JP7171423B2

JP7171423B2 - 画像形成装置

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Inventors: 淳三浦; 友紀山本; 隆平松; 正典田中
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Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置に関するものである。

複写機やレーザビームプリンタなどの画像形成装置は、帯電手段によって均一に帯電された電子写真感光体（感光ドラム）上に、画像データに対応した光を照射して静電像（潜像）を形成する。そして、この静電像に対して、現像装置から記録材料である現像剤のトナーを供給して、トナー像として顕像化する。このトナー像は、転写装置によって感光ドラムから記録紙などの記録材へ転写する。このトナー像を、定着装置で記録材上に定着することで記録画像が形成される。

感光ドラムへの現像を行う現像装置には、現像剤を収納する現像剤容器の開口を閉塞し、一部を露出して配置されるローラ状の現像剤担持体と、現像剤担持体の表面に当接して現像剤担持体が搬送する現像剤を一定量にする現像剤規制部材と、が設けられる。現像剤容器の開口の閉塞には、可撓性を有する封止シートが用いられる。現像剤担持体表面に付着した現像剤は、現像剤担持体の回転に伴い現像剤規制部材を通過する際、現像剤担持体の表面からその余剰分が除去されて現像剤容器内に戻される。それと共に、現像剤規制部材から摩擦電荷が与えられるとともに、現像剤担持体上に薄層として形成される。摩擦電荷を有した現像剤は、現像剤担持体が現像剤容器から露出する部分において、現像剤担持体と対向して回転する感光ドラムの表面に予め形成された静電潜像上へ移動する。

現像装置において、薄層化された現像剤の摩擦電荷が不十分である場合、現像剤は、現像剤担持体との鏡映力（付着力）よりも、封止シートとの摩擦力の方が勝り、現像剤担持体から掻き落とされることでボタ落ちと呼ばれる現象が発生する場合がある。ボタ落ちが発生すると、本来、現像容器内に戻されるべき現像剤が感光ドラムや記録材上に落下することにより画像弊害を引き起こすことがある。そこで、現像剤に十分な摩擦電荷を与える方法として、特許文献１には現像剤規制部材と現像剤担持体との間に電位差を設ける方法が記載されている。

特許第５００７５５９号公報

しかしながら、感光ドラムの表面を帯電する帯電部材に印加するための電圧と現像剤規制部材に印加する電圧を出力する電源回路を共通化した構成において、以下のような課題があった。ボタ落ちを抑制するため、現像剤規制部材に電圧を印加し、現像剤規制部材と現像剤担持体との間に電位差を設ける必要がある。帯電電圧と現像剤規制部材に印加する電圧を出力する電源回路を共通化した構成においては、現像剤規制部材に電圧を印加するためには帯電電圧を印加しなければならない。しかし、非画像形成時には、画像形成を行わないために帯電電圧を印加する必要が無いため、帯電電圧を出力する電源回路と共通化している現像剤規制部材の電圧が出力されず、現像剤の摩擦電荷不足によるボタ落ちが発生する場合があった。一方、現像剤規制部材に電圧を印加するために、帯電電圧を画像形成時と同様に印加し続けると、感光ドラムが放電により劣化し、画像弊害を引き起こしてしまうおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、帯電部材と現像剤規制部材に印加する電圧を出力する電源回路を共通化した画像形成装置において、感光ドラムの放電劣化を抑制しつつ、現像剤ボタ落ちの発生を抑制することである。

この目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、記録材に画像を形成する画像形成装置であって、回転可能な感光体と、前記感光体の表面を帯電する帯電部材と、現像剤を担持して前記感光体の表面に正規極性に帯電した前記現像剤を供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面上の前記現像剤を規制する規制部材と、前記現像剤担持体を回転駆動する駆動手段と、前記帯電部材と前記規制部材と、にそれぞれ帯電電圧と規制電圧と、を印加する共通の電圧印加部であって、前記帯電電圧を変化させると前記規制電圧も変化するように構成された共通の電圧印加部と、前記駆動手段と前記電圧印加部と、を制御する制御部と、を備え、記録材に画像を形成するために前記感光体の表面に前記正規極性に帯電した前記現像剤を供給することによって現像剤像を形成する画像形成動作と、前記画像形成動作とは異なる動作であって前記感光体と前記現像剤担持体とが回転する非画像形成動作と、を実行する画像形成装置において、前記制御部は、前記現像剤担持体が回転している状態で、前記正規極性に帯電した前記現像剤に前記規制部材から前記現像剤担持体に向かう方向の静電気力が作用する向きの電位差が前記規制部材と前記現像剤担持体との間に形成されるように前記規制電圧を印加するために、前記画像形成動作時よりも前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加される前記帯電電圧の絶対値が小さくなるように前記電圧印加部を制御することを特徴とする。

本発明によると、帯電部材と現像剤規制部材に印加する電圧を出力する電源回路を共通化した画像形成装置において、感光ドラムの放電劣化を抑制しつつ、現像剤ボタ落ちの発生を抑制することができる。

実施例１における画像形成装置の構成図である。実施例１におけるプロセスカートリッジの構成図である。実施例１における制御ブロック図である。実施例１における高圧電源構成図である。実施例１における帯電電圧と現像ブレード電圧の関係図である。実施例１における画像形成時と非画像形成時の電圧の関係を示した図である。実施例１における現像電圧と現像ブレード電圧の電位差とトナーの電荷量を示した図である。実施例１における現像電圧印加時の帯電電圧と現像ブレードに印加される電圧の関係図である。実施例２における画像形成装置の構成図である。実施例２における高圧電源構成図である。実施例２における帯電電圧と現像ブレードに印加される電圧の関係図である。実施例３における画像形成時と非画像形成時の電圧の関係を示した図である。実施例３におけるクリーニング動作のフローチャート図である。実施例４における現像装置の構成図である。実施例４における画像形成装置の構成図である。実施例４における新品カートリッジ検知動作のフローチャート図である。実施例４における高圧電源構成図である。実施例４における帯電電圧と現像剤規制部材に印加される電圧の関係図である。実施例４における現像ローラ上のトナーコート量と、現像電圧と現像ブレード電圧の電位差を示した図である。実施例４における現像ローラ回転距離と現像ローラ上のトナーコート量の関係性を示す図である。実施例４における帯電電圧と現像剤規制部材に印加される電圧の関係図である。実施例４における新品カートリッジ検知動作時の電圧の関係を示した図である。実施例５における帯電電圧と現像剤規制部材に印加される電圧の関係図である。実施例５におけるカートリッジの使用寿命到達後の非画像形成時の電圧の関係を示した図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

１．画像形成装置
図１および図２を参照して、画像形成装置全体の構成について説明する。図１は本発明の実施例に係る画像形成装置１００の概略構成を断面的に示したものであり、各構成について簡略的に示している。図２は本発明の実施例に係るプロセスカートリッジの模式的断面図である。

はじめに、画像形成プロセスと各部材について説明する。図１、図２を用いて、画像形成プロセスに係わる各部材に関して画像形成プロセスの順番に則して説明する。
画像形成が始まると、感光ドラム１１は図２中矢印Ａ方向に１５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで回転し、帯電ローラ１２は感光ドラム１１の回転に従動して図２中矢印Ｂ方向に回転する。

感光体たる感光ドラム１１は、ＯＰＣ（有機光半導体）、アモルファスセレン、アモルファスシリコン等の感光材料を、アルミニウムやニッケルなどで形成された外径φ２４ｍｍのシリンダ上のドラム基体上に設けて構成したものである。本実施の形態では、感光材料の厚さは１５μｍとした。

帯電部材たる帯電ローラ１２は、導電性芯金と導電性ゴム層からなる単層ローラであって、外径φ７．５ｍｍ、体積抵抗１０^３～１０^６Ω・ｃｍである。

そして、後述する共通電源としての電圧印加部である帯電高圧７１によって、帯電ローラ１２に画像形成用である第一帯電電圧Ｖ１として－１０００Ｖの電圧を印加することで、感光ドラム１１の表面は－４６０Ｖに一様に帯電される。帯電ローラ１２にはＶｄ＋ＶｔｈからなるＤＣ（直流）電圧が印加されており、放電によって感光ドラム１上を帯電電位Ｖｄで一様に帯電する。この時のＶｄを暗部電位といい、－４６０Ｖである。Ｖｔｈは放電開始電圧であり、印加する帯電電圧が小さいときは、感光ドラム１上の表面電位は放電によっては増加しないが、放電開始電圧Ｖｔｈから放電により表面電位が増加し始める。つまり、本実施例における放電開始電圧Ｖｔｈは－５４０Ｖである。

帯電ローラ１２によって感光ドラム１１の表面を帯電した後、感光ドラム１１の表面には露光ユニット３からレーザ光９が照射される。レーザ光９が照射された感光ドラム１１の表面は明部電位であるＶｌとして－１００Ｖへと表面電位が変化し、静電潜像が形成される。図３に示したように、露光ユニット３には、コントローラ２００からインターフェース２０１を介して制御部２０２に入力し、画像処理された画像情報の時系列電気デジタル画素信号が入力する。露光ユニット３は、入力する時系列電気デジタル画素信号に対応して変調したレーザ光９を出力するレーザ出力部、回転多面鏡（ポリゴンミラー）、ｆθレンズ、反射鏡等を有しており、レーザ光９で感光ドラム１１の表面を主走査露光する。この主走査露光と、感光ドラム１１の回転による副走査により、画像情報に対応した静電潜像を形成する。

現像装置２０は感光ドラム１１の回転開始後に、感光ドラム１１から離間していた現像剤担持体としての現像ローラ２３が接離手段５０により、感光ドラム１１と当接するように移動する。接離手段５０は、図３に示した制御部２０２によって動作を制御される。

続いて、現像ローラ２３は図２中矢印Ｃ方向に、現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ２４は図２中矢印Ｄ方向に、それぞれ回転を始める。そして、現像ローラ２３用の７２から現像ローラ２３へ、現像電圧として－３００Ｖの電圧が印加されることで、感光ドラム１１上に形成された静電潜像、すなわち、上記のＶｌ部に対して現像ローラ２３によって現像剤が供給されて現像される。

現像された現像剤像は、転写ローラ４用の転写高圧７３によって＋３００Ｖが印加された転写ローラ４との電位差により、感光ドラム１１と転写ローラ４の接触部である転写部において記録媒体として記録材Ｓに転写される。転写ローラ４は、導電性芯金と感光ドラム１１への圧接部分が弾性体であるＮＢＲヒドリンゴムを主成分とした半導電性スポンジを用いており、イオン導電材を用いて抵抗調整を行っている。外径φ１２．５ｍｍで、芯金径φ６ｍｍである。また、２３℃／５０％の常温常湿環境下で２ｋＶ印加時の抵抗値は１．０～３．０×１０^８Ω、３２℃／８０％の高温高湿環境で０．５×１０^８Ω、１５℃／１０％の低温低湿環境で８．０×１０^８Ωとなり、環境による抵抗変化がある。

現像剤像が転写された記録材Ｓは、定着装置５に搬送されて、加熱かつ加圧される。これにより、記録材Ｓ上に現像剤像が定着され、その後、記録材Ｓは画像形成装置１００の外部に排出される。記録材Ｓに転写されずに感光ドラム１１上に残った現像剤は、クリーニングブレード１４によって掻き取られる。上記プロセスが繰り返されることで、連続的に画像形成が行われる。

画像形成終了後は現像ローラ２３を感光ドラム１１から接離手段５０により離間し、後回転動作を行うことで画像形成装置１００内の状態をリセットし、次に画像形成を行う際に迅速に印刷することが出来るよう備える。その際に、接離手段５０によって離間した後も現像ローラ２３が回転する構成としてもよい。つまり、現像ローラ２３が感光ドラム１１の駆動源と共通の駆動源を有することで、感光ドラム１１の回転停止と現像ローラ２３の回転停止を同期させてもよい。共通の駆動源とすることにより、画像形成装置１００のコストダウン、小型化に寄与する。

制御部２０２は画像形成装置１００の動作を制御する手段であり、各種の電気的情報信号の授受をする。また、各種のプロセス機器やセンサから入力する電気的情報信号の処理、各種のプロセス機器への指令信号の処理を行う。図３は、本実施例における画像形成装置１００の要部の概略制御態様を示すブロック図である。コントローラ２００は、ホスト装置との間で各種の電気的な情報の授受をすると共に、画像形成装置１００の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って、インターフェース２０１を介して制御部２０２で統括的に制御する。制御部２０２は、様々な演算処理を行う中心的素子であるＣＰＵ１５５、記憶素子であるＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリ１５などを有して構成される。ＲＡＭには、センサの検知結果、カウンタのカウント結果、演算結果などが格納され、ＲＯＭには制御プログラム、予め実験などにより得られたデータテーブルなどが格納されている。制御部２０２には、画像形成装置１００における各制御対象、センサ、カウンタなどが接続されている。制御部２０２は、各種の電気的情報信号の授受や、各部の駆動のタイミングなどを制御して、所定の画像形成シーケンスの制御などを行う。例えば、共通高圧７１、現像高圧７２、露光ユニット３、転写高圧７３、によって印加される電圧や露光量を制御部２０２によって制御している。

第１の電圧印加部としての共通高圧７１と第２の電圧印加部としての現像高圧７２に関しては、詳細を後述する。図１の画像形成装置１００では、制御部２０２から共通高圧７１、転写高圧７３に接続しており、現像高圧７２と露光ユニット３への接続は記載されていないが、実際には接続し、各々を制御している。そして、この画像形成装置１００は、ホスト装置からコントローラ２００に入力される電気的画像信号に基づいて、記録材Ｓに画像形成を行う。なお、ホスト装置としては、イメージリーダー、パソコン、ファクシミリ、スマートフォン等が挙げられる。

２．現像装置
次に、本発明に係る現像装置２０について、現像プロセスに係わる部分の構成について図２を用いて詳細に説明する。

現像装置２０は、感光ドラム１１との対向位置に開口部を有する現像容器２１を備えており、この現像容器２１には現像剤としてのトナー２２が収納されている。また、現像装置２０は、現像ローラ２３とトナー供給ローラ２４と、を備えている。現像ローラ２３は、感光ドラム１１上の静電潜像までトナー２２を担持しながら搬送する役割を担っている。トナー供給ローラ２４は、現像ローラ２３の表面を摺擦する発泡層を有しており、現像ローラ２３に現像容器２１内のトナー２２を供給する役割を担っている。なお、トナー供給ローラ２４は現像ローラ２３と導通しており電位を等しくしている。また、現像装置２０は、現像ローラ２３に供給したトナー２２を規制するトナー規制部材たる現像ブレード２５を備えている。現像ブレード２５は、厚さ８０μｍのＳＵＳ板が厚さ１ｍｍの支持板金に支持され一体となっている。現像ブレード２５のＳＵＳ板の先端は、２５～３５ｇ／ｃｍの圧力で現像ローラ２３と当接しており、当接の方向は、当接部に対して自由端側の先端が現像ローラ２３の回転方向上流側に位置するカウンタ方向となっている。材質、形状、当接圧はこれに限るものではない。また、トナー２２は、非磁性一成分の重合トナーであり、表面に外添剤として粒径３０ｎｍの疎水性Ｓｉを１．５ｗｔ％外添している。外添量や外添する物質はこれに限るものではない。トナー２２表面を外添剤で被膜することで、負帯電性能を向上し、かつトナー２２間に微小な間隙を設けることができ、流動性を向上させている。

画像形成時においては、現像高圧７２から現像ローラ２３に現像電圧として－３００Ｖの電圧が印加されるとともに、共通高圧７１から現像ブレード２５に－５００Ｖの電圧が印加される。現像剤規制電圧としての現像ブレード電圧に関しては詳細を後述する。本実施例においては、現像ローラ２３に対する現像ブレード２５の電位を負極性側にしておく。つまり、現像ローラ２３に印加される電圧より現像ブレード２５に印加される電圧の絶対値を大きくすることで、正規極性である負帯電性を有するトナー２２への電荷付与性が向上する。それによって、現像ローラ２３のトナーコートが安定化し、帯電量の低いトナーが現像容器２１の外部において現像ローラ２３から離れてしまうトナーボタ落ちや、白地へのトナー飛散が生じる現象であるかぶりを抑制することができる。なお、本実施例において現像高圧７２は固定電圧を出力する電源であるが、出力電圧を可変な構成としても良い。

ここで、以降の説明においては、電位や印加電圧に関し、負極性側に絶対値が大きい（例えば－４６０Ｖに対して－１０００Ｖ）ことを電位が高いと称し、負極性側に絶対値が小さい（例えば－４６０Ｖに対して－３００Ｖ）ことを電位が低いと称する。これは本実施例における負帯電性を持つトナー２２を基準として考えるためである。

また、本実施例での電圧は、アース電位（０Ｖ）との電位差として表現される。したがって、現像電圧＝－３００Ｖは、アース電位に対して、現像ローラ２３の芯金に印加された現像電圧によって、－３００Ｖの電位差を有したと解釈される。これは、帯電電圧や現像ブレード電圧、転写電圧などに関しても同様である。

３．高圧電源構成
続いて、本実施例の高圧電源構成に関して説明する。図４は、本実施例における共通高圧７１の概略構成図である。

共通高圧７１は、帯電ローラ１２と接続された帯電高圧７１ａと、現像ブレード２５と接続された現像ブレード高圧７１ｂにより電圧を出力することが可能である。帯電高圧７１ａと現像ブレード高圧７１ｂは、電源を共通とすることでコストダウン、小型化している。また、現像ブレード電圧は、帯電電圧を電圧維持素子としての抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤ１により分圧することで作成している。なお、本実施例では、現像ブレード電圧を作製するためにツェナーダイオードＺＤ１を用いたが、ツェナーダイオードＺＤ１の代わりに抵抗等を用いて分圧回路を構成しても良い。

図５を用いて、共通高圧７１の電圧出力特性について説明する。図５は、帯電電圧を変化させた際の現像ブレード電圧と現像電圧の関係を示している。現像ブレード電圧は、前述したように帯電電圧に対してツェナーダイオードＺＤ１で所定電圧に電圧をクランプするため、ある値以上（本実施例では－８００Ｖ以上）の帯電電圧が印加されている場合には－５００Ｖを印加可能である。つまり、画像形成中は帯電高圧７１ａにより第一帯電電圧Ｖ１である－１０００Ｖの帯電電圧を出力するので、現像ブレード高圧７１ｂからは－５００Ｖが出力される。画像形成中には、現像高圧７２から現像ローラ２３に－３００Ｖが印加されているため、現像ブレード２５は現像ローラ２３に対して２００Ｖ高い電位を保つことによって、トナー２２への負帯電付与性を得ている。

一方、帯電電圧がある値（本実施例では－８００Ｖ）よりも低い場合、ツェナーダイオードＺＤ１へ流れる電流が減少し、現像ブレード電圧が－５００Ｖよりも減少する。そして、帯電電圧が凡そ－４７０Ｖとなった時、現像ブレード電圧は現像電圧と等しい－３００Ｖとなり、帯電電圧が凡そ－３１０Ｖとなった時、現像ブレード電圧は－２００Ｖとなる。よって、現像電圧をＯＦＦした場合には、帯電電圧を－３１０Ｖにすることで、現像ブレード２５は現像ローラ２３に対して画像形成時と同一の電位差で、同一の負帯電付与性が得られることとなる。

４．電圧制御
図６は、画像形成装置１００の画像形成動作および後回転動作における各高圧電源の出力電圧を表した図である。

画像形成装置１００は画像形成中において、第一帯電電圧Ｖ１として－１０００Ｖを帯電ローラ１２に印加することで現像ブレード電圧を－５００Ｖに保ち、現像電圧に対する現像ブレード電圧との電位差Δを２００Ｖとしている。但し、後回転動作時では、画像形成を行わないため、現像ローラ２３や感光ドラム１１の駆動を続けることで其々の表面状態をリセットすることを目的としており、感光ドラム１１の表面電位を一定値に保つ必要は無い。そして、感光ドラム１１における帯電ローラ１２との放電をなるべく抑制する方が良い。また、現像ローラ２３は感光ドラム１１から離間しており、現像電圧を印加する必要がないため、現像電圧は通常では０Ｖとする。

そこで、本実施例では、後回転動作時を含む非画像形成時には、感光ドラム１１への放電による劣化を抑制するために、第一帯電電圧Ｖ１よりも低い第二帯電電圧Ｖ２を印加する。また、第二帯電電圧Ｖ２を－３１０Ｖとすることで、現像電圧が０Ｖの状態においても現像ブレード２５によるトナー２２への負帯電付与性は画像形成時と同様に保たれる。すなわち、現像ローラ２３と現像ブレード２５の電位差Δが２００Ｖとなる。つまり、後回転動作時に放電開始電圧よりも小さい第二帯電電圧Ｖ２を用いることで、感光ドラム１１への放電は行われなくなり、かつ現像ブレード２５によるトナー２２への負帯電性を保つことが出来る。

ここで、本実施例における現像電圧と現像ブレード電圧との電位差Δとトナー２２に付与される負帯電付与能の関係性を図７に示す。横軸に現像電圧と現像ブレード電圧との電位差Δをとり、縦軸にトナー２２の負帯電付与能を示す値である、トナー２２の電荷量を示している。トナー２２の電荷量は、現像ローラ２３の表面上に形成されたトナー２２の単位質量当たりの電荷量である。

トナー２２の電荷量の測定は、画像形成装置１００における画像形成動作を途中で強制終了し、現像ローラ２３表面にコートされたトナー２２のうち、現像ブレード２５を通過後かつ感光ドラム１１に現像する前のトナー２２を測定する。電荷量の測定器は、ファラデーケージ内にトナー２２を堰き止めるフィルター付きの吸引器を設置した機器を用い、吸引したトナーの重量と電荷量を測定することで算出した。このトナー２２の電荷量測定を、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を変化させながら測定した。

図７より、現像電圧と現像ブレード電圧に電位差Δを僅かでも設けることで、トナー２２の電荷量が増加していることが分かる。これは、現像ローラ２３と現像ブレード２５の間に電界が形成されることで、現像ブレード２５とトナー２２が接触した際に、トナー２２へ負電荷が移動することによる。また、現像電圧と現像ブレード電圧との電位差Δに対するトナー２２の電荷量の増加は、電位差が１００Ｖを越えたあたりで傾きが落ち、一定値に飽和していく。

以上の結果から、本実施例の構成においては、トナー２２への負帯電付与能を担保するためには、０Ｖより高く－１０００Ｖよりも低い電圧であれば非画像形成時の帯電電圧である第二帯電電圧Ｖ２として選択可能である。

したがって、第二帯電電圧Ｖ２の範囲は、
Ｖ１（Ｖ）＜Ｖ２（Ｖ）＜０（Ｖ）式（１）
であることが望ましい。その際には、現像電圧は０Ｖであるため、必ず現像ブレード電圧が現像電圧に比べて高い状態を保つことが出来る。さらに、
Ｖ１（Ｖ）＜Ｖ２（Ｖ）≦－３１０（Ｖ）式（２）
とすることで、非画像形成時においても、画像形成時と同様のトナー２２に対する負帯電付与能を有する構成とすることが出来る。

また、本実施例においては、後回転動作中には現像電圧をＯＦＦする例を説明したが、後回転動作中に現像電圧をＯＮする場合であっても、同様に本発明を適用可能である。特に、現像電圧を固定電圧で一定にする場合や、後述の実施例２のように現像高圧も電源共通とした場合などが挙げられる。現像電圧は、画像形成を行う際の暗部電位（Ｖｄ）と明部電位（Ｖｌ）との関係から決定される。本実施例においては、現像電圧を－３００Ｖとしているため、その場合は、図８に示すように、第二帯電電圧Ｖ２を－４７０Ｖより大きくすることで、現像ブレード電圧を現像電圧よりも高くすることができる。つまり、－４７０Ｖよりも高く－１０００Ｖよりも低い電圧を第二帯電電圧Ｖ２として選択可能である。例えば、第二帯電電圧Ｖ２として－６００Ｖを選択すれば、感光ドラム１１への放電を抑制しつつ、現像ブレード電圧を現像電圧よりも８０Ｖ高く保ち、後回転動作中も現像ブレード２５によるトナー２２への負帯電付与性を保つことができる。

本実施例における現像電圧－３００Ｖは一例であり、現像電圧を変更した場合には、図７、図８に則して第二帯電電圧Ｖ２を設定することが好ましい。例えば、現像電圧を－２００Ｖに設定した際には、第二帯電電圧Ｖ２を－３００Ｖよりも高くすると現像ブレード電圧との電位差がある状態を保つことが出来る。ここで、現像電圧を－３７０Ｖより大きく設定すると、第二帯電電圧Ｖ２を最低でも放電開始電圧（－５４０Ｖ）以上に設定しなければならない。それでも、第一帯電電圧Ｖ１よりも低い帯電電圧を選択することは出来るため、放電を抑制することが出来るが、好ましくは放電開始電圧以下の帯電電圧を選択することが出来る条件で第二帯電電圧Ｖ２を選択する方が良い。

５．現像剤ボタ落ち
図２に示すように、現像容器２１は、弾性を有するトナー封止部材たるシート部材２９が現像ローラ２３と当接することでトナー２２を内部に封止している。そのため、薄層化されたトナー２２の摩擦電荷が不十分である場合、現像ローラ２３との鏡映力よりもシート部材２９との摩擦力が勝り、トナー２２を掻き落とすことでトナー２２が現像ローラ２３から落下する。この現象をボタ落ちという。したがって、現像ローラ２３と現像ブレード２５の摺擦による摩擦電荷によってボタ落ちのレベルが異なるということである。ボタ落ちが発生すると、感光ドラム１１や記録材Ｓにトナー２２が落下し、画像弊害が発生する。

表１に、現像ローラ２３上のトナー２２の電荷量とボタ落ちの関係を示す。ボタ落ちは、図７に示した結果を測定した時と同様に、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧を変化させることでトナー２２の電荷量を変化させ、ボタ落ちの度合いを評価した。

表１に示したレベルは、○：記録材Ｓ上にトナー２２の汚れの発生無し、×：記録材Ｓ上にトナー２２汚れが発生とした。

上記検討結果より、本実施例の構成においては、トナー２２の電荷量が２０μＣ／ｇ以上あれば、トナー２２と現像ローラ２３との鏡映力が十分に確保でき、ボタ落ちが発生しないことが分かった。したがって、図７と表１の結果から、現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δは、５０Ｖ以上とすることでトナー２２の電荷量が２０μＣ／ｇとなるためにボタ落ちを好適に抑制することが出来る。

６．感光ドラムの放電による画像弊害
画像形成装置１００は、画像形成前に、現像装置２０や感光ドラム１１などを画像形成に適した状態となるように準備するために、前処理動作（所謂前回転動作）を行うのが一般的である。また、画像形成後に各所に残ったトナー２２を適切な場所へ移動させ、すぐに良好な画像形成ができる状態にリセットするために、後処理動作（所謂後回転動作）を行うのが一般的である。前回転動作および後回転動作の際は、現像ローラ２３を感光ドラム１１から離間することで、意図しないトナー２２の消費（所謂かぶり）を抑制することができる。

しかし、前回転動作や後回転動作において画像形成時と同様の帯電電圧を印加した場合、感光ドラム１１へ連続的に放電を行うため、感光ドラム１１の表層の摩耗や放電生成物の付着による劣化が進んでしまう。感光ドラム１１の表面に放電生成物が付着すると、空気中の水分と反応して画像流れが発生する可能性がある。また、感光ドラム１１表面の摩擦係数が上昇し、感光ドラム１１と当接する部材、特にクリーニングブレード１４のビビリ振動によって異音が発生する場合もある。クリーニングブレード１４の異音が発生し、そこからさらに摩擦係数が上昇するとクリーニングブレード１４が感光ドラム１１との安定な当接状態を維持することが出来ず、クリーニングブレード１４が捲れあがってしまう現象が生じる。

感光ドラム１１の放電量は、帯電電圧と感光ドラム１１の転写後電位の電位差により決定される。感光ドラム１１の転写後電位は、正極性の転写電圧を受けたことで帯電後の暗部電位Ｖｄに対して減衰される。転写後電位は、帯電後の暗部電位Ｖｄの値によらずそれほど大きく変わらないため、放電量はほぼ帯電電圧に依存する。したがって、帯電電圧を高くするほど放電の影響が大きくなるということである。

７．非画像形成動作における効果
次に、非画像形成動作を実行するにあたり、帯電電圧を変更した際の効果確認を行った。各帯電電圧値に設定した際の感光ドラム１１への放電劣化とボタ落ちの抑制効果を表２に示す。

比較例１として、非画像形成時に印加する帯電電圧を０Ｖとした場合、比較例２として、非画像形成時に印加する帯電電圧を画像形成時と同じ－１０００Ｖとした場合に関して、同様に効果を確認した。効果確認は、画像形成装置１００を用いて、画像形成動作を行い、その後の後回転動作において印加する帯電電圧を変化させて、感光ドラム１１への放電の影響と記録材Ｓへのボタ落ちのレベルを確認することによって行った。

表２に示したレベルは、○：放電、ボタ落ち発生無し、×：放電、ボタ落ち発生、とした。

比較例１では、帯電電圧を０Ｖとした場合、感光ドラム１１への放電は行われず感光ドラム１１の放電劣化を抑制することが出来るが、トナーボタ落ちが発生してしまう。これは、感光ドラム１１の表面を帯電する帯電ローラ１２に印加するための帯電電圧と現像ブレード２５に印加する現像ブレード電圧を出力する電源回路を共通化した本実施例の構成において、以下のような現象が発生していると考えられる。非画像形成時の帯電電圧を印加しない場合に、現像ブレード２５に現像ブレード電圧が印加されない。そのため、現像ブレード２５からトナー２２に電荷の供給がされず、トナー２２の摩擦電荷不足によるボタ落ちを抑制するのが困難となる。したがって、トナーボタ落ちを良化させるために、ある程度帯電電圧を印加した状態を保つことにより、現像ブレード２５と現像ローラ２３の電位差Δをとる必要がある。

一方、比較例２のように、帯電電圧を画像形成時の第一帯電電圧Ｖ１＝－１０００Ｖとすると、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δが十分に得られるので、トナーボタ落ちを抑制することが出来る。しかし、画像形成時と同様に感光ドラム１１への放電が行われるため、感光ドラム１１の放電劣化が進んでしまう。

そこで、本実施例のように、帯電電圧を第二帯電電圧Ｖ２＝－３１０Ｖにすると、感光ドラム１１への放電は行われない。その上、感光ドラム１１の放電劣化を抑制することが出来、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δも得られるので、トナーボタ落ちを抑制することができる。

本実施例において第二帯電電圧Ｖ２を－３１０Ｖとしたが、第二帯電電圧Ｖ２はこれに限らず、第一帯電電圧である－１０００Ｖよりも低く、かつ、０Ｖより高い値であればよい。しかし、第二帯電電圧Ｖ２を放電開始電圧よりも高くすると、上記のように感光ドラム１１との放電が少なからず発生してしまうので、感光ドラム１１の放電劣化を促進させてしまう。したがって、第二帯電電圧Ｖ２は、０Ｖよりも高く放電開始前電圧よりも低い電圧であればさらによい。さらに、現像ローラ２３と現像ブレード２５との電位差Δが大きい方がトナー２２の電荷量を上げることが出来るため、印加する第二帯電電圧Ｖ２は放電開始電圧に近く放電はしない範囲で高い電圧が望ましい。つまり、電位差Δを本実施例においては２００Ｖとなるように帯電電圧を選択し、放電が起こらないようにする設定とすればよい。

まとめると、本実施例の画像形成装置１００は、以下の構成を有する。回転可能な感光ドラム１１と、感光ドラム１１の表面を帯電する帯電ローラ１２を有し、帯電電圧を印加する帯電高圧７１によって、帯電ローラ１２に帯電電圧を印加することで感光ドラム１１を放電させる。そして、現像ローラ２３を駆動手段によって回転させながら正規極性である負極性のトナー２２を担持させて、現像ブレード２５によってトナー２２を規制した上で、感光ドラム１１の表面にトナー２２を供給してトナー像を現像する。その際に、帯電ローラ１２と現像ブレード２５とには共通の電圧印加部たる高圧電源７１によって電圧を印加されて現像ブレード２５と現像ローラ２３との間に電位差Δが生じることとなる。制御部２０２が駆動手段と高圧電源７１と、を制御し、正規極性に帯電したトナー２２に現像ブレード２５から現像ローラ２３に向かう方向の静電気力が作用する向きの電位差を形成させる。すなわち、現像ブレード２５の表面電位が正規極性である負極性と同極性、かつ、現像ローラ２３の表面電位より絶対値が大きくなるように高圧電源７１を制御する。そして、現像ローラ２３が回転している状態で、画像形成時に帯電ローラ１２に印加される電圧よりも画像形成以外の非画像形成時に帯電ローラ１２に印加される電圧の絶対値が小さくなるように制御する。

以上より、帯電高圧７１ａと現像ブレード高圧７１ｂを共通の電源７１で構成しても、非画像形成時において適切な帯電電圧に設定することで、放電による感光ドラム１１の劣化を抑制しつつ、現像ローラ２３からのトナーボタ落ちを抑制することができる。

本実施例における画像形成装置２００については、実施例１の画像形成装置１００と異なる点のみ述べ、同一部材には同一符号を付し、同様の部分は説明を省略する。

図９は本発明の実施例に係る画像形成装置２００の概略構成を断面的に示したものであり、各構成について簡略的に示している。

１．高圧電源構成
画像形成装置２００は図１０に示す共通高圧電源７４を有している。共通高圧７４は、帯電高圧７４ａに、電圧維持素子としての抵抗Ｒ２、ツェナーダイオードＺＤ２、ツェナーダイオードＺＤ３が接続してある。帯電高圧７４ａは帯電ローラ１２と接続され、現像ブレード高圧７４ｂは現像ブレード２５と接続され、現像高圧７４ｃは現像ローラ２３と接続されている。帯電高圧７４ａ、現像ブレード高圧７４ｂ、現像高圧７４ｃの３つの電源を共通とすることで、実施例１の構成に用いた共通高圧７１よりも更なるコストダウン、小型化を行っている。

図１１を用いて、共通高圧７４の電圧出力特性について説明する。図１１には、共通高圧７４において、帯電電圧を変化させた時の現像ブレード電圧と現像電圧の変化を示した。本実施例における共通高圧７４において、ツェナーダイオードＺＤ２とツェナーダイオードＺＤ３は、帯電電圧が－９９０Ｖよりも高い時に所望の電圧をクランプすることが出来、現像ブレード電圧は－５００Ｖ、現像電圧は－３００Ｖを保つことができる。これは、現像ブレード２５と現像ローラ２３の間には、高抵抗であるトナー２２が介在するため電流はほとんど流れず、ツェナーダイオードＺＤ２が所望のツェナー電圧を保てていることが寄与している。画像形成時には、第一帯電電圧Ｖ１として－１０００Ｖ印加されるため、現像ブレード電圧は－５００Ｖ、現像電圧は－３００Ｖとなる。この時、現像ブレード電圧は現像電圧に対して所定電位差である２００Ｖ高いため、現像ブレード２５からトナー２２への負帯電付与性が得られる。

帯電電圧が－２２０Ｖから－９９０Ｖの範囲では、ツェナーダイオードＺＤ３へ流れる電流が減少し、現像電圧が低くなる。この時、現像ブレード電圧も同様に低くなるが、ツェナーダイオードＺＤ２の電圧は保たれるため、現像ブレード電圧は現像電圧に対して２００Ｖ高い状態を保つことができる。そして、帯電電圧が－２２０Ｖの時、現像電圧は凡そ０Ｖとなり、現像ブレード電圧は－２００Ｖとなる。

２．電圧制御
続いて、共通高圧７４の電圧制御について説明する。画像形成装置２００は画像形成中において、第一帯電電圧Ｖ１として－１０００Ｖを帯電ローラ１２に印加することで現像ブレード電圧を－５００Ｖに保ち、現像電圧を－３００Ｖに保つ。これにより、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δを２００Ｖとしている。

一方、後回転動作時には、現像ローラ２３や感光ドラム１１の駆動を続けることで其々の表面状態をリセットすることを目的とし、画像形成は行わないので、感光ドラム１１の表面電位を一定値に保つ必要は無い。また、後回転時には画像形成を行わないため現像ローラ２３は感光ドラム１１から離間しており、現像電圧を印加する必要がないため、現像電圧は０Ｖに設定することができる。しかし、本実施例においては、後回転時にも帯電電圧を印加しないと、現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δを確保することが出来ない。そこで、実施例１と同様に、後回転動作時に感光ドラム１１への放電による劣化を抑制するために第一帯電電圧Ｖ１よりも絶対値が小さい第二帯電電圧Ｖ２を印加する。図１１に示したように、帯電電圧を印加することで現像ブレード電圧も印加されることから、印加する帯電電圧は絶対値が０Ｖより高く－１０００Ｖよりも低い電圧とすれば、第二帯電電圧Ｖ２として選択可能である。特に、帯電電圧が－２２０Ｖより高い領域では現像ブレードと現像電圧の電圧差Δを２００Ｖとすることが出来るため、トナー２２の負電荷付与を画像形成時と同様に促進させることが出来る。

帯電電圧と現像ブレード電圧と現像電圧を共通の電源高圧から出力する構成としても、非画像形成時に帯電ローラ１２に印加する帯電電圧を第二帯電電圧Ｖ２に設定する。それによって、放電による感光ドラム１１の劣化を抑制しつつ、トナーボタ落ちを抑制することが出来る。

本実施例においては、非画像形成時に印加する帯電電圧である第二帯電電圧Ｖ２の条件を変更する制御を行う。具体的には、帯電ローラ１２に付着したトナー２２や外添剤の清掃動作を実行する際に、第三帯電電圧Ｖ３を印加する制御を行う。本実施例では、実施例２の構成である図９に示した画像形成装置２００を用いた。ただし、実施例１の構成である図１に示した画像形成装置１００を用いても同様の効果が得られる。

１．クリーニング動作制御
はじめに、本実施例における帯電ローラ１２のクリーニング動作制御に関して説明する。画像形成装置２００によって画像形成を繰り返し行うことにより、帯電ローラ１２に付着物が付着することがある。それによって、帯電不良による画像弊害が発生してしまう。そこで、非画像形成時において、帯電ローラ１２に付着した付着物をクリーニングする必要がある。ここで、クリーニングする付着物は、クリーニングブレード１４を通過してしまったトナー２２やトナー２２の表面から離脱した外添剤である。トナー２２には負帯電性を持たせているが、トナー２２同士の接触や転写部の放電によって正規極性である負極性の反転極性（逆極性）である正極性に帯電することがあり、帯電ローラ１２には正負両極性の付着物が付着し得る。そこで、帯電ローラ１２に付着した正負両極性の付着物を取り除くクリーニング動作を実行する必要がある。クリーニング動作では、正負両極性の付着物をクリーニングするため、感光ドラム１１の表面電位に対し、帯電ローラ１２が以下の状態を有するように電圧を制御する。その状態とは、帯電ローラ１２の電位の方が高い状態（第１クリーニング動作とする）と、帯電ローラ１２の電位の方が低い状態（第２クリーニング動作とする）であり、それらの状態を其々作ることでクリーニング動作を行う。クリーニング動作は非画像形成時に行うが、本実施例の非画像形成時は、画像形成パターンに依らずに現像装置２０内部の状態をリセットし、次の画像形成において良好な画像形成が行うことが出来るように、現像ローラ２３の駆動を引き続き行う。その際には、接離手段５０によって感光ドラム１１から現像ローラ２３を離間させておく。

図１２、図１３を用いて、クリーニング動作について説明する。図１２は、クリーニング動作中の帯電側と現像側の電圧印加状態で、図１３はクリーニング動作のフローチャートである。クリーニング動作は、非画像形成時の一例として画像形成後に行われた場合に関して説明する。

まず、画像形成終了後に、第１クリーニング動作を行うために感光ドラム１１を駆動する（Ｓ１）。そして、帯電ローラ１２に第一帯電電圧Ｖ１である－１０００Ｖを印加する（Ｓ２）。感光ドラム１１に付着物を移動させるために、第一帯電電圧Ｖ１が印加された状態で所望の回転数だけ感光ドラム１１を回転させる（Ｓ３）。Ｓ３の工程の後、帯電電圧を第一帯電電圧Ｖ１よりも高い帯電電圧として－１２００Ｖへと変化させ（Ｓ４）、第１クリーニング動作を終了する（Ｓ５）。そして、第１クリーニング動作の後に第２クリーニング動作を開始する（Ｓ６）。第２クリーニング動作に入ると、帯電電圧を－１２００Ｖから第三帯電電圧Ｖ３である－５０Ｖへと切り替える（Ｓ７）。感光ドラム１１へ移動した正極性付着物は、感光ドラム１１が所定の回転数で回転駆動される（Ｓ８）と、クリーニングブレード１４で掻き取られることで感光ドラム１１から除去される。第２クリーニング動作が終了した後、帯電電圧の出力をＯＦＦし（Ｓ９）、感光ドラム１１および現像ローラ２３の駆動をＯＦＦすることで第２クリーニング動作を終了する（Ｓ１０）。それによりクリーニング動作を終了する（Ｓ１１）。

クリーニング動作の各ステップについて詳細に説明する。

Ｓ２においては、第１クリーニング動作は、帯電ローラ１２に付着した負極性の物質を感光ドラム１１へと移動させるため、感光ドラム１１の表面電位よりも帯電ローラ１２の電位を高くする必要がある。そこで、画像形成時と同じ第一帯電電圧Ｖ１である－１０００Ｖを帯電高圧７４ａによって帯電ローラ１２に印加し続けることで、帯電ローラ１２は感光ドラム１１の表面電位に対して、放電開始電圧である５４０Ｖだけ高い電位を維持する。これにより、帯電ローラ１２の表面の負極性付着物は静電気力を受けて感光ドラム１１へと移動する。

Ｓ３においては、Ｓ２によって感光ドラム１１へ移動した負極性付着物を、感光ドラム１１を回転駆動することによってクリーニングブレード１４で掻き取ることで感光ドラム１１から除去する。そのため、第１クリーニング動作は、少なくとも帯電ローラ１２の１周分の時間に加え、感光ドラム１１が帯電ローラ１２からクリーニングブレード１４まで移動する時間行うことで、帯電ローラ１２の全周をクリーニングすることができる。本実施例においては、付着物が移動する機会を十分確保するため、第１クリーニング動作において帯電高圧７４ａにより－１０００Ｖを帯電ローラ１２に印加した状態で、感光ドラム１１を５周回転させている。

Ｓ４において帯電電圧を高くすることにより、感光ドラム１１の表面電位は－６６０Ｖとなるため、前に回転させた分より高くなるが、帯電ローラ１２との電位差は５４０Ｖで変わらない。本実施例では、感光ドラム１１が１周する時間だけ帯電電圧を高くした。帯電電圧を－１２００Ｖとすることは後述する第２クリーニング動作で有効である。

Ｓ１からＳ５までのクリーニング動作中は現像ローラ２３も駆動を続けているが、帯電電圧が－１０００Ｖまたは－１２００Ｖであるため、図１１に示したように、現像ブレード電圧は－５００Ｖ、現像電圧は－３００Ｖに保たれる。よって、現像ブレード電圧は現像電圧に対して２００Ｖ高い電位を維持するため、現像ブレード２５によるトナー２２への負帯電付与性は画像形成時と同様に保たれる。

Ｓ６、Ｓ７においては、第２クリーニング動作は帯電ローラ１２に付着した正極性の物質を感光ドラム１１へと移動させるため、感光ドラム１１の表面電位よりも帯電ローラ１２の電位を低くしたい。そこで、第２クリーニング動作時に印加する帯電電圧は以下の三点を考慮する必要がある。

第一に、感光ドラム１１と帯電ローラ１２の間で発生する放電を抑制することができることである。これは、帯電ローラ１２から感光ドラム１１へ放電が起こらなくなる－５４０Ｖ未満であることが望ましい。さらに、感光ドラム１１に形成された表面と逆放電が起こらないようにしなければならない。これは、第２クリーニング動作前に、帯電電圧を－１２００Ｖに切り替えた際に感光ドラム１１の表面電位を上昇させることで、帯電ローラ１２の電位が低すぎると、逆に感光ドラム１１から帯電ローラ１２に放電が生じてしまうことを懸念している。具体的には、－１２００Ｖで帯電された帯電ローラ１２によって感光ドラム１１の表面は－６６０Ｖとなる。放電が開始される電位差が５４０Ｖ未満に設定する必要がある。これにより、帯電電圧は－１２０Ｖ以上であることが好ましい。

第二に、現像ブレード２５によるトナー２２への負帯電付与性を保つことである。これは、前述したように、現像ブレード２５と現像ローラ２３の電位差Δは図７に示したように５０Ｖより大きいことが望ましい。したがって、図１１に示したように帯電電圧は－５０Ｖよりも高いことが望ましい。しかし、図７より、現像ブレード電圧と現像電圧のΔが形成されれば帯電付与を行うことが出来ることを鑑みると、図１１から明らかなように帯電電圧が印加されていれば少なくともΔは形成される。したがって、０Ｖよりも高い帯電電圧を選択すればよい。

第三に、帯電ローラ１２に付着した正極性の物質を効率良く感光ドラム１１へ移動させることである。これは、感光ドラム１１の表面電位に対して帯電ローラ１２の電位ができる限り低いことが望ましい。以上を鑑みて、本実施例での第２クリーニング動作における帯電電圧を第三帯電電圧Ｖ３としたとき、第三帯電電圧Ｖ３の条件は、
｜Ｖ３｜＜｜Ｖ１｜式（３）
－５４０（Ｖ）≦Ｖ３（Ｖ）≦－１２０（Ｖ）式（４）
となる。その上で、第三の条件から－１２０Ｖが最も好ましいことから、本実施例では、第三の帯電電圧Ｖ３には－１２０Ｖを選択した。

このＳ６からＳ７の切り替えによって、帯電ローラ１２から感光ドラム１１への放電は行われないため、感光ドラム１１の表面電位は－６６０Ｖに保たれる。すると、感光ドラム１１の表面電位に対して、帯電ローラ１２は４４０Ｖ低い電位となるため、帯電ローラ１２表面の正極性付着物は静電気力を受けて感光ドラム１１へと移動する。第１クリーニング動作において帯電電圧を終始－１０００Ｖとした場合には、第２クリーニング動作において感光ドラム１１の表面電位（－４６０Ｖ）に対する帯電ローラ１２の電位は２４０Ｖしか低くすることが出来ない。そのため、正極性の物質を感光ドラム１１へ移動させる力が弱くなる。よって、第２クリーニング動作において、正極性の物質を効率よく感光ドラム１１へ移動させるため、第１クリーニング動作のＳ４において帯電電圧を－１０００Ｖから－１２００Ｖへと高くしている。

第２クリーニング動作も第１クリーニング動作と同様に、少なくとも帯電ローラ１２の１周分の時間に加え、感光ドラム１１が帯電ローラ１２からクリーニングブレード１４まで移動する時間分回転させる。それによって、帯電ローラ１２の全周をクリーニングすることができる。本実施例においては、付着物が移動する機会を十分に得るため、感光ドラム１１を６周させている。

尚、本実施例では、感光ドラム１１の回転時間は上記のように設定したが、帯電ローラ１２の汚れ具合などにより回転時間を変えてもよい。また、第１クリーニング動作と第２クリーニング動作の順番を入れ替えてもよい。その際には、第２クリーニング動作の開始前に感光ドラム１１の表面電位を画像形成時の帯電電圧である第一帯電電圧Ｖ１より高くしておく必要がある。また、第１クリーニング動作の状態で印加する帯電電圧を第一帯電電圧Ｖ１である－１０００Ｖ、ならびに－１２００Ｖとしたが、これに限られない。第２クリーニング動作の状態で印加する第三帯電電圧Ｖ３によって、感光ドラム１１と帯電ローラ１２の間で放電が起きず、なるべく大きな電位差を形成する帯電電圧に適宜変更することが望ましい。

また、このクリーニング動作の実行タイミングは、非画像形成時に行われればどのタイミングで実行されてもよい。例えば、画像形成終了後の後回転時だけでなく画像形成開始前の前回転時などで実行されてもよい。

３．効果確認
帯電ローラ１２のクリーニング動作において、各帯電電圧値に設定した際の感光ドラム１１への放電劣化とボタ落ちの抑制効果を表３に示す。

比較例１として、非画像形成時に印加する帯電電圧を０Ｖとした場合、比較例２として、非画像形成時に印加する帯電電圧を画像形成時と同じ－１０００Ｖとした場合に関して、同様に効果を確認した。

表３に示したレベルは、○：放電、ボタ落ち、帯電ローラクリーニング後の帯電ローラ汚れの発生無し、×：放電、ボタ落ち、帯電ローラクリーニング後の帯電ローラ汚れ発生あり、とした。

比較例１では、帯電電圧を０Ｖとした場合、感光ドラム１１への放電は行われず感光ドラム１１の放電劣化を抑制できる。そして、帯電ローラクリーニングにおいても感光ドラム１１の表面電位との電位差が大きくとれるため、帯電ローラクリーニングを良好に実行することが出来る。しかし、トナーボタ落ちが発生してしまう。

一方、比較例２では、画像形成時と同様に感光ドラム１１への放電が行われるため、感光ドラム１１の放電劣化が進んでしまう。さらに、帯電ローラクリーニングにおいて、感光ドラム１１との電位差を適切に設定することが出来ないため、クリーニングを行うことが出来ない。

また、実施例１のように、帯電電圧を第二帯電電圧Ｖ２＝－３１０Ｖにすると、感光ドラム１１への放電は行われないが、帯電ローラクリーニングにおいて、感光ドラム１１と帯電ローラ１２との電位差が小さい。したがって、帯電ローラクリーニングを好適に行うことが出来ない。

そこで、本実施例において、帯電電圧を第三帯電電圧Ｖ３＝－１２０Ｖにすると、感光ドラム１１の放電は行われず、帯電ローラクリーニングにおいて、感光ドラム１１と帯電ローラ１２との電位差を十分に取ることが出来る。したがって、帯電ローラクリーニングを好適に行うことが出来る。その上、現像ローラ２３と現像ブレード２５の電位差Δも５０Ｖ以上を維持することが出来るため、帯電ローラクリーニングを好適に行うことが出来る。

以上説明した様に、帯電電圧と現像ブレード電圧を共通の電源で構成した場合に、帯電ローラクリーニングにおいて適切な帯電電圧に設定することで、放電による感光ドラム１１の劣化を抑制しつつ、現像ローラ２３からのトナーボタ落ちを抑制することができる。

本実施例において、第２クリーニング動作における第三帯電電圧Ｖ３を適切に選定することで、感光ドラム１１への放電劣化とトナーボタ落ちを抑制しつつ、帯電ローラ１２の付着物を効率良く感光ドラム１１へ移動させることができる。

本実施例においては、実施例３と同様に、非画像形成時に印加する帯電電圧である第二帯電電圧Ｖ２の条件を変更する制御を行う。具体的には、新品状態の現像装置を検知する動作を実行する際に、帯電高圧と現像ブレード高圧と現像高圧とが共通電源である場合に実施する電圧制御において、第四帯電電圧Ｖ４を印加する。

１．現像装置
はじめに、図１４の現像装置２０の断面図を用いて、新品状態の現像装置２０の構成について説明する。

現像装置２０は、トナー収容室２７ａと現像室２７ｂを有しており、互いに連通している。新品の出荷状態においては、現像容器２１に接着されたシール部材２６によってトナー収容室２７ａと現像室２７ｂは隔離されており、トナー２２はトナー収容室２７ａのみに存在する。プロセスカートリッジ１０の使用を開始する際にシール部材２６を除去することで、トナー収容室２７ａと現像室２７ｂが一体の空間となり、トナー２２が現像ローラ２３へ到達し、トナー２２による現像が可能となる。シール部材２６を設けることで、新品の現像装置２０が出荷されてからユーザーに届けられるまでの物流工程において、現像室２７ｂの開口部の隙間からトナー２２が飛散し、ユーザーや画像形成装置本体がトナー２２で汚れることを防止している。シール部材２６は、使用前にユーザーがシール引きをして開封しても良いし、画像形成装置の電源を入れた後の現像装置２０に駆動を掛けるタイミングで自動的にシール引きを行う構成でも良い。本実施例では、ユーザーがシール引きを行う構成とした。

シール部材２６によってトナー２２の飛散を無くした一方で、未使用の状態では現像ローラ２３上にトナー２２が存在しないため、初期に現像ローラ２３を駆動させるには多大なトルクが必要となる。この状態で無理に駆動を掛けると、駆動を伝達するギア（不図示）が破損する可能性がある他、現像ローラ２３と現像ブレード２５との摩擦により現像ブレード２５が現像ローラ２３の回転方向に捲れ上がることがある。これらの問題を回避するため、本実施例においては新品の現像ローラ２３に予め粉体の潤滑剤２８を塗布している。現像ローラ２３の表面に潤滑剤２８を塗布することで、現像ブレード２５へは塗布せずとも、現像ローラ２３と現像ブレード２５との間の摩擦力を下げることができる。本実施例では、潤滑剤２８としてトナー２２を現像ローラ２３の表面に３０ｍｇを塗布したが、これは、現像ローラ２３と現像ブレード２５との間の摩擦力を下げることを目的にしており、画像形成を行うには少ない量である。なお、潤滑剤２８の材料、形状、電荷量、塗布量に関してはこれに限るものではなく、各種構成に応じて適切に選定されるべきものである。本実施例で用いられる潤滑剤２８の詳細について説明する。本実施例において、潤滑剤２８としては、流動性や環境安定性などを制御するために用いられる粉体を選択する。これらの特性を有した粉体として、例えば、樹脂粉末、すなわち、フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末などが挙げられる。または、脂肪酸金属塩、すなわち、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸鉛などが挙げられる。または、金属酸化物、すなわち、酸化亜鉛粉末、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化スズなどが挙げられる。さらに、それらシリカにシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコンオイルなどにより表面を施したものが挙げられる。

２．新品カートリッジ検知
プロセスカートリッジ１０の使用履歴検知方法について、図１５に示した画像形成装置３００を用いて説明する。

本実施例におけるプロセスカートリッジ１０は、プロセスカートリッジ１０の識別情報や、各種部材の使用履歴、画像プロセス情報等を記憶できる記憶素子としてのメモリ１５を備えている。また、画像形成装置３００内は、メモリ１５と逐次通信するための検知部たる通信手段８０を有しているため、メモリ１５のデータを読み込みこんで動作を変更することや、メモリ１５に書き込まれた使用履歴のデータ等を更新することが可能である。画像形成装置３００は通信手段８０を用いて常にプロセスカートリッジ１０の最新状態を把握することで、最適な画像形成を行うことができる。

本実施例においては、プロセスカートリッジ１０が画像形成装置３００に挿入された際に、メモリ１５のデータを通信手段８０が読み込み、使用履歴（プロセスカートリッジ１０が動作した履歴）がない場合、プロセスカートリッジ１０は新品であると判断する。
画像形成装置３００は、新品カートリッジ検知によってプロセスカートリッジ１０が新品であると判断された場合、初期設置動作を行う。

新品状態では現像ローラ２３上にトナー２２が十分にコートされていない状態であるため、トナー供給ローラ２４にトナー２２を含ませ、現像ローラ２３上にトナーを定常的に供給する事が出来るようにする。そうすることで現像ローラ２３上にトナーコートを安定して形成し続けられるようになる。

図１６を用いて、新品カートリッジ検知から初期設置動作にかけての制御フローチャートを説明する。

まず、新品カートリッジ検知を開始する（Ｓ２１）ために、画像形成装置３００の本体電源をＯＮし（Ｓ２２）、新品プロセスカートリッジ１０を挿入すると、上記の新品カートリッジ検知を行い、新品か否かを判断する（Ｓ２３）。プロセスカートリッジ１０が新品であると判断される（Ｙ）と、感光ドラム１１の駆動と現像ローラ２３の駆動を開始し（Ｓ２４）、帯電ローラ１２へ後述の第四帯電電圧Ｖ４を印加し、現像ローラ２３に－３００Ｖを印加する（Ｓ２５）。その後、トナー供給ローラ２４にトナー２２を含ませるために所定時間現像ローラ２３を回転させる（Ｓ２６）。回転させた後、新品カートリッジ検知動作を終了し（Ｓ２７）、画像形成準備に移る（Ｓ２８）。一方、Ｓ１３にてプロセスカートリッジ１０が新品ではないと判断される（Ｎ）と、直接、画像形成動作準備に移る（Ｓ２８）。

Ｓ２４～Ｓ２６において、新品であると判断されたプロセスカートリッジ１０に対しては、現像ローラ２３の駆動を開始以降３０秒間、現像装置２０の駆動を続ける。それによって、トナー供給ローラ２４にトナー２２が十分含まれ、現像ローラ２３上のコートが安定して形成できるようになる。上記プロセスを経て、現像装置２０は通常の画像形成動作が可能な状態となるため、以降のプロセスでは現像装置２０に対して通常の画像形成動作と同様の制御を行う。

なお、初期設置動作における各動作のタイミング、時間、印加電圧値に関してはこれに限るものではなく、各種構成に応じて適切に選定されるべきものである。また、必要に応じて、クリーニングブレード１４と感光ドラム１１との間の摩擦力を下げるために、現像ローラ２３と感光ドラム１１を駆動中に当接させてトナー２２の吐き出し動作を行ってもよい。

３．現像ローラへのトナーコートと電圧の関係
続いて、現像ローラ２３上のトナー２２のコート状態による電圧の影響に関して説明する。本実施例の高圧構成のように、帯電高圧７４ａと現像ブレード高圧７４ｂが共通で、現像ローラ２３上に層として形成されたトナー２２の量が通常の画像形成時に比べて少ない場合、帯電電圧を印加しても現像ブレード電圧が得られにくい場合がある。これは、現像ブレード２５と現像ローラ２３との間に介在するトナー２２の量が少ないことで、現像ブレード２５と現像ローラ２３とが接触しやすくなり、現像ローラ２３から現像ブレード２５へ直接流れる電流が増えてしまうことによる。つまり、本来流すべき電流が流れないことで、電圧降下が起きてしまうということである。

図１７は、本実施例において、現像ローラ２３から現像ブレード２５へ直接電流が流れてしまう場合の共通高圧電源７４の概略図である。共通高圧７４から電圧が出力されると、現像ローラ２３から現像ブレード２５に対して抵抗を受けながら電流が流れる。図１７では、現像ローラ２３から現像ブレード２５へ直接電荷が流れる経路を、抵抗Ｒ３と置き換えて記載している。抵抗Ｒ３の抵抗値は、現像ローラ２３と現像ブレード２５の各々の材質や形状、現像ローラ２３と現像ブレード２５との接触面積、現像ローラ２３と現像ブレード２５の間に介在するトナー２２の材質や量等により変化する。また、抵抗Ｒ３の抵抗値は、現像ローラ２３と現像ブレード２５の間に存在するトナー２２の量が多いほど大きくなる傾向にある。現像ローラ２３と現像ブレード２５の間に存在するトナー２２の量が通常の画像形成時と同程度であれば、抵抗Ｒ３の抵抗値は十分に大きくなり、抵抗Ｒ３に流れる電流値はツェナーダイオードＺＤ２に流れる電流値に対して無視できるほど小さくなる。

抵抗Ｒ３の抵抗値が低くなる場合において、帯電電圧を負極性側に変化させた際の現像ブレード電圧を図１８に破線で示す。抵抗Ｒ３に電流が流れることにより、ツェナーダイオードＺＤ２が所定の電位をクランプするのに十分な電流が得られにくくなり、現像ブレード電圧は低下する。一方、抵抗Ｒ３に電流が流れる場合においても、ツェナーダイオードＺＤ３に流れる電流は変わらないため、現像電圧に変化は生じない。この結果、抵抗Ｒ３に電流が流れる場合は、現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δが、抵抗Ｒ３が無い場合に比べて小さくなる。このため、現像ローラ２３と現像ブレード２５の電位差Δが適切に保てなくなり、トナー２２が十分コートされている通常の画像形成時と比べてトナー２２の摩擦帯電量が下がる傾向にあり、ボタ落ちが発生する可能性がある。

なお、ここで説明した、現像ローラ２３上に層として形成されたトナー２２の量が通常の画像形成時に比べて少ない場合、帯電電圧を印加しても現像ブレード電圧が得られにくい現象については、上記構成に限るものではない。例えば、ツェナーダイオードの代わりに抵抗等を用いた分圧回路でも同様の課題が発生する。

以上、本実施例では、現像ローラ２３上に層として形成されたトナー２２の量が通常の画像形成時に比べて少ない場合である新品の現像装置２０の初期設置動作時の電圧制御を特徴としている。

新品の現像装置２０は、その輸送中にトナー２２が現像容器２１内から外部に漏れ出すことを防止するべく、前述のようにトナー収容部２７ａがシール部材２６によってシールされた状態で出荷される場合がある。トナー収容部２７ａがシールされた新品現像装置２０においては、トナー収容部２７ａ内のトナー２２が現像ローラ２３の周囲に十分量供給されるまでに時間がかかる場合がある。そのため、新品現像装置２０の使用開始時には、トナー２２を現像ローラ２３の周囲に十分供給するための初期設置動作が必要となる。この初期設置動作の間において現像ブレード２５と現像ローラ２３の間に介在するトナー２２の量が少なくなることで、現像ローラ２３から現像ブレード２５へ直接電荷が流れやすくなることとなる。

続いて、現像ローラ２３のトナー２２のコート状態と電圧降下量に関して説明する。現像ローラ２３にトナーがコートされていないときには、現像ブレード２５と現像ローラ２３が直接当接することとなるため、最も電流が流れやすい。一方、初期設置動作を行い、画像形成準備が整った状態においては、現像ローラ２３と現像ブレード２５との間には、絶縁体であるトナー２２が介在するため、現像ローラ２３から現像ブレード２５に流れる電流は無視できるほど小さい。

図１９に現像ローラ２３の表面上のトナー２２のコート量と現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δの関係を示す。この時に印加する帯電電圧は画像形成時に印加される－１０００Ｖ（Ｖ１）、放電開始電圧である－５４０Ｖ、放電開始電圧以下の電圧である－１２０Ｖ（Ｖ３）の３水準で行った。トナー２２のコート量とは、現像ローラ２３の単位面積当たりのトナー２２の質量で表される。

図１９の結果から、トナー２２のコート量が０．２２ｍｇ／ｃｍ^２以上である場合に、いずれの帯電電圧においても現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δが確保できている事が分かる。したがって、最低でも現像ローラ２３上のトナー２２のコート量は０．２２ｍｇ／ｃｍ^２としたい。しかし、新品のプロセスカートリッジ１０の場合、現像ローラ２３上には塗布剤２８がコートされている状態から開始されるため、低い帯電電圧である－１２０Ｖでは、現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δを確保することが出来ない。したがって、現像ローラ２３上のトナー２２の電荷が保持されず、トナーボタ落ちの原因となり得る。一方、－１０００Ｖや－５４０Ｖにおいては、現像ローラ２３にトナー２２がコートされていない場合においても、現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δを確保することが出来ている。その後、現像ローラ２３の回転に伴って現像ローラ２３上のトナー２２のコート量が徐々に増えていくことで現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δが増加するため、トナー２２の電荷は安定する。

図２０には、初期設置状態からの現像ローラ２３の回転距離とトナー２２のコート量の関係を示した。現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δを２００Ｖとし、現像ローラ２３を回転させた。現像ローラ２３の回転距離が４４００ｍｍ以上であると、トナー２２のコート量が画像形成時のコート量と同等となった。したがって、少なくとも現像ローラ２３を４４００ｍｍ以上回転させる必要がある。本実施例の現像ローラ２３の回転速度は１７５ｍｍ／ｓｅｃであり、現像ローラ２３の外径は１０ｍｍであるため、２５ｓｅｃ回転させると十分にトナー２２がコートされる事となる。

図１９と図２０から、初期設置動作における共通電源の帯電電圧制御としては、第四帯電電圧Ｖ４として、－５４０Ｖとした。－５４０Ｖ印加させることで、感光ドラム１１の放電の影響を抑制しつつ、初期状態から最低でも５０Ｖの現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δが確保される。したがって、トナー２２のコート量が０である初期状態から５０Ｖの電位差を得ることが出来ることにより、現像ローラ２３上のトナー２２はボタ落ちしない電荷量を保持することが出来る。

４．初期設置動作における共通電源の電圧制御
前述の新品状態の現像装置２０を有するプロセスカートリッジ１０を画像形成装置３００に設置した場合、画像形成装置３００は前述の新品カートリッジ検知によりプロセスカートリッジ１０が新品であると判断し、前述の初期設置動作を行う。初期設置動作時における共通高圧７４の電圧制御について図２１および図２２を用いて説明する。

図２１は、新品状態の現像装置２０を有するプロセスカートリッジ１０において、帯電電圧を変化させた際の現像ブレード電圧と現像電圧の変化の推移を示している。

本実施例の新品状態の現像装置２０において、現像ローラ２３上に層として形成されたトナー２２の量は通常の画像形成時に比べて少ない。このため、前述したように、通常の画像形成に必要な量のトナー２２が層として形成された場合と比べて同じ帯電電圧の時に得られる現像ブレード電圧の絶対値が小さくなる傾向にある。

そして、本実施例において、現像ローラ２３にトナー２２がコートされていない状態においては、帯電電圧が－１１４０Ｖより低い範囲では、ツェナーダイオードＺＤ２が所望の電圧をクランプするのに十分な電流が流れない。したがって、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δが２００Ｖより小さくなる。そして、帯電電圧が－１００Ｖの時、現像ブレード電圧は０Ｖになる。

図２２は、画像形成装置３００の初期設置動作時における各高圧電源の出力電圧を表した図である。初期設置動作時には、実施例３に記載のクリーニング動作時と同様に画像形成は行わないので、感光ドラム１１の表面電位を一定値に保つ必要は無い。また、現像ローラ２３は感光ドラム１１から離間しており、現像電圧を印加する必要がないため、現像電圧を０Ｖとすることができる。しかし、初期設置動作時においては実施例１～３に記載の条件に比べて、現像電圧と現像ブレード電圧との電位差Δが小さくなる。このため、初期設置動作時にはクリーニング動作時に用いた第三帯電電圧Ｖ３よりも高い第四帯電電圧Ｖ４を印加することが、トナー２２の負帯電性を保つのに十分な現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δを得るために好ましい。

本実施例では、初期設置動作時に第四帯電電圧Ｖ４を－４５０Ｖとすることで、図２１の共通電源７４の特性に示すように現像ブレード電圧が－２００Ｖとなり、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δが初期から１００Ｖとなる。初期設置動作時に第四帯電電圧Ｖ４を用いることで、感光ドラム１１への放電は行われなくなり、かつ、ボタ落ちを抑制するのに十分な現像ブレード２５によるトナー２２への負帯電付与性を保つ事が出来る。

なお、本実施例において第四帯電電圧Ｖ４を－４５０Ｖとしたが、第四帯電電圧Ｖ４はこれに限るものではなく、第一帯電電圧Ｖ１である－１０００Ｖより絶対値が小さく、かつ、現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δが５０Ｖより大きく保てれば良い。つまり、本実施例の構成においては－２００Ｖより絶対値が大きく画像形成時の第一帯電電圧Ｖ１＝－１０００Ｖよりも小さい電圧であれば第四帯電電圧Ｖ４として選択可能である。しかし、感光ドラム１１の放電による劣化が懸念されるため、放電開始電圧以下の帯電電圧であることがさらに好ましい。したがって、第四帯電電圧Ｖ４は、
Ｖ１（Ｖ）＜Ｖ４（Ｖ）＜－２００（Ｖ）式（５）
好ましくは、
－５４０（Ｖ）≦Ｖ４（Ｖ）＜－２００（Ｖ）式（６）
を満たす範囲で使用されると良い。本実施例では、現像ブレード２５と現像ローラ２３の電位差Δを終始１００Ｖ以上を保つことが出来る－４５０Ｖを第四帯電電圧Ｖ４とした。さらに好適な条件として、最も現像ブレード２５と現像ローラ２３の電位差Δを確保することが出来る－５４０Ｖを第四帯電電圧Ｖ４として用いてもよい。

また、第四帯電電圧Ｖ４は初期設置動作時間内において段階的に変化させてもよい。例えば、初期設置動作の進行に従い、第四帯電電圧Ｖ４の値を下げてもよい。具体的には、図２０に示したように、現像ローラ２３上のトナーコートの変化に応じて、現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δを確保することが出来る最小の帯電電圧を印加していくように制御してもよい。

５．効果確認
初期設置動作時において、各帯電電圧値に設定した際の感光ドラム１１への放電劣化とボタ落ちの抑制効果を表４に示す。

比較例１として、トナーパージ実行時に印加する帯電電圧を０Ｖとした場合、比較例２として、トナーパージ実行時に印加する帯電電圧を画像形成時と同じ－１０００Ｖとした場合に関して、同様に効果を確認した。

比較例１では、帯電電圧を０Ｖとした場合、感光ドラム１１への放電は行われず感光ドラム１１の放電劣化を抑制できるが、現像ブレード電圧が０Ｖとなるため、トナーボタ落ちが発生してしまう。実施例３のように、第三帯電電圧Ｖ３＝－１２０Ｖとしたときも同様に、感光ドラム１１への放電は行われず感光ドラム１１の放電劣化を抑制することが出来る。しかし、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δを必要量確保することが出来ず、トナーボタ落ちを抑制することができない。

また、比較例２のように、帯電電圧を画像形成時の第一帯電電圧Ｖ１＝－１０００Ｖとすると、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δが十分に得られるので、トナーボタ落ちを抑制することが出来る。しかし、画像形成時と同様に感光ドラム１１への放電が行われるため感光ドラム１１の放電劣化が進んでしまう。

そこで、本実施例のように、帯電電圧を第四帯電電圧Ｖ４＝－４５０Ｖにすると、感光ドラム１１への放電は行われず感光ドラム１１の放電劣化を抑制できる上に、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δも得られるので、トナーボタ落ちを抑制できる。

以上説明したように、画像形成装置３００においては初期設置動作における第四帯電電圧Ｖ４を適切に選定することで、感光ドラム１１への放電劣化とトナーボタ落ちを抑制することができる。

本実施例における画像形成装置３００については、実施例４と同じ画像形成装置３００を用いた。ここでは、特に本実施例に係る点のみ述べ、同一部材には同一符号を付し、同様の部分は説明を省略する。

本実施例では、現像ローラ２３上に層として形成されたトナー２２の量が通常の画像形成時に比べて少ない状態として、現像装置２０が使用寿命に到達した場合の電圧制御を特徴としている。使用寿命到達後の現像装置２０内はトナー２２の量が少なくなり、現像ローラ２３にトナー２２が十分量供給されなくなる場合がある。このとき、現像ローラ２３上に層として形成されたトナー２２の量が通常の画像形成時に比べて少なくなり、現像ブレード２５から現像ローラ２３へ直接電荷が流れやすくなる。

１．トナー量検知
はじめに、現像容器２１内のトナー２２の量を検知する方法について説明する。本実施例では、画像形成時の画像情報（ピクセルカウント値）に基づいて、トナー２２の消費量を推測して残量検出に用いる方式を用いた。なお、トナー量検知に関してはこれに限るものではなく、既知の光学式残量検知方式や静電容量方式等を用いてもよい。

図１５に示すように、プロセスカートリッジ１０に設けられたメモリ１５は、検知部たる通信手段８０を通じて画像形成装置３００が備えたＣＰＵ１５５と通信することで、情報の読み出し及び書き込みが可能である。すなわち、本実施例においては、ＣＰＵ１５５は、制御部２０２、演算部、記憶部（ＲＯＭ）、時計などを備え、更に、通信手段８０を介して、メモリ１５への情報の読み書き機能を備えている。また、ＣＰＵ１５５は、後述するピクセルカウント（画像信号のカウント）を行うカウント手段としても機能する。

メモリ１５には、少なくとも画像形成（印刷）枚数、及び、画像形成の画像ドット（以下、ドット）を形成する個々の画像信号の積算カウント数（ピクセルカウント積算数）が記憶される。そして、記憶された画像枚数やピクセルカウント積算数から、消費（現像、使用）されたトナー２２の量を見積もることが可能となる。

ここで、ピクセルカウントとは、ドットを形成する個々の画像信号をカウントすることである。本実施例における画像形成装置３００は、一例として６００ｄｐｉ（ドット／インチ）のレーザビームプリンタである。また、レターサイズ用紙（２１６ｍｍ×２７９ｍｍ）の画像形成可能領域は２０４ｍｍ×２６９ｍｍで、ドットに換算すると４８７８ドット×６４２０ドットとなる。ホストコンピュータ（不図示）からプリント出力する画像データが電気信号として、ＣＰＵ１５５に送られてくる。画像データは、例えば、画像形成装置３００本体に備えた画像読取手段等から送られるものであっても良い。ＣＰＵ１５５でこの画像データを１走査ラインごとのビデオ信号に変換し、ビデオ信号に応じてレーザ駆動信号を作成する。そして、露光ユニット３の発光／消灯を制御して感光ドラム１１を照射する。ビデオ信号がレーザ発光させる信号となってレーザユニットへ送られる際には、水平同期信号（ＢＤ信号）が走査ラインの先頭にくる。ＢＤ信号から一定時間後にビデオ信号が送信されるので、ビデオ信号の開始位置はＢＤ信号を検知することにより確認することができる。

各領域内のドットの計数（カウント）は、一定時間ごとにゼロから計数を開始するが、計数結果はドット数記憶メモリ（不図示）に送られて、計数した領域ごとに記憶される。このようにして、各領域でのレーザ走査方向のドット数を計数することができる。また、ＢＤ信号を計数することで、走査ライン数を知ることができる。このようにして、領域ごとのドット数が計数されてドット数記憶メモリに記憶される。

ＣＰＵ１５５には、１ピクセルカウントあたりのトナー２２の使用量として３０×１０^－９（ｇ）と、新品の現像容器２１に充填されたトナー２２の量（以下、初期充填量）５０ｇと、がそれぞれ記憶してある。使用中の現像容器２１内のトナー２２の量は、記憶された初期充填量と、１ピクセルカウントあたりのトナー２２の使用量とピクセルカウンタでカウントされた累積発光ピクセル数との積算値との差から算出（取得）する。

なお、本実施例では、１ピクセルカウントあたりのトナー２２の使用量を得る手段として、あらかじめＣＰＵ１５５に記憶されている値を使用した。必要に応じて、プロセスカートリッジ１０や画像形成装置３００の使用履歴、使用環境、出力画像のパターン、プロセスカートリッジ１０や画像形成装置３００に設けられた各種検知機能の値等を用いて逐次補正をかけてもよい。

２．現像装置の使用寿命到達後における共通電源の電圧制御
現像装置２０が使用寿命に到達した後は、上述のように、使用寿命到達後の現像装置２０内はトナー２２の量が少なくなり、現像ローラ２３にトナー２２が十分量供給されなくなる場合がある。このとき、実施例４で示した初期設置動作時と同様に、帯電電圧を印加しても現像ブレード電圧が得られにくくなる。このため、現像装置２０の使用寿命到達後は通常の画像形成時とは異なる電圧制御が必要となる。

現像装置２０の使用寿命到達後における共通高圧７４の電圧制御について図２３および図２４を用いて説明する。なお、本実施例では、前述のトナー２２の残量検知を用いて、現像容器２１内のトナー２２の量が基準値である１０ｇと算出された時点で、現像装置２０が使用寿命に到達したとすることにしたが、現像装置２０の使用寿命到達の基準はこれに限るものではない。

図２３は、使用寿命到達後の現像装置を有するプロセスカートリッジ１０において、帯電電圧を変化させた際の現像ブレード電圧と現像電圧を示している。本実施例における使用寿命到達後の現像装置２０において、現像ローラ２３上に層として形成されたトナー２２の量は通常の画像形成時に比べて少ない。

通常の画像形成時のトナー２２のコート量が０．３０ｍｇ／ｃｍ^２であり、使用寿命到達後のトナー２２のコート量が０．１０ｍｇ／ｃｍ^２である。トナー２２のコート量が０．３０ｍｇ／ｃｍ^２を所定値とした場合に、所定値を下回ったトナー２２のコート量が０．１０ｍｇ／ｃｍ^２である場合には、図１９の結果から、使用寿命到達後の現像ブレード電圧は画像形成時に２０Ｖ低下することとなる。このため、前述したように、通常の画像形成に必要な量のトナー２２が層として形成された場合と比べて同じ帯電電圧の時に得られる現像ブレード電圧が小さくなる傾向にある。

本実施例においては、帯電電圧が－１０５０Ｖより小さい絶対値の範囲では、ツェナーダイオードＺＤ２が所望の電圧をクランプするために十分な電流が流れなくなり、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δが２００Ｖより小さくなる。そして、帯電電圧が－５０Ｖの時、現像ブレード電圧は０Ｖになる。この結果を実施例４の初期設置動作時と比べると、電位差Δが２００Ｖに到達する電圧で９０Ｖ、現像ブレード電圧が０Ｖに到達する電圧で５０Ｖ、の差があることが分かる。これは、初期設置動作時に比べて、本実施例の使用寿命到達後のトナー２２のコート量の方が多いことから、使用寿命到達後の方が電流の逃げが少ないことを意味している。

図２４は、画像形成装置３００の現像装置２０が使用寿命に到達した後の画像形成時と後回転時における各高圧電源の出力電圧を表した図である。現像装置２０が使用寿命に到達した後においても、非画像形成時には、前述のように帯電電圧を通常の画像形成時より小さくすることが、感光ドラム１１の放電による劣化を防ぐ点から好ましい。しかし、現像装置２０の使用寿命到達後は現像装置２０の使用寿命到達前と比べて、現像電圧と現像ブレード電圧との電位差が小さくなる。このため、現像装置２０の使用寿命到達後の非画像形成時には、第五帯電電圧Ｖ５を印加することが、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δを十分に得るために好ましい。第五帯電電圧Ｖ５は、第三帯電電圧Ｖ３より大きく、第四帯電電圧Ｖ４よりも小さいことが望ましい。これは、同じ非画像形成時において、現像ローラ２３上のトナー２２のコート状態が異なるからである。

第三帯電電圧Ｖ３を印加する帯電ローラ１２のクリーニング動作時には、現像ローラ２３上にコートされているトナー２２のコート量は画像形成時と変わらない。したがって、現像ローラ２３から現像ブレード２５に逃げる電流が無視できるほど少ない。そのため、現像ローラ２３上のトナー２２に電荷を付与するための帯電電圧を低くすることが可能となる。

一方、第四帯電電圧Ｖ４を印加する初期設置動作時には、現像ローラ２３上にコートされているトナー２２が無い。したがって、現像ローラ２３から現像ブレード２５に逃げる電流が多く、電圧降下が発生する。そのため、現像ローラ２３上のトナー２２に電荷を付与するための帯電電圧を高く設定しなければならない。

第五帯電電圧Ｖ５を印加する本実施例の使用寿命到達後においては、クリーニング動作時ほどトナー２２がコートされていないが、初期設置動作時よりはトナー２２がコートされている。したがって、第三帯電電圧Ｖ３ほど電圧を下げる事が出来ないが、第四帯電電圧Ｖ４よりは電圧を下げることが出来る。したがって、
｜Ｖ３｜＜｜Ｖ５｜≦｜Ｖ４｜式（７）
を満たすことが好ましい。

本実施例では、画像形成装置３００は画像形成中において、第一帯電電圧Ｖ１として－１０００Ｖを印加することで現像ブレード電圧を－４８０Ｖとなり、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δを１８０Ｖとしている。また、現像装置２０の使用寿命到達後の非画像形成時に印加する第五帯電電圧Ｖ５を－４００Ｖとすることで、図２３の共通高圧７４の特性が示すように、現像ブレード電圧が－１８０Ｖとなり、現像電圧が－８０Ｖとなる。これにより、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δが１００Ｖとなり、現像ローラ２３と現像ブレード２５との電位差Δを保つことが出来る。本実施例で用いたトナー２２では、現像寿命到達後においても、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δが１００Ｖあることで、トナーに対してトナーボタ落ちを抑制するために十分な負帯電付与性を保つ事が出来る。現像寿命到達後において、トナー上の外添剤量変化などにより負帯電付与性が下がるトナーを用いた場合は、トナーボタ落ちを抑制するために十分な現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δが得られるよう、適宜、第五帯電電圧Ｖ５を上げることが好ましい。

なお、本実施例において第五帯電電圧Ｖ５を－４００Ｖとしたが、第五帯電電圧Ｖ５はこれに限らず、第一帯電電圧Ｖ１である－１０００Ｖよりも絶対値が小さく、現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δが５０Ｖよりも大きく保てれば良い。つまり、図２４によれば、本実施例の構成においては－１００Ｖより大きく－１０００Ｖよりも小さい電圧であれば第五帯電電圧Ｖ５として選択可能である。しかし、感光ドラム１１の放電による劣化が懸念されるため、放電開始電圧以下の帯電電圧であることがさらに好ましい。したがって、第五帯電電圧Ｖ５は、
Ｖ１（Ｖ）＜Ｖ５（Ｖ）＜－１００（Ｖ）式（８）
好ましくは、
－５４０（Ｖ）≦Ｖ５（Ｖ）＜－１００（Ｖ）式（９）
を満たす範囲で使用されると良い。本実施例では、現像ブレード２５と現像ローラ２３の電位差Δを１００Ｖ確保することが出来る－４００Ｖを第五帯電電圧Ｖ５として用いた。

また、第五帯電電圧Ｖ５は現像装置２０の使用寿命到達後において段階的に変化させてもよい。例えば、現像装置２０の使用寿命到達後から現像装置２０の使用を継続するに従い、第五帯電電圧Ｖ５を上げてもよい。具体的には、トナー２２の残量の変化に応じて、現像ブレード電圧と現像電圧の電位差Δを確保することが出来る最小の帯電電圧を印加していくように制御する。また、現像装置２０の使用寿命到達により後回転動作時に第五帯電電圧Ｖ５を使用し始めた後は、後回転動作時には第五帯電電圧Ｖ５を使い続けることが好ましい。

３．効果確認
使用寿命到達後の非画像形成動作時において、各帯電電圧値に設定した際の感光ドラム１１への放電劣化とトナーボタ落ちの抑制効果を表５に示す。

比較例１として、トナーパージ実行時に印加する帯電電圧を０Ｖとした場合、比較例２として、トナーパージ実行時に印加する帯電電圧を画像形成時と同じ－１０００Ｖとした場合に関して、同様に効果を確認した。比較例１では、帯電電圧を０Ｖとした場合、感光ドラム１１への放電は行われず感光ドラム１１の放電劣化を抑制できるが、現像ブレード電圧が０Ｖとなるため、トナーボタ落ちが発生してしまう。実施例３のように、第三帯電電圧Ｖ３＝－１２０Ｖとしたときも同様に、感光ドラム１１への放電は行われず感光ドラム１１の放電劣化を抑制することが出来る。しかし、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δを必要量確保することができず、トナーボタ落ちがわずかに発生してしまう。

そこで、本実施例のように、帯電電圧を第四帯電電圧Ｖ５＝－４００Ｖにすると、感光ドラム１１への放電は行われず感光ドラム１１の放電劣化を抑制できる上に、現像電圧に対する現像ブレード電圧の電位差Δも得られるので、トナーボタ落ちを抑制できる。

以上説明したように、画像形成装置３００においてはカートリッジの使用寿命到達後における第五帯電電圧Ｖ５を適切に選定することで、感光ドラム１１への放電劣化とトナーボタ落ちを抑制することができる。

３露光装置
１１感光ドラム
１２帯電ローラ
２１現像容器
２２トナー
２３現像ローラ
２４トナー供給ローラ
２５トナー規制部材
１００画像形成装置

Claims

記録材に画像を形成する画像形成装置であって、
回転可能な感光体と、
前記感光体の表面を帯電する帯電部材と、
現像剤を担持して前記感光体の表面に正規極性に帯電した前記現像剤を供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の表面上の前記現像剤を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体を回転駆動する駆動手段と、
前記帯電部材と前記規制部材と、にそれぞれ帯電電圧と規制電圧と、を印加する共通の電圧印加部であって、前記帯電電圧を変化させると前記規制電圧も変化するように構成された共通の電圧印加部と、
前記駆動手段と前記電圧印加部と、を制御する制御部と、を備え、
記録材に画像を形成するために前記感光体の表面に前記正規極性に帯電した前記現像剤を供給することによって現像剤像を形成する画像形成動作と、前記画像形成動作とは異なる動作であって前記感光体と前記現像剤担持体とが回転する非画像形成動作と、を実行する画像形成装置において、
前記制御部は、前記現像剤担持体が回転している状態で、前記正規極性に帯電した前記現像剤に前記規制部材から前記現像剤担持体に向かう方向の静電気力が作用する向きの電位差が前記規制部材と前記現像剤担持体との間に形成されるように前記規制電圧を印加するために、前記画像形成動作時よりも前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加される前記帯電電圧の絶対値が小さくなるように前記電圧印加部を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記規制部材と前記現像剤担持体と、に接続される電圧維持素子を有し、
共通の前記電圧印加部から前記帯電部材に前記帯電電圧を印加することで、前記電圧維持素子が前記規制部材と前記現像剤担持体との間に形成される電位差を所定電位に維持することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
共通の前記電圧印加部は、前記現像剤担持体に現像電圧を印加する電圧印加部を兼ねることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
記録材に画像を形成する画像形成装置であって、
回転可能な感光体と、
前記感光体の表面を帯電する帯電部材と、
現像剤を担持して前記感光体の表面に正規極性に帯電した前記現像剤を供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の表面上の前記現像剤を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体を回転駆動する駆動手段と、
前記帯電部材と前記規制部材と、にそれぞれ帯電電圧と規制電圧と、を印加する共通の第１電圧印加部であって、前記帯電電圧を変化させると前記規制電圧も変化するように構成された共通の第１電圧印加部と、
前記現像剤担持体に現像電圧を印加する第２電圧印加部と、
前記駆動手段と前記第１電圧印加部と前記第２電圧印加部と、を制御する制御部と、を備え、
記録材に画像を形成するために前記感光体の表面に前記正規極性に帯電した前記現像剤を供給することによって現像剤像を形成する画像形成動作と、前記画像形成動作とは異なる動作であって前記感光体と前記現像剤担持体とが回転する非画像形成動作と、を実行する画像形成装置において、
前記制御部は、前記現像剤担持体が回転している状態で、前記正規極性に帯電した前記現像剤に前記規制部材から前記現像剤担持体に向かう方向の静電気力が作用する向きの電位差が前記規制部材と前記現像剤担持体との間に形成されるように前記規制電圧を印加するために、前記画像形成動作時よりも前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加される前記帯電電圧の絶対値が小さくなるように前記第１電圧印加部を制御し、前記電位差が前記規制部材と前記現像剤担持体との間に形成されるように前記現像電圧を印加するために前記第２電圧印加部を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記規制部材に接続される電圧維持素子を有し、
前記第１電圧印加部から前記帯電部材に前記帯電電圧を印加することで、前記電圧維持素子が前記規制部材に印加される前記規制電圧を所定電圧に維持することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記電圧維持素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項２または５に記載の画像形成装置。
前記制御部は、前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加される前記帯電電圧を、前記感光体と前記帯電部材との間で放電が発生しない前記帯電電圧となるように制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記規制部材と、前記現像剤担持体との間の前記電位差は５０Ｖ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記非画像形成動作とは、前記画像形成動作を実行する前に行う前回転動作を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記非画像形成動作とは、前記画像形成動作を実行する後に行う後回転動作を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記駆動手段は、前記感光体を回転させる駆動手段を兼ねることを特徴とする請求項９または１０に記載の画像形成装置。
前記非画像形成動作とは、前記帯電部材に付着した前記現像剤を前記感光体に移動させて前記帯電部材を清掃する清掃動作を含むことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記清掃動作は、前記正規極性とは逆極性に帯電した前記現像剤を前記感光体に移動させる清掃動作であって、
前記制御部は、前記清掃動作において、前記帯電部材に印加する前記帯電電圧を、前記清掃動作を除く前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加する前記帯電電圧より絶対値が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
前記現像剤担持体と前記規制部材と、を有する現像装置が未使用かどうかを検知する検知部を有する画像形成装置において、
前記非画像形成動作とは、前記現像装置が未使用かどうかを前記検知部によって検知する検知動作を含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記制御部は、前記検知動作において、前記帯電部材に印加する前記帯電電圧を、前記検知動作を除く前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加する前記帯電電圧より絶対値が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。
前記現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器に収容された前記現像剤の残量を検知する残量検知手段と、を有し、
前記制御部は、前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加する前記帯電電圧を、前記残量検知手段によって検知された前記現像剤の残量に基づいて変更するように制御することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記制御部は、前記残量検知手段によって検知された前記現像剤の残量が基準値を下回った場合に、前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加する前記帯電電圧の絶対値を大きくすることを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。
前記制御部は、前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加する前記帯電電圧を、前記現像剤担持体の表面に形成された前記現像剤の量に基づいて変更するように制御することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
前記制御部は、前記現像剤担持体の表面に形成された前記現像剤の量が所定値を下回った場合に前記非画像形成動作時に前記帯電部材に印加する前記帯電電圧の絶対値を大きくするように制御することを特徴とする請求項１８に記載の画像形成装置。
前記現像剤の量は、前記現像剤担持体の単位面積当たりの前記現像剤の質量であることを特徴とする請求項１８または１９に記載の画像形成装置。