JP2009008959A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期に亘ってキャリア現像の発生を防止するとともに、画質の低下も防止可能なタッチダウン現像方式の現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像ローラ２３には、第１直流バイアスＶｄｃ１を印加する第１直流バイアス電源２６ａ及び第１交流バイアスＶａｃ１を印加する第１交流バイアス電源２７ａが接続されており、磁気ローラ２２には、第２直流バイアスＶｄｃ２を印加する第２直流バイアス電源２６ｂ、及び第２交流バイアスＶａｃ２を印加する第２交流バイアス電源２７ｂが接続されている。現像ローラ２３に印加される第１交流バイアスＶａｃ１のＶｐｐはそのままで、磁気ローラ２２にＶａｃ１と同位相でピークツーピーク値が所定値以上の第２交流バイアスＶａｃ２を印加することにより、現像バイアス及び供給バイアスのトナーと逆極性側におけるピーク電圧の電位差を所定値以下とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用し、現像ローラに帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を接触または非接触で現像するタッチダウン現像式の現像装置の駆動制御方法に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた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、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより静電潜像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

一成分現像方式は、磁気ブラシによって静電潜像担持体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反面、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するため、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、トナーの帯電量を安定して維持することが困難であった。また、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。

また、色重ねを行うカラー印刷の場合、トナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリア成分を含まないトナーのみを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。しかし、二成分現像方式は安定した帯電量を長期間維持できトナーの長寿命化に適している反面、前述した磁気ブラシによる影響のため画質の面で不利であった。

これらの問題を解決する手段の一つとして、磁気ローラを用いて現像剤を静電潜像担持体（感光体）に対して非接触に設置した現像ローラ上に移行させる際に、磁気ローラ上に磁性キャリアを残したまま現像ローラ上に非磁性トナーのみを転移させてトナー薄層を形成し、交流電界によって静電潜像担持体（感光体）上の潜像にトナーを付着させるハイブリッド（タッチダウン）現像方式が提案されている。

この技術によれば、トナーの長寿命化を考慮してトナー帯電領域は前述したような二成分現像方式を採用し、その後の現像領域は高画質化を狙って感光体に対して接触または非接触でトナーのみを付着させる一成分現像方式を採用しているため、一成分現像方式及び二成分現像方式それぞれの利点を活かすことができる。そのため、特に高画質化、長寿命化が要求されるフルカラー画像形成装置に最も好適な現像方式である。

しかし、タッチダウン現像方式であっても、磁性キャリアを用いる二成分現像の領域が存在するため、高湿下で現像剤の抵抗が下がった場合や現像装置の長期間の駆動によりキャリアが劣化した場合等に、キャリアが現像ローラを経由して静電潜像担持体に移行することにより印刷画像に白点或いは黒点が現れる、いわゆるキャリア現像が発生しやすいという不具合がある。このキャリア現像は、特にソリッド画像やハーフトーン部分に生じやすく、見た目にも触感的にも極めて大きな問題であった。

そこで、キャリア現像の発生を防止する方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、現像剤担持体（現像ローラ）の回転速度、現像バイアスの直流成分、及び感光体の表面電位のうち少なくとも一つを変化させてキャリア現像を防止する二成分現像方式の画像形成装置が開示されている。
特開２００１−１３４０６６号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、キャリア現像の発生し易い条件下で現像バイアスの直流成分や感光体の表面電位を低下させるか、或いは現像ローラの回転速度を上げる必要があるので、キャリア現像の発生は防止できても、同時に現像性を損なう可能性があり、安定した画像を得られないおそれがあった。また、特許文献１の方法は二成分現像方式において現像ローラから感光体へのキャリア移行を防止する技術であり、磁気ローラから現像ローラへのキャリアの移行を防止する必要があるタッチダウン現像方式にそのまま適用することはできなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、長期間に亘ってキャリア現像の発生を防止するとともに、画質の低下も防止可能なタッチダウン現像方式の現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、少なくともキャリア及びトナーを含む二成分現像剤が用いられ、像担持体に対向配置されるトナー担持体と、該トナー担持体上に磁気ブラシを用いてトナー薄層を形成するトナー供給部材と、を有し、前記トナー担持体に第１直流バイアス及び第１交流バイアスから成る現像バイアスを印加することにより前記像担持体表面にトナーを付着させて静電潜像を現像する現像装置において、前記トナー供給部材には、前記第１直流バイアスよりもトナーと同極性側に高い第２直流バイアスと、前記第１交流バイアスよりもピークツーピーク値が小さい第２交流バイアスとから成る供給バイアスが印加され、前記現像バイアス及び前記供給バイアスのトナーと逆極性側におけるピーク電圧の電位差を所定値以下としたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記第１交流バイアスのピークツーピーク値を変化させずに、前記第１交流バイアスと同位相でピークツーピーク値が所定値以上の第２交流バイアスを前記トナー供給部材に印加することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記トナー供給部材に予め前記第１交流バイアスと逆位相の第２交流バイアスが印加されている場合、前記第１交流バイアスのピークツーピーク値を変化させずに、前記第２交流バイアスのピークツーピーク値を所定値以下とすることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置が搭載され、装置内部の温度を検知する温度検知手段と、装置内部または外部の湿度を検知する湿度検知手段と、該温度検知手段及び湿度検知手段により検知された温度及び湿度に応じて前記第２交流バイアスの印加の要否、及び印加される前記第２交流バイアスのピークツーピーク値を決定する制御手段と、を備えた画像形成装置である。

また本発明は、上記構成の現像装置が搭載され、前記現像装置の累積駆動時間を計測する計測手段と、該計測手段により計測された累積駆動時間に応じて前記第２交流バイアスの印加の要否、及び印加される前記第２交流バイアスのピークツーピーク値を決定する制御手段と、を備えた画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、トナー担持体に印加される現像バイアス及びトナー供給部材に印加される供給バイアスの、トナーと逆極性側におけるピーク電圧の差が所定値以下となるため、トナー担持体へトナーを供給する際にトナーが必要以上に引き剥がされず、それに伴うトナー供給部材上のキャリアにおける逆電荷の発生も抑えられる。従って、トナー担持体へのキャリアの移動及び出力画像上のキャリア現像を効果的に抑制することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、第１交流バイアスのピークツーピーク値を変化させずに第１交流バイアスと同位相でピークツーピーク値が所定値以上の第２交流バイアスをトナー供給部材に印加することにより、キャリア現像を効果的に抑制するとともに、像担持体上の静電潜像の現像性も維持することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、予めトナー供給部材に第１交流バイアスと逆位相の第２交流バイアスが印加されている場合は、第１交流バイアスのピークツーピーク値を変化させずに第２交流バイアスのピークツーピーク値を所定値以下とすることにより、キャリア現像を効果的に抑制するとともに、像担持体上の静電潜像の現像性も維持することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の現像装置を画像形成装置に搭載するとともに、温度検知手段及び検知手段により検知された温度及び湿度に応じて第２交流バイアスの印加の要否、及び印加される第２交流バイアスのピークツーピーク値を決定することにより、キャリア現像の発生し易い高温高湿条件下においては温度及び湿度に応じた適切な第２交流バイアスをトナー供給部材に印加してキャリア現像の発生を一層効果的に防止しつつ、キャリア現像の発生しない条件では不要な制御の実行を制限することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の現像装置を画像形成装置に搭載するとともに、現像装置の累積駆動時間に応じて第２交流バイアスの印加の要否、及び印加される第２交流バイアスのピークツーピーク値を決定することにより、累積駆動時間が長くキャリア現像の発生し易い条件下においては累積駆動時間に応じた適切な第２交流バイアスをトナー供給部材に印加してキャリア現像の発生を防止しつつ、キャリア現像の発生しない条件では不要な制御の実行を制限することができる。

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、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置（例えばプリンタ）１００である。画像形成装置１００では、コピー動作を行う場合、装置本体内の画像形成部Ｐにおいて、不図示のパーソナルコンピューター（ＰＣ）から送信された原稿画像データに基づく静電潜像が形成され、現像装置４により静電潜像にトナーが付着されてトナー像が形成される。この現像装置４へのトナーの供給はトナーコンテナ５から行われる。そして、このような画像形成装置１００では、感光体ドラム１を図１において時計回りに回転させながら、感光体ドラム１に対する画像形成プロセスが実行される。

画像形成部Ｐには、感光体ドラム１の回転方向（時計回り）に沿って、帯電器２、露光ユニット３、現像装置４、転写ローラ６、クリーニング装置７、及び除電装置（図示せず）が配設されている。感光体ドラム１は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、帯電器２により表面を帯電させるようになっている。そして、後述する露光ユニット３からのレーザビームを受けた表面に、帯電を減衰させた静電潜像を形成する。感光体ドラム１としては、セレンやアモルファスシリコン等の無機感光体、或いは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又は積層の感光層が形成された有機感光体が挙げられる。

帯電器（帯電チャージャ）２は、感光体ドラム１の表面を均一に帯電させるものである。帯電器２としては、例えばグリッド電極により細いワイヤーに高電圧を印加してコロナ放電させるスコロトロン放電装置が用いられる。なお、スコロトロン放電装置に代えて、帯電ローラや帯電ブラシに代表される帯電部材を感光体表面に接触させた状態で電圧を印加する接触式の帯電装置を用いても良い。露光ユニット３は、画像データに基づいて光ビーム（例えばレーザビーム）を感光体ドラム１に照射し、感光体ドラム１に静電潜像を形成する。

現像装置４は、感光体ドラム１の静電潜像にトナーを付着させて、トナー像を形成させるものである。なお、ここでは磁性キャリアとトナーとから構成される二成分現像剤が現像装置４に収容されている。また、現像装置４の詳細については後述する。転写ローラ６は、感光体ドラム１表面に形成されたトナー像を乱さずに用紙搬送路１１を搬送されてくる用紙に移行（転写）する。クリーニング装置７は、感光体ドラム１の長手方向に線接触するクリーニングローラやブレード材等を備えており、トナー像が用紙に移行（転写）された後に、感光体ドラム１の表面に残ったトナー（残留トナー）を除去する。

そして、予め入力された画像データに基づいて露光ユニット３が感光体ドラム１上にレーザビーム（光線）を発することで、その画像データに基づく静電潜像を感光体ドラム１表面に形成する。その後、現像装置４が静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。

上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム１に向けて、シート収容部１０からシートが用紙搬送路１１及びレジストローラ対１３を経由して画像形成部Ｐに搬送され、画像形成部Ｐにおいて転写ローラ５により感光体ドラム１表面のトナー像がシートに転写される。そして、トナー像が転写されたシートは感光体ドラム１から分離され、定着部７に搬送されてトナー像が定着される。定着部７を通過したシートは、排出ローラ対１４を通過して用紙排出部１５に排出される。

図２は、本発明の現像装置の構成を示す側面断面図である。図２に示すように、現像装置４は、二成分現像剤（以下、単に現像剤と呼ぶ）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃにはトナーコンテナ５（図１参照）から供給されるトナーをキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２０ａに形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め下方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ｂの下方には磁気ローラ２２が配置され、磁気ローラ２２の左斜め下方には現像ローラ２３が対向配置されている。そして、現像ローラ２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１に対向しており、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３は図中反時計回りに回転する。

なお、現像容器２０には、第１攪拌スクリュー２１ａと対面してトナーセンサ（図示せず）が配置されており、トナーセンサで検知されるトナー濃度に応じてトナーコンテナ５からトナー補給口（図示せず）を介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラ２２は、非磁性の回転スリーブと、回転スリーブに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する固定マグネットローラ体で構成されている。現像ローラ２３は、非磁性の現像スリーブから構成されており、磁気ローラ２２と現像ローラ２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラ２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラ２２の回転方向（図中反時計回り）において、現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラ２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラ２３には、第１直流バイアス（Ｖｄｃ１）を印加する第１直流バイアス電源２６ａ及び第１交流バイアス（Ｖａｃ１）を印加する第１交流バイアス電源２７ａが接続されている。磁気ローラ２２には、第２直流バイアス（Ｖｄｃ２）を印加する第２直流バイアス電源２６ｂ、及び第２交流バイアス（Ｖａｃ２）を印加する第２交流バイアス電源２７ｂが接続されている。

前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が磁気ローラ２２に搬送される。そして、磁気ローラ２２上に磁気ブラシ（図示せず）を形成し、磁気ローラ２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制されて、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間の電位差及び磁界によって現像ローラ２３にトナー薄層Ｔを形成する。そして、このトナー薄層Ｔによって感光体ドラム１上の静電潜像が現像される。

図３は、本発明の現像装置における磁気ローラ２２、現像ローラ２３への印加バイアスの関係を従来と比較した図である。図２及び図３を用いて本発明の現像装置に印加されるバイアスの設定について説明する。なお、ここでは帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる場合について説明する。

図３（ａ）に示すように、現像ローラ２３に印加される現像バイアスは、第１交流バイアスＶａｃ１に第１直流バイアスＶｄｃ１を重畳することで、交流波形の振幅中心電圧を０Ｖからプラス側にシフトさせている。また、この例では磁気ローラ２２には交流バイアスは印加されておらず、第１直流バイアスＶｄｃ１よりもプラス側に高い第２直流バイアスＶｄｃ２のみが印加されている。トナー薄層Ｔの飽和トナー量は、基本的には第１直流バイアスＶｄｃ１と第２直流バイアスＶｄｃ２（供給バイアス）の電位差によって決定される。トナー薄層Ｔの層厚が薄すぎると、高濃度画像が連続した場合の濃度追随性が低下し、画像むらが発生し易くなる。一方、トナー薄層Ｔの層厚が厚すぎると、ゴーストやトナー飛散が目立つ傾向がある。

一方、磁気ローラ２２から現像ローラ２３へのトナー供給、或いは現像ローラ２３から磁気ローラ２２へのトナー回収は、現像ローラ２３に印加される第１交流バイアスＶａｃ１によって制御される。具体的には、第１交流バイアスＶａｃ１が磁気ローラ２２に印加される第２直流バイアスＶｄｃ２よりも電位がマイナス側に高くなる部分で現像ローラ２３側にトナーを移行させ、第２直流バイアスＶｄｃ２よりも電位がプラス側に高くなる部分で現像ローラ２３からトナーを引き剥がす。従って、現像ローラ２３へのトナー供給量は第１交流バイアスＶａｃ１のマイナス側ピーク値と第２直流バイアスＶｄｃ２との電位差ΔＶ１によって決定され、現像ローラ２３からのトナー引き剥がし量は第１交流バイアスＶａｃ１のプラス側ピーク値と第２直流バイアスＶｄｃ２との電位差ΔＶ２によって決定される。

高温高湿環境において現像剤の抵抗値が低下した場合、磁気ローラ２２と現像ローラ２３の間で磁気ブラシ（キャリア）からトナーが引き剥がされ、現像ローラ２３の表面に移行した直後にキャリアが保持している負電荷（トナーと逆極性）が磁気ローラ２２を通じて抜けていく。その電流によってキャリアに逆極性（トナーと同極性）の正電荷が発生するため、トナーと同様にキャリアが現像ローラ２３側へ移動し、さらに感光体ドラム１側へ移動するキャリア現像が発生する。この現象は、現像装置を長期間駆動させることによりキャリアのコート剤が剥がれてキャリア抵抗が低下した場合にも発生し易くなる。

このキャリア現像を防止するためには、現像ローラ２３へトナーを供給する際にトナーを必要以上に引き剥がさないことが肝要である。前述の通り、現像ローラ２３へのトナー供給量は電位差ΔＶ１によって決まるので、ΔＶ１が小さくなる方向にバイアスを調整すれば良い。しかし、単に第１交流バイアスＶａｃ１のピークツーピーク値（プラス側電位とマイナス側電位の差）Ｖｐｐを下げただけでは、現像ローラ２３と感光体ドラム１との間の電位差も低下するため現像性が低下してしまう。

そこで、本発明においては、図３（ｂ）に示すように、現像ローラ２３に印加される第１交流バイアスＶａｃ１のＶｐｐはそのままで、磁気ローラ２２にはＶａｃ１と同位相でピークツーピーク値がＶａｃ１よりも小さい第２交流バイアスＶａｃ２（図の破線で表示）を第２直流バイアスＶｄｃ２に重畳した供給バイアスを印加している。これにより、現像バイアスと供給バイアスのマイナス側の電位差ΔＶ１はΔＶ１′まで小さくなるため、磁気ローラ２２からトナーが過度に引き剥がされず、それに伴う磁気ローラ２２上のキャリアにおける逆電荷（正電荷）の発生も抑えられる。従って、現像ローラ２３へのキャリアの移動を効果的に抑制することができる。また、Ｖｐｐは低下しないため、現像性も維持することができる。第２交流バイアスＶａｃ２のピークツーピーク値は、ΔＶ１′がキャリア現像の発生しない電位差以下となる所定値以上に設定すれば良い。

以上、磁気ローラ２２に第２交流バイアスが印加されていない場合のキャリア現像の防止について説明したが、次に、現像ローラ２３に印加される第１交流バイアスと逆位相の第２交流バイアスが磁気ローラ２２に印加されている場合について説明する。図４（ａ）に示すように、予め磁気ローラ２２には第２直流バイアスＶｄｃ２にＶａｃ１と逆位相の第２交流バイアスＶａｃ２を重畳した供給バイアスを印加することで、図３（ａ）の場合に比べてＶｐｐを増大させることなくΔＶ１及びΔＶ２を大きくすることができ、現像ローラ２３上のトナーの入れ替えを円滑に行うことができる。

この場合においても、高温高湿環境や現像装置の長期間の駆動によりキャリアが現像ローラ２３を介して感光体ドラム１へ移動するキャリア現像が発生する。そこで、図４（ｂ）に示すように、第１交流バイアスＶａｃ１のＶｐｐはそのままで、第２交流バイアスＶａｃ２のピークツーピーク値を所定値以下とする。これにより、ΔＶ１はΔＶ１′まで小さくなるため、図３（ｂ）の場合と同様に、現像性を低下させることなくキャリア現像を効果的に抑制可能となる。

また、キャリア現像の発生のし易さは画像形成装置の使用環境によって変化するため、装置内部の温度と装置内部又は外部の湿度に基づいて磁気ローラ２２への第２交流バイアスＶａｃ２の印加の要否、及び印加されるＶａｃ２のピークツーピーク値を決定することが好ましい。これにより、キャリア現像の発生し易い条件を検知してＶａｃ２の制御が自動的に実行されるため、Ｖａｃ２の制御を手動設定する必要がなくなり、設定ミスや設定忘れを回避することができる。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図５は、本発明の画像形成装置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１００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。

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、読み書き自在の記憶部である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、タイマー９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０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。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００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１００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１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）には、機内温度及び機外湿度と第２交流バイアスＶａｃ２のピークツーピーク値とを関連づけて記憶した環境補正テーブルが格納されている。

また、制御部９０は、画像形成装置１００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、感光体ドラム１、帯電器２、露光ユニット３、現像装置４、定着装置８、シート収容部１０、操作部５０等が挙げられる。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２、テンキー５３が設けられており、ユーザは操作部５０を操作して指示を入力することで、画像形成装置１００の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。液晶表示部５１は、画像形成装置１００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、タッチパネルとして、両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行えるようになっている。テンキー５３は、印刷部数の設定や、画像形成装置１００がＦＡＸ機能も有する場合に相手方のＦＡＸ番号を入力等するためのものである。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

機内温度センサ９７は、装置内部の温度、特に感光体ドラム１の表面若しくは周辺の温度を検知するものであり、感光体ドラム１の近傍に配置される。機外湿度センサ９８は、装置外部の湿度を検知するものであり、例えば発熱部分の影響を受けにくい図１のシート収容部１０側方の吸気ダクト（図示せず）近辺に設置されるが、装置外部の湿度を正確に検出可能な他の場所に設置することもできる。

機内温度センサ９７及び機外湿度センサ９８は、装置内部の温度及び装置外部の湿度を所定の時間毎に常に検出している。操作部５０からＣＰＵ９１に画像出力が指示されると、機内温度センサ９７及び機外湿度センサ９８により検出された装置内部の温度及び装置外部の湿度がＩ／Ｆ９６を介してＣＰＵ９１に送出され、装置内部の温度及び装置外部の湿度を用いて環境補正テーブルにより第２交流バイアスＶａｃ２の制御の要否を決定するとともに、制御が必要な場合はピークツーピーク値を選定してＣＰＵ９１に出力する。

これにより、Ｖａｃ２の制御を実行するか否かを機内温度センサ９７及び機外湿度センサ９８の検知結果に基づいて決定することができるため、キャリア現像の発生し易い高温高湿条件下においては第２交流バイアスＶａｃ２を制御してキャリア現像の発生を防止しつつ、キャリア現像の発生しない条件では不要な制御の実行を回避することができる。なお、Ｖａｃ２の制御はなるべく実行直前の検出温度及び湿度を用いて行うことが好ましいが、他のタイミングで検出した温湿度を用いて制御を行ってもよい。また、所定の回数温湿度の検出を行い、各検出値の平均値を用いることもできる。

なお、現像装置の累積駆動時間に応じて第２交流バイアスＶａｃ２の制御の要否及び制御時のピークツーピーク値を決定する場合についても全く同様の手順により行われる。即ち、タイマー９５を用いて現像装置４の累積駆動時間を計測するとともに、累積駆動時間とＶａｃ２のバイアス値とを関連づける補正テーブルをＲＯＭ９２（又はＲＡＭ９３）に記憶させておき、計測された累積駆動時間に基づいて制御の要否及びピークツーピーク値を決定すれば良い。

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、上記各実施形態では帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用いる現像装置を例に挙げて説明したが、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる現像装置にも全く同様に適用可能である。その場合、現像ローラ２３へのトナー供給は交流波形のプラス側で行われ、現像ローラ２３からのトナー回収は交流波形のマイナス側で行われることになるが、磁気ローラ２２への第２交流バイアスＶａｃ２の印加による効果は正帯電トナーを用いる場合と同様である。

また、本発明は図１に示したモノクロプリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、タンデム式或いはロータリー現像式のカラープリンタ及びカラー複写機、ファクシミリ等、タッチダウン現像方式の現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果を更に詳細に説明する。

図２に示した本発明の現像装置を試験機（ＦＳ−Ｃ５０１６Ｎ、京セラミタ社製）に搭載し、図３のように現像ローラ２３に印加される第１交流バイアスＶａｃ１と同位相の第２交流バイアスＶａｃ２を磁気ローラ２２に印加した場合について、画像印刷時のキャリア現像の抑制効果を調査した。

試験機の条件としては、直径３０ｍｍのアモルファスシリコン製感光体ドラムを用い、ドラム表面電位を３５０Ｖ、ドラム明電位を３０Ｖとした。また、現像ローラ径及び磁気ローラ径を１６ｍｍとした。現像条件の設定としては、感光体ドラム、現像ローラ及び磁気ローラの線速をそれぞれ８４ｍｍ／ｓｅｃ、１２６ｍｍ／ｓｅｃ、１８９ｍｍ／ｓｅｃとし、ドラム−現像ローラ間ギャップを２００μｍ、現像ローラ−磁気ローラ間ギャップを３５０μｍとした。現像剤としては、正帯電トナーとＭｎ−Ｍｇ系キャリアとから成る二成分現像剤（キャリアに対するトナーの混合比率８．０重量％）を用いた。

評価方法としては、現像ローラ及び磁気ローラに印加する第１直流バイアスＶｄｃ１、第２直流バイアスＶｄｃ２をそれぞれ１００Ｖ、３００Ｖに固定し、第１交流バイアスＶａｃ１、第２交流バイアスＶａｃ２のピークツーピーク値（Ｖｐｐ１、Ｖｐｐ２）を変化させて全面ソリッド画像（ベタ画像）を印字し、現像されたキャリア数を目視によりカウントした。但し、肉眼で検出できないものについては判定除外とした。また、ソリッド画像にローラピッチで現れるピッチ性のむらを確認して画像均一性を評価した。

画像均一性の評価基準は、ソリッド画像にピッチ性のむらが無い場合を○（合格）、ピッチ性のむらは認められるが白抜けはない場合を△（不合格）、ピッチ性のむらが顕著に見られ白く抜ける場合を×（不合格）とした。評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、Ｖａｃ１のピークツーピーク値Ｖｐｐ１を１．６ｋＶ、Ｖａｃ２のピークツーピーク値Ｖｐｐ２を２００Ｖとした試験例１では、画像均一性は良好であったが、現像ローラ側へのトナー供給（磁気ローラからのトナー引き剥がし）に影響するマイナス側ピーク電圧の電位差ΔＶ１が９００Ｖと大きいため画像上に２６個のキャリアが現像された。

これに対し、Ｖａｃ２のピークツーピーク値を４００Ｖとし、ΔＶ１を８００Ｖと小さくした試験例２では、画像上に現像されたキャリア数は２個と少なく、画像均一性も良好であった。さらに、Ｖａｃ２のピークツーピーク値を６００Ｖとし、ΔＶ１を７００Ｖまで小さくした試験例３では、画像上に肉眼でキャリアが確認されず、キャリア現像の抑制効果がより高くなった。

一方、Ｖａｃ２のピークツーピーク値Ｖｐｐ２を２００Ｖに維持し、Ｖａｃ１のピークツーピーク値Ｖｐｐ１を１．４ｋＶ、１．２ｋＶとした試験例４、５では、試験例２、３と同様にΔＶ１が８００Ｖ、７００Ｖと小さくなるためキャリア現像は抑制されたが、Ｖｐｐ１を下げたために現像性が低下し、画像にピッチ性のむらが確認された。

この結果より、Ｖａｃ１のピークツーピーク値Ｖｐｐ１は所定値（ここでは１．６ｋＶ）に保持したまま、マイナス側ピーク電圧の電位差ΔＶ１を所定値（ここでは８００Ｖ）以下とすれば、現像性を損なうことなくキャリア現像を抑制できることが確認された。

なお、上記実施例は本発明の一構成例にすぎず、現像ローラに印加されるＶｄｃ１、Ｖａｃ１、及び磁気ローラに印加されるＶｄｃ２、Ｖａｃ２は装置の仕様や使用環境に応じて適宜設定することができる。また、ここでは記載しないが、図４に示したように予めＶａｃ１と逆位相のＶａｃ２が磁気ローラに印加されている場合についても同様の効果が確認されている。

本発明は、少なくともキャリア及びトナーを含む二成分現像剤が用いられ、像担持体に対向配置されるトナー担持体と、該トナー担持体上に磁気ブラシを用いてトナー薄層を形成するトナー供給部材と、を有し、前記トナー担持体に第１直流バイアス及び第１交流バイアスから成る現像バイアスを印加することにより前記像担持体表面にトナーを付着させて静電潜像を現像する現像装置において、前記トナー供給部材には、前記第１直流バイアスよりもトナーと同極性側に高い第２直流バイアスと、前記第１交流バイアスよりもピークツーピーク値が小さい第２交流バイアスとから成る供給バイアスが印加され、前記現像バイアス及び前記供給バイアスのトナーと逆極性側におけるピーク電圧の電位差を所定値以下としたものである。

これにより、トナー担持体へトナーを供給する際にトナーが必要以上に引き剥がされず、それに伴うトナー供給部材上のキャリアにおける逆電荷の発生も抑えられる。従って、トナー担持体へのキャリアの移動を効果的に抑制可能となり、キャリア現像の発生しない現像装置を提供できる。

通常は、第１交流バイアスのピークツーピーク値を変化させずに第１交流バイアスと同位相且つピークツーピーク値が所定値以上の第２交流バイアスをトナー供給部材に印加する。また、予め第１交流バイアスと逆位相の第２交流バイアスがトナー供給部材に印加されている場合は第２交流バイアスのピークツーピーク値を所定値以下とする。これにより、像担持体上の静電潜像の現像性も維持されるため、キャリア現像を効果的に抑制するとともに、現像むらがなく画像の均一性にも優れた現像装置となる。

また、本発明の現像装置を画像形成装置に搭載するとともに、検知された温度及び湿度、或いは現像装置の累積駆動時間に応じて第２交流バイアスの印加の要否及びピークツーピーク値を決定することとしたので、キャリア現像の発生し易い条件下においては条件に応じた所定の第２交流バイアスを印加してキャリア現像の発生を一層効果的に防止し高画質な画像を形成できる画像形成装置となる。

は、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、本発明の現像装置の構成を示す側面断面図である。 は、磁気ローラ、現像ローラへ印加される直流バイアス及び交流バイアスの関係を示す図である。 は、予め磁気ローラに逆位相の交流バイアスが印加されている場合の、磁気ローラ、現像ローラへ印加される直流バイアス及び交流バイアスの関係を示す図である。 は、画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム（像担持体）
４ 現像装置
２２ 磁気ローラ（トナー供給部材）
２３ 現像ローラ（トナー担持体）
２５ 穂切りブレード
２６ａ 第１交流バイアス電源
２６ｂ 第２交流バイアス電源
２７ａ 第１直流バイアス電源
２７ｂ 第２直流バイアス電源
９０ 制御部（制御手段）
９５ タイマー（計測手段）
９７ 機内温度センサ（温度検知手段）
９８ 機外湿度センサ（湿度検知手段）
１００ 画像形成装置
Ｐ 画像形成部
Ｔ トナー薄層
Ｖｄｃ１ 第１直流バイアス
Ｖｄｃ２ 第２直流バイアス
Ｖａｃ１ 第１交流バイアス
Ｖａｃ２ 第２交流バイアス

Claims (5)

1. 少なくともキャリア及びトナーを含む二成分現像剤が用いられ、像担持体に対向配置されるトナー担持体と、該トナー担持体上に磁気ブラシを用いてトナー薄層を形成するトナー供給部材と、を有し、
   前記トナー担持体に第１直流バイアス及び第１交流バイアスから成る現像バイアスを印加することにより前記像担持体表面にトナーを付着させて静電潜像を現像する現像装置において、
   前記トナー供給部材には、前記第１直流バイアスよりもトナーと同極性側に高い第２直流バイアスと、前記第１交流バイアスよりもピークツーピーク値が小さい第２交流バイアスとから成る供給バイアスが印加され、前記現像バイアス及び前記供給バイアスのトナーと逆極性側におけるピーク電圧の電位差を所定値以下としたことを特徴とする現像装置。
2. 前記第１交流バイアスのピークツーピーク値を変化させずに、前記第１交流バイアスと同位相でピークツーピーク値が所定値以上の第２交流バイアスを前記トナー供給部材に印加することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記トナー供給部材に予め前記第１交流バイアスと逆位相の第２交流バイアスが印加されている場合、前記第１交流バイアスのピークツーピーク値を変化させずに、前記第２交流バイアスのピークツーピーク値を所定値以下とすることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置が搭載されており、
   装置内部の温度を検知する温度検知手段と、
   装置内部または外部の湿度を検知する湿度検知手段と、
   該温度検知手段及び湿度検知手段により検知された温度及び湿度に応じて前記第２交流バイアスの印加の要否、及び印加される前記第２交流バイアスのピークツーピーク値を決定する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置が搭載されており、
   前記現像装置の累積駆動時間を計測する計測手段と、
   該計測手段により計測された累積駆動時間に応じて前記第２交流バイアスの印加の要否、及び印加される前記第２交流バイアスのピークツーピーク値を決定する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。

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