JP4649966B2 - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

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。

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、トナーとキャリアからなる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、現像剤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。

このような一成分現像方式を用いた画像形成プロセスにおいては、通常、最適な画像を得るため、画像形成装置内に環境変化を計測するセンサや感光体の表面電位を検出するセンサ等を設け、これらのセンサからの情報に基づいて感光体の表面電位や露光量、現像装置の現像バイアス、転写装置の転写電流等を制御し、適正な画像を維持する工夫がなされている（例えば特許文献１，２参照）。
特許文献１では、環境や作像条件が変化しても画像の線幅を一定に保ち最適な画質を提供するため、感光体上に比較用パターン像を形成し、その線幅の変化を検出するようにした方式が示されている。すなわち、比較パターン像の線幅を反射型フォトセンサで検出し、予め設定されている基準線幅との差がなくなるように、現像剤担持体又は薄層化規制部材の電圧を制御するようにしている。また、この特許文献では、現像剤担持体の表面電位を検出し、この表面電位の情報も併せて比較パターン像の線幅を調整する方式も示されている。
また、特許文献２では、感光体上に現像されたトナー像の濃度を検出する濃度読み取り手段を設け、この濃度読み取り手段から得られたトナー濃度と現像バイアス値に基づいて転写バイアスを決定し、最適な画質を提供する方式が示されている。特に、この中では、感光体の電位特性やトナーの帯電特性が温湿度によって大きく影響されるため、上述の方式によって温湿度の影響が防止できるとされている。

特開平５−１１５９６号公報（実施例、図１） 特開２００３−１５３７１号公報（実施の形態１、図５）

しかしながら、上述した方式にあっては、最適な画質を得るために、環境変化を検出したり、感光体上の表面電位やパターン像の線幅又はトナー濃度を検出したり、更には現像剤担持体の表面電位を検出することで、各種画像プロセス条件を最適化しようとするものであることから、温湿度検出手段、濃度検出手段、線幅検出手段等を設ける必要があり、装置の低コスト化、小型化を損なう問題がある。
更に、現像剤担持体上の現像剤を帯電規制する際の通電状態に着目して、帯電条件を制御しようとしたものでもない。

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帯電量が安定した低コストで小型化が可能な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。

すなわち、本発明の基本的構成は、図１に示すように、回転自在な筒状薄膜部材と、この筒状薄膜部材を支持するように当該筒状薄膜部材内に固定的に内包され且つ周面の一部に凹部が形成された導電部材とを有し、前記筒状薄膜部材の表面に現像剤を担持する現像剤担持体１と、前記導電部材の前記凹部に対応する部位にて現像剤担持体１の前記筒状薄膜部材に接触配置され且つ当該現像剤担持体１上の現像剤の帯電規制を行う帯電規制部材２と、この帯電規制部材２と前記現像剤担持体１との間にて現像剤の帯電を行う帯電バイアスを供給する帯電バイアス供給手段３と、帯電バイアス供給時の環境変化に対応した前記帯電規制部材の通電状態を検出可能な検出手段５と、検出手段５による検出結果に基づいて現像剤の帯電量を基準値に保つように前記帯電バイアスを制御する帯電制御手段４とを備えることを特徴とするものである。

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１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１が、当該現像剤担持体１に対向し静電潜像が担持される像担持体に接触配置される態様が好ましいが、像担持体と非接触配置の態様であっても差し支えない。

本発明における帯電規制部材２は、現像剤担持体１上の現像剤を帯電できるものであれば、現像剤担持体１と接触又は非接触いずれでもよく、更に、その形状は問わないが、現像剤担持体１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１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、帯電規制部材２としては回転体が好ましい。また、現像剤担持体１を剛体とする態様にあっては、帯電規制部材２としては弾性体状や可撓性チューブ状とする態様が好ましく、現像剤担持体１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、帯電規制部材２が剛体であっても差し支えない。

また、帯電バイアス供給手段３は、帯電規制部材２と現像剤担持体１との間に印加され、現像剤への帯電を行うもので、代表的態様としては、定電流印加、定電圧印加の態様が挙げられる。更に、帯電バイアス供給手段３が、直流の定電流を供給するようにすれば、帯電制御を定電流制御でき、現像剤への安定した帯電量を付与することができ、帯電量の制御が容易になる。
更にまた、帯電制御手段４としては、少なくとも帯電バイアス供給手段３を制御できればよく、他の制御（例えば現像バイアス等）を同時に行う態様であってもよい。また、帯電制御手段４は、帯電バイアス供給時の通電状態を検出する検出手段５を備えているため、このことにより、検出手段５からの情報に基づき帯電制御手段４での制御が一層有効になされるようになる。

そして、検出手段５の検出方式としては、通電状態の変化を検出できるものであればよく、例えば通電時の帯電規制部材２に加わる電圧変化や、通電時の電流変化、更には帯電部位近傍の部材の表面電位等を検出する方式が挙げられる。このように電圧や電流を検出することで帯電状態を知るようにすれば、例えば環境変化等があっても適正な現像剤帯電量を得ることが可能になる。
また、検出手段５としては、現像剤担持体１又は帯電規制部材２の電圧変化を検出することが好ましく、この場合、現像剤担持体１と帯電規制部材２との間で定電流制御する場合に有効となる。

そして、本発明では、現像剤担持体１又は帯電規制部材２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、これにより、帯電時の現像剤への均一な電流分布が得られ、現像剤に均一な帯電量を付与することが可能になる。
また、この半導電性樹脂層は体積抵抗率が１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍの範囲とすることが好ましく、仮に体積抵抗率が１０^８Ω・ｃｍより小さいと、帯電規制時に十分な放電電流が流せず、現像剤への十分な帯電付与がなされないようになる。一方、体積抵抗率が１０^１１Ω・ｃｍより大きいと、帯電規制時の放電が起こり難くなり、現像剤への帯電付与作用そのものが機能しないようになる。

更に、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ようにすることが好ましく、このようにイオン伝導性物質を導電剤とすることで、樹脂への分散性もよくなり、半導電性樹脂層の抵抗分布の均一性が向上し、帯電規制時の現像剤へ供給される帯電電流が現像剤全体に亘って均一化され、一層均一な帯電量を得ることができる。仮に、導電剤としてカーボンブラック等の電子伝導性物質を含むものとした場合には、樹脂への分散性も劣り、粒子相互の凝集力も強く粒子の粗大化が生じることから、半導電性樹脂層の抵抗分布の均一性が劣り、帯電電流が現像剤全体に亘って均一化されず、一部に集中して流れたり、異常放電を起こしやすくなり、不均一な帯電量が現像剤に付与されることになる。

また、本発明では、現像剤担持体１が回動自在な筒状薄膜部材を有し且つ当該筒状薄膜部材の表面に現像剤を担持搬送する態様のため、帯電規制部材２の駆動力を現像剤担持体１に伝達する駆動力伝達手段を備えるようにすることが好ましく、このことで、現像剤担持体１の駆動機構が簡略化され、また、現像剤へ付与されるストレスを抑えることができ、低コストで安定性能が維持可能な現像装置を提供することができる。尚、筒状薄膜部材の態様としては、ポリアミド樹脂やフッ素系樹脂等の樹脂に導電剤を付与した樹脂チューブや、ＳＵＳ、アルミニウム、ニッケル電鋳品等の金属薄板チューブ等が挙げられる。このような筒状薄膜部材を使用することで、接触部材との圧接力を小さくすることも可能になり、現像剤へのストレスを軽減させることができる。

そして、駆動力伝達手段の代表的態様としては、帯電規制部材２の回転軸を芯材として筒状薄膜部材の両端に位置し且つ筒状薄膜部材に押し付けられる駆動押圧部材と、筒状薄膜部材の内周面側に設けられ且つ駆動押圧部材と共に筒状薄膜部材を挟持する支持部材とを備える構成が挙げられる。このとき、支持部材は、固定配置される態様であってもよいし、回転する態様であってもよい。尚、支持部材が固定配置される態様では、支持部材は筒状薄膜部材との摺動性が優れるものが好ましい。
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る。

本発明によれば、現像剤担持体と帯電規制部材との間にて現像剤の帯電を行う帯電バイアスを供給する際の通電状態を検出し、その検出結果に基づいて現像剤の帯電量を基準値に保つように帯電バイアスを制御するようにしたので、環境変化等があっても、現像剤担持体上の現像剤を適正な帯電量にすることができ、現像時の画質の安定性を維持することができる。また、環境センサ等の手段を必要としないため、低コスト、小型化が可能な現像装置を提供することができる。
そして、本発明では、回転自在な筒状薄膜部材と、この筒状薄膜部材を支持するように当該筒状薄膜部材内に固定的に内包され且つ周面の少なくとも一部に凹部が形成された導電部材とを有し、前記筒状薄膜部材の表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、前記導電部材の前記凹部に対応する部位にて前記現像剤担持体の前記筒状薄膜部材に接触配置され且つ当該現像剤担持体上の現像剤の帯電規制を行う帯電規制部材とを用いたので、現像剤へ付与されるストレスを抑えることができる。
更に、帯電バイアスを定電流制御するようにすれば、帯電時の一層安定した電界を供給することができ、現像剤の帯電量を一層安定させることができる。
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。

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。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用された実施の形態１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表面に有機感光体等の感光層を備えて静電潜像が担持される感光体であり、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、光の当たった感光体２１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。

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。

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上のトナー像を転写された記録材２８は定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によりトナー像は記録材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との間に記録材２８を通過させることによりトナー像を記録材２８に定着するようになっている。

ここで、本件発明の現像装置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、ステンレス等の金属基体表面に感光層が設けられた感光体２１に圧接して回転する現像ロール３２の背後には、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、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。

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。

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。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。

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１０^１０Ω・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。

また、現像ロール３２のシームレスチューブ３２１の内部には、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。

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１０^１０Ω・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。また、帯電ロール３７からは、電圧検出手段としての検出部４３を介して制御装置４４に接続され、検出部４３で検出された帯電ロール３７の電圧情報が制御装置４４に伝達されるようになっている。更に、制御装置４４からは、この検出部４３からの電圧情報によってバイアス電源４１が制御され、適正な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。

本実施の形態における制御装置４４は、バイアス電源４１を制御すると同時に、バイアス電源３３やバイアス電源２７（図２参照）を制御し、最適な現像バイアスの供給及び最適な転写バイアスの供給を行って、画質の安定性を維持できるようになっている。

図４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。

ここで、本実施の形態における制御装置４４は、図５に示すように、例えばマイクロコンピュータシステム（ＣＰＵ６１，ＲＯＭ６２，ＲＡＭ６３，入出力インタフェース６４，６５）にて構成され、ＲＯＭ６２には検出部４３からの電圧情報に対する処理プログラム（例えば帯電電流制御、現像バイアス制御、転写バイアス制御）、環境条件に合った適正な帯電電流の基準値及びその許容範囲（具体的には電圧情報）並びに以前の帯電電流値（具体的には検出部４３からの電圧情報）等の情報が予め格納されている。
そして、この制御装置４４では、検出部４３からの電圧情報が入力インタフェース６４を介してＣＰＵ６１に取り込まれた後、ＣＰＵ６１が、電圧情報の変化を読み取って適正な帯電条件が設定されるように、出力インタフェース６５を介して、バイアス電源４１を制御し、必要な場合には帯電電流を変化させるようになる。また、このとき、バイアス電源３３，２７をも制御し、現像バイアス及び転写バイアスの適正化をも図るようになっている。

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３３とバイアス電源４２とで形成される）による電界作用により、トナー供給ロール３４上のトナーは現像ロール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トナー層が形成される。

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。

このような現像装置の作動において、本実施の形態における環境変化に対する動作について説明する。
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、流れる電流は減少する方向に向かうが、帯電電流を定電流制御していると、減少した電流を補填するために流し込む電圧が上昇する。反対に、湿度が低下すると、放電開始電圧は下がり、流し込む電圧は小さくなる。一方、温度が上昇すると、放電開始電圧は下がり、流れる電流が増加する方向に向かうが、定電流制御のため流し込む電圧が小さくなる。反対に、温度が低下すると、放電開始電圧は上がり、流し込む電圧が大きくなる。そのため、帯電時に一定電流を流し続けると、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。
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、機内汚染等の影響が発生する。
したがって、帯電電流を流し込む電圧がどう変化したかを検出して、環境に合った電流値に設定し直すことで、適正な帯電条件が維持されることとなる。また、このように、環境変化を検出することで、その条件にあった現像条件、転写条件に変更することもでき、全体としての画質の安定化に繋がることとなる。

図６は、本実施の形態での環境変化検出ルーチンのフローを示したものであり、以下、このフローについて、図３を併用して説明する。
検出部４３からの電圧情報が制御装置４４に取り込まれると、制御装置４４では、先ず帯電ロール３７の電圧に変化があるかどうかを基準値（許容範囲を含む）と比較する（ステップＳ１）。尚、基準値としては、画像形成装置が許容される環境条件の中で、適切な画像形成が可能な帯電電流値の範囲によって求まる値となっている。
この電圧の変化がなければ、環境変化がなかったものと判断し、帯電ロール３７へ印加する電流、現像バイアス、転写バイアスを設定値のまま（現状のままの設定値）とし（ステップＳ２）、ルーチンを終了することで、適正な帯電量が維持され、適正な画像形成が継続する。

また、この電圧に変化がある場合は、環境変化があったものと判断し、基準値に比べ上昇したかどうかの判別を行う（ステップＳ３）。そして、上昇していれば、帯電ロール３７へ印加する電流を所定量だけ下げるように制御し、同時に現像バイアス及び転写バイアスを所定の値に変更する（ステップＳ４）。ここで、電圧及び電流は絶対値で示しており、電圧が上昇ということは、電流が上昇することにより、検出部４３で検出される電圧が大きくなることから、このような表現を採っている。
更に、このとき、電圧が下降していれば、帯電ロール３７へ印加する電流を所定量だけ上げるように制御し、同時に現像バイアス及び転写バイアスを変更する（ステップＳ５）。
すなわち、環境変化によって電圧が上昇若しくは下降した際、帯電電流を設定されたままの定電流値とすると、トナー帯電量の増加や減少が発生し、適正な画像が形成されなくなる。そのため、適正な帯電電流を流すことで、トナー帯電量の適正化が可能になる。
更にまた、上述のように、帯電ロール３７へ流す電流値を変化させた場合は、再度検出部４３での電圧を計測し、この電圧が基準値内に入っているかどうかの判定を行う。そして、この判定の結果、電圧が基準値内にあればルーチンを終了し、そうでなければ、ステップＳ１に戻る（ステップＳ６）。

また、本実施の形態では、現像ロール３２及び帯電ロール３７に使用される半導電性樹脂層には、導電剤としてイオン伝導性物質を含んでいることから、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に比べ、安定した均一な帯電条件（現像ロール３２と帯電ロール３７との間で安定した均一な放電がなされる）が維持される。

以上のように、本実施の形態においては、検出部４３から得られる電圧変化によって、環境変化を容易に検出することができ、環境に合った帯電条件とすることができる。また、同時に、現像バイアス、転写バイアスを環境条件に合わせることも可能になる。そのため、現像ロール３２上のトナーの帯電量を常に適正な値に維持することができ、最適な画質を得ることができる。更に、温度センサ、湿度センサ、表面電位計等が不要となり、装置の低コスト化、小型化が可能になる。
また、本実施の形態では、現像ロール３２と帯電ロール３７との接触圧もシームレスチューブ３２１を使用することで軽減され、トナーへ付与されるストレスも、例えば現像ロール３２に弾性体を使用した場合に比べ、大幅に低減される。したがって、トナーの固着も起こり難く、長期に亘って使用しても安定した現像性能を維持することができる。
更に、現像ロール３２の回転を帯電ロール３７の駆動力によって行っているため、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との駆動条件をトナー供給に適した条件に任意に設定することができる。また、ギア等の駆動系を別途必要としないため、装置の簡略化、低コスト化を図ることができる。

本実施の形態では、帯電バイアスとして定電流制御を行う方式を示したが、現像ロール３２と帯電ロール３７との間に定電圧電界を印加し、環境変化によって生じる電流変化を利用すれば、定電流制御をしたときと同様の効果が得られる。
また、例えば表面電位計を使用し、帯電ニップ域近傍の帯電ロール３７上の表面電位を検出するようにすれば、ニップ域での電圧変化と略同様の変化を検出することも可能となり、温度センサ、湿度センサ等を必要としない分、装置コストの低減化が可能になる。

また、図７は、本実施の形態で使用される帯電ロール３７（図３参照）の変形例としての帯電ロール７１を示す。以下この帯電ロール７１について、図３を参照しながら説明する。この帯電ロール７１を使用する態様としては、本実施の形態と異なり、現像ロール３２が剛体で、帯電ロール７１が半導電性樹脂層としてのシームレスチューブ７３を備えたものとなっている。
このような帯電ロール７１は、ステンレス等の金属軸７２の両端部に、円形状の支持部７２ａを備え、表面にシームレスチューブ７３を被せた構成を採っている。
そして、このシームレスチューブ７３は、表層にイオン伝導性物質を導電剤とする表面樹脂層７３ａを有し、裏面には導電層７３ｂを積層したもので構成されている。そのため、本例においては、シームレスチューブ７３の内側には、特に表面樹脂層７３ａを支持し、表面樹脂層７３ａに通電するための導電部材（図３に示すような導電部材）を備える必要はなくなる。

このように、帯電ロール７１としてシームレスチューブ７３を被せた構成を採っても、上述した現像ロール３２にシームレスチューブを被せた構成（本実施の形態の態様）と比べても、トナーへの有効な帯電量制御の点では差異はなく、現像特性の安定化が可能になる。尚、この帯電ロール７１を現像ロール３２に接触させ、安定したニップを保つためには、帯電ロール７１の表面樹脂層７３ａが現像ロール３２との圧接によって撓むようにする必要がある。そのため、帯電ロール７１の可撓性部分（円形状の支持部７２ａの領域を除いた部分）に現像ロール３２を対向配置させることが必要となる。
このようにすれば、現像ロール３２と帯電ロール７１との圧接状態が安定し、安定した帯電制御が可能になる。

また、本実施の形態では、環境変化によって発生する電圧変動を検出して適正な帯電条件（帯電電流値）に設定し直す制御を行ったが、例えば、現像ロール３２と帯電ロール３７の経時変化（例えばプリント枚数等）を事前に把握し、そのときの適正な帯電電流を求めておき、このデータを制御装置４４内にテーブルとして格納しておけば、経時変化を想定したときの最適基準値を常に設定することができ、一層有効な帯電量制御が可能になることはいうまでもない。

更に、本実施の形態においては、現像ロール３２及び帯電ロール３７共に半導電性樹脂層としてのシームレス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し、現像ロール３２側を弾性体にすることも可能である。

◎実施の形態２
図８は、本発明が適用された実施の形態２に係る現像装置３０を示す。同図において、本実施の形態は、実施の形態１の現像装置３０と略同様に構成されるが、帯電バイアスの供給方法が実施の形態１と異なり、実施の形態１では定電流制御を行ったのに対し、本実施の形態では定電圧制御を行うようになっている。尚、実施の形態１と同様な構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図８において、本実施の形態におけるバイアス電源４１は、定電圧電源にて構成され、帯電ロール３７と現像ロール３２との間には、常に安定した電圧が印加されるようになっている。また、本実施の形態では、帯電ロール３７とバイアス電源４１との間に、検出部４５を設け、この検出部４５からの情報が制御装置４４に伝達されるようになっている。
本実施の形態における検出部４５は、例えば抵抗器等で構成され、帯電時の通電される電流値を検出するようになっており、制御装置４４へは、この抵抗器の電圧降下の情報が伝達される。
そのため、例えば環境変化によって帯電状態が変化すると、通電電流が変化し、この通電電流の変化を検出部４５で検出することで、制御装置４４からバイアス電源４１の定電圧値を変化させるようにすることで、帯電状態の安定化が行われるようになる。

図９は、本実施の形態における帯電量制御ルーチンのフローを示したもので、この作用について図８を併用して説明する。
検出部４５からの電流情報（電圧降下）が制御装置４４に取り込まれると、制御装置４４では、先ず帯電ロール３７の電流に変化があるかどうかを基準値（許容範囲を含む）と比較する（ステップＳ１１）。尚、基準値としては、画像形成装置が許容される環境条件の中で、適切な画像形成が可能な帯電電圧値の範囲によって求まる値となっている。
この電流の変化がなければ、環境変化がなかったものと判断し、帯電ロール３７へ印加する電圧を設定値のまま（現状のままの設定値）とし（ステップＳ１２）、ルーチンを終了することで、適正な帯電量が維持され、適正な画像形成が継続される。

また、この電流に変化がある場合は、環境変化があったものと判断し、基準値に比べ上昇したかどうかの判別を行う（ステップＳ１３）。そして、上昇していれば、帯電ロール３７へ印加する電圧を所定量だけ下げるように制御する（ステップＳ１４）。
更に、このとき、電流が少なくなっていれば、帯電ロール３７へ印加する電圧を所定量だけ上げるように制御する（ステップＳ１５）。
すなわち、環境変化によって電流が上昇若しくは下降した際、帯電電圧を設定されたままの定電圧値とすると、トナー帯電量の増加や減少が発生し、適正な画像が形成されなくなる。そのため、適正な帯電電圧を印加することで、トナー帯電量の適正化が可能になる。
更にまた、上述のように、帯電ロール３７へ印加する電圧値を変化させた場合は、再度検出部４５での電圧降下を計測し、この電流値が基準値内に入っているかどうかの判定を行う。そして、この判定の結果、電流が基準値内にあればルーチンを終了し、そうでなければ、ステップＳ１１に戻る（ステップＳ１６）。

このように、帯電ロール３７と現像ロール３２との間の通電時の電流変化を検出するようにしても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
更に、本実施の形態では、帯電量制御のみ示したが、実施の形態１と同様、現像バイアスや転写バイアスを同時に制御することも可能である。

◎実施例１
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１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４種のもの、すなわち、１×１０^８、１×１０^９、１×１０^１０、１×１０^１１Ω・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１×１０^１０Ω・ｃｍのものを使用した。
そして、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４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。
中でも、現像ロールのシームレスチューブの体積抵抗率を１×１０^８Ω・ｃｍとしたときは、印加電流を−１０〜−４０μＡと変化させると、帯電量は−１５〜−６０μＣ／ｇと変化した。

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１×１０^１０Ω・ｃｍ、現像ロールのシームレスチューブの体積抵抗率を１×１０^８〜１×１０^１１Ω・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。

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１×１０^８〜１×１０^１１Ω・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。

◎実施例２
本実施例は、帯電ロールに定電流を流す実施例１の代わりに、実施の形態２のように、定電圧制御したときの、印加電圧とトナー帯電量との関係を評価確認したものである。
帯電ロール及び現像ロールは、実施例１と同様の構成であり、現像ロールのシームレスチューブの体積抵抗率を変化させて、トナー帯電量を測定した。
結果は、図１１に示すように、現像ロールのシームレスチューブを変化させても、印加電圧と帯電量との関係はいずれも直線的に変化した。したがって、実施例１のように定電流制御をする場合と同様に、環境変化に対する帯電量制御が可能になる。
尚、定電圧制御では、図１１からも分かるように、印加電圧と帯電量との関係を示す直線の傾きが急峻なため、印加電圧を変えて帯電量を制御しようとする方式には困難さを伴う。すなわち、印加電圧を少し変化させただけで、帯電量の大きな変化がもたらされるため、精細な帯電量の制御が困難となる懸念がある。
したがって、本発明における帯電量制御は、実施例１のように、定電流制御をする方が一層実用的であり、帯電量の細部に亘る制御が可能となることが確認された。

本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。 本発明が適用された画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。 実施の形態１の現像装置を示す説明図である。 実施の形態１の要部を示す説明図である。 実施の形態１の制御装置を示す説明図である。 実施の形態１のフローを示す説明図である。 実施の形態の変形例としての現像ロールを示す説明図である。 実施の形態２に係る現像装置を示す説明図である。 実施の形態２のフローを示す説明図である。 実施例１の結果を示す説明図である。 実施例２の結果を示す説明図である。

符号の説明

１…現像剤担持体，２…帯電規制部材，３…帯電バイアス供給手段，４…帯電制御手段，５…検出手段

Claims (10)

1. 回転自在な筒状薄膜部材と、この筒状薄膜部材を支持するように当該筒状薄膜部材内に固定的に内包され且つ周面の一部に凹部が形成された導電部材とを有し、前記筒状薄膜部材の表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記導電部材の前記凹部に対応する部位にて前記現像剤担持体の前記筒状薄膜部材に接触配置され且つ当該現像剤担持体上の現像剤の帯電規制を行う帯電規制部材と、
   この帯電規制部材と前記現像剤担持体との間にて現像剤の帯電を行う定電流制御された帯電バイアスを供給する帯電バイアス供給手段と、
   帯電バイアス供給時の環境変化に対応した前記帯電規制部材の通電状態を検出可能な検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づいて現像剤の帯電量を基準値に保つように前記帯電バイアスの定電流値を制御する帯電制御手段と、を備え、
   前記帯電制御手段は、前記検出手段による検出結果と予め定めた環境条件下での前記帯電規制部材の通電状態に相当する設定値との差から変化量を求め、前記帯電バイアスの定電流値が前記変化量に相当する環境条件に対応した電流値となるように前記帯電バイアス供給手段を制御することを特徴とする現像装置。
2. 回転自在な筒状薄膜部材と、この筒状薄膜部材を支持するように当該筒状薄膜部材内に固定的に内包され且つ周面の一部に凹部が形成された導電部材とを有し、前記筒状薄膜部材の表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
   前記導電部材の前記凹部に対応する部位にて前記現像剤担持体の前記筒状薄膜部材に接触配置され且つ当該現像剤担持体上の現像剤の帯電規制を行う帯電規制部材と、
   この帯電規制部材と前記現像剤担持体との間にて現像剤の帯電を行う定電圧制御された帯電バイアスを供給する帯電バイアス供給手段と、
   帯電バイアス供給時の環境変化に対応した前記帯電規制部材の通電状態を検出可能な検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づいて現像剤の帯電量を基準値に保つように前記帯電バイアスの定電流値を制御する帯電制御手段と、を備え、
   前記帯電制御手段は、前記検出手段による検出結果と予め定めた環境条件下での前記帯電規制部材の通電状態に相当する設定値との差から変化量を求め、前記帯電バイアスの定電圧値が前記変化量に相当する環境条件に対応した電圧値となるように前記帯電バイアス供給手段を制御することを特徴とする現像装置。
3. 請求項１記載の現像装置において、
   帯電バイアス供給手段は、直流の定電流を供給するものであることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１記載の現像装置において、
   検出手段は、現像剤担持体又は帯電規制部材の電圧変化を検出することを特徴とする現像装置。
5. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   現像剤担持体及び帯電規制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。
6. 請求項５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１０^８Ω・ｃｍ以上で且つ１０^１１Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする現像装置。
7. 請求項５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。
8. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   更に、前記帯電規制部材の駆動力を現像剤担持体に伝達する駆動力伝達手段を備えることを特徴とする現像装置。
9. 請求項８記載の現像装置において、
   駆動力伝達手段は、帯電規制部材の回転軸を芯材として筒状薄膜部材の両端に位置し且つ筒状薄膜部材に押し付けられる駆動押圧部材と、
   筒状薄膜部材の内周面側に設けられ且つ駆動押圧部材と共に筒状薄膜部材を挟持する支持部材とを備えることを特徴とする現像装置。
10. 静電潜像を担持する像担持体と、
    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たことを特徴とする画像形成装置。

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