JP2005055853A

JP2005055853A - 画像形成装置

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Publication number: JP2005055853A
Application number: JP2003341660A
Authority: JP
Inventors: Yuji Doura; 祐史堂裏
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2003-07-22
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】簡単、安価な構成で、供給ローラと現像ローラ間のリークを防止した現像装置を有する画像形成装置を提供することが課題である。
【解決手段】磁気ブラシを介して導通する供給ローラと現像ローラ間にリーク防止手段を介在させ、現像ローラ上に担持した荷電トナーから磁気ブラシを経由して供給ローラに大電流が流れ込むのを防止したことを特徴とする。
【選択図】図１

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、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて感光体上に形成された潜像に飛翔させ、現像するようにした非接触現像方式に供される現像装置を有する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、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて感光体上の静電潜像に飛翔させ、該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がある。

このうちハイブリッド現像方式は、従来、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、特に感光体（潜像担持体）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、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きた。

しかしながらこの１ドラム色重ね方式では、使用する色数分の現像装置を感光体の周りに配置せねばならないから、感光体が大型になり、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。また、この場合の現像方式としてハイブリッド現像方式を用いると、現像ローラが感光体と非接触であるから感光体のトルク変動をきたすことがなく、タンデム型の弱点である色ずれをおこさず、ドット再現性に優れた長寿命化が可能な高速の画像形成装置が提供できる。

またこのハイブリッド現像方式では、現像剤中に現像されない微粉や外添剤等が含まれると現像性を落とす原因となる。そこで現像性を向上させるため、現像ローラと感光体ドラム間距離を狭くする、又は、現像ドラムに印加する交流バイアスのピーク電圧（Ｖｐｐ）を高くする、などの方法が用いられているが、このようにすると、現像ローラ上のトナー層と感光体ドラムの間でリークが発生し、白地上にφ０．１〜２．０ｍｍの色点や黒点が生じる不良画像が発生する。

また、この種のハイブリッド現像方式においては、供給ローラのキャリアによって形成される磁気ブラシによって供給ローラと現像ローラとが接触しているため、現像ローラ上のチャージアップされたトナー層から供給ローラへリークが発生して大電流が流れることがある。これは、絶縁性キャリアを用いると、チャージアップによって現像性が落ちるため、キャリアとして１０^８〜１０^１０Ωｃｍのどちらかと言えば導電性に近いキャリアを使用しているためであり、湿度などの環境条件により、現像ローラと磁気ブラシを介した供給ローラ間の抵抗値が低下し、磁気ブラシを通じてリークが発生してしまうわけである。この場合、このリークに起因したノイズによって露光系が誤動作し、露光系を構成するLEDやレーザーが光ってはいけないタイミングで光る、あるいは光るべきタイミングで光らない瞬間が生じ、走査方向に、原画像にない線が描画される（横筋ノイズ）、あるいは必要な線が描画されないなどの不良画像となってしまう。

このうち、現像ローラ上のトナー層と感光体ドラムの間でのリークによる色点や黒点を押さえる方法としては、例えば特許文献１および２には、内部に静止磁石を有し、磁石ローラで構成した供給ローラ上の磁気ブラシから現像剤を移し取り、感光体ドラム上の潜像を現像するようにした現像ローラを有する現像装置に於いて、現像時における感光体電荷のリーク防止のため、現像ローラ表面に１０^６Ω以上のアルマイト加工などによる絶縁層を設けることが示されている。

また特許文献３には、１成分現像剤を表面に担持し、潜像担持体に接触して接触現像する現像ローラを金属で形成した場合、潜像担持体の非画像部に感光層の一部が欠如したピンホールがあると、現像ローラの現像剤のない現像剤非担持領域がこのピンホールと直接接触し、潜像担持体から現像ローラへ許容電流値より大きな電流が流れ、画像部に白抜けや筋状の黒色部が発生することがあるため、現像ローラ表面をアルマイト処理し、大電流が流れるのを防止した現像装置が示されている。

さらに特許文献４には、こういったリーク防止が目的ではないが、現像スリーブの背面に配置されたトナー収容槽に、現像スリーブに対向する供給ローラとブレードとを設け、供給ローラ表面に形成された微小凹部にトナーを取り込んで現像スリーブ表面に供給するようにした現像装置に於いて、供給ローラの微小凹部に保持されたトナーがブレードとの対向部を通過する際、ブレードの圧接力で凹部下流側に押しやられて凝集固化するのを防止するため、凹部をトナー径より大きくすると共に内部にトナー径より小さい微小凹凸を設け、さらに、荷電量調節のため、供給ローラ表面を樹脂で被覆したり、硬度アップのためにアルマイト処理することが示されている。

また特許文献５には、これもリーク防止が目的ではないが、非磁性１成分現像方式においては、トナーに対する帯電付与がトナー供給ローラと層規制部材のみで行われるため、トナーを飽和帯電させることが難しく、帯電量の不均一とベタ画像に続いて中間調が続くような場合は「現像メモリ」が発生するため、表面にフッ素樹脂などの絶縁性樹脂をコーティングした剥離ローラを設け、現像ローラ上の残留トナーを剥離して「現像メモリ」を防止することが行われている。しかし、剥離ローラにトナーが固着したり、絶縁性樹脂が剥がれ、「現像メモリ」による不具合が発生する為、剥離ローラを金属ローラとし、表面に陽極酸化処理を施して絶縁性酸化金属層を設けて使用するようにした現像装置が示されている。

特公平２−３７５９４号公報特開２００１−３１８５２６号公報特開２００１−３４３８２９号公報特公平８−１２５１０号公報特開平９−１９００７０号公報

しかしながら、前記特許文献１乃至３に示されているのは現像ローラと感光体ドラムの間のリーク防止技術であり、供給ローラと現像ローラ間のリークは、現像ローラをアルマイト処理しても、現像ローラ上のチャージアップしたトナーから磁気ブラシを経由して供給ローラに流れ込むリークを防止することはできない。しかも、間に磁気ブラシを経由しているため、現像ローラと感光体ドラムの間のリークよりも大電流が流れやすく、基板類の信号線にノイズを与え、特に露光系の信号線に影響が出た場合は、前記した横筋ノイズや誤動作など重大な問題が防ぎきれずにいた。

また、現像ローラと感光体ドラムの間のリークによる黒点や色点は、現像ローラと感光体ドラムが非接触であるためリークによる電流量は低く、画像欠陥としての不具合だけであるが、供給ローラと現像ローラ間のリークは基板に影響を与え、誤動作を起こさせることによって画像だけでなく、ハード的不具合をも誘発させる場合がある。

また特許文献４と５に示された技術も、本願が目的とする供給ローラと現像ローラ間のリーク防止技術ではなく、荷電量調節のために供給ローラ表面を樹脂で被覆したり、硬度アップのために供給ローラや剥離ローラ表面をアルマイト処理しているだけである。

そのため本発明においては、簡単、安価な構成で供給ローラと現像ローラ間のリークを防止した現像装置を有する画像形成装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明においては、
内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成した磁性キャリアと非磁性トナーからなる磁気ブラシを、現像ローラに摺擦させながら両ローラ間に印加した搬送バイアスを利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像する現像方式による画像形成装置において、
前記磁気ブラシを介して導通する供給ローラと現像ローラ間にリーク防止手段を介在させたことを特徴とする。

そして本発明においては、前記リーク防止手段が、前記キャリアの抵抗値より大になるように前記供給ローラの表面に形成された高抵抗若しくは絶縁膜である。

また、前記リーク防止手段が、前記磁気ブラシを担持する供給ローラの表面抵抗を１０^９Ω以上に設定した、該供給ローラの表面に形成された高抵抗若しくは絶縁膜であってもよい。

そして、供給ローラの表面抵抗を現像ローラの表面抵抗より大にすることが好ましい。

前記リーク防止手段が、磁気ブラシを介してトナー供給ローラとトナー薄層が形成された現像ローラとの間に印加するバイアス電源の、突入電流制限手段としてもよい。

また、前記供給ローラの基材として導電材を使用し、その表面に酸化膜処理を施して成る絶縁若しくは高抵抗酸化金属層を被着することが好ましい。

さらに前記供給ローラの基材として導電材を使用し、その表面に前記絶縁層としてフェノール樹脂又はエポキシ樹脂を基材としたコーティング材を用いることが好ましい。

このように、磁気ブラシを介して導通する供給ローラと現像ローラ間にリーク防止手段を介在させたことにより、現像ローラ上に担持した荷電トナーから磁気ブラシを経由して供給ローラに大電流が流れ込むのを防止して簡単、安価な構成で供給ローラと現像ローラ間のリークを防止でき、横筋ノイズや基板への影響による誤動作、ハード的不具合などを防止できる画像形成装置を提供することができる。

そしてリーク防止手段を、キャリアの抵抗値より大になるように供給ローラの表面に形成された高抵抗若しくは絶縁膜とすることにより、例え湿度などの環境条件が変化し、キャリアがリーク条件を満たすよう表面抵抗が下がるようなことがあっても、供給ローラ表面にキャリアの抵抗より大きな抵抗値となる高抵抗若しくは絶縁膜があることにより、リークは確実に防止できる。

また、前記リーク防止手段が、前記磁気ブラシを担持する供給ローラの表面抵抗を１０^９Ω以上に設定した、該供給ローラの表面に形成された高抵抗若しくは絶縁膜とし、さらには、供給ローラの表面抵抗を現像ローラの表面抵抗より大にすることにより、リークを防止することが可能となる。

さらにリーク防止手段を、磁気ブラシを介してトナー供給ローラとトナー薄層が形成された現像ローラとの間に印加するバイアス電源の、ロウパスフィルタなどで構成した突入電流制限手段とすることにより、非常に簡単な構成で供給ローラと現像ローラ間のリークを防止できる。

また、前記供給ローラの基材として導電材を使用し、その表面に酸化膜処理を施して成る絶縁若しくは高抵抗酸化金属層を被着することが好ましく、さらに、前記供給ローラの基材として導電材を使用し、その表面に前記絶縁層としてフェノール樹脂又はエポキシ樹脂を基材としたコーティング材を用いても良い。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等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に限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる画像形成装置における現像装置の一実施例の模式図、図２は本発明になる画像形成装置における現像装置と従来の現像装置における横筋リークの発生状況を示した表、図３は本発明になる画像形成装置における現像装置の供給ローラの耐摩耗性を確認したグラフ、図４は、本発明になる画像形成装置における現像装置のリーク防止用突入電流制限手段の一実施例である。

図中１は感光体（潜像担持体）、２はＬＥＤなどを使った露光装置、３は感光体ドラム位置を帯電するための帯電器、４は現像ローラ、５は内部に磁石集成体（磁極）６を有して回転し、表面にキャリアとトナーからなる磁気ブラシ１０を担持して回転するスリーブからなる供給ローラ、７は供給ローラ５上の磁気ブラシ１０の厚さを規制する規制ブレード、８ａ、８ｂはトナーコンテナ９から供給されるトナーをキャリアと混合して撹拌し、帯電させるためのミキサー、１１は記録紙、１２は現像装置、１５は現像ローラ４に交流バイアスを印加するための交流電源、１６は同じく直流バイアスを印加するための直流電源、１７は供給ローラ５に直流バイアスを印加するための直流電源、２０は画像形成装置、２２は抵抗、２３はコンデンサ、図５において５３は給紙カセット、５４は無端状ベルト、５８は転写装置、５９は定着装置で、抵抗２２とコンデンサ２３は、供給ローラ５へバイアスを印加するバイアス電源による突入電流制限手段としてのロウパス・フィルタを構成する。なお、感光体１はベルト状の感光体ベルトで構成しても良いことは言うまでもない。

このうち感光体（潜像担持体）１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。

露光装置２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、感光体ドラム１として正帯電有機感光体を用い、露光装置２の光源としてＬＥＤを用いた場合を例に説明してゆく。

現像ローラ４の最表面は、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）バイアス電源１６、交流（ＡＣ）バイアス電源１５を接続し、回転する現像ローラ４と感光体ドラム１、及び供給ローラ５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。また、供給ローラ５には直流（ＤＣ）バイアス電源１７を接続し、この直流（ＤＣ）バイアス電源１７の電位を例えば４００Ｖとし、直流（ＤＣ）バイアス電源１６の電位を例えば７０Ｖとして、その電位差で現像ローラ４に約１〜１．５ｍｇ／ｃｍ^２のトナー薄層を形成する。この時の現像剤の帯電量は１０〜２０μＣ／gが適正で、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が感光体ドラム１へ飛翔しづらくなり、現像性が低下する。

また、現像ローラ４から感光体ドラム１へトナーを飛翔させるため、現像ローラ４へ交流（ＡＣ）バイアス電源１５から交流電圧を印加することで現像性が得られる。この交流電圧としては、Ｖｐｐが１．５ｋＶ、周波数２．７ｋＨｚで画像濃度、ドット再現、カブリ除去のバランスが取れ、デューティ（Ｄｕｔｙ）
比を２７％にすることで、現像ゴーストを除去することができた。また、現像ローラ４のトナー層表面越しの電位を測定すると約３２０Ｖとなっており、３２０Ｖ−７０Ｖ（全露光後感光体電位）＝２５０Ｖが実質の現像の実効電位であるといえる。

供給ローラ５の表面状態としては、キャリアの搬送性を上げるためにビーズブラスト又はサンドブラストを用いる。この時の表面粗さとしてＲｚ１０μｍ〜２５μｍが好ましい。もし、Ｒｚ１０μｍ以下ならば、キャリアの搬送性が落ちて供給ローラ５上の磁気ブラシ層１０が薄くなり、現像性も落ちる。Ｒｚ２５μｍ以上になると、必要以上のキャリアを搬送してしまい、磁気ブラシ層１０が必要以上に厚くなりすぎて、現像ローラ４と供給ローラ５間のギャップを抜けられなくなり、キャリアが現像器より溢れ出る不具合が発生する。

トナーは、５〜２０μＣ／ｇに制御され、トナー飛散・カブリを防止し、なお且つ、低電界で現像することで現像ローラ４上に現像履歴現象を残さず、トナーの回収性に優れた現像システムができる。

現像剤には、トナーの回収と供給の役割を有する１０^６Ωｃｍ〜１０^９Ωｃｍの体積固有抵抗のキャリアを使い、現像ローラ４と供給ローラ５の間のニップで、強固に静電的に付着したトナーを磁気ブラシで引き剥がし、現像に必要なトナーを供給する。このとき、トナーとの接点を増やすためには、４０μｍ以下の小径キャリアを用い、キャリアの表面積を高めることが好ましい。キャリアとしては、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１０^７Ωｃｍにシリコーン樹脂被覆をし、飽和磁化が７０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用いた。１０^６Ωcm以下では回収を重視した低抵抗キャリアは現像ゴースト対策には有効であるが、正確な帯電をトナーに付与しカブリの発生の無い現像を維持することは困難であり、さらに長期間運転した場合に現像ローラ４表面からトナーが飛散し、帯電器３や露光装置２を汚染する不具合を発生させてしまう。１０^９Ωcm以上の体積固有抵抗では、帯電性能を付与することは可能であるが帯電が上昇しやすい問題があった。キャリアの抵抗値を適正にすることで、現像ローラ４上のトナーを回収しつつ、確実に帯電させたトナーを現像ローラ４に再度投入することが可能になる。

またトナーとキャリアの混合割合は、キャリアおよびトナー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。

現像ローラ４上のトナー薄層は、現像剤の抵抗や現像ローラ４と供給ローラ５の回転速度差などによっても変化するが、この両ローラに与えられる直流バイアス（Ｖ_ｄｃ２）の直流電源１７と直流バイアス（Ｖ_ｄｃ１）の直流電源１６の電位差｜（Ｖ_ｄｃ２）−（Ｖ_ｄｃ１）｜（以下Δと表現する）によっても制御することが可能である。Δを大きくすると現像ローラ４上のトナーの薄層が厚くなり、Δを小さくすると薄い層になる。Δの範囲は、一般的に１００Ｖから２５０Ｖ程度が適切である。そして、現像ローラ４上に１０〜１００μm、好ましくは３０〜７０μmのトナー層を形成し、現像ローラ４と感光体１とのギャップを１５０〜４００μm、好ましくは２００〜３００μmとし、この空間を直流と交流電界によってトナーを感光体１上に飛翔させることで鮮明な画像を得ることができる。

連続印刷での画像濃度を安定させるためには、印刷データによって定期的に現像ローラ４からトナーを剥ぎ取り、リフレッシュする必要がある。これは、現像終了時に交流（ＡＣ）バイアス１５を印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス１７を変化させて現像ローラ４上のトナーを磁気ブラシ１０に回収する。現像終了時毎に現像ローラ４からトナーを剥ぎ取れば常にリフレッシュされるが、再度安定なトナー層を形成するのに時間を要し、十分な印刷速度を達成できない。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ラ４上のトナーを出し入れする時間を調整すればよい。用紙間隔を大きくしないで感光体ドラム１上の潜像に十分なトナーを供給するためには、感光体ドラム１に対して現像ローラ４の周速を１．５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。また、供給ローラ５を現像ローラ４に対して１超２倍以下の速度に設定すると、トナーの入れ替えが促進される。この時、供給ローラ５の回転方向が現像ローラ４に対して逆方向であることが好ましい。

供給ローラ５と現像ローラ４のギャップは４００μｍに設定されており、規制ブレード７と供給ローラ５とのギャップはキャリアの粒径に応じて調整されるが、平均粒径３５μｍのキャリアとトナー１０％の現像剤においては３５０〜５００μｍに設定し、磁気ブラシ１０が現像ローラ４に接触する設定にしてある。現像ローラ４と供給ローラ５のギャップが広すぎると現像剤がローラ間を通過できずに溢れてしまい、狭すぎると現像ローラ４に接触できず、現像ローラ４上のトナーを回収することが困難になる。そのため、現像動作を繰り返すと次第に現像ローラ４にトナーが固着してしまい、感光体１へトナーが飛翔できなくなってしまう。一方、感光体ドラム１と現像ローラ４との距離は１５０〜３００μｍに設定されておりリークと現像性能から調整する。狭くすると、ギャップ間の電界強度が高くなるため現像性が上がって現像装置１２中の微粉の上昇も抑えられ、長寿命化に繋がるが、リークに関する余裕度が狭くなる。本発明においては、この感光体１と現像ローラ４との距離を２５０μｍに設定し、この空間にはワイヤ電極などは用いない。

最初に、このように構成した現像装置を有する本発明になる画像形成装置２０の一実施例の動作について、図５の模式図を用いて説明する。この画像形成装置２０は、無端状ベルト５４が、給紙カセット５３からの記録紙を定着装置５９に向かって搬送可能に配設されており、記録紙を搬送するベルト５４の上側には、ブラック用現像装置１２Ａ、イエロー用現像装置１２Ｂ、シアン用現像装置１２Ｃ及びマゼンタ用現像装置１２Ｄが配設されている。そしてこれらの現像装置１２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）には、それぞれ供給ローラ５（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）、該供給ローラ５（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に近接して現像ローラ４（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配設され、該現像ローラ４に対面して感光体１（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が、さらにこの感光体１の周囲には、帯電器３（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）及び露光装置２（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）が配置されている。

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とキャリアからなる２成分現像剤は、トナーコンテナ９からそれぞれの現像装置１２に供給され、図１に示した供給ローラ５上に磁気ブラシ１０を形成し、攪拌によってトナーが帯電される。そして、供給ローラ５上の磁気ブラシ１０は規制ブレード７によって層規制され、供給ローラ５に加えられた直流バイアス１７と現像ローラ４に加えられた直流バイアス１６間の電位差、及び交流バイアス１５によって現像ローラ４にトナーのみの薄層を形成する。

そして、図示していない制御回路からプリント開始信号が来ると、まず、帯電器３によって正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）で構成された感光体ドラム１が例えば４２０Ｖに帯電され、その後、例えば７７０ｎｍの波長のＬＥＤを用いた露光装置２による露光により、感光体ドラム１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、現像ローラ４に加えられた直流バイアス１６と交流バイアス１５により、現像ローラ４上のトナー薄層から感光体ドラム１に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。そして、給紙カセット５３から記録紙が送りだされてベルト５４で送られて感光体ドラム１に達したとき、転写装置５８（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）による転写バイアスが印加されて記録紙にトナー像が転写され、定着装置５９で定着されて排紙される。その後前記したように、印刷データによって定期的に、交流（ＡＣ）バイアス１５を印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス１７を変化させて現像ローラ４上のトナー薄層を供給ローラ５に回収する。

そして本発明においては、以下に示す２点から、前記したリークに対する対策を行った。まずその１は、現像ローラ４のアルミ表面に、アルマイトコートを５μｍ以上好ましくは１０μｍ以上塗布することである。しかしながらこのようにすると、紙間におけるキャリア引きが発生するので、その対策として紙間における交流バイアス電源１５の周波数を３．５〜６ｋＨｚ、好ましくは４．５〜６ｋＨｚとした。キャリア引きが発生する要因としては、現像ローラ４の表面にアルマイト処理したことで供給ローラ５と現像ローラ４間での直流成分の電流の行き来が減少し、供給ローラ５が磁力によってキャリアを保持する力よりも、現像ローラ４が電気的にキャリアを引く力が勝るからである。周波数を高めに設定すれば良いのはアルマイトによるコンデンサー層を交流成分が行き来できるからである。

この第１の対策は前記特許文献１乃至３にも記されているが、ハイブリッド現像方式においては、この第１の対策を実施しても現像ローラ４と供給ローラ５間のリークは防止できない。しかもこのリークは、キャリアを導通経路として起こるために電流量が多く、そのため現像ローラ４と感光体１間のリークでは発生しないようなノイズが露光系の信号線などに影響を与え、前記したように横筋画像などの不具合を発生させる。そのため本発明においては、第２の対策として、供給ローラ５表面に、リーク防止手段としての絶縁層を設けるようにした。

このリーク防止手段の絶縁層としては、使用するキャリアの抵抗値より大になるように供給ローラ５の表面に形成された表面抵抗を例えば１０^９Ω以上の高抵抗、または絶縁膜に設定する。また、この供給ローラ５の表面抵抗は、現像ローラ４の表面抵抗より大とした高抵抗、または絶縁膜とするのが好ましい。そして、前記したように、供給ローラ５の基材としてアルミなどの導電材を使用した場合、その表面にアルマイトなどの酸化膜処理や高抵抗酸化金属層を被着したり、フェノール樹脂、またはエポキシ樹脂を基材とした樹脂系コーティング材を用いるようにして、上述したような抵抗値に制御する。

このうち供給ローラ５の表面抵抗を、現像ローラ４の表面抵抗より大とした場合、現像性を損なうことがなくなり、また、濃度の調整が容易に行えるようにしながらリークを防止することが可能となる。これは、現像ローラ４の表面抵抗を供給ローラ５の表面抵抗より大きくした場合、トナーの保持能力が落ちて現像性が悪くなるのに対し、逆の場合はトナーの保持能力は維持されるから、トナー対キャリアの割合を増やす、などの方法によって供給ローラ５の供給能力低下を補うことができるからであり、同様な理由で、濃度調整も容易にできるためである。

そして供給ローラ５上に形成した絶縁層の厚みは、上述したような抵抗値となるように適宜決定すればよいが、樹脂系コーティング材の場合は１０〜３０μｍに、アルマイト層の場合は５〜４０μｍに管理することで上述した範囲に調整できる。樹脂系１０μｍ、アルマイト層５μｍ以下の場合、初期的にはリークに効果があるが耐久劣化により表面が摩耗し、絶縁層が無くなるとリークが発生してしまう。樹脂系の３０μｍ、アルマイト層４０μｍ以上の場合、樹脂は厚塗りすぎて均一塗布が困難となり、アルマイト層は陽極酸化処理時間が長くなり、コストが高くなる。しかも、電圧降下が顕著となって現像γの傾きが緩やかになり、現像性が著しく落ちる。アルマイト層を用いた場合、層厚が酸化処理時間によって膜厚が自由に可変できるが、こういった理由により、膜厚は１０μｍ程度が好ましい。

図２は、このように構成した本発明になる現像装置を備えた画像形成装置における横筋リークの発生状況を示した表である。この図２において、現像ローラと供給ローラと書かれた下の欄における「アルマイト」は、これらのローラに一例としてアルマイトの絶縁層を設けた場合であり、「無し」は絶縁層を設けなかった場合である。また、横筋リークと書かれた下の「発生」は横筋リークが発生したことを示し、「発生せず」はそれが発生しなかったことを示す。すなわちこの図２に示した表から明らかなように、供給ローラ５表面にアルマイト処理しなかったときは、例え現像ローラ４にアルマイト処理してもリークが発生し、供給ローラ５表面にアルマイト処理したときは、例え現像ローラ４にアルマイト処理をしていなくてもリークが発生していない。

更に、アルマイト処理で形成された酸化皮膜により、供給ローラ５の表面硬度が硬くなるため、一般的なニッケルメッキコートよりも供給ローラ５の耐磨耗性、および機械強度共に向上でき、初期の表面状態を保持できる。それを示したのが図３のグラフであり、この図３において横軸はプリント枚数、縦軸はＲｚであらわした表面粗さ（単位μｍ）であり、アルマイト処理した場合とニッケルメッキした場合のプリント枚数による表面粗さの変化を示している。
なお、図３中、供給ローラ５の表面処理に関する諸条件は以下の通りである。
「アルマイトｎ＝１」
膜厚： 5 表面抵抗値：10の11乗
「アルマイトｎ＝２」
膜厚： 30 表面抵抗値： 10の11乗
「ニッケルメッキｎ＝１」
膜厚： 3μm 表面抵抗値： 10の0〜１乗
「ニッケルメッキｎ＝２」
膜厚： 5μm 表面抵抗値： 10の0〜1乗
この図３からわかるように、アルマイト処理した場合はその表面粗さに余り変化がないのに対し、ニッケルメッキの場合は表面粗さが明らかに低下している。

また、アルマイト処理による酸化皮膜で電気抵抗の比較的小さいアルミニウムの金属ローラ表面に電気抵抗層を形成しているので、金属ローラに所定の電気抵抗を持たせることができる。このとき、金属ローラの表面を均一にアルマイト処理できるので、金属抵抗を金属ローラのアルマイト処理部分の全面にわたってより均一に得ることができ、これによって現像ローラの材料として予め所定の金属抵抗を有する特別な材料を用いる必要がなく、現像ローラ４を、所定の大きさの均一な電気抵抗を有する金属から、安価に、かつ、簡単に形成できるようになる。

なお、リークを防止する手段としては、こういった供給ローラ５の表面に高抵抗、または絶縁膜を形成するだけでなく、例えば磁気ブラシ１０を介してトナー供給ローラ５とトナー薄層が形成された現像ローラ４との間に印加するバイアス電源１７の、突入電流を制限する手段であっても良い。この場合の実施例を示したのが図４である。すなわちこの図４に示した実施例では、直流バイアス電源１７と供給ローラ５との間に直列に抵抗２２を並列にコンデンサ２３を配してロウパス・フィルタを構成したもので、このようにすることにより、直流バイアス電源１７から電圧を印加するときや、現像ローラ４上のトナーを回収したり供給したりするときの電圧切り替えに伴って生じる突入電流を軽減することができ、リークの発生を押さえることができる。

このように本発明によれば、磁気ブラシ１０を介して導通する供給ローラ５と現像ローラ４間にリーク防止手段を介在させ、現像ローラ４上に担持した荷電トナーから磁気ブラシ１０を経由して供給ローラ５に大電流が流れ込むのを防止したことにより、簡単、安価な構成で供給ローラ５と現像ローラ４間のリークを防止でき、横筋ノイズや基板への影響による誤動作、ハード的不具合などを防止できる画像形成装置を提供することができる。

そしてリーク防止手段を、キャリアの抵抗値より大になるように供給ローラ５の表面に形成された高抵抗若しくは絶縁膜とすることにより、例え湿度などの環境条件が変化し、キャリアがリーク条件を満たすよう表面抵抗が下がるようなことがあっても、供給ローラ５表面にキャリアの抵抗より大きな抵抗値となる高抵抗若しくは絶縁膜があることにより、リークは確実に防止できる。

また、前記リーク防止手段が、前記磁気ブラシを担持する供給ローラ５の表面抵抗を１０^９Ω以上に設定した、供給ローラ５の表面に形成された高抵抗若しくは絶縁膜とするか、さらに、供給ローラ５の表面抵抗を現像ローラ４の表面抵抗より大にすることにより、現像ローラ４の表面抵抗を大きくした場合、現像性に影響が出るが、供給ローラ５表面の抵抗を１０^９Ω以上、または現像ローラ４の表面抵抗より大きくすることにより、現像性を損なうことがなくなり、また、濃度の調整が容易におこなえるようにしながらリークを防止することが可能となる。これは、現像ローラ４の表面抵抗を供給ローラ５の表面抵抗より大きくした場合、トナーの保持能力が落ちて現像性が悪くなるのに対し、逆の場合はトナーの保持能力は維持されるから、トナー対キャリアの割合を増やす、などの方法によって供給ローラ５の供給能力低下を補うことができるからであり、同様な理由で、濃度調整も容易にできるためである。

さらにリーク防止手段を、磁気ブラシ１０を介してトナー供給ローラ５とトナー薄層が形成された現像ローラ４との間に印加するバイアス電源の、ロウパスフィルタなどで構成した突入電流制限手段とすることにより、非常に簡単な構成で供給ローラ５と現像ローラ４間のリークを防止できる。

本発明によれば、簡単、安価な構成で供給ローラ５と現像ローラ４間のリークを防止した現像装置を提供でき、横筋などの画像欠陥の発生しない画像形成装置を提供することができる。

本発明になる画像形成装置における現像装置の一実施例の模式図である。本発明になる画像形成装置における現像装置と従来の現像装置における横筋リークの発生状況を示した表である。本発明になる画像形成装置における現像装置の供給ローラの耐摩耗性を確認したグラフである。本発明になる画像形成装置における現像装置のリーク防止用突入電流制限手段の一実施例である。本発明になる現像方法を実施する画像形成装置の一実施例の模式図である。

符号の説明

１感光体（潜像担持体）
２露光装置
３帯電器
４現像ローラ
５供給ローラ
７規制ブレード
８ａ、８ｂミキサー
９トナーコンテナ
１０磁気ブラシ
１１記録紙
１２現像装置
１５交流電源
１６直流電源
１７直流電源

Claims

内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成した磁性キャリアと非磁性トナーからなる磁気ブラシを、現像ローラに摺擦させながら両ローラ間に印加した搬送バイアスを利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像する現像方式による画像形成装置において
前記磁気ブラシを介して導通する供給ローラと現像ローラ間にリーク防止手段を介在させたことを特徴とする画像形成装置。
前記リーク防止手段が、前記キャリアの抵抗値より大になるように前記供給ローラの表面に形成された高抵抗若しくは絶縁膜であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記リーク防止手段が、前記磁気ブラシを担持する供給ローラの表面抵抗を１０^９Ω以上に設定した、該供給ローラの表面に形成された高抵抗若しくは絶縁膜であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
前記供給ローラの表面抵抗を前記現像ローラの表面抵抗より大にしたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記リーク防止手段が、磁気ブラシを介してトナー供給ローラとトナー薄層が形成された現像ローラとの間に印加するバイアス電源の、突入電流制限手段であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記供給ローラの基材として導電材を使用し、その表面に酸化膜処理を施して成る絶縁若しくは高抵抗酸化金属層を被着したことを特徴とする請求項２若しくは３記載の画像形成装置。
前記供給ローラの基材として導電材を使用し、その表面に前記絶縁層としてフェノール樹脂又はエポキシ樹脂を基材としたコーティング材を用いたことを特徴とする請求項２若しくは３記載の画像形成装置。