(57)【要約】【課題】  現像装置を複雑にすることなく、現像装置内に小粒径トナーが蓄積するのを防止し、長期にわたって画像品質低下のない良好な画像を得ることができる画像形成装置における現像装置を提供することが課題である。【解決手段】  非画像形成（非印字）時の所定タイミングで、現像ローラと供給ローラの間に特定の電位差を設けて一定時間回転させて特定のトナー層を蓄積するトナー蓄積工程と、現像ローラを停止させた状態で、潜像担持体に対向した位置の現像ローラ上のトナーを引き剥がすトナー吐き出し工程を設定し、前記蓄積工程における蓄積時間を、蓄積開始から前記現像ローラ上に蓄積されたトナー中の微粉割合が現像剤中の微粉割合を超えるまでの時間より長くし、前記吐き出し工程時における前記現像ローラから潜像担持体へ飛翔する微粉トナー割合が略最大となる前記蓄積工程における蓄積時間より短くした。【選択図】      図１
2005099663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成したキャリアとトナーからなる２成分現像剤による磁気ブラシを現像ローラに摺擦させながら現像ローラ上にトナー層のみを担持させ、潜像担持体との間に形成された交番電界により、潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置における現像装置において、
非画像形成（非印字）時の所定タイミングで、現像ローラと供給ローラの間に特定の電位差を設けて一定時間回転させて特定のトナー層を現像ローラ上に蓄積するトナー蓄積工程と、現像ローラを停止させた状態で、潜像担持体に対向した位置の現像ローラ上のトナーを引き剥がすトナー吐き出し工程が設定されてい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２】
前記トナー蓄積工程が、前記現像ローラに印加した交番電界の周波数、若しくはデューティ比を変化させることにより設定したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置における現像装置。
【請求項３】
前記トナー蓄積工程における交番電界のデューティ比が、前記現像ローラに印加する現像時の交番電界のデューティ比より大に設定したことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置における現像装置。
【請求項４】
前記トナー蓄積工程時に、前記交番電界のデューティ比を現像時より増加させて４０〜６０％の範囲に設定する事を特徴とする請求項３記載の画像形成装置における現像装置。
【請求項５】
内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成したキャリアとトナーからなる２成分現像剤による磁気ブラシを現像ローラに摺擦させながら現像ローラ上にトナー層のみを担持させ、潜像担持体との間に形成された交番電界により、潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置における現像装置の運転方法において、
非画像形成（非印字）時の所定タイミングで、現像ローラと供給ローラの間に特定の電位差を設けて一定時間回転させて特定のトナー層を現像ローラ上に蓄積するトナー蓄積工程と、現像ローラを停止させた状態で、潜像担持体に対向した位置の現像ローラ上のトナーを引き剥がすトナー吐き出し工程とを設定し、
前記蓄積工程における蓄積時間を、蓄積開始から前記現像ローラ上に蓄積されたトナー中の微粉割合が現像剤中の微粉割合を超えるまでの時間より長くし、前記吐き出し工程時における前記現像ローラから潜像担持体へ飛翔する微粉トナー割合が略最大となる前記蓄積工程における蓄積時間より短くしたことを特徴とする画像形成装置における現像装置の運転方法。
【請求項６】
前記蓄積工程における蓄積時間をＴ、記録紙の線速をＳとしたとき、次の関係とす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の運転方法。
６００≦Ｓ・Ｔ≦３０００
【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使用される現像方法に係り、特に、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上にトナーのみを保持させて静電潜像を現像するようにした画像形成装置における現像装置とその現像装置の運転方法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現像方式には、トナーとキャリアを用いた２成分現像方式、キャリアを使用しない１成分現像方式、キャリアを用いてトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像を現像するようにした、所謂ハイブリッド現像方式などがある。
【０００３】
２成分現像方式は、キャリアによるトナーの帯電性に優れ、長寿命化が可能である反面、現像装置が大きく複雑になることや、キャリアの耐久性によって画質が変化するなどの欠点がある。また１成分現像方式は、現像装置がコンパクトになってドット再現性に優れているが、現像ローラ、補給ローラの耐久性が概して低く、定期的に現像装置を交換するため消耗品価格が高価になる。
【０００４】
こうした双方の現像方式の特徴を生かし、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を使用し、感光体上に形成した静電潜像を現像するための現像ローラ上にはトナーのみを保持するようにした所謂ハイブリッド現像方式が注目され、特にこのハイブリッド現像方式は、高速の画像形成が可能な現像方式として、また感光体上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用として、更には複数の電子写真プロセス部材を並べて配置し、転写部材の送りに同期させてカラー画像を形成して転写部材上で色重ねを行うタンデム方式用の現像装置として注目されてきている。
【０００５】
しかも特にタンデム方式の場合には、複数の電子写真プロセス部材を並べて配置するため、感光体に対して現像ローラや供給ローラ（磁気ローラ）を横に配置すると電子写真プロセス部材そのものの幅が大きくなり、小型化の妨げになる。そのため、電子写真プロセス部材を構成する現像ローラや磁気ローラを感光体の上方に配置して現像装置を縦型とし、画像形成装置の奥行きを狭められるようにすることが好ましい。
【０００６】
こういった技術に関する従来技術としては、特許文献１に磁気ローラを用いて現像剤をドナーローラに進ませ、このドナーローラ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。しかしながらこの方式によると、ドナーローラ上の未現像トナーをリフレッシュすることが困難で、ドナーローラ周期の画像欠陥等が生じる。また上記した従来の技術は、現像性の高いトナーの粗粉が選択的に潜像担持体に現像されやすく、連続印刷を行うと帯電性の高い微粉トナーが現像ローラに消費されること無く堆積するという選択現像が起こるため、画像濃度の低下が生じる傾向があり、さらに、トナーの帯電制御が複雑で、潜像担持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、現像ローラ上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、その現像ローラ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、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。
【０００７】
さらに、高濃度の現像パターンを連続して印字した場合、描画後のトナーの需要と供給のバランスが悪く、トナー粒度分布の変化を伴い、現像機能を低下させることがある。具体的には現像剤中に微粉量が増え、微粉トナーがキャリア表面を汚染し、帯電量低下による現像装置からのトナー飛散、現像ローラ上への微粉トナーの付着といった問題を引き起こす。また、現像ローラ上のトナー層形成が良好に行われず、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすく、現像装置を小型化する場合の課題となっていた。
【０００８】
こういった問題は、現像バイアスの交流成分やドナーローラと磁気ローラ（供給ローラ）のギャップを調節し、磁気ブラシを充分現像ローラに接触させると共に、現像ローラと磁気ローラ（供給ローラ）をカウンター方向で回転させることによる剥ぎ取り効果によっても改善される。このとき、現像ローラ上のトナーの大半は現像時間外に磁気ブラシによって回収されるが、トナー中の比較的多量の微粉が強固に現像ローラ表面に付着した場合、連続印字時の短いイメージ間では微粉を回収できず、現像ローラ上に残ってしまう。現像ローラ上に残った付着物は、画像欠陥やトナー飛散の原因となる。
【０００９】
こういった問題を解決するための従来技術としては、特許文献２乃至４がある。特許文献２に示されたトナー粒度調整方法は、磁気ローラ（供給ローラ）から現像ローラへトナーを転移させて現像ローラ上にトナー層を形成する第１工程と、この第１工程とは逆方向のバイアス電圧下で現像ローラ上のトナー層から大粒径のトナーを磁気ローラ（供給ローラ）に返送する第２工程と、現像ローラと感光体との間のバイアス電圧下で、現像ローラ上に残った小粒径トナーを感光体に転移させる第３工程を行って小粒径トナーを除去するようにしたもので、特許文献３では、小粒径トナー排出手段として、現像ローラに直流成分に交流成分を重畳した小粒径トナー排出用バイアスを印加するようにした現像装置が示されている。
【００１０】
また特許文献４に示された画像形成装置は、直流電圧に交流電圧を断続的に重畳したブランクパルスを用いた現像方式の画像形成装置であり、この現像方式は２成分現像剤のトナー濃度の影響を受けにくく、ハイライト部の再現性に優れているが、粒径の大きいトナーが現像に消費され、粒度分布が粒径の小さい方に偏るため、現像手段に現像バイアスの波形を変化させる制御部を設け、出力画像形成時以外の動作時にトナー強制消費用画像の静電潜像を形成し、その潜像を前記変化させた波形を連続的に直流に重畳したバイアスで現像して小粒径トナーを消費するようにしている。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第３，９２９，０９８号公報
【特許文献２】特開平６−２９５１２３号公報
【特許文献３】特開平８−６９１８４号公報
【特許文献４】特開２０００−２９３０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２に示されたトナー粒度調整方法は、現像ローラ上に微粒トナーを集めるために第１工程と第２工程の２つの工程を経ねばならず、それだけ時間がかかる。特許文献３に示された現像装置は通常の２成分現像方式であり、小粒径トナー排出用バイアスを印加するようにしているが、これだけでは小粒径トナー排出が充分おこなえるかどうかわからない。また特許文献４に示された画像形成装置も、２成分現像方式であると共にブランクパルスを用いた現像方式であり、あまり一般的な現像方式でなく、また、現像バイアスの波形を変化させる制御部が必要であって、複雑で高価にならざるを得ない。
【００１３】
上記の事情に鑑み本発明は、現像装置を複雑にすることなく、現像装置内に小粒径トナーが蓄積するのを防止し、長期にわたって画像品質低下のない良好な画像を得ることができる画像形成装置における現像装置とその現像装置の運転方法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】
【００１４】
上記課題を解決するため本発明の画像形成装置における現像装置は、
内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成したキャリアとトナーからなる２成分現像剤による磁気ブラシを現像ローラに摺擦させながら現像ローラ上にトナー層のみを担持させ、潜像担持体との間に形成された交番電界により、潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置における現像装置において、
非画像形成（非印字）時の所定タイミングで、現像ローラと供給ローラの間に特定の電位差を設けて一定時間回転させて特定のトナー層を現像ローラ上に蓄積するトナー蓄積工程と、現像ローラを停止させた状態で、潜像担持体に対向した位置の現像ローラ上のトナーを引き剥がすトナー吐き出し工程が設定されていることを特徴とする。
【００１５】
そして、前記トナー蓄積工程が、前記現像ローラに印加した交番電界の周波数、若しくはデューティ比を変化させることにより設定したことを特徴とする。
【００１６】
また、前記トナー蓄積工程における交番電界のデューティ比が、前記現像ローラに印加する現像時の交番電界のデューティ比より大に設定したことを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記トナー蓄積工程時に、前記交番電界のデューティ比を現像時より増加させて４０〜６０％の範囲に設定する事を特徴とする。
【００１８】
そして、本発明になる画像形成装置における現像装置の運転方法は、
内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成したキャリアとトナーからなる２成分現像剤による磁気ブラシを現像ローラに摺擦させながら現像ローラ上にトナー層のみを担持させ、潜像担持体との間に形成された交番電界により、潜像担持体上の潜像を現像する画像形成装置における現像装置の運転方法において、
非画像形成（非印字）時の所定タイミングで、現像ローラと供給ローラの間に特定の電位差を設けて一定時間回転させて特定のトナー層を現像ローラ上に蓄積するトナー蓄積工程と、現像ローラを停止させた状態で、潜像担持体に対向した位置の現像ローラ上のトナーを引き剥がすトナー吐き出し工程とを設定し、
前記蓄積工程における蓄積時間を、蓄積開始から前記現像ローラ上に蓄積されたトナー中の微粉割合が現像剤中の微粉割合を超えるまでの時間より長くし、前記吐き出し工程時における前記現像ローラから潜像担持体へ飛翔する微粉トナー割合が略最大となる前記蓄積工程における蓄積時間より短くしたことを特徴とする。
【００１９】
さらに本発明では、前記蓄積工程における蓄積時間をＴ、記録紙の線速をＳとしたとき、次の関係とすることを特徴とする。
６００≦Ｓ・Ｔ≦３０００
【発明の効果】
【００２０】
このように画像形成装置の非画像形成（非印字）時の所定タイミングで、現像ローラと供給ローラ（磁気ローラ）の間に特定の電位差を設けて一定時間回転させ、特定のトナー層を現像ローラ上に蓄積するトナー蓄積工程と、現像ローラを停止させた状態で潜像担持体に対向した位置の現像ローラ上のトナーを引き剥がすトナー吐き出し工程とを設定することにより、非現像時に現像ローラ上のトナーを効率的に潜像担持体上に飛翔させて廃棄することが可能であり、これによりトナーの粒度分布変動が効果的に防止でき、長期にわたって画像品質低下のない良好な画像を得ることができる画像形成装置における現像装置を提供することができる。
【００２１】
そして、トナー蓄積工程を現像ローラに印加した交番電界の周波数、若しくはデューティ比を変化させることにより設定することで、簡単な構成で小粒径トナー排出を効果的に行うことができる。
【００２２】
また、トナー蓄積工程における交番電界のデューティ比が、現像ローラに印加する現像時の交番電界のデューティ比より大に設定したことにより、効果的に小粒径トナーを現像ローラ上に蓄積することができる。
【００２３】
さらに、前記トナー蓄積工程時に、前記交番電界のデューティ比を現像時より増加させて４０〜６０％の範囲に設定することが好ましい。
【００２４】
また、蓄積工程の蓄積時間を、蓄積開始から前記現像ローラ上に蓄積されたトナー中の微粉割合が現像剤中の微粉割合を超えるまでの時間より長くし、前記吐き出し工程時における前記現像ローラから潜像担持体へ飛翔する微粉トナー割合が略最大となる前記蓄積工程における蓄積時間より短くすることで、最も効果的に微粉を現像ローラ上に集めると共に潜像担持体に吐き出すことが可能となり、これによりトナーの粒度分布変動が効果的に防止でき、長期にわたって画像品質低下のない良好な画像を得ることができる画像形成装置における現像装置の運転方法を提供することができる。
【００２５】
さらに、蓄積工程における蓄積時間を次式の関係とすることで、効果的に微粉を現像ローラ上に集めると共に潜像担持体に吐き出すことが可能となる。
６００≦Ｓ・Ｔ≦３０００
【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は、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。
【００２７】
図１は本発明になる画像形成装置における現像装置とその現像装置の現像方法を実施する現像装置の一実施例の模式図、図２は現像ローラに印加する交流バイアスのデューティ比を変化させた時の現像ローラ上トナーの微粉割合を示したグラフ、図３は現像ローラに印加する交流バイアスの周波数を変化させた時の現像ローラ上の微粉割合を示したグラフ、図４は現像ローラに印加する交流バイアスのデューティ比を変化させた時の潜像担持体上の微粉割合を示したグラフ、図５は現像ローラに蓄積されたトナーを潜像担持体に吐き出させるに際し、現像ローラに印加する交流バイアスの周波数を種々変化させ、その変化によって潜像担持体上の微粉割合がどのように変化するかを調べたグラフ、図６は現像ローラへのトナー蓄積にかけた時間による現像ローラ上微粉トナー割合の変化を示したグラフ、図７は現像ローラへのトナー蓄積にかけた時間による潜像担持体上微粉トナー割合の変化を示したグラフ、図９本発明になる現像装置とその現像装置の現像方法を実施する現像装置を有する画像形成装置の一実施例の模式図である。
【００２８】
図中１は感光体（潜像担持体）、２はＬＥＤなどを使った露光装置、３は感光体１を帯電するための帯電器、４は現像ローラ、５は内部に磁石集成体６を有して回転し、表面にキャリアとトナーからなる磁気ブラシ１０を担持して回転するスリーブからなる供給ローラ（磁気ローラ）、７は供給ローラ５上の磁気ブラシ１０の厚さを規制する規制ブレード、８ａ、８ｂはトナーコンテナ９から供給されるトナーをキャリアと混合して撹拌し、帯電させるためのミキサー、１０はトナーとキャリアとからなる磁気ブラシ、１１は記録紙、１２は現像装置、１５は現像ローラ４に交流バイアスを印加するための交流電源、１６は同じく直流バイアスを印加するための直流電源、１７は供給ローラ５に直流バイアスを印加するための直流電源、図９における２０は画像形成装置、５３は給紙カセット、５４は無端状ベルト、５８は転写装置、５９は定着装置である。なお、以下の説明では本発明を、タンデム型カラー画像形成装置の現像装置に適用した場合を例に説明してゆくが、本発明は、キャリアを用いてトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした画像形成装置における現像装置であれば、モノクロ画像形成装置であっても適用できることはあきらかである。
【００２９】
このうち感光体（潜像担持体）３の材料としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体、有機感光体（ＯＰＣ）などを用いることができる。正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）は、オゾンなどの発生が少なくて帯電が安定しており、特に単層構造の正帯電有機感光体は、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。そして、正帯電有機感光体を長寿命のシステムに用いる場合、膜厚を２０μｍから４０μｍ程度に設定することが好ましい。２０μｍ以下の場合は、膜厚が減少して１０μｍ程度になったときに絶縁破壊によって黒点の発生が目だってくる。また、４０μｍ以上とした場合は感度が低下し、画像濃度低下の要因となる。
【００３０】
露光装置２は、半導体レーザ、もしくはＬＥＤを用いることができる。正帯電有機感光体を用いた場合は７７０ｎｍ付近の波長が有効であり、アモルファスシリコン感光体の場合は６８５ｎｍ付近の波長が有効である。以下本発明においては、感光体３として正帯電有機感光体を用い、露光装置２の光源としてＬＥＤを用いた場合を例に説明してゆく。
【００３１】
現像ローラ４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する。そしてそのシャフト部には、直流（ＤＣ）バイアス電源１６、交流（ＡＣ）バイアス電源１５を接続し、回転する現像ローラ４と感光体１、及び供給ローラ５との間にこの直流と交流を重畳したバイアスが作用するようにする。また、供給ローラ５には直流（ＤＣ）バイアス電源１７を接続し、この直流（ＤＣ）バイアス電源１７の電位を例えば４００Ｖ、直流（ＤＣ）バイアス電源１６の電位を例えば７０Ｖとして、その電位差で現像ローラ４に約１〜１．５ｍｇ／ｃｍ２のトナー薄層を形成する。この時の現像剤の帯電量は１０〜２０μＣ／gが適正で、１０μＣ／g以下、特に５μＣ／g以下と低いとトナー層厚が厚くなり、飛散が増大する。一方、トナー帯電量が２０μＣ／g以上になるとトナー層厚が薄くなり、帯電が上昇してトナーが感光体１へ飛翔しづらくなり、現像性が低下する。
【００３２】
また、現像ローラ４から感光体１へトナーを飛翔させるため、現像ローラ４へ交流（ＡＣ）バイアス電源１５から交流電圧を印加することで現像性が得られる。この交流電圧としては、Ｖｐｐが１．６ｋＶ、周波数２．７ｋＨｚで画像濃度、ドット再現、カブリ除去のバランスが取れ、デューティ（Ｄｕｔｙ）
比を２７％にすることで、現像ゴーストを除去することができた。また、現像ローラ４のトナー層表面越しの電位を測定すると約３２０Ｖとなっており、３２０Ｖ−７０Ｖ（全露光後感光体電位）＝２５０Ｖが実質の現像の実効電位であるといえる。
【００３３】
供給ローラ５と規制ブレード７との間には磁力線を走らせることで、磁気ブラシ１０の搬送性を絞り、供給ローラの表面をローレットやブラスト処理などで搬送性を高めることで、規制ブレード７と供給ローラ５とのギャップマージンを緩和することができる。
【００３４】
連続印刷での画像濃度を安定させるためには、印刷データによって定期的に現像ローラ４からトナーを剥ぎ取り、リフレッシュする必要がある。これは、現像終了時に交流（ＡＣ）バイアス１５を印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス１６、１７を変化させて現像ローラ４上のトナーを磁気ブラシ１０に回収する。現像終了時毎に現像ローラ４からトナーを剥ぎ取れば常にリフレッシュされるが、再度安定なトナー層を形成するのに時間を要し、十分な印刷速度を達成できない。良好な印刷速度を維持するためには、用紙間隔を調整して一定期間に現像ローラ４上のトナーを出し入れする時間を調整すればよい。用紙間隔を大きくしないで感光体１上の潜像に十分なトナーを供給するためには、感光体１に対して現像ローラ４の周速を１．５倍以上に設定すると、短時間にトナーの出し入れが可能になる。また、供給ローラ５を現像ローラ４に対して１超２倍以下の速度に設定すると、トナーの入れ替えが促進される。この時、供給ローラ５の回転方向が現像ローラ４に対して逆方向であることが好ましい。
【００３５】
供給ローラ５と現像ローラ４のギャップは４００μｍに設定されており、規制ブレード７と供給ローラ５とのギャップはキャリアの粒径に応じて調整されるが、平均粒径３５μｍのキャリアとトナー１０％の現像剤においては４５０〜６００μｍに設定し、磁気ブラシ１０が現像ローラ４に接触する設定にしてある。現像ローラ４と供給ローラ５のギャップが狭すぎると現像剤がローラ間を通過できずに溢れてしまい、広すぎると現像ローラ４に接触できず、現像ローラ４上のトナーを回収することが困難になる。そのため、現像動作を繰り返すと次第に現像ローラ４にトナーが固着してしまい、感光体１へトナーが飛翔できなくなってしまう。一方、感光体１と現像ローラ４との距離を２３０μｍに設定し、この空間にはワイヤ電極などは用いない。
【００３６】
本発明の現像装置１２は、供給ローラ５と直近のミキサー８ａの位置関係が、ミキサー８ａが上部にあることで縦型の現像装置となり、ミキサー８ａとミキサー８ｂの下に、感光体１と露光装置２が配置されるように置くことができるから、この現像装置１２を図９に示したように４個並べることで、画像形成装置２０の奥行きを狭めることができる。また、トナーコンテナ９は現像装置１２の上部に配置することで、モータを介してトナー補給口から自由落下させることができ、交換時には上から取り外して再度上から装着すればよく、さらに現像装置１２もトナーコンテナ９と同様上部に取り外すことが可能であり、現像装置１２の異常時などの際にも、取り外しが容易で、構造も単純化する。
【００３７】
最初に、このように構成した現像装置を有する本発明になる画像形成装置２０の一実施例の動作について、図９の模式図を用いて説明する。この画像形成装置２０は、無端状ベルト５４が、給紙カセット５３からの記録紙を定着装置５９に向かって搬送可能に配設されており、記録紙を搬送するベルト５４の上側には、ブラック用現像装置１２Ａ、イエロー用現像装置１２Ｂ、シアン用現像装置１２Ｃ、及びマゼンタ用現像装置１２Ｄが配設されている。そしてこれらの現像装置１２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）には、それぞれ供給ローラ５（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）、該供給ローラ５（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に近接して現像ローラ４（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配設され、該現像ローラ４に対面して感光体１（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が、さらにこの感光体１の周囲には、帯電器３（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）及び露光装置２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配置されている。
【００３８】
このように構成した現像装置を有する本発明の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とキャリアからなる２成分現像剤は、トナーコンテナ９からそれぞれの現像装置１２に供給され、図１に示した供給ローラ５上に磁気ブラシ１０を形成し、攪拌によってトナーが帯電される。そして、供給ローラ５上の磁気ブラシ１０は規制ブレード７によって層規制され、供給ローラ５に加えられた直流バイアス１７と現像ローラ４に加えられた直流バイアス１６間の電位差、及び交流バイアス１５によって現像ローラ４にトナーのみの薄層を形成する。
【００３９】
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、帯電器３によって正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）で構成された感光体１が例えば４００Ｖに帯電され、その後、例えば７７０ｎｍの波長のＬＥＤを用いた露光装置２による露光により、感光体１の露光後電位は約７０Ｖ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４に加えられた直流バイアス１６と交流バイアス１５により、現像ローラ４上のトナー薄層から感光体１に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。そして、給紙カセット５３から記録紙が送りだされてベルト５４で送られて感光体１に達したとき、転写装置５８（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）による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５９で定着されて排紙される。その後前記したように、印刷データによって定期的に、交流（ＡＣ）バイアス１５を印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス１７を変化させて現像ローラ４上のトナー薄層を供給ローラ５に回収する。
【００４０】
そして本発明においては、記録紙１１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、現像ローラ４と供給ローラ５との間に特定の電位差を設け、現像ローラ４を一定時間回転させてこの現像ローラ４上に微粉（小粒径）量の多いトナー層を蓄積するトナー蓄積工程と、現像ローラ４を停止させた状態で、現像ローラ４上の感光体１に対向した位置のトナーを引き剥がすトナー吐き出し工程を設け、感光体１に設けられたクリーニング装置で、吐き出したトナーをクリーニングすることで、小粒径トナーを排出するようにしたものである。なお、通常印字時は、紙間で現像ローラ４上のトナー層を回収するため、現像ローラ４上に微粉トナーが溜まる前に供給ローラ５に回収されてしまう。
【００４１】
そして、この蓄積工程に於ける微粉（小粒径）量の多いトナー層を蓄積するための蓄積時間は、蓄積開始から現像ローラ４上に蓄積されたトナー中の微粉割合が現像剤中の微粉割合を超えるまでの時間より長くし、吐き出し工程時における現像ローラ４から感光体１へ飛翔する微粉トナー割合が、略最大となる蓄積工程における蓄積時間より短くする。
【００４２】
現像ローラ４上のトナー層の粒度は、現像ローラ４と供給ローラ５の間に印加する電圧によって変化し、直流のみの電位差では微粉量は比較的少なく、交流を重畳した場合は微粉量が多くなる。そのため、現像ローラ４の交流電源１５により印加する交流バイアスのデューティ比を変化させ、現像ローラ４上に蓄積される微粉の割合を調べたのが図２に示したグラフである。このグラフにおいて横軸はデューティ比、縦軸は４μｍ以下のトナー個数の％であり、このグラフからわかるように、５０％以上の高いデューティ比の交流電圧を印加した場合に微粒トナーが蓄積される傾向が見られた。また図３は、現像ローラ４に印加する交流バイアス１５の周波数を変化させた時の現像ローラ４上の微粉割合を示したグラフで、横軸は周波数、縦軸は４μｍ以下のトナー個数の％であり、このグラフからわかるように、周波数が低い方が微粒トナーが蓄積される傾向が見られる。
【００４３】
これは、低い周波数の交流を印加して現像ローラ４と供給ローラ５を回転させた場合、現像ローラ４上のトナーが繰り返し入れ替わるときに現像ローラ４上に保持する時間が長いため、付着力の高い微粉トナーは現像ローラ４表面に比較的強い力で付着しているのに対し、付着力の比較的小さい粗紛は供給ローラ５に回収されて入れ替わっていくためと考えられる。
【００４４】
そして、現像ローラ４上に微粉トナーを蓄積する蓄積工程をおこなった後、現像ローラ４を停止させた状態で、現像ローラ４上の感光体１に対向した位置のトナーを引き剥がすトナー吐き出し工程を行うわけであるが、その時に現像ローラ４の交流電源１５により印加する交流バイアスのデューティ比を変化させ、感光体１上に飛翔される微粉の割合を調べたのが図４に示したグラフである。このグラフにおいて横軸はデューティ比、縦軸は４μｍ以下のトナー個数の％であり、このグラフからわかるように、デューティ比が低い交流電圧を印加した場合に微粒トナーが感光体１へ飛翔する傾向が見られた。また図５は、現像ローラ４に印加する交流バイアス１５の周波数を変化させた時の感光体１上に飛翔する微粉割合を示したグラフで、横軸は周波数、縦軸は４μｍ以下のトナー個数の％であり、このグラフからわかるように、周波数が低い方が感光体１へ微粒トナーが飛翔する傾向が見られる。
【００４５】
また図６は、現像ローラ１へのトナー蓄積にかけた時間による現像ローラ１上の微粉トナー割合の変化を示したグラフで、このグラフ中、「現像器中トナーの微粉割合」として示したのは、通常の現像剤における微粉の割合である。このグラフにおいて横軸は蓄積工程に於ける蓄積時間、縦軸は４μｍ以下のトナー個数の％であり、このグラフからわかるように、約５ｍｓｅｃから約３０ｍｓｅｃまでは、蓄積時間によってほぼ直線的に微粉トナー割合が上昇し、３０ｍｓｅｃを超えた後は緩やかに上昇している。
【００４６】
なお、この「現像器中トナーの微粉割合」は、記録紙の線速が１００ｍｍ／ｓｅｃの画像形成装置を使用し、画像割合が５％の原稿を１０万枚印刷して現像剤中のトナーの微粉割合変化を確認して出した値である。すなわち図８に示したように、現像剤中の４μｍ以下の微粉トナー割合は初期４％程度であるが、吐き出し工程を行わない場合は現像剤中の微粉トナー割合は４０％程度になった。微粉トナー割合が３５％以上になると現像性が落ち、濃度低下することが実験により求められている。したがって、現像剤中の微粉トナー割合を３５％以下にする必要があるが、上限値ぎりぎりでは裕度が無いためばらつきなどを考慮し、本発明では微粉トナー割合を３０％以下に抑えるために、５０枚おきに吐き出し工程を行った結果、現像器中の微粉トナー割合はほぼ２２％で推移した。この２２％を図６の現像器中の微粉トナー割合とした。５０枚おきに吐き出し工程を行ったのは、５０枚以下の頻度であれば吐き出しの効果があったためである。トナー中の微粉トナー割合はコールターカウンターを使用して体積平均粒径を測定して求めた。
【００４７】
そして図７は、蓄積工程によって現像ローラ１へトナーを蓄積させる時間を変化させ、それによって吐き出し工程に於ける感光体１上の微粉トナー割合がどう変化するかを調べたグラフで、横軸は蓄積工程に於ける蓄積時間、縦軸は４μｍ以下のトナー個数の％であり、このグラフからわかるように、約５ｍｓｅｃから約３０ｍｓｅｃまでは蓄積時間が増加するに従って感光体１上の微粉トナー割合も増加しているが、約３０ｍｓｅｃを超えた後は逆に微粉トナー割合が減少している。これは、蓄積時間を約３０ｍｓｅｃ以上とすると、現像ローラ４上のトナーの帯電量が過度に上昇して現像ローラ４上に強力に付着し、感光体１へ飛翔することが妨げられるためと考えられる。
【００４８】
そしてこの蓄積時間は、画像形成装置の印字速度によって記録紙１１の現像にかかる時間が異なってくるため異なり、印字速度の遅い画像形成装置ほど蓄積時間を長くする必要がある。例えば記録紙１１の線速が１００ｍｍ／ｓｅｃの画像形成装置では、Ａ４の記録紙１１を１枚印字するのに約３ｓｅｃかかるが、図６、図７で説明したように、効率的に微粉トナーを吐き出すことができるトナー蓄積時間が６〜３０ｓｅｃであるから、トナー蓄積時間をＴ（ｓｅｃ）、記録紙の線速をＳ（ｍｍ／ｓｅｃ）としたとき、次の（１）式の関係となることがわかる。
６００≦Ｓ・Ｔ≦３０００  ……  （１）
【００４９】
こういったことをふまえて本発明においては、現像ローラ４に印加する交流電源１５による交番電界のデューティ比と周波数を、前記トナー蓄積工程におけるデューティ比を現像時の交番電界のデューティ比より増加させて４０〜６０％の範囲に、周波数を２．０〜３．０ｋＨｚの範囲に設定し、前記吐き出し工程におけるデューティ比を２０〜３０％の範囲に、周波数を２．０〜３．０ｋＨｚの範囲に設定した。また、この蓄積工程に於ける蓄積時間は、前記したように蓄積開始から、現像ローラ４上に蓄積されたトナー中の微粉割合が現像剤中の微粉割合を超える時間、即ち現像ローラ４上の微粉トナー割合が図６に示した「現像器中トナーの微粉割合」の線を越えるまでの時間より長くし、さらに上限を、図７に示した、吐き出し工程時における現像ローラ４から感光体１へ飛翔する微粉トナー割合が略最大となる蓄積工程における蓄積時間（即ち図７に於ける約３０ｍｓｅｃ）より短くするようにしたものである。
【００５０】
このように交流電源１５による交番電界のデューティ比と周波数を設定し、かつ、蓄積時間を設定することにより、前記した図２乃至７に示したように微粒トナーを現像ローラ４上に集める蓄積工程と感光体１に飛翔させる吐き出し工程を効率よく行うことができる。
【００５１】
そして本発明では、前記したように吐き出し工程を現像ローラ４の回転を停止させて行うが、これは、現像ローラ４を回転させたままで吐き出し工程をおこなった場合、現像時間が短時間となるため粒径の大きなトナーばかりが感光体１に飛翔してしまう、という懸念があるためであり、一番飛翔させたい微粉が飛んでくれないという現象を回避することができ、微粉トナーを確実に現像ローラ上に集めて感光体１に吐き出させ、トナー粒度調整を実施することができる。
【００５２】
なおこの蓄積工程と吐き出し工程は、例えば所定枚数の印刷が行われたときや、積算印字率が所定値に達したときに行うわけであるが、前記したように現像ローラ４の回転を停止させることで現像ローラ４上の特定部分のトナーしか排出されないが、現像ローラ４上に残ったトナーは供給ローラ５に回収することが可能であり、この蓄積工程と吐き出し工程を繰り返すことによって微粒トナーの吐き出しは充分に行われる。
【００５３】
以上が本発明になる画像形成装置における現像装置であるが、本発明によれば、画像形成装置の非画像形成（非印字）時の所定タイミングで、現像ローラ４と供給ローラ５の間に特定の電位差を設けて一定時間回転させ、特定のトナー層を現像ローラ上に蓄積するトナー蓄積工程と、現像ローラ４を停止させた状態で潜像担持体１に対向した位置の現像ローラ４上のトナーを引き剥がすトナー吐き出し工程とを設定することにより、非現像時に現像ローラ４上のトナーを効率的に潜像担持体１上に飛翔させることが可能であり、これによりトナーの粒度分布変動が効果的に防止でき、長期にわたって画像品質低下のない良好な画像を得ることができる画像形成装置における現像装置を提供することができる。
【００５４】
そして、現像ローラ４に印加する交流電源１５による交番電界のデューティ比を、前記トナー蓄積工程においては４０〜６０％の範囲に設定することにより、前記した図２乃至５に示したように微粒トナーを現像ローラ４上に集める蓄積工程を効率よく行うことができる。
【００５５】
また、蓄積工程の蓄積時間を、蓄積開始から前記現像ローラ４上に蓄積されたトナー中の微粉割合が現像剤中の微粉割合を超えるまでの時間より長くし、前記吐き出し工程時における前記現像ローラ４から感光体１へ飛翔する微粉トナー割合が略最大となる前記蓄積工程における蓄積時間より短くすることで、最も効果的に微粉を現像ローラ４上に集めると共に感光体１に吐き出すことが可能となり、これによりトナーの粒度分布変動が効果的に防止でき、長期にわたって画像品質低下のない良好な画像を得ることができる画像形成装置における現像装置の運転方法を提供することができる。
【００５６】
さらに、蓄積工程における蓄積時間を次式の関係とすることで、効果的に微粉を現像ローラ上に集めると共に潜像担持体に吐き出すことが可能となる。
６００≦Ｓ・Ｔ≦３０００
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、現像装置を複雑にすることなく、現像装置内に小粒径トナーが蓄積するのを防止し、長期にわたって画像品質低下のない良好な画像を得ることができる画像形成装置における現像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明になる画像形成装置における現像装置とその現像装置の現像方法を実施する現像装置の一実施例の模式図である。
【図２】現像ローラに印加する交流バイアスのデューティ比を変化させた時の現像ローラ上トナーの微粉割合を示したグラフである。
【図３】現像ローラに印加する交流バイアスの周波数を変化させた時の現像ローラ上の微粉割合を示したグラフである。
【図４】現像ローラに印加する交流バイアスのデューティ比を変化させた時の潜像担持体上の微粉割合を示したグラフである。
【図５】現像ローラに蓄積されたトナーを潜像担持体に吐き出させるに際し、現像ローラに印加する交流バイアスの周波数を種々変化させ、その変化によって潜像担持体上の微粉割合がどのように変化するかを調べたグラフである。
【図６】現像ローラへのトナー蓄積にかけた時間による現像ローラ上微粉トナー割合の変化を示したグラフである。
【図７】現像ローラへのトナー蓄積にかけた時間による潜像担持体上微粉トナー割合の変化を示したグラフである。
【図８】１０万枚印刷時の現像剤中の微粉トナー割合変化を、吐き出し有りと無しで調べたグラフである。
【図９】本発明になる現像装置とその現像装置の現像方法を実施する現像装置を有する画像形成装置の一実施例の模式図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  感光体（潜像担持体）
２  露光装置
３  帯電器
４  現像ローラ
５  供給ローラ
６  磁石集成体
７  規制ブレード
８ａ、８ｂ  ミキサー
９  トナーコンテナ
１０  磁気ブラシ
１１  記録紙
１２  現像装置
１５  交流電源
１６  直流電源
１７  直流電源
【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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【図９】
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