JP7027119B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は電子写真方式を用いた画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いた画像形成装置として一成分現像剤（以下、トナー）を用い静電潜像を可視化する画像形成装置が知られている。このような画像形成装置の方式の一種に、像担持体としての感光ドラムと現像剤担持体としての現像ローラとが接触して現像を行う一成分接触現像方式がある。また、このような画像形成装置の一種に感光ドラムと現像ローラとが離間する機構を持たない（以下、現像離間レス）簡素な構成の画像形成装置がある。

従来、このような現像離間レス一成分接触現像方式の画像形成装置において、画像形成装置の起動時に現像ローラから感光ドラムに意図せずトナーが多量に転移してしまう（以下、「起動かぶり」）現象が発生する場合があった。

特許文献１は、未帯電領域が現像ニップに到達するまで感光ドラムに移行したかぶりトナーが、転写ローラに移行しないように、通常の画像形成時とは逆特性の転写バイアスを転写ローラに印可することを開示している。そして、転写ローラに移行せず、感光ドラムに滞留したトナーはクリーニング装置により除去される。

特開平６－３５２５７号公報

しかしながら特許文献１の解決手法では、結局、起動～画像形成開始までの前回転動作中において「起動かぶり」自体は何も抑制又は軽減できていない。これは不要なトナー消費や廃トナー量増大の原因となり、画像形成装置の省エネ、小型化、長寿命化の障害となる。

特に、画像形成装置停止期間中に現像ローラ上のトナー帯電量が低下することで発生する「起動かぶり」は、トナー帯電量が画像形成装置の連続運転中に対し顕著に低いため、一動作あたりのトナー消費量は画像形成時のかぶりと比較して非常に多い。

停止時に、現像ローラを感光ドラムから当接・離間させる機構を持つ場合は、上記のような起動かぶりも現像ローラを感光ドラムから離間させることで回避が可能である。しかし、当接・離間機構を持たない画像形成装置の場合は、上記問題を解決することが重要となってくる。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、「起動かぶり」の発生を軽減し、更なる省エネ、小型化、又は長寿命化を達成できる画像形成装置を提供することである。

本発明に係る画像形成装置は、静電潜像を形成可能な像担持体と、前記静電潜像を現像剤によって現像する現像剤担持体と、前記像担持体表面を帯電する帯電ローラと、前記帯電ローラに帯電バイアスを印加する帯電バイアス印加手段と、前記現像剤担持体上の現像剤を規制する規制ブレードと、前記現像剤担持体の周速度を、前記像担持体の周速度とは独立して制御する速度制御部と、前記現像剤担持体にバイアスを印加する現像バイアス印加手段と、を有する画像形成装置において、前記画像形成装置の停止時における前記像担持体と前記現像剤担持体との現像ニップから、前記現像剤担持体の回転方向において前記現像ニップよりも上流側に配置される前記規制ブレードまでの現像剤担持体上の領域Ａに担持された現像剤が、前記現像剤担持体の回転により現像ニップを通過する際、前記現像バイアス印加手段は、現像剤が現像剤担持体に引き寄せられるような電位関係を前記像担持体と前記現像剤担持体との間に形成し、前記速度制御部は、停止状態から起動した後に、前記現像剤担持体上の領域Ａが、少なくとも前記現像ニップを初めて通過するまでの間、および、所定の帯電バイアスで帯電された像担持体表面が、少なくとも前記現像ニップに到達するまでは、前記像担持体と前記現像剤担持体との相対速度差が画像形成の動作中よりも大きくなるよう制御する。

本発明によれば、「起動かぶり」の発生を軽減し、更なる省エネ、小型化、又は長寿命化を達成できる画像形成装置を提供することである。

実施形態１における画像形成装置の全体概略図である。 実施形態１におけるプロセスカートリッジとバイアス印加系、駆動系の概略図である。 実施形態１におけるバイアス印加タイミングと駆動制御タイミングを示すタイミングチャートである。 比較例１と実施例１の現像ニップのトナー摩擦帯電プロセスを示す模式図である。 実施形態２における実施例４の現像ニップのトナー摩擦帯電プロセスを示す模式図である。 「起動かぶり」発生原因を説明する為の模式図である。

以下に図面を参照しながら、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施形態１）
＜画像形成装置＞
電子写真画像形成装置（画像形成装置）の一実施形態の全体構成について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置１００の断面図である。本実施形態の画像形成装置１００は、インライン方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザービームプリンタである。画像形成装置１００は、画像情報に従って、記録材（例えば、記録用紙、プラスチックシート、布など）にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像形成装置本体に接続された画像読み取り装置、或いは画像形成装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置本体に入力される。

画像形成装置１００は、複数の画像形成部としてのプロセスカートリッジ２０が、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するためのＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを有する。本実施例では、画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。

プロセスカートリッジ２０は、画像形成装置本体に設けられた装着ガイド、位置決め部材などの装着手段を介して、画像形成装置１００に着脱可能となっている。本実施例では、各色用のプロセスカートリッジ２０は全て同一形状を有しており、各色用のプロセスカートリッジ２０内には、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーが収容されている。

感光ドラム１の周囲にはスキャナユニット（露光装置）３０が配置されている。スキャナユニットは、画像情報に基づきレーザを照射して感光ドラム１上に静電像（静電潜像）を形成する露光手段である。感光ドラム１は静電潜像を形成可能である。レーザ露光の書き出しは、主走査方向（シート材の搬送方向と直交する方向）では、走査ラインごとにＢＤと呼ばれるポリゴンスキャナ内の位置信号から行われる。一方で、副走査方向（シート材の搬送方向）では、シート材搬送路内のスイッチ（不図示）を起点とするＴОＰ信号から所定の時間だけ遅延させて行われる。これにより、４つのプロセスステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋにおいて、常に感光ドラム１上の同じ位置に対してレーザ露光を行うことができる。

４個の感光ドラム１に対向して、感光ドラム１上のトナー像を記録材３５に転写するための中間転写体としての中間転写ベルト３１が配置されている。中間転写体としての無端状のベルトで形成された中間転写ベルト３１は、全ての感光ドラム１に当接し、図示矢印Ｂ方向（反時計方向）に循環移動（回転）する。中間転写ベルト３１の内周面側には、各感光ドラム１に対向するように、一次転写手段としての、４個の一次転写ローラ３２が並設されている。そして、一次転写ローラ３２に、図示しない一次転写バイアス印加手段としての一次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、感光ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト３１上に転写（一次転写）される。

また、中間転写ベルト３１の外周面側において二次転写手段としての二次転写ローラ３３が配置されている。そして、二次転写ローラ３３に、図示しない二次転写バイアス印加手段としての二次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、中間転写ベルト３１上のトナー像が記録材３５に転写（二次転写）される。例えば、フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫにおいて順次に行われ、中間転写ベルト３１上に各色のトナー像が順次に重ね合わせて一次転写される。その後、中間転写ベルト３１の移動と同期が取られて記録材３５が二次転写部へと搬送される。そして、記録材３５を介して中間転写ベルト３１に当接している二次転写ローラ３３の作用によって、中間転写ベルト３１上の４色トナー像は、一括して記録材１２上に二次転写される。

トナー像が転写された記録材３５は、定着手段としての定着装置３４に搬送される。定着装置３４において記録材３５に熱および圧力を加えられることで、記録材３５にトナー像が定着される。

＜プロセスカートリッジの動作と構成＞
実施形態１の画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジ２０の全体構成について説明する。図２は、感光ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って見たプロセスカートリッジ２０の断面（主断面）図である。尚、本実施形態では、収容している現像剤の種類（色）を除いて、各色用のプロセスカートリッジ２０の構成および動作は実質的に同一である。本実施例のプロセスカートリッジ２０は、感光ドラム１等を備えた感光体ユニット２１と、現像ローラ６等を備えた現像ユニット（現像装置）２２とが一体になったものである。現像ユニット２２や感光体ユニット２１が、単独で画像形成装置本体に着脱可能な構成であっても良い。

感光体ユニット２１には、図示しない軸受を介して感光ドラム１が回転可能に取り付けられている。また、感光体ユニット２１は、感光ドラム１の周面上に接触するように、帯電ローラ２、クリーニング部材３、回収シート部材４、トナー回収容器５から構成される。帯電ローラ２には帯電バイアス印加手段としての帯電バイアス電源（高圧電源）から、感光ドラム１上に任意の電荷を載せられるのに十分なバイアスが印加される。これに対してスキャナユニット（不図示）から画像情報に基づきレーザ３０が感光ドラムに入射され、表面が帯電された感光ドラム１上に静電像（静電潜像）が形成される。クリーニング部材３は、感光ドラム１から中間転写ベルト３１に転写しきれなかったトナーを感光ドラム１上から機械的摺擦力によって掻き取り、掻き取ったトナーを回収シート部材４とクリーニング部材３とで囲まれたトナー回収容器５に収容する。

現像ユニット２０は、現像室１１ａと現像剤収容室１１ｂから成り、現像剤収容室１１ｂは現像室１１ａの下方に配置されている。この現像剤収容室１１ｂの内部には、現像剤としてのトナー９が収容されている。本実施形態ではトナー９の正規帯電極性は負極性であり、以下負帯電性トナーを用いた場合について説明する。また、現像剤収容室１１ｂには、トナー９を現像室１１ａに搬送するためのトナー搬送部材１０が設けられており、図中矢印Ｇの方向へ回転することによってトナーを現像室１１ａへと搬送している。

現像室１１ａには、感光ドラム１と接触し、現像ローラ駆動手段から駆動力を受けることによって回転する現像剤担持体としての現像ローラ６が設けられている。現像ローラ６は、感光体ユニット２１と現像ユニット２０の間に設けられたバネなどの加圧手段（不図示）により、感光ドラム１と加圧された状態で接触回転する。加圧力は０．３～１．５ｋｇｆの加圧力のものを用いることができ、本実施形態の加圧力は１．０ｋｇｆである。図１の画像形成装置では、感光ドラム１と現像ローラ６は当接・離間の為の機構を備えておらず、画像形成装置の停止中、画像形成動作中、及び画像形成の非動作中において接触状態を維持している。

現像ローラ６は画像形成動作中において、図中矢印Ｄ方向に感光ドラム１に対して表面周速比１２０％で回転する。また、現像室１１ａの内部には、現像剤収容室１１ｂから搬送されたトナーを現像ローラ６に供給するトナー供給ローラ（以下、「供給ローラ」）７が配置されている。また、供給ローラ７によって供給された現像ローラ６上（現像剤担持体上）のトナーのコート量規制及び電荷付与を行うトナー量規制部材（以下、「規制ブレード」）８が配置されている。供給ローラ７と規制ブレード８は現像ローラ６に接触配置されている。また、供給ローラ７と規制ブレード８は、現像ローラ６の回転方向において現像ニップよりも上流側に配置されている。供給ローラ７によって現像ローラ６に供給されたトナーは、現像ローラ６の矢印Ｄ方向への回転によって、規制ブレード８と現像ローラ６との接触当接部（規制ニップとも呼ぶ）へ進入する。接触当接部に侵入したトナーは、現像ローラ６の表面と規制ブレード８との摺擦により摩擦帯電され、電荷を付与されると同時にその層厚が規制される。層厚が規制された現像ローラ６上のトナーは、現像ローラ６の回転により、感光体ドラム１との対向部に搬送され、感光ドラム１上の静電潜像をトナー像として現像、可視化する。

次にプロセスカートリッジの構成について説明する。感光ドラム１はφ２４ｍｍの導電性基板であるＡＬ（アルミニウム）シリンダ上に、正電荷注入防止層、電荷発生層、電荷輸送層を順に重ねて塗工された有機感光体が積層されて形成されている。感光ドラム１の電荷輸送層としてアリレートを用い、電荷輸送層の膜厚は約１５μｍである。電荷輸送層は、電荷輸送材料を結着剤と共に溶剤に溶解させて形成される。

帯電ローラ２は、導電性支持体である芯金に半導電性のゴム層が設けられて形成される。この帯電ローラの抵抗は、導電性の感光ドラム１に対して２００Ｖの電圧を印加した時に約１０＾５Ωの抵抗を示す。

現像ローラ６の直径はφ１５ｍｍであって、φ６ｍｍの導電性の芯金上にシリコーンゴムを基層とし、その上にウレタンゴムを表層として形成したものである。現像ローラ６の体積抵抗は導電性の感光ドラム１に対して２００Ｖの電圧を印加した時に約１０＾６Ωの抵抗を示す。現像ローラ６の硬度（平均硬度）はＡｓｋｅｒ－Ｃ硬度計（高分子計器株式会社）を用いて測定した。本実施形態においては、平均Ａｓｋｅｒ－Ｃ硬度が３０度より大きく８０度（Ａｓｋｅｒ－Ｃ）より小さい現像ローラ６を用いることができる。３０度より小さいと圧縮永久歪による永久変形により、現像ローラ６としての使用が困難になる。８０度より大きいと、感光ドラム１との接触状態が不安定となりやすい。本実施例では平均Ａｓｋｅｒ－Ｃ硬度が５５度の現像ローラ６を用いた。

供給ローラ７の直径は、φ１５ｍｍであって、φ６ｍｍの導電性芯金の外周に発泡体層を形成した導電性の弾性スポンジローラである。供給ローラ７の抵抗値は導電性の感光ドラム１に対して２００Ｖの電圧を印加した時に１０＾６～１０＾７Ωである。

また、供給ローラ７の現像ローラ６に対する侵入量は１．０ｍｍである。供給ローラ７は、現像ローラ６に対して図示矢印Ｅ方向に回転し、現像ローラ６に対する表面周速比は１５０％である。

規制ブレード８は、厚さ０．１ｍｍの金属性のＳＵＳ板金であり、現像ローラ６に対して自由端が現像ローラ回転方向の上流側になるように接触配置されている。本実施例で用いた規制ブレード８はＳＵＳ板金の先端をＤローラ当接面側から切断加工したものを用いている。

トナー９は、その周囲に外添剤としてシリカ微粒子を外添させた非磁性一成分現像剤の負帯電性トナーである。本実施形態では懸濁重合法により作製した粒径Ｄ５０平均７μｍの未外添トナーに樹脂トナー粒子の重量を１００ｗｔ％とした場合の外添割合（外添部数）として１．５ｗｔ％のシリカ微粒子を外添したトナーを用いた。トナー粒径は、Ｄ５０平均で５～９μｍのものを用いることができる。また外添剤の粒径としては１０～３００ｎｍのものを用いることができる。

外添剤としてはシリカ微粒子の他に酸化チタンや、酸化アルミニウムや酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化スズ又はチタン酸ストロンチウムなどの微粒子を用いることができる。また、トナーとしては、初期状態（現像装置４の未使用状態）で凝集度が５％～６０％のトナーを用いることができる
＜画像形成中のバイアス印加形態、電位設定、駆動速度設定＞
次に本実施形態における画像形成中のバイアス印加形態と電位設定、駆動速度設定について述べる。図２に示すように、バイアス印加手段３９、３８は、帯電ローラ２、現像ローラ６に対し画像形成に必要なバイアスを印加する。また供給ローラ７、規制ブレード８には、不図示のバイアス印加手段が画像形成に必要なバイアスを印加する。

画像形成中の帯電ローラ２には感光ドラム１上（像担持体表面）の電位（以下、Ｖｄ）がー５００Ｖとなるようにバイアスを印加し、感光ドラム１上のレーザ露光後の電位（以下、Ｖｌ）はー１００Ｖになるように調整されている。このとき、現像ローラ６にはー３００Ｖの電圧を印加することで負帯電極性のトナーをＶｌ領域に転移することで反転現像を行う。供給ローラ７にはー４００Ｖを、規制ブレード８にはー４５０Ｖを印加する。

次に本実施形態における画像形成中の駆動速度と設定について述べる。図２に示す駆動手段３６、３７により、感光ドラム１の表面周速は２１０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ６は現像ローラ６の感光ドラム１に対する表面周速比を１２０％とし、その表面周速は２５２ｍｍ／ｓｅｃである。

図２の制御装置２００は、画像形成装置本体に設けられたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む記憶部を備える。また制御装置２００は、入出力回路も備える。制御装置２００は、現像ローラ６駆動手段３６、感光ドラム１駆動手段３７、現像バイアス印加手段３８、帯電バイアス印加手段３９の動作とタイミングを制御可能なように構成されている。

＜画像形成装置起動時のバイアス印加形態と駆動制御形態＞
次に本実施形態の特徴である画像形成装置起動時におけるバイアス印加形態と、駆動制御形態、バイアス印加、及び駆動タイミングについて述べる。

＜＜起動かぶりについて＞＞
「起動かぶり」の発生原因を図６を用いて説明する。第一の原因は図６（ａ）に示すように、感光ドラム上の未帯電領域が現像ニップに突入することによるものである。そして第二の原因は、画像形成装置停止中に現像ローラ上（現像剤担持体上）のトナー帯電量が低下することによるものである。特に図６（ｂ）に示す領域Ａは、起動時に現像ニップを通過するまで部材で摺擦されないため帯電量が著しく低くなる。そのため現像ニップでの電気的制御が困難となり、かぶり量が多くなる。

＜＜バイアス印加形態＞＞
本実施形態においては、前記画像形成装置停止時における領域Ａ上（図６）のトナーによって、起動時に感光ドラム１上に「起動かぶり」が発生することを抑制することを目的としている。そのために、現像ローラ６上の正規極性に帯電したトナーが現像ローラ６側に付勢されるような電位関係を形成する。そして、制御装置２００の指示に基づき、図２の現像バイアス印加手段３８は現像ローラ６に対しトナーの正規帯電極性とは逆極性のバイアスを印加する。なお、本実施形態では、正規極性は負極性とするが、正規極性が正極性の場合にも、印加バイアスの正負を逆にすることで実施できることは当業者であれば明らかであろう。

＜＜駆動制御形態＞＞
更に、図６の前記現像ローラ６上の領域Ａが、少なくとも画像形成装置起動時から現像ニップを通過するまでの間は、制御装置２００は、前記感光ドラム１と前記現像ローラ６との相対速度差が画像形成動作中よりも大きくなるよう制御を行う。

そのために本実施形態では駆動手段３６、３７としてＦＯＣ（Ｆｉｅｌｄ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）モータが、感光ドラム１、現像ローラ６にそれぞれ独立に設けられている。ＦＯＣモータはベクトル制御のアルゴリズムが実装されたＩＣの登場により低価格化が可能となってきている。このＦＯＣモータは、従来電子写真用画像形成装置に用いられてきたモータに対し低速度領域での回転安定性に優れ、駆動中の回転速度変更も高精度に実行できるという特長がある。本実施形態においては、以上の駆動手段３６、３７の駆動速度と駆動タイミングを制御装置２００によって制御する。即ち、制御装置２００は、速度制御部として動作する。

＜＜タイミングチャート＞＞
本実施形態において後述する効果確認実験で用いたバイアス印加制御、及び駆動制御のタイミングチャートの概要を図３に示す。

まず時刻ｔ１のタイミングで感光ドラム１、現像ローラ６が駆動停止した状態で、トナーの正規帯電極性とは逆の極性となる＋２００Ｖの現像バイアスを現像バイアス印加手段３８は印加する。これにより現像ローラ６の停止時、及び駆動時の現像ニップにおいて、現像ローラ６上のトナーをできるだけ現像ローラに引きつけることができる。

その後、時刻ｔ２で感光ドラム１を駆動する為の感光ドラム駆動手段３７を、また現像ローラ６を駆動する為の現像ローラ駆動手段３６を停止状態から起動し、感光ドラム１、現像ローラ６をそれぞれ所定のＶα、Ｖβの回転速度（周速度）で駆動する。このＶα、Ｖβの差が、後述する感光ドラム－現像ローラ相対速度差に相当し、本実施形態では、この相対速度差を、起動かぶり防止シーケンス中、通常画像形成時よりも大きくする点に特徴を有する。

そして、現像ローラ６の領域Ａが含まれる時刻ｔ２～ｔ３の区間の全部又は一部が、課題とする「起動かぶり」が発生する領域である。なお、実際には、現像ローラ６による、感光ドラム１上に担持されたトナー像の記録材への転写が行われるまでは、例えばレーザ走査を行うポリゴンの回転速度を安定化させる等、各ユニットの駆動速度を調整する時間が必要となる。また、記録材３５が転写部まで搬送されるまでに所定時間を要する。従って、時刻ｔ１～ｔ３の区間で、現像バイアスを正規帯電極性とは逆極性にしたり、帯電バイアスをオフしておくことは、画像形成という観点では問題がない。

その後、時刻ｔ３で帯電バイアスを印加し、感光ドラム１表面を画像形成中の－５００Ｖに帯電する。そして、感光ドラム１上の－５００Ｖに帯電された位置が現像ニップに到達したタイミング（ｔ４）に同期して、現像バイアス印加手段３８は、現像バイアスを画像形成中のバイアス－３００Ｖに切り替える。画像形成時の所定の電位（本実施例では－５００Ｖ）に帯電された感光ドラム１表面が、少なくとも現像ニップに到達するまで上記相対速度を通常画像形成動作中よりも大きくすれば起動かぶりを効果的に軽減できる。

その後、ｔ４～ｔ５間で各モータの駆動速度を切換え、切替後の速度が安定化するよう制御し、ｔ５の画像形成動作開始までに、画像形成時の感光ドラム１、及び現像ローラ６の駆動速度となるように調整する。その後、ｔ５以降で画像形成動作を行う。

なお、図３のタイミングチャートでは、領域Ａに対応するタイミング以降においても、Ｖα、Ｖβの回転速度差を通常画像形成時よりも大きくしている。しかし、現像ローラ駆動手段３６及び／又は感光ドラム駆動手段３７により上記相対速度差を通常画像形成動作中よりも大きくする時間は、少なくとも領域Ａに対応するが現像ニップにある間まで継続すれば良好な結果が得られることが確認できている。また、感光ドラム未帯電領域が、領域Ａよりも長い時間現像ニップ部を通過する場合は、上記相対速度差を通常画像形成動作中よりも大きくする時間を、感光ドラム未帯電領域が現像ニップを通過する間にすると良好な結果が得られることを確認している。

次に本実施形態の実施例の制御の詳細について説明する。なお、以下に示す駆動速度、及び相対速度差の値は、図６の領域Ａを含む図３の時刻ｔ２～ｔ３の区間における平均速度を用いて算出した値である。

＜比較例１＞
比較例１では、図３の時刻ｔ２～ｔ３間の感光ドラム１と現像ローラ６の駆動速度は画像形成時と同じであり、感光ドラム１と現像ローラ６との相対速度差は４２ｍｍ／ｓｅｃである。

＜実施例１＞
実施例１では、図３の時刻ｔ２～ｔ３間で現像ローラ６の感光ドラム１に対する周速比を２４０％とした。感光ドラム１と現像ローラ６との相対速度差は２９４ｍｍ／ｓｅｃである。

＜実施例２＞
実施例２では、図３の時刻ｔ２～ｔ３間で現像ローラ６の感光ドラム１に対する周速比を６０％とした。感光ドラム１と現像ローラ６との相対速度差は８４ｍｍ／ｓｅｃである。

＜実施例３＞
実施例３では、図３の時刻ｔ２～ｔ３間で感光ドラム表面周速を４２ｍｍ／ｓｅｃとし、現像ローラ６の感光ドラム１に対する周速比を３００％とした。感光ドラム１と現像ローラ６との相対速度差は８４ｍｍ／ｓｅｃである。

（発明の効果を検証する実験結果）
発明の効果を検証するための実験結果について説明する。実験は、２３℃／５０％の環境で行い、画像形成動作後に２４時間装置を停止させた後、中間転写ベルト３１が感光ドラム１と離間した状態で、図３に示す画像形成装置の起動制御を行なった。そして、時刻ｔ４付近で画像形成動作を途中停止し、その間にトナー回収容器に回収された量を測定した。こうすることで時刻ｔ２～ｔ３の起動かぶり領域での制御変更の効果を精度良く検証することができる。

なお、本実験においては以上の操作を３回行い、一回当たりにトナー回収容器に回収された量を比較例１、及び実施例１～３において比較検証した。結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１では比較例１に対して一回当たりの回収量が４．０ｍｇ→２．０ｍｇに少なくなる結果となった。また、実施例２、３においても同様に実施例２は４．０ｍｇ→２．１ｍｇに、実施例３では４．０ｍｇ→２．２ｍｇに回収量が少なくなる結果となった。

また、実施例２においては「起動かぶり」に対する効果に加え、現像ローラの回転距離が比較例１に対して５０％に減少するため、現像ユニット２０の長寿命化が可能となる優れた効果がある。さらに、実施例３においては、更に感光ドラム１の回転距離が比較例１に対して２０％に減少するため、「起動かぶり」に対する効果に加え、現像ユニット２０、及び感光体ユニット２１の長寿命化も可能となる優れた効果がある。

表１の効果が得られたのは次の理由による。前述のように領域Ａの「起動かぶり」が多いのは、画像形成装置動作終了時に現像ローラに担持された領域Ａのトナーの帯電量が、画像形成装置が停止している間に顕著に低下することが原因である。領域Ａの帯電量が低下したトナーが現像位置に到達したときに、逆極性の現像バイアスを単に印加しても、電気的に制御し難く、そのため「起動かぶり」を少なくすることは難しい。

この領域Ａの現像ローラ上のトナーの帯電量を上昇させるための手段として、本発明者らは現像ニップでのトナーの摩擦帯電プロセスに着目した。図４に現像ニップの摩擦帯電プロセスの模式図を示す。トナーは現像ニップで転動し、感光ドラム１、及び現像ローラ６と相互に摩擦帯電する。比較例１では、感光ドラム１と現像ローラ６との相対速度差は４２ｍｍ／ｓｅｃであり、現像ニップにおけるトナーの転動量、ひいては摩擦帯電量は相対的に少ない。一方、実施例１では感光ドラム１と現像ローラ６との相対速度差は２９４ｍｍ／ｓｅｃであり、トナーの転動量、ひいては摩擦帯電は活発になり感光ドラム１と現像ローラ６から受け取る負電荷の量は相対的に多くなる。そうなることで、画像形成装置が停止している間に低下した領域Ａのトナーの帯電量を現像ニップ通過時に高めることが可能となる。

そして、実施例１において負帯電量が増加した領域Ａのトナーは、逆極性の現像バイアスによって、現像ローラ６に引きつけられ、感光ドラム１への「起動かぶり」量は少なくなり、表１に示すように回収量を少なくすることができる。

この現像ニップでの摩擦帯電の活発度合いは、トナー量が領域Ａで一定の条件下において、現像ニップにおけるトナーの単位時間当たりの転動回数に依存する。この転動回数は、感光ドラム１と現像ローラ６との相対速度差を現像ローラ６の表面周速で割った値に対応する。（比較例１では０．１７、実施例１は０．５８、実施例２、３はいずれも０．６７）そのため、実施例２のように現像ローラの回転数を遅くした場合においても、同様の作用で「起動かぶり」が少なくなる効果が得られる。また、同様の原理により実施例３のように感光ドラム１の回転速度を遅くして、現像ローラ６の回転速度を画像形成時よりも遅くしつつ、相対速度差を高く保つことでも、「起動かぶり」が少なくなる効果は得られる。例えば実施例３では、感光ドラム表面速度及び現像ローラ表面周速度の両方を遅くしているが、感光ドラムと現像ローラの周速差が画像形成時よりも大きくなる限り、一回当たりのトナーの回収量が軽減される効果が実験で確認された。従って、例えば、実施例３の条件から現像ローラ表面周速を２５２ｍｍ／ｓｅｃや３００ｍｍ／ｓｅｃに変更したとしても、一回当たりのトナーの回収量が減少することが実験で確認された。

以上説明したように、起動時に感光ドラムと現像ローラとの相対速度差を高めて現像ニップでトナーを活発に摩擦帯電することで、画像形成装置の停止間に低下した現像ローラ上のトナー帯電量を高めることが可能となる。これにより「起動かぶり」が十分に少なくなり、省エネ、小型化、及び長寿命化が可能な現像離間レス一成分接触現像方式の画像形成装置を提供することが可能となる。

（実施形態２）
実施形態２では、実施形態１に対して感光ドラム１の表面材質を変更する、より望ましい実施形態について説明する。感光ドラム１の表面材質以外の構成と動作は実施形態１と同様である。

＜実施例４＞
実施例４は表面層としてアクリル樹脂を形成したものを用いた。表面層がアクリル樹脂の感光ドラムの製造例として、特開２０１６－０５０９５３号公報がある。本実施例では特開２０１６－０５０９５３号公報の製法例によって作製した感光ドラムを用いた。そして、実施例４の制御として、図３の時刻ｔ２～ｔ３間で現像ローラ６の感光ドラム１に対する周速比を２４０％とした。感光ドラム１と現像ローラ６との相対速度差は２９４ｍｍ／ｓｅｃである。

＜実施例５＞
実施例５も実施例４と同様の感光ドラムを用いた。そして、実施例５の制御として図３の時刻ｔ２～ｔ３間で感光ドラム表面周速を４２ｍｍ／ｓｅｃとし、現像ローラ６の感光ドラム１に対する周速比を３００％とした。感光ドラム１と現像ローラ６との相対速度差は８４ｍｍ／ｓｅｃである。

（発明の効果を検証する実験結果）
発明の効果を検証するための実験結果について説明する。実験は実施形態１の実験条件の項で示した条件と同様である。実験の結果を表２に示す。

表１、表２に示すように、実施例４では比較例１に対して一回当たりの回収量が４．０→０．５ｍｇに著しく少なくなる優れた効果が得られた。また、実施例５においても４．０→０．３ｍｇに回収量が著しく少なくなる優れた効果が得られた。また、表１、表２に示すように、感光ドラム表層がアリレートの場合の同様の駆動条件である実施例１、３に対しても回収量が著しく少なくなる優れた効果が得られた。また、実施例５においては、感光ドラム１と現像ローラ６の回転距離が表１の比較例１に対して減少するため、「起動かぶり」に対する著しい効果に加え、現像ユニット２０、及び感光体ユニット２１の長寿命化も可能となる優れた効果がある。

以上の効果が得られたのは次の理由による。本発明者は、一成分接触現像方式においてアクリル樹脂を表面層に設けた感光ドラムを用いると、現像ニップで感光ドラム表面から受け取る負電荷の量が増加することを見出した。この作用は、アクリル樹脂の電気抵抗が実施形態１で用いたアリレートや、一般的に用いられるポリカーボネートなどに対して低く、トナーに対し電荷を付与しやすいからである。

実施例４、５は、この作用を活用したものである。図５の現像ニップでのトナー摩擦帯電プロセス模式図に示すように、実施例４においては現像ニップで感光ドラム表面から受け取る負電荷の量が増加する。そのため、現像ニップでの一転動当たりの摩擦帯電量が多いため「起動かぶり」が著しく良化する効果が得られたのである。

以上説明したように、起動時に感光ドラムと現像ローラとの相対速度差を高めて現像ニップでトナーを活発に摩擦帯電することで、画像形成装置の停止間に低下した現像ローラ上のトナー帯電量を高めることが可能となる。これにより「起動かぶり」が十分に少なくなり、省エネ、小型化、及び長寿命化が可能な現像離間レス一成分接触現像方式の画像形成装置を提供することが可能となる。

なお、本実施例では、アクリル樹脂として特開２０１６－０５０９５３の製法例によって作製した感光ドラムを用いたが、その他のアクリル樹脂であっても上述の効果は得られる。例えば、紫外線硬化型のアクリル樹脂においても上述の効果が得られる。

（その他の実施形態）
以上の実施形態１、２においては、現像ニップで帯電したトナーを現像ローラ６に引き寄せる為に現像ローラ６に逆極性のバイアスを印加することにより形成した。しかしこれに限定されない。

例えば、図６で説明した領域Ａ上に担持されるトナーが所定時間未満の放置の場合、帯電電位は画像形成時の電位とそれほど変わっていない。この場合、制御装置２００は、領域Ａに担持されたトナーが現像ニップを通過する際、現像ローラ６に引き寄せされるよう、現像バイアス印加手段３８に画像形成の動作中と同極性で且つ絶対値の小さいバイアスで印可させても良い。現像バイアス印加手段３８によるバイアス印加値は、予想される感光ドラム１の表面上の電位の絶対値よりも小さい絶対値となるように設定される。また、画像形成終了後に、放置について、所定時間が経過したか、或いは所定時間未満かの判断は、制御装置２００が画像形成動作終了からの経過時間を計時すればよい。

また、実施形態１、２では駆動手段、及び駆動速度制御手段として現像ローラ６、感光ドラム１それぞれに独立に設けたＦＯＣモータを用い、クラッチを介さずに高精度の駆動速度制御を行った。実施形態はこれに限定されるものではなく、公知のように起動時の駆動速度となる第一の伝達機構と、画像形成時の駆動速度になる第二の伝達機構を設け、その伝達経路を電磁クラッチにより切り替える手段によっても発明の効果を得ることができる。

１ 感光体ドラム
２ 帯電ローラ
３ クリーニング部材
４ 回収シート部材
５ 回収容器
６ 現像ローラ
７ トナー供給ローラ
８ 現像ブレード
９ トナー
１０ トナー搬送部材
１１ 現像室
２０ プロセスカートリッジ
２１ 感光体ユニット
２２ 現像ユニット
３０ 露光装置
３１ 中間転写ベルト
３２ 一次転写ローラ
３３ 二次転写ローラ
３４ 定着装置
３５ 記録材
１００ 画像形成装置
２００ 制御装置

Claims (8)

1. 静電潜像を形成可能な像担持体と、
   前記静電潜像を現像剤によって現像する現像剤担持体と、
   前記像担持体表面を帯電する帯電ローラと、
   前記帯電ローラに帯電バイアスを印加する帯電バイアス印加手段と、
   前記現像剤担持体上の現像剤を規制する規制ブレードと、
   前記現像剤担持体の周速度を、前記像担持体の周速度とは独立して制御する速度制御部と、
   前記現像剤担持体にバイアスを印加する現像バイアス印加手段と、を有する画像形成装置において、
   前記画像形成装置の停止時における前記像担持体と前記現像剤担持体との現像ニップから、前記現像剤担持体の回転方向において前記現像ニップよりも上流側に配置される前記規制ブレードまでの現像剤担持体上の領域Ａに担持された現像剤が、前記現像剤担持体の回転により現像ニップを通過する際、前記現像バイアス印加手段は、現像剤が現像剤担持体に引き寄せられるような電位関係を前記像担持体と前記現像剤担持体との間に形成し、
   前記速度制御部は、停止状態から起動した後に、前記現像剤担持体上の領域Ａが、少なくとも前記現像ニップを初めて通過するまでの間、および、所定の帯電バイアスで帯電された像担持体表面が、少なくとも前記現像ニップに到達するまでは、前記像担持体と前記現像剤担持体との相対速度差が画像形成の動作中よりも大きくなるよう制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記速度制御部は、前記相対速度差を画像形成の動作中よりも大きくするよう、前記現像剤担持体の周速度を上げることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記速度制御部は、前記相対速度差を画像形成の動作中よりも大きくするよう、前記像担持体の周速度を下げることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像バイアス印加手段は、前記電位関係を、現像剤の正規帯電極性とは逆極性のバイアスを現像剤担持体に印加することで形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記領域Ａ上の現像剤の担持が所定時間未満の放置の場合に、前記現像バイアス印加手段は、前記現像剤担持体上の領域Ａに担持された現像剤が、前記現像ニップを通過する際、前記現像剤が前記現像剤担持体に引き寄せられるよう、画像形成の動作中における現像剤の正規帯電極性と同極性で且つ絶対値の小さいバイアスを印加することを特徴と請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体の表面層は、アクリル樹脂であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記現像剤担持体は、画像形成装置の停止中、画像形成の動作中、及び画像形成の非動作中において前記像担持体と接触していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記現像剤は非磁性の一成分現像剤であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の画像形成装置。

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