(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母粒子と外添剤とを有する現像剤を用い，現像剤を担持しつつ像担持体に対面する現像剤担持体と，前記現像剤担持体に接触する現像剤供給回収部材とを有する現像装置において，
現像剤として，現像剤担持体を基準とする帯電特性が母粒子と外添剤とで逆向きであるものを用い，
前記現像剤担持体と前記現像剤供給回収部材との間の電圧を制御する内部バイアス制御部を有し，
前記内部バイアス制御部は，
所定の使用程度以後には，前記現像剤担持体と前記現像剤供給回収部材との間に，外添剤を前記現像剤供給回収部材に引きつける向きの電圧を印加し，
使用程度の進行とともにその向きの電圧を強めていくものであることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
母粒子と外添剤とを有する現像剤を用い，現像剤を担持しつつ像担持体に対面する現像剤担持体と，前記現像剤担持体に接触する現像剤供給回収部材とを有する現像装置において，
前記現像剤担持体と前記現像剤供給回収部材との間の電圧を制御する内部バイアス制御部と，
温度および湿度の少なくとも一方を検知する環境センサとを有し，
前記内部バイアス制御部は，温度および湿度の少なくとも一方が所定の閾値より低い場合には，前記現像剤担持体と前記現像剤供給回収部材との間に，外添剤を前記現像剤供給回収部材に引きつける向きの電圧を印加するものであり，
使用する現像剤は，現像剤担持体を基準とする帯電特性が母粒子と外添剤とで同じ向きであり，かつ，外添剤の方が母粒子より帯電の程度が強いものであることを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電子写真方式の画像形成装置に用いられ，トナーを用いて静電潜像を現像する現像装置に関する。さらに詳細には，キャリアを用いない１成分トナー方式の現像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より，電子写真方式の画像形成装置では，感光体上に形成された静電潜像をトナーで現像することにより画像を形成している。ここで，非接触１成分現像方式の現像装置では，キャリアを使用せず，樹脂に色粉を入れた母粒子に各種の外添剤が添付された１成分トナーが用いられる。この１成分トナーでは，一般に，現像剤担持体と現像剤規制部材との間などにおいて摩擦帯電される。そして，現像剤担持体と像担持体との間にかけられた電界によってクーロン力を受け，像担持体へと飛ばされる。
【０００３】
また，特許文献１には，現像剤規制部材に適切な電圧を印加している画像形成装置が開示されている。この文献に記載の画像形成装置では，規制部材に電圧印加手段が接続されて，交番電圧が印加されている。これにより，トナーの帯電をさらに確実なものとし，画質低下を招くことなく，画質追随性の向上が図れるとされている。
【特許文献１】特開２０００−９８７３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，前記した従来の現像装置では，トナーは帯電される際に物理的な圧接力を受けるので，同じトナーを使い続けることによって次第にトナーの帯電特性が低下する。その結果，帯電量が低すぎると，現像剤担持体と像担持体との間の印加バイアスに対する応答性が低下する。このことは，現像剤担持体と像担持体との振れに起因する電界強さの大小等により現像剤の飛翔量に変化が生じることとなり，画像濃度ムラの原因となるおそれがある。
【０００５】
また，環境変化によって，トナーの帯電特性が変化する。一般に，低温低湿では帯電特性が高く，高温高湿では帯電特性が低下する傾向がある。もし，帯電量が高すぎると，トナーと像担持体との間の鏡像力が大きくなりすぎ，転写部における転写不良を招くおそれがある。特に，新しいトナーを低温低湿環境で使用した場合，このような画質低下の原因となるおそれがあった。
【０００６】
本発明は，前記した従来の現像装置および画像形成装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，多数枚の印刷を行った後の帯電特性が低下したトナーでも適切な画像濃度で画像形成を行うことができるとともに，低温低湿環境で使用された場合でも良好な画質の画像が得られ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】
【０００７】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の現像装置は，母粒子と外添剤とを有する現像剤を用い，現像剤を担持しつつ像担持体に対面する現像剤担持体と，現像剤担持体に接触する現像剤供給回収部材とを有する現像装置であって，現像剤として，現像剤担持体を基準とする帯電特性が母粒子と外添剤とで逆向きであるものを用い，現像剤担持体と現像剤供給回収部材との間の電圧を制御する内部バイアス制御部を有し，内部バイアス制御部は，所定の使用程度以後には，現像剤担持体と現像剤供給回収部材との間に，外添剤を現像剤供給回収部材に引きつける向きの電圧を印加し，使用程度の進行とともにその向きの電圧を強めていくものである。
【０００８】
本発明の現像装置によれば，現像剤は現像剤担持体に担持されつつ，現像剤供給回収部材にも接触している。ここで，所定の使用程度以後には，内部バイアス制御部によって，現像剤担持体と現像剤供給回収部材との間に，外添剤を現像剤供給回収部材に引きつける向きの電圧が印加されるので，現像剤中の外添剤が現像剤供給回収部材に引きつけられる。さらに，現像剤として，現像剤担持体を基準とする帯電特性が母粒子と外添剤とで逆向きであるものを用いれば，外添剤が現像剤供給回収部材に引きつけられた残りの現像剤は，帯電特性が向上したものとなる。従って，多数枚の印刷を行った後の帯電特性が低下したトナーでも適切な画像濃度で画像形成を行うことができる。
【０００９】
また本発明の現像装置は，母粒子と外添剤とを有する現像剤を用い，現像剤を担持しつつ像担持体に対面する現像剤担持体と，現像剤担持体に接触する現像剤供給回収部材とを有する現像装置であって，現像剤担持体と現像剤供給回収部材との間の電圧を制御する内部バイアス制御部と，温度および湿度の少なくとも一方を検知する環境センサとを有し，内部バイアス制御部は，温度および湿度の少なくとも一方が所定の閾値より低い場合には，現像剤担持体と現像剤供給回収部材との間に，外添剤を現像剤供給回収部材に引きつける向きの電圧を印加するものであってもよい。
【００１０】
このような現像装置によれば，温度および湿度の少なくとも一方が所定の閾値より低い場合には，内部バイアス制御部によって，現像剤担持体と現像剤供給回収部材との間に，外添剤を現像剤供給回収部材に引きつける向きの電圧が印加されるので，現像剤中の外添剤が現像剤供給回収部材に引きつけられる。従って，環境に応じて，残りの現像剤の帯電特性が調整される。
【００１１】
さらに本発明では，現像剤として，現像剤担持体を基準とする帯電特性が，母粒子と外添剤とで同じ向きであり，かつ，外添剤の方が母粒子より帯電の程度が強いものを用いている。
このようなものであれば，外添剤が現像剤供給回収部材に引きつけられることにより，現像剤の全体としての帯電が弱められる。従って，低温低湿環境で帯電量が上がりすぎることが防止されるので，低温低湿環境で使用された場合でも良好な画質の画像が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の現像装置によれば，多数枚の印刷を行った後の帯電特性が低下したトナーでも適切な画像濃度で画像形成を行うことができるとともに，低温低湿環境で使用された場合でも良好な画質の画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
「第１の形態」
以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，１成分トナー現像方式の現像装置を利用する電子写真方式のカラープリンタに，本発明を適用したものである。
【００１４】
本形態のカラープリンタ１は，図１にその概略構成を示すように，各色の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋ，中間転写ベルト１１，２次転写装置１２，ベルトクリーナ１３を有している。各色の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋは，中間転写ベルト１１に沿って配置され，中間転写ベルト１１上に各色のトナー像を重ね合わせて形成する。重ね合わされたトナー像は，２次転写装置１２で記録紙１４に転写される。また，中間転写ベルト１１上に残ったトナーは，ベルトクリーナ１３によって掻き取られる。なお以下では，特に区別の必要がない場合には，各色の添字ＹＭＣＢｋを省略して記載する。
【００１５】
各色の画像形成部１０はいずれも同じ構成である。各画像形成部１０は，図１に示すように，感光体ドラム２０を中心として，その周囲に帯電装置３０，露光装置４０，現像装置５０，転写装置６０を有している。またこの他に，転写後の感光体ドラム２０に残ったトナーを掻き取るためのクリーナ装置等を有していても良い。
【００１６】
本形態の現像装置５０は，非接触１成分現像方式のものである。これは，キャリアを使用しない現像方式であり，この現像装置５０で使用されるトナーは１成分トナーである。この現像装置５０は，図２に示すように，ハウジング５１を有し，その内部にそれぞれ各色のトナーＴが収容されている。また，ハウジング５１中にはさらに，現像ローラ５２，供給ローラ５３，トナー規制部材５４がそれぞれ設けられている。
【００１７】
現像ローラ５２は，感光体ドラム２０に適切な量のトナーＴを供給するためのものである。この現像ローラ５２は，ハウジング５１の開口部を介して感光体ドラム２０と対面しているが，感光体ドラム２０には接触していない。現像ローラ５２には，電源５５が接続され，適切なバイアス電圧が印加される。供給ローラ５３は，現像ローラ５２に接触して回転され，現像ローラ５２にトナーＴを供給するためのものである。供給ローラ５３には，電源５６が接続され，適切なバイアス電圧が印加される。電源５５と電源５６とは，ともにコントローラ５７によって制御されている。
【００１８】
通常，現像ローラ５２および供給ローラ５３に印加されるバイアス電圧は，例えば図３に示すように，Ｖｄｃ＝−４２０Ｖの直流成分にＶｐｐ＝１６００Ｖの矩形波交流成分を重畳したものである。ここでは，負に帯電するトナーＴを使用するので，現像ローラ５２に負電圧が印加されることにより，現像ローラ５２から感光体ドラム２０へとトナーＴを飛ばす。この方向の電圧が現像方向電圧であり，例えば図３に示した波形では，現像方向のｄｕｔｙ＝３５％のものを用いている。
【００１９】
また，トナー規制部材５４は，現像ローラ５２の表面に担持されたトナーＴの層厚を規制する。本形態の現像装置５０では，トナー規制部材５４には電圧は印加されていない。また，本形態では，トナーＴとして，樹脂に色粉を入れた母粒子に各種の外添剤が添付されたものを使用している。このトナーＴが，例えば現像ローラ５２と供給ローラ５３との間や，現像ローラ５２とトナー規制部材５４との間での摩擦により帯電される。本形態では，母粒子を負帯電させる負帯電トナーが使用されている。
【００２０】
ここでは，トナーＴの外添剤としては，現像ローラ５２の表面を基準としたとき，母粒子と外添剤とが逆の帯電特性を有する種類のものが使用されている。このような外添剤では，現像ローラ５２に対して母粒子が負に帯電される場合には，外添剤は正に帯電される。例えば，ポリエステル樹脂製の母粒子に対して，外添剤として，ステアリン酸カルシウム，チタン酸ストロンチウム，ステアリン酸亜鉛等を用いる。
【００２１】
本形態では，同じトナーＴでの印刷枚数が所定以上となったら，現像ローラ５２に印加されるバイアス電圧を変化させる。すなわち，図４に示すように，コントローラ５７の制御によって，現像ローラ５２にかけるバイアスの現像方向ピーク電圧をやや小さくする。これにより，現像ローラ５２に印加される電圧と供給ローラ５３に印加される電圧とに差ΔＶを設ける。さらに，図５に示すように，使用が進むに従ってこの差ΔＶを次第に大きくしていく。ここでは，１０００枚印刷するごとに，差ΔＶを５０Ｖずつ増加させている。
【００２２】
このように，現像ローラ５２に印加されるバイアス電圧と供給ローラ５３に印加されるバイアス電圧とに差ΔＶを設けると，母粒子に対して正側に帯電される上記の外添剤の一部が供給ローラ５３に吸着される。母粒子から剥がれてトナーＴ内に浮遊していた外添剤や，母粒子との吸着力が弱まっていた外添剤が差ΔＶによって供給ローラ５３側へ集まってくるのである。しかも，差ΔＶを増加させるにつれて，吸着される外添剤の量が増えることになる。
【００２３】
この様子を検証した結果を図６に示す。外添剤は白色であるため，母粒子として黒色粒子を用いてトナーＴの色Ｌ＊を測定することにより，トナーＴ中の外添剤の含有量が推定できる。図６に示すように，初期状態では色Ｌ＊＝１４．５であったものが，差ΔＶを増加させるに従って色Ｌ＊が小さくなった。これは，トナーＴ中の外添剤のうち供給ローラ５３に吸着される量が増加したため，残りのトナーＴ中に含まれる外添剤の量が減少し，全体としてトナーＴの色が黒っぽくなっていることを表している。すなわち，現像ローラ５２と供給ローラ５３とに印加されるバイアス電圧の差ΔＶを大きくすることにより，トナーＴ中の外添剤の量を減少させることができ，その分，トナーＴの全体としての帯電量を負側に大きくすることができるのである。
【００２４】
この処理によるトナーＴの平均帯電量は，図７に実線で示すように，低下の度合いが非常に抑制されたものであった。また，この図には，このようなバイアス制御を行わないで通常と同じバイアスをかけ続けた場合の帯電量の変化を二点鎖線で示した。通常のバイアスでは，使用するに従って確実に帯電量が低下した。これらの比較から，２０００枚以上印刷した場合に本形態の効果が現れ，さらに印刷枚数が増えるに従って，その効果がはっきりすることが判った。これらの制御で形成した画像の画質を比較したところ，図８に示すように，本形態の処理を行えば５０００枚の印刷後も良好な画質の画像が得られた。
【００２５】
以上詳細に説明したように，本発明のカラープリンタ１によれば，非接触１成分現像方式の現像装置５０を有し，現像ローラ５２にかけられるバイアス電圧と供給ローラ５３にかけられるバイアス電圧とに，状況に応じて差ΔＶを設けている。トナーＴの耐久によって，トナーＴの帯電特性が低下してきた場合には，現像ローラ５２にかけるバイアスの現像方向ピーク電圧をやや小さくする。また，トナーＴの外添剤として，母粒子が負に帯電される際に，正に帯電される種類のものを用いる。これにより，外添剤が供給ローラ５３に吸着され，トナーＴの全体としての帯電量が適切に調整される。従って，多数枚の印刷を行った後の帯電特性が低下したトナーでも適切な画像濃度で画像形成を行うことができる。
【００２６】
「第２の形態」
以下，本発明を具体化した第２の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，１成分トナー現像方式の現像装置を利用する電子写真方式のカラープリンタに，本発明を適用したものである。
【００２７】
本形態のカラープリンタ２は，第１の形態のカラープリンタ１に比較して，環境センサ７０を有している点が異なるのみであり，その他の部材は共通であるので同じ符号を付して説明を省略する。環境センサ７０は，一般的な温湿度センサである。本形態は，低温低湿の環境におかれた場合に，トナーＴの帯電量が上がりすぎることに対する対策である。
【００２８】
本形態では，トナーＴの外添剤として，母粒子を負に帯電させると母粒子より強く負に帯電する帯電系列を有するものを使用する。すなわち，帯電系列が負の側から，外添剤＜母粒子＜現像ローラ５２の順となるものである。このような外添剤としては，例えば，Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシランであるシランカップリング剤で表面処理をしたシリカ粒子，３−アミノプロピルトリエトキシシランであるシランカップリング剤で表面処理をしたシリカ粒子等が使用できる。
【００２９】
本形態では，環境センサ７０によって周囲の環境を検出し，低温低湿の環境であると判断された場合に，図１０に示すように，現像ローラ５２にかけるバイアスの現像方向ピーク電圧をやや大きくする。特にトナーＴが新しい場合には，このようにすると良い。これにより，現像側での現像ローラ５２に印加される電圧と供給ローラ５３に印加される電圧とに差ΔＶを設ける。この差ΔＶは，環境の度合いによって調整しても良い。そして，上記のような外添剤の一部を供給ローラ５３へと吸着させる。これにより，トナーＴの全体としての帯電量をやや低下させ，高すぎる帯電量のために起きる転写不良の発生を防止することができる。
【００３０】
この処理による画質への影響を検証した結果を，図１１と図１２に示す。図１１は，外添剤としてＮ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシランを，図１２は，外添剤として３−アミノプロピルトリエトキシシランを使用した結果である。また，これらはいずれも，新しいトナーＴを使用して実験した。
【００３１】
例えば，気温１０℃湿度１０％の低温低湿環境において，供給ローラ５３に外添剤を付着させていない例では，「環境」が「低温低湿」で，「供給ローラ状態」が「外添剤付着無」の欄に示すように，トナーＴの帯電量が高すぎるため転写不良が発生していた。これに対し，同じ低温低湿環境でも供給ローラ５３に外添剤を付着させた例では，「環境」が「低温低湿」で，「供給ローラ状態」が「外添剤付着有」の欄に示すように，トナーＴの帯電量が抑制でき，良好な画像を得ることができた。その一方，気温３０℃湿度６５％の高温高湿環境では，供給ローラ５３に外添剤を付着させない方が良好な結果が得られた。従って，本形態では，環境センサ７０の結果に応じて差ΔＶを変化させることにより，より良好な画質の画像が得られることが判った。
【００３２】
以上詳細に説明したように，本発明のカラープリンタ２によれば，非接触１成分現像方式の現像装置５０を有し，環境センサ７０の結果に応じて，現像ローラ５２にかけられるバイアス電圧と供給ローラ５３にかけられるバイアス電圧とに差ΔＶを設けている。低温低湿環境におかれた場合は，現像ローラ５２にかけるバイアスの現像方向ピーク電圧をやや大きくする。また，トナーＴの外添剤として，母粒子が負に帯電される際に，より強く負に帯電される種類のものを使用する。これにより，バイアスの状況に応じて外添剤が供給ローラ５３に吸着され，トナーＴの全体としての帯電量が適切に調整される。従って，低温低湿環境で使用された場合でも，適切な画像濃度で画像形成を行うことができる。
【００３３】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，現像バイアス電圧値は一つの例であり，この値に限るものではない。各外添剤の種類も一つの例として挙げたものである。
また例えば，カラープリンタに限らず，モノクロプリンタ，コピー機，ＦＡＸ等の画像形成装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の形態に係るカラープリンタを示す概略構成図である。
【図２】現像装置の内部を示す断面図である。
【図３】現像ローラと供給ローラとに印加されるバイアス電圧を示す説明図である。
【図４】現像ローラと供給ローラとに印加されるバイアス電圧を示す説明図である。
【図５】バイアス電圧の制御方法を示す説明図である。
【図６】バイアス電圧の制御による外添剤量の変化を示す説明図である。
【図７】バイアス電圧の制御による帯電量の変化を示す説明図である。
【図８】バイアス電圧の制御による画質の変化を示す説明図である。
【図９】第２の形態に係るカラープリンタを示す概略構成図である。
【図１０】バイアス電圧の制御方法を示す説明図である。
【図１１】環境と供給ローラへの外添剤の付着の有無とによる画質の変化を示す説明図である。
【図１２】環境と供給ローラへの外添剤の付着の有無とによる画質の変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
５０  現像装置
５２  現像ローラ（現像剤担持体）
５３  供給ローラ（現像剤供給回収部材）
５７  コントローラ（内部バイアス制御部）
７０  環境センサ
Ｔ  トナー（現像剤）
【図１】
0004774832.tif 000002
【図２】
0004774832.tif 000003
【図３】
0004774832.tif 000004
【図４】
0004774832.tif 000005
【図５】
0004774832.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004774832.tif 000008
【図８】
0004774832.tif 000009
【図９】
0004774832.tif 000010
【図１０】
0004774832.tif 000011
【図１１】
0004774832.tif 000012
【図１２】
0004774832.tif 000013