JP5111218B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ及び複合機等の画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアにより非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用して、帯電されたトナーのみを現像ローラ上に保持し、このトナーを静電潜像に飛翔させることで該潜像を現像する非接触現像方式を用いた画像形成装置に関する。

従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ及び複合機等の画像形成装置では、１成分現像剤を使用した非接触現像方式での現像が検討されてきた。また、近年、印刷の高速化に伴い、高速画像形成方式用の現像、特に、感光体上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用の現像についても検討がなされている。この１ドラム色重ね方式は、感光体上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラー画像の高画質化に対応する技術として注目されている。

最近では、トナーの各色に対応した複数の感光体を用いて、転写部材の送りに同期させてカラー画像を形成し、転写部材上で色重ねを行う所謂タンデム方式が注目されてきている。この方式は高速性に優れているという利点があるものの、各色の電子写真プロセス部材（画像形成ユニット）を並べて配置しなければならず装置が大型化してしまう。これに対し、感光体同士の間隔を狭くして小型化された画像形成ユニットを配置した小型タンデム画像形成装置が提案されている。
米国特許第３，９２９，０９８号公報 特開２００３−２１９６１号公報 特開２００３−２１９６６号公報 特開２００１−１３４０５０号公報 特開２００５−２４２２８１号公報 特開２００３−２８０３５７号公報 特開２００１−２７２８５７号公報

このタンデム画像形成装置に関し、例えば特許文献１には、磁気ローラを用いて現像剤をドナーローラ（現像ローラ）に送り、このドナーローラ上にトナーを転移させてトナー層を形成することで現像を行う技術が開示されている。しかしながらこの技術では、トナーの帯電制御が複雑であり、感光体に高い表面電位と大きな現像電界とを印加することが必要である。

さらに、ドナーローラ上の未現像トナーをリフレッシュすることが困難であるため、ドナーローラ上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じるとこのドナーローラ上におけるトナーの付着状態及びトナーの電位差にばらつきが生じるという関係から、前回の現像画像の一部が次回の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象、所謂、履歴現象が発生し易いという不具合がある。

これに対し、例えば特許文献２、特許文献３には、内部に固定された磁極部材によってキャリア及びトナーを有する２成分現像剤を用いて形成した磁気ブラシを保持する磁気ローラ（磁気ブラシローラ）と、この磁気ブラシによる摺擦によりトナー層を形成する現像ローラと、現像ローラと感光体との間に交番電界を形成する電源とを設け、この交番電界によって上記トナー層から飛翔させたトナーにより感光体上の潜像を現像することで、カブリの発生を回避しつつ現像時の残像（ゴースト）の発生を防止する技術が開示されている。

また特許文献４には、１成分現像剤を用い、感光体に接触した現像ローラと、この現像ローラに接触した供給ローラとを備え、供給ローラでトナーを現像ローラに供給し、規制ブレードによって摩擦帯電して薄層状態にして感光体上の潜像を現像する現像装置において、供給ローラに対しても交流電圧を印加し、両者の交流電圧を同一周波数で且つ異なる位相とする技術が開示されている。

この技術では、低濃度画像や細線画像が現像され難いという問題、或いはトナー帯電量の上昇により濃度ムラが発生するのを防止する観点から、現像ローラへ印加する現像電界を交流とすると、低濃度画像や細線画像が良好に現像され、現像未消費のトナーが掻き落とし易くなるものの、交流電圧を高くするとカブリが発生し、交流電圧が低いと現像未消費のトナーを掻き落とす効果が小さくなるという問題を解決するようにしている。

また、特許文献５には、上記問題を解決するべく、２成分現像剤で形成した磁気ブラシによる摺擦により現像ローラにトナー層を担持させ、現像ローラと感光体との間に第１の電源により形成した矩形波からなる交番電界によって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、第２の電源によって、磁気ローラと現像ローラとの間に上記第１の電源で生成した交番電界と同一周波数で逆位相、且つデューティ（Ｄｕｔｙ）比を逆転させた矩形波による交番電界を印加するという技術が開示されている。

しかしながら、上記各技術では、例えば現像ローラに印加するバイアス電圧（交流バイアス）をＶｓｌｖ、磁気ローラ（磁気ブラシ）に印加するバイアス電圧をＶｍａｇとすると、バイアス電圧印加の電源構成は例えば図６に示すように、現像ローラ９０１と磁気ローラ９０２とに対してそれぞれ第１及び第２バイアス電源９１１、９１２（各電源は個別にグランドされている）によってバイアス電圧Ｖｓｌｖ及びＶｍａｇが印加される構成となるため、磁気ローラ９０２−現像ローラ９０１間の電位差は、バイアス電圧Ｖｓｌｖとバイアス電圧Ｖｍａｇとの差として得られる。

以下、説明を簡単にするため、磁気ローラを“Ｍ”、現像ローラを“Ｓ”、磁気ローラ及び現像ローラ間のことを“ＭＳ間”と表現する。

ＭＳ間での現像ローラ９０１上の未現像トナーの引き剥がし、トナー薄層形成、及びトナー現像性等のバランスを考慮すると、ＭＳ間に掛かる交流バイアス電圧は、例えば、上記現像ローラ９０１に印加するバイアス電圧Ｖｓｌｖではデューティ比１０〜３０％、周波数４ｋＨｚ、Ｖｐｐ１．６ｋＶ、一方、磁気ローラ９０２に印加するバイアス電圧Ｖｍａｇでは、逆位相、同周期でデューティ比７０〜９０％、周波数４ｋＨｚ、Ｖｐｐ０．３ｋＶが最適なものとなる。

なお、以下の記載において、デューティ比はすべてパーセント（％）表記している。

しかしながら、高速化及びさらなる高画質化のためにトナー粒径の小径化に伴い、上記バランスをとれる範囲が狭くなる。そのため、耐久性も考慮すると、最適値を確保することが困難である。

ＭＳ間の電位差は、上述したように、バイアス電圧Ｖｓｌｖとバイアス電圧Ｖｍａｇとの差として得られるため、ＭＳ間の電位差を直接的に設定することができず、第１及び第２バイアス電源９１１、９１２の各出力電圧のバランスをとって、ＭＳ間の電位差が所望の電位差になるように制御する必要がある。

そうすると、第１及び第２バイアス電源９１１、９１２の各出力電圧は、現像ローラ９０１上の未現像トナーの引き剥がし、トナー薄層形成、及びトナー現像性等の制御に関係しているため、これらの制御に適した電圧と、ＭＳ間の電位差とのバランスをとりながら、ＭＳ間の電位差を所望の電位差に設定することが容易でない。

以下、説明を簡単にするため、感光体ドラムを“Ｄ”、現像ローラを“Ｓ”、感光体ドラム及び現像ローラ間のことを“ＤＳ間”と表現する。

例えば特許文献６には、現像ローラにデューティ比が１０〜５０％の交流バイアス電圧を印加する技術が開示されている。この技術は、交流バイアス電圧を磁気ローラには印加せず、現像ローラのみに印加するものであり、特許文献６には、磁気ローラ及び現像ローラに印加する交流バイアス電圧のデューティ比の関係については何ら言及されていない。

また、この現像方式（タッチダウン現像方式；磁気ローラまでは２成分方式で処理し、その後は磁気ローラから現像ローラへ薄膜を形成してトナーを飛翔させる１成分方式のプロセスで現像を行う方式）においては、磁気ローラ上からトナーを移動させて現像ローラ上にトナー薄層を形成する際に、移動し易いトナーが選択的（優先的）にトナー薄層を形成してしまい、印字開始時と印字出力を重ねた後とでは、２成分現像剤中のトナー帯電量個数分布（トナー粒度分布）の変動が大きく、画像濃度不良、カブリ、トナー飛散等の問題が発生し、長期に亘って安定した性能を維持することが困難となる場合がある。

これに関し、例えば特許文献７には、現像ローラ上のトナーの帯電量個数分布と、磁気ローラ上の現像剤中のトナーの帯電量個数分布とが異なるように現像する技術が開示されている。

しかしながら、現像ローラ上と磁気ローラ上との帯電量個数分布が異なっているということは、磁気ローラ上の２成分現像剤中における特定の帯電量のトナーが選択的に現像ローラ上に移行させられていることとなる。すなわち選択的なトナーの移動が行われると、これにより２成分現像剤中のトナーの帯電量分布がブロードに移行してしまい、長期に亘って安定した現像ローラへのトナー薄層形成（画像形成動作；印刷動作）が困難となることになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、画像濃度不良、カブリ、トナー飛散、ゴースト現象等を抑制し、長期に亘って安定した性能を維持することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、トナー及びキャリアを含む２成分現像剤を用いる画像形成装置であって、静電潜像が担持される潜像担持体と、前記潜像担持体に対向配置され、前記静電潜像を現像するべく該現像領域に搬送される前記トナーを担持するトナー担持体と、前記トナー担持体と対向配置され、前記２成分現像剤を担持して該２成分現像剤中のトナーを前記トナー担持体に供給する現像剤担持体と、前記トナー担持体上に担持されるトナーの層厚を６μｍ〜１５μｍにするとともに、前記トナー担持体上に担持されたトナーの帯電量に対する個数の分布である第１トナー帯電量個数分布と、前記現像剤担持体に担持された２成分現像剤中のトナーの帯電量に対する個数の分布である第２トナー帯電量個数分布との半値幅の差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にする調整部とを備え、前記調整部は、前記第１及び第２トナー帯電量個数分布のピーク位置の差を１．０（１０ ^−１０ Ｃ／ｍ）以下にし、前記第１トナー帯電量個数分布の半値幅は、２．８〜３．４（１０ ^−１０ Ｃ／ｍ）の範囲内にされ、前記第２トナー帯電量個数分布の半値幅は、３．１〜３．５（１０ ^−１０ Ｃ／ｍ）の範囲内にされている。

この構成によれば、画像形成装置が、静電潜像が担持される潜像担持体と、潜像担持体に対向配置され、静電潜像を現像するべく該現像領域に搬送されるトナーを担持するトナー担持体と、トナー担持体と対向配置され、２成分現像剤を担持して該２成分現像剤中のトナーをトナー担持体に供給する現像剤担持体と、調整部とを備えたものとされ、調整部によって、トナー担持体上に担持されたトナーの帯電量に対する個数の分布である第１トナー帯電量個数分布と、現像剤担持体に担持された２成分現像剤中のトナーの帯電量に対する個数の分布である第２トナー帯電量個数分布との半値幅の差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にされる。さらに、トナー担持体上に担持されるトナーの層厚が６μｍ〜１５μｍにされている。

このように、トナーの層厚が６μｍ〜１５μｍと薄くされているので、トナー担持体（現像ローラ）上のトナーが全て（可能な限り）現像に使用されるようにしたり、或いはトナー担持体上の現像残トナーが潜像担持体（感光体ドラム）に戻らないようにしたりすることができる。また、上記半値幅差及びピーク位置差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下と小さくなるので、トナー担持体上のトナー薄層におけるトナー帯電量個数分布と、現像剤担持体上の２成分現像剤中におけるトナー帯電量個数分布との差（ズレ）を小さくする（一致するようにする）ことができ、トナー担持体及び現像剤担持体間（或いは現像剤担持体及び潜像担持体間）のトナー移動の選択性を小さくすることができる。これらのことから、画像濃度不良、カブリ、トナー飛散、ゴースト現象等を抑制し、長期に亘って安定した性能を維持可能となることを、実験的に見出した。

これによれば、調整部によって、第１及び第２トナー帯電量個数分布のピーク位置の差が１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にされるので、トナー担持体上のトナー薄層におけるトナー帯電量個数分布と、現像剤担持体上の２成分現像剤中におけるトナー帯電量個数分布との差（ズレ）をより一層小さくする（一致するようにする）ことができ、トナー担持体及び現像剤担持体間（或いは現像剤担持体及び潜像担持体間）のトナー移動の選択性をより確実に小さくすることができる。

また、前記調整部は、前記トナー担持体の表面に所定厚で被覆されるシリコン変性ウレタン樹脂を含むことが好ましい。

これによれば、調整部として、トナー担持体の表面に所定厚で被覆されるシリコン変性ウレタン樹脂が設けられる。これにより、トナー担持体上にシリコン変性ウレタン樹脂を被覆するという簡易な構成によって、半値幅差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にしたり、さらにピーク位置差を１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にしたりすることを容易に実現することができる。

また、前記調整部は、前記トナー担持体に、デューティ比がＤｕｔｙ（ｓｌｖ）である交流バイアス電圧を印加する第１バイアス印加部と、前記現像剤担持体に、デューティ比がＤｕｔｙ（ｍａｇ）である交流バイアス電圧を印加する第２バイアス印加部とを含み、前記Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）、及び前記Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）が、１００（％）−Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＜Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）の条件を満たすデューティ比に設定されていることが好ましい。

これによれば、調整部が、１００（％）−Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＜Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）の条件を満たすデューティ比でトナー担持体に交流バイアスを印加する第１バイアス印加部と現像剤担持体に交流バイアスを印加する第２バイアス印加部とを含むことで、当該条件を満たすデューティ比でトナー担持体に交流バイアスを印加するという簡易な構成によって、該調整部により、半値幅差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にしたり、或いは、半値幅差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にし、かつピーク位置差を１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にしたりすることが容易である。

また、前記第１バイアス印加部が出力する前記交流バイアス電圧の周波数をｆ（ｍａｇ）とし、前記第２バイアス印加部が出力する前記交流バイアス電圧の周波数をｆ（ｓｌｖ）とすると、ｆ（ｍａｇ）＞ｆ（ｓｌｖ）であり、かつｆ（ｍａｇ）は２．５ｋＨｚ以上であることが好ましい。

これによれば、半値幅差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下、さらにピーク位置差を１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下とする効果が得られることを、見出した。

また、前記第２バイアス印加部は、前記第１バイアス印加部と直列接続され、当該第１バイアス印加部を介してグラウンドに電気的接続されていることが好ましい。

これによれば、第１バイアス印加部と第２バイアス印加部とが直列接続され、第２バイアス印加部が第１バイアス印加部を介してグランドに電気的接続されているので、現像剤担持体に印加されるバイアス電圧が、トナー担持体に印加されるバイアス電圧をベースとしてこのバイアス電圧に重畳された構成をとることができる結果、トナー担持体及び現像剤担持体（トナー担持体及び現像剤担持体間或いは現像剤担持体及び潜像担持体間）に印加する交流バイアス電圧、及び上記デューティ比を個別に調整することが容易に可能となる。

本発明によれば、トナーの層厚が６μｍ〜１５μｍと薄くされているので、トナー担持体（現像ローラ）上のトナーが全て（可能な限り）現像に使用されるようにしたり、或いはトナー担持体上の現像残トナーが潜像担持体（感光体ドラム）に戻らないようにしたりすることができる。また、上記半値幅差及びピーク位置差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下と小さくなるので、トナー担持体上のトナー薄層におけるトナー帯電量個数分布と、現像剤担持体上の２成分現像剤中におけるトナー帯電量個数分布との差（ズレ）を小さくする（一致するようにする）ことができ、トナー担持体及び現像剤担持体間（或いは現像剤担持体及び潜像担持体間）のトナー移動の選択性を小さくすることができる。これらのことから、画像濃度不良、カブリ、トナー飛散、ゴースト現象等を抑制し、長期に亘って安定した性能を維持可能となることを、実験的に見出した。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る画像形成装置の一例としてのプリンタについて図面を参照しながら説明する。図１は第１の実施形態におけるプリンタの一例を示す概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は所謂タンデム型の画像形成装置であって、プリンタ本体内にマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）の各色別に画像形成部２Ｍ、２Ｃ、２Ｙ、２Ｋが並設されている。

画像形成部２Ｍ、２Ｃ、２Ｙ及び２Ｋ（これらを纏めて画像形成部２という）は、用紙に対するカラー画像の形成（印刷）を行うものであり、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる感光体ドラム２１（潜像担持体）、この感光体ドラム２１の周囲に配設された帯電部２２、露光部２３及び現像部２４を備えている。

帯電部２２は、感光体ドラム２１の表面を所定電位に均一に帯電させるものである。露光部２３は、画像データに基づき生成されたレーザービーム（ＬＥＤ光）を感光体ドラム２１の表面に照射し、該ドラム表面上に静電潜像を形成するものである。現像部２４は、感光体ドラム２１に形成された静電潜像に対してトナーを供給してこれを付着させることで、トナー像として静電潜像を顕在化させるものである。本実施形態では、この現像部２４（及び上記感光体ドラム２１）の構成に主な特徴点を有しているが、この詳細については後述する。

画像形成部２Ｍ〜２Ｋの下方には、感光体ドラム２１表面に顕在化したトナー像の中間転写（一次転写）を行うための中間転写ローラ３１（一次転写ローラ）及び中間ベルト（中間転写ベルト）３２を備えた中間転写部３が配設されている。中間ベルト３２は、所定のベルト体からなり、上記各色の感光体ドラム２１と対向配置された中間転写ローラ３１によって感光体ドラム２１に押圧された状態で、駆動ローラ３３〜３５によって無端回転するように構成されている。感光体ドラム２１上に形成される各色のトナー像は、無端回転される中間ベルト３２上に、それぞれタイミングを合わせて、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの順に転写されて重ね合わされる。これにより中間ベルト３２上にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの４色からなるカラー画像が形成される。

駆動ローラ３５と対向する位置には、中間ベルト３２を介して２次転写ローラ３６が設けられている（２次転写ローラ３６は中間転写部３に含むものとする）。２次転写ローラ３６は、後述の制御部１００からの転写バイアス電圧によって中間ベルト３２上のカラー画像を用紙へ転写するものである。

また、プリンタ１は、画像形成部２Ｙ〜２Ｋへ向けて給紙を行う給紙部４を備えている。給紙部４は、各サイズの用紙を収納する給紙カセット４１、用紙が搬送される経路である搬送路４２、及び搬送路４２中の用紙の搬送を行う搬送ローラ４３等を備え、給紙カセット４１から１枚ずつ取り出された用紙Ｐを画像形成部２Ｙ〜２Ｋ、すなわち２次転写ローラ３６の位置へ向けて搬送する。ところで、搬送路４２における２次転写ローラ３６より下流側の適所には、定着部５が設けられている。定着部５は、用紙に転写されたトナー像を定着させるものである。定着部５はヒートローラ５１及び圧ローラ５２からなり、ヒートローラ５１の熱によって用紙上のトナーを溶かし、圧ローラ５２によって圧力をかけてトナーを用紙上に定着させる。給紙部４は、２次転写処理された用紙Ｐを定着部５へ搬送し、この定着処理された用紙Ｐをプリンタ本体上部の用紙排出トレイ４４へ排出する。

また、プリンタ１は、内部適所に制御部６を備えている。制御部６は、各種制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に保管したり作業領域として機能するＲＡＭ（Random Access Memory）、及び上記制御プログラム等をＲＯＭから読み出して実行するマイクロコンピュータなどからなり、プリンタ１の各機能部に対する各種制御信号の送受信を行い、プリンタ１全体の動作制御を司るものである。本実施形態では、特に制御部６は、後述の図２に示す第１バイアス電源２４６（調整部、第２バイアス印加部）及び第２バイアス電源２４７（調整部、第１バイアス印加部）の駆動を制御して磁気ローラ２４４（現像剤担持体）及び現像ローラ２４５（トナー担持体）に対するバイアス電圧印加動作（周期、位相、Ｖ_ＰＰ、周波数やデューティ比）を制御する。

なお、プリンタ１は、ＬＡＮ等のネットワークを介して接続されたＰＣ等の情報処理装置（外部装置）との間における種々のデータの送受信を制御するネットワークＩ／Ｆ部７や、プリンタ１の例えばフロント部に設けられ、ユーザによる各種指示入力が行われる入力キーとして機能したり、所定の情報を表示したりする操作パネル部８等も備えている。

ここで、現像部２４について詳述する。現像部２４は、現像剤容器２４１、攪拌ミキサー２４２、パドルミキサー２４３、磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５を備えている。現像剤容器２４１は、上記各色の現像剤（トナー）を収容する例えばカートリッジタイプの収容部である。攪拌ミキサー２４２は、現像剤容器２４１から補給された現像剤を攪拌するものである。パドルミキサー２４３は、現像剤を攪拌するとともに、現像ローラ２４５上の現像に使用されなかった残留トナーを回収した磁気ブラシを掻き取ることによって該現像剤を回収するものである。

磁気ローラ２４４は、内部に配設された磁石によって、現像剤に含まれるキャリアで磁気ブラシを発生させて、現像ローラ２４５上にトナー薄層を形成するものである。現像ローラ２４５は、トナー薄層を担持して、感光体ドラム２１上の静電潜像を現像するものである。

本実施形態では、上記現像剤として、トナーとキャリヤとからなる所謂２成分現像剤が採用されている。トナーは、着色剤、電荷制御剤およびワックス等の添加剤をバインダー樹脂中に分散させた粒径が例えば６〜１２μｍの微粉体であり、ここでは、正帯電性トナーを採用している。これに対してキャリヤは、磁鉄鉱（Ｆｅ_３Ｏ_４）等の粒径が例えば６０〜２００μｍの磁性粒子であり、トナーの帯電に使用される。キャリアは、トナーの回収と供給との役割を有しており、例えば体積固有抵抗が１０^６Ωｃｍ〜１０^１３Ωｃｍであるものを用いている。

そして、現像ローラ２４５及び磁気ローラ２４４間のニップにおいて、強固に静電的に付着したトナーを磁気ブラシで引き剥がすとともに、現像に必要なトナーを供給する。このとき、トナーとの接点を増やすためには、５０μｍ以下の小径のキャリアを用いて、キャリアの表面積を高めることが望ましい。ここでは、体積固有抵抗が１０^１０Ωｃｍ、飽和磁化が６５ｅｍｕ／ｇ、及び平均粒径４５μｍのコーティングフェライトキャリアを用いている。

現像部２４における当該２成分現像剤は、磁気ローラ２４４上にトナーとキャリアとからなる磁気ブラシを形成する。このトナーは攪拌ミキサー２４２によって攪拌されて適正なレベルに帯電される。そして、この２成分現像剤によって磁気ローラ２４４上に磁気ブラシが形成され、穂切りブレード（図略）によって層規制されながら一定の層厚で現像ローラ２４５に接触し、磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５間の電位差｜ＤＣ１−ＤＣ２｜（この電位差をΔＶと表現する）によって、その磁気ブラシから現像ローラ２４５上にトナーのみの薄層が形成される。

このように、現像ローラ２４５表面に担持されるトナーの層厚は、ΔＶや穂切りブレードによる層規制その他、公知の技術によって制御され、例えば６μｍ〜１５μｍにされている。

上記“ＤＣ１”は、第１バイアス電源２４６によって磁気ローラ２４４に印加されるトナー供給バイアス電圧の直流成分を示し、“ＤＣ２”は第２バイアス電源２４７によって現像ローラ２４５に印加される現像バイアス電圧の直流成分を示している。ただし、本実施形態のプリンタ１は、磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５へバイアス電圧を印加する構成が上記図６に示すものと異なり、図２に示す構成となっている。

磁気ローラ２４４には、第１バイアス電源２４６（第２バイアス印加部）によってバイアス電圧が印加されている。現像ローラ２４５には、第２バイアス電源２４７（第１バイアス印加部）によってバイアス電圧が印加されている。また、そして、第１バイアス電源２４６の基準電位側端子（負極側端子）は、第２バイアス電源２４７の出力端子に接続されている。

第１バイアス電源２４６は、デューティ比がＤｕｔｙ（ｍａｇ）に設定された矩形波状の交流電圧成分ＡＣ１と、直流電圧成分ＤＣ１とが加算されたバイアス電圧Ｖｂ１を、磁気ローラ２４４に印加する電源回路である。Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）は、磁気ローラ２４４から現像ローラ２４５へトナーが移行する方向の電圧が印加されている状態の時間Ｔ１と現像ローラ２４５から磁気ローラ２４４へトナーを引き戻す方向の電圧が印加されている状態の時間Ｔ２との合計時間に対する、Ｔ１の比率である。第１の実施形態においては、Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）は、例えば７０％に設定されている。

また、第２バイアス電源２４７は、デューティ比がＤｕｔｙ（ｓｌｖ）に設定された矩形波状の交流電圧成分ＡＣ２と、直流電圧成分ＤＣ２とが加算されたバイアス電圧Ｖｂ２を、現像ローラ２４５に印加する電源回路である。Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）は、現像ローラ２４５から感光体ドラム２１へトナーが移行する方向の電圧が印加される状態の時間Ｔ３と感光体ドラム２１から現像ローラ２４５へトナーを引き戻す方向の電圧が印加される状態の時間Ｔ４との合計時間に対する、Ｔ３の比率である。第１の実施形態においては、Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）は、例えば３０％に設定されている。

これにより、磁気ローラ２４４に対してバイアス電圧を印加する第１バイアス電源２４６は、現像ローラ２４５に対してバイアス電圧を印加する第２バイアス電源２４７を介して第２バイアス電源２４７と共通のグランドに接続されている。そして、第１バイアス電源２４６のグランドと、第２バイアス電源２４７のグランドとが共通（１つ）のグランドとなるような回路構成（配線）となっている。

そうすると、第２バイアス電源２４７と第１バイアス電源２４６とが直列接続されるので、第２バイアス電源２４７から出力されるバイアス電圧Ｖｂ２と、第１バイアス電源２４６から出力されるバイアス電圧Ｖｂ１とが加算されて、磁気ローラ２４４に印加される。このとき、ＭＳ間に印加される電圧は、第１バイアス電源２４６から出力されるバイアス電圧Ｖｂ１と等しい。

図６に示す従来例の場合では、第１バイアス電源９１１と第２バイアス電源９１２との交流（ＡＣ）成分が、それぞれ現像ローラ９０１と磁気ローラ９０２とに対して、謂わば互いに向き合って掛かるので、ＭＳ間の電圧は第１バイアス電源９１１の出力と第２バイアス電源９１２の出力との差分となる。

そのため、ＭＳ間の電圧は、第１バイアス電源９１１の出力電圧と第２バイアス電源９１２の出力電圧とを両方制御しなければ設定できない。一方で、第１バイアス電源９１１の出力電圧は、ＤＳ間の交流バイアス電圧に関連し、現像ローラ２４５からのトナーの引き剥がしと、感光体ドラム２１へのトナーの現像性とにも影響を与えるから、ＭＳ間の交流バイアス電圧（ＡＣ電圧）とＤＳ間の交流バイアス電圧とをそれぞれの効果が最適となる電圧値とすることが難しく、どちらかの効果を低減させて調整する（バランスをとる）必要があった。

しかしながらこの図２に示す場合では、第１バイアス電源２４６は、第２バイアス電源２４７を介して第２バイアス電源２４７と共通のグランドに接続されているから、現像ローラ２４５に印加されるバイアス電圧Ｖｂ２をベースとして、バイアス電圧Ｖｂ２にバイアス電圧Ｖｂ１が重畳されて、磁気ローラ２４４にＶｂ１＋Ｖｂ２が印加される。換言すれば、第１バイアス電源２４６における調整の基準を、第２バイアス電源２４７側に合わせることができる。

その結果、第２バイアス電源２４７の出力電圧とは独立して、第１バイアス電源２４６の出力電圧がそのままＭＳ間電圧となるので、容易に上記ＭＳ間とＤＳ間との交流バイアス電圧を個別に調整することが可能となる、すなわち、ＭＳ間とＤＳ間とにそれぞれ周期、位相、Ｖ_ＰＰ、周波数等（後述する直流電圧（Ｖｄｃ）、交流電圧（Ｖ_ＰＰ）、周波数（ｆ）及びデューティ比等）が異なる交流バイアス電圧を印加することが可能となる。

現像ローラ２４５上のトナーの薄層は、現像剤の抵抗や、現像ローラ２４５と磁気ローラ２４４との回転速度差などによっても変化するが、上記電位差ΔＶによっても制御することが可能である。現像ローラ２４５上のトナーの層は、ΔＶを大きくすると厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５のΔＶの範囲は、一般的に１００Ｖから３５０Ｖ程度が適切である。

帯電されたトナーは、磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５間の電位差ΔＶに応じた厚さで現像ローラ２４５上に薄層で保持される。また、現像ローラ２４５及び感光体ドラム２１間に、直流電圧と交流電圧とが重畳されたバイアス電圧を印加することで、現像ローラ２４５から感光体ドラム２１へトナーが飛翔し、感光体ドラム２１上の静電潜像が現像される。トナーの飛散を防止するために、交流電圧は現像の直前に印加する。

現像ローラ２４５上の現像残トナーは、掻き取りブレード等の特別な装置を備えることなく、磁気ローラ２４４上の磁気ブラシが現像ローラ２４５上のトナー層に接触し、これらローラの周速差によるブラシ効果とパドルミキサー２４３によるスクリューでの攪拌効果とによって、容易に回収、入れ替えされる。

このとき、磁気ブラシの幅が、現像ローラ２４５上のトナーを回収する幅であるため、現像ローラ２４５の幅を磁気ブラシの幅よりも短くすることにより、確実に、現像ローラ２４５表面における現像残トナーの未回収領域を無くすことができる。これにより、磁気ブラシ領域外の現像ローラスリーブ（図略）に付着するトナーが無くなり（少なくなり）、現像ローラ２４５の両端部におけるトナー飛散を無くす（低減する）ことが可能となる。

また、磁気ローラ２４４の回転速度を現像ローラ２４５の回転速度に対して例えば１．０〜２．０倍に設定し、現像ローラ２４５上のトナーを回収するとともに、適切なトナー濃度に設定された現像剤を現像ローラ２４５へ供給することにより、均一なトナー層の形成が可能となる。

また、均一な画像濃度を維持するためには、現像タイミング以外の時間において磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５間の電位差ΔＶを無くす（各電位を同電位にする）ことで、トナーに負担をかけずに現像ローラ２４５上のトナーを磁気ローラ２４４上に回収することが有効である。

ところで、感光体ドラム２１の感光材料として上記ａ−Ｓｉ感光体を用いた場合、その表面の露光後電位は２０Ｖ以下の非常に低い電位となる特徴を有している。そして、このａ−Ｓｉ感光体の膜厚を薄くすると、飽和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧の低下が生じる。その一方で、ａ−Ｓｉ感光体の膜厚を薄くすると、潜像形成したときにおける感光体ドラム２１表面の電荷密度は向上し、現像性能が向上する傾向がある。

この傾向は、誘電率が約１０程度と高いａ−Ｓｉ感光体では、膜厚を２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下とする場合に特に顕著である。この場合、現像バイアス電圧における、直流電圧成分ＤＣ２は１５０Ｖ以下、交流電圧成分ＡＣ２としてピークｔｏピーク電圧Ｖ_ＰＰを２００Ｖ〜２０００Ｖ、及び周波数を１〜４ｋＨｚに設定して現像することが可能である。

画像形成装置に用いる感光体としては従来から有機感光体（ＯＰＣ）が知られている。感光体ドラム２１として、正帯電の有機感光体を用いた場合には、残留電位を１００Ｖ以下にするために、感光層の膜厚を２５μｍ以上に設定し、電荷発生材料の添加量を増やすことが重要である。特に、単層構造の有機感光体は感光層の中に電荷発生材料を添加することから、感光層の膜減りによっても感度変化が少なく、有利である。

この場合でも、現像バイアス電圧における、直流電圧成分ＤＣ２は４００Ｖ以下、さらに好ましくは３００Ｖ以下に設定することが、トナーに強い電界がかかることを防止する意味においても好ましい。また、感光体との電位差が１５００Ｖを超えない程度に、当該ＤＣ２、Ｖ_ＰＰを設定することがリークを防止する観点からも好ましい。

ここで、現像ローラ２４５及び磁気ローラ２４４に対するバイアス電圧及びデューティ比について説明する。図７（ａ）は、従来の、現像ローラと磁気ローラとに対するバイアス電圧Ｖｓｌｖ及びバイアス電圧Ｖｍａｇと、バイアス電圧Ｖｓｌｖ、ＶｍａｇのＭＳ間における合成バイアス電圧波形を示す図である。

図７（ａ）に示す波形９２１は、実線でバイアス電圧Ｖｓｌｖを示し、破線でバイアス電圧Ｖｍａｇを示している。また、図７（ａ）に示す波形９３１は、バイアス電圧Ｖｓｌｖ、Ｖｍａｇによって生じるＭＳ間の電圧（合成バイアス電圧）を示している。

図６に示す従来の電源接続構成を用いた場合、磁気ローラに対して現像ローラと同周期、同周波数で且つ逆位相の交流バイアスを印加する構成において、図７（ｂ）の波形９４１で示すように、デューティ比（ｓｌｖ）≠１００−デューティ比（ｍａｇ）とすると、ＭＳ間の電位差は、図７（ｂ）の符号９５１に示すような波形となる。すなわち、ＭＳ間には、波形９４１に示すバイアス電圧Ｖｓｌｖ、Ｖｍａｇの、最大バイアス電圧（Ｖｍａｘ）と最小バイアス電圧（Ｖｍｉｎ）との間の電位が現れる。

そうすると、ＭＳ間電圧は、符号９５２で示すように、階段状の電圧波形となって、トナーの飛翔及び引き戻しの効果が低減してしまう。

ただし、デューティ比（ｓｌｖ）及びデューティ比（ｍａｇ）はそれぞれ現像ローラ及び磁気ローラに対するデューティ比を示す。

したがって、図７（ａ）の符号９３１に示すような電圧を、ＭＳ間に印加しようとすると、ＭＳ間電圧に応じたデューティ比になるように、バイアス電圧Ｖｓｌｖのデューティ比を設定する必要が生じるため、バイアス電圧Ｖｓｌｖに基づく現像ローラへのトナー薄層形成時間が短くなるとともに現像ローラからの未現像トナーの回収時間も短くなる結果、効率が悪くなる。

本発明に係る実施形態では、ＭＳ間に掛かるバイアス電圧は、磁気ローラに印加するバイアス電圧Ｖｂ１と実質的に等しくなるため、現像ローラへのトナー薄層形成時間、及び現像ローラからの未現像トナーの回収時間は、磁気ローラに印加するバイアス電圧Ｖｂ１のみに依存する。

ここで、図６に示す従来の構成でデューティ比（ｓｌｖ）＝１００（％）−デューティ比（ｍａｇ）とした場合には、ＭＳ間の合成波形は上記図７（ａ）のように、Ｖｍａｇの絶対値とＶｓｌｖの絶対値との加算値として現れ、この電圧による電界がトナーを移動させる力として働くのに対し、図２に示す本実施形態の構成では、ＭＳ間に掛かるバイアス電圧は、第１バイアス電源２４６の出力電圧がそのままＭＳ間電圧となる。

したがって、図２に示す構成において、もし仮に第１バイアス電源２４６の出力電圧を図６におけるバイアス電圧Ｖｍａｇと等しくすると、トナーを移動させる電界が弱くなってしまう。そのため、図２に示す本実施形態では、第１バイアス電源２４６が出力するバイアス電圧Ｖｂ１の出力電圧のＶｐｐ（ピークｔｏピーク電圧）を、図６におけるバイアス電圧Ｖｍａｇよりも、大きくする必要がある。

第１の実施形態では、このようなプリンタ１を、以下の条件（現像条件）となるように構成（設定）した。すなわち、感光体ドラム２１は上記ａ−Ｓｉ感光体からなるａ−Ｓｉドラムを用い、感光体ドラム２１の外径（感光体ドラム径）を３０ｍｍ、現像ローラ２４５の外径（現像ローラ径）を２０ｍｍ、磁気ローラ２４４の外径（磁気ローラ径）を２５ｍｍとした。これらの周速は以下の通りである。

感光体ドラム２１：３００ｍｍ／ｓｅｃ
現像ローラ：４５０ｍｍ／ｓｅｃ
磁気ローラ：６７５ｍｍ／ｓｅｃ
また、現像ローラ２４５は、その表面をアルミ基材で構成し、このアルミ基材の表面をシリコン変性ウレタン樹脂により所定の厚みで被覆したものを用いた。ここではこの被覆厚を０．８μｍとした。磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５間のギャップ（離間距離）は３５０μｍとした。また、磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５に対する印加バイアス電圧は以下の通りである。

現像ローラ印加バイアス電圧Ｖｂ２：直流電圧Ｖｄｃ２（ＤＣ２）＝３００Ｖ、交流電圧（ＡＣ２）Ｖ_ＰＰ＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、デューティ比＝３０％
磁気ローラ印加バイアス電圧Ｖｂ１：直流電圧Ｖｄｃ１（ＤＣ１）＝４００Ｖ、交流電圧（ＡＣ１）（現像ローラ２４５と同周期で且つ逆位相）Ｖ_ＰＰ＝２．８ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、デューティ比＝７０％
トナー：体積平均粒子径＝６．５μｍ、個数分布のＣＶ値＝２３．５％
キャリア：重量平均粒子径＝４５μｍ、飽和磁化＝６５ｅｍｕ／ｇ
ただし、上記飽和磁化は、ＴＯＥＩ社製の「ＶＳＭ−Ｐ７」を用いた、磁場７９．６ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）での測定により求めた。また、トナーの体積平均粒子径の個数分布におけるＣＶ値は、ベックマン・コールター社製の「マルチサイザー３」を用いて、アパチャー径１００μｍ（測定範囲２．０μｍ〜６０μｍ）での測定により求めた。

なお、ＣＶ（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎ）値とは、粒子製品の粒子径（直径）の均一さ（粒径分布のシャープさ）を示す指標であり、平均粒子径に対する標準偏差の割合である。ＣＶ値が大きいほど粒度分布はブロードになり、小さいほど粒度分布はシャープなものとなる。ここでの、トナーの粒子径の個数分布におけるＣＶ値は、トナー粒子径の標準偏差をトナーの平均粒子径で除した値として得られる。

この条件（現像条件）となる構成を備えたプリンタ１を動作させて、現像ローラ２４５上にトナー薄層を形成すると、現像ローラ２４５上のトナー薄層厚は１２．５μｍとなる。このトナー薄層厚は、ＫＥＹＥＮＣＥ社製のＬＡＳＥＲ ＳＣＡＮ ＤＩＡＭＥＴＥＲ ＬＳ−３１００を用いて測定した。具体的には、トナー薄層が形成された現像ローラ径とトナー薄層が形成されていない現像ローラ径とを測定し、これらの差分をとることでトナー薄層を算出した。

このとき、図３に示すように、現像ローラ２４５上の該トナー薄層におけるトナー帯電量個数分布３０１の半値幅３０２は３．２（１０^−１０Ｃ／ｍ）、ピーク位置３０３は３．２（１０^−１０Ｃ／ｍ）となり、一方、磁気ローラ２４４上の２成分現像剤中におけるトナー帯電量個数分布３１１の半値幅３１２は３．１（１０^−１０Ｃ／ｍ）、ピーク位置３１３は３．１（１０^−１０Ｃ／ｍ）となる。

すなわち、両者の半値幅の差（半値幅差）は０．１（１０^−１０Ｃ／ｍ）となり、ピーク位置の差（ピーク位置差Ｓ１）は０．１（１０^−１０Ｃ／ｍ）となる。ただし、半値幅は、トナー帯電量個数分布のピーク高さが半分となるときの該分布の幅である。

なお、上記トナー帯電量個数分布は、ホソカワミクロン社製のＥ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＡＹＺＥＲ ＭＯＤＥＬ ＥＳＴ−３を用いて測定した。具体的には、２成分現像剤を現像ローラ２４５上又は現像部２４内から１ｇ程度採取し、９０ｍＴの磁石に担持させてこのＥ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＡＹＺＥＲの測定位置（エアが当たる位置）に配置するとともに、現像ローラ２４５上のトナーは、エアがこのトナーに当たるように配置してこれら２成分現像剤及びトナーをそれぞれ測定する。

このとき、エア圧は０．５５〜０．８ｋｇｆ／ｃｍ^２（＝０．０５５〜０．０８Ｍｐａ）、ＰＭ ＶＯＬＴＡＧＥ＝−０．５ｋＶ、ＦＩＬＤＥ ＶＯＬＴＡＧＥ＝０．０５０ｋＶとした。

このように、第１の実施形態では、トナーが上述のように正帯電性トナーの場合、現像ローラ２４５の表面をシリコン変性ウレタン樹脂で被覆することにより、トナーの選択的な移動が抑制される結果、２成分現像剤中のトナー粒度分布の変動が小さくなり、トナー帯電量個数分布の半値幅差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下を達成し、或いは、当該半値幅差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下で且つピーク位置差が１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下を達成できることを、実験的に見出した。

このシリコン変性ウレタン樹脂は、正帯電性トナーと同極性の帯電極性を持つウレタン樹脂成分を含有することで、磁気ローラ２４４に担持される磁気ブラシ又はシリコン変性ウレタン樹脂上に担持するトナーとの摩擦により負電荷が帯電することがない。そのため、シリコン変性ウレタン樹脂上に担持するトナーの帯電量が増大することがなく、従って電気的な付着力を増大させることがない。

また、シリコン成分による離型性も作用するため、トナーの現像ローラ２４５からの現像性を非常に増大させている。従って、現像ローラ２４５上に形成するトナー層厚を６〜１５μmにし、移動するトナー量を減少させることによりシリコン変性ウレタン樹脂の効果で現像後に現像ローラ２４５上に残留するトナーが極端に少なくなる。そのため、現像ローラ２４５上に蓄積したトナーの帯電量の増大が抑制され、現像ローラ２４５上におけるトナー帯電量個数分布の変動が低減される結果、トナー薄層形成も安定して行えるため、現像ローラ２４５上のトナーと磁気ローラ２４４におけるトナーのトナー帯電量個数分布を変動しないようにすることが可能となる。

（第２実施形態）
第２の実施形態では、上記プリンタ１を、以下の条件（現像条件）となるように構成（設定）した。すなわち、感光体ドラム２１は上記ａ−Ｓｉ感光体からなるａ−Ｓｉドラムを用い、感光体ドラム径を３０ｍｍ、現像ローラ径を２０ｍｍ、磁気ローラ径を２５ｍｍとした。これらの周速は以下の通りである。

感光体ドラム２１：３００ｍｍ／ｓｅｃ
現像ローラ：４５０ｍｍ／ｓｅｃ
磁気ローラ：６７５ｍｍ／ｓｅｃ
また、現像ローラ２４５は、その表面をアルミ基材で構成し、このアルミ基材の表面をアルマイト処理（上記第１の実施形態ではシリコン変性ウレタン樹脂で被覆している）したものを用いた。磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５間のギャップ（離間距離）は３５０μｍとした。

また、磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５に対する印加バイアス電圧は以下の通りである。また、交流電圧（ＡＣ１）、（ＡＣ２）の波形を図８に示す。

現像ローラ印加バイアス電圧Ｖｂ２：直流電圧Ｖｄｃ２（ＤＣ２）＝３００Ｖ、交流電圧（ＡＣ２）Ｖ_ＰＰ＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、デューティ比＝５０％（第１の実施形態では３０％）
磁気ローラ印加バイアス電圧Ｖｂ１：直流電圧Ｖｄｃ１（ＤＣ１）＝４００Ｖ、交流電圧（ＡＣ１）（現像ローラ２４５と同周期で且つ逆位相）Ｖ_ＰＰ＝２．８ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、デューティ比＝６５％（第１の実施形態では７０％）
トナー：体積平均粒子径＝６．５μｍ、個数分布のＣＶ値＝２３．５％
キャリア：重量平均粒子径＝４５μｍ、飽和磁化＝６５ｅｍｕ／ｇ
第１の実施形態と同様、上記飽和磁化は、ＴＯＥＩ社製の「ＶＳＭ−Ｐ７」を用いた、磁場７９．６ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）での測定により求めた。また、トナーの体積平均粒子径及び個数分布のＣＶ値は、ベックマン・コールター社製の「マルチサイザー３」を用いた、アパチャー径１００μｍ（測定範囲２．０μｍ〜６０μｍ）での測定により求めた。

この現像条件となる構成を備えたプリンタ１を動作させて、現像ローラ２４５上にトナー薄層を形成すると、現像ローラ２４５上のトナー薄層厚は１４．５μｍ（第１の実施形態では１２．５μｍ）となる。このトナー薄層厚は、ＫＥＹＥＮＣＥ社製のＬＡＳＥＲ ＳＣＡＮ ＤＩＡＭＥＴＥＲ ＬＳ−３１００を用いて測定し、上記と同様、トナー薄層が形成された現像ローラ径とトナー薄層が形成されていない現像ローラ径との差分をとることでトナー薄層を算出した。

このとき、図４に示すように、現像ローラ２４５上の該トナー薄層におけるトナー帯電量個数分布４０１の半値幅４０２は３．４（１０^−１０Ｃ／ｍ）、ピーク位置４０３は２．４（１０^−１０Ｃ／ｍ）となり、一方、磁気ローラ２４４上の２成分現像剤中におけるトナー帯電量個数分布４１１の半値幅４１２は３．５（１０^−１０Ｃ／ｍ）、ピーク位置４１３は２．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）となる。すなわち、両者の半値幅の差（半値幅差）は０．１（１０^−１０Ｃ／ｍ）となり、ピーク位置の差（ピーク位置差Ｓ２）は０．４（１０^−１０Ｃ／ｍ）となる。

このように、第２の実施形態では、磁気ローラ２４４すなわち２成分現像剤に、印加する交流バイアス電圧（交流電圧）のデューティ比（６５％）を上記Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）とし、現像ローラ２４５に印加する交流バイアス電圧のデューティ比（５０％）を上記Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）としたとき、１００（％）−Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＜Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）（１００−６５＜５０）とすることにより、磁気ローラ２４４から現像ローラ２４５にトナー薄層を形成するために好適なバイアス条件と、現像ローラ２４５から感光体ドラム２１上へトナー像を形成するために好適なバイアス条件とを達成することができた。

これにより、トナーの選択的な移動が抑制されて、トナー帯電量個数分布の半値幅差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下を達成し、或いは当該半値幅差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下で且つピーク位置差が１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にできることを実験的に見出した。

（第３実施形態）
上記第２の実施形態では、Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）＝５０％、Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＝６５％としたが、これに限らず、上記１００（％）−Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＜Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）を満たす、例えばＤｕｔｙ（ｓｌｖ）＝３５％、Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＝７０％としてもよい。この場合の交流電圧（ＡＣ１）、（ＡＣ２）の波形を図９に示す。

この場合も、トナー帯電量個数分布の半値幅差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下を達成する、或いは当該半値幅差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下で且つピーク位置差が１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にできることを実験的に見出した。

これら第１〜第３の実施形態に係る画像形成装置で用紙に画像を形成した場合の結果を図５に示す表に纏めた。図５には、第１〜第３の実施形態について得られた実験結果を、それぞれ実施例１〜３として記載している。また、本発明に係る他の実施例を、実施例４〜８として記載している。この表中には従来の場合の比較例１〜４も併記している。なお、図中の画像ムラ評価指数Ａ、画像濃度ＩＤ、及びゴーストの具体的な評価方法については後述する。

図５に示すように、上記第１〜第３の実施形態における条件の下、印字率６％の画像を１００００枚まで出力して画像ムラ評価指数Ａを求めた。画像ムラ評価指数Ａは、値が大きいほど画像のムラが大きいことを示している。図５においては、０．１５を超えている画像ムラ評価指数Ａを括弧で囲んで示している。

図５に示すように、本発明に係る実施例１〜３では、それぞれＡ＝０．１１５、０．１２０、０．１４５（Ａ≦０．１５）となった。また、他の実施例４〜８においても、画像ムラ評価指数Ａが０．１５となり、良好な結果が得られた。

一方、従来例である比較例１，２，４では、画像ムラ評価指数Ａが０．１５を超えており、本発明に係る実施例１〜８の条件を満たすことにより、画像ムラが低減できることが確認できた。

また、画像濃度を評価するための評価指数である画像濃度ＩＤを、１０００枚印刷後に求めた。画像濃度ＩＤは、値が大きいほど画像濃度が良好であることを示している。図５では、１．３０に満たない画像濃度ＩＤを括弧で囲んで示している。

図５に示すように、本発明に係る実施例１〜８では、いずれも従来例である比較例１〜３よりも画像濃度ＩＤの値が大きくなった。これにより、本発明に係る実施例１〜８の条件を満たすことにより、従来例に係る画像形成装置よりも、印刷を繰り返した後の画像濃度を良好に維持できることが確認できた。

また、現像画像の一部が次の現像時に残像として現れるゴーストについて、目視による評価を行った。その結果、図５に示すように、本発明に係る実施例１、２、４〜６では、極めて良好な結果が得られ、実施例３、７、８についても良好な結果が得られた。一方、従来例である比較例１、２、４では、ゴーストについて、良好な結果が得られなかった。

このように、本発明に係る実施例１〜８において、長期に亘って安定して画像ムラやゴースト画像の発生が低減され、高画質な画像が得られることが確認できた。一方、従来例である比較例１〜４においては、画像ムラ評価指数Ａが０．１５以下、画像濃度ＩＤが１．３０以上、ゴーストが優又は良の評価条件を全て満足するものは一つもない。

本発明に係る実施例１〜８は、いずれの場合も、トナー薄層厚は６μｍ〜１５μｍの範囲の値となる（比較例１〜４に示す従来の場合はトナー薄層厚が１５μｍ以上となる）。ここではこのトナーの層厚を可能な限り薄くしたい。トナーの層厚を薄くすることで、現像ローラ２４５上のトナーが全て（可能な限り）現像に使用されるようにして、現像ローラ２４５上の現像残トナーが感光体ドラム２１に戻ることなどによる画像濃度不良やカブリ等の不具合の発生防止を図ることが可能となる。

また、図５の本発明に係る実施例１〜８は、いずれの場合も、トナー帯電量個数分布の半値幅差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下の条件を満たし、さらにはピーク位置差が１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下の条件をも満たしている。

このことは、上記図３、図４に示すように、現像ローラ２４５上のトナー薄層におけるトナー帯電量個数分布と、磁気ローラ２４４上の２成分現像剤中におけるトナー帯電量個数分布との差（ズレ）が小さいことを示している。トナー帯電量個数分布の差が小さく一致度が高い図３の場合の方が図４の場合よりも好ましい。

このように半値幅差の値が小さければ、或いは、該半値幅差及びピーク位置差の値が小さければ、現像ローラ２４５上のトナー薄層におけるトナー帯電量個数分布（３０１、４０１）と、磁気ローラ２４４上の２成分現像剤中におけるトナー帯電量個数分布（３１１、４１１）との差も小さいことになり、磁気ローラ２４４及び現像ローラ２４５間（或いは現像ローラ２４５及び感光体ドラム２１間）のトナー移動の選択性を小さくすることができるため、画像濃度不良（ムラ）等の発生を防止することができる。

これは次のように換言することもできる。すなわち、各トナー帯電量個数分布の半値幅及びピーク位置がずれないということは、帯電し易く移動し易いトナーの選択的な移動が生じていないということであり、更に現像ローラ及び磁気ローラ間或いは現像ローラ上でのトナーの所謂チャージアップも抑制していることを示している。

また、第２及び第３の実施形態（表中の実施例２、３）では、Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）及びＤｕｔｙ（ｍａｇ）はそれぞれ５０、６５％及び３５、７０％であるが（実施例１の場合のデューティ比３０、７０％は従来一般的な値である）、このＤｕｔｙ（ｓｌｖ）は３５〜６５％、Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）は４０〜７０％の範囲であることが望ましい。ただし、上記１００（％）−Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＜Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）の条件は満たすようにする。

このように現像ローラ２４５に印加する交流バイアス電圧のＤｕｔｙ（ｓｌｖ）を３５〜６５％とすることで、現像ローラ２４５上に形成されたトナー薄層の潜像に対応する部分のトナーの残量が殆ど無い程度に現像することが可能である。また、磁気ローラ２４４に印加する交流バイアス電圧のＤｕｔｙ（ｍａｇ）を４０〜７０％とし、当該交流バイアス電圧のピークｔｏピーク電圧Ｖｐｐを現像ローラ２４５及び磁気ローラ２４４間でリークが起こらない程度の範囲で大きくすることにより、現像ローラ２４５への選択的なトナーの移動を抑制するとともに、現像ローラ２４５上の未現像トナーの引き戻しも十分に行うことができるため、長期に亘って所要の画像濃度を得ることができ、画像ムラの発生も抑制でき、さらにゴースト現象の発生をも抑制することが可能となる。

なお、上記画像ムラ評価指数Ａは、画像が形成された用紙の複数箇所の輝度Ｐｉから以下の式（１）〜（４）を用いて求めた。ただし、黒色で塗りつぶしたベタ部分の輝度をＰｍａｘ、白紙の輝度をＰｍｉｎとする。この輝度は王子計測機器社製のＤｏｔ Ａｎａｌｙｚｅｒ ＤＡ−６０００を用いて測定した。上述の第１〜第３の実施形態においては、２５％網点面積率（６００ｄｐｉ）のハーフトーン画像をＥＰＳＯＮ社製のカラースキャナＥＳ８５００を用いて３０００ｄｐｉで取り込んで得られた画像データを用いて用紙に画像を形成した。そしてこの用紙の複数箇所で輝度Ｐｉを測定した。輝度Ｐｉの測定には、上記Ｄｏｔ Ａｎａｌｙｚｅｒ ＤＡ−６０００を用いた。

Ｄｉ＝Ｌｏｇ［（Ｐｍａｘ−Ｐｉ）／Ｐｍｉｎ］ ・・・（１）

Ａ＝σ_Ｄ／Ｄａ ・・・（４）
但し、Ｐｉ：輝度、Ｄｉ：輝度の画像濃度への換算値
画像ムラ評価指数Ａの算出においては、先ず式（１）により、輝度データを濃度換算する。濃度換算するときには、Ｐｍａｘ（黒色で塗りつぶされたＳｏｌｉｄ部の輝度）とＰｍｉｎ（白紙部の輝度）に対するＰｉの相対濃度を求めて、濃度が高くなるほど画像濃度のムラが見え難くなる（輝度に現れ難くなる）ことから、Ｌｏｇをとって補正する。

次に、式（２）を用いてＤｉの平均値Ｄａを算出する。そして、式（３）を用いてＤｉの平均値Ｄａからのズレ量の平均を、平均二乗偏差（Root Mean Square）σ_Ｄとして算出し、所謂“フレ”を計算する。そして、式（４）を用いて、画像ムラ評価指数Ａを算出する。

また、第１バイアス電源２４６によって、上記２成分現像剤（磁気ローラ２４４）に印加する交流電圧の周波数をｆ（ｍａｇ）、第２バイアス電源２４７によって、現像ローラ２４５に印加する交流バイアス電圧の周波数をｆ（ｓｌｖ）とすると、ｆ（ｍａｇ）＞ｆ（ｓｌｖ）であり且つｆ（ｍａｇ）を２．５ｋＨｚ以上とすることによっても、半値幅差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下、さらにピーク位置差を１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下とする効果が得られる。

画像濃度ＩＤは、以下のようにして求めた。まず、図１０で示される評価画像を出力した。図１０は、画像濃度ＩＤの評価のための評価画像１２０の一例を示す。この評価画像１２０は、図１０に示すように、ベタ部１２１を５箇所有する画像である。

次に、５箇所のベタ部１２１の画像濃度ＩＤをそれぞれ測定し、その平均値を本評価の画像濃度ＩＤとし、以下の基準で評価した。なお、画像濃度ＩＤは、サカタインクスエンジニアリング株式会社製のグレタグマクベス ポータブル反射濃度計ＲＤ−１９を用いて測定した。

ゴーストは、以下のようにして評価した。まず、図１１（ａ）で示される評価画像を出力した。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、ゴースト評価を説明するための図面である。図１１（ａ）は、ゴースト評価のための評価画像１３０の一例を示し、図１１（ｂ）は、ゴーストが発生したときの出力画像１３５の一例を示す。この評価画像１３０は、図１１（ａ）に示すような、３箇所の網点面積率１００％のベタ部１３１と、その印刷方向後端側に網点面積率１０％又は２５％のハーフトーン画像１３２とを含む画像である。

次に、出力された出力画像に、ハーフトーン画像１３２の中に、図１１（ｂ）に示すようなゴースト（残像）１３３が形成されているか否かを目視で判断し、以下の基準で評価した。

優 ：ハーフトーン画像１３２が１０％のハーフトーン画像であっても、ゴースト１３３が確認されない。

良 ：ハーフトーン画像１３２が１０％のハーフトーン画像である場合、わずかにゴースト１３３が確認されるが、ハーフトーン画像１３２が２５％のハーフトーン画像である場合には、ゴースト１３３が確認されない。

不可：ハーフトーン画像１３２が２５％のハーフトーン画像であっても、明らかにゴースト１３３が確認される。

以上のように本発明における画像形成装置（プリンタ１）によれば、画像形成装置が、静電潜像が担持される潜像担持体と、潜像担持体に対向配置され、静電潜像を現像するべく該現像領域に搬送されるトナーを担持するトナー担持体と、トナー担持体と対向配置され、２成分現像剤を担持して該２成分現像剤中のトナーをトナー担持体に供給する現像剤担持体と、調整部とを備えたものとされ、調整部によって、トナー担持体上に担持されるトナーの層厚が６μｍ〜１５μｍにされるとともに、トナー担持体上に担持されたトナーの帯電量に対する個数の分布である第１トナー帯電量個数分布と、現像剤担持体に担持された２成分現像剤中のトナーの帯電量に対する個数の分布である第２トナー帯電量個数分布との半値幅の差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にされる。

このように、トナーの層厚が６μｍ〜１５μｍと薄くなるので、トナー担持体（現像ローラ）上のトナーが全て（可能な限り）現像に使用されるようにしたり、或いはトナー担持体上の現像残トナーが潜像担持体（感光体ドラム）に戻らないようにしたりすることができる。また、上記半値幅差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下と小さくなるので、トナー担持体上のトナー薄層におけるトナー帯電量個数分布と、現像剤担持体上の２成分現像剤中におけるトナー帯電量個数分布との差（ズレ）を小さくする（一致するようにする）ことができ、トナー担持体及び現像剤担持体間（或いは現像剤担持体及び潜像担持体間）のトナー移動の選択性を小さくすることができる。これらのことから、画像濃度不良、カブリ、トナー飛散、ゴースト現象等を抑制し、長期に亘って安定した性能を維持することが可能となる。

また、調整部によって、上記第１及び第２トナー帯電量個数分布の半値幅差が０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にされるのに加えて、第１及び第２トナー帯電量個数分布のピーク位置の差が１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にされるので、トナー担持体上のトナー薄層におけるトナー帯電量個数分布と、現像剤担持体上の２成分現像剤中におけるトナー帯電量個数分布との差（ズレ）をより一層小さくする（一致するようにする）ことができ、トナー担持体及び現像剤担持体間（或いは現像剤担持体及び潜像担持体間）のトナー移動の選択性をより確実に小さくすることができる。

また、調整部が、トナー担持体の表面に所定厚で被覆されるシリコン変性ウレタン樹脂とされるので、トナー担持体上にシリコン変性ウレタン樹脂を被覆するという簡易な構成（方法）によって、該調整部による上記トナーの層厚を６μｍ〜１５μｍにして、半値幅差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にする、或いは、半値幅差及びピーク位置差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下及び１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にすることを容易に実現することができる。

また、調整部が、１００（％）−Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＜Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）の条件を満たすデューティ比でトナー担持体に交流バイアス電圧を印加する第１バイアス印加部と現像剤担持体に交流バイアス電圧を印加する第２バイアス印加部とされるので、当該条件を満たすデューティ比でトナー担持体に交流バイアス電圧を印加するという簡易な構成（方法）によって、該調整部による上記トナーの層厚を６μｍ〜１５μｍにして、半値幅差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にする、或いは、半値幅差及びピーク位置差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下及び１．０（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にすることを容易に実現することができる。

さらに、第２バイアス印加部は、第１バイアス印加部と直列接続され、当該第１バイアス印加部を介してグラウンドに電気的接続されているので、現像剤担持体に印加されるバイアス電圧が、トナー担持体に印加されるバイアス電圧をベースとしてこのバイアス電圧に重畳された構成をとることができる結果、トナー担持体及び現像剤担持体（トナー担持体及び現像剤担持体間或いは現像剤担持体及び潜像担持体間）に印加する交流バイアス電圧すなわち上記デューティ比を個別に調整することが容易に可能となる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の一例であるプリンタの概略構成図である。 第１〜第３の実施形態における磁気ローラ及び現像ローラへバイアス電圧を印加する構成を説明するための模式図である。 第１の実施形態での現像ローラ及び磁気ローラにおけるトナー帯電量個数分布を示すグラフ図である。 第２の実施形態での現像ローラ及び磁気ローラにおけるトナー帯電量個数分布を示すグラフ図である。 第１〜第３の実施形態におけるプリンタの動作結果を表として纏めた図である。 従来の磁気ローラ及び現像ローラへバイアスを印加する構成を示す模式図である。 （ａ）は、従来の現像ローラに印加されるバイアス電圧Ｖｓｌｖと、磁気ローラに印加されるバイアス電圧Ｖｍａｇと、ＭＳ間の電圧（Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖ）とを示す図である。（ｂ）は、従来の構成において、バイアス電圧Ｖｓｌｖとバイアス電圧Ｖｍａｇとのデューティ比の合計が１００％にならない場合におけるバイアス電圧Ｖｓｌｖ、バイアス電圧Ｖｍａｇ、及びＭＳ間の電圧（Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖ）を示す図である。 第２の実施形態における交流電圧（ＡＣ１）、（ＡＣ２）の波形図である。 第３の実施形態における交流電圧（ＡＣ１）、（ＡＣ２）の波形図である。 画像濃度ＩＤの評価のための評価画像の一例を示す図面である。 （ａ）は、ゴースト評価のための評価画像の一例を示す図面である。（ｂ）は、ゴーストが発生したときの出力画像の一例を示す図面である。

符号の説明

１ プリンタ（画像形成装置）
２、２Ｍ、２Ｃ、２Ｙ、２Ｋ 画像形成部
２１ 感光体ドラム（潜像担持体）
２４ 現像部
２４１ 現像剤容器
２４２ 攪拌ミキサー
２４３ パドルミキサー
２４４ 磁気ローラ（現像剤担持体）
２４５ 現像ローラ（トナー担持体）
２４６ 第１バイアス電源（調整手段）
２４７ 第２バイアス電源（調整手段）
３１ 中間転写ローラ
３２ 中間ベルト
３６ ２次転写ローラ
４ 給紙部
５ 定着部
６ 制御部
７ ネットワークＩ／Ｆ部
８ 操作パネル部
Ｇ グランド

Claims (5)

1. トナー及びキャリアを含む２成分現像剤を用いる画像形成装置であって、
   静電潜像が担持される潜像担持体と、
   前記潜像担持体に対向配置され、前記静電潜像を現像するべく該現像領域に搬送される前記トナーを担持するトナー担持体と、
   前記トナー担持体と対向配置され、前記２成分現像剤を担持して該２成分現像剤中のトナーを前記トナー担持体に供給する現像剤担持体と、
   前記トナー担持体上に担持されるトナーの層厚を６μｍ〜１５μｍにするとともに、
   前記トナー担持体上に担持されたトナーの帯電量に対する個数の分布である第１トナー帯電量個数分布と、前記現像剤担持体に担持された２成分現像剤中のトナーの帯電量に対する個数の分布である第２トナー帯電量個数分布との半値幅の差を０．８（１０^−１０Ｃ／ｍ）以下にする調整部とを備え、
   前記調整部は、
   前記第１及び第２トナー帯電量個数分布のピーク位置の差を１．０（１０ ^−１０ Ｃ／ｍ）以下にし、
   前記第１トナー帯電量個数分布の半値幅は、２．８〜３．４（１０ ^−１０ Ｃ／ｍ）の範囲内にされ、
   前記第２トナー帯電量個数分布の半値幅は、３．１〜３．５（１０ ^−１０ Ｃ／ｍ）の範囲内にされている
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記調整部は、
   前記トナー担持体の表面に所定厚で被覆されるシリコン変性ウレタン樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記調整部は、
   前記トナー担持体に、デューティ比がＤｕｔｙ（ｓｌｖ）である交流バイアス電圧を印加する第１バイアス印加部と、
   前記現像剤担持体に、デューティ比がＤｕｔｙ（ｍａｇ）である交流バイアス電圧を印加する第２バイアス印加部とを含み、
   前記Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）、及び前記Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）が、
   １００（％）−Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＜Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）の条件を満たすデューティ比に設定されていること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記第１バイアス印加部が出力する前記交流バイアス電圧の周波数をｆ（ｍａｇ）とし、前記第２バイアス印加部が出力する前記交流バイアス電圧の周波数をｆ（ｓｌｖ）とすると、ｆ（ｍａｇ）＞ｆ（ｓｌｖ）であり、かつｆ（ｍａｇ）は２．５ｋＨｚ以上であること
   を特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記第２バイアス印加部は、前記第１バイアス印加部と直列接続され、当該第１バイアス印加部を介してグラウンドに電気的接続されていること
   を特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。