JP5531899B2 - 現像装置、プロセスユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像剤が現像剤担持体外周表面移動することにより現像剤を現像領域へ搬送する現像剤担持体を備えた現像装置、この現像装置を備えたプロセスユニット及び画像形成装置に関する。

従来、互いに異なるバイアス電圧が印加される複数の電極を備えた現像剤担持体を有する現像装置が知られている。例えば、現像剤担持体上の現像剤を感光体等の像担持体に直接接触させないで、現像剤を像担持体上の潜像に供給して現像を行う現像装置がある。そして、この現像装置の一例としては、現像剤担持体上の一成分現像剤（トナー）をクラウド化させることによってトナーを像担持体上に供給する方式を採用するものがある。この方式に使用される現像剤担持体は、外周面に沿って複数種類の電極が所定のピッチで配置され、その複数種類の電極の外周面側を保護層で覆ったものである。この複数種類の電極に対し、時間的に変化する互いに異なるバイアス電圧をそれぞれ印加して、時間的に変化する電界を互いに近接する複数種類の電極間に形成すると、この電界により現像剤担持体上のトナーを互いに近接する複数種類の電極間で飛翔させることができる。このようにトナーが飛翔する現象を、以下「フレア」と呼ぶ。これにより、現像剤担持体の外周面近傍の空間でトナーがクラウド化した状況となる。
特許文献１には、現像ローラ（フレアローラ）にバイアス電圧を印加することで形成される電界を制御し、現像ローラ表面での電位を一定に維持して電位差による画像の濃度ムラや地汚れの発生を防止した構成が記載されている。

以上の方式を用いた現像装置において、電極間に印加する電界が小さすぎると、トナーと現像剤担持体との付着力に勝つことができず、トナーが現像剤担持体表面から飛翔せず、像担持体上に移動できなくなり、濃度低下が発生する。これに対し電界が強すぎると、外側電極と内側電極の間でリークが発生してしまい、電極を破壊してしまったり、像剤担持体表面近傍に配置された層形成部材との間にリークが発生し、現像剤担持体表層を傷つけたりすることがある。このため、適正な電界に調整する必要がある。特許文献１では、現像ローラにバイアス電圧を印加することで形成される電界を制御し、現像ローラ表面での電位を一定に維持して電位差による不具合を解消しようとしている。しかし、ローラ最外面の表層の膜厚は、製造上のばらつき、使用に伴う磨耗により変化するため、トナーを飛翔させる電界が変動してしまい、この電界変動により、フレア状態が変わり、画像濃度不良等の不具合が発生する点には、改善の余地がある。
本発明は、現像剤担持体の表層の膜厚に基づいて現像剤担持体に印加するバイアス電圧を制御することで、安定したフレア状態を維持して、画像不良等の不具合の発生を低減可能な現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを、その目的とする。

本発明は、現像剤担持体に印加するバイアス電圧を制御するパラメータとして、現像剤担持体の表層厚に着目し、現像剤担持体外周面上の現像剤を飛翔させる電界を当該表層厚に応じて制御することを特徴としている。
すなわち、本発明に係る現像装置は、像担持体に対向配置され、像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体を備え、現像剤担持体が、複数種類の電極部材と、当該電極部材間に介在された絶縁層と、電極部材よりも現像剤担持体外周面側に現像剤に所望の荷電を付与可能な表層を有するとともに、現像剤担持体外周面に担持された現像剤を現像領域へ搬送するため、電極部材間にバイアス電圧を供給して電界を形成し、この電界により現像剤担持体外周面上の現像剤を飛翔させる電界形成手段と、現像剤を飛翔させる電界を現像剤担持体の表層厚に基づいて制御する電界制御手段を有することを特徴としている。

本発明に係る現像装置において、電界制御手段は、現像剤担持体の表層厚に応じて現像剤を飛翔させる電界が一定になるよう制御する。すなわち、電界制御手段は、電極部材間に印加するバイアス電圧を調整して、現像剤を飛翔させる電界を一定にすることを特徴としている。

本発明に係る現像装置において、電界制御手段は、現像剤担持体の表層厚に応じて電極部材間の電界強度が一定となるようバイアス電圧の立ち上がり時間を制御する。すなわち、電界制御手段は、電極部材間に印加するバイアス電圧の立ち上がり時間を調整して、電極部材間の電界強度が一定となるよう制御することを特徴としている。

本発明に係る現像装置は、現像剤担持体の表層厚を予測する層厚予測手段を有し、電界制御手段は、層厚予測手段の予測結果に基づいて電界を制御することを特徴としている。層厚予測手段としては、現像剤担持体の回転数を検知する現像回転検知手段あるいは、像担持体の回転数を検知する潜像回転検知手段としている。

本発明に係る現像装置は、装置の環境条件を検知する環境条件検知手段を有し、電界制御手段は、現像剤担持体の回転数あるいは像担持体の回転数と、環境条件検知手段の検知結果に基づいて電界を制御することを特徴としている。

本発明に係る、少なくとも像担持体と、該像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像装置とが共通の保持体に設けられ、これら像担持体と現像装置とが前記保持体と一体となって画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されたプロセスユニットは、上記何れかの現像装置を備えていることを特徴としている。
本発明に係る画像形成装置は、上記現像装置あるいはプロセスカートリッジを備えていることを特徴としている。

本発明によれば、変動要素となる現像剤担持体の表層厚に基づいて現像剤担持体に印加するバイアス電圧を制御するので、フレア状態を安定にすることが可能となり、リークの発生や画像不良が無くなり、画像不良等の不具合の発生を低減することができる。

本発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成図である。 画像形成装置が備える現像装置とプロセスカートリッジの概略構成図である。 ローラ状の現像剤担持体を、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面と制御系の構成を模式的に示す図である。 ローラ状の現像剤担持体の内側電極及び外側電極にそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧の一例を示すグラフである。 現像剤担持体の表層の膜厚と電極間に印加するバイアス電圧との関係を示す線図である。 現像剤担持体の表層の膜厚と電界強度の関係を示す線図である。 現像剤担持体の回転数と磨耗量の関係を示す線図である。 現像剤担持体の電極間に印加するバイアス電圧を現像剤担持体の膜厚に応じて制御する一形態を示すフローチャートである。 環境条件の違いによる現像剤担持体の回転数と磨耗量の関係を示す線図である。 現像剤担持体の電極間に印加するバイアス電圧を現像剤担持体の膜厚と環境条件に応じて制御する形態を示すフローチャートである。 環境条件の違いによる現像剤担持体の膜厚と電極間に印加するバイアス電圧との関係を示す線図である。 現像剤担持体の電極間に印加するバイアス電圧を現像剤担持体の膜厚と環境条件に応じて制御する別な形態を示すフローチャートである。 ローラ状の現像剤担持体の内側電極と外側電極の間に印加するバイアス電圧の立ち上がり時間と電界強度の関係を示す線図である。 現像剤担持体の膜厚と、内側電極と外側電極の間に印加するバイアス電圧の立ち上がり時間との関係を示す線図である。 現像剤担持体の電極間に印加するバイアス電圧の立ち上がり時間を現像剤担持体の膜厚に応じて制御する一形態を示すフローチャートである。 現像剤担持体の電極間に印加するバイアス電圧の立ち上がり時間と現像剤担持体の膜厚と環境条件に応じて制御する別な形態を示すフローチャートである。 環境条件の違いによる現像剤担持体の膜厚と電極間に印加するバイアス電圧の立ち上がり関係を示す線図である。 環境条件の違いによる現像剤担持体の膜厚と電極間に印加するバイアス電圧の立ち上がり時間を現像剤担持体の膜厚に応じて制御する別な形態を示すフローチャートである。 （ａ）は現像剤担持体を展開した状態の平面図、（ｂ）は現像剤担持体と高圧電源の関係を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明が適用された画像形成装置の一形態である電子写真方式のカラー複写機１００である。画像形成装置としては、カラー複写機１００に限定されるものではなく、プリンター、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機であっても良い。また、画像形成装置は、カラーに限定されるものではなく、単色の画像形成装置であっても本発明を適用することができる。

カラー複写機１００は、画像形成装置本体となる装置本体１０１と、装置本体１０１の上方に配置された原稿読取部１０２と、装置本体１０１の下部に配置された給紙部１０３を備えている。原稿読取部１０２は、読取面で光学的に原稿画像を読取る周知のスキャナ装置である。スキャナ装置としては、読取面に原稿を載置するタイプ、あるいは読取面に原稿を搬送する自動原稿送り装置を備えたタイプの何れであってもよい。給紙部１０３は、記録材としての用紙１０が積層された給紙トレイ１３と、給紙トレイ１３から用紙１０を給紙する給紙コロ１４と、給紙コロ１４で給紙された用紙１０をレジストローラ１６へと搬送する複数の搬送コロ１５を備え、レジストローラ１６まで搬送された用紙１０をレジストローラ１６でタイミングを計って画像転写部２０に向けて給紙する周知の構成である。

装置本体１０１には、給紙部１０３よりも上方に画像形成部１０４が配置されている。画像形成部１０４は、複数のプロセスユニット１と、露光手段６と、中間転写体となる中間転写ベルト７とを備えている。各プロセスユニット１は、像担持体となる感光体ドラム２、帯電部材３、感光体ドラム２表面に形成された静電潜像を現像剤で現像して可視化する現像手段４、およびクリーニング手段５を保持体となるケーシング１Ａによって保持されて一体化されている。各プロセスユニット１は、装置本体１０１に対して着脱自在とされていて、各々の図示しないストッパーを解除することにより装置本体１０１から離脱して交換できる構成とされている。

感光体ドラム２は、図１において矢印方向に図示しない駆動モータによって回転駆動される。帯電部材３は、感光体ドラム２の表面に圧接されており、感光体ドラム２の回転により従動回転する。帯電部材３には図示しない高圧電源により所定の帯電バイアスが印加され、感光体ドラム２の表面を帯電する。本形態において、帯電部材３には帯電バイアスが印加されるローラ部材を用いているが、コロナ帯電などの非接触帯電方式の部材を用いても良い。

露光手段６は感光体ドラム２の表面に対して画像情報に基づいて露光し、該感光体ドラム２の表面に静電潜像を形成する。本形態において、露光手段６はレーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナ方式のものを用いているが、ＬＥＤアレイなどを用いる構成のものであっても良い。感光体クリーニング手段５は感光体ドラム２の表面の転写残トナーのクリーニングを行うものである。
中間転写ベルト７は、複数のローラ部材間に巻き掛けられていて、何れかのローラ部材の回転駆動により図中反時計回りに移動するように構成されている。

本形態では、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の画像を形成するプロセスユニット１が、中間転写ベルト７の移動方向に並列に４個配設されている。各プロセスユニット１が備える現像装置５は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの現像剤となるトナーＴをそれぞれ備えている。

中間転写ベルト７の内側領域には、各感光体ドラムと対向するように一次転写ローラ８がそれぞれ配置されている。一次転写ローラ８と該感光体ドラム２の間では図示しない高圧電源により一次転写バイアスが印加される。感光体ドラム２表面に形成されて現像装置４で現像されたトナー画像は、この一次転写バイアスの作用によって中間転写ベルト７の表面に順次転写され、中間転写ベルト７上に可視像として形成される。各色の可視像は、中間転写ベルト７の移動に伴いベルト表面に順次重ねて転写されることでフルカラー画像となる。

中間転写ベルト７には、二次転写ローラ９が対向配置されていて、両者の対向部に画像転写部２０を構成している。中間転写ベルト７に転写されたフルカラー画像は、画像転写部２０を構成する二次転写ローラ９と該中間転写ベルトとの間に所定の２次転写電圧が印加されることで用紙１０に転写される。トナー画像が転写された用紙１０は、周知の定着装置１２で熱と圧力によりトナー画像が定着されて、排紙コロ１７で排紙トレイ１８あるいは両面印刷可能な装置の場合には反転搬送部へと送られる。画像転写部２０で用紙１０へ転写されずに中間転写ベルト７上に残留したトナーは、中間転写ベルト７の近傍に配置されたベルトクリーニング手段１１によって清掃された回収される。

図２を用いて現像装置４とプロセスカートリッジ１の構成を詳細に説明する。なお、本形態では、プロセスカートリッジ１を４つ備えているが、トナーの色が異なる以外は同一構成であるので、１組の現像装置５とプロセスカートリッジ１について説明するものとする。また、各プロセスカートリッジ１は、図１においては紙面に対し垂直方向に装置本体１０１から着脱自在とされている。他の画像形成装置の構成の場合、紙面左右方向に着脱可能としてもよい。

現像装置４は、トナーＴを収容する現像剤収容室１０１と、現像剤収容室１０１の下方に設けられた現像剤供給室１０２を備え、現像剤収容室１０１と現像剤供給室１０２を仕切るように仕切り部材１１０が設けられている。仕切り部材１１０には、複数の開口部１０７が設けられている。開口部１０７は、トナーＴが現像剤収容室１０１から現像剤供給室１０２へ供給する供給口と、トナーＴを現像供給室１０２から現像剤収容室１０１へ戻す返送口とを備えている。現像剤供給室１０２の下部には、現像剤担持体となる現像ローラ１０３と、現像ローラ１０３の表面１０３ａに当接する層規制部材１０４および供給ローラ１０５が設けられている。現像ローラ１０３は、感光体ドラム２の表面に非接触状態で配置され、現像バイアス電圧が高圧電源１２０から印加される構成を採る。

トナー収容室１０１内にはトナー搬送部材１０６が設けられている。本形態では、トナーＴとして、重合法で作成したものを用い、平均粒径が６．５μｍで、円形度が０．９８、安息角３３°外添剤としてチタン酸ストロンチュームを含有しているトナーを使用している。

現像剤搬送部材１０６は、スクリュー形状と板形状を組み合わせた回転軸を有した部材であり、回転動作により現像剤搬送部材１０６と平行かつ略水平方向に現像剤を搬送する構成を成している。本形態では、現像剤搬送部材１０６と平行方向にトナーＴを搬送する構成としているが、現像剤搬送部材１０６の形態としてはこれに限ったものでなく、スクリュー、搬送ベルト、コイル状の回転体等の搬送機能を有するものや、それらと羽根のような板部材や針金を曲げて構成したパドルのようなもの等の解し機能を有するものを組み合わせたものでも良い。図２において、現像剤搬送部材１０６を上下方向に配置し、トナー収容室１０１内を水平方向ではなく垂直方向にトナーＴを搬送する構成としても良い。

開口部１０７は現像剤収容室１０１内のトナーＴを現像剤供給室１０２へ搬送する供給口であるとともに、現像剤供給室１０２へ過剰に供給されたトナーＴを現像剤収容室１０１へ戻す戻し口として機能するように構成されていて、現像ローラ１０３と平行に複数配置されて形成されている。

開口部１０７と供給ローラ１０５の間には現像剤攪拌部材１０８が配設されている。現像剤攪拌部材１０８は、スクリュー形状と板形状を組み合わせた回転軸を有した部材であり、回転動作により現像剤搬送部材１０６と平行かつ略水平方向にトナーＴを搬送する機能を備えている。開口部１０７の返送口の下部にあたる位置には、仕切り部材１１０の下にあるトナーＴを両側から集めて山状に押し上げるようにするため、現像剤攪拌部材１０８のスクリューの搬送方向が開口部１０７の直下で互いに逆向きの形状をしている。また、現像剤攪拌部材１０６は、現像剤供給室１０１にあるトナーＴを攪拌し、さらに下部にある現像剤攪拌部材１０８、供給ローラ１０５へトナーＴを供給する機能を備えている。

供給ローラ１０５の表面には、空孔（セル）を有した構造の発泡材料が被覆されており、現像剤供給室１０２内に運ばれてきたトナーＴを効率よく付着させて取り込むと共に、現像ローラ１０３との当接部での圧力集中によるトナー劣化を防止している。供給ローラ１０５に用いる発泡材料は３乗〜１４乗Ωの電気抵抗値に設定されている。供給ローラ１０５には、供給バイアスが印加され、現像ローラ１０３との当接部で予備帯電されたトナーＴを現像ローラ１０３に押し付ける作用を補助する。供給ローラ１０５は反時計回りの方向に回転し、その表面に付着させたトナーＴを現像ローラ１０３の表面に塗布供給する。

層規制部材１０４は、ＳＵＳ３０４ＣＳＰやＳＵＳ３０１ＣＳＰまたはリン青銅等の金属板バネ材料を用い、その自由端側を現像ローラ１０３の表面１０３ａに１０〜１００Ｎ／ｍの押圧力で当接させたもので、その押圧力下を通過したトナーＴを薄層化すると共に、摩擦帯電によって電荷を付与する。さらに層規制部材１０４には、摩擦帯電を補助するために、バイアスが印加される。

感光体ドラム２は、現像ローラ１０３と非接触で時計回りの方向に回転する。このため、現像ローラ１０３の表面１０３ａは感光体ドラム２との対向位置において感光体ドラム２の進行方向と同方向に回転移動する。現像ローラ１０３上の薄層化されたトナーＴは、現像ローラ１０３の回転によって感光体ドラム２との対向位置へ搬送され、現像ローラ１０３に印加された現像バイアス電圧と感光体ドラム２上の静電潜像によって形成される潜像電界に応じて、感光体ドラム２表面に移動し現像される。感光体ドラム２上に現像されずに現像ローラ１０３上に残された現像剤が再び現像剤供給室１０２内へと戻る部分には、除電シール部材１０９が現像ローラ１０３の表面１０３ａに当接して設けられ、現像剤が現像装置４の外部に漏れでないように封止されている。除電シー部材１０９には、除電能力を補助するためバイアスが印加されている。

次に、現像ローラ１０３上のトナーＴを感光体ドラム２に転写して静電潜像を現像する方法について詳しく説明する。現像ローラ１０３の表面１０３ａ上に供給されたトナーＴは、後述する理由により、現像ローラ１０３の表面１０３ａ上でホッピングしながら、現像ローラ１０３の回転に伴って、符号Ｇ１で示すトナー供給位置から符号Ｇ２で示す現像領域に向けて搬送される。現像領域Ｇ２まで搬送されたトナーは、現像ローラ１０３と感光体ドラム２上の静電潜像との間の現像電界によって、感光体ドラム表面上の静電潜像部分に付着し、これにより現像が行われる。現像に寄与しなかったトナーＴは、ホッピングしながら現像ローラ１０３の回転によってさらに搬送され、繰り返し利用される。

次に、本形態における現像ローラ１０３の具体的構成について図３及び図１９を用いて説明する。図３は、現像ローラ１０３を、その回転軸に対して直交する面に沿って切断したときの断面を模式的に表した部分断面を示す。図１９（ａ）は現像ローラ１０３を展開した状態の平面図、図１９（ｂ）は現像ローラ１０３と高圧電源１２０の関係を模式的に示す斜視図である。現像ローラ１０３は、中空状のローラ部材で構成されており、その最内周に位置する最内周電極部材又は内周側電極部材としての内側電極３ａと、最外周側に位置していて内側電極３ａへ印加される電圧（内側電圧）とは異なる電圧（外側電圧）が印加される最外周電極部材としての櫛歯状の外側電極４ａとを備えている。また、内側電極３ａと外側電極４ａとの間にはこれらの間を絶縁するための絶縁層５が介在するように設けられている。外側電極４ａの外周面側には、外側電極４ａを覆う保護層としての表層６が設けられている。すなわち、本形態における現像ローラ１０３は、内周側から順に、内側電極３ａ、絶縁層５、外側電極４ａ、表層６の４層構造で構成されている。

内側電極３ａは、現像ローラ１０３の基体としても機能しており、ＳＵＳやアルミニウム等の導電性材料を円筒状に成型した金属ローラである。このほか、内側電極３ａの構成としては、ポリアセタール（ＰＯＭ）やポリカーボネート（ＰＣ）等からなる樹脂ローラの表面にアルミニウムや銅などの金属層等からなる導電層を形成したものが挙げられる。この導電層の形成方法としては、金属メッキ、蒸着等により形成する方法や、ローラ表面に金属膜を接着する方法などが考えられる。

内側電極３ａの外周面側は、絶縁層５に覆われている。本形態において、絶縁層５は、ポリカーボネートやアルキッドメラミン等で形成されている。絶縁層５の厚みは、３［μｍ］以上５０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さくなると、内側電極３ａと外側電極４ａとの間の絶縁性が十分に保てなくなり、内側電極３ａと外側電極４ａとの間でリークが発生してしまう可能性が高くなる。一方、５０［μｍ］よりも大きくなると、内側電極３ａと外側電極４ａとの間で作られる電界が表層６よりも外側に形成されにくくなり、表層６の外側に強いフレア用の電界（外部電界）を形成することが困難となる。本形態では、メラミン樹脂からなる絶縁層５の厚みを２０［μｍ］としている。絶縁層５はスプレー法やディップ法等によって内側電極３ａ上に均一な膜厚で形成することができる。

絶縁層５の外側面５ａには外側電極４ａが形成されている。本形態において、外側電極４ａは、アルミニウム、銅、銀などの金属で形成されている。櫛歯状の外側電極４ａの形成方法としては、種々の方法が考えられる。例えば、絶縁層５の上にメッキや蒸着によって金属膜を形成し、フォトレジスト・エッチングによって櫛歯状の電極を形成するという方法が挙げられる。また、インクジェット方式やスクリーン印刷によって導電ペーストを絶縁層５の上に付着させて櫛歯状の電極を形成するという方法も考えられる。

外側電極４ａ及び絶縁層５の外周面側は、表層６により覆われている。トナーＴは、表層６上でホッピングを繰り返す際、この表層６との接触摩擦によって帯電する。トナーＴに正規帯電極性（本実施形態ではマイナス極性）を与えるため、表層６の材料としては、シリコーン、ナイロン（登録商標）、ウレタン、アルキッドメラミン、ポリカーボネート等が使用可能であり、本形態ではポリカーボネートを採用している。表層６は、外側電極４ａを保護する機能を有しているので、表層厚となる表層６の膜厚、ここでは、外側電極４aの外周側の面からトナー担持体表面までの厚さは、３［μｍ］以上４０［μｍ］以下の範囲内が好ましい。３［μｍ］よりも小さいと、経時使用による膜削れ等で磨耗して外側電極４ａが露出してしまう。一方、４０［μｍ］よりも大きいと、内側電極３ａと外側電極４ａとの間で作られる電界が表層６よりも外側に形成され難くなり、表層６の外側に強いフレア用の電界を形成することが困難となる。本形態では、表層６の膜厚は２０［μｍ］としている。表層６は、絶縁層５と同様にスプレー法やディッピング法等によって形成することができる。

本形態では、内側電極３ａと外側電極４ａとの間で作られる電界、より詳しくは、内側電極３ａの外側電極４ａとは対向していない部分（外側電極４ａの櫛歯間に位置する内側電極３ａの部分）と外側電極４ａの櫛歯部分との間で作られる電界が、表層６の外側に形成されることで、現像ローラ１０３上のトナーＴをホッピングさせ、これによりトナーをクラウド化させる。このとき、現像ローラ１０３上のトナーＴは、内側電極３ａに絶縁層５を介して対向した表層部分と、これに隣接する外側電極４ａに対向した表層部分との間を、飛翔しながら往復移動するように、ホッピングすることになる。本形態では、内側電極３ａと外側電極４ａとの間を安定かつ有効に絶縁することができ、比較的大きな電圧を現像ローラ１０３に印加する場合でもリークを効果的に防止することができる。

外側電極４ａの電極幅Ｌ１（各櫛歯部分の幅）は、１０［μｍ］以上１２０［μｍ］以下であるのが好ましい。１０［μｍ］よりも小さいと、細すぎて電極が途中で断線してしまうおそれがある。一方、１２０［μｍ］より大きいと、外側電極４ａの図示しない現像ローラ端部に位置する被給電部からの距離が遠い箇所の電圧が低くなり、その箇所でトナーを安定かつ有効にホッピングさせることが困難となる。

また、外側電極４ａの電極ピッチＬ２（櫛歯部分間の距離）は、電極幅と同じか広いのが好ましい。電極幅Ｌ１よりも小さいと、内側電極３ａからの電気力線の多くが表層６の外側に出る前に外側電極４ａへ収束してしまい、表層６の外側に形成されるフレア用の電界が弱くなってしまうからである。一方、電極ピッチＬ２が電極幅Ｌ１よりも大きすぎると、電極間中央のフレア用の電界が弱くなってしまう。本実施形態において、電極ピッチＬ２は、電極幅Ｌ１以上であって電極幅の５倍以下の範囲内であるのが好ましい。本形態では、電極幅Ｌ１及び電極ピッチＬ２をいずれも８０［μｍ］に設定するとともに、外側電極４ａの電極ピッチＬ２を、現像ローラ１０３の周方向にわたって一定となるように設定されている。このように電極ピッチＬ２を一定とすることで、内側電極３ａと外側電極４ａとの間で作られるフレア用の電界が現像ローラ１０３上の周方向にわたってほぼ均一となる。よって、現像領域Ｇ２（図２参照）で周方向に均一なトナーのホッピングを実現することが可能となり、均一な現像が可能となる。

次に、内側電極３ａ及び外側電極４ａに印加するバイアス電圧について説明する。現像ローラ１０３の内側電極３ａ及び外側電極４ａには、図３に示すように、それぞれ高圧電源１２０を構成するパルス電源１２０Ａ，１２０Ｂから第１電圧である内側電圧及び第２電圧である外側電圧が印加される。パルス電源１２０Ａ，１２０Ｂが印加する内側電圧及び外側電圧は、矩形波が最も適しているが、これに限らず、例えばサイン波で三角波でもよい。また、本形態では、フレア用電極を形成するための電極が内側電極３ａ及び外側電極４ａの２相構成であり、電極３ａ，４ａには互いに位相差をもった電圧がそれぞれ印加される。

図４は、内側電極３ａ及び外側電極４ａにそれぞれ印加する内側電圧と外側電圧の一例を示すグラフである。本形態において、各電圧は矩形波であり、内側電極３ａと外側電極４ａにそれぞれ印加される内側電圧と外側電圧は、互いに位相π（１８０度）だけずれた同じ大きさ（ピークトゥピーク電圧Ｖｐｐ）のバイアス電圧である。よって、内側電極３ａと外側電極４ａとの間には、常にＶｐｐだけの電位差が生じる。この電位差によって電極間に電界が発生し、この電界のうち表層６の外側に形成されるフレア用の電界によって表層６上をトナーがホッピングする。

本形態において、内側電圧と外側電圧の中心値Ｖ０は、画像部電位（静電潜像部分の電位）と非画像部電位（地肌部分の電位）との間に設定され、現像条件によって適宜変動する。あるいは中心値Ｖ０は固定して、Ｄｕｔｙを変動させても、同様の効果が得られる。

本形態において、内側電圧と外側電圧の周波数ｆは、０．１［ｋＨｚ］以上１０［ｋＨｚ］以下であるのが好ましい。０．１［ｋＨｚ］より小さいと、トナーのホッピングが現像速度に追いつかなくなるおそれがある。一方、１０［ｋＨｚ］より大きいと、トナーの移動が電界の切り替わりに追従できなくなり、トナーを安定してホッピングさせるのが困難となる。本形態では、周波数ｆを５００［Ｈｚ］に設定している。

本発明者らは、上記のような構成の現像ローラ１０３を用いて、次のような検証を行った。図５に所望の電界Ｅを得るための、現像ローラ１０３の表層６の膜厚と現像ローラ１０３の電極に印加するバイアス電圧Ｖｐｐの関係を示す。これによると、表層６の膜厚がｔｘ＝ｘ_１（μｍ）の場合、バイアス電圧Ｖｐｐはｙ_１（Ｖ）に調整し、ｘ２（μｍ）の場合、バイアス電圧Ｖｐｐはｙ_２（Ｖ）に調整することで、表層の膜厚がｘ_１（μｍ）やｘ_２（μｍ）に変化した場合でも、バイアス電圧Ｖｐｐをｙ_１（Ｖ）やｙ_２（Ｖ）に調整することにより、電界Ｅ（飛翔電界）を一定にすることができることがわかる。この関係を式１に示す。なお、ここでは、図３の表面から２００μｍの位置の電界強度を一定にするように制御している。また、表面からどの程度の距離の電界強度が一定になるように調整するかは、現像ギャップなどによって適宜定めるとよい。

Ｖｐｐ=ｆ_Ｅ（ｔ_Ｘ）・・・式１
このため、製造上のばらつき等で現像ローラ１０３の表層６の膜厚ｔｘが変化した場合でも、予め、表層６の膜厚を測定し、その測定値に応じて、式１に示した関係式から、電界Ｅ（飛翔電界）が一定になる、所定のバイアス電圧Ｖｐｐを割り出すことができる。

つまり、図３に示すように、現像ローラ１０３を、複数種類の電極部材３ａ，４ａと、電極部材に介在された絶縁層５と、電極部材３ａ，４ａよりも現像ローラ１０３の外周面側に現像剤に所望の荷電を付与可能な表層６を有する構成とし、現像ローラ１０３の外周面１０３ａ（表層６）に担持されたトナーＴを現像領域Ｇ２へ搬送するため、電極部材間に電界を形成し、この電界により現像ローラ１０３の外周面１０３ａ（表層６）上のトナーＴを飛翔させる電界形成手段としてパルス電源１２０Ａ，１２０Ｂを設け、現像剤を飛翔させる電界Ｅを現像ローラ１０３の表層６の膜厚に基づいてパルス電源１２０Ａ，１２０Ｂを制御することで形成する電界制御手段として制御手段１３０を有する構成とする。

このような構成において、制御手段１３０で電極部材間に印加するバイアス電圧Ｖｐｐを調整し、現像ローラ１０３の表層６の膜厚に応じて現像剤を飛翔させる電界Ｅが一定になるようにパルス電源１２０Ａ，１２０Ｂを制御することで、電界が小さすぎることによる濃度低下や、電界が強すぎることによる、外側電極４ａと内側電極３ａの間のリークによる、電極破壊を防止することができた。

現像ローラ１０３の表層６の膜厚ｔ_Ｘは、層規制部材１０４や供給ローラ１０５や除電シール部材１０９と接触することで使用に伴い削れられて磨耗する。このため、現像装置４の使用期間が長くなるほど、初期状態の表層７の膜厚に比べて膜厚が薄くなっていく。

図６は、電界を制御しない場合で、現像ローラ１０３の表層６の膜厚が変化した時の電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）の変動を示す。例えば、初期状態で、表層６の膜厚ｔ_Ｘがｘ_１（μｍ）の場合、電界強度がＥ_１（Ｖ／ｍ）とすると、現像装置の使用が進むにつれて膜厚がｘ_３（μｍ）に低くなってしまった時は、電界強度がＥ_３（Ｖ／ｍ）間で上昇してしまう。このため、層規制部材１０４と電極の間でリークが発生して、現像ローラ１０３の表層６を傷つけてしまうおそれがある。

そこで、図５に示したように、膜厚がｘ_３（μｍ）になった場合（初期膜厚よりも薄くなった場合）、式１からバイアス電圧Ｖｐｐをｙ_３（Ｖ）に調整することで、電界を一定にして、層規制部材１０４とのリークによる、表層破壊を防止することができ、トナー飛翔不足による濃度変動も防止することができた。つまり、現像ローラ１０３の表層６の膜厚に応じて、電極部材間に印加するバイアス電圧Ｖｐｐを調整して現像剤を飛翔させる電界が一定になるようにパルス電源１２０Ａ，１２０Ｂを制御手段１３０で制御することで、層規制部材１０４とのリークによる、表層破壊を防止することができ、トナー飛翔不足による濃度変動も防止することができる。

図７は、本形態における現像ローラ１０３の回転数（以下「現像ローラ回転数」と記す）と表層膜厚の磨耗量（μｍ）の実験結果を示す。図７に実線で示すように、現像ローラ回転数（Ｎ）が上昇すると、これに比例して磨耗量（μｍ）も増加することがわかる。本発明者らは、この図７に示す実験結果より、式２，式３の関係式をたてた。

ｔ_１（磨耗量）＝ａ（係数）×ｘ（現像ローラ回転数） ・・・式２
ｔ_Ｘ（膜 厚）＝ｔ_０（初期膜厚）−ｔ（磨耗量） ・・・式３
式２，式３より、現像ローラ回転数から、磨耗量ｔ_１を予測し、磨耗量ｔ_１から、現在の膜厚ｔ_Ｘを算出することができる。

また、算出した膜厚ｔ_Ｘと式１（Ｖｐｐ=ｆ_Ｅ（ｔ_Ｘ）からバイアス電圧Ｖｐｐを算出して電界の制御を行う。これら算出や電圧の制御を制御手段１３０によって行う場合の制御アルゴリズムの一例を図８に示す。

制御手段１３０は、図８のステップＳＴ１でプリトン要求が入力されると、ステップＳＴ２で現像ローラ回転数Ｎを読み出す。現像ローラ回転数Ｎは、現像ローラ１０３の回転数を周知の回転検知手段で検知し、その値を読み込めばよい。ステップＳＴ３では、磨耗量ｔ_１を式２で演算し、演算された磨耗量ｔ_１が予め設定された膜削規定値ｂを超えたか否かをステップＳＴ４で判定する。磨耗量ｔ_１が膜削規定値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ５において式３で膜厚ｔ_Ｘを演算し、磨耗量ｔ_１が膜削規定値ｂを超えていない場合は、ステップＳＴ６に進んで前回のプリント時のバイアス電圧Ｖｐｐに設定する。

制御手段１３０は、ステップＳＴ７で電界Ｅになるバイアス電圧Ｖｐｐを式１で演算し、ステップＳＴ８で演算したバイアス電圧Ｖｐｐの設定を行い、ステップＳＴ９において当該電圧Ｖｐｐになる電界制御を実行しつつプリントを開始する。つまり、本形態では、現像ローラ１０３の表層１０６の層厚を予測する層厚予測手段として式２、式３を用い、制御手段１３０は式２、式３で演算された結果と式１で演算された結果に基づいて電界を制御する。

このように、使用に伴う現像ローラ１０３の表層６の膜厚変動を予測してバイアス電圧Ｖｐｐを制御すると、電界Ｅを一定にすることができるため、電界が強すぎることによる、層規制部材１０４とのリークでの表層破壊とトナー飛翔不足による濃度変動を防止することができる。

現像ローラ１０３の表層６の膜厚変動は、現像ローラ１０３と感光体ドラム２の線速差が一定の場合、感光体ドラム２の走行距離から現像ローラ１０３の走行距離となる回転数を予測できる。このため、例えば、感光体ドラム２の膜削予測制御等ですでに感光体ドラム２の走行距離をカウントするシステムがついている画像形成装置の場合、図３に示すように感光体ドラム２の回転数を検知する回転検知手段を現像回転数検知手段１３１として用い、この現像回転数検知手段１３１を層厚予測手段とすることで、コストをかけずに、本形態を実行することができる。現像ローラ１０３の走行距離となる回転数は、感光体ドラム２の回転数と個別に検知するようにしても良い。また、現像回転数検知手段１３１で検知する現像ローラ回転数Ｎは、プロセスカートリッジ１を装置本体１０１から離脱して新たなプロセスカートリッジ１を装着した際（交換時）に、リセットするようにしてもよい。

画像形成装置１００の環境条件が変化した場合、現像ローラ１０３の表層材料の特性値（硬度等）の変動や、供給ローラ１０５の硬度変化が起こり、膜削量、つまり磨耗量ｔ_１が変化する。図９は、環境条件として温度と湿度が変化した場合の現像ローラ１０３の表層６の磨耗量の違いを示す。破線は通常環境で使用した場合、実線は低温低湿環境で使用した場合の実験結果である。同じ現像ローラ回転数でも、低温低湿環境時には、通常環境時よりも膜削れが早い、すなわち磨耗量が多いことがわかる。これは低温低湿環境の場合、現像ローラ１０３の表層６や、これに接触する部材が硬くなるためである。

このため、
ｔ（磨耗量）＝ａ（係数）×ｘ（現像ローラ回転数）・・・式４
とすると、環境により、ａ（係数）を適正な値ｆ（β）に調整する補正を制御手段１３０で行うことで、より正確に表層６の膜厚ｔ_Ｘを予測することができる。

この時の制御アルゴリズムを制御手段１３０によって行う場合の一例を図１０に示す。制御手段１３０は、ステップＳＴ１１でプリトン要求が入力されると、ステップＳＴ１２で磨耗量ｔ１を式２で演算した前回値から呼び出す。無論このステップで演算してもよい。ステップＳＴ１３では、予め設定された環境値βの読み込みを行い、ステップＳＴ１４で環境係数ａをａ＝ｆ（β）で決定（補正）する。次に制御手段１３０は、ステップＳＴ１５で磨耗量ｔ１が予め設定された膜削規定値ｂを超えたか否かを判定する。磨耗量ｔ１が膜削規定値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ１６で式３を用いて膜厚ｔ_Ｘを演算し、磨耗量ｔ１が膜削規定値ｂを超えていない場合は、ステップＳＴ１７で前回のプリント時のバイアス電圧Ｖｐｐに設定する。つまり、本形態においては、図３に示すように、装置の環境条件を検知する環境条件検知手段１３２を有し、制御手段１３０は、現像ローラ回転数と、環境条件検知手段１３２の検知結果に基づいて電界を制御する。具体的には、磨耗量ｔ１を環境条件に応じて補正する。環境条件検知手段１３２としては、温度と湿度を検知するセンサを装置に配備し、これらセンサの検知情報を制御手段１３０に入力するようにすれば良い。

制御手段１３０は、ステップＳＴ１８において、規定の電界Ｅになるバイアス電圧Ｖｐｐを式１で演算し、演算したバイアス電圧Ｖｐｐの設定をステップＳＴ１９で行い、ステップＳＴ２０で当該電圧Ｖｐｐになる電界制御を実行しつつプリントを開始する。次に制御手段１３０は、ステップＳＴ２１において、プリント要求からプリント時までの現像ローラ回転数ｘの読み出し（検知でもよい）を行い、ステップＳＴ２２で、磨耗量ｔを式４で演算し、演算により予測された磨耗量ｔを予想磨耗量ｔ１として、ステップＳＴ２３において制御手段１３０のメモリ等に格納処理する。

温度や湿度等の環境条件が変化した場合、現像ローラ１０３の磨耗量ｔに加えてトナーの帯電量も変化する。例えば、低温低湿環境では帯電量は高く、高温高湿環境では帯電量は低くなってしまう。このトナー帯電量の変化は、トナーと現像ローラ１０３との静電的な付着力を変えてしまう。このため、電界Ｅ（飛翔電界）を低温低湿環境で適正な電界で設定した場合、高温高湿環境ではトナーが飛翔し過ぎてしまい、現像ローラ１０３にトナーが戻って来られなくなり、トナー飛散が発生し、装置内を汚してしまうという不具合が懸念される。

そこで、環境条件の計測結果（検知結果）から、最適な電界Ｅを割り出すとともに、現像ローラ１０３の膜厚の予測結果とから、パルス電源１２０Ａ、１２０Ｂを制御して印加するバイアス電圧Ｖｐｐを決定するようにしても良い。図１１には、環境条件における適正な電界Ｅと、その膜厚と制御電圧Ｖｐｐの関係を示した。

図１１は、膜圧とバイアス電圧Ｖｐｐの環境下による特性を示すものであり、高温高湿環境は太線、通常環境は実線、低温低湿環境は破線での適正な電界Ｅを示す。例えば、膜厚が現在ｘ１（μｍ）と判断された場合は、高温ではｙｈ、通常環境ではｙｍ、低温環境ではｙｌのバイアス電圧Ｖｐｐにそれぞれ調節する必要がある。よって、式１ Ｖｐｐ=ｆ_Ｅ（ｔ_Ｘ）の右式ｆ_Ｅ（ｔ_Ｘ）は、環境条件により決定された式とする。この場合の制御アルゴリズムを制御手段１３０によって行う場合の一例を図１２に示す。

制御手段１３０は、ステップＳＴ３１でプリトン要求が入力されると、ステップＳＴ３２で磨耗量ｔ１を呼出し、ステップＳＴ３３で予め設定された環境値βの読み込みを行い、ステップＳＴ３４で環境係数ａをａ＝ｆ（β）で決定（補正）する。制御手段１３０は、ステップＳＴ３５で規定のフレア電圧ＥをＥ＝Ｅ（β）で決定し、ステップＳＴ３６で式３を用いて膜厚ｔ_Ｘを演算する。

制御手段１３０は、ステップＳＴ３７でフレア電圧Ｅになるバイアス電圧Ｖｐｐを式１で演算し、ステップＳＴ３８で演算したバイアス電圧Ｖｐｐの設定を行い、ステップＳＴ３９で当該電圧Ｖｐｐになる電界制御を実行しつつプリントを開始する。次に制御手段１３０は、ステップＳＴ４０でプリント要求からプリント時までの現像ローラ回転数ｘの読み出し（検知でもよい）を行い、ステップＳＴ４１で、磨耗量ｔを式４で演算し、ステップＳＴ４２で演算により予測された磨耗量ｔを予想磨耗量ｔ１として、制御手段１３０のメモリ等に格納処理する。

このように、環境条件に応じて電界Ｅを補正し、補正した電界Ｅを形成するように、バイアス電圧Ｖｐｐを発生すべくパルス電圧１２０Ａ、１２０Ｂを制御手段１３０で制御すると、環境条件が変化しても、トナー飛翔不足による濃度変動も防止することができ、層規制部材１０４とのリークでの表層破壊を防止することができた。

次に、現像ローラ１０３の条件と、電界制御の別な形態について説明する。
上記形態では、内側電圧と外側電圧の周波数ｆを５００［Ｈｚ］としたが、以下に示す形態では、内側電圧と外側電圧の周波数ｆを３００［Ｈｚ］に設定している。本発明者は、このような現像ローラ１０３を用い、次のような検証を行った。

図１３に、両電極間に印加するバイアス電圧Ｖｐｐの立ち上がり時間ｍｓを変えた場合の、電極間の電界強度の実験結果を示す。この実験結果から、バイアス電圧Ｖｐｐが一定の場合でも、立ち上がり時間ｍｓを制御することで電界強度の調整を行うことができることがわかる。

図１４に所望の電界Ｅを得るための、現像ローラ１０３の表層６の膜厚と現像ローラ１０３の電極部材に電圧を印加する立ち上がり時間ｍｓの関係を示した。この図によると、表層６の膜厚がｔ_ｘ＝ｘ_１（μｍ）の場合、立ち上がり時間ｍｓはｙ_１（ｍｓ）に調整し、ｘ_２（μｍ）の場合、立ち上がり時間はｙ_２（ｍｓ）に調整することで、表層の膜厚がｘ_１（μｍ）やｘ_２（μｍ）に変化した場合でも、立ち上がり時間ｍｓをｙ_１（ｍｓ）やｙ_２（ｍｓ）に調整することにより、電界Ｅ（飛翔電界）を一定にすることができることがわかる。この関係を式５に示す。

立ち上がり時間ｍｓ=ｆ_Ｅ（ｔ_ｘ）・・・式５
このため、製造上のばらつき等で現像ローラ１０３の表層６の膜厚ｔ_ｘが変化した場合でも、予め表層６の膜厚を測定し、その測定値に応じて、式５に示した関係式から、電界Ｅ（飛翔電界）が一定になる、所定の立ち上がり時間ｍｓを割り出すことができる。つまり、電界制御手段となる制御手段１３０で、現像ローラ１０３の表層厚に応じて電極部材間の電界強度が一定となるよう電圧の立ち上がり時間を調整して制御する。

このような制御を図３に示す制御手段１３０で行うと、電界が小さ過ぎることによる濃度低下や、電界が強すぎることによる、外側電極４ａと内側電極３ａの間のリークによる、電極破壊を防止することができる。

現像ローラ１０３の表層６の膜厚は、層規制部材１０４や供給ローラ１０５や除電シール部材１０９と接触することで削れられて、使用に伴い初期状態の表層膜厚に比べて膜厚が薄くなっていく。このときの電界を制御しない場合の、現像ローラ１０３の表層６の膜厚が変化した時の電界強度変動は、図８に示すとおり、初期状態で、表層膜厚がｘ_１（μｍ）の場合、電界強度が、Ｅ_１（Ｖ／ｍ）とすると、使用により、膜厚がｘ_３（μｍ）になってしまった時は、電界強度がＥ_３（Ｖ／ｍ）まで上昇する。このため、濃度変動だけでなく、層規制部材１０４と電極部材の間でリークが発生して、現像ローラ１０３の表層６を傷つけてしまうおそれがある。

そこで、本形態では、図１４に示すように、膜厚がｘ_３（μｍ）になった場合（薄くなった場合）、式５から、立ち上がり時間ｍｓをｙ_３（ｍｓ）に制御手段１３０で調整することで、電界が大きくなりすぎるのを防ぎ、層規制部材１０４とのリークによる、表層破壊を防止することができ、トナー飛翔不足による濃度変動も防止することができる。

現像ローラ１０３の表層６の膜厚は、図９で既に述べたように、現像ローラ１０３の回転数が高いほどに、表層膜厚の磨耗量が増える。このため、本願発明者らは上述したように式２，式３の関係式をたてた。式２，式３及び現像ローラ回転数Ｎから、磨耗量ｔ_１を予測し、この予測した磨耗量ｔ_１から、現在の膜厚を算出することができる。また、算出した膜厚と式５から立ち上がり時間ｍｓを算出して電界の制御を行う。

これら算出や電圧の制御を制御手段１３０によって行う場合の制御アルゴリズムの一例を図１５に示す。制御手段１３０は、ステップＳＴ５１でプリトン要求が入力されると、ステップＳＴ５２で現像ローラ回転数を読み出す（検知でもよい）。ステップＳＴ５３では、磨耗量ｔ１を式２で演算し、ステップＳＴ５４で演算された磨耗量ｔ１が予め設定された膜削規定値ｂを超えたか否かを判定する。磨耗量ｔ１が膜削規定値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ５５において式３を用いて膜厚ｔ_Ｘを演算し、磨耗量ｔ１が膜削規定値ｂを超えていない場合は、ステップＳＴ５６に進んで、前回のプリント時の立ち上がり時間ｍｓに設定する。

制御手段１３０は、ステップＳＴ５７で電界Ｅ（フレア電界）になる立ち上がり時間ｍｓを式５で演算し、演算した立ち上がり時間ｍｓの設定をステップＳＴ５８で行い、ステップＳＴ５９において、当該立ち上がり時間ｍｓで電圧Ｖｐｐを立ち上げる電界制御を実行しつつプリントを開始する。つまり、本形態では、現像ローラ１０３の表層１０６の層厚を予測する層厚予測手段として式２、式３を用い、制御手段１３０は式２、式３で演算された結果と式５で演算された結果に基づいて電界を制御する。

このように、使用に伴う現像ローラ１０３の表層６の膜厚変動を予測してバイアス電圧Ｖｐｐの立ち上がり時間ｍｓを制御すると、電界Ｅを一定にすることができるため、電界が強すぎることによる、層規制部材１０４とのリークでの表層破壊とトナー飛翔不足による濃度変動を防止することができる。

装置の環境条件が変化した場合、表層材料の特性値（硬度等）変動や、供給ローラ１０５の硬度変化が起こり、現像ローラ１０３の磨耗量が変化してしまうことは、既に図９で示したように、同じ現像ローラ回転数でも、低温時には通常時よりも膜削れが早い。

このため、上記の式４ ｔ（磨耗量）＝ａ（係数）＊ｘ（現像ローラ回転数）において、環境により、ａ（係数）を適正な値ｆ（β）に調整する補正を制御手段１３０で行うことで、より正確に表層６膜厚を予測することができる。

この時の制御アルゴリズムを制御手段１３０によって行う場合の一例を図１６に示す。制御手段１３０は、ステップＳＴ６１でプリトン要求が入力されると、ステップＳＴ６２で磨耗量ｔ１を式２で演算した前回値から呼び出す。無論このステップで演算してもよい。ステップＳＴ６３では、予め設定された環境値βの読み込みを行い、ステップＳＴ６４で環境係数ａをａ＝ｆ（β）で決定（補正）する。次に制御手段１３０は、ステップＳＴ６５で磨耗量ｔ１が予め設定された膜削規定値ｂを超えたか否かを判定する。磨耗量ｔ１が膜削規定値ｂを超えている場合には、ステップＳＴ６６で式３を用いて膜厚ｔ_Ｘを演算し、磨耗量ｔ１が膜削規定値ｂを超えていない場合は、ステップＳＴ６７で前回のプリント時の立ち上がり時間ｍｓに設定する。

制御手段１３０は、ステップＳＴ６８において規定の電界Ｅになる立ち上がり時間ｍｓを式５で演算し、ステップＳＴ６９で演算した立ち上がり時間ｍｓの設定を行い、ステップＳＴ７０で当該立ち上がり時間ｍｓになる電界制御を実行しつつプリントを開始する。つまり、本形態では、現像ローラ１０３の表層１０６の層厚を予測する層厚予測手段として式２、式３、式５を備え、制御手段１３０は演算された立ち上がり時間ｍｓに基づいて電界を制御する。次に制御手段１３０は、ステップＳＴ７１において、プリント要求からプリント時までの現像ローラ回転数ｘの読み出し（検知でもよい）を行い、ステップＳＴ７２で、磨耗量ｔを式４で演算し、演算により予測された磨耗量ｔを予想磨耗量ｔ１として、ステップＳＴ７３において制御手段１３０のメモリ等に格納処理する。

温度や湿度等の環境条件が変化した場合、上述のように現像ローラ１０３の磨耗量に加えてトナーの帯電量も変化し、トナーと現像ローラ１０３との静電的な付着力を変えてしまう。このため、電界Ｅ（飛翔電界）を低温低湿環境で適正な電界で設定した場合、高温高湿環境では、トナーが飛翔しすぎてしまい、現像ローラ１０３にトナーが戻って来られなくなり、トナー飛散が発生し、実機を汚してしまう。

そこで、本形態のようにバイアス電圧の立ち上がり時間ｍｓを制御する場合でも、環境条件の計測結果（検知結果）から、最適な電界Ｅを割り出すとともに、現像ローラ１０３の膜厚の予測結果とから、パルス電源１２０Ａ、１２０Ｂを制御して印加するバイアス電圧Ｖｐｐの立ち上がり時間を決定するようにしても良い。図１７は、図１１に示す環境条件における適正な電界Ｅと、現像ローラ１０３の表層６の膜厚と立ち上がり時間ｍｓの関係を示す。高温高湿領域は太線、通常環境は実線、低温低湿環境は破線で適正な電界Ｅをそれぞれ示す。例えば、膜厚が現在ｘ_１（μｍ）と判断した場合は、高温ではｙｈ、通常環境ではｙｍ、低温環境ではｙｌの立ち上がり時間ｍｓにそれぞれ調節する必要がある。

よって、式５の、立ち上がり時間ｍｓ=ｆ_Ｅ（ｔｘ）の右式ｆ_Ｅ（ｔｘ）は、環境条件により決定された式とする。この場合の制御アルゴリズムを制御手段１３０によって行う場合の一例を図１８に示す。

制御手段１３０は、ステップＳＴ８１でプリトン要求が入力されると、ステップＳＴ８２で磨耗量ｔ１を呼出し、ステップＳＴ８３で予め設定された環境値βの読み込みを行い、ステップＳＴ８４で環境係数ａをａ＝ｆ（β）で決定する。制御手段１３０は、ステップＳＴ８５で規定の電界ＥをＥ＝Ｅ（β）で決定し、ステップＳＴ８６で膜厚ｔ_Ｘを式３で演算する。

制御手段１３０は、ステップＳＴ８７で規定の電界Ｅになる立ち上がり時間ｍｓを演算し、ステップＳＴ８８において演算した立ち上がり時間ｍｓの設定を行い、ステップＳＴ８９において当該立ち上がり時間ｍｓになる電界制御を実行しつつプリントを開始する。

制御手段１３０は、ステップＳＴ９０においてプリント要求からプリント時までの現像ローラ回転数ｘ読み出しを行い、ステップＳＴ９１で、磨耗量ｔを式４で演算し、ステップＳＴ９２で演算により予測された磨耗量ｔを予想磨耗量ｔ１として、制御手段１３０のメモリ等に格納処理する。

このように、環境条件に応じて電界を補正し、補正した電界Ｅを形成するように、バイアス電圧Ｖｐｐを発生すべくパルス電圧１２０Ａ、１２０Ｂによる電圧の立ち上がり時間ｍｓを制御手段１３０で制御すると、環境条件が変化しても、使用により現像ローラ１０３の表層６の膜厚が変化した場合においても、トナー飛翔不足による濃度変動も防止することができ、層規制部材１０４とのリークでの表層破壊を防止することができた。

１ プロセスユニット
１Ａ 保持体
２ 像担持体
３ａ，４ａ 複数種類の電極部材
４ 現像装置
５ 絶縁層
６ 表層
１００ 画像形成装置
１０１ 画像形成装置本体
１０３ 現像剤担持体
１２０（Ａ、Ｂ） 電界形成手段
１３０ 電界制御手段
１３１ 現像回転検知手段（層厚予測手段）
１３２ 環境条件検知手段
Ｅ 電界
Ｇ２ 現像領域
ｍｓ 立ち上がり時間
Ｖｐｐ バイアス電圧

特開２００９−０３６９２９号公報

Claims (12)

1. 像担持体に対向配置され、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体を備え、
   前記現像剤担持体が、複数種類の電極部材と、当該電極部材間に介在された絶縁層と、前記電極部材よりも前記現像剤担持体外周面側に現像剤に所望の荷電を付与可能な表層を有し、
   前記現像剤担持体外周面に担持された現像剤を現像領域へ搬送するため、前記電極部材間にバイアス電圧を供給して電界を形成し、この電界により前記現像剤担持体外周面上の現像剤を飛翔させる電界形成手段と、
   前記現像剤を飛翔させる電界を前記現像剤担持体の表層厚に基づいて制御する電界制御手段を有することを特徴とする現像装置。
2. 前記電界制御手段は、前記現像剤担持体の表層厚に応じて現像剤を飛翔させる電界が一定になるよう制御することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記電界制御手段は、前記電極部材間に印加するバイアス電圧を調整して、前記現像剤を飛翔させる電界を一定にすることを特徴とする請求項１または２記載の現像装置。
4. 前記電界制御手段は、前記現像剤担持体の表層厚に応じて前記電極部材間の電界強度が一定となるようバイアス電圧の立ち上がり時間を制御することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
5. 前記電界制御手段は、前記電極部材間に印加するバイアス電圧の立ち上がり時間を調整して、前記電極部材間の電界強度が一定となるよう制御することを特徴とする請求項３または４記載の現像装置。
6. 前記現像剤担持体の表層厚を予測する層厚予測手段を有し、
   前記電界制御手段は、前記層厚予測手段の予測結果に基づいて電界を制御することを特徴とする請求項１ないし５の何れか１つに記載の現像装置。
7. 前記層厚予測手段は、前記現像剤担持体の回転数を検知する現像回転検知手段であることを特徴とする請求項６記載の現像装置。
8. 前記層厚予測手段は、前記像担持体の回転数を検知する潜像回転検知手段であることを特徴とする請求項６記載の現像装置。
9. 装置の環境条件を検知する環境条件検知手段を有し、
   前記電界制御手段は、前記現像剤担持体の回転数あるいは前記像担持体の回転数と、前記環境条件検知手段の検知結果に基づいて電界を制御することを特徴とする請求項７または８記載の現像装置。
10. 少なくとも像担持体と、該像担持体上に形成される潜像を現像剤で現像する現像装置とが共通の保持体に設けられ、これら像担持体と現像装置とが前記保持体と一体となって画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されたプロセスユニットにおいて、
    前記現像装置として、請求項１ないし９の何れか１つに記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスユニット。
11. 請求項１ないし９の何れか１つに記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１０記載のプロセスユニットを有することを特徴とする画像形成装置。

Images