JP4714896B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

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、及びそこに使用される現像装置に関する。特に、キャリヤとトナーとからなる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上にトナーのみを保持させて静電潜像を現像するようにした現像装置及び画像形成装置に関するものである。

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としては、従来より、キャリヤとトナーを用いた二成分現像方式、キャリヤを使用しない一成分現像方式等があり、最近では、キャリヤを用いてトナーを帯電させる二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を現像するようにした、いわゆるハイブリッド現像方式なども用いられている。

二成分現像方式は、キャリヤによるトナーの帯電性に優れ、長寿命化が可能である反面、現像装置が大きく複雑になることや、キャリヤの耐久性によって画質に変化が生ずる等の欠点があった。

一方、一成分現像方式は、現像装置がコンパクトになり、ドット再現性にも優れているが、現像ローラ、補給ローラの耐久性が概して低く、定期的に現像装置を交換するため消耗品価格が高価になるといった欠点があった。

こうした双方の現像方式の特徴を生かすべく、磁性キャリヤを用いて非磁性トナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、感光体上に形成した静電潜像を現像するための現像ローラ上には帯電されたトナーのみを保持するようにした、ハイブリッド現像方式が登場してきた。このハイブリッド現像方式は、特に高速の画像形成が可能で、長寿命が図れる現像方式として注目されてきている。

しかしながら、ハイブリッド現像方式においては上記のような効果を有する一方、次のような問題も出てきた。

（１）現像性の高い粗粉トナーが選択的に現像されやすく、連続印刷を行った場合、帯電性の高い微粉トナーが消費されず、現像ローラ上に残存するという選択現像が起こり、その結果画像濃度の低下が生ずる傾向がある。

特に、高濃度画像を連続して印字した場合など、トナーの需要に対する供給のバランスが悪く、そのため消費されにくい微粉トナーが増え、キャリヤ表面を汚染したり、現像ローラへの微粉付着、帯電量低下によるトナー飛散など現像機能が低下し、画像濃度ムラなどの画像不均一性が起こりやすく、現像装置小型化の課題であった。

（２）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必要があり、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が生じ、結果として前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象が発生しやすくなる。

こういった問題は、概略的にいえば、上述のハイブリッド現像方式では、現像ローラ上に微粉トナーを主とする現像残トナーが生ずる一方、その現像残トナーの効果的なリフレッシュが困難であることに起因している。

本来、現像ローラ上の残存トナーは、トナーの供給ローラから新たなトナー供給を受ける際に、供給ローラの磁気ブラシにより掻き取られ、かつ磁気ブラシの新しいトナーがそれに置き換わる形で、供給されるべきものである。

従って、例えば、この磁気ブラシによる残存トナーの掻き取り効率を向上して上記の問題を改善するために、現像バイアスの交流成分や現像ローラと供給ローラのギャップを調整し、磁気ブラシを現像ローラに十分に接触させるとともに、現像ローラと供給ローラをカウンター方向で回転させるなど、現像ローラへのトナー供給／回収の条件制御が試みられてきた。

また特に、前の画像形成と次の画像形成との間の期間を利用して、トナー回収に有利な条件制御を行う対策も取られてきた。

しかし、現像ローラ上の残存トナーの大半は、現像時間外に磁気ブラシによって回収されるものの、トナー中の比較的多量の微粉が強固に現像ローラ表面に付着した場合など、連続印刷時の短い画像形成間では微粉を回収できず、現像ローラ上に残ってしまい、上述したような画像欠損やトナー飛散の原因となることがあった。

これらの残存トナー対策として、トナーを現像ローラから除去するための別の手段を設ける方法が様々に検討されている（例えば、特許文献１、２、及び３参照）。

特許文献１では、現像ローラと供給ローラのニップ部上流側、すなわちニップ部でのトナー供給前に、現像ローラに非接触で対向電極を設け、電界を利用して現像ローラ上の残存トナーを対向電極側に付着させる技術が提案されている。また対向電極側に付着したトナーは、非画像形成時に印加電界を切り換えリフレッシュするという。

しかしながら、上記技術によれば、現像ローラ上の残存トナー除去の効果があるためには、対向電極側にトナーを付着させなければならず、その除去動作がどうしても必要になる。それを除去しようとすれば、逆電界をかけるため非現像動作時にしか行えない。また、再度現像ローラ側へトナー付着させることになってしまうといった問題がある。

特許文献２では、現像ローラと感光体のニップ部直前、すなわち現像の行われる直前に感光体に見立てたダミー電極を設け、交流電界の印加によりトナーをクラウド状態にして現像効率を上げる技術が提案されている。これは直接的には現像に関するものであるが、ハイブリッド現像ではこの電極を利用して、残存トナー対策を行うことも考えられる。しかしながら、現像と残存トナーの回収は異なった機能であり、複雑な処理動作になったり、十分なクリーニング効果が得られないことが多い。

特許文献３では、やはり、現像ローラと供給ローラのニップ部上流側に電極を設けている。これも本来は、現像時にトナーをクラウド状態にするために用いていた電極の位置を供給ローラによるトナー供給前に持ってきて、現像ローラ上のトナーのクリーニングに役立てるものである。

これらの技術に共通していえるのは、いずれも電極を設け、現像ローラとの間に電界を形成することで、現像ローラ上の残存トナーをクリーニングしようとしていることである。クリーニングするには、現像ローラに付着したトナーを剥離し、かつ回収しなければならない。単に剥離しただけでは、連続的な画像形成時に剥離したトナーによる汚染などの問題を生じる恐れがあり、回収の手段を別途設けたり、回収のための新たな制御を付加する必要があった。これは電極以外の手段、例えば剥離部材などを用いた場合にも共通していえることであり、現像ローラ上の残存トナーを除去しながら回収し、効率的に新たなトナーを供給する技術が求められている。
特開２００５−９９６８６号公報 米国特許第６０２６２６４号公報 米国特許第５５２３８２６号公報

上記のように、ハイブリッド方式の現像装置において、現像ローラに残存付着する微粉トナーの除去、回収には様々な課題があり、安定して良好な現像画像を得ることが困難であった。

本発明の目的は、これらの課題を解決し、二成分現像剤を用いて現像剤担持体としての供給ローラに形成された磁気ブラシにより、帯電されたトナーをトナー担持体としての現像ローラに移し、現像ローラ上にトナー薄層を形成して担持させ、静電潜像担持体としての感光体との間に形成された電界により、感光体上の潜像を現像する、いわゆるハイブリッド方式の現像装置において、現像後、現像ローラに残存したトナーをより効率的に回収し、かつ新たなトナーに置き換えることにより、現像ローラ上に残存した微粉トナーに起因する濃度低下などの現像性能低下や、また前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象の発生などを、長期的に安定して抑制することができる現像装置及び画像形成装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の特徴を有するものである。

（１）静電潜像担持体に対向して配設され、その表面にトナーを薄層状態で担持搬送し、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するトナー担持体と、
前記トナー担持体に対向して配設され、その表面にトナーとキャリヤからなる磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記トナー担持体に摺擦させて、前記トナー担持体上のトナーを回収するとともに、前記トナー担持体へ新たなトナーを転移させる現像剤担持体とを備えた現像装置において、
前記トナー担持体と前記静電潜像担持体との対向位置より前記トナー担持体の回転方向下流側で、かつ前記現像剤担持体と前記トナー担持体との対向位置より前記トナー担持体の回転方向上流側の位置に、前記トナー担持体と対向し前記トナー担持体と所定の間隔をおいて配設される対向電極を有し、
前記対向電極と前記トナー担持体の少なくとも一方に直流バイアス電圧と交流バイアス電圧とを重畳した電圧を印加することにより、前記対向電極と前記トナー担持体との間に振動電界を形成して前記トナー担持体上のトナーを振動させ、
さらに、前記振動電界により振動したトナーが前記トナー担持体側に誘導され、前記トナー担持体上に再付着して薄層を形成するよう、前記対向電極の電位と前記トナー担持体の電位との関係が決定されていることを特徴とする現像装置。
（２）前記対向電極の電位と前記トナー担持体の電位との関係は、前記対向電極の電位から前記トナー担持体の電位を差し引いた電位波形の面積平均値が、トナーの正規帯電極性と同極性で、絶対値が２５０Ｖ以上４５０Ｖ以下であることを特徴とする（１）に記載の現像装置。
（３）前記対向電極に直流バイアス電圧を印加し、前記トナー担持体に直流バイアス電圧と交流バイアス電圧とを重畳した電圧を印加し、
前記対向電極の直流バイアス電圧から前記トナー担持体に重畳した電圧の電位波形の面積平均値を差し引いた電位差が、トナーの正規帯電極性と同極性であることを特徴とする（１）に記載の現像装置。
（４）前記対向電極に直流バイアス電圧と交流バイアス電圧とを重畳した電圧を印加し、前記トナー担持体に直流バイアス電圧を印加し、
前記対向電極に重畳した電圧の電位波形の面積平均値から前記トナー担持体の直流バイアス電圧を差し引いた電位差が、トナーの正規帯電極性と同極性であることを特徴とする（１）に記載の現像装置。

（５）前記対向電極の電位から前記トナー担持体の電位を差し引いた電位波形の面積平均値の絶対値が２５０Ｖ以上４５０Ｖ以下であることを特徴とする（３）または（４）に記載の現像装置。

（６）前記対向電極と前記トナー担持体との間隔は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする（１）から（５）の何れか一項に記載の現像装置。

（７）静電潜像担持体上から転写されたトナー像を定着することによって記録材上に画像を形成する画像形成装置であって、（１）から（６）の何れか一項に記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、
静電潜像担持体に対向して配設され、その表面にトナーを薄層状態で担持搬送し、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するトナー担持体と、
トナー担持体に対向して配設され、その表面にトナーとキャリヤからなる磁気ブラシを形成し、磁気ブラシをトナー担持体に摺擦させて、トナー担持体上のトナーを回収するとともに、トナー担持体へ新たなトナーを転移させる現像剤担持体とを備えた現像装置において、
トナー担持体と静電潜像担持体との対向位置よりトナー担持体の回転方向下流側で、かつ現像剤担持体とトナー担持体との対向位置よりトナー担持体の回転方向上流側の位置に、トナー担持体と対向しトナー担持体と所定の間隔をおいて配設される対向電極を有し、
対向電極とトナー担持体の少なくとも一方に直流バイアス電圧と交流バイアス電圧とを重畳した電圧を印加することにより、対向電極とトナー担持体との間に振動電界を形成してトナー担持体上のトナーを振動させ、
さらに、振動電界により振動したトナーがトナー担持体側に誘導され、トナー担持体上に再付着して薄層を形成するよう、対向電極の電位とトナー担持体の電位との関係を決定することにより、
現像ローラ上の微粉トナーの蓄積を防止し、新たなトナーへの置き換えを促進することができ、現像ローラ上に残存した微粉トナーに起因する濃度低下などの現像性能低下や、また前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象の発生などを、長期的に安定して抑制することができる現像装置及び画像形成装置を提供することができる。

本発明に係る現像装置及び画像形成装置の実施形態の例を、図を参照して説明する。

（画像形成部の構成と動作）
まず本実施形態に係る現像装置を用いた画像形成装置の構成例を、電子写真プロセスを利用したレーザービームプリンタ（以下、単にプリンタと称する）を例にして説明する。

図１は、本実施形態に係る現像装置の一例を構成要素として含むプリンタの、画像形成部分の概略構成を示す構成図である。図１を用いて、プリンタの画像形成部分とそこでの現像装置の働きについて説明する。

図１に示すように、プリンタの画像形成部分は以下のような構成要素からなる。

１１は、静電潜像担持体としての感光体ドラムである。感光体ドラム１１は、その表面に静電潜像を形成し、静電潜像はトナーで現像される。感光体ドラム１１は、例えば、アルミニウムなどを略円筒状に形成した導電性のドラム基体の外周面側に、ＯＰＣ感光層が形成されて構成されており、図示しない所定の駆動装置によって、矢印Ａ方向に所定のプロセス速度（周速度）で回転駆動するようになっている。

１２は帯電器であり、感光体ドラム１１の表面を所定の電位に帯電させる。帯電器１２は、ローラ状、シート状、またはブレード状など、任意の形状を有し、感光体ドラム１１に対向して配設され、接触あるいは非接触の任意の方法で感光体ドラム１１表面を帯電させる。

１３は露光部であり、帯電器１２により所定の電位に均一帯電させられた感光体ドラム１１の部分に、レーザービームを照射して静電潜像を形成する。目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応したレーザービームの走査露光により、目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

１４は現像装置である。現像装置１４は、感光体ドラム１１の表面に形成された静電潜像をトナーで現像し、顕像化する。現像装置１４は、ハイブリッド方式の現像装置であり、その詳細構成と機能動作については後述する。

１５は転写ローラであり、現像装置１４により顕像化された感光体ドラム１１上のトナー像を所定の転写材１９に転写する。転写ローラ１５は感光体ドラム１１に対向して配設され、両者の間には転写ニップ部が形成されており、転写電圧が印加される。図示しない給紙手段を介して所定のタイミングで、転写材１９が転写ニップ部に供給され、感光体ドラム１１上のトナー像が転写材１９に転写される。

１６は定着部である。転写ニップ部でトナー像を転写された転写材１９は、感光体ドラム１１から分離されて定着部１６に搬送され、定着部１６は、転写ローラ１５で転写された転写材１９上のトナー像を定着する。

１７は転写残トナーを除去するクリーナブレードである。転写ニップ部での転写後に、感光体ドラム１１の表面に残留した転写残トナーは、クリーナブレード１７の配設位置へと搬送され、感光体ドラム１１に当接されたクリーナブレード１７によって回収される。これにより感光体ドラムは、再び画像形成可能な状態となる。

（現像装置の構成）
次に、同じく図１を参照して、本実施の形態における現像装置の構成について説明する。現像装置はハイブリッド方式の現像装置である。

現像装置１４は、感光体ドラム１１に対向して開口する現像器ハウジング２０と、その内部に位置する以下の構成要素とからなる。現像器ハウジング２０は、トナーとキャリヤからなる二成分現像剤を内蔵している。

２１はトナー担持体として機能する現像ローラである。現像ローラ２１は、その表面にトナーを担持搬送し、感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を現像する。

現像ローラ２１は、アルミニウムなどの金属基材の表面にアルマイト処理やフェノール、アクリルなどの樹脂、またはセラミックなどをコーティングした絶縁性表面を有している。なお、現像ローラ２１表面は、完全な絶縁層ではなく、ある程度の導電性を有した半導電性材料や導電性を有する金属であってもよい。

現像ローラ２１は、感光体ドラム１１に対して、所定の間隔（例えば、１００μｍ〜２５０μｍ）を介して離間配置され、感光体ドラム１１との対向部において感光体ドラム１１と同方向（ｗｉｔｈ方向；矢印Ｂ方向）に、感光体の周速度に対して１．０〜２．５倍の周速度で回転するようになっている。

２２は現像剤担持体として機能する供給ローラである。供給ローラ２２は、その表面にトナーとキャリヤからなる磁気ブラシを形成し、現像ローラ２１に摺擦させて、現像ローラ２１上のトナーを回収するとともに、新たなトナーを転移させる。

供給ローラ２２は、現像ローラ２１に対向して、感光体ドラム１１と反対側に、０．４から０．６ｍｍの間隔を置いて配設されている。

図２には、供給ローラ２２の内部構成を示す。図２を参照すると、供給ローラ２２は、回転可能に配置されたスリーブ２２ａと、このスリーブ内部に固定配置された複数の磁性部材２２ｂとからなる。複数の磁性部材２２ｂにより、供給ローラ２２はスリーブ２２ａ上に複数の磁極（Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｎ３）を形成し、またＮ１−Ｎ３極間では反発磁界を形成するようになっている。

スリーブ２２ａは、矢印Ｃ方向に回転駆動し、同じく矢印Ｃ方向に現像剤２６を搬送する。非磁性トナーと磁性キャリヤからなる現像剤２６は、上記複数の磁極により、スリーブ２２ａ上で磁気ブラシを形成しながら搬送される。

２５は規制板である。規制板２５は、Ｎ１極近傍にスリーブ２２ａと所定の間隔をもって配設され、供給ローラ２２とともに搬送される磁気ブラシを形成した現像剤２６を最適な量に均一化する。

２４は対向電極である。対向電極２４は、現像ローラ２１との間に電界を形成することにより、現像ローラ２１上のトナーを一旦剥離させるとともに、再付着させてトナー薄層を再形成する。

対向電極２４は、現像ローラ２１と供給ローラ２２とが対向する位置より現像ローラ２１回転方向（矢印Ｂ方向）の上流側に、現像ローラ２１の軸方向に沿って、現像ローラ２１と所定の間隔を有するように近接配置されている。対向電極２４は、現像ローラ２１に対して所定の電界を形成することができれば、板状、棒状など、その形状は問わない。

２３は撹拌ローラである。撹拌ローラ２３は、トナー（負極性）とキャリヤからなる現像剤２６を混合撹拌し、供給ローラ２２に供給する。

３１は現像ローラ２１に交流バイアス電圧Ｖａｃを印加する交流バイアス電源であり、３２は現像ローラ２１に直流バイアス電圧Ｖｄｃを印加する直流バイアス電源である。

３４は対向電極２４に直流バイアス電圧Ｖｅを印加する直流バイアス電源である。

３６は供給ローラ２２に直流バイアス電圧Ｖｓを印加する直流バイアス電源である。

図３を用いて、上記各バイアス電圧の関係を説明する。図３は、上記各バイアス電圧の実例を、横軸時間、縦軸電位で図示したものである。

４６は、供給ローラ２２に対する直流バイアス電圧Ｖｓ（例えば−４００Ｖ）を示したものである。４２は、現像ローラ２１に対する直流バイアス電圧Ｖｄｃ（例えば−３００Ｖ）を示したものである。現像ローラ２１に対する直流バイアス電圧Ｖｄｃは、供給ローラ２２に対する直流バイアス電圧Ｖｓよりも絶対値が小さく設定されている。

４４は、対向電極２４に対する直流バイアス電圧Ｖｅを示したものである。Ｖｅとしては、感光体ドラム１１の非画像部領域の潜像電位とほぼ同レベルの電圧（例えば−５００Ｖ）が印加される。感光体ドラム１１の非画像部領域の潜像電位は、例えば−５５０Ｖとし、画像部領域の潜像電位は、例えば−１５０Ｖとする。

４１は、４２の現像ローラ２１に対する直流バイアス電圧Ｖｄｃに、同じく現像ローラ２１に対する交流バイアス電圧Ｖａｃを重畳した印加電圧を示したものである。交流バイアス電圧Ｖａｃは、例えば、周波数２〜３ｋＨｚ、ピーク間電圧１６００Ｖ、現像位相デューティ２０〜５０％とする。

これらのバイアス電圧の関係は、トナーの移動に関わってくる。トナーが負極性であることから、各構成要素間のトナーの移動しやすい方向は次のようになると推定される。

（１）現像ローラ２１と供給ローラ２２との間
図３における４１（直流成分は４２）と４６を比較して判断すると、Ｖａｃ＋Ｖｄｃの値がＶｓより＋側であるとき、トナーは供給ローラ２２から現像ローラ２１へ移動しやすく、Ｖａｃ＋Ｖｄｃの値がＶｓより−側であるとき、トナーは現像ローラ２１から供給ローラ２２へ移動しやすい。

（２）現像ローラ２１と感光体ドラム１１との間
感光体ドラム１１における画像部領域では、トナーは現像ローラ２１から感光体ドラム１１へ移動しやすく、感光体ドラム１１における非画像部領域では、トナーは感光体ドラム１１から現像ローラ２１へ移動しやすい。

（３）現像ローラ２１と対向電極２４との間
図３における４１（直流成分は４２）と４４を比較して判断すると、Ｖａｃ＋Ｖｄｃの値がＶｅより＋側であるとき、トナーは対向電極２１から現像ローラ２１へ移動しやすく、Ｖａｃ＋Ｖｄｃの値がＶｅより−側であるとき、トナーは現像ローラ２１から対向電極２１へ移動しやすい。

上記（３）から分かるように、現像ローラ２１と対向電極２４間では、交流電界によりトナーは現像ローラ２１から一旦剥離はされても、最終的には現像ローラ２１側に付着して現像ローラ２１上にトナー層を再形成する。

（現像装置の動作）
次に図１及び図２を用いて、現像装置１４の動作について説明する。

現像器ハウジング２０内の現像剤２６は、撹拌ローラ２３によって混合撹拌されながら、供給ローラ２２のスリーブ２２ａ表面側へと搬送される。搬送されてきた現像剤中のキャリヤとスリーブ２２ａの磁極Ｎ１との間に働く磁力によって、現像剤２６はスリーブ２２ａ表面、すなわち供給ローラ２２表面に付着する。

供給ローラ２２表面に付着した現像剤２６は、供給ローラ２２のスリーブ２２ａの回転と、磁極Ｎ１と磁極Ｓ１の間に働く磁力とにより、スリーブ２２ａの回転方向（矢印Ｃ方向）に移動しつつ、現像ローラ２１と対向する位置に配設された規制板２５によってその現像剤の搬送量を規制され、現像ローラ２１と対向する磁極Ｎ２近傍まで搬送される。

搬送されてきた供給ローラ２２上の現像剤２６は、磁極Ｎ２の磁力を受けて磁気ブラシとなり、現像ローラ２１の表面に接触し、両ローラの回転とともに磁気ブラシが現像ローラ２１表面を摺擦する。

しかも、供給ローラ２２と現像ローラ２１にそれぞれ印加されたバイアス電圧（Ｖｓ及びＶａｃ＋Ｖｄｃ）によって、供給ローラ２２から現像ローラ２１に向かう電界が形成されているので、供給ローラ２２上に形成された磁気ブラシ中のトナーは、現像ローラ２１側に移動し、現像ローラ２１の表面に付着して、一定の厚さのトナー層を形成する。

このとき、トナーの移動の大部分は、供給ローラ２２と現像ローラ２１が最近接する位置よりも、現像ローラ２１回転方向上流側で行われる。

また現像ローラ２１の表面に付着したトナーは、現像ローラ２１の回転に伴って感光体ドラム１１と対向する現像領域へと搬送される。

この現像領域において、現像ローラ２１には直流バイアスに交流バイアスが重畳された現像バイアス電圧（Ｖａｃ＋Ｖｄｃ）が印加されているため、現像ローラ２１と感光体ドラム１１との間に形成される振動電界によって、トナーは感光体ドラム側へと移動して、感光体ドラムの表面に形成された静電潜像を現像する。

この現像位置において、現像ローラ２１の表面に付着したトナーは、感光体ドラム側へと移動するトナーと現像ローラ２１上に残存するトナーとに別れる。これらのうち現像ローラ２１上に残存したトナーは、現像ローラ２１の回転に伴って、再び供給ローラ２２側へと搬送される。

現像ローラ２１上の現像残トナーは、現像ローラ２１の回転と共に搬送され、供給ローラ２２との対向位置に至るまでに、現像ローラ２１に対向して所定の間隔で配設された対向電極２４との間隙を通過する。

現像ローラ２１と対向電極２４には、それぞれバイアス電圧（Ｖａｃ＋Ｖｄｃ及びＶｅ）が印加され、両者の間には振動電界が形成されており、現像ローラ２１上の現像残トナーは現像ローラ２１と対向電極２４の間で剥離／付着が繰り返されるが、最終的には再び現像ローラ２１上にトナー薄層が再形成される。

このように現像残トナーの薄層に、一旦剥離／付着の振動電界を付与することで、現像ローラ２１表面に強固に付着した微粉トナーの付着力が低減され、さらにトナー薄層が均一化される。

対向電極２４の作用により振動を付与された残存トナーは、供給ローラ２２との対向位置に搬送され、そこで磁気ブラシの摺擦力、及び供給ローラ２２と現像ローラ２１にそれぞれ印加されるバイアス電圧（Ｖｓ及びＶａｃ＋Ｖｄｃ）の電位差によって供給ローラ２２上の磁気ブラシに取り込まれて回収される。

その後、現像ローラ２１に新たなトナーを供給し、且つ現像残トナーを回収した供給ローラ２２上の現像剤２６は、スリーブ２２ａの回転に伴って磁極Ｎ３近傍まで搬送され、さらに磁極Ｎ１方向へと移動しようとする。しかし、スリーブ２２ａ上のこの領域では反発磁界が形成されているために、現像剤２６は移動することができず、供給ローラ２２表面から剥離されて撹拌ローラ２３へと戻される。

撹拌ローラ２３には、図示しないトナーホッパーから新しいトナーが供給されており、この供給された新しいトナーと供給ローラ２２から剥離された現像剤２６とが、撹拌ローラ２３において撹拌され、所定のトナー濃度となる現像剤が再び形成される。その後、この現像剤は、撹拌ローラ２３によって再び供給ローラ２２に供給される。

上述のように、本実施の形態では、従来の磁気ブラシの摺擦力と電界による供給ローラ２２での回収とは別に、現像残トナーの現像ローラ２１との付着力を低減、及び均一化する振動電界を回収前に施すので、現像残トナーの回収性が高まり、濃度低下やゴーストなどの現像履歴の発生を抑制することができる。

さらに、対向電極２４には感光体ドラム１１の非画像領域とほぼ同等の電位を付与することができるので、トナーの付着を防止し、画像形成しない時などに対向電極２４を清掃する処理なども必要ない。すなわち、対向電極２４はトナー層の再形成により現像残トナーの回収性を高めるだけで、回収自体は供給ローラ２２に任せることにより、トナーの付着、回収に関わる機能動作は必要がない。
〔実施例１〕
図１及び図２に示す構成の現像装置を用いて、実際に連続印刷を行い、現像ローラ上の残存トナーの特性の変化を評価した。また印刷された画像のゴーストや濃度低下などの発生状況を評価した。

使用した現像装置の設定条件は、以下の通りである。

現像ローラについては、アルミニウム基体に陽極酸化膜表層（１０μｍ）を設けたローラを使用した。現像ローラ径はφ１８ｍｍで、対向する感光体ドラムとのギャップは１５０μｍに設定した。現像ローラの回転方向は、感光体ドラムとの近接部において感光体ドラムと同方向（図１矢印Ａ、Ｂ参照）で、その周速度は１５０ｍｍ／ｓとした。

現像ローラに印加する現像バイアスは、直流バイアス電圧Ｖｄｃを−３１０Ｖとし、周波数２ｋＨｚの交流バイアス電圧Ｖａｃ（ピーク間電圧１６００Ｖ、現像位相のデューティ４０％）を重畳して印加した。

供給ローラについては、アルミニウムのスリーブを使用し、表面に８μｍＲｚのブラスト処理をした。内部の固定磁極は図２の配置構成である。供給ローラ径はφ１８ｍｍで、対向する現像ローラとのギャップは４５０μｍに設定した。供給ローラ、すなわちスリーブの回転方向は、現像ローラとの近接部において現像ローラと逆方向（図１矢印Ｂ、Ｃ参照）で、その周速度は２２０ｍｍ／ｓとした。

供給ローラに印加するバイアス電圧Ｖｓは、−４００Ｖの直流バイアス電圧とした。

対向電極については、ステンレス製の対向電極を用いて、対向する現像ローラとのギャップＤｇを０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、０．７ｍｍと４通りに設定した。

対向電極に印加する直流バイアス電圧Ｖｅは、−３００Ｖから−７００Ｖまで、１００Ｖ刻みの５通りに設定した。

感光体ドラムと現像剤の設定条件は、以下の通りである。

感光体ドラムについては、ドラム径φ３０ｍｍのＯＰＣ感光体を使用した。感光体の周束度は１００ｍｍ／ｓであり、感光体の表面電位が、非画像形成部で−５５０Ｖ、画像形成部で−１５０Ｖとなるように帯電、露光条件を合わせて設定した。

現像剤については、二成分現像剤であり、体積平均粒径６．３μｍの負極性重合トナーと、体積平均粒径３３μｍのシリコーン樹脂コートしたフェライトキャリヤを用いた。

上記の条件設定で、画像濃度比率２％の画像を１０００枚印刷し、その初期と１０００枚後の現像ローラ上の残存トナー層をサンプルし、トナー帯電量とトナー粒径を測定した。また、そのときの出力画像に対して、画像ゴーストの発生状況と濃度低下を目視評価した。

上述したように実施例は、対向電極に印加する直流バイアス電圧Ｖｅが５通り、対向電極と現像ローラとのギャップＤｇが４通りで、２０通りの条件（実施例１−１〜１−２０）で実施した。また、比較例１として、直流バイアス電圧Ｖｅ＝−１００ＶとギャップＤｇ＝０．３ｍｍの組み合わせ、すなわち直流バイアス電圧Ｖｅの絶対値が小さく、対向電極の電位が現像ローラの電位に対して平均的に−側となるため、現像ローラ上でのトナー層剥離後、トナー層の再形成が起こらない条件で実施した。また、比較例２として対向電極自体を設けない条件でも実施した。

実施例１−１から実施例１−２０までの結果を表１から表４に示す。比較例１と２についての結果を表５に示す。

表１はギャップＤｇ＝０．１ｍｍでの実施結果であり、それぞれ、表２はＤｇ＝０．３ｍｍ、表３はＤｇ＝０．５ｍｍ、表４はＤｇ＝０．７ｍｍでの実施結果を示す。

各表において、Ｖｅは対向電極に印加する直流バイアス電圧であり、Ｖａｖｅは現像ローラに印加されている現像バイアスＶｄｃ＋Ｖａｃの面積平均値である。

図４に、交流の現像バイアスについての面積平均値の考え方を示す。図４において、横軸は時間、縦軸は電位を表す。ライン６１は直流と交流のバイアスが重畳された現像バイアスＶｄｃ＋Ｖａｃを示している。ライン６２は現像バイアス電位の面積平均値である。すなわち、図におけるライン６２とライン６１の関係において、ライン６１がライン６２を上回る領域、つまりエリア６３の面積と、ライン６１がライン６２を下回る領域、つまりエリア６４の面積とが、等しくなるような電位レベルが面積平均値である。

各表において、電位差は上記ＶａｖｅとＶｅの差であり、現像ローラと対向電極の間の平均的な電界を表す。すなわち、後述のように、この電界の強さに評価結果が依存するのである。

荷電変化は初期と比べて、１０００枚印刷後にどのくらい現像ローラ上のトナーの帯電量が増加したかを示す。すべての実施例、比較例で帯電量は増加の方向にあるが、これは前述したように微粉トナーの増加に起因するものであり、増加が大きいほど濃度低下、ゴースト発生が起こりやすくなる。

粒径変化も同じく、初期と比べて、１０００枚印刷後にどのくらい現像ローラ上のトナーの平均粒径が減少したかを示す。これもすべての実施例、比較例で平均粒径は減少の方向であり、微粉トナーの増加を裏付けている。

画像の評価におけるゴーストは、図５のような画像を用いて評価した。図５は、ゴーストの評価のために用いた画像が良好に再現されている場合とゴーストが発生している場合を示す図である。

図５において、５０ａはゴーストが発生せず良好に再現された画像である。５１は濃度測定用に設けられた最高濃度の領域である。周囲は最小濃度、すなわちトナーの付着しない白領域である。５２は薄いグレイの領域であり、画像形成時には５１の最高濃度領域より後で現像されることになる。

５０ｂはゴーストが発生した場合の例である。５１の最高濃度の領域は、特に問題ない。しかし５２のグレイの領域には、５３の白抜けした領域が発生している。これがゴーストである。その発生は、以下のようなプロセスによる。

画像形成時には５１の領域が先行して現像される。すなわち５１に相当する感光体上の領域は、周囲の領域と比べてトナーが多く現像される。これを現像ローラの側から見れば、一部分だけ特に多量にトナーを消費することになる。すなわち現像ローラ上でトナー付着量のバランスが崩れた状態が発生する。

現像ローラが回転して、次に感光体を現像するまでに、現像剤のリフレッシュが十分にできればよいが、残存トナーの不均一な状態が次に現像するときに残っていれば、５０ｂにおけるグレイ領域５２のようなトナー付着の少ない目立ちやすい領域では、現像されるトナー量のバランスのずれが図のように残像（ゴースト）として現れてくる。

ゴースト発生の評価は、図５に示したような画像で１０００枚印刷後の画像を目視して発生の有無を評価した。ゴーストの発生なしが○、僅かにゴーストが発生したと認められるが許容範囲内であれば△、明らかにゴーストが発生したと認められれば×とした。濃度低下も同様に、目視を基本として○△×で評価した。

表１から表５の評価結果を見れば、実施例ではすべてゴースト発生、濃度低下ともに○もしくは△であるが、比較例ではすべて×である。

表５の比較例１のように電位差が５０Ｖ以下であると、対向電極にトナーが堆積し、品質的にもゴーストの発生、濃度低下が見られる。また堆積したトナーが機外に溢れ出し、周辺を汚染する問題も生じた。また表５の比較例２のように、対向電極自体を設けない場合は、荷電変化や粒径変化が大きく、ゴーストの発生、濃度低下が著しいという結果となった。

実施例１−１から１−２０においては、すべて良好な画像が得られたが、一部評価が△の実施例もある。これは、対向電極と現像ローラ間の電界の影響に関わるものであり、表１から４で示されたように、電位差が２５０Ｖから４５０Ｖ程度の実施例が最も安定した効果が得られている。

従って、現像ローラのバイアス電圧及び対向電極のバイアス電圧は、両者の電位差が２５０Ｖから４５０Ｖ程度になるように設定されることが望ましい。電界の向きは、トナーが現像ローラ側に誘導される向きである。

また対向電極と現像ローラとのギャップＤｇの広さも、電界強度に影響するので、よりよい効果が得られるように設定を検討した方がよい。Ｄｇが０．７ｍｍの実施例では、画像品質にやや懸念点が見られる。またギャップＤｇを０．１ｍｍより小さく設定することは実際上困難であり、リークの危険性も高くなる。

従って対向電極と現像ローラとのギャップＤｇは、０．１ｍｍから０．５ｍｍ程度に設定することが望ましい。
〔実施例２〕
実施例１とは印加するバイアス電圧が異なる構成の現像装置を用いて、実際に連続印刷を行い、現像ローラ上の残存トナーの特性の変化を評価した。また印刷された画像のゴーストや濃度低下などの発生状況を評価した。

図６に実施例２での構成を示す。実施例１での構成（図２）と異なるのは現像ローラ２１と供給ローラ２２と対向電極２４に印加するバイアス電圧である。図２（実施例１）では現像ローラ２１に直流バイアス電源３２と交流バイアス電源３１により直流バイアスＶｄｃと交流バイアスＶａｃを重畳していたが、図６（実施例２）では直流バイアス電源３２による直流バイアスＶｄｃのみとなっている。替わりに、図２（実施例１）の構成では直流バイアス電源３４による直流バイアスＶｅが印加されていた対向電極２４に、図６（実施例２）では直流バイアス電源３４と交流バイアス電源３３により直流バイアスＶｅｄｃと交流バイアスＶｅａｃが重畳して印加されている。また、図２（実施例１）では直流バイアス電源３６による直流バイアスＶｓが印加されていた供給ローラ２２にも、図６（実施例２）では直流バイアス電源３６と交流バイアス電源３５により直流バイアスＶｓと交流バイアスＶａｃが重畳して印加されている。

具体的なバイアス条件を含め、使用した現像装置の設定条件について、実施例１と異なる点を以下に示す。

現像ローラについて実施例１と異なるのは、対向する感光体ドラムとのギャップを１００μｍに設定したこと、及び現像ローラに印加する現像バイアスを、直流バイアス電圧Ｖｄｃ（−６５０Ｖ）としたことである。

供給ローラについて実施例１と異なるのは、供給ローラに印加するバイアス電圧Ｖｓとして、−４００Ｖの直流バイアス電圧に、周波数２ｋＨｚの交流バイアス電圧Ｖａｃ（ピーク間電圧１６００Ｖ、デューティ５０％）を重畳して印加したことである。

対向電極について実施例１と異なるのは、対向する現像ローラとのギャップＤｇを０．３ｍｍに固定設定したこと、及び対向電極に印加するバイアスとして、直流バイアス電圧Ｖｅｄｃを−８００Ｖから−１２００Ｖまでの５通りに設定し、それに周波数２ｋＨｚの交流バイアス電圧Ｖｅａｃ（ピーク間電圧１４００Ｖ、現像位相のデューティ５０％）を重畳して印加したことである。

感光体ドラムと現像剤の設定条件は、実施例１と同様である。

上記の条件設定で、実施例１と同様に、画像濃度比率２％の画像を１０００枚印刷し、その初期と１０００枚後のトナー帯電量とトナー粒径を測定し、またそのときの出力画像に対して、画像ゴーストの発生状況と濃度低下を目視評価した。

上述したように実施例は、対向電極に印加する直流バイアス電圧Ｖｅｄｃが５通りの条件（実施例２−１〜２−５）で実施した。

実施例２−１〜２−５についての結果を表６に示す。

表６において、Ｖｄｃは現像ローラに印加する直流バイアス電圧であり、Ｖｅａｖｅは対向電極に印加されている現像バイアスＶｅｄｃ＋Ｖｅａｃの面積平均値である。面積平均値については既に述べたとおりである。

また、電位差は上記ＶｄｃとＶｅａｖｅの差であり、現像ローラと対向電極の間の平均的な電界を表す。すなわち、実施例１と同様に、この電界の強さに評価結果が依存するのである。

すべての実施例で、実施例１と同様に、荷電変化が帯電量増加の方向にあり、粒径変化も同じく平均粒径減少の方向にある。

出力画像の評価、すなわちゴースト、濃度低下の発生の評価方法についても実施例１と同じである。

表６の評価結果を見れば、実施例ではすべてゴースト発生、濃度低下ともに○もしくは△である。

対向電極と現像ローラ間の電界の影響についていうと、実施例１と同様に電位差が２５０Ｖから４５０Ｖ程度が最も安定した効果が得られた。

実施例１の結果と実施例２の結果を合わせると、現像ローラのバイアス電圧及び対向電極のバイアス電圧の適正な関係は、一方の直流バイアスに交流バイアスが重畳されたバイアスの面積平均電位と、他方の直流バイアスの電位差が２５０Ｖから４５０Ｖ程度であることが望ましく、かつ対向電極側にはトナーが付着しないように電界が形成されることが望ましい。

以上述べてきたような実施形態例により、ハイブリッド方式の現像装置において、対向電極を適切に配置し、適切な印加電界を形成することで、現像ローラ上の現像残トナーを磁気ブラシで回収する前に、予め付着しているトナー薄層の再形成を行い、現像ローラ上に残存している微粉トナーの現像ローラに対する付着力を低減させ、磁気ブラシによる回収性を高めることにより、現像ローラ上の微粉トナーの蓄積を防止し、新たなトナーへの置き換えを促進することで、現像ローラ上に残存した微粉トナーに起因する濃度低下などの現像性能低下や、また前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象の発生などを、長期的に安定して抑制することができる現像装置及び画像形成装置を提供することができる。

なお、上述の実施形態例は、すべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施形態に係る現像装置の一例を構成要素として含む画像形成装置の、画像形成部の概略構成を示す構成図である。 実施例１で用いた現像装置の詳細構成を説明する構成図である。 現像装置に関わる各バイアス電圧の関係を説明するための図である。 交流の現像バイアスについての面積平均値の考え方を説明するための図である。 ゴーストの評価画像において、ゴーストの発生状況を説明するための図である。 実施例２で用いた現像装置の詳細構成を説明する構成図である。

符号の説明

１１ 感光体ドラム
１２ 帯電器
１３ 露光部
１４ 現像装置
１５ 転写ローラ
１６ 定着部
１７ クリーナブレード
１９ 転写材
２０ 現像器ハウジング
２１ 現像ローラ
２２ 供給ローラ
２４ 対向電極
２５ 規制板
２６ 現像剤
３１ 交流電源（現像ローラ用）
３２ 直流電源（現像ローラ用）
３３ 交流電源（対向電極用）
３４ 直流電源（対向電極用）
３５ 交流電源（供給ローラ用）
３６ 直流電源（供給ローラ用）
４１ 現像ローラバイアスＶａｃ＋Ｖｄｃ
４２ 現像ローラバイアスＶｄｃ
４４ 対向電極バイアスＶｅ
４６ 供給ローラバイアスＶｓ
５０ａ ゴースト発生なし画像
５０ｂ ゴースト発生あり画像
５１ 最大濃度領域
５２ グレイ領域
５３ ゴースト発生領域
６１ 直流と交流が重畳されたバイアス電位
６２ バイアス電位の面積平均値
６３ バイアス電位がその面積平均値を上回る領域
６３ バイアス電位がその面積平均値をした回る領域

Claims (7)

1. 静電潜像担持体に対向して配設され、その表面にトナーを薄層状態で担持搬送し、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するトナー担持体と、
   前記トナー担持体に対向して配設され、その表面にトナーとキャリヤからなる磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを前記トナー担持体に摺擦させて、前記トナー担持体上のトナーを回収するとともに、前記トナー担持体へ新たなトナーを転移させる現像剤担持体とを備えた現像装置において、
   前記トナー担持体と前記静電潜像担持体との対向位置より前記トナー担持体の回転方向下流側で、かつ前記現像剤担持体と前記トナー担持体との対向位置より前記トナー担持体の回転方向上流側の位置に、前記トナー担持体と対向し前記トナー担持体と所定の間隔をおいて配設される対向電極を有し、
   前記対向電極と前記トナー担持体の少なくとも一方に直流バイアス電圧と交流バイアス電圧とを重畳した電圧を印加することにより、前記対向電極と前記トナー担持体との間に振動電界を形成して前記トナー担持体上のトナーを振動させ、
   さらに、前記振動電界により振動したトナーが前記トナー担持体側に誘導され、前記トナー担持体上に再付着して薄層を形成するよう、前記対向電極の電位と前記トナー担持体の電位との関係が決定されていることを特徴とする現像装置。
2. 前記対向電極の電位と前記トナー担持体の電位との関係は、前記対向電極の電位から前記トナー担持体の電位を差し引いた電位波形の面積平均値が、トナーの正規帯電極性と同極性で、絶対値が２５０Ｖ以上４５０Ｖ以下であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記対向電極に直流バイアス電圧を印加し、前記トナー担持体に直流バイアス電圧と交流バイアス電圧とを重畳した電圧を印加し、
   前記対向電極の直流バイアス電圧から前記トナー担持体に重畳した電圧の電位波形の面積平均値を差し引いた電位差が、トナーの正規帯電極性と同極性であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記対向電極に直流バイアス電圧と交流バイアス電圧とを重畳した電圧を印加し、前記トナー担持体に直流バイアス電圧を印加し、
   前記対向電極に重畳した電圧の電位波形の面積平均値から前記トナー担持体の直流バイアス電圧を差し引いた電位差が、トナーの正規帯電極性と同極性であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 前記対向電極の電位から前記トナー担持体の電位を差し引いた電位波形の面積平均値の絶対値が２５０Ｖ以上４５０Ｖ以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の現像装置。
6. 前記対向電極と前記トナー担持体との間隔は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の現像装置。
7. 静電潜像担持体上から転写されたトナー像を定着することによって記録材上に画像を形成する画像形成装置であって、
   請求項１から６の何れか一項に記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images