(57)【要約】【課題】適切な濃度を確保しつつライン部への過剰なトナー付着をなくすことで、転写部での中抜けを防止できる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を外周部に保持しつつ搬送する搬送ローラ５４と、供給回収領域８８を介して搬送ローラ５４に対向し現像領域９６を介して感光体１２に対向する現像ローラ４８と、搬送ローラ５４と現像ローラ４８の間に第１の電界を形成してトナーを現像ローラ４８に移動させる第１の電源１１０と、現像ローラ４８と感光体１２の間に振動電界を形成しトナーを現像ローラ４８から静電潜像に移動させてトナー像を形成する第２の電源１１２と、現像されたトナー像の濃度を検出する検出センサ１１６と、検出結果に基づいて適正濃度を確保しつつ飽和現像が行われるように搬送バイアスおよび現像バイアスを制御する制御部１１４とを備える。【選択図】図１
2009168893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤と、
回転駆動される第１の搬送部材と、
第１の領域を介して前記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して像担持体に対向する第２の搬送部材と、
前記第１の搬送部材と前記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、前記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを前記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成部と、
前記第２の搬送部材と前記像担持体との間に第２の振動電界を形成して、前記第２の搬送部材が保持している前記トナーを前記像担持体の静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する第２の電界形成部と、
前記現像されたトナー像の濃度を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、適正濃度を確保しつつ飽和現像が行われるように、前記第１の電界および第２の振動電界を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部による制御では、まず飽和現像が達成されるように前記第２の振動電界を調整し、次いでその飽和現像状態でのトナー像濃度が適正濃度になるように前記第１の電界を調整することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
相互の摩擦接触によって第１の極性に帯電するトナーと前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電するキャリアとを含む現像剤を搬送する第１の搬送部材から第１の電界の作用によって前記トナーを第２の搬送部材に移動させ、前記第２の搬送部材が前記第１の搬送部材から移動した前記トナーを現像領域に搬送し、前記現像領域において、像担持体上に形成されている静電潜像に第２の振動電界の作用によって前記トナーを前記静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する画像形成方法であって、
前記現像されたトナー像の濃度を検出し、その検出結果に基づいて、適正濃度を確保しつつ飽和現像が行われるように、前記第１の電界および第２の振動電界を制御することを特徴とする画像形成方法。
【請求項４】
前記制御では、まず飽和現像が達成されるように前記第２の振動電界を調整し、次いでその飽和現像状態でのトナー像濃度が適正濃度になるように前記第１の電界を調整することを特徴とする請求項３に記載の画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を用いた画像形成装置において、像担持体または感光体上に形成された静電潜像の現像方式としては、現像剤としてトナーのみを用いる１成分現像方式と、トナーとキャリアを含む現像剤を用いる２成分現像方式が知られている。
【０００３】
また、近年の画像形成装置におけるカラー化で求められる画像品質の向上を目的に、１成分・２成分現像方式共に、現像ローラと感光体間の現像領域に振動電界を作用させることで、前記現像領域でトナーを往復動させることが一般に行われている。この場合、振動電界の作用により、現像位相においては現像ローラにより搬送されてきたトナーの多くが感光体上の静電潜像に向かって移動し、引き続く回収位相では感光体上から一部のトナーが現像ローラに向かって引き戻される。
【０００４】
この現像領域におけるトナーの挙動に関し、現像ローラと感光体との間にギャップがあるために、感光体上の静電潜像のエッジ部に移動したトナーが感光体上に拘束される力は、静電潜像の形状によって大きく異なる。すなわち、ベタ潜像（またはソリッド潜像）に比べて所定幅を有するライン潜像（もしくはドット潜像）では、いわゆるエッジ効果が作用するために、振動電界の回収位相であっても静電潜像のエッジ部に存在するトナーに対して感光体への拘束力が働く。その結果、現像工程を終えて感光体上に形成されたトナー像におけるトナーの付着高さは、ベタ部よりもライン部（もしくはドット部）の方が高くなる。
【０００５】
一例として、３００μｍの現像ギャップを設けて１成分ＡＣ現像を行った場合のデータ線幅と感光体上に現像されたトナー像の高さとの関係を図４の対数グラフに示すが、６００ＤＰＩの５ドット線（約２００μｍの線幅）で感光体上のトナー像高さが最も高くなっていることが判る。この状態で転写工程に移ると、転写部で受ける圧力によってトナー像が圧縮されてトナー粒子間の凝集力が強まる結果、図５に示すように、トナー像の一部が転写されずに感光体上に残留する所謂「中抜け」として知られる画像欠陥が発生してしまう。この中抜け現象は、中間転写ベルトをその張力でもって感光体に圧接させたり、あるいは、転写ローラによって中間転写ベルトや用紙を感光体に押圧する構成で、特に顕著である。
【０００６】
このような欠陥を解消する方策としては、トナー濃度確保に必要な最小限のトナー量を現像領域に搬送し、ライン潜像に対して現像位相であっても過剰なトナー移動が生じないようにすることが挙げられる。一般的に用いられている粒径６〜１０μｍのトナーの場合、用紙上に５〜８ｇ／ｍ２のトナー量を付着させれば適切な濃度を確保できるが、このような適切濃度を確保するには、感光体周速に対する現像ローラ周速の比をＡ、濃度確保のために必要な最小トナー量をＭとすると、現像ローラ上のトナー搬送量をＭ÷Ａとなるように制御すれば良い。
【０００７】
しかしながら、２成分現像装置でこのようなトナー搬送量に設定すると、磁気ブラシの根元の方にあるトナーが様々な誤差要因によって現像に供されたり供されなかったりとばらつきが生じてしまう。その結果、画像としてはムラの多い低画質のものとなり実用的ではない。したがって、必要最小限のトナー搬送量に比べて多量のトナーを現像領域に搬送する設定を採らざるを得ず、上記のようにライン部（もしくはドット部）でのトナー高さが高くなって、転写部での中抜けが生じ易い原因となっている。
【０００８】
一方、１成分現像装置であれば、現像ローラ上にトナー層を形成する薄層規制部による規制条件によって、上記のような適正濃度確保に必要な最小限のトナー搬送量にすることは可能である。しかしながら、規制条件を僅かに変更するだけでトナー搬送量が所望以上に変化したり現像ローラ上のトナー薄層に筋状ノイズが生じたりという薄層規制に特有の課題があるため、実際の画像形成装置において耐刷を通じて常に同一のトナー搬送量を維持することは極めて困難である。このため、実際には２成分現像装置の場合と同様に、必要最小限のトナー搬送量に比べて多量のトナーを現像領域に搬送する設定を採らざるを得ず、やはり前記中抜けの原因となっていた。
【０００９】
特許文献１には、実施形態３として、トナーとキャリアを含む現像剤をブラシ状に担持しつつ回転する磁気ブラシローラと、該磁気ブラシローラからトナーのみを受け取る現像ローラとを備え、現像ローラはトナーのみを薄層状に担持しつつ回転することでトナーを現像領域に搬送して、感光体ドラム上の静電潜像の現像に供する、２成分現像と１成分現像とを組み合わせたような所謂ハイブリッド現像装置が開示されているが、この現像装置では、トナーの帯電量を小さくして現像能力を高めることで低い現像ポテンシャルでの飽和現像を可能とし、これにより感光体ドラムの帯電電位を下げることによる感光体ドラムの長寿命化を図るとともに、現像ポテンシャルの変動による画像濃度の低下や画像濃度むらの抑制することを目的としている。なお、特許文献１の現像装置では、現像バイアスとして直流電圧を使用しているが、直流電圧では回収位相を持たないため、そもそも過剰な現像が行われず、ライン潜像におけるトナー像の付着高さが高くなるという技術課題自体が存在しない。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３４１６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、現像領域に振動電界を作用させることによる高画質の現像を妨げることなく、適切な濃度を確保しつつライン部（もしくはドット部）への過剰なトナー付着をなくすことで、転写部での中抜けを防止できる画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するために本発明の画像形成装置は、トナーとキャリアを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤と、
回転駆動される第１の搬送部材と、
第１の領域を介して前記第１の搬送部材に対向し、第２の領域を介して像担持体に対向する第２の搬送部材と、
前記第１の搬送部材と前記第２の搬送部材との間に第１の電界を形成して、前記第１の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを前記第２の搬送部材に移動させる第１の電界形成部と、
前記第２の搬送部材と前記像担持体との間に第２の振動電界を形成して、前記第２の搬送部材が保持している前記トナーを前記像担持体上の静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する第２の電界形成部と、
前記現像されたトナー像の濃度を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、適正濃度を確保しつつ飽和現像が行われるように、前記第１の電界および第２の振動電界を制御する制御部と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の画像形成方法は、相互の摩擦接触によって第１の極性に帯電するトナーと前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電するキャリアとを含む現像剤を搬送する第１の搬送部材から第１の電界の作用によって前記トナーを第２の搬送部材に移動させ、前記第２の搬送部材が前記第１の搬送部材から移動した前記トナーを現像領域に搬送し、前記現像領域において、像担持体上に形成されている静電潜像に第２の振動電界の作用によって前記トナーを前記静電潜像に移動させて現像することによりトナー像を形成する画像形成方法であって、前記現像されたトナー像の濃度を検出し、その検出結果に基づいて、適正濃度を確保しつつ飽和現像が行われるように、前記第１の電界および第２の振動電界を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の画像形成装置および画像形成方法における制御では、まず飽和現像が達成されるように前記第２の振動電界を調整し、次いでその飽和現像状態でのトナー像濃度が適正濃度になるように前記第１の電界を調整することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の画像形成装置および画像形成方法によれば、現像されたトナー像の濃度検出結果に基づき、適正濃度を確保しつつ飽和現像が行われるように第１の電界および第２の振動電界を制御することにより、第２の搬送部材によるトナー搬送量を必要最小限にすることができる。これにより、現像領域に振動電界を作用させることによる高画質の現像を妨げることなく、適切な濃度を確保しつつライン部（もしくはドット部）への過剰なトナー付着をなくすことができ、その結果、転写部での中抜け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】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置及び現像装置では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。
【００１７】
〔１．画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４が配置されている。
【００１８】
帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション２０は、トナーで静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置３４を有する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどのシート３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニングステーション２４は、転写ステーション２２でシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。
【００１９】
また、感光体１２の回転方向に関して現像ステーション２０の下流側で且つ転写ステーション２２の上両側には、感光体１２上に形成されたトナー像の濃度を検出するための濃度検出センサ（検出部）１１６が感光体１２に対向して配置されている。この濃度検出センサ１１６には、発光部および受光部を一体に有するセンサを用いることができる。前記濃度検出センサ１１６による検出結果は、制御部１１４に対して出力されるようになっている。
【００２０】
なお、図２に示すように、濃度検出センサ１１６は、転写ステーション２２を通過したシート３８に対向して配置され、感光体１２からシート３８上に転写されたトナー像の濃度を検出するようにしてもよい。
【００２１】
上記構成を備えた画像形成装置１の画像形成時、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計周り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によって現像剤像として可視像化される。可視像化された現像剤像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６によりシート３８に転写される。現像剤像が転写されたシート３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこでシート３８に現像剤像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション２４に搬送され、そこでシート３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。
【００２２】
〔２．現像装置〕
現像装置３４は、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む２成分現像剤２と以下に説明する種々の部材を収容するハウジング４２を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング４２の一部は削除してある。ハウジング４２は感光体１２に向けて開放された開口部４４を備えており、この開口部４４の近傍に形成された空間４６に第２の搬送部材である現像ローラ４８が設けてある。現像ローラ４８は、円筒状の部材であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップ５０を介して、回転可能に配置されている。
【００２３】
現像ローラ４８は、表面処理が施された例えばアルミニウム等の金属からなる導電性ローラで構成される。前記表面処理としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コーティングや、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングが用いられるが、これらに限定されない。また、前記コーティングの内部または表面に導電剤が添加されてもよい。前記導電剤としては、電子導電剤またはイオン導電剤が使用可能である。前記導電剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック粒子や、金属粉、金属酸化物の微粒子等が例示されるが、これらに限定されない。また、前記イオン導電剤としては、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物、両性化合物、そのたのイオン性高分子材料等が例示されるが、これらに限定されない。
【００２４】
現像ローラ４８の背後には、別の空間５２が形成されている。空間５２には、第１の搬送部材である搬送ローラ５４が、現像ローラ４８と平行に且つ現像ローラ４８の外周面と所定の供給回収ギャップ５６を介して配置されている。搬送ローラ５４は、回転不能に固定された磁石体５８と、磁石体５８の周囲を矢印８０方向に回転駆動可能に支持された円筒スリーブ６０を有する。スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に伸びる規制板６２が、所定の規制ギャップ６４を介して対向配置されている。
【００２５】
磁石体５８は、スリーブ６０の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に伸びる、複数の磁極を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板６２の近傍にあるスリーブ６０の上部内周面部分に対向する磁極Ｓ１、供給回収ギャップ５６の近傍にあるスリーブ６０の左側内周面部分に対向する磁極Ｎ１、スリーブ６０の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、スリーブ６０の右側内周面部分に対向する、２つの隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３を含む。
【００２６】
搬送ローラ５４には、搬送バイアスを印加するための第１の電源（第１の電界形成部）１１０が電気的に接続されている。本実施形態では、搬送バイアスとして、直流電圧を用いるものとするが、これに限定されず、下記現像バイアスと同様に振動電圧を用いてもよい。一方、現像ローラ４８には、現像バイアスを印加するための第２の電源（第２の電界形成部）１１２が電気的に接続されている。本実施形態では、現像バイアスとして直流成分に交流成分を重畳した振動電圧を用いる。第１および第２の電源１１０，１１２には、制御部１１４が電気的にそれぞれ接続されている。第１の電源１１０は、制御部１１４からの指令に基づき、搬送バイアスの電圧値を変更できるように構成されている。また、第２の電源１１２は、制御部１１４からの指令に基づき、現像バイアスを構成する前記直流成分の電位や前記交流成分の周波数、振幅、デューティ比などを変更できるように構成されている。
【００２７】
このように搬送ローラ５４に搬送バイアスが印加されると共に現像ローラ４８に現像バイアスが印加されることで、両ローラ５４，４６間の供給回収領域（第１の領域）８８には、搬送バイアスと現像バイアスとの電位差に基づく電界（第１の電界）が形成されるようにしてある。また、現像ローラ４８に現像バイアスが印加されることで、現像ローラ４８が感光体１２に対向する現像領域（第２の領域）９６には、現像バイアスと感光体１２表面との電位差に基づく振動電界（第２の振動電界）が形成されるようにしてある。
【００２８】
搬送ローラ５４の背後には、現像剤攪拌室６６が形成されている。攪拌室６６は、搬送ローラ５４の近傍に形成された前室６８と搬送ローラ５４から離れた後室７０を有する。前室６８には図面の表面から裏面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー７２が回転可能に配置され、後室７０には図面の裏面から表面に向かって現像剤を攪拌しながら搬送する後攪拌部材搬送部材である後スクリュー７４が回転可能に配置されている。図示するように、前室６８と後室７０は、両者の間に設けた隔壁７６で分離してもよい。この場合、前室６８と後室７０の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室６８の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室７０へ送り込まれ、また後室７０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室６８に送り込まれるようにしてある。
【００２９】
〔３．現像剤〕
本実施形態の画像形成装置１において用いてられる現像剤２は、非磁性トナーと、これと摩擦接触してトナーを負極性（第１の極性）に帯電する一方で自身はそれとは反対極性の正極性帯電する磁性キャリアとからなっている。なお、本発明に用いられる２成分現像剤を構成するトナーおよびキャリアの帯電特性は、上記と逆であってもよく、すなわちトナーが正極性に帯電し、キャリアが負極性に帯電するものであってもよい。
【００３０】
トナーとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができ、バインダー樹脂中に着色剤や、必要に応じて荷電制御材や離型材等を含有させ、外添材を付加処理したものを使用できる。トナー粒径は、３〜１５μｍ程度が好ましいが、これに限定されるものではない。このようなトナーは、一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。
【００３１】
また、キャリアとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリアを使用することができ、バインダー型キャリアやコート型キャリアなどを使用できる。キャリア粒径は、１５〜１００μｍが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３２】
トナーとキャリアの混合比は、所望のトナー帯電量（例えば１０〜５０μＣ／ｇ）が得られるように調整されればよく、トナー比はトナーとキャリアの合計量に対して３〜５０重量％、好ましくは６〜３０重量％が適している。
【００３３】
〔４．画像形成動作〕
このように構成された現像装置３４の動作を説明する。画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８とスリーブ６０はそれぞれ矢印７８，８０方向に回転する。前スクリュー７２は矢印８２方向に回転し、後スクリュー７４は矢印８４方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室６６に収容されている現像剤２は、前室６８と後室７０を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。キャリアはトナーに比べて相当大きい。そのため、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。
【００３４】
帯電された現像剤２は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。
【００３５】
帯電された現像剤２は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、スリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板６２との間の規制領域８６で磁極Ｓ１に保持されている現像剤２は、規制板６２により、規制ギャップ６４を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ６４を通過した現像剤２は、磁極Ｎ１が対向する、現像ローラ４８と搬送ローラ５４が対向する供給回収領域８８に搬送される。供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の供給領域９０では、現像ローラ４８とスリーブ６０との間に形成された電界の作用により、キャリアに付着しているトナーが現像ローラ４８に電気的に移動して供給される。また、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の回収領域９２では、現像に寄与することなく供給回収領域８８に送り戻された現像ローラ４８上のトナーが、磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られてスリーブ６０に回収される。キャリアは磁石体５８の磁力によってスリーブ６０の外周面に保持されており、スリーブ６０から現像ローラ４８に移動することはない。供給回収領域８８を通過した現像剤２は、磁石体５８の磁力に保持され、スリーブ６０の回転と共に磁極Ｓ２の対向部を通過して磁極Ｎ２とＮ３との対向領域である放出領域９４に到達すると、磁極Ｎ２とＮ３によって形成される反発磁界によってスリーブ６０の外周面から前室６８に放出され、前室６８を搬送されている現像剤２に混合される。
【００３６】
供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナー６は、現像ローラ４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、感光体１２と現像ローラ４８が対向する現像領域９６で、感光体１２の外周面に形成されている静電潜像画像部に移動して付着し、これにより現像が行われてトナー像が形成される。本実施形態の画像形成装置１では、感光体１２の外周面は帯電装置２６で負極性の所定の電位ＶＨが付与され、露光装置２８で画像光３０が投射された静電潜像画像部が所定の電位ＶＬまで減衰し、露光装置２８で画像光３０が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位ＶＨを維持している。したがって、現像領域９６では、感光体１２と現像ローラ４８との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー６が静電潜像画像部に付着し、この静電潜像を現像剤像として可視像化する。
【００３７】
このようにして現像剤２からトナー６が消費されると、消費された量に見合う量のトナーが現像剤２に補給されることが好ましい。そのために、現像装置３４は、ハウジング４２に収容されているトナーとキャリアの混合比を測定する手段を備えている。また、後室７０の上方にはトナー補給部９８が設けてある。トナー補給部９８は、トナーを収容するための容器１００を有する。容器１００の底部には開口部１０２が形成されており、この開口部１０２に補給ローラ１０４が配置されている。補給ローラ１０４は図示しないモータに駆動連結されており、トナーとキャリアの混合比を測定する手段の出力に基づいてモータが駆動し、トナーが後室７０に落下補給するようにしてある。
【００３８】
〔５．トナー搬送量制御〕
続いて、図３を参照して、前記画像形成装置１の制御部１１４におけるトナー搬送量制御について説明する。ここでのトナー搬送量とは、現像装置３４の現像ローラ４８の外周面に保持されて回転搬送されるトナー量を意味する。また、このトナー搬送量制御は、適宜のタイミングで行うことができ、例えば、画像形成装置１の電源をオンして立ち上げたときの画像安定化制御時、所定枚数の画像形成毎の非画像形成動作時などに実行される。
【００３９】
まず、第１の電源１１０により搬送ローラ５４に印加される搬送バイアスをデフォルト値（初期値）に設定し（ステップＳ１）、ｎ＝１の設定、および第２の電源１１２により現像ローラ４８に印加される現像バイアスをデフォルト値（初期値）に設定することを実行する（ステップＳ２）。
【００４０】
そして、画像形成装置１を作動させて感光体１２上にベタ画像（パッチ画像）を形成し、その濃度Ｓ（ｎ）を濃度検出センサ１１６で検出する（ステップＳ３）。なお、前記ベタ画像は、転写ステーション２２を通過してクリーニング装置４０で回収される。
【００４１】
前記濃度検出センサ１１６による検出結果は、制御部１１４に入力される。これに基づき制御部１１４は、ｎ＝１か、または、検出濃度Ｓ（ｎ）が前回の検出濃度Ｓ（ｎ−１）よりも高いかを判定する（ステップＳ４）。ここでは、最初の濃度検出であるためｎ＝１であるから、次のステップＳ５でトナー画像の濃度を上げる方向に現像バイアスを１ステップ（例えば現像バイアスに含まれる直流成分を２５ボルトだけマイナス側に）変更する。これにより、現像領域に作用する振動電界は、現像ローラ４８上のトナーをより強い静電力でもって感光体１２側に移動させるように働く。
【００４２】
そして、前記ステップＳ３に戻ってベタ画像の形成およびその濃度検出を行い、その検出濃度が前回検出濃度以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。このようにしてステップＳ３，４，５のルーチンを繰り返し実行するうちに、現像ローラ４８上のトナーが完全に又はほぼ全て（例えば約９５％以上）ベタ画像の形成に消費される飽和現像の状態になる。こうなると、ステップＳ４での判定ではそれ以上濃度が上がらなくなるためＮＯの判定となる。これにより、そのときの飽和現像を実現する現像バイアスが特定されることになる。
【００４３】
次いで、前記飽和現像状態で形成されたベタ画像の濃度Ｓ（ｎ）が適正か否かを判定する（ステップＳ６）。ここでの適正濃度としては、トナー付着量５ｇ／ｍ２±５％が例示される。ベタ画像の濃度Ｓ（ｎ）が適正と判定されれば、バイアス調整ルーチンが終了し（ステップＳ１０）、これにより適正濃度を確保しつつ飽和現像を実現可能な搬送バイアスおよび現像バイアスが最終的に設定されることになる（ステップＳ１０）。
【００４４】
一方、ステップＳ６において濃度Ｓ（ｎ）が適正ではないと判定されると、続いて、濃度Ｓ（ｎ）が過剰か否かを判定する（ステップＳ７）。ここで、濃度Ｓ（ｎ）が過剰であると判定されると、搬送ローラ５４から現像ローラ４８へのトナー供給量を下げる方向に搬送バイアスを１ステップ（例えば２５ボルト）だけ変更し（ステップＳ８）、逆に、濃度Ｓ（ｎ）が過剰でない（すなわち濃度不足）と判定されると、搬送ローラ５４から現像ローラ４８へのトナー供給量を上げる方向に搬送バイアスを１ステップ（例えば２５ボルト）だけ変更する（ステップＳ９）。そして、前記ステップＳ８またはＳ９で設定された搬送バイアスの条件下で、再び前記ステップＳ３に戻って、ステップＳ３〜Ｓ６を繰り返し実行し、飽和現像バイアスを特定する。
【００４５】
上述したようなステップＳ３〜Ｓ９を繰り返すことにより、適正濃度を確保しつつ飽和現像を実現できる現像バイアスおよび搬送バイアスが最終的に設定されることになる（ステップＳ１０）。
【００４６】
このように、本実施形態の画像形成装置１によれば、現像されたトナー像の濃度検出結果に基づき、適正濃度を確保しつつ飽和現像が行われるように搬送バイアスおよび現像バイアスを制御することにより、現像ローラ４８によるトナー搬送量を必要最小限にすることができる。これにより、現像領域に振動電界を作用させることによる高画質の現像を妨げることなく、適切な濃度を確保しつつ静電潜像のライン部（もしくはドット部）への過剰なトナー付着をなくすことができ、その結果、転写ステーション２２での中抜けを防止することができる。
【００４７】
次に、本実施形態の画像形成装置１を使用して行った実験例について説明する。これらの実験では、下記のトナーおよびキャリアを用いた。
【００４８】
湿式造粒法により作製された体積平均粒径約６．５μｍのトナー母材１００重量部に対し、第１の疎水性シリカ０．２重量部と、第２の疎水性シリカ０．５重量部と、疎水性酸化チタン０．５重量部を、ヘンシェルミキサ（三井金属鉱山社製）を用いて４０ｍ／ｓの速度で３分間表面処理を行って外添処理して得られた負帯電性トナーを用いた。ここで用いた第１の疎水性シリカは、個数平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（♯）１３０：日本アエロジル社製）を疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）により表面処理を施したものである。疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径約３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理したものである。
【００４９】
また、キャリアには、磁性体からなるキャリアコア粒子にアクリル樹脂コートがなされてなるコート型キャリアで、平均粒径約３３μｍのコニカミノルタテクノロジーズ社製ｂｉｚｈｕｂ  Ｃ３５０用キャリアを用いた。
【００５０】
〔第１実験例〕
第１実験例で用いた現像剤は、トナー比率を８％とした。トナー比率は、現像剤全量に対するトナー、外添剤の合計量の割合である（以下、同様）。
【００５１】
本実験例では、搬送ローラ５４に直流の搬送バイアスを印加し、現像ローラ４８には、直流成分−４００Ｖに周波数２ｋＨｚ、振幅１．８ｋＶ、マイナス側デューティ比４０％の交流成分を重畳した矩形波の現像バイアスを印加した。現像ローラ４８には、表面にアルマイト処理を施したアルミローラを用い、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間の最近接部のギャップ５６は０．３ｍｍとした。また、規制部材６２と搬送ローラ５４との間の間隔６４は、搬送ローラ５４上の磁気ブラシが現像ローラ４８に摺擦するよう０．４ｍｍとした。そして、供給回収領域８８における搬送ローラ５４の表面移動方向と現像ローラ４８の表面移動方向は逆方向とした。このような条件の下で、搬送ローラ５４による現像剤搬送量２００ｇ／ｍ２が得られた。また、感光体１２上に形成された静電潜像の非画像部電位は−５５０Ｖ、画像部電位は−６０Ｖであり、感光体１２と現像ローラ４８との最近接部のギャップ５０を０．１５ｍｍ、感光体１２の周速に対する現像ローラ４８の周速を１．２倍とした。
【００５２】
このような構成で、搬送バイアスを−３００Ｖ、−５００Ｖ、−７００Ｖの各水準に振って、現像ローラ４８上のトナー搬送量を調べたところ、それぞれ、２．５ｇ／ｍ２、４．２ｇ／ｍ２、６．１ｇ／ｍ２が得られた。
【００５３】
これらのトナー搬送量の各条件で、６００ｄｐｉの１、３、５、１０、２０、１００ｄｏｔ線およびベタに相当する各静電潜像を現像させて感光体１２上のトナー像高さを非接触式光学測定器を用いて測定すると共に、最終的に用紙に転写された前記６種類の各線幅２０本ずつのライン画像のうち中抜けが発生したラインの本数を調べた。また、ベタ画像に関しては、図２に示すように、用紙に対向して配置された濃度検出センサ１１６の出力電圧をモニタし、適正濃度時に想定される電圧との比較から濃度判定を行った。その結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
2009168893.tif 000003
【００５５】
表１に示されるように、現像ローラ４８上のトナー搬送量が多い場合（６．１ｇ／ｍ２の場合）には、３〜１０ｄｏｔ線画像がベタ(Solid)画像に比べてトナー像高さが顕著に高くなっており、このことは３ないし５本の中抜けが確認されたことに対応している。一方、１ｄｏｔ線画像でトナー像高さが低くなっているのは、潜像の電位減衰があまり大きくないために、振動電界の現像位相時におけるトナー移動自体が生じにくいためと考えられる。また、この場合のベタ画像濃度としては適正範囲に収まっており、振動電界の現像位相時に潜像近傍に移動したトナーが回収位相時に引き戻されて現像残トナーとして現像ローラ４８上に残存していることが判る。
【００５６】
一方、トナー搬送量が少ない場合（２．５ｇ／ｍ２の場合）には、ライン潜像部へ過剰現像は生じなかったものの、濃度自体が低く実用では使用できないものであった。これに対し、トナー搬送量が適正の場合（４．２ｇ／ｍ２の場合）、適正濃度を確保しつつ、どのような線幅であっても過剰現像が生じることがない条件を得ることができた。このとき、現像ローラ４８上の現像残トナーはほとんど認められない状態であった。なお、現像残トナーの確認は、残っているか否かを目視で確認し、残っているときには現像ローラから取り除いて重量測定してトナー搬送量に換算したものである。
【００５７】
〔第２実験例〕
前記第１実験例と同様の実験を、現像バイアスを変えて行った。このとき、現像ローラ４８上のトナー搬送量は、第１実験例において適正値であった４．２ｇ／ｍ２と、濃度的には適正値を得ることができるものの線幅によるトナー像高さに違いが生じてしまった６．１ｇ／ｍ２の２水準となるように搬送ローラ５４に印加する搬送バイアスを調整し、これと共に、現像バイアスの因子である直流成分の電位、交流成分の周波数、振幅、マイナス側デューティ比を振って、実験を行った。その実験結果を表２に示す。
【００５８】
【表２】
2009168893.tif 000004
【００５９】
表２に示すように、現像ローラ４８上のトナー搬送量が適正であっても、ベタ(Solid)画像で現像ローラ４８上にトナーが残留するような現像バイアス条件の場合には、線幅によるトナー像高さに違いが生じることが判った。また、現像ローラ４８上のトナー搬送量が過剰の場合には、トナー量検出判定（すなわちトナー濃度検出判定）が適正であっても、現像バイアス条件に依らず線幅によるトナー像高さのばらつきが発生していることが判った。
【００６０】
以上の各実験結果から、現像ローラ４８上に搬送されるトナー量を適正なものにし、かつベタ部で現像ローラ４８上にトナーが残留しないような飽和現像を可能する現像バイアスにすることによって、画像濃度を適正化しつつ線幅によるトナー像高さのばらつきを抑えることで、中抜けのない良好な画像を得ることができることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】画像形成装置の全体概略構成図。
【図２】濃度検出センサの配置の変形例を示す図。
【図３】トナー搬送量制御のフローチャート。
【図４】ドット単位の線幅と感光体上でのトナー高さとの関係を示すグラフ。
【図５】線画像の中抜け状態を示す拡大写真。
【符号の説明】
【００６２】
１…画像形成装置
１２…感光体（像担持体）
３４…現像装置
４６…現像ローラ（第２の搬送部材）
５４…搬送ローラ（第１の搬送部材）
１１０…第１の電源（第１の電界形成部）
１１２…第２の電源（第２の電界形成部）
１１４…制御部
１１６…濃度検出センサ（濃度検出部）
【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】
2009168893.tif 000009