JP2007163771A - 現像装置およびそれを有する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像剤を用いる現像装置で、カブリの発生を防止することのでき、長期使用ができるものを提供すること。
【解決手段】現像装置５は、周面に現像剤を吸着させて回転する現像ローラ１０と、現像ローラ１０にバイアス電圧Ｖｂを印加するバイアス部２２と、現像装置５の駆動時間を計時する計時部２０ａと、現像量を計測する計測部２０ｂと、計時部２０ａおよび／または計測部２０ｂの出力増加に基づいて、交流電圧Ｖａｃの振幅成分Ｖｐｐを低下させるバイアス調整部２１とを含んでいる。バイアス部２２は、直流電圧印加部２２ｄｃおよび交流電圧印加部２２ａｃを含んでいる。現像装置５の駆動時間および／または現像装置５の現像量に応じて、バイアス調整部２１は、振幅成分Ｖｐｐを段階的に下げる。
【選択図】図２

Description

この発明は、現像装置およびそれを有する画像形成装置に関し、特に、トナーおよびキャリアを含む二成分現像剤を用いて静電潜像を現像するものに関する。

たとえば、複写機，プリンタやファクシミリなどの画像形成装置において、一様に帯電させた感光体ドラムを選択的に露光する電子写真方式により静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーによって現像する現像装置が公知である。この現像装置には、現像剤として、トナーおよびキャリアを含む二成分現像剤を用いるものがある。二成分現像剤は、現像ローラの周面に付着されて、たとえば、感光体ドラムの周面に形成された静電潜像へ与えられる。

また、与えられるトナーの量を制御するため、現像ローラには、所定の値のバイアス電圧が印加されている。このバイアス電圧には、直流電圧と交流電圧との重畳電圧が使用されているものがある。
そして、特許文献１に記載の画像形成装置では、上記のように、直流電圧と交流電圧とが重畳されたバイアス電圧が用いられており、作像枚数が初期〜１０万枚までの交流電圧の振幅成分を１１００Ｖｐｐ、それ以降の交流電圧の振幅成分を１５００Ｖｐｐに設定して、交流電圧の振幅成分を増加させていく方法が開示されている。
特開２００３−２９５５６７号公報

ところで、特許文献１に記載の構成を、二成分現像剤を使用した現像装置に適用しようと試みたところ、現像を良好に行えず、カブリが発生するなどの問題に遭遇した。
その理由を推測すると、現像剤が磁性トナー（一成分現像剤）ではないためであると考えられる。すなわち、特許文献１に記載の技術は、磁性トナーに対しては有効であるが、二成分現像剤に対しては適用することができない。

この発明は、かかる背景のものでなされたもので、二成分現像剤を用いる現像装置で、カブリの発生を防止することのでき、長期使用ができる現像装置およびそれを有する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、トナーおよびキャリアを含む二成分現像剤を用いて静電潜像を現像するための現像装置（５）であって、現像剤を静電潜像へ与えるために、その周面に現像剤を吸着させて回転する現像ローラ（１０）と、前記現像ローラに対して、所定の直流電圧（Ｖｄｃ）を印加する直流電圧印加手段（２２ｄｃ）および交流電圧（Ｖａｃ）を印加する交流電圧印加手段（２２ａｃ）を含むバイアス手段（２２）と、前記現像装置の駆動時間を計時する計時手段（２０ａ）と、前記現像装置が行った現像量を計測する計測手段（２０ｂ）と、前記計時手段および／または前記計測手段の出力増加に基づいて、前記交流電圧印加手段が印加する交流電圧の振幅成分（Ｖｐｐ）を低下させるバイアス調整手段（２１）とを含むことを特徴とする現像装置である。

なお、括弧内の数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
この構成によれば、現像装置は、バイアス調整手段によって、計時手段および／または計測手段の出力増加に基づいて、交流電圧印加手段が印加する交流電圧の振幅成分を低下させる。

画像形成装置の画像形成動作を繰り返していると、二成分現像剤に含まれるキャリアは、それを覆う樹脂コーティングの層が削れて劣化する。キャリアの劣化により、現像ローラに印加されるバイアス電圧による現像性能が必要以上に高くなって、用紙上にカブリが生じてしまう。
ここでのカブリとは、画像形成動作が行われた用紙において、画像のない非画像領域であるにも関わらず、トナーがわずかながら残ってしまっていることをいう。

カブリの発生を防止するため、バイアス調整手段は、キャリアが劣化するに伴い、交流電圧印加手段が印加する交流電圧の振幅成分を低下させる。これにより、バイアス手段は、現像ローラへ良好にバイアス電圧を印加することができ、結果として、現像装置の現像性能を改善する。
例えば、バイアス調整手段は、現像装置の駆動時間の増加に応じて、交流電圧の振幅成分を下げることが考えられる。駆動時間を計時する計時手段の出力増加に基づいて、バイアス調整手段は、交流電圧印加手段に対して、交流電圧の振幅成分を下げるように調整する。具体的には、所定の駆動時間（例えば、２０時間）毎に、交流電圧の振幅成分を段階的に下げて（例えば、１．８ｋＶから、１．６ｋＶ、１．４ｋＶ、１．２ｋＶへと下げて）、印字出力を行う。

また、バイアス調整手段は、現像量に応じて、交流電圧の振幅成分を下げることが考えられる。現像量を計側する計測手段の出力増加に基づいて、バイアス調整手段は、交流電圧印加手段に対して、交流電圧の振幅成分を下げるように調整する。具体的には、所定の印字枚数（例えば、５万枚）毎に、交流電圧の振幅成分を段階的に下げて（例えば、１．８ｋＶから、１．６ｋＶ、１．４ｋＶ、１．２ｋＶへと下げて）、印字出力を行う。

これにより、現像装置は、二成分現像剤の状態に伴い、現像ローラに対して、良好なバイアス電圧を印加することができるため、カブリの発生を防止することができ、長期使用することができる。
請求項２に記載の発明は、電子写真方式により静電潜像を形成する静電潜像形成手段（２，３，４）と、形成された静電潜像をトナーで現像するための請求項１記載の現像装置（５）とを含んでいる画像形成装置である。この画像形成装置は、二成分現像剤を用いる上述の現像装置を有しているため、カブリの発生を防止することのでき、長期使用ができるようになる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態にかかる画像形成装置の要部の概略構成を示す図解的な縦断面図である。図１を参照して、画像形成装置１は、たとえば、複写機、プリンタやファクシミリであり、電子写真方式を用いて画像データに基づく静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成し、このトナー像を用紙に転写する。

画像形成装置１は、静電潜像形成手段としての感光体ドラム２、帯電器３およびＬＥＤヘッド４と、現像装置５と、転写ローラ６と、クリーニング装置７とを有している。
画像形成装置１で用いる現像剤は、トナーおよびキャリアを含む二成分現像剤である。キャリアは、磁性体の周囲にシリコーン樹脂のコーティングなどを施したフェライトキャリアである。

感光体ドラム２は、軸方向（図１の紙面に垂直な方向）に長く延びた筒状の部材であり、感光体ドラム２の外周面に感光層（図示せず）が設けられている。感光体ドラム２は、矢印Ａの方向に回転駆動するようになっている。回転方向Ａに沿って、感光体ドラム２の周囲には、帯電器３、ＬＥＤヘッド４、現像装置５、転写ローラ６及びクリーニング装置７が配置されている。

画像形成時、感光体ドラム２は、矢印Ａの方向に回転駆動しながら、感光体ドラム２の感光層が帯電器３で一様に帯電される。帯電器３で帯電された感光体ドラム２は、画像データに基づいてＬＥＤヘッド４で選択的に露光され、露光された感光層の電位が低下する。これにより、感光体ドラム２の感光層には、所定の画像データに基づく静電潜像が形成される。

静電潜像が形成された感光体ドラム２には、現像装置５からトナーが供給される。これにより、感光体ドラム２上の静電潜像が現像されてトナー像となる。このトナー像は、搬送されてきた用紙８に、転写ローラ６によって転写される。転写されたトナー像は、後段にある定着装置（図示せず）で用紙８に定着され、その後、機外に排出される。
一方、感光体ドラム２から用紙８に転写しきれなかったトナーは、クリーニング装置７により、感光体ドラム２から掻き落とされる。

現像装置５は、現像ローラ１０と、現像剤層厚規制ブレード１１と、ハウジング１２とを含んでいる。上記に加え、現像装置５は、バイアス電圧Ｖｂを印加するための、図２に示す、バイアス部２２（バイアス手段）と、バイアス調整部２１（バイアス調整手段）と、計時部２０ａ（計時手段）と、計測部２０ｂ（計測手段）とを含んでいる。これらのバイアス部２２、バイアス調整部２１、計時部２０ａおよび計測部２０ｂの説明は、後述する。

ハウジング１２には、上記した現像ローラ１０及び現像剤層厚規制ブレード１１などに加え、現像剤や、この現像剤を攪拌しつつ搬送するためのスパイラル軸（図示せず）などが収容されている。
図２は、バイアス電圧Ｖｂを印加，調整する部材を説明するためのブロック図である。
バイアス部２２は、交流電圧印加部２２ａｃと直流電圧印加部２２ｄｃとを備えていて、現像ローラ１０に対して、両電圧が重畳して印加される。

バイアス部２２におけるバイアス電圧Ｖｂの交流電圧Ｖａｃの振幅成分（以下、単にＶｐｐともいう）は、バイアス調整部２１によって調整されている。このバイアス調整部２１は、計時部２０ａおよび計測部２０ｂの出力に基づいて、振幅成分Ｖｐｐの調整信号を出力する。計時部２０ａは現像装置５の駆動時間を計時しており、計測部２０ｂは現像装置５が行った現像量を計測している。

ところで、画像形成装置１の画像形成動作を繰り返していると、二成分現像剤に含まれるキャリアは、それを覆う樹脂コーティングの層が削れて劣化する。キャリアの劣化により、現像ローラ１０に印加されるバイアス電圧Ｖｂによる現像性能が必要以上に高くなって、用紙８上にカブリが生じてしまう。
カブリの発生を防止するため、バイアス調整部２１は、以下に説明するように、バイアス電圧ＶｂのＶｐｐを調整する。

図１および図２に示す画像形成装置１において、バイアス電圧Ｖｂは、直流電圧Ｖｄｃを＋２００Ｖとし、交流電圧ＶａｃのＶｐｐを約１．５ｋＶとし、デューティ比を５０％とする。
感光体ドラム２は、アモルファスシリコンドラムを用い、ドラム径を８０ｍｍとし、膜厚を２０μｍとする。また、感光体ドラム２は、暗電位を３００Ｖとし、明電位を２０Ｖとする。感光体ドラム２の線速は１３４ｍｍ／ｓｅｃであり、現像ローラ１０と感光体ドラム２との周速比は１．８である。

現像ローラ１０と感光体ドラム２との間の距離は０．５５ｍｍであり、現像ローラ１０と現像剤層厚規制ブレード１１との間の距離は０．５ｍｍである。
上記条件において、黒色の単色のトナーを用いて、印字率４％画像（Ａ４）の印字出力を連続して行い、この印字出力された画像サンプルからカブリ濃度を測定する。このカブリ濃度とは、用紙の白地がカブリにより黒ずむ割合をいう。

図３は、比較例として、現像装置５の駆動時間や現像量（換言すれば、出力した印字枚数）によらず、バイアス電圧ＶｂのＶｐｐを一定としたときのカブリ濃度を示すグラフである。
トナーは、粒径が平均９μｍであり、変動係数が３１．１％であり、非磁性であるものを用いる。

キャリアは、コア粒子がＭｎ−Ｍｇであり、樹脂被覆層がフッ素シリコンでコーティングされ、重量平均粒径が６０μｍである。
上記の条件で、Ｖｐｐは１．５ｋＶで一定として、２０万枚の印字出力を連続して行った。
図３に示されるように、７万枚までは、良好なカブリ濃度といえる０．０１０以下を満たしていた。

しかし、印字枚数が８万枚でのカブリ濃度は約０．０１２となった。そして、８万枚の印字枚数以上では、カブリ濃度が０．０１０を超えることが多くなり、印字枚数の増加に伴い、カブリ濃度も増加する傾向を有していた。
このように、比較例では、印字枚数が少ないときでは、良好なカブリ濃度（０．０１０以下）を満たしているが、印刷枚数が多くなれば、良好なカブリ濃度を満たすことが少なくなり、印字枚数が増加するにつれてカブリ濃度が悪化した。

図４は、現像装置５が出力した印字枚数に応じて、バイアス電圧ＶｂのＶｐｐを下げたときのカブリ濃度を示すグラフである。
トナーは、粒径が平均９μｍであり、変動係数が３１．１％であり、非磁性であるものを用いる。
キャリアは、コア粒子がＭｎ−Ｍｇであり、樹脂被覆層がフッ素シリコンでコーティングされ、重量平均粒径が６０μｍである。

上記の条件で、印字枚数が５万枚毎に、Ｖｐｐを１．８ｋＶから、１．６ｋＶ、１．４ｋＶ、１．２ｋＶへと下げて、２０万枚まで印字出力を行った。
図４に示されるように、印字枚数が１９万枚時点でのカブリ濃度が０．０１１となった以外は、カブリ濃度は０．０１０以下であった。また、図に示されるカブリ濃度の平均値は、約０．００５５であった。

図５は、現像装置５の駆動時間に応じて、バイアス電圧ＶｂのＶｐｐを下げたときのカブリ濃度を示すグラフである。
トナーは、粒径が平均６．７μｍであり、変動係数が２４．６％であり、非磁性であるものを用いる。
キャリアは、コア粒子がＭｎ−Ｍｇであり、樹脂被覆層がフッ素シリコンでコーティングされ、重量平均粒径が４５μｍである。

上記の条件で、駆動時間２０時間毎に、Ｖｐｐ１．８ｋＶから、１．６ｋＶ、１．４ｋＶ、１．２ｋＶへと下げて、１００時間の印字出力を行った。
図５に示されるように、カブリ濃度を示すグラフが現像装置５の駆動時間に応じてわずかに増加する傾向を有しているが、１００時間の連続駆動において、カブリ濃度は、どの値も、０．０１０を超えることがなかった。また、図に示されたカブリ濃度の平均値は、約０．００４５であった。

図６は、現像装置５の駆動時間および出力した印字枚数に応じて、バイアス電圧ＶｂのＶｐｐを下げたときのカブリ濃度を示すグラフである。
トナーは、粒径が平均６．７μｍであり、変動係数が２４．６％であり、非磁性であるものを用いる。
キャリアは、コア粒子がＭｎ−Ｍｇであり、樹脂被覆層がフッ素シリコンでコーティングされ、重量平均粒径が４５μｍである。

上記の条件で、印字枚数が１０万枚までは、５万枚毎に、Ｖｐｐを１．８ｋＶ、１．６ｋＶに下げ、以降は駆動時間２０時間毎に、Ｖｐｐを１．４ｋＶ、１．２ｋＶに下げて印字出力を行った。
図６に示されるように、カブリ濃度を示すグラフが現像装置５の駆動時間に応じてわずかに上昇しているものの、１００時間の連続駆動において、カブリ濃度は高くとも約０．００８（約６５時間後のとき）であった。また、カブリ濃度の平均値は、約０．０３５であった。

以上、図４〜図６に示されるように、現像装置５の駆動時間および／または出力した印字枚数（現像量）の増加に基づき、Ｖｐｐを下げることで、良好なカブリ濃度を満たすことができた。
図７は、１０万枚印刷出力後における、バイアス電圧Ｖｂの各Ｖｐｐでの、直流電圧Ｖｄｃとカブリ濃度との関係を示したグラフである。

カブリは、上述したように、キャリアのコーティングが剥がれた劣化トナーが増えることにより、発生しやすくなる。図７では、１０万枚印刷出力後において、バイアス電圧Ｖｂでの直流電圧Ｖｄｃが低いとき、カブリが発生しやすいことが示されている。また、バイアス電圧ＶｂでのＶｐｐが高いとき、カブリが発生しやすいことが示されている。よって、白紙出力を行うことで、劣化トナーを現像装置５から画像形成装置１の機外へ強制的に排出すること（つまり、カブリ濃度の高い画像形成動作を行うこと）で、カブリの発生をさらに防止することができる。

以下に説明する図８及び図９では、カブリの発生をさらに防止するために、以下の条件で、所定の印字枚数の間隔で白紙出力を行った。
図８は、現像装置５が出力した印字枚数に応じて、Ｖｐｐを０．２ｋＶ高くして白紙出力を行ったときのカブリ濃度を示すグラフである。
トナーは、粒径が平均６．７μｍであり、変動係数が２４．６％であり、非磁性であるものを用いる。

キャリアは、コア粒子がＭｎ−Ｍｇであり、樹脂被覆層がフッ素シリコンでコーティングされ、重量平均粒径が４５μｍである。
上記の条件で、印字枚数が５万枚毎に、Ｖｐｐを１．８ｋＶから、１．６ｋＶ、１．４ｋＶ、１．２ｋＶへと下げて、２０万枚まで印字出力を行った。また、前記印字出力に加え、２０００枚の印字出力毎に、非画像形成時に白紙出力を行い、劣化トナーの吐き出しを行った。この白紙出力時のみ、Ｖｐｐを０．２ｋＶ高くして行った。

図８に示されるように、所定の印字枚数で、Ｖｐｐを所定の値を高くして白紙出力を行ったとき、カブリ濃度が一番高くても約０．００７（印字枚数が６万枚のとき）であり、カブリ濃度の平均値は約０．００３であった。
図９は、現像装置５が出力した印字枚数に応じて、Ｖｐｐを１．８ｋＶにして白紙出力を行ったときのカブリ濃度を示すグラフである。

トナーは、粒径が平均９μｍであり、変動係数が３１．１％であり、非磁性であるものを用いる。
キャリアは、コア粒子がＭｎ−Ｍｇであり、樹脂被覆層がフッ素シリコンでコーティングされ、重量平均粒径が６０μｍである。
上記の条件で、印字枚数が５万枚毎に、Ｖｐｐを１．８ｋＶから、１．６ｋＶ、１．４ｋＶ、１．２ｋＶへ下げて、２０万枚まで印字出力を行った。また、前記印字出力に加え、２０００枚の印字出力毎に、非画像形成時に白紙出力を行い、劣化トナーの吐き出しを行った。この白紙出力時のみ、Ｖｐｐを１．８ｋＶにして行った。

図９に示されるように、所定の印字枚数で、所定のＶｐｐで白紙出力を行ったとき、カブリ濃度が一番高くとも約０．００６（１７万枚のとき）であり、カブリ濃度の平均値は約０．００２５であった。
以上、図８および図９に示されるように、カブリ濃度は、所定の条件で白紙出力を行い、劣化トナーを吐き出すことで、より良好な値を満たすことができた。

この発明の一実施形態にかかる画像形成装置の要部の概略構成を示す図解的な縦断面図である。 バイアス電圧Ｖｂを印加，調整する部材を説明するためのブロック図である。 比較例として、現像装置の駆動時間や出力した印字枚数によらず、バイアス電圧のＶｐｐを一定としたときのカブリ濃度を示すグラフである。 現像装置が出力した印字枚数に応じて、バイアス電圧ＶｂのＶｐｐを下げたときのカブリ濃度を示すグラフである。 現像装置の駆動時間に応じて、バイアス電圧ＶｂのＶｐｐを下げたときのカブリ濃度を示すグラフである。 現像装置の駆動時間および出力した印字枚数に応じて、バイアス電圧ＶｂのＶｐｐを下げたときのカブリ濃度を示すグラフである。 １０万枚印刷出力後における、バイアス電圧Ｖｂの各Ｖｐｐでの、直流電圧Ｖｄｃとカブリ濃度との関係を示したグラフである。 現像装置が出力した印字枚数に応じて、Ｖｐｐを０．２ｋＶ高くして白紙出力を行ったときのカブリ濃度を示すグラフである。 現像装置が出力した印字枚数に応じて、Ｖｐｐを１．８ｋＶにして白紙出力を行ったときのカブリ濃度を示すグラフである。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ 感光体ドラム（静電潜像形成手段）
３ 帯電器（静電潜像形成手段）
４ ＬＥＤヘッド（静電潜像形成手段）
５ 現像装置
１０ 現像ローラ
２０ａ 計時部（計時手段）
２０ｂ 計測部（計測手段）
２１ バイアス調整部（バイアス調整手段）
２２ バイアス部（バイアス手段）
２２ａｃ 交流電圧印加部（交流電圧印加手段）
２２ｄｃ 直流電圧印加部（直流電圧印加手段）

Claims (2)

1. トナーおよびキャリアを含む二成分現像剤を用いて静電潜像を現像するための現像装置であって、
   現像剤を静電潜像へ与えるために、その周面に現像剤を吸着させて回転する現像ローラと、
   前記現像ローラに対して、所定の直流電圧を印加する直流電圧印加手段および交流電圧を印加する交流電圧印加手段を含むバイアス手段と、
   前記現像装置の駆動時間を計時する計時手段と、
   前記現像装置が行った現像量を計測する計測手段と、
   前記計時手段および／または前記計測手段の出力増加に基づいて、前記交流電圧印加手段が印加する交流電圧の振幅成分を低下させるバイアス調整手段と、
   を含むことを特徴とする現像装置。
2. 電子写真方式により静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
   形成された静電潜像をトナーで現像するための請求項１記載の現像装置と、
   を含むことを特徴とする画像形成装置。
   
   
   

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