(57)【要約】      （修正有）【課題】現像剤のトナー濃度が低下したとき、又はプロセススピードを低下させたときに、像担持体の表面にキャリアが付着するのを抑制する。【解決手段】トナーと球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアからなる二成分現像剤を表面に担持し、像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体４８と、前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段５６と、前記トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したとき、前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分が一周期に占める割合であるデューティ比を、前記現像剤中のトナー濃度が所定値を越えている場合と比較して低くするように制御するバイアス制御手段とを備えるように構成して課題を解決した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーと球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアからなる二成分現像剤を表面に担持し、像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したとき、前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分が一周期に占める割合であるデューティ比を、前記現像剤中のトナー濃度が所定値を越えている場合と比較して低くするように制御するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
トナーと球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアからなる二成分現像剤を表面に担持し、像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記像担持体及び前記現像剤担持体の回転速度を複数段に切り替える速度切替手段と、
前記トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したときであって、且つ前記速度切替手段によって前記像担持体及び前記現像剤担持体の回転速度が所定速度以下に切り替えられたときに、前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分が一周期に占める割合であるデューティ比を、前記現像剤中のトナー濃度が所定値を越えている場合と比較して低くするように制御するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項３】
前記デューティ比の値は、通常、前記トナーを像担持体側に移動させる成分の方が大きくなるように６０〜７０％に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアが、樹脂分散型のキャリアからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の現像装置。
【請求項５】
前記球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアは、その形状係数が１２０以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の現像装置。
【請求項６】
回転可能に配設されて表面に画像データに応じた静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体上に形成された静電潜像を、トナーと球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアからなる二成分現像剤を現像剤担持体の表面に担持して現像する現像手段と、
前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したときに、前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分が一周期に占める割合であるデューティ比を、前記現像剤中のトナー濃度が所定値を越えている場合と比較して低くするように制御するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
回転可能に配設されて表面に画像データに応じた静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体上に形成された静電潜像を、トナーと球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアからなる二成分現像剤を現像剤担持体の表面に担持して現像する現像手段と、
前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記像担持体及び前記現像剤担持体の回転速度を複数段に切り替える速度切替手段と、
前記トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したときであって、且つ前記速度切替手段によって前記像担持体及び前記現像剤担持体の回転速度が所定速度以下に切り替えられたときに、前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分一周期に占める割合であるデューティ比を、前記現像剤中のトナー濃度が所定値を越えている場合と比較して低くするように制御するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００５−２７４８０８号公報
【０００３】
従来、上記現像装置としては、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いたものがあり、当該二成分現像剤のキャリアとしては、フェライトキャリアが主に採用されている。ところで、近年、画像形成装置のメンテナンス性を向上させるため、感光体ドラムとして、その表面にオーバーコート層を設けることによって長寿命化を図ったものがある。
【０００４】
しかし、二成分現像剤のキャリアとしてフェライトキャリアを用いた場合には、感光体ドラムの表面に設けられたオーバーコート層がフェライトキャリアにより傷付けられて、当該オーバーコート層にスクラッチ傷が発生し、感光体ドラムの長寿命化を達成することが困難となる。
【０００５】
そこで、二成分現像剤のキャリアとして、フェライトキャリアに代わって、球形に近く比重が小さい樹脂分散型のキャリアが提案されている（例えば、特開２００５−２７４８０８号公報等）。
【０００６】
しかしながら、上記樹脂分散型のキャリアは、従来のフェライトキャリアに比べて、トナーの現像時に少量のキャリアが磁気ブラシから遊離して、感光体ドラム上に現像されてしまう所謂“ＢＣＯ（Ｂｅａｄｓ  Ｃａｒｒｙ  Ｏｖｅｒ）”と呼ばれる現象が生じやすい。本発明者等の研究によれば、特に、現像剤のトナー濃度が低下したときや、厚紙等への印字のためにプロセススピードを低下させたときに、この“ＢＣＯ（Ｂｅａｄｓ  Ｃａｒｒｙ  Ｏｖｅｒ）”と呼ばれる現象が生じやすいことがわかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、この発明が解決しようとする課題は、現像剤のトナー濃度が低下したとき、又はプロセススピードを低下させたときに、像担持体の表面にキャリアが付着するのを抑制することが可能な現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、請求項１に記載された発明は、トナーと球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアからなる二成分現像剤を表面に担持し、像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したとき、前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分が一周期に占める割合であるデューティ比を、前記現像剤中のトナー濃度が所定値を越えている場合と比較して低くするように制御するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする現像装置である。
【０００９】
また、請求項２に記載された発明は、トナーと球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアからなる二成分現像剤を表面に担持し、像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記像担持体及び前記現像剤担持体の回転速度を複数段に切り替える速度切替手段と、
前記トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したときであって、且つ前記速度切替手段によって前記像担持体及び前記現像剤担持体の回転速度が所定速度以下に切り替えられたときに、前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分が一周期に占める割合であるデューティ比を、前記現像剤中のトナー濃度が所定値を越えている場合と比較して低くするように制御するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする現像装置である。
【００１０】
さらに、請求項３に記載された発明は、前記デューティ比の値は、通常、前記トナーを像担持体側に移動させる成分の方が大きくなるように６０〜７０％に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置である。
【００１１】
又、請求項４に記載された発明は、前記球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアが、樹脂分散型のキャリアからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の現像装置である。
【００１２】
更に、請求項５に記載された発明は、前記球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアは、その形状係数が１２０以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の現像装置である。
【００１３】
また、請求項６に記載された発明は、回転可能に配設されて表面に画像データに応じた静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体上に形成された静電潜像を、トナーと球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアからなる二成分現像剤を現像剤担持体の表面に担持して現像する現像手段と、
前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したときに、前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分が一周期に占める割合であるデューティ比を、前記現像剤中のトナー濃度が所定値を越えている場合と比較して低くするように制御するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
さらに、請求項７に記載された発明は、回転可能に配設されて表面に画像データに応じた静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体上に形成された静電潜像を、トナーと球形状に近く比重がフェライトキャリアに比較して小さいキャリアからなる二成分現像剤を現像剤担持体の表面に担持して現像する現像手段と、
前記現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
前記像担持体及び前記現像剤担持体の回転速度を複数段に切り替える速度切替手段と、
前記トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、前記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したときであって、且つ前記速度切替手段によって前記像担持体及び前記現像剤担持体の回転速度が所定速度以下に切り替えられたときに、前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分一周期に占める割合であるデューティ比を、前記現像剤中のトナー濃度が所定値を越えている場合と比較して低くするように制御するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載された発明によれば、現像剤のトナー濃度が所定値以下に低下したときであっても、現像剤担持体に印加される現像バイアス電圧によって、キャリアが像担持体側に移動するのを抑制することができ、像担持体の表面にキャリアが付着するのを抑制することが可能となる。
【００１６】
また、請求項２に記載された発明によれば、現像剤のトナー濃度が所定値以下に低下したときであって、且つ像担持体及び現像剤担持体の回転速度が所定速度以下に切り替えられたときでも、現像剤担持体に印加される現像バイアス電圧によって、キャリアが像担持体側に移動するのを抑制することができ、像担持体の表面にキャリアが付着するのを抑制することが可能となる。
【００１７】
さらに、請求項３に記載された発明によれば、通常は、細線の再現等に優れたデューティ比に設定することができる。
【００１８】
又、請求項４に記載された発明によれば、像担持体の長寿命化を達成しつつ、像担持体の表面にキャリアが付着するのを抑制することが可能となる。
【００１９】
更に、請求項５に記載された発明によれば、像担持体の長寿命化を達成しつつ、像担持体の表面にキャリアが付着するのを抑制することが可能となる。
【００２０】
また、請求項６に記載された発明によれば、現像剤のトナー濃度が所定値以下に低下したときであっても、現像剤担持体に印加される現像バイアス電圧によって、キャリアが像担持体側に移動するのを抑制することができ、像担持体の表面にキャリアが付着するのを抑制することが可能な画像形成装置を提供することができる。
【００２１】
さらに、請求項７に記載された発明によれば、現像剤のトナー濃度が所定値以下に低下したときであって、且つ像担持体及び現像剤担持体の回転速度が所定速度以下に切り替えられたときでも、現像剤担持体に印加される現像バイアス電圧によって、キャリアが像担持体側に移動するのを抑制することができ、像担持体の表面にキャリアが付着するのを抑制することが可能な画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
実施の形態１
図２はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を適用した画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラープリンターを示すものである。また、図３はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を適用した画像形成装置としてのタンデム型のデジタルカラー複写機を示すものである。なお、上記画像形成装置としては、プリンターや複写機、及びファクシミリ等の機能を兼ね備えた複合機であっても勿論良い。
【００２４】
図２及び図３において、１はタンデム型のデジタルカラープリンター及び複写機の本体を示すものであり、デジタルカラー複写機の場合には、図３に示すように、複写機本体１の上部に、原稿２を一枚ずつ分離した状態で自動的に搬送する自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）３と、当該自動原稿搬送装置３によって搬送される原稿２の画像を読み取る原稿読取装置４が配設されている。この原稿読取装置４は、プラテンガラス５上に載置された原稿２を光源６によって照明し、原稿２からの反射光像を、フルレートミラー７及びハーフレートミラー８、９及び結像レンズ１０からなる縮小光学系を介してＣＣＤ等からなる画像読取素子１１上に走査露光することにより、この画像読取素子１１によって原稿２の反射光像を所定のドット密度（例えば、１６ドット／ｍｍ）で読み取るようになっている。
【００２５】
上記原稿読取装置４によって読み取られた原稿２の反射光像は、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）（各８ｂｉｔ）の３色の原稿反射率データとして画像処理装置１２に送られ、この画像処理装置１２では、原稿２の反射率データに対して、シェーディング補正、位置ズレ補正、明度／色空間変換、ガンマ補正、枠消し、色／移動編集等の所定の画像処理が施される。また、画像処理装置１２は、図示しないパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像データに対しても、所定の画像処理を行なうように構成されている。
【００２６】
そして、上記の如く画像処理装置１２で所定の画像処理が施された画像データは、同じく画像処理装置１２によって、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）（各８ビット）の４色の階調データに変換され、次に述べるように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの画像露光装置１４に送られ、この画像露光装置１４では、所定の色の原稿の階調データに応じてレーザ光ＬＢによる画像露光が行われる。
【００２７】
ところで、上記タンデム型のデジタルカラープリンター及び複写機本体１の内部には、図２及び図３に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋが、水平方向に一定の間隔をおいて並列的に配置されている。
【００２８】
これらの４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは、すべて同様に構成されており、図４に示すように、大別して、所定の速度で図示しない駆動手段によって回転駆動される像担持体としての感光体ドラム１５と、この感光体ドラム１５の表面を一様に帯電する一次帯電用の帯電ロール１６と、当該感光体ドラム１５の表面に所定の色に対応した画像を露光して静電潜像を形成する画像露光装置１４（図３参照）と、感光体ドラム１５上に形成された静電潜像を所定の色のトナーで現像する現像器１７と、感光体ドラム１５の表面を清掃するクリーニング装置１８とから構成されている。
【００２９】
上記感光体ドラム１５としては、例えば、直径３０ｍｍのドラム状に形成され、表面にオーバーコート層（保護層）を有する有機感光体からなるものが用いられ、図示しない駆動モーターによって所定の回転速度で回転駆動される。なお、上記オーバーコート層としては、例えば、硬度の高い透明な樹脂からなるものが用いられ、感光体ドラム１５の長寿命化が図られている。
【００３０】
この実施の形態では、プロセススピードである感光体ドラム１５の回転速度（周速度）として、厚紙等に画像を形成する際の低速モードである約７９ｍｍ／ｓと、普通紙等に画像を形成する際の中速モードである約１２１ｍｍ／ｓと、高速モードである約１７５ｍｍ／ｓの３つの速度が設定されており、図示しないモード切り換え手段や用紙選択手段からの信号に基づいて、速度切換え手段によって３段階に切り換え可能となっている。
【００３１】
また、上記帯電ロール１６としては、例えば、芯金の表面に合成樹脂やゴムからなり電気抵抗を調整した導電層を被覆したロール状の帯電器が用いられ、この帯電ロール１６の芯金には、所定の帯電バイアスが印加されるものが用いられている。
【００３２】
上記画像露光装置１４は、図２に示すように、４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋに共通に構成されており、図示しない４つの半導体レーザを各色の原稿階調データに応じて変調して、これらの半導体レーザから４本のレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋを階調データに応じて出射するように構成されている。なお、上記画像露光装置１４は、複数の画像形成ユニット毎に個別に構成しても勿論よい。上記半導体レーザから出射されたレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋは、図示しないｆ−θレンズを介して回転多面鏡１９に照射され、この回転多面鏡１９によって偏向走査される。上記回転多面鏡１９によって偏向走査されたレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋは、図示しない複数枚の反射ミラーを介して感光体ドラム１５上に、斜め下方から走査露光される。
【００３３】
上記画像露光装置１４は、図２に示すように、下方から感光体ドラム１５上に画像を走査露光するものであるため、この画像露光装置１４には、上方に位置する４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの現像器１７などからトナー等が落下して、汚損される虞れを有している。そのため、画像露光装置１４は、その周囲が直方体状のフレーム２０によって密閉されているとともに、当該フレーム２０の上部には、４本のレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋを、各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの感光体ドラム１５上に露光するため、シールド部材としての透明なガラス製のウインドウ２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋが設けられている。そして、これらのガラス製のウインドウ２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋは、画像露光装置１４のレーザ光ＬＢに沿った光路上において、最も上方に位置する部材となっている。
【００３４】
上記画像露光装置１４からは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒  （Ｋ）の各色の画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋに共通して設けられたＲＯＳ１４に、各色の画像データが順次出力され、この画像露光装置１４から画像データに応じて出射されたレーザ光ＬＢ−Ｙ、ＬＢ−Ｍ、ＬＢ−Ｃ、ＬＢ−Ｋは、対応する感光体ドラム１５の表面に走査露光され、静電潜像が形成される。上記感光体ドラム１５上に形成された静電潜像は、現像器１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋによって、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像として現像される。
【００３５】
上記各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの感光体ドラム１５上に、順次形成されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像は、各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの上方にわたって配置された中間転写ベルト２５上に、一次転写ロール２６によって多重に転写される。この中間転写ベルト２５は、ドライブロール２７と、バックアップロール２８との間に一定のテンションで掛け回されており、図示しない定速性に優れた専用の駆動モーターによって回転駆動されるドライブロール２７により、矢印方向に所定の速度で循環駆動されるようになっている。上記中間転写ベルト２５としては、例えば、可撓性を有するポリイミドやＰＥＴ等の合成樹脂フィルムを帯状に形成し、この帯状に形成された合成樹脂フィルムの両端を溶着等の手段によって接続することにより、無端ベルト状に形成したものが用いられる。
【００３６】
上記中間転写ベルト２５上に多重に転写されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像は、バックアップロール２８に圧接する二次転写ロール２９によって、圧接力及び静電気力で記録媒体としての転写用紙３０上に二次転写され、これらの各色のトナー像が転写された転写用紙３０は、上方に位置する定着器３１へと搬送される。上記二次転写ロール２９は、バックアップロール２８の側方に圧接しており、下方から上方に搬送される転写用紙３０上に、各色のトナー像を二次転写するようになっている。そして、上記各色のトナー像が転写された転写用紙３０は、定着器３１によって熱及び圧力で定着処理を受けた後、排出ロール３２によって本体１の上部に設けられた排出トレイ３３上に排出される。
【００３７】
上記転写用紙３０は、図２及び図３に示すように、給紙カセット３４から所定のサイズのものが、給紙ローラ３５及び用紙分離搬送用のローラ対３６により用紙搬送路３７を介して、レジストロール３８まで一旦搬送され、停止される。上記給紙カセット３４から供給された転写用紙３０は、所定のタイミングで回転するレジストロール３８によって中間転写ベルト３５の二次転写位置へ送出される。
【００３８】
なお、上記デジタルカラープリンター及び複写機において、フルカラー等の両面コピーをとる場合には、片面に画像が定着された転写用紙３０を、排出ロール３２によって排出トレイ３３上にそのまま排出せずに、転写用紙３０の後端を排出ロール３２によって挟持している間に、図示しない切替ゲートによって搬送方向を切り替え、用紙搬送用のローラ対３９を介して両面用搬送ユニット４０へと搬送する。そして、この両面用搬送ユニット４０では、搬送径路４１に沿って設けられた図示しない搬送用のローラ対により、転写用紙３０の表裏が反転された状態で、再度レジストロール３８へと搬送され、今度は、当該転写用紙３０の裏面に画像が転写・定着された後、排出トレイ３３上に排出される。
【００３９】
図２及び図３中、４４Ｙ、４４Ｍ、４４Ｃ、４４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の現像器１７に、所定の色のトナーを供給するトナーカートリッジをそれぞれ示している。
【００４０】
図４は上記デジタルカラープリンター及び複写機の各画像形成ユニットを示すものである。
【００４１】
上記イエロー色、マゼンタ色、シアン色及び黒色の４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋは、図４に示すように、すべてが同様に構成されており、これらの４つの画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋでは、上述したように、それぞれイエロー色、マゼンタ色、シアン色及び黒色のトナー像が所定のタイミングで順次形成されるように構成されている。上記各色の画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ，１３Ｃ、１３Ｋは、上述したように、感光体ドラム１５を備えており、これらの感光体ドラム１５の表面は、帯電用の帯電ロール１６によって一様に帯電される。その後、上記感光体ドラム１５の表面は、画像露光装置１４から画像データに応じて出射される画像形成用のレーザ光ＬＢが走査露光されて、各色に対応した静電潜像が形成される。上記感光体ドラム１５上に走査露光されるレーザ光ＬＢは、当該感光体ドラム１５の直下よりやや右側寄りの斜め下方から、所定の傾斜角度で露光されるように設定されている。上記感光体ドラム１５上に形成された静電潜像は、各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋの現像器１７の現像ロール１７ａによってそれぞれイエロー色、マゼンタ色、シアン色、黒色の各色のトナーにより現像されて可視トナー像となり、これらの可視トナー像は、一次転写ロール２６の帯電によって中間転写ベルト２５上に順次多重に転写される。
【００４２】
上記各現像器１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋは、トナーとキャリアからなる二成分の現像剤を用いた二成分現像方式を採用しており、現像ロール４８の表面にトナーとキャリアからなる二成分現像剤の磁気ブラシを形成して、対応する色の感光体ドラム１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋの表面に形成された静電潜像を現像するように構成されている。
【００４３】
なお、トナー像の転写工程が終了した後の感光体ドラム１５の表面は、クリーニング装置１８によって残留トナーや紙粉等が除去されて、次の画像形成プロセスに備える。上記クリーニング装置１８は、クリーニングブレード４２を備えており、このクリーニングブレード４２によって、感光体ドラム１５上の残留トナーや紙粉等を除去するようになっている。
【００４４】
また、トナー像の転写工程が終了した後の中間転写ベルト２５の表面は、図３に示すように、クリーニング装置４３によって残留トナーや紙粉等が除去されて、次の画像形成プロセスに備える。上記クリーニング装置４３は、クリーニングブラシ４３ａ及びクリーニングブレード４３ｂを備えており、これらのクリーニングブラシ４３ａ及びブレード４３ｂによって、中間転写ベルト２５上の残留トナーや紙粉等を除去するようになっている。
【００４５】
図１はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を示すものであり、この実施の形態では、各画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ，１３Ｃ、１３Ｋの現像装置１７として使用されているものである。
【００４６】
この現像装置１７は、負極性に摩擦帯電する非磁性トナーと、正極性に摩擦帯電する磁性キャリアとからなる二成分現像剤４６を使用するものである。上記現像装置１７は、内部に二成分現像剤４６を収容する現像剤収容部４７ａと、感光体ドラム１５と対向する現像領域に開口部４７ｂを有する現像装置ハウジング４７を備えている。この現像装置ハウジング４７の現像用の開口部４７ｂには、現像剤担持体としての現像ロール４８が回転可能に配設されているとともに、その現像剤収容部４７ａには、二成分現像剤４６を攪拌しつつ循環するように搬送するための２本のオーガー５０、５１が、現像ロール４８の軸方向と平行に配設されている。
【００４７】
上記２本のオーガー５０、５１は、図５に示すように、現像装置ハウジング４７の現像剤収容部４７ａの内部に、互いに逆方向に二成分現像剤４６を攪拌しつつ搬送するように配設されており、これら２本のオーガー５０、５１は、仕切り壁５３によって仕切られているとともに、当該仕切り壁５３の両端部には、二成分現像剤４６の受け渡しを行う通路５４、５５がそれぞれ形成されている。
【００４８】
そして、上記現像装置ハウジング４７の現像剤収容部４７ａ内に収容された二成分現像剤４６は、図５に示すように、その背面側に位置するオーガー５１の軸方向に沿った上流側の端部に設けられた供給現像剤搬送用のオーガー５１ａによって、所定のタイミングで供給される現像剤（又はトナー）とともに、２本のオーガー５０、５１によって攪拌されつつ搬送され、二成分現像剤４６中のトナーとキャリアが十分に摩擦帯電された後、図１に示すように、パドル４９を介して現像ロール４８へと供給されるようになっている。その際、二成分現像剤４６中のトナーは、上述したように、負極性に摩擦帯電されるとともに、キャリアは、正極性に摩擦帯電される。
【００４９】
上記現像ロール４８は、図１に示すように、矢印方向の所定の速度で回転駆動される現像スリーブ４８ａと、当該現像スリーブ４８ａの内部に現像装置ハウジング４７に固定した状態で配設され、所定の位置に永久磁石からなる複数の磁極Ｓ、Ｎを配置してなるマグネットロール４８ｂとから構成されている。上記現像スリーブ４８ａは、アルミニウム等の金属によって、表面に軸方向に沿った溝が形成された円筒形状に形成されており、感光体ドラム１５と同じ周方向に沿って、当該感光体ドラム１５の周速度の約２倍程度の速度で同一方向に回転駆動されるようになっている。また、この現像スリーブ４８ａは、例えば、その外径が１８ｍｍに設定されており、その表面には、軸方向に沿って形成された溝が、全周にわたって７２本程度設けられている。上記溝の形状は、例えば、断面Ｖ字形状に設定され、底部の開き角度は、例えば、約９０度に設定されており、溝の深さは、約１００μｍである。
【００５０】
そして、この現像ロール４８には、オーガー５０によって攪拌搬送された二成分現像剤４６が、パドル４９によって供給され、当該現像ロール４８の表面には、マグネットロール４８ｂの磁気吸着力によって吸着された二成分現像剤４６の磁気ブラシが形成されるとともに、当該二成分現像剤４６の磁気ブラシが現像スリーブ４８ａの回転に伴って移動しつつ、トリミング部材５２によって現像剤４６の層厚が所定の値に規制された状態で、感光体ドラム１５と対向する現像領域へと搬送される。
【００５１】
なお、図１の例では、便宜上、現像スリーブ４８ａと感光体ドラム１５の表面が接触しているように図示されているが、これら現像スリーブ４８ａと感光体ドラム１５との間には、微小な間隙が設けられており、現像ロール４８の表面に形成された二成分現像剤４６の磁気ブラシが、感光体ドラム１５の表面に直接接触するか、又は二成分現像剤４６の磁気ブラシが、感光体ドラム１５の表面に非接触状態となるように設定されている。なお、この実施の形態では、上記現像スリーブ４８ａと感光体ドラム１５との間隙が、約０．３５ｍｍに設定されている。
【００５２】
この実施の形態では、上記二成分現像剤４６に使用されるキャリアとして、重合法で製造された樹脂分散型キャリアが用いられており、球形度は形状係数が約１１０、比重は３．３〜３．６であり、いわゆるフェライトキャリアの比重よりもより小さくなっている。
【００５３】
上記樹脂製の重合キャリアは、例えば、空隙を有するフェライトコアに、樹脂を加圧ニーダ製法で充填したキャリア、或いは、重合製法で作成したコアに加圧ニーダ製法で樹脂被覆したキャリアが用いられる。この樹脂製キャリアとしては、例えば、戸田工業株式会社の出願に係る特開平１１−２４３２２号公報に開示された複合体粒子粉末からなる電子写真用磁性キャリアが用いられる。この複合体粒子粉末は、例えば、磁性粒子を芯粒子として、その表面に表面処理剤層を有し、さらにその上層に最表層部を有する三層構造を有しており、当該複合体粒子粉末からなるキャリアの形状は、図６に示すように、略球形に形成されている。
【００５４】
ここで、形状係数とは、次に式で与えられるものである。
ＳＦ１＝（π／４）×（ＭＬ2 ／Ａ）＊１００
なお、ＭＬはキャリアの投影像における最大絶対長、Ａはキャリアの投影像面積である。これらキャリアの投影像における最大絶対長ＭＬ、及びキャリアの投影像面積Ａは、光学顕微鏡（ニコン製、Ｍｉｃｒｏｐｈｏｔｏ−ＦＸＡ）を用いて、倍率５００倍に拡大したキャリア像を撮影し、得られた画像情報をインターフェースを介して、例えば、ニレコ社製画像解析装置（ＬｕｚｅｘIII）に導入して画像解析を行なうことによって求めること
ができる。尚、形状係数ＳＦ１は、それぞれ平均値であり、戸田工業株式会社製の電子写真用磁性キャリアを無作為に１０００個サンプリングしたものを測定して得られたものである。
【００５５】
この複合体粒子粉末からなるキャリアは、体積固有抵抗の調整が可能となっているが、フェライトキャリアに比較して、相対的に体積固有抵抗の値が高くなっている。また、上記複合体粒子粉末からなるキャリアは、合成樹脂を成分としており、磁力（飽和磁化）がフェライトキャリアに比較して相対的に低くなっている。
【００５６】
また、現像スリーブ４８ａには、図１に示すように、感光体ドラム１５との間（現像領域）に現像電界を形成するための現像バイアス電圧が、現像バイアス電源から供給されている。
【００５７】
さらに、上記現像スリーブ４８ａ上の現像剤重量は、約４００ｇ／ｍ2 である。感光体ドラム１５の帯電電位は、約−８００Ｖ、レーザー光を当てたときの感光体電位は、約−３００〜−５００Ｖ程度であり、所定の濃度を得るために、現像電界としてＤＣ成分が約２００Ｖから約４００Ｖとなるように現像バイアスが印加されている。
【００５８】
また、上記現像スリーブ４８ａには、ＤＣ成分が重畳されたＡＣ成分として、図７に示すように、デューティ比が０．６、Ｖｐｐが１．３ｋＶ、平均値が−７００Ｖの現像バイアスが印加されている。なお、現像電界のＤＣ成分としては、４００Ｖということになる。
【００５９】
ここで、デューティ比は、図７に示すように、１周期Ａに対するトナーを感光体ドラム１５側から現像剤担持体に引き戻す力が働く時間Ｂの割合をいう。
【００６０】
そして、この実施の形態では、トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したとき、現像ロールに印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを現像剤担持体側に移動させる力が働く時間成分が１周期に占める割合であるデューティ比を、５０％に近付けるように制御するバイアス制御手段を備えるように構成されている。
【００６１】
また、この実施の形態では、トナー濃度検知手段による検知結果に基づいて、現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したときであって、且つ前記速度切替手段によって感光体ドラム及び現像ロールの回転速度が所定速度以下に切り替えられたときに、現像ロールに印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、トナーを像担持体側から現像剤担持体側に移動させる成分が１周期に占める割合であるデューティ比を、５０％に近付けるように制御するバイアス制御手段を備えるように構成されている。
【００６２】
この実施の形態では、デューティ比の値が、通常、トナーを現像剤担持体側に移動させる成分の方が大きくなるように６０〜７０％、例えば、６５％程度に設定されており、細線の再現性が良好となるように設定されている。
【００６３】
また、この実施の形態では、トナー濃度センサー５６の出力に基づいて、現像装置ハウジング４７の現像剤収容部４７ａ内に収容された二成分現像剤４６のトナー濃度が、第１の所定値である８％以下となった場合に、通常６０〜７０％に設定されている値を、５０％に近付けるように、例えば、デューティ比が５０％となるように設定されている。
【００６４】
ただし、トナーを像担持体側に移動させる成分が１周期に占める割合であるデューティ比を５０％に近付ける値として、デューティ比を５０％に設定する場合に限らず、通常のデューティ比が６０〜７０％とかなり大きい場合には、５５〜６０％程度に設定しも良い。
【００６５】
さらに、この実施の形態では、二成分現像剤４６のトナー濃度が、第１の所定値である８％以下となった場合であって、且つ、プロセススピードが切り替えられ、当該プロセススピードが所定の速度、例えば、１００ｍｍ／ｓｅｃ以下に切り替えられた場合に、デューティ比を５０％に近付けるように、例えば、デューティ比が５０％となるように設定されている。
【００６６】
ただし、この場合でも、デューティ比を５０％に近付ける値として、デューティ比を５０％に設定する場合に限らず、通常のデューティ比が６０〜７０％とかなり大きい場合には、５５〜６０％程度に設定しても良い。
【００６７】
以上の構成において、この実施の形態に係る現像装置を適用したプリンター並びに複写機では、次のようにして、現像剤のトナー濃度が低下したとき、又はプロセススピードを低下させたときに、像担持体の表面にキャリアが付着するのを抑制することが可能となっている。
【００６８】
すなわち、この実施の形態に係る現像装置を適用したプリンター並びに複写機では、図２及び図３に示すように、画像データに基づいて、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒  （Ｋ）の各色の画像形成ユニット１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋにおいて、各感光体ドラム１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ上に対応する色のトナー像を形成し、各感光体ドラム１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋ上に形成されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒  （Ｋ）等のトナー像を、中間転写ベルト２５上に多重に転写した後、当該中間転写ベルト２５から転写用紙３０上に一括して二次転写し、定着することによって、フルカラーやモノクロの画像等を形成するようになっている。
【００６９】
その際、上記プリンターや複写機では、図１に示すように、各現像器１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの現像剤中のトナー濃度が、トナー濃度センサー５６によって検知され、当該トナー濃度センサー５６からの検知信号が制御回路１００に入力される。
【００７０】
そして、上記制御回路１００は、トナー濃度センサー５６からの検知信号に基づいて、いずれかの現像器１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの現像剤中のトナー濃度が、所定値（例えば、８％）以下になったことを検知すると、現像ロール４８に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、前記トナーを像担持体側に移動させる成分が１周期に占める割合であるデューティ比を、５０％に近付けるように制御する。
【００７１】
具体的には、制御回路１００は、通常、６０〜７０％程度の値に設定されているデューティ比を、５０％に切り替えるように制御するものである。ただし、上記制御回路１００は、現像器１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの現像剤中のトナー濃度が、所定値以下になったことを検知した場合に、必ずしも、デューティ比を５０％に切り替える必要はなく、それ以前の通常の値に対して、通常の値が７０％程度であった場合には、６０％や５５％など、５０％に近い値に切り替えて、５０％に近付けるように制御すれば良い。
【００７２】
さらに、上記制御回路１００は、トナー濃度検知センサー５６による検知結果に基づいて、現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したときであって、且つ前記速度切替手段によって感光体ドラム及び現像ロールの回転速度が所定速度以下に切り替えられたときに、現像ロール４８に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、デューティ比を、５０％に近付けるように制御するものである。
【００７３】
ここで、所定速度とは、低速モードにおける７９ｍｍ／ｓに切り替えられた場合であるが、当該所定速度の７９ｍｍ／ｓに限定される訳ではなく、１００ｍｍ／ｓ以下の速度であれば良い。
【００７４】
このように、上記実施の形態では、トナー濃度センサー５６からの検知信号に基づいて、いずれかの現像器１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの現像剤中のトナー濃度が、所定値（例えば、８％）以下になったことを検知すると、当該トナー濃度が低下した現像器の現像ロール４８に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、デューティ比が５０％となるように制御する。
【００７５】
また、上記実施の形態では、現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下したときであって、且つ前記速度切替手段によって感光体ドラム及び現像ロールの回転速度が所定速度以下に切り替えられたときに、現像ロール４８に印加する現像バイアス電圧の交流波形のうち、デューティ比を、５０％に近付けるように制御されている。
【００７６】
そのため、上記現像器１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの現像剤中のトナー濃度が、所定値以下に低下した場合であっても、トナーを感光体ドラム１５側に移動させる成分が１周期に占める割合であるデューティ比を、５０％に近付けるように制御しているので、現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下した場合に、図８に示すように、キャリアＣ間に介在するトナーＴが減少し、キャリアＣ間の抵抗が低下した場合であっても、デューティ比が、５０％に近付けるように制御される。
【００７７】
したがって、上記現像剤中のトナー濃度が所定値以下に低下すると、図８に示すように、キャリアＣ間に介在するトナーＴが減少し、キャリアＣ間の抵抗が低下し、現像ロール４８からの現像バイアスによる電荷注入によって、通常、トナーと反対極性の正極性に摩擦帯電しているキャリアＣの帯電電荷が減少した場合であっても、デューティ比が、５０％に近い値となるように低下するため、電荷注入によって正極性の帯電電荷量が減少するか、又は反対極性の負極性に帯電したキャリアＣが、感光体ドラム１５側に移動して、感光体ドラム１５表面に付着するのを抑制乃至回避することができる。
【００７８】
実験例
次に、本発明者らは、本発明の効果を確認するため、常温常湿環境下において、富士ゼロックス（株）社製のプリンターを用いて、現像器１７Ｙ、１７Ｍ、１７Ｃ、１７Ｋの現像剤中のトナー濃度、プロセススピード、及びトナーを感光体ドラム１５側に移動させる成分が１周期に占める割合であるデューティ比を種々変化させて、感光体ドラム１５表面へのキャリア付着がどの程度発生するかを目視によって確認する実験を行った。
【００７９】
図７にはデューティ比０．６、Ｖｐｐ１．３ｋｖで平均値がマイナス７００Ｖの現像バイアス波形を示す。現像電界のＤＣ成分としては、４００Ｖということになる。
【００８０】
図１０は、プロセススピード、現像剤トナー濃度、Ｖｐｐ、デューティ比を変えたときのキャリア付着（ＢＣＯ）のグレードを示す（値が大きいほどキャリア量が多い）。現像電界のＤＣ成分は、４００Ｖである。図中では、デューティ比を％で表している。トナー濃度が小さいときデューティ比の効果が特に大きく、厚紙に印字するときのような遅いプロセススピードでは特にキャリア付着のグレードが悪い。
【００８１】
ここで、キャリア付着のグレードは、グレード０がキャリア付着未発生、グレード１がキャリア付着が殆んど発生していない、グレード２がキャリア付着が僅かに発生、グレード３がキャリア付着が発生しているが実使用上問題のないレベル、グレード４がキャリア付着が発生しており実使用上問題となるレベル、グレード５がキャリア付着が顕著に発生しているレベルをそれぞれ示している。
【００８２】
なお、デューティ比が大きい方が、細線の再現性や画像後端の画像欠陥といった画質特性に対しては有利であるため、トナー濃度が低くないときには、デューティ比は高めで画像作成をさせたほうが望ましい。
【００８３】
図１０は上記実験の結果をそれぞれ示す図表である。
【００８４】
現像器にトナーを供給するためのトナーカートリッジに入っているトナーが消費されてなくなり、現像器にトナーが供給されなくなってから印字を続けると、現像器のトナー濃度が下がりＢＣＯが発生しやすい状態となる。
【００８５】
このときのデューティ比を６０％又は５０％と、５０％又は５０％に近い値に設定することにより、多少画質は低下するものの、画質上より致命的なＢＣＯを防止することができることがわかる。
【００８６】
特に、キャリア付着は、現像器のトナー濃度が下がり、且つプロセススピードが７９ｍｍ／ｓｅｃと１００ｍｍ／ｓｅｃよりも遅いときに顕著に発生しやすい。この場合であっても、デューティ比を６０％又は５０％と、５０％又は５０％に近い値に設定することにより、グレード０〜３程度に抑えることができ、多少画質は低下するものの、画質上より致命的なＢＣＯを防止することができることがわかる。
【００８７】
球形で比重の小さいキャリアのキャリア付着特性（ＢＣＯ）が悪い理由としては、次のように考えられる。１）樹脂を分散させて重合法で作成したキャリアは球形に近く、キャリア同士の接触面積が小さくキャリア同士の吸着力と付着力が小さいため、キャリア同士が離れやすい。２）樹脂を分散させているため、キャリアの磁化がフェライトキャリアより小さくキャリア同士の磁気拘束力が小さいので、キャリア同士が離れやすい。３）比重が小さいため、現像バイアス波形から力を受けて、振動しやすく、キャリア同士が離れやすい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を示す断面構成図である。
【図２】図２はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を適用した画像形成装置としてのタンデム型のフルカラープリンタを示す構成図である。
【図３】図３はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を適用した画像形成装置としてのタンデム型のフルカラー複写機を示す構成図である。
【図４】図４はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を適用した画像形成装置としてのタンデム型のフルカラープリンタの画像形成部を示す構成図である。
【図５】図５は現像装置を示す横断面図である。
【図６】図６は複合体粒子粉末からなるキャリアを示す模式図である。
【図７】図７は現像バイアスを示す波形図である。
【図８】図８は現像剤担持体上のキャリアを示す模式図である。
【図９】図９は実験結果をそれぞれ示す図表である。
【符号の説明】
【００８９】
１５：感光体ドラム（像担持体）、４８：現像ロール（現像剤担持体）、５５：トナー濃度センサー、１００：制御回路（バイアス制御手段）。
【図１】
2009156919.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009156919.tif 000008
【図７】
2009156919.tif 000009
【図８】
2009156919.tif 000010
【図９】
2009156919.tif 000011