(57)【要約】【課題】高品質な画像を得るために小粒径キャリアを用いた二成分現像方式において、キャリア付着とベタ画像隣接部のベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けとを共に防止できる現像装置又は画像形成装置を提供する。【解決手段】現像ローラに印加する交流電圧の周波数を５〜１２［ｋＨｚ］、ピークｔｏピーク電圧を０．５〜１．１［ｋＶ］、交流電圧におけるトナーと同極性即ちマイナス側のｄｕｔｙを３０〜４０［％］、地肌ポテンシャルを１００〜１５０［Ｖ］の範囲にする。更に、現像ギャップＧｐを０．３０〜０．４５［ｍｍ］、現像ローラ上への二成分現像剤汲み上げ密度を１．０〜１．５［ｍｇ／ｍｍ３］、現像ローラの対感光体線速比Ｖｓ／Ｖｐを１．４〜２．１の範囲内に設定する。【選択図】　図１
2004101640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性キャリアとトナーからなる二成分現像剤における該磁性キャリアの平均粒径が５０［μｍ］以下であって、
内部に複数の磁極からなる磁界発生手段が固定配設され、表面に該二成分現像剤を磁気ブラシ状に担持する現像剤担持体を有し、
該現像剤担持体表面に担持した二成分現像剤を該表面を移動させることにより画像形成装置本体に設けられた像担持体との対向領域である現像領域へ搬送し、該像担持体上の潜像をトナー像化する現像装置において、
上記現像剤担持体に交流電圧を印加し、
以下の▲１▼〜▲７▼の各パラメータの数値範囲を、
▲１▼交流電圧の周波数が５〜１２［ｋＨｚ］
▲２▼交流電圧のピークｔｏピーク電圧が０．５〜１．１［ｋＶ］
▲３▼交流電圧におけるトナーと同極性側のｄｕｔｙが３０〜４０［％］
▲４▼地肌ポテンシャル１００〜１５０［Ｖ］
▲５▼上記現像剤担持体と上記像担持体との現像ギャップＧｐが０．３０〜０．４５［ｍｍ］
▲６▼該該像担持体上の二成分現像剤汲み上げ密度が１．０〜１．５［ｍｇ／ｍｍ３］
▲７▼該像担持体表面に対する該現像剤担持体表面の線速比が１．４〜２．１
の範囲内に設定したことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記現像ギャップＧｐが０．３０〜０．３５［ｍｍ］
であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の現像装置において、
上記像担持体表面に対する現像剤担持体表面の線速比が１．７〜２．１
であることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
像担持体と、該像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像形成手段により像担持体上に形成された潜像をトナー像化する現像手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
上記現像手段として、請求項１，２，又は３の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、磁性キャリアとトナーよりなる二成分現像剤を用いて画像を形成する二成分現像方式の現像装置を用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、潜像形成を行った像担持体に、磁性キャリアとトナーよりなる二成分現像剤を用いた現像装置からトナーを供給して可視化し、画像を形成する画像形成装置が広く用いられている。このような装置の現像剤担持体としては、内部に複数の磁極を有する磁界発生手段を固定配置し、その外周の現像スリーブが回転する機構のものが用いられている。現像スリーブを回転させることで、現像スリーブの表面に磁力によって磁気ブラシ状に担持した磁性キャリアとトナーからなる二成分現像剤を像担持体との対向部である現像領域へ搬送する。現像領域では、磁気ブラシを像担持体表面に接触又は非接触状態で近接させ、像担持体の表面電位と現像スリーブに印加されるバイアスとによって形成される現像電界から受ける力でトナーを像担持体に付着して潜像を顕像化する。このような磁気ブラシによる現像方式を磁気ブラシ現像方式という。
【０００３】
近年、高画質化への要求が高まりつつある。磁気ブラシ現像方式の画像形成装置においては、一般に、使用するキャリアの平均粒径が小さければ小さいほど、形成される画像の画質や文字再現性、更には文字の見た目の滑らかさである粒状性が向上することが知られている。よって、平均粒径が小さいキャリア（以下、小粒径キャリアという）を現像剤に用いた磁気ブラシ現像方式の画像形成装置への期待は高まりつつある。
【０００４】
ところで、磁気ブラシ現像方式において、従来より像担持体上の非画像部にキャリアが付着する所謂キャリア付着、ベタ画像に隣接したハーフトーン画像が白抜けする所謂ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けという２つの現象が問題になっている。高画質化のために小粒径キャリアを現像剤として用いる場合においても、キャリア付着やベタ画像隣接部のハーフトーン白抜け等の不具合が発生しないようにすることが望まれるところである。
キャリア付着は次のようにして発生する。通常、キャリアは磁力により現像スリーブに保持されている。同時にキャリアには電荷が存在し、像担持体上の電荷との間に静電力が働いている。キャリアと像担持体との静電力が現像スリーブの磁力による保持力に打ち勝つと、キャリアが像担持体に付着してしまう。このキャリア付着は、小粒径キャリアを現像剤として用いると発生しやすくなる。それは、キャリアの粒径が小さくなるほど粒子一個あたりに働く磁力が弱くなり、像担持体との静電力が現像スリーブの磁力による保持力より強くなりやすいためである。そして、感光体に付着したキャリアは転写の際に転写体上へ転写され、画像上では地肌部でのチリ状の汚れ等となって画質を低下させてしまう。
ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けは次のようにして発生する。ベタ画像とハーフトーン画像とが隣接している画像において、エッジ効果によってハーフトーン画像端部の現像電界が弱まり、ハーフトーン側のトナーがベタ画像エッジ部に付着する。これにより、ハーフトーン画像端部が白抜けしてしまう。このとき、ベタ画像エッジ部ではトナー付着量が増加するが、もともとベタ画像のため目立たない。従って、ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けが画像上の不具合となる。
【０００５】
従来、小粒径キャリアを現像剤に用いる場合に、キャリア付着を防止するための様々な提案が知られている（特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４等参照）。これらの提案によれば、小粒径キャリアによって高解像度の潜像を忠実に現像できると同時に像担持体へのキャリア付着も防止可能となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１３７３５２号公報
【特許文献２】
特開２０００−３３８７０８号公報
【特許文献３】
特開２０００−１７２０７８号公報
【特許文献４】
特開２００２−５５４９４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記いずれの特許文献においても、ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けを防止することまではできなかった。そして、更に高画質化を実現するためには、小粒径キャリアを現像剤に用いる場合に、キャリア付着を防止できると共に、ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けも防止できるようにすることが望まれるところである。
【０００８】
本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、高品質な画像を得るために小粒径キャリアを用いた二成分現像方式において、キャリア付着とベタ画像隣接部のベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けとを共に防止できる現像装置又は画像形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、磁性キャリアとトナーからなる二成分現像剤における該磁性キャリアの平均粒径が５０［μｍ］以下であって、内部に複数の磁極からなる磁界発生手段が固定配設され、表面に該二成分現像剤を磁気ブラシ状に担持する現像剤担持体を有し、該現像剤担持体表面に担持した二成分現像剤を該表面を移動させることにより画像形成装置本体に設けられた像担持体との対向領域である現像領域へ搬送し、該像担持体上の潜像をトナー像化する現像装置において、上記現像剤担持体に交流電圧を印加し、以下の▲１▼〜▲７▼の各パラメータの数値範囲を、
▲１▼交流電圧の周波数が５〜１２［ｋＨｚ］
▲２▼交流電圧のピークｔｏピーク電圧が０．５〜１．１［ｋＶ］
▲３▼交流電圧におけるトナーと同極性側のｄｕｔｙが３０〜４０［％］
▲４▼地肌ポテンシャル１００〜１５０［Ｖ］
▲５▼上記現像剤担持体と上記像担持体との現像ギャップＧｐが０．３０〜０．４５［ｍｍ］
▲６▼該該像担持体上の二成分現像剤汲み上げ密度が１．０〜１．５［ｍｇ／ｍｍ３］
▲７▼該像担持体表面に対する該現像剤担持体表面の線速比が１．４〜２．１
の範囲内に設定したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記現像ギャップＧｐが０．３０〜０．３５［ｍｍ］であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記像担持体表面に対する現像剤担持体表面の線速比が１．７〜２．１であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、像担持体と、該像担持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像形成手段により像担持体上に形成された潜像をトナー像化する現像手段と、該現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、上記現像手段として、請求項１，２，又は３の現像装置を用いることを特徴とするものである。
ここで、請求項１乃至３の各パラメータの数値範囲はいずれも上限及び下限の値を含むものである。
請求項１の現像装置及び請求項４の画像形成装置においては、現像剤担持体に交流電圧を印加し、現像ニップに交流バイアスがかかるようにする。図３は、印加する交流電圧の説明図である。現像ニップに交流バイアスを印加すると磁気ブラシに担持されているトナーが移動しやすくなり磁気ブラシの根元付近のキャリアに付着しているトナーも現像バイアスによって像担持体側へ転移しすくなる。結果的に現像能力が向上する。このような交流バイアスを印加した上で、キャリア付着及びベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けの少なくとも一方に影響を及ぼす以下の▲１▼〜▲７▼の各パラメータの数値範囲を、相互の組合せによって生じる影響を踏まえて総合的に設定する。
▲１▼交流電圧の周波数［ｋＨｚ］は、高くすると、像担持体への電荷注入が抑えられ地汚れが減少する。地汚れが減少すれば地肌ポテンシャル（像担持体非画像部表面電位と現像剤担持体印可する交流の平均値との差）を小さくしても地汚れ発生を防止することができる。地肌ポテンシャルを小さくすることが可能となれば、後ほど説明するようにキャリア付着が発生しにくくなる。但し、周波数を高くし過ぎると、エッジ効果が生じやすくなり、ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けが発生するため高くし過ぎないようにする。これらの条件を満たす範囲として周波数を５〜１２［ｋＨｚ］の範囲内の数値とした。
▲２▼交流電圧のピークｔｏピーク電圧［ｋＶ］は、高くすると、地汚れとベタ画像周辺部のハーフトーン白抜けが減少する傾向があることが実験的に分かった。但し、ピークｔｏピーク電圧を高くし過ぎると現像剤担持体から像担持体へのリークが発生し、地汚れが発生するので高くし過ぎないようにする。これらの条件を満たす範囲としてピークｔｏピーク電圧［ｋＶ］を０．５〜１．１［ｋＶ］の範囲内の数値とした。
▲３▼交流電圧におけるトナーと同極性側のｄｕｔｙ［％］は、従来は一般的に５０［％］であった。これをトナーと同極性側の比率をやや低くすると、トナーの飛び散りをある程度抑えることができ、地汚れが減少する。地汚れが減少すれば地肌ポテンシャルを小さくしても地汚れ発生を防止することができる。地肌ポテンシャルを小さくすることが可能となれば、後ほど説明するようにキャリア付着が発生しにくくなる。但し、トナーと同極性側のｄｕｔｙを低くしすぎると、直流電界に近づくため、上記の交流バイアスのメリットである現像能力の向上が得られなくなるので、低くしすぎないようにする。これらの条件を満たす範囲としてトナーと同極性側のｄｕｔｙ［％］を３０〜４０［％］の範囲内の数値とした。▲４▼地肌ポテンシャル［Ｖ］は、像担持体表面電位と現像剤担持体に印可される交流の平均電位との差である。地肌ポテンシャルは、小さくするとキャリア付着が減少する。但し、小さくし過ぎると地汚れが増加するので小さくしすぎないようにする。地汚れを回避しつつキャリア付着を防止できる地肌ポテンシャルの適正範囲は比較的狭い。そこで、本発明においては、上記のように交流電圧の周波数やトナーと同極性側のｄｕｔｙを調整し、地肌汚れを発生しにくくすることで、地肌ポテンシャルの範囲設定に余裕度を持たせる。地肌ポテンシャルを低めに設定しても地汚れが生じにくくすることができ、結果としてキャリア付着を減少させることができる。このような他のパラメータによる影響を踏まえて、地肌ポテンシャル［Ｖ］を１００〜１５０［Ｖ］の範囲内の数値とした。
▲５▼現像剤担持体と像担持体とのギャップＧｐ［ｍｍ］は、狭くするとエッジ効果が低減され、ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けが低減する。また、磁気ブラシが短くなるのでブラシ先端のキャリアでも現像剤担持体からの距離が短くなり現像剤担持体内部に設けた磁極のうち主極から受ける磁力をある程度以上のレベルに維持できる。よって、主極から受ける磁力が弱くなってブラシ先端部のキャリアがちぎれ、像担持体上に付着するキャリア付着の発生も低減する。但し、ギャップＧｐは狭くし過ぎると、現像領域に供給する現像剤量（汲み上げ量）も少なくしなければならず、現像に使用できるトナー量が少なくなってしまうので、狭くしすぎないようにする。これらの条件を満たす範囲として現像ギャップＧｐを０．３０〜０．４５［ｍｍ］の範囲内の数値とした。
▲６▼該該像担持体上の二成分現像剤汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］が高いと、汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］にギャップＧｐをかけた現像剤汲み上げ量ρが多くなる。現像剤汲み上げ量は多過ぎると現像ニップ中でのキャリアの動きを抑制してしまい、ベタ画像を現像しトナーが剥ぎ取られたキャリアがいつまでも磁気ブラシ先端に存在したままになる恐れがある。このような磁気ブラシ先端のキャリアはカウンタチャージを受け、ベタ画像周辺部のハーフトーン部からトナーを剥ぎ取ってしまい、ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けを発生させてしまう。一方、二成分現像剤汲み上げ密度が低いと現像剤汲み上げ量が少なくなる。現像剤汲み上げ量が少なすぎると現像剤担持体から像担持体へのリークが発生してしまう。よって、汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］とギャップＧｐとの積によって決まる現像剤汲み上げ量を多からず少なからずとなるよう、二成分現像剤汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］をギャップＧｐとのからみで適度に設定する。本発明においては、上記現像ギャップＧｐとの関係で現像剤汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］を１．０〜１．５［ｍｇ／ｍｍ３］の範囲内の数値とした。
▲７▼像担持体表面に対する現像剤担持体表面の線速比（以下、対像担持体線速比という）は、高くすると、ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けが低減する。対像担持体線速比が高くなると、単位時間単位面積の現像領域中を通過する磁気ブラシの本数が多くなる。したがって、像担持体表面を単位面積当たりが同じトナー量となるような潜像を現像する場合を考えてみると、対像担持体線速比の高い場合が低い場合に比して磁気ブラシ１本当たりから取られるトナー量が少なくなる。当然磁気ブラシ１本当たりが受けるカウンタチャージ量も少なくなるため、ベタ画像周辺のハーフトーン部から剥ぎ取るトナー量も少なくなり、ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けが低減される。但し、対像担持体線速比を高くしすぎると、現像剤担持体上の磁気ブラシにかかる遠心力が増加し、ブラシが切れやすくなるため、キャリアが切れて像担持体に付着しやすくなる。よって、対像担持体線速比を高くし過ぎないようにする。本発明では、対像担持体線速比を１．４〜２．１の範囲内の数値とした。
以上のようにキャリア付着及びベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けの少なくとも一方に影響を及ぼす▲１▼〜▲７▼のパラメータを設定する。複数のパラメータの相互の影響を踏まえて設定し、これらのうち一部のパラメータのみの範囲限定では解消できなかったキャリア付着とベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けの両方を共に防止できるようにする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を画像形成装置であるプリンタに適用した一実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るプリンタの要部概略構成図である。
像担持体である感光体ドラム１の周囲には、帯電装置２、露光装置３、現像手段としての現像装置４、転写装置５、クリーニング装置７、除電装置（図示を省略）が順に配列されている。帯電装置２は、帯電ローラ等で感光体ドラム１の表面を帯電する。露光装置３は、レーザー光線等で感光体ドラム１の一様帯電処理面に潜像を形成する。現像装置４は、感光体ドラム１上において潜像に対し帯電したトナーを付着させることでトナー像を形成させる。転写装置５は、転写ベルトまたは転写ローラ、チャージャ等で感光体ドラム１上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙Ｐに転写する。クリーニング装置７は、転写後に感光体ドラム１上に残ったトナーを除去する。除電装置は、感光体ドラム１上の残留電位を除去する。
【００１１】
上記構成のプリンタにおいて、帯電装置２の帯電ローラによって表面を一様に帯電された感光体ドラム１は、露光装置３によって静電潜像を形成され、現像装置４によってトナー像を形成される。トナー像は転写装置５によって感光体ドラム１表面から、不図示の給紙トレイから搬送された転写紙Ｐへ転写される。その後転写紙Ｐ上のトナー像は定着装置８によって転写紙Ｐに定着される。一方、転写されずに感光体ドラム１上に残ったトナーはクリーニング装置７によって回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム１は不図示の除電装置で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【００１２】
図２は、現像装置の説明図である。現像剤収容部としての現像容器４０には、現像剤担持体としての現像ローラ４１、現像容器内の現像剤を攪拌搬送する搬送スクリュウ４２，４３、現像ローラ表面に所定のギャップを持って対向している現像剤規制部材としてのドクタブレード４４等を有している。
現像ローラ４１は、現像容器の開口から外部に向けて表面が露出しており、感光体ドラム１に対して所定のギャップで対向している。現像ローラ４１と感光体ドラム１との対向部で現像領域が形成されている。現像容器内にある現像剤４５はトナーと磁性粒子（以下「キャリア」という）から構成される二成分現像剤である。搬送スクリュ４２，４３によって容器内を循環している。
【００１３】
図４は、現像ローラ内部の磁極配置と現像ローラ表面法線方向磁束密度分布を示す図である。現像ローラ４１には、円筒状に形成してなる現像スリーブ４６が、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向すなわち反時計回り方向に回転されるようにして備えられている。現像スリーブ４６内には、現像スリーブ４６の表面上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁界形成手段としての磁石ローラ４７が固定状態で備えられている。
現像剤を構成するキャリアは、上記磁石ローラ４７から発せられる磁力線に沿うようにして現像スリーブ４６上にチェーン状に穂立ちされるとともに、このチェーン状に穂立ちされたキャリアに対して帯電トナーが付着されて磁気ブラシが形成されるようになっている。形成された磁気ブラシは、現像スリーブ４６の回転にともなって現像スリーブ４６と同方向、すなわち反時計回り方向に搬送されることとなる。現像剤の搬送方向すなわち反時計回り方向における前記現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の高さすなわち現像剤の量を規制するドクターブレード４４が設置されている。
上記磁石ローラ４７の表面部には、長手方向に延在する複数の磁極Ｐ１〜Ｐ５を有している。これらの磁極Ｐ１〜Ｐ５のうち、現像領域に対向する位置の磁極Ｐ１は、感光体ドラム１上の静電潜像の現像に用いる磁界を形成するための主極である。なお、図４中の符号Ｂ１〜Ｂ５で示す曲線は、現像剤を現像スリーブ表面に引きつける磁力の分布に関連する現像スリーブ４３上の法線方向における磁束密度Ｂの分布を示している。
【００１４】
上記構成の現像容器４０において、搬送スクリュウ４２、４３で混合攪拌された現像剤が現像ローラ４１に向け放出され、磁石ローラ４７の磁力により現像ローラ４１の表面に担持される。そして、現像ローラ４１に担持された現像剤は、現像スリーブ４６の回転に伴って表面を移動し、ドクターブレード４４によって担持量が規制された上で、現像ローラ４１と感光体ドラム１とが対向する現像領域Ｄを通過する。その後、現像ローラ４１に担持された現像剤は、現像容器４０との間隙を通過するように搬送され、搬送スクリュウ４２、４３による剤撹搬送領域へ引き渡される。また、現像容器４０には、図示しないトナー補給部から、感光体ドラム１に供給されるトナーの濃度が低下したとき等の所定のタイミングでトナーが補給される。
【００１５】
このように構成された現像装置４の現像領域に形成される現像電界について説明する。現像ローラ４１には、現像バイアス電圧として、電源４８により、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。背景部電位と画像部電位は、上記振動バイアス電位の最大値と最小値の間に位置している。これによって、感光体１と現像スリーブ１４とが対向する現像位置に、向きが交互に変化する交番電界が形成される。この交番電界中で現像剤４５のトナーとキャリアが激しく振動し、トナーは現像ローラ４１及びキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体１に飛翔し、感光体１の潜像に対応して付着する。
【００１６】
キャリアは平均粒径が５０［μｍ］以下の所謂小粒径キャリアを用いる。本実施形態においては、３０〜４０［μｍ］のキャリアを用いている。これによって、形成される画像の画質や文字再現性、更には文字の見た目の滑らかさである粒状性を向上させることができ、高品質な画像を得ることができる。
【００１７】
次に、本実施形態の特徴について説明する。
本実施形態においては、現像ローラ４１に印加する矩形波の交流電圧を、次の範囲内の値に設定している。交流電圧の周波数が５〜１２［ｋＨｚ］、ピークｔｏピーク電圧が０．５〜１．１［ｋＶ］、交流電圧におけるトナーと同極性即ちマイナス側のｄｕｔｙが３０〜４０［％］（図３参照）、地肌ポテンシャルが１００〜１５０［Ｖ］の範囲である。ここで、地肌ポテンシャルは、帯電装置２によって行った帯電による感光体ドラム１表面電位と現像ローラ４１に印可する交流電圧のバイアス平均値との差である。
更に、交流電圧以外の現像条件も次の範囲内の値に設定している。図５に示すように、感光体ドラム１表面と現像ローラ表面の最近接距離である現像ギャップＧｐが０．３０〜０．４５［ｍｍ］、現像ローラ４１上の二成分現像剤汲み上げ量ρ［ｍｇ／ｍｍ２］を左右する二成分現像剤汲み上げ密度を１．０〜１．５［ｍｇ／ｍｍ３］にしている。現像ローラ４１上の二成分現像剤汲み上げ量ρ［ｍｇ／ｍｍ２］は、現像ギャップＧｐ［ｍｍ］に二成分現像剤汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］を掛けた値となる。例えば、現像ギャップＧｐが０．３５［ｍｍ］ならば、汲み上げ量ρは０．３５×１．２＝０．４２［ｍｇ／ｍｍ２］となる。ここで現像剤汲み上げ量とは、図６に示すように、現像ローラ４１に設けた磁石ローラ４７の５つの磁極のうち主極Ｐ１を中心として、１［ｍｍ］×１［ｍｍ］の面積に担持されている二成分現像剤の重量を指す。また、感光体ドラム１表面に対する現像ローラ表面の線速比Ｖｓ／Ｖｐを１．４〜２．１の範囲内に設定している。
【００１８】
上記のように各パラメータを設定した理由について説明する。各パラメータはその値を上下に振ることによって次のような効果と不具合が分かっている。そして、本発明者は各パラメータを振る実験を行ない、キャリア付着・ベタ画像隣接部のハーフトーン白抜け（以下、ハーフトーン白抜けという）の発生が共に抑えられる条件を見出した。
交流電圧の周波数［ｋＨｚ］は、高くすると、感光体ドラム１への電荷注入が抑えられ地汚れが減少する。地汚れが減少すれば地肌ポテンシャル（感光体ドラム１非画像部表面電位と現像ローラ４１に印可する交流の平均値との差）を小さくしても地汚れ発生を防止することができる。地肌ポテンシャルを小さくすることが可能となれば、後ほど説明するようにキャリア付着が発生しにくくなる。但し、周波数を高くし過ぎると、エッジ効果が生じやすくなり、ハーフトーン白抜けが発生するため高くし過ぎないようにする。これらの条件を満たす範囲として周波数を５〜１２［ｋＨｚ］の範囲内の数値とした。
交流電圧のピークｔｏピーク電圧［ｋＶ］は、高くすると、地汚れとハーフトーン白抜けが減少する傾向があることが実験的に分かった。但し、ピークｔｏピーク電圧を高くし過ぎると現像ローラ４１から感光体ドラム１へのリークが発生し、地汚れが発生するので高くし過ぎないようにする。これらの条件を満たす範囲としてピークｔｏピーク電圧［ｋＶ］を０．５〜１．１［ｋＶ］の範囲内の数値とした。
交流電圧におけるトナーと同極性側のｄｕｔｙ［％］は、従来は一般的に５０［％］であった。これをトナーと同極性側の比率をやや低くすると、トナーの飛び散りをある程度抑えることができ、地汚れが減少する。地汚れが減少すれば地肌ポテンシャルを小さくしても地汚れ発生を防止することができる。地肌ポテンシャルを小さくすることが可能となれば、後ほど説明するようにキャリア付着が発生しにくくなる。但し、トナーと同極性側のｄｕｔｙを低くしすぎると、直流電界に近づくため、上記の交流バイアスのメリットである現像能力の向上が得られなくなるので、低くしすぎないようにする。これらの条件を満たす範囲としてマイナス側のｄｕｔｙ［％］を３０〜４０［％］の範囲内の数値とした。これによって、従来一般的に用いられるｄｕｔｙ５０［％］のときよりも地汚れを低減することができ、かつ現像能力の向上というメリットも受けることができる。
地肌ポテンシャル［Ｖ］は、小さくするとキャリア付着が減少する。但し、小さくし過ぎると地汚れが増加するので小さくしすぎないようにする。地汚れを回避しつつキャリア付着を防止できる地肌ポテンシャルの適正範囲は比較的狭い。そこで、本実施形態においては、上記のように交流電圧の周波数やトナーと同極性側のｄｕｔｙを調整し、地肌汚れを発生しにくくすることで、地肌ポテンシャルの範囲設定に余裕度を持たせている。地肌ポテンシャルを低めに設定しても地汚れが生じにくくすることができ、結果としてキャリア付着を減少させることができる。このような他のパラメータによる影響を踏まえて、地肌ポテンシャル［Ｖ］を１００〜１５０［Ｖ］の範囲内の数値とした。
現像ギャップＧｐ［ｍｍ］は、狭くするとエッジ効果が低減され、ハーフトーン白抜けが低減する。また、磁気ブラシが短くなるのでブラシ先端のキャリアでも現像ローラ４１からの距離が短くなり現像ローラ内部の主極Ｐ１から受ける磁力をある程度以上のレベルに維持できる。よって、主極から受ける磁力が弱くなってブラシ先端部のキャリアがちぎれ感光体ドラム１上に付着するキャリア付着の現象も低減する。但し、現像ギャップＧｐは狭くし過ぎると、現像領域に供給する現像剤量（汲み上げ量）も少なくしなければならず、現像に使用できるトナー量が少なくなってしまうので、狭くしすぎないようにする。これらの条件を満たす範囲として現像ギャップＧｐを０．３０〜０．４５［ｍｍ］の範囲内の数値とした。尚、現像ギャップＧｐは更に好ましくは０．３０〜０．３５［ｍｍ］の範囲内の数値である。
感光体ドラム１上の二成分現像剤汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］が高いと、汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］にギャップＧｐをかけた現像剤汲み上げ量ρが多くなる。現像剤汲み上げ量ρは多過ぎると現像ニップ中でのキャリアの動きを抑制してしまい、ベタ画像を現像しトナーが剥ぎ取られたキャリアがいつまでも磁気ブラシ先端に存在したままになる恐れがある。このような磁気ブラシ先端のキャリアはカウンタチャージを受け、ベタ画像周辺部のハーフトーン部からトナーを剥ぎ取ってしまい、ハーフトーン白抜けを発生させてしまう。一方、二成分現像剤汲み上げ密度が低いと現像剤汲み上げ量ρが少なくなる。現像剤汲み上げ量が少なすぎると現像ローラ４１から感光体ドラム１へのリークが発生してしまう。よって、汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］とギャップＧｐとの積によって決まる現像剤汲み上げ量を多からず少なからずとなるよう、二成分現像剤汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］をギャップＧｐとのからみで適度に設定する。本実施形態では、現像ギャップＧｐを０．３０〜０．４５［ｍｍ］に設定していることから、汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］を１．０〜１．５［ｍｇ／ｍｍ３］の範囲内の数値とした。
感光体ドラム１表面に対する現像ローラ表面の線速比（以下、対感光体ドラム１線速比という）は、高くすると、ハーフトーン白抜けが低減する。対感光体ドラム１線速比が高くなると、単位時間単位面積の現像領域中を通過する磁気ブラシの本数が多くなる。したがって、感光体ドラム１表面を単位面積当たりが同じトナー量となるような潜像を現像する場合を考えてみると、対感光体ドラム１線速比の高い場合が低い場合に比して磁気ブラシ１本当たりから取られるトナー量が少なくなる。当然磁気ブラシ１本当たりが受けるカウンタチャージ量も少なくなるため、ベタ画像周辺のハーフトーン部から剥ぎ取るトナー量も少なくなり、ハーフトーン白抜けが低減される。但し、対感光体ドラム１線速比を高くしすぎると、現像ローラ４１上の磁気ブラシにかかる遠心力が増加し、ブラシが切れやすくなるため、キャリアが切れて感光体ドラム１に付着しやすくなる。よって、対感光体ドラム１線速比を高くし過ぎないようにする。本実施形態では、現像ローラ４１の対感光体ドラム１線速比を１．４〜２．１の範囲内の数値とした。尚、、現像ローラ４１の対感光体ドラム１線速比は、更に好ましくは１．７〜２．１である。
【００１９】
以上のようにキャリア付着及びハーフトーン白抜けの少なくとも一方に影響を及ぼす各種のパラメータを数値によって得られる効果と発生する不具合、更には複数のパラメータの組合せによって生じる影響を踏まえて適正条件に設定している。これによって、キャリア付着とハーフトーン白抜けの両方を共に防止することができ、かつ地汚れやリークの発生も抑えると共に適当な現像能力を有することができた。
【００２０】
尚、上記実施形態に用いたプリンタは図１に示すように感光体ドラム１と現像ローラ４１をそれぞれ１つづつ有しているが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限るものではない。例えば、１つの感光体に対して複数の現像装置を設けている画像形成装置や感光体と現像装置をそれぞれ複数有している画像形成装置においても、上記パラメータの条件があてまるよう設定しさえすれば、同様の効果を得ることができる。また、本実施形態のプリンタでは感光体ドラム１から転写紙に直接トナーを転写しているが、感光体ドラム１と転写部材との間に中間転写体を有する構成でも同様に本発明を適用することができる。
【００２１】
上記実施形態においては、３０〜４０［μｍ］の小粒径キャリアを用いたプリンタにおいて、交流電圧の周波数［ｋＨｚ］、ピークｔｏピーク電圧［ｋＶ］、マイナス側のｄｕｔｙ［％］、地肌ポテンシャル［Ｖ］、現像ギャップＧｐ、現像剤汲み上げ密度［ｍｇ／ｍｍ３］、現像ローラ４１の対感光体線速比を上記のように設定している。これによって、小粒径キャリアを用いるメリットである高解像度のデジタル潜像を忠実に現像することができると共に、キャリア付着とハーフトーン白抜けを共に防止することができ、高品質な画像をより良好に形成することができる。
また、現像ギャップＧｐの範囲を更に狭く０．３０〜０．３５［ｍｍ］とすることによって、ハーフトーン白抜けをより確実に防止することができる。
また、現像ローラ４１の対感光体線速比の範囲を更に狭く１．７〜２．１とすることによって、ハーフトーン白抜けをより確実に防止することができる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１乃至３の現像装置及び請求項４の画像形成装置によれば、▲１▼〜▲７▼のパラメータをその効果と不具合、複数のパラメータの組合せによって生じる影響等を踏まえて適正条件に設定し、キャリア付着及びベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けの両方を防止できるようにしている。これによって、小粒径キャリアを用いるメリットである高品質な画像を得ることができると共に、キャリア付着とベタ画像隣接部のハーフトーン白抜けとを共に防止できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の要部の説明図。
【図２】現像装置の概略構成図。
【図３】交流電圧の波形の説明図。
【図４】現像ローラ内部の磁極配置と現像ローラ表面法線方向磁束密度分布を示す図。
【図５】本実施形態にかかる現像装置の説明図。
【図６】現像剤汲み上げ量の説明図。
【符号の説明】
１　　　感光体ドラム
２　　　帯電装置
３　　　露光装置
４　　　現像装置
５　　　転写装置
７　　　クリーニング装置
８　　　定着装置
４０　　現像容器
４１　　現像ローラ
４２、４３　　搬送スクリュウ
４４　　ドクタブレード
４５　　現像剤（二成分現像剤）
４６　　現像スリーブ
４７　　磁石ローラ
４８　　電源
Ｐ　　　転写紙
【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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