(57)【要約】【課題】タッチダウン現像方式において環境条件等によるトナー帯電量のバラツキ、ＭＳギャップのバラツキなどがあっても、常に一定の層厚のトナー層を現像ローラ上に形成し、ゴースト性能が安定した画像形成装置における現像方法と装置を提供することが課題である。【解決手段】直流現像バイアス電圧を固定して直流トナー層形成バイアス電圧を変化させ、画像濃度調整用ハーフ濃度パターンからなるトナー層厚検知用パターンを形成して画像濃度を測定し、目標画像濃度となるよう直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧の電位差ΔＶを決定する層厚キャリブレーションと、電位差ΔＶを維持しながら直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを変化させ、トナー層厚検知用パターンを形成して画像濃度を目標画像濃度とする直流トナー層形成バイアス電圧を決定するバイアスキャリブレーションとを実施し、現像ローラ上のトナー層を形成と静電潜像の現像を行わせるようにした。【選択図】図１
2010122398.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を内包して直流に交流を重畳したトナー層形成バイアスを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、該磁気ブラシから、直流に交流を重畳した現像バイアスを印加された現像ローラ上にトナー層を形成した後、電子写真方式で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画像形成装置における現像方法において、
前記現像バイアスにおける直流現像バイアス電圧を固定して前記トナー層形成バイアスにおける直流トナー層形成バイアス電圧を変化させ、画像濃度調整用ハーフ濃度パターンからなるトナー層厚検知用パターンを形成して画像濃度を測定し、該測定結果が目標画像濃度となるよう前記直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧の電位差ΔＶを決定し、前記現像ローラ上のトナー層厚を目標トナー層厚にする層厚キャリブレーションと、
該層厚キャリブレーションで決定された前記電位差ΔＶを維持しながら前記直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを変化させ、前記トナー層厚検知用パターンを形成して画像濃度を測定し、該測定結果を目標画像濃度とする直流現像バイアス電圧を決定して、前記現像ローラから感光体に飛翔するトナー量を目標トナー量とするバイアスキャリブレーションとを実施し、
前記層厚キャリブレーションとバイアスキャリブレーションとで決定された前記直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とで、前記現像ローラ上のトナー層を形成して前記静電潜像の現像を行わせることを特徴とする画像形成装置における現像方法。
【請求項２】
前記層厚キャリブレーションにおける固定する直流現像バイアス電圧は、前記現像ローラ上のトナーを全て前記感光体へ飛翔させる電圧を選択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。
【請求項３】
磁石を内包して直流に交流を重畳したトナー層形成バイアスを印加され、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保持する磁気ローラと、直流に交流を重畳した現像バイアスを印加されて前記磁気ブラシによりトナー層が形成され、電子写真方式で感光体上に形成された静電潜像に前記トナー層からトナーを飛翔させて現像する現像ローラとを有する画像形成装置における現像装置において、
前記画像形成装置は、前記感光体上に形成された、または感光体上に形成されて転写体に転写された画像濃度調整用ハーフ濃度パターンからなるトナー層厚検知用パターンの画像濃度を測定するトナー濃度センサと、
前記現像バイアスにおける直流現像バイアス電圧を固定して前記トナー層形成バイアスにおける直流トナー層形成バイアス電圧を変化させ、画像濃度調整用ハーフ濃度パターンからなるトナー層厚検知用パターンを形成させて前記トナー濃度センサで画像濃度を測定させ、該測定結果の画像濃度を目標画像濃度とする前記直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧との電位差ΔＶを決定して、前記現像ローラ上のトナー層厚を目標トナー層厚にする層厚キャリブレーションモードと、
該層厚キャリブレーションモードで決定された前記電位差ΔＶを維持し、前記直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを変化させ、形成した前記トナー層厚検知用パターン濃度を前記トナー濃度センサに測定させ、該測定結果を目標画像濃度とする直流現像バイアス電圧を決定して、前記現像ローラから感光体に飛翔するトナー量を目標トナー量とするバイアスキャリブレーションモードとを実施し、前記直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを、前記層厚キャリブレーションモードとバイアスキャリブレーションモードとで決定した電圧として前記現像ローラ上のトナー層を形成すると共に、前記静電潜像の現像を行わせる現像制御装置とを有することを特徴とする画像形成装置における現像装置。
【請求項４】
前記層厚キャリブレーションモードで固定する直流現像バイアス電圧を、現像ローラ上の全てのトナーを前記感光体へ飛翔させる電圧として記憶した記憶装置を有し、前記現像制御装置は、前記層厚キャリブレーションモードにおいて前記固定する直流現像バイアス電圧を前記記憶装置から読み出し、直流現像バイアス電圧を読み出した電圧に固定して前記直流トナー層形成バイアス電圧を変化させ、前記電位差ΔＶを決定す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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と装置に係り、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、帯電したトナーのみを現像ローラ上に均一に薄層形成した後、感光体ドラム上に形成された静電潜像に現像ローラからトナーを飛翔させて現像する、画像形成装置における現像方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、感光体ドラムと称する）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に使われ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。
【０００４】
それに対して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。
【０００５】
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、所謂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。
【０００６】
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を用いて安定した帯電量を確保すると共に、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ドラム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。
【０００７】
一方近年、カラー画像形成装置においてもパーソナル化に伴って低価格化、高精細化が要求され、トナーの小粒径化が検討されている。しかしながら、トナーの小粒径化は画質の向上（解像度の高い画像）をもたらす半面、現像ローラから感光体ドラムへのトナーの飛翔性（現像性）が弱いため、タッチダウン現像方式においては画像濃度が出にくくなって、ゴースト画像の発生、選択現像による現像ローラ表面へのトナー付着等の問題が生じる。
【０００８】
すなわち、現像ローラ上に形成したトナー層から感光体ドラムへのトナーの移動は、単位体積当たりの帯電量が相対的に低くて比較的大きい粒径の飛翔しやすいトナーからおこなわれるため、特に飛翔性が低い帯電量の高い小粒径トナーは現像に用いられにくくなって選択現像が起こり、連続印刷（耐刷）を行ったときに現像ローラへ微粉トナーが付着したり、消費されにくく現像性の低い微粉トナーが現像装置内に増加し、画質が低下するといった不具合が生じる。
【０００９】
また、現像ローラ上へ厚いトナー層を形成して画像形成を行うと、磁気ローラ上に形成された磁気ブラシで現像ローラへトナー層を形成する際、現像ローラを一周させただけでは充分なトナー層が形成されず、トナーの消費領域と非消費領域とで差が発生する。そのため、現像ローラに残ったトナーと新たに供給されたトナーとの間に電位差が生じ、前回の現像画像の一部が次回画像の現像の際に履歴として残る、所謂残像（ゴースト）が発生するという問題もある。
【００１０】
こういった問題に対しては例えば特許文献１に、第１画像露光手段と第１現像手段と、第２画像露光手段、及び現像ローラとこの現像ローラにトナーを供給する供給ローラ（磁気ローラ）との間に、現像ローラのみにトナーを付着させる電位差を付与する電位差付与手段を有する第２現像手段とを備えた２色画像形成装置が示され、混色のない２色画像を得るため、第１現像手段と第２現像手段との間に、第１現像手段による現像後の画像表面電位を検出する電位検出手段を設けて検出された表面電位に応じ、前記電位差付与手段による現像ローラ、供給ローラ間電位を制御する電位制御手段を有した２色画像形成装置が開示されている。
【００１１】
また特許文献２も同じく２色、あるいは多色の画像形成装置に関するものではあるが、第１発明、第２発明では現像ローラに、２０００Ｈｚ、１３００ＶPPの交流電圧に＋３４０Ｖの直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加し、現像ローラと供給ローラ間に＋２６０Ｖの直流電圧を印加して、供給ローラの電位が現像ローラの電位より常に２６０Ｖ高くなるようにバイアスを設定すると共に、現像ローラ上のトナーを剥ぎ取る剥ぎ取りローラをアースに落とし、現像ローラとの電位差でトナーの剥ぎ取りが行なえるようにして、像担持体に形成した多色の現像像を一括して転写材に転写する多色モードにおいても、色再現性が良く、しかも文字やラインのかすれ等の問題の発生がなく、高画質の画像を得ることができる画像形成装置が開示されている。
【００１２】
またこの特許文献２の第３発明では、異なる数種類の現像バイアスを使用してトナーパッチを形成する潜像形成装置と、現像されたトナーパッチのトナー量を測定するパッチ検出装置とからなるトナー現像量を測定する装置と、像担持体に流れる移動電荷量を検出する装置と、現像剤担持部材への印加電界を可変できるバイアス電源装置とを有し、検出されたトナー現像量と像担持体移動電荷量とから求められるトナー帯電量に応じ、現像剤担持部材に対する現像バイアスのＤＣ成分を最適化する、最適現像バイアス条件を設定することが示されている。
【００１３】
そして本願出願人の出願になる特許文献３には、磁気ロール側に直流バイアスを、現像ロール側に直流に交流を重畳したバイアスを夫々印加すると共に、前記直流バイアス電源を夫々独立した電源とし、現像終了時に前記現像ロール側に交流バイアスを印加した状態で前記一方の直流バイアスを変化させて現像ロール上のトナーを回収するようにして、現像装置を複雑にすることなく現像ゴースト、選択現像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給して長期間安定した画像品質が得られる高速、安価な小型タンデム型画像形成装置に用いられる、現像装置における現像ロールのトナー回収方法を提案した。
【００１４】
同じく特許文献４において本願出願人は、記録紙の紙間に対応する潜像イメージ間の非現像間隔時に、現像ローラ上のトナー層剥ぎ取りとトナー層再形成を行う場合、トナー層再形成時に印加する供給ローラ印加電圧を現像ローラのトナー層再形成状態に応じて変化させるようにして、連続印刷時の紙間で現像ローラ上のトナー層を剥ぎ取って再形成する際、その再形成時間をなるべく少なくして高速印刷を可能にすると共に、再形成時の画像濃度を検出して長期にわたって現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させ、画像濃度変化のない、安定した画像を維持できるようにした画像形成装置における現像装置を提案した。
【００１５】
【特許文献１】特開平４−５８２６７号公報
【特許文献２】特開平６−２７７７８号公報
【特許文献３】特開２００３−２８７９５９号公報
【特許文献４】特開２００５−５５８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら特許文献１に示された画像形成装置は、電位検出手段を設けて検出された表面電位に応じ、前記電位差付与手段による現像ローラ、供給ローラ間電位を制御する電位制御手段を有してはいるが、どのようにして現像ローラ上のトナー量を制御するかの具体的な方法や、選択現像やゴーストを防ぐ具体的な方法は記されていない。
【００１７】
特許文献２に示された画像形成装置は、第１発明、第２発明では供給ローラの電位を現像ローラの電位より２６０Ｖ高くなるようにバイアスを設定し、現像ローラ上のトナーを剥ぎ取る剥ぎ取りローラをアースに落として現像ローラ上のトナー剥ぎ取りを行なえるようにしており、第３発明では、トナー現像量測定装置と、像担持体に流れる移動電荷量の検出装置と、現像剤担持部材への印加電界を可変できるバイアス電源装置とを設け、トナー現像量と像担持体移動電荷量とから求められるトナー帯電量に応じ、現像剤担持部材に対する現像バイアスのＤＣ成分を最適化するようにしているが、剥ぎ取りローラや、トナー現像量測定装置と像担持体に流れる移動電荷量の検出装置などを設ける複雑な構成であり、コスト的に問題となる。
【００１８】
特許文献３に示された現像装置における現像ロールのトナー回収方法は、独立した直流バイアス電源で磁気ロールと現像ロールにバイアス電圧を印加し、現像終了時に一方の直流バイアスを変化させて現像ロール上のトナーを回収するようにしているが、現像ロール上へのトナー層の厚さについては考慮していないため、厚いトナー層を形成した場合、現像ロールを一周させただけでは充分なトナー層が形成されずゴーストが発生することが避けられない。
【００１９】
また特許文献４に示された画像形成装置における現像装置は、紙間の非現像間隔時に現像ローラ上のトナー層剥ぎ取りとトナー層再形成を行うに際し、供給ローラ印加電圧を現像ローラのトナー層再形成状態に応じて変化させ、再形成時間をなるべく少なくして高速印刷を可能にしているが、現像ローラ上へ厚いトナー層を形成した場合に生じるゴーストを防ぐ具体的な方法を示しているわけではない。
【００２０】
また画像形成装置内の温度、湿度は、電源ＯＮ当初は環境に左右され、時間と共に定着装置やモータなどからの熱で内部温度が上昇すると共に湿度が低下してゆく。その場合、トナーは画像形成装置の置かれている環境と、特に筐体内の温度や湿度によってその帯電量が変化し、それに応じて例えば図１６のグラフに示したように、現像ローラ上のトナー量が変化する。この図１６のグラフにおける横軸は磁気ローラへの直流トナー層形成バイアス電圧（Ｖｍａｇ、単位：Ｖ）、縦軸は現像ローラ上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）であり、実線は常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境における◆が現像装置左側（ＤＬＰ左側）に対応した位置のトナー量、■が現像装置右側（ＤＬＰ右側）に対応した位置のトナー量、破線は低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境における◆が現像装置左側（ＤＬＰ左側）に対応した位置のトナー量、■が現像装置右側（ＤＬＰ右側）に対応した位置のトナー量で、現像ローラへトナー層を形成するために磁気ローラへ印加する直流トナー層形成バイアス電圧と、現像ローラへ印加する直流現像バイアス電圧（Ｖｓｌｖ、単位：Ｖ）との電位差ΔＶ（Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖ）を、２５０Ｖ一定となるよう制御して、磁気ローラへ印加する直流トナー層形成バイアス電圧（Ｖｍａｇ）を変化させた場合である。
【００２１】
この図１６のグラフからわかるように、通常、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境においてはトナーの帯電量が高くなるため、現像ローラ上のトナー量は常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境に比較し、磁気ローラへの直流トナー層形成バイアス電圧（Ｖｍａｇ）が低い場合に少なくなっている。但し、直流トナー層形成バイアス電圧を上昇させるに従って常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境における現像ローラ上のトナー量が減少し、直流トナー層形成バイアス電圧が４７０Ｖ付近では、常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境の場合との差が小さくなっている。
【００２２】
また現像ローラ上のトナー層厚は、このようなトナーの帯電量変化だけではなく、現像ローラと磁気ローラ間の距離であるＭＳギャップ等のバラツキでも変化する。
【００２３】
そのため本発明においては簡単な構成で、トナー帯電量のバラツキ、ＭＳギャップのバラツキなどがあっても、常に一定の層厚のトナー層を現像ローラ上に形成し、ゴースト性能が安定した画像形成装置における現像方法と装置を提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
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、
磁石を内包して直流に交流を重畳したトナー層形成バイアスを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、該磁気ブラシから、直流に交流を重畳した現像バイアスを印加された現像ローラ上にトナー層を形成した後、電子写真方式で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画像形成装置における現像方法において、
前記現像バイアスにおける直流現像バイアス電圧を固定して前記トナー層形成バイアスにおける直流トナー層形成バイアス電圧を変化させ、画像濃度調整用ハーフ濃度パターンからなるトナー層厚検知用パターンを形成して画像濃度を測定し、該測定結果が目標画像濃度となるよう前記直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧の電位差ΔＶを決定し、前記現像ローラ上のトナー層厚を目標トナー層厚にする層厚キャリブレーションと、
該層厚キャリブレーションで決定された前記電位差ΔＶを維持しながら前記直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを変化させ、前記トナー層厚検知用パターンを形成して画像濃度を測定し、該測定結果を目標画像濃度とする直流現像バイアス電圧を決定して、前記現像ローラから感光体に飛翔するトナー量を目標トナー量とするバイアスキャリブレーションとを実施し、
前記層厚キャリブレーションとバイアスキャリブレーションとで決定された前記直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とで、前記現像ローラ上のトナー層を形成して前記静電潜像の現像を行わせることを特徴とする。
【００２５】
そしてこの現像方法を実施する現像装置は、
磁石を内包して直流に交流を重畳したトナー層形成バイアスを印加され、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保持する磁気ローラと、直流に交流を重畳した現像バイアスを印加されて前記磁気ブラシによりトナー層が形成され、電子写真方式で感光体上に形成された静電潜像に前記トナー層からトナーを飛翔させて現像する現像ローラとを有する画像形成装置における現像装置において、
前記画像形成装置は、前記感光体上に形成された、または感光体上に形成されて転写体に転写された画像濃度調整用ハーフ濃度パターンからなるトナー層厚検知用パターンの画像濃度を測定するトナー濃度センサと、
前記現像バイアスにおける直流現像バイアス電圧を固定して前記トナー層形成バイアスにおける直流トナー層形成バイアス電圧を変化させ、画像濃度調整用ハーフ濃度パターンからなるトナー層厚検知用パターンを形成させて前記トナー濃度センサで画像濃度を測定させ、該測定結果の画像濃度を目標画像濃度とする前記直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧との電位差ΔＶを決定して、前記現像ローラ上のトナー層厚を目標トナー層厚にする層厚キャリブレーションモードと、
該層厚キャリブレーションモードで決定された前記電位差ΔＶを維持し、前記直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを変化させ、形成した前記トナー層厚検知用パターン濃度を前記トナー濃度センサに測定させ、該測定結果を目標画像濃度とする直流現像バイアス電圧を決定して、前記現像ローラから感光体に飛翔するトナー量を目標トナー量とするバイアスキャリブレーションモードとを実施し、前記直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを、前記層厚キャリブレーションモードとバイアスキャリブレーションモードとで決定した電圧として前記現像ローラ上のトナー層を形成すると共に、前記静電潜像の現像を行わせる現像制御装置とを有することを特徴とする。
【００２６】
このように、まず層厚キャリブレーションを実施することで、最も好ましい現像ローラ上の層厚を実現する直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧の電位差ΔＶを決定することができるが、これだけでは前記した環境温湿度になどによるトナー帯電量のバラツキ、ＭＳギャップのバラツキなどに起因するトナー層厚のバラツキを解消することはできない。しかし、この層厚キャリブレーションで決定された電位差ΔＶを維持し、バイアスキャリブレーションを実施してトナー層厚検知用パターン濃度を測定し、この測定結果が目標画像濃度となるよう前記直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを決定することで、前記したトナー帯電量、ＭＳギャップ等のバラツキなどに起因するトナー層厚のバラツキも解消することができ、常に現像ローラ上のトナー層厚を一定として、選択現像、ゴーストを起こさないようにした画像形成装置における現像方法と装置を提供することができる。
【００２７】
そして、前記層厚キャリブレーションにおける固定する直流現像バイアス電圧は、前記現像ローラ上のトナーを全て前記感光体へ飛翔させる電圧を選択し、そのため、前記層厚キャリブレーションモードで固定する直流現像バイアス電圧を、現像ローラ上の全てのトナーを前記感光体へ飛翔させる電圧として記憶した記憶装置を有し、前記現像制御装置は、前記層厚キャリブレーションモードにおいて前記固定する直流現像バイアス電圧を前記記憶装置から読み出し、直流現像バイアス電圧を読み出した電圧に固定して前記直流トナー層形成バイアス電圧を変化させ、前記電位差ΔＶを決定するようにした。
【００２８】
トナー帯電量は前記したように環境温度・湿度で変化し、それによって現像ローラ上のトナー層厚、及び直流現像バイアス電圧の変化量に対する感光体ドラムへ飛翔するトナー量の割合が変化する。そのため、このように層厚キャリブレーションにおける固定する直流現像バイアス電圧を、現像ローラ上の全てのトナーを前記感光体へ飛翔させる電圧とすることで、現像ローラ上のトナーは全て感光体に飛翔し、現像ローラ上のトナー層厚が正確にわかるから、画像濃度を目標画像濃度とする直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧との電位差ΔＶを、正確に決定することができる。
【発明の効果】
【００２９】
このように本発明によれば、現像ローラ上のトナー層厚を層厚キャリブレーションで決定し、さらにトナー帯電量のバラツキ、あるいはＭＳギャップのバラツキなどにより生じるトナー層厚のバラツキを、バイアスキャリブレーションによって解消してゴースト性能を安定させることが可能となり、長期に渡って高品質な画像形成を行える画像形成装置における現像方法と装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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、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。
【００３１】
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に交流を重畳したトナー層形成バイアスを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、該磁気ブラシから、直流に交流を重畳した現像バイアスを印加された現像ローラ上にトナー層を形成した後、電子写真方式で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するタッチダウン現像装置に適用される。
【００３２】
従来から画像形成装置においては画像形成に先立ち、画像濃度調整用ハーフ濃度パターンからなるトナー層厚検知用パターンを形成して画像濃度を測定し、常に同じ画像濃度を得られるよう制御するキャリブレーションが行われているが、本発明においては、まず直流現像バイアス電圧を現像ローラ上の全てのトナーを感光体へ飛翔させる電圧に固定して直流トナー層形成バイアス電圧を変化させ、画像濃度調整用ハーフ濃度パターンからなるトナー層厚検知用パターンを形成して画像濃度を測定し、該測定結果が目標画像濃度となるよう、直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧の電位差ΔＶを決定する層厚キャリブレーションを行う。
【００３３】
そしてこの層厚キャリブレーションで決定された電位差ΔＶは維持しながら、直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを変化させ、トナー層厚検知用パターンを再度形成して画像濃度を測定し、測定結果を目標画像濃度とする直流現像バイアス電圧を決定して、直流トナー層形成バイアス電圧を、この決定した直流現像バイアスと電位差ΔＶとの差に相当する電圧とするバイアスキャリブレーションを実施する。
【００３４】
すなわち、トナーの帯電量は前記したように環境温度・湿度で変化し、それによって現像ローラ上のトナー層厚、及び直流現像バイアス電圧の変化量に対する感光体ドラムへ飛翔するトナー量の割合が変化する。そのため本発明においては、層厚キャリブレーションにおける固定する直流現像バイアス電圧を、前記したように現像ローラ上の全てのトナーを感光体へ飛翔させる電圧が選択できるよう、この電圧を記憶装置に記憶しておく。
【００３５】
また、このようにして環境温度・湿度で変化するトナーの帯電量を考慮して層厚キャリブレーションを実施しても、この層厚キャリブレーションの際の直流現像バイアス電圧は前記したように現像ローラ上の全てのトナーを感光体へ飛翔させる電圧であるから、必ずしも感光体ドラム上の静電潜像現像に必要な電圧ではない。また、現像ローラ上のトナー層厚は、前記したように現像ローラと磁気ローラ間のＭＳギャップのバラツキでも変化する。また、前記したゴーストは、直流トナー層形成バイアス電圧でも増減する。
【００３６】
そのため本発明では、層厚キャリブレーションで決定された電位差ΔＶは維持しながら、トナー層厚検知用パターンにおけるハーフ部とゴースト履歴部の色差ΔＥが所定値以下となる直流現像バイアス電圧を選択するよう、バイアスキャリブレーションを実施する。
【００３７】
このように、最も好ましい現像ローラ上の層厚を実現する直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧の電位差ΔＶを層厚キャリブレーションで決定した上で、トナー帯電量のバラツキ、ＭＳギャップのバラツキなどに起因するトナー層厚のバラツキを解消し、合わせてトナー層厚検知用パターンにおける、ハーフ部とゴースト履歴部の色差ΔＥを所定値以下とするバイアスキャリブレーションを実施するから、トナー帯電量、ＭＳギャップ等のバラツキなどに起因するトナー層厚のバラツキも解消することができ、常に現像ローラ上のトナー層厚を一定として、選択現像、ゴーストを起こさないようにした画像形成装置における現像方法と装置とすることができる。
【００３８】
以上が本発明の概略であるが、次に図１と図２とを用い、本発明になる画像形成装置における現像方法を実施するタッチダウン現像装置の構成（図１）と、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模式図（図２）について説明する。
【００３９】
図２に示した画像形成装置３０は、無端状ベルト３１が給紙カセット３２からの記録紙を定着装置３３に向かって搬送可能に配設されており、記録紙を搬送する無端状ベルト３１の図上上側には、ブラック用現像装置３４Ｋ、イエロー用現像装置３４Ｙ、シアン用現像装置３４Ｃ、及びマゼンタ用現像装置３４Ｍが配設されている。そしてこれらの現像装置３４（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）には、それぞれ磁気ローラ１５（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）、該磁気ローラ１５（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）に近接して現像ローラ１１（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）が配設され、該現像ローラ１１に対面して感光体ドラム１０（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）が、さらにこの感光体ドラム１０の周囲には、帯電器３５（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）及び露光器３６（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）が配置されている。
【００４０】
図１は、図２に示した感光体ドラム１０（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）、現像ローラ１１（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）、磁気ローラ１５（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）と１３、１４、１９、２０で示したバイアス電源と、その制御回路２２、２３などの構成を示したものである。図中１０は感光体ドラムで、材料として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。１１はトナー層１２が形成され、直流現像バイアス電源（ＤＣ１）１３、交流現像バイアス電源（ＡＣ１）１４から印加される現像バイアスにより、感光体ドラム１０に電子写真方式で形成された静電潜像にトナー１６を飛翔させて現像を行う現像ローラ、１５は非磁性金属材料で円筒状に形成され、内部に複数の固定磁石が配設された回転可能なスリーブを有し、非磁性トナー１６とキャリア１７とからなる２成分現像剤の磁気ブラシ１８が形成されて、直流トナー層形成バイアス電源（ＤＣ２）１９、交流トナー層形成バイアス電源（ＡＣ２）２０から印加されるトナー層形成バイアスと、直流現像バイアスと直流トナー層形成バイアスとの電位差ΔＶにより、現像ローラ１１上にトナー層１２を形成する磁気ローラ、２１は磁気ローラ１５上の磁気ブラシ１８の高さを一定に保つための穂切りブレードである。
【００４１】
また２２は、現像ローラ１１の直流現像バイアス電源（ＤＣ１）１３、交流現像バイアス電源（ＡＣ１）１４の電圧を制御する現像ローラバイアス電源制御装置、２３は磁気ローラ１５の直流トナー層形成バイアス電源（ＤＣ２）１９、交流トナー層形成バイアス電源（ＡＣ２）２０を制御する磁気ローラバイアス電源制御装置、２４は現像ローラバイアス電源制御装置２２、磁気ローラバイアス電源制御装置２３に電圧指示などを与えて現像装置を制御する現像制御装置である。なお、本発明におけるこの現像制御装置２４は、前記したように現像ローラバイアス電源制御装置２２、磁気ローラバイアス電源制御装置２３を制御し、現像ローラ１１上のトナー層厚を所定厚とする層厚キャリブレーションモード、及び直流現像バイアス、直流トナー層形成バイアスをゴーストが起きないように決定するバイアスキャリブレーションモードを実施するルーチンを有している。
【００４２】
２５は、上記した層厚キャリブレーション、バイアスキャリブレーションの際、現像ローラ上の全てのトナーを前記感光体へ飛翔させるを記憶している記憶装置である。
【００４３】
この現像装置を構成する要素について説明すると、現像ローラ１１の最表面は、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し、リークを防ぐため、例えば２０μｍ程度のアルマイト処理を施し、その表面に樹脂をコーティングして抵抗値を高めることが好ましい。そしてそのシャフト部には直流現像バイアス電源（ＤＣ１）１３、交流現像バイアス電源（ＡＣ１）１４を接続し、回転する現像ローラ１１と感光体ドラム１０、及び磁気ローラ１５との間にこの直流と交流を重畳した現像バイアス電圧が作用するようにする。交流現像バイアス電源（ＡＣ１）１４が供給する交流成分は、例えばデューティ（Ｄｕｔｙ）比を７３％以下の矩形波で構成する。
【００４４】
トナー１６は形成画像の高精細化のため、例えば１０１３〜１０１４Ωで６．８μｍ程度の６μｍ台の小粒径化トナーを用いる。選択現像を回避するためには粒度分布を規定することが重要であり、一般的にトナーの粒度分布の広がりはコールターカウンターで測定され、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。分布が広いと連続印刷時に、現像ローラ１１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。
【００４５】
キャリア１７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。本発明では一例として、体積固有抵抗が１０８Ωｃｍ３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。平均粒度が５０μｍを超えるとキャリアのストレスが増大すると共にキャリアに対するトナー配合比率を上げられず、現像ローラ１１へのトナー供給量が減少する。
【００４６】
またトナー１６とキャリア１７との混合割合は、キャリア１７およびトナー１６の合計量に対してトナー１６を５〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％とする。トナー１６の混合割合が５重量％未満であると、トナー１６の帯電量が高くなって十分な画像濃度が得られなくなり、２０重量％を超えると今度は十分な帯電量が得られなくなるため、トナー１６が現像器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。
【００４７】
再度図２に戻って、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において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどのそれぞれの色に対応したトナー１６とキャリア１７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３４に供給され、図１に示した磁気ローラ１５上に磁気ブラシ１８を形成して攪拌によってトナー１６が帯電される。そして、磁気ローラ１５上の磁気ブラシ１８は規制ブレード９によって層規制され、磁気ローラ１５に加えられる直流トナー層形成バイアスＶｍａｇ（１９）と現像ローラ１１に加えられる直流現像バイアスＶｓｌｖ（１３）間の電位差ΔＶ、及び交流バイアス１４、２０とによって現像ローラ１１にトナー１６のみのトナー層１２を形成する。
【００４８】
そして、図示していない制御回路からプリント開始信号が来ると、まず、図２の帯電器３５によって正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）で構成された感光体ドラム１０が例えば４２０Ｖに帯電され、その後、例えば７７０ｎｍの波長のＬＥＤを用いた露光器３６による露光により、感光体ドラム１０の露光後電位は約１００Ｖになって潜像が形成される。そしてこの潜像は、現像ローラ１１に加えられた直流現像バイアス１３と交流バイアス１４とにより、現像ローラ１１上のトナー層１２から感光体ドラム１０に飛翔したトナー１６で現像され、トナー像が形成される。そして記録紙が、給紙カセット３２から送りだされてベルト５４で送られ、感光体ドラム１０に達したとき、転写装置３７（Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ）により転写バイアスが印加されて記録紙にトナー像が転写され、定着装置３３で定着されて排紙される。現像ローラ１１上の現像に用いられなかったトナー１６は、磁気ローラ１５上に形成されている磁気ブラシ１８と、前記したバイアス電圧により剥ぎ取られ、さらに新たなトナー層１２が形成されて次の現像に備えられる。
【００４９】
以上が本発明を実施する画像形成装置の概略と動作であるが、前記したキャリブレーションにおける画像濃度の制御方法としては、従来では、感光体ドラム１０上の画像部と非画像部の電圧との関係を一定に保つため、直流現像バイアス電圧（Ｖｓｌｖ）を一定にして磁気ローラ１５に印加する直流トナー層形成バイアス電圧（Ｖｍａｇ）を変化させ（直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧の電位差ΔＶ＝Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖを変化）、現像ローラ１１上のトナー層厚を変化させて画像濃度を制御していた。しかしこの方法では、トナー層厚が厚くなったとき、ハーフ画像の中にベタ画像があるような画像パターンにおいては、ベタ画像の履歴がハーフ画像部に現れる所謂ゴースト画像が顕著に現れていた。
【００５０】
図３は、どのような条件の場合に前記した選択現像、ゴースト画像が生じ、かつ、それをどうしたら防げるかを考察するため、現像ローラ１１上のトナー層量、感光体ドラム１０上の静電潜像の現像に必要なトナー量、などと現像ローラ１１や磁気ローラ１５に与えるバイアスとの関係、及び、現像ローラ１１上のトナー１２が感光体ドラム１０上の静電潜像の現像にどの程度用いられているかを表す現像効率、を実験、調査した結果を纏めた表であり、図４から図６は、この図３の表の結果をグラフ化したものである。
【００５１】
この図３の表において、左欄の「ΔＶｍａｇ−ｓｌｖ」は、磁気ローラ用直流バイアス電源ＤＣ１９から磁気ローラ１５へ供給される直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇと、現像ローラ１１へ供給される直流現像バイアス電源ＤＣ１３から現像ローラ１１へ供給される直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖとの電圧差（ΔＶ）、「Ｓｌｖ上トナー量」は現像ローラ１１上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）、「Ｄｒｕｍ上トナー量」は感光体ドラム１０上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）、「Ｄｒｕｍ／（Ｓｌｖ×Ｓ／Ｄ比）」は、「Ｄｒｕｍ上トナー量」と「Ｓｌｖ上トナー量」に現像ローラ１１の周速（Ｓ）と感光体ドラム１０の周速（Ｄ）との比を乗じた値との比で、現像ローラ１１上に形成されたトナー層１２のトナー量と、感光体ドラム１０上の静電潜像現像に使用されたトナー量との比で表される現像効率を％で表したものである。ここでＳ／Ｄは、約１．６とした。
【００５２】
「ゴーストΔＥ」は、２５％ハーフ部としたハーフ画像背景にベタ画像部を設けたゴーストチャートを印字し、ハーフ画像部に現れるゴースト画像における、ハーフ部とゴースト履歴部との色差（ΔＥ）を表している。「ベタＩＤ」はベタ部の画像濃度（単位：ＩＤ）、「ハーフ２５％ＩＤ」は２５％ハーフ部の画像濃度（単位：ＩＤ）である。なお、図３の表では、直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇと直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖとの電位差ΔＶ別に、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの高い順にデータを並べてある。
【００５３】
そしてこの図３の表に示した値を元に、調査目的に添うよう値をプロットしたのが図４から図６に示したグラフであり、これらのグラフは横軸を直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖとし、縦軸はそれぞれのグラフに対応した値としたもので、直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇと直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖとの電位差ΔＶを、２４０Ｖ、３２０Ｖ、４００Ｖとしたとき、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖを変化させると縦軸の値がどのように変化するかを示したグラフである。
【００５４】
なお、この調査に用いた画像形成装置は、京セラミタ製のタッチダウン現像方式を用いた改造実験機であり、用いた感光体ドラム１０は外形φ３０ｍｍで周速が１６８．２ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ２０は外形φ１６ｍｍで周速が２６９．１ｍｍ／ｓｅｃ、磁気ローラ２１は外形φ１６ｍｍで周速が４１９．８ｍｍ／ｓｅｃである。また、磁気ローラ２１と穂切りブレード２４とのブレードギャップを０．２７〜０．３２ｍｍ、磁気ローラ２１と現像ローラ２０とのＭ／Ｓギャップを０．２９ｍｍ、現像ローラ２０と感光体ドラム１０とのＤ／Ｓギャップを０．１５ｍｍとし、現像ローラ２０の周速と感光体ドラム１０の周速との比（Ｓ／Ｄ）を約１．６として、現像剤は黒（ＢＫ）の平均粒径６．８μｍのトナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いた。
【００５５】
これら図４から図６のグラフを説明する前に、感光体ドラム１０上に形成された静電潜像の現像に最適なトナー量について実験した結果を説明すると、感光体ドラム１０上の単位面積当たりのベタトナー量をいろいろ変化させて用紙に転写し、それを色差計で測定して、最も鮮やかに色が再現されるトナー量を求めた。このとき、トナー量が少ないと再現される色は淡く、トナー量が増えると鮮やかさが増してゆくが、ある量を超えると今度は光沢感の無い黒になってゆく。その結果、前記した平均粒径６．８μｍのトナーにおいては、感光体ドラム１０上で約０．５５（ｍｇ／ｃｍ２）のトナー量が最適であることがわかった。
【００５６】
まず図４の「現像ローラトナー薄層量」として示したグラフは、横軸を前記したように直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖとし、縦軸を図３の表において「Ｓｌｖ上トナー量」として示した、現像ローラ２０上のトナー層のトナー量（単位ｍｇ／ｃｍ２）をとり、直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇと、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖとの電位差ΔＶを４００Ｖ（◆）、３２０Ｖ（▲）、２４０Ｖ（■）とした場合である。この図４のグラフから現像ローラ２０（ｓｌｖ）上に形成されるトナー層のトナー量は、少なくとも直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの２０Ｖから１８０Ｖの範囲で、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの値には無関係に、電位差ΔＶの値が大きくなるほど多くなることがわかる。
【００５７】
次の図５の、「ドラム上ベタトナー量」として示したグラフは、縦軸に図３の表において「Ｄｒｕｍ上トナー量」として示した、感光体ドラム１０上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）を示したグラフである。このグラフから、感光体ドラム１０上のベタトナー量は直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと、直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇとの電位差ΔＶ、また、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖのそれぞれが大きくなるほど、増えていることを示している。
【００５８】
そして図６の「現像効率（Ｄｒｕｍトナー量／Ｓｌｖトナー量×Ｓ／Ｄ比）」として示したグラフは、縦軸に図３の表において「Ｄｒｕｍ／（Ｓｌｖ×Ｓ／Ｄ比）」として示した、感光体ドラム１０（Ｄｒｕｍ）上のトナー量と、現像ローラ２０（Ｓｌｖ）上のトナー量に現像ローラ２０の周速（Ｓ）と感光体ドラム１０の周速（Ｄ）との比（１．６）を乗じた値との比で、現像ローラ２０上のトナーがどのくらい感光体ドラム１０に転移したかという現像効率（％）を示したグラフである。この図６のグラフに示したように現像効率は、直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇと直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖとの電位差ΔＶが、４００Ｖ（◆）、３２０Ｖ（▲）、２４０Ｖ（■）のいずれの場合も電圧Ｖｓｌｖに比例して上昇しているが、ΔＶが一番低い２４０Ｖの場合の上昇率が最も大きく、かつ、最大現像効率も、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖが約１８０Ｖの近辺においてΔＶが一番低い２４０Ｖの場合が一番大きくなっている。
【００５９】
従って、この図４、図５、図６のグラフから、
（１）．現像ローラ１１上のトナー層厚は、ΔＶに依存
（２）．感光体ドラム１０上のベタトナー量は、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖに依存
（３）．現像効率はＶｓｌｖにほぼ線形比例し、ΔＶが小さいほど、Ｖｓｌｖが高いほ
ど高効率
（４）．最適な感光体ドラム１０上のベタトナー量を、前記した約０．５５（ｍｇ／ｃ
ｍ２）とすると、図５からΔＶ２４０Ｖ の場合はＶｓｌｖを約１１０Ｖ、３２
０Ｖの場合は約５５Ｖとすれば良く、最適な感光体ドラム１０上のベタトナー量
と高い現像効率を得るためにはＶｓｌｖが高い方が良いから、最も高くできるΔ
Ｖ２４０Ｖが好ましい
ということがわかる。また、直流現像バイアスＶｓｌｖと直流トナー層形成バイアスＶｍａｇの電位差ΔＶを小さくするということは、図４のグラフから、現像ローラ１１上のトナー層量を少なくする、ということを示している。
【００６０】
図７に示した表は、磁気ローラ１５と現像ローラ１１との間隔（Ｍ／Ｓギャップ）を変え、直流トナー層形成バイアスＶｍａｇを変化させたとき、ベタ画像濃度（単位：ＩＤ）と２５％ハーフトンーの画像濃度（単位：ＩＤ）とがどのように変化するか、さらに変化させた直流トナー層形成バイアスＶｍａｇと「ゴースト性ΔＥ」との間にどのような相関があるか、を調べた結果を纏めた表であり、図８から図１０は、この図７の表の結果をグラフ化したものである。
【００６１】
図７の表において左欄のＶｍａｇは直流トナー層形成バイアスで、「ＢＫ（ＭＳ０．２８）」は黒のトナーを用い、磁気ローラ１５と現像ローラ１１との間隔（Ｍ／Ｓギャップ）を０．２８ｍｍとした場合、「ＢＫ（ＭＳ０．３５）」は同じく黒トナーを用い、Ｍ／Ｓギャップを０．３５ｍｍとした場合、「ゴースト性ΔＥ」は前記と同様、２５％ハーフ部としたハーフ画像背景にベタ画像部を設けたゴーストチャート（画像濃度調整用ハーフ濃度パターン）を印字し、ハーフ画像部に現れるゴースト画像における、ハーフ部とゴースト履歴部との色差（ΔＥ）を表している。「ベタＩＤ」はベタ部の画像濃度（単位：ＩＤ）、「ハーフ２５％ＩＤ」は２５％ハーフ部の画像濃度（単位：ＩＤ）である。なお、この図７の表は、前記した図３に示した表と同様、直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇの低い順にデータを並べてあり、また直流現像バイアスＶｓｌｖと直流トナー層形成バイアスＶｍａｇの電位差ΔＶを、２００Ｖ固定として調査した。
【００６２】
そしてこの図７の表に示した値を元に、調査目的に添うよう値をプロットしたのが図８から図１０に示したグラフで、これらのグラフにおいては横軸を直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇとし、縦軸は図８、図９がＩＤ（画像濃度）で、図１０がゴースト性ΔＥである。また各グラフの◆はＭ／Ｓギャップを０．２８ｍｍとした場合であり、▲はＭ／Ｓギャップを０．３５ｍｍとした場合である。なお、図１０におけるゴースト性ΔＥの２．０に引いた線はゴースト性の上限を示したラインで、ゴースト性はこれ以下であることが好ましいとした。
【００６３】
まず、図８、図９のグラフから、Ｍ／Ｓギャップを変えてもベタＩＤ、２５％ＩＤのどちらにも大きな影響はなく、直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇの変化によって、だいたい同じように変化していることがわかる。しかし図１０のＶｍａｇとΔＥの相関のグラフでは、Ｍ／Ｓギャップを０．２８ｍｍと狭くした方のゴースト性ΔＥは、少なくともＶｍａｇの３００Ｖから５００Ｖの範囲で許容値である２．０より小さく、ゴースト性はＭ／Ｓギャップを小さくした方がよいことがわかる。但し、Ｖｍａｇが約４２０Ｖ以下であれば、Ｍ／Ｓギャップが０．３５ｍｍであってもゴースト性ΔＥが２．０を下回っている。
【００６４】
従って、この図８、図９、図１０のグラフから、
（５）．Ｍ／Ｓギャップは狭い方が有利
（６）．Ｖｍａｇが約４２０Ｖ以下であればゴースト性ΔＥが２．０を下回る
ということがわかる。
【００６５】
従って、前記した図３の表と図４〜図６のグラフ、及び図７の表と図８〜図１０のグラフとから判明した（１）〜（６）から、ゴーストに対しては、下記（ａ）〜（ｄ）のようにすることが有効であることがわかる。
（ａ）．Ｍ／Ｓギャップをリークなどが生じない範囲で狭くする
（ｂ）．直流トナー層形成バイアスＶｍａｇを可能な限り約４２０Ｖ以下とする
（ｃ）．ＶｍａｇとＶｓｌｖとの電位差ΔＶを可能な限り小さくする
（ｄ）．但し、感光体ドラム１０上ベタトナー量が最適となるＶｓｌｖの選択必要
【００６６】
一方、前記図１６のグラフで説明したように、画像形成装置内の温度、湿度は電源ＯＮ当初は環境に左右され、時間と共に定着装置やモータなどからの熱で内部温度が上昇すると共に湿度が低下してゆく。その場合、トナーは画像形成装置の置かれている環境と、特に筐体内の温度や湿度によってその帯電量が変化する。前記図１６のグラフは環境温度・湿度で現像ローラ上のトナー量がどのように変化してゆくかをプロットしたグラフであったが、図１１のグラフは環境温度・湿度で、現像ローラ１１上のトナーの帯電量がどう影響を受けるかを調べたグラフである。
【００６７】
この図１１のグラフにおいて、横軸は磁気ローラ１５への直流トナー層形成バイアス電圧（単位：Ｖ）、縦軸は現像ローラ１１上のトナー帯電量（単位：μＣ／ｇ）で、実線の◆は常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境における現像装置左側（ＤＬＰ左側）のトナー帯電量、■は現像装置右側（ＤＬＰ右側）のトナー帯電量、破線の◆は低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境における現像装置左側（ＤＬＰ左側）のトナー帯電量、■は現像装置右側（ＤＬＰ右側）のトナー帯電量、一点鎖線の◆は高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境における現像装置左側（ＤＬＰ左側）のトナー帯電量、■は現像装置右側（ＤＬＰ右側）のトナー帯電量である。そしてΔＶを高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境では２２０Ｖ、常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境では２５０Ｖ、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境では２８０Ｖと、一定値ではあるが環境に対応させた電圧となるよう制御して、磁気ローラ１５へ印加する直流トナー層形成バイアス電圧を変化させている。
【００６８】
この図１１のグラフからわかるとおり、一点鎖線で示した高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境では、常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境に較べて現像ローラ１１上のトナー帯電量が非常に少なくなっており、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境で多くなっている。
【００６９】
また、「現像ローラ１１上トナー量」として示した図１２のグラフは、図１１に示したトナー１６の帯電量により現像ローラ１１上のトナー量がどのように推移するか、を調べたグラフであり、温度・湿度などの環境要因によって現像剤中のトナー帯電量が変化すると、それに応じて現像ローラ１１上のトナー量が変化してしまうことを示している。この図１２のグラフにおいて横軸は現像ローラ１１への直流現像バイアス電圧（Ｖｓｌｖ、単位：Ｖ）、縦軸は現像ローラ１１上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）であり、◆はトナー帯電量Ｑ／Ｍが９．４μＣ／ｇのトナー量、■は同じく１６．２μＣ／ｇのトナー量、▲が同じく２６．８μＣ／ｇのトナー量である。そしてそれぞれにおいて電位差ΔＶを、直流トナー層形成バイアスの変化に伴って２００Ｖ一定となるようにしながら、現像ローラ１１用直流現像バイアスＶｓｌｖを変化させているが、このＶｓｌｖの値に無関係に、トナー帯電量が多くなると現像ローラ１１上のトナー量が減少しているのがわかる。特に低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境においてトナー帯電量が上昇すると、磁気ローラ１５のトナー層形成能力が低下して現像ローラ１１上のトナー量が少なくなる。
【００７０】
そして、このように環境温度・湿度で変化するトナー１６の帯電量により、感光体ドラム１０上のトナー量がどのように推移するかを調べたのが図１３のグラフである。この図１３のグラフにおいて、横軸は現像ローラ１１への直流現像バイアス電圧（Ｖｓｌｖ、単位：Ｖ）、縦軸は感光体ドラム１０上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）であり、◆がトナー帯電量Ｑ／Ｍ９．４μＣ／ｇの場合のトナー量、■が同じく１６．２μＣ／ｇの場合のトナー量、▲が同じく２６．８μＣ／ｇの場合のトナー量で、それぞれ電位差ΔＶを２００Ｖ一定の条件でＶｓｌｖを変化させたとき、感光体ドラム１０上のトナー量がどう変化するかをプロットしてある。
【００７１】
この図１３のグラフからわかるとおり、▲のトナー帯電量Ｑ／Ｍが２６．８μＣ／ｇと高い場合は現像ローラ１１への直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの値を上げても感光体ドラム１０への飛翔トナー量が少なくなり、１８０Ｖ以上では感光体ドラム１０上のトナー増加割合が非常に小さくなっている。その結果、図示はしていないが画像濃度の低下、及び画像濃度ムラが発生した。これは、現像ローラ１１上のトナー１６の絶対量が不足しているためである。
【００７２】
それを示したのがトナー１６の帯電量により、感光体ドラム１０上への現像効率がどのように推移するかを調べた図１４のグラフで、横軸は現像ローラ１１への直流現像バイアス電圧（Ｖｓｌｖ、単位：Ｖ）、縦軸は感光体ドラム１０上への現像効率（単位：％）であり、◆がトナー帯電量Ｑ／Ｍが９．４μＣ／ｇの場合の現像効率、■が１６．２μＣ／ｇの場合の現像効率、▲が２６．８μＣ／ｇの場合の現像効率で、それぞれ電位差ΔＶを２００Ｖ一定の条件で直流現像バイアスＶｓｌｖを変化させたとき、感光体ドラム１０上へのトナー飛翔効率が変化する様子をプロットしている。
【００７３】
この図１４のグラフを見ればわかるとおり、トナー帯電量Ｑ／Ｍが２６．８μＣ／ｇと最も高い▲をプロットした線は、現像効率が直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの約１８０Ｖ迄急激に上昇し、その後上昇率は鈍っているものの、上昇を続けて最終的に１００％近くまで上昇している。すなわち、２６．８μＣ／ｇと最も高いトナー帯電量のトナーは現像効率が非常に良いが、図１３のグラフで見たように、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖを上げても感光体ドラム１０上のトナー量が増えず、画像濃度の低下、及び画像濃度ムラが発生している。これは、現像ローラ１１上のトナー１２の絶対量が不足しているためであり、このように現像ローラ１１上のトナー層量が薄い場合、画像濃度の低下及び画像濃度ムラが激しく現れるわけである。
【００７４】
このようにトナー帯電量が温度、湿度で変化することにより、現像ローラ１１上のトナー量、感光体ドラム１０上のトナー量が少なくなったり多くなったりするわけであるが、図４のグラフで見たように、磁気ローラ１５に印加した直流トナー層形成バイアス電圧１９と、現像ローラ１１に印加した直流現像バイアス電圧１３との電位差ΔＶを一定にすることで、現像ローラ１１上のトナー量を略一定とすることができる。そのため、それを用いて、高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境、常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境のそれぞれで、現像ローラ１１上のトナー量が必要量となる条件を求めれば、環境条件等によりトナー帯電量が変化しても、現像ローラ１１上のトナー量が常に適正量となるよう制御でき、画像濃度過多やカブリ、及び画像濃度の低下や画像濃度ムラの発生を防止することができる。
【００７５】
すなわち、前記図４〜図６のグラフ、及び図８〜図１０のグラフからわかったように、
（ａ）．Ｍ／Ｓギャップをリークなどが生じない範囲で狭くする
（ｂ）．直流トナー層形成バイアスＶｍａｇを可能な限り約４２０Ｖ以下とする
（ｃ）．ＶｍａｇとＶｓｌｖとの電位差ΔＶを可能な限り小さくする
（ｄ）．但し、感光体ドラム１０上ベタトナー量が最適となるＶｓｌｖの選択必要
であるが、図１１のグラフから分かるように現像ローラ１１上のトナーの帯電量は環境温度・湿度で変化し、それに伴って図１３に示したように感光体ドラム１０上のトナー量が変化する。
【００７６】
そのため、前記した層厚キャリブレーションに際し、  ス電圧（Ｖｓｌｖ）を、どのような環境でも現像ローラ１２上のトナーを全て感光体ドラム１０へ飛翔させる電圧、例えば３００Ｖとし、前記直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧の電位差ΔＶを決定することが効果的と考えられる。また、このようにして直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧の電位差ΔＶを決定したら、この層厚キャリブレーションで決定された電位差ΔＶを維持しながら、直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とを変化させ、前記（ｄ）に記した、感光体ドラム１０上ベタトナー量が最適となるＶｓｌｖの選択必要を実施するため、再度トナー層厚検知用パターンを形成して画像濃度を測定するバイアスキャリブレーションを実施する。そして直流トナー層形成バイアス電圧を、図１０に示したトナー層厚検知用パターンのハーフ部とゴースト履歴部との色差（ΔＥ）を所定値以下（この例では２．０以下）とする電圧なるよう注意しながら、図５に示したグラフを参照して、感光体ドラム１０上のトナー量が所定のトナー量となる直流現像バイアス電圧（Ｖｓｌｖ）を選択すればよい。
【００７７】
このように層厚キャリブレーションとバイアスキャリブレーションとで決定された直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧で現像ローラ１１上のトナー層１２を形成し、感光体ドラム１０上の静電潜像を現像することで、トナー帯電量のバラツキ、あるいはＭＳギャップのバラツキなどにより生じるトナー層厚のバラツキなどに起因する、選択現像、ゴーストなどを解消し、長期に渡って高品質な画像形成を行える画像形成装置における現像方法と装置とすることができる。
【００７８】
再度図２に戻って、以上のことを実施するため本発明においては、まず図２に示した記憶装置２５に、現像ローラ１２上のトナーを全て感光体ドラム１０へ飛翔させる電圧、例えば３００Ｖを記憶させる。そして前記したように、層厚キャリブレーションモードの実施に際して現像制御装置２４は、記憶装置２５に記憶してある現像ローラ１２上のトナーを全て感光体ドラム１０へ飛翔させる直流現像バイアス電圧を読み出し、現像ローラバイアス電源制御装置２２に指示して、現像ローラ１１に印加する直流現像バイアス電圧を読み出した電圧に設定させる。そして次に磁気ローラバイアス電源制御装置２３に指示し、直流トナー層形成バイアス電圧を変化させ、トナー層厚検知用パターンを形成してトナー濃度センサ２７で読み取らせ、その読み取り結果が目標画像濃度であるか否かを判断する。ここで目標画像濃度でない場合、前記した直流トナー層形成バイアス電圧の変化、トナー層厚検知用パターンの形成、画像濃度の測定、のルーチンを目標画像濃度となるまで実施させ、直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧との電位差ΔＶを決定する。
【００７９】
このようにして現像ローラ１１上のトナー層を所定の厚さとする電位差ΔＶが決定されると現像制御装置２４は、次にこの電位差ΔＶを維持しながら、さらに直流トナー層形成バイアス電圧Ｖｍａｇの値が色差ΔＥを、例えば２．０以下とする値となるよう注意しながら、磁気ローラバイアス電源制御装置２３、現像ローラバイアス電源制御装置２２に指示し、直流トナー層形成バイアス電圧、直流現像バイアス電圧を変更させる。そして層厚キャリブレーションモードの場合と同様、トナー層厚検知用パターンを形成してトナー濃度センサ２７で読み取らせ、その読み取り結果が目標画像濃度であるか否かを判断する。ここで目標画像濃度でない場合、前記した直流トナー層形成バイアス電圧、直流現像バイアス電圧をさらに電位差ΔＶを維持しながら変化させ、トナー層厚検知用パターンの形成、画像濃度の測定を目標画像濃度となるまで実施させ、直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧とを決定する。
【００８０】
こうして層厚キャリブレーションモードとバイアスキャリブレーションモードとで、直流トナー層形成バイアス電圧と直流現像バイアス電圧とが決定されたら、現像制御装置２４は、これらの電圧が設定されるよう現像ローラバイアス電源制御装置２２、磁気ローラバイアス電源制御装置２３に指示し、それぞれの電圧によって現像ローラ１１上のトナー層１２を形成し、感光体ドラム１０上の静電潜像の現像を行わせるわけである。
【００８１】
このようにして電位差ΔＶを制御した結果を示したのが図１５のグラフである。この図１５のグラフは、横軸を直流トナー薄層形成バイアスＶｍａｇ、縦軸を現像ローラ１１上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）とし、実線は常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境における◆が現像装置左側（ＤＬＰ左側）のトナー量、■が現像装置右側（ＤＬＰ右側）のトナー量、破線は低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境における◆が現像装置左側（ＤＬＰ左側）のトナー量、■が現像装置右側（ＤＬＰ右側）のトナー量、一点鎖線が高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境における◆が現像装置左側（ＤＬＰ左側）のトナー量、■が現像装置右側（ＤＬＰ右側）のトナー量で、高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境の場合は電位差ΔＶを２２０Ｖ、常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境の場合は２５０Ｖ、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境の場合は２８０Ｖとしたものである。
【００８２】
この図１５のグラフから明らかなように、高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境、常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境のそれぞれで電位差ΔＶが対応した値となり、現像ローラ１１上のトナー量をほぼ０．６０ｇ／ｃｍ２と、一定にすることができる。すなわちこのようにすることで、例え画像形成装置内の温度、湿度でトナー帯電量が変化しても、現像ローラ１１上のトナー層厚を常に一定とすることができ、最も好ましい現像ローラ１１上の層厚を実現する直流現像バイアス電圧と直流トナー層形成バイアス電圧の電位差ΔＶが決定され、トナー帯電量のバラツキ、ＭＳギャップのバラツキなどに起因するトナー層厚のバラツキを解消し、合わせてトナー層厚検知用パターンにおける、ハーフ部とゴースト履歴部の色差ΔＥを所定値以下として、常に現像ローラ上のトナー層厚を一定としながら、選択現像、ゴーストを起こさないようにした画像形成装置における現像方法と装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明によれば、どのような環境温度、湿度においてもゴーストが発生せず、画像濃度の低下や画像濃度ムラも生じない、長期に渡って高品質な画像形成が行える画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明になる画像形成装置における現像方法を実施する、タッチダウン現像装置の構成概略図である。
【図２】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模式図である。
【図３】どのような条件で選択現像、ゴースト画像が生じ、かつ、それをどうしたら防げるかを考察するため、現像ローラ１１上のトナー層量、感光体ドラム１０上の静電潜像の現像に必要なトナー量、などと現像ローラ１１や磁気ローラ１５に与えるバイアスとの関係、及び、現像ローラ１１上のトナーが感光体ドラム１０上の静電潜像の現像にどの程度用いられているかを表す現像効率、を実験、調査した結果を纏めた表である。
【図４】現像ローラ１１へ供給される直流現像バイアスＶｓｌｖ（ＤＣ）と、磁気ローラ１５へ供給される直流トナー層形成バイアスＶｍａｇ（ＤＣ）との電位差ΔＶにより、現像ローラ上のトナー量がどのように推移するかを調べたグラフである。
【図５】現像ローラ１１へ供給される直流現像バイアスＶｓｌｖ（ＤＣ）と、磁気ローラ１５へ供給される直流トナー層形成バイアスＶｍａｇ（ＤＣ）との電位差ΔＶにより、感光体ドラム１０上のトナー量がどのように推移するかを調べたグラフである。
【図６】現像ローラ１１へ供給される直流現像バイアスＶｓｌｖ（ＤＣ）と、磁気ローラ１５へ供給される直流トナー層形成バイアスＶｍａｇ（ＤＣ）との電位差ΔＶにより、感光体ドラム１０上への現像効率がどのように推移するかを調べたグラフである。
【図７】磁気ローラ１５と現像ローラ１１のと間隔（Ｍ／Ｓギャップ）を変え、直流トナー層形成バイアスＶｍａｇを変化させたとき、ベタ画像濃度（単位：ＩＤ）と２５％ハーフトンーの画像濃度（単位：ＩＤ）とがどのように変化するか、さらに変化させた直流トナー層形成バイアスＶｍａｇと「ゴースト性ΔＥ」との間にどのような相関があるか、を調べた結果を纏めた表である。
【図８】磁気ローラ１５と現像ローラ１１のと間隔（Ｍ／Ｓギャップ）を変え、直流トナー層形成バイアスＶｍａｇを変化させたとき、ベタＩＤがどのように変化するかを調べた結果をプロットしたグラフである。
【図９】磁気ローラ１５と現像ローラ１１のと間隔（Ｍ／Ｓギャップ）を変え、直流トナー層形成バイアスＶｍａｇを変化させたとき、２５％ハーフＩＤがどのように変化するかを調べた結果をプロットしたグラフである。
【図１０】磁気ローラ１５と現像ローラ１１のと間隔（Ｍ／Ｓギャップ）を変え、直流トナー層形成バイアスＶｍａｇを変化させたとき、「ゴースト性ΔＥ」がどのように変化するかを調べた結果をプロットしたグラフである。
【図１１】電位差ΔＶを一定として直流トナー層形成バイアスＶｍａｇを変化させ、環境温度、湿度によってトナー１６の帯電量が変化したとき、現像ローラ上のトナー帯電量がどのように推移するかを調べたグラフである。
【図１２】トナー１６の帯電量により現像ローラ上のトナー量がどのように推移するかを調べたグラフである。
【図１３】トナー１６の帯電量により感光体ドラム１０上のトナー量がどのように推移するかを調べたグラフである。
【図１４】トナー１６の帯電量により、感光体ドラム１０上への現像効率がどのように推移するかを調べたグラフである。
【図１５】横軸を直流トナー層形成バイアスＶｍａｇ、縦軸を現像ローラ１１上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）とし、各環境に対応した電位差ΔＶにより現像ローラ１１上のトナー量がほぼ一定になることを示したグラフである。
【図１６】横軸に磁気ローラへの直流トナー層形成バイアス電圧（Ｖｍａｇ、単位：Ｖ）を、縦軸に現像ローラ上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）をとり、温度、湿度によってトナーの帯電量が変化することで変化した現像ローラ上のトナー量をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００８５】
１０  感光体ドラム
１１  現像ローラ
１２  トナー層
１３  直流現像バイアス電源（ＤＣ１）
１４  交流現像バイアス電源（ＡＣ１）
１５  磁気ローラ
１６  非磁性トナー
１７  キャリア
１８  磁気ブラシ
１９  直流トナー層形成バイアス電源（ＤＣ２）
２０  交流トナー層形成バイアス電源（ＡＣ２）
２１  穂切りブレード
２２  現像ローラバイアス電源制御装置
２３  磁気ローラバイアス電源制御装置
２４  現像制御装置
２５  記憶装置
２６  温度・湿度センサ
２７  トナー濃度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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