(57)【要約】【課題】現像ローラに直流成分と交流成分とが重畳されたバイアス電圧が印加されている現像装置であっても，環境が変化しても安定して濃度調整を行うことのできる現像装置を提供すること。【解決手段】本発明の現像装置は，現像ローラ２１とトナー供給ローラ２２とを有し，これらにデューティ比および位相が等しい交流成分を含む供給バイアス電圧を印加するバイアス電源部４１，４２を有し，通常の環境よりも温度または湿度が高い環境下では，回収側位相時には供給バイアス電圧を，現像バイアス電圧より現像側にシフトした電圧とするとともに，現像側位相時には供給バイアス電圧を，現像バイアス電圧より現像側に，通常の環境下での現像側位相時よりも大幅にシフトした電圧とするものである。【選択図】図３
2009109545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像ローラと，前記現像ローラへのトナーの供給を行うトナー供給ローラとを有する現像装置において，
前記現像ローラに交流成分を含む現像バイアス電圧を印加するとともに，前記トナー供給ローラに，デューティ比および位相が前記現像バイアス電圧と等しい交流成分を含む供給バイアス電圧を印加するバイアス電源部を有し，
前記バイアス電源部は，
通常の環境下では，
交流成分における回収側位相時には前記現像バイアス電圧と前記供給バイアス電圧とを等しくするとともに，
現像側位相時には前記供給バイアス電圧を，前記現像バイアス電圧より現像側にシフトした電圧とし，
通常の環境よりも温度と湿度との少なくとも一方が高い環境下では，
回収側位相時には前記供給バイアス電圧を，前記現像バイアス電圧と同じかまたは前記現像バイアス電圧より現像側にシフトした電圧とするとともに，
現像側位相時には前記供給バイアス電圧を，前記現像バイアス電圧より現像側に，通常の環境下での現像側位相時よりも大幅にシフトした電圧とす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る現像装置に関する。さらに詳細には，トナー供給ローラに，現像ローラに対するバイアス電圧が印加される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において，現像ローラにトナーを供給するトナー供給ローラとして，ウレタン等の発泡材料を用いた発泡弾性体ローラが使用されているものがある。このような装置では，画像形成時に，トナー供給ローラは現像ローラに接触しつつ回転される。そのため，現像ローラとトナー供給ローラとの間の摩擦による熱で，現像装置内のトナーの融着が起きるおそれがあった。プロセス速度が高速である画像形成装置では，この現象が特に顕著であった。この摩擦熱は，トナー供給ローラの回転数を低減すれば，さほど問題とはならないことが分かっている。しかし，単にトナー供給ローラの回転数を低減させるのみでは不都合である。現像ローラへのトナー供給量が減少し，十分な画像濃度が得られないおそれがあるからである。
【０００３】
現像ローラへのトナー供給性の上昇のための技術としては従来より，電気的な力を利用するものがある。例えば，トナー供給ローラに現像ローラに対する電位差を設け，電気的な力で現像ローラへトナーを供給するようにした画像形成装置が提案されている。あるいは，耐久や環境に応じて，その印加電圧を変化させる技術も開示されている（例えば，特許文献１，特許文献２参照。）。この特許文献１の技術では，トナー供給ローラに印加する電圧を耐久に応じて例えば単調増加させるとされている。また，特許文献２の技術では，耐久や環境に応じて印加電圧を大きくし，耐久や環境にかかわらず定電流となるように制御するとされている。
【０００４】
一方，現像性の向上のために一般に，現像ローラにも感光体に対してバイアス電圧が印加される。この現像バイアス電圧としては，直流成分と交流成分とが重畳された電圧が多く使用される。このような画像形成装置で，現像濃度を調整する場合には，デューティ比を変化させて調整する場合が多い。負帯電トナーを用いている画像形成装置の場合では，デューティ比は，１波長の時間中における電位が負である時間（以下，負位相といい，電位が正である時間を正位相という）が占める割合を示している。
【特許文献１】特開平９−１７１２８６号公報
【特許文献２】特開２００１−１３７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，前記したように，現像ローラに直流成分と交流成分とが重畳されたバイアス電圧が印加されている現像装置において，上記の従来の文献と同様の調整方法を採用しようとすると，濃度調整が非常に不安定となってしまうという問題点があった。これは，濃度調整のために現像バイアス電圧のデューティ比を変化させると，これによってトナー供給ローラと現像ローラとの間の電位差も影響を受けるためである。すなわち従来の手法では，負位相と正位相とで，トナー供給量が変化してしまうからである。
【０００６】
本発明は，前記した従来の現像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，現像ローラに直流成分と交流成分とが重畳されたバイアス電圧が印加されている現像装置であっても，環境が変化しても安定して濃度調整を行うことのでき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，現像ローラと，現像ローラへのトナーの供給を行うトナー供給ローラとを有する現像装置であって，現像ローラに交流成分を含む現像バイアス電圧を印加するとともに，トナー供給ローラに，デューティ比および位相が現像バイアス電圧と等しい交流成分を含む供給バイアス電圧を印加するバイアス電源部を有し，バイアス電源部が，通常の環境下では，交流成分における回収側位相時には現像バイアス電圧と供給バイアス電圧とを等しくするとともに，現像側位相時には供給バイアス電圧を，現像バイアス電圧より現像側にシフトした電圧とし，通常の環境よりも温度と湿度との少なくとも一方が高い環境下では，回収側位相時には供給バイアス電圧を，現像バイアス電圧と同じかまたは現像バイアス電圧より現像側にシフトした電圧とするとともに，現像側位相時には供給バイアス電圧を，現像バイアス電圧より現像側に，通常の環境下での現像側位相時よりも大幅にシフトした電圧とするものである。
【０００８】
本発明の現像装置は，現像ローラとトナー供給ローラとにそれぞれ，デューティ比および位相が等しい交流成分を含むバイアス電圧を印加する。感光体の電位を基準として，現像ローラの電位がトナーの正規帯電極性側である位相が現像側位相である。例えば，負帯電トナーを使用する装置では，現像側位相時には両バイアス電圧は感光体の電位より負側であり，負位相が現像側位相に相当する。そして，正位相が回収側位相である。本発明では，現像バイアス電圧と供給バイアス電圧とのデューティ比および位相が等しいので，濃度調整のために現像バイアス電圧のデューティ比を変化させた場合でも，トナー供給ローラと現像ローラとの間の電位差への影響はない。
【０００９】
通常の環境下では，回収側位相時には現像バイアス電圧と供給バイアス電圧とが等しいので，これらの間ではトナーに対して電気的な力は働かない。トナー供給ローラが現像ローラに圧接されることによって，トナーが供給される。現像側位相時には，供給バイアス電圧を，現像バイアス電圧より現像側にシフトした電圧としているので，電気的な力によってもトナーが供給される。
【００１０】
高温または高湿の環境下では，一般にトナーの帯電性が低下し，現像されにくくなる。本発明によれば，このような環境下では通常環境下より大幅に，現像側位相時には供給バイアス電圧が現像バイアス電圧より現像側にシフトされる。従って，トナーは通常の環境下より大きい電気的な力を受けるので，安定してトナーの供給が行われる。さらに，回収側位相時にも供給バイアス電圧が現像バイアス電圧より現像側にシフトされれば，トナー供給ローラにトナーを回収する力が弱くなるので，さらに安定してトナーの供給が行われる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の現像装置によれば，現像ローラに直流成分と交流成分とが重畳されたバイアス電圧が印加されている現像装置であっても，環境が変化しても安定して濃度調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，現像ローラに現像剤を供給するためのトナー供給ローラに，直流成分と交流成分との重畳電圧であるバイアス電圧が印加されている画像形成装置に本発明を適用したものである。
【００１３】
本形態に係る画像形成装置１０は，図１にその主要部分を示すように，感光体１１，現像装置１２，ホッパ１３を有している。また，感光体１１の周囲には，感光体１１の表面を所定の電位に帯電する帯電装置１４と，感光体１１の表面にレーザー光を照射して潜像を形成する露光装置１５，感光体１１上に残留した現像剤を回収するクリーナ１６も備えられている。なお，ここではホッパ１３が現像装置１２とは別に備えられた画像形成装置１０を図示しているが，本発明は，ホッパが一体となった使い切り式の画像形成装置にも適用できる。
【００１４】
現像装置１２は，図１に示すように，現像ローラ２１，トナー供給ローラ２２，攪拌ローラ２３，搬送ローラ２４を有している。また，ホッパ１３内には，搬送部材３１および攪拌部材３２が設けられている。そして，ホッパ１３と現像装置１２との間には，現像剤を搬送するための搬送路３３が設けられている。なお，本形態では，負帯電性の非磁性一成分トナーを用いている。
【００１５】
現像装置１２には適量の現像剤が収容され，画像形成に使用されるとともに，攪拌ローラ２３によって適宜攪拌されている。ホッパ１３内には新しい現像剤が収容され，図１中矢印で示すように回転する攪拌部材３２によって攪拌されている。現像装置１２内の現像剤が使用されて少なくなると，ホッパ１３から現像装置１２へ現像剤が供給される。その際には，搬送部材３１により，搬送路３３を介して現像装置１２へ現像剤が供給される。そして，現像装置１２では，搬送ローラ２４によって図中奥行き方向（感光体１１の軸方向）に搬送される。
【００１６】
さらに，本形態では，現像ローラ２１に現像バイアス電源４１が，トナー供給ローラ２２に供給バイアス電源４２がそれぞれ接続されている。これらはいずれも，直流成分と交流成分との重畳電圧を印加可能なものであり，制御装置４３によって制御されている。制御装置４３は，画像形成装置１０のおかれている環境の情報を機内の各所から得るとともに，現像バイアス電源４１と供給バイアス電源４２とが供給する電圧の各パラメータを制御する。ここで，制御されるパラメータとしては，例えば，直流成分の電圧，交流成分の振幅やデューティ比等が挙げられる。
【００１７】
画像形成時には，図１中に矢印で示すように，感光体１１，トナー供給ローラ２２，現像ローラ２１がそれぞれ回転される。感光体１１は，帯電装置１４によってその表面が一様に帯電され，露光装置１５によって部分的に露光されて，表面に静電潜像が形成される。静電潜像が形成された感光体１１は，さらに回転されて，次に現像装置１２に対面される。このとき，現像ローラ２１の表面には，トナー供給ローラ２２によって適量の現像剤が供給されている。現像ローラ２１と対面した位置において，感光体１１の静電潜像が現像される。感光体１１上に形成されたトナー像は，その後の工程で用紙に転写され，定着される。
【００１８】
本形態では，画像形成時には現像バイアス電源４１によって，現像ローラ２１に現像バイアス電圧Ｖｄが印加される。また，供給バイアス電源４２によって，トナー供給ローラ２２に供給バイアス電圧Ｖｓが印加される。そのために，現像ローラ２１とトナー供給ローラ２２とは，いずれも導電性の材質で形成されている。現像バイアス電圧Ｖｄと供給バイアス電圧Ｖｓとはいずれも直流成分と交流成分との重畳電圧であり，それぞれ独立に印加される。
【００１９】
現像バイアス電圧Ｖｄと供給バイアス電圧Ｖｓとは，デューティ比と位相とが等しい交流成分を含んでいる。本形態の画像形成装置では，画像形成の濃度調整のために現像バイアス電圧Ｖｄのデューティ比を調整することがある。そして，この調整がされた場合には，供給バイアス電圧Ｖｓのデューティ比も同様に調整する。これによって，ＶｄとＶｓとは，常にデューティ比と位相が合った状態に保たれる。
【００２０】
本形態では，負帯電性のトナーを使用しているので，現像バイアス電圧Ｖｄと供給バイアス電圧Ｖｓとがともに感光体１１に対して負の電位となる負位相時には，おもに現像ローラ２１から感光体１１へトナーが移動する。すなわち，負位相は現像側位相である。逆に，現像バイアス電圧Ｖｄと供給バイアス電圧Ｖｓとがともに感光体１１に対して正の電位となる正位相時には，おもに感光体１１から現像ローラ２１へトナーが移動する。すなわち，正位相は回収側位相である。
【００２１】
一方，現像ローラ２１と供給ローラ２２との間では，現像バイアス電圧Ｖｄと供給バイアス電圧Ｖｓとが全く等しければ，トナーに対して電気的な力は働かない。従来と同様にこれらのローラを擦りつけることによるトナーの供給のみが行われる。現像バイアス電圧Ｖｄと供給バイアス電圧Ｖｓとの間に差があれば，トナーは電位の低い側から高い側へと向かう力を受ける。
【００２２】
画像形成装置１０のおかれている環境が通常の環境の場合には，各バイアス電圧の電圧波形は，図２に示すような関係にある。この図では，太線の実線で供給バイアス電圧Ｖｓを示し，太線の二点鎖線で現像バイアス電圧Ｖｄのうち供給バイアス電圧Ｖｓとは異なる部分を示している。すなわち，正位相では，現像バイアス電圧Ｖｄと供給バイアス電圧Ｖｓとは等しく，負位相では，供給バイアス電圧Ｖｓを現像バイアス電圧Ｖｄより負側にシフトした電圧としている。
【００２３】
従って，現像ローラ２１と供給ローラ２２との間では，正位相ではトナーは電気的な力は受けない。負位相では供給ローラ２２から現像ローラ２１へ向かう供給の向きの力を受ける。ここでは，負位相における供給バイアス電圧Ｖｓは，同じ箇所の現像バイアス電圧Ｖｄに比較して，Δａ＝２００Ｖだけ負側にシフトしたものとした。一方，正位相においては，供給バイアス電圧Ｖｓと現像バイアス電圧Ｖｄとの差はなく，Δｂ＝０Ｖである。なお，図２中の「−３２０Ｖ」は，現像バイアス電圧Ｖｄの直流成分を示している。
【００２４】
本形態では，制御装置４３は，動作環境が高温環境または高湿環境の状態となったと判断すると，供給バイアス電源４２の電圧のパラメータを変更して，図３に示すように，供給バイアス電圧Ｖｓを図２のものとは異なる設定とする。具体的には，Δａをさらに大きくする。例えば，Δａ＝３００Ｖとする。さらに，正位相においても，供給バイアス電圧Ｖｓを現像バイアス電圧Ｖｄより負側にシフトした電圧としてもよい。例えば，電位差Δｂ＝１００Ｖ等とする。このようにすることにより，高温高湿で現像しにくい環境となったときには，電気的にトナー供給ローラ２２から現像ローラ２１へトナーを供給する力が増加し，濃度低下が防止される。
【００２５】
ただし，正位相における供給バイアス電圧ＶｓはＧＮＤ電圧よりは正側の範囲内とする。供給バイアス電圧ＶｓがＧＮＤ電圧より負側となると，トナー供給ローラ２２へのトナーの付着力が弱まるので，好ましくないからである。なお，感光体１１のうち，帯電装置１４による帯電処理後，露光装置１５によってレーザ光を照射された箇所の表面電位は，ＧＮＤ電圧に近いものとなっている。
【００２６】
なお，本形態では，高温環境とは温度２８℃以上であり，高湿環境とは湿度７０％以上の環境としている。このいずれの条件をも満たさない環境は通常環境と判断する。例えば，温度２５±２℃かつ湿度６０±５％の範囲内は典型的な通常環境である。そして，供給バイアス電圧Ｖｓは，これらの条件のうちいずれか一方でも超えたときに，上記のように変更される。なお，高温環境や高湿環境の判断基準の数値は，上記のものに限らず，通常環境と高温高湿環境との間にあらかじめ定めて記憶しておけばよい。そして，再び通常環境に戻ったと判断されると，図２に示す通常のバイアス電圧に戻される。
【００２７】
次に，発明者らは，高温高湿の環境下における供給バイアス電圧Ｖｓの設定と，それによる画像濃度への影響を調べる評価試験を行った。評価は，コニカミノルタ製のｍａｇｉｃｏｌｏｒ５４４０ＤＬ型機の現像装置の駆動モータを変更して，感光体周速を変更できるように改造して行った。また，供給バイアス電圧Ｖｓを変更できるように制御装置４３を改造した。
【００２８】
本試験は，温度３０℃湿度９０％の高温高湿環境において，供給バイアス電圧Ｖｓの異なる５種類の例（実施例１〜３と比較例１〜２）について実施した。この５種類の例は，現像バイアス電圧Ｖｄに対する供給バイアス電圧Ｖｓの負位相側の電位差Δａ（Ｖ）および正位相側の電位差Δｂ（Ｖ）をそれぞれ表１のように変えたものとした。また，各例について，デューティ比（４０％，５０％）と感光体周速（１００ｍｍ／ｓｅｃ，２００ｍｍ／ｓｅｃ）とを２通りずつに条件を変更してそれぞれ試験した。さらに，各条件について，新品時（初期）と，５％チャートを１万枚印字した後（耐久）との両方について試験を行った。
【００２９】
本試験で使用した実施例１〜３は，いずれもΔａ＝３００とした。これは，通常環境下の供給バイアス電圧ＶｓにおけるΔａ（＝２００）よりもさらに負側にシフトした値である。Δｂはそれぞれ，０，１００，３００とした。これらはいずれも，現像バイアス電圧Ｖｄと同じかまたは負側である。一方，比較例１は，Δａ＝１００とした。比較例２は，Δａ＝０とした。これらはいずれも，通常環境下のΔａよりも正側であり，本発明の範囲を満たしていない。なお，現像バイアス電圧Ｖｄは，図２や図３に示した波形のものとした。すなわち，−３２０Ｖの直流成分と振幅が１６００Ｖの交流成分との重畳電圧である。
【００３０】
また，評価の基準は，以下の通りとした。
印字画像の画像濃度が適正濃度である場合に  ○
印字画像の画像濃度が適正濃度でない場合に  ×
【００３１】
【表１】
2009109545.tif 000003
【００３２】
試験の結果は表１に示す通りとなった。実施例１〜３のものはいずれも，初期／耐久のいずれの現像装置においても，また，デューティ比や感光体周速にかかわらず，適正な画像濃度が得られた。比較例１は，感光体周速が速い場合に適正な濃度を得られなかった。比較例２は，いずれの場合においても適正な濃度を得られなかった。
【００３３】
以上詳細に説明したように，本形態の現像装置によれば，高温または高湿の環境におかれていると判断された場合に，供給バイアス電圧Ｖｓを変更する。即ち，現像バイアス電圧Ｖｄに対して，負位相における電位差Δａを通常環境時より更に負側に大きくする。また，正位相における電位差Δｂも負側に大きくしてもよい。これにより，現像しにくい環境である高温または高湿の環境においても，適正な濃度で画像形成を行うことができる。従って，現像ローラに直流成分と交流成分とが重畳されたバイアス電圧が印加されている現像装置であっても，環境が変化しても安定して濃度調整を行うことができる。
【００３４】
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，図示の現像バイアス電圧の波形は一例であり，直流成分の電圧値やデューティ比等は適宜変更可能である。また，本形態では負帯電性の現像剤を使用しているが，正帯電性の現像剤を使用する現像装置であれば，バイアス電圧の正負をすべて逆にすればよい。また，画像形成装置や現像装置の構成は一例であり，これに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との関係を示すグラフである。
【図３】現像バイアス電圧と供給バイアス電圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１２  現像装置
２１  現像ローラ
２２  トナー供給ローラ
４１  現像バイアス電源
４２  供給バイアス電源
【図１】
2009109545.tif 000004
【図２】
2009109545.tif 000005
【図３】
2009109545.tif 000006