(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真法により潜像を形成する感光体に対面配置し、第１の直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記感光体上に形成された潜像を現像する現像ロールと、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、第２の直流バイアスによって前記現像ロールにトナー薄層を形成する磁気ロールとを配した現像装置を有する画像形成装置における現像方法において、
現像ロールが感光体に現像を行わない少なくとも一の非画像形成期間に、前記現像ロールと磁気ロールを回転させたまま前記第１と第２の直流バイアスを等しくした等電位状態を発生させると共に前記交流バイアスのみを印加し、前記現像ロール上のトナーを前記磁気ブラシと交流バイアスで入れ替えるように構成したことを特徴とする画像形成装置における現像方法。
【請求項２】
前記現像ロールに印加する交流バイアスを矩形波とし、前記トナーに正帯電トナーを使用する場合は正デューティ比を、又前記トナーに負帯電トナーを使用する場合は負デューティ比を夫々４０〜４５％に設定する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方法。
【請求項３】
前記非画像形成期間が記録媒体間の場合、該記録媒体間の長さを前記現像ロールにおけるプロセス周長よりも長くするように制御することを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。
【請求項４】
前記磁気ロールの回転速度を現像ロールの回転速度の少なくとも１．０倍を越える速度とし、かつ両ロールを順方向に回転させ、該速度差で磁気ブラシを現像ロールに接触させて現像ロール上のトナーの入れ替えを行うことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方法を利用した複写機、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法に係り、特に、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担持体（感光体）上の潜像に飛翔させ、該潜像を現像する非接触現像方法に供されるべき現像方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、現像ロール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）上の潜像に飛翔させ、該潜像を現像する非接触現像方法は、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法として、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ドラム色重ね方法用としても検討されてきた。この方法では、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】
こういった技術に関する従来技術としては、米国特許第３，８６６，５７４号公報に、静電潜像担持体（感光体）に対して非接触に設置したドナーロール（現像ロール）上に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）上の潜像に該トナーを飛翔させる提案がなされている。また米国特許第３，９２９，０９８号公報には、磁気ロールに２成分現像剤による磁気ブラシを形成し、ドナーロール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。
【０００４】
そして理論面では、電子写真学会誌第１９巻第２号（１９８１）に東芝(株)から、二成分現像剤を用いた現像ロール上のトナー層の形成についての報告がなされ、特開昭５９−１２１０７７号公報に特許としての出願がある。
【０００５】
しかしながらこれらの提案では、二成分現像剤を採用してドナーロール上への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ドナーロール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。そのため特開平３−１１３４７４号公報には、ドナーロールと静電潜像担持体（感光体）の間にワイヤーからなる補助電極を設け、この補助電極に弱い交流電界を印加してトナークラウドを形成することで強い電界を用いずに現像を可能とし、現像されたトナーを乱さないようにした、いわゆるパウダクラウド現像法が提案されているが、補助電極のワイヤーが非常に汚れやすく、また、振動による画像劣化等が発生するため、あまり一般的な方法とはなっていない。
【０００６】
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、図４に示したように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。すなわちこの図４において、４０、４１は矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像であり、４２、４３はそれに続くこのソリッド画像より広いハーフトーン画像で、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た場合、このソリッド画像４０、４１に続けてこのハーフトーン画像４２、４３を印字すると、図４（ｂ）における４４のような残像（ゴースト）が生じる。
【０００７】
また連続印字時においては、現像ロール上の非消費領域のトナーは入れ替わりが少ないため、現像ロール表面に強固に付着し、それが画像欠陥やトナー帯電量低下、トナー飛散といった問題を引き起こすことがある。
【０００８】
これを防止するため特開平１１−２３１６５２号公報には、現像ロール上の現像残トナーを掻き取るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置に関しての提案がなされ、さらに磁気ブラシを用いた履歴現象の対応策として、特開平７−１２８９８３号公報に、磁気ロールの磁束密度の半値幅領域を広く設定することにより、現像ロール上のトナーの回収と供給を図る提案がなされている。
【０００９】
また特開平６−６７５４６号公報には、ドナーロールと潜像担持体との間に電極を有し、この電極に直流と交流からなるバイアスを印加してトナーを潜像担持体に飛翔させ、現像を行うハイブリッド型現像装置において、選択現像による画像濃度低下、画像劣化、現像ゴースト、トナー飛散、スリーブ付着を防ぐことを目的に、印字時、印字間に関係なく、ドナーロール（現像ロール）と磁気ブラシロールとの間に磁気ブラシからドナーロールへトナーを飛翔させる電界と、ドナーロールから磁気ロールへトナーを剥離させる電界を交互に印加するようにした現像装置と、磁気ロールとは別にトナー剥離部材を設け、現像ロール上のトナーを電気的に剥離して回収し、その後、剥離回収されたトナーを電気的に磁気ロールに回収させる現像装置とが提案されている。
【００１０】
さらに特開平７−７２７３３号公報、特開平７−９２８０４号公報には、ドナーロールと潜像担持体との間に電極を有し、この電極に直流と交流からなるバイアスを印加してトナーを潜像担持体に飛翔させ、現像を行うハイブリッド型現像装置において、選択現像による画像濃度低下、トナーを現像ロールに保持させたままで長時間放置することによる現像欠陥、画像劣化、現像ゴースト、トナー飛散、スリーブ付着を防ぐことを目的に、画像形成の完了時、ドナーロール（現像ロール）から磁気ロールへトナーを剥離させるよう直流電圧を印加して現像ロール上のトナーを回収し、また画像形成を始める前に、磁気ロールの磁気ブラシからドナーロールへトナーを飛翔させる直流電圧を印加して画像形成に備えるようにして、上記問題を解消するようにした現像装置が提案されている。
【００１１】
また特開２０００−２５０９４公報、特開２０００−２５０９５公報には、表面に電極を埋め込み、この電極に直流と交流からなるバイアスを印加することでトナーを潜像担持体に飛翔させて現像を行うと共に、現像残トナーの磁気ロールへの回収と磁気ロールから現像ロールへのトナー供給を行わせるようにしたドナーロール（現像ロール）を有したハイブリッド型現像装置において、選択現像による画像濃度低下、画像劣化、現像ゴースト、トナー飛散、スリーブ付着を防ぐことを目的に、印字時、印字間に関係なく、ドナーロール（現像ロール）と磁気ブラシロールとの間に印加するバイアスにおける交流のデューティ比、構成（パルス＋直流など）を変えるようにした現像装置が示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら特開平１１−２３１６５２号公報、特開平７−１２８９８３号公報に示された装置は、トナーの掻き取り装置や特別な回収バイアスの印加などによってトナーのストレスが増し、トナーの耐久性能劣化の要因になっていた。また長期使用時に、キャリアの耐久性能劣化によってトナーの帯電性が変化し、現像ロール上のトナーの帯電特性が大きく変化して補給トナーや回収トナーの帯電の分布が広くなり、帯電不良によるトナーの飛散やカブリの原因になっていた。さらに劣化したキャリアの交換の煩わしさがあり、実用にはいたっていないのが実情である。
【００１３】
また、特開平６−６７５４６号公報、特開平７−７２７３３号公報、特開平７−７９２８０４号公報に示された装置は、ドナーロールと潜像担持体（感光体）との間に電極が設けられたパウダークラウド現像法であり、ワイヤーが非常に汚れやすく、また、振動による画像劣化等が発生するおそれがある。また、特開平７−７２７３３号公報、特開平７−９２８０４号公報に示された現像装置では、現像ロール上のトナー層は磁気ブラシから一定の電圧を印加されて形成されるため、連続印字時など繰り返し磁気ブラシからの電界や摩擦を受け、現像ロール上のトナー帯電量は磁気ブラシ中（２成分現像剤中）のトナーに比べて高くなってくる。そしてこの現像装置では、直流電位差を用いて現像ロール上のトナーの回収を行っているが、現像ロール上のトナーは磁気ブラシ中のトナーと殆ど入れ替わることなく磁気ブラシに掻き取られるため短時間でトナーを回収することができるが、その反面、帯電量の異なる現像ロール上のトナーと磁気ブラシ中のトナーが瞬時に混合されるため、２成分現像剤中のトナー帯電分布がブロードとなり、逆チャージの帯電を持つトナーが生じるなどして、磁気ブラシからのトナー飛散の悪化、画像欠陥等の不具合を起こす。
【００１４】
さらに特開２０００−２５０２９４公報、特開２０００−２５０２９５公報に示された装置は、ドナーロール（現像ロール）表面に埋め込んだ電極でトナークラウドを発生させて現像を行うタイプの現像装置であり、現像位置、及び磁気ロールからドナーロールにトナーを飛翔させる位置の２ヶ所に、電極にバイアスを印加するためのブラシが設けられている複雑な構成であり、それだけ高価になる。
【００１５】
本発明は上記の事情に鑑み、現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給し、長期にわたって安定した画像品質が得られるようにした画像形成装置における現像方法を提供することが課題である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載した発明は、
電子写真法により潜像を形成する感光体に対面配置し、第１の直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによって前記感光体上に形成された潜像を現像する現像ロールと、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、第２の直流バイアスによって前記現像ロールにトナー薄層を形成する磁気ロールとを配した現像装置を有する画像形成装置における現像方法において、
現像ロールが感光体に現像を行わない少なくとも一の非画像形成期間に、前記現像ロールと磁気ロールを回転させたまま前記第１と第２の直流バイアスを等しくした等電位状態を発生させると共に前記交流バイアスのみを印加し、前記現像ロール上のトナーを前記磁気ブラシと交流バイアスで入れ替えることを特徴とする。
又請求項２記載の発明は、前記現像ロールに印加する交流バイアスを矩形波とし、前記トナーに正帯電トナーを使用する場合は正デューティ比を、又前記トナーに負帯電トナーを使用する場合は負デューティ比を夫々４０〜４５％に設定することを特徴とする。
【００１７】
このように非画像形成期間に前記現像ロールと磁気ロールを回転させたまま表面電位を等しくした等電位状態を発生させ、交流バイアスのみを印加することで、現像ロール上のトナーを磁気ブラシのみにより全て回収するのではなく、交流バイアスにより現像ロール上のトナーと磁気ブラシ中のトナーとの入れ替えを促進させると同時に、入れ替え時におけるトナーの帯電量分布の変化を殆ど無くすことが可能になり、現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給し、長期にわたって安定した画像品質を得られるようにした画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００１８】
そしてこの交流バイアスは、請求項２に記載したように、前記現像ロールに印加する交流バイアスを矩形波とし、正帯電トナーを使用する場合は正デューティ比を、負帯電トナーを使用する場合は負デューティ比を４５％よりも小さくすることによって、現像ロール上のトナーの入れ替わりが良くなり、現像ロール上へのトナー付着、現像ゴースト、トナー飛散等の問題が解消され、前記したように現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給し、長期にわたって安定した画像品質が得られるようにした画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００１９】
そして前記非画像形成期間が記録媒体間の場合、請求項３に記載したように、該記録媒体間の長さを前記現像ロールにおけるプロセス周長よりも長くするよう制御することで、記録媒体間においても前記した現像ロール上のトナーと磁気ブラシ中のトナーとの入れ替えを促進させることができ、連続印刷時においても、長期にわたって安定した画像品質が得られるようにした画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００２０】
そして現像ロール上のトナーと磁気ブラシ中のトナーとの入れ替えを促進させるため、請求項４に記載したように、前記磁気ロールの回転速度を現像ロールの回転速度の少なくとも１．０倍を越える速度とし、かつ両ロールを順方向に回転させ、該速度差で磁気ブラシを現像ロールに接触させて現像ロール上のトナーの入れ替えを行うことで、トナー入れ替えの効果を確実にすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２２】
図１は本発明になる画像形成装置における現像方法を説明するための図であり、図２は、本発明に用いる静電潜像担持体（感光体）のａ−Ｓｉの基本的な層構成モデルを示したもの、図３は本発明になる画像形成装置における現像方法で印加するバイアス電圧の適正な現像領域を説明するための図、図４は残像（ゴースト）の発生を説明するための図である。
【００２３】
図１において、１は内部に配設された磁石によって現像剤に含まれるキャリア４による磁気ブラシ１０を発生させる磁気ロール、２は磁気ブラシ１０から供給されたトナー５によるトナー薄層６を担持して静電潜像担持体（感光体）３上の静電潜像を現像する現像ロール、４は現像剤を構成するキャリア、５はトナー、６は現像ロール２上のトナー薄層、７は静電潜像担持体（感光体）３と現像ロール２との間に現像バイアスを印加する現像バイアス電源で、７ａは第１の直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ１を供給する直流電源、７ｂは交流（ＡＣ）バイアスを供給する交流電源で、本発明においては、正帯電トナーを使用する場合は正デューティ比を、負帯電トナーを使用する場合は負デューティ比を、４５％よりも小さくした矩形波を供給する電源とする。８は磁気ロール１へ第２の直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２を供給する直流電源、９は磁気ロール１上の磁気ブラシ１０の厚さを規制する規制ブレードである。
【００２４】
図２において、２０は静電潜像担持体（感光体）３における基材、２１は阻止層、２２はａ−Ｓｉで構成した感光層、２３は表面保護層である。なお、以下の説明において、ａ−Ｓｉ静電潜像担持体（感光体）３の「厚さ」と表現した場合には、静電潜像担持体（感光体）３における基材２０の表面から、基材と反対側の静電潜像担持体（感光体）３の表面までの距離を意味する。したがって図２に示すように、静電潜像担持体（感光体）３が阻止層２１と感光層２２、及び表面保護層２３とから構成されている場合には、感光層の厚さは、それぞれの層の厚さを合算した値となる。
【００２５】
画像形成装置に用いる静電潜像担持体（感光体）３としては、従来から正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）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ある。そこで、ＯＰＣ感光体と比較して表面が硬質であると共に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。そこで本件出願人は、特開平７−１７５２７６号公報において、感光層の厚さを２５μｍ未満に設定したａ−Ｓｉ感光体について提案をしている。
【００２６】
静電潜像担持体（感光体）３に感光材料として、ａ−Ｓｉ感光体を用いた場合、その表面の露光後電位は１０Ｖ以下の非常に低いという特徴を有しているが、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、潜像形成した時の静電潜像担持体（感光体）３における表面の電荷密度は向上し、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。従って、現像バイアス７ａＶｄｃ１は１８０Ｖ以下、好ましくは１００Ｖ以下、ＡＣ成分の７ｂとしてＶｐ−ｐ５００〜２０００Ｖ、周波数が１〜３ｋＨｚに設定し、現像することが可能である。
【００２７】
しかし感光層２２の厚さが１０μｍ未満となると、静電潜像担持体（感光体）３の電位の調節が困難となり、いわゆる黒点やカブリが発生しやすくなる。また、感光層２２の厚さが１０μｍ未満となると、飽和帯電電位が低下し、必要な帯電電位を確保できない傾向がある。一方、感光層２２の厚さが２５μｍを超えると、低電位現像が困難となり、オゾンが発生しやすくなったり、あるいは、感光層の製造時間が長くなるなどして経済的に不利になりやすい。さらには、感光層２２における電荷発生層で発生した正孔が感光層の表面まで移動する時間が長くなるため、静電潜像担持体（感光体）３の電位の調節が困難となり、いわゆるかぶりが発生したり、画像濃度が低下しやすいなどの問題が生じやすい。よって、静電潜像担持体（感光体）３の電位の調節や、経済性等とのバランスがより優れている観点から、静電潜像担持体（感光体）３における感光層２２の厚さを、１１〜２５μｍの範囲の値とするのがより好ましく、１２〜１８μｍの範囲内の値とするのがさらに好ましい。
【００２８】
また、より好ましい感光層の態様として、この感光層を感光層２２と表面保護層２３とから構成した場合、表面保護層２３の厚さを０．３μｍ以上、５μｍ以下の値とするのが好ましい。すなわち表面保護層２３の厚さが０．３μｍ未満となると、感光層２２の飽和帯電電位、耐磨耗性、耐環境性等の特性が低下する傾向があるためで、一方、表面保護層２３の厚さが５μｍを超えると、画質劣化の要因になり、また製造時間が長くなり経済的に不利となる。したがって、感光層２２の飽和帯電電位と製造時間等とのバランスがより良好な観点から、表面保護層２３の厚さを０．３〜３μｍの範囲内の値とするのがより好ましい。
【００２９】
感光層２２を構成する材料は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であれば特に制限されるものではなく、好ましい材料として、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮ等の無機材料を例示することできる。また、表面保護層２３としては、ａ−ＳｉＣが特に高抵抗であり、より優れた飽和帯電電位、耐磨耗性、耐環境性が得られることより、本実施形態における感光層材料として好適である。また、ａ−ＳｉＣのうち、ＳｉとＣ（炭素）との比率が特定のものを使用するのが好ましく、このようなａ−ＳｉＣとしては、ａ−Ｓｉ（１−Ｘ）Ｃｘ（０．３≦Ｘ＜１．０）があげられ、さらに好ましくは、ａ−Ｓｉ（１−Ｘ）Ｃｘ（０．５≦Ｘ≦０．９５）である。この理由は、このようなａ−ＳｉＣは１０１２〜１０１３Ωｃｍという特に高い抵抗を有しており、優れた飽和帯電電位、耐摩耗性、耐環境性（耐湿性）が得られるためである。
【００３０】
規制ブレード９と磁気ロール１とのギャップは０．３〜１．５ｍｍ、磁気ロール１と現像ロール２間のギャップは同様に０．３〜１．５ｍｍ程度である。現像ロール上のトナー薄層６は、１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜７０μｍの厚さに設定される。この厚さは、トナーの平均粒度を７μｍとした場合にトナー層４から１０層程度である。また、現像ロール２と静電潜像担持体（感光体）３との間のギャップは、１５０〜４００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍ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に飛翔させることが困難になり、充分な画像濃度を得ることができない。また、選択現像を発生させる要因になる。
【００３１】
静電潜像担持体（感光体）３における表面電位（帯電電位）は、２００〜５００Ｖの範囲の値とすることが好ましい。静電潜像担持体（感光体）３における表面電位が２００Ｖ未満となると、現像が不十分となりやすく、一方、５００Ｖを超えると、感光層２２の飽和帯電電位（飽和帯電電流）を超えたり、あるいはオゾンが発生しやすくなるおそれがある。特に、感光層２２の厚さを減少させた場合には、それに対応して感光層２２の飽和耐電電位が低下する傾向にある。従って、感光層２２の長寿命化を図り、よりオゾンの発生を防止できる観点から、感光層２２における表面電位を５００Ｖ以下の値とすることが好ましい。従って、現像性と、感光層の飽和耐電電位等のバランスがよい観点から、表面電位の値を２００〜４５０Ｖの範囲の値とすることがより好ましく、さらに好ましくは、表面電位の値を２５０〜３５０Ｖの範囲内の値とすることである。
【００３２】
現像ロール２と静電潜像担持体（感光体）３との間のバイアスは、バイアス電源７ａ、７ｂで決定されるが、現像ロール２上のトナーを効率よく入れ替えるためには、直流バイアス７ａＶｄｃ１の電位は１８０Ｖ以下であることが好ましい。１８０Ｖより大きい電界を印加すると、現像ロール２にトナーが付着する静電気力が増大し、磁気ブラシでの回収が困難になる。また、交番電界を用いることにより、静電潜像担持体（感光体）３への現像が正確にでき、現像ロール２上のトナーの入れ替えが容易になるなどのメリットがある。
【００３３】
図３は、本発明の現像装置における現像残像（ゴースト）やカブリが生じない良好な現像ロール２の直流バイアス電位７ａＶｄｃ１と磁気ロール１の直流バイアス電位８Ｖｄｃ２の範囲を示したものである。横軸は電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜を表し、縦軸は現像ロール２のバイアス電位Ｖｄｃ１を表す。そして、図３からわかるように、バイアス電位Ｖｄｃ１が１８０Ｖよりも高い場合と、電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜が１００Ｖ未満の場合に残像（ゴースト）が発生する。またこの電位差が、３５０Ｖ以上になると、今度はトナーが飛散してカブリが発生する。そのため現像ロール２の直流バイアス電位７ａＶｄｃ１としては１８０Ｖ以下で、且つ、磁気ロール１の直流バイアス電位８Ｖｄｃ２と現像ロール２の直流バイアス電位７ａＶｄｃ１との電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜が、１００Ｖから３５０Ｖの範囲であれば高品質の画質が得られることがわかる。そして、現像ロール２に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源７ｂの電圧は、そのピーク間電圧Ｖｐ−ｐが５００〜２０００Ｖ、周波数が２〜４ｋＨｚの範囲で、正帯電トナーを使用する場合は正デューティ比を、負帯電トナーを使用する場合は負デューティ比を、４５％よりも小さくした矩形波を発生するように設定するとよい。この様に現像バイアスを低く設定することは、静電潜像担持体（感光体）３のａ−Ｓｉ薄膜の絶縁破壊を抑制するとともに、トナー５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。
【００３４】
２成分現像剤は、磁気ロール１上にトナー５とキャリア４からなる磁気ブラシ１０を形成し、トナー５は撹拌によって帯電する。このキャリア４は、フェライト表面を高分子量のポリエチレンの表面重合体で覆うと共に抵抗調整剤で処理し、トナー付着やコート剥がれなどの問題に対して強靭な表面性能を有するようにして、現像器の機械的寿命が尽きるまで被覆剤が剥がれないようにしたものを用いる。一般的に表面被覆キャリアの場合、表面のコート剤が２０％以上剥がれるとトナーへの帯電性能が変化し、本発明の現像方法の場合、帯電不良トナーの飛散による画像汚染の発生や現像性の低下が見られ、いわゆる選択現像などが発生する。そのため、キャリアの耐久安定性を確保することが重要で、上記したように、現像器寿命まで被覆剤の剥がれのない重合法のフェライト表面の高分子ポリエチレン被覆によって、表面の抵抗を調整したキャリアを用いる。
【００３５】
このように構成した本発明になる画像形成装置の現像装置において、磁気ロール１には、図示していない現像剤容器からトナー５、キャリア４で構成された２成分現像剤が供給され、これら現像剤は、撹拌によってトナー５を正帯電すると共に磁気ブラシ１０を形成し、規制ブレード９で層厚規制がなされる。そしてこの帯電されたトナー５は、磁気ロール１と現像ロール２間の電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜で現像ロール２側に移って現像ロール２上にトナーのみの薄層６を形成し、さらにこのトナー薄層６は、静電潜像担持体（感光体）３との間に印加された直流（ＤＣ）バイアス７ａＶｄｃ１、矩形波を発生する交流（ＡＣ）バイアス７ｂの重畳されたバイアスにより、静電潜像担持体（感光体）３上に形成された静電潜像に飛翔し、現像が行われる。
【００３６】
そして本発明においては、画像形成前後、及び画像形成と次の画像形成の間や連続画像形成時における記録媒体間などの非画像形成期間に、現像ロール２と磁気ロール１とを回転させたまま両者間の直流電位差を無くした等電位状態を発生させると共に矩形波で構成される交流電界を形成し、磁気ロール１上の磁気ブラシ１０を現像ロール２上のトナー層６に接触させて、現像後に現像ロール２上に残ったトナー薄層６を磁気ブラシ１０と交流バイアスで入れ替える。そのため、回収されたトナーの帯電分布をブロードにしたり、殆ど変化させることなく、各ロールの周速差によるブラシ効果のみで、掻き取りプレードなどの特別な装置を設けることなく、容易にトナーの回収と入れ替えが可能になる。
【００３７】
なお、非画像形成期間は、上記以外に現像ロールが現像を行わない機械の立ち上げ時なども含み、さらにこの非画像形成期間の検出は、例えば画像を静電潜像担持体（感光体）３に露光する露光器に送られる印刷画像データに基づいて検出したり、また、記録媒体を収容する給紙カセットにおける記録媒体の先端や後端により検出するようにすればよい。また本発明においては、連続画像形成時における記録媒体間などの非画像形成期間に現像ロール２上のトナー全てを入れ替えるため、記録媒体間の長さを前記現像ロール２におけるプロセス周長よりも長くするよう制御する。さらに本発明においては、このトナーの入れ替えを容易にするため、前記磁気ロール１の回転速度を現像ロール２の回転速度の少なくとも１．０倍を越える速度とした。
【００３８】
このようにして現像ロール２上のトナーの回収と入れ替えを行うわけであるが、この入れ替えが充分に行われないと、図４（ｂ）のように、先に現像されたベタ画像４１に対応する部分が次の静電潜像担持体の現像時に充分な現像を行うことができず、ハーフ画像４３上にゴースト（残像）４４が発生する。すなわちこの図４に示したように、矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像４０、４１と、それに続くこのソリッド画像より広いハーフトーン画像４２、４３を連続して現像するように配置すると、トナーの回収と入れ替えが充分に行われない場合、図４（ｂ）のように、先に現像されたベタ画像に対する部分に残像４４が残るわけである。
【００３９】
このように構成した本発明の画像形成装置において、表１に示したように、記録媒体と記録媒体の間（紙間）の非画像形成期間に、現像ロール２の表面電位（すなわち直流バイアス７ａＶｄｃ１と交流（ＡＣ）電源７ｂ）と磁気ロール１の表面電位（すなわち直流バイアス８Ｖｄｃ２）とをいろいろ変化させ、１２枚機の試作機で画像を確認して評価した。この評価は、図４に示したような矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像４０、４１と、このソリッド画像より広いハーフトーン画像４２、４３を連続して現像するように配置した画像パターンで画像形成し、その際の濃度、黒ベタのソリッド画像の残像４４が現れるか否か、そしてカブリの状態などをチェックし、これを表２にまとめた。さらに白紙パターンを印刷し、現像ロール２へのトナー付着の発生状況をチェックして表３にまとめた。なお、１２枚機の試作機における現像ロール２は直径１６ｍｍであり、周長は５０．２４ｍｍになる。そして非画像形成期間たる記録媒体と記録媒体の間（紙間）は５１ｍｍであり、そのためこの紙間に現像ロール１周分のトナーの入れ替えができることになる。
【００４０】
この評価における条件は、静電潜像担持体（感光体）３として層厚１４μｍのａ−Ｓｉを用いて表面電位を２５０Ｖとし、現像ロール２における直流バイアス７ａＶｄｃ１を５０Ｖ、交流（ＡＣ）バイアス７ｂのピーク間電圧Ｖｐ−ｐを１．３ｋＶで周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比５０％とした。また磁気ロール１への直流バイアス８Ｖｄｃ２を２００Ｖとし、磁気ロール１と現像ロール２間の周速差を２倍とし、磁気ロール１の回転速度を速くした。そして実施例１〜３として、記録媒体と記録媒体の間（紙間）の非画像形成期間に、現像ロール２の表面電位（すなわち直流バイアス７ａＶｄｃ１）と磁気ロール１の表面電位（すなわち直流バイアス８Ｖｄｃ２）とをいずれも０Ｖとした等電位状態を発生させると共に、ピーク間電圧Ｖｐ−ｐを１．３ｋＶでデューティ比を４０、４５、５０％の３段階に変化させた矩形波で構成した交流電界を印加した。また比較例として、交流を印加しないで現像ロール２の表面電位（すなわち直流バイアス７ａＶｄｃ１）を５０Ｖとした場合（比較例１）と、２００Ｖとした場合（比較例２）を実施した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
そして、表２に示した濃度、残像、カブリの評価においては、初期状態と、１００枚、１０００枚と印刷した三段階における濃度、残像、及びかぶりの発生を確認した。この表２において、濃度の欄の「○」印は、形成された画像にかすれが認められないことを示し、「△」印は、かすれがわずかに認められた場合を示している。さらに残像とカブリの欄における「○」、「△」、「×」印は、図４に示す画像パターンを印字し、（ａ）のようにハーフ画像上に残像やカブリがまったく見えない場合は○を、（ｂ）のようにハーフ画像上に残像やカブリがわずかに認められた場合に△を、またはっきり認められた場合に×を付した。
【００４３】
【表２】
0003993402.tif 000003
【００４４】
この表２からわかるように、比較例１のように紙間で直流バイアスのみを印加して交流電界を切った状態では、次第に残像が増大し蓄積される。また、積極的に直流バイアスを印加した比較例２では、残像は抑制できるがトナーの帯電が変化し、カブリの発生が見られる。一方、直流電界を無くすかまたは極力小さくし、交流電圧を現像ロールに印加した実施例１〜３では、交流電界により現像ロール上のトナーの入れ替わりが効率よく行われるため、１０００枚印字した時点でも画像濃度、残像、カブリ共に良好であった。
【００４５】
そして白紙パターンを印刷し、現像ロール２へのトナー付着の発生状況を調べた表３においては、初期状態と、１００枚、１０００枚、１００００枚と印刷した四段階における現像ロール２へのトナーの付着状況をチェックした。この表３において、「○」印は現像ロール２へのトナー付着が全く見られない状態を示し、「△」印はうっすらとトナーが付着した状態、「×」印は現像ロール２全面にトナーが付着し、トナー飛散により現像ロール下部の汚染、現像器からのトナー落ち等が発生した状態を示す。
【００４６】
【表３】
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【００４７】
この表３からわかるように、比較例１では１００枚耐刷した時点で既に現像ロール上に薄っすらとトナーが付着し、１０００枚印字後には現像ロール上全面にトナー付着が見られた。これは、現像ロール上のトナーの入れ替わりがほとんど無かったためと考えられる。付着したトナーは現像には関与せず、常に現像ロール上に居続けるため、新たにその上に載るトナーの帯電量を下げ、トナー飛散の原因となる。また、トナー帯電量の低下により、付着部分の濃度が濃く出てしまう。また、付着トナーの電気抵抗のため、現像ロール上の現像に関与するトナー層厚が薄くなるため現像ゴースト（残像）が顕著に現れてしまう。１００００枚印字後には、トナー飛散により現像ロール下部の汚染、現像器からのトナー落ちが顕著に発生した。
【００４８】
比較例２では、１００枚、１０００枚印字後には全く付着が見られなかったが、３０００枚印字した時点で現像ロール全面に付着が見られた。２成分現像剤中のトナー帯電量を測定すると、初期では１６μＣ／ｇであった帯電量が３０００枚印字後では５μＣ／ｇまで低下しており、現像ロール上のトナー層厚も、初期には１．４〜１．６ｍｇ／ｃｍ２であった層厚が３０００枚印字後では２．５〜２．８ｍｇ／ｃｍ２に増加していた。また、２成分現像剤中のトナー帯電分布を測定したところ、初期では２．２±０．５ｆＣ／μｍに９０％の頻度となっていたのに対し、３０００枚印字後では０．７±０．５ｆＣ／μｍに５０％の頻度とかなりブロードになっていた。これは前述したように、比較的高い直流バイアスで現像ロールから磁気ロール側にトナーを回収したことにより、現像ロール上の高い帯電量のトナーと比較的低い帯電量の２成分現像剤中のトナーとが急に混合されたために起こったものと考えられる。
【００４９】
一方実施例１〜３では、初期から１０００枚印字時まで全くトナー付着が見られなかった。３０００枚印字時から様子は変わり、実施例１より実施例２の方が、また実施例２より実施例３の方が、トナー付着の点で良い結果となった。この結果から、現像ロール２に印加する矩形波で構成した交流電圧のデューティ比を、４５％以下（正帯電のトナーを使用しているため、正のデューティ比）に下げていくことで、現像ロール２上のトナーの入れ替わりが良くなり、現像ロール２へのトナー付着が軽減されたことがわかる。
【００５０】
このように、印刷前後や印刷間において、磁気ロール１と現像ロール２が回転している状態で、現像ロール２と磁気ロール１との間の直流電位差を無くし、１．３ｋＶ、デューティ比５０％の交流電圧を現像ロール２に印加することにより、現像ロール２上のトナーの入れ替わりが良くなり、特に、表１の実施例３からもわかるように、デューティ比を４５％より小さくすることが好ましいことがわかる。これによって現像ロール２上へのトナー付着、現像ゴースト、トナー飛散等の問題が解消された。
【００５１】
なお、上記した実施形態の説明では、現像ロール２と磁気ロール１の等電位とする電位を０Ｖとして説明してきたが、これは両表面電位が互いに等しければよいから例えばそれぞれを５０Ｖとしてもよい。またこの等電位状態は、現像ロール２と磁気ロール１の両表面電位を制御して実現してもよいし、片側の表面電位を他方に合わせるように制御してもよく、さらに非画像形成期間の全期間を等電位状態にするのではなく、一部分だけを等電位状態にするようにしてもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上種々述べてきたように請求項１に記載した本発明によれば、非画像形成期間に現像ロールと磁気ロールを回転させたまま表面電位を等しくした等電位状態を発生させ、交流バイアスのみを印加することで、現像ロール上のトナーを磁気ブラシのみにより全て回収するのではなく、交流バイアスにより現像ロール上のトナーと磁気ブラシ中のトナーとの入れ替えを促進させると同時に、入れ替え時におけるトナーの帯電量分布の変化を殆ど無くすことが可能になり、現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給し、長期にわたって安定した画像品質が得られるようにした画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００５３】
そして請求項２に記載した本発明によれば、現像ロールに印加する交流バイアスを矩形波とし、正帯電トナーを使用する場合は正デューティ比を、負帯電トナーを使用する場合は負デューティ比を４０〜４５％にすることによって、現像ロール上のトナーの入れ替わりが良くなり、現像ロール２上へのトナー付着、現像ゴースト、トナー飛散等の問題が解消され、前記したように現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給し、長期にわたって安定した画像品質が得られるようにした画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００５４】
そして請求項３に記載した本発明によれば、記録媒体間の長さを前記現像ロールにおけるプロセス周長よりも広くするよう制御することで、記録媒体間においても前記した現像ロール上のトナーと磁気ブラシ中のトナーとの入れ替えを促進させることができ、連続印刷時においても、長期にわたって安定した画像品質が得られるようにした画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００５５】
そして請求項４に記載した本発明によれば、磁気ロールの回転速度を現像ロールの回転速度の少なくとも１．０倍を越える速度とし、該速度差で磁気ブラシを現像ロールに接触させて現像ロール上のトナーの入れ替えを行うことで、トナー入れ替えの効果を確実にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明になる画像形成装置における現像方法を説明するための図である。
【図２】  本発明に用いる静電潜像担持体（感光体）のａ−Ｓｉの基本的な層構成モデルを示したものである。
【図３】  本発明になる画像形成装置における現像方法で印加するバイアス電圧の適正な現像領域を説明するための図である。
【図４】  残像（ゴースト）の発生を説明するための図である。
【符号の説明】
１  磁気ロール
２  現像ロール
３  静電潜像担持体（感光体）
４  キャリア
５  トナー
６  トナー薄層
７ａ  直流（ＤＣ）バイアス電源
７ｂ  交流（ＡＣ）バイアス電源
８  直流（ＤＣ）バイアス電源
９  規制ブレード
１０  磁気ブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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