(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像が形成される像担持体に対向して配設され、回動自在で表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
この現像剤担持体に対向して配設され且つ現像剤を現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、
現像剤供給部材より現像剤担持体の回動方向下流側で現像剤担持体と像担持体との対向領域より上流側にて現像剤担持体に対向して配設され、現像剤担持体上の現像剤を帯電する帯電部材と、
現像剤供給部材と現像剤担持体との間に印加される供給バイアスを制御することにより、現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤供給量を制御する供給制御手段と、
帯電部材と現像剤担持体との間に印加される帯電バイアスを定電流制御する帯電制御手段とを備え、
前記供給バイアスは、一周期中に、少なくとも現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤の移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤供給部材と現像剤担持体との間で現像剤の移動に作用する作用領域と、現像剤の移動に作用しない非作用領域とを含み、
前記供給制御手段は、少なくとも現像剤担持体上の現像剤量を標準量とする通常モード及び当該現像剤量を通常モード時より低減させたセーブモードとで現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤供給量が切り替わるように、前記供給バイアスの一周期に占める前記作用領域の時間の割合を切り替えるものであり、
前記帯電制御手段は、前記供給バイアスの一周期に占める前記作用領域の時間の割合が大きくなれば前記帯電バイアスの定電流値を大きくするように、前記帯電バイアスを前記供給バイアスに応じて制御することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
前記帯電制御手段は、現像剤担持体上の現像剤量の異なる前記通常モードと前記セーブモードとの間で帯電バイアスの定電流値を切り替えるように制御するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
潜像が形成される像担持体に対向して配設され、回動自在で表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
この現像剤担持体に対向して配設され且つ現像剤を現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、
現像剤供給部材より現像剤担持体の回動方向下流側で現像剤担持体と像担持体との対向領域より上流側にて現像剤担持体に対向して配設され、現像剤担持体上の現像剤を帯電する帯電部材と、
現像剤供給部材と現像剤担持体との間に印加される供給バイアスを制御することにより、現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤供給量を制御する供給制御手段と、
帯電部材と現像剤担持体との間に印加される帯電バイアスを定電流制御する帯電制御手段とを備え、
前記供給バイアスは、一周期中に、少なくとも現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤の移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤供給部材と現像剤担持体との間で現像剤の移動に作用する作用領域と、現像剤の移動に作用しない非作用領域とを含み、
前記供給制御手段は、少なくとも現像剤担持体上の現像剤量を標準量とする通常モード及び当該現像剤量を通常モード時より増加させた増量モードとで現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤供給量が切り替わるように、前記供給バイアスの一周期に占める前記作用領域の時間の割合を切り替えるものであり、
前記帯電制御手段は、前記供給バイアスの一周期に占める前記作用領域の時間の割合が大きくなれば前記帯電バイアスの定電流値を大きくするように、前記帯電バイアスを前記供給バイアスに応じて制御することを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３記載の現像装置において、
前記帯電制御手段は、現像剤担持体上の現像剤量の異なる前記通常モードと前記増量モードとの間で帯電バイアスの定電流値を切り替えるように制御するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１又は３に記載の現像装置において、
帯電制御手段は、現像剤の帯電量が現像剤量に拘わらず同等になるように帯電バイアスを切り替えることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１又は３に記載の現像装置において、
帯電バイアスは、周囲の環境条件に基づいて現像剤の帯電量が適正値になるように制御されるものであることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１又は３に記載の現像装置において、
現像剤担持体及び帯電部材の少なくともいずれか一方の対向表面には半導電性樹脂層が設けられることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項７記載の現像装置において、
半導電性樹脂層は、体積抵抗率が１０８Ω・ｃｍ以上で且つ１０１１Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項８記載の現像装置において、
半導電性樹脂層は、導電剤としてイオン伝導性物質を含むものであることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
静電潜像が担持される像担持体と、
この像担持体上の静電潜像を現像する請求項１乃至９のいずれかに記載の現像装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、一成分現像剤を用いた現像装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来における電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像装置としては、トナーのみからなる一成分現像剤を用いた一成分現像方式と、トナーとキャリアを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式とが知られている。中でも、一成分現像方式の現像装置は、キャリアとの混合、撹拌、トナー濃度の制御が不要であるため、装置の小型化、低コスト化が可能であり、更に、トナーの交換作業等が不要なため、主としてメンテナンスフリーが要望されるプリンタにおいて使用されることが多くなってきている。
そのため、消費される用紙類やトナーの量が益々増加してきているが、一方で、用紙類や現像剤の削減並びに電力の消費を抑える省エネルギー化も強く求められている。したがって、このような流れの中で、プリンタ等の画像形成装置で使用されるトナーの消費量を削減することは重要な問題となっている。
【０００３】
このようなトナーの消費量を削減するための方式としては、従来より各種の提案がなされている（例えば特許文献１〜６参照）。
特許文献１には、トナーの消費量を削減するモード（トナーセーブモード）が選択されると、その時の画像データを間引くことで印字品質を保ちながらトナーの節約も行うようにした方式が提示されている。
また、特許文献２には、感光体の帯電電位及び露光量の調整によってトナーの消費量を切り替える方式が提示されている。
更に、特許文献３には、現像バイアスを調整してトナーセーブモード時には現像されるトナー量を削減すると共に、カラーバランスにも配慮することで、トナーセーブモード時においても通常条件からの色味や色差の劣化が少ない画像を形成するようにした方式が提示されている。
更にまた、特許文献４には、反射濃度として反映されないトナーを感光体に付着させないように、感光体上に複数の濃度階調パターンを形成し、この濃度を計測することで、最適な濃度コントラストが得られる条件（感光体の画像電位と現像バイアスを調整する）を設定するようにした提案がなされている。
【０００４】
また、特許文献５には、トナーセーブモード時には現像スリーブの回転数を上げて（感光体との周速比を変える）感光体への付着量（現像によって付着する量）を低減したり、画像信号のパルス幅変調を行って付着量を低減する方式が提示されている。
更に、特許文献６には、感光体から用紙へのトナーの転写条件を変えることで用紙上の付着トナー量を低減させる方式が提示されている。このときの転写条件としては、加圧力や転写バイアスを変えることで、用紙への付着量を低減させるものとなっている。尚、感光体上に残ったトナーは感光体から回収され、再び現像に利用される。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−５４８０６号公報（実施例、図４）
【特許文献２】特開平６−３４８０９４号公報（実施例、図１）
【特許文献３】特開２００１−１９４８５５号公報（実施の形態１、図３）
【特許文献４】特開２００１−１２５３２４号公報（実施例１、図７）
【特許文献５】特開平９−１８５２０８号公報（発明の実施の形態、図３）
【特許文献６】特開平７−１６０１５０号公報（実施例１、図３）
【非特許文献１】Japan HardCopy’92  朝倉健治、横山嘉広（非磁性一成分現像方式におけるトナー層形成機構の検討）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した方式にあっては、いずれの方式にあっても現像ロール（現像スリーブ含む）上のトナー量は十分確保され、その後、感光体への現像条件を変えることで感光体上のトナー付着量を低減したり、感光体からの転写量を低減させるようにして、トナーセーブモード時に消費されるトナー量を通常より削減しようとするものとなっている。
したがって、上述の方式では、現像ロール上には多くのトナーが付着され、その一部が感光体側に移動するようになっている。
通常、現像ロール上では、当該現像ロール上のトナー量を規制し、帯電するためのブレード等の部材が対向配置されており、この部材によってトナーは摩擦等の機械的ストレスを受けるようになる。また、現像後に残留したトナーを現像ロールから剥離しようとする場合にも、トナーへの機械的ストレスが加わるようになる。
更に、現像ロールから感光体へのトナー付着量を低減するため、現像条件を変更する必要もある。
【０００７】
一方、非特許文献１には、図１４に示すように、３種のトナーを用いて弾性ブレードによりトナー層を規制した場合のトナー供給量と帯電量の結果が記されている。このことは、トナー供給量が変化すると、帯電量が変化することを示しており、従来の弾性ブレードによる摩擦帯電では、トナー供給量の変化に応じて帯電量を制御することが困難であることをも表している。
【０００８】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、現像剤担持体上の現像剤に対するストレスが低減された現像装置及びこれを用いた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】
【０００９】
すなわち、本発明の基本的構成は、図１に示すように、潜像が形成される像担持体１に対向して配設され、回動自在で表面に現像剤を担持する現像剤担持体２と、この現像剤担持体２に対向して配設され且つ現像剤を現像剤担持体２に供給する現像剤供給部材３と、現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤供給量を切り替え可能に制御する供給制御手段４とを備えるものである。
【００１０】
このような技術的手段において、本発明に係る現像装置は一成分現像剤を使用するものであり、現像剤としては磁性又は非磁性のいずれであっても差し支えない。
また、現像剤担持体２は現像剤を担持できるものであればロール状、ベルト状いずれでもよく、効果的に現像を行う観点からは現像剤担持体２が、像担持体１に接触配置される態様が好ましいが、像担持体１と非接触配置される態様であっても差し支えない。
更に、現像剤供給部材３は現像剤担持体２への現像剤供給量を制御できる方式であれば、現像剤担持体２と離間して配設される態様であってもよいし、接触して配設される態様であってもよい。
【００１１】
更に、本発明は、図１に示すように、上述した基本的構成を含み、潜像が形成される像担持体１に対向して配設され、回動自在で表面に現像剤を担持する現像剤担持体２と、この現像剤担持体２に対向して配設され且つ現像剤を現像剤担持体２に供給する現像剤供給部材３と、現像剤供給部材３より現像剤担持体２の回動方向下流側で現像剤担持体２と像担持体１との対向領域より上流側にて現像剤担持体２に対向して配設され、現像剤担持体２上の現像剤を帯電する帯電部材７と、現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤供給量を切り替え可能に制御する供給制御手段４と、帯電部材７と現像剤担持体２との間に印加される帯電バイアス９を切り替え可能に制御する帯電制御手段８とを備えるものである。
【００１２】
このような態様において、帯電部材７は、現像剤担持体２上の現像剤を帯電できるものであれば、現像剤担持体２と接触又は非接触いずれでもよく、更に、その形状は限定されないが、現像剤担持体２上の現像剤の帯電制御を有効に行う観点から、現像剤担持体２との間に所定の食い込み量を確保することが好ましく、このため、帯電部材７としては回転体が好ましい。尚、現像剤担持体２が表面樹脂層を備える弾性体（可撓性チューブ含む）とする態様にあっては、帯電部材７が剛体であっても差し支えない。また、帯電バイアス９は、帯電部材７と現像剤担持体２との間に印加され、現像剤への帯電付与を行うもので、代表的態様としては定電流、定電圧の態様が挙げられ、本発明では定電流の態様が採用されている。
このように、帯電バイアス９を切り替えることで、現像剤担持体２上の現像剤の帯電量を一定にすることができ、現像条件を変化させなくて済むようにもなり、安定した現像条件を得やすくなる。
【００１３】
そして、本発明における供給制御手段４は、現像剤供給量を制御できればその方式は特に限定されず、例えば後述する供給バイアス５を切り替える方式等が挙げられるが、本発明では供給バイアス５を切り替えるようにしている。また、供給制御手段４は、少なくとも現像剤担持体２上の現像剤量を標準量とする通常モード６ａ及び当該現像剤量を通常モード６ａ時より低減させたセーブモード６ｂとで現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤供給量を切り替えるようにしている。これによれば、セーブモード６ｂ時に現像剤担持体２上の現像剤量そのものが低減できるようになり、現像剤担持体２から像担持体１への現像時に現像条件を設定し直さなくて済むようにもなる。
【００１４】
更に、供給制御手段４としては、少なくとも現像剤担持体２上の現像剤量を標準量とする通常モード６ａ及び当該現像剤量を通常モード６ａ時より増加させた増量モード６ｃとで現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤供給量を切り替えるようにすることも可能で、この場合、増量モード６ｃ時に現像剤担持体２上の現像剤量を容易に増量させることができ、また、現像剤担持体２から像担持体１への現像時に現像条件を設定し直さなくて済むようにもなる。
【００１５】
また、帯電制御手段８は、現像剤の帯電量が現像剤量に拘わらず同等になるように帯電バイアス９を切り替えることが好ましく、このように現像剤担持体２上の現像剤量が変化しても帯電量を同等にすることで、現像条件等を同じ条件にて行うようにすることが可能になる。
更に、帯電制御手段８は、現像剤担持体２上の現像剤量の異なるモード６に応じて帯電バイアス９を切り替えるように制御すればよい。これによれば、各種モード６に応じた現像剤量で同様の帯電量の現像剤が容易に現像剤担持体２上で形成できるようになり、現像剤担持体２から像担持体１への現像時に現像条件を設定し直さなくて済むようになる。
【００１６】
本発明における上述した現像装置のうち、現像剤担持体２と現像剤供給部材３とが離間配置された態様においては、供給制御手段４は、現像剤供給部材３と現像剤担持体２との間に印加される供給バイアス５を現像剤担持体２上の現像剤量の異なるモード６に応じて切り替えるように制御することが、装置構成を簡略化し、現像剤担持体２への現像剤供給量を安定化させる観点から好ましい。
また、本発明における供給バイアス５としては、一周期中に、少なくとも現像剤供給部材３から現像剤担持体２への現像剤の移動を促す電界成分が含まれ且つ現像剤供給部材３と現像剤担持体２との間で現像剤の移動に作用する作用領域と、現像剤の移動に作用しない非作用領域とを含むものであり、供給バイアス５として現像剤の移動に対する作用領域及び非作用領域を有する波形を用いることで、作用領域のみの波形に比べ、少量の現像剤の供給も可能になる。
更に、本発明の供給制御手段４は、供給バイアス５の一周期に占める作用領域の時間の割合（デューティー比）を切り替えるものであり、このデューティー比を切り替えることで、簡単に現像剤担持体２への現像剤供給量を制御することができるようになる。
【００１７】
一方、本発明の帯電バイアス９は、直流の定電流にて構成されるものであり、このように、直流定電流にて帯電制御を行うことで、現像剤へ安定した帯電量を付与することができると共に、現像剤の帯電量の制御が容易になる。
【００１８】
また、本発明において帯電部材７を用いる態様にあっては、帯電バイアス９は、周囲の環境条件に基づいて現像剤の帯電量が適正値になるように制御されることが好ましく、この場合、現像剤担持体２から像担持体１への現像状態を一層安定させることができるようになる。
更に、現像剤担持体２及び帯電部材７の少なくともいずれか一方の対向表面には半導電性樹脂層が設けられることが好ましく、このような構成によれば、帯電時の現像剤への均一な帯電電界が印加されるようになり、現像剤へ一層均一な帯電量を付与することが可能になる。
【００１９】
更にまた、半導電性樹脂層は、体積抵抗率が１０８Ω・ｃｍ以上で且つ１０１１Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、体積抵抗率がこれより小さい場合には、帯電部材７に十分な放電電流が流せず、現像剤への十分な帯電がなされないようになる。一方、体積抵抗率がこれより大きすぎると、放電開始電圧を高くせざるを得ず、画像形成装置に使用するには実用的でない高電圧が必要となる。
そして、半導電性樹脂としては、導電剤としてイオン伝導性物質を含むものであることが好ましく、イオン伝導性物質を導電剤とすることで、例えばカーボンブラック等の電子伝導性物質を含むものより、樹脂への分散性もよくなり、帯電時の帯電電界の均一性が一層向上するようになる。
【００２０】
また、本発明は、上述された現像装置を含む画像形成装置をも対象とするものであり、この場合、静電潜像が担持される像担持体１と、この像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置として、上述した現像装置を用いるようにすればよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の基本的構成によれば、現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤供給量を切り替え可能に制御する供給制御手段を備えたので、例えばトナーセーブモード時には通常より現像剤担持体上の現像剤量を少なくすることができ、またトナー増量モード時には通常より多くの現像剤量とすることも可能で、現像剤担持体上の現像剤に与える機械的ストレスを低減し、長期に亘って安定した現像特性が得られるようになる。
また、現像剤供給部材から現像剤担持体への現像剤供給量を切り替え可能に制御する供給制御手段と、帯電部材と現像剤担持体との間に印加される帯電バイアスを切り替え可能に制御する帯電制御手段とを備えたので、例えばトナーセーブモード時には通常より現像剤担持体上の現像剤量を少なくすると共に、現像剤の帯電量は通常と同等にすることができ、またトナー増量モード時には通常より多くの現像剤量とすることも可能で、現像剤担持体上の現像剤への機械的ストレス付与を低減できると共に、現像条件等を変えなくて済むようにもなり、現像特性の安定した現像装置を提供することができるようになる。
特に本発明によれば、帯電制御手段は、供給バイアスの一周期に占める作用領域の時間の割合が大きくなれば帯電バイアスの定電流値を大きくするように、帯電バイアスを供給バイアスに応じて制御するようにしたので、供給バイアスによって現像剤担持体への現像剤供給量が変化しても現像剤に対して同様の帯電量が付与される。
そして、これらの現像装置を用いることで、現像特性の安定した画像形成装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図２は、本発明が適用された実施の形態の画像形成装置を示す。
同図において、符号２１は、矢印方向に回転するステンレス等の金属基体表面に有機感光体等の感光層を備えた感光体であり、この感光体２１は帯電ロール等の帯電装置２２によって帯電され、レーザ書込装置又はＬＥＤアレイ等を有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この書き込まれた静電潜像は、感光体２１の光の当たった部分の表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
【００２３】
本実施の形態における現像装置３０は、現像ハウジング３１内に非磁性一成分現像剤であるトナーを収容し、現像剤担持体としての現像ロール３２にトナーを担持させ、この現像ロール３２にバイアス電源３３からの現像バイアスを印加することで、現像ロール３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。
また、現像ロール３２の背後には、現像ロール３２と離間した位置にトナーを現像ロール３２へ供給するトナー供給ロール３４が配設されている。
【００２４】
更に、転写装置２６は、例えば感光体２１に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって感光体２１上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスが印加されることで、感光体２１上のトナー像を記録材としての用紙２８に転写させるようにしたものである。
また、感光体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。
そして、本実施の形態では、感光体２１上のトナー像が転写された用紙２８は定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によりトナー像は用紙２８に定着される。尚、定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５２と加圧ロール５１とを有し、この加熱ロール５２と加圧ロール５１との間に用紙２８を通過させることによりトナー像が定着されるようになっている。
【００２５】
ここで、本実施の形態における現像装置３０について図３に基づいて詳細に説明する。同図において、現像装置３０は、感光体２１に圧接して回転する現像ロール３２の背後に、現像ロール３２と離間配置され、現像ロール３２にトナーを供給するステンレス等の金属ロールからなるトナー供給ロール３４が配設されており、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とは両者の対向部位で同じ方向（Ｗｉｔｈ方向）に回転するように構成されている。尚、トナー供給ロール３４としては、現像ロール３２にトナーを供給できるものであればよく、金属ロールのみならず、例えば弾性部材等も使用できる。本実施の形態におけるトナー供給ロール３４には供給バイアスを付与するバイアス電源４２が接続され、トナー供給ロール３４上のトナーを現像ロール３２に供給するようになっている。
【００２６】
また、トナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３５が設けられ、アジテータ３６によってトナーホッパ３５内に収容されたトナーが撹拌されるようになっている。尚、アジテータ３６は、樹脂製のシャフトにＰＥＴ（ポリエステル）シート等の樹脂シートの羽根を備え、トナーホッパ３５内を回転することで、トナーを撹拌すると共にトナー供給ロール３４側へトナーを供給するようになっている。
【００２７】
更に、本実施の形態では、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位の下流側で現像ロール３２と対向する位置には、現像ロール３２上のトナーの帯電量及びトナー量を規制する帯電ロール３７が現像ロール３２に圧接して設けられている。尚、帯電ロール３７の材質と帯電ロール３７と現像ロール３２との接触／非接触の組合わせによっては、帯電ロール３７がトナーの帯電量のみを規制する場合やトナーの帯電量とトナー量の両方の規制を兼ねる場合がある。
一方、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位の上流側には、現像ロール３２上の残留トナーを掻き取る掻き取り部材３８が設けられている。
【００２８】
そして、本実施の形態における現像ロール３２は、フッ素系樹脂やポリアミド系樹脂等に導電剤としてイオン伝導性物質が混合分散され、体積抵抗率を１０１０Ω・ｃｍとした半導電性樹脂層で構成された回動可能なシームレスチューブ３２１と、シームレスチューブ３２１を支持するように、その内部に固定配置され、バイアス電源３３に接続された導電部材３２２とを有している。本実施の形態で使用するイオン伝導性物質としては、過塩素酸塩（例えば過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸アンモニウム等）や四級アンモニウム塩等が挙げられる。
【００２９】
また、現像ロール３２のシームレスチューブ３２１の内面側には、シームレスチューブ３２１が回転する際の摺動摩擦が小さい導電材料からなる導電部材３２２が固定配置されている。この導電部材３２２には、感光体２１や帯電ロール３７との対向位置に、シームレスチューブ３２１が変形可能な凹部（Ａ部、Ｂ部）が設けられており、感光体２１や帯電ロール３７とシームレスチューブ３２１との圧接が低い圧力で十分なニップ域を形成できるようになっている。
【００３０】
本実施の形態における帯電ロール３７は、ＳＵＳロール表面に現像ロール３２のシームレスチューブ３２１と同様のチューブを被覆したもので、チューブとしては、イオン伝導性物質を含む体積抵抗率が１０１０Ω・ｃｍの半導電性樹脂層が使用されている。
そして、特に、本実施の形態の帯電ロール３７には帯電バイアスを付与するバイアス電源４１が接続され、帯電ロール３７と現像ロール３２間に定電流制御された帯電電流が流せるようになっている。尚、符号３９は、帯電ロール３７上の付着トナーを清掃するクリーニングブレードである。
【００３１】
本実施の形態では、現像ロール３２及び帯電ロール３７のいずれにもイオン伝導性物質を含む半導電性樹脂を使用したことにより、帯電電流が安定して供給されるようになる。これは、例えば図４（ａ）（ｂ）に示すように、導電剤としてイオン伝導性物質を使用した場合とカーボンブラックを使用した場合とではその性状が大きく異なることに起因する。すなわち、カーボンブラックに比べ、イオン伝導性物質の方がそのサイズが非常に小さいことから、半導電性樹脂層への分散性が良好になる点と、カーボンブラックではクラスターを作り易いことから、帯電電流が半導電性樹脂層中を不均一に流れ易くなるが、イオン伝導性物質ではそのようなことはなく、均一な帯電電流が流れるようになる点が関係するためである。そのため、本実施の形態では現像ロール３２上のトナーの帯電量が均一になり、安定した帯電量が得られるようになる。
【００３２】
図５は、現像ロール３２と帯電ロール３７との圧接状態を示す部分拡大図である。本実施の形態における現像ロール３２は、両端部を金属等からなるリング状の支持部材３２３にシームレスチューブ３２１が固定された構成となっている。そして、上述の導電部材３２２（図３参照）は、この支持部材３２３より内側に設けられるようになっており、支持部材３２３に開いた穴を通って導電部材３２２の一端が外部へ延びている。そのため、導電部材３２２はバイアス電源３３に接続されるようになっている（図３参照）。
一方、帯電ロール３７は、ＳＵＳの金属ロールにチューブを被覆した構成となっており、ＳＵＳの金属ロールの両端の軸３７１に固定されたウレタン樹脂製のゴムロール３７２が配設されている。そして、このゴムロール３７２はシームレスチューブ３２１の支持部材３２３に対向する位置にあり、帯電ロール３７の回転によって現像ロール３２のシームレスチューブ３２１が支持部材３２３と共に回転し、シームレスチューブ３２１が回転するようになる。また、シームレスチューブ３２１と帯電ロール３７とは、所定の食い込み量ｄで圧接した状態で維持されているため、現像ロール３２（シームレスチューブ３２１）は帯電ロール３７の回転に従動して安定な回転を行うようになっている。
尚、帯電ロール３７としては、現像ロール３２同様、シームレスチューブを使用するタイプとすることも可能であることは云うまでもない。
【００３３】
ここで、本実施の形態における現像ロール３２へのトナー供給や現像ロール３２上のトナーの帯電を行う制御系について説明する。本実施の形態における制御装置４４は、図６に示すように、現像ロール３２上に所定のトナー量を供給し、またこの現像ロール３２上のトナーに対し所定の帯電量を付与するように制御するもので、本実施の形態では、現像ロール３２上のトナー量が通常の量となる通常モード６１、トナー量が通常より少ないセーブモード６２、トナー量が通常より多い増量モード６３の３条件によって、夫々所定の供給バイアス並びに帯電バイアスが付与されるように、バイアス電源４２とバイアス電源４１とが制御されるようになっている。
【００３４】
次に、本実施の形態でのトナー供給ロール３４と現像ロール３２間に印加される供給バイアス（バイアス電源４２によって付与される）について説明する。
図７は、本実施の形態における供給バイアスの電圧波形の代表例を示すもので、正弦波の大きな電圧変動がある作用時間（作用領域に相当）と、その後に続く小さな電圧変動（図ではほぼゼロでフラット）の非作用時間（非作用領域に相当）とで１周期をなす電圧波形が加わるようになっている。
【００３５】
すなわち、この供給バイアスでは、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー移動を正弦波の大きな変動がある作用時間に行い、非作用時間にはトナー移動を生じないようにし、１周期に占める作用時間の割合（デューティー比）を変えることで、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へ供給されるトナー量を制御するようになっている。そのため、このデューティー比を小さくすることで、現像ロール３２へのトナー供給量を少なくすることができるようになる。仮に、この作用時間のみが連続するような供給バイアスの場合には、供給されるトナー量が多くなりすぎ、所望の供給量に制御することが困難となる。
尚、本実施の形態では、通常モード、セーブモード、増量モードのいずれかの区分は、夫々のデューティー比を変えることで切り替えがなされるようになっており、セーブモード、通常モード、増量モードの順にデューティー比を大きくするようになっている。
【００３６】
本実施の形態では、作用時間での電圧波形を正弦波で示したが、例えば矩形波、台形波、三角波等であっても差し支えない。また、非作用時間での電圧波形をゼロとしたが、トナーの移動がなされない波形であれば差し支えない。
【００３７】
そして、供給バイアスによって現像ロール３２上に供給されたトナーを帯電ロール３７によって帯電するには、バイアス電源４１による帯電バイアスが次のように印加される。
本実施の形態では、現像条件を増量モード時の現像条件に設定している。すなわち、現像ロール３２上に供給されたトナー量は、増量モード＞通常モード＞セーブモードのような順番になっているため、増量モード時の現像条件に設定しておけば、感光体２１上のトナー量が増量モード時より多くなることもなく、セーブモード時より少なくなることもない。そのため、いずれのモードにあっても、現像ロール３２上に供給されたトナー量のほぼ全量が現像ロール３２から感光体２１へ移動するようになる。
【００３８】
次に、本実施の形態に係る、特に現像装置３０の作動について、図３を基に説明する。
同図において、トナーホッパ３５内でアジテータ３６によって撹拌されたトナーは、アジテータ３６の羽根の回転によってトナー供給ロール３４側に供給される。トナー供給ロール３４上に担持されたトナーは、トナー供給ロール３４の回転に伴って搬送され、現像ロール３２との対向部位に到達する。このとき、この対向部位での現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間の供給バイアス（バイアス電源４２で形成される）による電界作用により、トナー供給ロール３４上のトナーのうち、所定のトナー量が現像ロール３２側へ供給され、現像ロール３２上にはトナー量が略規制された均一なトナー層が形成される。尚、このトナー量は上述したように通常モード、セーブモード、増量モードのいずれかに設定される。
【００３９】
現像ロール３２へ供給されたトナーは、現像ロール３２に所定の食い込み量で帯電ロール３７が食い込んだニップ域に達する。このニップ域では、バイアス電源４１による定電流電界によって、特にニップ域の周辺での放電によってトナーが帯電される。同時に、このニップ域でのトナーの均し効果も手伝って、現像ロール３２と帯電ロール３７とのニップ域の下流側では現像ロール３２上に所定のトナー帯電量で且つ所定のトナー量のトナー薄層が形成される。
そして、このトナー薄層が現像ロール３２と感光体２１とのニップ域の現像領域に搬送され、現像領域では、バイアス電源３３からの現像バイアスにより現像が行われ、感光体２１上の静電潜像がトナーによって現像される。更に、現像領域の下流側では、現像ロール３２上で現像されずに残った残留トナーは掻き取り部材３８によって掻き取られる。本実施の形態では、現像領域における感光体２１と現像ロール３２とは適切な接触圧（小さい接触圧）で接触しているため、現像された感光体２１上のトナー像の画質向上にも役立っている。
【００４０】
次に、本実施の形態におけるトナー消費量を削減するためのセーブモードの制御ルーチンについて、図８を基に、図３を参照しながら説明する。尚、具体的処理は制御装置４４（図６参照）で行われる。
ユーザーからのセーブモードに対する要求があるかどうかが判断される（例えばステップＳ１）。このとき、セーブモードの要求は、例えば装置の操作画面等から入力されることで判断される。
セーブモードの要求があれば、トナー供給ロール３４へ印加される供給バイアス（バイアス電源４２から供給される）のデューティー比を通常の設定より下げ、現像ロール３２へのトナー供給量を低減する（例えばステップＳ２）。続いて、この低減されたトナー供給量に応じて帯電ロール３７へ印加される帯電バイアス（バイアス電源４１から供給される定電流）の印加電流値を小さくして、トナーの帯電量（単位重量当たりの電荷量）が通常の値と同様の値になるようにする（例えばステップＳ３）。
【００４１】
一方、セーブモードが要求されていない場合には、特に画像濃度アップ（増量モード）の要求があるかどうかを判断する（例えばステップＳ４）。尚、この増量モードは、例えば写真モード等のモード設定時に行われるもので、ユーザーの手動操作（例えば操作画面からの入力等）や自動操作によって増量モードが設定されたかどうかを判断するようにすればよい。
そして、増量モードの要求があった場合には、トナー供給ロール３４へ印加される供給バイアスのデューティー比を通常より大きくし、トナー供給量を増やすようにする（例えばステップＳ５）。続いて、この増量されたトナー供給量に応じて帯電ロール３７へ印加される帯電バイアスの印加電流値を上昇させ、トナーの帯電量が通常と同様になるようにする（例えばステップＳ６）。
【００４２】
また、ステップＳ４にて増量モードが要求されていない場合には、トナー供給ロール３４へ印加される供給バイアスのデューティー比を通常のままとし、帯電ロール３７へ印加される帯電バイアスの印加電流値も通常の設定とする（例えばステップＳ７，８）。
【００４３】
このように、本実施の形態では、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー供給量を供給バイアスのデューティー比を切り替えることで行い、切り替わったトナー供給量で現像ロール３２上に供給されたトナーに対して、同様の帯電量（単位重量当たりの電荷量）を付与するようにしたため、同様の現像条件であっても、画像部での現像ロール３２から感光体２１へのトナー移動量をほぼ全量とすることができる。そのため、現像ロール３２に残留するトナー量を減らすことができ、トナーへの機械的ストレスが低減し安定した現像特性を有する現像装置を提供することが可能になる。また、通常モード、セーブモード、増量モード等で現像条件を不要に変更する必要もなく、その分、現像部の高圧回路の簡素化と制御方法の簡素化ができるようにもなる。
【００４４】
本実施の形態においては、帯電ロール３７には半導電性樹脂層のチューブを被せた構成を採ったが、これに限らず、帯電ロール３７として、例えば金属や弾性体を使用することも可能である。更に、帯電ロール３７をシームレスチューブとすることも可能であり、この場合、現像ロール３２側を弾性体にすることも可能である。
そして、本実施の形態では、トナーは一色しか示していないが、例えばフルカラーとすることも可能で、その場合、上述した現像装置３０を４色分備えるようにすればよく、このカラー化の対応に際しては、各色のカラーバランスも考慮されることは云うまでもない。
【００４５】
更に、本実施の形態では、装置が設置された環境条件に基づいて適正なトナー帯電量を付与するように帯電バイアスを制御することも可能である。
一般的に、帯電時に湿度が増加すると、放電開始電圧は上がり、流れる電流（帯電電流）は減少する方向に向かう。反対に、湿度が低下すると、放電開始電圧は下がり、流れる電流（帯電電流）は増加する方向に向かう。一方、温度が上昇すると、放電開始電圧は下がり、流れる電流（帯電電流）は増加する方向に向かう。反対に、温度が低下すると、放電開始電圧は上がり、流れる電流（帯電電流）は減少する方向に向かう。そのため、帯電時に帯電電流の制御をしないと環境条件によって帯電されるトナーの帯電量が異なり、良好な画像形成ができない帯電量（基準値を外れた帯電量）となることがある。
その上、環境変化には、現像ロール３２や帯電ロール３７に使用する材質そのものの影響をも考慮する必要がある。
【００４６】
仮に、トナーの帯電量が大きくなりすぎると、現像量が減少して、画像濃度が低くなる等の画像欠陥が発生する。また、反対にトナーの帯電量が小さくなりすぎると、現像ロール３２へのトナー付着力（主として鏡像力によって付着している）が小さくなり、クラウドが発生したり、現像以外の部位へのトナー飛散を起こし易くなり、機内汚染等への影響が発生するようにもなる。
したがって、環境に合った電流値に設定し直すことで、適正な帯電量が維持されることとなる。
そのためには、例えば環境条件に沿った所定の帯電量を予め求め、これに合った帯電量が得られるように印加電流値を決めるようにすればよい。尚、環境条件に沿った帯電バイアスの印加電流値の具体的な決定方法については、後述する実施例にて述べる。
【実施例】
【００４７】
◎実施例１
本実施例は、上述した実施の形態の構成にて、供給バイアスとして図７に示す正弦波を用いて、現像ロールへのトナー供給量を評価したものである。
具体的には、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを１００μｍとし、トナー供給ロール／現像ロールの周速比を１．５、現像ロールの周速を１００ｍｍ／ｓとしたときに、供給バイアスとして周波数を１〜２ｋＨｚで１〜２ｋＶｐｐの正弦波を作用時間に加え、このデューティー比を変えることで、現像ロール上のトナー付着量（供給量）を測定した。
結果は、図９に示すように、デューティー比を増加させると、供給量Ｍ／Ａはそれに比例して増加した。したがって、デューティー比を変えることでトナー供給量を容易に制御できることが確認された。また、特に、供給量を１０ｇ／ｍ２以下の少ない領域でも、安定して制御できることが確認された。
【００４８】
◎実施例２
本実施例は、現像ロールと帯電ロールが共にシームレスチューブを有する構成で、帯電ロールの軸方向長さを約８ｃｍとした実験機を用い、実施の形態のように、定電流制御を行ったときの帯電ロールへ流す電流値とトナー帯電量との関係を評価したものである。
現像ロールのシームレスチューブとしては、厚さ１００μｍのイオン伝導性物質を含んだポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）で、体積抵抗率を次の３種のもの、すなわち、１×１０８、１×１０１０、１×１０１１Ω・ｃｍのものを使用した。
また、帯電ロールのシームレスチューブは、厚さ１００μｍのイオン伝導性物質を含んだＰＶＤＦで体積抵抗率が１×１０１０Ω・ｃｍのものを使用した。
そして、現像ロール上のトナー供給量は７ｇ／ｍ２、帯電電流として印加する電流を−１０〜−４０μＡとしたときに、現像ロール上に形成されるトナー薄層の帯電量を測定した。
結果は、図１０に示すように、現像ロールのシームレスチューブ３種の体積抵抗率のものにあっては、いずれも印加電流とほぼ比例して帯電量が変化し、また、印加電流を変化させることで、帯電量を制御できることが確認された。
【００４９】
以上のことから、本実施例のように、現像ロールと帯電ロールとにシームレスチューブを使用し、帯電ロールのシームレスチューブの体積抵抗率を１×１０１０Ω・ｃｍ、現像ロールのシームレスチューブの体積抵抗率を１×１０８〜１×１０１１Ω・ｃｍとしても、十分帯電量の制御が可能であることが確認された。このことは、帯電量の制御に際し、印加電流をある程度変化させて対応することができることから、具体的な制御が行い易いことを示している。
尚、本実施例ではトナーとして負帯電トナーを使用したことからバイアス電源から帯電ロールに流し込む印加電流をマイナス（帯電ロールからバイアス電源方向に流れる）としたが、正帯電トナーを使用する場合は印加電流がプラスとなる。
【００５０】
本実施例では、更に詳細に評価をした結果、現像ロール及び帯電ロールの少なくともいずれかが体積抵抗率を１×１０８〜１×１０１１Ω・ｃｍの範囲内になるようにすれば、帯電ロールへの印加電流を変えることでトナー帯電量の制御が可能であることが確認された。
【００５１】
◎実施例３
本実施例は、例えば低温低湿環境下（Ａ条件）と高温高湿環境下（Ｂ条件）におけるトナーの帯電量と印加電流値との関係を評価したものである。このとき、現像ロールは金属ロール（ＳＵＳ製）、帯電ロールのシームレスチューブの体積抵抗率は、１×１０１０Ω・ｃｍとした。
図１１は、Ａ条件における印加電流とトナーの帯電量との関係を示したものであり、現像ロール上のトナー量が８ｇ／ｍ２と１２ｇ／ｍ２の２種類の場合を示している。このような条件下では、現像ロール上のトナー量を１．５倍にすると、トナーの帯電量も１．５倍になることが分かる。
一方、図１２は、Ｂ条件における印加電流とトナーの帯電量との関係を示したものであり、Ａ条件の場合と異なり、トナー量が８ｇ／ｍ２と１２ｇ／ｍ２の２種では帯電量の差は殆ど確認されなかった。
また、これらの結果から、トナーへの帯電は、現像ロールと帯電ロールとの間での大気放電により生成され、印加電流を大きくすることでこれに比例して放電電圧が大きくなり、その結果、帯電量は印加電流に比例して増加するものと推定される。更に、特に環境条件の湿度に依存し、放電が発生し易い低湿環境下では帯電量が大きくなると共に、トナー量に依存する帯電量となるが、放電が発生し難い（現像ロールと帯電ロールとの間で有効な放電が発生し難い）高湿環境下では、帯電量も小さく、トナー量に依存する帯電量ともなり難いことが分かる。
【００５２】
このように、環境条件で所定のトナー量における印加電流と帯電量との関係を予め求めておけば、所望の帯電量に対する印加電流値を決定することができるようになる。
【００５３】
図１３は、本実施例における帯電バイアスの電流値を決定するルーチンを示すもので、このフローに従って、具体的な電流値を決定するフローを説明する。
今、環境センサ（温湿度センサ）によって装置の設置環境を把握し（例えばステップＳ１１）、Ａ条件とした場合を想定して説明する。
次に、現像ロールへ供給されるトナー量が通常モードかどうかが判断され（例えばステップＳ１２）、通常モードであればトナー供給ロールから現像ロールへ供給されるトナー量が１２ｇ／ｍ２になるように、供給バイアスのデューティー比が制御され、所望のトナー量が現像ロールに付着する。
このとき、帯電バイアスは図１１の１２ｇ／ｍ２の印加電流−帯電量特性の線形一次式から帯電量Ｑｒｅｆが１７μＣ／ｇ（Ａ条件における最適帯電量に相当する）になる印加電流を算出する（例えばステップＳ１３）。そして、帯電ロールへ印加する電流値（１５μＡ）が決定する（例えばステップＳ１４）。
【００５４】
一方、現像ロールへ供給されるトナー量が通常と異なる場合には、セーブモードかどうかの確認がなされる（例えばステップＳ１５）。セーブモードであれば、トナー供給ロールから現像ロールへ供給されるトナー量は８ｇ／ｍ２に変更され（供給バイアスのデューティー比を変更する）、図１１の８ｇ／ｍ２の印加電流−帯電量特性の線形一次式から帯電量Ｑｒｅｆが１７μＣ／ｇになる印加電流を算出する（例えばステップＳ１６）。そして、帯電ロールへ印加する電流値（３μＡ）が決定する（例えばステップＳ１７）。
【００５５】
更に、セーブモードではない場合には、画像濃度アップの要求があるかどうか（増量モード）が判断され（例えばステップＳ１８）、その場合には、１２ｇ／ｍ２を超えるトナー量での印加電流−帯電量特性の線形一次式から帯電量Ｑｒｅｆが１７μＣ／ｇになる印加電流を算出する。そして、帯電ロールに印加する電流値が決定する（例えばステップＳ１９，２０）。尚、増量モードではない場合には、通常モードとして既に処理されているため、ここでは特に処理を行わずにルーチンを終了する。
【００５６】
以上のように、Ａ条件での処理が行われるが、環境センサによってＡ条件以外の条件が選定された場合、例えばＢ条件では、Ｂ条件に最適な帯電量になるように印加電流が制御されるようにすればよい。
【００５７】
上述した説明では、環境条件がＡ条件のときの処理を示したが、具体的態様としては次のようにすればよい。
すなわち、環境条件としては、例えば動作環境条件内を大きく数ブロックに分け、予め夫々の所定の帯電量を決定しておき、更に、トナー量に対する印加電流−帯電特性を求めておくことで、環境センサによって計測された環境がどのブロックに属するかによって所望の帯電量に制御することができるようになる。尚、動作環境条件を更に細分化して制御するようにしても何ら差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図２】本発明が適用された画像形成装置の実施の形態を示す説明図である。
【図３】実施の形態の現像装置を示す説明図である。
【図４】実施の形態の半導電性樹脂を示す説明図である。
【図５】実施の形態の要部を示す説明図である。
【図６】実施の形態の制御装置を示す説明図である。
【図７】実施の形態に用いられる供給バイアスの波形を示す説明図である。
【図８】実施の形態制御フローを示す説明図である。
【図９】実施例１の結果を示す説明図である。
【図１０】実施例２の結果を示す説明図である。
【図１１】実施例３の一環境条件による印加電流−帯電量の関係を示す図である。
【図１２】実施例３の他の環境条件による印加電流−帯電量の関係を示す図である。
【図１３】実施例３の帯電バイアスの制御フローを示す説明図である。
【図１４】従来例のトナー供給量と帯電量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…像担持体，２…現像剤担持体，３…現像剤供給部材，４…供給制御手段，５…供給バイアス，６…モード，６ａ…通常モード，６ｂ…セーブモード，６ｃ…増量モード，７…帯電部材，８…帯電制御手段，９…帯電バイアス
【図１】
0004774863.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
0004774863.tif 000010
【図１０】
0004774863.tif 000011
【図１１】
0004774863.tif 000012
【図１２】
0004774863.tif 000013
【図１３】
0004774863.tif 000014
【図１４】
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