JP3599190B2

JP3599190B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3599190B2
Application number: JP2002086250A
Authority: JP
Inventors: 義夫小沢; 雄二神山; 昌一坂田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP2003280357A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、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に飛翔させ、該潜像を現像するようにしたハイブリッド型現像装置を有する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を利用した複写機、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式には、トナーと磁性キャリアを用いた２成分現像方式、絶縁トナーや導電トナーを用いた１成分現像方式、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に飛翔させ、該潜像を現像するようにしたハイブリッド現像方式などがある。
【０００３】
２成分現像方式は、キャリアによるトナーの帯電性に優れ、長寿命化が可能であると共にベタ画像の均一化などの利点がある反面、現像装置が大きく複雑になる、トナー飛散やキャリア引きが発生する、キャリアの耐久性によって画質が変化するなどの欠点がある。また１成分現像方式は、現像装置がコンパクトになってドット再現性に優れているが、現像ロール、チャージローラの劣化のために耐久性が低く、現像装置を交換するため消耗品価格が高価になる、選択現像が発生するなどの欠点を有している。そしてハイブリッド現像方式は、ドット再現性に優れ、長寿命化が可能で高速の画像形成が可能な方式ではあるが、従来では、現像ゴーストの発生やトナーの飛散などの問題があった。
【０００４】
このハイブリッド現像方式は、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、高速の画像形成が可能な現像方式として、特に潜像担持体（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、潜像担持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きた。
【０００５】
しかしながら前記した１ドラム色重ね方式では、使用する色数分の現像装置を潜像担持体の周りに配置せねばならないから、潜像担持体が大型になり、画像形成装置の小型化の妨げになる。そのため、使用するトナーの色に対応した複数の電子写真プロセス部材を並べて配置し、転写部材の送りに同期させてカラ−画像を形成して転写部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきた。しかしながらこの方式では、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。この対策として潜像担持体同志の間隔を狭くし、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。
【０００６】
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、現像装置を縦型とすることが有利である。すなわち、潜像担持体の上部方向に現像装置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、このように現像装置を縦型に配置した場合、現像剤の還流、すなわち現像剤攪拌部から潜像担持体に近接した現像部材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潜像担持体へのキャリアの付着、トナーの飛散が避けられないという間題があった。
【０００７】
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、現像ロールを潜像担持体に接触する方式では潜像担持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、潜像担持体に非接触な方式では、トナーをチャージロールで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ロール上の層厚を規制していたため、トナーの添加剤がチャ−ジロール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てしまい、画像欠陥をきたすことがあった。
【０００８】
そのため、これらの問題を解決する手段の一つとして、前記したハイブリッド現像方式が注目されてきた。すなわちハイブリッド現像方式では、前記したように現像ゴーストの発生やトナーの飛散などの問題があるが、現像ロールが潜像担持体と非接触であるからトルク変動をきたすことがなく、ドット再現性に優れて長寿命化が可能な高速の画像形成装置が提供できる。
【０００９】
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、潜像担持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、交流電界によって潜像担持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、磁気ロールを用いて現像剤をドナーロールに進ませ、この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。
【００１０】
しかしながらこれらの提案では、２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。この電界が潜像担持体上のトナー層を乱してしまうので、色重ねなどには間題を有していた。そのため特開平３−１１３４７４号公報には、ドナーロールと潜像担持体の間にワイヤ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。
【００１１】
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、２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。
【００１２】
また上記した従来の技術は、現像性の高いトナーの粗粉が選択的に潜像担持体に現像されやすく、連続印刷を行うと帯電性の高いトナーの微粉が現像スリーブに堆積して選択現像が起こりやすく、画像濃度の低下が生じる傾向があった。さらに、トナーの帯電制御が複雑で、潜像担持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３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３において、３５は矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像であり、３６、３７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３５に続けてこのハーフトーン画像３６、３７を印刷すると、図３（ｂ）における３８のような残像（ゴースト）が生じる。
【００１３】
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、また、現像ロール上のトナーを確実に回収する方法として、特開２０００−８１７８８公報には、専用の回収ロールを用いる提案がなされている。しかしながらこれらの方法は、複雑な機構が必要で小型の電子写真プロセスには実用化されていない。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。また、タンデム型の現像器の制御方法として特開昭６３−２４９１６４号公報には、転写工程を行っている画像形成部以外の画像形成部における現像装置の動作を停止させ、現像剤の劣化を防ぐようにした出願がなされている。
【００１４】
またハイブリッド現像方式においては、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、スリーブ付着などが生じるため、特開平７−７２７３３号公報（ＵＳＰ５，４２０，３７５号公報）には、２成分現像剤による磁気ブラシを形成する磁気ロールと、この磁気ロールから供給されたトナー薄層を担持するドナーロール（現像ロール）と、このドナーロールと潜像担持体との間に設けられた電極とを有し、この電極には直流と交流からなるバイアスを、現像ロールには直流バイアスを、そして磁気ロールにはスイッチで異極性となる電圧に切り替えられるようにした直流バイアスを印加するよう構成し、上記問題点を解決するようにしたハイブリッド型現像装置が示されている。
【００１５】
すなわちこの特開平７−７２７３３号公報に示された現像装置においては、磁気ロールと現像ロールの電位差で磁気ロール上に形成された磁気ブラシで現像ロール上にトナー薄層を形成し、さらに現像ロールと電極間に印加された直流と交流が重畳されたバイアスで電極近辺にトナークラウド（雲）を形成して潜像担持体上の潜像を現像すると共に、画像形成完了時、スイッチを切り替えて現像ロールから磁気ロールへトナーを剥離させる方向の直流バイアスを印加して現像ロール上のトナーを回収し、再度の画像形成に際してスイッチの切り替えで磁気ロール上のトナーを現像ロールへ移動させる方向の直流バイアスを印加して画像形成に備えるようにし、上記問題を解決するようにしたものである。
【００１６】
また特開２０００−２５０２９４公報には、前記特開平７−７２７３３号公報に示された現像ロールと潜像担持体との間に電極を設ける方式につき、電気的にバイアスされて張力のかかった電極線の振動による不均一な現像や、塵が瞬間的に電極に付着して現像ロールに条痕を生じさせる現象が生じるとして、電極を埋め込んだ現像ロールを用いたハイブリッド型現像装置が従来例として紹介され、さらにこの電極を埋め込んだ現像ロールを用いた場合でも、現像ロール上に付着したキャリアの画像への付着、現像ロールに埋め込んだ電極が所定間隔を持っているため潜像担持体へのトナー供給効率が悪く、画像比率が高い画像を連続して現像処理した場合に画像抜けを生じる現象、磁気ロールと現像ロールへ印加する交番バイアスで選択現像が生じ、画質低下、濃度低下を生じる現象などを防止するようにしたハイブリッド型現像装置が示されている。
【００１７】
すなわちこの特開２０００−２５０２９４公報に示された装置では、導電性スリーブ上に誘電体層を設けてその中に微小間隔で電極を埋め込むようにして現像ロールを構成し、潜像担持体へのトナー供給効率を改善すると共に電極間の短絡の防止と表面保護を行わせ、合わせて、数秒の時間で電荷の集積を消散させるに足る誘電率とフリンジ電荷が約数ミリ秒以下でコーティングを貫通できるようにした電極緩和許容層を設けている。そして潜像担持体と現像ロール間には、現像ロール上に埋め込まれた電極にＡＣとＤＣからなるバイアス電圧を供給するブラシ電極を、現像ロールと磁気ロール間には、現像ロール上に埋め込まれた電極にＡＣとＤＣからなるバイアス電圧を供給する磁気ブラシを設け、潜像担持体と現像ロール間では現像ロール上のトナーをクラウド（雲）状にして潜像担持体上の潜像を現像し、現像ロールと磁気ロール間ではトナーを磁気ロールと現像ロール間で往復させるようにしている。そして前記ＡＣ電源を共通とすると共にこの波形を矩形波とし、この矩形波のデューティ比をトナーが現像ロールから磁気ロールへ戻される時間より磁気ロールから現像ロールへ搬送される時間が短くなるようにし、トナーとキャリアで慣性が異なることを利用して現像ロールへのキャリア付着の防止、トナーの選択搬送性を防止するようにしている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記特開平３−１１３４７４号公報に記載されたパウダークラウド現像法は、補助電極のワイヤ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。さらに特開平１１−２３１６５２号公報、特開２０００−８１７８８公報、特開平７−１２８９８３号公報などに示された装置も、トナーの掻き取り装置や回収ロールの設置が必要であったり、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たり、次の現像タイミングでの現像ロールの層形成に時間を要し、高速性を損なったりしていた。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。
【００１９】
また、タンデム型の現像装置の制御方法としての特開昭６３−２４９１６４号公報に示された装置は、転写工程を行っている画像形成部以外の現像装置の動作を停止させたり、現像ロールと磁気ロール間に印加する高圧を高周波数で切り替える装置や制御が必要であり、高価にならざるを得ないと共に、現像装置はトナーロールや磁気ロール、及び撹拌部材を横に並べた構成となっており、小型化が難しいという欠点がある。
【００２０】
また、特開平７−７２７３３号公報（ＵＳＰ５，３４１，１９７）、特開２０００−２５０２９４公報に示された装置も、特開平７−７２７３３号公報のものは前記したパウダークラウド現像法であって、補助電極のワイヤが非常に汚れやすく、振動による画像劣化等が発生し、さらに特開２０００−２５０２９４公報に示された装置も、現像ロールに電極を埋め込む必要があると共にこの電極にＡＣとＤＣを重畳したバイアスを供給するためのブラシ電極が必要な複雑な構成であり、電極が周方向に断続していると共に、ブラシ電極が何らかの理由で汚れたり振動などでトナーが固着し、現像ロールの電極に接触できなくなると全くトナーの制御ができなくなる。
【００２１】
上記の事情に鑑み本発明は、現像装置を複雑にすることなく現像ゴースト、選択現像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給して長期間安定した画像品質が得られる小型のハイブリッド型の現像装置を有する、高速、安価な小型画像形成装置を提供することが課題である。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明においては、請求項１に記載したように、キャリアとトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させる２成分現像剤搬送体（以下磁気ロールという）と、該搬送体上に形成された磁気ブラシを介してトナーを移送してその表面にトナーのみの薄層を形成する現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置（現像位置）に現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像の現像を行うハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置において、
前記現像位置に、電極を介することなく全体が導電性の現像ロールと潜像担持体とを絶縁性のトナー薄層を介して直接対面させると共に、該現像ロールに第１の直流バイアスを重畳させた交流バイアスが、一方磁気ロール側に第２の直流バイアスがそれぞれ印加され、
現像終了時に、前記第２の直流バイアスを第１の直流バイアスの電圧値より大きく維持した状態で変化させて、現像ロール上のトナー薄層を磁気ブラシに回収することを特徴とする。
この場合に、前記第２の直流バイアス電圧値を第１の直流バイアス電圧値より大きく維持した状態で、第２の直流バイアスと第１の直流バイアスの両方を変化させてもよい。
【００２３】
本発明によれば、導電性表面を持つ現像ロールに現像バイアスを印加する簡単な構成でハイブリッド型現像装置を構成することにより、補助電極を設けたり現像ロールに電極を埋め込んだりする複雑な構成を必要とせず、従ってワイヤ電極の汚れや振動による画像劣化や現像ロールに埋め込んだ電極へバイアスを供給するブラシ電極が現像ロールの電極に接触できないためにトナーの制御ができなくなる、といったことが生じない現像装置を得ることができる。また、現像ロール表面は導電性であると共に連続した電極面が形成され、バイアスを導電性の現像ロールに直接印加することによって回転体である現像ロールは潜像担持体との最近接部で現像が最大になり、その後距離が開くに従って現像が終結してカブリ要因になるトナーが現像ロール側に引き戻されて潜像担持体への現像が正確にできるから、カブリなどが防止されて長期間安定した画像品質が得られるハイブリッド型現像装置を有した小型の画像形成装置を提供することができる。
【００２５】
又、本発明によれば、現像ロール全体を導電性として直流バイアスを重畳させた交流バイアスを印加することにより、潜像担持体との間に良好な現像性を得ることが可能になると共に、現像ロールと現像剤搬送体間でトナーを常に容易に入れ替えすることが可能となり、選択現像を抑制して長期間安定した画像品質が得られるハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置を提供することができる。
【００２６】
また請求項３に記載した発明は、
前記交流バイアスのデューティ比を１０〜５０％に設定したことを特徴とする。
【００２７】
このように、交流バイアスのデューティ比を１０〜５０％に設定することで交流バイアスのピークが鋭くなり、トナー引き戻しが効果的に行えるようになると共に現像ロールから現像剤搬送体への引き戻し効果が増大して現像ロールへのトナーの汚染が解消される。また同時に、現像時におけるトナーの潜像担持体から現像ロールに向かっての引き戻しも効果的に行われてかぶりにくくなるから、長期間安定した画像品質が得られるハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置を提供することができる。
【００２８】
次に請求項４に記載した発明は、
前記現像ロールの最表面を、略均一な１０^６Ω・ｃｍ^３以下の導電性のスリーブから構成したことを特徴とする。
【００２９】
このように現像ロールの最表面を、略均一な１０^６Ω・ｃｍ^３以下の導電性のスリーブで構成することにより、現像ロールに印加された直流、交流電圧の重畳したバイアスが回転する現像ロールと潜像担持体と磁気ロールとの間に良好に作用するよう印加でき、耐久時に画像濃度の低下を起こさず、長期にわたって安定した画像品質が得られるハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置を提供することができる。
【００３０】
【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。
【００３１】
図１は本発明に係るハイブリッド型現像装置を有するタンデム型画像形成装置の一実施例の概略構成図、図２は本発明に係るハイブリッド型現像装置の概略構成図、図３は残像（ゴースト）の発生を説明するための図、図４は現像ロールのスリーブの導通性と濃度の維持性との関係の実験結果を示した表である。
【００３２】
図１において、１はタンデム型画像形成装置本体、２は現像装置、３は潜像担持体（感光体）、４は露光ユニット、５は記録媒体の搬送ベルト、６は現像剤容器、７は記録媒体を収容した給紙カセット、８は潜像担持体３を帯電させるための帯電器、９は潜像担持体３上のトナー像を転写バイアスにより記録媒体に転写するための転写装置、１０は記録媒体に転写されたトナー像を定着する定着装置であり、タンデム型画像形成装置においては、潜像担持体（感光体）３の周りに設置する帯電器８、露光ユニット４、現像装置２、転写装置９、クリーニング装置などをコンパクトに設計することが重要であり、本発明の例においては、現像装置２は潜像担持体３に対して隣接し、略垂直の方向に配置される。
【００３３】
図２において、２１は内部に配設された磁石によって２成分現像剤の磁気ブラシ３０を発生させ、現像ロール２２にトナー２５を供給する現像剤搬送体としての磁気ロール、２２はトナー薄層２６を担持して潜像担持体３上の静電潜像を現像する現像ロール、２４はキャリア、２５はトナー、２６は現像ロール２２上のトナー薄層、２７は潜像担持体３へ現像ロール２２上に形成されたトナー薄層２６のトナー２５を飛翔させて現像を行わせるための現像バイアスで、２７ａは直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ１）、２７ｂは交流（ＡＣ）バイアスである。２８は磁気ロール２１上の磁気ブラシ３０からトナー２５を現像ロール２２へ搬送するための直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ２）、２９は磁気ロール２１上の磁気ブラシ３０の厚さを規制する規制ブレードである。
【００３４】
このうち潜像担持体（感光体）３の材料としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体、有機感光体（ＯＰＣ）などを用いることができる。正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）は、オゾンなどの発生が少なくて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っ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である。そして、正帯電有機感光体を長寿命のシステムに用いる場合、膜厚を２０μｍから４０μｍ程度に設定することが好ましい。２０μｍ以下の場合は、膜厚が減少して１０μｍ程度になったときに絶縁破壊によって黒点の発生が目だってくる。また、４０μｍ以上とした場合は感度が低下し、画像濃度低下の要因となる。
【００３５】
露光ユニット４は、半導体レーザ、もしくはＬＥＤを用いることができる。正帯電有機感光体を用いた場合は７７０ｎｍ付近の波長が有効であり、アモルファスシリコン感光体の場合は６８５ｎｍ付近の波長が有効である。以下本発明においては、潜像担持体３として正帯電有機感光体を用い、露光ユニット４の光源としてＬＥＤを用いた場合を例に説明していく。
【００３６】
現像ロール２２の最表面は、体積固有抵抗が１０^６Ω・ｃｍ^３以下に設定された均一な導電性のアルミニウム、ＳＵＳ、導電樹脂被覆などからなるスリーブで構成する。そしてそのシャフト部には、直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａ、交流（ＡＣ）バイアス２７ｂを接続し、回転する現像ロール２２と潜像担持体３、及び磁気ロール２１との間にこの直流と交流を重畳したバイアスが作用するようにする。そして、この交流バイアス２７ｂが供給する交流成分は、デューティ（Ｄｕｔｙ）比を５０％以下とした矩形波で構成する。本発明においては、一例として直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａを１００Ｖ、交流バイアス２７ｂをＶｐｐが１．５ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ（Ｄｕｔｙ）比３０％に設定した。このように直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａと交流バイアス２７ｂを現像ロール２２に直接印加し、かつ、現像ロール２２の最表面を１０^６Ω・ｃｍ^３以下の導電性とすることによって、現像時に現像ロール２２と潜像担持体３、及び、磁気ロール２１との間に鋭いバイアス成分を印加することができ、現像開始時のトナー層形成の反応を良くすることができる。
【００３７】
磁気ロール２１は、現像剤搬送体として内部に配設された磁石によってキャリア２４とトナー２５からなる２成分現像剤を磁気保持し、磁気ブラシ３０を発生させてこの磁気ブラシ３０の厚さを規制ブレード２９によって規制しながら現像ロール２２にトナー２５を供給する。規制ブレード２９と磁気ロール２１とのギャップは０．３から１．５ｍｍが好ましい。この現像ロール２２へのトナー２５の供給は、磁気ロール２１に印加された直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８と、現像ロール２２に印加されている直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａとの電位差、及び交流バイアス２７ｂによって行われる。直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８の電圧は本発明においては一例として３５０Ｖとし、現像終了時に現像ロール２２上のトナー層を入れ替える場合は、交流バイアス２７ｂを印加した状態で直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８を変化させ、現像ロール２２上のトナー薄層２６を磁気ブラシ３０に回収する。この直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８の変化量は、常時磁気ブラシ３０のトナーを現像ロール２２へ移送する方向となる電圧差が生じる値、すなわち磁気ロール２１側の直流バイアス電圧値を現像ロール２２側の直流バイアス電圧値より大きく維持し、直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａが１００Ｖの場合はそれ以上の値（すなわちこの例では１００Ｖから３５０Ｖの間の値）とする。なお、この直流バイアスの変化は、上記説明では直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８を変化させるとしたが、磁気ロール２１側の直流バイアス電圧値を現像ロール２２側の直流バイアス電圧値より大きく維持すれば、直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａの両方を変化させても良い。
【００３８】
なお、現像ロール２２における最表面のスリーブの導通性は、印刷濃度の維持性に関係する。それを示したのが図４の表であり、現像ロール２２のスリーブの導通性を変化させ、１００００枚印刷後の画像濃度（初期は１．４３）の変化を調べたものである。現像ロール２２に印加する直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａは１００Ｖ、交流バイアス２７ｂにおけるＶｐｐを１．５ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ（Ｄｕｔｙ）比３０％とし、磁気ロール２１に印加する直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８は３５０Ｖとした。この結果から分かるとおり、体積固有抵抗が１０^７Ω・ｃｍ^３以上になると１００００枚印刷後の濃度低下が大きくなり、体積固有抵抗が１０^６Ω・ｃｍ^３以下であればほぼ画像濃度に問題ないことが分かる。
【００３９】
潜像担持体３と現像ロール２２との間隔は、一例として約２５０μｍとしてこの間にワイヤ電極等は用いない。通常この潜像担持体３と現像ロール２２との間隔は、１５０から４００μｍ、好ましくは２００から３００μｍであり、この間隔が１５０μｍより狭いとカブリの要因になり、４００μｍより広いとトナー２５を潜像担持体３に飛翔させることが困難になって、十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。磁気ロール２１と現像ロール２２との間隔は０．３から１．５ｍｍ程度である。
【００４０】
現像剤はトナー２５とキャリア２４からなり、トナー２５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の広がりはコールターカウンターで測定され、体積分布平均粒径と個数分布平均粒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が１．２５以下であることを見出した。１．２５以上では、連続印刷時に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。本発明においては、選択現像を防止するため体積平均粒径／個数平均粒径の比を１．２５以下とし、帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御した。このトナーの帯電量は、現像ロール２２上に形成されるトナー薄層２６の層厚にも関係し、トナー帯電量が１０μＣ／ｇ以下、特に５μＣ／ｇ以下と低いとトナー層厚が厚くなり、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厚が薄くなり、帯電が上昇してトナーの現像性が低下する。このトナー２５の帯電量は、現像ロール２２上のトナー薄層２６をトレック社ＱＭメーターで吸引して測定した。本発明においては、正帯電のトナーを用いる場合を一例として説明するが、前記したバイアスとの関係を逆にすることで、負帯電のトナーを用いた場合でも同様に構成できることは自明である。
【００４１】
キャリア２４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、適正な抵抗値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。本発明では一例として、体積固有抵抗が１０^８Ωｃｍ^３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た。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２２へのトナー供給量が減少する。キャリアの平均粒度を５０μｍ以下にすることで、現像剤中のトナーの濃度を５〜２０％に設定しても十分な帯電付与が可能になり、安定した現像を行うことができる。
【００４２】
またトナー２５とキャリア２４の混合割合は、キャリア２４およびトナー２５の合計量に対しトナーを５〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％とする。トナー２５の混合割合が５重量％未満であると、トナーの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％を超えると今度は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て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。
【００４３】
現像ロール上のトナー２５の薄層２６は、１０から１００μｍ、好ましくは３０から７０μｍの厚さであり、トナー２５の平均粒径を７μｍとした場合に、トナー２５の５層から１０層程度に相当する値である。そのため本発明においては、一連の画像形成プロセスにおいて、現像ロール２２の導電スリーブ上に形成されるトナー２５の層厚を５０μｍ以下とし、トナー量を０．５から１．７ｍｇ／ｃｍ^２の範囲に制御することで、潜像担持体３上に鮮明な潜像を形成すると同時に、現像ロール２２上のトナーの入れ替えを容易にして現像ゴーストを制御するようにした。
【００４４】
トナー薄層２６の厚さは、直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａの差、及び前記したようにトナーの帯電量によって決定される。トナー帯電量が１０μＣ／ｇ以下、特に５μＣ／ｇ以下と低いとトナー層厚が厚くなり、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厚が薄くなり、帯電が上昇してトナーの現像性が低下する。前記したように、直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａを１００Ｖ、直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８の値を３５０Ｖに設定すると、約４０μｍのトナー層が得られる。この時の単位面積当たりのトナー量は約１．５ｍｇ／ｃｍ^２である。トナー薄層２６が０．５ｍｇ／ｃｍ^２以下と薄すぎ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り、トナー層が１．７ｍｇ／ｃｍ^２を超えて厚すぎると図３にその例を示したような現像ゴーストが目立ち、トナー飛散が目立つ傾向がある。すなわち前記したようにこの図３において、３５は矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像であり、３６、３７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３５に続けてこのハーフトーン画像３６、３７を印刷すると、図３（ｂ）における３８のような残像（ゴースト）が生じる。
【００４５】
現像ロール２２上のトナー薄層２６を入れ替えるには、現像終了時に交流バイアス２７ｂを印加した状態で直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８を変化させ、現像ロール２２上のトナー薄層２６を磁気ブラシ３０に回収する。なおこのトナーの入れ替えに際し、良好な印刷速度を維持するためには、用紙間隔を調整して一定期間に現像ロール２２上のトナー層を出し入れする時間を調整すればよい。磁気ロール２１の回転速度を現像ロール２２の回転速度に対して１乃至２倍に設定すると、現像ロール２２上トナーの入れ替えが促進される。この時、磁気ロール２１の回転方向を現像ロール２２と同方向、例えば現像ロール２２の回転方向が逆時計方向の場合は磁気ロール２１も同様に逆時計方向である方が好ましい。現像ロール２２と磁気ロール２１との回転比が存在しないと、現像ロール２２からのトナーの回収が不十分となる。また、２倍以上にすると磁気ロール２１の回転速度が増大し、振動や発熱の要因となってトナーへのストレスを増加させる。
【００４６】
また、用紙間隔を大きくしないで潜像担持体３上の潜像に十分なトナーを供給するためには、潜像担持体３に対して現像ロール２２の周速を１．１倍以上に設定すると、短時間にトナーの出し入れが可能になる。速度差が１．１倍以下であると現像を開始する時間がかかり過ぎ、十分な用紙間隔が要求されるため、高速印刷が達成されない。
【００４７】
このように構成したハイブリッド型現像装置を有する本発明のタンデム型画像形成装置において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどのそれぞれの色に対応したトナー２５とキャリア２４からなる２成分現像剤は、現像剤容器６から現像装置２に供給され、図２に示した磁気ロール２１上に磁気ブラシ３０を形成し、攪拌によってトナー２５が帯電される。そして磁気ロール２１上の磁気ブラシ３０は、規制ブレード２９によって層規制され、磁気ロール２１に加えられた直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８と現像ロール２２に加えられた直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａ間の電位差、及び交流バイアス２７ｂによって現像ロール２にトナー２５のみの薄層２６を形成する。
【００４８】
そして、図示していない制御回路からプリント開始の信号が来ると、まず、帯電器８によって正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）で構成された潜像担持体３が例えば４００Ｖに帯電され、その後、露光ユニット４を構成する例えば７７０ｎｍの波長のＬＥＤによる露光により、潜像担持体３の露光後電位は約７０Ｖになって潜像が形成される。そしてこの潜像は、現像ロール２２に加えられた直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａと交流バイアス２７ｂにより、現像ロール２２上のトナー薄層２６から潜像担持体３に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。
【００４９】
こうしてトナー像が潜像担持体３上に形成されると、そのトナー像が転写位置に至るタイミングに合わせて記録媒体が給紙カセット７から取り出され、搬送ベルト５で搬送されてくるから、各色毎の転写位置に設置されている転写装置９によって転写バイアスを印加し、記録媒体にトナー像を転写する。そして各色のトナー像が記録媒体に順次転写されて定着装置１０に至ると、この定着装置１０で定着されて排紙される。
【００５０】
現像ロール２２に印加された交流バイアス２７ｂは、前記したようにデューティ（Ｄｕｔｙ）比を５０％以下とした矩形波であり、磁気ロール２１から現像ロール２２へトナー２５を搬送する時間より、現像ロール２２から磁気ロール２１へトナー２５を引き戻す時間が短くなっている。又、直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａ、交流バイアス２７ｂは、現像ロール２２に直接印加されること、現像ロール２２の最表面が１０^６Ω・ｃｍ^３以下の導電性であることによって、現像ロール２２上のトナー薄層２６を磁気ロール２１へ引き戻す際の交流成分はピークが鋭くなり、トナー２５の引き戻しが効果的に行われる。従って、現像ロール２２から現像剤搬送体としての磁気ロール２１へのトナーの引き戻し効果が増大し、現像ロール２２へのトナー汚染が防止されると共に、現像時におけるトナーの潜像担持体３から現像ロール２２に向かっての引き戻しも効果的に行われ、カブリの発生を防止して長期間安定した画像品質が得られる現像装置を提供することができる。
【００５１】
なお、以上説明してきた直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）２７ａ、交流バイアス２７ｂ、直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）２８の電圧値やＶｐｐ、周波数などは一例であり、状況に応じて変化させ得ることは自明である。
【００５２】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、補助電極を設けたり現像ロールに電極を埋め込んだりする複雑な構成を必要とせず、導電性表面を持つ現像ロールに現像バイアスを印加する簡単な構成でハイブリッド型現像装置を構成でき、従ってワイヤ電極の汚れや振動による画像劣化や、現像ロールに埋め込んだ電極へバイアスを供給するブラシ電極が現像ロールの電極に接触できないためにトナーの制御ができなくなるといったことが生じない。また、現像ロール表面は導電性であると共に連続した電極面が形成され、バイアスを導電性の現像ロール表面に直接印加することにより、回転体である現像ロールは潜像担持体との最近接部で現像が最大になり、その後距離が開くに従って現像が終結してカブリ要因になるトナーが現像ロール側に引き戻され、潜像担持体への現像が正確にできるから、カブリなども防止されて長期間安定した画像品質が得られるハイブリッド型現像装置を有した小型の像形成装置を提供することができる。
【００５３】
そして本発明によれば、現像ロール全体を導電性として直流バイアスを重畳させた交流バイアスを印加することにより、潜像担持体との間に良好な現像性を得ることが可能になると共に、現像ロールと現像剤搬送体間でトナーを常に容易に入れ替えすることが可能となり、選択現像を抑制して長期間安定した画像品質が得られるハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置を提供することができる。
【００５４】
そして本発明によれば、交流バイアスのデューティ比を１０〜５０％に設定することにより、交流バイアスのピークが鋭くなってトナー引き戻しが効果的に行えるようになり、現像ロールから現像剤搬送体への引き戻し効果が増大して現像ロールへのトナーの汚染が解消されると共に、現像時におけるトナーの潜像担持体から現像ロールに向かっての引き戻しも効果的に行われてかぶりにくくなり、長期間安定した画像品質が得られるハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置を提供することができる。
【００５５】
そして本発明によれば、現像ロールの最表面を、略均一な１０^６Ω・ｃｍ^３以下の導電性のスリーブで構成することにより、現像ロールに印加された直流、交流電圧の重畳したバイアスが回転する現像ロールと潜像担持体と磁気ロールとの間に良好に作用するよう印加でき、耐久時に画像濃度の低下を起こさず、長期にわたって安定した画像品質が得られるハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハイブリッド型現像装置を有するタンデム型画像形成装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】本発明に係るハイブリッド型現像装置の概略構成図である。
【図３】残像（ゴースト）の発生を説明するための図である。
【図４】現像ロールのスリーブの導通性と濃度の維持性との関係の実験結果を示した表である。
【符号の説明】
２現像装置
３潜像担持体（感光体）
４露光ユニット
２１磁気ロール
２２現像ロール
２４キャリア
２５トナー
２６トナー薄層
２７現像バイアス
２７ａ直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ１）
２７ｂ交流（ＡＣ）バイアス
２８直流（ＤＣ）バイアス（Ｖ_ｄｃ２）
２９規制ブレード
３０磁気ブラシ

Claims

キャリアとトナーからなる現像剤を磁気保持しながら帯電させる２成分現像剤搬送体（以下磁気ロールという）と、該搬送体上に形成された磁気ブラシを介してトナーを移送してその表面にトナーのみの薄層を形成する現像ロールと、該現像ロールと潜像担持体の最近接位置（現像位置）に現像バイアスを印加して潜像担持体の潜像の現像を行うハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置において、
前記現像位置に、電極を介することなく全体が導電性の現像ロールと潜像担持体とを絶縁性のトナー薄層を介して直接対面させると共に、該現像ロールに第１の直流バイアスを重畳させた交流バイアスが、一方磁気ロール側に第２の直流バイアスがそれぞれ印加され、
現像終了時に、前記第２の直流バイアスを第１の直流バイアスの電圧値より大きく維持した状態で変化させて、現像ロール上のトナー薄層を磁気ブラシに回収することを特徴とする画像形成装置。
前記第２の直流バイアス電圧値を第１の直流バイアス電圧値より大きく維持した状態で、第２の直流バイアスと第１の直流バイアスの両方を変化させたことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
前記交流バイアスのデューティ比を１０〜５０％に設定したことを特徴とする請求項１に記載したハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置。
前記現像ロールの最表面を、略均一な１０^６Ω・ｃｍ^３以下の導電性のスリーブから構成したことを特徴とする請求項１に記載したハイブリッド型現像装置を有した画像形成装置。