2024-13515 画像形成装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013515

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】画像形成装置

(51)【国際特許分類】

   G03G 15/06 20060101AFI20240125BHJP

【ＦＩ】

G03G15/06 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022115660

(22)【出願日】2022-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】000006150

【氏名又は名称】京セラドキュメントソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中植 隆久

(72)【発明者】

【氏名】石野 正人

(72)【発明者】

【氏名】玉木 友浩

(72)【発明者】

【氏名】岡本 季明

【テーマコード（参考）】

2H073

【Ｆターム（参考）】

2H073AA01

2H073BA02

2H073BA13

2H073BA36

2H073BA45

2H073CA02

(57)【要約】

【課題】非磁性一成分現像方式を用いる構成において、簡易な構成で画像濃度ムラ等の画像不具合を抑制しつつ、トナー消費量の増加を抑制可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、現像電圧電源と、制御部と、を備える。現像装置は、トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、外周面にトナー層が形成される現像剤担持体と、現像剤担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、現像剤担持体の外周面に形成されるトナー層の層厚を規制する規制ブレードと、を有する。制御部は、現像装置の累積駆動時間が長くなるにつれて、供給電圧Ｖｓｄｃを基準供給電圧よりも大きくし、現像電圧Ｖｄｃを基準現像電圧よりも小さくすることにより供給電圧Ｖｓｄｃと現像電圧Ｖｄｃとの電位差Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃを大きくする現像電圧Ｖｄｃおよび供給電圧Ｖｓｄｃの可変制御を実行する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に感光層が形成される像担持体と、
前記像担持体を所定の表面電位に帯電させる帯電装置と、
前記帯電装置により帯電された前記像担持体の表面を露光して帯電を減衰させた静電潜像を形成する露光装置と、
トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、
前記像担持体に所定の押圧力で圧接され、外周面に前記トナーを担持することによりトナー層が形成される現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に所定の押圧力で圧接され、前記現像剤担持体に前記トナーを供給するトナー供給部材と、
前記現像剤担持体の外周面に接触して前記現像剤担持体の外周面に形成される前記トナー層の層厚を規制する規制ブレードと、
を有し、前記静電潜像が形成された前記像担持体に前記トナーを供給する現像装置と、
前記現像剤担持体に現像電圧を印加し、前記トナー供給部材に供給電圧を印加する現像電圧電源と、
を備えた画像形成装置において、
前記制御部は、前記現像装置の使用開始時からの累積駆動時間が長くなるにつれて、前記供給電圧Ｖｓｄｃを基準供給電圧よりも大きくし、前記現像電圧Ｖｄｃを基準現像電圧よりも小さくすることにより前記供給電圧Ｖｓｄｃと前記現像電圧Ｖｄｃとの電位差Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃを大きくする前記現像電圧Ｖｄｃおよび前記供給電圧Ｖｓｄｃの可変制御を実行することを特徴とする画像形成装置。

【請求項2】

前記供給電圧Ｖｓｄｃの変化幅の絶対値｜ΔＶｓｄｃ｜と前記現像電圧Ｖｄｃの変化幅の絶対値｜ΔＶｄｃ｜が、｜ΔＶｓｄｃ｜≧｜ΔＶｄｃ｜を満たすことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記現像装置の使用開始時から前記現像容器内の前記トナーが無くなるまでの期間である前記現像装置の寿命の１６％に到達した後に、前記現像電圧Ｖｄｃおよび前記供給電圧Ｖｓｄｃの可変制御を実行することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

【請求項4】

前記現像装置の使用開始時からの累積印刷枚数をカウントする印刷枚数カウント部を備え、
前記制御部は、前記累積印刷枚数に基づいて前記現像装置の寿命を推定することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関し、特に、非磁性一成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電子写真方式を利用した複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置において使用される現像装置は、現像剤にトナーとキャリアとを使用した二成分現像方式、キャリアを使用せずにトナーのみを使用した一成分現像方式のものが知られている。

【0003】

非磁性トナーを用いる非磁性一成分現像方式の現像装置では、現像剤規制部材としての規制ブレードが現像剤担持体である現像ローラーの表面に接触するように配置されている。そしてトナーが現像ローラーの表面に設けられた微細な凹凸によって搬送され、余分なトナーは規制ブレードですり切られることでトナー薄層が形成される。また、規制ブレードの下をトナーが通過する際に現像ローラーの表面とトナーが摩擦帯電する。そして、感光体と現像ローラーを接触回転させ、現像ローラーの表面のトナーは電界により感光体に現像される。

【0004】

上述したような非磁性一成分現像方式においては、現像ローラー上のトナー層が一層あるいは二層からなる薄層であるため、いわゆるベタ画像等のトナー消費量の多い高印字率の画像を印字した場合には、現像後の現像ローラー上にはほとんどトナーが無くなってしまい、次の現像を有効に行うためには現像ローラー上に十分な量のトナーを供給する必要がある。現像ローラー上へのトナー供給が不十分な場合は、ベタ画像よりも後れて形成される画像領域中であって、ベタ画像の位置から現像ローラーの回転周期だけ後れた位置にベタ画像の残像（現像ゴースト）が発生することがある。

【0005】

そこで、適正なトナー薄層を形成しつつ、現像ゴースト等の画像欠陥の発生を防止する方法が提案されており、例えば特許文献１には、トナー供給ローラーに印加する供給バイアスの絶対値を、現像ローラーに印加する現像バイアスの絶対値よりも大きく、且つその電圧差を２００Ｖ～５００Ｖの範囲内に設定することによって、画像カスレ及び濃度追随性を向上させるようにした現像装置が開示されている。

【0006】

特許文献２には、温湿度検知手段の検知出力に応じて、高温高湿環境では現像バイアスより供給バイアスを大きくして現像ローラーへのトナー供給量を増加させ、低温低湿環境では現像バイアスと供給バイアスを同じ、もしくは現像バイアスを大きくして現像ローラーへのトナー供給量を減少させる制御を行う現像装置が開示されている。

【0007】

特許文献３には、キャリブレーションにより感光体上のベタ画像またはハーフトーン画像の濃度を読み取り、それらの画像が適正濃度になるように現像バイアスと供給バイアスを可変する制御を行う現像装置および現像方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平６－３０１２８１号公報

【特許文献2】特開２００６－３４９７６０号公報

【特許文献3】特開２００６－２２１１０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１の方法では、電位を調整する構成はシンプルであるが、現像装置内のトナーの消費に伴う供給ローラーから現像ローラーへ供給可能なトナー供給量の変化に対して対応できず、耐久印刷の後半において画像カスレや追随性不良が発生するおそれがあった。

【0010】

特許文献２の方法は、環境変動に起因するトナー供給量の変化への対応を課題としており、トナーが規制ブレードを繰り返し通過することによるトナー劣化によりトナーの流動性が低下し、供給ローラーから現像ローラーに供給するトナー量が減少してしまう現象に対して効果的ではなかった。特許文献３の方法では、キャリブレーションを実行するために高価な濃度センサーが必要となり、画像形成装置のコストアップに繋がるという問題点があった。

【0011】

本発明は、上記問題点に鑑み、非磁性一成分現像方式を用いる構成において、簡易な構成で画像濃度ムラ等の画像不具合を抑制しつつ、感光体へのトナー供給量を一定にしてトナー消費量の増加を抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、現像電圧電源と、制御部と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、表面に感光層が形成される。帯電装置は、像担持体を所定の表面電位に帯電させる。露光装置は、帯電装置により帯電された像担持体の表面を露光して帯電を減衰させた静電潜像を形成する。現像装置は、トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、像担持体に所定の押圧力で圧接され、外周面にトナーを担持することによりトナー層が形成される現像剤担持体と、現像剤担持体に所定の押圧力で圧接され、現像剤担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、現像剤担持体の外周面に接触して現像剤担持体の外周面に形成されるトナー層の層厚を規制する規制ブレードと、を有し、静電潜像が形成された像担持体にトナーを供給する。現像電圧電源は、現像剤担持体に現像電圧を印加し、トナー供給部材に供給電圧を印加する。制御部は、現像装置および現像電圧電源を制御する。制御部は、現像装置の使用開始時からの累積駆動時間が長くなるにつれて、供給電圧Ｖｓｄｃを基準供給電圧よりも大きくし、現像電圧Ｖｄｃを基準現像電圧よりも小さくすることにより供給電圧Ｖｓｄｃと現像電圧Ｖｄｃとの電位差Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃを大きくする現像電圧Ｖｄｃおよび供給電圧Ｖｓｄｃの可変制御を実行する。

【0013】

本発明の第１の構成によれば、供給電圧Ｖｓｄｃと現像電圧Ｖｄｃの電位差Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃを現像装置の累積駆動時間に応じて大きくすることで、ベタ画像の濃度追随性を向上させることができる。また、供給電圧Ｖｓｄｃを大きくするときは現像電圧Ｖｄｃを小さくすることで、トナー供給部材から現像剤担持体へのトナー供給量を増加させて濃度維持性を向上しつつ、現像剤担持体から像担持体上へ移動するトナー量を安定させてトナー消費量の増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す側面断面図

【図2】本実施形態の画像形成装置１の画像形成部３０の概略構成を示す側面断面図

【図3】感光体ドラム３１と現像部３３の現像ローラー３３１との接触部周辺を上方から見た平面図

【図4】現像部３３における現像ローラー３３１と規制ブレード３３４との接触部分周辺の断面拡大図

【図5】現像ローラー３３１と供給ローラー３３２の当接部分の断面拡大図

【図6】本実施形態の画像形成装置１に用いられる制御経路の一例を示すブロック図

【図7】累積印刷枚数に対する現像電圧Ｖｄｃと供給電圧Ｖｓｄｃの変化量（補正量）を示すグラフ

【図8】耐久印刷試験におけるＶｓｄｃ－ＶｄｃとΔＩＤとの関係を示すグラフ

【図9】耐久印刷試験におけるＶｄｃとＩＤおよびトナー消費量との関係を示すグラフ

【図10】現像ローラー３３１の表面自由エネルギーを変化させたときの現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度（１Ｄ）との関係を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0015】

（１．画像形成装置１の全体構成）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す側面断面図である。なお、図１において右側を画像形成装置１の前側、左側を後側とする。

【0016】

画像形成装置１（ここではモノクロプリンター）は、略直方体形状の筐体構造を有する本体ハウジング１０、本体ハウジング１０内に収容される給紙部２０、画像形成部３０および定着部４０を含む。本体ハウジング１０の前面側には前カバー１１が、後面側には後カバー１２が各々備えられている。画像形成部３０および定着部４０の各ユニットは、後カバー１２が開放されることで、本体ハウジング１０の後面側から出し入れ可能となる。また、本体ハウジング１０の上面には、画像形成後のシートが排出される排紙部１３が備えられている。尚、以下の説明において、「シート」との用語は、コピー用紙、コート紙、ＯＨＰシート、厚紙、葉書、トレーシングペーパーや画像形成処理を受ける他のシート材料を意味する。

【0017】

給紙部２０は、画像形成処理が施されるシートを収容する給紙カセット２１を含む。給紙カセット２１は、その一部が本体ハウジング１０の前面から更に前方に突出している。給紙カセット２１のうち、本体ハウジング１０内に収容されている部分の上面は、給紙カセット天板２１Ｕによって覆われている。給紙カセット２１には、シートの束が収容される用紙収容空間、シートの束を給紙のためにリフトアップするリフト板等が備えられている。給紙カセット２１の後端側の上部には用紙繰出部２１Ａが設けられている。この用紙繰出部２１Ａには、給紙カセット２１内のシート束の最上層のシートを１枚ずつ繰り出すための給紙ローラー２１Ｂが配置されている。

【0018】

画像形成部３０は、給紙部２０から送り出されるシートにトナー像（現像剤像）を形成する画像形成動作を行う。画像形成部３０は、感光体ドラム３１と、感光体ドラム３１の周囲に配置された、帯電部３２、露光部３５、現像部３３および転写ローラー３４を含む。

【0019】

感光体ドラム３１（像担持体）は、回転軸と、回転軸周りに回転する外周面（ドラム本体）と、を備える。感光体ドラム３１の外周面には、例えば公知の有機（ＯＰＣ）感光体で構成され、外周面に電荷発生層、電荷輸送層等で構成される感光層が形成される。感光層は、後述する帯電部３２により均一に帯電された後、露光部３５により光照射されて帯電を減衰させた静電潜像が形成され、現像部３３により静電潜像を顕在化したトナー像が担持される。

【0020】

帯電部３２（帯電装置）は、感光体ドラム３１の外周面に対して所定の間隔を置いて配置され、感光体ドラム３１の外周面を非接触の状態で均一に帯電させる。具体的には、帯電部３２は、チャージワイヤー３２１およびグリッド電極３２２（いずれも図２参照）を有する。チャージワイヤー３２１は、感光体ドラム３１の回転軸方向に延びる線状の電極であり、感光体ドラム３１との間でコロナ放電を発生させる。グリッド電極３２２は、感光体ドラム３１の回転軸方向に延びる格子状の電極であり、チャージワイヤー３２１と感光体ドラム３１との間に配設される。帯電部３２は、チャージワイヤー３２１に所定の電流値の電流を流すことでコロナ放電を発生させ、且つ、グリッド電極３２２に所定電圧を印加することで、グリッド電極３２２に対向する感光体ドラム３１の外周面を、所定の表面電位に均一に帯電させる。

【0021】

露光部３５（露光装置）は、レーザー光源とミラーやレンズ等の光学系機器とを有し、感光体ドラム３１の外周面に、パーソナルコンピューター等の外部装置から与えられる画像データに基づき変調された光を照射する。これにより、露光部３５は、感光体ドラム３１の外周面に、画像データに基づく画像に対応する静電潜像を形成する。

【0022】

現像部３３（現像装置）は、本体ハウジング１０に着脱可能であり、感光体ドラム３１の外周面に非磁性一成分のトナー（現像剤）を供給することにより、感光体ドラム３１の外周面に形成された静電潜像を現像する。静電潜像を現像するとは、静電潜像を顕在化したトナー像（現像剤像）を形成することを示す。現像部３３の詳細な構成については後述する。

【0023】

転写ローラー３４は、感光体ドラム３１の外周面に形成されたトナー像をシート上に転写させるためのローラーである。具体的には、転写ローラー３４は、軸周りに回転し、感光体ドラム３１の回転方向における現像ローラー３３１よりも下流側の位置で、感光体ドラム３１の外周面と対向する外周面を有する。転写ローラー３４は、感光体ドラム３１の外周面との間のニップ部を通過するシートに、感光体ドラム３１の外周面に担持されているトナー像を転写する。当該転写の際、転写ローラー３４にはトナーと逆極性の転写電圧が印加される。

【0024】

定着部４０は、シートに転写されたトナー像を、シート上に定着させる定着処理を行う。定着部４０は、定着ローラー４１と加圧ローラー４２とを有する。定着ローラー４１は、加熱源を内部に備え、シートに転写されたトナーを所定温度で加熱する。加圧ローラー４２は、定着ローラー４１に対して圧接され、定着ローラー４１との間に定着ニップ部を形成する。トナー像が転写されたシートが定着ニップ部に通紙されると、トナー像は、定着ローラー４１による加熱、および加圧ローラー４２による押圧によりシート上に定着される。

【0025】

本体ハウジング１０内には、シートを搬送するための主搬送路２２Ｆおよび反転搬送路２２Ｂが備えられている。主搬送路２２Ｆは、給紙部２０の用紙繰出部２１Ａから画像形成部３０および定着部４０を経由して、本体ハウジング１０上面の排紙部１３に対向して設けられている排紙口１４まで延びている。反転搬送路２２Ｂは、シートに対して両面印刷を行う場合に、片面印刷されたシートを主搬送路２２Ｆにおける画像形成部３０の上流側に戻すための搬送路である。

【0026】

主搬送路２２Ｆは、感光体ドラム３１および転写ローラー３４によって形成される転写ニップ部を、下方から上方に向かって通過するように延設される。また、主搬送路２２Ｆの、転写ニップ部よりも上流側には、レジストローラー対２３が配置されている。シートは、レジストローラー対２３にて一旦停止され、スキュー矯正が行われた後、画像転写のための所定のタイミングで転写ニップ部に送り出される。主搬送路２２Ｆおよび反転搬送路２２Ｂの適所には、シートを搬送するための搬送ローラーが複数配置されている。排紙口１４の近傍には排紙ローラー対２４が配置されている。

【0027】

反転搬送路２２Ｂは、反転ユニット２５の外側面と、本体ハウジング１０の後カバー１２の内面との間に形成されている。尚、反転ユニット２５の内側面には、転写ローラー３４およびレジストローラー対２３の一方のローラーが搭載されている。後カバー１２および反転ユニット２５は、それらの下端に設けられた支点部１２１の軸回りに各々回動可能である。反転搬送路２２Ｂにおいてジャム（紙詰まり）が発生した場合、後カバー１２が開放される。主搬送路２２Ｆでジャムが発生した場合、或いは感光体ドラム３１のユニットや現像部３３が外部に取り出される場合には、後カバー１２に加えて反転ユニット２５も開放される。

【0028】

（２．画像形成部３０の構成）
図２は、本実施形態の画像形成装置１における画像形成部３０の断面図である。図３は、感光体ドラム３１と現像部３３の現像ローラー３３１との接触部周辺を上方から見た平面図である。図４は、現像部３３における現像ローラー３３１と規制ブレード３３４との接触部分周辺の断面拡大図である。図５は、現像ローラー３３１と供給ローラー３３２の当接部分の断面拡大図である。

【0029】

図２および図３に示すように、現像部３３は、現像ハウジング３３０（現像容器）と、現像ローラー３３１（現像剤担持体）と、供給ローラー３３２と、攪拌パドル３３３と、規制ブレード３３４と、を備える。

【0030】

現像ハウジング３３０は、内部にトナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容すると共に、現像ローラー３３１、供給ローラー３３２、規制ブレード３３４等を収容する。現像ハウジング３３０は、攪拌された状態の現像剤（トナー）を収容する攪拌室３３５を備える。攪拌室３３５には攪拌パドル３３３が配置される。攪拌パドル３３３は、攪拌室３３５内のトナーを攪拌する。

【0031】

現像ローラー３３１は、回転軸３３１ａと、ローラー部３３１ｂを備える。回転軸３３１ａは、現像ハウジング３３０の軸受部（不図示）に回転可能に支持される。ローラー部３３１ｂは、回転軸３３１ａの外周面に積層される円筒状の部材であり、基材ゴム（例えばシリコーンゴム）の表面にウレタン等の凹凸のあるコーティング材によってコート層を積層した構成である。ローラー部３３１ｂは、回転軸３３１ａの回転に伴って回転軸３３１ａと一体的に回転する。ローラー部３３１ｂの表面には、所定厚さのトナー層（現像剤層）が形成される。トナー層は、後述する規制ブレード３３４により層厚が規制（所定厚さに均一に調整）される。トナー層は、規制ブレード３３４との当接により生じる静電気により帯電する。

【0032】

現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１と対向する位置において、感光体ドラム３１の回転方向（図２の時計回り方向）における上流側から下流側に向かう方向（図２の反時計回り方向）に回転する。つまり、現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１と対向する位置では、感光体ドラム３１と同方向に回転する。

【0033】

供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１に対向して配置される。供給ローラー３３２は、攪拌室３３５に収容された現像剤を外周面に保持する。また、供給ローラー３３２は、外周面に保持した現像剤を現像ローラー３３１に供給する。

【0034】

供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１と対向する位置において、現像ローラー３３１の回転方向（図２の反時計回り方向）における下流側から上流側に向かう方向（図２の反時計回り方向）に回転する。つまり、供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１と対向する位置では、現像ローラー３３１と逆方向に回転する。供給ローラー３３２から現像ローラー３３１にトナーを移動させるために、供給ローラー３３２に所定の供給電圧（直流電圧）が印加される。

【0035】

現像ローラー３３１は、供給ローラー３３２から現像剤の供給を受けると共に、外周面にトナー層を保持する。そして、現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１に現像剤を供給する。現像ローラー３３１および供給ローラー３３２の軸方向（図２の紙面と直交する方向）の長さは、感光体ドラム３１の軸方向長さと略同一である。現像ローラー３３１から感光体ドラム３１にトナーを移動させるために、現像ローラー３３１に所定の現像電圧（直流電圧）が印加される。

【0036】

画像形成部３０には、現像ハウジング３３０を挟んで感光体ドラム３１と反対側（図２の右下側、図３の下側）に、押圧部材３６１と押圧バネ３６２から成る押圧機構３６が配置されている。押圧機構３６は、現像ハウジング３３０の長手方向の２箇所（感光体ドラム３１の軸方向中央からそれぞれ８５ｍｍの位置）に配置されている。画像形成部３０に現像部３３を装着すると、現像ハウジング３３０に押圧部材３６１が圧接されて感光体ドラム３１に近づく方向（図２の左上方向、図３の上方向）に押圧され、現像ローラー３３１が感光体ドラム３１に所定の押圧力で押圧される。なお、現像部３３および感光体ドラム３１には現像ローラー３３１と感光体ドラム３１との間の距離を規制する機構、即ち、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力を規制する機構は存在しない。

【0037】

規制ブレード３３４は、金属製の薄板状の部材である。規制ブレード３３４は、基端部３３４ａが現像ハウジング３３０に固定され、先端部３３４ｂが自由端となるよう構成される。規制ブレード３３４は、感光体ドラム３１と現像ローラー３３１とが対向する位置よりも現像ローラー３３１の回転方向における上流側の位置で現像ローラー３３１の外周面に接触する。

【0038】

規制ブレード３３４は撓み変形可能であり、現像ローラー３３１の周方向において規制ブレード３３４と現像ローラー３３１の接触部分（ニップ）が存在する。規制ブレード３３４は、所定の規制圧およびニップ幅Ｗで現像ローラー３３１（ローラー部３３１ｂ）の外周面に当接する。

【0039】

規制ブレード３３４の材質は、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）であり、本実施形態では自由長を１０ｍｍとしている。規制ブレード３３４の先端部３３４ｂには曲げ加工が施され、湾曲部分３３４ｃが形成される。この湾曲部分３３４ｃが現像ローラー３３１の外周面に当接する。湾曲部分３３４ｃの曲率半径は０．１ｍｍ以上である。

【0040】

図４に示すように、規制ブレード３３４が一定の規制圧（接触線圧）で現像ローラー３３１に当接するので、現像ローラー３３１の外周面に担持されたトナー層が均一な厚さに調整される。これにより、規制ブレード３３４は、現像ローラー３３１の外周面トナーの量を規制する。また、規制ブレード３３４は、現像ローラー３３１の外周面に担持されたトナーを摩擦することで、トナーを帯電させる。規制ブレード３３４の現像ローラー３３１に対する接触線圧とは、規制ブレード３３４と現像ローラー３３１の外周面との接触位置における規制ブレード３３４の単位長さ当たりの接触圧である。

【0041】

図５に示すように、現像ローラー３３１と供給ローラー３３２の当接部分（ニップ部）では現像ローラー３３１が供給ローラー３３２に喰い込んだ構成となっている。また、現像ローラー３３１の回転方向に対しニップ部の下流側（図５の右上側）にはトナー溜まりＴが形成されている。

【0042】

現像ローラー３３１と供給ローラー３３２がニップ部で線接触していると、トナー溜まりＴが形成されずトナー供給性が著しく低下することが知られている。そこで、現像ローラー３３１と供給ローラー３３２が適度な喰い込み量になるように現像ローラー３３１と供給ローラー３３２の軸間距離、直径および硬度を設計する必要がある。現像ローラー３３１は感光体ドラム３１という硬い部材と接触するためアスカーＣ硬度で５０～８０程度に設計する。そのため、現像ローラー３３１が供給ローラー３３２に喰い込んだ構成にするためには、供給ローラー３３２の硬度を現像ローラー３３１より下げる必要がある。

【0043】

供給ローラー３３２と現像ローラー３３１との間に電位差を発生させることで、電界エネルギーやファンデルワールス力により供給ローラー３３２から現像ローラー３３１へトナーが供給される。ここで、供給ローラー３３２と現像ローラー３３１の抵抗値が高い場合、実効電界が小さくなり、トナー供給性能が低下する。トナーの帯電量を維持し、感光体ドラム３１への現像性を担保するためには、現像ローラー３３１の抵抗値は１×１０^５Ω～１×１０^９Ω程度が望ましい。即ち、現像ローラー３３１の抵抗値の範囲内で、トナー供給性を担保できる実効電界とするためには、供給ローラー３３２の抵抗値が１×１０^２Ω以上、１×１０^４Ω以下である必要がある。ベタ画像の濃度追随性（画像の先端と後端の濃度差がないこと）を向上させるためには、供給ローラー３３２を現像ローラー３３１に押圧する力である圧縮荷重を最適な範囲にすることも重要である。

【0044】

（３．画像形成装置１の制御経路）
図６は、本実施形態の画像形成装置１に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

【0045】

メインモーター５０は、制御部９０からの出力信号により給紙ローラー２１Ｂ、感光体ドラム３１、現像部３３内の現像ローラー３３１、供給ローラー３３２、攪拌パドル３３３、定着部４０内の定着ローラー４１等を所定の回転速度で回転駆動する。

【0046】

電圧制御回路５１は、帯電電圧電源５２、現像電圧電源５３、転写電圧電源５４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させる。電圧制御回路５１からの制御信号によって、帯電電圧電源５２は帯電部３２内のチャージワイヤー３２１に帯電電圧を印加する。現像電圧電源５３は現像部３３内の現像ローラー３３１に現像電圧を印加し、供給ローラー３３２に供給電圧を印加する。転写電圧電源５４は転写ローラー３４に転写電圧を印加する。

【0047】

画像入力部６０は、画像形成装置１にパソコン等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部６０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

【0048】

機内温湿度センサー６１は、画像形成装置１内部の温度および湿度、特に現像部３３周辺の温度および湿度を検知するものであり、画像形成部３０の近傍に配置される。

【0049】

操作部７０には、液晶表示部７１、各種の状態を示すＬＥＤ７２が設けられており、画像形成装置１の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したりするようになっている。画像形成装置１の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。

【0050】

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き可能な記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、画像形成装置１内の各装置に制御信号を送信したり操作部７０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。

【0051】

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。

【0052】

一時記憶部９４は、パソコン等から送信される画像データを受信する画像入力部６０より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター９５は、印刷枚数を累積してカウントする。

【0053】

また、制御部９０は、画像形成装置１における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部３０、定着部４０、メインモーター５０、電圧制御回路５１、画像入力部６０、操作部７０等が挙げられる。

【0054】

（４．現像電圧および供給電圧の可変制御）
以下、本実施形態の画像形成装置１の特徴部分である、現像ローラー３３１に印加する現像電圧および供給ローラー３３２に印加する供給電圧の可変制御について説明する。耐久印刷によって現像部３３内のトナーの劣化、消費が進むと、トナーの流動性が変化し、供給ローラー３３２から現像ローラー３３１へのトナー供給量が減少する。その結果、ベタ画像において濃度追随性の低下や濃度ムラが発生する。

【0055】

一方、供給ローラー３３２から現像ローラー３３１へのトナー供給量が多すぎると、現像部３３内のトナー消費量が増加する。その結果、予め設定された現像部３３の寿命（現像部３３内のトナーが無くなるまでの期間）を達成できない。

【0056】

そこで、本実施形態の画像形成装置１では、現像部３３の使用開始からの累積駆動時間（累積印刷枚数）に応じて現像電圧および供給電圧の可変制御を行うことで、現像部３３のトナー消費量を一定に維持しつつ、ベタ画像において濃度追随性の低下や濃度ムラの発生を抑制する。以下、現像電圧および供給電圧の可変制御について詳細に説明する。

【0057】

先ず、現像電圧および供給電圧を変化させて耐久印刷試験を行い、現像電圧および供給電圧の可変制御による濃度追随性の低下や濃度ムラの抑制効果、現像部３３のトナー消費量の安定化効果を検証した。試験機として、図１に示したような画像形成装置１（京セラドキュメントソリューションズ社製）を用いた。

【0058】

現像ローラー３３１は、基材層として層厚３．５ｍｍのシリコーンゴム層にウレタンコーティグを施した外径１３ｍｍ、軸方向長さ２３２ｍｍ、抵抗値７．１［ｌｏｇΩ］のローラー部３３１ｂと、シャフト径６ｍｍの回転軸３３１ａとを有し、アスカーＣ硬度が５５°であるローラー（ＮＩＣＫ社製）を用い、現像ローラー３３１の線速を１９５ｍｍ／ｓｅｃとした。アスカーＣ硬度は定圧荷重器（ＣＬ－１５０、高分子計器社製）を用いて測定した。抵抗値は現像ローラー３３１を金属ローラーに接触させて回転させ、１００Ｖの直流電圧を印加して測定した。

【0059】

感光体ドラム３１は、外径２４ｍｍ、感光層膜厚２２μｍの正帯電単層ＯＰＣ感光体ドラム（京セラドキュメントソリューションズ社製）を用いた。

【0060】

図７は、耐久印刷試験において用いる、累積印刷枚数に対する現像電圧Ｖｄｃと供給電圧Ｖｓｄｃの変化量（補正量）を示すグラフである。図７では、現像部３３の寿命の目標値が１５００枚である場合の現像電圧Ｖｄｃ（実線）と供給電圧Ｖｓｄｃ（破線）の補正を示している。より詳細には、耐久初期の供給電圧Ｖｓｄｃを４００Ｖとし、１５００枚印刷後の供給電圧Ｖｓｄｃの最大変化幅（ΔＶｓｄｃ）が０Ｖ、２５Ｖ、５０Ｖ、１００Ｖである場合を示した。同様に、耐久初期の現像電圧Ｖｄｃを３００Ｖとし、１５００枚印刷後の現像電圧Ｖｄｃの最大変化幅（ΔＶｄｃ）が０Ｖ、２５Ｖ、５０Ｖ、１００Ｖである場合を示した。

【0061】

図７に示すように、耐久初期の供給電圧Ｖｓｄｃは４００Ｖ、現像電圧Ｖｄｃは３００Ｖ、電位差ΔＶ（Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃ）は１００Ｖである。初期から２５０枚（現像部３３の寿命の１６％）までは、トナーは初期性能が維持できているため、ベタ画像の濃度追随性はほとんど変化しない。そのため、供給電圧Ｖｓｄｃは一定に維持され、現像電圧Ｖｄｃも変化しない。

【0062】

２５０枚以降は、現像部３３内のトナーの劣化や消費が進み、トナー流動性が変化する。そのため、累積印刷枚数が増加するにつれて供給電圧Ｖｓｄｃを高くして現像ローラー３３１へのトナー供給量を増加させる。また、感光体ドラム３１へのトナー供給量（現像量）を一定にするために、累積印刷枚数が増加するにつれて現像電圧Ｖｄｃを低くする。

【0063】

試験方法としては、テスト画像としてＩＳＯ／ＩＥＣ１９７５２に規定された標準データをＡ４サイズで出力した。そして、図７に示したように供給電圧Ｖｄｃと現像電圧Ｖｄｃを変化させてテスト画像を１５００枚印刷したときの濃度追随性、濃度維持性、トナー消費量を比較した。

【0064】

濃度追随性は、画像の先端と後端の濃度ムラ（ΔＩＤ）がΔＩＤ＜０．２（濃度ムラと認識できるレベル）を満たす場合を○、ΔＩＤ≧０．２である場合を×とした。濃度維持性は、画像濃度（ＩＤ）がＩＤ≧１．２（濃度低下が認識できるレベル）を満たす場合を○、ＩＤ＜１．２である場合を×とした。トナー消費量は、テスト画像１枚当たりのトナー消費量が２０ｍｇ／枚以下である場合を○、２０ｍｇ／枚を超える場合を×とした。結果を表１に示す。

【0065】

【表1】

【0066】

表１から明らかなように、ベタ画像の濃度追随性は、供給電圧Ｖｓｄｃと現像電圧Ｖｄｃとの電位差（Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃ）が、（Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃ）≧１７５［Ｖ］を満たさないと、１５００枚印刷したときに濃度ムラの規格であるΔＩＤ＜０．２を満足できないことが確認された。Ｖｓｄｃ－ＶｄｃとΔＩＤとの関係を図８に示す。図８のドット領域は濃度追随性がΔＩＤ＜０．２を満たさない範囲である。

【0067】

また、濃度維持性は、現像電圧ＶｄｃがＶｄｃ≧２５０［Ｖ］を満たさないと、濃度の規格であるＩＤ≧１．２を満足できないことが確認された。さらに、トナー消費量は、現像電圧ＶｄｃがＶｄｃ≦２７５［Ｖ］を満たさないと、現状のトナー消費量である２０ｍｇ／枚以下を満足できないことが確認された。ＶｄｃとＩＤおよびトナー消費量との関係を図９に示す。図９のドット領域は濃度維持性がＩＤ＜１．２を満たさない範囲であり、斜線領域はトナー消費量が２０ｍｇ／枚以下を満たさない範囲である。

【0068】

即ち、ベタ画像の濃度追随性、濃度維持性、およびトナー消費量の全てについて規格を満足させるためには、（Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃ）≧１７５、２５０≦Ｖｄｃ≦２７５を満たすように供給電圧Ｖｓｄｃと現像電圧Ｖｄｃを設定（表１のハッチング領域）することが必要である。

【0069】

濃度追随性を満足させるために電位差（Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃ）を１７５Ｖに調整しながら現像部３３の寿命を通じて濃度維持性、トナー消費量を満足させるためには、図７に示すように供給電圧Ｖｓｄｃの最大変化量ΔＶｓｄｃと、現像電圧Ｖｄｃの最大変化量ΔＶｄｃを累積印刷枚数に応じて変化させる必要があり、それぞれの電圧の変化量（傾き）の絶対値｜ΔＶｓｄｃ｜、｜ΔＶｄｃ｜が｜ΔＶｓｄｃ｜≧｜ΔＶｄｃ｜の関係を満たすように（図７のハッチング領域）調整しないと成立しないことが確認された。この理由は、以下のように考えられる。

【0070】

電位差（Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃ）を大きくしていくと、現像ローラー３３１上のトナー搬送量が上昇する。ここで、電位差（Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃ）を大きくする前と同一の現像電圧Ｖｄｃを印加すると、感光体ドラム３１上へのトナー移動量（現像量）が増加する。そこで、トナー搬送量が増加した分だけ現像電圧Ｖｄｃを下げることで感光体ドラム３１上へ移動するトナー量を安定させる必要がある。現像電圧Ｖｄｃの方が供給電圧Ｖｓｄｃよりも感光体ドラム３１への現像性に対する感度が高いため、現像電圧Ｖｄｃの変化量｜ΔＶｄｃ｜を供給電圧Ｖｓｄｃの変化量｜ΔＶｓｄｃ｜以下とする必要がある。

【0071】

以上の結果より、供給電圧Ｖｓｄｃと現像電圧Ｖｄｃの電位差（Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃ）を累積印刷枚数に応じて大きくすることでベタ画像の濃度追随性を向上させることができる。また、供給電圧Ｖｓｄｃを大きくするときは現像電圧Ｖｄｃを小さくするとともに、供給電圧の変化幅の絶対値｜ΔＶｓｄｃ｜と現像電圧の変化幅の絶対値｜ΔＶｄｃ｜が｜ΔＶｓｄｃ｜≧｜ΔＶｄｃ｜を満たすようにする。これにより、供給ローラー３３２から現像ローラー３３１へのトナー供給量を増加させて濃度維持性を向上しつつ、現像ローラー３３１から感光体ドラム３１上へ移動するトナー量を安定させてトナー消費量の増加を抑制することができる。

【0072】

また、トナーの流動性が変動し難い現像部３３の使用開始時には供給電圧Ｖｓｄｃおよび現像電圧Ｖｄｃを変化させず、現像部３３の寿命の１６％に到達した時点から供給電圧Ｖｓｄｃと現像電圧Ｖｄｃの電位差（Ｖｓｄｃ－Ｖｄｃ）を累積印刷枚数に応じて大きくする。これにより、現像部３３の使用初期における不必要な電圧制御を省略して制御を簡素化するとともに、供給ローラー３３２から現像ローラー３３１へのトナー供給量が不必要に増加することによるトナー消費量の増加を抑制することができる。

【0073】

現像部３３の寿命は現像ハウジング３３０内に収容されるトナー量によって変化し、現像ハウジング３３０内のトナー収容量が多くなるほど現像部３３の寿命が長くなる。ここで、トナー収容量が多くなるほどトナーの劣化は進行し難くなる。即ち、トナー収容量が多くなるほどトナー劣化が抑制され、ベタ画像の濃度追随性、濃度維持性、およびトナー消費量が規格を満たさなくなる累積印刷枚数も増加する。従って、現像部３３の寿命の長さ（トナー収容量）に係わらず、現像部３３の寿命の１６％以降で現像電圧Ｖｄｃおよび供給電圧Ｖｓｄｃの可変制御を実行することでベタ画像の濃度追随性、濃度維持性、およびトナー消費量の規格を満たすことができる。例えば、現像部３３の寿命の目標値が３０００枚である場合は、現像電圧Ｖｄｃおよび供給電圧Ｖｓｄｃの可変制御を累積印刷枚数４８０枚以降で実行すればよい。

【0074】

（５．その他の構成）
図１０は、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーを変化させたときの現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度（１Ｄ）との関係を示すグラフである。表面自由エネルギー（surface free energy）とは、固体における液体での表面張力に当たるもので、固体の表面自体がもつ分子のエネルギーのことである。図１０において、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが１２ｍＪ／ｍ^２の場合を◇のデータ系列、２１ｍＪ／ｍ^２の場合を□のデータ系列、３０ｍＪ／ｍ^２の場合を△のデータ系列で示している。

【0075】

図１０に示すように、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが高くなるほど現像電圧の使用可能領域ＯＷは狭くなる傾向にある。これは、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが高くなるにつれてハーフトーン画像の白抜けが発生する現像ローラー３３１の押圧力の上限値が低下するためである。現像ローラー３３１の表面自由エネルギーは５ｍｊ／ｍ^２以上２７ｍｊ／ｍ^２以下が好ましい。

【0076】

また、規制ブレード３３４によって規制されるトナーの量は、現像ローラー３３１の外周面の接触面積率によっても変化する。現像ローラー３３１の外周面の接触面積率とは、現像ローラー３３１の外周面の面積に対する当該外周面における凹部（非接触部）を除いた領域の面積の占める割合である。つまり、現像ローラー３３１の周面の接触面積率は、現像ローラー３３１の外周面と規制ブレード３３４との見掛け上の接触面積に対する、真の接触面積を表すものである。接触面積率は４．５～１０％が好ましく、６～８％がより好ましい。

【0077】

規制ブレード３３４の規制圧は１０～６０Ｎ／ｍが好ましく、１５～２５Ｎ／ｍがより好ましい。なお、現像ローラー３３１の製法は特に限定されず、現像ローラー３３１の表面粗さは粒子を含むコート層をコーティングして調整してもよいし、研磨のみで粗さを調整してもよい。

【0078】

また、本実施形態では粉砕法により製造されたトナー（粉砕トナー）、重合法により製造されたトナー（重合トナー）の両方を使用することができる。重合トナーは円形度が高い真球形状のため付着力が低く、現像性が良いため使用可能領域ＯＷが広い。そのため、本発明は重合トナーに比べて低コストである粉砕トナーを用いる非磁性一成分現像方式において特に有効である。

【0079】

また、本実施形態では中心粒径が６．０～８．０μｍのトナーで良好な結果が得られることを確認している。中心粒径の範囲の選択理由は、中心粒径が６．０μｍより小さくなるとトナーの製造コストアップにつながり、８．０μｍより大きいとトナー消費量が増えて定着性が悪化し、好ましくないためである。

【0080】

また、本実施形態では円形度が０．９３～０．９７のトナーで良好な結果が得られることを確認している。円形度が０．９３以下の場合は画像品質が低下する傾向にある。円形度が０．９７以上である場合は製造コストが大幅にアップするため、それぞれ好ましくない。

【0081】

また、本実施形態では９０℃における溶融粘度が１００，０００Ｐａ・ｓ以下のトナーで良好な結果が得られることを確認している。９０℃における溶融粘度が１００，０００Ｐａ・ｓを超える場合はトナーの定着性が悪くなるため、省エネルギーの観点から好ましくない。

【0082】

また、感光体ドラム３１と現像ローラー３３１の線速差は１．１～１．６倍（現像ローラー３３１のほうが感光体ドラム３１よりも表面速度が速い）の範囲で同様の結果が得られることを確認している。線速差が１．１倍より小さくなると白紙部にトナーが付着するカブリが発生するため好ましくない。一方、線速差が１．６倍以上では現像部３３の駆動トルクや振動、トナーの機械的ストレスが増加するため、装置の寿命の観点から好ましくない。

【0083】

また、感光体ドラム３１の表面電位Ｖ０は５００～８００Ｖ、露光後電位ＶＬは７０～２００Ｖの範囲で同様の結果が得られることを確認している。

【0084】

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、画像形成装置１の例として、モノクロプリンターについて説明したが、例えば、タンデム方式やロータリー式のカラープリンターにも適用できる。また、複写機、ファクシミリ或いはこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置にも適用できる。ただし、感光体ドラム３１と、非磁性一成分現像方式の現像部３３を備える必要はある。

【0085】

また、上記実施形態における感光体ドラム３１は、支持体として円筒状の素管を利用したが、他の形状の支持体を利用しても良い。他の形状としては、板状、無端ベルト状であってもよい。また、上記実施形態における感光体ドラム３１は、感光層としてアモルファスシリコンを利用したが、例えば、支持体からの電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層を有しても良い。

【産業上の利用可能性】

【0086】

本発明は、非磁性トナーを用いた非磁性一成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、非磁性一成分現像方式における画像の白抜けやクリーニング不良を効果的に抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

【符号の説明】

【0087】

１ 画像形成装置
３０ 画像形成部
３１ 感光体ドラム（像担持体）
３２ 帯電部（帯電装置）
３３ 現像部（現像装置）
３３０ 現像ハウジング（現像容器）
３３１ 現像ローラー（現像剤担持体）
３３２ 供給ローラー（トナー供給部材）
３３４ 規制ブレード
３５ 露光部（露光装置）
９０ 制御部
９５ カウンター（印刷枚数カウント部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】