(57)【要約】【課題】画像形成動作中においてもトナー担持体上の現像残トナーによる現像履歴を解消し、生産性を落とさずに高画質な画像を形成する現像装置及び該現像装置を用いた画像形成装置を提供すること。【解決手段】複数のトナー担持体を有するハイブリッド現像装置で、トナー担持体の表面のトナーの付着量が周期的に変化し、１周期内における該トナーの付着量の多い領域の長さがトナー担持体の１回転の長さより短く、前記トナーの付着量の変動する周期の整数倍とトナー担持体の回転周期との間にズレがあり、かつ、前記複数のトナー担持体が、各トナー担持体の表面のトナーの付着量の周期的な変化を互いに補い合うようにして前記像担持体上の静電潜像を均一に現像するように制御する供給量制御手段を有することを特徴とする現像装置。【選択図】図１
2011180482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された静電潜像を現像する複数のトナー担持体と、トナーとキャリアからなる現像剤を担持し前記複数のトナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、を有する現像装置であって、
前記現像剤担持体からトナーを供給された各トナー担持体の表面のトナーの付着量の多い領域と少ない領域が、トナー担持体の回転方向で周期的に変化し、１周期内における該トナーの付着量の多い領域の長さがトナー担持体の１回転の長さより短く、前記トナーの付着量の変動する周期の整数倍とトナー担持体の回転周期との間にズレがあり、かつ、前記複数のトナー担持体が、各トナー担持体の表面のトナーの付着量の周期的な変化を互いに補い合うようにして前記像担持体上の静電潜像を均一に現像するように制御する供給量制御手段を有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記供給量制御手段は、前記複数のトナー担持体と前記現像剤担持体との間の電界を制御する手段であ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】
前記供給量制御手段は、表面の表面粗さ又は凹凸形状を回転方向で周期的に変化させる前記像担持体担持体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記供給量制御手段は、表面抵抗を回転方向で周期的に変化させる前記現像剤担持体であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記トナー担持体の回転周期と、該トナー担持体の表面のトナーの付着量の変動する周期の整数倍とのズレが、前記１周期の１／２倍であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
像担持体と、該像担持体の表面の静電潜像を現像する請求項１から５の何れか１項に記載の現像装置と、該現像装置で現像した前記像担持体上のトナー画像を転写紙に転写する転写装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やプリンターなどの電子写真方式を用いた画像形成装置、および像担持体に形成された静電潜像を現像するのに使用する現像装置に係わり、特に、キャリアとトナーとを含む現像剤を用い、現像剤を表面に保持し、搬送する現像剤担持体からトナー担持体にトナーを供給し、トナー層が形成されたトナー担持体によって、像担持体上の静電潜像を現像するハイブリッド現像装置、及びそれを用いる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を用いた画像形成装置における現像方式としては、現像剤としてトナーのみを用いる一成分現像方式及びトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。
【０００３】
一成分現像方式では一般的にトナーをトナー担持体とトナー担持体に押圧された規制板とによって形成される規制部を通過させることでトナーを帯電し、所望のトナー薄層を得ることができるため、装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利である。一方で、規制部の強いストレスによりトナーの劣化が促進され易く、トナーの電荷受容性が低下しやすい。さらに、トナーへの電荷付与部材である規制部材やトナー担持体表面がトナーや外添剤により汚染されることでトナーへの電荷付与性も低下するため、よりトナー帯電量の低下が生じ、かぶり等の問題を引き起こす。そのため、一般に現像装置の寿命が短い。
【０００４】
比較すると、二成分現像方式ではトナーをキャリアとの混合による摩擦帯電で帯電するためストレスが小さく、さらに、キャリア表面積も大きいため、トナーや外添剤による汚染に対しても相対的に強く、長寿命に有利である。しかしながら、二成分現像法では像担持体上の静電潜像を現像する際に、現像剤により形成される磁気ブラシによって像担持体表面を摺擦するため、現像像に磁気ブラシ痕が発生するという課題を有している。さらに、像担持体にキャリアが付着しやすく、画像欠陥となる課題を有している。
【０００５】
二成分現像剤を用いた二成分現像方式の長寿命の特長を有しながら、画像欠陥の問題を解決し、一成分現像法なみの高画質を実現する現像方式として、現像剤担持体上に二成分現像剤を担持し二成分現像剤からトナーのみをトナー担持体に供給して現像に用いる、所謂ハイブリッド現像方式が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
ところが、特許文献１に開示されているハイブリッド現像方式では、像担持体上の静電潜像を現像した後のトナー担持体上には、現像に使用されなかった現像残トナーが残る。このトナー担持体上の現像残トナーは、像担持体上の静電潜像を現像したトナー画像以外の部分が多く残るため、次に現像剤担持体からトナー供給を受けた後も、現像した静電潜像に対応するトナー層の厚さムラや帯電量ムラとしてトナー担持体上に残る。このトナー層のムラが、次の現像工程における像担持体上の現像したトナー画像の上に濃度ムラとして現れ、転写紙上に転写された後も画像濃度ムラとして残るという問題がある。この現象は現像履歴（ゴースト）と呼ばれている。
【０００７】
トナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体とトナー担持体との対向部（トナー供給領域）ではトナーを供給するためのバイアスを印加してトナーを供給しているが、現像後のトナー担持体上の現像残トナーの回収も同じ現像剤担持体との対向部で、現像剤担持体上の二成分現像剤の穂が、機械的に摺擦して掻き取ることで行っている。そのため、トナーを現像剤担持体からトナー担持体に供給する方向のバイアス電圧が、現像剤担持体の穂で機械的にトナー担持体上の現像残トナーを掻き取る回収を阻害する因子として作用し、トナー回収不足が生じ、トナー層のムラが残ると考えられる。
【０００８】
このような現像履歴の課題に対して、特許文献２では、静電潜像を可視化する画像形成時以外の非画像形成時に、現像剤担持体とトナー担持体とが回転している状態で、トナー担持体上のトナーが現像剤担持体へ移動する方向に、画像形成時とは逆の電界（トナー回収電界）をトナー担持体が１回転以上する間、印加する手段が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１５０６３６号公報
【特許文献２】特開平７−９２８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２においては、１ページ内の画像形成中に生じるトナー担持体上の現像残トナーによる現像履歴については、解消することができず、１ページ内で画像濃度ムラが発生し問題となる。また、非画像形成時にトナー担持体上の現像残トナーを回収するため、この期間は画像形成を行うことは出来ず、生産性（単位時間当たりの印刷枚数）が落ちるという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、画像形成動作中においてもトナー担持体上の現像残トナーによる現像履歴を解消し、生産性を落とさずに高画質な画像を形成する現像装置及び該現像装置を用いた画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。
【００１３】
１．像担持体上に形成された静電潜像を現像する複数のトナー担持体と、トナーとキャリアからなる現像剤を担持し前記複数のトナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、を有する現像装置であって、
前記現像剤担持体からトナーを供給された各トナー担持体の表面のトナーの付着量の多い領域と少ない領域が、トナー担持体の回転方向で周期的に変化し、１周期内における該トナーの付着量の多い領域の長さがトナー担持体の１回転の長さより短く、前記トナーの付着量の変動する周期の整数倍とトナー担持体の回転周期との間にズレがあり、かつ、前記複数のトナー担持体が、各トナー担持体の表面のトナーの付着量の周期的な変化を互いに補い合うようにして前記像担持体上の静電潜像を均一に現像するように制御する供給量制御手段を有することを特徴とする現像装置。
【００１４】
２．前記供給量制御手段は、前記複数のトナー担持体と前記現像剤担持体との間の電界を制御する手段であることを特徴とする前記１に記載の現像装置。
【００１５】
３．前記供給量制御手段は、表面の表面粗さ又は凹凸形状を回転方向で周期的に変化させる前記像担持体担持体であることを特徴とする前記１又は２に記載の現像装置。
【００１６】
４．前記供給量制御手段は、表面抵抗を回転方向で周期的に変化させる前記現像剤担持体であることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の現像装置。
【００１７】
５．前記トナー担持体の回転周期と、該トナー担持体の表面のトナーの付着量の変動する周期の整数倍とのズレが、前記１周期の１／２倍であることを特徴とする前記１から３の何れか１項に記載の現像装置。
【００１８】
６．像担持体と、該像担持体の表面の静電潜像を現像する前記１から５の何れか１項に記載の現像装置と、該現像装置で現像した前記像担持体上のトナー画像を転写紙に転写する転写装置とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、画像形成動作中においてもトナー担持体上の現像残トナーによる現像履歴を解消し、生産性を落とさずに高画質な画像を形成する現像装置及び該現像装置を用いた画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部の構成例を示す断面図である。
【図２】トナー担持体と現像剤担持体との構成を説明するための概略図である。
【図３】トナー担持体と現像剤担持体用との間の電界と、トナー担持体上にトナーが供給された後のトナーの付着量を示す概略図である。
【図４】従来の第２の周波数のＡＣ電界を用いない場合のトナー担持体と現像剤担持体用との間の電界と、トナー担持体上にトナーが供給された後のトナーの付着量を示す概略図である。
【図５】第２の周波数のＡＣ電界の電界波形にサイン波を用い、回収位相の電界を制限している概略図である。
【図６】第２の周波数のＡＣ電界によるトナー供給量変動周期Ｔ１がトナー担持体が１回転した後に供給位相と回収位相が切り替わるように設定した状態を示す概略図である。
【図７】各トナー担持体１５、１６に供給されたトナー層の移動経路を示す概略図である。
【図８】第１のトナー担持体１５と第２のトナー担持体１６の表面のトナー層が、互いに補い合うようにトナー層の位相がずれて、像担持体１を均一に現像していることを示す概略図である。
【図９】第１のトナー担持体１５と第２のトナー担持体１６を逆回転とした場合のトナー担持体上のトナー層の移動経路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の一形態について図面を用いて説明する。
（画像形成装置の構成と動作）
図１は本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部の構成例を示す断面図である。      
【００２２】
図１を用いて本実施形態に係る画像形成装置の概略構成と動作を説明する。
【００２３】
本画像形成装置は、電子写真方式により像担持体（感光体）１に形成されたトナー像を用紙等の転写媒体Ｐに転写して画像形成を行うプリンタである。
【００２４】
本画像形成装置は、画像を担持するための像担持体１を有しており、像担持体１の周囲には、像担持体１を帯電するための帯電部材３、像担持体１上の静電潜像をトナーで現像する現像装置２、像担持体１上のトナー像を転写するための転写ローラ４、及び像担持体１上の残留トナー除去用のクリーニングブレード５が、像担持体１の回転方向Ｄに沿って順に配置されている。
【００２５】
像担持体１は、帯電部材３で帯電された後に、レーザ発光器などを備えた露光装置６により露光されて、その表面上に静電潜像が形成される。現像装置２は、この静電潜像を現像し、トナー像を形成する。転写ローラ４は、この像担持体１上のトナー像を転写媒体Ｐに転写した後、図中の矢印Ｃ方向に搬送する。
【００２６】
転写媒体Ｐ上のトナー像は定着装置（不図示）によって定着された後に排出される。クリーニングブレード５は、転写後の像担持体１上の残留トナーを、その機械的な力で除去する。
【００２７】
画像形成装置に用いられる像担持体１、帯電部材３、露光装置６、転写ローラ４、クリーニングブレード５等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用してよい。例えば、帯電部材３として図中、帯電ローラが示されているが、像担持体１と非接触の帯電装置であってもよい。また例えば、クリーニングブレード５はなくてもよい。
【００２８】
次に、本実施形態において用いられる現像装置２について説明する。現像装置２は、キャリアとトナーを含む現像剤２３とそれを収容する現像剤槽１７、該現像剤槽から供給された現像剤２３を表面に担持して搬送する現像剤担持体１１、現像剤担持体１１からトナーのみが供給され、前記像担持体１上に形成された静電潜像を現像する第１のトナー担持体１５および第２のトナー担持体１６を備えてなる。
【００２９】
現像装置２の詳細な構成例については後述する。
（現像剤の構成）
本実施形態では、ハイブリッド現像方式を採用している。これに従い、現像剤は適当な二成分現像剤を選定すればよい。すなわち、本実施形態において使用する現像剤２３はトナーと該トナーを帯電するためのキャリアを含んでなるものである。
【００３０】
トナーとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができ、バインダー樹脂中に着色剤や、必要に応じて荷電制御剤や離型剤等を含有させ、外添剤を処理させたものを使用できる。トナー粒径としてはこれに限定されるものではないが、一般的に３〜１５μｍ程度が好ましい。
【００３１】
このようなトナーを製造するにあたっては、一般に使用されている公知の方法で製造することができる。例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。
【００３２】
トナーに使用するバインダー樹脂、着色剤、荷電制御剤、離型剤としては、一般に使用されている公知のものを用いることができる。
【００３３】
また、上記の外添剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができる。上記外添剤として、トナーと逆極性の荷電性を有する逆極性粒子を使用してもよい。
【００３４】
キャリアとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリアを使用することができ、バインダー型キャリアやコート型キャリアなどが使用できる。キャリア粒径としてはこれに限定されるものではないが、一般的に１５〜１００μｍが好ましい。
【００３５】
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、キャリア表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたり、表面コーティング層を設けたりすることもできる。
【００３６】
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂、磁性体微粒子は、一般に使用されている公知のものを用いることができる。
【００３７】
一方、コート型キャリアは磁性体からなるキャリアコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリアであり、コート型キャリアにおいてもバインダー型キャリア同様、キャリア表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させることができる。
【００３８】
トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー混合比は一般的に、トナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０質量％、好ましくは６〜３０質量％が適している。
（現像装置２の構成と動作）
図１、図２を参照して本実施形態に係る現像装置２の詳細な構成例と動作例を説明する。図２は、トナー担持体と現像剤担持体との構成を説明するための概略図である。
【００３９】
現像装置２において使用する現像剤２３は、既述のようにトナーとキャリアからなり、現像剤槽１７に収容される。
【００４０】
現像剤槽１７は、ケーシング２０により形成されており、通常は内部に混合撹拌部材１８、１９を収納している。混合撹拌部材１８、１９は、現像剤２４を混合・撹拌し、摩擦帯電すると同時に現像剤槽内で循環搬送し、現像剤担持体１１表面のスリーブローラ１２へ現像剤２３を供給する。ケーシング２０の混合撹拌部材１９に対向する位置には、好ましくは、トナー濃度検出用のＡＴＤＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｏｎｅｒ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサ２１が配設されている。
【００４１】
現像装置２は通常、現像領域７、９で消費される分のトナーを現像剤槽１７内に補給するためのトナー補給部２４を有している。トナー補給部２４において、補給トナー２２を収納した図示しないホッパから送られた補給トナー２２が現像剤槽１７内へ補給される。
【００４２】
現像剤担持体１１は内部に固定配置された磁石ローラ１３と、これを内包する回転自在なスリーブローラ１２とから構成され、現像剤担持体１１へ供給された現像剤２３は、現像剤担持体１１内部の磁石ローラ１３の磁力によってスリーブローラ１２の表面に保持され、スリーブローラ１２の回転に伴い搬送され、現像剤担持体１１に対向して設けられた規制部材（規制ブレード）１４によって通過量が規制される。
【００４３】
磁石ローラ１３は、スリーブローラ１２の回転方向（図中矢印方向）に沿ってＮ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２、Ｎ４、Ｓ３の７つの磁極を有する（図２参照）。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ４は、トナー担持体１５と対向するトナー供給領域８の位置に配され、もう一方の主磁極Ｎ１はトナー担持体１６と対向するトナー供給領域１０に配されている。
【００４４】
また、スリーブローラ１２上の現像剤２３を剥離するための反発磁界を発生させる同極部Ｎ２、Ｎ３が、現像剤槽１７の内部にある混合撹拌部材１８に対向した位置に配置されている。
【００４５】
トナー担持体１５、１６はそれぞれ現像剤担持体１１及び像担持体１のそれぞれに対向するように配され、像担持体１上の静電潜像を現像するため現像バイアスＶｂ１、Ｖｂ２がトナー担持体用バイアス電源Ｇ１、Ｇ２により印加されている。
【００４６】
複数のトナー担持体１５、１６は上記現像バイアスＶｂ１、Ｖｂ２を印加可能な限りいかなる材料からなっていてもよく、例えば、アルミ等の金属材料からなる導電性ローラや、該アルミの表面にアルマイト等の表面処理を施したローラが挙げられる。その他アルミ等の導電性基体上に、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コートやシリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングを施したものを用いてもよい。コーティング材料としては、これらに限定されるものではない。
【００４７】
さらに上記コーティングのバルクもしくは表面に導電剤が添加されていてもよい。導電剤としては、電子導電剤もしくはイオン導電剤が挙げられる。電子導電剤として、ケッチンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属粉、金属酸化物の微粒子等が挙げられるが、これに制約されない。イオン導電剤として、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物や、両性化合物、その他イオン性高分子材料が挙げられる。
【００４８】
規制部材１４によって通過量を規制された現像剤は第１のトナー担持体１５と対向する第１のトナー供給領域８へと搬送される。トナー担持体１５と現像剤担持体１１の対向部である第１のトナー供給領域８では、磁石体１３の主磁極Ｎ４により現像剤の穂立ちが形成され、第１のトナー担持体１５に印加された現像バイアスＶｂ１と現像剤担持体１１に現像剤担持体用バイアス電源Ｇ３から印加されたトナー供給バイアスＶｓの電位差に基づき形成されたトナー供給電界がトナーに与える力により、現像剤中のトナーがトナー担持体１５へ供給される。トナー担持体１５には直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、現像剤担持体１１にも直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、トナー供給領域８には直流電界に交番電界が重畳された電界が形成される。このトナー担持体１５および現像剤担持体１１への印加バイアスＶｂ１、Ｖｓについての詳細は後述する。
【００４９】
またトナー供給領域８では、穂立ちした現像剤担持体１１上の現像剤によって第１のトナー担持体１５上の現像残トナーを機械的に掻き取ることによって、現像残トナーの回収がなされる。
【００５０】
第１のトナー供給領域８を通過した残りの現像剤は、現像剤担持体のスリーブローラ１２と共に回転移動して、第２のトナー担持体１６と対向する第２のトナー供給領域１０へと搬送される。ここでも第１のトナー供給領域８と同様に、現像剤担持体上の現像剤は磁石ローラ１３の主磁極Ｎ１によって穂立ちを形成し、第２のトナー担持体１６に印加された現像バイアスＶｂ２と現像剤担持体１１に印加されたトナー供給バイアスＶｓの電位差に基づき形成された電界がトナーに与える力により、現像剤中のトナーが第２のトナー担持体１６へ供給される。ここでも第１のトナー供給領域８と同様に、トナー担持体１６には直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、現像剤担持体１１にも直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが加えられ、トナー供給領域１０には直流電界に交流電界が重畳された電界が形成される。このトナー担持体１６および現像剤担持体１１への印加バイアスについての詳細は後述する。また第１のトナー供給領域８と同様に、穂立ちした現像剤担持体１１上の現像剤によって第２のトナー担持体１６上の現像残トナーを機械的に掻き取りによって、現像残トナーの回収がなされる。
【００５１】
図１では現像剤担持体１１と第１のトナー担持体１５および第２のトナー担持体１６の回転方向を、すべて同方向に回転するように設定しているが、第１のトナー担持体１５および第２のトナー担持体１６とがともに現像剤担持体の回転方向と逆方向に回転するように設定することもできるし、あるいは第１のトナー担持体１５と第２のトナー担持体１６のどちらか一方だけが現像剤担持体の回転方向と逆方向に回転するように設定することもできる。
【００５２】
図１のように同方向に回転させた場合は、現像剤担持体１１とトナー担持体１５、１６の対向部では互いにカウンター方向に回転する。ハイブリッド現像方式では現像残トナーをできる限り回収し、トナーを現像した部分と現像しなかった部分のトナー量差を出来るだけ小さくした上で次のトナー供給を行うことが、現像履歴（ゴースト）の発生を抑制する上で重要であり、現像剤担持体１１とトナー担持体１５、１６の対向部での動きがカウンターの場合、相対速度が大きくなることで機械的回収力がより高くなり、現像残トナーの回収観点で有利である。そのため、現像剤担持体１１とトナー担持体１５、１６の回転方向をカウンターに設定した方が、現像履歴（ゴースト）の抑制に繋がるため望ましい。
【００５３】
第１のトナー供給領域８で第１のトナー担持体１５上に現像剤担持体１１から供給されたトナー層は、第１のトナー担持体１５の回転に伴って第１の現像領域７へと搬送され、第１のトナー担持体１５に印加された現像バイアスＶｂ１と像担持体上の潜像電位とによって形成される電界により第１の現像に使われる。第１の現像領域７では、第１のトナー担持体１５と像担持体１の間に設けられた現像ギャップ中を電界によってトナーが移動することで現像が行われる。その後、第１の現像領域７でトナーを消費したトナー層（現像残トナー層）は、第１のトナー担持体１５の回転に伴って第１のトナー供給領域８へと搬送される。
【００５４】
また同様に、第２のトナー供給領域１０で第２のトナー担持体１６上に現像剤担持体１１から供給されたトナー層は、第２のトナー担持体１６の回転に伴って第２の現像領域９へと搬送され、第２のトナー担持体１６に印加された現像バイアスＶｂ２と像担持体１上の潜像電位とによって形成される電界により２段目の現像に使われる。第２の現像領域９でも、第１の現像領域７と同様に、第２のトナー担持体１６と像担持体１の間に設けられた現像ギャップ中を電界によってトナーが移動することで現像が行われる。その後、第２の現像領域９でトナーを消費したトナー層（現像残トナー層）は、第２のトナー担持体１６の回転に伴って第２のトナー供給領域１０へと搬送される。
【００５５】
第２のトナー供給領域１０を通過した現像剤は、スリーブ１２の回転とともにさらに現像剤槽１７に向けて搬送され、磁石ローラ１３の磁極Ｎ２、Ｎ３によって形成される反発磁界によって現像剤担持体１１上から剥離され、現像剤槽１７内へと回収される。
【００５６】
図示しない補給制御部が、ＡＴＤＣセンサ２１の出力値から、現像剤２３中のトナー濃度が画像濃度確保のための最低トナー濃度以下になったことを検出すると、図示しないトナー補給手段によってホッパ内に貯蔵された補給トナー２２がトナー補給部２４を介して現像剤槽１７内へ供給される。
（トナー担持体への周期的トナー供給量変化について）
次にトナー担持体１５、１６への印加バイアスＶｂ１、Ｖｂ２および現像剤担持体への印加バイアスＶｓについて詳細に説明する。
【００５７】
本発明では、複数のトナー担持体と、これら複数のトナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、を有し、この現像剤担持体からトナーを供給された各トナー担持体の表面のトナーの付着量の多い領域と少ない領域が、トナー担持体の回転方向で周期的に変化し、１周期内における該トナーの付着量の多い領域の長さがトナー担持体の１回転の長さより短く、前記トナーの付着量の変動する１周期の整数倍の長さとトナー担持体の１回転の長さとの間にズレがあり、かつ、前記複数のトナー担持体が、各トナー担持体の表面のトナーの付着量の周期的な変化を互いに補い合うようにして前記像担持体上の静電潜像を均一に現像するように制御する供給量制御手段を有することを特徴としている。
【００５８】
本実施形態における供給量制御手段としては、トナー担持体へのトナー供給量が周期的に変化するように、現像剤担持体とトナー担持体との間に形成されるトナー供給電界を周期的に変化させるバイアス電源またはこのバイアス電源の出力を制御する制御手段（たとえばＣＰＵなど）を用いることができる。具体的には、たとえば、現像剤担持体１１に印加するバイアスＶｓを周期的に変化させる現像剤担持体用バイアス電源Ｇ３を用いることができる。
【００５９】
まず、トナー供給電界を周期的に変化させた場合の効果について説明する。
【００６０】
一般に、トナー供給領域では現像剤担持体からトナー担持体へのトナー供給性を向上させるためにＤＣ電界にＡＣ電界を重畳したトナー供給電界が形成されており、その電界はトナー担持体に印加するＤＣ電圧やＡＣ電圧および現像剤担持体に印加するＤＣ電圧やＡＣ電圧によって形成されている。ここでトナー担持体や現像剤担持体へ印加されるＡＣ電圧は通常２ｋＨｚから１０ｋＨｚ程度の周波数領域（以下、第１の周波数とする）が用いられており、トナー担持体の回転周波数よりも十分に高い周波数であるため、トナー担持体上のトナー層は実質的に均一な厚さおよび帯電量となる。
【００６１】
本実施形態では、現像剤担持体１１に、上記、第１の周波数のＡＣ電界に加えて、さらに第１の周波数よりも低い周波数で、トナー担持体の回転周期よりも短い周期の第２の周波数のＡＣ電界を重畳することで、トナー担持体１５、１６の回転する周方向に沿ってトナー付着量が変動する領域を形成することが特徴となる。
【００６２】
従来のハイブリッド現像装置においては、トナー供給領域においてトナー担持体上の現像残トナーを現像剤担持体の現像剤の穂によって、確実にトナー担持体表面から回収すること（リセットすること）は、トナー供給電界が回収方向の阻害要因になるので困難となっている。
【００６３】
本発明は、複数のトナー担持体１５、１６へのトナー供給量を第２の周波数で周期的に変化させ、複数のトナー担持体１５、１６の表面にトナー付着量の多い領域と少ない領域とをトナー担持体の回転方向に周期的に形成する。各トナー担持体の表面のトナーの付着量の多い領域を用いて、各トナー担持体が互いに補い合うようにして、像担持体上の静電潜像を、均一に現像する。また、各トナー担持体の表面のトナー付着量の少ない領域では、トナー担持体と現像剤担持体との間のトナー供給電界が、小さいかゼロまたはトナーを現像剤担持体側に引き寄せる電界がかかるようにしているので、トナー担持体上の付着量の少ない領域のトナーは、確実にリセットすることができる。
【００６４】
さらに、第２の周波数の周期（トナー担持体の表面のトナーの付着量の変動する周期）は、１周期内におけるトナーの付着量の多い領域の長さがトナー担持体の１回転の長さより短くしているので、現像後のトナー担持体上の現像残トナーの履歴の影響を受けることがない。
【００６５】
図３〜図８を用いて詳細に説明する。
【００６６】
図３は、トナー担持体と現像剤担持体用との間の電界と、トナー担持体上にトナーが供給された後のトナーの付着量を示す概略図である。わかりやすく説明するために第１の周波数のＡＣ電界を除いたトナー供給電界（第２の周波数のＡＣ電界として、矩形波形状の電界を用いた場合）の例を示している。第２の周波数のＡＣ電界の振幅として、トナー供給が十分なされる電界とトナーが回収される電界とを用いた場合、トナー担持体上のトナー量もトナー電界に応じて、周期的な変化が生じる。トナー供給量が多くなる位相（供給位相）では、従来どおりトナー供給電界が大きく、トナー担持体上の現像残トナーのリセットの観点からは不利となる。一方、この例においてはトナー供給量が少なくなる位相（回収位相）の電界をトナー回収電界としていることから、トナー供給は行われず、例え現像残トナーが付着していても磁気ブラシによる機械的な回収に加え、トナー回収電界の作用もあるため現像残トナーを確実に現像剤担持体１１側に回収することが可能となる。
【００６７】
また、図４は、比較のために従来の第２の周波数のＡＣ電界を用いない場合のトナー担持体と現像剤担持体用との間の電界と、トナー担持体上にトナーが供給された後のトナーの付着量を示す概略図である（図３と同様に第１の周波数のＡＣ電界は省略）。図４に示すように、従来例ではトナー供給電界が実質一様であり、現像残トナーは常にトナー供給電界の阻害を受けた状態で、現像剤担持体の穂で回収しなければならないことがわかる。
【００６８】
ここで、図３では回収位相の電界を電気的にトナーを回収する電界（トナー回収方向の電界）としたが、実質的に現像残トナーがリセットできる電界であれば、これに制限されるものではない。すなわち、弱いトナー供給方向の電界であっても良いし、電界がゼロであっても良く、磁気ブラシによる機械的トナー回収能力に応じて設定されれば良い。さらに、トナー回収方向の電界が大きすぎると、現像剤担持体上の現像剤からキャリアがトナー担持体へ移行する不具合が生じるため、使用する現像剤や現像剤担持体に用いる磁石体の磁力等に応じて設定されれば良い。また、供給位相の電界は少なくとも現像に必要なトナー量が確保される電界に設定すれば良い。
【００６９】
さらに、第２の周波数のＡＣ電界の電界波形は矩形波形状に限定されるものではなく、サイン波や三角波等の波形であっても構わない。図５は、第２の周波数のＡＣ電界の電界波形にサイン波を用い、回収位相の電界を制限している概略図である。サイン波を用いる場合、回収位相の電界は必要以上に大きくすると上述のトナー担持体へのキャリア移行の問題が発生することから、図５に実線で示すように回収位相の電界を制限することが望ましい。また図５には示していないが、同様に供給位相の電界を制限しても構わない。
【００７０】
また、供給量制御手段による第２の周波数のトナー付着量の変化は、バイアス電源を用いた電界以外の手段によって達成されても良い。具体的には、現像剤担持体１１のスリーブローラ１２の表面に周期的なパターンを形成し、磁気ブラシの疎密を形成することで、トナー担持体に供給されたトナーの付着量を周期的に変化させることができる。
【００７１】
具体的なスリーブローラ１２の表面に形成する周期的なパターンとしては、表面粗さを変化させたパターンや表面にパターン状の凹凸形状を形成したものなどがあげられる。
【００７２】
また、スリーブローラ１２表面の表面抵抗が周期的に変化するパターンを形成しても良い。表面の表面抵抗を変えることによって、トナー供給領域での実効的な電界を変えることが可能で、トナー担持体に供給されたトナーの付着量を周期的に変化させることができる。表面抵抗が周期的に変化するパターンを形成する方法としては、導電性のトナー担持体の表面に絶縁層をパターン状に形成することで形成できる。パターン状に形成する絶縁層としては、たとえば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コートやシリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングを施した層をあげることができる。
【００７３】
次に、これまで説明してきた第２の周波数のＡＣ電界とトナー担持体の回転周期について図６を用いて説明する。図６では図３と同様に第２の周波数のＡＣ電界を矩形波形状として説明する。
【００７４】
図６は、第２の周波数のＡＣ電界によるトナー供給量変動周期Ｔ１がトナー担持体が１回転した後に供給位相と回収位相が切り替わるように設定した状態を示す概略図である。
【００７５】
すなわち図６に示すようにトナー担持体のある周回において供給位相の領域ａはトナー担持体１回転後には回収位相の領域ａ’となり、回収位相であったｂの領域はトナー担持体１回転後には供給位相の領域ｂ’となる。ここで、トナー供給量変動周期Ｔ１は、１周期内におけるトナーの付着量の多い領域の長さがトナー担持体の１回転の長さより短くし、Ｔ１の整数倍とトナー担持体回転周期Ｔ２との間にズレがなければならない。１周期内におけるトナーの付着量の多い領域の長さがトナー担持体の１回転の長さより長くなると、供給位相のままトナー担持体が１周してしまい、本発明の効果が得られなくなる。また、Ｔ１の整数倍とトナー担持体回転周期Ｔ２との間にズレがないと、特定の場所が常に供給位相となり、この場合も本発明の効果が得られなくなる。
【００７６】
Ｔ２とＴ１のズレ量はトナー付着量変動に応じて設定されれば良く、たとえば、図６のような供給位相と回収位相がほぼ等しい場合はＴ１の１／２周期ずれるようにすることで、トナー担持体が回転する毎に供給位相と回収位相が反転するため、常にトナー担持体上の現像残トナーがリセットされる状況とすることが可能となり好ましい。
【００７７】
以上の説明より、トナー担持体上のトナー付着量を周期的に変動させることで、トナー担持体上の現像残トナーをリセットすることができ、現像剤担持体からのトナー供給後のトナー担持体上のトナー付着量を現像履歴の影響を受けずに安定化させる効果が得られる。
【００７８】
しかしながら、それぞれのトナー担持体上のトナー付着量の安定化は可能であるものの、周期的な変動を含むため、１つのトナー担持体を用いて像担持体に形成された静電潜像を現像した後の現像像には、トナー付着量変動に応じた濃度ムラが生じることは明白である。
【００７９】
本発明は、１つのトナー担持体を用いて現像した場合のトナー付着量変動に起因する像担持体上のトナー濃度のムラを解決するために、複数のトナー担持体を用い、各トナー担持体上の周期的なトナー付着量変化を現像時に互いに補い合う構成をとることで上記濃度ムラを解決している。
【００８０】
図７は、各トナー担持体１５、１６に供給されたトナー層の移動経路を示す概略図である。図７に示すように第１のトナー担持体１５上に供給されたトナー層はトナー担持体１５の回転に伴い第１の現像領域７に搬送され、像担持体１に形成された静電潜像の現像に供される。像担持体１上に形成された現像像（トナー像）はさらに、像担持体１の回転に伴い第２の現像領域９へと搬送される（経路Ａ）。一方、第２のトナー担持体１６に供給されたトナー層もトナー担持体１６の回転に伴い第２の現像領域９へと搬送される（経路Ｂ）。
【００８１】
図８は、第１のトナー担持体１５と第２のトナー担持体１６の表面のトナー層が、互いに補い合うようにトナー層の位相がずれて、像担持体１を均一に現像していることを示す概略図である。
【００８２】
図８に示すように経路Ａと経路Ｂにそれぞれに要する時間が異なるため、トナー供給量変動周期Ｔ２を経路Ａと経路Ｂで位相がずれるように、供給量制御手段である現像剤担持体１１に接続されたバイアス電源Ｖｓと、トナー担持体１５、１６の配置を設定すれば（図８では１／２周期のズレ）、各トナー担持体１５、１６の表面のトナーの付着量の変化を互いに補い合うようにして像担持体１上の静電潜像を均一に現像でき、第２の現像領域通過後の像担持体上のトナー付着量は略均一とすることが可能となる。
【００８３】
なお、複数のトナー担持体上のトナー層の変動を現像時に補間し合うように像担持体上に重ね合わせにおいて、トナー層の周期的変動の切り替わり領域での均一性を高めるために、トナー供給量変動周期Ｔ２は短いことが望ましい。さらに供給位相、回収位相に加えてその間となる第３の位相を設ける、または供給位相から回収位相への切り替わり時のトナー付着量変動を緩やかにする構成がより望ましい。
【００８４】
さらに、以下の２つの手段を単独でまたは複合して現像装置の構成に含めるのが好ましい。
【００８５】
一つ目の手段として、トナー担持体上の現像前トナー層均質化手段である。
【００８６】
１のトナー担持体上の現像前トナー層均質化手段としては、トナー担持体上に当接されたフィルム状部材やファーブラシや磁気ブラシなどの機械的にトナー層を均質化する均し部材に加え、電極部材を設けてトナーを電気的に均質化する手段が挙げられる。トナー担持体上のトナー層均質化手段によって、トナー担持体上で周期的に変動するトナー付着量の位相反転領域のトナー量変化を緩やかにすることで、像担持体上でトナー層を重ね合わせる際の均一性を高めることが可能となる。さらに、トナー担持体上のトナー層均質化手段によってトナー担持体上のトナー層を略均一にしても構わない。トナー担持体上でトナー層を均すことは、本発明におけるトナー担持体上で現像に必要なトナー層を確保する領域と現像残トナー層を確実にリセットする領域を交互に形成し、トナー担持体の回転毎に現像残トナーをリセットする効果は小さくなるものの、トナー担持体の回転毎に一部の領域は確実にリセットされるため、本発明の効果を得ることは可能である。図９は、第１のトナー担持体１５と第２のトナー担持体１６を逆回転とした場合のトナー担持体上のトナー層の移動経路を示す概略図である。例えば、トナー担持体上のトナー層を略均一にする手段としては、図９に示すように第１のトナー担持体１５と第２のトナー担持体１６を逆回転とし、且つ第１のトナー担持体１５と第２のトナー担持体の径を変えた構成とする。
【００８７】
このような構成にすることで、経路Ａと経路Ｂに時間差を設けることが可能になり、この時間差でトナー付着量変動周期Ｔ１が１／２周期ずれる構成をとることが可能となる。第１のトナー担持体１５への印加電圧Ｖｂ１と第２のトナー担持体への印加電圧Ｖｂ２をＤＣ成分を等しく、ＡＣ成分の位相をずらすことで、第１のトナー担持体１５と第２のトナー担持体１６との間にＡＣ電界が形成され、互いのトナー担持体上のトナー付着量を略均一にすることが可能となる。
【００８８】
二つ目の手段として、像担持体上の現像後トナー層均質化手段である。
【００８９】
像担持体上の現像後トナー層均質化手段としては、静電潜像を現像したトナー像を乱すことのない、電極部材による電気的なトナー均質化手段を採用することができる。像担持体上のトナー像を電極部材に印加したＡＣ電界で往復動させることでトナーを静電潜像に忠実に再配置することができる。
【００９０】
以上、説明したように本発明の効果は明らかであり、像担持体上の静電潜像を現像する複数のトナー担持体と、表面に二成分現像剤を保持し複数のトナー担持体にトナーを供給する現像剤担持体を有するハイブリッド現像装置において、各トナー担持体へのトナー供給量を周期的に変化させることで、トナー供給量が多い部分で現像に必要なトナー供給量を確保し、トナー供給量の少ない部分で現像残トナーのリセットが可能となる。トナー供給量変動周期とトナー担持体の回転周期を調整することで、現像残トナーの影響を受けた領域（トナー供給量が多かった領域）は次のトナー供給時にはトナー供給量を少なく（リセット性を高く）することが可能となり、トナー担持体へのトナー供給量に及ぼす現像残トナー量の影響を低減することが可能となる。トナー担持体上の周期的トナー量変動は複数のトナー担持体を用いることで補間する。これによって、現像履歴（ゴースト）の発生しない高品質な画像出力が可能となる。
【００９１】
なお、上述の実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９２】
１  像担持体
２  現像装置
３  帯電部材
４  転写ローラ
５  クリーニングブレード
６  露光装置
７  第１の現像領域
８  第１の供給領域
９  第２の現像領域
１０  第２の供給領域
１１  現像剤担持体
１２  スリーブローラ
１３  磁石ローラ
１４  規制部材
１５  第１のトナー担持体
１６  第２のトナー担持体
１７  現像剤槽
１８、１９  混合攪拌部材
２０  現像器筐体
２１  ＡＴＤＣセンサ
２２  補給トナー
２３  現像剤
２４  トナー補給部
Ｇ１、Ｇ２  トナー担持体用バイアス電源
Ｇ３  現像剤担持体用バイアス電源
ｔ  トナー
ｃ  キャリア
【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】
2011180482.tif 000009
【図８】
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【図９】
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