(57)【要約】【課題】帯電性が低い状態および良好な状態のいずれのトナーに対しても適正な帯電量を付与することで、現像性への悪影響と帯電部材へのトナー固着を防止するとともにかぶりの発生を低減できる現像装置を提供する。【解決手段】外周面にトナー層を保持しつつ回転する現像ローラ１４に前記トナー層を介して接触する電圧印加部材１８を有する現像装置１０であって、電圧印加部材１８が前記トナー層に対して印加する電圧が、湿度または駆動積算時間に基づいて交流電圧と直流電圧との間で切り替えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にトナー層を保持しつつ回転する現像ローラに前記トナー層を介して接触する電圧印加部材を有する現像装置であって、
前記電圧印加部材が前記トナー層に対して印加する電圧が、トナー帯電性に関する条件に基づいて交流電圧と直流電圧との間で切り替えられることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記トナー帯電性に関する条件は、現像装置の駆動積算時間を含むことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記現像装置の駆動積算時間が所定時間を上回ったとき、交流電圧から直流電圧に切り替えられることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記トナー帯電性に関する条件は、湿度を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記湿度が所定値を上回ったとき、交流電圧から直流電圧に切り替えられることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
【請求項６】
前記湿度が所定値を下回ったとき、直流電圧から交流電圧に切り替えられることを特徴とする請求項４または５に記載の現像装置。
【請求項７】
前記交流電圧と前記直流電圧との間での切り替えは、１枚の画像形成動作中には禁止されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の現像装置。
【請求項８】
前記交流電圧と前記直流電圧との間での切り替えは、１ジョブの複数枚の画像形成動作中には禁止されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタや複写機などの電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンタや複写機などの電子写真方式の画像形成装置には、感光体の表面に形成された静電潜像をトナーで現像して可視像化する現像装置が使用されている。この現像装置は、一般に、外周面に帯電されたトナーを薄層状に保持しつつ回転する現像ローラまたは現像スリーブを有しており、この現像ローラ等から感光体上にトナーが供給されるようになっている。
【０００３】
一方、近年、プリンタがオフィスに急速に普及してきており、ユーザの画質およびコストに関する意識は高まっている。画像ノイズの１つとして、感光体上の静電潜像以外の部分にトナーが付着して起きる「かぶり」があるが、これは耐久時に現像装置内のトナーが劣化することによるトナー帯電量低下に起因して発生しやすい。また、耐久によるトナー帯電量低下は、画質劣化だけでなく、トナー消費量増加を招き、実質的にユーザのコスト負担を大きくしている。
【０００４】
現像装置においてトナーを帯電させるためには、ブレード状部材を現像ローラに押し当てて、現像ローラ上に薄層状に保持されたトナーに前記ブレード状部材で直流電圧を印加することにより帯電させる方法があるが、ブレード状部材と現像ローラとの間に形成されるニップ幅が小さいと、劣化トナーに対しては十分な帯電量を与えることが困難になる。そこで、大きいニップ幅を得るために、下記特許文献１ないし７では、可撓性があるフィルム状部材を現像ローラに当接させる方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−１５５０６５号公報
【特許文献２】特開平５−１１５８３号公報
【特許文献３】特開平５−２２４５１７号公報
【特許文献４】特開平９−９０７４４号公報
【特許文献５】特開平１０−３１３５８号公報
【特許文献６】特開平１０−１３３４７４号公報
【特許文献７】特開平１１−２７２０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フィルム状部材を用いてニップ幅を大きくして、前記フィルム状部材を介してトナー層に直流電圧を印加した場合、帯電性が低い状態にあるトナーについても適正な帯電量（例えば−１５〜−４０μｃ／ｇ）まで帯電させることができ、これによりかぶりの発生を低減できるが、その一方、帯電性が良好な状態にあるトナーについては過剰帯電（例えば−４０μｃ／ｇ以上）してしまう。過剰帯電したトナーはクーロン力によって現像ローラ上に強く拘束されるため、現像ローラから離れにくくなって現像性に悪影響を及ぼす懸念がある。
【０００７】
このような過剰帯電の対策として、直流電圧の電位を小さくすることが考えられる。しかしながら、その場合にはトナーを現像ローラ上に拘束するための電界が弱くなるために、トナーがフィルム状部材に固着するという別の問題が発生する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、帯電性が低い状態および良好な状態のいずれのトナーに対しても適正な帯電量を付与することで、現像性への悪影響と帯電部材へのトナー固着を防止するとともにかぶりの発生を低減できる現像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために本発明は、外周面にトナー層を保持しつつ回転する現像ローラに前記トナー層を介して接触する電圧印加部材を有する現像装置であって、
前記電圧印加部材が前記トナー層に対して印加する電圧が、トナー帯電性に関する条件に基づいて交流電圧と直流電圧との間で切り替えられることを特徴とするものである。
ここで、「交流電圧」とは、直流成分と交流成分を重畳した振動電圧をいう。
【００１０】
この構成からなる現像装置によれば、トナーの帯電性が良好なときには実効値が低い交流電圧を印加することでトナーに適正な帯電量を付与して過剰帯電を防止し、これにより現像への悪影響の回避することができる。また、トナーが交流電界によって振動することで電圧印加部材へのトナー固着を防止することができる。一方、トナーの帯電性が低いときには直流電圧を印加することでトナーに適正な帯電量を付与することができ、これによりトナーの帯電不良を改善してかぶりの発生を低減することができる。
【００１１】
本発明の現像装置において、前記トナー帯電性に関する条件は、現像装置の駆動積算時間を含んでもよい。この場合、前記現像装置の駆動積算時間が所定時間を上回ったとき、交流電圧から直流電圧に切り替えられてもよい。
【００１２】
また、本発明の現像装置において、前記トナー帯電性に関する条件は、湿度を含んでもよい。この場合、前記湿度が所定値を上回ったとき、交流電圧から直流電圧に切り替えられる一方、前記湿度が所定値を下回ったとき、直流電圧から交流電圧に切り替えられてもよい。
【００１３】
また、本発明の現像装置において、前記交流電圧と前記直流電圧との間での切り替えは、１枚の画像形成動作中には禁止されてもよい。
【００１４】
さらに、本発明の現像装置において、前記交流電圧と前記直流電圧との間での切り替えは、１ジョブの複数枚の画像形成動作中には禁止されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように本発明の現像装置によれば、帯電性が低い状態および良好な状態のいずれのトナーに対しても適正な帯電量を付与することができ、これにより現像性への悪影響と帯電部材へのトナー固着を防止できるとともに、かぶりの発生を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態である現像装置を用いた画像形成装置１００の概略図である。画像形成装置１００は、３つのローラ１０２，１０４，１０６によって支持されて矢印Ｘ方向に回転駆動される中間転写ベルト１０８を備えている。
【００１８】
中間転写ベルト１０８の下には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色トナーに対応する作像ユニット１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋが並べて配置されている。これらの作像ユニット１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋによって中間転写ベルト１０８上に４色のトナー画像が重ねて形成できるようになっている。
【００１９】
前記ローラ１０６によって支持された中間転写ベルト１０８の部分には、転写ローラ１１２が接触配置されている。この転写ローラ１１２と中間転写ベルト１０８との間が転写領域１１４になっている。
【００２０】
画像形成装置１００の下部には、用紙Ｓを収容する給紙カセット１１６が配置されている。給紙カセット１１６に積載収容された用紙Ｓは、給紙ローラ１１８によって１枚ずつ送り出されるようになっている。
【００２１】
給紙カセット１１６から送り出された用紙Ｓは、用紙搬送ユニット１２０等によって略鉛直方向に搬送されるようになっている。その搬送過程において、用紙Ｓが転写領域１１４を通過する際に中間転写ベルト１０８から用紙Ｓ上にトナー画像が転写され、その後、トナー画像を担持した用紙Ｓは定着装置１２３を通過する際にトナー画像が定着され、そして、トナー画像が定着された用紙Ｓは用紙排出口１２１を介して画像形成装置１００の上部に設けられた排紙トレイ１２２に排出されるようになっている。
【００２２】
図２は、前記作像ユニット１１０Ｙ，１１０Ｍ，１１０Ｃ，１１０Ｋにそれぞれ設けられている現像装置１０の概略構成図である。現像装置１０は、トナーＴを収容した筐体からなるケース１２を備えている。ケース１２には、長手方向（図２の奥行き方向）に沿って延びる開口部が形成されており、その開口部に現像ローラ１４が矢印Ａ方向に回転駆動可能に設けられている。現像装置１０は、現像ローラ１４が図示しない感光体に近接して対向配置されている。
【００２３】
ケース１２内には、供給ローラ１６が現像ローラ１４に接触して配設されている。供給ローラ１６が矢印Ｂ方向に回転駆動されることにより、トナーＴが現像ローラ１４に供給されて、現像ローラ１４の外周面上に薄いトナー層が形成されるようになっている。
【００２４】
ケース１２の上部には、例えば半導電性の可撓性樹脂フィルムからなる電圧印加部材１８が固定されている。電圧印加部材１８は、電極２２に取り付けられた例えば導電性スポンジからなるバックアップ部材２０によって現像ローラ１４に向かって押圧されている。これにより、電圧印加部材１８は、外周面に保持されたトナー層を介して現像ローラ１４に所定の角度範囲をもって接触している。
【００２５】
電極２２には、電源２４が電気的に接続されている。電圧印加部材１８には、電源２４により電極２２からバックアップ部材２０を介して電圧が印加されるようになっている。電源２４は、電極２２に対して、直流電圧または交流電圧（直流成分と交流成分を重畳した振動電圧、以下に同じ。）を印加可能である。
【００２６】
電源２４には、制御部２６が電気的に接続されている。電源２４は、制御部２４からの信号によって、電極２２に印加する電圧を直流電圧と交流電圧との間で切り替えるようになっている。
【００２７】
制御部２６は、現像装置１０の駆動積算時間を算出して記憶するとともに、湿度センサ２８から入力される相対湿度情報と前記駆動積算時間とに基づいて電源２４へ電圧切替信号を出力するようになっている。なお、前記駆動積算時間は、画像形成装置における画像形成積算枚数として算出されてもよい。
【００２８】
続いて、前記構成からなる現像装置１０の動作について説明する。
現像装置１０では、現像ローラ１４が矢印Ａ方向に回転駆動されるとともに、供給ローラ１６が矢印Ｂ方向に回転駆動される。回転する供給ローラ１６によってケース１２内に収容されたトナーＴが現像ローラ１４に供給されて、現像ローラ１４の外周面上に薄いトナー層が形成される。
【００２９】
現像ローラ１４の外周面上のトナー層は、現像ローラ１４の回転にしたがって電圧印加部材１８との接触領域へと移動する。そして、この接触領域を通過する間に、トナーは電源２４から電圧が印加された電圧印加部材１８によって帯電されるが、電圧印加部材１８に印加される電圧は次のように制御される。
【００３０】
例えば、湿度が所定値以下である通常時、または、現像装置１０の駆動積算時間が所定時間以下である初期または中期のとき、トナーの帯電性は未だ良好であることから、制御部２６は、電源２４から電圧印加部材１８に交流電圧を印加させる。このときの交流電圧は、例えば、０Ｖと−２００Ｖとの間を周波数２ｋＨｚで振動する矩形波振動電圧である。
【００３１】
このような交流電圧はトナー帯電に寄与する実効値が小さいので、トナーは過剰帯電になることなく所望の帯電量（例えば−２５〜−３５μｃ／ｇ）が付与される。これにより、トナー過剰帯電によって現像されにくくなるという現像性への悪影響を回避することができる。また、交流電圧の印加によって電圧印加部材１８と現像ローラ１４との間に形成される交流電界の作用でトナーが振動することで、電圧印加部材１８へのトナー固着を防止することができる。
【００３２】
一方、例えば、湿度が所定値を上回った高湿度環境時、または、現像装置１０の駆動積算時間が所定時間を上回った末期のとき、トナーは劣化することで帯電性が低くなっていることから、そのときには制御部２６は、電源２４から電圧印加部材１８に例えば−２００Ｖの直流電圧を印加させる。これにより、トナーに所望の帯電量を付与することができ、トナー帯電不良に起因するかぶりの発生を低減することができる。
【００３３】
このように本実施形態の現像装置１０によれば、帯電性が低い状態および良好な状態のいずれのトナーに対しても所望の帯電量を付与することができ、これにより現像性への悪影響と電圧印加部材１８へのトナー固着を防止できるとともに、かぶりの発生を低減できる。
【００３４】
なお、制御部２６は、湿度が所定値以下になって高湿環境から通常状態に変化したとき、現像装置１０の駆動積算時間が末期になっていなければ、上述したのとは逆に、電源２４から電圧印加部材１８に印加される電圧を直流電圧から交流電圧に切り替える。
【００３５】
また、上述したような交流電圧と直流電圧との間での切り替えは、１枚の画像形成動作中や１ジョブの複数枚の画像形成動作中には禁止される。これは、一連の画像形成動作中に現像条件が変わるのを避けるためである。
【００３６】
さらに、本実施形態では、湿度および現像装置１０の駆動積算時間に基づいて交流電圧と直流電圧との間での切り替えを行ったが、現像条件（例えば現像バイアス）や潜像条件（例えば印字面積率）などに基づいて前記切り替えを行ってもよい。
【００３７】
さらにまた、本実施形態では、相対湿度または駆動積算時間に基づいて交流電圧と直流電圧との切替制御を行ったが、画像形成装置は環境温度を検出する温度センサを通常備えていることから、環境温度に基づいて前記切替制御を行ってもよし、あるいは、相対湿度と環境温度とから求められる絶対湿度に基づいて前記切替制御を行ってもよい。
【００３８】
次に、本実施形態の現像装置１０の効果を確認するために行った実験について説明する。
【００３９】
この実験では、電圧印加部材１８として、体積抵抗１０３〜１０８Ω・ｃｍで厚み数十〜数百μｍの間での均一厚みの低抵抗フィルムを用いた。そして、電圧印加部材１８に印加される電圧は、比較例では直流電圧または交流電圧のいずれか一方とし、現像装置１０の実施例では下記の表１に示すように湿度状態および耐久状態に応じて交流電圧と直流電圧との間で切り替えを行った。表１において、−１００、−２００および−３００は単位をＶとする直流電圧を示し、Ｖｐｐ１００は０Ｖおよび−１００Ｖのピーク電圧間を周波数２ｋＨｚで振動する交流電圧、Ｖｐｐ１５０は０Ｖおよび−１５０Ｖのピーク電圧間を周波数２ｋＨｚで振動する交流電圧、Ｖｐｐ２００は０Ｖおよび−２００Ｖのピーク電圧間を周波数２ｋＨｚで振動する交流電圧をそれぞれ示す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
まず、比較例において、帯電電圧として直流電圧を印加したときの初期状態と耐久後におけるトナー帯電量の変化を調べた結果を図３のグラフに示す。トナーの帯電性が良好である初期状態のとき、印加電圧が０〜−５０Ｖの範囲では所望の帯電量（−２５〜−３５μｃ／ｇ）が得られるが、印加電圧の電位が小さいためにトナーを現像ローラ上に拘束するための電界が弱くなって電圧印加部材１８へのトナー固着が発生した。また、印加電圧が−５０Ｖよりも大きくなると、トナーが過剰帯電状態になって現像されにくくなる弊害が生じた。その一方、劣化によりトナーの帯電性が低くなっている耐久後では、印加電圧が−３００Ｖ以下のときには所望の帯電量が得られず、かぶりが発生した。なお、印加電圧を−３００Ｖよりも大きくしていくと、電圧印加部材１８と現像ローラ１４との間でリークが発生しやすくなるので、好ましくない。
【００４２】
続いて、比較例において、帯電電圧として交流電圧を用い、トナー帯電性が良好な低湿環境下の初期状態と、トナー帯電性が低くなっている高湿環境下の耐久後とにおけるトナー帯電量の変化を調べた結果を図４のグラフに示す。このグラフにおいて印加電圧Ｖｐｐは、前記表１について説明したのと同様である。図４のグラフの示す結果は、図３に示すものとほぼ同様である。すなわち、印加電圧Ｖｐｐが０〜１００Ｖの範囲では所望の帯電量が得られるが、Ｖｐｐが１００Ｖよりも大きくなるとトナーが過剰帯電状態になって現像されにくくなる弊害が生じた。なお、交流電圧の場合には振動電界によってトナーが振動するために、電圧印加部材１８へのトナー固着は発生しなかった。その一方、耐久後では、印加電圧Ｖｐｐを大きくしても所望の帯電量が得られず、かぶりが発生した。なお、印加電圧Ｖｐｐが４００Ｖでは、電圧印加部材１８と現像ローラ１４との間でリークが発生した。
【００４３】
最後に、現像装置１０の実施例において、印加電圧について前記表１に示すように交流電圧と直流電圧との間で切替制御を行い、トナー帯電性が良好な低湿環境および通常時と、トナー帯電性が低い高湿環境とにおけるトナー帯電性の変化を調べた結果を図５のグラフに示す。このグラフから明らかなように、現像装置１０の耐久寿命における初期、中期、末期にわたって所望のトナー帯電量が得られた。これにより、本実施形態の現像装置１０によれば、帯電性が低い状態および良好な状態のいずれのトナーに対しても所望の帯電量を付与することができ、現像性への悪影響と電圧印加部材１８へのトナー固着を防止できるとともに、かぶりの発生を低減できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】画像形成装置の概略構成図。
【図２】現像装置の概略構成図。
【図３】帯電電圧として直流電圧を用いたときのトナー帯電量の変化を示すグラフ。
【図４】帯電電圧として交流電圧を用いたときのトナー帯電量の変化を示すグラフ。
【図５】交流電圧と直流電圧との間で切替制御を行ったときのトナー帯電量の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４５】
１０…現像装置
１２…ケース
１４…現像ローラ
１６…供給ローラ
１８…電圧印加部材
２０…バックアップ部材
２２…電極
２４…電源
２６…制御部
２８…湿度センサ
１００…画像形成装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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