JP2009198898A - 画像形成装置における現像方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチダウン現像方式の現像装置において、紙間で現像ローラ２上のトナー薄層を剥ぎ取り、その後トナー薄層６を再形成するリフレッシュ動作を実施するにあたり、リフレッシュ動作に要する時間をなるべく短くし、かつ、トナー剥ぎ取りの効率を低下させないようにした画像形成装置における現像方法及び装置を提供することが課題である。
【解決手段】リフレッシュ動作時に現像ローラ２の周速を画像形成時より早くしてリフレッシュ動作に要する時間を短くし、現像ローラ２に印加するトナー薄層形成バイアスにおける交流のピーク間電圧を画像形成時より大きくし、トナー剥ぎ取りの効率を低下させずにリフレッシュ動作が行えるようにした。
【選択図】図５

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装置における現像方法及び装置に係り、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、現像ローラからトナーを感光体ドラム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装置における現像方法及び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。

このうち二成分現像方式は、トナーとキャリアとの摩擦で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、このキャリアとトナーとで形成される磁気ブラシを静電潜像担持体（以下、感光体と称する）と接触させて現像するため、静電潜像の忠実な現像が可能な方式ではあるが、非潜像部への印字汚れ（かぶり）の問題や、キャリアがトナーと一緒に現像したり非潜像部へ現像したりするキャリア付着の問題が発生しやすく、また、感光体上に形成されたトナー画像を乱すという欠点がある。

それに対し、感光体に非接触な一成分現像方式は形成したトナー画像を乱すことがなく、エッジの効いたシャープな画像が得られると共にかぶり等に有利な方式で、高画質化に適している。しかしこの方式では、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制しているためトナーの帯電量を安定して維持することが難しく、また、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下したり、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になったりして画像欠陥をきたすことがあり、さらに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、非磁性トナーを用いて現像領域は高画質化を狙って一成分現像方式を採用し、帯電領域は長寿命化を考慮して二成分現像方式を採用して、これら２つの現像方式におけるそれぞれの利点を活か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で現像剤担持体（以下、磁気ローラと称する）表面に磁気ブラシを形成し、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。

しかしながらこのタッチダウン現像方式においても、現像ローラ上への薄層形成を磁気ブラシとバイアス電圧で行うため、一方向の電界を掛け続けると現像ローラ２へトナーが固着するといった問題や、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周目にも現れる現像ゴースト（履歴現象）現象などが生じる。そのため、この現像ローラ上に形成された薄層を剥ぎ取り、新たな薄層を形成するリフレッシュと称する作業が必要であり、例えばブレードや弾性ローラ等で剥ぎ取ったり、用紙と用紙の間、すなわち紙間で逆電位差を生じるようにバイアス電圧をかけて行う方法などがある。

また、例えば特許文献１には、記録紙の紙間で現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取り、新規のトナー薄層を現像ローラに再形成するにあたり、感光体の周速に対して現像ローラの周速を１．５倍以上に設定すると共に、磁気ローラを現像ローラに対して１．５倍超の周速で回転させ、かつ、現像ローラの直流バイアス電圧を現像時の電圧より高くして、トナー薄層の剥ぎ取り再形成を行うようにした、画像形成装置における現像方法及び装置が示されている。そしてこの特許文献１のように磁気ローラの周速を現像ローラより早くした場合、現像ローラ１周分のトナー薄層を剥ぎ取るためには磁気ローラを１周以上回転させなければならなくなるが、磁気ローラ２周目による剥ぎ取りは効率が悪くなって十分な剥ぎ取りができなくなるため、磁気ローラ２周目における剥ぎ取りに際し、剥ぎ取りのための直流バイアス電圧を１周目より高くするようにしている。

また特許文献２には、磁気ローラで現像ローラ上にトナー薄層を形成する層形成ニップから現像ローラと感光体とが対面した現像ニップまでの距離をｄ１とし、層形成ニップから現像ニップまでの距離をｄ２としたとき、ｄ２＞ｄ１となるようにして、現像ローラ上のトナー薄層の剥ぎ取りに現像ローラを１周、新規のトナー薄層の再形成に現像ローラを２周させても、前回の現像終了から次の現像開始まで（紙間）の時間を、
現像ローラ２周分＋ｄ１分の回転時間
となるようにして現像ローラ３周以下の短時間で次の現像を開始できるようにし、さらにトナー層厚検知用パターンを現像ローラ上に形成してトナー濃度センサで検知し、それによってトナー層形成用の直流バイアス電圧を制御して、現像ローラ上に形成するトナー層の厚さを制御するようにした画像形成装置における現像装置が示されている。

また特許文献３には、紙間で現像ローラと磁気ローラ間の電位差を異ならせて回転させ、現像ローラ上のトナー薄層をはぎ取った後トナー層の再形成を実施するに際し、層ムラの発生を防止するため両ローラの線速を、一方のローラが１回転するときの時間内に他方のローラが周長にして、±２ｍｍ以下の範囲の過不足で１回転するよう制御した画像形成装置における現像方法及び装置が示されている。

さらに特許文献４には、現像ローラと磁気ローラを感光体や中間転写ローラ等から独立して制御可能とし、画像形成時及びトナー薄層再形成時に磁気ローラの線速Ｍを現像ローラの線速Ｓの１．５倍程度とすると共に、現像ローラ上のトナー層剥ぎ取りの時は現像ローラの線速Ｓを磁気ローラの線速Ｍより早くし、各ローラの１回転する時間差を小さくして、磁気ローラの１周以内で現像ローラ１周分のトナーを引き剥がすことで確実にトナー回収し、さらにトナー回収時間も短縮するようにした画像形成装置が示されている。

特開２００５−０５５８３７号公報 特開２００５−０５５８３９号公報 特開２００５−０５５８４０号公報 特開２００６−３３７５８７号公報

しかしながら、これら特許文献１乃至４に示されているように、紙間のような非画像タイミングで剥ぎ取りを行なうと、剥ぎ取りに現像ローラ１周分、さらに次の印字に備え、現像ローラ上のトナー薄層厚が安定するまでの時間を設ける必要があり、プリント速度を低下させてしまう。通常、プリント速度の低下を防止するには、現像線速または機械線速を速めることで紙間の遅延分を補うのが一般的であるが、現像線速を速めると感光体と現像ローラの線速比が増加し、グラフィック等の後端が濃くなる画像不具合が発生し、機械線速を速めると定着性能や転写性能を損なうといった不具合を誘発する。

また特許文献４のように、磁気ローラと現像ローラの線速比を小さくする方法は効果的であるが、現像ローラと磁気ローラのニップ部の通過時間が短くなり、トナー剥ぎ取りの効率が低下することで、トナー帯電量上昇時の回収性能が弱くなる不具合が生じてしまう。

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装置において、紙間のような非画像タイミングで現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取り、その後トナー薄層を再形成するリフレッシュ動作を実施するにあたり、リフレッシュ動作に要する時間をなるべく短くし、かつ、トナー剥ぎ取りの効率を低下させることなくトナー帯電量上昇時の回収性能を維持し、良好なリフレッシュ動作を行って、常に高品質な画像が形成されるようにした画像形成装置における現像方法及び装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる画像形成装置における現像方法は、
磁石を内包した磁気ローラ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、該磁気ブラシから現像ローラにトナー薄層を形成した後、前記現像ローラに印加された直流に交流を重畳した現像バイアスにより感光体上に形成された静電潜像にトナーを飛翔させ、画像形成終了時から次の画像形成までの紙間に、前記現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取って新たなトナー薄層を形成するリフレッシュ動作を実施して現像を行う現像方法において、
前記リフレッシュ動作時に前記現像ローラ周速を画像形成時より早くすると共に、前記現像ローラに印加する交流バイアスにおけるピーク間電圧を画像形成時より大きくすることを特徴とする。

そしてこの現像方法を実施する現像装置は、
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、前記磁気ブラシによりトナー薄層が形成され、印加された直流に交流を重畳した現像バイアスにより感光体上に形成された静電潜像にトナーを飛翔させて現像を行う現像ローラと、該現像ローラの回転速度を前記感光体と磁気ローラとは独立に変化させる独立駆動機構と、を有する現像装置において、
前記現像ローラへ印加する現像バイアス電圧を制御する現像ローラバイアス電圧制御装置と、連続画像形成状態における画像形成終了時から次の画像形成までの紙間を検出し、前記現像ローラ独立駆動機構に現像ローラ回転速度を画像形成時より大きくさせると共に、前記現像ローラバイアス電圧制御装置に交流バイアス電圧におけるピーク間電圧を画像形成時より大きくさせ、前記現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取って新たなトナー薄層を形成させるリフレッシュ動作を行わせる制御装置とからなることを特徴とする。

このように現像ローラの回転速度を、感光体と磁気ローラとは独立に変化させる独立駆動機構を設け、紙間において現像ローラ回転速度を画像形成時より大きくさせると共に、現像ローラの交流バイアス電圧におけるピーク間電圧を画像形成時より大きくしてリフレッシュ動作を行わせることで、まずリフレッシュ動作に要する時間が短くなり、かつ、大きなピーク間電圧の交流バイアスを印加することで、トナー帯電量が上昇した場合でも回収性能が維持され、良好なリフレッシュ動作を行って常に高品質な画像を形成できる現像方法及び現像装置とすることができる。

また、形成画像における終端側の現像ローラ略一周分の画像データにおける画像濃度が最大濃度に近い場合、現像ローラ上のトナーのほとんどが現像に使われるから、この場合はリフレッシュ動作を行う必要が無いから、前記リフレッシュ動作は連続画像形成時、形成画像における終端側の現像ローラ略一周分の画像データにおける画像濃度が最大濃度に近い場合を除いて実施し、そのため、前記リフレッシュ動作を行わせる制御装置は、連続画像形成状態における形成画像の終端側現像ローラ略一周分の画像データから画像濃度を算出する機能を有し、該算出結果に対応させて前記リフレッシュ動作を行わせるよう構成されていることで、紙間で常時リフレッシュ動作を行う場合に比較し、画像形成スピードをより大きくすることができる。

このように本発明によれば、リフレッシュ動作に要する時間を短くでき、しかも、トナー剥ぎ取りの効率も低下せずにトナー帯電量上昇時も回収性能を維持することができるから、良好なリフレッシュ動作により、常に高品質な画像を形成することのできる画像形成装置における現像方法及び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。

最初に本発明の概略を簡単に説明すると、本発明は、磁石を内包して直流バイアスが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、その磁気ブラシによって現像ローラ上にトナー薄層を形成した後、現像ローラに印加した直流に交流を重畳した現像バイアスで感光体上に形成された静電潜像にトナーを飛翔させ、現像を行うタッチダウン現像装置において、連続画像形成時に磁気ローラから現像ローラへ一方向の電界を掛け続けると現像ローラへトナーが固着するといった問題が生じるため、画像形成終了時から次の画像形成までの紙間において、現像ローラ上に形成されたトナー薄層を剥ぎ取って新たなトナー薄層を形成する、リフレッシュ動作を行って現像を行うようにした現像方法に適用されるものである。

このリフレッシュ動作には、現像ローラ上のトナー薄層の剥ぎ取りに現像ローラ１周分、その後に形成する新たなトナー薄層の厚さが安定するまでに現像ローラ２周分程度の時間が必要となるため、そのままでは連続画像形成速度が低下する。しかしながらこの対策として前記したように現像線速を速める、機械線速を速める、といった対策をおこなうと、現像線速を速めた場合は感光体と現像ローラの線速比が増加してグラフィック等の後端が濃くなる画像不具合が発生し、機械線速を速めた場合は定着性能や転写性能を損なうといった不具合を誘発する。

そのため本発明では、まず前記特許文献４と同様、現像ローラを感光体や磁気ローラとは独立に駆動できるようにした独立駆動機構を設け、紙間におけるリフレッシュ動作時、現像ローラの周速を画像形成時より早くすることで画像形成速度の低下を少なくした。しかしこのようにした場合、現像ローラと磁気ローラ間のニップ部の通過時間が短くなり、トナー剥ぎ取りの効率が低下してトナー帯電量上昇時の回収性能が弱くなる、という問題が生じる。このような問題に対しては、特許文献１、特許文献２のように直流バイアス電圧を高くする方法、交流バイアス電圧の周波数を大きくする方法、交流バイアス電圧のピーク間電圧（Ｖｐｐ：ピーク・トゥ・ピーク）を大きくする方法などがある。

しかしながら、現像ローラ上に付着したトナーの帯電量が高い場合、直流バイアス電圧を高くしても上層のトナーは剥ぎ取れるが、強固に現像ローラ上に付着したトナーを剥ぎ取ることは難しい、また、交流バイアス電圧の周波数を大きくする方法は、周波数をあまり高くするとトナーにも質量があるため追随できず、やはり効果的な剥ぎ取りが難しい。そのため本発明においては、磁気ローラに印加する交流バイアスのピーク間電圧を高め、それによってトナー剥ぎ取りの効率を大きくするようにしたものである。

また、形成される画像が最大濃度の画像（ベタ画像）である場合、現像ローラ上のトナー薄層は大部分が現像に用いられ、剥ぎ取る必要があるほどトナーが残らない。そのため、上記紙間におけるリフレッシュ動作とは別に、制御装置に送られてくる形成画像データにおける紙間直前の現像ローラ略１周分を参照し、そのデータがベタ画像、すなわち最大濃度である場合はリフレッシュ動作を行わず、紙間も最小限にして、画像形成速度をアップするようにした。

このようにすることで、リフレッシュ動作を行った場合でも従来に比べて画像形成速度の低下を抑えられ、紙間直前の現像ローラ１周分の画像データがベタ画像の場合はリフレッシュ動作も行わないから、より、画像形成速度をアップできると共に、磁気ローラに印加する交流バイアスのピーク間電圧を高めたことで、トナー剥ぎ取りの効率も低下させずにトナー帯電量上昇時も回収性能を維持することができるから、良好なリフレッシュ動作により、常に高品質な画像を形成することのできる画像形成装置における現像方法及び装置とすることができる。

以上が本発明の概略であるが、次に図５に示した画像形成装置の概略断面図と、図１に示した本発明になる現像方法を実施するタッチダウン現像装置の概略構成断面図を用い、本発明の現像方法を実施する画像形成装置の一実施例と現像装置の一実施例について簡単に説明する。なお以下の説明では、同一構成要素には同一番号を付してある。

まず図５に示した画像形成装置２０は、カラー画像形成装置において一般的に用いるブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）のそれぞれの色に対応させた、３Ｋで示したブラック用感光体ドラム、３Ｙで示したイエロー用感光体ドラム、３Ｃで示したシアン用感光体ドラム、３Ｍで示したマゼンタ用感光体ドラムを有し、それぞれの周囲に、帯電装置５６Ｋ、５６Ｙ、５６Ｃ、５６Ｍ、露光装置５７Ｋ、５７Ｙ、５７Ｃ、５７Ｍ、及び、１Ｋ、１Ｙ、１Ｃ、１Ｍで示した磁気ローラ１と、２Ｋ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍで示した現像ローラ２とを配した現像装置５０Ｋ、５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍなどからなるユニットを、給紙カセット５３からピックアップされた用紙を搬送する無端状ベルト５４における、用紙搬送方向に配列したタンデム型カラー画像形成装置である。

また、５８Ｋ、５８Ｙ、５８Ｃ、５８Ｍは、感光体ドラム３上に形成されたトナー画像を無端状ベルト５４で搬送されてくる用紙に転写する転写装置、５９はこうして各色のトナー画像が転写された用紙を加熱・加圧し、トナー画像を用紙に定着させる定着装置である。なお、以下の説明では、本発明をこの図５に示したタンデム型画像形成装置に適用した場合を例に説明してゆくが、本発明はタッチダウン現像装置を用いた画像形成装置であれば、どのような形式の画像形成装置にも適用できることは明らかである。

図１は、この図５に示した画像形成装置における感光体ドラム３と、磁気ローラ１及び現像ローラ２を配したタッチダウン現像装置５０の概略構成断面図である。図中、１は回転するスリーブ内部に図示していない固定磁石を有した磁気ローラで、キャリア４とトナー５からなって穂切りブレード９で層規制される磁気ブラシ１０を保持し、直流バイアス（Ｖｄｃ２）電源８からの直流バイアスが印加されている。２はこの磁気ローラ１上に形成された磁気ブラシ１０と、磁気ローラと現像ローラ間に印加されるトナー薄層形成バイアスとによってトナー薄層６が形成される現像ローラで、直流バイアス（Ｖｄｃ１）電源７ａ、交流バイアス（Ｖａｃ１）電源７ｂから印加される直流に交流が重畳された現像バイアスにより、このトナー薄層６から感光体ドラム３上に形成された静電潜像にトナーを飛翔させ、現像を行う。

なお、現像ローラ２は、前記本発明の概略で述べたように、その周速が感光体ドラム３や磁気ローラ１とは独立に駆動できるよう、クラッチや減速機構などを介してモータの駆動力が伝えられるか、または独立したモータで駆動できるようになっている。１１はこの現像ローラ２の周速の制御と、直流バイアス（Ｖｄｃ１）電源７ａ、交流バイアス（Ｖａｃ１）電源７ｂの電圧などを制御するための現像ローラ周速・バイアス制御装置、１２は同様に磁気ローラ１の周速と直流バイアス（Ｖｄｃ２）電源８を制御する磁気ローラ周速・バイアス制御装置、１３は画像形成装置全体を制御する制御装置である。

この制御装置１３は、上記したように画像形成装置全体を制御すると共に、送られてくる画像データから連続画像形成であるか否かを判断し、連続画像形成の場合、形成画像の終端側における現像ローラ２の略一周分の画像データから画像濃度を調べ、その画像濃度が最大濃度（ベタ画像）に近い場合を除き、画像形成終了時から次の画像形成までの紙間を検出して、現像ローラ周速・バイアス制御装置１１に指示して現像ローラ２の独立駆動機構に現像ローラ２の回転速度を画像形成時より大きくさせると共に、現像ローラ周速・バイアス制御装置１１に現像ローラ２に印加する交流バイアス電圧におけるピーク間電圧を画像形成時より大きくさせて、現像ローラ２上のトナー薄層を剥ぎ取って新たなトナー薄層を形成させるリフレッシュ動作を行わせる機能を有している。

再度図５を参照して、このように構成したタッチダウン型現像装置を有するタンデム型画像形成装置２０において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどの各色のトナー５とキャリア４とからなる２成分現像剤は、現像剤容器からそれぞれの現像装置５０Ｋ、５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍに供給されてトナー５が攪拌により適正なレベルに帯電され、磁気ローラ１Ｋ、１Ｙ、１Ｃ、１Ｍの表面に穂切りブレード９で一定の層厚とされながら磁気ブラシ１０を形成する。そしてその磁気ブラシ１０が現像ローラ２Ｋ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍに接触し、磁気ローラ１に加えられる直流バイアス（Ｖｄｃ２）電源８と、現像ローラ２に加えられる直流バイアス（Ｖｄｃ１）電源７ａとからの直流バイアスの電位差、及び現像ローラ２に加えられる交流バイアス（Ｖａｃ１）電源７ｂからの交流バイアスにより、現像ローラ２上にトナー薄層６が形成される。

そして、制御回路１３（図１参照）からプリント開始信号が来ると、まず、帯電装置５６Ｋ、５６Ｙ、５６Ｃ、５６Ｍによって各感光体ドラム３Ｋ、３Ｙ、３Ｃ、３Ｍが例えば４００Ｖに帯電され、その後、例えば７７０ｎｍの波長のＬＥＤを用いた露光装置５７Ｋ、５７Ｙ、５７Ｃ、５７Ｍによる露光により、各感光体ドラム３の露光後電位が約７０Ｖになって各色に対応した潜像が形成される。そしてこの潜像は、現像ローラ２に加えられる直流バイアス（Ｖｄｃ１）電源７ａと交流バイアス（Ｖａｃ１）電源７ｂとからの現像バイアスにより、現像ローラ２上のトナー薄層６から感光体ドラム３に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。

この間、用紙が給紙カセット５３から送りだされて無端状ベルト５４で送られ、それぞれの感光体ドラム３Ｋ、３Ｙ、３Ｃ、３Ｍに達したときに、対応した転写装置５８Ｋ、５８Ｙ、５８Ｃ、５８Ｍに転写バイアスが印加されて用紙にトナー像が転写され、定着装置５９で定着されて排紙される。そして連続して画像形成が行われる場合、前記したように制御装置１３が、各色の形成画像の終端側における現像ローラ２の略一周分の画像データから画像濃度を調べ、その画像濃度が最大濃度（ベタ画像）に近い場合を除き、画像形成終了時から次の画像形成までの紙間を検出して、現像ローラ周速・バイアス制御装置１１に指示して現像ローラ２の独立駆動機構に現像ローラ２の回転速度を画像形成時より大きくさせると共に、交流バイアス電圧におけるピーク間電圧を画像形成時より大きくさせ、現像ローラ２上のトナー薄層を剥ぎ取って、新たなトナー薄層を形成させるリフレッシュ動作を行わせる。

ここで用いる感光体ドラム３の感光材料としては、正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）やアモルファスシリコン感光体（ａ−Ｓｉ）を用いることが可能であり、正ＯＰＣの場合はオゾンなどの発生が少なくて帯電が安定しており、特に単層構造の正ＯＰＣは長期にわたって使用することで膜厚が変化した場合でも、感光特性に変化が少なくて画質も安定しているため、長寿命のシステムには最適である。この場合、正ＯＰＣの膜厚を２０μｍから４０μｍ程度に設定するのが好ましい。膜厚が２０μｍ以下であると、膜が減少して１０μｍ程度に達すると絶縁破壊によって黒点の発生が目だってくる。また、膜厚が４０μｍ以上になると感度が低下し、画像濃度低下の要因となる。

現像ローラ２は、その表面が導電性のアルミニウムからなるスリーブ状の回転体であり、約２５０μｍの空間をもって感光体ドラム３に対面して配置される。スリーブの材質としては均一な導電体であれば良く、ＳＵＳ、導電樹脂被覆などが適用できる。この導電性スリーブ回転体は、直流バイアス（Ｖｄｃ１）電源７ａ、交流バイアス（Ｖａｃ１）電源７ｂからの直流電圧、交流電圧がシャフトに印加され、導電性スリーブに伝達される。直流バイアス（Ｖｄｃ１）電源７ａは例えば印字時に２００Ｖの直流を、交流バイアス（Ｖａｃ１）電源７ｂはピーク間電圧Ｖｐｐが例えば１．４ｋＶ、周波数４．０ＫＨｚ、Ｄｕｔｙ
３０％の交流を供給する。交流成分の波形は矩形波が好ましい。

これらの重畳されたバイアスが導電性スリーブに印加されることで、感光体ドラム３上に電子写真方式で形成された潜像に対し、良好な現像性と共に磁気ローラ１によるトナー薄層６の回収性が高まり、連続印字の安定性が改善される。リフレッシュ動作において用紙間隔を大きくせず、感光体ドラム３の潜像に十分なトナーを供給するためには感光体ドラム３に対し、現像ローラ２の周速を１．５倍以上に設定すると短時間にトナーの出し入れが可能になる。また、磁気ローラ１を現像ローラ２に対して１〜２倍の周速に設定すると、トナーの入れ替えが促進される。この時、磁気ローラ１の回転方向が現像ローラ２に対して逆方向である方が好ましい。

穂切りブレード９と磁気ローラ１とのギャップは０．３〜１．５ｍｍ、磁気ローラ１と現像ローラ２間のギャップは同様に０．３〜０．５ｍｍで、好ましくは０．２〜０．４ｍｍ程度である。現像ローラ２上のトナーの薄層６は、２０から９０μｍ、好ましくは３０から７０μｍの厚さに設定される。この厚さはトナー５の平均粒径を７μｍとした場合にトナー５の５層から１０層程度に相当する値である。

現像ローラ２と感光体ドラム３との間のギャップは１５０から４００μｍ、好ましくは２００から３００μｍである。１５０μｍより狭いとカブリの要因になり、４００μｍより広いとトナー５を感光体ドラム３に飛翔させることが困難になり、十分な画像濃度得ることが出来ない。また、選択現像を発生させる要因になる。

現像ローラ２上のトナー薄層６における飽和トナー量は、磁気ローラ１に印加される直流バイアス（Ｖｄｃ２）電源８からの直流バイアスと、現像ローラ２に印加される直流バイアス（Ｖｄｃ１）電源７ａからの直流バイアスとの電位差によって決定される。Ｖｄｃ１（７ａ）を２００Ｖ、Ｖｄｃ２（８）の値を４００Ｖに設定すると、現像ローラ２周目で約１．０ｍｇ／ｃｍ^２のトナー層が得られる。飽和トナー量の調整は、基本的に（Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１）の電位差によって行うことができるが、トナーの帯電量や磁気ローラ１の磁極の強さなども要因として寄与する場合がある。飽和トナー量の調整は、Ｖｄｃ２の値を、形成する画像の濃度によって行うと均一な画像を得ることができる。例えば高濃度印刷を連続して行う場合は、（Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１）の値を少し高めに設定することが好ましい。

トナー層が０．５ｍｇ／ｃｍ^２以下、と少なすぎると高濃度画像が連続した場合に濃度の追随性が低下し、画像ムラが発生しやすくなる。また、１．５ｍｇ／ｃｍ^２を超えて多すぎると現像ゴーストやトナー飛散が目立つ傾向がある。トナー層厚はトナーの帯電量によっても左右され、トナー帯電量が１０μＣ／ｇ以下、特に５μＣ／ｇ以下と低いとトナー層厚が厚くなり、飛散が増大する。一方、トナー帯電量が２０μＣ／ｇ以上になるとトナー層厚が薄くなり、帯電が上昇しトナーの現像性が低下する。

ここで用いるトナー５は、選択現像性を回避するために粒度分布を規定することが重要である。一般的にトナーの粒度分布はコールターカウンターで測定され、粒度分布の広がりはその体積分布平均径と個数分布平均径の比でもって表現される。選択現像を防止するためにはその比率を小さくすることが重要である。分布が広いと、連続印刷において現像ローラ２に比較的粒度の小さなトナーが堆積し現像性を低下させる。

キャリアとしては、体積固有抵抗が１０^８Ωｃｍにシリコーン樹脂被覆をし、飽和磁化が４０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用いた。このキャリア４は、この他にマグネタイトキャリアを用いることができ、フェライトキャリアの場合もＭｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライトなどを用いることができる。これらのキャリアをそのまま用いても良いが、上記したように適正な抵抗を上げない範囲で表面処理して用いることも可能である。なお、キャリア４の平均粒度は、５０μｍを超えるとキャリアのストレスが増大すると共にトナー濃度を上げられず、現像ローラ２へのトナー供給量が減少する。

本発明におけるトナーとキャリアの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計量に対しトナー５〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％である。トナーの混合割合が５重量％未満であるとトナー帯電量が高くなり、十分な画像濃度が得られなくなり、２０重量％を超えると十分な帯電量が得られなくなるため、トナーが現像装置から飛散して画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが生じる。

図２は、このように構成した現像装置において、（Ａ）の本発明の現像方法と（Ｂ）の比較例としての従来の現像方法とにおける、リフレッシュ動作に要する時間を比較したタイミングチャートであり、その時の現像条件詳細と、リフレッシュ動作に要した時間の詳細を示したのが図３の表、リフレッシュ動作時におけるトナー帯電量が、１０、１５、２０μＣ／ｇである場合に、現像ローラ２の線速と交流バイアスのピーク間電圧（Ｖｐｐ）による剥ぎ取り性能の評価結果を示した表が図４である。

まず、図３のリフレッシュ動作時における現像条件詳細と時間の詳細の表について説明すると、「感光体線速」として示したのは感光体ドラム３Ｋ、３Ｙ、３Ｃ、３Ｍの回転速度であり、「印字時現像ローラ線速」は画像形成時における現像ローラ２Ｋ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍの回転速度で、これら２つは従来方法（比較例）も本発明の方法（実施例）も同速の１５０、２４０［ｍｍ／ｓｅｃ］である。次の「紙間現像ローラ線速」は、画像形成終了時から次の画像形成までにおける現像ローラ２Ｋ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍの回転速度で、これは従来方法では２４０［ｍｍ／ｓｅｃ］であるのに対し、本発明の方法では５００［ｍｍ／ｓｅｃ］とほぼ２倍としてある。

その下の「感光体外径」、「現像ローラ外径」、「磁気ローラ外径」は、それぞれの外径を示し、これらは従来方法も本発明の方法も同一で、それぞれ３０ｍｍ、１６ｍｍ、１６ｍｍである。「Ａ４縦１枚印字時間」は「感光体線速」で定まるＡ４縦１枚の印字時間で、これも従来方法も本発明の方法も同一であるが、次の「紙間での現像ローラ１周の薄層剥ぎ取りに要する時間」と「紙間での現像ローラ２周の薄層形成に要する時間」、及びこれらを合算した「Ｔｏｔａｌ」は、従来方法は０．２１ｓｅｃ、０．４２ｓｅｃ、２．６１ｓｅｃであるのに対し、本発明の方法では、０．１０ｓｅｃ、０．２０ｓｅｃ、２．２８ｓｅｃと、合算値が０．３３ｓｅｃ早くなり、そのため、この「Ｔｏｔａｌ」と「Ａ４縦１枚印字時間」とを合算し、１分間あたりの印字枚数を算出した「ｐｐｍ」が、従来方法では２３．０であるのに対して本発明の方法では２６．３と、１分間に３．３枚余計に印字（画像形成）できるようになっている。

なお、リフレッシュ動作時においては、現像ローラ２における直流バイアス（Ｖｄｃ１）電源７ａから印加される直流バイアスは１００Ｖ、交流バイアス（Ｖａｃ１）電源７ｂから印加される交流バイアスのＶｐｐは変わらずに１．４ＫＶ、周波数９ＫＨｚ、デュティを７０％とし、磁気ローラ１に印加する直流バイアス（Ｖｄｃ２）電源８ａの電圧を０Ｖとした。

次に図２における（Ａ）は、前記したように図１における制御装置１３が、各色の形成画像の終端側における現像ローラ２の略一周分の画像データから画像濃度を調べ、その画像濃度が最大濃度（ベタ画像）に近い場合を除いて行うようにした、リフレッシュ動作が必要であると認識したとき、現像ローラ周速・バイアス制御装置１１に指示して現像ローラ２Ｋ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍの周速を画像形成時より早くし、かつ、印加する交流バイアスのピーク間電圧を高め、効率的にトナー層６の剥ぎ取り、再形成を行った場合であり、（Ｂ）は、現像ローラ２Ｋ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍの周速を画像形成時と同じとし、印加する交流バイアスのピーク間電圧も画像形成時と同じとした場合である。

このタイミングチャートにおいて、横軸は時間、左にＭ、Ｃ、Ｙ、Ｋを付したＶｄｒは各色の現像ローラ２Ｋ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍへ印可する現像バイアス、同じくＶｍｒは磁気ローラ１Ｋ、１Ｙ、１Ｃ、１Ｍへ印可するトナー薄層形成バイアス、Ｍｄｌｐは現像装置５０Ｋ、５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍにおける現像ローラ２Ｋ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｍの駆動状態を表しており、「停止」として示したレベルは現像ローラ２の回転を停止している場合、「通常運転」として示したレベルは画像形成時における周速の場合、「高速回転」として示したレベルはリフレッシュ動作時における周速を大きくした場合である。

まず時間ｔ_１で現像装置５０Ｍが駆動され、時間ｔ_２で現像ローラ２Ｍにより、前記したようにしてマゼンタ用感光体ドラム３Ｍ上の静電潜像の現像が開始される。そして以下同様に、時間ｔ_２で現像装置５０Ｃが駆動されて……、という具合に各感光体ドラム３上の静電潜像の現像が行われるわけであるが、時間ｔ_３でマゼンタ用感光体ドラム３Ｍ上の静電潜像の現像が終了し、紙間が始まると、（Ａ）の本発明においては、前記したように現像装置５０Ｍにおける現像ローラ２Ｍ（Ｍｄｌｐ）が「高速回転」にされ、同時に現像ローラ２Ｍに印加する交流バイアスのピーク間電圧が高められる。

そのため（Ａ）の本発明においては、時間ｔ_４で現像ローラ２Ｍにおける紙間のリフレッシュ動作が終了するのに対し、現像ローラ２Ｍ（Ｍｄｌｐ）が紙間においても「通常回転」の従来の現像方法では、リフレッシュ動作が終了するのは（Ｂ）に示したように時間ｔ_５であるため、この（ｔ_５−ｔ_４）分だけリフレッシュ動作に時間がかかることになり、それだけ画像形成速度が遅くなる。従って、（Ａ）の本発明における次の画像形成が終了するのは本発明の方法では時間ｔ_６であるのに対して従来方法では時間ｔ_８であり、現像ローラ２Ｍ（Ｍｄｌｐ）が停止する時間も本発明の方法では時間ｔ_７であるのに対して従来方法では時間ｔ_９となっていて、図３に「Ｔｏｔａｌ」で示した時間差だけ画像形成にかかる時間が多くなっている。

最後の図４は、トナー帯電量が１０、１５、２０μＣ／ｇである場合に印字濃度４％の印字データを１０００枚連続印字し、交流バイアスのピーク間電圧（Ｖｐｐ）をいろいろに変化させたことで、剥ぎ取り性能がどのように変化したかを評価した結果を示した表である。表中、左の「トナー帯電量」はリフレッシュ動作時における現像ローラ上のトナー帯電量、「紙間線速」は現像ローラ２の紙間における線速を示していて、各トナー帯電量毎に上段は従来方法（比較例）の２４０ｍｍ／ｓｅｃの場合を、下段は本発明方法（実施例）の５００ｍｍ／ｓｅｃの場合である。右欄の「紙間での現像ローラ印加バイアスのＶｐｐ」は、現像ローラ２に印加する交流バイアスのピーク間電圧であり、「トナー帯電量」が１０、１５、２０μＣ／ｇである場合に、この「紙間での現像ローラ印加バイアスのＶｐｐ」を１．２ｋＶから２．０ｋＶまで変化させ、線速の２４０ｍｍ／ｓｅｃと５００ｍｍ／ｓｅｃにおける剥ぎ取り性能を評価している。

表中の○は、それぞれの線速、ピーク間電圧によるリフレッシュ動作の結果、現像ローラ２にトナー付着のない状態であり、△は若干の付着が見られた状態、×は剥ぎ取り性能が不十分で現像ローラ２上にトナーが付着している状態である。

トナー帯電量が１０、１５μＣ／ｇの場合は、紙間での線速が印字時と同じ２４０ｍｍ／sｅｃ、５００ｍｍ／sｅｃいずれにおいても通常印字時と同じ１.６ｋＶのＶｐｐで良好な剥ぎ取りが行なわれているのに対し、トナー帯電量が２０μＣ／ｇの場合は紙間の線速が印字時と同じ２４０ｍｍ／sｅｃの場合はＶｐｐが１.６ｋＶ以上で良好な結果を示しているが、５００ｍｍ／sｅｃでは２.０ｋＶ以上かけないと良好な結果が得られていない。

これらのことから、画像形成速度をリフレッシュ動作により低下させないために、現像ローラ２の線速を５００ｍｍ／sｅｃと早めた場合、トナー帯電量が１０、１５、２０μＣ／ｇの全ての状態で良好なリフレッシュ動作を行うためには、現像ローラ２に印加する交流バイアスのピーク間電圧を２.０ｋＶ以上とすればよいことがわかる。

このように本発明によれば、現像ローラ２の回転速度を感光体ドラム３と磁気ローラ１とは独立に変化させる独立駆動機構を設け、紙間において現像ローラ２の回転速度を画像形成時より大きくさせると共に、現像ローラ２に印加する交流バイアス電圧におけるピーク間電圧を画像形成時より大きくしてリフレッシュ動作を行わせることで、まずリフレッシュ動作に要する時間が短くなり、かつ、大きなピーク間電圧の交流バイアスにより、トナー帯電量が上昇した場合でも回収性能が維持され、良好なリフレッシュ動作を行って常に高品質な画像を形成できる現像方法及び現像装置とすることができる。

また、形成画像における終端側の現像ローラ２の略一周分の画像データにおける画像濃度が最大濃度に近い場合、リフレッシュ動作は不要であるからこれを省くことで、紙間で常時リフレッシュ動作を行う場合に比較し、画像形成スピードをより大きくすることができる。

本発明によれば、リフレッシュ動作に要する時間が短く、しかもトナー剥ぎ取りの効率を低下させずに、良好なリフレッシュ動作を行って常に高品質な画像を形成することのできる画像形成装置における現像方法及び装置を提供することができる。

本発明になる現像方法を実施する画像形成装置の一実施例の概略断面図である。 本発明の現像方法（Ａ）と比較例としての従来の現像方法（Ｂ）とにおける、リフレッシュ動作に要する時間を比較したタイミングチャートである。 本発明の現像方法と比較例としての従来の現像方法とにおける、リフレッシュ動作時の現像条件詳細と要した時間の詳細を示した表である。 リフレッシュ動作時におけるトナー帯電量が、１０、１５、２０μＣ／ｇである場合に、現像ローラ２の線速と磁気ローラ１に印加する交流バイアスのピーク間電圧（Ｖｐｐ）による剥ぎ取り性能の評価結果を示した表である。 本発明になる現像方法を実施するハイブリッド型現像装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 磁気ローラ
２ 現像ローラ
３ 感光体（静電潜像担持体）ドラム
４ キャリア
５ トナー
６ トナー薄層
７ａ 直流バイアス（Ｖｄｃ１）電源
７ｂ 交流バイアス（Ｖａｃ１）電源
８ 直流バイアス（Ｖｄｃ２）電源
９ 穂切りブレード
１０ 磁気ブラシ
１１ 現像ローラ周速・バイアス制御装置
１２ 磁気ローラ周速・バイアス制御装置
１３ 制御装置
２０ 画像形成装置

Claims (4)

1. 磁石を内包した磁気ローラ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、該磁気ブラシから現像ローラにトナー薄層を形成した後、前記現像ローラに印加された直流に交流を重畳した現像バイアスにより感光体上に形成された静電潜像にトナーを飛翔させ、画像形成終了時から次の画像形成までの紙間に、前記現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取って新たなトナー薄層を形成するリフレッシュ動作を実施して現像を行う現像方法において、
   前記リフレッシュ動作時に前記現像ローラ周速を画像形成時より早くすると共に、前記現像ローラに印加する交流バイアスにおけるピーク間電圧を画像形成時より大きくすることを特徴とする画像形成装置における現像方法。
2. 前記リフレッシュ動作は連続画像形成時、形成画像における終端側の現像ローラ略一周分の画像データにおける画像濃度が最大濃度に近い場合を除き、実施することを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。
3. 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、前記磁気ブラシによりトナー薄層が形成され、印加された直流に交流を重畳した現像バイアスにより感光体上に形成された静電潜像にトナーを飛翔させて現像を行う現像ローラと、該現像ローラの回転速度を前記感光体と磁気ローラとは独立に変化させる独立駆動機構と、を有する現像装置において、
   前記現像ローラへ印加する現像バイアス電圧を制御する現像ローラバイアス電圧制御装置と、連続画像形成状態における画像形成終了時から次の画像形成までの紙間を検出し、前記現像ローラ独立駆動機構に現像ローラ回転速度を画像形成時より大きくさせると共に、前記現像ローラバイアス電圧制御装置に交流バイアス電圧におけるピーク間電圧を画像形成時より大きくさせ、前記現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取って新たなトナー薄層を形成させるリフレッシュ動作を行わせる制御装置とからなることを特徴とする画像形成装置における現像装置。
4. 前記リフレッシュ動作を行わせる制御装置は、連続画像形成状態における形成画像の終端側現像ローラ略一周分の画像データから画像濃度を算出する機能を有し、該算出結果に対応させて前記リフレッシュ動作を行わせるよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載した画像形成装置における現像装置。

Images