JP2009031454A - 画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチダウン現像方式の現像手段を具備する画像形成装置において、現像ゴーストを防止し、且つ画像濃度の確保された画像を長期間にわたって得ることができる画像形成方法と画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】タッチダウン現像方式の現像手段を具備する画像形成装置において、現像ローラ２８の表面電位を検出するための表面電位センサ４８を設け、現像ローラ２８上にトナー薄層を形成する時の１周目の表面電位と２周目の表面電位を測定し、その表面電位の電位差に基づき、現像ローラ１周のトナー層形成で現像ローラ上のトナー量を飽和トナー量とする方向の調整を行い、その後画像形成をおこなうようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成方法及び画像形成装置に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、帯電されたトナーのみを現像ローラ上に均一に薄層形成した後、このトナーを現像ローラから感光体上に形成された静電潜像に飛翔させて現像し、画像形成する画像形成方法及び画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における、乾式トナーを用いた現像方式としては、トナーのみを用いる一成分現像方式と、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いる二成分現像方式が知られている。

一成分現像方式はキャリアを用いないため、キャリアおよびトナーから形成される磁気ブラシによって静電潜像担持体（以下、感光体とも称する）上の静電潜像が乱されることがなく、高画質化に適している。しかし、一成分現像方式は、トナーの帯電量を安定して維持することが難しい。また、カラートナーの場合は透過性が求められるため、非磁性トナーである必要がある。そのため、フルカラー画像形成装置においては、トナーを帯電および搬送する媒体としてキャリアを用いる二成分現像方式を採用する場合が多い。

二成分現像方式は安定した帯電量が長期にわたって得られるため、長寿命化に適している。しかし二成分現像方式は、前記した磁気ブラシによる影響のため、画質の点では不利である。そのため、これら２つの現像方式のそれぞれの利点を活かすべく、長寿命化を考慮して帯電領域は二成分現像方式を採用し、現像領域は高画質化を狙って一成分現像方式を採用したタッチダウン現像方式、あるいはハイブリッド現像方式と呼ばれる現像方式が注目されている。特に、高画質化および長寿命化が重視されるフルカラー画像形成装置においては、この現像方式の特徴が充分に発揮される。

このタッチダウン現像方式は、トナーおよびキャリアを含有する二成分現像剤により現像剤担持体（以下、磁気ローラとも称する）表面に磁気ブラシを形成させ、その磁気ブラシからトナーのみをトナー担持体（以下、現像ローラとも称する）の表面に移送させてトナーの薄層を形成した後、静電潜像が形成された感光体の表面にトナーを飛翔させてトナー像として現像する方式である。

しかしながらタッチダウン現像方式では、現像ローラ上の現像に用いられなかった残トナーを磁気ローラの磁気ブラシで剥ぎ取り、同時に、磁気ブラシから現像ローラへトナーを供給する必要があるが、残トナーの剥ぎ取りが不充分であったり現像ローラへのトナー供給が不充分である場合、現像ローラから感光体へトナーが飛翔した後の残像が２周目にも現れる、いわゆる現像ゴースト（履歴現象）が発生しやすいという問題がある。

この現像ゴーストは図５に示したように、最大濃度のベタ画像５０の静電潜像を現像ローラの１周目で現像し、それに続く現像ローラの周回（２周目）で例えばハーフ濃度画像５２の静電潜像を現像したとき、現像ローラ上のトナー薄層における１周目にベタ画像５０を形成するために使用した領域による、ハーフ濃度画像５２の現像領域５４の画像濃度が他の領域に較べて低くなり、残像として表出する現象である。これは、第２周目のバックグラウンド５２が、ハーフ濃度の時により顕著になる。

このような問題を解消するためには、例えば感光体上に形成された静電潜像を安定した濃度で現像できればよいわけで、そのため例えば特許文献１には、一成分現像剤を用いた画像形成装置に関するものではあるが、感光体２の表面部分の明部電位を検出するための感光体表面電位センサ９１と、感光体２の表面に形成された静電潜像をトナーによって現像するための現像器１と、現像器１にバイアス電圧を印加するためのバイアス用電源１２と、現像ローラ１１の表面電位を検出するための現像ローラ表面電位センサ９２と、感光体表面電位センサ９１からの検出出力と現像ローラ表面電位センサ９２からの検出出力とに応答して、両電位の差が一定になるようにバイアス用電源１２を制御するためのバイアス電圧制御手段２０を設けた画像形成装置が示されている。

また、タッチダウン現像方式でこの現像ゴーストに対処するため、例えば特許文献２には磁気ロールを導電性とし、現像剤を構成するキャリアを、５Ｋエルステッドの印加磁場において飽和磁化値が４５ｅｍｕ／ｇ以下で、平均粒径が４５μｍ以下の高抵抗絶縁キャリアで形成すると共に、磁気ロールと現像ロール間のギャップを５００μｍ以下とし、磁気ロール側に印加された搬送バイアスをＤＣ電源としてバイアスと磁化力を効果的に組み合わせ、現像装置を複雑にすることなく現像ゴーストとキャリア飛散を防止し、連続現像時の画質安定性を確保して長期間安定した画像品質が得られるようにした、小型のハイブリッド型現像装置を有する画像形成装置が示されている。

さらに特許文献３には、２成分現像剤で形成した磁気ブラシによる摺擦で現像ローラにトナー薄層を担持させ、現像ローラと感光体との間に第１の電源による矩形波からなる交番電界を印加し、現像ローラからトナーを飛翔させて感光体上の潜像を現像するようにした現像装置において、磁気ローラと現像ローラとの間に第１の電源で形成した交番電界と同周波数で逆位相、かつ、デューティ比を逆転させた矩形波による交番電界を印加する第２の電源を設け、それによって現像ローラ上にトナー薄層を良好に形成してゴーストを防止すると共に、現像ローラへのトナー付着とそれによる画像濃度の減少などを防止した、画像形成装置における現像装置が示されている。

特開平６−０９５４８１号公報 特開２００３−２９５６１３号公報 特開２００５−２４２２８１号公報

しかしながら特許文献１に示された画像形成装置では、現像ローラ表面電位と感光体の露光後電位の差が常に一定となるように現像バイアスを設定しているが、この方法では現像ローラ１周目の現像性は安定するが、特にベタ画像等で現像ローラ上のトナーを多量に失った直後の周回における現像性は確保できないと考えられ、現像ゴースト等の不具合の発生を防ぐことは難しいと考えられる。

また特許文献２に示された画像形成装置は、キャリアの劣化によって磁気ブラシの密度や均一性が損なわれると剥ぎ取り性能が低下して現像ゴーストが発生するため、長期間にわたって現像ゴーストを解消するのが困難であり、特許文献３に示された現像装置も、現像剤の劣化によって現像ゴーストや現像リークの発生レベルが変化することに対応するには、複雑な制御を必要とするからこれらを完全に防止することは容易ではない。

そのため本発明においては、タッチダウン現像方式の現像手段を具備する画像形成装置において、簡単な構成で現像ゴーストを抑えて高画質の画像を長期間にわたって得ることができる、画像形成方法及び画像形成装置を提供することが課題である。

本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、トナー担持体へのトナー薄層形成時、トナー担持体１周でトナー薄層のトナー量を飽和トナー量とさせることで、前記現像ゴースト等の不具合を解消できることを見出して本発明を完成させるに至った。

すなわち現像ゴーストの発生要因としては、静電潜像の現像によって現像ローラ上のトナー薄層が欠落し、その後、磁気ローラが担持する磁気ブラシでそのトナー薄層の欠落部がわからないほど十分にトナーを剥ぎ取ることができないことが第１にあげられ、また、その現像でトナー薄層が欠落した部分を、十分埋め尽くして欠落部とその周囲のトナー量とがほぼ同じになるようトナーが供給できないことが、第２の現像ゴースト発生要因として上げられる。

特にこの２つ目の現像ゴースト発生要因は重要であり、磁気ローラから現像ローラへ、前回の現像でトナーが使われてなくなった現像ローラ上の部分を１周で埋め尽くし、欠落部とその周囲のトナー量とがほぼ同じになるようトナーが供給できないということは、現像ローラにトナーを供給したとき、欠落部とその周囲にもトナーが上乗せされたために欠落部とその周囲のトナー量に差が生じたと考えられる。これは、現像ローラに複数周に渡ってトナーを供給せねばトナー量が飽和しない、すなわち現像ローラ１周で現像ローラに供給できるトナー量に限度があるのに、現像ローラ上に供給できるトナー量には余裕がある（すなわち飽和トナー量が大きい）ということを意味している。

すなわち、飽和トナー量が大きく、現像ローラ上に飽和トナー量のトナーを供給するのに現像ローラ複数周に渡ってトナーを供給せねばならぬ場合、前記図５に示したように、ベタ画像５０の静電潜像を現像ローラの１周目で現像し、２周目でハーフ濃度画像５２の静電潜像を現像するとき、１周目の現像で使用されずに残ったベタ画像５０部分以外のトナーが、前記第１の現像ゴースト発生要因により充分に回収されないと、次の現像ローラへのトナー供給時、ベタ画像５０部分以外へは回収されずに残ったトナーの上にトナーが供給され、ベタ画像５０部分ではトナーが殆どなくなった状態でトナーが供給されるため、同様にトナーが供給されてもベタ画像５０部分とそれ以外の領域でトナー量に差が生じ、それが現像ゴーストの生じる原因となると考えられる。

それに反し、飽和トナー量が例えば現像に最適な現像ローラ上のトナー量と等しく、かつ、現像ローラが１周する間にこの飽和トナー量のトナーが現像ローラに供給されるのであれば、たとえ１周目の現像で使用されずに残ったベタ画像５０部分以外のトナーが充分に回収されなくても、次の現像ローラへのトナー供給時、ベタ画像５０部もそれ以外の領域へも飽和トナー量のトナーが供給されれば両者に差が生ぜず、従って現像ゴーストは発生しないと考えられる。

さらに飽和トナー量が大きい場合、現像ローラが１周する間トナーを供給してトナー薄層を形成して画像を形成した場合と、現像ローラ２周以上にわたってトナーを供給してトナー薄層を形成して画像を形成した場合とでは、２周以上にわたってトナーを供給してトナー薄層を形成した時の方が画像濃度が濃くなってしまうという問題も生じ、かつ、現像ローラの２周以上にわたってトナーを供給することで、現像に時間がかかるという問題も生じる。

そのため本発明者等は、現像ローラ上にトナー薄層が形成される時、磁気ローラと現像ローラへそれぞれ直流（ＤＣ）バイアス電源から供給される直流電圧の差ΔＶと、現像ローラへトナーを供給している時の現像ローラの回転回数により、現像ローラ上の表面電位がどのように変化するか、またその表面電位の変化と現像ゴーストとの間に関連があるかどうかを調べた。

その結果、磁気ローラと現像ローラへそれぞれ直流（ＤＣ）バイアス電源から供給される直流電圧の差、すなわち直流電位差ΔＶにより、現像ローラの１周目と２周目以後の表面電位に大きな差が生ぜずに現像ゴーストが生じない場合と、現像ローラの１周目と２周目以後で表面電位が異なり、回転回数によって表面電位が階段状に上昇すると共に、現像ゴーストが発生する場合とがあることがわかった。

この結果から、磁気ローラと現像ローラへそれぞれ直流（ＤＣ）バイアス電源から供給される電圧の差、すなわち直流電位差ΔＶにより生じる現像ローラの１周目と２周目の表面電位の差、すなわち表面電位差が現像ローラ上に形成するトナー薄層の飽和トナー量に関係していると推察され、かつ、その飽和トナー量が、磁気ローラから現像ローラ１周の間に供給できるトナー量より多い場合に現像ゴーストが発生し、現像ローラ１周の間に供給するトナー量と等しいか少ない場合は現像ゴーストが発生しないと推察される。そのため、この飽和トナー量が現像に最適な現像ローラ上のトナー量であれば、現像ゴーストが発生せず、しかも、画像濃度も最適とする画像形成方法及び画像形成装置を提供することができる。

従って、例えば画像形成前に現像ローラへのトナー薄層形成を２周に亘って行い、１周目の表面電位と２周目の表面電位とを測定して両表面電位の差に基づき、現像ローラ１周のトナー層形成で現像ローラ上のトナー量を飽和トナー量とする方向の調整、すなわち両表面電位の差を小さくするよう、磁気ローラと現像ローラへそれぞれ供給される直流バイアス電圧の差ΔＶを調整することで、現像ゴーストが発生せず、しかも、画像濃度も最適とする画像形成を行うことができると考えられる。

なお、磁気ローラと現像ローラへそれぞれ供給される直流バイアス電圧の差ΔＶの調整は、現像ローラに印加するバイアスを変化させると現像条件が変化してしまうため、現像ローラに印加するバイアスを固定し、磁気ローラに印加する直流バイアスを変化させることで行うことが好ましい。また、画像形成の際に現像ローラには交流バイアスが印加されるが、表面電位測定に当たって交流バイアスが存在すると正確な測定ができないため、磁気ローラに現像ローラに印加する交流バイアスと逆位相の交流バイアスを印加することが好ましい。

また、現像ローラの１周目の表面電位と２周目の表面電位差と現像ローラ上のトナー量との関係、及び形成された画像における濃度との間には相関があり、現像ゴーストが認められない画像濃度とするためには、現像ローラの１周目の表面電位と２周目の表面電位との比が０．９以上となるよう調整することで、現像ゴーストを防止できることもわかった。

以上の結果から、本発明になる画像形成方法は、
内部に複数の磁極を有して直流バイアスを印加された磁気ローラ上にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシにより、直流に交流を重畳したバイアスを印加した現像ローラ上にトナー薄層を形成した後、該トナー薄層のトナーで感光体上に形成された静電潜像を現像して画像形成する画像形成方法において、
前記画像形成前に前記現像ローラへのトナー薄層形成を２周に亘って行い、１周目の表面電位と２周目の表面電位とを測定して両表面電位の差に基づき、前記現像ローラ１周のトナー層形成で現像ローラ上のトナー量を飽和トナー量とする方向に前記磁気ローラと現像ローラに印加するバイアス電圧調整を行うことを特徴とする。

同様に、
内部に複数の磁極を有して直流バイアスを印加された磁気ローラ上にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシにより、直流に交流を重畳したバイアスを印加した現像ローラ上にトナー薄層を形成した後、該トナー薄層のトナーで感光体上に形成された静電潜像を現像して画像形成する画像形成方法において、
前記画像形成前に前記現像ローラへのトナー薄層形成を２周に亘って行い、１周目の表面電位と２周目の表面電位とを測定して両表面電位の差に基づき、該差を小さくする方向に前記磁気ローラと現像ローラに印加するバイアス電圧調整を行うことを特徴とする。

そしてこの画像形成方法を実施する画像形成装置は、
内部に複数の磁極を有してトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の磁気ブラシが形成される磁気ローラと、該磁気ローラ上の磁気ブラシによりトナー薄層が形成される現像ローラと、電子写真方式で静電潜像が形成されて前記現像ローラから飛翔したトナーによって前記静電潜像がトナー像に現像される感光体と、前記現像ローラと磁気ローラとのそれぞれ対応して設けられてバイアス電圧を印加するバイアス電源とを有する画像形成装置において、
前記現像ローラ上の表面電位を測定する表面電位測定手段と、前記現像ローラ上のトナー薄層形成１周目と２周目における前記表面電位測定手段の測定結果に基づき、前記現像ローラ１周のトナー層形成で現像ローラ上のトナー量を飽和トナー量とする方向に前記磁気ローラと現像ローラに印加するバイアス電圧を調整する制御手段とを備え、前記現像ローラ１周で形成したトナー層のトナー量を飽和トナー量とし、現像ゴーストを防止するようにしたことを特徴とする。

このようにして画像を形成することにより、前記したように、簡単な構成で現像ゴーストを抑え、高画質の画像を長期間にわたって得ることができる、画像形成方法及び画像形成装置を提供することができる。

そして、前記両表面電位の差に基づく調整は、前記現像ローラに印加するバイアスを固定し、前記磁気ローラに印加する直流バイアスを変化させることで、現像に支障を生じることなく簡単におこなうことができる。

また、前記両表面電位の差に基づく調整は、前記現像ローラに印加する交流バイアスと逆位相の交流バイアスを磁気ローラに印加しておこない、そのため、前記表面電位測定手段による現像ローラ上の表面電位測定状態において、前記磁気ローラに前記現像ローラに印加される交流バイアスを相殺するバイアスを印加する電源を設けることで、現像ローラの表面電位測定を正確におこなうことができる。

さらに、前記両表面電位の差に基づく調整は、１周目の表面電位と２周目の表面電位の比が０．９以上となるよう調整することで、現像ローラ上のトナー量と形成された画像における濃度を最適な状態とすることができる。

本発明によれば、現像ローラへトナー薄層を形成する時の現像ローラの１周目と２周目の表面電位を測定し、両表面電位の差を小さくする方向に磁気ローラと現像ローラに印加するバイアス電圧調整を行い、トナー担持体１周でトナー薄層のトナー量を飽和トナー量とさせる、という非常に簡単なことを実施するだけでタッチダウン現像方式における現像ゴースト発生を予想して、それによって精度よく現像ゴーストを回避し、高画質の画像を長期間にわたって得ることができる、画像形成方法及び画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

最初に図１を用い、本発明になる画像形成方法を実施する画像形成装置について説明する。本発明の画像形成方法を実施する画像形成装置１０は、例えば図１に示すように、ドラム状の静電潜像担持体（感光体）１２と、その周囲に設けられ、感光体１２の表面を帯電させる帯電手段１４、感光体１２の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段１６、感光体１２上に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像し、トナー像とする現像手段１８、トナー像を感光体１２から無端ベルト２０で運ばれてくる用紙などの被転写体（図示せず）へ転写する転写手段２２、感光体の表面をクリーニングするクリーニング手段２４、などで構成されている。

このうち感光体１２としては、セレン、アモルファスシリコン等の無機感光体、導電性基体上に電荷発生剤、電荷輸送剤、結着樹脂等を含有する単層または積層の感光層が形成された有機感光体等が用いられる。帯電手段１４としては、スコロトロン方式、帯電ローラ方式、帯電ブラシ方式等が挙げられ、露光手段１６、転写手段２２、クリーニング手段２４としては、従来公知のものが用いられる。

現像手段１８は、内部に配設された複数の固定磁石とその周囲を回転可能としたスリーブからなる現像剤担持体（磁気ローラ）２６、磁気ローラ２６上に形成される磁気ブラシ（図示せず）によってトナー薄層（図示せず）が形成されるトナー担持体（現像ローラ）２８、トナー担持体２８の表面電位を検出するための表面電位測定手段たる表面電位センサ４８、磁気ローラ２６へ直流（ＤＣ）バイアスを印可する電源３０、現像ローラ２８へ直流（ＤＣ）バイアスを印可する電源３２、現像ローラ２８へ交流（ＡＣ）バイアスを印可する電源３４、磁気ローラ２６へ交流（ＡＣ）バイアスを印可する電源６０、磁気ローラ２６上に形成された磁気ブラシの高さを一定に保つための規制ブレード３６、トナーが収納されたトナーコンテナ３８、トナーコンテナ３８から供給されたトナーを、キャリアとともに撹拌して帯電させる撹拌ミキサー４０、仕切板４２を通って撹拌ミキサー４０から供給された二成分現像剤を撹拌しながら磁気ローラ２６へ供給するパドルミキサー４４、内部に複数の磁極を有してトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の磁気ブラシが形成される磁気ローラ２６、磁気ローラ２６上の磁気ブラシによりトナー薄層が形成される現像ローラ２８、撹拌ミキサー４０およびパドルミキサー４４が収納された枠体４６、表面電位センサ４８の測定結果を受けて、磁気ローラ２６用直流（ＤＣ）バイアス電源３０と交流（ＡＣ）バイアス電源６０を制御する磁気ローラバイアス電源制御装置６２、現像ローラ２８用直流（ＤＣ）バイアス電源３２と交流（ＡＣ）バイアス電源３４を制御する現像ローラバイアス電源制御装置６４、これら磁気ローラバイアス電源制御装置６２、現像ローラバイアス電源制御装置６４に制御指示を送る制御装置５８などで構成される。

このように構成された画像形成装置１０における通常の画像形成方法は、まず、帯電手段１４によって感光体１２の表面を帯電させ（帯電工程）、ついで露光手段１６により、感光体１２の表面を露光して静電潜像を形成する（露光工程）。一方、現像手段１８においては、二成分現像剤を磁気ローラ２６の表面に担持させて磁気ブラシを形成し、その磁気ブラシからトナーのみを現像ローラ２８の表面に移送させ、現像ローラ２８の表面にトナー薄層を形成させる。そして、現像ローラ２８のトナー薄層からトナーを感光体１２に飛翔させ、感光体１２上に形成されている静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する（現像工程）。

このトナー像は、無端ベルト２０によって搬送されてくる用紙などの被転写体に、転写手段２２によって感光体１２から転写され（転写工程）、感光体１２の表面に残った残トナーは、クリーニング手段２４によってクリーニングされて次の画像形成に備えられる。なお、画像形成装置１０としては、以上説明してきた構成のものだけでなく、前記したタッチダウン現像方式を用いる現像装置であれば、どのような形式の画像形成装置であっても良いことは自明である。

次に、前記図５で説明したような現像ゴーストの発生メカニズムについて説明する。この現像ゴーストは、画像の形成時に現像ローラ２８上のトナー薄層が画像の形状にトナーが使われ、その後、磁気ローラ２６上に形成された磁気ブラシにより、その画像形状がわからないほど十分にトナーを剥ぎ取ることができないことが第１の発生要因としてあげられる。また、その現像によりトナーが使われてトナーがなくなった部分に供給されたトナー量と、その画像周囲のトナー量とが最終的に同一となればこういった問題は起きないわけで、第２の現像ゴースト発生要因として、前回の現像でトナーが使われてなくなった部分に供給されたトナー量と、その画像周囲のトナー量とが同一量でないことが上げられる。

特にこの２つ目の現像ゴースト発生要因は重要であり、磁気ローラ２６から現像ローラ２８へ、前回の現像でトナーが使われてなくなった現像ローラ２８上の部分を１周で埋め尽くし、欠落部とその周囲のトナー量とがほぼ同じになるようトナーが供給できないということは、現像ローラ２８にトナーを供給したとき、欠落部とその周囲にもトナーが上乗せされたために欠落部とその周囲のトナー量に差が生じたと考えられる。これは、現像ローラ２８に複数周に渡ってトナーを供給せねばトナー量が飽和しない、すなわち現像ローラ２８の１周で現像ローラ２８に供給できるトナー量に限度があるのに、現像ローラ２８上に供給できるトナー量には余裕がある（すなわち飽和トナー量が大きい）ということを意味している。

すなわち、飽和トナー量が大きく、現像ローラ上に飽和トナー量のトナーを供給するのに現像ローラ複数周に渡ってトナーを供給せねばならぬ場合、前記図５に示したように、ベタ画像５０の静電潜像を現像ローラの１周目で現像し、２周目でハーフ濃度画像５２の静電潜像を現像するとき、１周目の現像で使用されずに残ったベタ画像５０部分以外のトナーが、前記第１の現像ゴースト発生要因により充分に回収されないと、次の現像ローラへのトナー供給時、ベタ画像５０部分以外へは回収されずに残ったトナーの上にトナーが供給され、ベタ画像５０部分ではトナーが殆どなくなった状態でトナーが供給されるため、まったく同様にトナーが供給されてもベタ画像５０部分とそれ以外の領域でトナー量に差が生じ、それが現像ゴーストの生じる原因となると考えられる。

それに反し、飽和トナー量が例えば現像に最適な現像ローラ２８上のトナー量と等しく、かつ、現像ローラ２８が１周する間にこの飽和トナー量のトナーが現像ローラ２８に供給されるのであれば、たとえ１周目の現像で使用されずに残ったベタ画像５０部分以外のトナーが充分に回収されなくても、次の現像ローラ２８へのトナー供給時、ベタ画像５０部もそれ以外の領域へも飽和トナー量のトナーが供給されることになって両者に差が生ぜず、従って現像ゴーストは発生しないと考えられる。

特に飽和トナー量が大きい場合、現像ローラ２８が１周する間トナーを供給してトナー薄層を形成して画像を形成した場合と、現像ローラ２８の２周以上にわたってトナーを供給してトナー薄層を形成して画像を形成した場合とでは、２周以上にわたってトナーを供給してトナー薄層を形成した時の方が画像濃度が濃くなってしまうという問題も生じ、かつ、現像ローラ２８の２周以上にわたってトナーを供給することで、現像に時間がかかるという問題も生じる。

そのため本発明者等は、現像ローラ２８上にトナー薄層が形成される時、現像ローラ２８の回転回数によって現像ローラ２８の表面電位がどのように変化するかを調べた。その結果を示したグラフが図４である。この図４中、横軸は現像ローラ２８の回転回数、縦軸は現像ローラ２８上におけるトナー層電位（Ｖ）であり、実線と破線は、磁気ローラ２６と現像ローラ２８へそれぞれ直流（ＤＣ）バイアス電源から供給される電圧の差ΔＶを表していて、実線は２００Ｖの場合、破線は３００Ｖの場合を示している。

なお、この実験に用いた画像形成装置は、京セラミタ社製のタッチダウン現像方式を用いたプリンタＦＳ−Ｃ５０１６Ｎであり、この画像形成装置における現像装置の現像ローラ２８近傍に、前記図１に４８で示したＴＲＥＫ社のＭＯＤＥＬ３４４の表面電位センサを設置し、現像ローラ２８上の表面電位を検出できるようにした。

この図４のグラフから、磁気ローラ２６と現像ローラ２８の直流バイアス電圧の電位差ΔＶが３００Ｖの場合、現像ローラ２８の回転回数が増えると形成されるトナー薄層が厚くなり、現像ローラ２８の表面電位が階段状に上昇していることがわかる。つまり、現像ローラ２８へムラなくトナー薄層を形成するのに２周以上を要する場合、すなわち前記したように現像ローラ２８の飽和トナー量が多い場合、現像ローラ２８へのトナー供給の周回数が増すにつれて、現像ローラ２８の表面電位が階段状に上昇するわけである。

それに対してΔＶを２００Ｖとした場合、現像ローラ２８上のトナー薄層における飽和トナー量が少なく、現像ローラ２８の１周でトナー薄層が形成できるため、２周目でΔＶが３００Ｖの場合に比較して半分以下の電位上昇があった後、ほぼ一定となって表面電位は階段状になっていない。すなわちこれは、現像ローラ２８の全周に渡ってムラのないトナー薄層を形成するのに現像ローラ２８が１周する間トナーを供給すればよいことを示し、たとえ前記した図５に５０で示したようなベタ画像の静電潜像を現像しても、その影響が残らずに現像ゴースト５４が生じないトナー薄層が形成できることを意味している。

従って直流バイアス電圧の差ΔＶを、この場合は例えば２００Ｖとし、現像ローラ２８の１周目と２周目における表面電位の電位差を小さくするように、すなわち現像ローラ２８の１周目で飽和トナー量に達するように調節することで、現像ローラ２８の１周で現像ローラ２８上に飽和トナー量の薄層が形成されて、現像ゴーストを生ずることなく現像を行えることになることを示している。

これはまた、現像ゴーストが生じるかどうかは表面電位センサを用い、現像ローラ２８上にトナー薄層を形成するときの１周目の表面電位と２周目の表面電位を検出し、それが階段状に上昇しているかどうかを調べることで判定することが可能であることをも示している。従って、現像ローラ２８の１周目の表面電位と２周目の表面電位の差を小さくするよう、磁気ローラ２６と現像ローラ２８へ供給される直流バイアス電圧の差、すなわちバイアス電位差ΔＶを定めることで、現像ゴーストの発生を抑えることができるわけである。

図３は、以上説明してきた現像ローラ２８上の表面電位と現像ゴーストとの関係を検証するため、直流（ＤＣ）バイアス電源３０と３２とから磁気ローラ２６と現像ローラ２８とへそれぞれ供給される直流バイアス電圧とその電位差ΔＶにより、現像ローラ２８の１周目と２周目のそれぞれの表面電位とその差がどのように変化し、それによって現像ゴーストが現れるかどうか、画像濃度はどう変化するか、を実験した結果を示した表である。なお、この実験に用いた画像形成装置や表面電位センサは、前記図４の実験で使用した画像形成装置や表面電位センサと同一である。

まず、磁気ローラ２６および現像ローラ２８に外部電源からバイアスを印加し、現像ローラ２８には交流成分が印可されないようにして、現像ローラ２８にトナー薄層を形成して１周目と２周目の表面電位を測定した。その際、現像ローラ２８に印可する直流バイアスは、現像条件を変化させないよう「現像ローラへの印加ＤＣバイアスＢ」に示したように１００Ｖに固定し、磁気ローラ２６に印可する直流バイアスを、「磁気ローラへの印加ＤＣバイアスＡ」に示したように変化させて、両者の電位差ΔＶを３００Ｖから１５０Ｖまで変化させた。

また、それぞれの現像バイアス設定値にて前記図５に示したように先頭にベタ画像５０を、それに続けてハーフ部分５２を有するサンプル画像（現像ゴーストパターン）も印字し、現像ゴースト５２が現れるか否かを目視で確認、評価すると共に画像濃度を測定した。現像ゴーストの評価基準は下記の通りである。また、画像濃度は１．００以上であることが必要であり、１．２０以上であることが好ましい。なお、図３の表における「判定」の欄は、「ＮＧ」が現像ゴーストによって画像の質が損なわれて使えないことを示し、「ＯＫ」は画像の質が損なわれずに維持されていることを示している。
○：ハーフ部分に残像なし。（判定：合格）
△：ハーフ部分に残像はあるが、軽微である。（判定：合格）
×：ハーフ部分に残像あり。（判定：不合格）

この図３に示した評価結果より、現像ゴーストパターンの評価結果が「ＯＫ」となっている直流バイアスの電位差ΔＶは２００Ｖと１５０Ｖであり、この場合、現像ローラ２８の１周目の表面電位と現像ローラ２８の２周目の表面電位の比は、２００Ｖの場合が０．９０、１５０Ｖの場合が１．００で両方とも０．９以上となっている。そのため、下記（１）式に示したように（現像ローラ１周目の表面電位／現像ローラ２周目の表面電位）が０．９以上であれば、現像ゴーストは防ぐことができると考えられる。
（現像ローラ１周目の表面電位／現像ローラ２周目の表面電位）≧０．９……（１）

但し、ΔＶ＝２５０Ｖの時の現像ゴーストは△で非常に軽微で、合格判定をすることも可能であったが、各種条件の変動を考えると現像ゴーストを完全に解消するためにはΔＶ＝２００Ｖ以下が望ましい。また、ΔＶが１５０Ｖの場合、現像ローラ２８の上のトナー薄層のトナー量が少なくなったため、画像濃度が１．０８となってやや不足気味であり、充分な画像濃度を確保するためには、ΔＶ＝２００Ｖがより好ましい。

このようにこの実験結果から、現像ゴーストは、磁気ローラ２６と現像ローラ２８の直流（ＤＣ）バイアスの差分、すなわち直流（ＤＣ）バイアス電源３０と直流（ＤＣ）バイアス電源３２とから供給される電圧の、いわゆる電位差（以下、ΔＶと称する）が関係していることが理解できる。

すなわち、たとえ前記図５に５０で示したようなベタ画像の静電潜像を現像しても、磁気ローラ２６から現像ローラ２８へ、現像ローラ１周の間トナーを供給することでベタ画像５０の現像に使われた領域と、その周囲の領域とにおけるトナー量が同一となるようトナーが供給されれば現像ゴーストが発生することはないと考えると、現像ローラ２８上の飽和トナー量を少なくするよう、直流（ＤＣ）バイアス電源３０と直流（ＤＣ）バイアス電源３２とから供給される電圧の電位差ΔＶを定め、少ないトナー量の移行で現像ローラ２８上のトナー量が飽和トナー量とするようにすれば、容易に現像ゴーストの発生を押さえることが可能となるわけである。

また、磁気ローラ２６と現像ローラ２８に加えられる直流（ＤＣ）バイアスの電位差ΔＶを小さくすると、現像ゴーストが発生しなくなるということは、逆に考えれば電位差ΔＶを小さくすることで飽和トナー量が少なくなるということであるが、現像ローラ２８上のトナー量があまり少ないと画像濃度が不足するため、現像ローラ２８上に形成されるトナー薄層のトナー量は画像濃度を損なわない程度に多くしておく必要がある。従って、現像ゴーストを回避しつつ画像濃度を維持するためには、この磁気ローラと現像ローラの直流（ＤＣ）バイアスの電位差ΔＶを、現像ゴーストを防止しつつ画像濃度をも満足する、最適な電位差となるよう設定することが好ましい。

しかしながら、磁気ローラ２６から現像ローラ２８へのトナー供給性や、現像ローラ２８上のトナーを引き剥がす能力については、現像ローラ２８と磁気ローラ２６の距離、磁極のレイアウト、磁気ブラシの穂の高さ（規制ブレード３６と磁気ローラ２６のギャップ）、キャリアの粒径、飽和磁化等に左右される。また、二成分現像剤中のトナー濃度や、キャリアの劣化によるトナー帯電量の変化などによっても現像ローラ２８へ供給するトナー層の最適量は、多数の画像を形成する過程を通じて非常に変動しやすい。従って、前記したような現像ゴーストを防止しつつ画像濃度をも満足する電位差は、その都度変動するものと考えるのが妥当である。

そのため本発明においては、画像形成前に現像ローラ２８を２周させてトナー薄層を形成し、１周目と２周目の表面電位を測定してその測定結果に従い、図１に５８で示した制御装置が磁気ローラバイアス電源制御装置６２、現像ローラバイアス電源制御装置６４に指示し、磁気ローラ２６と現像ローラ２８に印加する直流バイアス電源３０、３２の電圧を、現像ローラ２８の１周でトナー薄層のトナー量を飽和トナー量とさせるよう、すなわち１周目と２周目の表面電位の電位差が小さくなる方向に調整した後画像形成を行い、現像ゴーストを防止するようにしたものである。

従来の現像ゴースト検出では、ゴーストが生じやすいパッチ等を感光体１２上に形成し、それを主に濃度センサ等を用いて濃度を検出することで判定していたが、この方法では、パッチの印字等でトナーを消費し、かつ、パッチ形成後でなければ現像ゴーストが判定できないから、時間もかかる。

それに対して前記した本発明の方法では、現像ローラ２８に近接して表面電位センサ４８を設置し、現像ローラ２８上にトナー薄層を形成する時、現像ローラ２８の表面電位を測定することで現像ゴーストが発生するか否かを事前に判断でき、それによって現像ゴーストを防止すると共に、画像濃度をも制御するようにして、こういった問題に対処したものである。

この表面電位センサ４８は、図１に示した現像ローラ２８に対向し、約１ｍｍ程度の間隔をおいて設置することが好ましく、磁気ローラ２６から現像ローラ２８へトナーを供給する時に、この表面電位センサ４８にて現像ローラ２８の表面電位を検出できるようにする。

また、磁気ローラと現像ローラへそれぞれ供給される直流バイアス電圧の差ΔＶの調整は、現像ローラに印加するバイアスを変化させると現像条件が変化してしまうため、制御装置５８が磁気ローラバイアス電源制御装置６２、現像ローラバイアス電源制御装置６４に指示し、現像ローラに印加するバイアスを固定し、磁気ローラに印加する直流バイアスを変化させることで行うことが好ましい。

さらに、現像ローラ２８に印可する現像バイアスに、交流（ＡＣ）バイアス電源３４から交流成分を重畳させていると、表面電位センサ４８の感度によっては正規な電位を検出することができないため、現像ローラ２８には直流成分しか印可せずにトナーを供給する必要がある。そのため通常印字時に現像ローラ２８に交流成分を印可している場合、表面電位を検出する際に制御装置５８が磁気ローラバイアス電源制御装置６２に指示し、交流（ＡＣ）バイアス電源６０が、現像ローラ２８へ印加している交流成分と、逆位相の交流成分を磁気ローラ２６に印可させてトナー薄層形成を行うようにする。

次に、以上説明してきた本発明になる画像形成方法を、図２に示したフロー図を用いて説明する。処理がスタートすると、まずステップＳ２で制御装置５８から磁気ローラバイアス電源制御装置６２に指示が送られ、磁気ローラ２６へ直流バイアスを供給する直流（ＤＣ）バイアス電源３０が、予め定められているバイアス電圧を出力するよう設定される。そしてステップＳ３で磁気ローラ（現像剤担持体）２６上に形成された二成分現像剤による磁気ブラシにより、現像ローラ（トナー担持体）２８上の現像に用いられなかったトナーが引き剥がされ、次のステップＳ４で同じく磁気ブラシからトナーが現像ローラ２８に供給されてトナー薄層が形成される。

このトナー薄層の形成は、画像形成時に現像ローラ２８に交流成分がバイアスとして印可されている場合、前記したように正確な表面電位測定ができるよう制御装置５８により磁気ローラバイアス電源制御装置６２に指示が送られ、その交流と逆位相の交流成分を交流（ＡＣ）バイアス電源６０から磁気ローラ２６に印可させて交流成分を無くした上で実施する。そして次のステップＳ５で、現像ローラ１周目の表面電位が検出され、その値が記憶される。そして次のステップＳ６で、表面電位検出が現像ローラ２８の２周分行われたかどうかが判断され、現在はまだ１周分しか検出していないから、処理がステップＳ３に戻って同じ事が繰り返される。

そしてステップＳ５で現像ローラ２８の２周目の表面電位が検出されると、今度はステップＳ６から処理がステップＳ７に進み、制御装置５８が前記（１）式に基づき、現像ローラ２８の１周目の表面電位を２周目の表面電位で除して商が０．９より大きいか否かを判断する。

商が０．９未満であった場合、処理がステップＳ８に進み、制御装置５８によって磁気ローラバイアス電源制御装置６２に指示が送られ、先にステップＳ２で設定された、直流（ＤＣ）バイアス電源３０から磁気ローラ２６へ供給される直流バイアス電圧が変更され、両バイアス電圧の差、すなわち電位差ΔＶが最初に設定された値より小さくなるよう調節される。

そして以上説明した処理が、ステップＳ７における前記（１）式を満足するまで続けられ、それを満足する現像バイアスの電位差ΔＶが得られると、処理がステップＳ９に進み、電位差ΔＶ、即ち直流（ＤＣ）バイアス電源３０から磁気ローラ２６と現像ローラ２８へ供給される直流バイアス電圧が決定され、ステップＳ２０で処理が終了して画像形成が行われる。

なお、この図２に示したフロー図による現像条件の調整は、被転写体上に画像を形成（印字）する前に行い、実際の印字物に現像ゴーストを起こさせないようにすることが必要である。もちろん、すべての画像形成前に実施するのが理想ではあるが、印字効率の低下を招くので、例えば５００枚の画像形成毎など、現像剤の状態が変化する可能性がある一定駆動時間ごとに実施するようにすることが好ましい。また、印字環境が大幅に変化した場合や、長時間にわたって画像形成が行われずに放置されていた場合などは、形成する画像の画質が変化する可能性が高いので、同様に実施することが好ましい。

本発明によれば、タッチダウン現像方式において従来から問題となっていた現像ゴーストを簡単な構成で防止することができ、長期間にわたって安定した高画質画像を得ることができる画像形成装置を提供することができる。

本発明になる画像形成方法を実施する、タッチダウン現像方式の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明になる画像形成方法のフローチャートである。 直流（ＤＣ）バイアス電源３０と直流（ＤＣ）バイアス電源３２とから、磁気ローラ２６と現像ローラ２８とへそれぞれ供給される直流バイアス電圧とその電位差ΔＶにより、現像ローラ２８の１周目と２周目のそれぞれの表面電位とその差がどのように変化し、それによって現像ゴーストが現れるかどうか、画像濃度はどう変化するか、を実験した結果を示した表である。 現像ローラ２８にトナー薄層を形成していく時の表面電位の推移を表面電位センサ４８で測定した結果を示すグラフである。 現像ゴーストの発生メカニズムを説明するための図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 静電潜像担持体（感光体）
１４ 帯電手段
１６ 露光手段
１８ 現像手段
２０ 無端ベルト
２２ 転写手段
２４ クリーニング手段
２６ 現像剤担持体（磁気ローラ）
２８ トナー担持体（現像ローラ）
３０ 直流（ＤＣ）バイアス電源
３２ 直流（ＤＣ）バイアス電源
３４ 交流（ＡＣ）バイアス電源
３６ 規制ブレード
３８ トナーコンテナ
４０ 撹拌ミキサー
４２ 仕切板
４４ パドルミキサー
４６ 枠体
４８ 表面電位センサ
５０ ベタ画像
５２ ハーフ画像
５４ ベタ画像現像に使用した領域
５８ 制御装置
６０ 交流（ＡＣ）バイアス電源
６２ 磁気ローラバイアス電源制御装置
６４ 現像ローラバイアス電源制御装置

Claims (7)

1. 内部に複数の磁極を有して直流バイアスを印加された磁気ローラ上にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシにより、直流に交流を重畳したバイアスを印加した現像ローラ上にトナー薄層を形成した後、該トナー薄層のトナーで感光体上に形成された静電潜像を現像して画像形成する画像形成方法において、
   前記画像形成前に前記現像ローラへのトナー薄層形成を２周に亘って行い、１周目の表面電位と２周目の表面電位とを測定して両表面電位の差に基づき、前記現像ローラ１周のトナー層形成で現像ローラ上のトナー量を飽和トナー量とする方向に前記磁気ローラと現像ローラに印加するバイアス電圧調整を行うことを特徴とする画像形成方法。
2. 内部に複数の磁極を有して直流バイアスを印加された磁気ローラ上にトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシにより、直流に交流を重畳したバイアスを印加した現像ローラ上にトナー薄層を形成した後、該トナー薄層のトナーで感光体上に形成された静電潜像を現像して画像形成する画像形成方法において、
   前記画像形成前に前記現像ローラへのトナー薄層形成を２周に亘って行い、１周目の表面電位と２周目の表面電位とを測定して両表面電位の差に基づき、該差を小さくする方向に前記磁気ローラと現像ローラに印加するバイアス電圧調整を行うことを特徴とする画像形成方法。
3. 前記両表面電位の差に基づく調整は、前記現像ローラに印加するバイアスを固定し、前記磁気ローラに印加する直流バイアスを変化させて行うことを特徴とする請求項１または２に記載した画像形成方法。
4. 前記両表面電位の差に基づく調整は、前記現像ローラに印加する交流バイアスと逆位相の交流バイアスを磁気ローラに印加して行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した画像形成方法。
5. 前記両表面電位の差に基づく調整は、１周目の表面電位と２周目の表面電位の比が０．９以上となるよう調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載した画像形成方法。
6. 内部に複数の磁極を有してトナーとキャリアとからなる２成分現像剤の磁気ブラシが形成される磁気ローラと、該磁気ローラ上の磁気ブラシによりトナー薄層が形成される現像ローラと、電子写真方式で静電潜像が形成されて前記現像ローラから飛翔したトナーによって前記静電潜像がトナー像に現像される感光体と、前記現像ローラと磁気ローラとのそれぞれ対応して設けられてバイアス電圧を印加するバイアス電源とを有する画像形成装置において、
   前記現像ローラ上の表面電位を測定する表面電位測定手段と、前記現像ローラ上のトナー薄層形成１周目と２周目における前記表面電位測定手段の測定結果に基づき、前記現像ローラ１周のトナー層形成で現像ローラ上のトナー量を飽和トナー量とする方向に前記磁気ローラと現像ローラに印加するバイアス電圧を調整する制御手段とを備え、前記現像ローラ１周で形成したトナー層のトナー量を飽和トナー量とし、現像ゴーストを防止するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
7. 前記表面電位センサによる現像ローラ上の表面電位測定状態において、前記磁気ローラに前記現像ローラに印加される交流バイアスを相殺するバイアスを印加する電源が設けられていることを特徴とする請求項６に記載した画像形成装置。

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