(57)【要約】  【課題】  現像ローラ上の残存トナーの回収及び現像ローラ上へのトナー薄層の形成を迅速且つ確実に行うことにより、履歴現象を防止するとともに画像形成処理の高速化も実現可能な現像ユニット及びそれを備えた画像形成装置を提供する。  【解決手段】  ２７ａ、２７ｂはトナーをキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１、第２攪拌スクリューである。この帯電された現像剤によって磁気ローラ２０ａ、２０ｂ上に磁気ブラシ２１が形成され、規制ブレード２６で層規制されながら一定の層厚で現像ローラ２２に接触し、第１磁気ローラ２０ａ及び第２磁気ローラ２０ｂと現像ローラ２２間の電位差ΔＶｄｃにより現像ローラ２２上にトナー薄層２３が形成される。また、磁気ローラ２０ａ、２０ｂは、それぞれ現像ローラ２２上からのトナー回収も行う。【選択図】      図２
2007034098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に対向配置される現像ローラと、該現像ローラに対向配置され磁気ブラシを用いて前記現像ローラ上にトナー薄層を形成する磁気ローラと、を備え、
前記磁気ローラに直流バイアスを印加し、前記現像ローラに直流及び交流バイアスを印加することにより前記像担持体表面にトナーを飛翔させて現像する現像ユニットにおいて、
前記磁気ローラが複数設けられており、前記現像ローラ上に２本以上の前記磁気ローラから同時にトナーを供給することを特徴とする現像ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の現像ユニットと、該現像ユニットの駆動を制御する制御手段とを備え、連続画像形成時の各画像形成が終了した後、前記磁気ローラ及び前記現像ローラに印加される直流バイアス間の電位差を画像形成時と異ならせて前記現像ローラ上から前記磁気ローラにトナーを回収するトナー回収工程と、前記現像ローラ上に新たなトナー薄層を再形成する再形成工程とを、２本以上の前記磁気ローラを用いて実行可能としたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記再形成工程において、前記現像ローラの回転方向下流側に位置する前記磁気ローラの線速を上流側に位置する前記磁気ローラよりも速くすることを特徴とする請求項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、磁性キャリアとトナーとから成る２成分現像剤を使用し、現像ローラに帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を非接触で現像するハイブリッド式現像ユニット、及びそれを備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像担持体（感光体）上の静電潜像に飛翔させて潜像を現像する非接触現像方式は、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、高速画像形成が可能な現像方式として、特に静電潜像担持体（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も検討されてきた。この方式では、静電潜像担持体（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いる。
【０００３】
また、近年高速化のため、複数色のそれぞれに対応した複数の感光体を用い、記録部材の送りに同期させてカラー画像を形成し、記録部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきている。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、感光体同士の間隔を狭くし、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。
【０００４】
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、現像ユニット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ユニット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、このように現像ユニットを縦型に配置した場合、現像剤の還流、すなわち現像剤撹拌部から感光体に近接した現像ローラ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、トナーの帯電量低下によるトナーの飛散が避けられないという問題があった。
【０００５】
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、現像ローラ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、感光体に非接触な方式では、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制していたため、トナーの添加剤がチャージローラ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たりして画像欠陥をきたすことがあった。
【０００６】
これらの問題を解決する手段の一つとして、タンデム型画像形成装置においても、前述したような２成分現像剤を用いてトナーを帯電させ、その後感光体に対して非接触でトナーを飛翔させる方式が提案されてきた。このような従来技術としては、図７に示すように、磁気ローラを用いて現像剤を静電潜像担持体（感光体）に対して非接触に設置した現像ローラ上に進ませ、この現像ローラ上にトナーを転移させて非磁性トナーで薄層を形成し、交流電界によって静電潜像担持体（感光体）上の潜像にトナーを飛翔させるハイブリッド現像が提案されている。
【０００７】
図７において、２０は内部に配設された磁石（図示せず）を用いて現像剤に含まれるキャリアＣによる磁気ブラシ２１を発生させる磁気ローラ、２２は磁気ブラシ２１から供給されたトナーＴによるトナー薄層２３を担持して感光体ドラム１ａ上の静電潜像を現像する現像ローラである。
【０００８】
２４は、現像ローラ２２に直流バイアス（Ｖｄｃ１）を印加する第１直流バイアス電源２４ａ及び交流バイアス（Ｖｐｐ）を印加する交流バイアス電源２４ｂから成る現像バイアス電源である。２５は磁気ローラ２０に直流バイアス（Ｖｄｃ２）を印加する第２直流バイアス電源、２６は磁気ローラ２０上の磁気ブラシ２１の厚さを規制する規制ブレードである。
【０００９】
感光体ドラム１ａは、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、図示しない帯電器により表面を帯電させるようになっている。そして、図示しない露光ユニットからのレーザビームを受けた表面に帯電を減衰させた静電潜像を形成する。感光層を形成する感光材料としては、アモルファスシリコン感光体や正帯電有機感光体（正ＯＰＣ感光体）が用いられる。正ＯＰＣを用いた場合、オゾン等の発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正ＯＰＣは長期間使用し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に用いられる。
【００１０】
現像ローラ２２は、感光体ドラム１ａに対し所定の間隔を隔てて対向配置されており、現像ローラ２２の材質としては、ＳＵＳ、アルミニウムやそれらに導電性樹脂被膜を形成した均一な導電体が用いられる。現像ローラ２２には第１直流バイアス電源２４ａ、及び交流バイアス電源２４ｂが接続されており、これらの重畳されたバイアスを直接印加することで、感光体ドラム１ａ表面の静電潜像に対する現像性能と共に、後述する磁気ローラ２０へのトナー回収性能も高まり、連続印刷時の画像安定性が改善される。
【００１１】
キャリアＣとしては、マグネタイトキャリア、Ｍｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライト等が用いられ、これらのキャリアをそのまま、或いは適正な抵抗を上げない範囲で表面処理して用いることができる。また、キャリアの平均粒度が５０μｍを超えるとトナー濃度を上げられず、現像ローラ２２へのトナー供給量が減少するため、平均粒度が５０μｍ以下のキャリアを用いることが好ましい。
【００１２】
トナーＴ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。一般的にトナーの粒度分布はコールターカウンタで測定され、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表現される。粒度分布が広いと連続印刷において現像ローラ２２に比較的粒度の小さいトナーが堆積し、現像性を低下させるため、選択現像を防止するためにはこの比率を小さくすることが必要となる。
【００１３】
このように構成された現像ユニットにおいては、磁気ローラ２０に図示しないトナーコンテナからトナーＴが供給され、第１攪拌スクリュー及び第２攪拌スクリュー（いずれも図示せず）によってキャリアＣと共に撹拌されることでトナーが適正なレベルに正帯電される。そしてこの現像剤によって磁気ローラ２０上に磁気ブラシ２１が形成され、規制ブレード２６で層規制されながら一定の層厚で現像ローラ２２に接触し、磁気ローラ２０と現像ローラ２２間の電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜（以下、ΔＶｄｃという）によって、磁気ブラシ２１から現像ローラ２２上にトナーＴが移動しトナー薄層２３が形成される。
【００１４】
トナー薄層２３のトナーＴは、感光体ドラム１ａとの間に交流バイアス電源２４ｂから印加された交流バイアスＶｐｐにより、感光体ドラム１ａ上に形成された静電潜像に飛翔し、現像が行われる。現像ローラ２２上のトナー薄層２３の厚みは、現像剤の抵抗や現像ローラ２２と磁気ローラ２０の線速差などによっても変化するが、上記の電位差ΔＶｄｃによっても制御することが可能であり、ΔＶｄｃを大きくすると現像ローラ２０上のトナー層が厚くなり、ΔＶｄｃを小さくすると薄くなる。ΔＶｄｃの範囲は一般的に１００Ｖから２５０Ｖ程度が適切である。
【００１５】
この技術によれば、２成分現像剤を採用して現像ローラ上へのトナー薄層形成は可能なものの、トナーの帯電が高くなった場合に現像ローラ上のトナーの分離が困難になり、強い交流電界が必要とされる。この電界が静電潜像担持体（感光体）上のトナー層を乱してしまうので、色重ねなどには問題を有していた。
【００１６】
また、上記した従来の技術は、トナーの帯電制御が複雑で、感光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、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。
【００１７】
この履歴現象は、現像ローラ１周目において形成されるトナー薄層が飽和層厚に比べて薄いために発生する。従来、現像ローラが１周する間に磁気ローラにより形成されるトナー薄層は飽和層厚に対し６０〜７０％程度であり、現像ローラを２周させて磁気ローラ２周分のトナーを供給することで初めて飽和層厚に到達する。
【００１８】
そこで、現像ローラ上の残トナーを確実に回収して履歴現象を防止する方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、紙間や画像形成前等の非画像形成時に、現像ローラ及び磁気ローラを回転させたまま等電位状態とし、且つ現像ローラに交流バイアスのみを印加することにより、現像ローラ上の残存トナーを引き剥がして磁気ローラに回収する工程（以下、トナー回収工程という）と、現像ローラ上に新たなトナー薄層を再形成する工程（以下、再形成工程という）を実行することにより、現像ローラ上のトナー薄層をリフレッシュ可能とした画像形成装置の現像方法が開示されている。
【００１９】
しかしながら、特許文献１の方法により現像ローラ上のトナー薄層を十分にリフレッシュするためには、紙間において現像ローラ１周分のトナーを引き剥がし、さらに現像ローラ２周分（１周＋磁気ローラから感光体ドラムまでの現像ローラの外周長）のトナー層を新たに形成させる必要があるので、紙間をトナー引き剥がし及びトナー層形成に要する時間以上に設定しておく必要がある。
【００２０】
例えば、感光体ドラムの線速を１００ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラと感光体ドラムとの線速比（Ｓ／Ｄ比）を１．５、現像ローラ径を１６ｍｍ、磁気ローラから感光体ドラムまでの現像ローラの外周長を０．３周とすると、紙間に要する時間は１６×π×（１＋１．３）／（１００×１．５）≒８００ｍｓｅｃ程度となる。そのため、連続印刷時における画像形成効率の向上には限界があった。
【００２１】
また、特許文献２には、ドナーローラ（現像ローラ）に対してトナー供給用とトナー回収用の磁気ローラを別個に配置し、現像後のトナーをトナー回収用ローラにより確実に回収する方法が開示されている。また、特許文献３には、現像ローラと磁気ローラが所定の過不足の範囲で１回転するように各ローラの周速を設定することにより、ローラ径が異なる場合でもトナー回収工程において現像ローラ上の残トナーを確実に回収可能としたハイブリッド式の現像方法が開示されている。
【００２２】
特許文献２の方法では、２本の磁気ローラの役割を規定しているため、現像ローラ上にトナー薄層を形成する場合、トナー回収用ローラに対向する位置から像担持体（感光体ドラム）に対向する位置まで（現像ローラ１周）の間にトナー供給用ローラからトナーを供給する必要がある。しかし、１本のトナー供給用ローラを用いてトナー薄層を形成する場合、トナー薄層の厚みを飽和層厚まで厚くするには、上述したように現像ローラ２周分のトナー層を新たに形成させる必要がある。
【００２３】
そのため、形成されるトナー薄層の層厚が不十分となって履歴現象を完全に防止することができなかった。また、特許文献２の構成で、現像ローラ上に十分な層厚のトナー薄層を形成するためには、トナー供給用ローラの線速を上げる方法も考えられるが、現像ユニット内のトナーに掛かる機械的ストレスが大きくなり、トナーの劣化が促進されるため好ましいものではなかった。
【００２４】
また、トナー薄層の回収時に現像ローラ１回転に要する時間がトナー回収用ローラ１回転に要する時間よりも長い場合、各ローラが１回転する時間の差分だけトナー回収用ローラは２回転目で現像ローラ上のトナーを剥ぎ取ることとなり、１周目で剥ぎ取ったトナーの上にさらにトナーが重ねられる。従って、トナー回収用ローラの２周目においては既に回収したトナーが存在するため、トナー回収力は１周目に比べて弱くなり、現像ローラ上にトナーが残存してしまい、その部分だけ濃度が濃くなって均質な画像が得られないという問題が発生する。
【００２５】
また、特許文献３の方法では、各ローラのローラ径比に係わらず残トナーを確実に剥ぎ取ることができ、トナー薄層の再形成時における層むらの発生を防止可能となるものの、特許文献１の場合と同様に紙間に要する時間は変化しないため、連続印刷時の画像形成効率を向上させることはできなかった。
【特許文献１】特開２００３−２１９６１号公報
【特許文献２】特開２０００−８１７７８号公報
【特許文献３】特開２００５−５５８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、上記問題点に鑑み、現像ローラ上の残存トナーの回収及び現像ローラ上へのトナー薄層の形成を迅速且つ確実に行うことにより、履歴現象を防止するとともに画像形成処理の高速化も実現可能な現像ユニット及びそれを備えた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】
【００２７】
上記目的を達成するために本発明は、像担持体に対向配置される現像ローラと、該現像ローラに対向配置され磁気ブラシを用いて前記現像ローラ上にトナー薄層を形成する磁気ローラと、を備え、前記磁気ローラに直流バイアスを印加し、前記現像ローラに直流及び交流バイアスを印加することにより前記像担持体表面にトナーを飛翔させて現像する現像ユニットにおいて、前記磁気ローラが複数設けられており、前記現像ローラ上に２本以上の前記磁気ローラから同時にトナーを供給することを特徴としている。
【００２８】
また本発明は、上記構成の現像ユニットと、該現像ユニットの駆動を制御する制御手段とを備え、連続画像形成時の各画像形成が終了した後、前記磁気ローラ及び前記現像ローラに印加される直流バイアス間の電位差を画像形成時と異ならせて前記現像ローラ上から前記磁気ローラにトナーを回収するトナー回収工程と、前記現像ローラ上に新たなトナー薄層を再形成する再形成工程とを、２本以上の前記磁気ローラを用いて実行可能とした画像形成装置である。
【００２９】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記再形成工程において、前記現像ローラの回転方向下流側に位置する前記磁気ローラの線速を上流側に位置する前記磁気ローラよりも速くすることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の第１の構成によれば、現像ローラが１周する間に磁気ローラ２周分以上のトナーを供給することができ、１本の磁気ローラを用いる従来法に比べ、短時間で飽和層厚のトナー薄層を形成できる。また、現像ローラに対する磁気ローラの線速比を従来よりも下げることができるため、トナーに掛かる機械的ストレスが低減されて現像ユニット内のトナー寿命も長くなる。
【００３１】
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像ユニットと、現像ユニットの駆動を制御する制御手段を用いて、現像ローラ上からトナーを回収するトナー回収工程と、現像ローラ上に新たなトナー薄層を再形成する再形成工程とを複数の磁気ローラを用いて実行することにより、現像ローラが１周する間に磁気ローラ２周分以上のトナー供給及び回収を行うことができ、履歴現象の発生を効果的に抑制するとともに画像形成効率を高めた画像形成装置とすることができる。
【００３２】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の画像形成装置において、再形成工程実行時に、現像ローラの回転方向下流側に位置する磁気ローラの線速を上流側に位置する磁気ローラよりも速くすることにより、飽和層厚のトナー薄層の形成に有効となる二層目のトナー層を形成する下流側の磁気ローラからのトナー供給を十分に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の現像ユニットが搭載された画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラー画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。
【００３４】
この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転し、各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、転写ローラ９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。
【００３５】
トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ１２ｂを介して転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。
【００３６】
次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像ユニット３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。現像ユニット３ａ〜３ｄの詳細な構成については後述する。
【００３７】
ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像ユニット３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像ユニット３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
【００３８】
そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、中間転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。
【００３９】
中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた転写ローラ９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。
【００４０】
定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。
【００４１】
一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト５上に形成された次の画像が転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。
【００４２】
図２は、本発明の現像ユニットの構成を示す側面断面図である。従来例の図７と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、ここでは画像形成部Ｐａに配置される現像ユニット３ａについて説明するが、現像ユニット３ｂ〜３ｄの構成についても全く同様である。本発明においては、第１磁気ローラ２０ａ及び第２磁気ローラ２０ｂから成る２本の磁気ローラを設け、それぞれの磁気ローラにおいてトナー回収工程及び再形成工程を実施可能としている。
【００４３】
図２において、２７ａ、２７ｂは図示しないトナーコンテナから供給されるトナーをキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１、第２攪拌スクリューである。この帯電された現像剤によって磁気ローラ２０ａ、２０ｂ上に磁気ブラシ２１（図７参照）が形成され、規制ブレード２６で層規制されながら一定の層厚で現像ローラ２２に接触し、磁気ローラ２０ａ、２０ｂと現像ローラ２２間の電位差ΔＶｄｃにより現像ローラ２２上にトナー薄層２３が形成される。
【００４４】
トナー薄層２３の飽和トナー量は、基本的には現像ローラ２２に印加される直流バイアスＶｄｃ１と、磁気ローラ２０ａ、２０ｂとに印加される直流バイアスＶｄｃ２の電位差ΔＶｄｃによって決定される。例えばＶｄｃ１＝１００Ｖ、Ｖｄｃ２＝４００Ｖに設定した場合、ΔＶｄｃ＝３００Ｖとなり、現像ローラ２２の２周目において約１．０ｍｇ／ｃｍ2のトナー薄層２３が得られる。トナー薄層２３が０．５ｍｇ／ｃｍ2以下であると、高濃度画像が連続した場合の濃度追随性が低下し、画像むらが発生し易くなる。一方、トナー薄層２３が１．５ｍｇ／ｃｍ2以上であると、現像ゴーストやトナー飛散が目立つ傾向がある。
【００４５】
また、トナー帯電量が１０μＣ／ｇ以下、特に５μＣ／ｇ以下と低い場合、トナー薄層２３の厚みが増大し、飛散が多くなる。一方、トナー帯電量が２０μＣ／ｇ以上になるとトナー薄層２３の厚みが薄くなり、トナー帯電が上昇して現像性が低下する。さらに、最適なトナー薄層２３の調整には印刷される画像濃度（印字率）も寄与するため、Ｖｄｃ２の値を画像データに応じて可変させることとすれば、印字率に関係なく均一な画像を得ることができる。
【００４６】
図３は、本発明の画像形成装置の構成を示すブロック図である。図１及び図２と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。画像形成装置１００は、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、定着部７、画像入力部３０、ＡＤ変換部３１、制御部３２、記憶部３３、操作パネル３４等を含む構成である。
【００４７】
画像入力部３０は、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部であり、画像形成装置１００がプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部３０より入力された画像信号は制御部３２に送出され、階調処理等の画像処理を適宜行い、ＡＤ変換部３１においてデジタル信号に変換された後、後述する記憶部３３内の画像メモリ４０に送出される。
【００４８】
画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、帯電器２ａ〜２ｄ、現像ユニット３ａ〜３ｄ、露光ユニット４、中間転写ローラ６ａ〜６ｄ等から構成され、ＡＤ変換部３１において変換され画像メモリ６０に記憶された画像データをもとに感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に静電潜像を形成する。記憶部３３は、画像メモリ４０、ＲＡＭ４１、及びＲＯＭ４２を備えており、画像メモリ４０は、画像入力部３０で読み取られ、ＡＤ変換部３１においてデジタル変換された画像信号を記憶し、制御部３２に送出する。ＲＡＭ４１及びＲＯＭ４２は、制御部３２の処理プログラムや処理内容等を記憶する。また、トナー回収工程又は再形成工程において磁気ローラ２０ａ、２０ｂ或いは現像ローラ２２に印加される直流及び交流バイアス電圧の値も記憶される。
【００４９】
操作パネル３４は、複数の操作キーから成る操作部と、設定条件や装置の状態等を表示する表示部（いずれも図示せず）とから構成されており、ユーザが印刷条件等の設定を行う他、例えば画像形成装置１００がファクシミリ機能を有する場合は、記憶部３３にファクシミリ送信先を登録し、さらに登録された送信先の読み出しや書き換えを行う等の種々の設定にも使用される。メインモータ３５は、制御部３２からの制御信号に応じて画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの感光体ドラム１ａ〜１ｄ、現像ユニット３ａ〜３ｄ、中間転写ローラ６ａ〜６ｄ、定着部７等を含む装置各部を駆動する。
【００５０】
制御部３２は、設定されたプログラムに従って画像入力部３０、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、定着部７等を全般的に制御するとともに、画像入力部３０から入力された画像信号を、必要に応じて変倍処理或いは階調処理して画像データに変換する。露光ユニット４は、処理後の画像データに基づいてレーザ光を照射し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に潜像を形成する。
【００５１】
図４は、本発明の画像形成装置における連続画像形成時の現像ユニットの動作制御例を示すタイミングチャートである。図１〜図３を参照しながら、図４を用いてユーザにより連続画像形成が指示された場合の画像形成プロセスについて説明する。
【００５２】
先ず、感光体ドラム１ａ〜１ｄや中間転写ローラ６ａ〜６ｄ等を駆動するメインモータ３５及び除電装置がＯＮとなり、次いで帯電器２ａ〜２ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の帯電が開始される。同時に現像ユニット３ａ〜３ｄ及び露光ユニット４のウオームアップも開始され、現像ローラ２２に所定の直流バイアスＶｄｃ１及び交流バイアスＶｐｐが印加される。
【００５３】
この初期帯電及びウオームアップは所定時間継続して行われる（図４の矢印Ａ）。そして、ウオームアップ終了後、磁気ローラ２０ａ、２０ｂに所定の直流バイアスＶｄｃ２が印加されるとともに、現像ローラ２２に印加された交流バイアスＶｐｐの周波数（ｋＨｚ）及びＤｕｔｙ（％）を低くして、現像ローラ２２上に所定の層厚のトナー薄層が形成される（図４の矢印Ｂ）。
【００５４】
その後、露光ユニット４により感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成された潜像がトナー薄層により現像され、中間転写ベルト８上に一次転写され、さらに転写紙Ｐ上に二次転写される（図４の矢印Ｃ）。そして、次の転写紙Ｐが搬送されるまで所定の間隔（紙間）が確保される（図４の矢印Ｄ）。なお、画像形成から一次転写まで、及び一次転写から二次転写までのタイムラグにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上における画像形成タイミングと転写紙Ｐの搬送タイミングとは異なるが、各画像間の間隔と転写紙Ｐの搬送される間隔は等しく、いずれも矢印Ｄで表される時間となる。
【００５５】
この紙間Ｄにおいて、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の残存トナー及び残存電荷をクリーニング部５ａ〜５ｄ及び除電装置で除去する。即ち、矢印ＣとＤとを合わせた時間が記録１枚当たりの出力間隔となり、以後、予め設定された枚数の画像形成が終了するまで上記プロセスが繰り返される。
【００５６】
また、紙間Ｄにおいては、磁気ローラ２０ａ、２０ｂへの直流バイアスＶｄｃ２の印加を停止するとともに、現像ローラ２２に印加された交流バイアスＶｐｐの周波数（ｋＨｚ）及びＤｕｔｙ比（％）を高めて、現像ローラ２２上のトナーを回収するトナー回収工程（図４の矢印Ｔ１）と、再び磁気ローラ２０ａ、２０ｂへ直流バイアスＶｄｃ２を印加するとともに、現像ローラ２２に印加された交流バイアスＶｐｐの周波数（ｋＨｚ）及びＤｕｔｙ比（％）を低くして、トナー薄層の形成を行う再形成工程（図４の矢印Ｔ２）とが実行される。
【００５７】
次に、第１磁気ローラ２０ａ、第２磁気ローラ２０ｂを用いて実行されるトナー回収工程及び再形成工程について詳細に説明する。図５は、磁気ローラ２０ａ、２０ｂに印加される直流バイアスＶｄｃ２をトナー回収バイアスに変換してトナー回収工程が実行された場合の現像ユニットの状態を示す模式図である。図２と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
いま、現像ローラ２２と第１磁気ローラ２０ａとが対向する位置をＡ、現像ローラ２２と第２磁気ローラ２０ｂとが対向する位置をＢとすると、図５のように、感光体ドラム１ａの現像に用いられなかったトナー薄層２３は、現像ローラ２２が１周する間にＡ及びＢにおいて磁気ローラ２０ａ、２０ｂ上に回収される。このトナー回収工程は、バイアス変換時にＡの位置を通過した現像ローラ２２上の点が、再びＡを通過するまで継続して行われる。
【００５９】
これにより、トナー回収工程において現像ローラ２２上の全ての点がＡ及びＢを１回ずつ通過することとなり、現像ローラが１周する間に磁気ローラ２周分のトナーを回収可能となる。従って、１本の磁気ローラを用いて回収を行う従来法に比べ、迅速且つ確実なトナー回収を行うことができる。また、トナー回収工程に要する時間（図４のＴ１）が短縮されるため、紙間（図４の矢印Ｄ）も短くすることができ、画像形成効率の向上にも寄与する。また、現像ローラ１周に要する時間が磁気ローラ１周に要する時間よりも長い場合であっても、２本の磁気ローラで回収を行うためトナー回収力はさほど低下せず、再形成工程におけるトナー薄層の層厚むらを低減可能となる。
【００６０】
図６は、再形成工程が実行された場合の現像ユニットの状態を示す模式図である。トナー回収工程が終了した時点で、今度は磁気ローラ２０ａ、２０ｂに印加される直流バイアスＶｄｃ２をトナー供給バイアスに変換し、図６のように、現像ローラ２２上へのトナー供給を開始する。このとき、バイアス変換時にＡの位置を通過した現像ローラ２２上の点が感光体ドラム１ａの位置まで到達した時点で現像を開始するように、感光体ドラム１ａ上への画像書き込みタイミング及び転写紙の搬送タイミングを設定しておく。
【００６１】
これにより、現像ローラ２２がＡの位置からＢを経由してドラム位置まで回転する間に、Ａ及びＢにおいて磁気ローラ２０ａ、２０ｂからトナーが供給されるため、現像ローラが１周する間に磁気ローラ２周分のトナーを供給することができ、１本の磁気ローラを用いて供給を行う従来法に比べ、短時間で飽和層厚のトナー薄層を形成することができる。また、再形成工程に要する時間（図４のＴ２）が短縮されるため、紙間（図４の矢印Ｄ）も短くすることができ、画像形成効率の向上にも寄与する。
【００６２】
また、２本の磁気ローラを用いてトナーを供給するため、現像ローラ２２に対する各磁気ローラ２０ａ、２０ｂの線速比（Ｍ／Ｓ）を従来よりも小さくした場合でも十分な量のトナーを供給できる。そのため、線速比を小さくすることにより、規制ブレード２６においてトナーに掛かる機械的ストレスを低減してトナーの長寿命化を図ることができる。
【００６３】
なお、磁気ローラ２０ａ、２０ｂの線速は同じであっても良いが、現像ローラ２２上に一層目のトナー薄層を形成する上流側の第１磁気ローラ２０ａでは薄いトナー層しか形成できないため、飽和層厚のトナー薄層形成には、下流側に位置する第２磁気ローラ２０ｂにより形成される二層目のトナー薄層が有効となる。そのため、再形成工程においては、下流側に位置する第２磁気ローラ２０ｂの線速を第１磁気ローラ２０ａよりも速くすることが好ましい。
【００６４】
その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、２本の磁気ローラ２０ａ、２０ｂを備え、各磁気ローラ２０ａ、２０ｂを用いて現像ローラ２２上のトナーの回収及び現像ローラ２２上へのトナーの供給を行う構成としたが、いずれか一方の磁気ローラを供給専用としても良い。また、磁気ローラを３本以上設けても良く、その場合、いずれか１本を回収専用としても良い。即ち、少なくとも２本の磁気ローラを用いてトナーの供給を行うこととすれば、短時間で飽和層厚のトナー薄層を形成可能となるため、再形成工程に要する時間を短縮して画像形成効率を高めるとともに、履歴現象も抑制することができる。
【００６５】
また、上記実施形態において、例えば現像ローラ及び磁気ローラのいずれか一方又は両方の線速を変更する制御を行っても良い。例えばトナー回収工程において現像ローラの線速を速くするか、或いは磁気ローラの線速を遅くすることにより、各ローラが１回転する時間差が小さくなり、磁気ローラ１周目で剥ぎ取ったトナーの上にトナーが重ねて回収される部分が少なくなってトナーの回収力が向上するため、現像ローラ上へのトナーの残存を抑制して再形成工程におけるトナー薄層の層厚むらを一層低減可能となる。
【００６６】
また、ここではタンデム式のカラー画像形成装置を例に挙げて説明したが、本発明は、ハイブリッド現像式の現像ユニットを備えた画像形成装置であれば、デジタル複合機や、アナログ方式のモノクロ画像形成装置、或いはファクシミリやプリンタ等の他の画像形成装置にも全く同様に適用することができる。
【実施例】
【００６７】
図２に示したような、磁気ローラが２本である現像ユニットを搭載した図１のタンデム式カラー画像形成装置を用いて、連続画像印刷時におけるトナー薄層形成性能及びトナー剥ぎ取り性能（回収性能）を調査した。また、比較例として、磁気ローラが１本である従来の現像ユニットを搭載した場合について同様に調査した。
【００６８】
試験条件としては、本発明及び比較例共に、ＯＰＣ製感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面電位を３００Ｖ、ドラム明電位を９０Ｖ、ドラム径を３０ｍｍとし、トナー薄層形成時における現像ローラ２２の交流バイアスＶｐｐを１．６ｋＶ、周波数２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比２７％、直流バイアスＶｄｃ１を１００Ｖとし、磁気ローラ２０ａ、２０ｂの直流バイアスＶｄｃ２を４００Ｖとした。また、トナー回収時における現像ローラ２２の交流バイアスＶｐｐを１．６ｋＶ、周波数６．０ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％、直流バイアスＶｄｃ１を１００Ｖとし、磁気ローラ２０ａ、２０ｂの直流バイアスＶｄｃ２を０Ｖとした。
【００６９】
なお、その他の条件として、ドラム−現像ローラ間距離を２３５μｍ、感光体ドラムに対する現像ローラの線速比Ｓ／Ｄを１．５とし、粒径３５〜４５μｍ、飽和磁化４０ｅｍｕ／ｇのキャリアと、粒径９μｍのトナーから成り、キャリアに対するトナーの混合比率が８．０重量％、トナー帯電量が１５μＣ／ｇである２成分現像剤を用いた。試験結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】
2007034098.tif 000003
【００７１】
表１から明らかなように、磁気ローラを２本備えた本発明の画像形成装置は、トナー回収時において現像ローラが１周する間に磁気ローラ２周分のトナーを回収することができ、１本の磁気ローラを用いて回収を行う比較例に比べ、迅速且つ確実なトナー回収を行うことができた。また、トナー回収工程に要する時間が短縮されるため、紙間時間を短縮することができた。
【００７２】
一方、トナー層形成時においても２本の磁気ローラからトナーを供給できるため、現像ローラが１周する間に磁気ローラ２周分のトナーを供給することができ、１本の磁気ローラを用いて供給を行う比較例に比べ、均一な飽和層厚のトナー層を形成できた。また、現像ローラ１周でトナー薄層を形成することができ、紙間時間を短縮することができた。さらに、現像ローラに対する各磁気ローラの線速比（Ｍ／Ｓ）を従来よりも小さくした場合でも十分な量のトナーを供給又は回収できるため、比較例に比べてトナーに掛かる機械的ストレスを低減可能であることが確認された。
【００７３】
なお、上記実施例の現像条件は一例にすぎず、処理枚数やプロセス速度、現像ローラ径及び磁気ローラ径等、画像形成装置の仕様に応じて適宜設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、像担持体に対向配置される現像ローラと、該現像ローラに対向配置され磁気ブラシを用いて現像ローラ上にトナー薄層を形成する磁気ローラとを備え、磁気ローラに直流バイアスを印加し、現像ローラに直流及び交流バイアスを印加することにより像担持体表面にトナーを飛翔させて現像する現像ユニットにおいて、磁気ローラが複数設けられており、現像ローラ上に２本以上の磁気ローラから同時にトナーを供給する。
【００７５】
これにより、現像ローラが１周する間に磁気ローラ２周分以上のトナーを供給することができ、１本の磁気ローラを用いる従来法に比べ、短時間で飽和層厚のトナー薄層を形成できるため、トナー薄層の層厚むらに起因する履歴現象を低減して高画質化と画像形成効率の向上とを両立させた現像ユニットを提供できる。また、現像ローラに対する磁気ローラの線速比を従来よりも下げてトナーに掛かる機械的ストレスを低減できるので、現像ユニット内のトナーの長寿命化にも寄与する。
【００７６】
また、本発明の現像ユニットと、現像ユニットの駆動を制御する制御手段とを画像形成装置に搭載し、現像ローラ上からトナーを回収するトナー回収工程と、現像ローラ上に新たなトナー薄層を再形成する再形成工程とを複数の磁気ローラを用いて実行する構成とすれば、トナーの回収及び供給を迅速且つ確実に行うことができ、履歴現象の発生をより効果的に抑制するとともに画像形成効率の一層向上した画像形成装置となる。
【００７７】
また、再形成工程実行時に、現像ローラの回転方向下流側に位置する磁気ローラの線速を上流側に位置する磁気ローラよりも速くすれば、二層目のトナー層を形成する下流側の磁気ローラからのトナー供給を十分に行うことができ、飽和層厚のトナー薄層の形成に有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】は、本発明の現像ユニットの構成を示す側面断面図である。
【図３】は、本発明の画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【図４】は、本発明の画像形成装置における連続画像形成時の現像ユニットの動作制御例を示すタイミングチャートである。
【図５】は、本発明の画像形成装置におけるトナー回収工程実行時の現像ユニットを示す模式図である。
【図６】は、本発明の画像形成装置における再形成工程実行時の現像ユニットを示す模式図である。
【図７】は、従来のハイブリッド式の現像ユニットの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
Ｐａ〜Ｐｄ        画像形成部
１ａ〜１ｄ        感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ        現像ユニット
２０ａ            第１磁気ローラ
２０ｂ            第２磁気ローラ
２１              磁気ブラシ
２２              現像ローラ
２３              トナー薄層
２７ａ            第１攪拌スクリュー
２７ｂ            第２攪拌スクリュー
３２              制御部（制御手段）
３３              記憶部
３５              メインモータ
１００            画像形成装置
Ｔ１              トナー回収工程
Ｔ２              再形成工程
【図１】
2007034098.tif 000004
【図２】
2007034098.tif 000005
【図３】
2007034098.tif 000006
【図４】
2007034098.tif 000007
【図５】
2007034098.tif 000008
【図６】
2007034098.tif 000009
【図７】
2007034098.tif 000010