(57)【要約】      （修正有）【課題】現像性に優れた画属形成装置を提供する。【解決手段】トナーを担持する現像剤担持体１２と、現像剤担持体と対向する導電性部材１６と、現像剤担持体と導電性部材の間に交流電界を形成する交流電界形成手段２０を有する。交流電界形成手段は、トナーの粒子が現像剤担持体から導電性部材に向かう第１の電界と、トナーの粒子が導電性部材から現像剤担持体に向かう第２の電界を交互に形成し、第１の電界の電界強度をＥａ、第２の電界の電界強度をＥｂ、第１の電界の形成時間をＴａ、第２の電界の形成時間をＴｂとしたとき、第１の電界の形成時間Ｔａと第２の電界の形成時間Ｔｂとの比が、概ね、下記式に示す関係を満たすように、交流電界を形成することを特徴とする。2007163718.tif 000010【選択図】図１
2007163718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤担持体に担持されたトナーを用いて画像を形成する画像形成装置であって、
トナーを担持する現像剤担持体と、
現像剤担持体と対向する導電性部材と、
現像剤担持体と導電性部材の間に交流電界を形成する交流電界形成手段を有し、
交流電界形成手段は、
トナーの粒子が現像剤担持体から導電性部材に向かう第１の電界と、トナーの粒子が導電性部材から現像剤担持体に向かう第２の電界を交互に形成し、
第１の電界の電界強度をＥａ、第２の電界の電界強度をＥｂ、第１の電界の形成時間をＴａ、第２の電界の形成時間をＴｂとしたとき、
第１の電界の形成時間Ｔａと第２の電界の形成時間Ｔｂとの比が、概ね、数１に示す関係を満たすように、交流電界を形成することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【数１】
2007163718.tif 000009
【請求項２】
上記導電性部材が、現像剤担持体と圧接することにより、現像剤担持体に担持されているトナーを帯電しつつ規制して該トナーの層を形成する規制部材であることを特徴とする請求項１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、画像形成装置に関するものであり、特に、規制部材を用いて現像剤担持体に現像剤の層を形成するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非磁性一成分現像方式の画像形成装置は、現像剤担持体に担持されている現像剤（トナー）を該現像剤担持体に圧接している規制部材を用いて帯電しつつ規制して該トナーの薄層を形成する。このような画像形成装置においては、２つの問題がある。１つは、トナーが規制部材によって規制されることにより高い付着力で現像剤担持体に付着され、その結果、現像剤担持体から像担持体に向かってトナーが移動し難い、すなわち、良好な現像性が得られないという問題である。もう１つは、規制部材と現像剤担持体との圧接領域において、トナーが凝集するという問題である。
【０００３】
これらの問題を解決する画像形成装置として、例えば特許文献１のものがある。この画像形成装置は、規制部材と現像剤担持体の間で交流電界を形成してトナーを該間で往復移動させることにより、トナーと現像剤担持体の間の付着力を小さくするとともに、圧接領域におけるトナーの凝集を抑制している。この交流電界は、規制部材と現像剤担持体に電圧を印加してこれらの間に電位差を発生させることによって形成されている。
【特許文献１】特開平９−１２７７７１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、上述の画像形成装置は、規制部材と現像剤担持体が当接しており、それにより規制部材と現像剤担持体の間で異常放電が発生する可能性があるため、規制部材と現像剤担持体の間の交流電界の電界強度は低く設定する必要があった（規制部剤と現像剤担持体の電位差を小さく設定する必要があった。）。そのために、規制部材と現像剤担持体の間のトナーの往復移動が十分でなく、良好な現像性が得られないという問題が生じることがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、規制部材と現像剤担持体の間での異常放電の発生を防止するような低い電界強度の交流電界であっても、規制部材と現像剤担持体の間の十分で活発なトナーの往復移動を実現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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、
現像剤担持体に担持されたトナーを用いて画像を形成する画像形成装置であって、
トナーを担持する現像剤担持体と、
現像剤担持体と対向する導電性部材と、
現像剤担持体と導電性部材の間に交流電界を形成する交流電界形成手段を有し、
交流電界形成手段が、
トナーの粒子が現像剤担持体から導電性部材に向かう第１の電界と、トナーの粒子が導電性部材から現像剤担持体に向かう第２の電界を交互に形成し、
第１の電界の電界強度をＥａ、第２の電界の電界強度をＥｂ、第１の電界の形成時間をＴａ、第２の電界の形成時間をＴｂとしたとき、
第１の電界の形成時間Ｔａと第２の電界の形成時間Ｔｂとの比が、概ね、数２に示す関係を満たすように、交流電界を形成することを特徴とする。
【数２】
2007163718.tif 000003
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１の電界の形成時間Ｔａと第２の電界の形成時間Ｔｂとの比が、概ね、数２に示す関係を満たすように現像剤担持体と導電性部材の間に交流電界を形成することにより、第２の電界によって導電性部材から現像剤担持体に移動するトナー粒子が現像担持体に担持されている他のトナー粒子に衝突したタイミングで、第２の電界から第１の電界に切り替えられる。それにより、衝突されたトナー粒子が現像担持体から離れた直後から第１の電界によって現像剤担持体から導電性部材に向かってすぐに移動することができる。したがって、導電性部材と現像剤担持体の間での異常放電の発生を防止するような低い電界強度の交流電界であっても、導電性部材と現像剤担持体の間の十分で活発なトナーの往復移動を実現できる
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略的な構成を示す。
【０００９】
図１に符号１０で示す画像形成装置は、現像剤担持体である現像ローラ１２と、現像ローラ１２にトナーを供給する供給ローラ１４と、現像ローラ１２上のトナーを帯電しつつ該トナーの薄層を形成する規制部材である規制ローラ１６と、現像ローラ１２が担持するトナーによって現像される静電潜像を担持する像担持体である感光体１８とを有する。これらのローラ１２、１４、１６、１８の回転中心線それぞれは、互いに平行で図面に対して垂直方向である。
【００１０】
また、画像形成装置１０は、現像ローラ１２と規制ローラ１６の間に交流電界を形成する交流電界形成手段２０を有する。
【００１１】
なお、本明細書において、上述以外の画像形成に必要な画像形成装置１０の構成要素は、本発明に直接関わるものでないため図示および詳細な説明を省略する。
【００１２】
現像ローラ１２は、回転中心線を有する導電性の軸棒に半導電性の弾性層を形成した構造で、該弾性層の表面でトナーを担持するように構成されている。また、電界形成手段２０によって所定の電圧が印加されている。
【００１３】
供給ローラ１４は、回転中心線を有する軸棒に半導電性の弾性層を形成した構造で、弾性層の表面で現像ローラ１２の外周面と当接してトナー供給領域（以下、「供給領域」と称する。）２２を形成している。供給ローラ１４は、該供給ローラ１４の回転方向に関して供給領域２２の上流側のトナー貯蔵部（図示せず）で担持したトナーを現像ローラ１２の外周面に供給する（現像ローラ１２に担持させる）ように構成されている。
【００１４】
規制ローラ１６は、導電性の軸棒の外周面に半導電性の弾性層を形成した構造で、弾性層の表面で現像ローラ１２の外周面と当接してトナー規制領域（以下、「規制領域」と称する。）２４を形成している。規制領域２４は、現像ローラ１２の回転方向に関して供給領域２２の下流側に位置する。規制ローラ１６は、供給領域２２で供給された現像ローラ１２の外周面上のトナーを帯電しつつ規制して該トナーの薄層を形成するように形成されている。また、規制ローラ１６は、電界形成手段２０によって所定の電圧が印加されている。
【００１５】
感光体１８は、その外周面が接触式または非接触式の帯電チャージャなどの帯電手段（図示せず）によって帯電され、帯電部分にレーザなどの露光手段（図示せず）から画像が露光されて静電潜像が形成される。また、感光体１８は、現像ローラ１２と対向して静電潜像を現像する現像領域２６を形成している。現像領域２６は、現像ローラ１２の回転方向に関して規制領域２４の下流側に位置する。この現像領域２６で、現像ローラ１２の外周面に担持されているトナーは、現像ローラ１２と感光体１８の静電潜像部分の電位差により、静電的に現像ローラ１２から静電潜像部分に移動する。
【００１６】
電界形成手段２０は、現像ローラ１２と規制ローラ１６それぞれの軸棒に電圧を印加することにより、現像ローラ１２と規制ローラ１６の間に交流電界を形成するように構成されている。
【００１７】
具体的に言うと、電界形成手段２０は、現像ローラ１２から規制ローラ１６に向かってトナー粒子を静電的に移動させる電界Ａ（請求の範囲の第１の電界に対応）と、規制ローラ１６から現像ローラ１２に向かってトナー粒子を静電的に移動させる電界Ｂ（請求の範囲の第２の電界に対応）を交互に形成するようにしてある。電界形成手段２０は、電界Ａの電界強度をＥａ、電界Ｂの電界強度をＥｂとしたとき、電界Ａの形成時間Ｔａと電界Ｂの形成時間Ｔｂとの比が概ね数２に示す比になるように交流電界を形成するように構成されている。
【００１８】
数２に示す電界Ａの形成時間Ｔａと電界Ｂの形成時間Ｔｂとの比を用いて交流電界を形成する理由と方法について説明する。
【００１９】
現像ローラ１２と規制ローラ１６の間でのトナー粒子の往復移動は、理想的に言えば、トナー粒子が電界Ａによって現像ローラ１２から規制ローラ１６に向かって移動し、規制ローラ１６に付着する前に電界Ｂによって移動方向を変えて現像ローラ１２に戻るのが好ましい。トナー粒子が規制ローラ１６に衝突して付着すると、規制ローラ１６との衝突によって失うエネルギと、規制ローラ１６からトナー粒子を離すのに必要なエネルギが余分に必要となるためである。また、トナー粒子が規制ローラ１６に衝突して付着すると、往復移動に余分な時間が加わる。
【００２０】
また、より理想的に言えば、電界Ｂによって現像ローラ１２に戻るトナー粒子が該現像ローラ１２に付着している他のトナー粒子と衝突し、該他のトナー粒子が衝突されて現像ローラ１２の外周面から離れた直後に、該他のトナー粒子が現像ローラ１２に戻らずに規制ローラ１６に向かって移動するように電界Ｂから電界Ａに切り替えられるのが好ましい。これにより、現像ローラ１２の外周面に付着しているトナー粒子を離すのに必要なエネルギが略ゼロですむ。また、トナー粒子が電界Ａによって現像ローラ１２から離れるまでの時間が短縮される。
【００２１】
これらを実現する具体的な方法を、現像ローラ１２の回転方向に関して規制領域２４の下流側を平行平板モデルとして示した図２を用いて説明する。図２（ａ）は、現像ローラ１２と規制ローラ１６との間のトナー粒子の挙動を示す図であり、図２（ｂ）は、トナー粒子の速度の変化を示す図である。また、図２においては、理解を容易にするために、電界Ａの電界強度Ｅａと電界Ｂの電界強度Ｅｂを同一としている。
【００２２】
まず、電界形成手段２０が電界Ａを形成すると、図２（ａ）に示すように、現像ローラ１２に担持されているあるトナー粒子Ｘは、現像ローラ１２から離れて規制ローラ１６に向かう（状態Ｉ）。トナー粒子Ｘは、電界Ａが形成されている時間Ｔａの間、加速しつつ規制ローラ１６に向かって移動し続ける。
【００２３】
次に、電界形成手段２０は、トナー粒子Ｘが現像ローラ１２と規制ローラ１６の間を移動中に電界Ａから電界Ｂに切り替える（状態ＩＩ）。トナー粒子Ｘは、電界Ａから電界Ｂに切り替わることにより減速しつつ、規制ローラ１６に向かって移動し続ける。
【００２４】
トナー粒子Ｘは、規制ローラ１６に到達する前に、電界Ｂによって減速されてその速度がゼロになる（状態ＩＩＩ）。そして、移動方向を変えて現像ローラ１２に向かい、加速しつつ移動する。
【００２５】
トナー粒子Ｘは、電界Ｂによって現像ローラ１２に移動し、トナー粒子Ｘが現像ローラ１２から離れたときに高い付着力であるために現像ローラ１２に担持されたままであった他のトナー粒子ＹやＺに衝突する（状態ＩＶ）。トナー粒子ＹやＺは現像ローラ１２から離れ、トナー粒子Ｘは現像ローラ１２に付着する。このタイミングで、電界形成手段２０が電界Ｂから電界Ａに切り替えると、トナー粒子ＹやＺは、トナー粒子Ｘのように規制ローラ１１６に向かって加速しつつ移動する。
【００２６】
したがって、電界Ａと電界Ｂを上記のタイミングで交互に切り替えると、多くのトナー粒子において現像ローラ１２と規制ローラ１６間で十分で活発な往復移動が実施され、規制ローラ１６によって現像ローラ１２に高い付着力で付着されたトナー粒子が他のトナー粒子との衝突によって現像ローラ１２から離れるまたはその付着力が良好な現像性を損なわない小さいものとなる。その結果、現像領域２６における現像性、すなわち、多くのトナー粒子が現像ローラ１２から感光体１８に静電的に移動することが可能になる。
【００２７】
また、図２に示すモデルは、現像ローラ１２の回転方向に関して規制領域２４の下流側であるが、上流側でも下流側と同様にトナー粒子は挙動し、それにより、規制領域２４の上流側でおこるトナーの凝集が抑制される。
【００２８】
次に、数２に示す電界Ａの形成時間Ｔａと電界Ｂの形成時間Ｔｂとの比の求め方について説明する。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、電界Ｂの形成時間Ｔｂは、トナー粒子が現像ローラ１２から規制ローラ１６に向かう方向に移動する時間ｔ１と、逆方向に移動する時間ｔ２に分けられる。図においては、電界Ａと電界Ｂの電界強度が同一であるため、数３に示すようにｔ１はＴａである（電界Ａと電界Ｂの電界強度がＥａ、Ｅｂと異なる場合、ｔ１は、数４の式で示される。）。
【数３】
2007163718.tif 000004
【数４】
2007163718.tif 000005
【００３０】
また、トナーが時間（Ｔａ＋ｔ１）間に移動した距離（すなわち、三角形面積Ｓ１とＳ２の和）と、時間ｔ２間に移動した距離（すなわち、三角形面積Ｓ３）が当然同一であることから、ｔ２は数５の式で示される（電界Ａと電界Ｂの電界強度がＥａ、Ｅｂと異なる場合、ｔ２は、数６の式で示される。）。
【数５】
2007163718.tif 000006
【数６】
2007163718.tif 000007
【００３１】
従って、電界Ａと電界Ｂの電界強度Ｅａ、Ｅｂが同一である場合、電界形成時間ＴａとＴｂ（ｔ１＋ｔ２）の比は、数７で示される。電界Ａと電界Ｂの電界強度，Ｅａ、Ｅｂが異なる場合、電界形成時間ＴａとＴｂ（ｔ１＋ｔ２）の比は、上述の数２の式で示される。
【数７】
2007163718.tif 000008
【００３２】
なお、発明者は、数２に示す電界Ａの形成時間Ｔａと電界Ｂの形成時間Ｔｂとの比の妥当性を実験によって検証している。
【００３３】
実験においては、負極性に帯電するトナーを用い、規制ローラ１６にＶ１ボルトの直流電圧を印加するとともに、現像ローラ１２にＶ２ボルトの直流電圧とピーク・ツー・ピーク値Ｖｐｐで２ＫＨｚ（キロヘルツ）の矩形波形の交流電圧が重畳されてなるバイアス電圧を印加し、Ｖ２−Ｖ１の電位差ΔＶｄｃとＶｐｐによって変わる種々の交流電界のｄｕｔｙ値（％）と、現像性との関係とを調べた（図３参照。）。
【００３４】
現像性は感光体１８上に移動したトナー量（以下、「現像量」と称する。）によって判断し、単位面積当たりの現像量が約６ｇ／ｍ２である場合を良好な現像性とした。
【００３５】
良好な現像性が得られるときのバイアス電圧の電界Ａ形成側（矩形波形のバイアス電圧中、電界Ａの形成に寄与する電圧部分）のデューティ（ｄｕｔｙ）値と、数２の式で求められる理論的な電界Ａ形成側のデューティ値を比較した。
【００３６】
実験の結果の表を図４に示す。表に示すように、種々の交流電界において、現像量が約６ｇ／ｍ２が得られるときの電界Ａ側のｄｕｔｙ値は、理論的に求めたものの約±５％の範囲の値である。
【００３７】
したがって、電界Ａの形成時間Ｔａと電界Ｂの形成時間Ｔｂとの比が、概ね、数２で示す比であれば、良好な現像性が得られることがわかる。
【００３８】
本実施形態によれば、トナーが現像ローラから規制ローラに向かう電界（電界Ａ）の形成時間（Ｔａ）とトナーが規制ローラから現像ローラに向かう電界（電界Ｂ）の形成時間（Ｔｂ）との比が、概ね、数２の式になるように現像ローラと規制ローラの間に交流電界を形成することにより、その交流電界の電界強度が現像ローラと規制ローラの間での異常放電の発生を防止するような低い電界強度であっても、良好な現像性が得られる。
【００３９】
以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００４０】
例えば、上述の実施形態において、規制ローラの代わりに現像ローラの外周面とその軸方向に関して全体に当接する導電性のブレードを用いてもよい。
【００４１】
また、現像ローラの回転方向に関して規制ローラの下流側に、現像ローラの外周面と対向する非接触の導電性部材を配置し、導電性部材と現像ローラの間に上述の実施形態の電界形成手段２０が形成する交流電界を形成してもよい。これにより、規制ローラによって現像ローラに付着されたトナーを、導電性部材と現像ローラの間に形成された交流電界によってその付着力をさらに小さくすることができる。
【００４２】
さらに、規制ローラと現像ローラの間に交流電界を形成してトナーの現像ローラに対する付着力を小さくする代わりに、現像ローラの回転方向に関して規制ローラの下流側に、現像ローラの外周面と対向する非接触の導電性部材を配置し、導電性部材と現像ローラの間に上述の実施形態の交流電界を形成して付着力を小さくしてもよい。この場合、付着力を小さくするための交流電界が、上述の実施形態ように当接し合う規制ローラと現像ローラではなく、非接触の現像ローラと導電性部材の間に形成されるため、電界強度を大きくすることができる。その結果、トナーの現像ローラに対する付着力をより小さくすることができる。
【００４３】
さらに、形成される交流電界は、広義には、トナーの粒子が現像剤担持体（現像ローラ）から導電性部材（規制ローラも含む）に向かう第１の電界と、トナーの粒子が導電性部材から現像剤担持体に向かう第２の電界を交互に形成し、第２の電界によって導電性部材から現像剤担持体方向に移動するトナー粒子が現像剤担持体に担持されている他のトナー粒子に衝突したタイミングで、第２の電界から第１の電界に切り替えられるような交流電界（すなわち、第１の電界の形成時間Ｔａと第２の電界の形成時間Ｔｂが数２の式の関係を満たす交流電界）であればよい。従って、上述の実施形態において実験のように、現像ローラに印加される矩形波形のバイアス電圧に限定されない。
【００４４】
最後に、現像ローラと規制ローラの間においてトナーの十分で活発な往復移動を得るために、形成される交流電界の一例は、トナーの粒子が現像ローラから規制ローラに向かう電界Ａの形成時間Ｔａとトナーの粒子が規制ローラから現像ローラに向かう電界Ｂの形成時間Ｔｂとの比は数２の式を満たす必要があるが、当然ながら、往復移動したトナーのほぼ全てが最終的に現像ローラに付着するように電界Ａの電界強度と電界Ｂの電界強度を設定する必要があるのは言うまでもなく、明らかである（すなわち、電界Ａにおける電界強度Ｅａと形成時間Ｔａの積が、電界Ｂにおける電界強度Ｅｂと形成時間Ｔｂの積より小さくなるようにする。）。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置における現像ローラと規制ローラの間のトナーの往復移動を説明するための図である。
【図３】検証実験の条件を説明するための図である。
【図４】検証実験の結果の表を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：画像形成装置、
１２：現像剤担持体（現像ローラ）
１６：導電性部材（規制ローラ）
２０：交流電界形成手段
【図１】
2007163718.tif 000011
【図２】
2007163718.tif 000012
【図３】
2007163718.tif 000013
【図４】
2007163718.tif 000014