(57)【要約】【課題】ハイブリッド方式の現像装置において、画像形成開始直後において感光体ドラムへのトナー供給量が減少することを低減することができる現像装置、および画像形成開始直後において画像濃度が薄くなることを低減することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】現像ロール１２を回転させる回転駆動部と、磁気ロール１１からトナー１３を現像ロール１２上に飛翔させるべく磁気ロール１１に直流電圧Ｖｄｃ１と交流電圧Ｖａｃ１とを重畳して印加する直流電圧源１８及び交流電圧源１７と、直流電圧源１８及び交流電圧源１７により直流電圧Ｖｄｃ１と交流電圧Ｖａｃ１とが印加された後、現像ロール１２の周面からトナー１３を感光体ドラム３１の周面に飛翔させるべく現像ロール１２に直流電圧Ｖｄｃ２と交流電圧Ｖａｃ２とを重畳して印加する直流電圧源１８及び交流電圧源１９とを備えた。【選択図】図２
2007140100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとが混合された現像剤を磁気ロールの周面に付着させると共に前記トナーを帯電させ、当該帯電したトナーを当該磁気ロールから現像ロール上に移動させることにより前記現像ロールの周面に付着させ、当該現像ロールの周面から前記トナーを感光体ドラムの周面に移動させることにより、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像を現像する現像装置において、
前記磁気ロールと前記感光体ドラムとは、それぞれ前記現像ロールと対向配置されており、
前記現像ロールを回転させる回転駆動部と、
前記磁気ロールから前記トナーを前記現像ロール上に移動させるべく前記磁気ロールに第１の電圧を印加する第１の電圧印加部と、
前記第１の電圧印加部により前記第１の電圧が印加された後、前記現像ロールの周面から前記トナーを感光体ドラムの周面に移動させるべく前記現像ロールに第２の電圧を印加する第２の電圧印加部と
を備える現像装置。
【請求項２】
前記第２の電圧印加部は、前記第１の電圧印加部による前記第１の電圧の印加が開始された際における前記磁気ロールとの対向位置にあった前記現像ロールの周面位置が、前記感光体ドラムとの対向位置まで移動した以後に前記現像ロールへの前記第２の電圧の印加を行うものである請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記第２の電圧印加部は、前記第１の電圧印加部による前記第１の電圧の印加が開始されてから、少なくとも前記現像ロールが前記回転駆動部によって回転されることにより、前記現像ロールの周面における前記磁気ロールとの対向位置が前記感光体ドラムとの対向位置まで移動する時間の経過時以後に、前記現像ロールへの前記第２の電圧の印加を行うものである請求項１記載の現像装置。
【請求項４】
前記第１の電圧印加部は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を、前記第１の電圧として出力する請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記第２の電圧印加部は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を、前記第２の電圧として出力する請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置。
【請求項６】
第２の電圧印加部は、さらに、前記感光体ドラムの回転に伴い当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像の先頭位置が、前記現像ロールとの対向位置に達した際に、前記現像ロールに第２の電圧を印加する請求項１〜５のいずれかに記載の現像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の現像装置によって前記感光体ドラム上に形成されたトナー像を、記録紙に転写することにより画像形成を行う画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーとキャリアとが混合された現像剤を磁気ロールの周面に付着させてトナーを帯電させ、当該帯電したトナーを現像ロール上に移動させることにより現像ロールの周面に付着させ、現像ロールの周面からトナーを感光体ドラムの周面に移動させることにより、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像を現像するいわゆるハイブリッド方式の現像装置に関する。そして、このような現像装置を用いる複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びそれらの複合機などの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、背景技術に係る現像装置の概略構成を示す構成図である。図６に示す現像装置は、いわゆるハイブリッド方式の現像装置であり、磁気を帯びた円筒状の磁気ロール１０１と、磁気ロール１０１と対向配置された円筒状の現像ロール１０２と、周面に感光体を備えた円筒状の感光体ドラム１０３とを備えている。そして、図略の帯電装置によって、感光体ドラム１０３の周面が帯電され、図略の露光装置によって露光されることによって、感光体ドラム１０３の周面に静電潜像が形成されるようになっている。
【０００３】
また、磁気ロール１０１の周面には、図略のトナー容器から磁性体により構成されたキャリアとトナーとが混合された現像剤が供給され、磁気ロール１０１の周面に帯電された現像剤が付着される。そして、磁気ロール１０１、現像ロール１０２、及び感光体ドラム１０３を回転させ、さらに図７に示すように、磁気ロール１０１と現像ロール１０２とに高電圧を印加することにより、磁気ロール１０１から帯電したトナーを飛翔させて現像ロール１０２の周面に帯電したトナーを層状に付着させ、さらに現像ロール１０２から感光体ドラム１０３へ帯電したトナーを飛翔させることにより、感光体ドラム１０３の周面に形成された静電潜像をトナーで現像するようになっている。
【０００４】
そして、このような現像装置を用いた画像形成装置は、感光体ドラム１０３の周面に形成されたトナー像を記録紙に転写し、加熱、定着することにより、記録紙上に画像形成を行うようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−５５８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような現像装置では、感光体ドラム１０３の周面に形成された静電潜像の現像を開始、すなわち磁気ロール１０１及び現像ロール１０２への電圧印加を開始した際に、磁気ロール１０１と対向していた現像ロール１０２の周面位置１０４と、感光体ドラム１０３と対向していた現像ロール１０２の周面位置１０５との間の周面１０６に付着されていたトナーが、周面位置１０４が現像ロール１０２の回転に伴い感光体ドラム１０３との対向位置に移動するまでの間、感光体ドラム１０３に供給されて現像に用いられることとなる。
【０００６】
そうすると、周面１０６に付着されていたトナーは、現像の開始後に磁気ロール１０１から現像ロール１０２へ供給されたものではなく、例えば前回の画像形成時に現像ロール１０２の周面に付着されたトナーとなる。そのため周面１０６に付着されていたトナーは、長時間現像ロール１０２の周面に付着されていた結果、付着強度が強固となり、現像ロール１０２における周面１０６から感光体ドラム１０３へのトナー供給量が減少し、現像開始直後（図７における矢示１０７）の画像濃度が薄くなってしまう場合があるという不都合があった。
【０００７】
また、例えば、前回の画像形成後に、現像ロール１０２の周面に付着しているトナーを除去することにより、現像ロール１０２の周面１０６にトナーが強固に付着することを防止することも考えられるが、この場合には、画像形成開始時には現像ロール１０２の周面１０６にはトナーが付着していないか、又は微量のトナーしか付着していない状態となっているため、画像形成開始直後において感光体ドラム１０３へトナーが供給されないか、あるいはトナー供給量が極めて少なくなる結果、画像が形成されないか、あるいは画像濃度が極めて薄くなってしまう場合があるという不都合があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、ハイブリッド方式の現像装置において、画像形成開始直後において感光体ドラムへのトナー供給量が減少することを低減することができる現像装置を提供することを目的とする。そして、このような現像装置を用いて、画像形成開始直後において画像濃度が薄くなることを低減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】
【０００９】
上述の目的を達成するために、本発明の第１の手段に係る現像装置は、トナーとキャリアとが混合された現像剤を磁気ロールの周面に付着させると共に前記トナーを帯電させ、当該帯電したトナーを当該磁気ロールから現像ロール上に飛翔させることにより前記現像ロールの周面に付着させ、当該現像ロールの周面から前記トナーを感光体ドラムの周面に飛翔させることにより、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記磁気ロールと前記感光体ドラムとは、それぞれ前記現像ロールと対向配置されており、前記現像ロールを回転させる回転駆動部と、前記磁気ロールから前記トナーを前記現像ロール上に飛翔させるべく前記磁気ロールに第１の電圧を印加する第１の電圧印加部と、前記第１の電圧印加部により前記第１の電圧が印加された後、前記現像ロールの周面から前記トナーを感光体ドラムの周面に飛翔させるべく前記現像ロールに第２の電圧を印加する第２の電圧印加部とを備える。
【００１０】
この構成によれば、第１の電圧印加部によって磁気ロールに第１の電圧が印加されることにより帯電されたトナーが現像ロール上に飛翔する。その後、第２の電圧印加部によって現像ロールに第２の電圧が印加されることにより帯電されたトナーが感光体ドラムの周面に飛翔され、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像が現像されるので、第１の電圧印加部による磁気ロールへの第１の電圧の印加前から現像ロールの周面に強固に付着しているトナーが現像に用いられることを低減することができるので、強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
【００１１】
また、上述の現像装置において、前記第２の電圧印加部は、前記第１の電圧印加部による前記第１の電圧の印加が開始された際における前記磁気ロールとの対向位置にあった前記現像ロールの周面位置が、前記感光体ドラムとの対向位置まで移動した以後に前記現像ロールへの前記第２の電圧の印加を行うものである。
【００１２】
この構成によれば、第２の電圧印加部によって、第１の電圧印加部による第１の電圧の印加が開始された際における磁気ロールとの対向位置にあった現像ロールの周面位置、すなわち新たに磁気ロールからトナーが供給された現像ロールの周面位置が、感光体ドラムとの対向位置まで移動した以後に現像ロールへの第２の電圧の印加、すなわち現像ロールから感光体ドラムへのトナーの供給が行われるので、第１の電圧印加部による磁気ロールへの第１の電圧の印加前から現像ロールの周面に強固に付着しているトナーが現像に用いられることを低減することができ、強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
【００１３】
また、上述の現像装置において、前記第２の電圧印加部は、前記第１の電圧印加部による前記第１の電圧の印加が開始されてから、少なくとも前記現像ロールが前記回転駆動部によって回転されることにより、前記現像ロールの周面における前記磁気ロールとの対向位置が前記感光体ドラムとの対向位置まで移動する時間の経過時以後に、前記現像ロールへの前記第２の電圧の印加を行うものである。
【００１４】
この構成によれば、第１の電圧印加部による第１の電圧の印加が開始され、すなわち磁気ロールから現像ロールへのトナー供給が開始されてから、少なくとも現像ロールが回転駆動部によって回転されることにより、現像ロールの周面における磁気ロールとの対向位置が感光体ドラムとの対向位置まで移動する時間の経過時以後に、現像ロールへの第２の電圧の印加が行われるので、第１の電圧印加部による第１の電圧の印加が開始された際における磁気ロールとの対向位置にあった現像ロールの周面位置が、感光体ドラムとの対向位置まで移動した後に現像ロールへの第２の電圧の印加を行うことができる。
【００１５】
また、上述の現像装置において、前記第１の電圧印加部は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を、前記第１の電圧として出力する。
【００１６】
この構成によれば、第１の電圧印加部によって直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が、第１の電圧として磁気ロールに印加されるので、瞬時に所定のトナー量を現像ローラへ転移（飛翔）させることができる。
【００１７】
また、上述の現像装置において、前記第２の電圧印加部は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を、前記第２の電圧として出力する。
【００１８】
この構成によれば、第２の電圧印加部によって直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が、第２の電圧として現像ロールに印加されるので、現像ロールに付着したトナーを活性化させて、感光体ドラムに形成された静電潜像に対する現像性を向上させることができる。
【００１９】
また、上述の現像装置において、第２の電圧印加部は、さらに、前記感光体ドラムの回転に伴い当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像の先頭位置が、前記現像ロールとの対向位置に達した際に、前記現像ロールに第２の電圧を印加する。
【００２０】
この構成によれば、第１の電圧印加部により第１の電圧が印加された後、又は第１の電圧印加部による第１の電圧の印加が開始された際における磁気ロールとの対向位置にあった現像ロールの周面位置が、感光体ドラムとの対向位置まで移動した後、又は第１の電圧印加部による第１の電圧の印加が開始された際における磁気ロールとの対向位置にあった現像ロールの周面位置が、感光体ドラムとの対向位置まで移動した後、さらに感光体ドラムの回転に伴い当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像の先頭位置が、現像ロールとの対向位置に達した際に、第２の電圧印加部によって現像ロールに第２の電圧が印加されるので、静電潜像の先頭から上述のように強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
【００２１】
そして、本発明の第２の手段に係る画像形成装置は、上述のいずれかに記載の現像装置によって感光体ドラム上に形成されたトナー像を、記録紙に転写することにより画像形成を行う。
【００２２】
この構成によれば、上述のいずれかに記載の現像装置を用いて感光体ドラム上の静電潜像が現像され、感光体ドラム上に形成されたトナー像が記録紙に転写されて画像形成されるので、現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
このような構成の現像装置は、第１の電圧印加部によって磁気ロールに第１の電圧が印加されることにより帯電されたトナーが現像ロール上に飛翔する。その後、第２の電圧印加部によって現像ロールに第２の電圧が印加されることにより帯電されたトナーが感光体ドラムの周面に飛翔され、当該感光体ドラムの周面に形成された静電潜像が現像されるので、第１の電圧印加部による磁気ロールへの第１の電圧の印加前から現像ロールの周面に強固に付着しているトナーが現像に用いられることを低減することができるので、強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
【００２４】
そして、このような構成の画像形成装置は、現像ロールに強固に付着しているトナーによって現像ロールから感光体ドラムへのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる現像装置を用いて感光体ドラム上の静電潜像が現像され、感光体ドラム上に形成されたトナー像が記録紙に転写されて画像形成されるので、現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る現像装置を用いた画像形成装置の内部構成を概略的に示した図である。図１に示す画像形成装置１は、タンデム型のカラープリンタであり、給紙カセット１０と、給紙カセット１０の上部に配設された転写搬送部２０と、転写搬送部２０の上部に配設された画像形成部３０と、転写搬送部２０の左側に配設された定着部４０と、給紙カセット１０にセットされた記録紙Ｐを転写搬送部２０に導く第１の搬送路５０と、定着部４０によって定着処理が行なわれた記録紙Ｐを排出トレイ８０に導く第２の搬送路６０とを備えている。
【００２６】
給紙カセット１０は、内部に記録紙Ｐが収納され、収納された記録紙Ｐを図略の給紙ローラにより１枚ずつピックアップし、第１の搬送路５０側に排出する。画像形成部３０は、それぞれ、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、及びシアン（Ｃ）のトナー像を形成する画像形成部３０Ｋ，３０Ｙ，３０Ｍ，及び３０Ｃを備えている。画像形成部３０Ｋ〜３０Ｃは同一構成であるため、画像形成部３０Ｋのみ説明する。
【００２７】
画像形成部３０Ｋは、感光体ドラム３１、帯電器３２、露光装置３３、現像装置３４、及びクリーナ部３５を備えている。感光体ドラム３１は、円筒状の部材であり、図略のモータからの駆動力を受け、時計回りの方向（図示のＡ方向）に回転する。露光装置３３は、発光ダイオード又はレーザダイオード等の光源を備え、帯電器３２によって帯電された感光体ドラム３１に対して、画像データに応じた光信号を照射し、画像データの静電潜像を形成する。現像装置３４の上部には、ブラック（Ｋ）のトナーを収納すると共に現像装置３４へＫのトナーを供給するトナーボックス３４１が配設されている。
【００２８】
感光体ドラム３１は、筒状のドラムの外周面に、感光材料が成膜されて構成されている。感光体ドラム３１に用いられる感光材料としては、例えば正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）を用いることができる。感光材料として正帯電有機感光体を用いた場合、オゾンなどの発生が少なく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り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適している。この他、感光材料としてはアモルファスシリコン感光体を用いてもよい。
【００２９】
また、感光体ドラム３１における正帯電有機感光体の膜厚を、２０μｍから４０μｍ程度に設定することにより、感光体ドラム３１の長寿命化を図ることができる。正帯電有機感光体の膜厚を２０μｍ未満とすると、使用による膜厚の減少により、膜厚が１０μｍに達すると絶縁破壊によって黒点の発生が増加する。また、正帯電有機感光体の膜厚を４０μｍを超えて厚くすると、感度が低下して画像低下の要因となる。
【００３０】
帯電器３２は、例えば感光体ドラム３１の外周面に成膜された正帯電有機感光体を例えば４００Ｖに帯電させる。露光装置３３としては、半導体レーザーもしくはＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることができる。露光装置３３の出力光としては、感光体ドラム３１の感光材料が、正帯電有機感光体の場合は７７０ｎｍ付近の波長が好適であり、アモルファスシリコン感光体では６８５ｎｍ付近の波長が好適である。
【００３１】
そして、帯電器３２によって感光体ドラム３１の正帯電有機感光体を例えば４００Ｖに帯電させた後、露光装置３３により波長７７０ｎｍのＬＥＤ光によって露光すると、露光部分の電位は７０Ｖ程度に設定される。これにより、露光装置３３により露光された部分は電位が低下し、露光されない部分は電位が４００Ｖのまま保持されるので、感光体ドラム３１の外周面（正帯電有機感光体）に、露光装置３３による露光に基づく静電潜像が形成される。
【００３２】
現像装置３４は、磁気ロール１１と、現像ロール１２と、撹拌ミキサ３４２と、パドルミキサ３４３とを備えている。そして、撹拌ミキサ３４２及びパドルミキサ３４３は、トナーボックス３４１から供給されたトナーとキャリアとを混合、撹拌することにより帯電させ、磁気ロール１１へ供給する。
【００３３】
キャリアは、体積固有抵抗が１０８Ωｃｍのフェライト材料にシリコーン樹脂被覆をし、飽和磁化が４０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用いることができる。この場合、例えば平均粒度が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１２へのトナー供給量が減少する。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る。これらのキャリアをそのまま用いても良いが、適正な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。
【００３４】
また、本実施形態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５〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％である。トナーの混合割合が５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場合がある。
【００３５】
図２は、磁気ロール１１、現像ロール１２、及び感光体ドラム３１の構成の一例を詳細に示す構成図である。磁気ロール１１は、内部に磁性体を有しており、撹拌ミキサ３４２及びパドルミキサ３４３によって混合、撹拌されたトナー１３とキャリア１４とからなる現像剤の供給を受けると、内部の磁性体に基づく磁力によって外周面にキャリア１４を吸着して磁気ブラシ１５を形成すると共にその磁気ブラシ１５にトナー１３を同伴させる。
【００３６】
また、図２において磁気ロール１１は反時計回りに回転し、磁気ロール１１の近傍に微少な間隔を有して配設された規制ブレード３４５によって、磁気ブラシ１５の層厚が規制される。規制ブレード３４５と磁気ロール１１との間隔は、例えば０．３ｍｍ〜１．５ｍｍである。磁気ロール１１と現像ロール１２との間隔は、例えば０．２ｍｍ〜０．５ｍｍで好ましくは０．３ｍｍ〜０．４ｍｍ程度である。
【００３７】
さらに、磁気ロール１１には、直流電圧源１６と交流電圧源１７とが直列に接続されており、直流電圧源１６から出力された直流電圧Ｖｄｃ１に交流電圧源１７から出力された交流電圧Ｖａｃ１が重畳されて、印加される。そうすると、磁気ロール１１と対向配置された現像ロール１２の外周面にトナー１３が飛翔して供給され、トナー層１３１が形成される。この場合、直流電圧源１６と交流電圧源１７との直列回路が第１の電圧印加部の一例に相当し、直流電圧Ｖｄｃ１に交流電圧Ｖａｃ１が重畳された電圧が第１の電圧の一例に相当している。
【００３８】
トナー層１３１の厚さは、例えば５０μｍ、好ましくは３０μｍ〜７０μｍの厚さに設定される。この厚さは、トナー１３の平均粒径を７μｍとした場合にトナー１３の５層から１０層程度に相当する値である。
【００３９】
直流電圧Ｖｄｃ１は、例えば４００Ｖとし、交流電圧Ｖａｃ１は、Ｐ−Ｐが５００Ｖで後述の交流電圧Ｖａｃ２とは逆位相に設定することで、磁気ロール１１から現像ロール１２へのトナー供給性能の向上を図りつつ、未使用現像剤の現像ロール１２から磁気ロール１１への回収作用を、現像ロール１２と感光体ドラム３１とに悪影響を与えることなく増大することができる。
【００４０】
現像ロール１２は、スリーブが例えば導電性のアルミニウムから構成された筒状の回転体であり、例えば磁気ロール１１と同じ方向であって感光体ドラム３１とは逆方向となる反時計回りに回転するようになっている。スリーブの材質としては均一な導電体であればよく、ＳＵＳ、導電性樹脂被覆等が適用できる。また、現像ロール１２は、その外周面が感光体ドラム３１の外周面（正帯電有機感光体）と約２５０μｍの間隔を有するように配設されている。現像ロール１２と感光体ドラム３１との間隔は、例えば１５０μｍ〜４００μｍにすることができ、好ましくは２００μｍ〜３００μｍである。現像ロール１２と感光体ドラム３１との間隔が１５０μｍより狭いとカブリの要因になり、４００μｍより広いとトナー１３を現像ロール１２から感光体ドラム３１に飛翔させることが困難になり、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。
【００４１】
そして、現像ロール１２のシャフトには、直流電圧源１８と交流電圧源１９とが直列に接続されており、直流電圧源１８から出力された直流電圧Ｖｄｃ２に交流電圧源１９から出力された交流電圧Ｖａｃ２が重畳されて、シャフトを介してスリーブに印加される。そうすると、現像ロール１２の外周面に形成されたトナー層１３１からトナー１３が感光体ドラム３１へ飛翔して供給される。この場合、直流電圧源１８と交流電圧源１９との直列回路が第２の電圧印加部の一例に相当し、直流電圧Ｖｄｃ２に交流電圧Ｖａｃ２が重畳された電圧が第２の電圧の一例に相当している。
【００４２】
直流電圧Ｖｄｃ２は例えば１００Ｖ、交流電圧Ｖａｃ２は例えばＶｐｐが１．５ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ３０％にされている。また、交流電圧Ｖａｃ２の交流成分の波形は矩形波が好ましい。
【００４３】
このように、直流電圧Ｖｄｃ２に交流電圧Ｖａｃ２を重畳させて現像ロール１２の導電性スリーブに印加することにより、現像ロール１２の外周面に付着したトナー１３を活性化させることができる結果、感光体ドラム３１の正帯電有機感光体に形成された静電潜像に対する現像性を向上させると共に、現像ロール１２から磁気ロール１１へのトナー１３の回収性を向上させることができる。
【００４４】
ところで、連続印字での画像濃度を安定させるためには、定期的に現像ロール１２からトナー１３を剥ぎ取り、リフレッシュする必要がある。現像終了毎に現像ロール１２からトナー１３を剥ぎ取ればトナー１３は常にリフレッシュされるが、再度安定なトナー層１３１を現像ロール１２の外周面に形成するのに時間を要するため、現像終了毎に現像ロール１２からトナー１３を剥ぎとるようにすると、印刷速度の低下を招くこととなる。
【００４５】
一方、図２に示す現像装置３４によれば、現像終了毎に現像ロール１２からトナー１３を剥ぎ取らなくても感光体ドラム３１の正帯電有機感光体に形成された静電潜像に対する現像性を向上させると共に、現像ロール１２から磁気ロール１１へのトナー１３の回収性を向上させることができるので、連続印字の安定性を向上させることができる。
【００４６】
また、感光体ドラム３１へのトナー１３の供給量を増大させるためには、感光体ドラム３１の周速に対し、現像ロール１２の周速を１．５倍以上に設定すると、短時間にトナー１３の出し入れが可能になる。また、磁気ロール１１の周速を現像ロール１２の周速に対し１〜２倍の速度に設定するとトナーの入れ替えが促進される。この場合、磁気ロール１１の回転方向は現像ロール１２の回転方向とは逆方向であることが好ましい。
【００４７】
また、現像終了時に現像ロール１２に交流電圧Ｖａｃ２を印加したまま直流電圧Ｖｄｃ２を変化させることにより、現像ロール１２のスリーブに層状に付着したトナー１３を磁気ロール１１に回収し、現像ロール１２上のトナー１３を入れ替えることができる。
【００４８】
トナー層１３１の飽和トナー量は、直流電圧源１８から出力される直流電圧Ｖｄｃ２と、直流電圧源１６から出力される直流電圧Ｖｄｃ１との差によって決定される。例えば、直流電圧Ｖｄｃ１を１５０Ｖ、直流電圧Ｖｄｃ２を４００Ｖに設定すると、現像ロール１２の２周目で約１．０ｍｇ／ｃｍ２のトナー層１３１が得られる。トナー層１３１の層厚の調整は基本的にはＶｄｃ２−Ｖｄｃ１の電位差によって得られるが、トナー１３の帯電量や磁気ロール１１の磁力の強さなどの要因も影響する場合がある。
【００４９】
また、現像ロール１２から感光体ドラム３１へ供給されるトナー量は、画像形成しようとする画像データに応じて変化するので、例えば濃度の高い画像を形成する場合にはＶｄｃ２−Ｖｄｃ１の電圧を増大させるようにするなど、画像データに応じて直流電圧Ｖｄｃ２と直流電圧Ｖｄｃ１との電位差を調整することにより、均一な画像を得ることができる。高濃度印刷を連続して行う場合には、Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１の値を少し高めに設定すると有利である。
【００５０】
また、トナー層１３１のトナー量が０．５ｍｇ／ｃｍ２以下になると、高濃度画像が連続した場合の濃度の追随性が低下し、画像ムラが発生しやすくなる。また、トナー層１３１が１．５ｍｇ／ｃｍ２を超えると現像ゴーストが目立ち、トナー飛散が目立つ傾向がある。トナー層１３１の層厚はトナー１３の帯電量によっても左右され、トナー帯電量が１０μＣ／ｇ以下、特に５μＣ／ｇ以下になると、トナー層１３１の層厚の増大によりトナー１３の飛散が増大する。一方、トナー帯電量が２０μＣ／ｇ以上になるとトナー層１３１の層厚の減少により感光体ドラム３１における静電潜像の現像性が低下する。
【００５１】
そして、トナー層１３１は磁気ロール１１に保持された磁気ブラシ１５によって回収され、新たな現像剤が規制ブレード３４５を通って現像ロール１２に運ばれる。トナー１３は選択現像性を回避するために粒度分布を規定することが重要である。一般的にトナー１３の粒度分布はコールカウンターで測定され、粒度分布の広がりはその体積分布平均径と個数分布平均径の比でもって表現される。選択現像を防止するためにはその比率を小さくすることが重要である。分布が広いと、連続印刷において現像ロールに比較的粒度の小さなトナーが堆積し現像性を低下させる。
【００５２】
そして、上述のようにして感光体ドラム３１に形成された静電潜像にトナー１３が供給されて現像され、トナー像が形成される。感光体ドラム３１に形成されたＫのトナー像は、転写ローラ２２によって、記録紙Ｐ又は転写ベルト２１に転写される。クリーナ部３５は、Ｋのトナー像が転写された感光体ドラム３１の表面に付着したトナーを除去する。
【００５３】
転写搬送部２０は、転写ベルト２１、転写ローラ２２、右ローラ２３、及び左ローラ２４を備えている。右ローラ２３は画像形成部３０Ｋの下部に配設され、左ローラ２４は画像形成部３０Ｃの下部に配設されている。転写ベルト２１は、右ローラ２３と左ローラ２４との間に架け渡された無端ベルトであり、右ローラ２３及び左ローラ２４によって、半時計周りの方向（Ｂ方向）に一定の速度で回転される。転写ベルト２１は、ポリイミド樹脂等の耐熱性を有する樹脂材料により構成されている。転写ベルト２１の内周側であって、４個の感光体ドラム３１と対向する位置には、４個の転写ローラ２２が配設されている。転写ローラ２２は、導電性を有するゴム材料等で構成され、感光体ドラム３１に形成された各色のトナー像を記録紙Ｐ又は転写ベルトに転写させる。
【００５４】
定着部４０は、熱遮蔽ボックス４１、ヒータを内蔵する定着ローラ４２、及び加圧ローラ４３を備え、トナー像が形成された記録紙Ｐを加熱搬送することにより、記録紙Ｐにトナー像を定着させる。
【００５５】
図３は、図１に示す画像形成装置１の電気的構成の一例を示すブロック図である。図３に示す画像形成装置１は、用紙搬送機構２０１、操作パネル４０１、通信Ｉ／Ｆ部５０１、画像形成部３０、及び制御部２を備えている。用紙搬送機構２０１は、例えばモータやギア等の駆動機構から構成されており、制御部２からの制御信号に応じて給紙カセット１０、転写搬送部２０、搬送路５０、及び搬送路６０における種々の搬送ローラやベルトを駆動し、給紙カセット１０に収納されている記録紙Ｐを搬送する。
【００５６】
操作パネル４０１は、例えば液晶表示器等からなり、画像形成装置１の動作状態を表示する表示器４０２と、ユーザが印刷実行指示や各種設定指示等を入力するための操作キー４０３とを備える。通信Ｉ／Ｆ部５０１は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）やイーサネット（登録商標）等の通信インターフェース回路で、通信Ｉ／Ｆ部５０１の外部に接続された他の情報処理機器、例えばパーソナルコンピュータから受信した通信信号、例えば画像データや画像形成指示を示す信号を制御部２で処理可能な形式のデータに変換し、制御部２へ出力する。
【００５７】
画像形成部３０は、回転駆動部３０１、露光装置３３，直流電圧源１６，１８、及び交流電圧源１７，１９を備えている。回転駆動部３０１は、例えばモータや各種ギア等を用いて構成されており、制御部２からの制御信号に応じて、撹拌ミキサ３４２、パドルミキサ３４３、磁気ロール１１、現像ロール１２、及び感光体ドラム３１を回転駆動する。直流電圧源１６，１８，交流電圧源１７，１９は、制御部２からの制御信号に応じて直流電圧Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２、交流電圧Ｖａｃ１，Ｖａｃ２をそれぞれ出力する。
【００５８】
制御部２は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成され、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、用紙搬送機構２０１、操作パネル４０１、通信Ｉ／Ｆ部５０１、及び画像形成部３０の動作を制御する。
【００５９】
次に、上述のように構成された画像形成装置１の特徴的な動作について説明する。まず、例えば通信Ｉ／Ｆ部５０１の外部に接続されたパーソナルコンピュータから送信された画像データが通信Ｉ／Ｆ部５０１によって受信される。そうすると、制御部２からの制御信号に応じて、用紙搬送機構２０１によって給紙カセット１０から繰り出された記録紙Ｐが搬送路５０を経由して画像形成部３０Ｋにおける感光体ドラム３１へ搬送されると共に、回転駆動部３０１によって撹拌ミキサ３４２、パドルミキサ３４３、磁気ロール１１、現像ロール１２、及び感光体ドラム１３が回転駆動される。
【００６０】
そうすると、撹拌ミキサ３４２、及びパドルミキサ３４３によってトナー１３とキャリア１４とからなる現像剤が撹拌され、トナー１３が帯電される。また、図２に示すように、トナー１３とキャリア１４とが磁気ロール１１の外周面に付着、保持されて磁気ブラシ１５が形成され、さらに磁気ロール１１の回転に伴い磁気ブラシ１５が規制ブレード３４５と磁気ロール１１との間を通過することによって磁気ブラシ１５の厚みが一定にされる。また、感光体ドラム３１の外周面が帯電器３２によって帯電される。
【００６１】
次に、制御部２によって、通信Ｉ／Ｆ部５０１で受信された画像データに基づき露光装置３３による露光動作が行われ、感光体ドラム３１の外周面に画像データに応じた静電潜像が形成される。
【００６２】
次に、制御部２からの制御信号に応じて、直流電圧源１６から出力された直流電圧Ｖｄｃ１に交流電圧源１７から出力された交流電圧Ｖａｃ１が重畳されて磁気ロール１１に印加された後、直流電圧源１８から出力された直流電圧Ｖｄｃ２に交流電圧源１９から出力された交流電圧Ｖａｃ２が重畳されて現像ロール１２に印加される。図４は、直流電圧Ｖｄｃ１、交流電圧Ｖａｃ１、直流電圧Ｖｄｃ２、及び交流電圧Ｖａｃ２の印加タイミングを示す説明図である。図４に示す波形Ｖ１において、「オン」は直流電圧Ｖｄｃ１及び交流電圧Ｖａｃ１が共に印加される状態を示し、「オフ」は直流電圧Ｖｄｃ１及び交流電圧Ｖａｃ１が共に印加されない状態を示している。同様に、図４に示す波形Ｖ２において、「オン」は直流電圧Ｖｄｃ２及び交流電圧Ｖａｃ２が共に印加される状態を示し、「オフ」は直流電圧Ｖｄｃ２及び交流電圧Ｖａｃ２が共に印加されない状態を示している。
【００６３】
図５は、磁気ロール１１、現像ロール１２、及び感光体ドラム３１の動作の一例を説明するための説明図である。タイミングＴ１において、現像ロール１２の周面位置ａが磁気ロール１１と対向する位置（最も近接する位置）となっている。そして、タイミングＴ１において、直流電圧Ｖｄｃ１と交流電圧Ｖａｃ１とが磁気ロール１１に印加されると、磁気ロール１１と現像ロール１２との電位差によって磁気ロール１１の外周面に保持されているトナー１３が現像ロール１２における周面位置ａへ飛翔し、さらに現像ロール１２の回転に伴い周面位置ａが矢印１２１で示す感光体ドラム３１方向へ移動すると共に、現像ロール１２の外周面にトナー層１３１が形成される。
【００６４】
そして、回転駆動部３０１により現像ロール１２が回転され、周面位置ａが移動して感光体ドラム３１との対向位置ｂに達したタイミングＴ２において、直流電圧Ｖｄｃ２と交流電圧Ｖａｃ２とが現像ロール１２に印加される。なお、直流電圧Ｖｄｃ２と交流電圧Ｖａｃ２とが現像ロール１２に印加されるタイミングは、タイミングＴ２より後であってもよい。
【００６５】
この場合、例えば現像ロール１２が回転駆動部３０１によって回転されることにより現像ロール１２の外周面が磁気ロール１１との対向位置から感光体ドラム３１との対向位置まで回転移動する時間Ｔを予め測定したり計算したりすることにより取得し、その時間Ｔを例えば図略のタイマ回路のタイマ値として予め設定しておき、制御部２は、直流電圧源１６及び交流電圧源１７によって直流電圧Ｖｄｃ１及び交流電圧Ｖａｃ１の磁気ロール１１への印加を開始させてから、上述のタイマ回路を用いて少なくとも時間Ｔが経過したことを検出した後、直流電圧源１８及び交流電圧源１９によって直流電圧Ｖｄｃ２及び交流電圧Ｖａｃ２を現像ロール１２へ印加させるようにしてもよい。
【００６６】
また、例えば、図略のロータリエンコ−ダ等の回転量検出センサを用いて現像ロール１２の回転量を検出し、制御部２は、タイミングＴ１における磁気ロール１１との対向位置にあった現像ロール１２の周面位置ａが感光体ドラム３１との対向位置ｂまで移動した場合に対応する現像ロール１２の回転量、またはこれ以上の回転量が、上述の回転量検出センサにより検出された場合に直流電圧源１８及び交流電圧源１９によって直流電圧Ｖｄｃ２及び交流電圧Ｖａｃ２を現像ロール１２へ印加させるようにしてもよい。
【００６７】
ここで、タイミングＴ２において現像ロール１２の周面位置ａとの対向位置ｂにある感光体ドラム３１の周面位置（最も近接する位置）をｃとする。そうすると、タイミングＴ２において、直流電圧Ｖｄｃ２及び交流電圧Ｖａｃ２が現像ロール１２へ印加されると、現像ロール１２と感光体ドラム３１との電位差によって現像ロール１２の外周面に層状に保持されているトナー１３が、感光体ドラム３１における周面位置ｃの露光された部分へ飛翔し、以降、感光体ドラム３１の回転に伴い感光体ドラム３１の外周面に形成された静電潜像が現像されてトナー像が形成される。
【００６８】
そして、感光体ドラム３１が回転して周面位置ｃが転写ローラ２２と対向するタイミングで、転写搬送部２０によって記録紙Ｐの先端部が感光体ドラム３１と転写ローラ２２との対向位置に搬送され、記録紙Ｐに感光体ドラム３１上のブラック（Ｋ）のトナー像が転写される。これにより、記録紙Ｐの先端部からトナー像が転写されるようになっている。
【００６９】
以降、同様に画像形成部３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃによってイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、及びシアン（Ｃ）のトナー像が記録紙Ｐに転写され、定着部４０によって記録紙Ｐに転写されたブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、及びシアン（Ｃ）のトナー像が定着され、搬送路６０によって搬送されて排出トレイ８０へ排出される。
【００７０】
以上、図１に示す画像形成装置１によれば、直流電圧源１６及び交流電圧源１７によって、交流電圧Ｖａｃ１及び直流電圧Ｖｄｃ１の印加が開始された際（タイミングＴ１）における磁気ロール１１との対向位置にあった現像ロール１２の周面位置ａ、すなわちタイミングＴ１において磁気ロール１１から供給されたトナー１３を保持している周面位置ａが、感光体ドラム３１との対向位置ｂまで移動した後、直流電圧源１８及び交流電圧源１９によって直流電圧Ｖｄｃ２及び交流電圧Ｖａｃ２が現像ロール１２へ印加され、すなわち周面位置ａに保持されていたトナー１３が感光体ドラム３１の周面位置ｃへ供給され、周面位置ｃに保持されたトナー１３によって、感光体ドラム３１の静電潜像の現像が行われるので、現像動作の開始前、例えば前回の画像形成時に現像ロール１２の外周面に付着し、強固に付着したトナー１３が用いられることがない。従って、現像動作の開始前に現像ロール１２の外周面に付着していたトナー１３を用いることにより、現像ロール１２から感光体ドラム３１へのトナー供給量が減少して現像開始直後（図４における時間Ｔの期間）の画像濃度が薄くなることが抑制される。
【００７１】
また、交流電圧Ｖａｃ２は、直流電圧Ｖｄｃ２が印加されていなければ現像ロール１２から感光体ドラム３１へのトナー１３が飛翔が生じない電圧にされているが、もし、図４における時間Ｔの期間に、例えば交流電圧源１９により交流電圧Ｖａｃ２が現像ロール１２に供給されていた場合には、現像ロール１２の外周面に微量に残存しているトナー１３に振動が生じる。そうすると、現像ロール１２上のトナーが最終的に磁気ロール１１へ戻る際に、厚み方向に方向性を持って並び替えられてしまう現象が生じる。
【００７２】
すなわち、帯電性の低い比較的大き目のトナー等が振動をし、また小さなトナーはほとんど動くことができずに現像ロール１２の表面にとどまる。これによって下層にハイチャージ、上層にローチャージのトナー配列になる。とくに、トナー層が薄い時に再配列の傾向が強く働き、ハイチャージが下層に強固に付着する問題が生じる。この状態において、下層に強固に付着したトナーの上に、新たにトナー層を形成すると下層部と上層部のトナー１３の帯電性がより分離されて更に下層のトナー１３が現像ロール１２に固着する結果、現像ロール１２から感光体ドラム３１へのトナー１３の供給量にばらつきが生じ、現像の濃度むらが生じるおそれがある。
【００７３】
しかし、図１に示す画像形成装置１によれば、時間Ｔの期間において、直流電圧Ｖｄｃ１及び交流電圧Ｖａｃ２のいずれも現像ロール１２に印加されないので、上述のようなトナー層の再配列が生じることが低減され、現像の濃度むらが低減される。
【００７４】
なお、直流電圧Ｖｄｃ１と交流電圧Ｖａｃ１とが磁気ロール１１に印加されてから時間Ｔ経過後に直流電圧Ｖｄｃ２と交流電圧Ｖａｃ２とが現像ロール１２に印加される例を示したが、直流電圧Ｖｄｃ１と交流電圧Ｖａｃ１とが磁気ロール１１に印加された後に直流電圧Ｖｄｃ２と交流電圧Ｖａｃ２とが現像ロール１２に印加されればよく、必ずしも時間Ｔ以上経過後に直流電圧Ｖｄｃ２と交流電圧Ｖａｃ２とを印加する必要はない。直流電圧Ｖｄｃ１と交流電圧Ｖａｃ１とが磁気ロール１１に印加されてから直流電圧Ｖｄｃ２と交流電圧Ｖａｃ２とが現像ロール１２に印加されるまでの時間が時間Ｔに満たない場合であっても、直流電圧Ｖｄｃ１と交流電圧Ｖａｃ１とが磁気ロール１１に印加された後に直流電圧Ｖｄｃ２と交流電圧Ｖａｃ２とが現像ロール１２に印加されれば、現像動作の開始前から現像ロール１２の外周面に強固に付着しているトナー１３が用いられることを低減することができるので、強固に付着しているトナー１３によって現像ロール１２から感光体ドラム３１へのトナー供給量が減少して現像開始直後の画像濃度が薄くなることを低減することができる。
【００７５】
また、交流電圧源１７を備えず、直流電圧源１６から出力された直流電圧Ｖｄｃ１を磁気ロール１１に供給することにより、磁気ロール１１から現像ロール１２へトナー１３を飛翔させるようにしてもよい。また、交流電圧源１９を備えず、直流電圧源１８から出力された直流電圧Ｖｄｃ２を現像ロール１２に供給することにより、現像ロール１２から感光体ドラム３１へトナー１３を飛翔させるようにしてもよい。
【００７６】
また、画像形成装置１の一例として、本発明をカラープリンタに適用した例を示したが画像形成装置１は、複写機、ファクシミリ、及びそれらの複合機などの画像形成装置であってもよく、また、白黒の画像形成装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態に係る現像装置を用いた画像形成装置の内部構成を概略的に示した図である。
【図２】磁気ロール、現像ロール、及び感光体ドラムの構成の一例を詳細に示す構成図である。
【図３】図１に示す画像形成装置の電気的構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図２に示す磁気ロールへの直流電圧及び交流電圧の印加タイミングと、現像ロールへの直流電圧及び交流電圧の印加タイミングとを示す説明図である。
【図５】図２に示す磁気ロール、現像ロール、及び感光体ドラムの動作の一例を説明するための説明図である。
【図６】背景技術に係る現像装置の概略構成を示す構成図である。
【図７】背景技術に係る現像装置の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  画像形成装置
２  制御部
１１  磁気ロール
１２  現像ロール
１３  トナー
１４  キャリア
１５  磁気ブラシ
１６，１８  直流電圧源
１７，１９  交流電圧源
２０  転写搬送部
３０  画像形成部
３１  感光体ドラム
３２  帯電器
３３  露光装置
３４  現像装置
３５  クリーナ部
４０  定着部
２０１  用紙搬送機構
３０１  回転駆動部
３４２  撹拌ミキサ
３４３  パドルミキサ
３４５  規制ブレード
Ｖａｃ１，Ｖａｃ２  交流電圧
Ｖｄｃ１，Ｖｄｃ２  直流電圧
【図１】
2007140100.tif 000003
【図２】
2007140100.tif 000004
【図３】
2007140100.tif 000005
【図４】
2007140100.tif 000006
【図５】
2007140100.tif 000007
【図６】
2007140100.tif 000008
【図７】
2007140100.tif 000009