JP5244357B2 - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、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非接触で現像するタッチダウン方式の現像装置、及びそれを備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置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が画質に影響を及ぼす場合があった。

これらの問題を解決する手段の一つとして、例えば特許文献１、２に開示されているような、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、この現像ローラ上にトナーを転移させて非磁性トナーで薄層を形成し、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飛翔させる、いわゆる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非接触でトナーのみを飛翔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。また、トナーの帯電をキャリアとの間で行うため、トナー帯電量は比較的高く安定しており、トナー飛散やかぶり等に有利である。そのため、特に高速化、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。

このようなタッチダウン現像方式においては、現像ローラ上のトナー層は、出力を重ねていくと、トナー層を規制する穂切りブレード或いは現像ローラ表面との摩擦によりチャージアップする。また、現像されなかったチャージの高いトナーは段々と増加していき、最終的にはトナー薄層を乱し、画像濃度不良や画像ムラなどを発生する場合があった。

そこで、トナー層の帯電量を高くする方法が提案されている。例えば、特許文献３には、非磁性若しくは弱磁性材料からなる一成分系のトナーを用い、トナー搬送体（現像ローラ）の移動方向に沿ってトナー層規制手段及び電荷注入手段を設け、トナー搬送体の少なくとも表面をトナーと同極性を有する荷電制御剤を含有する材料によって形成すると共に、トナーおよびトナー搬送体を形成する材料の摩擦帯電量ＴＥＣｒ及びＴＥＣｃを、|ＴＥＣｒ−ＴＥＣｃ|＝５〜４０μｃ／ｇとなるように形成した静電荷像現像装置が開示されている。特許文献３には、トナー搬送体の表面のフォルミング現象（トナーの融着）を防止すると共に、トナーの摩擦帯電量を増加させ、安定した高画質の画像を確保している。
特開２００３−２１９６１号公報 特開２００３−２１９６６号公報 特開平２−７９０６２号公報

しかし、特許文献３の方法では、トナーの帯電量を増加させることにより、トナーの融着を防止することはできるが、トナー薄層全体のトナー帯電量を規定するだけでは、トナー薄層のチャージアップ、特に現像ローラの表面に近い層（下層）のチャージアップによる、画像濃度不良や、かぶりの発生を防止することは困難である。

上記のようなタッチダウン現像方式において、現像ローラ上のトナー層は、出力を重ねていくと、最下層とそれ以外の層のトナー帯電量が異なってくる。これは飛翔しやすいトナーのみが現像され、特に下層に存在するトナーが現像ローラ表面から移動できずに何度も穂切りブレード或いは現像ローラ表面との摩擦によりチャージアップしてしまうためである。

例えば、トナーの体積平均粒子径が６μｍ程度であると、現像ローラ上のトナー層は概ね３層程度で形成されるのが好ましく、６〜１８μｍ程度の層厚となる。この状態で印字出力を続けるとトナー層の状態は、下層（トナー１層から１．５層分程度、すなわち下層から３０〜５０％程度）にチャージの高い小粒径トナーが蓄積し、下層以外にはそれよりもチャージの低いトナーが存在していることになる。

チャージの高い小粒径のトナーは現像ローラとの付着力が強いため、かかるチャージの高いトナーを感光体ドラムへ現像させる為に高い電界を与えると、現像ローラとドラム間でリークが発生し、トナー層乱れや画像不良が発生するおそれがある。また、トナー層を厚くして上層部のトナーのみを現像させる方法も考えられるが、この方法では、環境変動等により文字太りなどの不具合が発生するおそれがある。また、例えばφ２５ｍｍ以下の現像ローラを用い、感光体ドラム周速を３００ｍｍ／ｓｅｃとするような、コンパクトで高速な画像形成装置においてトナー不足やトナームラが発生し、画像濃度不良が発生するおそれがあった。

さらに、タッチダウン方式においては、一度現像域を通過した未現像トナーは現像機内に引き込まれ、磁気ブラシにより引き剥がされる構成がとられているが、チャージの高い小粒径の未現像トナーは現像ローラとの付着力が強いため、現像ローラ表面上に残留し易い。その結果、現像ローラ上にチャージの高いトナーが増加していき、最終的にはトナー薄層を乱し、画像濃度不良や画像ムラなどを発生するおそれもあった。

上記問題点に鑑み、本発明は、現像ローラ上に形成されたトナー層における下層のチャージアップを抑制し、画像濃度不良、画像ムラやかぶりの発生を防止し、長期に渡って安定した画像を得ることが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、前記トナー担持体及び前記トナー供給部材に、現像バイアスを印加することにより、前記トナー担持体から前記像担持体表面にトナーを飛翔させて静電潜像を現像する現像装置において、前記トナー担持体上に形成されたトナー層におけるトナーの粒子径当たりの平均帯電量をｑ／ｄ（ａ）、前記トナー層のうち、上層から前記トナー層の重量の５０〜７０重量％に相当するトナー層を除去した下層におけるトナーの粒子径当たりの平均帯電量をｑ／ｄ（ｂ）とするとき、以下の条件式（１）を満たすことを特徴としている。
｜ｑ／ｄ（ａ）−ｑ／ｄ（ｂ）｜≦０．５（ｆｅｍｔｏ−Ｃ／μｍ） ・・・（１）

また本発明は、前記トナー担持体に第１のバイアスを印加する第１のバイアス印加手段と、前記第１のバイアス印加手段と共通のグランドに電気的に接続され、前記トナー供給部材に、第１のバイアスに第２のバイアスを重畳して印加する第２のバイアス印加手段と、が設けられたことを特徴としている。

また本発明は、前記第１のバイアスの交流成分におけるトナーと同極性側の波形のデューティ比をＤｓｌｖ、前記第２のバイアスの交流成分におけるトナーと同極性側の波形のデューティ比をＤｍａｇとするとき、以下の条件式（２）及び（３）を満たすデューティ比となるよう、前記第１及び第２のバイアスを印加することを特徴としている。
１００−Ｄｕｔｙ（ｍａｇ）＜Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ） ・・・（２）
Ｄｕｔｙ（ｓｌｖ）≧４０％ ・・・（３）

また本発明は、前記トナーが正帯電性トナーであり、前記トナー担持体の表面にシリコン変性ウレタン樹脂をコーティング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が搭載された画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、トナー担持体上に形成されたトナー層の平均帯電量ｑ／ｄ（ａ）と、トナー層のうちトナー担持体側に形成された下層の平均帯電量ｑ／ｄ（ｂ）との関係が条件式（１）を満たすことにより、下層部のチャージアップを防止し、トナー薄層の上層と下層の帯電差を小さくすることができる。従って、画像濃度不良、画像ムラやかぶりの発生を防止し、長期に渡って安定した画像を得ることが可能となる。

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のバイアス印加手段によりトナー担持体に第１のバイアスを印加すると共に、第２のバイアス印加手段を第１のバイアス印加手段と共通のグランドに電気的に接続し、トナー供給部材に、第１のバイアスに第２のバイアスを重畳して印加することによって、第１のバイアスの交流成分と、第２のバイアスの交流成分とを、それぞれ独立して設定することができ、トナー担持体へのトナー層形成効率及びトナー供給部材へのトナーの回収効率を向上させるような印加条件を設定することが可能となる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の現像装置において、第１のバイアスの交流成分バイアスにおけるトナーと同極性側の波形のデューティ比Ｄｓｌｖと、第２のバイアスの交流成分におけるトナーと同極性側の波形のデューティ比Ｄｍａｇとの関係が条件式（２）及び（３）を満たすことにより、トナー担持体へのトナー層形成効率及びトナー供給部材へのトナーの回収効率を向上させることができ、トナー担持体とトナー層の下層との摩擦を軽減することができる。これにより、ｑ／ｄ（ａ）とｑ／ｄ（ｂ）との関係を満たすトナー層を形成することができる。従って、第１及び第２の交流バイアスの印加を変化させるだけで、トナー層の上層部と下層部の帯電差を小さくすることが可能となる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１〜第３のいずれかの構成の現像装置において、トナーが正帯電性トナーの場合、トナー担持体の表面にシリコン変性ウレタン樹脂をコーティングすることにより、トナー担持体とトナーとの付着力を低下させることができるため、トナー担持体からのトナーの回収効率を向上させることができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１〜第４のいずれかの構成の現像装置を搭載することにより、画像濃度不良、画像ムラやかぶりの発生を防止し、長期に渡って安定した画像形成が可能な画像形成装置となる。

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る画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラー画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転し、各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラ９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、中間転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。なお、感光体ドラム１ａ〜１ｄについては後述する。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト５上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

感光体ドラム１ａ〜１ｄには、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体、有機感光体（ＯＰＣ）などを用いることができる。感光体ドラム１ａ〜１ｄの感光材料としてａ−Ｓｉ感光体を用いた場合、その表面の露光後電位が２０Ｖ以下の非常に低いという特徴を有しているが、そ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が低下する。一方、潜像形成した時における感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面の電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向がある。

この特性は、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以下とした場合に特に顕著である。感光体ドラム１ａとして正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合、正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）は、オゾンなどの発生が少ないため、帯電が安定している。特に単層構造の正帯電有機感光体は、長期にわたる使用によって膜厚が変化した場合においても感光特性に変化が少なく、画質も安定するため長寿命のシステムには好適である。

そして、正帯電有機感光体の寿命を長くするためには、残留電位を１００Ｖ以下にする必要があるため、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特に重要である。特に単層構造のＯＰＣは、感光層の中に電荷発生材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。また、感光体ドラム１ａ〜１ｄの周速を１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上にすると、感光体ドラム１ａ〜１ｄへの帯電、露光、現像及び除電等のプロセス時間が短くなり、画像形成装置の印刷を高速にすることができる。しかし、現像ニップ時間が短いため、より現像性を高める必要があり、現像ローラ２２へのトナー２６の付着力を低減させることが重要となる。この対応については後述する。

図２は、本発明に係る現像装置の構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａ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には図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）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２では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ａの上方には磁気ローラ２３（トナー供給部材）が配置されている。そして、磁気ローラ２３の左斜め上方には現像ローラ２２（トナー担持体）が対向配置され、現像ローラ２２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１ａに対向している。現像ローラ２２及び磁気ローラ２３は図中時計回りに回転する。

なお、現像容器２０には、第２攪拌スクリュー２１ｂ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からトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

現像容器２０内の第１、第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂがトナーコンテナから供給されるトナーをキャリアと混合して撹拌することにより、トナーとキャリアを帯電させる。この帯電されたトナーとキャリアからなる現像剤によって磁気ローラ２３上に磁気ブラシが形成され、この磁気ブラシが一定の層厚で現像ローラ２２に接触又は近接し、磁気ローラ２３と現像ローラ２２間に形成される電位差により現像ローラ２２上にトナー層（トナー薄層）が形成される。

現像ローラ２２と感光体ドラム１ａ間に形成される電位差により現像ローラ２２上のトナー層からトナーが感光体１ａに飛翔して、移送されたトナーが感光体ドラム１ａ表面に形成された静電潜像に付着し、トナー薄層及びトナー像が形成される。また、現像ローラ２２に印加するバイアスを第１のバイアス、磁気ローラ２３に印加するバイアスを第２のバイアスとする。

図３は、本実施形態の現像装置における第１及び第２の電源の接続状態を示す模式図である。また、図４（ａ）は、本実施形態に用いられる現像ローラ２２及び磁気ローラ２３に印加される第１及び第２のバイアスの波形であり、図４（ｂ）は、これらの合成波形を示す摸式図である。図３、図４を用いて現像装置を以下に詳しく説明する。

トナー２６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２６の粒度分布の広がりはマルチサイザーIII（ベックマン・コールター社製）、アパチャー径１００μｍ（測定範囲２．０〜６０μｍ）で測定され、粒度分布の広がりは、その体積分布平均粒径と個数分布平均粒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、連続印刷時に現像ローラ２２に比較的粒度の小さなトナー２６が堆積し、現像性を低下させる。

また、高画質化においてトナー体積平均粒子径を小さくすることが一般的によく知られている一方、トナー体積平均粒子径を小さくするとファンデルワールス力の影響が強くなるため、トナー２６をキャリア２７から引き離す、或いは現像ローラ２２表面から引き剥がすことが困難となることが知られている。そこで、トナー２６の体積平均粒子径Ｄtを４．０μｍ≦Ｄt≦７．０μｍの範囲に規定することが好ましい。

Ｄｔが４．０μｍ未満では、付着力が強固過ぎるため、現像性及び現像ローラ２２からのトナー２６の回収性が低下するおそれがある。逆に、この７μｍ越では、１ドットの再現性が困難となり、高画質を達成することが難しい。また、トナー２６の個数粒度分布におけるＣＶ値を２５．０％以下とすることが好ましい。ＣＶ値が２５．０％超では、粒子径の分布の広がりが大きく選択現像性が顕著になる。

キャリア２７としては、マグネタイトキャリア、Ｍｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系、樹脂中に磁性体を分散した樹脂キャリアなどを用いることができ、適正な抵抗値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。このキャリア２７は、現像ローラ２２上の現像残トナーの回収とその後のトナー供給の役割を有している。

現像ローラ２２と磁気ローラ２３間のニップで強固に静電的に付着したトナー２６を磁気ブラシ２８で引き剥がし、現像に必要なトナー２６を供給するためには、体積固有抵抗率が１０⁶Ωｃｍ〜１０¹³Ωｃｍの範囲のキャリア２７を用いることが好ましい。また、重量平均粒子径が５０μｍ以下キャリア２７を用いることによって、キャリア２７の表面積を大きくし、トナー２６との接点を増やすことができる。

現像ローラ２２は、磁気ブラシ２８から供給されたトナー２６によるトナー層２９を担持して、トナー層２９からトナー２６を飛翔させて感光体ドラム１ａ上の静電潜像を現像する。現像ローラ２２の表面は、均一な導電性のアルミニウム、ＳＵＳ、導電樹脂被覆などからなるスリーブで構成される。

現像ローラ２２の表面に樹脂をコーティングすることにより、リークマージンを確保することができる。かかる樹脂として、トナー２６の離形性が良いフッ素樹脂やウレタン系樹脂を塗布することにより、膜厚２０μｍ以下の薄膜のａ−Ｓｉ感光体ドラム１ａを用いた場合でも、リークを抑制することができ、感光体ドラム１ａの黒点などの不具合を抑制することができる。

また、特にトナー２６が正帯電性の場合は、同極性である、例えばシリコン変性ウレタン樹脂等のウレタン系樹脂を用いることにより、トナー付着性を低減させることができるため、現像ローラ２２からトナー２６が飛翔しやすくなって現像性を向上させ、また、現像ローラ２２から磁気ローラ２３へのトナーの引き剥がし性（回収性）を向上させることができる。

そして現像ローラ２２のシャフト部には、直流電源３０ａと交流電源３０ｂとからなる第１の電源３０が接続されており、第１のバイアスが印加される。図４（ａ）に示すように、第１のバイアスは、第１の直流電源３０ａの直流電圧Ｖｄｃ１に、第１の交流電源３０ｂのピーク間電圧（交流電圧）Ｖｐｐ１、デューティ比Ｄｓｌｖ及び周波数ｆからなる矩形波を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）を有する。

なお、ここでは、デューティ比Ｄｓｌｖは、現像ローラ２２から感光体ドラム１ａにトナー２６を飛翔させる側（トナーと同極性側）のデューティ比を示す。また、後述するデューティ比Ｄｍａｇは、磁気ローラ２３から現像ローラ２２にトナー２６を飛翔させる側（トナーと同極性側）のデューティ比を示す。次に、かかるデューティ比について説明する。

図５には、例えば、正帯電トナーを用い、図の上方向を正電位、下方向を負電位とする場合において、第１のバイアスが印加されたときの現像ローラ２２又は第２のバイアスが印加されたときの磁気ローラ２３の合成波形を示す。このとき、現像ローラ２２又は磁気ローラ２３からトナーが飛翔する電界が印加される時間をａ、現像ローラ２２又は磁気ローラ２３へとトナーを引き戻す電界が印加される時間をｂとすると、デューティ比Ｄｐは、Ｄｐ＝｛ａ／（ａ＋ｂ）｝×１００で表される。すなわち、全体の印加時間に対する正電位が印加されている時間の百分率で表される。なお、負帯電トナーを用いた場合には、デューティ比は、Ｄｐ＝｛ｂ／（ａ＋ｂ）｝×１００となる。

磁気ローラ２３は、非磁性金属材料で回転可能な円筒状に形成され、内部に複数の固定磁石が配設されて、その磁石によって現像剤に含まれるキャリア２７による磁気ブラシ２８を発生させ、磁気ブラシ２８の層厚が穂切りブレード２５により規制されている。そしてそのシャフト部には、第１の電源３０に加えて、第１の電源３０と共通のグランドに電気的接続され、直流電源３１ａと交流電源３１ｂとからなる第２の電源３１が接続されている。これにより、第１のバイアスにさらに重畳して、第２のバイアスが印加される。

図４（ａ）に示すように、第２のバイアスは、第２の直流電源３１ａの直流電圧Ｖｄｃ２に、第２の交流電源３１ｂのピーク間電圧（交流電圧）Ｖｐｐ２、デューティ比Ｄｍａｇ及び周波数ｆ２からなる矩形波を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）を有する。

上記の通り、現像ローラ２２及び磁気ローラ２３には、第１のバイアス及び第２のバイアスが印加される。また、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２３に搬送される。そして、磁気ローラ２３上に磁気ブラシ２９を形成し、磁気ローラ２３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２３と現像ローラ２２との間の電位差によって現像ローラ２２にトナー薄層を形成する。

そして、現像ローラ２２と感光体ドラム１ａとの電位差により、現像ローラ２２上のトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上に静電潜像が現像される。また、現像ローラ２２と磁気ローラ２３との間に、第１のバイアスとともに、第２のバイアスが重畳するようにして、現像ローラ２２と磁気ローラ２３との電位差により、現像ローラ２２上へのトナー層２９の形成及び現像ローラ２２上の未現像トナーの磁気ローラ２３への回収が行われる。

このような現像装置３ａを用い、現像ローラ２２上にトナー層２９を形成しても、上層と下層の帯電量の差が大きいと、画像濃度不良、画像ムラやかぶりが発生し易くなる。

そこで、現像ローラ２２上に形成されたトナー層２９の粒子径当たりの平均帯電量ｑ／ｄ（ａ）（ｆｅｍｔｏ−Ｃ／μｍ）と、トナー層２９のうち、上層からトナー層２９の重量の５０〜７０重量％に相当するトナー層を除去した下層の粒子径当たりの平均帯電量ｑ／ｄ（ｂ）（ｆｅｍｔｏ−Ｃ／μｍ）との関係が、以下の条件式（１）
ｑ／ｄ（ａ）−ｑ／ｄ（ｂ）≦｜０．５｜（ｆｅｍｔｏ−Ｃ／μｍ） ・・・（１）
を満たすように第１及び第２のバイアスを調整することにより、下層のチャージアップを防止し、トナー層の上層と下層の帯電差を小さくすることができる。これにより、画像濃度不良、画像ムラやかぶりの発生を防止し、長期に渡って安定した画像を得ることが可能となる。

トナー層とは、トナー層２９の全体層を示す。下層とは、トナー層のうち現像ローラ２２表面側の層をいい、トナー層２９の上面から５０重量％〜７０重量％の上層を除去したものをいう。上述の通り、トナーの体積平均粒子径Ｄｔは４．０μｍ≦Ｄt≦７．０μｍが好ましく、Ｄｔが６．０μｍのトナーを用いた場合、現像ローラ上のトナー層は３層程度で形成されるため、トナー層の層厚は、６〜１８μｍ程度となる。

この状態で印字出力を続けるとトナー層の状態は、下層（現像ローラ２３表面から３０〜５０重量％のトナー層、すなわちトナー１層から１．５層分程度）にチャージの高い小粒径トナーが蓄積し、下層以外にはそれよりもチャージの低いトナーが存在し易くなる。そこで、現像ローラ２２上のトナー１層から１．５層分程度を下層とし、これより上層のトナー層（上面から５０〜７０重量％）を除去することによって下層とする。

また、ｑ／ｄは、トナーの粒子径ｄ当たりの平均帯電量ｑであり、ｑ／ｄは個数帯電量分布の５０％積算値とすることができる。個数帯電分布は、例えば、粒子帯電量分布測定装置（ホソカワミクロン製、Ｅ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ＥＳＴ−３）を用い、エア圧：０．０５５〜０．０８（ＭＰａ）、ＰＭ ＶＯＬＴＡＧＥ：−０．５ｋＶ、ＦＩＬＤＥ ＶＯＬＴＡＧＥ：０．０５０ｋＶの条件で測定することができる。

また、下層の形成、及びトナーの個数帯電量分布の測定は、以下のように行うことができる。すなわち、例えばＱＭメータ（ＴＲＥＫ社製、ＭＯＤＥＬ２１０Ｓ）により、トナー層２９の所定面積部分を、全て吸引し、吸引したトナーの重量を測定した後、単位面積当たりのトナー量Ａ（ｍｇ／ｃｍ²）を算出する。かかる吸引したサンプルを用いて個数帯電量分布を測定することにより、平均帯電量ｑ／ｄ（ａ）を得ることができる。

次に、吸引ノズルとトナー層との距離を変化させ、トナー層２９における上記とは異なる所定面積部分を、吸引するトナーの単位面積当たりのトナー量Ｂ（ｍｇ／ｃｍ²）が、Ａの５０重量％〜７０重量％となるように吸引する。これにより、上面から５０重量〜７０重量％のトナー層を除去することができ、下層を形成することができる。また、かかる吸引したサンプルを用いて個数帯電量分布を測定することにより、平均帯電量ｑ／ｄ（ｂ）を得ることができる。

次に、このような平均帯電量ｑ／ｄ（ａ）とｑ／ｄ（ｂ）との関係を有するトナー層２９を形成するための、第１及び第２のバイアスの調整方法について説明する。

まず、現像ローラ２２と磁気ローラ２３に印加するバイアスについて、図３及び図４を用いて説明する。

上記の通り、第１のバイアスは、直流電圧がＶｄｃ１、交流電圧Ｖｐｐ１、デューティ比がＤｓｌｖ、周波数ｆの合成波形Ｖｓｌｖである。また、第２のバイアスは、直流電圧がＶｄｃ２、交流電圧がＶｐｐ２、デューティ比がＤｍａｇ、周波数ｆの合成波形Ｖｍａｇである。また、第２のバイアスの交流成分は、第１のバイアスの交流成分と同周波数、逆位相であり、第１のバイアスよりデューティ比が大きい（Ｄｍａｇ＞Ｄｓｌｖ）。

図３に示すように、現像ローラ２２には、第１のバイアスが印加される。また、磁気ローラ２３には、第１のバイアスに、第２のバイアスが重畳して印加されるため、磁気ローラを基準としてみた場合、図４（ｂ）に示すように、合成波形Ｖｍａｇ−ＶｓｌｖはＶ（ｍａｘ）とＶ（ｍｉｎ）を有するが、現像ローラ２２及び磁気ローラ２３間の電界は第１のバイアスが相殺されるため、第２のバイアスのみとなる。またこのとき、現像ローラ２２と感光体ドラム１ａ間には第１のバイアスが印加されている状態となっている。

これにより、第１の電源３０と第２の電源３１とで、バイアスの周期やデューティ比を異なるものとしても、現像ローラ２２と磁気ローラ２３との間に形成されるバイアスの合成波形が第２の電源３１の第２のバイアスによる影響を受けることがない。よって、現像ローラ２２の第１の電源３０と、磁気ローラ２３の第２の電源３１とを共通のグランドに電気的に接続し、第１の電源３０と第２の電源３１とを重畳させる接続構成にすることが好ましい。

一方、第２の電源３１電源に対して、第１の電源３０を重畳すると、現像ローラ２２及び磁気ローラ２３間の電界は第１のバイアスが相殺されて第２のバイアスのみが印加されている状態となるが、現像ローラ２２及び感光体ドラム１ａ間には第１のバイアス及び第２のバイアスが印加されてしまうため、第１及び第２のバイアスを独自に変化させることが困難となり、現像性を均一にすることが困難となる。

ここで、図６に示すように、現像ローラ２２及び磁気ローラ２３に印加する第１及び第２のバイアスを、別個のグランドに電気的に接続する場合について考える。図６は、現像ローラ及び磁気ローラを別個のグランドに電気的に接続した状態を示す模式図である。また、図７（ａ）は、別個のグランドに電気的接続したときの現像ローラ及び磁気ローラに印加される第１及び第２のバイアスの波形であり、図７（ｂ）は、これらの合成波形を示す摸式図である。図６（ａ）では、第１の電源３０のＶｓｌｖ（実線）と第２の電源３１のＶｍａｇ（破線）とでデューティ比を異なるものとし、Ｖｓｌｖと同周期、同周波数で逆位相の交流バイアスを印加する。

このような構成では、ＤｍａｇとＤｓｌｖを異なるものとすると、現像ローラ２２及び磁気ローラ２３間の合成波形が図７（ｂ）のようになり、ＶｍａｘとＶｍｉｎの間に電圧Ｖｉが現れる。このため、Ｖｉの印加時間の分だけＶｍａｘとＶｍｉｎの印加時間が短くなり、現像ローラへのトナー薄層形成時間が短くなると共に、現像ローラからの未現像トナーの回収時間も短くなる為、効率が悪くなる。

また、第１のバイアスのＶｐｐ１若しくは第２のバイアスのＶｐｐ２を変化させた場合、現像ローラ２２にはＶｐｐ２が、磁気ローラ２３にはＶｐｐ２が、それぞれ不可避的に印加されてしまう。そのため、Ｖｐｐ１とＶｐｐ２とを独立して変化させることができない。

これに対し、上記の通り、本実施形態では、現像ローラ２２には第１の電源３０のバイアスを印加して、磁気ローラ２３には第１の電源３０のバイアスに第２の電源３１のバイアスを重畳して印加しているため、現像ローラ２２と磁気ローラ２３間に形成されるバイアスの合成波形が第２の電源３１のバイアスに等しくなり、現像ローラ２２に印加する第１の電源３１のバイアスによる影響を受けることがない。

また現像ローラ２２と感光体１ａ間に形成される第１のバイアスも第２の電源３１のバイアスによる影響を受けることなく、第１の電源３０のバイアスのみで制御することになり、第１及び第２のバイアスは、互いに独立させて各バイアスの電圧とデューティ比等を設定することができる。このとき、現像ローラ２２から磁気ローラ２３への未現像トナーの回収は、第２のバイアスのみに依存している。

このように、第１の電源３０に第２の電源３１を重畳させることにより、第１のバイアスと第２のバイアスとを、独立して設定できるため、トナー層２９の形成状態に応じてより詳細な設定が可能となる。

従って、第１のバイアスの電圧とデューティ比を大きく設定して現像性を向上させ、また現像ローラ２２へのトナー層２９の形成及び現像ローラ２２からのトナー回収を良好に維持するように、第２のバイアスのバイアス電圧及びデューティ比を設定することができ、現像ローラ２２と感光体１ａ間及び現像ローラ２２と磁気ローラ２３間とのバイアスのバランスを容易に取ることができる。

そして、現像ローラ２２に印加する第１のバイアスのＤｓｌｖと、磁気ローラ２３に印加する第２のバイアスのＤｍａｇとの関係を、以下の条件式を満たすように設定することにより、現像ローラ２２上に、平均帯電量ｑ／ｄ（ａ）とｑ／ｄ（ｂ）との関係を有するトナー層２９を形成することができる。
１００−Ｄｍａｇ＜Ｄｓｌｖ ・・・（２）
Ｄｓｌｖ≧４０％ ・・・（３）

１００−Ｄｍａｇ＜Ｄｓｌｖとすることによって、単位時間当たりの、トナーを現像ローラ２２から感光体ドラム１ａに移動させるための時間（すなわち感光体ドラム１ａへのトナー層２９形成時間）を長くすることができ、また、Ｄｓｌｖ≧４０％とすることによって、トナーが感光体１ａ側に移動させる電界の現像時間を所定以上に確保することができるため、トナー層２９の形成効率を向上することができる。

また、１００−Ｄｍａｇ＜Ｄｓｌｖとすることによって、単位時間当たりの磁気ローラ２３のトナー回収時間を長くすることができ、未現像トナーの回収効率も向上することができる。

従って、感光体ドラム１ａと、該ドラムに形成されたトナー層の下層との摩擦による帯電を抑制することができ、トナー層のｑ／ｄ（ａ）と下層のｑ／ｄ（ｂ）との差の絶対差を０．５以下とすることができる。なお、Ｄｓｌｖが大きくなると、感光体ドラム１ａ上の静電潜像の非露光部（白紙部）にもトナー２６が付着して、画像カブリが発生する恐れがある。かかる観点から、Ｄｓｌｖ＜７５％とすることが好ましい。

また、第１の電源３０と第２の電源３１とを共通のグランドに電気的に接続した場合には、上記図７（ｂ）に示す、別個のグランドに電気的に接続した場合と異なり、第１バイアスにはＶｐｐ１とＶｐｐ２とが印加されないため、図７（ｂ）の場合よりも、ＶｍａｘとＶｍｉｎの絶対値が小さく、トナーを移動させる電界が弱くなる。このため、共通のグランドに電気的接続する場合には、別個のグランドに電気的接続した場合の磁気ローラ２３のバイアス電圧よりＶｐｐ１を大きくすることが好ましい。

一方、単位時間当たりの現像ローラ２２へ印加している時間を長くすると、磁気ローラ２３によるトナーの回収が困難になる場合がある。そこで、前述のように、現像ローラ２２表面に、例えばシリコン変性ウレタン樹脂をコーティングすることが好ましい。

次に、本発明の現像装置の動作について図３及び図４を用いて説明する。図３に示した帯電されたトナー２６とキャリア２７からなる現像剤によって磁気ローラ２３上に磁気ブラシ２８を形成し、磁気ブラシ２８は穂切りブレード２５によって層規制され、図４（ａ）に示す第２のバイアスの合成波形Ｖｍａｇが印加されて、現像ローラ２２にトナー２６のみのトナー層２９を形成する。

次に、露光されて感光体ドラム１ａ上に形成された潜像は、図４（ａ）に示す第１のバイアスの合成波形Ｖｓｌｖが印加されて、感光体ドラム１ａへトナー２６が飛翔して現像され、トナー像が感光体ドラム１ａ上に形成される。そして、感光体ドラム１ａのトナー像が中間転写ベルト８に１次転写され、中間転写ベルト８に搬送された用紙にトナー像が２次転写されて、定着部７で定着されて排紙される。その後、図４（ｂ）に示す第２のバイアスの合成波形Ｖｍａｇにより、現像ローラ２２上の現像残トナーを剥ぎ取って磁気ローラ２３に回収する。

現像ローラ２２上のトナー層２９の層厚は、トナーの抵抗や現像ローラ２２と磁気ローラ２３との回転速度差等によって変化するが、現像ローラ２２と磁気ローラ２３との電位差ΔＶによって制御することが可能である。トナー層２９は、ΔＶを大きくすることによ
って厚くなり、ΔＶを小さくすることによって薄くなる傾向にある。これらを考慮し、上
記トナー層２９の層厚を得るためには、ΔＶの範囲を１００Ｖ〜３５０Ｖとすることが好
ましい。

帯電されたトナーは磁気ローラ２３及び現像ローラ２２間の電位差ΔＶで現像ローラ２
２上に薄層で保持され、感光体ドラム１ａとの間の直流、交流の重畳されたバイアスを印加させることで現像される。トナーの飛散を防ぐために、第１及び第２の交流電源３０ｂ及び３１ｂからの交流電圧は、現像の直前に印加することが好ましい。

現像ローラ２２上に残ったトナーは、掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、磁気ローラ２３上の磁気ブラシ２８が現像ローラ２２上のトナー層２９に接触し、磁気ローラ２３と現像ローラ２２との周速差で生じるブラシ効果により回収される。回収されたトナー２６は攪拌スクリュー２１ａ（図２参照）で撹拌されて、トナー２６の入れ替えが促進される。

この時、磁気ブラシ２８の幅が、現像ローラ２２上のトナー２６を回収する幅に相当するため、現像ローラ２２の幅を磁気ブラシ２８の幅より短くすることにより、確実にトナー２６の未回収領域をなくすことができる。これにより、現像ローラ２２のスリーブにおいて、磁気ブラシ２８領域外に付着するトナー２６がなくなり、現像ローラ２２の両端部のトナー飛散をなくすことができる。

トナーの入れ替えを促進するための方法として、磁気ローラ２３の回転速度を現像ローラ２２の速度に対し、１．０〜２．０倍に設定することによって、現像ローラ２２上のトナー２６を回収すると共に適切な濃度に設定されたトナーを現像ローラ２２に供給することができ、均一なトナー層２９を形成することが可能になる。

また、均一な画像濃度を維持するためには、画像形成前後、次の画像形成までの間や装置の起動時等の非画像形成時において、現像ローラ２２と磁気ローラ２３間の電位差ΔＶ
をなくして等電位とすることにより、磁気ブラシ２８のみによる回収が可能となり、トナーに負担をかけず現像ローラ２２上のトナーを磁気ローラ２３に回収することができる。

また、感光体ドラム１ａの感光材料としてａ−Ｓｉを用いる場合には、前述したａ−Ｓｉ感光体の特性により、感光体の膜厚を２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下とした場合には、例えば、第１バイアスのＶｄｃ１を１５０Ｖ以下、Ｖｐｐ１を２００〜２０００Ｖ、周波数を１〜４ｋＨｚに設定し、現像することができる。また、感光材料として、正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合は、トナーに強い電界をかけることを防止するため、第１のバイアスのＶｄｃ１を４００Ｖ以下、さらに好ましくは３００Ｖ以下に設定することが好ましい。また、リークを防止するためには、感光体ドラム１ａとの電位差が１５００Ｖを超えない程度にＶｄｃ１、Ｖｐｐ１を設定することが好ましい。

なお、本実施形態では現像ローラ２２の表面にシリコン変性ウレタン系樹脂をコーティングしたが、トナーと同極性であれば他の材料をコーティングしても良い。また、ｑ／ｄは、コーティング層厚や表面粗さ等のコーティング条件によって変化する。そのため、使用するトナーの種類やｑ／ｄの目標値に応じてコーティング材料やコーティング条件を適宜設定すれば良い。また、第１及び第２の交流バイアスの周波数ｆを等しくしたが、これに限られるものではなく、現像ローラ２２へのトナー層２９の形成状態等により適宜設定すれば良い。

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、コーティング材料として、負帯電性樹脂を用いれば良い。

また、ここでは中間転写ベルトを用いたタンデム式のカラー画像形成装置を例に挙げて説明したが、本発明は、タッチダウン現像式の現像ユニットを備えた画像形成装置であれば、搬送ベルト上の記録媒体に直接転写するタンデム式のカラー画像形成装置や、デジタル複合機、アナログ方式のモノクロ画像形成装置、或いはファクシミリやプリンタ等の他の画像形成装置にも全く同様に適用することができる。

図１に示したタンデム式カラー画像形成装置に、現像ローラ２２にシリコン変性ウレタン樹脂をコーティングした上記実施形態の現像装置３ａ〜３ｄ（図１、図２参照）を搭載し、下記の条件でトナー層２９を形成した場合を本発明例として、連続画像印刷時における帯電量ｑ／ｄ及び転写性能を調査した。また、現像ローラ２２表面をアルマイト処理し、下記の条件でトナー層２９を形成した従来の現像装置を搭載した場合を比較例として同様に調査した。

本発明例及び比較例に共通する試験条件として、直径３０ｍｍのアモルファスシリコン感光体ドラムを用い、現像ローラ径を２０ｍｍ、磁気ローラ径を２５ｍｍ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周速をそれぞれ３００ｍｍ／ｓｅｃ、４５０ｍｍ／ｓｅｃ、６７５ｍｍ／ｓｅｃとし、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、体積平均粒子径が６．８μｍ、個数分布のＣＶ値が２３．５％の正帯電トナーと、体積固有抵抗が１０¹⁰Ωｃｍ、重量平均粒子径４５μｍ、飽和磁化６５ｅｍｕ／ｇのコーティングフェライトキャリアとからなる二成分現像剤を用いた。なお、トナー体積平均粒子径及び個数分布のＣＶ値は、マルチサイザーIII（ベックマン・コールター社製）を用い、アパチャー径を１００μｍ（測定範囲２．０〜６０μｍ）として測定した。また、飽和磁化は、振動試料型磁力計（ＴＯＥＩ社製「ＶＳＭ−Ｐ７」）を用い、磁場を７９．６ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）として測定した。

本発明例では、アルミ基材の表面に厚さ０．８μｍのシリコン変性ウレタン樹脂層をコーティングした現像ローラを用いた。また、トナー薄層形成時における現像ローラへの印加電圧は、直流バイアス値（Ｖｄｃ）：３００Ｖ、交流バイアスのＶｐｐ：１．６ｋＶ、周波数ｆ：２．７ｋＨｚ、デューティ比Ｄｓｌｖ：４０％とした。磁気ローラへの印加電圧は、直流バイアス値（Ｖｄｃ２）：４００Ｖ、現像ローラと同周期で逆位相の交流バイアスのＶｐｐ２：２．８ｋＶ、周波数ｆ：２．７ｋＨｚ、デューティ比Ｄｍａｇ：７０％とした。

かかる条件により、層厚１３．４μｍ（０．６２ｍｇ／ｃｍ²）のトナー薄層を形成した。また、ＱＭメータ（ＴＲＥＫ社製、ＭＯＤＥＬ２１０Ｓ）を用いてトナー薄層の所定面積部分を、全て吸引し、かかる吸引したサンプルの単位面積当たりのトナー量（ｍｇ／ｃｍ²）を算出し、次に、吸引ノズルとトナー層との距離を離して、トナー層の所定面積部分を、吸引するトナーの単位面積当たりのトナー量が、上記トナー薄層の約６０重量％となるように吸引除去し、下層とした。その結果、下層の層厚は、５．４μｍ（０．２４ｍｇ／ｃｍ²）となり、これを評価に用いた。なお、層厚は、測長器（キーエンス社製、ＬＡＳＥＲ ＳＣＡＮ ＤＩＡＭＥＴＥＲ ＬＳ−３１００）を用いて測定した。

一方、比較例では、アルミ基材の表面をアルマイト処理した現像ローラを用いた。また、現像ローラへの印加電圧を、交流バイアスのデューティ比Ｄｓｌｖ：３５％とし、磁気ローラへの印加電圧を、現像ローラと同周期で逆位相の交流バイアスのＶｐｐ２：２．８ｋＶ、デューティ比Ｄｍａｇ：６５％とする以外は本発明例と同様の条件とした。かかる条件により、層厚１３．８μｍ（０．６２ｍｇ／ｃｍ²）のトナー薄層を形成した。また、上記本発明例と同様にして、トナー薄層の上層約６０重量％を吸引除去し、下層とした。その結果、下層の層厚は５．４μｍ（０．２４ｍｇ／ｃｍ²）となり、これを評価に用いた。

評価方法としては、現像ローラ上に形成されたトナー薄層（トナー層）の全層及び下層について、Ａ４サイズのテスト画像（印字率３％）を１０００枚及び１００００枚連続して出力し、そのときの層厚（μｍ）、トナー帯電量ｑ／ｄ（ｆｅｍｔｏ−Ｃ／ｍ）を測定すると共に、画像濃度を測定した。試験結果を表１に示す。また、上記下層形成時に測定した単位面積当たりのトナー量（ｍｇ／ｃｍ²）も併せて表１に示す。

表１から明らかなように、単位面積当たりのトナー重量及び層厚は、本発明例及び比較例いずれにおいても、下層はトナー薄層の約４０重量％となり、約６０重量％の上層が除去された。

表１から明らかなように、１００−Ｄｍａｇ＝Ｄｓｌｖの条件で印加を行った比較例では、１００００枚の連続出力を行うことにより、トナー薄層と下層のｑ／ｄの差の絶対値が０．５超（｜ｑ／ｄ（ａ）−ｑ／ｄ（ｂ）｜＞０.５）となり、このとき、画像濃度の低下が認められた。これに対し、本発明では、１００００枚の連続出力を行っても、トナー薄層と下層のｑ／ｄの差の絶対値が０．５以下（｜ｑ／ｄ（ａ）−ｑ／ｄ（ｂ）｜≦０.５）となり、本発明の関係を満たし、このとき画像濃度の変化は認められなかった。

この結果、トナー層のｑ／ｄ（ａ）と下層のｑ／ｄ（ｂ）の関係が本発明の条件式を満たすことにより、画像濃度の低下を防止することができることが示された。また、かかる関係を有するトナー層は、Ｄｓｌｖ及びＤｍａｇを、１００−Ｄｍａｇ＜Ｄｓｌｖ、且つＤｓｌｖ≧４０％とすることにより得られることが示された。

なお、上記実施例の現像条件は一例にすぎず、処理速度、現像ローラ径及び磁気ローラ径等は画像形成装置の仕様に応じて適宜設定することができる。

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、前記トナー担持体及び前記トナー供給部材に、現像バイアスを印加することにより、前記トナー担持体から前記像担持体表面にトナーを飛翔させて静電潜像を現像する現像装置において、前記トナー担持体上に形成されたトナー層におけるトナーの粒子径当たりの平均帯電量をｑ／ｄ（ａ）と、前記トナー層のうち、上層から前記トナー層の重量の５０〜７０重量％に相当するトナー層を除去した下層におけるトナーの粒子径当たりの平均帯電量をｑ／ｄ（ｂ）との差の絶対値を、０．５以下とするものである。

これにより、下層部のチャージアップを防止し、トナー薄層の上層と下層の帯電差を小さくすることができる。従って、画像濃度不良、画像ムラやかぶりの発生を防止し、長期に渡って安定した画像を得ることが可能となる。

また、第１のバイアス印加手段によりトナー担持体に第１のバイアスを印加すると共に、第２のバイアス印加手段を第１のバイアス印加手段と共通のグランドに電気的に接続し、トナー供給部材に、第１のバイアスに第２のバイアスを重畳して印加することによって、第１のバイアスの交流成分と、第２のバイアスの交流成分とを、それぞれ独立して設定することができ、トナー担持体へのトナー層形成効率及びトナー供給部材へのトナーの回収効率を向上させるような印加条件を設定することが可能となる。

また、第１のバイアスの交流成分バイアスにおけるトナーと同極性側の波形のデューティ比Ｄｓｌｖと、第２のバイアスの交流成分におけるトナーと同極性側の波形のデューティ比Ｄｍａｇとの関係が条件式（２）及び（３）を満たすことにより、トナー担持体へのトナー層形成効率及びトナー供給部材へのトナーの回収効率を向上させることができ、トナー担持体とトナー層の下層との摩擦を軽減することができる。これにより、ｑ／ｄ（ａ）とｑ／ｄ（ｂ）との関係を満たすトナー層を形成することができる。従って、第１及び第２の交流バイアスの印加を変化させるだけで、トナー層の上層部と下層部の帯電差を小さくすることが可能となる。

また、トナーが正帯電性トナーの場合、トナー担持体の表面にシリコン変性ウレタン樹脂をコーティングすることにより、トナー担持体とトナーとの付着力を低下させることができるため、トナー担持体からのトナーの回収効率を向上させることができる。また、上記構成の現像装置を搭載することにより、画像濃度不良、画像ムラやかぶりの発生を防止し、長期に渡って安定した画像形成が可能な画像形成装置となる。

は、本発明の現像装置が搭載される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、本実施形態の現像装置における第１及び第２の電源の接続状態を示す模式図である。 は、本実施形態に用いられる現像ローラ及び磁気ローラに印加される第１及び第２のバイアスの波形を示す摸式図であり、図４（ａ）第１及び第２のバイアスのそれぞれの波形を示す摸式図であり、図４（ｂ）は、これらの合成波形を示す摸式図である。 は、第１のバイアスが印加されたときの現像ローラ又は第２のバイアスが印加されたときの磁気ローラの合成波形を示す模式図である。 は、現像ローラ及び磁気ローラを別個のグランドに電気的に接続した状態を示す模式図である。 は、別個のグランドに電気的接続したときの現像ローラ及び磁気ローラに印加される第１及び第２のバイアスの波形を示す摸式図であり、図７（ａ）第１及び第２のバイアスのそれぞれの波形を示す摸式図であり、図７（ｂ）は、これらの合成波形を示す摸式図である。

符号の説明

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 現像装置
２０ 現像容器
２１ａ 第１攪拌スクリュー
２１ｂ 第２攪拌スクリュー
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
２６ トナー
２７ キャリア
２８ 磁気ブラシ
２９ トナー薄層
３０ 第１の電源
３０ａ 第１の直流電源
３０ｂ 第１の交流電源
３１ 第２の電源
３１ａ 第２の直流電源
３１ｂ 第２の交流電源
１００ 画像形成装置

Claims (3)

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、
   前記トナー担持体及び前記トナー供給部材に、現像バイアスを印加することにより、前記トナー担持体から前記像担持体表面にトナーを飛翔させて静電潜像を現像する現像装置において、
   前記トナー担持体に第１のバイアスを印加する第１のバイアス印加手段と、
   前記第１のバイアス印加手段と共通のグランドに電気的に接続され、前記トナー供給部材に、第１のバイアスに第２のバイアスを重畳して印加する第２のバイアス印加手段と、が設けられ、
   前記トナー担持体上に形成されたトナー層におけるトナーの粒子径当たりの平均帯電量をｑ／ｄ（ａ）、前記トナー層のうち、上層から前記トナー層の重量の５０〜７０重量％に相当するトナー層を除去した下層におけるトナーの粒子径当たりの平均帯電量をｑ／ｄ（ｂ）とするとき、以下の条件式（１）を満たすとともに、
   前記第１のバイアスの交流成分におけるトナーと同極性側の波形のデューティ比をＤｓｌｖ、前記第２のバイアスの交流成分におけるトナーと同極性側の波形のデューティ比をＤｍａｇとするとき、前記第２のバイアスの交流成分は、前記第１のバイアスの交流成分と同周波数、逆位相であり、そのデューティ比Ｄｍａｇは前記第１のバイアスのデューティ比Ｄｓｌｖより大きく、以下の条件式（２）及び（３）を満たすデューティ比となるよう、前記第１及び第２のバイアスを印加することを特徴とする現像装置。
   ｜ｑ／ｄ（ａ）−ｑ／ｄ（ｂ）｜≦０．５（ｆｅｍｔｏ−Ｃ／μｍ） ・・・（１）
   １００−Ｄｍａｇ＜Ｄｓｌｖ ・・・（２）
   Ｄｓｌｖ≧４０％ ・・・（３）
2. 前記トナーが正帯電性トナーであり、前記トナー担持体の表面にシリコン変性ウレタン樹脂をコーティングしたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の現像装置が搭載された画像形成装置。

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