(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電した表面に画像信号によって変調された光照射を受けて静電潜像が形成される感光体からなる像担持体と、
前記像担持体に対向配置され外周面にトナー薄層が形成される現像ロール、及びトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を吸着して搬送し前記トナーを前記現像ロールに供給して前記トナー薄層を形成させる磁気ロールを含む現像装置と、
直流電圧を前記磁気ロールへ印加するとともに交流電圧を重畳した直流電圧を前記現像ロールに印加しつつ、前記現像装置と前記像担持体とを制御する制御部と、を備え、
当該制御部は、
印刷時に、前記磁気ロールからの前記トナーの供給を受けることで表面にトナー薄層が形成された前記現像ロールに、予め設定されたデューティ比の交流電圧が重畳された直流電圧を印加することにより、前記現像ロール上のトナー薄層を前記像担持体に飛翔させ、それにより前記静電潜像を現像させる現像印刷制御部と、
印刷時以外の所要時に、前記トナー薄層を前記現像ロールに形成させる第１トナー排出制御部と、
前記第１トナー排出制御部により前記現像ロールに前記トナー薄層が形成された後に、前記像担持体を帯電させない状態で、前記現像ロールに対して、印刷時における前記デューティ比よりも高く設定されたデューティ比の交流電圧が重畳された直流電圧を印加することによって、前記現像ロールに形成された前記トナー薄層を前記像担持体に飛翔させる第２トナー排出制御部と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
帯電した表面に画像信号によって変調された光照射を受けて静電潜像が形成される感光体からなる像担持体と、
前記像担持体に対向配置され外周面にトナー薄層が形成される現像ロール、及びトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を吸着して搬送し前記トナーを前記現像ロールに供給して前記トナー薄層を形成させる磁気ロールを含む現像装置と、
直流電圧を前記磁気ロールへ印加するとともに交流電圧を重畳した直流電圧を前記現像ロールに印加しつつ、前記現像装置と前記像担持体とを制御する制御部と、を備え、
当該制御部は、
印刷時に、前記磁気ロールからの前記トナーの供給を受けることで表面にトナー薄層が形成された前記現像ロールに、予め設定された周波数の交流電圧が重畳された直流電圧を印加することにより、前記現像ロール上のトナー薄層を前記像担持体に飛翔させ、それにより前記静電潜像を現像させる現像印刷制御部と、
印刷時以外の所要時に、前記トナー薄層を前記現像ロールに形成させる第１トナー排出制御部と、
前記第１トナー排出制御部により前記現像ロールに前記トナー薄層が形成された後に、前記像担持体を帯電させない状態で、前記現像ロールに対して、印刷時における前記周波数よりも低い周波数であって、印刷時におけるデューティ比よりも高いデューティ比の交流電圧が重畳された直流電圧を印加することによって、前記現像ロールに形成された前記トナー薄層を前記像担持体に飛翔させる第２トナー排出制御部と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記第２トナー排出制御部は、前記現像ローラを連続的に回転させつつ、前記現像ロールに形成された前記トナー薄層を前記像担持体に飛翔させる請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機等の画像形成装置に関し、より特定的には、磁性を有するキャリアとトナーとを含む現像剤を使用し、トナーのみを現像ロール上に薄層状に形成し、現像ロールの交流重畳直流電圧により現像ロール上のトナーを静電潜像に飛翔させることにより現像するいわゆるハイブリッド型の現像装置を有する画像形成装置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、それらの機能を併せ持つ複合機などの画像形成装置における現像方式には、トナーと磁性キャリアを用いた２成分現像方式、絶縁トナーや導電トナーを用いた１成分現像方式、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に飛翔させ、該潜像を現像するようにした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と共にベタ画像の均一化などの利点がある反面、現像装置が大きく複雑になる、トナー飛散やキャリア引きが発生する、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、現像ロール、チャージローラの劣化のために耐久性が低く、現像装置を交換するため消耗品価格が高価になる、選択現像が発生するなどの欠点を有している。ハイブリッド現像方式は、ドット再現性に優れて長寿命化、高速の画像形成が可能な方式ではあるが、従来では、現像ゴーストの発生やトナー粒度分布の変化に伴って現像剤中に微粉トナーが増え、この微粉トナーによるキャリア表面が汚染されて帯電量が低下し、現像装置からのトナーの飛散、現像ロール上への微粉トナーの付着などの問題があった。
【０００４】
そしてハイブリッド現像方式は、従来、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、高速の画像形成が可能な現像方式として、特に感光体（像担持体）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、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きた。
【０００５】
しかしながらこの１ドラム色重ね方式では、使用する色数分の現像装置を感光体の周りに配置せねばならないから、感光体が大型になり、画像形成装置の小型化の妨げになる。そのため、使用するトナーの色に対応した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−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が注目されてきた。しかしながらこの方式では、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。
【０００６】
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、すなわち現像剤攪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、トナーの飛散が避けられないという問題があった。
【０００７】
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、感光体に非接触とされる方式では、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−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い、画像欠陥をきたすことがあった。
【０００８】
そのため、これらの問題を解決する手段の一つとして、前記したハイブリッド現像方式が注目されてきた。すなわちハイブリッド現像方式では、現像ロールが感光体と非接触であるからトルク変動をきたすことがなく、ドット再現性に優れて長寿命化が可能な高速の画像形成装置が提供できる。
【０００９】
しかしながらこのハイブリッド型現像装置に於いては、現像性の高いトナーの粗粉が選択的に感光体に現像されやすく、選択現像が起こって前記したようにトナー粒度分布が変化し、現像剤中の微粉トナーが増えてキャリア表面が汚染されて帯電量が低下し、現像装置からのトナーの飛散、現像ロール上への微粉トナーの付着による画像濃度の低下などの問題があった。現像ロール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ル表面に付着した場合、連続印刷時の短いイメージ間では微粉を回収できずに現像ロール上に残してしまう。現像ロール上に残った微粉トナーの付着物は、現像ロールのバイアスの低下を引き起こして濃度低下を発生させ、磁気ロールとの電位差が大きくなってキャリア引きを発生させたり、画像欠陥やトナー飛散の原因となる。また、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、その現像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、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易いという問題点もあった。
【００１０】
このうち履歴現象（ゴースト）については、現像時間外に磁気ロールと現像ロールの電位差をなくし、現像ロール上のトナーの大半を磁気ブラシによって回収することで、次の現像タイミング時に現像の履歴が残らない画像を得る方法が提案されている。また、選択現像による微粉トナーの増加に対処するものとしては、特許文献１に開示される技術が知られている。当該技術は、印刷時以外の所要時に、現像ロール表面に微粉トナーを多く含むトナー薄層を形成する第１工程（第１手段）と、現像ロールを停止させた状態、又は現像ロールをステップ状に回転と停止を繰り返しながら、現像ロールに交流電圧を印加して、前記現像ロール表面の微粉トナーを多く含むトナー薄層を感光体に飛翔させる第２工程（第２手段）と、を実行することで、選択現像による微粉トナーの増加を抑制しようとするものである。
【特許文献１】特開２００５−１０２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、当該特許文献１に開示された従来装置によれば、微粉トナーを排出してトナー粒度を調整するのに要する時間が長く非効率であるという問題点があった。また、そのために、第２工程が現像ロールを停止させた状態、又は現像ロールをステップ状に回転と停止を繰り返す状態を採らざるを得ず、現像ロールの回転制御が複雑となるという問題点があった。
【００１２】
本発明は上記課題を解消するためになされたもので、選択現像により増加又は増加傾向にある装置内の微粉トナーを効率よく排出して、微粉トナーの増加を防止することができる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】
【００１３】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明のうち第１の態様に係るものは、画像形成装置であって、帯電した表面に画像信号によって変調された光照射を受けて静電潜像が形成される感光体からなる像担持体と、前記像担持体に対向配置され外周面にトナー薄層が形成される現像ロール、及びトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を吸着して搬送し前記トナーを前記現像ロールに供給して前記トナー薄層を形成させる磁気ロールを含む現像装置と、直流電圧を前記磁気ロールへ印加するとともに交流電圧を重畳した直流電圧を前記現像ロールに印加しつつ、前記現像装置と前記像担持体とを制御する制御部と、を備えている。
【００１４】
そして、当該制御部は、印刷時に、前記磁気ロールからの前記トナーの供給を受けることで表面にトナー薄層が形成された前記現像ロールに、予め設定されたデューティ比の交流電圧が重畳された直流電圧を印加することにより、前記現像ロール上のトナー薄層を前記像担持体に飛翔させ、それにより前記静電潜像を現像させる現像印刷制御部と、印刷時以外の所要時に、前記トナー薄層を前記現像ロールに形成させる第１トナー排出制御部と、前記第１トナー排出制御部により前記現像ロールに前記トナー薄層が形成された後に、前記像担持体を帯電させない状態で、前記現像ロールに対して、印刷時における前記デューティ比よりも高く設定されたデューティ比の交流電圧が重畳された直流電圧を印加することによって、前記現像ロールに形成された前記トナー薄層を前記像担持体に飛翔させる第２トナー排出制御部と、を備えるものとなっている。
【００１５】
この構成によれば、現像剤が磁気ロールに吸着され、吸着された現像剤からトナーが現像ロールへ供給されることによりトナー薄層が現像ロールに形成される。印刷時には、現像印刷制御部が、現像ロールにトナー薄層を形成させ、さらに像担持体に飛翔させることにより現像が実現する。この過程を通じて、大粒径のトナーが選択的に像担持体へ飛翔する結果、現像装置に残存するトナーに占める小粒径のトナーの比率が高くなる。しかし、印刷時以外の所要時に、残留するトナーが第１トナー排出制御部により現像ロールへ集められ、トナー薄層が形成される。更に、形成されたトナー薄層が、第２トナー排出制御部により像担持体へ飛翔させられるので、現像装置に残留するトナーが像担持体へ排出される。
【００１６】
このとき、現像ロールに印加される交流電圧のデューティ比が、第２トナー排出制御部により、印刷時のデューティ比よりも高く設定されるので、小粒径のトナーが印刷時よりも高い比率で像担持体へ排出される。このため、選択現像により増加又は増加傾向にある現像装置内の微粉トナーを効率よく排出して、微粉トナーの増加を効率よく防止することができる。それにより、現像ロールに形成されたトナー薄層を第２トナー排出制御部により像担持体へ飛翔させるに際し、現像ロールを停止させたり、断続的に回転させたりすることなく、印刷時と同様に連続的に回転させることも可能であり、それにより現像ロールの回転制御を簡素化することも可能となる。
また、第２トナー排出制御部は、像担持体を帯電させない状態で、現像ロールに形成されたトナー薄層を像担持体に飛翔させるので、現像ロールから像担持体へのトナー薄層の排出が、効率よく行われる。
【００１７】
本発明のうち第２の態様に係るものは、画像形成装置であって、帯電した表面に画像信号によって変調された光照射を受けて静電潜像が形成される感光体からなる像担持体と、前記像担持体に対向配置され外周面にトナー薄層が形成される現像ロール、及びトナーと磁性を有するキャリアとを含む現像剤を吸着して搬送し前記トナーを前記現像ロールに供給して前記トナー薄層を形成させる磁気ロールを含む現像装置と、直流電圧を前記磁気ロールへ印加するとともに交流電圧を重畳した直流電圧を前記現像ロールに印加しつつ、前記現像装置と前記像担持体とを制御する制御部と、を備えている。
【００１８】
そして当該制御部は、印刷時に、前記磁気ロールからの前記トナーの供給を受けることで表面にトナー薄層が形成された前記現像ロールに、予め設定された周波数の交流電圧が重畳された直流電圧を印加することにより、前記現像ロール上のトナー薄層を前記像担持体に飛翔させ、それにより前記静電潜像を現像させる現像印刷制御部と、印刷時以外の所要時に、前記トナー薄層を前記現像ロールに形成させる第１トナー排出制御部と、前記第１トナー排出制御部により前記現像ロールに前記トナー薄層が形成された後に、前記像担持体を帯電させない状態で、前記現像ロールに対して、印刷時における前記周波数よりも低い周波数であって、印刷時におけるデューティ比よりも高いデューティ比の交流電圧が重畳された直流電圧を印加することによって、前記現像ロールに形成された前記トナー薄層を前記像担持体に飛翔させる第２トナー排出制御部と、を備えるものとなっている。
【００１９】
この構成によれば、第１の態様による画像形成装置と同様に、現像印刷の過程を通じて、大粒径のトナーが選択的に像担持体へ飛翔する結果、現像装置に残存するトナーに占める小粒径のトナーの比率が高くなる。しかし、印刷時以外の所要時に、残留するトナーが第１トナー排出制御部により現像ロールへ集められ、トナー薄層が形成される。更に、形成されたトナー薄層が、第２トナー排出制御部により像担持体へ飛翔させられるので、現像装置に残留するトナーが像担持体へ排出される。
【００２０】
このとき、現像ロールに印加される前記交流電圧の周波数が、第２トナー排出制御部により、印刷時の周波数よりも低く設定されるので、小粒径のトナーが印刷時よりも高い比率で像担持体へ排出される。このため、選択現像により増加又は増加傾向にある現像装置内の微粉トナーを効率よく排出して、微粉トナーの増加を効率よく防止することができる。それにより、現像ロールに形成されたトナー薄層を第２トナー排出制御部により像担持体へ飛翔させるに際し、現像ロールを停止させたり、断続的に回転させたりすることなく、印刷時と同様に連続的に回転させることも可能であり、それにより現像ロールの回転制御を簡素化することも可能となる。
また、第２トナー排出制御部は、像担持体を帯電させない状態で、現像ロールに形成されたトナー薄層を像担持体に飛翔させるので、現像ロールから像担持体へのトナー薄層の排出が、効率よく行われる。
【００２１】
また、この第２の態様に係るものは、第２トナー排出制御部によって現像ローラに印加される直流電圧における交流電圧の周波数が、印刷時に現像ローラに印加される直流電圧における交流電圧の周波数よりも低くされているとともに、第２トナー排出制御部によって現像ローラに印加される直流電圧における交流電圧のデューティ比が、印刷時に現像ローラに印加される直流電圧における交流電圧のデューティ比よりも高くされている。
【００２２】
これにより、小粒径のトナーが印刷時よりも、一層高い比率で像担持体に排出される。このため、選択現像により増加又は増加傾向にある現像装置内の微粉トナーを、更に効率よく排出して、微粉トナーの増加を更に効率よく防止することができる。
【００２３】
本発明のうち第３の態様に係るものは、第１及び第２の態様に係る画像形成装置であって、前記第２トナー排出制御部が、前記現像ローラを連続的に回転させつつ、前記現像ロールに形成された前記トナー薄層を前記像担持体に飛翔させるものである。
【００２４】
この構成によれば、第２トナー排出制御部が、現像ローラを連続的に回転させつつ、現像ロールに形成されたトナー薄層を像担持体に飛翔させるので、現像ロールの回転制御を簡素化される。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように本発明によれば、選択現像により増加又は増加傾向にある装置内の微粉トナーを効率よく排出して、微粉トナーの増加を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は本発明の一実施形態による画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置１は、トナー粒度の調整を可能にするタンデム型のフルカラープリンタとして構成されており、現像装置２、像担持体としての感光体３、露光ユニット４、記録媒体の搬送ベルト５、現像剤容器６、記録用紙等の記録媒体を収容する給紙カセット７、感光体３を帯電させるための帯電器８、感光体３上のトナー像を転写バイアスにより記録媒体に転写するための転写装置９、記録媒体に転写されたトナー像を定着する定着装置１０、感光体３に残存する不要なトナーを除去し回収容器へ回収するクリーニング装置１１、及び画像形成装置１の各部を駆動及び制御する制御回路４０を備えている。
【００２９】
タンデム型を採用する画像形成装置１においては、感光体３の周りに設置する帯電器８、露光ユニット４、現像装置２、転写装置９、クリーニング装置１１などをコンパクトに設計することが重要であり、図１の例においては、現像装置２は感光体３に隣接し、略上方に延びるように配置される。
【００３０】
図２は、画像形成装置１が有する現像装置２、感光体３、及び制御回路４０の概略構成図である。現像装置２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２０、内部に配設された磁石によって２成分現像剤の磁気ブラシを発生させ、現像ロール２０にトナーを供給する現像剤搬送体としての磁気ロール２１、螺旋状羽根を有して互いに現像剤を逆方向に搬送しながら攪拌し、トナーを帯電させて磁気ロール２１に搬送するパドルミキサー２２と攪拌ミキサー２３、磁気ロール２１上に形成された磁気ブラシの厚さを規制するための穂切りブレード２４、現像装置２内のトナー濃度を検出するためのトナーセンサー２５、現像装置の本体部であるハウジング２６、及び隔壁２９を有している。
【００３１】
ハウジング２６は、第１の現像剤攪拌室２７及び第２の現像剤攪拌室２８を内部に規定している。また、現像装置２には、現像ロール２０に直流（ＤＣ）バイアスを印加する直流バイアス電源３０ａ、同じく現像ロール２０に交流（ＡＣ）バイアスを印加する交流バイアス電源３０ｂ、及び磁気ロール２１に直流（ＤＣ）バイアスを印加する直流バイアス電源３１ａが接続されている。
【００３２】
制御回路４０は、コンピュータ回路４１及び駆動回路４２を有している。コンピュータ回路４１は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理部）に、そのＣＰＵの動作を規定するプログラムを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ならびに一時的にデータを保管するＲＡＭ等の記憶部などの周辺装置を有している。また、駆動回路４２は、現像装置２、感光体３、搬送ベルト５等を駆動するモータ等の電力を要する負荷を駆動する電力回路である。駆動回路４２は、コンピュータ回路４１からの制御信号に応答して電力を調整し、当該電力を所要のモータ等の回路へ供給する。
【００３３】
制御回路４０は、上記のとおり画像形成装置１の各部を制御するものである。図２に信号線を点線で例示するように、制御回路４０は、例えば露光ユニット４及び帯電器８を含む感光体３の動作、電源３０ａ、３０ｂ、３１ａの動作、及び磁気ロール２１や現像ロール２０を含めた現像装置２の動作を制御する。以上のように構成される制御回路４０は、現像印刷制御部４３、第１トナー排出制御部４４及び第２トナー排出制御部４５として機能する。これらの制御部４３〜４５は、コンピュータ回路４１と駆動回路４２の双方によって実現される。
【００３４】
現像印刷制御部４３は、通常の印刷時に現像装置２その他の部分を制御するものである。第１トナー排出制御部４４及び第２トナー排出制御部４５は、印刷時以外の時期に、現像装置２に溜まった微粉の比率の高くなったトナーを感光体３へ排出するように現像装置２その他の部分を制御するものである。それにより、画像形成装置１は、現像装置２内のトナーに含まれる微粉の比率が上昇することを抑制する。注目すべき第１トナー排出制御部４４及び第２トナー排出制御部４５の機能については後に詳述する。
【００３５】
コンピュータ回路４１が読取り、駆動回路４２とも協働することにより、上述の各機能を実現するためのプログラムは、ＨＤＤ（不図示）等の不揮発性かつ大容量の外部記憶装置に格納しておき、前記ＲＡＭ等の主記憶装置に適宜転送することで、ＣＰＵによる実行に供することも可能である。前記プログラムは、ＲＯＭ或いはＣＤ−ＲＯＭ等のデータ記録媒体を通じて供給することも、インターフェース部９に接続されるネットワーク等の伝送媒体を通じて供給することも可能である。伝送媒体は、有線の伝送媒体に限らず無線の伝送媒体であってもよい。また、伝送媒体には、通信線路のみでなく、通信線路を中継する中継装置、例えばルータ等をも含む。
【００３６】
画像形成装置に用いる感光体として、従来からＯＰＣ感光体が知られている。しかしながら、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により、感光層が削れやすいという問題が見られた。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ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）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という問題が見受けられた。
【００３７】
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が１０Ｖ以下という非常に低い値である点が特徴的となる。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、潜像を形成した時の表面電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向がある。この特性は比誘電率が約１０程度と高いａ−Ｓｉ感光体では、２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の場合に特に顕著である。現像時の直流（ＤＣ）バイアス電源３０ａの出力電圧は１５０Ｖ以下、さらに好ましくは１００Ｖ以下、交流成分としてＶｐ−ｐ（正負のピーク間の電位差）が５００〜２０００Ｖ、周波数が１〜３ｋＨｚに設定し現像することが可能である。
【００３８】
感光体３の感光材料として、正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合は、残留電位を１００Ｖ以下にするために、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。この場合でも現像の直流（ＤＣ）バイアス電源３０ａの出力電圧は４００Ｖ以下、さらに好ましくは３００Ｖ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。
【００３９】
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ともに、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、このギャップに直流と交流電界を重畳して印加すること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。
【００４０】
現像剤は、トナーの供給と回収の役割を有し、１０６Ωｃｍ〜１０９Ωｃｍの体積固有抵抗のキャリアを用い、現像ロール２０と磁気ロール２１間のニップで、現像ロールに強固に静電的に付着したトナーを磁気ロールに担持された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。この時、トナーと接触する機会を増やすためには、４０μｍ以下の小径のキャリアを用い、キャリアの単位体積当たりの表面積を広くすることが好ましい。キャリアの抵抗が、トナーの回収を重視した１０６Ωｃｍ以下の体積固有抵抗を有する低抵抗キャリアは、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てカブリの発生を押さえた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２０表面からトナーが飛散し、帯電器８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。１０９Ωｃｍ以上の体積固有抵抗を有するキャリアでは、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。トナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇに制御し、トナー飛散やカブリを防止すると共に、なお且つ、低電界で現像することで、現像ロール２０上に現像履歴を残さず、トナーの回収性に優れた現像システムを提供できる。
【００４１】
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系フェライトなどを用いることができ、これらのキャリアをそのまま用いても良いが、過度に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。本発明では一例として、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。平均粒度が５０μｍを超えるとキャリアのストレスが増大すると共にトナー濃度を上げられず、現像ロール２０へのトナー供給量が減少する。キャリアの平均粒度を５０μｍ以下にすることで、現像剤中トナーの濃度を５〜２０％に設定しても十分な帯電付与が可能になり、安定した現像を行うことができる。
【００４２】
本実施の形態に用いる現像剤のトナーとキャリアの混合割合は、トナーとキャリアの合計量に対してトナー２〜２０重量％、好ましくは５〜１５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、２０重量％を超えると十分な帯電量が得られなくなるため、トナーが現像器から飛散し画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが生じる。
【００４３】
画像形成装置１においては、一例として現像ロール２０の直径は１６．８ｍｍ、磁気ロール２１の直径は１６．０ｍｍ、感光体３の直径は３０．０ｍｍ、現像ロール２０と磁気ロール２１の回転数の比は、磁気ロール２１の回転数が現像ロール２０の回転数の約１．５倍に設定されている。そして穂切りブレード２４と磁気ロール２１とのギャップは０．３から１．５ｍｍ、磁気ロール２１と現像ロール２０間のギャップは同様に０．３から１．５ｍｍ程度である。現像ロール上のトナーの薄層は、１０から１００μｍ、好ましくは３０から７０μｍの厚さに設定される。この厚さはトナーの平均粒径を６μｍとした場合にトナーの５層から１２層程度に相当する値である。現像ロール２０と感光体３との間のギャップは１５０から４００μｍ、好ましくは２００から３００μｍである。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り、十分な画像濃度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。なお、実施形態においては、穂切りブレード２４と磁気ロール２１とのギャップは０．５５ｍｍ、磁気ロール２１と現像ロール２０間のギャップは０．４０ｍｍであり、現像ロール上のトナーの薄層は約６０μｍに維持されるようになっている。
【００４４】
最初に、画像形成装置１の通常の印刷動作を簡単に説明する。なお、以下の説明では、一例として正帯電トナーを用いた場合を例に説明するが、本発明は負帯電トナーを用いた場合でも同様に実施できることは自明である。
【００４５】
まずイエロー、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、図２に示した攪拌ミキサー２３、パドルミキサー２２によって攪拌、帯電され、磁気ロール２１に供給される。そして磁気ロール２１上に磁気ブラシが形成され、穂切りブレード２４によって層厚が規制されて、磁気ロール２１に加えられた直流バイアス電源３１ａによる例えば＋４００Ｖと、現像ロール２０に加えられた直流バイアス電源３０ａによる例えば＋１００Ｖとの電位差により、現像ロール２０にトナーのみの薄層を形成する。現像ロール２０上のトナー薄層の厚さは、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る。この電位差を大きくすると現像ロール２０上のトナーの層が厚くなり、小さくすると薄い層になる。
【００４６】
そして、制御回路４０からプリント開始の信号が伝えられると、まず、帯電器８によって感光体３が例えば４００Ｖに帯電され、その後、露光ユニット４による露光により、感光体３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、現像ロール２０に加えられた直流バイアス電源３０ａによる＋１００Ｖと、現像時に重畳される交流バイアス電源３０ｂによるＶｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比３０％の矩形波により、現像ロール２０上のトナー薄層から感光体３に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。トナーの飛散を防ぐために、交流バイアス電源３０ｂによる交流電圧は現像の直前に印加する。こうしてトナー像が感光体３上に形成されると、そのトナー像が転写位置に至るタイミングに合わせて記録媒体が給紙カセット７から取り出され、搬送ベルト５で搬送されてくるから、各色毎の転写位置に設置されている転写装置９によって転写バイアスを印加して記録媒体に転写する。そして各色のトナー像が記録媒体に順次転写されて定着装置１０に至ると、この定着装置１０で定着されて排紙される。
【００４７】
なお、現像装置２内の現像剤中のトナー濃度が現像に伴って減少した場合には、このトナー濃度の低下はトナーセンサー２５によって検知され、検知結果が制御回路４０へ伝えられる。制御回路４０は、検知結果を受信すると、不図示の補給手段を駆動することにより、現像剤容器６から現像装置２に必要量のトナーを補給させる。
【００４８】
現像ロール２０上に残ったトナーは、掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、磁気ロール２１上の磁気ブラシが現像ロール２０上のトナー層に接触し、両ロールの周速差によるブラシ効果と、磁気ブラシのパドルミキサー２２による攪拌によって現像剤が入れ替えられることで、容易にトナーの回収と入れ替えを可能にする。現像剤の入れ替えを促進するための方法として、磁気ロール２１の回転速度を現像ロール２０の回転速度に対し、１．０〜２．０倍に設定し、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。また、残像防止のため、現像が済んだ画像形成の間に、直流バイアス電源３０ａの＋１００Ｖの直流電圧を＋５０Ｖに、交流バイアス電源３０ｂが供給する交流のデューティ比を５０％に、磁気ロール２１へのバイアスを０Ｖとし、現像ロール２０上のトナーを磁気ロール２１に戻してもよい。
【００４９】
図２に示した現像装置２は、帯電電位の差による静電潜像を保持することができる感光体３と対向して設けられており、２成分現像剤を収容するハウジング２６内に、２成分現像剤を磁気的に吸着し磁気ブラシを表面に形成する磁気ロール２１と、この磁気ロール２１上に吸着された現像剤量を規制する穂切りブレード２４と、前記磁気ロール２１と前記感光体３とにそれぞれ違った部位で近接するように配置され、トナーを付着して回転する円筒状の現像ロール２０とを有している。また、ハウジング２６内の前記磁気ロール２１と隣接する位置に第１の現像剤攪拌室２７が設けられ、さらにこの第１の現像剤攪拌室２７と隔壁２９によって仕切られた第２の現像剤攪拌室２８が設けられている。そしてこの第１の現像剤攪拌室２７と第２の現像剤攪拌室２８とは、磁気ロール２１の軸線方向における両端部で連通しており、それぞれに現像剤の攪拌と軸方向への現像剤の搬送を行なうパドルミキサー２２と攪拌ミキサー２３とが設けられている。これら２つのミキサー２７、２８は互いに逆方向に現像剤を搬送するように回転方向が設定されており、現像剤が第１の現像剤攪拌室２７と第２の現像剤攪拌室２８とを循環するようになっている。
【００５０】
そして磁気ロール２１は、位置が不動となるように支持された磁石の外周に、回転可能な円筒状のスリーブを配置したものであり、スリーブ表面にトナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤を磁気的に吸着して２成分現像剤の磁気ブラシを形成するとともに、スリーブが回転して現像剤を搬送することができるものである。この磁気ロール２１には磁気ロール用直流（ＤＣ）バイアス電源３１ａから＋４００Ｖの直流電圧を印加することができるようになっている。また現像ロール２０は、表面がアルマイト処理されたアルミニウムの円筒体やフェノール樹脂からなる円筒体、またはアルミニウムの円筒体の表面に樹脂層を形成したもの等が用いられ、直流（ＤＣ）バイアス電源３０ａから＋５０〜＋２００Ｖの直流と交流（ＡＣ）バイアス電源３０ｂからＶｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚの交流を重畳したバイアスを印加することができるようになっている。
【００５１】
そして現像剤は、第１の現像剤攪拌室２７と第２の現像剤攪拌室２８とにおいて搬送されるとともに攪拌され、現像剤中のトナーの分布が均一に維持されるとともにトナーとキャリアとの間の摩擦帯電によってトナーに所定の電荷が付与される。攪拌された現像剤は、パドルミキサー２２によって磁気ロール２１に供給され、磁気ロール２１は、現像剤を磁気的に吸着してトナーとキャリアとからなる現像剤の磁気ブラシを形成し、回転により現像ロール２０との対向位置まで搬送する。
【００５２】
前記したように、現像ロール２０へは直流（ＤＣ）バイアス電源３０ａからの＋１００Ｖの直流電圧と、磁気ロール２１には磁気ロール用直流（ＤＣ）バイアス電源３１ａから＋４００Ｖの直流電圧が印加されているから、これらの印加電圧によって現像ロール２０と磁気ロール２１との間に電界が形成され、正電荷を有するトナーは現像ロール２０へ転移し、現像ロール２０の表面にトナー層が形成される。一方キャリアは磁気ロール２１に磁気的に吸着されたまま転移せずに残る。
【００５３】
現像ロール２０上に形成されたトナー層は、現像ロール２０の回転により現像領域へ搬送され、現像ロール２０に印加されている＋１００Ｖの直流電圧と現像時に印加されるＶｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比３０％の矩形波による交流とを重畳したバイアスによって感光体３と現像ロール２０との間の静電界内を飛翔し、感光体３の表面に付着して現像が行なわれる。このときトナーは、大粒径のものが小粒径のものに比べて現像ロール２０から剥離し易く、感光体３に転移し易い。このため、現像に寄与せず現像ロール２０上に残って再び磁気ロール２１との対向部へ返送されるトナーは、小粒径のものが多くなっている。
【００５４】
図３は、通常に印刷が行われるときに現像ロール２０及び磁気ロール２１に印加される電圧の波形を例示する波形図である。図３の例では、直流（ＤＣ）バイアス電源３０ａからの＋１００Ｖの直流電圧と、交流（ＡＣ）バイアス電源３０ｂからのＶｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比３０％とした矩形波による交流とを重畳した電圧が、現像ロール２０に印加される。ここでデューティ比は、正電圧期間Ｔ１が正電圧期間Ｔ１と負電圧期間Ｔ２の和に占める比率であり、Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）で与えられる。また、磁気ロール２１には、直流（ＤＣ）バイアス電源３１ａから例えば＋４００Ｖの直流電圧が印加される。通常に印刷が行われるときの現像装置２、各種の電源３０ａ、３０ｂ、３１ａ、感光体３、搬送ベルト５、転写装置９等の制御は、現像印刷制御部４３（図２）によって行われる。
【００５５】
注目すべきは、既述したように制御回路４０が、第１トナー排出制御部４４及び第２トナー排出制御部４５を有している点である。第１トナー排出制御部４４は、現像印刷制御部４３の働きにより、連続印刷が行われた後や所定枚数の印刷が行われた後など、一定とは限らないある期間にわたって通常の印刷を行うごとに、微粉トナーを多く含むトナーを現像ロール２０上に集めるように現像装置２等を制御する。この工程を第１工程と仮称する。
【００５６】
第１トナー排出制御部４４は、例えば、印刷時と同一条件で現像装置２、電源３０ａ、３０ｂ、３１ａ、感光体３等を制御する。従って、第１工程では、現像ロール２０に印加される電圧の波形は、例えば図３の波形図で与えられ、＋１００Ｖの直流電圧と、Ｖｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比３０％とした矩形波による交流電圧とを重畳したものとなる。そして、磁気ロール２１には、例えば＋４００Ｖの直流電圧が印加される。
【００５７】
第１トナー排出制御部４４は、かかる波形の電圧を現像ロール２０及び磁気ロール２１に印加しつつ、通常１分間に１８２回転ほどさせている現像ロール２０が４５〜７５回転ほど回転する間（約１５〜２５秒）、トナー層を現像ロール２０の周面上に形成させる（第１工程）。微粉トナーは単位体積当たりの帯電量が大きいため、第１工程の中でトナーを磁気ロール２１から現像ロール２０へ移動させる方向へ印加される電圧Ｖｆ（図３）により、粒径の大きなトナーと比較して、より強く現像ロール２０に引き付けられる。そして粒径の大きなトナーは、現像ロール２０から磁気ロール２１へ戻す電圧Ｖｂによって磁気ロール２１の磁気ブラシへ回収されるが、粒径の小さな微粉トナーは回収されにくく、現像ロール２０上には微粉トナーが堆積される。なお、第１トナー排出制御部４４は、デューティ比を印刷時より低く設定することにより、より一層微粉トナーを現像ローラに集めるようにしても良い。
【００５８】
第１工程が終了すると、第２トナー排出制御部４５は、現像ロール２０上に集まった微粉トナーを多く含むトナー層を感光体３に飛翔させるように現像装置２等を制御する。この工程を第２工程と仮称する。第２工程では、現像ロール２０に印加される電圧の波形は、印刷時における波形に対して、交流電圧のデューティ比が高く、或いは周波数が低くなるように設定される。後に実証データを示すように、現像ロール２０に印加される交流電圧のデューティ比及び周波数をこのように設定することにより、現像ロール２０上のトナー薄層のうち、小粒径のものを印刷時よりも高い比率で感光体３へ排出することが可能となる。デューティ比と周波数との一方のみよりも、双方を印刷時とは異なるように設定するのがより望ましい。それにより、小粒径のものがより効果的に感光体３へ排出される。
【００５９】
一例を挙げると、第２工程において現像ロール２０に印加される電圧の波形は、図３に示すように＋１００Ｖの直流電圧と、Ｖｐ−ｐ１．６ｋＶの矩形波による交流電圧とを重畳したものとして与えられるが、当該交流電圧の周波数が３．０ｋＨｚより低い２．０ｋＨｚに設定され、デューティ比が３０％より高い４０％に設定される。現像ロール２０から感光体３へのトナー薄層の飛翔を促進するために、直流電圧は、＋１００Ｖよりも高い値、例えば＋２００Ｖに設定されても良い。磁気ロール２１には、例えば＋４００Ｖの直流電圧が印加される。
【００６０】
第２トナー排出制御部４５は、かかる波形の電圧を現像ロール２０及び磁気ロール２１に印加しつつ、感光体３、現像ロール２０、及び磁気ロール２１を印刷時と同様に連続回転させる。現像ロール２０から感光体３へのトナー薄層の飛翔を促進するために、第２トナー排出制御部４５は、感光体３を帯電させる帯電器８をオフするのが望ましい。或いは、第２トナー排出制御部４５は、帯電器８をオンしたままとし、露光ユニット４により、例えばべた画像の潜像を感光体３へ描画させ、当該潜像へ向けて現像ロール２０上のトナー薄層を飛翔させても良い。但し、帯電器８をオフする方が、感光体３の表面の電位をより低くすることができ、無駄な電力も節減することができ、制御も容易であるので、より望ましい。
【００６１】
第２トナー排出制御部４５は、このような第２工程を、例えば数秒程度継続する。それにより、現像ロール２０上のトナー薄層のうち、小粒径のものが高い比率で感光体３へ排出される。第２トナー排出制御部４５は、第２工程を実行する間、転写装置９をオフする。このため、第２工程において感光体３へ飛翔したトナー薄層は、搬送ベルト５へ転写されることなく、従って搬送ベルト５を汚すことなく、クリーニング装置１１により除去される。
【００６２】
図４〜図６は、第１工程及び第２工程についての実証実験の結果を示すグラフである。これらの図は、第２工程で現像ロール２０に印加される交流電圧におけるデューティ比、周波数、及び電圧（Ｖｐ−ｐ）を変化させた場合に、現像装置２中、現像ロール２０上、及び感光体３上における平均粒度６μm のトナーの粒度分布の実測結果を示している。当該実験において、磁気ロール２１には＋４００Ｖの直流電圧が印加され、帯電器８はオフされた。これらの各図中、特性曲線ＤＥＶは現像装置２中のトナー粒度分布、特性曲線ＲＯＬは現像ロール２０上のトナー粒度分布、特性曲線ＤＲＭは感光体３上のトナー粒度分布を示す。
【００６３】
図４は、交流電圧と共に現像ロール２０に印加される直流電圧１００Ｖ、及び交流電圧の周波数３．０ｋＨｚを一定に保持した状態において、交流電圧のデューティ比を変化させた場合におけるトナー粒度分布を示すグラフである。図４（ａ） はデューティ比１８％、図４（ｂ）はデューティ比２７％、及び図４（ｃ）はデューティ比３８％におけるトナー粒度分布を、それぞれ示している。すなわち、既に例示した印刷時の好ましい条件に略対応する条件の下での結果を図４（ｂ）に示しており、それよりもデューティ比を低く設定した結果を図４（ａ）に示し、逆に高く設定した結果を図４（ｃ）に示している。
【００６４】
図４（ｂ）の特性曲線ＤＥＶと特性曲線ＲＯＬとを比較すると分かるように、交流電圧のデューティ比を２７％に設定したときの現像ロール２０上のトナー粒度分布は、現像装置２中のトナー粒度分布に近似しており、粒度に対する有意の選択性が認められない。しかし、図４（ｂ）の特性曲線ＤＲＭと他の曲線とを比較すると分かるように、感光体３上のトナー薄層には、粒度の大きな粗粉トナーが選択的に集められている。すなわち、感光体３に対する選択現像が実験データ上も認められる。
【００６５】
これに対して、図４（ａ）が示すように、デューティ比を１８％に設定した場合においても、現像ロール２０上のトナー薄層には選択性は殆ど認められない一方、感光体３に対しては選択現像の発生が認められる。さらに、図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較すると分かるように、デューティ比が低い図４（ａ）の方が、感光体３に対する選択現像がより顕著となっている。逆に、図４（ｃ）が示すように、デューティ比を３８％に設定した場合には、現像ロール２０上のトナー薄層には同じく選択性が殆ど認められないが、感光体３に対する選択現像はほぼ消失している。すなわち、デューティ比について、現像装置２中及び現像ロール２０間のトナー粒度分布に変化が認められない一方、デューティ比を高めることにより、現像ロール２０から感光体３への微粉トナーの飛翔を促進することができることが明らかとなった。
【００６６】
図５は、交流電圧と共に現像ロール２０に印加される直流電圧１００Ｖ、及び交流電圧のデューティ比２７％を一定に保持した状態において、交流電圧の周波数を変化させた場合におけるトナー粒度分布を示すグラフである。図５（ａ） は周波数２．０ｋＨｚ、図５（ｂ）は周波数３．０ｋＨｚ、及び図５（ｃ）は周波数４．０ｋＨｚにおけるトナー粒度分布を、それぞれ示している。すなわち、図５（ｂ）は、上記図４（ｂ）と同一であり、それよりも周波数を低く設定した結果を図５（ａ）に示し、逆に高く設定した結果を図５（ｃ）に示している。
【００６７】
図５（ａ）〜図５（ｃ）を通じて、現像ロール２０上のトナー粒度分布は、現像装置２中のトナー粒度分布に近似しており、粒度に対する有意の選択性が認められない。これに対して、図５（ａ）が示すように周波数を２０ｋＨｚに設定した場合には、図５（ｂ）の場合に比べて、感光体３に対する選択現像が抑制されている。逆に、図５（ｃ）が示すように周波数を４０ｋＨｚに設定した場合には、図５（ｂ）の場合に比べて、感光体３に対する選択現像が強められている。すなわち、周波数について、現像装置２中及び現像ロール２０間のトナー粒度分布に変化が認められない一方、周波数を低くすることにより、現像ロール２０から感光体３への微粉トナーの飛翔を促進することができることが明らかとなった。
【００６８】
図６は、交流電圧の周波数３．０ｋＨｚ及びデューティ比２７％を一定に保持した状態において、交流電圧に重畳される直流電圧を変化させた場合におけるトナー粒度分布を示すグラフである。図６（ａ） は直流電圧５０Ｖ、図６（ｂ）は直流電圧１００Ｖ、及び図６（ｃ）は直流電圧１８０Ｖにおけるトナー粒度分布を、それぞれ示している。すなわち、図６（ｂ）は、上記図４（ｂ）及び図５（ｂ）と同一であり、それよりも直流電圧を低く設定した結果を図６（ａ）に示し、逆に高く設定した結果を図６（ｃ）に示している。
【００６９】
直流電圧の低い図６（ａ）及び図６（ｂ）では、現像ロール２０上のトナー薄層の粒度についての選択性が殆ど認められないのに対し、直流電圧の高い図６（ｃ）では、現像ロール２０上の粒度分布が、現像装置２の粒度分布よりも粒度の低い方へシフトしている。すなわち、直流電圧が高くなると、現像装置２上のトナー薄層の粒度について選択性が出現することが分かる。これに対して、感光体３に対する選択現像については、図６（ａ）〜図６（ｃ）を通じて、互いに有意の差を認め難い。
【００７０】
以上の図４〜図６に示した実験結果から、トナーに含まれる微粉を効果的に感光体３へ排出するには、現像ロール２０へ印加する交流電圧について、印刷時の値に比べて、デューティ比を高く設定するのが望ましく、また周波数を低く設定するのが望ましいと結論づけることができる。
【００７１】
図７は、第１工程において現像ロール２０に印加される交流電圧のデューティ比を変化させたときの現像ロール２０上の微粉トナー量の推移についての実測結果を示すグラフである。当該グラフは、（ａ）現像ロール２０と磁気ロール２１間に直流のみを印加したとき、（ｂ）デューティ比５０％の交流を重畳したとき、（ｃ）デューティ比３０％の交流を重畳したとき、のそれぞれについて現像ロール２０上に堆積された５μｍ以下の微粉トナーの量を示している。当該グラフにおいて、横軸は現像ロール２０の回転時間（秒）、縦軸は５μｍ以下の微粉トナーの頻度、すなわち個数比率（％）をあらわしている。当該グラフから明らかなように、直流のみを印加したときは微粉トナーは殆ど増えず、交流を印加したときは微粉トナー量が増えて行くが、デューティ比５０％より前記した第１工程のように、デューティ比３０％の方がより多くの微粉トナーを集めており、より望ましいことが理解される。
【００７２】
図８は、第１及び第２工程によるトナーの排出を実行した場合とそうでない場合とについて、耐久印刷試験（「耐刷」と称される）を行ったときの微粉トナー量の推移に関する実測結果を示すグラフである。当該グラフは、（ａ）第１及び第２工程を行わずに連続印刷を行った場合、及び（ｂ）連続印刷を記録媒体１００枚分行う毎に第１及び第２工程を実行した場合、のそれぞれについての実験結果を示している。図８において、横軸は耐久印刷試験における印刷枚数（「耐刷」枚数と称される）を表し、縦軸は図７の縦軸と同じく５μｍ以下の微粉トナーの個数比率（％）をあらわしている。
【００７３】
上記（ｂ）の場合に、第１工程では、現像ロール２０には＋１００Ｖの直流電圧と、Ｖｐ−ｐ１．６ｋＶの矩形波による交流電圧とを重畳した電圧が印加され、当該交流電圧の周波数が３．０ｋＨｚに設定され、デューティ比が３０％に設定された。磁気ロール２１には、＋４００Ｖの直流電圧が印加された。また、感光体３は帯電器８により＋４００Ｖに帯電され、潜像は形成されなかった。一方、第２工程は、現像ロール２０に印加される交流電圧のデューティ比が３８％に変更され、周波数が２．０ｋＨｚに変更され、帯電器８がオフされた以外は、第１工程と同様であった。特許文献１に開示される従来技術とは異なり、現像ロール２０は第２工程においても、通常の印刷工程及び第１工程と同様に、連続的に回転させた。１００枚連続印刷毎の実行時間については、第１工程は約２０秒間、第２工程は約２秒程度であった。
【００７４】
図８のグラフから明らかなように、（ａ）第１及び第２工程によるトナーの排出を行わなかった場合には、２００００枚耐刷後に微粉トナー量が１５％を超えているのに対し、（ｂ）第１及び第２工程によるトナーの排出を行った場合には、微粉トナー量は２００００枚耐刷後においても８．５％程度であり、初期値の７％から有意な程度の増加が認められないほどに、増加が抑制されていることが分かる。
【００７５】
以上のように、印刷の過程で大粒径のトナーが多く消費されるという選択現像が行われても、第１及び第２工程を通じて現像剤中の微粉トナーを処理することにより、現像装置２内に小粒径のトナーのみが蓄積されることがなく、トナー粒度が一定に保たれ、画質低下を抑えて良好な画像を得ることが可能となることが実証された。
【００７６】
第１及び第２工程が実行されるタイミングについては、例えば図８の実証試験と同様に、記録媒体１００枚を印刷する毎に、上記第１及び第２工程が実行されるように制御回路４０を設定することができる。連続印刷中に規定の１００枚目に到達した場合には、連続印刷が終了した後に第１及び第２工程を実行するように制御回路４０を設定するのが望ましい。制御回路４０は、第１及び第２工程を実行した後に、新たに印刷枚数のカウントを開始するとよい。他の例として、現像ロール２０が回転した時間が所定時間に到達した毎に第１及び第２工程を実行するように制御回路４０を設定することも可能である。また、印刷が行われた記録媒体の枚数に、平均の印字率（記録媒体に占める印刷画像部分の割合）を乗じることにより得られるトナー消費量が所定値に到達するごとに第１及び第２工程を実行するように制御回路４０を設定することも可能である。
【００７７】
なお、本発明の画像形成装置は、タンデム型の画像形成装置に特に適しており、画像形成装置１はかかるタンデム型のフルカラープリンタとして構成されたが、本発明の画像形成装置は、タンデム型に限定されず、フルカラー型にも限定されず、更に、プリンタ専用機にも限定されない。本発明は、ハイブリッド型の現像装置を有するものであれば、プリンタ、ファクシミリ装置、複写機、それらの機能を併せ持つ複合機等の画像形成装置に幅広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の一実施形態による画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置が有する現像装置、感光体、及び制御回路の概略構成図である。
【図３】通常に印刷が行われるときに現像ロール及び磁気ロールに印加される電圧の波形を例示する波形図である。
【図４】第１工程及び第２工程についての実証実験の結果を示すグラフであり、特に交流電圧のデューティ比の影響を示している。
【図５】第１工程及び第２工程についての実証実験の結果を示すグラフであり、特に交流電圧の周波数の影響を示している。
【図６】第１工程及び第２工程についての実証実験の結果を示すグラフであり、特に直流電圧の影響を示している。
【図７】第１工程において現像ロールに印加される交流電圧のデューティ比を変化させたときの現像ロール上の微粉トナー量の推移の実測結果を示すグラフである。
【図８】第１及び第２工程によるトナーの排出を実行した場合とそうでない場合とについて、耐久印刷試験を行ったときの微粉トナー量の推移の実測結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
２  現像装置
３  感光体（像担持体）
８  帯電器
２０  現像ロール
２１  磁気ロール
３０ａ  直流バイアス電源
３０ｂ  交流バイアス
３１ａ  直流バイアス電源
４０  制御回路
４３  現像印刷制御部
４４  トナー排出制御部
４５  トナー排出制御部
【図１】
0004421553.tif 000002
【図２】
0004421553.tif 000003
【図３】
0004421553.tif 000004
【図４】
0004421553.tif 000005
【図５】
0004421553.tif 000006
【図６】
0004421553.tif 000007
【図７】
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【図８】
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