JP5725889B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本願は、静電潜像担持体に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置、及び該現像装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、例えば、感光体等の静電潜像担持体の表面を帯電させ、帯電させた表面を画像情報に応じて露光することで静電潜像を形成し、静電潜像を現像（可視化）する現像方法が採用されている。このような現像方法では、例えば、現像剤として、キャリアを用いずにトナーだけを用いる一成分系の現像剤が用いられる。

このような現像装置では、トナーを感光体に現像するための現像ローラと、現像ローラに対するトナーの供給及び現像ローラからのトナーの剥ぎ取りを行う供給ローラと、供給ローラから現像ローラに供給されたトナーにより形成されるトナー層の層厚を規制するトナー層規制ブレードとを主要な構成として備えている。

このような現像装置では、トナー層の安定性が最大の課題とされている。特に現像装置の稼動時間が長くなると、トナー層規制ブレードと現像ローラとの間での摩擦等の要因によってトナーの劣化が進むため、帯電量の変化、トナー層の不均一化等の現象が発生する。従って、トナー層規制ブレードによる圧力を小さくしトナー劣化を抑えることが重要である。しかし、ブレード圧を小さくした場合、トナーがわずかに劣化して流動性が少し悪化しただけで、トナー層にスジが見られるようになり、画像にもスジが発生するという問題がある。

例えば、特許文献１には、現像ローラと、現像ローラ上のトナー層厚を規制する層規制部材との間に電位差を生じさせるバイアス印加手段を設け、電位差を潜像形成回数に応じて可変制御する現像装置が記載されている。特許文献１では、層規制部材と現像ローラとの間の初期の電位差を小さくし、徐々に電位差を大きくする可変制御を行っている。

特開２０００−２２１７７６号公報

しかしながら、電位差を大きくしていくと、層規制部材にトナーが付着する方向に電界がかかるため、特定のトナーが層規制部材に付着し続け、層規制部材へのトナーの融着を誘発し易くなる。層規制部材にトナーが融着した場合、トナーは融着した箇所の下方を通過し難くなるため、トナー層に白スジとなって現れる。このようなトナー層の白スジは画像の白スジとなり、画像欠陥に繋がるという問題がある。

本願発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、トナーが劣化することにより流動性が変化した場合でも、層規制部材からのトナーのすり抜けによるスジを抑制しながらも、層規制部材へのトナー融着による白スジの発生を抑制することが可能な現像装置及び画像形成装置の提供を目的とする。

本発明に係る現像装置は、供給された現像剤により表面に現像剤層を形成し、該現像剤層の現像剤を静電潜像が形成された静電潜像担持体へ供給する現像ローラと、該現像ローラ上に形成される現像剤層の層厚を規制する層規制部材とを備え、画像形成媒体上に画像を形成させるべく、前記静電潜像担持体に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置において、前記層規制部材及び現像ローラ間に電位差を与える電位差付与手段と、該電位差付与手段により、画像形成中に与える電位差を、現像剤の劣化状態に応じて変更し、かつ画像形成後の所定期間の間に与える電位差を、画像形成中と異なる電位差となるように変更する変更手段と、前記現像剤が前記層規制部材による規制を受ける回数を算出する回数算出手段と、前記画像形成媒体の面積に対する形成した画像の面積の割合を示す印字率を算出する印字率算出手段とを備え、前記回数算出手段は、画像を形成した媒体の枚数及び前記印字率算出手段が算出した印字率に基づいて回数を算出するようにしてあり、前記変更手段は、前記回数算出手段が算出した規制を受ける回数を現像剤の劣化状態を示す指標として、規制を受ける回数の増加に伴い電位差が増大するように変更するようにしてあり、前記層規制部材は、前記電位差付与手段から電圧を印加される導電性支持部材と、板状をなし、一方の面で導電性支持部材に支持され、他方の面で現像剤に接する弾性部材とを有し、前記弾性部材は、現像ローラとの最近接位置より、現像ローラの回転方向の下流側で、厚みが大きいことを特徴とする。

本発明では、層規制部材及び現像ローラ間に電位差を与えることにより、現像剤のすり抜けを抑制する。しかも、与える電位差を、現像剤の劣化状態に応じて変更し、かつ画像形成を契機とする所定期間の間にも変更することにより特定の現像剤が層規制部材に融着することを防止する。
また、本発明では、例えば、現像剤としてのトナーを補給しないシステムでは、層規制部材を通過する平均回数とトナーの劣化状態とは相関性が強いという知見に基づき、規制を受ける回数に基づき電位差を制御することにより、簡単な制御でスジの発生を抑制することができる。
更に、本発明では、画像形成後の所定期間の間に、層規制部材から現像剤を剥離させる電位差を印加することにより、画像形成後に現像剤が固まって融着することを防止する。
更にまた、本発明では、弾性部材が下流側で厚くなることにより、弾性部材と現像ローラとの最近接位置より下流側で、現像剤を引き付ける電気力が小さくなり、層規制部材への現像剤の付着を抑制する。

本発明に係る現像装置は、前記変更手段は、前記所定期間の間に、電位差の正負が反転するように変更することを特徴とする。

本発明では、電位差の正負を反転させることにより、層規制部材と現像剤との間に斥力を発生させ、特定の現像剤が層規制部材に固定されることを防止し、層規制部材への現像剤の融着を防止する。

本発明に係る現像装置は、前記変更手段は、画像形成媒体上への画像形成を行ってから次の画像形成媒体上への画像形成を行うまでの期間に電位差を変更することを特徴とする。

本発明では、連続して画像形成する場合でも、層規制部材への現像剤の融着を防止することができる。

本発明では、画像形成後の一定期間の間に、層規制部材から現像剤を剥離させる電位差を印加することにより、画像形成後に現像剤が固まって融着することを防止する。

本発明に係る現像装置は、前記層規制部材は、現像剤に接する部分を絶縁性材料で形成してあることを特徴とする。

本発明では、絶縁性材料を用いることにより、層規制部材の現像剤に対する引力が強くなり過ぎることを防止し、融着を抑制することができる。

本発明に係る画像形成装置は、上記記載の現像装置と、該現像装置により現像された現像剤により画像形成媒体上に画像を形成する手段とを備えることを特徴とする。

本発明では、層規制部材からの現像剤のすり抜けによるスジを抑制しながらも、層規制部材への現像剤融着による白スジの発生を抑制する。

本発明に係る現像装置及び画像形成装置は、静電潜像担持体へトナーを供給する現像ローラと、現像ローラ上に形成される現像剤層の層厚を規制する層規制部材との間に与える電位差を現像剤の劣化状態に応じて変更し、かつ画像形成を契機とする所定期間の間に変更する。これにより、現像剤のすり抜けを抑制しながらも、所定条件で電位差を変更することにより特定の現像剤が層規制部材に融着することを防止して、形成した画像にスジが入るという画像欠陥の発生を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

また、本発明では、電位差の正負の反転により、層規制部材と現像剤との間に斥力を発生させ、特定の現像剤が層規制部材に固定されることを防止し、層規制部材への現像剤の融着を防止して、画像欠陥の発生を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

さらに、本発明では、例えば、導電性支持部材と、絶縁性材料にて形成した弾性部材とを有する層規制部材を用い、弾性部材と現像ローラとの最近接位置より下流側で、弾性部材と現像ローラとの電位差が小さくなるようにする。これにより、下流側での現像剤に対する引力を小さくし、層規制部材への現像剤の付着を抑制して、画像欠陥の発生を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

さらに、本発明では、現像剤の劣化状態に基づき電位差を制御することにより、簡単な制御でスジの発生を抑制し、画像欠陥の発生を防止することが可能である等、優れた効果を奏する。

さらに、本発明では、画像形成の合間に電位差を変更することにより、連続して画像形成する場合でも、層規制部材への現像剤の融着を防止し、画像欠陥の発生を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

さらに、本発明では、画像形成後の一定期間の間に、層規制部材から現像剤を剥離させる電位差を印加することにより、画像形成後に現像剤が固まって融着することを防止し、画像欠陥の発生を抑制することが可能である等、優れた効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の要部構成例を示す概略図である。 本発明の実施の形態１に係る現像装置の構成例を示す概略図である。 本発明の実施の形態１に係る現像装置が備える層規制部材の構成例を示す概略図である。 現像ローラ上のトナー層が層規制部材により層厚が規制される領域を示す模式図である。 すり抜けが発生した状況を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る現像装置が備える層規制部材により与えられる電位差の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る現像装置が備える層規制部材により与えられる電位差の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る現像装置が備える層規制部材により与えられる電位差の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る現像装置において、画像形成枚数と平均ブレード通過回数との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る現像装置が備える層規制部材により与えられる電位差の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る現像装置が備える層規制部材により与えられる電位差の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態４に係る現像装置が備える層規制部材により与えられる電位差の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態４に係る現像装置が備える層規制部材により与えられる電位差の変化を示すグラフである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の要部構成例を示す概略図である。図１において、１００は、複写機、レーザプリンタ、デジタル複合機等の電子写真式を採用した画像形成装置である。なお、図１では、画像形成装置１００の主な構成要素を中心に模式化して示している。

画像形成装置１００は、ネットワークを介して接続されたＰＣ（Personal Computer ）等の各種端末装置から送信される画像データ、スキャナ等の原稿読取装置によって読み取られた画像データ等の画像データに基づく画像を、画像形成媒体上に形成する機能を有している。画像形成装置１００による画像形成は、静電潜像担持体に画像データに基づく静電潜像を形成して、現像剤を供給することにより静電潜像を現像し、用紙Ｐ等の画像形成媒体に転写して画像を形成することにより行われる。

以降の説明においては、画像形成に際し、現像剤としてトナーのみからなる一成分現像剤を用いる非磁性一成分現像方式に適用した例を説明するが、現像方式はこれに限るものではない。例えば、トナー及びキャリアを有する二成分系の現像剤を用いる現像方式であっても良い。また、カラー画像を形成する画像形成装置１００について例示するが、モノクロ画像の専用機に適用することも可能である。

画像形成装置１００は、用紙Ｐを供給する供給部２０と、供給された用紙Ｐを搬送する搬送部３０と、搬送される用紙Ｐに画像データに基づくトナー画像を転写して画像を形成する画像形成部４０と、形成された画像を用紙Ｐに定着させる定着部５０とを備えている。

供給部２０は、用紙Ｐを供給する供給トレイを備え、供給トレイに載置された用紙Ｐを搬送部３０に供給する。

搬送部３０は、駆動ローラ３１と、従動ローラ３２と、搬送ベルト３３とを備え、無端状の搬送ベルト３３が駆動ローラ３１と従動ローラ３２との間に張架された構成となっている。そして、駆動ローラ３１が回転することにより、図１中矢印Ｚで示す方向に搬送ベルト３３を動作させ、供給部２０から供給された用紙Ｐを画像形成部４０を介して定着部５０へ搬送する。搬送過程において、用紙Ｐには、画像形成部４０による画像が形成される。

画像形成部４０は、イエロー画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用及び黒色画像用の画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂを有し、搬送される用紙Ｐ上に、画像データに基づく各色の画像を転写する。なお、画像形成部４０の詳細については、後述する。

定着部５０は、加熱ローラ５１及び加圧ローラ５２を備え、これらが当接する定着ニップ部にて、搬送部３０により搬送される用紙Ｐを受け付ける。そして、定着ニップ部にて、用紙Ｐに転写されている画像に対し、熱圧着することにより、用紙Ｐに画像を定着させる。

次に、画像形成部４０について詳述する。画像形成部４０において、各画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂは、供給部２０から定着部５０へ、イエロー画像形成ステーション４０Ｙ、マゼンタ画像形成ステーション４０Ｍ、シアン画像形成ステーション４０Ｃ、そして黒色画像形成ステーション４０Ｂの順で配置されている。即ち、画像形成装置１００は、連設された画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂにより、用紙Ｐ上に夫々の色の画像を転写するタンデム方式となっている。そして、各色の画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂは、各色に対応する画像データに基づいて、イエロー、マゼンタ、シアン及び黒色のトナー画像を形成して、用紙Ｐ上に転写する。

これら各色の画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂは、トナーの種類以外は、実質的に同一の構成を有している。そこで、図１における各画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂが備える構成部品に対する参照符号については、イエロー画像形成ステーション４０Ｙのみについて記載している。そして、他の各画像形成ステーション４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂの構成部品に対する参照符号については、イエロー画像形成ステーション４０Ｙを参照するものとし、その記載を省略する。

なお、本実施形態の画像形成ステーション部４０では、イエロー、マゼンタ、シアン及び黒色の４色の画像を形成する構成について説明しているが、特にこれら４色に限定するものではない。例えば、シアン及びマゼンタと同一の色相で濃度がより低いライトシアン（ＬＣ）及びライトマゼンタ（ＬＭ）を加えた６色のトナー画像を形成する構成であっても良い。

各画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂは、夫々表面に静電潜像が形成される静電潜像担持体として感光体４１を備えている。各感光体４１は略円柱のドラム形状をなし、回転自在に軸支されており、図示しない駆動手段及び制御手段によって、図中矢印Ｒで示す所定方向に回転駆動されるように制御されている。また、各感光体４１は、円柱の側面、即ち周方向の表面にＯＰＣ（Organic Photoconductor；有機光導電体）等の感光性材料を有している。

各感光体４１は、搬送部３０により搬送される用紙Ｐに対してトナー像を転写すべく、搬送ベルト３３の上方に、搬送方向と回転軸の軸方向とが直角をなすように配置されている。また、各感光体４１の周囲には、周方向に沿って、帯電装置４２、露光装置４３、現像装置１、転写ローラ４４及びクリーニング装置４５が夫々配置されている。

帯電装置４２は、感光体４１の周方向の表面を所定の電位に均一に帯電させるための帯電手段であり、感光体４１の上方でその外周面に近接して配置されている。なお、本実施の形態では、接触型のローラ方式の帯電ローラを使用する形態を説明するが、チャージャー型、ブラシ方式、イオン放出帯電方式等の他の方式の帯電装置を用いるようにしても良い。

露光装置４３は、感光体４１の回転方向における帯電装置４２の下流側に、感光体４１の外周面に近接して配置されている。露光装置４３は、図示しない画像処理部から出力された画像データに基づいて、帯電装置４２にて帯電された感光体４１の周方向の表面に、レーザ光を照射して露光することにより、感光体４１の表面に画像データに応じた静電潜像を書き込む機能を有する。

なお、各露光装置４３は、各画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂに応じて、イエロー、マゼンタ、シアン又は黒色に夫々対応する画像データが入力されることにより、対応する色に応じた静電潜像をそれぞれ形成する。露光装置４３としては、レーザ照射部及び反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）、ＥＬ、ＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に並べた書込み装置（例えば、書込みヘッド）等の装置を使用することができる。

現像装置１は、感光体４１の回転方向における露光装置４３の下流側に、感光体４１の外周面に近接して配置されている。現像装置１は、現像剤であるトナーを担持する現像剤担持体として現像ローラ１０を有し、現像ローラ１０を回転自在に軸支している。現像ローラ１０は、感光体４１と近接するように配置されており、感光体４１と近接する領域は、担持しているトナーを感光体４１へ供給する現像領域となる。現像ローラ１０は、図示しない駆動手段及び制御手段により回転することで、担持しているトナーを現像領域へ搬送し、感光体４１へ供給する。現像装置１が感光体４１へトナーを供給することにより、露光装置４３によって感光体４１表面に形成された静電潜像を現像してトナー像（可視像）を形成する。

なお、各現像装置１には、各画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂの画像形成に応じて、イエロー、マゼンタ、シアン又は黒色のトナーが収容されている。これらのトナーは、帯電した感光体４１の表面電位と同極性に帯電したトナーを含んでいる。感光体４１の表面電位の極性及び使用するトナーの帯電極性は、正負を問わないが、本実施の形態では負極性（マイナス）であるものとして以降の説明を行う。

転写ローラ４４は、搬送ベルト３３の下方に配置され、搬送ベルト３３を介して感光体４１と対向している。転写ローラ４４は、感光体４１上に形成されたトナー像を、搬送ベルト３３にて搬送される用紙Ｐの表面に転写する機能を有し、トナーの帯電極性とは、逆の極性、即ち本実施の形態では正極性（プラス）のバイアス電圧が印加される。

クリーニング装置４５は、感光体４１の回転方向における転写ローラ４４の下流側に、感光体４１の外周面に近接して配置されている。クリーニング装置４５は、用紙Ｐへのトナー画像転写後に、感光体４１の外周面上に残存しているトナーの除去及び回収を行う機能を有する。

このように構成された画像形成装置１００では、搬送部３０により搬送される用紙Ｐに対し、各画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂを通過する際に、各色のトナー像が順次用紙Ｐに転写される。これにより、各色のトナー像が用紙Ｐ上に重畳して転写され、用紙Ｐ上に所望のフルカラーのトナー像が形成される。こうしてトナー像が転写された用紙Ｐは、定着部５０によってトナー像の定着処理が行われた後に、図示しない排紙トレイに送出される。

次に、現像装置１の構成例について具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態１に係る現像装置１の構成例を示す概略図である。画像形成部４０の各画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂが備える現像装置１は、前述の現像ローラ１０の他、供給ローラ１１、層規制部材１２、電位差付与手段１３、可変電位差付与手段１４、電位差変更手段１５、動作状況取得手段１６及び計時手段１７を備えている。

現像装置１は、内蔵する現像ローラ１０と感光体４１とが現像領域を介して近接するように配置される。現像ローラ１０から感光体４１へトナーを供給する現像領域は、現像ギャップと呼ばれる空隙であり、図示しないギャップ保持材により１５０〜５００μｍに保持されている。現像ローラ１０は、矢印Ｒ１０で示すように図２に向かって左回りに回転し、矢印Ｒで示すように右回りに回転する感光体４１へ、担持しているトナーを供給する。現像ローラ１０は、表面粗Ｒａが０．３〜０．６μｍ程度のアルミニウム等の材質にて形成されている。

供給ローラ１１は、円柱状をなし、中心軸に位置する回転軸部にて回転自在に軸支されており、矢印Ｒ１１にて示すように図２に向かって左回りに回転し、トナーを現像ローラ１０へ供給する。供給ローラ１１と現像ローラ１０とが接触するニップ部では、両方のローラから押圧されており、ニップ部において供給ローラ１１から現像ローラ１０へトナーの供給が行われる。供給ローラ１１は、回転軸部となる金属シャフトの周囲に円柱状に形成されたポリウレタン発泡フォームを用いて構成されているため、ニップ部では、０．２〜１．０ｍｍの食い込みが発生する。なお、供給ローラ１１に対しては、現像装置１が備えるトナー槽内を撹拌し、かつ撹拌したトナーを搬送する撹拌ローラによりトナーが供給される。

供給ローラ１１から現像ローラ１０へ供給されたトナーは、現像ローラ１０の表面にトナー層を形成する。層規制部材１２は、現像ローラ１０の表面に形成されたトナー層の層厚を一定に規制する機能を有している。

図３は、本発明の実施の形態１に係る現像装置１が備える層規制部材１２の構成例を示す概略図である。図３は、図２に示された現像ローラ１０及び層規制部材１２を拡大して示したものである。層規制部材１２は、細長い簿板状をなす導電性支持部材１２ａと、板状をなし、弾性を有する絶縁性材料で形成される弾性部材１２ｂとを備えている。導電性支持部材１２ａは、一端を現像装置１の筐体に固定され、他端に弾性部材１２ｂを固着している。弾性部材１２ｂは、一方の面で導電性支持部材１２ａに支持され、他方の面で現像ローラ１０に担持されたトナーに接する。導電性支持部材１２ａは、例えば、厚さ０．０８〜０．２０ｍｍ程度のリン青銅、ＳＵＳ等の金属を用いて形成される簿板である。弾性部材１２ｂは、厚さ１〜２ｍｍ程度のウレタン等の弾性ゴムを用いて板状に形成される。なお、弾性部材１２ｂは、現像ローラ１０との最近接位置より、現像ローラ１０の回転方向の下流側で厚みが大きくなるように成型されている。

図３に示すように、弾性部材１２ｂは、現像ローラ１０との最近接位置であるニップ部より、現像ローラ１０の回転方向の下流側で厚みが大きくなっている。このような形状に成型することで、後述するように、現像ローラ１０と、層規制部材１２の導電性支持部材１２ａとの間で電位差が生じるような電圧を印加した場合に、ニップ部より下流側で現像ローラ１０と弾性部材１２ｂ表面との電位差が小さくなる。これにより、下流側でのトナー溜まりの発生を抑制し、トナーの均一性を維持することが可能となる。

また、弾性部材１２ｂを絶縁性材料を用いて形成することにより、導電性材料を用いて形成した場合と比べ、トナーを電気的に引き付ける力が弱くなる。よって、層規制部材１２へのトナーの融着を抑制することが可能となる。

図２に戻り、電位差付与手段１３は、現像ローラ１０及び供給ローラ１１並びに層規制部材１２の導電性支持部材１２ａに対し、感光体４１等の他の部材との間で電位差Ｖｄを付与するバイアス電源である。電位差付与手段１３は、電圧を印加する電源及びその付属回路、又は外部から印加される電圧を制御する回路にて構成される。なお、図２の例では、現像ローラ１０及び供給ローラ１１には同電位が印加されているが、現像ローラ１０及び供給ローラ１１間で一定電位差を設けるようにしても良い。供給ローラ１１側にマイナスの電位を加えると、負帯電のトナーは現像ローラ１０側へ移行しやすくなるため、供給ローラ１１から現像ローラ１０へのトナーの供給量を多くする効果がある。一方、供給ローラ１１側にプラスの電位を加えると、負帯電のトナーは現像ローラ１０から供給ローラ１１側へ移行しやすくなるので、現像ローラ１１からのトナーの引き剥がしが増える。供給ローラ１１のトナー引き剥がし能力が不足し画像にゴーストが現れるような場合には、ゴースト低減に効果がある。

可変電位差付与手段１４は、現像ローラ１０及び供給ローラ１１と、層規制部材１２の導電性支持部材１２ａとの間で電位差ΔＶｂを生じさせる機能を有し、電圧を印加する電源及びその付属回路、又は外部から印加される電圧を制御する回路にて構成される。なお、可変電位差付与手段１４により与えられる電位差は、一定ではなく可変である。

電位差変更手段１５は、可変電位差付与手段１４により印加する電圧を変更させる回路、プログラム等の機構である。電位差変更手段１５は、動作状況取得手段１６から得られる画像の形成状況、形成枚数、トナーの規制回数等の動作状況、計時手段１７から得られる各種経過時間等の情報に基づいて、可変電位差付与手段１４により与える電位差を変更する。

なお、電位差付与手段１３、可変電位差付与手段１４、電位差変更手段１５、動作状況取得手段１６及び計時手段１７は、各画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂに夫々設けるようにしてもよいが、全ての画像形成ステーション４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂに共通して用いられる一の回路、プログラム等の機構として設ける様にしても良い。また、共通して用いられる一の機構として実装する場合、現像装置１の筐体内に組み込むのではなく、画像形成装置１００内で現像装置１の筐体外に配置するようにしても良い。また、例えば、動作状況を現像装置１の筐体外に配置された機構で検出する場合、現像装置１の筐体内に組み込まれ、検出された動作状況又はこれに基づく命令を受信する機構を動作状況取得手段１６等の機構とみなすようにしても良い。

このように構成された現像装置１では、供給ローラ１１により搬送されたトナーがニップ部で現像ローラ１０と摺擦され、これによりトナーが現像ローラ１０へ汲み上げられトナー層が形成される。現像ローラ１０上に形成されたトナー層は、層規制部材１２の弾性部材１２ｂを通過する際に、層規制部材１２の導電性支持部材１２ａを通して与えられる圧力により、層厚が規制されると共に、再度帯電することになる。層規制部材１２の弾性部材１２ｂを通過したトナーは、現像ローラ１０に印加された電圧と、感光体４１上の潜像電位とに応じて感光体４１に現像が行われ、感光体４１表面の静電潜像を可視化する。

ここで、本願発明により解決すべき課題の一つであるトナーのすり抜けによるトナー層のスジについて説明する。この現象は、層規制部材へのトナー融着とは全く異なる現象である。なお、当該説明は、本願発明とは異なるものであるが、便宜上、本願発明と同様の構成については、同一の符号を付すものとする。但し、あくまでも便宜のための符号であり、本願発明においてトナー層のスジが発生することを示すものではない。

図４は、現像ローラ１０上のトナー層が層規制部材１２により層厚が規制される領域を示す模式図である。図４では、簡略的に三層のトナー層が存在している状態を描いている。層規制部材１２からは、現像ローラ１０側に一定の圧力Ｆｃが加えられている。また、現像ローラ１０には、表面に凹凸が形成されており、下層のトナーを、回転方向Ｒ１０に沿って移動させる力Ｆｒが加わっている。トナーの流動性が非常に良く、トナー間に働く力がゼロとみなせる場合、現像ローラ１０に接する最下層のトナーだけが現像ローラ１０からの力Ｆｒによって運ばれることになる。そして、層規制部材１２に接する最上層のトナーは、層規制部材１２との摩擦力によって層規制部材１２から離れない状態となる。従って、トナーのすり抜けは発生しない。

ただし、実際には、トナー間の力がゼロという状態はあり得ず、ある程度の力が働くため、現像ローラ１０に接する最下層のトナーと中間層のトナーとが現像ローラ１０の回転に伴って層規制部材１２を通り抜けていく。トナーが劣化すると、トナーに添着している外添剤がトナーから剥がれ落ちたり、トナー内部に埋没したりするという現象が発生する。このような現象が発生すると、トナー間の力は非常に大きくなる。このため、最下層のトナーが中間層のトナーを引っ張り、中間層のトナーが最上層のトナーを引っ張る。最上層のトナーが層規制部材１２との間に働く摩擦力を越えた場合、最上層のトナーのすり抜けが発生する。

図５は、すり抜けが発生した状況を示す説明図である。図５上段の図は、層規制部材１２においてトナー層と接する面を示している。図５上段に記載の層規制部材１２は、上側が上流側であり、下側が下流側である。図５下段は、層規制部材１２から現像ローラ１０に加える圧力Ｆｃ（以下、ブレード圧と示す）の分布をグラフとして示している。なお、図５下段のグラフは、横軸が図５上段に示す層規制部材１２の横方向の位置と対応している。図５上段において矢印は、層規制部材１２をすり抜けるトナーの移動方向を示しており、特に斜線で示す矢印は、トナーがすり抜けるすり抜け部となる領域におけるトナーの移動方向を示している。

図５上段に示す最上層のトナーがすり抜けるすり抜け部近辺では、図５下段に示すようにブレード圧が低下している。また、すり抜け部でブレード圧が低下すると、接触面積が減少するため、図５上段の横方向として示す両端のブレード圧が上昇する。ブレード圧が低い部分はトナー層が厚くなり、ブレード圧が高い部分はトナー層が薄くなる。このような圧力状態は常態化し易いため、トナー層のスジが一度発生すると、消えずに残ることになる。このような現象を抑制するためには、ブレード圧を上げることが有効である。しかしながら、ブレード圧を上げると、トナーにかかるストレスを上げることにもなり、トナーの劣化が進むため、トナーの流動性を急激に悪化させると共に、帯電量も低下するという他の問題をも引き起こす。

本願発明では、トナーの劣化状態に応じて、層規制部材１２の導電性支持部材１２ａに電圧を印加していくことにより、この様な問題をも解決する。図６は、本発明の実施の形態１に係る現像装置１が備える層規制部材１２により与えられる電位差の変化を示すグラフである。図６は、横軸に画像形成枚数をとり、縦軸に印加電圧の変化をとって、その関係を示したものである。なお、縦軸に示した印加電圧の変化とは、可変電位差付与手段１４にて付与される電位差の変化であり、画像形成開始時の値をゼロとする任意単位（ａ．ｕ．）の電位差ΔＶとして示している。図６に示すように画像形成枚数の増加に従って、電位差ΔＶを大きくすることにより、層規制部材１２及び導電性支持部材１２ａの間の電位差も大きくなる。このように設定することにより、画像形成枚数の増加に従ってトナーが劣化し、流動性が悪化した場合でも、層規制部材１２側にトナーを引き付ける引力が増大するため、ブレード圧を上げずとも層規制部材１２による摩擦力が高まり、トナーのすり抜けを抑制することができる。

現像装置１は、動作状況取得手段１６により、画像形成枚数を取得する。そして、現像装置１は、取得した画像形成枚数をトナーの劣化状態を示す指標とし、取得した画像形成枚数に基づく電位差変更手段１５の制御により、可変電位差付与手段１４を制御して、電位差ΔＶを変更する。このような制御により、図６に示す画像形成枚数とするトナーの劣化状態に応じた印加電圧の制御が可能となり、トナーのすり抜けを抑制することができる。

しかしながら、層規制部材１２及び現像ローラ１０間の電位差が大きくなり過ぎると、層規制部材１２にトナーが付着する方向に電界がかかるので、特定のトナーが層規制部材１２に付着し続け、層規制部材１２へのトナーの融着を誘発しやすくなる。層規制部材１２にトナーが融着した箇所は、トナーが層規制部材１２の下を通りにくくなり、トナー層にスジとなって現れる。トナー層のスジは画像の白スジとなり、画像欠陥になる。そこで、図６を用いて示したようにトナーの劣化状態に応じて電位差を変更すると共に、画像形成を契機とする所定期間の間にも電位差を変更する処理を実施する。

図７は、本発明の実施の形態１に係る現像装置１が備える層規制部材１２により与えられる電位差の変化を示すグラフである。図７は、横軸に時間をとり、縦軸に印加電圧の変化をとって、その関係を示したものである。なお、縦軸に示した印加電圧の変化とは、可変電位差付与手段１４にて付与される変更可能な電位差ΔＶｂである。図７中Ｔ１として示した期間が、用紙Ｐ等の画像形成媒体上に画像形成を行っている期間を示している。従って、図７中Ｔ１として示した期間の電位差は一定ではなく、図６にて示したようにトナーの劣化状態に応じて変化している。ただし、その変化の程度は、図７に示した電位差ΔＶｂの変化に比して小さいため、図７のように示している。

図７に示すように、実施の形態１では、電位差が定期的に変化し、かつ電位差の正負が定期的に反転している。なお、反転の前後で電位差の絶対値は必ずしも同じでなくても良い。画像形成開始前は、電位差付与手段１３による電位差Ｖｄは、ゼロとして設定されており、Ｔ１として示す画像形成期間中に正の電位差が与えられる。なお、前述のように、期間Ｔ１の電位差ΔＶは、図６にて示したように画像形成枚数を指標とするトナーの劣化状態に応じて変化する。画像形成後は、図７中Ｔ２として示す一定期間だけ、逆バイアスとなる負の電位差が与えられ、層規制部材１２と帯電したトナーとの間に斥力を発生させる。この期間にも現像ローラ１０は回転しているため、層規制部材１２に付着していたトナーは引き離され、層規制部材１２に対向する位置のトナーを新たなトナーに置換することができる。これにより、層規制部材１２へのトナーの融着を防止し、画像欠陥の発生を抑制することができる。

現像装置１は、動作状況取得手段１６及び計時手段１７により、画像形成状況及び経過時間を取得する。そして、現像装置１は、取得した画像形成状況及び時間に基づく電位差変更手段１５の制御により、可変電位差付与手段１４を制御して、画像形成後の所定期間の間の電位差の正負が反転するように電位差ΔＶｂを変更する。このような制御により、図７に示す画像形成状況に応じた印加電圧の制御が可能となり、トナーの融着を防止して画像欠陥の発生を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１において、印加する電圧を反転させずに、画像形成を契機として電圧を変更する形態である。なお、実施の形態１と同様の構成要素については、実施の形態１と同様の符号を付し、実施の形態１を参照するものとし、その説明を省略する。実施の形態２における主な構成要素は実施の形態１と同様であるので、実施の形態１にて示した図１乃至図３及びその説明を参照するものとし、その説明を省略する。

図８は、本発明の実施の形態２に係る現像装置１が備える層規制部材１２により与えられる電位差の変化を示すグラフである。図８は、横軸に時間をとり、縦軸に印加電圧の変化をとって、その関係を示したものである。実施の形態１では、逆方向の電圧を印加しているが、トナーの流動性が悪化している場合には、逆方向となるまで電位差を変更する必要がない場合もある。実施の形態２はこのような状況に対応させるものであり、図８に示すように、画像形成後のＴ２として示した一定期間に、画像形成中のＴ１として示した期間と異なる電位差を与えるものである。

現像装置１は、動作状況取得手段１６及び計時手段１７により、画像形成状況及び経過時間を取得する。そして、現像装置１は、取得した画像形成状況及び時間に基づく電位差変更手段１５の制御により、可変電位差付与手段１４を制御して、画像形成後の所定期間の間の電位差ΔＶｂを変更する。このような制御により、図８に示す画像形成状況に応じた印加電圧の制御が可能となり、トナーの流動性が悪化しているような状況下において、トナーの融着を防止して画像欠陥の発生を抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１において、平均ブレード通過回数に基づいて電位差を変更する形態である。なお、実施の形態１と同様の構成については、実施の形態１と同様の符号を付し、実施の形態１を参照するものとし、その説明を省略する。実施の形態３における主な構成要素は、実施の形態１と同様であるので、実施の形態１にて示した図１乃至図３及びその説明を参照するものとし、その説明を省略する。

図９は、本発明の実施の形態３に係る現像装置１において、画像形成枚数と平均ブレード通過回数との関係を示すグラフである。図９は、横軸に処理枚数をとり、縦軸に平均ブレード通過回数をとって、その関係を示したものである。処理枚数とは、画像を形成した画像形成媒体である用紙Ｐの枚数を示す。平均ブレード通過回数とは、現像装置１内に貯留されるトナーが層規制部材１２を平均的に何回通過したかを示す指標である。図９では、継続的なトナー補給を行わないシステムにおいて、１００ｇのトナーを用い、用紙Ｐの画像形成面に対して形成した画像面積の割合を示す印字率を、１％、３％、５％、１０％とした場合の処理枚数と平均ブレード通過回数との関係を示している。なお、層規制部材１２を通過した後のトナー量を０．５５mg/cm2、ベタ印字の際のトナー消費量を０．５mg/cm2、用紙Ｐの画像形成面を２１０mm×２９７mmとして計算している。

平均ブレード通過回数は、トナーの流動性変化と相関性があることから、図９に示すようなトナー補給を行わないシステムでは、平均ブレード通過回数をトナーの劣化を示す指標として用いることができる。そして、図９に示すように平均ブレード通過回数は、処理枚数及び印字率から求めることができる。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の実施の形態３に係る現像装置１が備える層規制部材１２により与えられる電位差の変化を示すグラフである。図１０Ａ及び図１０Ｂでは、横軸に平均ブレード通過回数をとり、縦軸に印加電圧の変化をとって、その関係を示したものである。なお、縦軸に示した印加電圧の変化とは、可変電位差付与手段１４にて付与される電位差の変化であり、平均ブレード通過回数の導出開始時の値をゼロとする任意単位（ａ．ｕ．）の電位差ΔＶとして示している。実施の形態３では、平均ブレード通過回数を求め、求めた平均ブレード通過回数に応じて、変更可能な電位差ΔＶを大きくしている。なお、図１０Ａに示すように、電位差ΔＶを平均ブレード通過回数の増加に比例して大きくしても良く、また、図１０Ｂに示すように初期の変化を小さくし、回数が増加するにつれて増加率を大きくするようにしても良い。平均ブレード通過回数は、画像形成時にのみ上昇するため、図１０Ａ及び図１０Ｂにて示した電位差ΔＶの変化は、実施の形態１にて図７を用いて示した画像形成を行っている期間Ｔ１における変化となる。

現像装置１では、動作状況取得手段１６により、画像形成状況を取得し、取得した画像形成状況に基づいて平均ブレード通過回数を求める。そして、現像装置１は、求めた平均ブレード通過回数をトナーの劣化状態を示す指標とし、平均ブレード通過回数に基づく電位差変更手段１５の制御により、可変電位差付与手段１４を制御して、電位差ΔＶを変更する。このような制御により、図７に示す画像形成状況に応じた印加電圧の制御が可能となり、トナーの融着を防止して画像欠陥の発生を抑制することができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態１とは異なる契機で電位差を変更する形態である。なお、実施の形態１と同様の構成要素については、実施の形態１と同様の符号を付し、実施の形態１を参照するものとし、その説明を省略する。実施の形態４における主な構成要素は実施の形態１と同様であるので、実施の形態１にて示した図１乃至図３及びその説明を参照するものとし、その説明を省略する。

図１１は、本発明の実施の形態４に係る現像装置１が備える層規制部材１２により与えられる電位差の変化を示すグラフである。図１１は、横軸に時間をとり、縦軸に印加電圧の変化をとって、その関係を示したものである。なお、縦軸に示した印加電圧の変化とは、可変電位差付与手段１４にて付与される変更可能な電位差ΔＶｂである。図１１中Ｔ１として示した期間が、用紙Ｐ等の画像形成媒体上に画像形成を行っている期間を示している。なお、期間Ｔ１の電位差は一定ではなく、実施の形態１の図６並びに実施の形態３の図１０Ａ及び図１０Ｂで示したようにトナーの劣化状態に応じて変化している。ただし、その変化の程度は、図１１にて示した電位差ΔＶｂの変化に比して小さいため、図１１のように示している。

図１１に示すように、実施の形態４では、画像形成を契機として、電位差が定期的に変化し、かつ電位差の正負が反転している。なお、反転の前後で電位差の絶対値は必ずしも同じでなくても良い。画像形成開始前は、電位差付与手段１３による電位差Ｖｄは、ゼロとして設定されており、Ｔ１として示す画像形成中に正の電位差が与えられる。なお、前述のように、期間Ｔ１の電位差ΔＶはトナーの劣化状態に応じて変化する。画像形成媒体上への画像形成を行ってから次の画像形成媒体上への画像形成を行うまでの期間、所謂、紙間Ｔ３の間、逆バイアスとなる負の電位差が与えられ、層規制部材１２と帯電したトナーとの間に斥力を発生させる。

画像形成終了を契機として電位差を変更する場合、連続した画像形成が長く続いた場合、一定電位状態が続くことになるため、特定のトナーが層規制部材１２に付着し続けることになり、トナー融着を引き起こす可能性がある。紙間Ｔ３で電位差を変更する場合には、連続した画像形成を行う場合でも毎回電位差を変更することになるので、連続状況に関わらず安定して斥力を発生させることができ、層規制部材１２へのトナーの融着を防止し、画像欠陥の発生を抑制することができる。

図１２は、本発明の実施の形態４に係る現像装置１が備える層規制部材１２により与えられる電位差の変化を示すグラフである。図１２は、図１１に示すような電位差の制御において、紙間Ｔ３だけでなく、画像形成の終了後の一定期間Ｔ４においても電位差を変更する形態である。図１２に示すような制御をした場合でも、図１１に示す制御を行った場合と同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

現像装置１は、動作状況取得手段１６により、画像形成状況を取得し、取得した画像形成状況に基づく電位差変更手段１５の制御により、可変電位差付与手段１４を制御して、電位差ΔＶｂを変更する。このような制御により、図１１又は図１２に示す画像形成状況に応じた印加電圧の制御が可能となり、トナーの融着を防止して画像欠陥の発生を抑制することができる。

前記実施の形態１乃至４は、本願の無数に存在する形態の一部を例示したに過ぎず、各種部材の構成、材料選択、制御の条件等の設定は、目的用途等に応じて適宜設計することが可能である。また、前記実施の形態１乃至４を夫々単独で実行するのではなく、適宜組み合わせることも可能である。

１ 現像装置
１０ 現像ローラ
１１ 供給ローラ
１２ 層規制部材
１２ａ 導電性支持部材
１２ｂ 弾性部材
１３ 電位差付与手段
１４ 可変電位差付与手段
１５ 電位差変更手段
１６ 動作状況取得手段
１７ 計時手段
２０ 供給部
３０ 搬送部
３１ 駆動ローラ
３２ 従動ローラ
３３ 搬送ベルト
４０ 画像形成部
４０Ｙ、４０Ｍ、４０Ｃ、４０Ｂ 画像形成ステーション
４１ 感光体
４２ 帯電装置
４３ 露光装置
４４ 転写ローラ
４５ クリーニング装置
５０ 定着部
５１ 加熱ローラ
５２ 加圧ローラ
１００ 画像形成装置
Ｐ 用紙

Claims (5)

1. 供給された現像剤により表面に現像剤層を形成し、該現像剤層の現像剤を静電潜像が形成された静電潜像担持体へ供給する現像ローラと、該現像ローラ上に形成される現像剤層の層厚を規制する層規制部材とを備え、画像形成媒体上に画像を形成させるべく、前記静電潜像担持体に形成された静電潜像を現像剤によって現像する現像装置において、
   前記層規制部材及び現像ローラ間に電位差を与える電位差付与手段と、
   該電位差付与手段により、画像形成中に与える電位差を、現像剤の劣化状態に応じて変更し、かつ画像形成後の所定期間の間に与える電位差を、画像形成中と異なる電位差となるように変更する変更手段と、
   前記現像剤が前記層規制部材による規制を受ける回数を算出する回数算出手段と、
   前記画像形成媒体の面積に対する形成した画像の面積の割合を示す印字率を算出する印字率算出手段とを備え、
   前記回数算出手段は、画像を形成した媒体の枚数及び前記印字率算出手段が算出した印字率に基づいて回数を算出するようにしてあり、
   前記変更手段は、前記回数算出手段が算出した規制を受ける回数を現像剤の劣化状態を示す指標として、規制を受ける回数の増加に伴い電位差が増大するように変更するようにしてあり、
   前記層規制部材は、
   前記電位差付与手段から電圧を印加される導電性支持部材と、
   板状をなし、一方の面で導電性支持部材に支持され、他方の面で現像剤に接する弾性部材と
   を有し、
   前記弾性部材は、現像ローラとの最近接位置より、現像ローラの回転方向の下流側で、厚みが大きい
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記変更手段は、前記所定期間の間に、電位差の正負が反転するように変更することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記変更手段は、画像形成媒体上への画像形成を行ってから次の画像形成媒体上への画像形成を行うまでの期間に電位差を変更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. 前記層規制部材は、現像剤に接する部分を絶縁性材料で形成してあることを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載の現像装置。
5. 請求項１から４のいずれかひとつに記載の現像装置と、
   該現像装置により現像された現像剤により画像形成媒体上に画像を形成する手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

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