JP4904754B2 - 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、プリンタ、ファクシミリ、印刷装置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（トナー）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、現像剤の交換作業などが不要なため、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。

従来、一成分現像方式においては、現像ロール上に所定のトナー量及びトナー帯電量を備えたトナー層を形成する方式として、フィルム部材を現像ロールに押し付け、この押圧力にて形成されたニップ域内で、現像ロール上のトナー層厚を規制すると共に、同時に摩擦帯電を行う方法が採られている（特許文献１，２参照）。
例えば、特許文献１記載の先行技術によれば、現像ロール近傍に配設された支持枠体にフィルムを貼り渡し、このフィルムの張力に基づいてフィルムを現像ロールに対して押圧させ、トナー層厚の規制及び摩擦帯電を行うことができる。
また、特許文献２記載の先行技術によれば、現像ロールの表面のトナー付着量及び荷電量に応じて、フィルムに電圧を印加し、当該フィルムを現像ロールへ静電吸着させることによって、現像ロール上のトナーの層厚を規制すると共に摩擦帯電を行うことができる。

更に、帯電方式としては、このような摩擦帯電方式のほかにも、フィルム部材をトナー層に接触させ、直流電界を印加することにより、トナー層を静電的に帯電させる手法を取り入れることも可能であり、例えば、トナーを負極性に帯電させる場合には、フィルム部材と現像ロールとの間にフィルム部材側が負極性になるような電位差を印加するようにした手法が挙げられる。

特開昭６３−１５５０６５号公報（問題点を解決するための手段、第１図） 特許第２９８２３８４号公報（実施例、図２）

しかしながら、このような方式では、本来得られるはずのトナー極性に対して反対極性に帯電した逆極性トナーがフィルム部材の表面に付着して堆積してしまうと、新たにフィルム部材と現像ロールとの間に進入してくるトナーがフィルム部材の表面に接触しないため所望のトナー層厚及び帯電量を得ることができなくなってしまう。
また、帯電不良によって現像ロール上に逆極性トナーが存在してしまうと、トナーの感光体ドラムへの静電的な転移に際し、当該逆極性トナーが感光体上の非画像部に転移してしまい、結果として、画像にかぶり現象を発生させてしまうという不具合が生ずる。

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、帯電部材の表面に付着して堆積した現像剤を除去すると共に、現像剤層が所望の層厚及び帯電量に規制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、静電潜像が担持される像担持体１に対向し且つ回転可能で表面に現像剤Ｇを担持する現像剤担持体２と、現像剤担持体２上の現像剤Ｇに接触又は近接してこの現像剤Ｇを帯電規制する帯電部材４と、この帯電部材４に所定のバイアスを印加するバイアス電源５とを備えた現像装置において、バイアス電源５が、画像形成時に帯電部材４及び現像剤担持体２間にて予め決められた極性の帯電バイアスが印加され、この帯電バイアスによる放電に伴って予め決められた帯電極性になるように現像剤担持体２上の現像剤Ｇを帯電させる帯電バイアス印加手段６と、非画像形成時に帯電部材４及び現像剤担持体２間にて前記帯電バイアスとは反対極性の直流成分に交流成分を重畳した除電バイアスが印加され、この除電バイアスによる放電に伴って帯電部材４に付着し且つ前記予め決められた帯電極性とは反対極性に帯電した現像剤Ｇを放電に伴って除電させる除電バイアス印加手段７と、帯電バイアス印加手段６及び除電バイアス印加手段７のうちいずれか一方が帯電部材４と現像剤担持体２との間に作用するように帯電バイアス印加手段６及び除電バイアス印加手段７の接続を切り替えるバイアス切替手段８とを具備してい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、現像剤担持体２は現像剤Ｇを担持できるものであればよく、ドラム状、ベルト状を含み、また、効果的に現像を行う観点からは像担持体１とは接触配置される態様が好ましいが、非接触であっても差し支えない。
更に、現像剤担持体２としては弾性体であっても剛体であってもよく、例えば可撓性チューブであっても差し支えない。
更に、帯電部材４はロール状、フィルムシート状、チューブ状、板状、ブラシ状等適宜選定して差し支えないが、本発明では、後述するように、フィルム部材及び可撓性を有する回転体が用いられる。

更に、帯電バイアス印加手段６には画像形成時に帯電部材４及び現像剤担持体２間に現像剤を所定の帯電量に帯電させる帯電バイアスが印加可能なものであれば、適宜選定して差し支えない。
また、除電バイアス印加手段７には非画像形成時に帯電部材４及び現像剤担持体２間に例えば帯電バイアス印加手段６に対して逆極性のバイアスを印加することによって帯電部材４に付着した逆極性トナーを除電若しくは正規の極性に帯電させることが可能なものであれば、適宜選定して差し支えない。
更にまた、バイアス切替手段８には、例えば単一の直流電源に対して正負の切り替えが可能なタイプのものや、例えば二つの配線の接続を切り替えるスイッチタイプのもの等適宜選定して差し支えない。
更に、バイアス電源５は、バイアス切替手段８が例えば単一の直流電源に対して正負の切り替えが可能なタイプのものであれば帯電バイアス印加手段６と除電バイアス印加手段７とが兼用可能な単一の印加手段を備えたものであってもよいし、帯電バイアス印加手段６と除電バイアス印加手段７とをそれぞれ別個に設けた複数の印加手段を備えたものであってもよい。

また、帯電バイアス印加手段６は直流定電流を印加するものであることが好ましい。このような定電流制御方式のほかに、定電圧制御方式を採用しても差し支えないが、定電流制御であれば常時一定の電流が通電可能なため、例えば湿度変動により帯電部材４の電気抵抗値が変動した場合でも一定の電荷量を付与でき、電圧制御に比べて安定して現像剤Ｇを帯電することができる。

更に、バイアス切替手段８は非画像形成時の所定期間に除電バイアス印加手段７に接続を切り替えるものであることが好ましい。この場合、バイアス切替手段８は記録材間の非作像部や、電源投入時のほか、終了モード等の非画像形成時に、適宜除電バイアスに切り替え、帯電部材４に付着した逆極性現像剤を除電する。

更にまた、除電バイアス印加手段７は現像剤Ｇの帯電極性と反対極性の直流に交流を重畳した除電バイアスを印加するものが用いられる。これにより、帯電部材４に付着した現像剤Ｇを効果的に除電することができ、現像剤Ｇを回収した際の現像剤Ｇ同士の凝集を静電的に解消することができ、再度この現像剤Ｇを使用する際にも薄層形成が可能になる。

ここで、本発明に近似する技術として、静電潜像担持体（例えば感光体）の表面を均一に帯電させる帯電部材において、帯電部材として帯電ロールを用い、この帯電ロールに対して画像形成時には直流電圧を印加し、一方、非画像形成時には当該直流電圧と逆極性の直流電圧又は交流電圧を印加するようにした先行技術が既に提案されている（例えば特開２００２−３２８５０８号公報参照）。
しかしながら、この種の先行技術は、イオン導電による帯電を行っているため画像形成時のバイアスと逆極性の直流電圧又は交流電圧を印加することによってイオン導電に関与していたイオンが帯電ロールの内側又は外側に偏ってしまうという不具合を防止し、帯電ロールの抵抗値の上昇を抑えるようにしたものである。更に、帯電ロールに当接するパット型のクリーナを配設し、当該クリーナを帯電ロール表面に押し当てることによって、帯電ロールの表面に付着したトナーを清掃するようにしていることから、本態様において非画像形成時に印加されるバイアスは帯電ロールの表面に付着したトナーに対してクリーニング作用を及ぼすものではないと言える。
これに対して、本発明は、現像剤担持体２上のトナーを帯電規制するものであり、さらに、除電バイアスを印加することによって帯電部材４に逆転移した逆極性現像剤にクリーニング作用を及ぼすものである。
したがって、本発明は当該先行技術と解決すべき技術的課題及びその解決手段が全く相違するものであり、当該先行技術に基づいて本発明に想到することはあり得ない。

また、現像剤担持体２の周囲のうち帯電部材４の上流側に対向配置され且つ現像剤担持体２に現像剤Ｇが供給される現像剤供給部材３を備えることが好ましい。
この現像剤供給部材３は、現像剤Ｇを担持搬送できるものであれば、ロール状部材等適宜選定して差し支えなく、また、現像剤担持体２とは接触、非接触を問わない。
更に、現像剤供給部材３は現像剤担持体２に離間配置されると共に当該現像剤担持体２との間に現像剤担持体２への現像剤供給を促す供給バイアスが印加され且つ表面に担持された現像剤Ｇを現像剤担持体２に供給することが好ましい。これにより、現像剤Ｇが供給時に摺擦帯電してしまう事態を防止できるほか、現像剤Ｇの供給を安定的に行うことが可能になる。
更にまた、現像剤供給部材３は現像剤供給部材３が現像剤担持体２と離間配置される観点から、安定したギャップを維持できる剛性ロール状が好ましい。
また、現像剤担持体２と現像剤供給部材３との回転方向は対向部位で互いに異なる方向（Against方向）であっても同方向（With方向）であってもよい。

また、帯電部材４は現像剤担持体２との接触圧を２０ｇ／ｃｍ以下として配置されることが好ましい。これにより、帯電部材４が現像剤Ｇに及ぼすストレスを低減でき、それにより帯電部材４への現像剤Ｇの固着現象や現像剤Ｇの割れなどを解消でき、現像装置の性能を長期にわたり維持できる。更に、低温定着が可能な柔らかい現像剤Ｇを使用でき、このような現像装置が用いられる画像形成装置の消費エネルギーを低減させることもできる。
更に、帯電部材４は現像剤担持体２とのニップ幅を３ｍｍ以上として配設されることが好ましい。これにより、現像剤Ｇを帯電させる接触時間を十分に確保できる。

更にまた、本発明の帯電部材４の第一の態様は、現像剤担持体２の回転方向上流側に固定端を有し且つ当該回転方向下流側が自由端となるように配置されるフィルム部材からなり、現像剤担持体２上の現像剤Ｇに接触又は近接して現像剤Ｇを帯電規制するものである。この場合、別途現像剤担持体２上の現像剤Ｇの層厚を一定厚に規制する層厚規制部材を設けることが好ましい。このように、フィルム部材を使用することで、現像剤Ｇへの層厚規制及び帯電規制を同時に行うことができるばかりか、現像剤Ｇへ与えるストレスが小さくなるため、低温定着が可能な柔らかい現像剤Ｇを使用でき、画像形成装置の消費エネルギーを低減させることができる。
また、帯電部材４の第一の態様は、現像剤担持体２との対向部位で現像剤担持体２と同方向に回転し且つ周面が可撓性を有する回転体からなり、現像剤担持体２上の現像剤Ｇに接触又は近接して現像剤Ｇを帯電規制するものである。

更に、本発明は、上述した現像装置に限られるものではなく、これを用いた画像形成装置をも対象とする。

本発明によれば、帯電バイアス印加手段と除電バイアス印加手段とバイアス切替手段とを具備したバイアス電源を備え、画像形成時には帯電部材及び現像剤担持体間にて予め決められた極性の帯電バイアスが印加され、この帯電バイアスによる放電に伴って予め決められた帯電極性になるように現像剤担持体上の現像剤を帯電させる帯電バイアス印加手段に接続を切り替え、一方、非画像形成時には帯電部材及び現像剤担持体間にて帯電バイアスとは反対極性の直流成分に交流成分を重畳した除電バイアスが印加され、この除電バイアスによる放電に伴って帯電部材に付着した逆極性現像剤を除電させる除電バイアス印加手段に接続を切り替えるようにしたので、帯電部材の表面に付着して堆積した逆極性現像剤が除去され、帯電部材の表面を常時きれいな状態に保つことができ、もって、現像剤担持体上の現像剤を所望の現像剤層厚及び帯電量に規制させること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ことができる。

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、本実施の形態に係る画像形成装置は、記録材２８にトナー像を形成する作像エンジン２０と、この記録材２８上の未定着トナー像を定着する定着装置５０とを備えている。
この作像エンジン２０は、所定方向に回転する像担持体としての感光体ドラム２１を有し、この感光体ドラム２１の周囲には、感光体ドラム２１を帯電する帯電装置２２と、この感光体ドラム２１上に静電潜像を形成する潜像書込装置としての例えば露光装置２３と、感光体ドラム２１上に形成された静電潜像を可視像化する現像装置３０と、感光体ドラム２１上で可視像化されたトナー像を記録媒体である記録材２８に転写する転写装置２６と、感光体ドラム２１上の残留トナーを清掃するクリーニング装置２９とを順次配設したものである。

ここで、帯電装置２２としては、例えば帯電ロールが用いられるが、コロトロンなどの帯電器を用いてもよい。
更に、露光装置２３は、感光体ドラム２１上に光によって像を書き込めるものであればよく、本例では、例えばＬＥＤを用いたプリントヘッドが用いられるが、これに限られるものではなく、ＥＬを用いたプリントヘッドでも、レーザビームをポリゴンミラーでスキャンするスキャナなど適宜選定して差し支えない。
更にまた、クリーニング装置２９は、転写後に感光体ドラム２１上に残留したトナーを除去するものであり、例えばドクターブレード式が採用されている。
また、転写装置２６は、例えば感光体ドラム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によって感光体ドラム２１上で現像された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、感光体ドラム２１上のトナー像を記録材２８に転写するようにしたものである。

一方、定着装置５０は、加熱源にて表面が加熱され且つ駆動可能に回転する加熱ロール５１と、この加熱ロール５１に圧接配置され且つ加熱ロール５１との間で記録材２８をニップ搬送する加圧ロール５２とを備えたものであり、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることにより、当該記録材２８上にトナー像が定着されるものである。

更に、本実施の形態の特徴点である現像装置３０について、図３（ａ）に基づいて詳細に説明する。
同図において、現像装置３０は、一成分現像剤であるトナーが収容される現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１には感光体ドラム２１に対向して現像用開口を開設すると共に、この現像用開口に現像剤担持体としての現像ロール３２を配設し、さらに、現像ハウジング３１内には前記現像ロール３２と対向して現像ロール３２へトナーを供給するトナー供給ロール３４を設けたものである。
この現像ロール３２には直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスをバイアス電源３３から印加することで、感光体ドラム２１と現像ロール３２との間の現像領域に現像電界を作用させるようになっている。

本実施の形態での現像ロール３２は、例えばステンレス（ＳＵＳ）等の金属製ロールで構成され、その表面が算術平均粗さを０．７μｍ以下に形成されたものを用いた。
このように、現像ロール３２の算術平均粗さを０．７μｍ以下に設定することによって、現像ロール３２上の残留トナーを剥がしやすくなるため、現像履歴を解消することができる。また、現像ロール３２の表面粗さを小さくすることで、トナー供給ロール３４からトナーを供給する際、現像ロール３２上でのトナー同士の余分な摩擦を防ぐ効果もあり、一層現像ロール３２上の逆極性トナーの発生量を小さくすることが可能になる。

更に、トナー供給ロール３４には例えば表面が鏡面仕上げを施されたＳＵＳロールからなるトナー供給ロール３４が用いられており、このトナー供給ロール３４は現像ロール３２との対向部位で互いに同方向（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は、これに限られるものではなく、現像ロール３２にトナーを供給できるものであればベルト状の態様であっても差し支えない。

更にまた、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との間にはバイアス電源３５が接続され、トナー供給ロール３４から現像ロール３２へのトナー供給を行う供給バイアスが印加されるようになっている。
また、このトナー供給ロール３４の背後には、トナーを収容するトナーホッパ３６が設けられ、例えば図示外のアジテータによってトナーが撹拌され、トナー供給ロール３４側へトナーが搬送されるようになっている。尚、図中符号３７は、トナー供給ロール３４上のトナーを掻き落とすための掻き取り部材である。

特に、本実施の形態では、現像ロール３２と対向する位置で、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との対向部位のトナー搬送方向下流側に帯電シート４１が配設されている。この帯電シート４１は、現像ロール３２上のトナーに対して層厚規制及び帯電規制を行うもので、導電剤としてイオン伝導性物質を使用した樹脂層で形成されたフィルム部材４１ａを備えており、これにより、帯電時のトナーに与える電界を一様にすることができ、一層安定した帯電量をトナーに付与することができる。

本実施の形態における帯電シート４１は、フィルム部材４１ａの一部を現像ハウジング３１に固定された導電性支持体４１ｂに片側固定したもので、フィルム部材４１ａの自由端側を現像ロール３２の回転方向下流側となるようにして現像ロール３２に接触させている。このとき、現像ロール３２とフィルム部材４１ａとの接触ニップ幅（現像ロール３２の周長方向）は３ｍｍ以上に設定され、また、接触圧は２０ｇ／ｃｍ以下に設定されている。このように、現像ロール３２とフィルム部材４１ａとのニップ幅を３ｍｍ以上とし、接触圧を２０ｇ／ｃｍ以下に設定することによって、トナーに及ぼすストレスを低減でき、それによりフィルム部材４１ａへのトナーの固着現象やトナーの割れなどを解消でき、現像装置の性能を長期にわたり維持できる。更に、低温定着が可能な柔らかいトナーを使用でき、画像形成装置の消費エネルギーを低減させることもできる。また、十分なニップ幅によりトナーを帯電させる時間を十分に確保できる。

更に、本実施の形態では、帯電シート４１の導電性支持体４１ｂと現像ロール３２との間にバイアス電源４３が接続されており、帯電バイアス及び除電バイアスが印加されるようになっている。
特に、このバイアス電源４３は、図３（ｂ）に示すように、一方の極性例えば負極性の直流電圧４３４を備えた帯電バイアス電源４３２と、他方の極性例えば正極性の直流電圧４３５及び交流電圧４３６を重畳した除電バイアス電源４３３と、帯電バイアス電源４３２及び除電バイアス電源４３３の接続を切り替える切替スイッチ４３１とを備えたものである。
この切替スイッチ４３１は、帯電バイアス電源４３２側の配線に設けられた接点ａ及び除電バイアス電源４３３側の配線に設けられた接点ｂを選択的に切り替えるようになっている。

また、帯電バイアス電源４３２は、画像形成時の画像作成モードとして接続されるものであり、現像ロール３２上のトナーを一定に帯電させるため定電流制御されている。このような定電流制御によれば、例えば環境変動により帯電部材の電気抵抗値が変動した場合でもトナーに与える電荷量を一定に維持でき、あるいは、環境変動等によりトナーの帯電量が所望の値よりも増減したときには定電流値を変動させてトナーの帯電量を増減させ所望の値に復帰させることもできるようになる。
尚、帯電バイアス電源４３２は現像ロール３２が回転している間、常時バイアスを印加する必要はなく、少なくとも、感光体ドラム２１の画像部に対応するトナー層がフィルム部材４１ａと感光体ドラム２１との間にあるときに、バイアスを印加すればよい。

一方、除電バイアス電源４３３は、電源投入時、印刷ジョブ終了時のほか、連続印刷時における記録材２８間の非作像時等、非画像形成時の所定期間のみに清掃モードとして接続されるものである。
また、本実施の形態においては、バイアス電源４３は、このような態様に限られるものではなく、切替スイッチ４３１が一つの電源に対して正負の切り替えを行うタイプのものであれば、帯電バイアス電源４３２と除電バイアス電源４３３とが兼用可能な電源を使用することも可能である。

更に、本実施の形態におけるトナー供給ロール３４と現像ロール３２との間に印加される供給バイアスについて説明する。
図４は、本実施の形態における供給バイアスの電圧波形の一例を示すもので、台形波（矩形波）の大きな電圧変動がある作用時間（作用領域に相当）と、その後に続く電圧ゼロの非作用時間（非作用領域に相当）とで１周期をなす電圧波形となっている。そして、この電圧波形が加わるように、バイアス電源３５が構成されている。尚、トナー供給ロール３４には、現像ロール３２へ印加される現像バイアスに重畳された波形として加えられる。
すなわち、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へのトナー飛翔を台形波の大きな変動がある作用時間に行い、１周期に占める作用時間の割合（デューティ比）を変えることで現像ロール３２へ供給されるトナー量を制御できるようにしている。また、トナーが不要な帯電をすることもない。仮に、この作用時間を連続させると、供給されるトナー量が多くなりすぎて所定の供給量に制御することが困難となる。
尚、供給バイアスのデューティ比を変えたときの現像ロール上に供給されたトナー層のトナー供給量及びトナー層表面電位について、後述する実施例２で示す。

このようなバイアスを印加するには、例えばＣＰＵ等を基にした波形発生回路を用い、現像バイアスとしては直流成分と交流成分を重畳したものをバイアス電源３３に、更に、供給バイアスとしては図４のような波形を合成した後バイアス電源３５に印加するようにすればよい。
尚、供給バイアスとしては、図４に示す台形波（矩形波）に限らず、作用時間と非作用時間をもっていれば、例えば正弦波や三角波であってもよい。
また、現像ロール３２上のトナー層の帯電量を抑える（表面電位を小さくする）ために、例えばトナー供給ロール３４上のトナーに対し、除電を施すようにしても、差し支えない。

次に、本実施の形態の作動について、特に現像装置３０を中心に図３を基に説明する。
同図において、トナーホッパ３６内でアジテータ（図示せず）によって撹拌されたトナーは、トナー供給ロール３４へ供給される。
そして、トナー供給ロール３４上に付着したトナーは、トナー供給ロール３４と現像ロール３２との対向ギャップに達すると、バイアス電源３５による供給バイアスにより現像ロール３２に転移する。

更に、現像ロール３２上に形成されたトナーは、現像ロール３２の回転に伴い帯電シート４１まで搬送されると、当該帯電シート４１により層厚規制されると共に、帯電バイアスが印加され、負極性に帯電する。
そして、このトナーが感光体ドラム２１との対向部位まで搬送され、バイアス電源３３により現像バイアスが印加されると、当該トナーは感光体ドラム２１側に転移すると共に、感光体ドラム２１上の静電潜像が可視像化される。
また、現像ロール３２上の感光体ドラム２１との対向部の下流側には現像で消費されなかったトナーが残留する。これは、現像ロール３２上に均一に形成されたトナー層が感光体ドラム２１側の静電潜像に沿って現像される一方、感光体ドラム２１上の非画像部にはトナーが転移されないため、トナー消費量は箇所毎に異なることによるものである。

そして、この現像ロール３２上に残留したトナーは現像ロール３２の回転に伴ってそのまま搬送され、トナー供給ロール３４との対向ギャップに到達する。本実施の形態では、現像ロール３２表面の粗さを小さくしていることから、現像ロール３２とトナー供給ロール３４とのギャップ間で飛翔するトナーによって現像ロール３２上の残留トナーは剥離される。
尚、トナー供給ロール３４上で現像ロール３２側に供給されなかったトナーは、掻き取り部材３７によって掻き取られ、トナーホッパ３６に回収される。

特に、本実施の形態では、バイアス電源４３は帯電バイアスと除電バイアスとを切替え可能としたものであるため、トナー帯電性は極めて良好である。
すなわち、図５に示すように、本実施の形態においては、画像作成モードであれば切替スイッチ４３１が帯電バイアス電源４３２側に接続され、清掃モードであれば切替スイッチ４３１が除電バイアス電源４３３側に接続されるようになっている。このとき、切替スイッチ４３１が帯電バイアス電源４３２側に接続されると帯電処理が行われ、一方、除電バイアス電源４３３側に接続されると除電処理が行われるようになっている。

今、画像作成モードにあるとすると、切替スイッチ４３１が帯電バイアス電源４３２側に接続されており、現像ロール３２上に供給されたトナー層は帯電シート４１によって層厚規制されると共に帯電バイアスが印加されることにより、所定の帯電量を得ることができる。
つまり、この場合、図６（ａ）に示すように、画像形成領域に対応したトナー層がフィルム部材４１ａとの対向部を通過する時には、帯電シート４１の導電部に負極性の直流定電流が印加される。このとき、フィルム部材４１ａと現像ロール３２とのニップ域内には、放電に伴って空気中分子の電離した正電荷６０及び負電荷６１が存在する。このうち、負電荷６１は、電界により現像ロール３２側に移動し、現像ロール３２表面側のトナーに付着することによってトナーを負帯電させる。
この負帯電したトナーは鏡像力により現像ロール３２に付着し、感光体ドラム２１と現像ロール３２との対向部位である現像領域にて現像に供される。

一方、正電荷６０はフィルム部材４１ａ側のトナー粒子に付着してこのトナーを正極性（逆極性）に帯電させてしまう。この正帯電した逆極性トナーは鏡像力によりフィルム部材４１ａに付着し、蓄積してしまう。
そこで、本実施の形態においては、清掃モードとして、切替スイッチ４３１を除電バイアス電源４３３側に接続することにより、除電バイアスを印加し、フィルム部材４１ａに付着し、蓄積した逆極性トナーを除去することができる。
すなわち、図６（ｂ）に示すように、帯電シート４１の導電部には放電開始電圧以上の電圧が印加されており、電界が作用し、放電により電離した空気中分子の電荷のうち、負電荷６１はフィルム部材４１ａ側に移動し、フィルム部材４１ａに付着している逆極性（正極性）トナーに付着して、この正極性のトナーを除電させる。この除電されたトナーは、交流電界成分の振動作用及び現像ロール３２との摺擦力によりフィルム部材４１ａから剥離される。

更に、一部のトナーは負電荷６１により負極性に帯電され、フィルム部材４１ａ側に再度付着することがあるが、画像作成モード時に負極性の定電流が印加されることによってフィルム部材４１ａから剥離される。
一方、電離した正電荷６０が現像ロール３２側のトナー粒子に付着することにより、一部のトナーは逆極性の正極性に帯電してしまう。この正帯電したトナーは鏡像力により現像ロール３２に付着し、トナー供給ロール３４との対向部位にて飛翔するトナーによって剥離される。
このような現像ロール３２側の逆極性トナーの帯電量を抑制させるためには直流成分の電流値は、例えば、＋４μＡ程度の低い値に設定することが好ましい。

次に、清掃モード時の現像バイアスについて詳述する。
上述した様に、清掃モード時に現像ロール３２上に転移したトナーは、逆極性の正電荷６０あるいはゼロ電荷を保有しながら現像領域を通過してトナー供給部（トナー供給ロール３４）にて回収される。このとき、現像ロール３２の感光体ドラム２１との対向部位には、正電荷６０あるいはゼロ電荷に近いトナーが感光体ドラム２１側に転移しないような現像バイアスを印加する必要がある。
すなわち、本実施の形態では、感光体ドラム２１表面が均一に、例えば−６００Ｖに帯電された非画像領域を保持して回転するものであるとすると、フィルム部材４１ａから回収されたトナーが現像領域を通過する際には、現像ロール３２に現像バイアスとして−６００Ｖより絶対値の大きい、例えば−７５０Ｖの現像バイアスを印加することによって、廃トナーを現像ロール３２側に保持させることができる。一方、それ以外のタイミングにおいては、現像バイアスとして−６００Ｖより絶対値の小さい、例えば−３００Ｖを印加するようにすれば、正規に帯電されている負極性のトナーが感光体ドラム２１上の非画像形成部に転移することなく、かぶり現象を防止することができる。

本実施の形態によれば、帯電シート４１上から回収された廃トナーは、除電されているので、トナー同士の凝集が解消される。そのため、この回収されたトナーを再度現像ロール３２に供給する際に生ずる虞れのあるトナーの薄層形成のムラを解消させることができると共に、トナー帯電量が安定し、高画質を得ることが可能になる。
更に、帯電部材としては、トナーへ与えるストレスの小さい帯電シート４１を用いることにより、トナーへのストレスを小さくすることができるため、柔らかいトナーを使用できる。このように、柔らかいトナーを使用できれば、低温定着化が可能になるため、画像形成装置の消費エネルギーの削減に繋がる。

また、本実施の形態では、フィルム部材４１ａの表面に付着した逆極性トナーやゼロ帯電に近いトナーが常に除電、回収されるため、フィルム部材４１ａは常にリフレッシュされた状態を維持できる。また、本実施の形態は、トナー供給性に優れ均一なトナー層が形成されるのに加え、フィルム部材４１ａがリフレッシュ状態を維持できるため、より安定したトナー層の形成が可能になる。更に、現像ロール３２上のトナーがフィルム部材４１ａに確実に接触するため、使用期間や使用頻度に関係なく、正規のトナー帯電極性を得ることが可能になる。
更にまた、本実施の形態によれば、フィルム部材４１ａの表面には逆極性トナー及びゼロ帯電トナーが堆積せず、フィルム部材４１ａの抵抗値が不変であるため、バイアス印加方式として、定電圧制御を採用したとしても、定電流を維持させることが可能である。したがって、定電圧制御のバイアス印加方式を採用することも可能である。

また、本実施の形態においては、特有の供給バイアスが印加されているため、トナー供給性を極めて良好に保つことができる。
つまり、通常、トナー粒子がトナーホッパ３６の内壁やアジテータと摺擦すると、トナーは両極性電荷を帯びることから、供給バイアスの交番電界作用により一部のトナー粒子が現像ロール３２側に付着することとなる。このとき、供給バイアスの小さい交番電界により、トナー粒子がギャップ間で往復振動を行う結果、現像ロール３２上に付着したトナーは均一な薄層を構成する。また、供給バイアスのデューティ比が小さく、非作用時間を長く取っていることから、現像ロール３２上に付着したトナーの帯電量も少なくて済む。

仮に、供給バイアスとして直流電界のみを印加すると、現像ロール３２上に形成されるトナー層は帯電量が多く、厚みむらの大きな不均一な層が形成されることになる。
すなわち、現像ロール３２とトナー供給ロール３４との間に印加された供給バイアスによって、現像ロール３２へ帯電量の少ない所定量のトナーが供給され、現像ロール３２上には均一で表面電位の小さなトナー層が形成されるようになる。

◎実施の形態２
図７は、本発明が適用された実施の形態２に係る現像装置３０の概要を示す。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（図３参照）と略同様に構成されるが、帯電部材に実施の形態１の帯電シート４１の代わりに帯電ロール４２を使用している点が異なる。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、ここでは詳細な説明は省略する。

本実施の形態における帯電ロール４２は、例えば、ＰＶＤＦのチューブ内面に導電層を設けた可撓性チューブとし、このチューブの内面にはチューブを固定するための回転支持体を設け、可撓性チューブ表面を現像ロール３２に当接又は近接配置したものである。
また、帯電ロール４２は、現像ロール３２の周速に対し、例えば、０．５の周速比で対向部位で同方向に回転（Ｗｉｔｈ方向）させるようにしている。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
尚、本実施の形態では、帯電ロール４２として、可撓性チューブを中空体に被せる構成としたが、これに限らず、可撓性チューブの両端内部に設けた円形支持板に可撓性チューブを固定し、これら両端の円形支持板間を可撓性チューブ内径より十分に小さい外径をもつ棒状部材で連結して可撓性チューブの両端部以外を現像ロール３２に当接又は近接配置してもよい。このように、可撓性チューブを現像ロール３２に圧接する構成にしても、可撓性を備えているため、トナーに与えるストレスは小さくなり、また、帯電時のニップ域を広く（現像ロール３２の周長方向）保つことができ、安定した帯電制御が可能になる。
更に、本例では設けていないが、図７中、仮想線で示すように、帯電ロール４２表面のクリーニング性を上げるため、帯電ロール４２の現像ロール３２との略反対側には、帯電ロール４２上の付着トナーを掻き取る、例えばＰＥＴ（ポリエステル）シートからなる掻き取り部材４４を設けてもよい。

◎実施例１
本実施例は、実施の形態１に係る現像装置モデルを具現化したものであり、本実施の形態に係る現像装置モデルの性能を確認した。また、本実施例の性能を比較する上で、除電バイアス非印加方式の比較例（帯電バイアス電源のみを具備）を用い、そのときのフィルム部材へのトナー付着量及び帯電量を調べた。
本実施例及び比較例は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、トナーを担持搬送する現像ロール１００と、現像ロール１００に対向配置されトナーを層厚規制すると共に当該トナーを帯電する帯電シート１０１とを配設し、帯電シート１０１のフィルム部材１０１ａによって、現像ロール１００上のトナーを層厚規制させた後に、フィルム部材１０１ａと現像ロール１００との電位差が０の状態で、静かにフィルム部材１０１ａを引き離し、ニップ部における各部材上のトナー層の特性を測定したものである。

本実施例における現像条件は以下の通りである。
・現像ロール：ＳＵＳロール，直径３０ｍｍ，鏡面仕上げ（算術平均粗さ＝０．１４５μｍ，最大高さ＝１．８０１μｍ，十点平均粗さ＝１．１１８μｍ），周速２２０ｍｍ／ｓｅｃ
・トナー供給ロール：ＳＵＳロール，直径２０ｍｍ，鏡面仕上げ（現像ロールと同仕様），周速４４０ｍｍ／ｓｅｃ
・現像ロールとトナー供給ロールとの配置：ギャップ１００μｍ，対向部位で互いに同方向（Ｗｉｔｈ方向）に回転
・帯電シート：ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のフィルム部材（体積抵抗率１×１０^１０Ω・ｃｍ，５０μｍ厚）
・現像ロールとフィルム部材との接触ニップ：幅（現像ロールの周長方向）約１０ｍｍ，接触圧１０ｇ／ｃｍ
・帯電バイアス：直流定電流値−１０μＡ
・除電バイアス：直流定電流値＋４μＡ＋交流電圧（周波数２ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ５００Ｖ）
尚、現像ロールの表面粗さの測定は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に準拠し、（株）東京精密製Ｓｕｒｆｃｏｍ１４００Ａにて、ロールの円周方向に沿って測定長１．５ｍｍ、カットオフ波長０．２５ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。

比較例は、図８（ａ）の作用図に示すように、フィルム部材１０１ａに付着した堆積トナー１０２によって、現像ロール１００上のトナーに対して充分な層厚規制及び帯電規制を行うことができなかった。
すなわち、フィルム部材１０１ａ側の堆積トナー１０２のトナー量は、単位面積当たり約２ｍｇ／ｃｍ^２(フィルム全体に付着したトナー重量を測定し、トナーが付着している面積で割った値)であった。また、ニップ域内の現像ロール１００上のトナー量は、ブックテープによって測定したところ約１．９ｍｇ／ｃｍ^２であった。一方、ニップ域通過後の現像ロール１００上のトナー量は０．８３ｍｇ／ｃｍ^２であった。
このように、比較例によれば、ニップ域には２ｍｇ／ｃｍ^２＋１．９ｍｇ／ｃｍ^２＝約３．９ｍｇ／ｃｍ^２のトナーが存在する一方、ニップ域通過後のトナー量は０．８３ｍｇ／ｃｍ^２であり、ニップ域通過後のトナーはニップ域のトナー量の４分の１程度しか存在しないことが確認された。

また、トレック社製ｑ／Ｍメータを用いトナー帯電量（比電荷量）を測定したところ、フィルム部材１０１ａ側に付着した堆積トナー１０２のトナー帯電量は＋７μＣ／ｇであった。また、ニップ域内の現像ロール１００上のトナー帯電量は−２．６μＣ／ｇであった。更に、ニップ域通過後の現像ロール１００上のトナー帯電量は−９．６μＣ／ｇであった。
このように、比較例によれば、ニップ域に搬送されるトナーはフィルム部材１０１ａの表面に付着する堆積トナー１０２の存在によりニップ部通過時にトナー層の表面層がフィルム部材１０１ａに接触せず、所望の帯電量を得ることができないことが確認された。

これに対し、本実施例のトナー量は、図８（ｂ）の作用図に示すように、フィルム部材１０１ａに付着する堆積トナー１０２がほとんど付着せず、良好なトナー量及びトナー帯電量を得ることができた。
すなわち、フィルム部材１０１ａ側に付着したトナー量は極少量の約０．０１ｍｇ／ｃｍ^２、ニップ域内の現像ロール１００上のトナー量は０．７ｍｇ／ｃｍ^２、一方、ニップ域通過後の現像ロール１００上のトナー量は０．６ｍｇ／ｃｍ^２であった。
また、トナー帯電量を測定したところ、フィルム部材１０１ａ側に付着したトナーは極少量で測定不能、ニップ域内の現像ロール１００上のトナーの帯電量は−２０μＣ／ｇ、一方、ニップ域通過後の現像ロール１００上のトナーの帯電量は−３２μＣ／ｇであった。

以上のことから、本実施例によれば、除電バイアスによりフィルム部材の表面に付着した逆極性トナーやゼロ帯電に近いトナーが常に除電、回収されるため、フィルム部材表面は常にリフレッシュされることが確認された。これにより、トナーに対して安定した層厚規制が行われると共に、帯電バイアスによるトナーへの帯電が安定して行われることが確認された。

◎実施例２
本実施例は、実施例１と同様の構成にて、供給バイアスのデューティ比を変えたときの現像ロール上に供給されたトナー層のトナー供給量及びトナー層表面電位を測定したものである。
そして、現像ロールとトナー供給ロールとの間へ印加する供給バイアスとしては、図４の電圧波形で、ピーク間電圧Ｖｐｐが１．５ｋＶ、周波数が２ｋＨｚとなるように調整した。

結果は、図９に示すように、トナー供給量はデューティ比に比例して増加する傾向が確認された。また、トナー層表面電位は、デューティ比０．６程度までは０〜５Ｖ程度であったが、それを超えると急激に変化し、トナー層の表面電位（絶対値）が増加する傾向が確認された。
本実施例では、トナー供給時にトナーに対する積極的な摩擦力は加えておらず、トナーの帯電量はかなり小さいものと推測され、結果もそれを反映したものであった。
この結果から、現像ロールでのトナー供給量（トナー付着量に相当）を６〜１４ｇ／ｍ^２程度と薄層にした場合には、トナー層表面電位は０〜＋５Ｖ程度と小さくなることから、このような薄層のトナー層を供給することで、供給されたトナーは殆ど帯電していないレベルと判断して差し支えないことが確認された。また、トナー供給量が１４ｇ／ｍ^２を超えると、トナー層厚が厚くなることも手伝って、トナー層表面電位（絶対値）が急に大きくなり、帯電時への影響が懸念されるようになる。

そして、特に、トナー供給量を１０ｇ／ｍ^２以下にすることで、トナー層表面電位も小さく確保され、帯電時の均一な帯電制御が一層可能になり、トナーへのストレスも一層低減させることができるということが理解される。
その後、更に、現像ロールとトナー供給ロールとのギャップを５０〜４００μｍとして、上記と同様の評価を行ったところ、同様の効果が得られることが確認された。
以上のことから、充分均一なトナー層が形成され、その後の均一な帯電制御が可能であり、トナーへのストレス付与も小さいことが理解された。

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実施の形態１の画像形成装置を示す説明図である。 （ａ）は実施の形態１の現像装置を示す説明図であり、（ｂ）はバイアス切替手段を示す説明図である。 実施の形態１の供給バイアスの波形を示す説明図である。 実施の形態１のバイアス切替処理のフローチャートを示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は実施の形態１のニップ域内のトナーの作用を示す説明図である。 実施の形態２に係る現像装置の概要を示す説明図である。 （ａ）は比較例の現像装置の要部を示す説明図、（ｂ）は実施例の現像装置の要部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…像担持体，２…現像剤担持体，３…現像剤供給部材，４…帯電部材，５…バイアス電源，６…帯電バイアス印加手段，７…除電バイアス印加手段，８…バイアス切替手段，Ｇ…現像剤

Claims (9)

1. 静電潜像が担持される像担持体に対向し且つ回転可能で表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
   現像剤担持体の回転方向上流側に固定端を有し且つ当該回転方向下流側が自由端となるように配置されるフィルム部材からなり、現像剤担持体上の現像剤に接触又は近接して当該現像剤を帯電規制する帯電部材と、
   この帯電部材に所定のバイアスを印加するバイアス電源とを備え、
   バイアス電源は、
   画像形成時に帯電部材及び現像剤担持体間にて予め決められた極性の帯電バイアスが印加され、この帯電バイアスによる放電に伴って予め決められた帯電極性になるように現像剤担持体上の現像剤を帯電させる帯電バイアス印加手段と、
   非画像形成時に帯電部材及び現像剤担持体間にて前記帯電バイアスとは反対極性の直流成分に交流成分を重畳した除電バイアスが印加され、この除電バイアスによる放電に伴って前記帯電部材に付着し且つ前記予め決められた帯電極性とは反対極性に帯電した現像剤を除電させる除電バイアス印加手段と、
   帯電バイアス印加手段及び除電バイアス印加手段のうちいずれか一方が帯電部材と現像剤担持体との間に作用するように前記帯電バイアス印加手段及び前記除電バイアス印加手段の接続を切り替えるバイアス切替手段とを具備していることを特徴とする現像装置。
2. 静電潜像が担持される像担持体に対向し且つ回転可能で表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、
   現像剤担持体との対向部位で現像剤担持体と同方向に回転し且つ周面が可撓性を有する回転体からなり、現像剤担持体上の現像剤に接触又は近接して当該現像剤を帯電規制する帯電部材と、
   この帯電部材に所定のバイアスを印加するバイアス電源とを備え、
   バイアス電源は、
   画像形成時に帯電部材及び現像剤担持体間にて予め決められた極性の帯電バイアスが印加され、この帯電バイアスによる放電に伴って予め決められた帯電極性になるように現像剤担持体上の現像剤を帯電させる帯電バイアス印加手段と、
   非画像形成時に帯電部材及び現像剤担持体間にて前記帯電バイアスとは反対極性の直流成分に交流成分を重畳した除電バイアスが印加され、この除電バイアスによる放電に伴って前記帯電部材に付着し且つ前記予め決められた帯電極性とは反対極性に帯電した現像剤を除電させる除電バイアス印加手段と、
   帯電バイアス印加手段及び除電バイアス印加手段のうちいずれか一方が帯電部材と現像剤担持体との間に作用するように前記帯電バイアス印加手段及び前記除電バイアス印加手段の接続を切り替えるバイアス切替手段とを具備していることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   現像剤担持体の周囲のうち帯電部材の上流側に対向配置され且つ現像剤担持体に現像剤が供給される現像剤供給部材を備えることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   バイアス電源のバイアス切替手段は非画像形成時の所定期間に除電バイアス印加手段に接続を切り替えるものであ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、
   バイアス電源の帯電バイアス印加手段は直流定電流を印加するものであることを特徴とする現像装置。
6. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   帯電部材は現像剤担持体との接触圧を２０ｇ／ｃｍ以下として配置されることを特徴とする現像装置。
7. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   帯電部材は現像剤担持体とのニップ幅を３ｍｍ以上として配設されることを特徴とする現像装置。
8. 請求項３記載の現像装置において、
   現像剤供給部材は、現像剤担持体に離間配置されると共に当該現像剤担持体との間に現像剤担持体への現像剤供給を促す供給バイアスが印加され且つ表面に担持された現像剤を現像剤担持体に供給することを特徴とする現像装置。
9. 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８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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