(57)【要約】【課題】タッチダウン現像方式において、環境条件等によりトナー帯電量が変化して磁気ローラ上の磁気ブラシの密度が上昇したり下降したりし、現像ローラへのトナー薄層形成能力の低下、トナー搬送量増大に起因する磁気ブラシによる現像ローラへの摺擦過多、などによる画像不具合が起きるのを防止した、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】予め、環境温度と湿度を変化させて変化したトナー帯電量と前記磁気ブラシ密度との関係を、前記環境温度、湿度と、前記磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量を一定にする交流トナー薄層形成バイアスの周波数の関係としてテーブル化して記憶し、画像形成時に温度、湿度に対応した前記テーブルの周波数を読み出し、前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数を前記読み出した周波数に設定して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ようにした。【選択図】図１
2010091803.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薄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て該磁気ブラシから、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薄層を形成した後、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、
予め、環境温度と湿度を変化させて変化したトナー帯電量と前記磁気ブラシ密度との関係を、前記環境温度、湿度と、前記磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量を一定にする交流トナー薄層形成バイアスの周波数の関係としてテーブル化して記憶し、画像形成時に温度、湿度に対応した前記テーブルの周波数を読み出し、前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数を前記読み出した周波数に設定して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】
前記テーブルからの周波数の読み出しと交流トナー薄層形成バイアスへの設定を、画像形成装置電源ＯＮ時、及び前回画像形成からの所定時間経過後に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】
前記、前回画像形成からの所定時間経過後に実施する交流トナー薄層形成バイアス周波数の設定を、前記テーブルとして記憶した最小周波数を用いておこなうことを特徴とする請求項２に記載した画像形成装置における現像方法。
【請求項４】
前記、前回画像形成からの所定時間経過後に実施した交流トナー薄層形成バイアス周波数設定後、所定枚数の画像形成が連続して行われた場合、前記環境温度と湿度とに対応した周波数を前記テーブルから読み出して前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数とすることを特徴とする請求項２または３に記載した画像形成装置における現像方法。
【請求項５】
磁石を内包して直流に交流を重畳したトナー薄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形成する磁気ローラと、直流に交流を重畳したトナー薄層形成バイアスを印加されて前記磁気ブラシによりトナー薄層が形成され、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薄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、
環境温度、湿度を検出する温湿度センサと、
環境温度、湿度で変化するトナー帯電量と前記磁気ブラシ密度との関係を、前記環境温度、湿度と、前記磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量を一定にする交流トナー薄層形成バイアスの周波数の関係としてテーブル化したデータを記憶した記憶装置と、
前記温湿度センサが検出した温度、湿度の信号を受け、前記記憶装置に記憶された対応する前記テーブルの周波数を読み出し、前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数を前記読み出した周波数に設定して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現像制御装置と、からな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６】
前回画像形成からの経過時間を計測するタイマーを有し、前記現像制御装置は、前記テーブルからの周波数の読み出しと交流トナー薄層形成バイアスへの設定を、画像形成装置電源ＯＮ時、及び前記タイマーが所定時間を計測した状態で実施するよう構成されていることを特徴とする請求項５に記載した画像形成装置における現像装置。
【請求項７】
前記現像制御装置は前回画像形成からの所定時間経過後に実施する交流トナー薄層形成バイアス周波数の設定を、前記テーブルとして記憶した最小周波数を用いておこなうよう構成されていることを特徴とする請求項６に記載した画像形成装置における現像装置。
【請求項８】
前記現像制御装置は、前回画像形成からの所定時間経過後に実施した交流トナー薄層形成バイアス周波数設定後、所定枚数の画像形成が連続して行われた状態で、前記環境温度と湿度とに対応した周波数を前記テーブルから読み出し、該周波数を前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数として設定するよう構成されていることを特徴とする請求項６または７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成分現像剤を用い、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して画像形成する、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、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たりし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つの現像方式のそれぞれの利点を活かした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、磁気ローラ上に形成した磁気ブラシから現像ローラ上へのトナー搬送量の適正化／安定化は、画像品質の向上／安定を目指す上で大変重要である。磁気ブラシの現像剤量が低下すると、現像ローラへのトナー薄層形成能力の低下による画像濃度の低下、現像ローラから感光体ドラムへトナーが飛翔した後の残像が、現像ローラ２周目に現れる現像ゴースト（履歴現象）の悪化の原因となる。
【０００８】
また磁気ブラシの現像剤量が多すぎると、磁気ブラシによる現像ローラへの摺擦過多によるトナー薄層のムラ、画像ムラの発生、さらには、現像剤搬送量過多による磁気ローラと現像ローラギャップ間での現像剤溢れ落ち等が発生する。これらの不具合発生防止のため、現像剤搬送量の適正な安定化、均一化実現を目指し、ブレードギャップを０．２７〜０．３３ｍｍと狭く設定することも行われている。
【０００９】
しかしながら、トナーは環境変化による帯電量の変化、特に高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境下での帯電量低下による現像剤流動性の上昇は現像剤搬送量の上昇を招き、磁気ブラシ量の上昇、現像ローラ上に形成したトナー薄層に磁気ブラシによる掃きムラを生じさせ、画像にも磁気ブラシの掃きムラを生じさせて画像不良が起き、さらに磁気ローラと現像ローラギャップ間での現像剤溢れ落ちを生じさせる。
【００１０】
また逆に、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境下でトナーの帯電量が上昇した場合に現像剤流動性が低下し、現像剤搬送量が低下して磁気ブラシ量が低下し、現像ローラへのトナー薄層形成能力が低下して、画像濃度の低下、現像ゴーストの悪化等が起きる。
【００１１】
タッチダウン現像方式の問題点に対する技術としては、例えば特許文献１に、現像ロールと感光体ドラム間における印加電位のリークを抑えるため、現像ロールとして表面に厚み５μｍ以上のアルミニウムの酸化皮膜を形成してなるアルミ製ロールを用い、かつ現像ロールと感光体ドラム素管との距離を１５０〜３００μｍに設定して、現像ローラから感光体へトナーを飛翔させるために現像ロールへ交流電流を印加させるときに、非画像形成時における交流電流の周波数を画像形成時よりも大きくなるように制御した画像形成方法が示されている。
【００１２】
また特許文献２には、現像装置内に小粒径のトナーが蓄積するのを防止し、画質低下のない良好な画像を得るようにするため、定期的に現像ロールと磁気ロールの間に特定の電位差を設けた交流バイアス電圧を印加し、所定時間回転させて微粉の多いトナー層を形成する第１工程と、微粉トナー層が形成された現像ロールの回転を完全に停止させ、潜像担持体に対向した位置の現像ロール上のトナーを潜像担持体上に飛翔させ、完全に引き剥がす第２工程とを設けてトナーの粒度分布を調整するようにした画像形成装置が示されている。
【００１３】
特許文献３には、現像装置を複雑にすることなく、また、プリント速度の低下を招くことなく、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、濃度変化のない安定した画像を維持するため、記録紙の紙間に対応する任意の潜像イメージ間の非現像間隔時に、供給ローラと現像ローラ間の電位差を現像時と異ならせて回転させ、現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取った後、新規のトナー薄層を現像ローラに再形成する再形成サイクルを設定し、このトナー層剥ぎ取り及び再形成サイクルが、現像ローラ一周（ｄ１＋ｄ２）＋第１のローラ周面距離ｄ１以上で、且つ２周未満のサイクル終期タイミングで現像サイクルに復帰するように現像バイアス復帰タイミングを設定した現像方法と装置が示されている。
【００１４】
さらに特許文献４には、装置の大型化や高コスト化を回避しつつ、現像条件や環境条件の変化に応じて画像の濃度ムラの発生を防止できるようにするため、感光体表面の分割領域ごとに、画像処理手段により決定される画素階調を露光量に変換（個別露光量変換）するのに用いる複数の変換情報（個別変換情報）の候補の中から、現像条件や環境条件の変化に応じて適切な個別変換情報を選択し、その選択した個別変換情報に基づいて分割領域ごとに個別に画素階調から露光量への変換（個別露光量変換）を行い、個別変換情報は、分割領域各々における露光量と露光後の電位との対応を表す露光特性のうちの残留電位への収束領域を除く略線形露光特性若しくはその特性を外挿演算により延長した露光特性に対し、前記個別露光量変換により一の基準画素階調を変換して得た露光量を適用したときの露光後の電位を、一の基準電位に一致させるための情報とした画像形成装置が示されている。
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−３１８０９２号公報
【特許文献２】特開２００５−１０２９０号公報
【特許文献３】特開２００５−５５８３７号公報
【特許文献４】特開２００６−１８１７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながらこれら特許文献１〜４に示された方法は、現像ロールと感光体ドラム間における印加電位のリークを抑える技術（特許文献１）、現像装置内に小粒径のトナーが蓄積するのを防止する技術（特許文献２）、現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取った後で新規のトナー薄層を現像ローラに再形成するリフレッシュ技術（特許文献３）、現像条件や環境条件の変化に応じ、露光後の電位を一の基準電位に一致させるための情報を用いる技術（特許文献４）で、前記した磁気ローラ上に形成した磁気ブラシから現像ローラ上へのトナー搬送量の適正化／安定化をするためのものではない。
【００１７】
そのため本発明においては、タッチダウン現像方式において環境条件等によりトナー帯電量が変化しても、磁気ローラ上の磁気ブラシの密度低下による現像ローラへのトナー薄層形成能力の低下による画像濃度の低下、現像ローラから感光体ドラムへトナーが飛翔した後の残像が現像ローラ２周目に現れる現像ゴースト（履歴現象）の悪化、磁気ブラシ密度の上昇に起因する現像ローラへの摺擦過多によるトナー薄層のムラ、画像ムラの発生、さらには、現像剤搬送量過多による磁気ローラと現像ローラギャップ間での現像剤溢れ落ち、等の不具合が起きないようにした、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課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
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薄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て該磁気ブラシから、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薄層を形成した後、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、
予め、環境温度と湿度を変化させて変化したトナー帯電量と前記磁気ブラシ密度との関係を、前記環境温度、湿度と、前記磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量を一定にする交流トナー薄層形成バイアスの周波数の関係としてテーブル化して記憶し、画像形成時に温度、湿度に対応した前記テーブルの周波数を読み出し、前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数を前記読み出した周波数に設定して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。
【００１９】
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薄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形成する磁気ローラと、直流に交流を重畳したトナー薄層形成バイアスを印加されて前記磁気ブラシによりトナー薄層が形成され、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薄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、
環境温度、湿度を検出する温湿度センサと、環境温度、湿度で変化するトナー帯電量と前記磁気ブラシ密度との関係を、前記環境温度、湿度と、前記磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量を一定にする交流トナー薄層形成バイアスの周波数の関係としてテーブル化したデータを記憶した記憶装置と、前記温湿度センサが検出した温度、湿度の信号を受け、前記記憶装置に記憶された対応する前記テーブルの周波数を読み出し、前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数を前記読み出した周波数に設定して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現像制御装置と、からなることを特徴とする。
【００２０】
磁気ローラに印加する交流トナー薄層形成バイアスの周波数成分は、高くすると磁気ローラ表面の磁気ブラシをより立たせ、また低くすると磁気ブラシの立ちを低く抑える作用がある。そのため、このように、環境温度、湿度とで変化するトナー帯電量と、磁気ローラ上の磁気ブラシ密度との関係を、環境温度、湿度と、磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量を一定にする交流トナー薄層形成バイアスの周波数の関係、としてテーブル化することで、例えば環境温度、湿度を検知して現像剤帯電量が低下し、磁気ブラシの密度が上昇したと判断したときは周波数を低くして磁気ブラシの立ちを低く抑え、現像剤帯電量が上昇して磁気ブラシの密度が下降したと判断したときは周波数を高くして磁気ブラシを立たせることで、磁気ブラシの立ちを低く抑えたときは磁気ブラシによる掃きムラによる画像不具合が防止でき、磁気ブラシを立たせたときは現像ローラへのトナー薄層形成能力の低下による画像濃度の低下を防止できる。
【００２１】
従って、画像形成時に環境温度、湿度に対応した周波数をテーブルから読み出し、交流トナー薄層形成バイアスの周波数を前記読み出した周波数に設定することで、磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量が常時一定となり、磁気ローラ上の磁気ブラシの密度低下による現像ローラへのトナー薄層形成能力の低下による画像濃度の低下、現像ローラから感光体ドラムへトナーが飛翔した後の残像が現像ローラ２周目に現れる現像ゴースト（履歴現象）の悪化、磁気ブラシ密度の上昇に起因する現像ローラへの摺擦過多によるトナー薄層のムラ、画像ムラの発生、さらには、現像剤搬送量過多による磁気ローラと現像ローラギャップ間での現像剤溢れ落ち、等の不具合を防止して、常に高品質な画像を形成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。
【００２２】
さらに、前記テーブルからの周波数の読み出しと交流トナー薄層形成バイアスへの設定を、画像形成装置電源ＯＮ時、及び前回画像形成からの所定時間経過後に実施し、そのために、前回画像形成からの経過時間を計測するタイマーを有し、前記現像制御装置は、前記テーブルからの周波数の読み出しと交流トナー薄層形成バイアスへの設定を、画像形成装置電源ＯＮ時、及び前記タイマーが所定時間を計測した状態で実施するよう構成されていることで、トナーの帯電量は帯電させた後そのままにしておくと自然と低下するから、単に環境温度、湿度の変化だけでなく、このように前回画像形成からの経過時間をタイマーで計測し、それが所定時間経ったらこのように交流トナー薄層形成バイアスの周波数を設定することで、トナー帯電量の自然低下にも対処した現像方法とすることができる。
【００２３】
また、前記、前回画像形成からの所定時間経過後に実施する交流トナー薄層形成バイアス周波数の設定を、前記テーブルとして記憶した最小周波数を用い、そのために、前記現像制御装置は、前回画像形成からの所定時間経過後に実施する交流トナー薄層形成バイアス周波数の設定を、前記テーブルとして記憶した最小周波数を用いておこなうよう構成されていることで、前記したように所定時間経過後はトナーの帯電量が低下しているわけであるから、周波数を低くして磁気ブラシを抑えることで、磁気ブラシによる掃きムラによる画像不具合を防止することができる。
【００２４】
そして、前記、前回画像形成からの所定時間経過後に実施した交流トナー薄層形成バイアス周波数設定後、所定枚数の画像形成が連続して行われた場合、前記環境温度と湿度とに対応した周波数を前記テーブルから読み出して前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数とし、そのため、前記現像制御装置は、前回画像形成からの所定時間経過後に実施した交流トナー薄層形成バイアス周波数設定後、所定枚数の画像形成が連続して行われた状態で、前記環境温度と湿度とに対応した周波数を前記テーブルから読み出し、該周波数を前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数として設定するよう構成されていることで、連続画像形成が行われた後はトナーの帯電量が環境温度、湿度に対応したものとなるから、所定枚数の画像形成が連続して行われた場合、このように周波数を前記テーブルから読み出して前記交流トナー薄層形成バイアスの周波数とすることで、前記したように磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量が常時一定となり、常に高品質な画像を形成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】
【００２５】
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や所定時間画像形成が行われなかったことでトナー帯電量が変化しても、磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量が常時一定となり、磁気ローラ上の磁気ブラシの密度低下による現像ローラへのトナー薄層形成能力の低下による画像濃度の低下、現像ローラから感光体ドラムへトナーが飛翔した後の残像が現像ローラ２周目に現れる現像ゴースト（履歴現象）の悪化、磁気ブラシ密度の上昇に起因する現像ローラへの摺擦過多によるトナー薄層のムラ、画像ムラの発生、さらには、現像剤搬送量過多による磁気ローラと現像ローラギャップ間での現像剤溢れ落ち、等の不具合を防止して、常に高品質な画像を形成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】
【００２６】
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。
【実施例１】
【００２７】
図１は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、図２は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。
【００２８】
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。
【００２９】
図１は、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であり、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、直流トナー薄層形成バイアス電源（ＤＣ２）１９、交流トナー薄層形成バイアス電源（ＡＣ２）２０から印加されるトナー薄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。
【００３０】
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の直流トナー薄層形成バイアス電源（ＤＣ２）１９、交流トナー薄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、２５は温度・湿度センサ２６の検知温度、湿度に対応した磁気ローラ１５への交流トナー薄層形成バイアスの周波数を記憶している記憶装置、２７は前回画像形成からの経過時間を計測するタイマーである。
【００３１】
記憶装置２５には、画像形成装置２０内の温度、湿度の変化でトナー１６の帯電量が変化し、磁気ブラシ１８の密度が変化したとき、磁気ブラシ１８による現像ローラ１１へのトナー搬送量を一定にするため、環境温度、湿度と、現像ローラ１１へのトナー搬送量を一定にする交流トナー薄層形成バイアスの周波数の関係をテーブル化した、図３に示したようなデータを記憶する。
【００３２】
この図３に示したテーブルは、予め、環境の温度、湿度とで変化するトナー帯電量と、磁気ブラシ１８による現像ローラ１１へのトナー搬送量を一定にする周波数との関係を、環境の温度、湿度に対応した周波数との関係としてテーブルに纏めたもので、一例として横方向に２℃から４℃毎の温度領域を、縦方向に１０％ずつの湿度領域を取り、温度、湿度の交点にトナー帯電量に対応する周波数を配してある。そのため、温度が１５度以下、湿度が３５％以下等、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境領域では周波数を４．２ｋＨｚに、常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境に対応した領域では３．８ｋＨｚに、高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境に対応した領域では３．８ｋＨｚと、高温・高湿側になるほど周波数を低くしてある。
【００３３】
すなわち前記したように、トナーは高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境下で帯電量が低下し、現像剤流動性が上昇して現像剤搬送量の上昇を招く。すると磁気ブラシ量が上昇し、現像ローラ上に形成したトナー薄層に磁気ブラシによる掃きムラを生じさせ、画像にも磁気ブラシの掃きムラを生じさせて画像不良が起き、さらに磁気ローラと現像ローラギャップ間での現像剤溢れ落ちを生じさせる。また逆に、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境下でトナーの帯電量が上昇した場合、現像剤流動性が低下し、現像剤搬送量が低下して磁気ブラシ量の低下を招き、現像ローラへのトナー薄層形成能力が低下して、画像濃度の低下、現像ゴースト性の悪化等が起きる。
【００３４】
それを調べたのが図５の表と図６のグラフである。まず図５の表は、「条件」と記した左欄が、直流トナー薄層形成バイアスＭａｇと直流現像バイアスＳＬＶ、及びその電位差ΔＶを表している。そして次の、「Ｖｍａｇ」と記した欄は直流トナー薄層形成バイアス電圧で、次の「環境」と記した欄が、温度／湿度であり、３２．５℃／８０％は高温・高湿（Ｎ／Ｎ）環境、２３．５℃／５０％は常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境、１０℃／１５％は低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境をそれぞれ表している。その隣の「マグローラ上」と記した欄は、磁気ローラ上のトナー濃度（単位：％）とトナー帯電量（単位：μＣ／ｇ）であり、次の「現像ローラ上」と記した欄は現像ローラ上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）とトナー帯電量（単位：μＣ／ｇ）、その次の「ドラム上」と記した欄は感光体ドラム上のトナー量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）とトナー帯電量（単位：μＣ／ｇ）である。
【００３５】
この図５の表からわかるとおり、直流トナー薄層形成バイアスＭａｇと直流現像バイアスＳＬＶとの電位差ΔＶを、一定電圧となるようにしながら直流トナー薄層形成バイアスＭａｇと直流現像バイアスＳＬＶを変化させ、各環境におけるトナー量とトナー帯電量とを見ると、磁気ローラ上のトナー濃度は各環境であまり大きく変わっていないが、帯電量は低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境で大きく、高温・高湿（Ｎ／Ｎ）環境では低くなっている。それは「現像ローラ上」でもほぼ同じで、トナー量は０．５４から０．６７と各環境であまり大きく変わっていないが、帯電量は低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境では１８．１から２１．６なのに対し、高温・高湿（Ｎ／Ｎ）環境では８．２から９．３と低くなっている。
【００３６】
しかし「感光体ドラム上」の場合、トナー濃度は低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境では０．３３から０．６０と大きく異なり、高温・高湿（Ｎ／Ｎ）環境でも、０．４４から０．７６と大きく異なっていて、それによって現像特性が変わっていることがわかる。しかし帯電量の傾向は「現像ローラ上」とほぼ同じで、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境では１４．０１から１７．７１なのに対し、高温・高湿（Ｎ／Ｎ）環境では６．３７から７．９９と低くなっている。
【００３７】
そして現像剤流量は図６のグラフに見られるように、環境によって大きく異なっている。この図６のグラフは、横軸が穂切りブレード２１と磁気ローラ１５とのブレードギャップ（単位：ｍｍ）で、縦軸は現像剤流量（単位：ｍｇ／ｃｍ２）であり、各環境でブレードギャップを変化させると現像剤流量がどのように変化するか、をプロットしたグラフである。各線は、◆をプロットした線が温度１０℃、湿度１５％の低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境の場合、■をプロットした線が温度２３．５℃、湿度５０％の常温・常湿（Ｎ／Ｎ）環境の場合、▲をプロットした線が温度３２．５℃、湿度８０％の高温・高湿（Ｎ／Ｎ）環境の場合である。この図６のグラフからわかるとおり、高温・高湿（Ｎ／Ｎ）環境では、ブレードギャップが大きくなると現像剤流量が大きく増加し、逆に低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境では、レードギャップが大きくなっても現像剤流量はあまり増えていない。
【００３８】
すなわちこれらの事実は、トナーが高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境下で帯電量が低下し、現像剤流動性が上昇して現像剤搬送量の上昇を招いていることを示しており、磁気ブラシ量が上昇することで現像ローラ上に形成したトナー薄層に磁気ブラシによる掃きムラを生じさせ、画像にも磁気ブラシの掃きムラを生じさせて画像不良、さらには磁気ローラと現像ローラギャップ間での現像剤溢れ落ちを生じさせることを示している。また逆に、低温・低湿（Ｌ／Ｌ）環境下では、トナーの帯電量が上昇して現像剤流動性が低下し、現像剤搬送量が低下して磁気ブラシ量の低下を招き、現像ローラへのトナー薄層形成能力が低下して画像濃度の低下、現像ゴーストの悪化等が起きる。
【００３９】
なお、図５の表、図６のグラフは、京セラミタ製のタッチダウン現像装置を備えた画像形成装置を用いて調べたものであり、用いた感光体ドラム１０は外形φ３０ｍｍで線速が１６９．０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ１は外形φ１６ｍｍで周速が２７０．４ｍｍ／ｓｅｃ、磁気ローラ１５は外形φ１６ｍｍで周速が４２１．８ｍｍ／ｓｅｃである。また、磁気ローラ１５と穂切りブレード２１とのブレードギャップを０．２７〜０．３２ｍｍ、磁気ローラ１５と現像ローラ１１とのＭ／Ｓギャップを０．２９ｍｍ、現像ローラ１１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１１の周速と感光体ドラム１０の周速との比（Ｓ／Ｄ）を約１．６、磁気ローラ１５の周速と現像ローラ１１の周速との比（Ｍ／Ｓ）を約１．５６として、現像剤は黒（Ｋ）の平均粒径６．８μｍの小粒径化トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いた。
【００４０】
再度図３に戻って本発明では、前記したように磁気ローラ１５に印加する交流トナー薄層形成バイアスの周波数成分を、高くすると磁気ローラ１５表面の磁気ブラシ１８をより立たせ、また低くすると磁気ブラシ１８の立ちを低く抑える作用があることを利用し、図３に示したように、環境温度、湿度とで変化するトナー帯電量と、磁気ローラ１５上の磁気ブラシ１８の密度との関係を、環境温度、湿度と、磁気ブラシ１８による現像ローラ１１へのトナー搬送量を一定にする交流トナー薄層形成バイアスの周波数の関係、としてテーブル化した。
【００４１】
このテーブル化にあたっては、前記したように温度領域を２℃から４℃の範囲で、湿度を１０％程度ずつそれぞれ変化させ、図５の表の値、図６のグラフを参照しながら、各温度、湿度毎に交流トナー薄層形成バイアスの周波数を変化させて、どの周波数なら磁気ブラシによる掃きムラが生じないかを調べ、掃きムラのない最大周波数を採用した。その結果がこの図３のテーブルである。このようにすることで、例えば環境温度、湿度を検知して現像剤帯電量が低下し、磁気ブラシ１８の密度が上昇したと判断されるときは低い周波数が採用されて磁気ブラシ１８の立ちを低く抑え、現像剤帯電量が上昇して磁気ブラシ１８の密度が下降したと判断されるときは高い周波数が採用されて、磁気ブラシ１８を立たせることで、磁気ブラシ１８の立ちを低く抑えたときは磁気ブラシ１８による掃きムラによる画像不具合が防止でき、磁気ブラシ１８を立たせたときは現像ローラ１１へのトナー薄層形成能力の低下による画像濃度の低下が防止できるわけである。
【００４２】
以上が記憶装置２５に記憶させるデータであるが、再度図１に戻って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。
【００４３】
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、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。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。
【００４４】
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。
【００４５】
またトナー１６とキャリア１７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。
【００４６】
再度図２に戻って、このように構成したハイブリッド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１０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１０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薄層形成バイアス（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。
【００４７】
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。
【００４８】
以上が通常の画像形成の際の動作であるが、本発明においては、画像形成装置の電源がＯＮされたとき、図４に示したフロー図に従って現像制御装置２４が、温度・湿度センサ２６からの環境温度、湿度の検知結果の信号を受けて、図３に示したテーブルから現在の温度、湿度に最適な交流トナー薄層形成バイアスの周波数を設定する。すなわち、まずステップＳ１０で処理がスタートすると、ステップＳ１１で周波数キャリブレーションのためのバッチが印字される。これは、例えばステップＳ１１に示したように、パターン１は直流トナー薄層形成バイアスＶｍａｇ１９を４５０Ｖに、直流現像バイアスＶｓｌｖ１３を２００Ｖに、パターン２は直流トナー薄層形成バイアスＶｍａｇ１９を４００Ｖに、直流現像バイアスＶｓｌｖ１３を１５０Ｖに、パターン３は直流トナー薄層形成バイアスＶｍａｇ１９を３５０Ｖに、直流現像バイアスＶｓｌｖ１３を１００Ｖにして描画する。
【００４９】
それが描画されると、現像制御装置２４は、ステップＳ１２で温度・湿度センサ２６からの信号を確認して環境温度、湿度を検知し、その検知結果を基に、ステップＳ１３で図３に示したテーブルが記憶されている記憶装置２５から、現在の温度・湿度に対応した交流トナー薄層形成バイアスの周波数を読み出す。そしてステップＳ１４で、それを磁気ローラバイアス電源制御装置２３に送り、磁気ローラバイアス電源制御装置２３は、交流トナー薄層形成バイアス電源（ＡＣ２）２０の周波数を送られてきた周波数に設定し、それによって磁気ローラ１５上の磁気ブラシ１８からトナー１６が現像ローラ１１へ移動するようにしてステップＳ１５で終了する。
【００５０】
このようにすることで、交流トナー薄層形成バイアスの周波数は、例え環境温度、湿度によってトナーの帯電量が変化していても、前記したように現像剤帯電量が低下していて磁気ブラシ１８の密度が上昇した、と判断されるときは周波数を低くして磁気ブラシ１８の立ちを低く抑え、現像剤帯電量が上昇して磁気ブラシ１８の密度が下降したと判断されるときは周波数を高くして磁気ブラシ１８を立たせるから、トナー帯電量の変化量に見合った周波数に設定され、磁気ブラシ１８による掃きムラによる画像不具合、現像ローラ１１へのトナー薄層形成能力の低下による画像濃度の低下などを防止できるわけである。
【００５１】
また本発明においては、長時間画像形成が行われない場合にトナーの電荷が逃げてしまう点に鑑み、予め画像形成後の経過時間でトナーの帯電量がどの程度低下するか、を環境温度・湿度に対応させて調べ、それを記憶装置２５に記憶しておく。そして現像制御装置２４は、環境温度・湿度と共に前回画像形成からの経過時間を計時しているタイマー２７の経時結果を常時監視し、その経過時間が環境温度・湿度に対応してトナー帯電量を低下させていると判断される所定時間に達した場合、図３に示したテーブルが記憶されている記憶装置２５から、高温・高湿（Ｈ／Ｈ）環境に対応した最低周波数、（図３の場合は３．４ｋＨｚ）を読み出し、それを磁気ローラバイアス電源制御装置２３に送る。
【００５２】
そのため磁気ローラバイアス電源制御装置２３は、交流トナー薄層形成バイアス電源（ＡＣ２）２０の周波数を送られてきた周波数、すなわちこの例の場合は３．４ｋＨｚにセットし、それによって磁気ローラ１５上の磁気ブラシ１８からトナー１６が現像ローラ１１へ移動するようにする。これは、前回画像形成からの経過時間が前記したように所定時間経過した場合は、トナーの帯電量が低下していると考えられるから、このようにすることで単に現在の温度・湿度だけでなく、画像形成からの経過時間でトナー帯電量が低下した場合にも対応でき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。
【００５３】
なお、この場合、交流トナー薄層形成バイアス周波数を最低周波数に設定した後、所定枚数の画像形成が連続して行われた場合、トナー帯電量は環境温度、湿度に対応した量になっていると考えられるから、電源ＯＮ時と同様、現像制御装置２４は温度・湿度センサ２６からの環境温度、湿度の検知結果の信号により、図３に示したテーブルから現在の温度・湿度に対応した交流トナー薄層形成バイアスの周波数を読み出し、交流トナー薄層形成バイアス電源（ＡＣ２）２０の周波数をこの周波数にセットする。従って、磁気ブラシ１８による現像ローラ１１へのトナー搬送量が常時一定となり、常に高品質な画像を形成でき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。
【００５４】
なお、図３に示した温度、湿度のテーブルは一例であり、ここに示された温度間隔、湿度間隔、周波数の数値に限られないことは自明であり、また画像形成からの経過時間によってトナー帯電量が低下するのをタイマー２７を設けて計時する場合を例に説明したが、例えば熱定着装置を有し、一定時間画像形成が行われない場合に定着装置のヒータ温度を下げるような制御をしている場合、その温度をサーミスタなどの温度センサで測定し、それによって所定時間が経過した、と判断するようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、どのような環境温度、湿度においても画像濃度の低下、現像ゴースト（履歴現象）の悪化、トナー搬送量増大に起因する磁気ブラシによる現像ローラへの摺擦過多によるトナー薄層のムラ、画像ムラの発生、さらには、現像剤搬送量過多による磁気ローラと現像ローラギャップ間での現像剤溢れ落ち、等の不具合を防止し、常に高品質な画像を形成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】
【００５６】
【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】環境の温度、湿度とで変化するトナー帯電量と、磁気ローラ１５上の磁気ブラシ密度との関係を、環境温度、湿度と磁気ブラシによる現像ローラへのトナー搬送量を一定にする交流トナー薄層形成バイアスの周波数の関係としてテーブル化したデータの例である。
【図４】本発明になる現像方法において、トナー帯電量に対応した交流トナー薄層形成バイアスの周波数を設定するためのフロー図である。
【図５】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、磁気ローラ上、現像ローラ上、感光体ドラム上におけるトナー濃度とトナー帯電量を調べた表である。
【図６】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、ブレードギャップを変化させたときに現像剤流量がどのように変化するかをプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
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  記憶装置
２６  温度・湿度センサ
２７  タイマー
【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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