(57)【要約】【課題】タッチダウン現像方式を用いた現像装置において、環境条件等によりトナー帯電量が変化しても、現像ローラ上のトナー量が常に適正量となるよう制御して画像濃度の低下や画像濃度ムラの発生を防止し、長期に渡って高品質な画像を提供できる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と直流トナー層形成バイアス電圧との電位差ΔＶを一定に維持しながら直流現像バイアス電圧を変化させ、感光体上に形成した、または感光体上に形成して転写体に転写し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濃度を目標画像濃度とするキャリブレーションを実施し、目標画像濃度が得られた場合はその時の直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶとで、目標画像濃度が得られなかった場合、電位差ΔＶを変化させてキャリブレーションを再実施し、目標画像濃度が得られた直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶとで前記現像ローラ上のトナー層を形成し、静電潜像の現像を行わせる【選択図】図３
2010128352.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と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との電位差ΔＶを一定に維持しながら前記直流現像バイアス電圧を変化させ、前記感光体上に形成した、または感光体上に形成して転写体に転写し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濃度を目標画像濃度とするキャリブレーションを実施し、該キャリブレーションにおける前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲で前記目標画像濃度が得られた場合はその時の直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶとで、前記目標画像濃度が得られなかった場合、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を変化させ、前記キャリブレーションを再実施して前記目標画像濃度が得られた直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶとで前記現像ローラ上のトナー層を形成し、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】
前記目標画像濃度が得られなかった場合、前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲上限で前記トナー層厚検知用パターンの画像濃度が薄い場合は前記電位差ΔＶを所定電圧上昇させ、前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲下限で前記トナー層厚検知用パターンの画像濃度が濃い場合は前記電位差ΔＶを所定電圧下降させて、前記再キャリブレーションを実施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と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との電位差ΔＶを一定に維持しながら、前記直流現像バイアス電圧を変化させて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、前記トナー濃度センサで画像濃度を測定させて、該測定結果の画像濃度を目標画像濃度とするキャリブレーションモードを実施させ、該キャリブレーションモードにおける前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲で前記目標画像濃度が得られた状態で、前記トナー層厚検知用パターンを前記目標画像濃度とした直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶとで、前記目標画像濃度が得られなかった状態で、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を変化させて前記キャリブレーションモードを再実施し、前記目標画像濃度が得られた直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶ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】
前記目標画像濃度が得られなかった状態で前記現像制御装置は、前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲上限で前記トナー層厚検知用パターンの画像濃度が薄い場合は前記電位差ΔＶを所定電圧上昇させ、前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲下限で前記トナー層厚検知用パターンの画像濃度が濃い場合は前記電位差ΔＶを所定電圧下降させ、前記電位差ΔＶを変化させて前記キャリブレーションモードを実施させるよう構成されてい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】
そしてこのタッチダウン現像方式においては、長期に亘って安定した画像品質を維持するため、現像ローラ上のトナー層量を常時一定に保つことが重要である。すなわち、現像ローラ上のトナー層量が一定に保てないと、同一現像バイアスで感光体に飛翔するトナー量が異なり、一定濃度の画像が得られなくなる。
【０００８】
そのため本願出願人は特許文献１において、所定の画像濃度パターン原稿により形成されたトナー画像の画像濃度を検知する画像濃度検知手段を備え、画像濃度の検知結果に基づいて、画像濃度が目標画像濃度となるよう磁気ロール（磁気ローラ）及び現像ロール（現像ローラ）にそれぞれ印加する直流電圧を制御して、長期にわたって画像濃度を一定目標値に維持するようにした電子写真画像形成装置を提案した。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１２１９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながらこの特許文献１に示された画像形成装置の現像方法では、画像濃度が目標画像濃度となるよう磁気ローラと現像ローラに印加する直流電圧を制御してはいるが、例えば図９に示したように、環境温度、湿度でトナーの帯電量が変化すると、単に画像濃度が目標画像濃度となるよう磁気ローラと現像ローラに印加する直流電圧を制御しても、所望の画像濃度が得られない場合がある。
【００１１】
すなわち、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、それに応じて図９のグラフに示したように、現像ローラ上のトナー量も変化する。
【００１２】
この図９のグラフにおける横軸は、磁気ローラへ印加する直流トナー薄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、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、破線が低温・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薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇ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薄層形成バイアス電圧（Ｖｍａｇ）を変化させた場合である。
【００１３】
この図９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薄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、直流トナー薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇ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、直流トナー薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇ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。
【００１４】
このように特に低湿環境において、トナー帯電量が上昇すると磁気ローラのトナー薄層形成能力が低下し、トナー薄層量が少なくなってトナーの絶対量が不足する。そのような状態においては直流現像バイアスＶｓｌｖの値を上げ、現像ローラから感光体ドラムへのトナーの飛翔効率（ジャンピング現像効率）を１００％付近まで上げても、感光体ドラム上へ飛翔するトナー量が十分に上昇せず、頭打ちになって画像濃度の低下及び画像濃度ムラが発生する。
【００１５】
そのため本発明においては、タッチダウン現像方式を用いた現像装置において、環境条件等によりトナー帯電量が変化しても、現像ローラ上のトナー量が常に適正量となるよう制御して画像濃度の低下や画像濃度ムラの発生を防止し、長期に渡って高品質な画像を提供できる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】
【００１６】
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と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との電位差ΔＶを一定に維持しながら前記直流現像バイアス電圧を変化させ、前記感光体上に形成した、または感光体上に形成して転写体に転写し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濃度を目標画像濃度とするキャリブレーションを実施し、該キャリブレーションにおける前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲で前記目標画像濃度が得られた場合はその時の直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶとで、前記目標画像濃度が得られなかった場合、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を変化させ、前記キャリブレーションを再実施して前記目標画像濃度が得られた直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶとで前記現像ローラ上のトナー層を形成し、前記静電潜像の現像を行わせることを特徴とする。
【００１７】
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と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との電位差ΔＶを一定に維持しながら、前記直流現像バイアス電圧を変化させて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、前記トナー濃度センサで画像濃度を測定させて、該測定結果の画像濃度を目標画像濃度とするキャリブレーションモードを実施させ、該キャリブレーションモードにおける前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲で前記目標画像濃度が得られた状態で、前記トナー層厚検知用パターンを前記目標画像濃度とした直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶとで、前記目標画像濃度が得られなかった状態で、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を変化させて前記キャリブレーションモードを再実施し、前記目標画像濃度が得られた直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶ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現像制御装置と、を有することを特徴とする。
【００１８】
後記するように電位差ΔＶを一定とすると現像ローラ上のトナー量はほぼ一定となる。しかし前記したように、環境温度、湿度によってトナー帯電量が変化すると現像ローラ上のトナー量も変化し、画像濃度低下や画像濃度ムラが発生する。そのため、このように電位差ΔＶを一定に維持しながら直流現像バイアス電圧を変化可能範囲で変化させ、キャリブレーションを実施しても目標画像濃度が得られない場合、環境温度、湿度によってトナー帯電量が変化している可能性があるため、さらに電位差ΔＶを変化させて再度キャリブレーションを実施することで、変化したトナー帯電量に対応させて現像ローラ上のトナー量を一定とすることができるから、それによって目標画像濃度が得られたらその時の直流現像バイアス電圧と前記電位差ΔＶとで現像を実施すれば、変化したトナー帯電量に対応して画像濃度低下や画像濃度ムラを生ぜず、かつ、目標画像濃度の画像を得ることができる現像方法とすることができる。
【００１９】
そして、前記目標画像濃度が得られなかった場合、前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲上限で前記トナー層厚検知用パターンの画像濃度が薄い場合は前記電位差ΔＶを所定電圧上昇させ、前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲下限で前記トナー層厚検知用パターンの画像濃度が濃い場合は前記電位差ΔＶを所定電圧下降させて、前記再キャリブレーションを実施させ、そのため、前記目標画像濃度が得られなかった状態で前記現像制御装置は、前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲上限で前記トナー層厚検知用パターンの画像濃度が薄い場合は前記電位差ΔＶを所定電圧上昇させ、前記直流現像バイアス電圧の変化可能範囲下限で前記トナー層厚検知用パターンの画像濃度が濃い場合は前記電位差ΔＶを所定電圧下降させ、前記電位差ΔＶを変化させて前記キャリブレーションモードを実施させるよう構成する。これにより、環境条件等によりトナー帯電量が変化しても、このように得られる画像濃度の薄い、濃い、で対応させて電位差ΔＶを変化させることで、非常に簡単な方法で、現像ローラ上のトナー量が常に適正量となるよう制御でき、長期に渡って高品質な画像を提供できる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。
【発明の効果】
【００２０】
以上記載のごとく本発明になる画像形成装置における現像方法と装置は、温度や湿度などの環境変化でトナーの帯電量が変化しても、現像ローラ上のトナー層厚を常に一定として画像濃度の低下や画像濃度ムラの発生を防止し、長期に渡って高品質な画像を提供できる、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。そして本発明ではこのキャリブレーションを、まず、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を一定に維持しながら直流現像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その画像濃度を測定し、測定結果が目標画像濃度となるようにして実施する。
【００２４】
そしてそのキャリブレーションの結果、直流現像バイアス電圧の変化可能範囲で目標画像濃度が得られた場合、その目標画像濃度が得られた直流現像バイアス電圧と、電位差ΔＶで定まる直流トナー層形成電圧を現像ローラと磁気ローラに印加し、現像ローラ上にトナー層を形成して感光体ドラム上の静電潜像の現像を行わせる。
【００２５】
一方、キャリブレーションの結果、直流現像バイアス電圧の変化可能範囲で目標画像濃度が得られなかった場合、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を変化させ、キャリブレーションを再実施することで目標画像濃度が得られる電位差ΔＶを探し、その直流現像バイアス電圧と電位差ΔＶで定まる直流トナー層形成電圧を現像ローラと磁気ローラに印加し、現像ローラ上にトナー層を形成して感光体ドラム上の静電潜像の現像を行わせる。
【００２６】
この場合の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は、直流現像バイアス電圧の変化可能範囲上限で画像濃度が薄い場合は電位差ΔＶを例えば２０Ｖ程度の所定電圧上昇させ、直流現像バイアス電圧の変化可能範囲下限で画像濃度が濃い場合は同じく電位差ΔＶを例えば２０Ｖ程度の所定電圧下降させて行う。そして変化させた電位差ΔＶによるキャリブレーションでトナー層厚検知用パターンを形成し、その画像濃度を測定して測定結果が目標画像濃度となる電位差ΔＶが得られるまで、上記した電位差ΔＶの変化を実施し、目標画像濃度が得られたら、そのときの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で現像を行うわけである。なお、この上昇、下降させる電圧２０Ｖは一例であり、この値に限定されないことは自明である。
【００２７】
このようにすることで、非常に簡単な方法であるにもかかわらず、環境条件等によりトナー帯電量が変化しても、現像ローラ上のトナー量が常に適正量となるよう制御でき、長期に渡って高品質な画像を提供できる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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。現像ローラ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。磁気ローラ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により、現像ローラ１１上にトナー層１２を形成する。穂切りブレード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。
【００３１】
また、現像ローラバイアス電源制御装置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。磁気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。現像制御装置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。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。
【００３２】
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と樹脂コートを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。
【００３３】
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。選択現像性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。
【００３４】
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の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トナー濃度を上げられず、現像ローラ１１へのトナー供給量が減少する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
すなわち、「現像ローラ上トナー量」とした図４のグラフに示したように、現像ローラ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Ｖｓｌｖの２０Ｖから１８０Ｖ程度の範囲で、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと直流トナー薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇとの電位差ΔＶに対応し、この電位差ΔＶの値が大きくなるほど多くなる、ほぼ一定量となる。この図４において横軸は直流現像バイアスＶｓｌｖ（単位：Ｖ）、縦軸は現像ローラ（ＳＬＶ）上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）で、◆をプロットした線は現像ローラ用直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと磁気ローラ用直流トナー薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇとの電位差ΔＶが４００Ｖの場合、■をプロットした線は同じく３２０Ｖの場合、▲をプロットした線は同じく２４０Ｖの場合である。
【００４０】
しかしながら前記したように、環境温度、湿度でトナーの帯電量が変化すると、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと直流トナー薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇとの電位差ΔＶを一定に保っても、図５のグラフに示したように、現像ローラ上のトナー量は変化する。この図５のグラフも前記図４の場合と同様、横軸に直流現像バイアスＶｓｌｖ（単位：Ｖ）、縦軸に現像ローラ（ＳＬＶ）上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）をとり、◆をプロットした線は◆はトナー帯電量Ｑ／Ｍが９．４μＣ／ｇの場合、■をプロットした線は同じく１６．２μＣ／ｇの場合、▲をプロットした線は同じく２６．８μＣ／ｇの場合である。そして、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと直流トナー薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇとの電位差ΔＶを２００Ｖ一定としているが、トナー帯電量が多くなると現像ローラ上のトナー量が減少し、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、現像ローラ上のトナー層量が少なくなっている。
【００４１】
そしてこのようにトナーの帯電量が変化すると、図６のグラフに示したように、感光体ドラム上のトナー量も変化する。この図６のグラフは、図５と同様、横軸に直流現像バイアスＶｓｌｖ（単位：Ｖ）を、縦軸には感光体ドラム上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）をとり、◆をプロットした線は◆はトナー帯電量Ｑ／Ｍが９．４μＣ／ｇの場合、■をプロットした線は同じく１６．２μＣ／ｇの場合、▲をプロットした線は同じく２６．８μＣ／ｇの場合であり、それぞれ電位差ΔＶを２００Ｖ一定の条件でＶｓｌｖを変化させたものである。
【００４２】
この図６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、現像ローラ上のトナー１６の絶対量が不足しているためである。
【００４３】
それを示したのがトナーの帯電量により、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７のグラフで、◆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あり、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。
【００４４】
この図７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６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。
【００４５】
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薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇと現像ローラ１１に印加した直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖとの電位差ΔＶを一定にすることで、現像ローラ１１上のトナー量を一定とすることができる。
【００４６】
そのため本発明においては、図４の「現像ローラ上トナー量」のグラフで説明した、現像ローラ１０上に形成されるトナー層のトナー量が直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと直流トナー薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇとの電位差ΔＶに対応し、この電位差ΔＶの値が大きくなるほど多い一定量となることを利用して、トナーの帯電量が変化したとき、図８の「ドラム上トナー量」として示したグラフに示したように、電位差ΔＶを変化させて現像ローラ１０上のトナー量を一定に保つようにしたものである。
【００４７】
この図８のグラフにおいて、横軸は直流現像バイアス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、◆をプロットした線は現像ローラ用直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと磁気ローラ用直流トナー薄層形成バイアス電圧Ｖｍａｇとの電位差ΔＶが２００Ｖの場合、■をプロットした線は同じく２２０Ｖの場合、▲をプロットした線は同じく２４０Ｖの場合である。
【００４８】
この図８のグラフからわかるように、電位差ΔＶを２００Ｖ、２２０Ｖ、２４０Ｖ、と増加させることで感光体ドラム１０上のトナー量が増加し、かつ、その増加割合は、電位差ΔＶが大きいほど直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖに比例した直線的で、ΔＶが小さいと直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖがある電圧以後は増加率が落ちている。すなわち、図５と図６で説明したように、トナーの帯電量が増加して現像ローラ１１上のトナー量と感光体ドラム１０上へ飛翔するトナー量が減少したとき、図４で示したように電位差ΔＶを増加させることで、感光体ドラム１０上へ飛翔するトナー量の減少分を補うことができるわけである。
【００４９】
そのため本発明においては、前記した本発明の概略に記したように、まず、現像バイアスにおける直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと、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Ｖｍａｇとの電位差ΔＶを一定に維持しながら、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖを変化させ、感光体ドラム１０上に形成した、または感光体ドラム１０上に形成して図示していない転写体に転写した、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濃度を目標画像濃度とするキャリブレーションを実施し、そのキャリブレーションの結果、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの変化可能範囲で目標画像濃度が得られた場合、その目標画像濃度が得られた直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと、電位差ΔＶで定まる直流トナー層形成電圧Ｖｍａｇを現像ローラ１１と磁気ローラ１５に印加し、現像ローラ１１上にトナー層１２を形成して感光体ドラム１０上の静電潜像の現像を行わせる。
【００５０】
しかし、このキャリブレーションで直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの変化可能範囲で目標画像濃度が得られなかった場合、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を変化させ、キャリブレーションを再実施することで目標画像濃度が得られる電位差ΔＶを探し、その直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと電位差ΔＶで定まる直流トナー層形成電圧Ｖｍａｇとを現像ローラ１１と磁気ローラ１５に印加して、現像ローラ１１上にトナー層を形成して感光体ドラム１０上の静電潜像の現像を行わせる。
【００５１】
この場合の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は、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの変化可能範囲上限で画像濃度が薄い場合は電位差ΔＶを、例えば前記したように２０Ｖ程度の所定電圧上昇させ、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの変化可能範囲下限で画像濃度が濃い場合は同じく電位差ΔＶを例えば２０Ｖ程度の所定電圧下降させて行う。そして変化させた電位差ΔＶによるキャリブレーションでトナー層厚検知用パターンを形成し、その画像濃度を測定して測定結果が目標画像濃度となる電位差ΔＶが得られるまで、上記した電位差ΔＶの変化を実施し、目標画像濃度が得られたら、そのときの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とで現像を行うわけである。
【００５２】
このようにすることで、非常に簡単な方法であるにもかかわらず、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、長期に渡って高品質な画像を提供できる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。
【００５３】
図３はこのような考え方で実施する、本発明になる現像方法のフロー図である。以下、この図３に示したフロー図と図２とを用いて本発明の画像形成装置における現像方法について説明する。
【００５４】
ステップＳ３０で処理がスタートすると、ステップＳ３２で図１における現像制御装置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に指示し、現状の現像バイアスにおける直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと、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Ｖｍａｇとの電位差ΔＶを一定に維持しながら、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖを変化させて、感光体ドラム１０上に形成した、または感光体ドラム１０上に形成して図示していない転写体に転写した、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をトナー濃度センサ２５で読み取らせるキャリブレーションを実施する。
【００５５】
そして次のステップＳ３４で現像制御装置２４は、そのキャリブレーションの結果、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの変化可能範囲で目標画像濃度が得られたか否かを判断し、得られた場合はステップＳ４４に進み、その目標画像濃度が得られた直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと、電位差ΔＶで定まる直流トナー層形成電圧Ｖｍａｇとを現像ローラ１１と磁気ローラ１５に印加す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、現像ローラ１１上にトナー層１２を形成してステップＳ４６で感光体ドラム１０上の静電潜像の現像を行わせ、ステップＳ４８で終了する。
【００５６】
一方、ステップＳ３４で目標画像濃度が得られなかったと判断された場合、現像制御装置２４は、次にステップＳ３６でその画像濃度が薄いか否か判断し、薄い場合はステップＳ３８へ、濃い場合はステップＳ４０へ進む。ステップＳ３８に進んだ場合に現像制御装置２４は、現在の現像バイアスにおける直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと、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Ｖｍａｇとの電位差ΔＶを、例えば２０Ｖ増やすように、また、ステップＳ４０に進んだ場合は電位差ΔＶを例えば２０Ｖ減らすように、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に指示し、ステップＳ４２で前記したのと同様にしてキャリブレーションを再実施する。
【００５７】
それが済むと処理がステップＳ３４に戻り、現像制御装置２４は、その再キャリブレーションの結果、直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖの変化可能範囲で目標画像濃度が得られたか否かを判断し、得られた場合はステップＳ４４に進み、その目標画像濃度が得られた直流現像バイアス電圧Ｖｓｌｖと、電位差ΔＶで定まる直流トナー層形成電圧Ｖｍａｇとを現像ローラ１１と磁気ローラ１５に印加す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、現像ローラ１１上にトナー層１２を形成して感光体ドラム１０上の静電潜像の現像を行わせる。そして、この再キャリブレーションでも目標画像濃度が得られない場合、以上の処理を目標画像濃度が得られるまで繰り返す。
【００５８】
このようにすることで、何度か記してきたように、非常に簡単な方法であるにもかかわらず、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、長期に渡って高品質な画像を提供できる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。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、どのような環境温度、湿度においても現像ローラ１１上のトナー量を常に適正量となるよう制御でき、長期に渡って高品質な画像を提供できる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。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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】本発明になる現像方法のフロー図である。
【図４】現像ローラへ供給される直流現像バイアスＶｓｌｖ（ＤＣ）と、磁気ローラ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を一定にしながら異ならせ、直流現像バイアスＶｓｌｖを変化させたときに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】トナーの帯電量により、直流現像バイアスＶｓｌｖを変化させたときに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６】トナーの帯電量により、直流現像バイアスＶｓｌｖを変化させたときに感光体ドラム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７】トナーの帯電量により、直流現像バイアスＶｓｌｖを変化させたときに感光体ドラム上へ飛翔するトナー量の割合（ジャンピング効率）がどのように推移するかを調べたグラフである。
【図８】現像ローラへ供給される直流現像バイアスＶｓｌｖ（ＤＣ）と、磁気ローラ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を一定にしながら異ならせ、直流現像バイアスＶｓｌｖを変化させたときに感光体ドラム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９】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】
【００６１】
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  直流トナー薄層形成バイアス電源（ＤＣ２）
２０  交流トナー薄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  トナー濃度センサ
【図１】
2010128352.tif 000003
【図２】
2010128352.tif 000004
【図３】
2010128352.tif 000005
【図４】
2010128352.tif 000006
【図５】
2010128352.tif 000007
【図６】
2010128352.tif 000008
【図７】
2010128352.tif 000009
【図８】
2010128352.tif 000010
【図９】
2010128352.tif 000011