(57)【要約】【課題】コート層の電気的性質にばらつきがあっても、電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像濃度が変化する現象の防止を両立する。【解決手段】画像形成装置は、コート層５９でトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送し、感光体ドラムと対向する第１の対向箇所でトナーを感光体ドラムに供給する第１のローラ１１と、コート層５９で担持されたトナーを第１の対向箇所で飛翔させるために、第１の直流電源７３から出力される直流の電圧と第１の交流電源７５から出力される交流の電圧を重畳して第１のローラ１１に印加する第１の電圧生成部６７と、第１の交流電源７５から出力されて第１のローラ１１を流れる交流の電流を測定する第１の測定部６９と、第１の測定部６９で測定される交流の電流を基にして第１の交流電源７５から出力される交流の周波数を調整することにより、第１の交流電源７５から出力されて第１のローラ１１を流れる交流を定電流に制御する第１の制御部７１と、を備える。【選択図】図５
2011133527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
コート層が形成された周面を有しており、前記コート層でトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送し、前記像担持体と対向する第１の対向箇所でトナーを前記像担持体に供給する第１のローラと、
第１の直流電源と第１の交流電源を含み、前記コート層で担持されたトナーを前記第１の対向箇所で飛翔させるために、前記第１の直流電源から出力される直流の電圧と前記第１の交流電源から出力される交流の電圧を重畳して前記第１のローラに印加する第１の電圧生成部と、
前記第１の交流電源から出力されて前記第１のローラを流れる交流の電流を測定する第１の測定部と、
前記第１の測定部で測定される交流の電流を基にして前記第１の交流電源から出力される交流の周波数を調整することにより、前記第１の交流電源から出力されて前記第１のローラを流れる交流を定電流に制御する第１の制御部と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
二成分現像剤を担持しながら回転することにより二成分現像剤を搬送し、前記第１のローラと対向する第２の対向箇所で二成分現像剤中のトナーを前記第１のローラに供給する第２のローラと、
第２の直流電源と第２の交流電源を含み、前記第２のローラで担持された二成分現像剤中のトナーを前記第２の対向箇所で飛翔させるために、前記第２の直流電源から出力される直流の電圧と前記第２の交流電源から出力される交流の電圧を重畳して前記第２のローラに印加する第２の電圧生成部と、
前記第２の交流電源から出力されて前記第２のローラを流れる交流の電流を測定する第２の測定部と、
前記第２の測定部で測定される交流の電流を基にして前記第２の交流電源から出力される交流の周波数を調整することにより、前記第２の交流電源から出力されて前記第２のローラを流れる交流を定電流に制御する第２の制御部と、をさらに備え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】
前記コート層のシート抵抗値は１．０Ｅ＋５以上でかつ１．０Ｅ＋９以下である、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。
【請求項４】
前記像担持体の感光体はアモルファスシリコンを含む、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はローラに直流の電圧と交流の電圧を重畳して印加する方式により、ローラから感光体ドラムにトナーを供給する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真技術では現像ローラと称されるローラから感光体ドラムにトナーを供給することにより、感光体ドラムに形成された静電潜像を現像する。トナーの供給の仕方として、現像ローラに直流の電圧と交流の電圧を重畳して印加することにより、現像ローラで担持されたトナーを飛翔させて、トナーを感光体ドラムに供給する。また、現像ローラの周面に導電材料を含む樹脂性のコート層を形成し、コート層でトナーが担持されるものがある。このような現像ローラを用いた場合、コート層の電気的性質(抵抗値、静電容量、誘電率等)は環境変化等により、画像形成装置の性能に影響を与える。上記問題を鑑みて、導電性ゴム層を設けた現像ローラに印加される交流電圧の交流を定電流にすることにより、良好な現像画像を得る技術が提案されている(例えば、特許文献１(段落００７６〜段落００８８)参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２８３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、連続印刷時にコート層に蓄積される電荷の量が増大すれば、画像濃度が変化する現象が生じる。コート層の抵抗値を小さくすればコート層に蓄積される電荷の量を抑制できるので、画像濃度が変化する現象を防止できる。しかし、感光体ドラムと現像ローラの間で電流のリークが発生する。
【０００５】
電流がリークする現象の防止と画像濃度が変化する現象の防止を両立させることができるコート層の抵抗値のマージンは、画像形成装置の印刷速度が増すにつれて小さくなる。そして、各現像ローラに形成されるコート層において、電気的性質のばらつきは不可避的に発生する。
【０００６】
本発明はコート層の電気的性質にばらつきがあっても、電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像濃度が変化する現象の防止を両立させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の一の局面に係る画像形成装置は、像担持体と、コート層が形成された周面を有しており、前記コート層でトナーを担持しながら回転することによりトナーを搬送し、前記像担持体と対向する第１の対向箇所でトナーを前記像担持体に供給する第１のローラと、第１の直流電源と第１の交流電源を含み、前記コート層で担持されたトナーを前記第１の対向箇所で飛翔させるために、前記第１の直流電源から出力される直流の電圧と前記第１の交流電源から出力される交流の電圧を重畳して前記第１のローラに印加する第１の電圧生成部と、前記第１の交流電源から出力されて前記第１のローラを流れる交流の電流を測定する第１の測定部と、前記第１の測定部で測定される交流の電流を基にして前記第１の交流電源から出力される交流の周波数を調整することにより、前記第１の交流電源から出力されて前記第１のローラを流れる交流を定電流に制御する第１の制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、第１のローラに印加する交流の電圧を発生する第１の交流電源から出力されて第１のローラを流れる交流を定電流にしており、この定電流制御を交流の周波数を調整することにより実行している。このため、コート層の電気的性質にばらつきがあっても、第１のローラと像担持体の間で電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像濃度が変化する現象の防止を両立させることができる。この構成は二成分現像剤、一成分現像剤のいずれにも適用することがでる。  
【０００９】
上記構成において、二成分現像剤を担持しながら回転することにより二成分現像剤を搬送し、前記第１のローラと対向する第２の対向箇所で二成分現像剤中のトナーを前記第１のローラに供給する第２のローラと、第２の直流電源と第２の交流電源を含み、前記第２のローラで担持された二成分現像剤中のトナーを前記第２の対向箇所で飛翔させるために、前記第２の直流電源から出力される直流の電圧と前記第２の交流電源から出力される交流の電圧を重畳して前記第２のローラに印加する第２の電圧生成部と、前記第２の交流電源から出力されて前記第２のローラを流れる交流の電流を測定する第２の測定部と、前記第２の測定部で測定される交流の電流を基にして前記第２の交流電源から出力される交流の周波数を調整することにより、前記第２の交流電源から出力されて前記第２のローラを流れる交流を定電流に制御する第２の制御部と、をさらに備えるようにすることができる。
【００１０】
この構成によれば、第２のローラに印加する交流の電圧を発生する第２の交流電源から出力されて第２のローラに流れる交流を定電流にしており、この定電流制御を交流の周波数を調整することにより実行している。このため、コート層の電気的性質にばらつきがあっても、第１のローラと第２のローラの間で電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像濃度が変化する現象の防止を両立させることができる。  
【００１１】
上記構成において、前記コート層のシート抵抗値は１．０Ｅ＋５以上でかつ１．０Ｅ＋９以下である、ようにすることができる。
【００１２】
この構成によれば、コート層の電気的性質のばらつきの範囲として、コート層のシート抵抗値が１．０Ｅ＋５以上でかつ１．０Ｅ＋９以下として具体化している。
【００１３】
上記構成において、前記像担持体の感光体はアモルファスシリコンを含む、ようにすることができる。
【００１４】
この構成によれば、像担持体の感光体がアモルファスシリコンの場合において、コート層の電気的性質にばらつきがあっても、電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像濃度が変化する現象の防止を両立させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、コート層の電気的性質にばらつきがあっても、電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像濃度が変化する現象の防止を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構造の概略を示す図である。
【図２】上記画像形成装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図３】上記画像形成装置に備えられた一組の感光体ドラムと現像装置の断面を示す図である。
【図４】二成分現像剤中のトナーが現像装置から感光体ドラムに供給される過程を示す図である。
【図５】上記画像形成装置に備えられた第１の電源部の構成を示すブロック図である。
【図６】上記画像形成装置に備えられた第２の電源部の構成を示すブロック図である。
【図７】コート層の抵抗値がリーク現象及び濃度変化現象に影響を与えることを示す実験結果を示す図である。
【図８】第１のローラと感光体ドラムの間を流れる交流の電流及び第１のローラと第２のローラの間を流れる交流の電流の測定値を示す図である。
【図９】感光体ドラムに対してトナーを供給する時の定電流制御の一例のフローチャートである。
【図１０】第１のローラに対して二成分現像剤中のトナーを供給する時の定電流制御の一例のフローチャートである。
【図１１】一成分現像剤が現像装置から感光体ドラムに供給される過程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構造の概略を示す図である。画像形成装置１はタンデム型のカラープリンタである。画像形成装置１は用紙貯留部１１０、画像形成部１３０及び定着部１６０を備える。
【００１８】
用紙貯留部１１０は画像形成装置１の最下部に配置されており、用紙Ｐの束を貯留することができる用紙トレイ１１１を備える。用紙トレイ１１１は画像形成装置１に差し込んで装着される。用紙Ｐを補給するときは画像形成装置１から用紙トレイ１１１を引き出す。用紙トレイ１１１に貯留された用紙Ｐの束において、最上位の用紙Ｐがピックアップローラ１１３の駆動により、用紙搬送路１１５へ向けて繰り出される。用紙Ｐは用紙搬送路１１５を通って、画像形成部１３０へ搬送される。
【００１９】
画像形成部１３０は搬送されてきた用紙Ｐにトナー画像を形成する。画像形成部１３０はトナー画像を転写ベルト１３１に転写する順番に従ってタンデムに配置された、マゼンタ用ユニット１３３Ｍ、シアン用ユニット１３３Ｃ、イエロー用ユニット１３３Ｙ、ブラック用ユニット１３３Ｋを備える。これらのユニットは同様の構成を有しており、マゼンタ用ユニット１３３Ｍを例にして説明する。
【００２０】
マゼンタ用ユニット１３３Ｍは感光体ドラム１３５を備える。感光体ドラム１３５の周りには帯電器１３７、露光装置１３９、現像装置１４１及びクリーナ１４３が配置されている。帯電器１３７は感光体ドラム１３５の周面を一様に帯電させる。露光装置１３９はパソコン等から送信された画像データの中でマゼンタデータに対応する光を生成し、一様に帯電された感光体ドラム１３５の周面に照射する。これにより、感光体ドラム１３５の周面にはマゼンタデータに対応する静電潜像が形成される。この状態で感光体ドラム１３５の周面に現像装置１４１からマゼンタトナーを供給することにより、周面にはマゼンタデータに対応するトナー画像が形成される。
【００２１】
転写ベルト１３１は感光体ドラム１３５と１次転写ローラ１４５により挟まれた状態でＤ方向(時計周り)に動くことができる。マゼンタデータに対応するトナー画像は感光体ドラム１３５から転写ベルト１３１に転写される。感光体ドラム１３５の周面に残っているマゼンタトナーはクリーナ１４３によって除去される。以上がマゼンタ用ユニット１３３Ｍの説明である。
【００２２】
転写ベルト１３１にはマゼンタデータに対応するトナー画像が転写され、このトナー画像に重ねてシアンデータに対応するトナー画像が転写され、同様に、イエローデータに対応するトナー画像、ブラックデータに対応するトナー画像が重ねて転写される。これにより転写ベルト１３１にカラーのトナー画像が形成される。このカラーのトナー画像は２次転写ローラ１４９によって、先ほど説明した用紙貯留部１１０から搬送されてきた用紙Ｐに転写される。
【００２３】
カラーのトナー画像が転写された用紙Ｐは定着部１６０に送られる。定着部１６０は加熱ローラ１６１と加圧ローラ１６３を備える。これらのローラによってカラーのトナー画像が転写された用紙Ｐが挟まれる。これにより、カラーのトナー画像に熱と圧力が加えられて、カラーのトナー画像を用紙Ｐに定着させる。用紙Ｐは排紙部１６９に排紙される。
【００２４】
図２は図１に示す画像形成装置１の電気的な構成を示すブロック図である。画像形成装置１は用紙貯留部１１０、画像形成部１３０、定着部１６０、制御部２００、操作表示部３００、第１の電源部６１及び第２の電源部６３がバスによって相互に接続された構成を有する。用紙貯留部１１０、画像形成部１３０及び定着部１６０に関しては図１で説明しているので、説明を省略する。
【００２５】
制御部２００はＭＰＵ(Micro Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)及び画像メモリ等を備える。ＭＰＵは画像形成装置１を動作させるために必要な制御を、画像形成装置１を構成する上記ハードウェアに対して実行する。ＲＯＭは画像形成装置１の動作の制御に必要なソフトウェアを記憶している。ＲＡＭはソフトウェアの実行時に発生するデータの一時的な記憶及びアプリケーションソフトの記憶等に利用される。画像メモリは画像データ(パソコンから送信された画像データ等)を一時的に記憶する。
【００２６】
操作表示部３００には操作キー及び表示画面が設けられている。表示画面には各種の操作及び動作の内容等が表示される。
【００２７】
第１の電源部６１及び第２の電源部６３は、直流の電圧と交流の電圧を重畳させた電圧を現像装置１４１に供給して、重畳電圧を現像装置１４１内のローラに印加する。第１の電源部６１及び第２の電源部６３については後で詳細に説明する。
【００２８】
次に、現像装置１４１の構成と動作を説明する。図３は一組の感光体ドラム１３５と現像装置１４１の断面を示す図である。図４は二成分現像剤５１中のトナー５３が現像装置１４１から感光体ドラム１３５に供給される過程を示す図である。感光体ドラム１３５は像担持体の一例である。符号５５は二成分現像剤５１を構成するキャリアである。図３では二成分現像剤５１、トナー５３及びキャリア５５を省略している。現像装置１４１等を構成する要素は厚みを省略して表現しているので、ハッチングは付されていない。
【００２９】
現像装置１４１の構成と動作について、主に図３を参照して説明し、必要に応じて図４を参照して説明する。現像装置１４１は第１のローラ１１、第２のローラ１３、攪拌スクリュー１５，１７及びこれらを収容する筐体１９を備える。
【００３０】
攪拌スクリュー１５，１７は筐体１９内の攪拌室２１に配置されている。攪拌室２１は仕切板２３により二つの攪拌空間２５，２７に分けられている。攪拌空間２５に攪拌スクリュー１７、攪拌空間２７に攪拌スクリュー１５が配置されている。攪拌空間２５，２７には二成分現像剤５１が収容されている。攪拌スクリュー１５，１７が回転することにより二成分現像剤５１が攪拌される。これによりトナー５３とキャリア５５が摩擦帯電し、トナー５３とキャリア５５が静電気的に結合した状態となる。この状態の二成分現像剤５１のうち、攪拌空間２７に収容されている二成分現像剤５１が磁力により、図４に示すように第２のローラ１３に汲み上げられる。
【００３１】
第２のローラ１３は磁気ローラと称されており、攪拌スクリュー１５と対向して筐体１９内に配置されている。第２のローラ１３は第２の非回転部２９に備えられる第２の周面３１とギャップを有した状態で、第２の非回転部２９に被さっている。第２の非回転部２９は厚肉円筒の形状を有しており、その円筒内にシャフト３３が回転可能に配置されている。シャフト３３に第２のローラ１３が固定されている。第２のローラ１３はシャフト３３が回転することにより第２の周面３１に沿って回転方向Ｒ２に回転する。
【００３２】
第２の周面３１には磁極Ｎ１、磁極Ｓ１、磁極Ｓ２、磁極Ｎ２、磁極Ｓ３が、第２のローラ１３の回転方向Ｒ２に沿って配置されている。磁極Ｎ１〜Ｎ２は極性がＮ極であり、磁極Ｓ１〜Ｓ３は極性がＳ極である。磁極の数が５個の例で説明しているが、奇数であればよい。
【００３３】
磁極Ｓ２は攪拌スクリュー１５と対向して配置されている。上述したトナー５３とキャリア５５が静電気的に結合した状態の二成分現像剤５１は、図４に示すように磁極Ｓ２の磁力によって攪拌空間２７から汲み上げられて、回転方向Ｒ２に回転している第２のローラ１３に吸い付けられる。
【００３４】
磁極Ｓ２に対して回転方向Ｒ２の下流側に順に磁極Ｎ２、磁極Ｓ３、磁極Ｎ１、磁極Ｓ１が配置されている。これらの磁極の磁力によって、二成分現像剤５１を磁気ブラシの状態で第２のローラ１３に吸い付ける(担持する)ための磁界が形成される。図４に示すように、第２のローラ１３が磁気ブラシ状態の二成分現像剤５１を担持しながら回転方向Ｒ２に回転することにより、二成分現像剤５１は磁極Ｎ２、磁極Ｓ３の上を通過して磁極Ｎ１の上に搬送される。この途中でブレード３５によって第２のローラ１３に担持されている二成分現像剤５１の厚みが規制される。
【００３５】
磁極Ｎ１は第２のローラ１３と第１のローラ１１が対向する第２の対向箇所３７に向いて配置されている。磁極Ｎ１は第２の対向箇所３７に磁界を形成する機能を有する。
【００３６】
第２の対向箇所３７において、二成分現像剤５１中のトナー５３が回転方向Ｒ１に回転する第１のローラ１１に供給される。詳細には、図４に示すようにキャリア５５が第２のローラ１３に吸い付けられた状態で電気力によりトナー５３だけが第１のローラ１１に引き寄せられて、第１のローラ１１に吸い付く。
【００３７】
第１のローラ１１に供給されなかったトナー５３を含む二成分現像剤５１は、第２のローラ１３に担持されて磁極Ｓ１上まで搬送される。磁極Ｓ１と磁極Ｓ２の磁極間上では磁界が形成されないので、二成分現像剤５１は第２のローラ１３から剥離して、攪拌室２１に導かれて再利用される。
【００３８】
第１のローラ１１について説明する。第１のローラ１１は筐体１９内に第２のローラ１３と対向して配置されている。第１のローラ１１は第１の非回転部３９に備えられる第１の周面４１とギャップを有した状態で、第１の非回転部３９に被さっている。第１の非回転部３９は厚肉円筒の形状を有しており、その円筒内にシャフト４３が回転可能に配置されている。シャフト４３に第１のローラ１１が固定されている。第１のローラ１１はシャフト４３が回転することにより第１の周面４１に沿って回転方向Ｒ１に回転する。回転方向Ｒ１は第２のローラ１３の回転方向Ｒ２と同じ向きであり、本実施形態では時計周りである。
【００３９】
第１の周面４１には第２の対向箇所３７に向いて磁極Ｓ４が配置されている。磁極Ｓ４は極性がＳ極であるので、第２の対向箇所３７では磁極Ｓ４と磁極Ｎ１により互いに引きつけあう磁界が形成される。これにより、磁極Ｓ４と磁極Ｎ１の間に強固な磁気ブラシを形成することができる。
【００４０】
第１のローラ１１は筐体１９に設けられたトナー供給口４５に面している。現像装置１４１はトナー供給口４５が感光体ドラム１３５と面した状態で画像形成装置１に取り付けられる。この状態で第１のローラ１１と感光体ドラム１３５は第１の対向箇所４７で対向する。
【００４１】
第１のローラ１１は第２の対向箇所３７でトナー５３を吸い付けて、トナー５３を担持しながら回転方向Ｒ１に回転することによりトナー５３を搬送する。そして、第１の対向箇所４７においてトナー５３を感光体ドラム１３５に供給する。詳しくは、感光体ドラム１３５は回転方向Ｒ１，Ｒ２と逆方向の回転方向Ｒ３に回転している。搬送されてきたトナー５３は感光体ドラム１３５の周面に形成された静電潜像によって引き寄せられて、感光体ドラム１３５に移動する。これにより、感光体ドラム１３５の周面の静電潜像が現像され、周面にトナー画像が形成される。感光体ドラム１３５上にはこれと接触した転写ベルト１３１が配置されている。転写ベルト１３１はＤ方向に動いており、上記トナー画像は転写ベルト１３１に転写される。
【００４２】
図４に示すように、第２のローラ１３で担持された二成分現像剤５１中のトナー５３は、第２の対向箇所３７で第１のローラ１１に供給される。また、第１のローラ１１で担持されたトナー５３は第１の対向箇所４７で感光体ドラム１３５に供給される。これらの供給では第１の対向箇所４７及び第２の対向箇所３７でトナー５３を飛翔させて供給するので、第１のローラ１１及び第２のローラ１３に対して直流の電圧と交流の電圧を重畳させた電圧が印加される。
【００４３】
第１のローラ１１に印加される重畳電圧は第１の電源部６１から供給される。第２のローラ１３に印加される重畳電圧は第２の電源部６３から供給される。図５は第１の電源部６１の構成を示すブロック図であり、図６は第２の電源部６３の構成を示すブロック図である。
【００４４】
図５に示すように、第１の電源部６１の一端はコンデンサ６５を介して接地されている。第１の電源部６１の他端は出力端となり、第１のローラ１１に接続されている。図４では図示を省略しているが、第１のローラ１１の周面５７にはコート層５９が形成されている。コート層５９は導電材料を含む樹脂層である。コート層５９でトナー５３が担持される。
【００４５】
第１の電源部６１は第１の電圧生成部６７、第１の測定部６９及び第１の制御部７１を備える。第１の電圧生成部６７は第１の直流電源７３と第１の交流電源７５を備える。これらの電源７３，７５は直列に接続されている。第１の直流電源７３ではトランス７７で発生した交流がダイオード７９により整流されて直流が生成される。第１の交流電源７５ではトランス８１で交流が生成される。第１の直流電源７３から出力された直流の電圧と第１の交流電源７５から出力された交流の電圧を重畳した電圧が、第１のローラ１１に印加される。これにより、コート層５９で担持されたトナー５３は図４に示す第１の対向箇所４７で飛翔して、感光体ドラム１３５に供給される。
【００４６】
第１の測定部６９は第１の交流電源７５から出力されて第１のローラ１１を流れる交流の電流を測定し、負荷電流を検出する回路により構成される。第１の制御部７１は第１の直流電源７３から出力される直流の電圧及び電流並びに第１の交流電源７５から出力される交流の電圧及び電流を制御する。
【００４７】
図６に示すように第２の電源部６３は、一端はコンデンサ６５を介して接地されている。第２の電源部６３の他端は出力端となり、第２のローラ１３に接続されている。第２の電源部６３は第１の電源部６１と同じ構成を有するので説明を省略する。第２の電圧生成部８３、第２の測定部８５、第２の制御部８７、第２の直流電源８９、第２の交流電源９１が、それぞれ第１の電圧生成部６７、第１の測定部６９、第１の制御部７１、第１の直流電源７３、第１の交流電源７５に対応している。
【００４８】
本実施形態では、第１の交流電源７５から出力される交流の周波数を調整することにより、第１の交流電源７５から出力されて第１のローラ１１を流れる交流を定電流に制御し、かつ第２の交流電源９１から出力される交流の周波数を調整することにより、第２の交流電源９１から出力されて第２のローラ１３を流れる交流を定電流に制御すること一つの特徴としている。これにより、コート層５９の抵抗値のばらつきの影響を受けることなく、電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像濃度が変化する現象の防止を両立することができる。以下、「電流がリークする現象」をリーク現象、「連続印刷で画像濃度が変化する現象」を濃度変化現象と省略して記載する場合もある。
【００４９】
この効果を理解する前提として、コート層５９の抵抗値のばらつきがリーク現象と濃度変化現象に影響を与えることを実験により証明する。そして本実施形態によれば、コート層５９の抵抗値にばらつきがあっても、上記効果を得られることを説明する。
【００５０】
実験条件は以下の通りであった。
【００５１】
<実験機>
京セラミタ製５００ｃｉの改造機  
<トナー>
京セラミタ製５００ｃｉ用トナー
<感光体ドラム１３５>
直径：３０ｍｍ
材料：アモルファスシリコン
振れ：４０μｍ
明電位：２５０Ｖ
暗電位：約１０Ｖ
周速：３００ｍｍ/ｓ
ベタ画像形成のために現像に用いられたトナー量：０．６ｍｇ/ｃｍ２ 
<第１のローラ１１(現像ローラ)>
直径：１６ｍｍ
振れ：１０μｍ
磁極：４５ｍＴの磁極Ｓ４ 
感光体ドラム１３５との隙間(第１の対向箇所４７)の基準値：１２０μｍ
感光体ドラム１３５との周速比：１．６倍
印加電圧：直流５０Ｖ、交流１．４Ｋｖｐ-ｐ、デューティ比４０%
第１のローラ１１(コート層５９)で担持されるトナー量：０．４５ｍｇ/ｃｍ２
コート層５９の材料：シリコン変性ウレタンコート
コート層５９の形成方法：コート層５９は次の工程で形成された。(１)シリコン変性ウレタンベースの樹脂をブタノンで希釈する工程。(２)この希釈液に、ジルコンビーズをメディアにしてケッチェンカーボンブラックを６％混合して混合溶液を作製する工程。(３)この混合溶液をボールミルで２４時間攪拌する工程。(４)攪拌後の混合溶液を用いてスプレーコートして、約１２０℃の炉で３０分間焼成する工程。
<第２のローラ１３(磁気ローラ)>
直径：１６ｍｍ
表面：ブラスト処理又は溝加工した後に厚さ１５μｍのアルマイト処理
磁極：５磁極(磁極Ｓ１、磁極Ｓ２、磁極Ｓ３、磁極Ｎ２、９５ｍＴの磁極Ｎ１)  
第１のローラ１１との隙間(第２の対向箇所３７)：３００μｍ
第１のローラ１１との周速比：１．５倍
印加電圧：直流３００Ｖ、交流０．６Ｋｖｐ-ｐ、デューティ比６０％(第１のローラ１１に印加される交流電圧の逆位相)
ブレード３５下を通過する磁気ブラシの量：３５ｍｇ/ｃｍ２
【００５２】
実験方法は以下の通りであった。
【００５３】
第１のローラ１１(現像ローラ)の周面に形成されているコート層５９のシート抵抗値Ω/□が、それぞれ(１)１．０Ｅ＋５、(２)１．０Ｅ＋６、(３)１．０Ｅ＋７、(４)１．０Ｅ＋８、(５)１．０Ｅ＋９である上記実験条件を満たす現像装置１４１を５つ用意した。
【００５４】
５つの現像装置１４１のそれぞれについて、ベタ画像を連続して１００枚印刷した。
【００５５】
印刷されたベタ画像に点状パターンが形成されていれば、電流のリークが発生したと判断した。
【００５６】
印刷されたベタ画像の濃度について反射濃度計を用いて測定した。第１枚目のベタ画像と第１００枚目のベタ画像の濃度の差が０．０５より小さい場合、０．０５以上かつ０．１０以下の場合、０．１０より大きい場合の三つに分類した。
【００５７】
実験結果は図７に示すとおりである。リーク現象防止の欄の○は電流のリークが発生していないこと、×は電流のリークが発生したことを示している。濃度変化現象防止の欄の○は画像濃度の差が０．０５より小さい場合、△は０．０５以上かつ０．１０以下の場合、×は０．１０より大きい場合を示している。
【００５８】
実験結果から分かるように、コート層５９の抵抗値が大きければ、リーク現象を防止できるが、濃度変化現象が生じる。一方、コート層５９の抵抗値が小さければ、濃度変化現象を防止できるが、リーク現象が生じる。
【００５９】
コート層５９のシート抵抗値が１．０Ｅ＋７付近の値が、リーク現象の防止と濃度変化現象の防止を両立させることができる。しかし、抵抗値のばらつきはコート層５９の形成において不可避的に生じる。
【００６０】
濃度変化現象については、抵抗値が１．０Ｅ＋７以下であれば良い結果が得られている。そこで、第１のローラ１１に電荷が蓄積され易い情況、すなわち、より厳しい状況にして実験をした。低温環境ではトナーが帯電しやすくなる。また、ベタ画像の位置が用紙の前端部にあれば第１のローラ１１に電荷が蓄積しにくい。これらを考慮して、低温環境(気温８℃、湿度１０％)下で用紙の後端部にのみベタ画像を形成する印刷を連続して１００枚実行した。この印刷中に、第１のローラ１１と感光体ドラム１３５の間を流れる交流の電流及び第１のローラ１１と第２のローラ１３の間を流れる交流の電流を測定した。
【００６１】
結果はシート抵抗値が１．０Ｅ＋７以下であっても濃度変化現象防止が△となった。トナーの帯電量が増加することにより、コート層５９に蓄積される電荷が増加し、その結果、第１のローラ１１と第２のローラ１３の電位差が減少したためと思われる。
【００６２】
測定した交流電流の値を図８に示す。第１枚目、第１０枚目、第２０枚目、・・・、第１００枚目のそれぞれの印刷の時の交流の電流の値を示している。第１枚目の印刷から数枚で交流の電流値が低下していることが分かった。
【００６３】
そこで、第１のローラ１１に印加する交流の電圧ｖｐ-ｐを調整することにより、交流を定電流に制御して同様の実験をした。この制御では交流の電圧を２Ｋｖｐ-ｐまで上昇させたが、リーク現象が発生した。また、濃度変化現象を防止できたが十分なマージンは得られなかった。
【００６４】
さらに、第１のローラ１１に印加する直流の電圧と第２のローラ１３に印加する直流の電圧の差を３００Ｖに変更して同様の実験をした。濃度変化現象を防止できず、また第１のローラ１１の一周分に相当するゴースト画像が発生した。
【００６５】
本実施形態の特徴の一つである交流の周波数を調整することにより交流を定電流に制御して、同様の実験をした。結果はシート抵抗値Ω/□が(１)１．０Ｅ＋５、(２)１．０Ｅ＋６、(３)１．０Ｅ＋７、(４)１．０Ｅ＋８、(５)１．０Ｅ＋９のいずれの場合も、リーク現象防止及び濃度変化防止が○となった。交流の周波数を調整することにより交流を定電流に制御すれば、リーク現象防止及び濃度変化防止を両立することができるコート層５９の抵抗値(誘電率ということもできる)の範囲が広がることが分かった。したがって、コート層５９の電気的性質のばらつきを吸収することができることになる。
【００６６】
この定電流制御は図４に示す第１のローラ１１から感光体ドラム１３５にトナー５３を供給する時及び第２のローラ１３から第１のローラ１１に二成分現像剤５１中のトナー５３を供給する時に実行される。図９は感光体ドラム１３５にトナー５３を供給する時の定電流制御の一例のフローチャートであり、図１０は第１のローラ１１に二成分現像剤５１中のトナー５３を供給する時の定電流制御の一例のフローチャートである。
【００６７】
図９に示す定電流制御から説明する。図４及び図５に示すように、コート層５９でトナー５３を担持しながら回転する第１のローラ１１に対して、第１の直流電源７３から出力される直流の電圧と第１の交流電源７５から出力される交流の電圧を重畳させて印加する。これにより、コート層５９で担持されたトナー５３を第１の対向箇所４７で飛翔させて、感光体ドラム１３５に供給する。この供給中に以下で説明するように、図９に示すフローに従って第１のローラ１１と感光体ドラム１３５の間を流れる交流を２２００μＡの定電流に制御する。
【００６８】
感光体ドラム１３５にトナー５３を供給している時に、第１の測定部６９が第１の交流電源７５から出力されて第１のローラ１１を流れる交流の電流を測定する(ステップＳ１)。第１の測定部６９で測定された交流の電流データは第１の制御部７１へ送られる。第１の制御部７１は測定された交流が２２００μＡか判断する(ステップＳ３)。
【００６９】
測定された交流が２２００μＡでなければ(ステップＳ３でＮｏ)、第１の制御部７１はステップＳ１で測定された交流の電流を基にして第１の交流電源７５から出力される交流の周波数を調整する。これにより、第１の交流電源７５から出力されて第１のローラ１１を流れる交流を２２００μＡの定電流に制御する(ステップＳ５)。測定された交流の電流が２２００μＡよりも小さければ、第１の交流電源７５から出力される交流の周波数を高くする制御がなされる。これに対して、測定された交流の電流が２２００μＡよりも大きければ、第１の交流電源７５から出力される交流の周波数を低くする制御がなされる。
【００７０】
ステップＳ５の処理が終了又はステップＳ３で測定された電流が２２００μＡの場合(ステップＳ３でＹｅｓ)、全ての印刷(本実施形態では１００枚目の印刷)が終了したか判断される(ステップＳ７)。全ての印刷が終了すれば(ステップＳ７でＹｅｓ)、第１のローラ１１から感光体ドラム１３５にトナー５３を供給する処理が終了する。印刷が終了していなければ(ステップＳ７でＮｏ)、ステップＳ１に戻る。
【００７１】
図１０に示す定電流制御は図９に示す定電流制御と同時に実行される。図４及び図６に示すように、二成分現像剤５１を担持しながら回転する第２のローラ１３に対して、第２の直流電源８９から出力される直流の電圧と第２の交流電源９１から出力される交流の電圧を重畳させて印加する。これにより、第２のローラ１３で担持している二成分現像剤５１中のトナー５３を第２の対向箇所３７で飛翔させて、第１のローラ１１に供給する。この供給中において、図１０に示すフローに従って第１のローラ１１と第２のローラ１３の間を流れる交流を８００μＡの定電流に制御する。
【００７２】
第１のローラ１１に二成分現像剤５１中のトナー５３を供給している時に、第２の測定部８５が第２の交流電源９１から出力されて第２のローラ１３を流れる交流の電流を測定する(ステップＳ１１)。第２の測定部８５で測定された交流の電流データは第２の制御部８７へ送られる。第２の制御部８７は測定された交流が８００μＡか判断する(ステップＳ１３)。
【００７３】
８００μＡでない場合(ステップＳ１３でＮｏ)、第２の制御部８７はステップＳ１１で測定された交流の電流を基にして第２の交流電源９１から出力される交流の周波数を調整する。これにより、第２の交流電源９１から出力されて第２のローラ１３を流れる交流を８００μＡの定電流に制御する(ステップＳ１５)。
【００７４】
ステップＳ１５の処理が終了又はステップＳ１３でＹｅｓの場合、全ての印刷が終了したか判断される(ステップＳ１７)。全ての印刷が終了していれば(ステップＳ１７でＹｅｓ)、第２のローラ１３から第１のローラ１１に二成分現像剤５１中のトナー５３を供給する処理が終了する。印刷が終了していない場合(ステップＳ１７でＮｏ)、ステップＳ１１に戻る。
【００７５】
以上説明したように本実施形態によれば、第１の交流電源７５から出力されて第１のローラ１１を流れる交流を定電流にすることにより第１のローラ１１と感光体ドラム１３５の間を流れる交流を定電流にし、かつ第２の交流電源９１から出力されて第２のローラ１３を流れる交流を定電流にすることにより第１のローラ１１と第２のローラ１３の間を流れる交流を定電流にしている。これらの定電流制御を交流の周波数を調整することにより実行している。このため、コート層５９の電気的性質にばらつきがあっても、電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像濃度が変化する現象の防止を両立することができる。ここでいう電流がリークする現象とは、第１のローラ１１と感光体ドラム１３５の間及び第１のローラ１１と第２のローラ１３の間で電流がリークする現象を意味する。
【００７６】
コート層５９の電気的性質のばらつきの範囲としては、例えばコート層５９のシート抵抗値が１．０Ｅ＋５以上でかつ１．０Ｅ＋９以下の範囲である。
【００７７】
感光体ドラム１３５の感光体としてアモルファスシリコンを用いた場合、感光体ドラム１３５の製法上の理由により、感光体ドラム１３５の振れ精度が悪くなる傾向にある。これにより感光体ドラム１３５と第１のローラ１１の隙間(第１の対向箇所４７)の変動量が大きくなり、画像にむらが生じやすくなる。画像のむらを防止するために、感光体ドラム１３５と第１のローラ１１の間の電界を強くする必要がある。このため電流のリークを防止するためにコート層５９の抵抗値を大きくしなければならない。しかし、図７で説明したように、コート層５９の抵抗値が大きくなれば濃度変化現象が発生する。
【００７８】
上記したように、本実施形態によればコート層５９の電気的性質のばらつきの影響を受けることなく、電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像の濃度が次第に変化する現象の防止を両立できる。したがって、本実施形態は感光体ドラム１３５の感光体がアモルファスシリコンの場合でも有効である。
【００７９】
本発明は一成分現像剤を用いる画像形成装置にも適用することができる。図１１は一成分現像剤が現像装置から感光体ドラムに供給される過程を示す図である。図４に示す構成要素と同一又は同等の構成要素については同一符号を付している。磁性トナー１０１からなる一成分現像剤は補給ローラ１０３から第１のローラ１１に供給される。
【００８０】
図１１に示す第１のローラ１１は図４に示す第１のローラ１１と異なり、第１の非回転部３９に６個の磁極Ｓ１〜Ｓ３，Ｎ１〜Ｎ３を有する。磁極Ｓ１が第１の対向箇所４７に向いて配置されている。第１のローラ１１の回転方向Ｒ１に沿って、磁極Ｓ１、磁極Ｎ１、磁極Ｓ２、磁極Ｎ２、磁極Ｓ３、磁極Ｎ３が配置されている。
【００８１】
図１１に示す第１のローラ１１の周面には図４に示す第１のローラ１１と同様に図５に示すコート層５９が形成されている。第１のローラ１１はコート層５９で磁性トナー１０１を担持しながら回転することにより磁性トナー１０１を搬送し、感光体ドラム１３５と対向する第１の対向箇所４７で磁性トナー１０１を感光体ドラム１３５に供給する。
【００８２】
図１１に示す第１のローラ１１に印加される重畳電圧は図４に示す第１のローラ１１と同様に第１の電源部６１から供給される。一成分現像剤の場合の交流の定電流制御は図９に示すフローチャートを適用することができる。
【００８３】
一成分現像剤の場合も、図１１に示す第１の電源部６１によって交流の周波数を調整することにより交流を定電流に制御すれば、上述した二成分現像剤の場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、コート層５９の電気的性質にばらつきがあっても、電流がリークする現象の防止と連続印刷で画像濃度が変化する現象の防止を両立させることができる。
【００８４】
本実施形態では画像形成装置１としてプリンタを例に説明したが、コピー機、ファクシミリ機及びこれらの機能を有する複合機にも、本実施形態に係る画像形成装置１を適用することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１  画像形成装置
１１  第１のローラ
１３  第２のローラ
３７  第２の対向箇所
４７  第１の対向箇所
５１  二成分現像剤
５３  トナー
５５  キャリア
５７  第１のローラの周面
５９  コート層
６１  第１の電源部
６３  第２の電源部
６７  第１の電圧生成部
６９  第１の測定部
７１  第１の制御部
７３  第１の直流電源
７５  第１の交流電源
８３  第２の電圧生成部
８５  第２の測定部
８７  第２の制御部
８９  第２の直流電源
９１  第２の交流電源
１０１  磁性トナー
１０３  補給ローラ
１３５  感光体ドラム(像担持体)
【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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【図６】
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【図７】
2011133527.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011133527.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2011133527.tif 000013