(57)【要約】【課題】装置構成を複雑にすることなく、現像領域通過後のトナー担持体表面に生じたトナー付着量のムラに起因した濃度ムラ、残像等の異常画像を防止することができる現像装置及び画像形成装置を提供する。【解決手段】現像ローラ６の表面が現像領域Ａからトナー供給領域Ｃまで移動する移動経路上で、現像領域Ａを通過した現像ローラ６上のトナーの帯電量を、現像ローラ６上のトナーがトナー供給領域Ｃでマグネットローラ７側に移動可能な程度まで変化させるトナー帯電量変更手段として、帯電制御ローラ１１を設ける。特に、上記現像ローラ６上のトナーの帯電量の極性を、トナー供給用電界Ｅｓによってマグネットローラ７から現像ローラ６側に移動するトナーの帯電量の極性とは逆極性に変化させるものが好ましい。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にトナーを担持し潜像担持体に対向する現像領域に搬送するトナー担持体と、トナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持して該トナー担持体に対向するトナー供給領域に搬送し、該現像剤中のトナーを該トナー担持体に供給するトナー供給部材と、該トナー担持体と該トナー供給部材とが対向しているトナー供給領域に、該トナー供給部材に担持された現像剤中の帯電したトナーが該トナー担持体側に移動する向きのトナー供給用電界を形成するトナー供給用電界形成手段とを備えた現像装置において、
上記トナー担持体の表面が上記現像領域から上記トナー供給領域まで移動する移動経路上で、該現像領域を通過した該トナー担持体上のトナーの帯電量を、該トナー担持体上のトナーが該トナー供給領域で上記トナー供給部材側に移動可能な程度まで変化させるトナー帯電量変更手段を設けたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記トナー帯電量変更手段は、上記現像領域を通過した上記トナー担持体上のトナーの帯電量の極性を、上記トナー供給用電界によって上記トナー供給部材から上記トナー担持体側に移動するトナーの帯電量の極性とは逆極性に変化させるものであることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の現像装置において、
上記トナー供給領域における上記トナー担持体の表面移動速度と上記トナー供給部材の表面移動速度とを異ならせたことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１又は２の現像装置において、
上記トナー供給領域における上記トナー担持体の表面移動方向と上記トナー供給部材の表面移動方向とを異ならせたことを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１、２、３又は４の現像装置において、
上記トナー帯電量変更手段は、上記トナー担持体の表面に対向する導電性部材と、該導電性部材に電圧を印加する電圧印加手段とを用いて構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１、２、３又は４の現像装置において、
上記トナー帯電量変更手段は、上記トナー担持体上のトナーが上記トナー供給部材側に移動する向きの気流を発生させるように回転するブラシ状の回転部材を用いて構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５又は６の現像装置において、
上記現像領域を通過した上記トナー担持体上のトナーの帯電量を検出するトナー帯電量検出手段と、該トナー帯電量検出手段の検出結果に基づいて上記トナー帯電量を変化させるように上記トナー帯電量変更手段を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６又は７の現像装置において、
上記トナー担持体のトナーを担持する表面部の体積抵抗率が、１０３Ωｃｍ以上且つ１０７Ωｃｍ以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
潜像担持体と、該潜像担持体の表面を一様に帯電し画像情報に基づいて該表面に光を照射することにより潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、該潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写装置と、該現像装置のトナー担持体と潜像担持体上の画像部との間に所定の現像ポテンシャルを形成する現像ポテンシャル形成手段とを備えた画像形成装置において、
上記現像装置として、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項９の画像形成装置において、
上記現像ポテンシャルの絶対値が２００Ｖ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０の画像形成装置において、
上記潜像担持体上に付着したトナーの帯電量を検出するトナー帯電量検出手段と、該トナー帯電量検出手段の検出結果に基づいて上記トナー帯電量を変化させるように上記トナー帯電量変更手段を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置及び該装置に用いる現像装置に係り、詳しくは、トナー担持体と、現像剤中のトナーをトナー担持体に供給するトナー供給部材とを備えた現像装置及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
潜像担持体（感光体）の表面の静電潜像にトナーを付着させて顕像化する現像装置に採用される現像方式は、使用する現像剤により、トナーのみを用いる１成分現像方式と、トナーとキャリアからなる現像剤を用いる２成分現像方式に大別される。
１成分現像方式では、現像剤担持体としての現像ローラの周囲に均一に薄層化されたトナーを潜像担持体表面の潜像に付着させて顕像を生成する。現像ローラ周囲のトナーの薄層は、現像ローラに対して供給ローラ等によりトナーを付着させた後、薄層化ブレードにより所定量に規制して形成する。この１成分現像方式は、現像ローラを潜像担持体に対して接触させるか否かにより、接触１成分現像方式と非接触１成分現像方式に分けられる。接触１成分現像方式では潜像に対して忠実な現像が行えるので高画質な画像が得られ、高解像度化に対しても有利である。しかし、１成分現像方式では、現像装置内でトナーのみを攪拌し続けるためにトナーの劣化が進みやすく、画像品質の経時安定化が困難である。また、弾性体からなる現像ローラに対して、供給ローラや薄層化ブレードが摺接しているので、現像ローラの摩耗やトナー固着（フィルミング）が生じ、装置自体の耐久性を長期間維持することが難しい。
一方、２成分現像方式では、内部にマグネットを内蔵する現像剤担持体としての現像ローラ（マグネットローラ）の周囲に、トナーとキャリアからなる２成分現像剤をブラシ状に担持した磁気ブラシを形成する。そして、潜像担持体表面の潜像に、現像ローラの磁気ブラシ中のトナーを付着させて顕像を得る。この２成分現像方式は、画像品質に関しては、潜像に忠実な現像という点で接触１成分現像方式に対して劣るが、耐久性、安定性の面では１成分現像方式よりも優れている。
これらの１成分現像方式及び２成分現像方式の長所を組み合わせる目的で、トナー供給部材上の２成分磁気ブラシにより現像ローラ上にトナー薄層を形成し、現像ローラ上のトナー薄層により潜像担持体の潜像を顕像化するという方式が提案されている。この方式では、薄層形成時の現像ローラ及びトナーへのストレスが上記従来の１成分現像方式に比べて少なく、現像ローラ及びトナーの劣化を低減することができる。現像装置内での現像剤の攪拌は、上記２成分現像方式と同じなので、２成分現像方式と同等レベルの耐久性が得られる。また、潜像担持体（感光体）上の潜像をトナーで現像する工程は上記１成分現像方式と同じ工程であるので、１成分現像方式と同等な高画質を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記２成分磁気ブラシによりトナー薄層を形成した現像ローラで潜像担持体の潜像を顕像化する現像装置では、次のような問題があった。すなわち、現像ローラが潜像担持体上の潜像を現像した後、現像ローラ表面には、トナーが消費された消費部分とトナーが消費されずにトナー薄層がそのまま残った未消費部分とが生じる。これらの部分が生じた現像ローラ表面が２成分磁気ブラシとの対向部分（トナー供給領域）を通過しただけでは、そのトナーの消費部分と未消費部分との間のトナー付着量の差を無くすことは困難であった。そのため、次の画像形成時に現像ローラ表面の上記トナーの消費部分で現像された画像部分と上記トナーの未消費部分で現像された画像部分との間で濃度差が生じ、濃度ムラ、残像等の異常画像を発生させてしまうおそれがあった。
【０００４】
そこで、現像ローラ回転方向における潜像担持体との対向部分（現像領域）から磁気ブラシとの対向部分（トナー供給領域）までの間に、現像ローラの表面からトナーを除去するクリーニングローラを設ける技術が提案されている。しかしながら、この技術では、クリーニングローラからも順次トナーを除去して回収する必要があり、その回収トナーの処理が課題となっている。この課題を解決するために、特開平２００１−２６５１１８号公報には、クリーニングローラと、クリーニングローラ表面のトナーを除去する清掃部材と、トナー供給部材（現像剤担持体）とを所定の位置関係で配置した現像装置が開示されている。この現像装置では、清掃部材により掻き取られたトナーをトナー供給部材上の２成分磁気ブラシに接触させるように回収することができる。しかしながら、この現像装置は、トナー供給部材とクリーニングローラと清掃部材とを特定の位置関係で配置して回収トナーの搬送経路を確保する必要があるため、現像装置内の構成がが複雑化するという問題点があった。
【０００５】
また、特開平６−６７５４６号公報には、トナー供給部材（現像剤担持体）とトナー担持体との間に形成される電界を、間欠的にトナーがトナー担持体からトナー供給部材側へ移動するように切り換える電界切換手段を備えた現像装置が開示されている。この現像装置では、トナー担持体から除去したトナーをトナー供給部材側へ戻すことができるが、現像装置の構成や電界切替手段自体の構成が複雑になり、コストも高くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は、２成分磁気ブラシによりトナー薄層を形成した現像ローラで潜像担持体の潜像を顕像化する構成における上記問題点に鑑みなされたものである。その目的は、装置構成を複雑にすることなく、現像領域通過後のトナー担持体表面に生じたトナー付着量のムラに起因した濃度ムラ、残像等の異常画像を防止することができる現像装置及び画像形成装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面にトナーを担持し潜像担持体に対向する現像領域に搬送するトナー担持体と、トナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持して該トナー担持体に対向するトナー供給領域に搬送し、該現像剤中のトナーを該トナー担持体に供給するトナー供給部材と、該トナー担持体と該トナー供給部材とが対向しているトナー供給領域に、該トナー供給部材に担持された現像剤中の帯電したトナーが該トナー担持体側に移動する向きのトナー供給用電界を形成するトナー供給用電界形成手段とを備えた現像装置において、上記トナー担持体の表面が上記現像領域から上記トナー供給領域まで移動する移動経路上で、該現像領域を通過した該トナー担持体上のトナーの帯電量を、該トナー担持体上のトナーが該トナー供給領域で上記トナー供給部材側に移動可能な程度まで変化させるトナー帯電量変更手段を設けたことを特徴とするものである。
ここで、上記トナーの帯電量の変化には、後述のトナー帯電量の極性（帯電極性）の変化のほか、トナーの帯電量の絶対値の変化も含まれる。例えば、トナーの帯電量の絶対値を小さくするような変化も含まれる。
請求項１の画像形成装置では、トナー帯電量変更手段により、トナー担持体の表面が現像領域からトナー供給領域まで移動する移動経路上で、現像領域を通過したトナー担持体上のトナーの帯電量を変化させる。このトナーの帯電量の変化は、現像領域でトナーが消費された消費部分とトナーが消費されずにそのまま残った未消費部分の両方の部分のトナーに対して、これらのトナーがトナー供給領域でトナー供給部材側に移動可能な程度まで行われる。従って、このトナー担持体上の帯電量を変化させたトナーは、トナー供給領域に到達したとき、トナー供給部材側に移動して回収される。以上のように、装置構成が複雑になる従来のクリーニングローラや電界切換手段を設けることなく、現像領域を通過したトナー担持体上のトナーをトナー供給領域でトナー供給部材側に一旦回収することができる。
そして、上記トナーが一旦回収されたトナー担持体の表面には、トナー供給領域に形成されるトナー供給用電界により、トナー供給部材上の現像剤中に存在する所定の帯電極性に帯電されたトナーが移動して供給される。このトナー供給部材から新しく供給されたトナー担持体上のトナーが現像領域に搬送され、潜像担持体上の潜像の現像に用いられる。従って、現像領域通過後のトナー担持体表面に生じたトナー付着量のムラに起因した濃度ムラ、残像等の異常画像を防止することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記トナー帯電量変更手段は、上記現像領域を通過した上記トナー担持体上のトナーの帯電量の極性を、上記トナー供給用電界によって上記トナー供給部材から上記トナー担持体側に移動するトナーの帯電量の極性とは逆極性に変化させるものであることを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記トナー供給領域における上記トナー担持体の表面移動速度と上記トナー供給部材の表面移動速度とを異ならせたことを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記トナー供給領域における上記トナー担持体の表面移動方向と上記トナー供給部材の表面移動方向とを異ならせたことを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項１、２、３又は４の現像装置において、上記トナー帯電量変更手段は、上記トナー担持体の表面に対向する導電性部材と、該導電性部材に電圧を印加する電圧印加手段とを用いて構成されていることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１、２、３又は４の現像装置において、上記トナー帯電量変更手段は、上記トナー担持体上のトナーが上記トナー供給部材側に移動する向きの気流を発生させるように回転するブラシ状の回転部材を用いて構成されていることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５又は６の現像装置において、上記現像領域を通過した上記トナー担持体上のトナーの帯電量を検出するトナー帯電量検出手段と、該トナー帯電量検出手段の検出結果に基づいて上記トナー帯電量を変化させるように上記トナー帯電量変更手段を制御する制御手段とを設けたことを特徴とするものである。
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７の現像装置において、上記トナー担持体のトナーを担持する表面部の体積抵抗率が、１０３Ωｃｍ以上且つ１０７Ωｃｍ以下であることを特徴とするものである。
請求項９の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体の表面を一様に帯電し画像情報に基づいて該表面に光を照射することにより潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、該潜像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写装置と、該現像装置のトナー担持体と潜像担持体上の画像部との間に所定の現像ポテンシャルを形成する現像ポテンシャル形成手段とを備えた画像形成装置において、上記現像装置として、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
請求項１０の発明は、請求項９の画像形成装置において、上記現像ポテンシャルの絶対値が２００Ｖ以下であることを特徴とするものである。
請求項１１の発明は、請求項９又は１０の画像形成装置において、上記潜像担持体上に付着したトナーの帯電量を検出するトナー帯電量検出手段と、該トナー帯電量検出手段の検出結果に基づいて上記トナー帯電量を変化させるように上記トナー帯電量変更手段を制御する制御手段とを設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図であり、図２は同画像形成装置に用いる現像装置の要部拡大図である。図中矢印方向に回転駆動される潜像担持体としての感光体ドラム１の表面は、帯電装置２により表面を一様に帯電された後、図示しない露光装置で露光されることにより、静電潜像が形成される。この帯電装置２と露光装置とを用いて潜像形成手段が構成されている。現像装置３は、トナー担持体としての現像ローラ６により装置内のトナーを感光体ドラム１と対向する現像ニップ領域（現像領域）Ａへ搬送し、感光体ドラム１上に形成してある静電潜像にトナーを付着させて顕像化する。トナー像は、感光体ドラム１と転写装置２１が対向する転写領域Ｂにおいて転写紙２０に転写され、転写紙２０上の画像となる。クリーニング装置２３は、転写紙２０に転写し切れずに感光体ドラム１上に残ったトナーをクリーニングブレード２４により除去する。クリーニング装置２３を通過した感光体ドラム１の表面は、その後、帯電装置２により一様に帯電され、次の画像形成工程が繰り返される。
【００１０】
現像装置３は、現像ケーシング４の内部に、トナー担持体としての現像ローラ６と、トナー供給部材としてのマグネットローラ７と、現像剤規制部材８と、攪拌部材１０ａ、１０ｂとを有している。マグネットローラ７、現像剤規制部材８及び攪拌部材１０ａ、１０ｂが配設されている領域には、トナーと磁性粒子であるキャリアとを含む２成分現像剤（以下「現像剤」という）５が収容されている。この現像剤５は、攪拌部材１０ａ、１０ｂによりキャリアとトナーとが混ぜ合わせられ、摩擦帯電によりトナーの電荷量が立ち上げられながら、マグネットローラ７へと搬送される。マグネットローラ７は、内部に固定磁石を有し、その周囲を円筒状のスリーブが回転する構造となっている。スリーブはアルミ等の非磁性の金属で形成されている。現像剤５は、現像ローラ６の固定磁石の磁力によりスリーブに引き寄せられ、スリーブの回転に伴って現像領域Ａへ搬送される。マグネットローラ７の周囲に担持された現像剤５は、現像剤規制部材８によりその層厚が規制され、現像剤規制部材８を通過後は所定の厚さの磁気ブラシ９となって搬送される。マグネットローラ７自体と現像ローラ６とは非接触で所定の間隙で対向するように配設されているが、マグネットローラ７上の磁気ブラシ９は現像ローラ６の表面に接触している。
【００１１】
上記現像ローラ６としては、例えば芯金ローラの表面側にベース層及び表面コート層からなる表面部を備えたローラを用いることができる。表面コート層の材料としては、トナーを所望の極性に摩擦帯電する機能を持たせるために、トナーと逆極性に帯電する材料を使用することができる。トナーを所望の極性に摩擦帯電する機能を持たせない場合は、トナーと同極性に帯電する材料を用いてもよい。前者のトナーと逆極性に帯電する表面コート層の材料としては、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また、後者のトナーと同極性に帯電する表面コート層の材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、上記表面コート層の材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カーボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。更に均一に現像ローラ６にコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。
【００１２】
上記現像ローラ６の表面部の電気抵抗に関しては、表面コート層を含めてバルクの体積抵抗率で規定することができる。具体的には、各ローラ表面部のバルクの体積抵抗率が１０３〜１０７Ω・ｃｍになるように表面コート層及びベース層の電気抵抗と調整を行う。本実施形態で使用するベース層の体積抵抗率は１０３〜１０５Ω・ｃｍなので、表面コート層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。このように体積抵抗率が１０３〜１０７Ω・ｃｍからなる表面部を備えた低抵抗の現像ローラ６は、感光体ドラム１と現像ローラ表面との間に現像電界を効率的に形成できるため、低電位現像に好適である。
【００１３】
また、マグネットローラ７と現像ローラ６には、両者が対向しているトナー供給領域にトナー供給用電界を形成するための所定の電位差が生じるように、トナー供給用電界形成手段としての図示しない電源によりバイアス電圧が印加されている。両ローラ６、７間に生じるトナー供給用電界により磁気ブラシ９内のトナーが現像ローラ６上に移動し、現像ローラ６上にトナー薄層が形成される。
また、現像ローラ６に印加するバイアス電圧は、感光体ドラム１上の画像部と現像ローラ６との間に所定の現像ポテンシャルを形成する現像バイアスとしても機能する。このバイアス電圧が印加された現像ローラ６は、感光体ドラム１に当接して接触しながら回転し、感光体ドラム１の静電潜像にトナーを付着させて顕像化する。
【００１４】
上記トナー供給領域を通過したマグネットローラ７上の磁気ブラシは、マグネットローラ７の内部の固定磁石の磁力配置により、マグネットローラ７の表面から一旦離れて落下するようになっている。マグネットローラ７の表面から離れ、攪拌部材１０ａ上に落下した現像剤５は、均一なトナー濃度になるように攪拌される。そして、磁気ブラシ９が一旦離れた後で、マグネットローラ７の表面にはそれまで攪拌されて均一なトナー濃度になった現像剤が攪拌部材１０ａにより供給される。マグネットローラ７に対向する攪拌部材１０ａは、図示のようにマグネットローラ７と同方向（反時計方向）に回転している。マグネットローラ７から離れた現像剤は、マグネットローラ７から遠い位置にある攪拌部材１０ｂの下方に引き込まれて撹拌される。この撹拌部材１０ａ，１０ｂで撹拌された現像剤は、攪拌部材１０ａの上方でマグネットローラ７に供給されるようになっている。このようにして、マグネットローラ７には常に均一で狙いのトナー濃度になった現像剤が供給されて磁気ブラシ９が形成される。
【００１５】
上記構成の画像形成装置において低電位現像を行う場合、各部の電位は例えば次のようになる。例えば現像に用いるトナーの帯電極性が負極性である場合、感光体ドラム１の暗部電位ＶＤが−４００Ｖに設定され、露光された明部電位ＶＬが−１００Ｖ〜−２００Ｖに設定される。そして、現像ローラ６には−２００Ｖ〜−３００Ｖの現像バイアスが印加される。また、マグネットローラ７のスリーブには−３００Ｖ〜−４００Ｖが印加される。これらのバイアス電圧の印加により、現像ローラ６とマグネットローラ７との間に電位差１００Ｖが印加され、トナーを現像ローラ側に移動させるようなトナー供給用電界を両ローラ間に形成することができる。
【００１６】
次に、本発明の特徴部に係る構成について説明する。
上記現像領域Ａを通過した後の現像ローラ６の表面には、既に述べたように、トナーが消費されたトナーの消費部分とトナーが消費されずにそのままトナー薄層が残ったトナーの未消費部分とが存在する。その後、マグネットローラ７と対向しているトナー供給領域でマグネットローラ７上の磁気ブラシ９によりトナーを供給しても、現像ローラ６上のトナーの消費部分と未消費部分におけるトナー付着量の差を解消することは困難である。このトナー付着量が異なる部分が現像ローラ表面上に存在したままでは、次に感光体ドラム１と対向する現像領域において現像する時に、濃度ムラ、残像等の異常画像を発生させてしまう。
【００１７】
そこで、本実施形態では、現像ローラ表面が現像領域Ａからトナー供給領域Ｃまで移動する移動経路上で、現像領域Ａを通過した現像ローラ６上のトナーの帯電量を変化させるトナー帯電量変更手段を設けている。このトナー帯電量変更手段により、現像領域Ａからトナー供給領域Ｃに至る現像ローラ６上のトナーがトナー供給領域Ｃに到達したときにマグネットローラ７側に移動可能な程度までトナーの帯電量を変化させている。
そして、本実施形態では、上記トナー帯電量変更手段として、導電性部材としての電荷制御ローラ１１と、電荷制御ローラ１１に所定のバイアス電圧を印加する電圧印加手段としての図示しない電源とを設けている。この電荷制御ローラ１１は、現像ローラ表面が現像領域Ａからトナー供給領域Ｃまで移動する移動経路上で現像ローラ６の表面に対向するように配設されている。
【００１８】
上記電荷制御ローラ１１の構造及び材料は、現像ローラ６上のトナーの帯電量を変化させることができるものであればよく、特定の構造や材料に限定されるものではない。例えば、上記現像ローラ６と同様に芯金ローラの表面側にベース層及び表面コート層からなる表面部を備えたローラを用いることができる。この表面部の構造及び材料としては、前述の現像ローラと同様なものを採用することができる。この電荷制御ローラ１１の表面部の材料は、現像ローラ６上のトナーの帯電量の変化をもたらすメカニズムに影響する。例えば、現像ローラ６上のトナーの帯電量の変化が電荷注入で行われる場合は、電荷制御ローラ１１及び現像ローラ６のうち表面部の電気抵抗（体積抵抗率）がより小さいローラから主に電荷注入が行われることになる。また、電荷制御ローラ１１の表面部の材料がトナーと逆極性に帯電する材料である場合は、電荷制御ローラ１１の表面とトナーとの摩擦によってトナーを摩擦帯電することにより、現像ローラ６上のトナーの帯電量を変化させることができる。
また、上記電荷制御ローラ１１は、その全体を導電性部材で形成しても良い。この電荷制御ローラ１１は接地してもいいし、後述のように所定の電圧を印加するようにしてもよい。この場合、主に電荷制御ローラ１１からの電荷注入により、現像ローラ６上のトナーの帯電量（極性、絶対値）を変化させることができる。
【００１９】
また、上記電荷制御ローラ１１は、現像ローラ６に当接しながら互いに同じ方向に表面が移動するように回転する。電荷制御ローラ１１の表面の移動速度は、現像ローラ６に従動させて現像ローラ６の表面の移動速度と同じになるように設定してもいいし、現像ローラ６と線速差を有するように設定してもよい。両ローラ間に線速差を設けた場合は、現像ローラ６上のトナーと電荷制御ローラ１１との摩擦帯電によってもトナーの帯電量を変化させることができる。
【００２０】
また、電荷制御ローラ１１には、現像ローラ６上のトナーの帯電量を変化させるメカニズムに応じてそれぞれ適正な電圧を印加する。
例えば、現像ローラ６と電荷制御ローラ１との対向部において現像ローラ６から正の電荷を注入して現像ローラ６上のトナーの帯電量（負極性）の絶対値を低下させたり逆の正極性に帯電したりする場合がある。この場合、現像ローラ６の表面部の電気抵抗を電荷制御ローラ１の表面部よりも小さくし、上記マグネットローラ７のスリーブに印加するトナー供給用のバイアス電圧と同じ電圧を電荷制御ローラ１１に印加することができる。図３は、現像ローラ６と電荷制御ローラ１１との間の電位差ΔＶと、現像ローラ６上のトナーの帯電量の変化量（低下量）との関係を測定した実験結果を示したグラフである。この図３から上記電位差ΔＶの増加に応じて現像ローラ６上のトナーの帯電量の変化量（低下量）が多くなってことがわかる。なお、図中のトナーの帯電量の変化量の測定には、Ｅ−ＳＰＡＲＴ　ＡＮＡＬＹＺＥＲ（ホソカワミクロン株式会社製の分析装置）を使用した。このＥ−ＳＰＡＲＴ　ＡＮＡＬＹＺＥＲは、二重ビーム周波数偏移型レーザードップラー速度計と静電界中で粒子の動きを摂動させる弾性波とを用いた方法を採用し、現像ローラ６上のトナーにエアを吹き付けて飛ばし、電界中の動きを捉えることでトナー個々の粒径と帯電量のデータを得るものである。ここで、各トナーにおいて電荷がトナー全体にわたって均一に存在するならば、トナー帯電量はトナー粒径の３乗に比例するが、実際にはトナー粒径そのものに比例している。このようにトナー帯電量とトナー粒径とが比例関係にあるため、本実験では、トナーの帯電量ｑを粒径ｄで除した値（ｆＣ／１０μｍ）を用いた。
また、上記電荷制御ローラ１の表面部の電気抵抗が現像ローラ６の表面部よりも小さい場合あるいは両ローラの表面部の電気抵抗が同程度の場合は、−２００Ｖ程度の現像バイアス電圧に対し、電荷制御ローラ１１に＋１００Ｖ以下の正の電圧を印加するようにしてもよい。
【００２１】
以上、本実施形態の画像形成装置では、現像ローラ６の表面が現像領域Ａからトナー供給領域Ｃまで移動する移動経路上で、現像領域Ａを通過した現像ローラ６上のトナーの帯電量を変化させる。このトナーの帯電量の変化は、現像領域Ａでトナーが消費された消費部分とトナーが消費されずにそのまま残った未消費部分の両方の部分のトナーに対して、これらのトナーがトナー供給領域Ｃでマグネットローラ７側に移動可能な程度まで行われる。従って、この現像ローラ６上の帯電量を変化させたトナーは、トナー供給領域Ｃに到達したとき、マグネットローラ７側に移動して回収される。以上のように、装置構成が複雑になる従来のクリーニングローラや電界切換手段を設けることなく、現像領域Ａを通過した現像ローラ６上のトナーをトナー供給領域Ｃでマグネットローラ７側に一旦回収することができる。
そして、上記トナーが一旦回収された現像ローラ６の表面には、トナー供給領域Ｃに形成されるトナー供給用電界により、マグネットローラ７上の現像剤からなる磁気ブラシ中に存在する所定の帯電極性に帯電されたトナーが移動して供給される。このマグネットローラ７から新しく供給された現像ローラ６上のトナーが現像領域Ａに搬送され、感光体ドラム１上の静電潜像の現像に用いられる。
従って、装置構成を複雑にすることなく、現像領域Ａ通過後の現像ローラ６の表面に生じたトナー付着量のムラに起因した濃度ムラ、残像等の異常画像を防止することができるという効果を奏する。
また、本実施形態の画像形成装置では、上記帯電量を変化させるトナーの帯電極性が、マグネットローラ７から現像ローラ６側に移動するトナーの帯電極性すなわち現像に用いる供給トナーの帯電極性とは逆極性になるように帯電量を変化させてもよい。このように逆極性になるようにトナーの帯電量を変化させた場合は、トナー供給領域Ｃに移動してきた現像ローラ６上のトナーをトナー供給用電界により効率的にマグネットローラ７側に移動させて回収することができるという効果を奏する。
また、本実施形態の画像形成装置では、上記トナー供給領域Ｃにおける現像ローラ６の表面移動速度とマグネットローラ７の表面移動速度とを異ならせてもよい。この場合は、マグネットローラ７上に形成される磁気ブラシと現像ローラ６の表面との間に相対速度差が生じるため、上記磁気ブラシによって回収すべきトナーの現像ローラ６表面からの掻き取りをスムーズに行うことができるという効果を奏する。
【００２２】
また、本実施形態の画像形成装置では、上記トナー供給領域Ｃにおける現像ローラ６の表面移動方向とマグネットローラ７の表面移動方向とを異ならせてもよい。本実施形態において現像ローラ６へのトナー供給と現像ローラ６からのトナー回収とを、同じトナー供給領域Ｃにおける磁気ブラシの同一部分で行うと、現像ローラ６上に逆帯電トナーが残りやすくなある。そのため、現像ローラ６に供給される供給トナーに逆帯電トナーが混じった状態で現像領域に搬送され、地汚れが発生するおそれがある。そこで、トナー供給領域Ｃにおける現像ローラ６の表面移動方向とマグネットローラ７の表面移動方向とを異ならせることにより、逆帯電トナーが残りにくくなり、地汚れを防止することができるという効果を奏する。
図４は、現像ローラ６の表面とマグネットローラ７の表面とが互いに逆方向に移動する場合のトナー供給領域Ｃにおけるトナーの動きを説明する説明図である。トナー供給領域Ｃでは、マグネットローラ７の磁石７ｂの磁力によってスリーブ５ａの表面に、所定極性に帯電した供給トナー５ａ及びキャリア５ｂからなる磁気ブラシ９が形成される。そして、図示のように現像ローラ６及びマグネットローラ７（スリーブ７ａ）を、各ローラ６，７の表面が互いに逆方向（図中の矢印Ｄ、Ｅ）に移動するように回転させることにより、トナー供給領域Ｃに形成される磁気ブラシ９の互いに異なる箇所でトナーの供給と回収とを行うことができる。例えば、現像ローラ表面移動方向におけるトナー供給領域（供給ニップ部）Ｃの上流部分（図４中の▲１▼の部分）では、トナー供給用電界Ｅｓにより現像ローラ６上の回収トナー５ｃ（正帯電）がマグネットローラ７側へ移動し、磁気ブラシ９内に回収される。そして、トナー供給領域（供給ニップ部）Ｃの上流部分（図４中の▲２▼の部分）では、トナー供給用電界Ｅｓによりマグネットローラ７上の磁気ブラシ９上の供給トナー５ａが現像ローラ６側に移動し、現像ローラ６表面上に供給される。このようにトナー供給領域Ｃに形成される磁気ブラシ９の互いに異なる箇所でトナーの供給と回収とを行うことができるので、帯電量の極性が変化した逆帯電トナーと新しく供給される所定帯電量のトナーとの混合が発生しなくなる。従って、現像ローラ６に形成されて現像領域に搬送されるトナー薄層に逆帯電トナーが残りにくくなり、安定したトナー薄層を形成することができる。
【００２３】
また、本実施形態の画像形成装置では、上記トナー帯電量変更手段を、現像ローラ６の表面に対向する導電性ローラ等の導電性部材と、その導電性部材に電圧を印加する電圧印加手段としての電源とを用いて構成してもよい。この場合、導電性部材と現像ローラとの間に均一な電界を形成し、この電界の下で現像ローラ６上のトナーに電荷を注入することができる。従って、上記導電性部材との対向部を通過した現像ローラ６上のトナーの帯電量（電荷量）が均一にそろい、トナー供給領域Ｃに到達した現像ローラ６上のトナーの全てを回収し、速やかに回収トナーと供給トナーとを入れ替えることができるという効果を奏する。
また、本実施形態の画像形成装置では、上記トナー帯電量変更手段を、現像ローラ６上のトナーがマグネットローラ７側に移動する向きの気流を発生させるように回転するブラシ状の回転部材を用いて構成してもよい。帯電量を変化させた後の現像ローラ６上のトナーは、現像ローラ６の表面に引きつけられるクーロン力が小さくなるために飛散しやすい。そこで、上記ブラシ状の回転部材を用いることにより、現像ローラ６上のトナーがマグネットローラ７側に移動して撹拌部材１０ａ、１０ｂが設けられた攪拌部に向かうような吸込み気流を作り出すことができる。この気流によりトナーの飛散を防止できるという効果を奏する。このように上記トナー帯電量変更手段としてブラシ状の回転部材を、上記気流を発生させる手段として兼用できるため、上記気流を発生させるための新たな気流発生機構を設ける必要がなく、現像装置の低コスト化を図ることもできるという効果も奏することができる。
上記ブラシ状の回転部材としては、基体部材（ローラ軸）の表面部をブラシで形成したものを用いることができる。そして、このブラシとしては、磁気ブラシ、ファーブラシ等を使うことができる。ただし、ブラシの体積抵抗率は１０７Ωｃｍ以下が望ましい。例えば、ナイロン、レーヨン、アクリル、ビニロン、ポリエステル、塩ビ、ポリウレタン等の樹脂繊維にカーボン、金属などの導電粒子を添加したブラシを用いる。また、磁気ブラシを形成する場合は、前述のマグネットローラ７と同様のマグネットローラを使用することができる。磁気ブラシを形成する磁性粒子としては、現像剤と同様に、フェライト、マグネタイトなどの粒子を使用することができる。この磁性粒子の粒径は２０μｍ〜８０μｍが望ましい。
【００２４】
また、本実施形態の画像形成装置では、出力画像によって現像ローラ６上のトナー量が変化してトナー供給領域Ｃでのトナーの回収効率に差が生じ、トナー供給領域Ｃでトナー確実に回収できないおそれがある。そこで、現像領域Ａを通過した現像ローラ６上のトナーの帯電量を検出するトナー帯電量検出手段としての帯電量センサ１３（図２参照）と、このトナー帯電量変更手段を制御する制御手段を設けてもよい。この制御手段は、トナー帯電量検出手段の検出結果に基づいて現像ローラ６上のトナーの帯電量を変化させるように上記電荷制御ローラ１１や電源等からなるトナー帯電量変更手段を制御する。また、上記帯電量センサ１３としては、現像ローラ６上の一定面積のトナー薄層の電位を計測し、トナーの静電容量からそのトナーの電荷（帯電量）を出力するものを用いることができる。そして、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインターフェース部などによって構成することができる。この制御手段により、例えば現像ローラ６上に残っているトナーの帯電量（負極性）の絶対値が大きいときには、電荷制御ローラ１１に大きな正電圧を印加し、上記トナーの帯電量の絶対値が小さいときには、小さな正電圧を印加するように制御する。このような制御により、出力画像の種類によらず現像ローラ６上のトナーを帯電量を所定の帯電量（絶対値及び極性）にすることができる。従って、現像ローラ６上のトナーを確実に回収して現像ローラ６上にトナー付着量が安定したトナー薄層を形成できるため、静電潜像に忠実な画像を得ることができるという効果を奏する。更に、トナーの飛散も防止できる。
なお、上記センサ１３の代わりに現像領域Ａから転写領域Ｂに至る間で感光体ドラム１上の一定面積のトナーの帯電量を計測するセンサを設けてもよい。この場合は、そのセンサで検出した感光体ドラム１上のトナーの帯電量に応じて電荷制御ローラ１１に印加する電圧を制御する。このセンサの出力は、現像ローラ６に印加するバイアス電圧、マグネットローラ７に印加するバイアス電圧、帯電装置２に印加する電圧、書き込み条件の制御することができる。従って、ドット径３０μｍ以下のような高精細な画像を得ることができるという効果を奏する。
【００２５】
また、本実施形態の画像形成装置では、低電位の現像を行うことができるように、現像ローラ６のトナーを担持する表面部の体積抵抗率を１０３Ωｃｍ以上且つ１０７Ωｃｍ以下に設定し、現像ポテンシャルの絶対値を２００Ｖ以下に設定している。このように低電位の現像を行うときに均一な画像を得るためには、現像ローラ６上に担持して現像領域に搬送するトナーの帯電量及び付着量を安定させる必要がある。更に、１ドットの径が３０μｍ以下の高解像度の画像を形成する場合に、現像ローラ６上に担持して現像領域に搬送するトナーの帯電量及び付着量を安定させる必要がある。そして、この現像ローラ６上のトナーの帯電量及び付着量は、環境変動の影響を受けやすく、経時変化も発生しやすい。
そこで、本実施形態のように上記トナー帯電量変更手段を設けることにより、マグネットローラ７からのトナー供給を安定化させることができる。従って、低電位の現像を採用し、１ドットの径が３０μｍ以下の高解像度の画像を形成する場合でも環境変動や経時変化の少ない画像形成を行うことができるという効果を奏する。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１乃至１１の発明によれば、装置構成を複雑にすることなく、現像領域通過後のトナー担持体表面に生じたトナー付着量のムラに起因した濃度ムラ、残像等の異常画像を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】同画像形成装置に用いる現像装置の要部拡大図。
【図３】同現像装置における現像ローラと電荷制御ローラとの間の電位差ΔＶと、現像ローラ上のトナーの帯電量の変化量との関係を示すグラフ。
【図４】現像ローラの表面とマグネットローラの表面とが対向するトナー供給領域におけるトナーの動きを説明する説明図。
【符号の説明】
１　　　感光体ドラム（潜像担持体）
２　　　帯電装置
３　　　現像装置
５　　　現像剤
５ａ　　現像ローラに供給されるトナー
５ｂ　　キャリア
５ｃ　　現像ローラから回収されるトナー
６　　　現像ローラ（トナー担持体）
７　　　マグネットローラ（トナー供給部材）
８　　　現像剤規制部材
９　　　磁気ブラシ
１１　　電荷制御ローラ（トナー帯電量変更手段）
１３　　帯電量センサ（トナー帯電量検出手段）
【図１】
2004054036.tif 000003
【図２】
2004054036.tif 000004
【図３】
2004054036.tif 000005
【図４】
2004054036.tif 000006