(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真法により潜像を形成する感光体に対面配置し、第１の直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記感光体上に形成された潜像にトナーを飛翔させて現像する現像ロールと、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記現像ロールに接触させるとともに第２の直流バイアスによって前記現像ロールにトナー薄層を形成する磁気ロールとを配した現像装置を有する画像形成装置における現像方法において、
前記磁性キャリアに４０μｍ以下の小径のキャリアを用いて、前記現像ロール上に感光体上の潜像の現像に用いるトナー薄層を形成するに際し、現像ロール１周目のトナー薄層形成時における前記第１と第２の直流バイアス間の電位差を、現像ロール２周目以降のトナー薄層形成時における電位差より大きく設定するとともに、前記現像ロール２周目以降のトナー薄層形成時における電位差を１００Ｖから２５０Ｖに設定した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１周目における第１と第２の直流バイアス間の電位差と、２周目以降の電位差の差を４５〜５５Ｖとした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】
前記第１と第２の直流バイアス間の電位差を、画像形成前後、及び画像形成と次の画像形成の間や連続画像形成時における記録媒体間などの非画像形成期間に、前記現像ロールと磁気ロールを回転させたまま等しくした等電位状態を発生させると共に前記交流バイアスのみを印加し、前記現像ロール上のトナーを前記磁気ブラシと交流バイアスで入れ替えることを特徴とする請求項１または２に記載した画像形成装置における現像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式により画像を形成する感光体を有した複写機、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、現像ロール上に帯電したトナーのみを保持させて静電潜像担持体（感光体）上の静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした非接触現像方式を用い、現像履歴や連続印字時における画像濃度の変動を抑え、長期にわたって安定した画像を維持できる画像形成装置における現像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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、現像ロール上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像担持体（感光体）上の静電潜像に飛翔させて潜像を現像する非接触現像方式は、非接触の１成分現像の手段として検討されてきたが、近年、高速画像形成が可能な現像方式として、特に静電潜像担持体（感光体）上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用としても検討されてきた。この方式では、静電潜像担持体（感光体）上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技術として注目されている。
【０００３】
また、近年高速化のため、複数色のそれぞれに対応した複数の感光体を用い、記録部材の送りに同期させてカラー画像を形成し、記録部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきている。この方式では、高速性に優れている利点があるものの、各色の電子写真プロセス部材を並べて配置しなければならないために大型化する欠点を有していた。この対策として、感光体同志の間隔を狭くし、小型化した画像形成ユニットを配置した小型タンデム型画像形成装置が提案されている。
【０００４】
そしてこのように構成された小型のタンデム型画像形成装置においては、画像形成ユニットの幅方向のサイズを極小にするため、現像装置を縦型とすることが有利である。すなわち、感光体の上部方向に現像装置を配置することがレイアウト上望ましい。しかしながら従来の２成分現像方式では、このように現像装置を縦型に配置した場合、現像剤の還流、すなわち現像剤撹拌部から感光体に近接した現像部材への供給が複雑になり、装置の小型化に限界が生じると共に感光体へのキャリアの付着、トナーの帯電量低下によるトナーの飛散が避けられないという問題があった。
【０００５】
他の方法として、キャリアを用いない１成分現像方式も提案されているが、現像ロールを感光体に接触する方式では感光体のトルク変動をきたし、タンデム型の弱点である色ずれを助長させてしまう欠点があった。また、感光体に非接触な方式では、トナーをチャージロールで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ロール上の層厚を規制していたため、トナーの添加剤がチャージロール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しまって画像欠陥をきたすことがあった。
【０００６】
これらの問題を解決する手段の一つとして、タンデム型画像形成装置においても、前記したような２成分現像剤を用いて用いてトナーを帯電させ、その後感光体に対して非接触でトナーを飛翔させる方式が提案されてきた。このような従来技術としては、米国特許第３，８６６，５７４号公報に、静電潜像担持体（感光体）に対して非接触に設置したドナーロール（現像ロール）上に非磁性トナーで薄層を形成し、交流電界によって静電潜像担持体（感光体）上の潜像に該トナーを飛翔させる提案がなされている。また米国特許第３，９２９，０９８号公報には、磁気ロールを用いて現像剤をドナーロールに進ませ、このドナーロール上にトナーを転移させてトナー層を形成する現像装置が示されている。
【０００７】
そして理論面では、電子写真学会誌第１９巻第２号（１９８１）に東芝(株)から、二成分現像剤を用いた現像ロール上のトナー層の形成についての報告がなされ、特開昭５９−１２１０７７号公報に特許としての出願がある。
【０００８】
しかしながらこれらの提案では、二成分現像剤を採用してドナーロール上への薄層形成は可能なものの、トナーの帯電が高くなった場合にドナーロール上のトナーの分離が困難になり、強い交流電界が必要とされる。この電界が静電潜像担持体（感光体）上のトナー層を乱してしまうので、色重ねなどには問題を有していた。そのため特開平３−１１３４７４号公報には、ドナーロールと静電潜像担持体（感光体）の間にワイヤーからなる補助電極を設け、この補助電極に弱い交流電界を印加して現像されたトナーを乱さないようにした、いわゆるパウダークラウド現像法が提案されている。
【０００９】
また、上記した従来の技術は、トナーの帯電制御が複雑で、感光体に高い表面電位と大きな現像電界を印加することを必要としていた。そのため、現像ロール上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、そのロール上におけるトナーの付着状態とトナーの電位差にばらつきが生じる関係から、図５に示したように前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象、いわゆる履歴現象が発生しやすいという不具合がある。すなわちこの図５において、５０、５１は矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像であり、５２、５３はそれに続くこのソリッド画像より広いハーフトーン画像で、現像ロール上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じた場合、このソリッド画像５０、５１に続けてこのハーフトーン画像５２、５３を印字すると、図５（ｂ）における５４のような残像（ゴースト）が生じる。
【００１０】
これを防止するため特開平１１−２３１６５２号公報には、現像ロール上の現像残トナーを掻き取るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置に関しての提案がなされている。また、現像ロール上のトナーを確実に回収する方法として、特開２０００−８１７８８公報に、専用の回収ロールを用いる提案がなされている。さらに、特開平７−７２７３３号公報、特開平７−９２８０４号公報には、コピーとコピーの間や紙間を利用して電位差で現像ロール上のトナーを磁気ロールに回収し、トナーの帯電を安定させる方法が提案され、さらに磁気ブラシを用いた履歴現象の対応策として、特開平７−１２８９８３号公報に、磁気ロールの磁束密度の半値幅領域を広く設定することにより、現像ロール上のトナーの回収と供給を図る提案がなされている。
【００１１】
また、タンデム型の現像装置の制御方法として特開昭６３−２４９１６４号公報には、転写工程を行っている画像形成部以外の画像形成部における現像装置の動作を停止させ、現像剤の劣化を防ぐようにした出願がなされている。また、特開平６−６７５４６号公報には、現像ロールと磁気ロール間に印加する高圧を高周波数で切り替え、磁気ロールから現像ロールにトナーを供給する電界と現像ロールから磁気ロールにトナーを剥離する電界とを交互に形成する技術、また、磁気ロールとは別にトナー剥離部材を設け、現像ロール上のトナーを電気的に剥離して回収し、その後、剥離回収されたトナーを電気的に磁気ロールに回収させる技術が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記特開平３−１１３４７４号公報に記載されたパウダークラウド現像法は、補助電極のワイヤーが非常に汚れやすく、また、振動による画像劣化等が発生するため、あまり一般的な方法とはなっていない。さらに特開平１１−２３１６５２号公報、特開平７−７２７３３号公報、特開平７−９２８０４号公報、特開平７−１２８９８３号公報、特開昭５９−１２１０７７号公報、特開２０００−８１７８８公報などに示された装置も、トナーの掻き取り装置や回収ロールの設置が必要であったり、特別な回収バイアスの印加などによってトナーのストレスが増し、トナーの耐久性能劣化の要因になったり、次の現像タイミングでの現像ロールの層形成に時間を要し、高速性を損なったりしていた。また長期使用時に、キャリアの耐久性能劣化によってトナーの帯電性が変化し、現像ロール上のトナーの帯電特性が大きく変化して補給トナーや回収トナーの帯電の分布が広くなり、帯電不良によるトナーの飛散やカブリの原因になっていた。さらに劣化したキャリアの交換の煩わしさがあり、実用にはいたっていないのが実情である。
【００１３】
また、タンデム型の現像装置の制御方法としての特開昭６３−２４９１６４号公報や特開平６−６７５４６号公報に示された装置は、転写工程を行っている画像形成部以外の現像装置の動作を停止させたり、現像ロールと磁気ロール間に印加する高圧を高周波数で切り替える装置や制御が必要であり、高価にならざるを得ないと共に、現像装置はトナーロールや磁気ロール、及び撹拌部材を横に並べた構成となっており、小型化が難しいという欠点がある。
【００１４】
またこれら従来の技術においては、現像ロール上に感光体上の潜像の現像に用いるトナー薄層を形成するに際し、現像ロールが一周した後で２周目の現像に入った時、現像ロール上のトナー層のトナー量が異なってしまうことがあり、また、高濃度の現像を行った後では、２周目以降でトナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を招くという現象も生じた。こういった現象を解消するためには、現像タイミングまでに現像ロールを空回しして十分なトナー量を確保したり、現像間隔を充分確保する等の方法が考えられるが、感光体に対し現像ロールの回転数を上げると現像剤に対する負荷が増大し、トナーの帯電の劣化を生じてしまい、また、現像間隔を充分確保すると印字速度が低下してしまって問題解決に至らない。
【００１５】
本発明は上記の事情に鑑み、長期間安定した画像品質が得られる小型タンデム画像形成装置に好適な小型のハイブリッド型の現像装置を構成できる現像方法を提供すると同時に、現像装置を複雑にすることなく現像ロール上のトナー層のトナー量を常時一定とし、連続現像時の残像の発生を防いで確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給して、トナー量が異なったり画像濃度の低下を招くことなく、長期にわたって安定した画像品質を維持できる現像装置における制御方法を提供し、それによって画像品質を安定させたタンデム画像形成装置を小型に、安価に、構成することが課題である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明においては、請求項１に記載したように、
電子写真法により潜像を形成する感光体に対面配置し、第１の直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記感光体上に形成された潜像にトナーを飛翔させて現像する現像ロールと、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記現像ロールに接触させるとともに第２の直流バイアスによって前記現像ロールにトナー薄層を形成する磁気ロールとを配した現像装置を有する画像形成装置における現像方法において、
前記磁性キャリアに４０μｍ以下の小径のキャリアを用いて、前記現像ロール上に感光体上の潜像の現像に用いるトナー薄層を形成するに際し、現像ロール１周目のトナー薄層形成時における前記第１と第２の直流バイアス間の電位差を、現像ロール２周目以降のトナー薄層形成時における電位差より大きく設定するとともに、前記現像ロール２周目以降のトナー薄層形成時における電位差を１００Ｖから２５０Ｖに設定したことを特徴とする。
【００１７】
このように、現像ロール上に感光体上の潜像の現像に用いるトナー薄層を形成するに際し、１周目のトナー薄層形成時における第１と第２の直流バイアス間の電位差を、２周目以降のトナー薄層形成時における電位差より大きく設定することにより、従来、第１と第２の直流バイアス間の電位差を１周目も２周目以降も同一とした場合に生じていた、２周目の現像に入った時に現像ロール上におけるトナー層のトナーの量が１周目と異なる現象、及び高濃度の現像を行った後で、２周目以降におけるトナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を招く現象が防止でき、現像に当たって現像ロールの１周目から必要な量のトナー層が確保できると共に、高濃度の現像を行った後でもトナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を招くことがない。
【００１８】
そのため、連続現像時の残像の発生を防ぐことができ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給して、トナー量が異なったり画像濃度の低下を招くことなく、長期にわたって安定した画像品質を維持できる現像装置における制御方法を提供でき、それによって画像品質を安定させたタンデム画像形成装置を小型に、安価に、構成することができる。
【００１９】
そしてこの２周目以降より大きく設定した１周目の電位差は、請求項２に記載したように、
前記１周目における第１と第２の直流バイアス間の電位差と、２周目以降の電位差の差を略４５〜５５Ｖ程度としたことを特徴とする。
【００２０】
すなわち、この２周目以降より大きく設定した１周目の電位差を、２周目以降の電位差より５５Ｖを超えて大きく設定した場合、現像ロール上のトナー量が増大してトナー飛散の原因となり、また、４５Ｖ未満とした場合は顕著な効果が見られないが、略５０Ｖ程度（４５〜５５Ｖ）に設定することでこのような現象が防止でき、前記した現像に当たって現像ロールの１周目から必要な量のトナー層が確保できると共に、高濃度の現像を行った後でもトナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を招くことがない。
【００２１】
そしてさらに本発明においては、請求項３に記載したように、
前記第１と第２の直流バイアス間の電位差を、画像形成前後、及び画像形成と次の画像形成の間や連続画像形成時における記録媒体間などの非画像形成期間に、前記現像ロールと磁気ロールを回転させたまま等しくした等電位状態を発生させると共に前記交流バイアスのみを印加し、前記現像ロール上のトナーを前記磁気ブラシと交流バイアスで入れ替えることを特徴とする。
【００２２】
このように非画像形成期間に現像ロールと磁気ロールを回転させたまま、第１と第２の直流バイアス間の電位差を等しくした等電位状態を発生させると共に前記交流バイアスのみを印加することで、現像残のトナーは掻き取りブレードなどの特別な装置を設けたりトナーに負担をかけたりすることなく、磁気ロール上の磁気ブラシが現像ロール上のトナー層に接触して各ロールの周速差によるブラシ効果で回収することができ、かつ、ミキサーでの撹拌による現像剤の入れ替えが可能になる。従って、残像の原因となる現像残トナーを容易に回収し、カブリの発生を回避しつつ残像の発生を抑制して、鮮明な画像を形成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２４】
図１は本発明になる現像方法を実施するタンデム型画像形成装置の一実施例の概略構成であり、図２は本発明になる現像方法を実施する現像装置の断面図、図３は本発明における現像方法を説明するための図、図４は本発明になる現像方法と従来の現像方法における現像ロールの回転回数によるトナー層形成状況を示したグラフである。
【００２５】
図１において、１はタンデム型画像形成装置本体、２は現像装置、３は感光体、４は露光ユニット、５は記録媒体の搬送ベルト、６は現像剤容器、７は記録媒体を収容した給紙カセット、８は感光体３を帯電させるための帯電器、９は感光体３上のトナー像を記録媒体に転写するための転写バイアスを印加するための転写装置、１０は記録媒体に転写されたトナー像を定着する定着装置であり、本発明においては、現像装置２は感光体３に対して隣接し、略垂直の方向に配置される。図２において、２０はトナー薄層を担持して感光体３上の静電潜像を現像する現像ロール、２１は内部に配設された磁石によって現像剤に含まれるキャリアで磁気ブラシを発生させ、現像ロール２０上にトナー薄層を形成する磁気ロール、２２は現像剤を撹拌すると共に、現像ロール２０上の現像残トナーを回収した磁気ブラシを掻き取って現像剤を回収して撹拌するパドルミキサー、２３は回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有する現像剤の撹拌ミキサー、２４は磁気ロール２１上の磁気ブラシの層規制をする穂切りブレード、２５はトナー濃度を検出するトナー濃度センサ、ＡＣ３０ｂは交流バイアス電源、ＤＣ３０ａ、ＤＣ３１ａは直流バイアス電源、２６は現像剤補給孔、２７は現像装置２に設けた仕切り壁である。
【００２６】
最初にタンデム型画像形成装置の動作を簡単に説明しておくと、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とキャリアからなる２成分現像剤は、現像剤容器６から図２に示した現像装置２の現像剤補給孔２６を通して補給され、撹拌ミキサー２３及びパドルミキサー２２によって撹拌されることでトナーが適正なレベルに帯電される。そしてこの現像剤によって磁気ロール２１上に磁気ブラシが形成され、穂切りブレード２４で層規制されながら一定の層厚で現像ロール２０に接触し、磁気ロール２１と現像ロール２０間の電位差、｜ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ｜（以下△と表現する）によって、その磁気ブラシから現像ロール２０上にトナーのみの薄層が形成される。この現像ロール２０上のトナーの薄層は、現像剤の抵抗や現像ロール２０と磁気ロール２１の回転速度差などによっても変化するが、上記の電位差△によっても制御することが可能であり、△を大きくすると現像ロール上のトナーの層が厚くなり、△を小さくすると薄い層になる。△の範囲は一般的に１００Ｖから２５０Ｖ程度が適切である。
【００２７】
そして図示していない制御回路からプリント開始の信号が来ると、図１における給紙カセット７から記録媒体が送り出されて搬送ベルト５に送られ、その記録媒体が各色の感光体３に達するタイミングに合うように、帯電器８による感光体３の帯電、露光ユニット４に送られた画像信号による感光体３への露光と潜像の形成、現像ロール２０への交流バイアスの印加による現像ロール２０上のトナーによる該潜像の現像が行われ、記録媒体が感光体３に達すると、転写装置９による転写バイアスが印加されて記録媒体にトナー像が転写される。そしてこの工程が、各色に対応した感光体３で順次繰り返され、各色の画像が記録媒体に順次転写されて定着装置１０で定着されて排紙される。
【００２８】
そして本発明においては、図２における磁気ロールのバイアスＤＣ３１ａの値を可変させることで、図３の３０に示すように現像ロール２０の現像開始１周目における電位差△を、２周目以降の電位差より大きく設定する。この電位差△の値としては、前記したように１００Ｖから、２５０Ｖの範囲で設定可能であるが、基準電位差を１５０Ｖに設定した場合、現像ロール２０の現像開始１周目における電位差△を略＋５０Ｖ程度（＋４５〜５５Ｖ）とするのが適当である。あまり大きな電位差を設定すると、現像ロール上のトナー量が増大し、トナー飛散の原因になる。また、４５Ｖ未満では顕著な効果が見られないことがある。
【００２９】
すなわち図３の３１に示したように、現像ロール２０の現像開始１周目における電位差△を２周目以降の電位差と同じとした場合、図４の４１に示すように、現像ロール２０の回転数が２回転となっても均一な現像性を得るのに必要なトナー量４２を現像ロール２０上に形成することができず、図５に示すような残像や連続印刷での濃度低下を生じてしまう。この現象は現像した後で現像ロール上のトナー量が不均一なために発生するが、前記した本発明のように、現像開始１周目における電位差△を、２周目以降の電位差より大きくとることにより、図４における４０に示すように、現像ロール２０の１回転目からトナーの層厚を一定にすることが可能になる。
【００３０】
そしてさらに本発明においては、各プロセスユニットの複数の画像を連続形成する際の１つの画像を現像してから次の画像の現像を開始するまでの非画像形成期間又は画像形成開始前の任意の設定時間に、前記現像ロール２０と磁気ロール２１、及びパドルミキサー２２を回転させたまま現像ロール２０と磁気ロール２１の表面電位ＤＣ３１ａとＤＣ３０ａを等しくした等電位状態を発生させ、そしてこの等電位状態で前記現像ロール２０上の現像残トナーを磁気ブラシで回収する。なおこの非画像形成期間は、複数の画像を連続形成する際だけでなく、画像形成開始前、例えば図示していない制御回路からプリント開始の信号が来て記録媒体が給紙カセット７から搬送ベルト５に送り出されるまでの期間などでも良い。さらにこの非画像形成期間の検出も、図示していない制御回路からプリント開始の信号、露光ユニット４に送られる印字画像データなどに基づいて検出してもよいし、給紙カセット７において、記録媒体の先端や後端により検出するようにしてもよい。
【００３１】
そして現像ロール２０と磁気ロール２１の表面電位の等電位状態は、両表面電位差｜ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ｜（△）が０Ｖとなればよいから、例えば両電位を０Ｖとしたり、５０Ｖなど、任意の電位でおこなってもよい。またこの等電位状態は、現像ロール２０と磁気ロール２１の両表面電位を制御して実現してもよいし、片側の表面電位を他方に合わせるように制御してもよく、さらに非画像形成期間の全期間を等電位状態にするのではなく、一部分だけを等電位状態にするようにしてもよい。
【００３２】
このように、非画像形成期間、又は画像形成開始前に、現像ロールと磁気ロール、及びパドルミキサーを回転させたまま表面電位を等しくした等電位状態を発生させることにより、現像ロールにトナーが付着する静電気力が無くなり、その結果、現像ロールと磁気ロールとの周速差による磁気ブラシ効果により、トナーに負担をかけずに効率よく現像残トナーを磁気ロールに回収することができる。従って、残像の原因となる現像残トナーを容易に回収し、カブリの発生を回避しつつ残像の発生を抑制して、鮮明な画像を形成することができる。
【００３３】
そしてさらに本発明においては、現像ロール２０上のトナーのみの薄層のうち、感光体３上の潜像の現像に用いられなかったトナー、すなわち現像残トナーは、磁気ロール２１上に形成した磁気ブラシを現像ロール２０に接触させ、各ロールの周速差で生じるブラシ効果で回収できるようにした。そしてさらにこの磁気ロール２１の磁気ブラシで回収したトナーは、この磁気ブラシをパドルミキサー２２のパドルで掻き取ることで新しい現像剤と混合できるようにし、その混合した現像剤をさらに現像ロール２０に供給することで、掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、容易にトナーの回収と入れ替えを行える構成としてある。
【００３４】
本発明の現像方法を実施する現像装置に用いるキャリアとしては、体積固有抵抗が１０７Ωｃｍ、飽和磁化が７０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用いた。高磁力でしかも低抵抗キャリアとしては、マグネタイトキャリア、Ｍｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライトなどがあり、これらのキャリアをそのまま用いても良いが、抵抗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。このキャリアは、現像ロール２０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、抵抗値が１０６Ωｃｍ〜１０９Ωｃｍの範囲のキャリアであれば、現像ロール２０と磁気ロール２１間のニップで強固に静電的に付着したトナーを磁気ブラシで引き剥がし、現像に必要なトナーを供給することができる。
【００３５】
この時、トナーとの接点を増やすためには、４０μｍ以下の小径のキャリアを用い、キャリアの表面積を高めることが好ましい。このキャリアの抵抗値が１０６Ωｃｍ以下の低抵抗では、現像ロール２０上の現像残トナーを回収して現像ゴースト対策には有効であるが、正確な帯電をトナーに付与しカブリの発生の無い現像を維持することは困難であり、さらに長期間運転した場合に現像ロール表面からトナーが飛散し、帯電器や露光ユニット４を汚染する不具合を発生させてしまう。また、１０９Ωｃｍ以上の抵抗では、帯電性能を付与することは可能であるが帯電が上昇しやすい問題がある。キャリアの抵抗値を適正にすることで、現像ロール２０上のトナーを回収しつつ、確実に帯電させたトナーを現像ロール２０に再度投入することが可能になる。
【００３６】
一方トナーは帯電量を５〜２０μＣ／ｇに制御することで、トナー飛散、カブリを防止し、なお且つ、低電界で現像することによって現像ロール２１上に現像履歴現象を残さず、トナーの回収性に優れた現像システムを提供できる。帯電されたトナーは、キャリアと共に磁気ロール２１上に磁気ブラシを形成し、磁気ロール２１と現像ロール２０間の電位差｜ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ｜（△）で現像ロール２０上に薄層を形成し、感光体３との間の直流、交流の重畳されたバイアスによって感光体３に飛翔し、潜像を現像する。このとき現像ロール２０上の現像残トナーは、磁気ロール２１上に形成された磁気ブラシが現像ロール２０上のトナー層に接触することで、各ロールの周速差で生じるブラシ効果で回収され、パドルミキサー２２での撹拌によって掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、容易にトナーの回収と入れ替えを可能にする。
【００３７】
本発明におけるトナーの混合割合は、キャリアおよびトナーの合計量に対し、トナー２〜４０重量％、好ましくは３〜３０重量％、より好ましくは４〜２５重量％である。トナーの混合割合が２重量％未満であると、トナー帯電量が高くなって十分な画像濃度が得られなくなり、４０重量％を超えると十分な帯電量が得られなくなるため、トナーが現像装置から飛散し画像形成装置内を汚染したり、面像上にトナーカブリが生じる。
【００３８】
また、現像剤の入れ替えを促進するため本発明においては、磁気ロール２１の回転速度を現像ロール２０の速度より速く、かつ、現像ロール２０の回転速度の２倍未満に設定し、現像ロール２０上のトナーを回収すると共に、適切なトナー濃度に設定された現像剤を現像ロール２０に供給することで均一なトナー層を形成することが可能になる。
【００３９】
感光体３の感光材料としてａ−Ｓｉ感光体を用いた場合、その表面の露光後電位は１０Ｖ以下の非常に低い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。その一方で、潜像形成した時における感光体３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。この特性は、誘電率が約１０程度と高いａ−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。この場合、直流の現像バイアスＤＣ３０ａは１５０Ｖ以下、さらに好ましくは１００Ｖ以下とし、交流成分としてＡＣ３０ｂをＶｐ−ｐ５００〜２０００Ｖ、周波数を１〜３ｋＨｚに設定して現像することが可能である。
【００４０】
画像形成装置に用いる感光体３としては、従来から有機感光体（ＯＰＣ）が知られているが、このＯＰＣ感光体は感光層表面が軟らかく、クリーニングブレードの摺擦で感光層が削れやすいという問題があった。そこで、ＯＰＣ感光体と比較して表面が硬質であり、耐久性や機能保持性（メンテナンスフリー）に優れていることから、感光層の厚さが２５μｍ以上のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体が近年使用されている。しかしながら、ａ−Ｓｉ感光体はグロー放電分解法等を用いて製膜するため、このように感光層が厚いと製造時間や製造コストがかかり、経済的に不利であるが、前記したように膜厚を２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下とすることで、こういった問題も解決できる。
【００４１】
感光体３として正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合は、残留電位を１００Ｖ以下にするため、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。この場合でも、現像バイアスＤＣ３０ａは５００Ｖ以下、さらに好ましくは４００Ｖ以下に設定することが、トナーに強い電界をかけることを防止する意味でも好ましい。
【００４２】
この様に現像バイアスを低く設定することは、薄膜のａ−Ｓｉ感光体の絶縁破壊を抑制すると共にトナーの過剰帯電を防止し、現像の履歴現象の発生を抑止するのに有効である。また、現像ロール２０上に１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜７０μｍのトナー層を形成し、現像ロール２０と感光体３とのギャップを１５０〜４００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍとし、この空間を直流と交流電界によってトナーを感光体３上に飛翔させることで、鮮明な画像を得ることができる。
【００４３】
そして、穂切りブレード２４と磁気ロール２０とのギャップを０．３から１．５ｍｍ、磁気ロール２１と現像ロール２０間のギャップを同様に０．３から１．５ｍｍ程度とし、現像ロール２０上のトナーの薄層を、６から１００μｍ、好ましくは３０から７０μｍの厚さとなるようにした。この厚さは、トナーの平均粒径を７μｍとした場合、トナーの５層から１０層程度に相当する値である。また、現像ロール２０と感光体３との間のギャップを、１５０から４００μｍ、好ましくは２００から３００μｍとした。このギャップが１５０μｍより狭いとカブリの要因になり、４００μｍより広いとトナーを感光体３に飛翔させることが困難になって、十分な画像濃度を得ることが出来ない。また、選択現像を発生させる要因になる。
【００４４】
このような本発明になる現像方法を、図１に示したタンデム型画像形成装置による評価機における現像装置を用い、プロセス速度８４ｍｍ／ｓｅｃ、１４枚／分の速度で印刷を行って評価した。図３の３０は、この場合の磁気ロール２１と現像ロール２０間の電位差△のモデルを示し、図４の４０にこの場合の現像ロール２０上のトナー重量を示した。現像ゴーストを抑制し、高濃度の印刷を連続して行っても安定した濃度を維持するためには、現像ロール２０上に感光体上の潜像の現像に用いるトナー薄層を形成するに際し、図４の４２のように、現像ロール２０の回転数１回目から１．Oｍｇ／ｃｍ２以上のトナーを確保する必要があるが、本発明では、１周目から１．Oｍｇ／ｃｍ２以上のトナー重量を確保でき、安定した印刷が可能になった。
【００４５】
すなわち本発明になる現像方法を用いると、現像ロール２０の１回転目から必要なトナー量が得られており、それに伴い、図５に示したような残像が発生することも防止される。すなわち本発明の現像方法では、従来の現像方法のように現像タイミングまでに現像ロールを空回ししたり、十分な現像間隔を確保する等のことをせずに済み、現像剤に対する負荷の増大やトナーの帯電の劣化を生じる心配や、印字速度の低下などのことを生じることがなく、選択現像による現像性の低下の心配もない。これによって、カラー画像とモノクロ画像が混在した印刷を行う場合でも、各色の現像量を一定に保ち良好な現像性を維持することが可能になる。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、小型のタンデムカラー機であるにもかかわらず、ハイブリッド型の現像装置において現像ロールと磁気ロールの電位差を制御することによって、現像ロール上のトナー層を均一にすることが可能になる。また、各色の現像外タイミングで電位差をなくすことなどを盛り込むことで現像履歴を抑え、トナーの帯電を安定させ常に鮮明な画像を得ることができる。これによってカラー画像とモノクロ画像が混在した印刷を行う場合でも各色の現像量を一定に保ち良好な現像性を維持することが可能になる。
【００４７】
すなわち本発明の請求項１に記載した発明によれば、現像ロール上に感光体上の潜像の現像に用いるトナー薄層を形成するに際し、１周目のトナー薄層形成時における第１と第２の直流バイアス間の電位差を、２周目以降のトナー薄層形成時における電位差より大きく設定することにより、従来、第１と第２の直流バイアス間の電位差を１周目も２周目以降も同一とした場合に生じていた２周日の現像に入った時に現像ロール上におけるトナー層のトナーの量が１周目と異なる現象、及び高濃度の現像を行った後で、２周目以降におけるトナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を招く現象が防止でき、現像に当たって現像ロールの１周目から必要な量のトナー層が確保できると共に、高濃度の現像を行った後でもトナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を招くことがない。
【００４８】
そのため、連続現像時の残像の発生を防ぐことができ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給して、トナー量が異なったり画像濃度の低下を招くことなく、長期にわたって安定した画像品質を維持できる現像装置における制御方法を提供でき、それによって画像品質を安定させたタンデム画像形成装置を小型に、安価に、構成することができる。
【００４９】
そして請求項２に記載した本発明によれば、この２周目以降より大きく設定した１周目の電位差を、２周目以降の電位差より略５０Ｖを超えて大きく設定した場合、現像ロール上のトナー量が増大してトナー飛散の原因となり、また、５０Ｖ未満とした場合は顕著な効果が見られないが、このように略５０Ｖ程度に設定することによりこのような現象が防止でき、前記した現像に当たって現像ロールの１周目から必要な量のトナー層が確保できると共に、高濃度の現像を行った後でもトナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を招くことがない。
【００５０】
そして請求項３に記載した本発明によれば、非画像形成期間に現像ロールと磁気ロールを回転させたまま、第１と第２の直流バイアス間の電位差を等しくした等電位状態を発生させると共に前記交流バイアスのみを印加することで、現像残のトナーは掻き取りブレードなどの特別な装置を設けたりトナーに負担をかけたりすることなく、磁気ロール上の磁気ブラシが現像ロール上のトナー層に接触して各ロールの周速差によるブラシ効果で回収することができ、かつ、ミキサーでの撹拌による現像剤の入れ替えが可能になる。従って、残像の原因となる現像残トナーを容易に回収し、カブリの発生を回避しつつ残像の発生を抑制して、鮮明な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になる現像方法を実施するタンデム型画像形成装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】  本発明になる現像方法を実施する現像装置の断面図である。
【図３】  本発明における現像方法を説明するための図である。
【図４】  本発明になる現像方法と従来の現像方法における現像ロールの回転回数によるトナー層形成状況を示したグラフである。
【図５】  残像（ゴースト）の発生を説明するための図である。
【符号の説明】
３０    本発明による電位の印加方法
３１    従来の電位の印加方法
【図１】
0003677223.tif 000002
【図２】
0003677223.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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