(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
を備え、
前記トナー担持体及び前記トナー供給部材に直流及び交流成分から成る現像バイアスを印加し、前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される直流及び交流電界により前記トナー担持体から前記像担持体表面の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の現像バイアスを印加する第１のバイアス印加手段と、
前記トナー供給部材に前記第１の現像バイアスと独立して設定可能な第２の現像バイアスを印加する第２のバイアス印加手段と、が設けられ、
前記直流及び交流電界は、前記第１の現像バイアスの印加により形成され、
前記交流電界のうちトナーと逆極性側のピーク電界の絶対値を３×１０6Ｖ／ｍ以上且つリーク電界以下とし、
前記第２のバイアス印加手段が、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、前記第１の現像バイアスに第２の現像バイアスを重畳して印加し、
前記第２の現像バイアスの交流成分は、前記第１の現像バイアスの交流成分と同周波数、逆位相であり、前記第１の現像バイアスよりデューティ比が大きくなるよう設定していることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記像担持体が、アモルファスシリコンから成ることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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可能な現像装置、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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、弾性規制ブレードで現像ローラ上のトナー層厚を規制すると共にトナーを帯電させるため、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。さらに、トナーの帯電を安定して維持することが困難であった。
【０００４】
また、感光体上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式が開発されており、感光体上に正確にトナーを重ねることにより色ずれの少ないカラー画像形成が可能となり、カラーの高画質化に対応することができる。さらに近年、トナーの色に対応した複数の感光体を用い、該感光体上に転写部材の搬送に同期させてカラー画像を形成し、転写部材上で色重ねを行うタンデム方式が開発されている。
【０００５】
タンデム方式では、高速性に優れる反面、各色の電子写真プロセス部材を並べて配置する必要があり、装置が大型化するおそれがあった。かかる大型化を回避するため、感光体同士の間隔を狭くし小型化された画像形成ユニットを配置したタンデム型画像形成装置が提案されている。このように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。
【０００６】
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。
【０００７】
これらの問題を解決する手段の一つとして、磁気ローラを用いて現像剤を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、交流電界によって感光体上の潜像にトナーを飛翔させてトナー像を形成する現像方式が提案されている。
【０００８】
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。
【０００９】
しかし、このような現像方式においては、画像濃度不良や画像ムラといった現像不良が発生する場合があった。そこで、現像装置内のトナーの粒度分布に着目し、現像性能の低下を防止し、画質低下を防止する方法が提案されている。
【００１０】
例えば特許文献１には、磁気ロール（ローラ）と現像ロールとの間のバイアス印加下で非磁性トナーを磁気ロールから現像ロールに転移させ、現像ロール上にトナー層を形成する第１工程と、第１工程とは逆方向のバイアス印加下で、現像ロール上のトナー層から、転移し易い大粒径のトナーを磁気ロールに返送する第２工程と、現像ロールと静電潜像保持体との間のバイアス印加下で現像ロール上に残った小粒径のトナーを静電潜像保持体に転移させる第３工程と、を含む現像装置内のトナー粒度調整方法が開示されている。
【００１１】
これにより、現像ロール上のトナー層から大粒径のトナーを除去し、比較的小粒径のトナーのみから成るトナー層を現像ロール表面に形成し、該現像ロール上に残った小粒径のトナーを静電潜像保持体（感光体）に転移させてから除去することができ、現像装置内のトナーの粒度分布を略均等に維持し、初期の現像性能を維持して画質の低下を防止することができる。
【特許文献１】特開平６−２９５１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、特許文献１の方法では、第１〜第３工程間でその都度バイアスを切り替える必要があり、煩雑である。また、このような現像方式では、バイアスの印加条件等の影響により現像不良が生じる場合がある。例えば、現像ローラ上にトナー層を形成する際には、現像ローラにトナーが強固に付着せず、トナー層形成時及びトナー回収時におけるキャリア引きを抑制しつつ、トナー層の量を安定的に形成することが好ましい。
【００１３】
トナーの強固な付着を防ぐためには、磁気ローラと現像ローラとの間の直流電位差を小さく保ちつつバイアスの交流成分のデューティ比を、トナーを現像ローラから磁気ローラに引き戻す側が大きくなるように設定することが好ましい。かかるデューティ比を磁気ローラから現像ローラに飛翔させる側の電位差が強くなるように設定すると、トナーが現像ローラ表面に強固に付着し、感光体上へ飛翔し難くなり現像に影響を及ぼすおそれがある。
【００１４】
また、キャリア引きの抑制とトナー層の安定的な形成のためには、かかるバイアスの周波数を高めに設定することが好ましい。かかる周波数を低めに設定すると現像ローラ上のトナー層が減少するため、磁気ローラから現像ローラへとトナーが飛翔し易くするよう磁気ローラと現像ローラとの間の直流電位差を大きくする必要があり、キャリア引きも起こりやすくなる。
【００１５】
このように磁気ローラと現像ローラとの間のバイアス印加条件を設定した場合、現像ローラ上に形成されたトナー層は飛翔し易くなっている。このため、かかる印加条件で現像ローラと感光体との間で現像を行うと、現像電界の強いベタ画像は比較的均一に現像される。しかし、現像電界が比較的弱い低諧調画像では、ギャップの変動等の影響により現像ムラが生じることがある。特にトナーが劣化した場合、かかる現像ムラが顕著となる。
【００１６】
また、例えば感光体としてアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）感光体を用いた場合、α―Ｓｉ感光体に形成された静電潜像における潜像部と非潜像部との間のエッジ効果により、現像性の均一性が低下するおそれもある。潜像部には、その有する電界によるトナー保持力が作用し、かかるトナー保持力は、非潜像部との面積比率により変化する。また、非潜像部には、エッジ電界によるトナー付着抑制作用が働く。
【００１７】
そして、非潜像部の面積が小さくなり、潜像部のトナーの保持力よりも非潜像部のトナー付着抑制作用の方が強くなったとき、潜像部における非潜像部との境界周辺でトナー像が濃くなり、現像性が不均一になる（エッジ効果）場合がある。特にα−Ｓｉ感光体は、有機感光体（ＯＰＣ）に比べ非潜像部から潜像部への電位カーブが急峻である。このため、１ドット、２ドットといった低諧調ドットの現像では、潜像部のエッジ部へのトナー保持力が強くなる一方、非潜像部では面積が小さくなり、トナー付着抑制作用が強くなるため、エッジ効果を受け易く、現像性が不均一となるおそれがある。
【００１８】
ここで、トナーは、静電潜像のトナー保持力よって静電潜像上に担持される。また、現像ローラと感光体との間に交流電界を印加することにより、一旦静電潜像に担持されたトナーが剥離し、現像ローラへと飛翔した後再度感光体に保持される。そして、トナーが感光体と現像ローラとの間を飛翔し、感光体上の静電潜像に対するトナーの再編成が行われると、潜像パターンに対して忠実にトナーが現像される。
【００１９】
このように、潜像パターンに対して均一にトナー像を形成するためには、感光体から現像ローラへ戻る側のトナーの飛翔が重要となる。しかし、感光体から現像ローラへ戻る側の電界が弱ければ、静電潜像に担持されたトナーは剥離されず、トナーの再編成が行われ難くなる。かかる場合、静電潜像にトナーが一旦不均一に担持されると、不均一なままトナー像が形成されるおそれがある。
【００２０】
上記問題点に鑑み、本発明は、静電潜像上のトナーの再編成を促進することにより、静電潜像にトナーを均一に担持させ、該潜像に対する現像性を均一とすることが可能な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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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、を備え、前記トナー担持体及び前記トナー供給部材に直流及び交流成分から成る現像バイアスを印加し、前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される直流及び交流電界により前記トナー担持体から前記像担持体表面の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の現像バイアスを印加する第１のバイアス印加手段と、前記トナー供給部材に前記第１の現像バイアスと独立して設定可能な第２の現像バイアスを印加する第２のバイアス印加手段と、が設けられ、前記直流及び交流電界は、前記第１の現像バイアスの印加により形成され、前記交流電界のうちトナーと逆極性側のピーク電界の絶対値を３×１０6Ｖ／ｍ以上且つリーク電界以下とすることを特徴としている。
【００２２】
また本発明は、前記第２のバイアス印加手段が、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、前記第１の現像バイアスに第２の現像バイアスを重畳して印加することを特徴としている。
【００２３】
また、本発明は、前記像担持体が、アモルファスシリコンから成ることを特徴としている。
【００２４】
また本発明は、前記現像装置を備えた画像形成装置である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の第１の構成によれば、二成分現像剤を用い、トナー担持体及びトナー供給部材に、それぞれ独立して設定可能な現像バイアスを印加することにより、トナー担持体と像担持体との間に直流及び交流電界を形成し、トナー担持体から像担持体表面の静電潜像を現像する現像装置において、第１の現像バイアスの交流成分により形成される交流電界のうちトナーと逆極性側のピーク電界の絶対値を３×１０6Ｖ／ｍ以上且つリーク電界以下とすることとした。
【００２６】
これにより、トナーが像担持体からトナー担持体へと戻り易くなるため、像担持体上の静電潜像に担持されたトナーの再編成を促進することができる。従って、静電潜像上にトナーを均一に担持させることができ、静電潜像に対する現像性を均一にすることができる。また、電界の交流成分のうちトナーと同極性側のピーク電界に大きく影響されることなくトナーの再編成を促進することができるため、バイアス調整が容易となる。
【００２７】
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の現像バイアスに第２の現像バイアスを重畳して印加することにより、第１の現像バイアスの交流成分と、第２の現像バイアスの交流成分とを、互いに影響を及ぼすことなくそれぞれ独立して設定することができる。これにより、第１及び第２の現像バイアスの印加条件を容易に設定することができ、より容易にトナーの再編成を促進することができる。
【００２８】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第１または第２の構成の現像装置において、像担持体を、アモルファスシリコンから成るものとすることにより、潜像部と非潜像部との間のエッジ効果の影響が大きく、現像性が不均一となり易い条件下においても、現像性を均一にすることができるため、効果的となる。
【００２９】
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を備えた画像形成装置とすることにより、現像性が均一な画像形成を行うことができる。
【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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
感光体ドラム１ａ〜１ｄには、α−Ｓｉ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α−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。
【００４０】
この特性は、誘電率が約１０程度と高いα−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。また、感光体ドラム１ａとして正帯電のＯＰＣを用いた場合、正帯電ＯＰＣ（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ＯＰＣ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。
【００４１】
そして、正ＯＰＣ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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１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。
【００４６】
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。
【００４７】
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及び磁気ローラに印加される第１及び第２の現像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。
【００４８】
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例えばマルチサイザーIII（ベックマン・コールター社製）のような粒度分布測定器により、例えばアパチャー径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。
【００４９】
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。
【００５０】
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からのトナーの回収性が低下するおそれがある。逆に、この７μｍ超では、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。
【００５１】
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。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。
【００５２】
現像ローラ２２と磁気ローラ２３間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以下のキャリア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、トナーとの接点を増やすことができる。
【００５３】
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。
【００５４】
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α−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。
【００５５】
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。しかし、コーティング材料やコーティング条件は、トナーの特性等に応じて適宜設定することができ、特に限定されない。
【００５６】
現像ローラ２２に印加するバイアスを第１の現像バイアス、磁気ローラ２３に印加するバイアスを第２の現像バイアスとする。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、これにより第１の現像バイアスが印加される。
【００５７】
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の現像バイアスにさらに重畳して、第２の現像バイアスが印加される。第１の現像バイアス及び第２の現像バイアスの詳細については後述する。
【００５８】
そして、現像容器２０内の第１、第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂによってトナーコンテナから供給される現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環し、トナーとキャリアとの摩擦によりトナーを帯電させ、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。
【００５９】
かかる現像剤により磁気ローラ２３上に磁気ブラシ２８が形成され、この磁気ブラシ２８は穂切りブレード２５によって層厚規制され、一定の層厚で現像ローラ２２に接触又は近接し、第１及び第２の現像バイアスによって磁気ローラ２３と現像ローラ２２との間の電位差により形成される電界により現像ローラ２２にトナー層（トナー薄層）が形成される。また、現像ローラ２２と磁気ローラ２３と間の電位差により形成される電界により、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。
【００６０】
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も可能である。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の層厚を設定することができる。
【００６１】
現像ローラ２２上のトナーは、第１の現像バイアスの印加により現像ローラ２２と感光体ドラム１ａとの間の電位差により形成される電界により、感光体ドラム１ａに飛翔し、ドラム表面に形成された静電潜像に担持され、トナー像が形成される。また、トナーの飛散を防ぐために、第１の交流電源３０ｂ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。
【００６２】
現像ローラ２２上に残った現像残トナーは、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っても回収される。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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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のみによるトナーの回収が可能となり、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。
【００６６】
また、感光体ドラム１ａの感光材料としてα−Ｓｉを用いる場合には、前述したα−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、リーク電圧が低下する傾向にあるため、かかるリーク電圧を考慮して第１の現像バイアスのＶｄｃ１及びＶｐｐ１を設定することができる。また、Ｖｐｐ１の周波数を、例えば１〜５ｋＨｚに設定し、現像することができる。なお、Ｖｄｃ１及びＶｐｐ１の詳細については後述する。
【００６７】
また、感光材料として、正ＯＰＣを用いた場合は、α−Ｓｉ感光体よりもリーク電圧が大きく、Ｖｄｃ１及びＶｐｐ１のピーク電圧値も大きく設定することができる。しかし、かかるＶｄｃ１及びＶｐｐ１のピーク電圧値は、トナーに強い電界をかけてトナーを消耗しない程度に設定することが好ましい。
【００６８】
図４（ａ）に示すように、第１の現像バイアスは、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。また、第２の現像バイアスは、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。
【００６９】
なお、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し、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。
【００７０】
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の現像バイアスが印加されたときの現像ローラ２２又は第２の現像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。
【００７１】
次に、第１及び第２の現像バイアスの調整方法について、図３及び図４を用いて説明する。上記の通り、第１の現像バイアスは、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の現像バイアスは、直流電圧がＶｄｃ２、交流電圧がＶｐｐ２、デューティ比がＤｍａｇ、周波数ｆ２の合成波形Ｖｍａｇである。また、第２の現像バイアスの交流成分は、第１の現像バイアスの交流成分と同周波数、逆位相であり、第１の現像バイアスよりデューティ比が大きくなるよう設定している。
【００７２】
また、第１の現像バイアスのＶｐｐ１の周波数ｆは、例えば１〜５ｋＨｚに設定することができ、例えば第２の現像バイアスＶｐｐ２の周波数と等しくすることができる。しかし、デューティ比や周波数は、特に限定されるものではなく、現像ローラ２２へのトナー層２９の形成状態や、感光体ドラム１ａ上の静電潜像への現像状態等により適宜設定すれば良い。
【００７３】
図３に示すように、現像ローラ２２には、第１の現像バイアスが印加される。また、磁気ローラ２３には、第１の現像バイアスに、第２の現像バイアスが重畳して印加されるため、磁気ローラ２３に印加される合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖは、図４（ｂ）に示すようなＶ（ｍａｘ）とＶ（ｍｉｎ）を有する。しかし、現像ローラ２２及び磁気ローラ２３間の電界では第１の現像バイアスが相殺されるため、第２の現像バイアスのみが印加される状態となっている。このとき、現像ローラ２２と感光体ドラム１ａ間には第１の現像バイアスのみが印加される状態となっている。
【００７４】
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の現像バイアスによる影響を受けることがない。
【００７５】
一方、第２の電源３１に対して、第１の電源３０を重畳することも可能である。しかし、かかる構成では、現像ローラ２２及び磁気ローラ２３間の電界は第２の現像バイアスが相殺されて第１の現像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の現像バイアス及び第２の現像バイアスが印加されるため、第１及び第２の現像バイアスを独立して設定す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。
【００７６】
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、磁気ローラ２３に第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。
【００７７】
また、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の現像バイアスを、別個のグランドに電気的に接続することも可能である。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の現像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７（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。
【００７８】
しかし、かかる構成で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。
【００７９】
また、第１の現像バイアスのＶｐｐ１若しくは第２の現像バイアスのＶｐｐ２の設定を変化させた場合、現像ローラ２２にはＶｐｐ１が、磁気ローラ２３にはＶｐｐ２が、それぞれ不可避的に印加されるため、Ｖｐｐ１とＶｐｐ２とを独立して変化させた場合、互いに影響を及ぼすためバイアス設定が困難となる。
【００８０】
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することにより、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。
【００８１】
また現像ローラ２２と感光体ドラム１ａ間に形成される第１の現像バイアスも第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の現像バイアスは、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の現像バイアスのみに依存している。
【００８２】
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の現像バイアスと第２の現像バイアスとを、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。
【００８３】
従って、第１の現像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の現像バイアスの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と感光体ドラム１ａとの間、及び、現像ローラ２２と磁気ローラ２３との間のバイアスのバランスを容易に取ることができる。
【００８４】
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）に示すように別個のグランドに電気的に接続した場合と異なり、第１の現像バイアスにはＶｐｐ２が印加されない。このため、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。従って、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よりも第１の現像バイアスのＶｐｐ１を大きくすることが好ましい。
【００８５】
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。
【００８６】
そして、現像ローラ２２に印加される第１の現像バイアスの交流成分により感光体ドラム１ａと現像ローラ２２との間に形成される交流電界うち、トナーと逆極性側のピーク電界の絶対値を３×１０6Ｖ／ｍ以上且つリーク電界以下とすることとした。
【００８７】
上記のように第１の現像バイアスＶｓｌｖの印加により現像ローラ２２と感光体ドラム１ａとの間に電位差が生じると、これらの間に電界Ｅが形成される。電界とは、１クーロン（Ｃ）の電荷に働く力の強さであり、[感光体ドラム１ａに対する現像ローラ２２の電位差（Ｖ）]／[現像ローラ２２と感光体ドラム１ａとの間のギャップ（ｍ）]で表される。また、Ｖｓｌｖの交流成分Ｖｐｐ１の印加によって感光体ドラム１ａと現像ローラ２２との間に形成される交流電界Ｅｐｐにより、トナーは現像ローラ２２と感光体ドラム１ａとの間を飛翔する。
【００８８】
また、交流電界Ｅｐｐのうち、トナーと同極性側のピーク電圧値Ｖｐｐ１（ｍａｘ）によって形成されるピーク電界（トナーと同極性側のピーク電界）値Ｅｐｐ（ｍａｘ）により、トナーに現像ローラ２２から感光体ドラム１ａへ飛翔する力が付与され、トナーと逆極性側のピーク電圧値Ｖｐｐ１（ｍｉｎ）によって形成されるピーク電界（トナーと逆極性側のピーク電界）値Ｅｐｐ（ｍｉｎ）により、トナーに感光体ドラム１ａから現像ローラ２２へと飛翔する（戻る）力が付与される。
【００８９】
トナーを感光体ドラム１ａから引き剥がす力は、静電潜像表面に担持されたトナーがＥｐｐ（ｍｉｎ）から受ける現像ローラ２２へと戻る力と、静電潜像のトナー保持力との差によって得られる。また、トナー保持力はトナーの鏡像力の影響を受け、かかるトナーの鏡像力はトナーの帯電量の２乗に比例する。また、上記戻る力もトナー帯電量に比例する。これらを考慮すると、トナーの帯電量によって、トナーを静電潜像から剥がし難くなる場合がある。
【００９０】
一方、トナーの帯電量は、例えばトナーの材質や現像装置３ａ内での摩擦による帯電能力に依存する。また、トナーの帯電量が大きくなると現像ローラ２２上のトナー薄層が薄くなり、現像性が低下する傾向にあり、一方、かかる帯電量が小さくなると、トナー薄層が厚くなり、トナーの飛散が大きくなる傾向にあり、現像性に影響を及ぼすおそれがある。これらを考慮すると、トナーの帯電量は例えば５Ｃ／ｇ以上２０Ｃ／ｇ以下とすることができ、１０Ｃ／ｇ以上２０Ｃ／ｇ以下とすることがより好ましい。
【００９１】
そして、Ｖｐｐ１（ｍａｘ）を大きくすると、Ｅｐｐ（ｍａｘ）は大きく、すなわちＥｐｐ（ｍａｘ）の絶対値｜Ｅｐｐ（ｍａｘ）｜は大きくなり、トナーは感光体ドラム１ａへと飛翔し易くなる。一方、Ｖｐｐ１（ｍｉｎ）を小さくすると、Ｅｐｐ（ｍｉｎ）が小さく、すなわちＥｐｐ（ｍｉｎ）の絶対値｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜は大きくなり、トナーは現像ローラ２２へと戻り易くなる。
【００９２】
このように、Ｖｐｐ１の印加により、Ｖｐｐ１（ｍａｘ）によって形成されたＥｐｐ（ｍａｘ）によりトナーが現像ローラ２２から感光体ドラム１ａに飛翔し、静電潜像に一旦担持される。担持されたトナーは、Ｖｐｐ１（ｍｉｎ）によって形成されたＥｐｐ（ｍｉｎ）により感光体ドラム１ａから現像ローラ２２へと戻ろうとする。
【００９３】
ここで、感光体ドラム１ａ上の静電潜像を現像する際、感光体ドラム１ａから現像ローラ２２へと戻る側の電界Ｅｐｐ（ｍｉｎ）が弱い場合には、感光体ドラム１ａ上で一旦静電潜像に担持されたトナーが該潜像から引き剥がされ難くなり、不均一に担持されたトナーはそのまま担持され、現像性の均一性に影響を及ぼすおそれがある。
【００９４】
そこで、Ｅｐｐ（ｍｉｎ）の絶対値｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜を３×１０6Ｖ／ｍ以上とすることにより、感光体ドラム１ａに形成された静電潜像に担持されたトナーに、静電現像のトナー保持力に抗して飛翔するのに十分な力を作用させることとした。このように、トナーを静電潜像から引き剥がすのに十分な電界を形成することにより、トナーの再編成を促進することができる。また、ギャップに拘らず、静電潜像上に担持されたトナーに、トナーを引き剥がすのに十分な力を作用させることができる。
【００９５】
そして、感光体ドラム１ａから引き剥がされたトナーは、再度Ｅｐｐ（ｍａｘ）により感光体ドラム１ａへと飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像に担持される。これが所定時間の間に繰り返されることにより、感光体ドラム１ａに一旦担持されたトナーの再編成が起こり、トナーは静電潜像上の適切な位置に担持される。
【００９６】
このように、トナーが静電潜像上の適切でない場所に一旦担持されても、再度適切な位置に担持させることができるため、静電潜像上におけるトナーの再編成が可能となり、現像性を均一にすることができる。特に、α−Ｓｉの場合には、前述したエッジ効果による低諧調ドットの現像性が不均一になり易いが、かかるトナーの再編成を行うことにより、現像性を均一にすることができ、効果的である。
【００９７】
また、正帯電トナーを用い、感光体ドラム１ａと現像ローラ２２との間のギャップを例えば２００μｍとする場合、感光体ドラム１ａに対するＶｐｐ１（ｍｉｎ）を−６００Ｖ以下に設定することにより、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜が３×１０6Ｖ／ｍ以上となるよう適宜設定することができる。また、Ｅｐｐのうちトナーと同極性側のピーク電界Ｅｐｐ（ｍａｘ）に大きく影響されることなくトナーの再編成を促進することができるため、Ｅｐｐ（ｍａｘ）の取り得る値の範囲を大きくすることができる。
【００９８】
これにより、例えば、画像濃度等の変動に応じて、Ｅｐｐ（ｍｉｎ）を上記範囲内で一定としつつＥｐｐ（ｍａｘ）を適宜可変するようＶｐｐ１（ｍｉｎ）、Ｖｐｐ１（ｍａｘ）を調整することにより、種々の画像濃度に対応することも可能となる。このように、第１の現像バイアスＶｓｌｖの設定の自由度が大きくなり、バイアス調整が容易になる。
【００９９】
かかる観点、及び、静電潜像からより十分にトナーを剥ぎ取るという観点からは、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜を大きくすることが好ましく、例えば３．１５×１０6Ｖ／ｍ以上とすることが好ましく、３．３×１０6Ｖ／ｍ以上がより好ましい。｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜を３．１５×１０6Ｖ／ｍ以上とすることにより、Ｅｐｐ１（ｍａｘ）及びＶｐｐ１（ｍａｘ）に拘らずトナーの再編成をより促進することができ、より容易に現像性を均一にすることができる。なお、上記ギャップは、特に限定されるものではなく、現像ローラ２２及び感光体ドラム１ａの材質や現像性等に応じて適宜設定することができる。
【０１００】
一方、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜が大きくなると、現像ローラ２２と感光体ドラム１ａとの間のリーク電界Ｅｒを超え、リークが発生するおそれがある。従って、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜は、リーク電界Ｅｒ以下とする。リーク電界Ｅｒは、現像ローラ２２及び感光体ドラム１ａの表面特性、現像ローラ２２と感光体ドラム１ａとの間のギャップ等により変化するため、例えばこれらを考慮して設定することができる。リーク発生のおそれをより回避するという観点から、例えば｜Ｅｐｐ（ｍａｘ）｜を４．５×１０6Ｖ／ｍ以下とすることができる。
【０１０１】
ここでは、磁気ローラ２３に印加する第２の現像バイアスを現像ローラ２２に印加する第１の現像バイアスに重畳したため、前述のように第１の現像バイアスと第２の現像バイアスとを独立して設定することができ、第２の現像バイアスへの影響を考慮することなく第１の現像バイアスを上記の通り設定することができる。これにより、Ｖｐｐ１（ｍｉｎ）の設定が容易となり、Ｅｐｐ（ｍｉｎ）を上記範囲に調整し易くなる。なお、Ｖｄｃ１は、Ｖｄｃ１とＶｐｐ１（ｍｉｎ）、及びＶｄｃ１とＶｐｐ１（ｍａｘ）とでそれぞれ囲まれた面積が等しくなるように印加することができる。
【０１０２】
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の現像バイアスの合成波形Ｖｍａｇが印加され、磁気ローラ２３と現像ローラ２２との間の電界Ｅｐｐ（ｍａｘ）によって現像ローラ２２にトナー２６のみのトナー層２９を形成する。
【０１０３】
次に、露光されて感光体ドラム１ａ上に形成された潜像は、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜が上記範囲となるようＶｐｐ１（ｍｉｎ）が調整された、図４（ａ）に示す第１の現像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。
【０１０４】
そして、感光体ドラム１ａ上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の現像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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
なお、負帯電トナーを用いた場合には、上記実施形態においてＶｐｐ１（ｍａｘ）及びＶｐｐ１（ｍｉｎ）の正負が逆転するため、Ｖｐｐ１（ｍａｘ）を小さくすると｜Ｅｐｐ（ｍａｘ）｜は大きくなり、Ｖｐｐ１（ｍｉｎ）を大きくすると、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜が大きくなる。よって、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜が３×１０6Ｖ／ｍ以上となるようにＶｐｐ１（ｍａｘ）を設定するためには、例えば上記のようにギャップを２００μｍとした場合、Ｖｐｐ１（ｍａｘ）を６００Ｖ以上に設定すればよい。
【０１０７】
また、現像したトナー像や記録媒体に転写された画像の反射濃度を検知する反射濃度センサ等の検知手段を設け、該検知手段の検知結果に基づき、上記のように、Ｅｐｐ（ｍｉｎ）を上記範囲内で一定としつつＥｐｐ（ｍａｘ）を可変することもできる。これにより、画像濃度に応じて適切な現像を行うことができ、現像性を均一としつつ画像濃度不良を防止することができる。
【０１０８】
また、トナーの帯電量の変動によって現像性等に影響を及ぼすおそれがあるため、例えば、トナーの帯電量を検知する帯電量検知センサ等の検知手段を設け、該検知結果に基づき、Ｅｐｐ（ｍｉｎ）を上記範囲内で可変することもできる。これにより、現像性を均一としつつ画像濃度不良等の現像性不良を防止することができる。
【０１０９】
また、トナーの帯電量は、装置の環境条件によっても影響されるため、現像装置３ａ内に環境温度や環境湿度等を検知する温度検知センサや湿度検知センサ等の検知手段を設け、該検知結果に基づきＥｐｐ（ｍｉｎ）を上記範囲内で可変することもできる。これにより、現像性を均一としつつ上記現像性不良を防止することができる。
【０１１０】
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、トナーを飛翔させて現像可能な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。
【０１１１】
以下、本発明について実施例により更に具体的に説明する。
【実施例】
【０１１２】
図１に示したタンデム式カラー画像形成装置に、上記実施形態の現像装置３ａ〜３ｄ（図１、図２参照）を搭載し、下記の条件で現像ローラ２２にトナー層２９を形成し、感光体ドラム１ａ上に現像し、転写紙Ｐに転写した。
【０１１３】
感光体ドラム１ａとしてα−Ｓｉを用い、この表面電位を３５０Ｖとした。また、磁気ローラ２３のＶｄｃ２を２００Ｖ、Ｖｐｐ２を１８００Ｖ、デューティ比を７０％、周波数を４．５ｋＨｚとした。また、感光体ドラム１ａと現像ローラ２２との間のギャップを２００μｍとした。また、トナーの個数平均粒径を６μｍ、キャリアの個数平均粒径を３５μｍとし、トナー帯電量を１５μＣ／ｇとした。また、現像ローラ２２のデューティ比を４５％、周波数を４．５ｋＨｚとした。
【０１１４】
そして、感光体ドラム１ａに対するＶｐｐ１（ｍａｘ）の電位差を１０６０Ｖから１４３０Ｖまでの間で適宜変化させることにより、図８に示すようにＥｐｐ（ｍａｘ）を５．４×１０6Ｖ／ｍ〜７．１５×１０6Ｖ／ｍまでの間で適宜変化させ、感光体ドラム１ａに対するＶｐｐ１（ｍｉｎ）の電位差を−８７０Ｖから−３８０Ｖまでの間で変化させることにより、図８に示すようにＥｐｐ（ｍｉｎ）を−４．３５×１０6Ｖ／ｍから−１．９×１０6Ｖ／ｍまでの間で適宜変化させた。また、Ｖｄｃ１は、Ｖｄｃ１とＶｐｐ１（ｍｉｎ）、及びＶｄｃ１とＶｐｐ１（ｍａｘ）とでそれぞれ囲まれた面積が等しくなるよう印加した。
【０１１５】
かかる条件で現像を行い、転写紙Ｐに転写し、感光体ドラム１ａ上の潜像部面積と非潜像部面積とのドット幅を変化させたときのドットに対する現像性バラツキを調べた。標準偏差が８μｍ未満の場合、現像性が均一であるとし、標準偏差が８μｍ以上の場合、現像性が不均一であるとした。結果を図８に示す。
【０１１６】
図８は、現像ローラ２２と感光体ドラム１ａとの間の電界Ｅｐｐ（ｍａｘ）及びＥｐｐ（ｍｉｎ）が現像性の均一性に及ぼす影響を示す図である。図８では、横軸をＥｐｐ（ｍａｘ）、縦軸をＥｐｐ（ｍｉｎ）とし、図中、標準偏差が８μｍ未満の場合を丸で示し、８μｍ以上の場合を菱形で示した。
【０１１７】
図８に示すように、Ｅｐｐ（ｍｉｎ）が−３×１０6Ｖ／ｍ以下、すなわち｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜が３×１０6Ｖ／ｍ以上の場合には、標準偏差を８μｍ未満とすることができ、現像性を均一とすることが可能であった。また、リークも認められなかった。これに対し、Ｅｐｐ（ｍｉｎ）が−３×１０6Ｖ／ｍ超、すなわち｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜が３×１０6Ｖ／ｍ未満の場合には、リークは認められなかったが、いずれの条件においても標準偏差が８μｍ以上となり、現像性が不均一であった。
【０１１８】
この結果、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜を３×１０6Ｖ／ｍ以上且つリーク電界以下とすることにより、現像性を均一にできることがわかった。また、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜が３×１０6Ｖ／ｍ付近では、トナーと同極性側の電界Ｅｐｐ（ｍａｘ）を可変することにより、現像性を均一にすることができた。さらに、｜Ｅｐｐ（ｍｉｎ）｜が３．１５×１０6Ｖ／ｍ以上では、Ｅｐｐ（ｍａｘ）に拘らず現像性の不均一を防止することができた。
【０１１９】
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２２及び磁気ローラ２２の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。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
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、を備え、前記トナー担持体及び前記トナー供給部材に直流及び交流成分から成る現像バイアスを印加し、前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される電界により前記トナー担持体から前記像担持体表面の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の現像バイアスを印加する第１のバイアス印加手段と、前記トナー供給部材に前記第１の現像バイアスと独立して設定可能な第２の現像バイアスを印加する第２のバイアス印加手段と、が設けられ、前記電界は、前記第１の現像バイアスの印加により形成され、前記交流電界のうちトナーと逆極性側のピーク電界の絶対値を３×１０6Ｖ／ｍ以上且つリーク電界以下とするものである。
【０１２１】
これにより、トナーが像担持体からトナー担持体へと戻り易くなるため、像担持体上の静電潜像に担持されたトナーの再編成を促進することができ、静電潜像に対する現像性を均一にすることができる。
【０１２２】
また、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の現像バイアスに第２の現像バイアスを重畳して印加することにより、第１の現像バイアスの交流成分と、第２の現像バイアスの交流成分とを、互いに影響を及ぼすことなくそれぞれ独立して設定することができる。これにより、第１及び第２の現像バイアスの印加条件を容易に設定することができ、より容易にトナーの再編成を促進することができる。
【０１２３】
また、像担持体を、アモルファスシリコンから成るものとすることにより、潜像部と非潜像部との間のエッジ効果の影響が大きく、現像性に不均一が生じ易い条件下においても、現像性を均一にすることができるため、効果的となる。また、上記現像装置を備えた画像形成装置とすることにより、現像性が均一な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】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。
【図２】は、本発明の現像装置の構成を示す側面断面図である。
【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。
【図４】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の現像バイアスの波形を示す摸式図であり、図４（ａ）は、第１及び第２の現像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。
【図５】は、第１の現像バイアスが印加されたときの現像ローラ又は第２の現像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。
【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。
【図７】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の現像バイアスの波形を示す摸式図であり、図７（ａ）は、第１及び第２の現像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。
【図８】は、現像ローラと感光体ドラムとの間の電界が現像性の均一性に及ぼす影響を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
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              現像ローラ（トナー担持体）
２３              磁気ローラ（トナー供給部材）
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
【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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