電界形成手段は、前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記複数種類の電極に、前記所定の電界を形成するための電圧を印加するように構成され、
   前記制御手段は、前記電極の間に形成される電界が一定になるように、前記現像剤担持体の互いに種類が異なる前記複数種類の電極に印加する電圧を調整することを特徴とする現像装置。
4. 請求項３の現像装置において、
   前記静電容量測定手段は、前記複数種類の電極部材それぞれに印加される電圧の少なくとも一方が入力され、入力された電圧の波形の傾きを検出し、検出した電圧の波形の傾きに比例した微分電圧を求めることにより、前記負荷容量を測定することを特徴とする現像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかの現像装置において、
   前記当接部材は、前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部材であることを特徴とする現像装置。
6. 請求項１乃至４のいずれかの現像装置において、
   前記当接部材は、前記現像剤担持体が前記潜像担持体に対向する現像領域の該現像剤担持体による現像剤搬送方向下流側で当該現像装置の内外をシールするシール部材であることを特徴とする現像装置。
7. 請求項１乃至４のいずれかの現像装置において、
   前記当接部材は、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材であることを特徴とする現像装置。
8. 潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像装置とを備えた画像形成装置であって、
   前記現像装置として、請求項１乃至７のいずれかの現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
9. 潜像担持体と、該潜像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像装置とを備え、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ユニットであって、
   前記現像装置として、請求項１乃至７のいずれかの現像装置を備えたことを特徴とするプロセスユニット。

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