(57)【要約】【課題】  現像剤に与えるストレスを極力なくすことにより、高画質の画像を長期に亘って出力することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】  現像スリーブに現像剤を供給する現像剤供給手段と、前記現像剤供給手段に保持された現像剤を前記現像スリーブに吸着させる電磁石を複数個列状に設けられた電磁石列を有し、前記電磁石列のうち前記画像信号に基づいて、配置されている電磁石に電流を流すように制御する駆動電流制御手段を設けたこと。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号に基づいて像形成体表面に形成された静電潜像を磁性体のキャリアと非磁性体のトナーとを含む現像剤で現像して可視画像を形成する現像装置を有する画像形成装置において、
前記現像装置は像形成体表面に対向して配置される現像スリーブと、
前記現像スリーブに現像剤を供給する現像剤供給手段と、前記現像剤供給手段に保持された現像剤を前記現像スリーブに吸着させる電磁石を複数個列状に設けられた電磁石列を有し、
前記電磁石列のうち前記画像信号に基づいて、配置されている電磁石に電流を流すように制御する駆動電流制御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記駆動電流制御手段は像形成体の移動方向に予め定めた長さ以上連続して静電潜像が形成されない領域を検知し、検知された領域に相当する電磁石へは電流を流さないように制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
第１の画像形成モードとは異なる第２の画像形成モードを選択した場合には、前記電磁石を駆動する駆動電流を少なくするように制御する駆動電流制御手段を設けたことを特徴とする請求項１または２項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は像形成体表面に形成された静電潜像をトナーを含む現像剤で現像して可視画像を形成する現像装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年電子写真方式の画像形成装置において、高画質と高耐久性が要求されるようになってきた。
【０００３】
高耐久性を実現する上で重要な技術となるのは現像剤の寿命である。電子写真方式の画像形成装置においては、一般にトナーとキャリアから構成される２成分現像剤を用いた方が１成分現像剤よりも画質上有利である。しかし２成分現像剤の寿命を延ばすには現像剤に与えるストレスを減らすことが重要である。
【０００４】
現像剤へのストレスは現像機内のあらゆる所で与えられるが、その中で代表的な箇所は像形成体表面（感光体ドラムという）と現像剤担持体（現像ローラという）との隙間、および現像剤層形成部である。
【０００５】
現像剤へのストレスを低減する従来技術として、特許文献１には現像時以外では現像ローラの回転を停止する手段が記載されている。
【０００６】
また現像ローラの汲み上げ極を電磁石で構成し、現像時には電磁石を駆動し、非現像時には駆動を停止する方法が特許文献２に記載されている。
【０００７】
さらに特許文献３では、磁極の極性を所定の速度で周期的に変化させるように現像ローラ内に複数個の電磁石を用い、トナー濃度を比較判定して現像剤の搬送量を可変にし、感光体へのトナーの付着量を調整することにより現像剤のストレスを低減する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平２−１２５２７３号公報
【特許文献２】特開平６−１６１２５４号公報
【特許文献３】特開２００２−１０８１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特許文献１では本来の目的は現像ローラの回転を停止することにより駆動伝達力を低減することであり、現像剤ニップ領域（感光体との対向部）では、現像剤担持体上の現像剤は依然として現像ローラ表面に付着したままであるので現像剤ストレスは回避されていない。
【０００９】
特許文献２の本来の目的は複数の現像器を持つカラー画像形成装置において混色防止のために、非現像時には駆動を停止することである。この場合結果として現像剤へのストレスは低減可能となるが、画像信号が無い領域に現像剤を供給しないことについては特に記載されていない。
【００１０】
特許文献３はトナー濃度変化に対応して現像剤の搬送を変えることにより、感光体へのトナー付着量を変えることが目的であり、現像剤のストレスを積極的に低減することではない。
【００１１】
本発明の目的は現像剤に与えるストレスを極力なくすことにより、高画質の画像を長期に亘って出力することができる画像形成装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は下記構成によって達成できる。
【００１３】
請求項１に係る発明は、画像信号に基づいて像形成体表面に形成された静電潜像を磁性体のキャリアと非磁性体のトナーとを含む現像剤で現像して可視画像を形成する現像装置を有する画像形成装置において、前記現像装置は像形成体表面に対向して配置される現像スリーブと、前記現像スリーブに現像剤を供給する現像剤供給手段と、前記現像剤供給手段に保持された現像剤を前記現像スリーブに吸着させる電磁石を複数個列状に設けられた電磁石列を有し、前記電磁石列のうち前記画像信号に基づいて、配置されている電磁石に電流を流すように制御する駆動電流制御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、前記駆動電流制御手段は像形成体の移動方向に予め定めた長さ以上連続して静電潜像が形成されない領域を検知し、検知された領域に相当する電磁石へは電流を流さないように制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、第１の画像形成モードとは異なる第２の画像形成モードを選択した場合には、前記電磁石を駆動する駆動電流を少なくするように制御する駆動電流制御手段を設けたことを特徴とする請求項１または２項に記載の画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、画像信号から与えられた画像領域外にある電磁石には駆動電流を与えないので、電磁石は現像剤を現像スリーブに供給できずその量だけ現像剤のストレスを回避し、現像剤の寿命を延ばすことができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、画像信号に基づく画像で、像形成体移動方向に予め定めた長さ以上連続して静電潜像が形成されない領域に相当する電磁石には駆動電流を与えないようにすることにより、現像剤のストレスを低減できる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、写真等のベタ画像と文字画像を含む第１の画像形成モードに対して、線画や文字画像などで構成され、ある程度画質を落としてもトナーの消費量を抑制できる第２の画像モードを選択した場合電磁石に与える電流を少なくすることにより、現像スリーブに現像剤を供給する現像剤量を少なくすることで現像剤のストレスを減らし、現像剤の寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係る実施の形態について以下図１〜図７にて説明する。なお本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。
【００２０】
図１は本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す図である。
１０は静電潜像担持体である感光体ドラムで、例えばＯＰＣ感光体を導電性のドラム上に塗布したもので接地されて時計方向に駆動回転される。１２は、一端が開口した例えばアルミニウム、ステンレス等の金属製のハウジングの中央に、ブラシ状の放電電極１２１があり、前記開口部にはエッチング加工によって多数の穴が明けられたステンレス板よりなるグリッド部材が設置された構成の帯電装置である。所定電位に保持されたグリッド部材とコロナ放電用のブラシによるコロナ放電によって感光体ドラム１０周面に本実施の形態においては負の一様な帯電を行いＶHの電位を与える。この帯電装置１２による帯電に先立って、前プリントまでの感光体の履歴を除去するために発光ダイオード等を用いたＰＣＬ１１による露光を行って感光体周面の除電をしておく。
【００２１】
感光体ドラム１０への一様帯電の後レーザ書込み装置１３により画像信号に基づいた像露光が行われる。この像露光はコンピュータ、又は画像読取り装置２１から入力される画像信号を画像信号処理部によって処理を行ったのちレーザ書込み装置１３に入力して感光体ドラム１０上に静電潜像を形成する。
【００２２】
レーザ書込み装置１３は図示しないレーザダイオードを発光光源とし回転する回転多面鏡１３ａ、ｆθレンズ１３ｂ等を経て複数の反射鏡１３ｄにより光路を曲げられ主走査がなされるもので、感光体ドラム１０の回転による副走査によって静電潜像が形成される。本実施例では画像部に対して上記画像信号に基づいて露光を行ない、露光部が電位の絶対値が低いＶLになる反転潜像を形成する。
【００２３】
感光体ドラム１０周縁には、負に帯電した導電性のトナーと磁性キャリアから成る２成分の現像剤を内蔵した現像装置１４が設けられていて、磁石体を内蔵し現像剤を保持して回転する現像スリーブ１４ａによって反転現像が行われる。
【００２４】
現像剤はフェライトをコアとしてその周りに絶縁性樹脂をコーティングしたキャリアと、ポリエステルを主材料として顔料あるいはカーボンブラック等の着色剤、荷電制御剤、シリカ、酸化チタン等を加えたトナーとからなるもので、粒径１０〜５０μｍ、飽和磁化１０〜８０ｅｍｕ／ｇのキャリアに、粒径４〜１０μｍ、電荷量２０〜６０μＣ／ｇのトナーをトナー濃度５〜１０重量％になるよう混合したもので、現像スリーブ１４ａ上に０．１〜０．６ｍｍの層厚に規制されて現像域へと搬送される。
【００２５】
現像域における現像スリーブ１４ａと感光体ドラム１０との間隙は現像剤の層厚よりも大きい０．２〜１．０ｍｍとして、現像スリーブ１４ａと感光体ドラム１０との間には直流電圧ＶDCに交流電圧ＶACを重畳した交流バイアス電圧が印加される。トナーの帯電は直流電圧ＶDCと同極性（負）であるため、交流電圧ＶACによってキャリアから離脱するきっかけを与えられたトナーは、直流電圧ＶDCより電位の絶対値の高いＶHの部分には付着せず、電位の絶対値の低いＶLの部分にその電位差に応じたトナー量が付着し顕像化（反転現像）が行われる。又、現像スリーブ１４ａと感光体ドラム１０との間には直流電圧ＶDCのみ印加してもよい。なお現像は接触現像であっても差し支えない。トナー像を保持した感光体ドラム１０は次の転写工程で転写が行われる。
【００２６】
一方、給紙カセット１５より半月ローラ１５ａ及び搬送ローラ１５ｂ，１５ｃを介してタイミングローラ１５ｄまで搬出された記録紙Ｐは一旦停止し、転写のタイミングの整った時点でタイミングローラ１５ｄの回転作動によって転写域１６ｂへと給送される。転写域１６ｂにおいては転写のタイミングに同期して感光体ドラム１０の周面にトナーの帯電と逆極性の高電圧が印加された転写ローラ１６ａが圧接され、給紙した記録紙Ｐを挟着して感光体ドラム１０周面上のトナー像が記録紙Ｐ上に転写される。
【００２７】
次いで記録紙Ｐは僅かの間隙をもって配置された尖頭電極１６ｃによって除電され感光体ドラム１０周面より分離して定着装置１７に搬送され、熱ローラ１７ａと圧着ローラ１７ｂの加熱・加圧により転写トナーは溶融し、記録紙Ｐ上に固定された後、排出ローラ１８１，１８２によりトレイ部５４へ排出される。なお、前記の転写ローラ１６ａは記録紙Ｐの通過後より次のトナー像転写時までの間、感光体ドラム１０周面より退避離間している。
【００２８】
一方、記録紙Ｐにトナー像を転写した感光体ドラム１０は、交流コロナ放電器を用いた除電器１９により除電を受けたのち、クリーニング装置２０に至り感光体ドラム１０に当接したゴム材からなるクリーニングブレード２０ａによって周面上に残った残留トナーはクリーニング装置２０内に掻き落とされ、スクリュー等により排出あるいは貯留される。
【００２９】
クリーニング装置２０によって残留トナーを除去された感光体ドラム１０はＰＣＬ１１によって露光を受けた後帯電装置１２によって一様帯電を受け、次の画像形成サイクルに入る。
【００３０】
そこで本発明に係る現像装置について図２〜図３を用いて詳述する。なお図１と同一の構成には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
図２は本発明に係る現像装置の実施の形態を示す概略断面図である。
【００３２】
図２において現像スリーブ１４ａは感光体ドラム１０に対向する位置で同方向に回転する。また現像ローラ１４ｂの長手方向一列に、固定した磁石１４２〜１４５が磁極が互いに逆極性になるように配置され、供給ローラ１４ｃに対向する位置に現像スリーブ１４ａに現像剤を汲み上げるための電磁石列１４１が設けられている。
【００３３】
電磁石列１４１は図３（ａ）に示すように複数の電磁石１４１ａ、１４１ｂ、・・・１４１ｎが現像スリーブ内の電磁石取り付け板１４１ｐに一列に隙間なく配置され、コイルの巻き方向は現像スリーブの表面側から軸心側に向けるようになっている。
【００３４】
図３（ｂ）は電磁石に与える制御系を示すブロック図である。中央制御部は画像読み取り装置からの画像信号を書き込み制御部を通して書き込み部に伝え、静電潜像を形成する。また中央制御部は電磁石を駆動する駆動電流制御回路に画像信号に基づいて電磁石のＯＮ／ＯＦＦ信号を与える。
【００３５】
図３（ｃ）は電磁石の一部を拡大した図である。各々の電磁石にはそれぞれ駆動電流ｉが流れるように駆動電流制御回路が構成されており、電流ｉが矢印のように流れると磁力線がＦの方向に発生する。
【００３６】
図４は画像パターンと電磁石の関係を模式的に示した図である。図４に示すように像形成体が矢印（ｙ）方向に移動し、画像パターン中Ａ，Ｂ、Ｃのように画像形成領域がない部分は現像ローラ上に現像剤層を形成する必要が無い。従って現像ローラ上に現像剤を汲み上げる必要が無いので、その領域に対応する電磁石は駆動電流をＯＦＦにする。
【００３７】
画像部の両サイドにある電磁石（図４ｂ部）に対応する領域では現像剤搬送量が不安定になることも考えられるので、その場合は電磁石１４１ｎと１４１ｎ＋１までを駆動電流ＯＮとしても良い。
【００３８】
図５は画像信号と電磁石の電流入力信号の関係を示すタイミングチャートの一例である。
【００３９】
画像領域外（紙間や画像形成シーケンス開始時や終了時）の時間Ｔ１は、現像をする必要が無いので、現像ローラ上に現像剤層を形成する必要が無い。従って現像ローラ上に現像剤を汲み上げる必要が無いので、全ての電磁石の駆動電流をＯＦＦにする。また、画像領域内外の境界（ｔ１）での電流値ＯＮ／ＯＦＦのタイミングについては、搬送量の時間的な安定を考慮して、画像領域開始のｔ１秒（１０〜２０ｍｍ程度）前には駆動電流ＯＮの領域に入るように設定し、画像領域終了後ｔ２秒（１０ｍｍ程度）後ろまで駆動電流ＯＮの領域としておくのが現実的である。駆動電流ＯＮ／ＯＦＦの実際のタイミングは、現像ニップよりも汲み上げ極の方が現像ローラ回転方向の上流側にあることを考慮して設定すべきであることは当然である。
【００４０】
さらに、通常の第１の画像形成モードとは異なる、正確な画像濃度が要求されないトナーセーブモードのような第２の画像形成モードが選択された場合には、現像ローラ上の現像剤搬送量を少なめに設定しても良い。この場合には、通常の画像形成モードよりも小さい駆動電流とする。こうすることで、層形成部や現像ニップ部での現像剤ストレスをさらに低減することが可能となる。
＜実施例＞
以下、実施の形態に基づいて実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４１】
図２に示した現像装置を図１に示した画像形成装置に装着して画像を形成した。
【００４２】
画像形成装置の主な構成は以下の通りであり、以下の実施例においても共通の構成とした。
画像形成装置：Ａ４横  ７５枚／分のモノクロデジタル機
像形成体の移動速度（プロセススピード）Ｖ：４２０ｍｍ／秒
感光体ドラム直径：８０ｍｍ
感光体帯電電圧Ｖ０：−７００Ｖ
現像ローラ電位Ｖａ：−５００Ｖ
感光体ベタ露光電位Ｖｉ：−５０Ｖ
現像バイアスＡＣ成分：１．０ｋＶｐ−ｐ（矩形波、５ｋＨｚ）
潜像露光手段：半導体レーザー（波長７８０ｎｍ）
現像ローラ直径：３０ｍｍ／磁極数：５極
現像ローラ長手方向の着磁部分長さ：３３０ｍｍ
感光体表面〜現像ローラ表面距離：約０．３ｍｍ
現像ローラ上の現像剤搬送量：約２５０ｇ／ｍ2
現像ローラ移動速度／プロセススピード（＝現像θ）：２．０
トナー：体積平均粒径４．５μｍの重合トナー（黒）
キャリア：体積平均粒径２５μｍ／磁化の強さ６０ｅｍｕ／ｇ
トナー濃度：６％
＜実施例１＞
現像ローラ汲み上げ極を長手方向に３３個に分割した電磁石で構成（電磁石１個分の長さは１０ｍｍ）。それぞれを独立にＯＮ／ＯＦＦできる。画像領域外では全ての電磁石をＯＦＦ、画像領域内では、画像データが存在する部分の電磁石のみをＯＮ、その他はＯＦＦとする。電磁石ＯＮ時の電流は１個当たり５０ｍＡでそのときの現像剤搬送量は約２５０ｇ／ｍ2。電磁石ＯＦＦ時には搬送量０となる。電磁石ＯＮ時の電流値は図６に示す２種類の画像パターン（Ａ，Ｂ）によって切り換えない。
＜実施例２＞
実施例１の条件に加えて、電磁石ＯＮ時の電流値を画像パターン（Ａ，Ｂ）によって切り換える。
電磁石電流値と現像剤搬送量は、
画像Ａのとき：５０ｍＡ、約２５０ｇ／ｍ2
画像Ｂのとき：３０ｍＡ、約１５０ｇ／ｍ2
＜実施例３＞
画像領域外または画像領域内で画像データの存在しない部分の電磁石の電流をＯＮのままで電流値を少なく設定する。
【００４３】
電磁石電流値と現像剤搬送量は以下のとおり。
画像領域内の画像データが存在する部分：５０ｍＡ、約２５０ｇ／ｍ2
画像領域外と画像領域内の画像データが存在しない部分：２０ｍＡ、約１００ｇ／ｍ2
＜比較例１＞
現像ローラ汲み上げ極を１つの長い電磁石としたタイプ。
画像領域内では電磁石ＯＮ（電流値＝１６５０ｍＡ）、現像剤搬送量＝約２５０ｇ／ｍ2、画像領域外では電磁石ＯＦＦ、搬送量０。
＜比較例２＞
画像領域外では現像ローラの回転を停止するタイプ。汲み上げ極は固定磁石とする。現像剤搬送量は約２５０ｇ／ｍ2。
＜各実施例／比較例での性能比較＞
上記の各実施例／比較例において、実写テストを行い、現像剤劣化状態を比較した。
＜テスト内容＞
印字パターン：  平均印字率６％のモノクロ画像
２種類の画像パターン（Ａ，Ｂ）の枚数比＝（６０％、４０％）
画像Ａ：印字率３％分のベタ画像＋印字率３％分の文字画像
画像Ｂ：印字率６％分の文字画像
印字モード：    Ａ４サイズ連続印字１０万プリント
環境：          一般環境（２０℃、５０％）
現像剤劣化状態の確認：１万プリント毎に現像剤を採取し、トナースペントを測定する。
スペント測定方法：キャリア５ｇを溶剤（ＭＥＫ）１００ｍｌに溶かした溶液の透過率を測定。
【００４４】
１０万プリントで透過率８５％以上ならば現像剤耐久ＯＫとする。
＜テスト結果＞
テスト結果を図７に示す。
【００４５】
本発明の要件を満たしている実施例１〜実施例３の場合には、１０万プリント終了時でもトナースペントの透過率が８５％を越えており、現像剤劣化の度合いは小さいといえる。
【００４６】
特に、２種類の画像パターン（Ａ，Ｂ）によって電磁石ＯＮ時の電流値を切り換えた実施例２の場合には良好な結果を示している。
【００４７】
一方、現像ローラ汲み上げ極に１個の長い電磁石を使用した比較例１の場合には、現像剤劣化の進行が速く、１０万プリント終了時のスペントの透過率は８５％を割っている。さらに、現像ローラ汲み上げ極に固定磁石を使用し、画像領域外で現像ローラを停止するだけの比較例２の場合には現像剤劣化がさらに著しい。
【００４８】
本発明の実施例１〜実施例３に示すように、現像ローラ長手方向に細分化した複数の電磁石を現像ローラ汲み上げ極に用い、それぞれの電磁石のＯＮ／ＯＦＦを独立に制御することによって、現像ローラ上に必要な時間（＝画像領域内に相当する時間）や場所（＝画像データが存在する場所）にのみ現像剤を汲み上げて搬送することが可能となり、現像剤層形成部および現像ニップ部において現像剤が受けるストレスを少なくすることができるので、現像剤寿命を延長する効果があることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略を示す断面図である。
【図２】本発明に係る現像装置の実施の形態を示す概略断面図である。
【図３】図３（ａ）は現像スリーブ内に設けた電磁石列を示す斜視図であり、図３（ｂ）は制御部を示した平面断面図であり、図３（ｃ）は電磁石の一部を取り出した斜視図である。
【図４】本発明に係る画像パターンと電磁石の関係を模式的に示した図である。
【図５】本発明に係る画像信号と電磁石の電流入力信号の関係を示すタイミングチャートの一例である
【図６】本発明に係る実験に使用した画像パターン図である。
【図７】本発明に係る実施例と比較例の実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１０  感光体ドラム
１１  ＰＬＣ
１２  帯電装置
１３  レーザ書き込み装置
１４  現像装置
１５  給紙カセット
１７  定着装置
１９  徐電器
２０  クリーニング装置
２１  画像読み取り装置
１４ａ  現像スリーブ
１４ｂ  現像ローラ
１４ｃ  供給ローラ
１４１  電磁石列
１４１ａ〜ｎ  電磁石
１４１ｐ  電磁石取り付け板
１４２〜１４５  磁石
【図１】
2006234928.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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