JP6252267B2

JP6252267B2 - 画像形成装置

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Description

本発明は、磁気ブラシ層を担持する現像剤担持体から静電潜像を担持する像担持体に現像剤を供給する現像方式を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した、複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置は、現像ローラーから感光体ドラム上に形成された静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を現像することにより、感光体ドラム上にトナー像を形成する。前記現像ローラーには現像バイアスが印加されるが、前記現像バイアスとして交流電圧と直流電圧とを重畳したバイアスが用いられる場合がある。この場合、現像バイアスを適正に設定するために、感光体ドラムと現像ローラーとの間のリーク電圧を検出する技術が知られている（例えば特許文献１）。

磁性１成分の現像剤や２成分現像剤を用いる場合においては、マグネットローラーと感光体ドラムとを隣接させ、前記マグネットローラーの周面に担持された磁気ブラシ層からトナーを前記感光体ドラムの周面に供給させる現像方式が採用されることがある。このような現像方式においては、前記リーク電圧に基づいて現像バイアスを設定すると、画像にカブリが発生したり、或いは現像ゴーストが発生したりする画質の悪化が生じることがあった。

特開２００３−２８７９４２号公報

本発明の目的は、磁気ブラシ層を担持する現像剤担持体から静電潜像を担持する像担持体に現像剤を供給する現像方式を備えた画像形成装置において、現像バイアスを適正に設定できる技術を提供することにある。

本発明の一局面に係る画像形成装置は、静電潜像及びトナー像を担持する第１周面を有する像担持体と、磁性部材を内包し、第２周面にトナーを含む現像剤を磁気ブラシ層の態様で担持し、前記静電潜像の現像のために前記磁気ブラシ層のトナーを前記像担持体に供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に、直流電圧ＶmagDCと交流電圧ＶmagACとが重畳された現像バイアスを印加するバイアス印加部と、前記像担持体と前記現像剤担持体との間において放電を発生させ、前記放電が発生したときのリーク電圧を検出するリーク検出部と、画像形成の際及びリーク電圧を検出する際において、前記現像バイアスを制御するバイアス制御部と、前記交流電圧ＶmagACの振幅の変化に応じて予め当該交流電圧ＶmagACの周波数が割り当てられたテーブルを記憶する記憶部と、を備え、前記磁気ブラシ層のトナーは、前記像担持体の前記静電潜像が形成される画像部に対応する前記現像剤担持体の前記第２周面において消費され、前記像担持体に前記静電潜像が存在しない白地部に対応する前記第２周面において剥ぎ取られることなく残存するものであって、前記リーク検出部は、前記白地部において、前記第１周面と前記第２周面との間の現像ギャップに磁気ブラシが存在する状態で前記リーク電圧の検出を行い、前記バイアス制御部は、前記リーク電圧に基づいて前記現像バイアスを変更する制御を行うものであって、検出されたリーク電圧に応じて交流電圧ＶmagACを決定すると共に、その周波数を当該交流電圧ＶmagACに応じて決定し、前記リーク検出部が前記リーク電圧を検出する際、前記テーブルを参照して、交流電圧ＶmagACの振幅を変化させると同時に当該交流電圧ＶmagACの周波数を変化させる。

本発明者らは、リーク電圧に応じて交流電圧ＶmagACを変化させた場合、これに応じて交流周波数も変化させることで、画質の悪化を抑止できることを見出した。上記の構成によれば、バイアス制御部は、現像バイアスを変更する際、検出されたリーク電圧に応じて交流電圧ＶmagACを決定すると共に、その周波数を当該交流電圧ＶmagACに応じて決定する。このため、現像バイアスは適正に設定され、画像カブリや現像ゴーストの発生を抑制することができる。また、前記リーク電圧の検出の際に、交流電圧ＶmagACの振幅と周波数とが同時に変化されるので、リーク電圧の検知精度を一層高めることができる。従って、前記バイアス制御部において、より適正な現像バイアスを設定させることが可能となる。

上記の画像形成装置において、前記バイアス制御部は、前記リーク電圧を検出する際、トナーが電気的に前記像担持体の前記第１周面から前記現像剤担持体の前記第２周面に向かう反転現像の条件を設定すると共に、前記白地部の表面電位をＶ0とするとき、｜ＶmagDC｜＜｜Ｖ0｜の関係を設定することが望ましい。

この構成によれば、前記磁気ブラシからトナーが消費されることなない前記白地部において前記リーク電圧の検出を行い得る環境を、バイアスの設定により簡易に実現することができる。

この場合、前記バイアス制御部は、前記リーク検出部が前記リーク電圧を検出する際、前記交流電圧ＶmagACのＤｕｔｙ比を５０％に設定することが望ましい。

この構成によれば、前記反転現像の条件下においてＤｕｔｙ比を５０％に設定することで、前記白地部と、静電潜像が形成される画像部とにおいて現像バイアスが印加される時間を等しくすることができる。このため、前記白地部と前記画像部とにおいてリーク発生の優劣はなくなり、従って白地部のみで、前記画像部と同等のリーク電圧検知が行えるようになる。

この場合、前記交流電圧ＶmagACの振幅と前記周波数との組合せは、前記振幅が高くなると前記周波数が高くなる関係を有するものとすることができる。

上記の画像形成装置において、前記現像剤が、磁性１成分現像剤、又はトナーとキャリアとを含む２成分現像剤であることが望ましい。

本発明によれば、磁気ブラシ層を担持する現像剤担持体から静電潜像を担持する像担持体に現像剤を供給する現像方式を備えた画像形成装置において、現像バイアスを適正に設定できる。従って、画像品質を良好に維持できる画像形成装置を提供することができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す断面図である。現像装置の電気的構成を示すブロック図である。磁気ブラシ層を説明するための模式図である。磁性１成分現像剤が用いられる場合の、現像交流電圧及びその周波数と、画像品質との関係を示すテーブルである。２成分現像剤が用いられる場合の、現像交流電圧及びその周波数と、画像品質との関係を示すテーブルである。一般的な現像交流電圧波形を示す図である。本発明において好ましい現像交流電圧波形を示す図である。ゴーストの発生状況の評価画像を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の内部構造を示す断面図である。ここでは、画像形成装置１としてモノクロプリンターを例示するが、画像形成装置は、複写機、カラープリンター、ファクシミリ装置、或いは、これらの機能を備える複合機であってもよい。

画像形成装置１は、略直方体形状の筐体構造を有する本体ハウジング１０と、この本体ハウジング１０内に収容される給紙部２０、画像形成部３０、定着部４０及びトナーコンテナ５０と、を含む。

本体ハウジング１０の前面側には前カバー１１が、後面側には後カバー１２が各々備えられている。前カバー１１の開放により、トナーコンテナ５０が本体ハウジング１０の前面側から取り出し可能となる。画像形成部３０及び定着部４０の各ユニットは、後カバー１２が開放されることで、本体ハウジング１０の後面側から取り出し可能となる。また、本体ハウジング１０の上面には、画像形成後のシートが排出される排紙部１３が備えられている。

給紙部２０は、画像形成処理が施されるシートを収容する給紙カセット２１を含む。給紙カセット２１は、前記シートの束を収容するシート収容空間を有し、該シート収容空間には前記シートの束を給紙のためにリフトアップするリフト板２１１が備えられている。給紙カセット２１の後端側の上部にはシート繰出部２１Ａが設けられている。シート繰出部２１Ａには、前記シート束の最上層のシートを１枚ずつ繰り出すための給紙ローラー２１Ｂが配置されている。

画像形成部３０は、給紙部２０から送り出されるシートにトナー画像を形成する画像形成処理を行う。画像形成部３０は、感光体ドラム３１（像担持体）と、この感光体ドラム３１の周囲に配置された、帯電装置３２、露光装置（図２には表れていない）、現像装置３３、転写ローラー３４及びクリーニング装置３５とを含む。

感光体ドラム３１は、静電潜像が形成されるとともに、該静電潜像に応じたトナー像を担持する周面３１Ｓ（図２、図３）を備える。感光体ドラム３１としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料を用いた感光体ドラムを用いることができる。帯電装置３２は、感光体ドラム３１の周面３１Ｓを均一に帯電するものであって、感光体ドラム３１に当接する帯電ローラーを含む。露光装置は、レーザー光源とミラーやレンズ等の光学系機器とを有し、感光体ドラム３１の周面に、パーソナルコンピューター等の外部装置から与えられる画像データに基づいて変調された光を照射して、静電潜像を形成する。

現像装置３３は、感光体ドラム３１上の前記静電潜像を現像してトナー像を形成するために、感光体ドラム３１の周面にトナーを供給する。現像装置３３は、感光体ドラム３１に供給するトナーを担持する周面３６Ｓを備えた現像ローラー３６（現像剤担持体）と、現像ハウジングの内部で現像剤を攪拌しながら循環搬送する第１搬送スクリュー３７及び第２搬送スクリュー３８とを含む。本実施形態においては、現像ローラー３６としてマグネットローラーが用いられる。この現像ローラー３６に関しては、後記で詳述する。

転写ローラー３４は、感光体ドラム３１の周面に形成されたトナー像をシート上に転写させるためのローラーである。この転写ローラー３４には、トナーと逆極性の転写バイアスが与えられる。クリーニング装置３５は、トナー像をシートへ転写した後の感光体ドラム３１の周面を清掃するとともに、不図示の回収ボトルに向けて前記清掃によって回収された残留トナーを搬送する。

定着部４０は、転写されたトナー像をシート上に定着する定着処理を行う。定着部４０は、加熱源を内部に備えた定着ローラー４１と、この定着ローラー４１に対して圧接され、定着ローラー４１との間に定着ニップ部を形成する加圧ローラー４２とを含む。トナー像が転写されたシートが前記定着ニップ部に通紙されると、トナー像は、定着ローラー４１による加熱および加圧ローラー４２による押圧により、シート上に定着される。

トナーコンテナ５０は、現像装置３３に補給するトナーを貯留する。トナーコンテナ５０は、トナーの主な貯留箇所となるコンテナ本体と、このコンテナ本体の一側面の下部から突設された筒状部とを含む。この筒状部の先端下面にはトナー排出口５２１が設けられ、該トナー排出口５２１から現像装置３３内にトナーが供給される。

本体ハウジング１０内には、シートを搬送するために、主搬送路２２Ｆ及び反転搬送路２２Ｂが備えられている。主搬送路２２Ｆは、給紙部２０のシート繰出部２１Ａから画像形成部３０及び定着部４０を経由して、本体ハウジング１０上面の排紙部１３に対向して設けられている排紙口１４まで延びている。反転搬送路２２Ｂは、シートに対して両面印刷を行う場合に、片面印刷されたシートを主搬送路２２Ｆにおける画像形成部３０の上流側に戻すための搬送路である。

主搬送路２２Ｆの、前記転写ニップ部よりも上流側には、レジストローラー対２３が配置されている。シートは、レジストローラー対２３にて一旦停止され、スキュー矯正が行われた後、画像転写のための所定のタイミングで、前記転写ニップ部に送り出される。主搬送路２２Ｆ及び反転搬送路２２Ｂの適所には、シートを搬送するための搬送ローラーが複数配置されている。例えば、排紙口１４の近傍には、排紙ローラー対２４が配置されている。

続いて、現像装置３３に関連する構成を図２に基づき詳述する。現像装置３３は、磁性部材を内包し、感光体ドラム３１に対して所定間隔の現像ギャップを置いて配置される現像ローラー３６を含む。現像ローラー３６は、周面３６Ｓにトナーを含む現像剤を磁気ブラシ層の態様で担持し、前記静電潜像の現像のために前記磁気ブラシ層のトナーを感光体ドラム３１の周面３１Ｓに供給する。現像ローラー３６は、金属製の中心シャフト３６Ａと、該中心シャフト３６Ａの周囲に配置された複数の磁石部材とを有する固定式の磁石ロール３６１と、磁石ロール３６１の上に被嵌され中心シャフト３６Ａを回転中心として回転するスリーブ３６２とを備える。また、現像ローラー３６に与える現像バイアスの制御のために、画像形成装置１は、バイアス印加部６１、電流計６２及びコントローラー７０を備えている。

磁石ロール３６１は、現像ハウジング内のトナーを汲み上げる汲上極、磁気ブラシ層の層厚を規制する規制極、感光体ドラム３１と対向する主極など、中心シャフト３６Ａの周囲に固定的に配置された複数の磁石を備えている。スリーブ３６２は、アルミニウム合金等の非磁性材料からなる中空円筒状の部材であり、その軸方向端部に取り付けられたフランジギアに回転駆動力が与えられる。このスリーブ３６２の外表面（周面３６Ｓ）に、磁気ブラシ層が担持される。

図３は、磁気ブラシ層を説明するための模式図である。磁石ロール３６１が発する磁力により、スリーブ３６２の周面３６Ｓには、多数の磁気ブラシＢが立ち上がる。現像装置３３の動作時には、これらの磁気ブラシＢによって、周面３６Ｓと感光体ドラム３１の周面３１Ｓとの間の現像ギャップが埋められる状態となる。磁気ブラシＢは、現像剤が磁性１成分タイプの場合にはトナーで構成され、２成分タイプの場合にはキャリア及びトナーで構成される。現像バイアスが適正に設定されることで、磁気ブラシＢからトナーが感光体ドラム３１の周面３１Ｓに供給される。

バイアス印加部６１は、直流電源回路及び交流電源回路を含み、現像ローラー３６に、直流電圧ＶmagDCと交流電圧ＶmagACとが重畳された現像バイアスを印加する。図３に示すように、感光体ドラム３１の周面３１Ｓには、画像部Ｍ（静電潜像部）と白地部Ｗとが存在する。画像部Ｍは、周面３１Ｓが帯電装置３２で帯電された後に露光された部位であり、白地部Ｗは、露光されていない部位である。露光された画像部Ｍの表面電位ＶLは、白地部Ｗの表面電位Ｖ0よりも低くなる。トナーがプラスの帯電性を有する場合、バイアス印加部６１が直流電圧ＶmagDCを前記Ｖ0と前記ＶLとの間の適正な値に設定すると共に、交流電圧ＶmagACのピーク間電圧（Peak-to-Peak値）Ｖppを適正な値に設定することにより、磁気ブラシＢからトナーを現像ギャップに飛翔させ、画像部Ｍにトナーを付着（現像）させることができる。

電流計６２は、現像ローラー３６のバイアス回路に流れるリーク電流を検出する。この電流計６２は、感光体ドラム３１と現像ローラー３６との間に放電が発生するリーク電圧を検出するために用いられる。

コントローラー７０は、画像形成の際に前記現像バイアスを制御すると共に、前記リーク電圧の検出ための動作を制御する。コントローラー７０は、制御プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するフラッシュメモリ等の記憶部が内蔵されたマイクロコンピューターからなり、前記制御プログラムが実行されることにより、バイアス制御部７１、リーク検出部７２及び記憶部７３を有するように動作する。

バイアス制御部７１は、バイアス印加部６１を制御することによって、現像ローラー３６に与えられる現像バイアスを制御する。具体的には、直流電圧ＶmagDCの電圧値、交流電圧ＶmagACのピーク間電圧Ｖpp、交流周波数ｆ、Ｄｕｔｙ比などを制御する。

画像形成時、バイアス制御部７１は、種々の条件（仕向地、温湿度、シート種別等）に応じて定められた現像バイアスを現像ローラー３６に供給する。しかし、適切な現像バイアスは、環境条件や装置の経年変化によって変動する。このため、コントローラー７０は、所定のタイミングで、感光体ドラム３１と現像ローラー３６との間のリーク電圧を検出するリーク検出動作を実行させる。このリーク検出動作の際、バイアス制御部７１は、交流電圧ＶmagACのピーク間電圧Ｖppを、所定のリーク検出開始電圧から徐々に増加させ（例えば５０Ｖ刻みで増加させる）、感光体ドラム３１と現像ローラー３６との間に放電を発生させる。つまり、感光体ドラム３１と現像ローラー３６との間において発生する放電が探知できるよう、現像バイアスを徐々に上昇させてゆく。

前記放電が発生したときのリーク電圧が検出されたならば、バイアス制御部７１は、前記リーク電圧に応じて交流電圧ＶmagACのピーク間電圧Ｖppを決定する。例えば、ピーク間電圧Ｖppは、リーク電圧よりも５０Ｖだけ低い値に決定される。以降の画像形成時における現像バイアスとして、当該決定されたピーク間電圧Ｖppが用いられる。本実施形態では、このピーク間電圧Ｖppの変更に応じて、当該交流電圧ＶmagACの周波数も変更する点に特徴を有している。この点については後記で詳述する。

リーク検出部７２は、前記リーク検知動作のためにバイアス制御部７１に、上述のようにピーク間電圧Ｖppを徐々に増加させる制御を実行させ、前記放電を発生させる。そして、リーク検出部７２は、前記放電が発生したときのリーク電圧を検出する。リーク電圧の検出は、電流計６２の計測結果（リーク電流の検出結果）に基づいて行う。なお、前記放電が発生する電圧にはバラツキがあるため、複数回のリーク検知動作を実行させることが望ましい。この場合、リーク検出部７２は、例えば各々の検出動作で得られたリーク電圧の平均値、若しくは最小リーク電圧を、導出すべきリーク電圧と特定する。バイアス制御部７１は、現像動作時には、前記特定されたリーク電圧に至らない範囲で、ピーク間電圧Ｖppを設定する。

記憶部７３は、交流電圧ＶmagACのピーク間電圧Ｖpp（振幅）の変化に応じて予め当該交流電圧ＶmagACの周波数が割り当てられたテーブルを記憶する。図４及び図５に、前記テーブルの例を示す。バイアス制御部７１は、リーク検出部７２が検出したリーク電圧に基づきピーク間電圧Ｖppを設定すると、記憶部７３の前記テーブルを参照して、ピーク間電圧Ｖppに応じた周波数を決定する。

以下、ピーク間電圧Ｖppの変更に応じて周波数を変更する意義について説明する。本実施形態のように、現像ローラー３６に磁気ブラシ層を担持させて感光体ドラム３１の静電潜像を現像する方式では、交流電圧ＶmagACのピーク間電圧Ｖppが適正に設定されないと、形成される画像の画質が悪化する。具体的には、ピーク間電圧Ｖppが適正値よりも高いとカブリが発生する。また、ピーク間電圧Ｖppが適正値よりも低いと、現像ローラー３６の一回転後に形成される画像にゴーストが発生する。

カブリは、ピーク間電圧Ｖppが高すぎることで、感光体ドラム３１の周面３１Ｓと現像ローラー３６の周面３６Ｓ（図３参照）との間を移動するトナーの移動活性が必要以上に促進されることに起因して発生する。ピーク間電圧Ｖppが高くなると、元来は周面３６Ｓから周面３１Ｓへは移動できなかったトナーまでもが周面３１Ｓへ移動するようになる現象、また、周面３１Ｓにトナーが早く到達してしまうことから、一旦周面３１Ｓに付着したトナーが剥がれにくくなる現象が起きる。これらの現象の結果、周面３１Ｓに過剰にトナーが付着することとなり、画像にカブリが発生する。

ゴーストの発生は、現像ローラー３６の周面３６Ｓへのトナーの付着状況に関連する。本実施形態のように、磁性１成分又は２成分の現像剤を用いる現像方式では、非磁性１成分現像のように、現像ローラー３６の周面３６Ｓから未使用のトナー層を剥ぎ取る構成を備えていない。このため、周面３６Ｓへのトナーの付着が、現像ローラー３６の一回転後に形成される画像に影響を及ぼす。具体的には、現像ローラー３６における感光体ドラム３１の画像部Ｍに対応する周面３６Ｓにおいてはトナーが消費され、白地部Ｗに対応する周面３６Ｓにはトナー層が残存することになる。周面３６Ｓの、画像部Ｍの対応部分の電位は現像バイアスと等しいが、これよりも残存トナー層が存在する白地部Ｗの対応部分は残存トナーの分だけ電位が高くなる。この電位差が発生する結果、現像ローラー３６の一回転後に形成される画像において、白地部Ｗの対応部分の画像濃度が濃くなってしまい、ゴーストが発生する。このゴーストは、ピーク間電圧Ｖppが低すぎると、周面３１Ｓと周面３６Ｓとの間におけるトナーの移動が不十分になることから顕著となり、特に画像がハーフトーン画像である場合に目立つようになる。

上述のことから、カブリ及びゴーストの双方を抑制するためには、ピーク間電圧Ｖppが、カブリを発生させるほど高すぎず、ゴーストを顕著にさせるほど低すぎないことが肝要となる。しかしながら、従来のこの種の現像装置では、上述のリーク検出動作にてリーク電圧が検出されると、前記放電に伴う画像劣化を回避するために、周波数は固定でピーク間電圧Ｖppだけが前記リーク電圧を下回るように設定されている。このため、カブリ及びゴーストの抑制という観点からは、適正でないピーク間電圧Ｖppが設定されてしまう場合があった。

本発明者らは、ピーク間電圧Ｖppの変更に応じて当該交流電圧ＶmagACの周波数も変更することで、カブリ及びゴーストが抑制可能であることを見出した。カブリの抑制という観点では、ピーク間電圧Ｖppが高くなるに従って周波数を高くすることが有効である。これは、周波数が高くなることで周面３１Ｓと周面３６Ｓとの間のギャップ（現像領域）において浮遊するトナーの割合が多くなり、結果として周面３１Ｓから周面３６Ｓへのトナー移動が抑止されるからである。ゴーストの抑制という観点からは、ピーク間電圧Ｖppが低くなるに従って周波数を低くすることが有効である。これは、周波数が低くなることで、前記現像領域においてトナーが適正に移動する時間が担保され、周面３１Ｓと周面３６Ｓとの間でトナーが適正に往復運動を行うので、トナーの周面３１Ｓへの移動が促進されるからである。

図４は、磁性１成分現像剤が用いられる場合の、交流電圧ＶmagACのピーク間電圧Ｖpp及びその周波数と、画像品質との関係を示すテーブルである。図４において、「カブリＮＧ領域」は、画像にカブリが発生するピーク間電圧Ｖppと周波数との組合せ領域、「ゴーストＮＧ領域」は、ゴーストが顕在化するピーク間電圧Ｖppと周波数との組合せ領域である。これら「カブリＮＧ領域」と「ゴーストＮＧ領域」との間の帯状の領域が「画像ＯＫ領域」であり、該領域がカブリ及びゴーストの双方を抑制でき高品質の画像を得ることが出来る、ピーク間電圧Ｖppと周波数との組合せ領域である。「画像ＯＫ領域」の傾向は、ピーク間電圧Ｖpp（振幅）が高くなると周波数も高くなる関係である。なお、ピーク間電圧Ｖppが一定値以下となると、トナーの飛翔自体が不十分となり、周波数に関係なく画像濃度が不足するようになるので、当該領域を図４では「濃度低下ＮＧ領域」として表示している。

例えば、ピーク間電圧Ｖpp＝１．６ｋＶ、周波数＝１．９ｋＨｚに現像バイアスの交流電圧ＶmagACが設定されていたとして、リーク検出動作によってピーク間電圧Ｖpp＝１．３ｋＶでリークが発生したとする。このような場合、バイアス制御部７１は、例えば以後の現像動作においてピーク間電圧Ｖpp＝１．２ｋＶに設定する。ここで、仮に周波数＝１．９ｋＨｚを変更しない場合、交流電圧ＶmagACは「ゴーストＮＧ領域」に属するものとなり、画像品質は低下する。これに対し、図４に基づき、周波数を例えば＝１．５ｋＨｚに変更すれば、交流電圧ＶmagACは「画像ＯＫ領域」に属するものとなる。

図４における磁性１成分現像剤の「画像ＯＫ領域」の傾向より、ピーク間電圧Ｖpp（kV）と周波数ｆ（kHz）との間の関係は、概ね次式で表すことができる。
周波数ｆ（kHz）＝（１．１５〜１．６５）×ピーク間電圧Ｖpp（kV）
上記の関係式に、気圧などの環境条件に応じた補正係数を乗じることにより、環境に応じた周波数の設定を行うことができる。また、現像装置３３の経年使用により、トナーの帯電量が増加する傾向がある。従って、累積現像時間に従った周波数の補正を行うことが望ましい。

図５は、２成分現像剤が用いられる場合の、交流電圧ＶmagACのピーク間電圧Ｖpp及びその周波数と、画像品質との関係を示すテーブルである。「カブリＮＧ領域」、「ゴーストＮＧ領域」、「画像ＯＫ領域」及び「濃度低下ＮＧ領域」の定義は、図４の場合と同じである。二成分現像剤が用いられる場合の「画像ＯＫ領域」の傾向も、ピーク間電圧Ｖppが高くなると周波数も高くなる関係である。

２成分現像剤を用いた場合、キャリアが存在することから磁気ブラシの高さが磁性１成分現像剤の場合よりも高くなる。従って、周面３１Ｓと周面３６Ｓとの間の現像ギャップである現像領域において、トナーが実際に移動できる距離は磁性１成分現像剤の場合より短い。このような短い距離でのトナー往復運動を活発化するために、２成分現像剤を用いる場合には交流電圧ＶmagACの周波数を高くする必要がある。図５における２成分現像剤の「画像ＯＫ領域」の傾向より、ピーク間電圧Ｖpp（kV）と周波数ｆ（kHz）との間の関係は、概ね次式で表すことができる。
周波数ｆ（kHz）＝（２．０〜４．５）×ピーク間電圧Ｖpp（kV）
なお、上記の関係式に、環境条件や累積現像時間に従った周波数の補正係数を乗じることが望ましい。

上記の関係式は、周面３１Ｓと周面３６Ｓとの間の現像ギャップＤsが０．２ｍｍ〜０．４５ｍｍ、前記現像領域における現像剤の充填率が２０％以下、好ましくは１０％以下の場合に目安となる関係である。現像剤充填率ｐ（％）は、現像領域に現像剤がどれだけ充填されているかを示す指標であり、現像剤の真比重をρ（g/cm³）、現像ギャップをＤs（cm）、現像領域における現像剤搬送量をｍ（g/cm²）とする場合に、次式にて表される。
ｐ（％）＝ｍ／（ρ×Ｄs）×１００

バイアス制御部７１が、前記リーク検知動作の実行の際に現像バイアスを変更させる態様として、次の２つの態様を例示することができる。
（態様１）周波数を固定としてピーク間電圧Ｖppを徐々に増加させ、現像ギャップにおいて放電を発生させる。リーク電圧が検出されたら、現像動作時におけるピーク間電圧Ｖppを決定する。その後、図４又は図５（記憶部７３のテーブル）を参照して、「画像ＯＫ領域」となる周波数を決定する。
（態様２）ピーク間電圧Ｖppを徐々に増加させると同時に当該交流電圧ＶmagACの周波数も変化させる。周波数は、図４又は図５（記憶部７３のテーブル）を参照して、ピーク間電圧Ｖppに応じて「画像ＯＫ領域」となる周波数が選ばれる。その後、現像動作時におけるピーク間電圧Ｖppを決定する。周波数は、リーク電圧の検出の際にそのピーク間電圧Ｖppと組み合わせた周波数を選択する。

上記の「態様１」によっても、ピーク間電圧Ｖppに応じた周波数が選ばれるので、カブリやゴーストの発生を抑制することができる。しかし、「態様２」によれば、リーク電圧の検出の際に、交流電圧ＶmagACの振幅と周波数とが同時に変化されるので、リーク電圧の検出精度を一層高めることができる。これは、周波数の変化によってピーク間電圧Ｖppの印加時間が変化し、リーク電圧の探知の分解能が上がるためである。現像動作時のピーク間電圧Ｖppはリーク電圧に基づき定められるため、リーク電圧の検出精度が高くなれば、バイアス制御部７１において、より適正な現像バイアスを設定させることが可能となり、画像品質を高めることができる。

続いて、リーク検出動作の際に現像ローラー３６に与えられる現像バイアスの態様について説明する。リーク検出部７２は、感光体ドラム３１の周面３１Ｓ上において静電潜像が存在しない白地部Ｗ（図３）においてリーク電圧の検出を行う。これは、磁気ブラシＢにて静電潜像を現像する本実施形態の現像方式では、現像ギャップに磁気ブラシＢが存在する状態でリーク検出動作を行わないと、正確なリーク電圧の検出が行えないことに依る。仮に画像部Ｍにおいてリーク検出を行おうとすると、トナーが消費されてしまい磁気ブラシの一部または全部が消失するので、もはや正確なリーク電圧の検知は行えない。

バイアス制御部７１は、白地部Ｗにおいてリーク電圧の検出を行うことができるよう、現像バイアスを設定する。本実施形態では、リーク検出動作の際を含めて、反転現像方式が採用されている。反転現像は、例えばプラスの帯電性を有するトナーをプラスに帯電された感光体ドラム３１の周面３１Ｓに電位差を利用して付着させる方式である。この方式では、例えば周面３１Ｓのプラス表面電位（帯電装置３２による帯電電位）が、現像ローラー３６の周面のプラス表面電位（現像バイアスの直流電圧ＶmagDC）より高く設定される。これにより、周面３１Ｓに付着した残留トナーが周面３６Ｓへ向かう電気的な力（回収力）が作用するようになる。そして、露光によって周面３１Ｓの表面電位が直流電圧ＶmagDCより低いプラス電位とされた部分（画像部Ｍ）にはトナーが付着し、これにより静電潜像が現像される。

上記のような反転現像の条件下で、バイアス制御部７１は、リーク検出動作の際に、周面３１Ｓの白地部Ｗの表面電位をＶ0とするとき、
｜ＶmagDC｜＜｜Ｖ0｜
の関係が成立するように現像バイアスの直流電圧ＶmagDCを設定する。また、バイアス制御部７１は、交流電圧ＶmagACのＤｕｔｙ比を５０％に設定する。これらの設定下で、バイアス制御部７１は、リーク検出動作時にピーク間電圧Ｖppを、所定のリーク検出開始電圧から徐々に上昇させる。

図６は、他の現像方式において採用される交流電圧ＶmagACの波形を示す図、図７は、本実施形態において用いられる交流電圧ＶmagACの波形を示す図である。これらの図において、ＶLは画像部Ｍの表面電位、Ｖ0は白地部Ｗの表面電位である。図６の波形は、Ｄｕｔｙ比が２５％程度である。この場合、白地部Ｗにおいてリークに関わる電圧Ｖ１２は、画像部Ｍにおいてリークに関わる電圧Ｖ１１よりもかなり小さくなる。このような電圧の関係から、図６のようなＤｕｔｙ比の交流電圧ＶmagACであると、画像部Ｍでリークが発生する可能性が高い。しかしながら、上述の通り磁気ブラシを用いる本実施形態の現像方式の場合、画像部Ｍでのリーク検知の精度は高くないので、白地部Ｗにおいてリーク検知を行う必要がある。従って、白地部Ｗでリーク検知を行ない、その値から画像部Ｍでのリーク発生電圧を類推して交流電圧ＶmagACを設定する手法を取ることになる。しかし、電圧Ｖ１１と電圧Ｖ１２との差が図６の通り大きい状況では、類推される画像部Ｍのリーク発生電圧に大きな誤差が生じ易い。

これに対し、図７に示すように、Ｄｕｔｙ比が５０％の交流電圧ＶmagACであれば、画像部Ｍでのリークに関わる電圧２１と、白地部Ｗでのリークに関わる電圧Ｖ２２とには大きな差は発生しない。このため、白地部Ｗにおいてリーク検知を行い、その値から画像部Ｍでのリーク発生電圧を類推して交流電圧ＶmagACを設定しても、大きな誤差は生じない。従って、本実施形態では、Ｄｕｔｙ比が５０％の交流電圧ＶmagACを用いることが望ましい。

以下に実施例を示す。画像形成装置１において、画像形成条件を次のように設定した。
〔シート印刷速度〕２５枚／分
〔感光体ドラムの周速〕１４６ｍｍ／ｓｅｃ
〔現像ギャップＤs〕０．３mm
〔感光体ドラムの表面電位〕白地部；Ｖ0＝＋４２０ｖ、画像部；ＶL＝＋１００ｖ
〔現像バイアス〕ＶmagDC＝＋２７０ｖ、ＶmagACのｄｕｔｙ＝５０％
〔トナー〕粒径６．８μｍ、正帯電性
〔トナー搬送量〕０．９mg/cm²
〔現像方式〕磁性１成分現像
〔感光体周速：現像ローラー周速の比率〕１：１．４

実施例１として、周波数を固定してリーク電圧の検出を行い、得られたリーク電圧に基づきピーク間電圧Ｖppを決定し、その後に交流電圧ＶmagACの周波数を決定されたピーク間電圧Ｖppに応じて変更する方式（上述の「態様１」の方式）で現像バイアスを設定した。比較例１として、同様にして新たなピーク間電圧Ｖppを決定したが、周波数はリーク検出動作の前後で同じとして現像バイアスを設定した。そして、実施例１及び比較例１にて設定後の現像バイアスに基づいて各々画像形成動作を行い、得られた画像についてゴーストの発生状況について評価した。なお、適正なピーク間電圧Ｖppと周波数の関係に影響を与える気圧変化の影響を評価するため、１気圧及び０．７５気圧の環境下で同様な評価試験を行った。表１にその結果を示す。

図８は、ゴーストの評価画像を示す図であり、図８（Ａ）はゴーストが発生している画像を、図８（Ｂ）はゴースト未発生の画像を示している。これら画像において、その下方が副走査の進行方向である。図８（Ａ）に示すように、現像ローラー３６の一回転後に、ハーフトーン画像にゴーストは現れやすい。表１において、ゴーストの欄の評価は、
○：ゴースト発生なし
△：少しゴーストが見える
×：ゴースト発生あり
の３段階で評価した結果である。表１に示す通り、実施例によれば、ゴーストが発生しないことが確認された。

実施例２として、ピーク間電圧Ｖppを徐々に増加させると同時に当該交流電圧ＶmagACの周波数も変化させてリーク電圧の検出を行い、得られたリーク電圧に基づきピーク間電圧Ｖpp及び周波数を決定する方式（上述の「態様２」の方式）で現像バイアスを設定した。比較例２として、周波数を固定してリーク電圧の検出を行い、得られたリーク電圧に基づきピーク間電圧Ｖppを決定し、周波数は不変として現像バイアスを設定した。なお、リーク電圧の検出は、同様なリーク検出動作を３回繰り返し、各動作で得られたリーク電圧の平均を算出し、その平均値から５０Ｖだけ低い電圧をピーク間電圧Ｖppとして設定した。その結果を表２に示す。

表２において、リーク検知時における実施例２の周波数が２．０〜２．７（kHz）と表記されているのは、リーク検出動作においてピーク間電圧Ｖppが上昇される際にこの範囲で周波数が変更されたことを示す。表２に示す通り、実施例２の方が比較例２よりも高いリーク電圧が検出されている。これは、ピーク間電圧Ｖppの上昇と共に周波数が高くなることで、交流電圧ＶmagACの印加時間（図７のｔ２１）が短くなり、周波数を固定してリーク検出を行う比較例２の場合よりもリークが発生しにくくなるからである。また、ピーク間電圧Ｖppの変化に応じて最適な周波数と組み合わせることで、ピーク電圧検出の精度が向上したと言うこともできる。いずれにせよ、実施例２の方が比較的高いリーク電圧を検出でき、現像時におけるピーク間電圧Ｖppはリーク電圧から決定されることから、より高いピーク間電圧Ｖppを有する現像バイアスを設定し得る。高いピーク間電圧Ｖppは画像品質の向上において有利であることから、実施例２の方が優れている。

以上説明した通り、本実施形態によれば、磁気ブラシ層を担持する現像ローラー３６から感光体ドラム３１の周面３１Ｓに現像剤を供給する現像方式を備えた画像形成装置において、現像バイアスを適正に設定できる。従って、画像品質を良好に維持できる画像形成装置１を提供することができる。

１画像形成装置
３１感光体ドラム（像担持体）
３１Ｓ（像担持体の）周面
３３現像装置
３６現像ローラー（現像剤担持体）
６１バイアス印加部
６２電流計
７０コントローラー
７１バイアス制御部
７２リーク検出部
７３記憶部
Ｂ磁気ブラシ
Ｗ白地部
Ｍ画像部

Claims

静電潜像及びトナー像を担持する第１周面を有する像担持体と、
磁性部材を内包し、第２周面にトナーを含む現像剤を磁気ブラシ層の態様で担持し、前記静電潜像の現像のために前記磁気ブラシ層のトナーを前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に、直流電圧ＶmagDCと交流電圧ＶmagACとが重畳された現像バイアスを印加するバイアス印加部と、
前記像担持体と前記現像剤担持体との間において放電を発生させ、前記放電が発生したときのリーク電圧を検出するリーク検出部と、
画像形成の際及びリーク電圧を検出する際において、前記現像バイアスを制御するバイアス制御部と、
前記交流電圧ＶmagACの振幅の変化に応じて予め当該交流電圧ＶmagACの周波数が割り当てられたテーブルを記憶する記憶部と、を備え、
前記磁気ブラシ層のトナーは、前記像担持体の前記静電潜像が形成される画像部に対応する前記現像剤担持体の前記第２周面において消費され、前記像担持体に前記静電潜像が存在しない白地部に対応する前記第２周面において剥ぎ取られることなく残存するものであって、
前記リーク検出部は、前記白地部において、前記第１周面と前記第２周面との間の現像ギャップに磁気ブラシが存在する状態で前記リーク電圧の検出を行い、
前記バイアス制御部は、
前記リーク電圧に基づいて前記現像バイアスを変更する制御を行うものであって、検出されたリーク電圧に応じて交流電圧ＶmagACを決定すると共に、その周波数を当該交流電圧ＶmagACに応じて決定し、
前記リーク検出部が前記リーク電圧を検出する際、前記テーブルを参照して、交流電圧ＶmagACの振幅を変化させると同時に当該交流電圧ＶmagACの周波数を変化させる、画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記バイアス制御部は、前記リーク電圧を検出する際、トナーが電気的に前記像担持体の前記第１周面から前記現像剤担持体の前記第２周面に向かう反転現像の条件を設定すると共に、前記白地部の表面電位をＶ0とするとき、｜ＶmagDC｜＜｜Ｖ0｜の関係を設定する、画像形成装置。
請求項２に記載の画像形成装置において、
前記バイアス制御部は、前記リーク検出部が前記リーク電圧を検出する際、前記交流電圧ＶmagACのＤｕｔｙ比を５０％に設定する、画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記交流電圧ＶmagACの振幅と前記周波数との組合せは、前記振幅が高くなると前記周波数が高くなる関係を有するものである、画像形成装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前記現像剤が、磁性１成分現像剤、又はトナーとキャリアとを含む２成分現像剤である、画像形成装置。