JP2007121569A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像剤を用いて磁気ブラシ現像を行うようにした方式において、現像領域での現像剤の挙動に工夫を加えることで、濃淡ムラ等の画像劣化を抑える。
【解決手段】静電潜像が担持される像担持体１と、この像担持体１に対向して離間配置され、回動自在で且つ表面にトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤（現像剤）Ｇを担持搬送する現像剤担持体２と、像担持体１と現像剤担持体２とが対向する現像領域にて現像バイアスが印加可能な現像バイアス印加手段３とを備え、現像領域における現像剤Ｇの充填率が５％以上１５％以下であり、現像バイアスは現像剤担持体２表面と像担持体１表面との間でトナーの往復運動が発生可能な交流成分を直流成分に重畳する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の画像形成装置に係り、特に二成分現像剤を用いて磁気ブラシ現像方式を行う画像形成装置の改良に関する。

従来、例えば電子写真方式を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置において、トナーとキャリアを含む二成分現像剤を使用して、現像剤の磁気ブラシによって直接感光体を現像するようにした現像方式が知られている。このような現像方式では、特に高速機での現像効率を確保するため、プロセス速度に対し現像ロールの周速を１．５〜３倍程度に上げる必要がある。そのため、例えば現像ロールの現像スリーブと同時に内部の磁石体も回転させ、現像効率を高める方式があるが、現像スリーブ自体の回転数を低く抑えることができ、現像剤の劣化を抑えることは可能になるものの、磁石体の高速回転に対してはコスト高に繋がるようになる。

更に、現像領域で、現像極として２個の同極性磁極を用い、この反発磁極の作用を現像部位に応用することで、現像剤の移動速度を高め、同時に擾乱効果を与える方式（法線方向の磁気的拘束力を低減している）もあるが、トナークラウドの発生を避けることができず、機内汚染等の問題を生じ易い。

特開平４−３５６０７６号公報（実施例、図１）

このような問題に対し、磁気ブラシ上のトナーとスリーブ上のトナーの双方を現像に供することで、現像量を高める方式が知られている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、このような方式ではスリーブ上のトナー付着量を安定的に制御することが困難となり、ゴースト等の画像欠陥が発生し易いという問題がある。そのため、現像領域にてある程度のトナー量を如何に安定して維持するかが大きな課題となる。

本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、二成分現像剤を用いて磁気ブラシ現像を行うようにした方式において、現像領域での現像剤の挙動に工夫を加えることで、濃淡ムラ等の画像劣化を抑えた画像形成装置を提供するものである。

すなわち、本発明は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、静電潜像が担持される像担持体１と、この像担持体１に対向して離間配置され、回動自在で且つ表面にトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤（現像剤）Ｇを担持搬送する現像剤担持体２と、像担持体１と現像剤担持体２とが対向する現像領域にて現像バイアスが印加可能な現像バイアス印加手段３とを備え、現像領域における現像剤Ｇの充填率が５％以上１５％以下であり、現像バイアスは現像剤担持体２表面と像担持体１表面との間でトナーの往復運動が発生可能な交流成分を直流成分に重畳したものであることを特徴とするものである。

このような技術的手段において、本願に係る画像形成装置は二成分現像剤（現像剤）Ｇを用いるタイプのものであるため、トナーとしては種々の色成分を有するものが使用可能であり、モノクロ用画像形成装置に適用可能であることは勿論のこと、フルカラー用画像形成装置に適用することも可能である。
また、現像剤担持体２は像担持体１と離間配置されていれば、その移動方向は、Ａｇａｉｎｓｔ方向（互いの対向部位で相反する方向に移動する）、Ｗｉｔｈ方向（互いの対向部位で同一方向に移動する）のいずれであっても差し支えない。更に、像担持体１としては、静電潜像を担持できるものであればよく、その形状はロール状、ベルト状いずれであっても差し支えない。更にまた、現像剤担持体２は現像剤Ｇを担持搬送できるものであればよく、代表的態様としては回転可能な非磁性スリーブとその内部に固定配置される磁石体とで構成される。

また、現像領域における現像剤Ｇの充填率とは、現像剤担持体２上の付着現像剤量を現像ギャップ及び現像剤密度で除した割合を意味し、次式で算出される。

充填率（％）=(MOS)/[(現像剤密度×DRS)]×100

尚、上式において、ＭＯＳ（Mass on Sleeve）は現像剤担持体２のスリーブ上の現像剤量、ＤＲＳ（Drum to Roll Space）は現像領域での現像剤担持体２と像担持体１との現像ギャップを示している。
本発明では、このように充填率をコントロールし、現像バイアスによってトナーを確実に現像ギャップ間を往復運動させることで、現像効率を上げることができ、現像剤担持体２の周速を抑えることが可能になる。充填率が５％未満では現像領域での現像剤量が少なくなりすぎ、所望の画像濃度が得られないようになり、一方、充填率が１５％を超えると現像剤量が多くなりすぎ、却って現像剤Ｇ中のトナーの移動が妨げられ、所望の画像濃度が得られないようになる。

また、本発明では、現像領域における現像剤Ｇの磁気ブラシの自然長をＬｍｍ、現像領域の現像ギャップをＤｍｍとしたときに、Ｌ／Ｄが１．５以上２．５以下の範囲内に設定することが好ましく、これによれば、現像領域において磁気ブラシを有効に屈曲させることができ、磁気ブラシのブラシピッチ間で生じるような濃度ムラの発生を抑えることができるようになる。尚、現像領域での磁気ブラシの自然長が関係することから、現像剤担持体２の現像領域に対向する部位には磁極（現像極）が影響するように配置されていることは云うまでもない。

更に、現像剤担持体２は、その周面に現像剤Ｇの搬送能力が高い部位と低い部位とが現像剤搬送方向に沿って所定間隔毎に交互に設けられることが好ましく、濃度ムラの発生を防ぎ、均一性の高い画像が形成できるようになる。このとき、高い部位と低い部位とは少なくとも現像剤担持体２の軸方向に沿う成分を含んで配置されていればよい。そして、このような現像剤Ｇの搬送能力が高い部位と低い部位は、例えば、現像剤担持体２の周面に少なくとも軸方向に沿う成分が含まれる複数の溝を所定間隔毎に並列配置するようにすればよく、このような溝を設けることにより、現像領域で充填率の低い現像剤Ｇを簡易な構成で実現することができるようになる。このとき、溝の形状としては、台形型、Ｖ字型、Ｕ字型等、特に制限はなく、現像剤Ｇが搬送されるものであればよい。
更にまた、前記複数の溝の間隔は、像担持体１に投影されたときの間隔が１．２ｍｍ以下になるようにその間隔を設定することが好ましい。これによれば、現像剤担持体２の周期の濃度ムラ（濃淡ムラ）の発生を抑制可能となり、より高画質再現が要求される装置に好適である。尚、１．２ｍｍを超えると画像ムラが発生するようになる。

また、本発明では、現像剤Ｇの磁性キャリアは、１０^４Ｖ／ｃｍ中の電界下での体積抵抗率が１０^１２Ω・ｃｍ以上１０^１５Ω・ｃｍ以下の範囲内に設定されることが好ましく、これによれば、現像剤層内部に電位勾配を形成することで、現像バイアスの交流電場によるトナーの往復運動を磁気ブラシの根本付近まで到達させることができるようになり、現像効率が向上するようになる。尚、磁性キャリアの体積抵抗率がこの範囲を超えると、現像領域での現像剤Ｇの移動が良好に行われないようになる。そして、この場合、現像領域の現像ギャップが０．５ｍｍ以下であることが好ましく、これによれば、エッジ効果の抑制された均一性の高い画像が再現できるようになる。

また、本発明においては、現像バイアスの交流成分は、非対称矩形波であり且つトナーを像担持体１側へ移動させる方向成分のデューティ比が０．５以上０．７以下の範囲に設定されることが好ましく、トナーを像担持体１へと移動させる方向に作用する最大電場を高めることで、濃度ムラを抑制することができるようになる。
更に、現像バイアスの交流成分は、トナーを像担持体１側へ移動させる時のピーク電圧Ｖmaxとトナーを現像剤担持体２側へ引き戻す時のピーク電圧Ｖminとの間を連続的に変化し、ＶmaxからＶminに変化する時間が一周期の６０％以上を占有するように設定されることが好ましく、これによれば、トナーが交流バイアスの一周期中に移動可能な距離を長くすることができ、電場作用によりキャリアから剥離したトナー及びトナーの往復運動時に叩き出し効果によってキャリアから剥離したトナーをより効率的に像担持体１に到達させることが可能になり、高速プロセスへの適用が可能になる。

また、本発明は、現像剤Ｇのトナー粒子径の最大長に関する形状係数ＳＦ−１が１００以上１８０以下の範囲内であり、トナー粒子の投影像の周囲長に関する形状係数ＳＦ−２が１００以上１４０以下の範囲内に設定されることが好ましく、使用される現像剤Ｇ中のトナーが所謂球形トナーの場合に一層効果が発揮される。ここで、ＳＦ−１、ＳＦ−２は夫々次式のように求めたものである。

SF-1＝[(トナー粒子径の最大長)²/(トナー粒子径の投影面積)]×(100π/4)
SF-2＝[(トナー粒子の投影像の周囲長)²/(トナー粒子径の投影面積)]×[100/(4π)]

本発明によれば、像担持体と、この像担持体に離間配置され、二成分現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、像担持体と現像剤担持体とが対向する現像領域にて現像バイアスが印加可能な現像バイアス印加手段とを備え、現像領域における現像剤の充填率が５％以上１５％以下であり、現像バイアスは現像剤担持体表面と像担持体表面との間でトナーの往復運動が発生可能な交流成分を直流成分に重畳したものとしたので、現像領域での磁気ブラシからトナーを像担持体側に効率的に移動させることができるようになり、高い現像効率を実現することができる。また、このように高い現像効率のため、高速プロセスにおいても現像剤担持体の周速を低く抑えることができ、長期に亘って安定した画質が得られるようになる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図２は、本発明が適用された画像形成装置の実施の形態を示す概要図である。
同図において、本実施の形態における画像形成装置は、例えば電子写真方式の４色の各色成分トナー（本実施の形態ではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）を形成する画像形成ユニット１０（１０ａ〜１０ｄ）と、各画像形成ユニット１０にて形成された各色成分トナー像が順次転写（一次転写）されて担持搬送される中間転写ベルト２０とで構成された、所謂タンデム型画像形成装置である。

各画像形成ユニット１０（１０ａ〜１０ｄ）は、夫々静電潜像が担持される感光体ドラム１１を有し、各感光体ドラム１１の周囲には、感光体ドラム１１を帯電する帯電ロール等の帯電装置１２、帯電された感光体ドラム１１上に静電潜像を書き込むレーザスキャナ等の露光装置１３、感光体ドラム１１上に書き込まれた静電潜像を各色成分トナーにて現像する現像装置１４、感光体ドラム１１上のトナー像を中間転写ベルト２０上に転写する転写ロール等の一次転写装置１５及び感光体ドラム１１上の残留トナーを除去するドラムクリーナ１６を夫々配設している。尚、一次転写装置１５は、中間転写ベルト２０を挟んで感光体ドラム１１と対向する位置に配置されている。

また、中間転写ベルト２０は、例えばポリイミド樹脂に導電性カーボンブラック等を混練して体積抵抗率を調整したフィルム状の無端ベルトからなり、４個の張架ロール２１〜２４に掛け渡されており、例えば張架ロール２１を駆動ロールとし、張架ロール２２をテンションロールとして、図中矢印方向に循環移動するようになっている。本実施の形態では、中間転写ベルト２０としてポリイミド樹脂を使用したが、これに限らず、ポリエステル樹脂等の他の成形材料やクロロプレンゴム等のゴム材料を使用するようにしても差し支えない。尚、符号２５は、中間転写ベルト２０上の残留トナーを清掃するベルトクリーナである。

更に、張架ロール２４と対向する位置には、中間転写ベルト２０上の多重化されたトナー像を図示外の給紙カセット等から供給された記録材Ｓ上に一括転写する転写ロール等の二次転写装置３０が中間転写ベルト２０に対しリトラクト可能に設けられ、張架ロール２４をバックアップロールとして両者間には図示外の転写バイアスが加わるようになっている。そして、この二次転写装置３０の記録材搬送方向上流側には、記録材Ｓを二次転写部位までガイドする搬送ガイド３１、更に、この搬送ガイド３１の上流側には、記録材Ｓを位置決めして搬送するレジストロール３２が設けられている。一方、二次転写装置３０の下流側には、二次転写装置３０にて中間転写ベルト２０上の多重トナー像が一括転写された記録材Ｓを搬送する搬送装置３３、更に、搬送装置３３の下流側には、記録材Ｓ上に転写されたトナー像を定着する定着装置３４が設けられている。尚、定着装置３４は、例えば内部に加熱源を有する加熱ロール３４ａと、この加熱ロール３４ａに対向配置され、加熱ロール３４ａと所定のニップ域を形成する加圧ロール３４ｂとで構成され、安定した定着がなされるようになっている。

また、本実施の形態における現像装置１４は、図３に示すように、現像ハウジング４１内にトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤を収容し、現像ハウジング４１の開口部には感光体ドラム１１に対向して現像剤を担持搬送する現像ロール４２を備えている。
本実施の形態の現像ロール４２は、回転可能な非磁性材料からなる現像スリーブ４２ａと、この現像スリーブ４２ａの内部に固定的に配置され、複数の磁極を有する磁石体４２ｂとを備え、現像スリーブ４２ａは感光体ドラム１１とＷｉｔｈ方向（互いに対向する部位で同方向）に回転するようになっている。

更に、磁石体４２ｂは、その外周部に複数の磁極（Ｓ２，Ｎ３，Ｓ１，Ｎ１，Ｎ２）を備えており、感光体ドラム１１と対向する位置に磁極Ｓ１を設ける一方、磁極Ｎ３に対向する位置には現像スリーブ４２ａ上の現像剤量を規制する層厚規制部材としてのトリマ４３が設けられている。
本実施の形態では、磁石体４２ｂの磁極Ｎ２がピックアップ磁極、磁極Ｓ２が搬送磁極、磁極Ｎ３がトリミング磁極、磁極Ｓ１が現像磁極、磁極Ｎ１と磁極Ｎ２とで反発磁極（ピックオフ磁極）を形成するようになっている。尚、本実施の形態において、夫々の磁極の配置や数は本形態に限定されるものではなく、適宜選定して差し支えない。
また、本実施の形態では、現像スリーブ４２ａにはバイアス電源４４が接続されており、感光体ドラム１１との間に現像バイアスを供給できるようになっている。

更に、本実施の形態では、現像ロール４２の後方にて現像剤を撹拌搬送並びに帯電すると共に現像ロール４２への現像剤供給を行う一対のオーガー４５（４５ａ，４５ｂ）が、現像ロール４２の軸方向と略平行に設けられ、例えばオーガー４５ａが主として現像剤を現像ロール４２へ供給するサプライオーガー、オーガー４５ｂが主として現像剤を混合撹拌するアドミクスオーガーとなっている。これらのオーガー４５は、現像ハウジング４１にて仕切られた二つの現像剤搬送路４６（４６ａ，４６ｂ）中に配設され、夫々のオーガー４５の両端近傍に設けられた連通路を介して現像剤が二つの現像剤搬送路４６（４６ａ，４６ｂ）を循環移動するようになっている。更にまた、アドミクスオーガー４５ｂの斜め下方の現像ハウジング４１部位には、現像ハウジング４１内の現像剤のトナー濃度を検出するためのトナー濃度センサ４７が取り付けられ、本例では透磁率型センサが用いられている。尚、トナー濃度センサ４７は、アドミクスオーガー４５ｂが配設された現像剤搬送路４６ｂ中にて、現像剤がアドミクスオーガー４５ｂからサプライオーガー４５ａ側に搬送される連通路の近傍に配置されているため、十分混合された現像剤のトナー濃度を検出することができるようになっている。

また、本実施の形態における現像バイアスは、図４（ｂ）に示すような波形となっている。尚、現像バイアスの詳細については後述する。
そして、特に、本実施の形態の現像スリーブ４２ａ表面には、現像ロール４２の軸に沿ったＶ字型の溝加工がなされており、現像ロール４２の周速を遅くすると共に、現像領域での現像剤充填率を５〜１５％の範囲になるようにしている。尚、充填率を調整するために、現像スリーブ４２ａ上の現像剤量、現像剤密度、現像ギャップ等が適宜選定されている。更に、本実施の形態では、現像領域での磁気ブラシの自然長が現像ギャップの１．５〜２．５倍の範囲になるように現像磁極（磁極Ｓ１）も調整されている。

次に、本実施の形態における現像装置１４の一般的な作動について図３を基に説明する。アドミクスオーガー４５ｂとサプライオーガー４５ａによって帯電された現像剤は、サプライオーガー４５ａから現像ロール４２の磁石体４２ｂのピックアップ磁極Ｎ２によって現像ロール４２上に供給される。現像ロール４２上に供給された現像剤は、現像ロール４２の現像スリーブ４２ａに吸着されて搬送され、トリマ４３が配置された近傍にて、トリミング磁極（磁極Ｎ３）によって十分穂立ちがなされた状態で所定の現像剤層厚に規制され、この現像ロール４２上で層厚規制された現像剤が感光体ドラム１１と対向する現像領域に達する。現像領域では、現像磁極Ｓ１によって十分有効に穂立ちがなされると共に、バイアス電源４４による現像バイアスによって、現像剤中のトナーが感光体ドラム１１上の潜像（画像部）に付着してトナー像として可視像化する。
現像領域を通過した現像剤は、そのまま現像ロール４２の回転に伴って担持搬送され、ピックオフ磁極Ｎ１，Ｎ２の反発磁界によって現像ロール４２の法線方向の磁気吸引力が略ゼロとなることから、現像剤自体の自重によって現像ロール４２から剥離するようになる。その後、剥離された現像剤は現像ハウジング４１内を搬送され、サプライオーガー４５ａ側に戻るようになる。また、現像によって消費されたトナーを補充するために、本実施の形態ではトナー濃度センサ４７による現像剤のトナー濃度測定により、図示外のトナー補給装置からアドミクスオーガー４５ｂ側の現像剤搬送路４６ｂ中へ補給される。

このような現像装置１４の作動にあって、本実施の形態における現像バイアス（バイアス電源４４にて印加される）について説明する。
図４（ａ）は、負帯電トナーを用いる場合の感光体ドラム１１上の静電潜像電位を示したもので、ソリッド画像部（ベタ画像）やハイライト画像部の電位は背景部（非画像部）に対し、下方に位置する。そのため、平均現像電位（Ｖave：直流バイアスに相当する）より下方にある画像部にトナーが付着し、背景部にはトナーが付着しないようになる。
一方、図４（ｂ）は、本実施の形態での現像バイアス波形を示したもので、Ｖaveに対し、非対称な矩形波となっている。ここでは、トナーを現像させる方向のピーク電圧Ｖmaxとトナーを現像ロール４２側へ引き戻す方向のピーク電圧Ｖminとの間で、Ｖaveに対し非対象波形とし、Ｖmaxの時間をＴ_１、Ｖminの時間をＴ_２、ＶmaxとＶaveとの電位差をＶ_１、ＶaveとＶminとの電位差をＶ_２としたときに、次のデューティ比（Ｄｕｔｙ）が０．５〜０．７の範囲に設定されるようになっている。そのため、デューティ比は次のようになる。
Ｄｕｔｙ＝Ｖ_１／（Ｖ_１＋Ｖ_２）＝Ｔ_２／（Ｔ_１＋Ｔ_２）＝０．５〜０．７
すなわち、トナーを感光体ドラム１１へと移動させる方向に作用する最大電場（Ｖmaxに相当）を高めることで、キャリアからのトナーの剥離が発生し易くなり、短い現像時間で高い現像量を得ることが可能になり、より高速プロセスへの適用が可能になる。

本実施の形態においては、このような現像バイアスを加え、現像ロール４２への溝加工を行っていることから、現像領域での現像剤の供給が十分行われると共に、現像領域での磁気ブラシから効果的にトナーを飛翔させることができ、現像効率を高く維持することができるようになる。そのため、高速プロセスにあっても十分現像ロール４２の周速を抑えることができ、長期に亘って安定した画像形成が可能になる。

また、図５（ａ）（ｂ）は、本実施の形態の変形例に用いられる現像バイアスを示すもので、図４（ａ）（ｂ）同様、（ａ）は負帯電トナーを用いる場合の感光体ドラム１１上の静電潜像電位を示したものであり、（ｂ）は現像バイアス波形を示したものである。この例では、ＶmaxとＶminとは、Ｖaveを中心に三角波が加わるようになっているが、ＶmaxからＶminに変化する時間がＶminからＶmaxに変化する時間より長く設定され、一周期をＴとし、ＶmaxからＶminに変化する時間をＴ_３とすると、Ｔ_３／Ｔ×１００≧６０％を満たすように設定されている。
このような現像バイアスを加えることで、トナーが交流成分の一周期中に移動可能な距離が長くなり、電場によってキャリアから剥離したトナーやトナーの往復運動によって叩き出し効果でキャリアから剥離したトナーを、より効率よく感光体ドラム１１上へ到達させることが可能になり、より高速プロセスへの適用が可能になる。

本実施の形態では、画像形成装置として所謂タンデム型の画像形成方式を示したが、これに限らず、中間転写ベルトを複数回循環させて１色毎にトナー像を多重化していく、所謂サイクル方式に適用してもよい。更に、感光体ドラム等から直接記録材上にトナー像を転写する方式に適用することも可能である。

◎実施例１
本実施例は、感光体ドラムと現像ロールとのギャップと、現像バイアスによって、得られる画像がどうなるかを評価したものである。
〔１〕実験条件は次のようにした。
（１）感光体ドラム径…８４ｍｍ。
（２）プロセス速度…４６０ｍｍ／ｓ。
（３）現像ロール…スリーブ径：３０ｍｍ、スリーブ表面処理：サンドブラスト処理にてＲｚ（十点平均粗さ：ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４）が２０μｍ。
（４）現像ギャップ（ＤＲＳ）…３００μｍ。
（５）現像ロール周速度比…１．１（スリーブ周速度／プロセス速度）。
（６）スリーブ上現像剤量（ＭＯＳ）…１８６ｇ／ｍ^２。
（７）現像領域での現像剤充填率…１２．０％。
（８）現像極での現像剤穂立ちの自由長Ｌ…５５０μｍ、Ｌ／ＤＲＳ＝１．８３。
（９）現像極幅（法線成分の磁束密度が０ｍＴとなる範囲）…５０°（スリーブ周長で１３ｍｍ）。
（１０）現像剤のトナー…平均粒径６．５μｍ、重合法で作製した球形状でＳＦ−１が１４０、ＳＦ−２が１２０、樹脂はスチレン−アクリル樹脂ベース、表面には帯電性並びに転写性を向上する目的で微粒子を外添、平均帯電量は−４０ｍＣ／ｋｇ、真比重は１．１ｇ／ｃｍ^３のもの。
現像剤のキャリア…平均粒径３５μｍ、フェライト粒子表面に樹脂コート処理、磁化２２５ｋＡ／ｍ（１０^６／４πＡ／ｍの磁場中）、抵抗１０^１４Ω・ｃｍ（１０^６Ｖ／ｍの電場中）、真比重は５．５ｇ／ｃｍ^３のもの。
トナー濃度…８％（現像剤中のトナー重量換算）。

〔２〕画質評価項目並びに評価基準は次のようにした。
（１）画像濃度（Area Coverage）…１００％ベタ部の濃度を反射濃度計で測定した。尚、目標値は１．４以上とした。
（２）ハイライト粒状性…溝以外の部分で現像剤磁気ブラシが疎であることにより発生する濃度ムラを評価した。尚、画像濃度０．３で評価した。
評価基準…○印：問題なし、△印：ガサツキが認められるが実用上問題ないレベル、×印：問題あり。
（３）細線再現性…６００ｄｐｉの１ドットラインで評価した。
評価基準…○印：問題なし、△印：途切れが認められるが実用上問題ないレベル、×印：問題あり。
（４）総合評価…○印：△×の項目なし、△印：△はあるが×はない、×印：×の項目あり。

結果は、図６に示すように、交流成分（本実施例ではデューティ比を０．５で実施）の周波数を約３〜４ｋＨｚとすることで、高い現像効率が得られることが確認され、このときに現像領域の現像ギャップ間で、トナーの往復運動が最も効率よく発生するものと想定された。したがって、トナーの叩き出し効果により、高い画像濃度が得られると共に、高い均一性、良好な細線再現が可能になる。特に、４ｋＨｚとすることで、低い最大振幅（Ｖｐｐ）で高現像効率が得られるようになる。
通常、トナーの粒径、帯電量、現像ギャップによって、現像効率が最大となる周波数は異なる。そのため、本実施例では、同様の評価を行うことで、最適周波数を求めるようにしたものである。このように、現像バイアスの交流成分の周波数を適切に設定することで、現像ロールの周波数比を低く抑えて、高画像濃度を再現することができた。
また、図７は、図６の結果のうち、画像濃度（ＳＡＤ）と周波数との関係についてグラフ化したもので、このグラフからも約３〜４ｋＨｚの周波数が好適であることが理解される。

◎実施例２
本実施例は、現像ギャップ（ＤＲＳ）とスリーブ上の現像剤量（ＭＯＳ）とを変化させることで、現像領域での現像剤の充填率を変えて得られる画質の評価を実施例１と同様に行った。尚、本実施例では、ギャップを２００、３００、４００μｍとし、現像バイアスは矩形波の４ｋＨｚ、１ｋＶｐｐとした。
結果は、図８に示すように、現像領域内の現像剤の充填率５〜１５％とすることで、十分良好なベタ画像濃度、ハイライト粒状性、細線再現性とが得られることが確認された。充填率が５％未満では、トナー量が不足するためにベタ画像濃度が十分得られないと共に、ハイライト画像のガサツキや細線途切れが発生し易くなる。一方、１５％を超えると、トナーの往復運動による叩き出し効果が得られず、磁気ブラシの表面にあるトナーのみが現像に寄与することになり、十分なベタ画像濃度が得られないようになる。

本実施例の比較のために、従来の画像形成装置での条件（現像ロールの周速度比を上げた状態）で評価した結果を図９に示す。この中で、充填率３．１％は磁気ブラシ自体が感光体ドラム表面に非接触となる、所謂非接触現像方式での設定条件となっている。
非接触現像方式では、画像濃度は得られるが、ハイライト画像のガサツキや細線途切れが生じた。また、低周速度比（＝１．１）では十分なベタ画像濃度が得られない。一方、他の条件では、いずれも充填率が１５％を超える設定であり、ベタ画像濃度が得られなかった。

◎実施例３
本実施例は、現像磁極での現像剤の穂立ち長（自由長）を変化させたときの画像への影響を評価確認したものである。尚、穂立ち長は現像磁極の極幅を変えることで変化させた。そのため、極幅が広いほど、同一現像剤量での穂立ち長は高くなり、磁気ブラシの穂立ち間の間隔は広くなり、穂立ち密度は疎になる。
本実施例では、現像ギャップを３００μｍとし、他の条件は実施例１と同様にした。更に、本実施例では、感光体ドラムへのキャリア付着についても評価した。キャリア付着については、非画像部上に対応する感光体ドラム上に付着したキャリアの個数で評価するために、感光体ドラム上への付着キャリアを粘着テープで引き剥がして付着個数をカウントする方式を採った。評価基準は、Ａ４版サイズ当たりのキャリア個数が１００個を超えれば問題ありとして、×印の評価とした。そして、１００個以下であれば実用上問題なしと判断し、○印の評価とした。

結果は、図１０に示すように、Ｌ／ＤＲＳが１．５より小さいときには、すなわち、現像極の極幅を狭くして高磁力が及ぶ範囲をスリーブ表面近傍にした場合には、キャリア付着の発生量が増えるようになった。一方、Ｌ／ＤＲＳが２．５を超えるようになると、磁気ブラシの密度が疎になるため、ブラシ周期の濃度ムラ（濃淡ムラ）が生じてハイライト画像の粒状性及び細線再現性が低下するようになる。したがって、Ｌ／ＤＲＳが１．５〜２．５の範囲内であれば、良好な画像再現が可能であることが確認された。

◎実施例４
現像ロールのスリーブに溝加工が施されたものを使用して、スリーブ上の現像剤量（ＭＯＳ）とトリマギャップとの関係を評価した。
使用した溝は、図１１（ａ）に示すように、Ｖ字型の溝加工はアルミニウム素管を引き抜き可能する際に同時に形成するようにしたもので、深さ１００μｍ、溝底の角度は９０°とし、周囲に８０本が加工された。尚、本実施例では素管の状態で特に研磨等は未実施である。そして、比較のために、ブラスト処理スリーブ（サンドブラスト処理で、Ｒｚが２０μｍのもの）も同時に評価した。

結果は、図１１（ｂ）に示すように、トリマギャップを広くすると、ＭＯＳが増加するようになるが、ＭＯＳの設定値に対しては、本実施例のようにスリーブに溝加工を行うことで、溝加工を行わない場合に比べトリマギャップを広くでき、その分、トリマギャップへの異物の詰まり等が発生しないようになり、長期に亘って安定した層厚規制が可能になる。尚、溝は、図１１（ａ）に示した形状に限定されるものではなく、例えば台形型、Ｕ字型等であってもよい。また、溝の加工方法も引き抜き加工に限らず、エッチング加工、機械加工等の任意の加工方法が適用可能である。

◎実施例５
本実施例は、感光体ドラムに対するスリーブ上の溝の投影長と濃度ムラとの関係を評価したもので、前述の実施例４の溝加工と同形状とした。また、現像ギャップは３００μｍ、ＭＯＳは１８０ｇ／ｍ^２、現像領域での現像剤充填率は１１．７％、現像条件は実施例１と同様にして行った。更に、画質評価は、溝周期濃淡ムラについて行い、画像濃度０．３で評価した。尚、評価基準は、○印：問題なし、△印：溝周期濃淡ムラが認められるが実用上問題ないレベル、×印：問題あり、とした。

結果は、図１２に示すように、感光体ドラム上の溝の投影長が１．２ｍｍ以下であれば、スリーブ上の溝間隔に関係なく、溝周期の濃淡ムラの発生を抑制することができた。
濃淡ムラは、溝周期で実効的な現像電場の変調により発生するが、感光体ドラムへの投影長を１．２ｍｍ以下とすることで、平均化されて視認され難くなる。また、溝の本数が多いほど、スリーブの周速を低く設定することが可能になることも判明した。

（ａ）は本発明に係る画像形成装置の概要を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 本発明が適用された画像形成装置の実施の形態を示す説明図である。 実施の形態の現像装置を示す説明図である。 実施の形態での現像バイアスを示す説明図であり、（ａ）は静電潜像の電位の概念図、（ｂ）はバイアス波形を示す。 （ａ）（ｂ）は本実施の形態での現像バイアスの変形例を示す説明図である。 実施例１の結果を示す表である。 実施例１の結果のうち、交流バイアスの周波数と画像濃度との関係を示すグラフである。 実施例２の結果を示す表である。 実施例２の比較例での結果を示す表である。 実施例３の結果を示す表である。 （ａ）は実施例４の溝形状を示し、（ｂ）は実施例４の結果を示す説明図である。 実施例５の結果を示す表である。

符号の説明

１…像担持体，２…現像剤担持体，３…現像バイアス印加手段，Ｇ…現像剤

Claims (10)

1. 静電潜像が担持される像担持体と、
   この像担持体に対向して離間配置され、回動自在で且つ表面にトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
   像担持体と現像剤担持体とが対向する現像領域にて現像バイアスが印加可能な現像バイアス印加手段とを備え、
   現像領域における現像剤の充填率が５％以上１５％以下であり、
   現像バイアスは現像剤担持体表面と像担持体表面との間でトナーの往復運動が発生可能な交流成分を直流成分に重畳したものであることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   現像領域における現像剤の磁気ブラシの自然長をＬｍｍ、現像領域の現像ギャップをＤｍｍとしたときに、Ｌ／Ｄが１．５以上２．５以下の範囲内に設定されることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   現像剤担持体は、その周面に現像剤の搬送能力が高い部位と低い部位とが現像剤搬送方向に沿って所定間隔毎に交互に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３記載の画像形成装置において、
   前記現像剤の搬送能力が高い部位と低い部位は、現像剤担持体の周面に少なくとも軸方向に沿う成分が含まれる複数の溝を所定間隔毎に並列配置したものであることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４記載の画像形成装置において、
   複数の溝の間隔は、像担持体に投影されたときの間隔が１．２ｍｍ以下になるように設定されることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１記載の画像形成装置において、
   磁性キャリアは、１０^４Ｖ／ｃｍ中の電界下での体積抵抗率が１０^１２Ω・ｃｍ以上１０^１５Ω・ｃｍ以下の範囲内に設定されることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６記載の画像形成装置において、
   現像領域の現像ギャップが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１記載の画像形成装置において、
   現像バイアスの交流成分は、非対称矩形波であり且つトナーを像担持体側へ移動させる方向成分のデューティ比が０．５以上０．７以下の範囲に設定されていることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１記載の画像形成装置において、
   現像バイアスの交流成分は、トナーを像担持体側へ移動させる時のピーク電圧Ｖmaxとトナーを現像剤担持体側へ引き戻す時のピーク電圧Ｖminとの間を連続的に変化し、ＶmaxからＶminに変化する時間が一周期の６０％以上を占有するように設定されていることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１記載の画像形成装置において、
    トナー粒子径の最大長に関する形状係数ＳＦ−１が１００以上１８０以下の範囲内であり、トナー粒子の投影像の周囲長に関する形状係数ＳＦ−２が１００以上１４０以下の範囲内に設定されていることを特徴とする画像形成装置。

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