JP2012173643A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー像の後端かすれを従来よりも軽減する。
【解決手段】感光体３上の静電潜像を第１現像スリーブ１５上の現像剤によって現像した後、更に第２現像スリーブ１６上の現像剤によって現像する画像形成装置において、第２現像スリーブ１６に印加する第２現像バイアスの交流成分として、波形の立ち上がり箇所と立ち下がり箇所とのうち、第２現像スリーブ１６と感光体３の地肌部との間の電界の向きを、地肌部側から第２現像スリーブ側にトナーを移動させる向きに切り換える方を、垂直よりも緩やかな勾配にした非矩形波からなるもの、を出力するように、現像バイアス電源２５を構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、自らの表面に担持した現像剤によって潜像担持体上の潜像を現像する第１現像剤担持体と、自らの表面に担持した現像剤により、第１現像剤担持体との対向位置を通過した後の潜像担持体上の潜像を現像する第２現像剤担持体とを有する現像装置に関するものである。また、かかる現像装置を用いる複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

近年の画像形成速度の高速化に伴い、感光体等の潜像担持体の表面移動速度はより高速化される傾向にある。このような高速の画像形成装置においては、現像剤担持体の表面を高速移動させないと、潜像担持体と現像剤担持体とが対向する現像領域に対する単位時間あたりのトナー供給量を不足させて現像濃度不足を引き起こしてしまう。例えば、回転可能な非磁性パイプからなる現像スリーブを現像剤担持体として用いる場合、現像スリーブを高速回転させてその表面を高速移動させないと、現像領域に対するトナー供給量を不足させてしまうのである。ところが、現像スリーブを高速回転させると、現像スリーブ上の現像剤によって潜像担持体上のトナーを掻き取ってしまう掻き取り作用を助長して、細線画像の再現性を悪化させてしまう。

そこで、潜像担持体上の潜像を複数の現像スリーブによって現像するようにした画像形成装置が知られている。この種の画像形成装置は、第１現像スリーブを用いる第１現像処理によって得たトナー像を、第２現像スリーブを用いる第２現像処理によって更に現像する。第１現像スリーブや第２現像スリーブには、それぞれ、直流成分に対して矩形波からなる交流成分を重畳した現像バイアスを印加している。かかる構成においては、第１現像処理によって得られたトナー像がトナー供給量の不足によって現像濃度不足を引き起こしていたとしても、そのトナー像を第２現像処理によって更に現像して現像濃度の上昇を図ることが可能である。しかも、それぞれの現像処理において、現像バイアスとして交流成分を含むものを印加することで、直流成分だけからなるものを印加する場合に比べて、現像剤中から潜像に向けてトナーを移動させ易くして、現像効率を高めている。これらの結果、現像スリーブを高速回転させることなく、現像濃度不足の発生を抑えることができる。

このように、複数の現像スリーブによって現像を行う方式では、現像領域で現像スリーブの表面を潜像担持体の表面と同じ方向に移動させ、且つその線速を潜像担持体の線速よりも速く設定するのが一般的である。これは、次に説明する理由による。即ち、現像領域で現像スリーブの表面を潜像担持体の表面に対してカウンタ方向に移動させると、現像スリーブと連れ回っている現像剤に対して潜像担持体が摺擦してその連れ回り方向とは逆方向に移動させようとする力を付与する。すると、その力によって現像スリーブとの連れ回りを阻止されて現像領域に長期間滞留する現像剤が出現して、現像不良を引き起こしてしまうことがある。このため、現像スリーブの表面を潜像担持体と同じ方向に移動させるのであるが、両者が同じ方向に同じ線速で移動すると潜像担持体上の潜像に対して現像剤の入れ替わりが殆ど起こらなくなる。そこで、現像スリーブの線速を潜像担持体の線速よりも速くする。これにより、現像領域において、移動する潜像に対して、それを後から追い越してきた新しい現像剤が順次供給されるようにして、多くのトナーを供給できるようにするのである。

ところが、かかる構成においては、トナー像の後端部の画像濃度を不足させるいわゆる後端かすれという現象を引き起こし易くなってしまう。具体的には、潜像担持体の表面に、紙間対応領域などの比較的大きな非画像部が存在すると、その非画像部は、現像領域を通過する過程でトナーを潜像担持体側から現像スリーブ側に静電移動させる非現像ポテンシャルを現像スリーブに対して長時間作用させる。これにより、現像スリーブに担持されている現像剤中のトナーの殆どを、キャリア表面から離脱させてスリーブ表面上に移動させる（以下、この状態をトナー離脱状態という）。このようなトナー離脱状態になった現像剤は、トナーの殆どをキャリア中に存在させている通常の状態に比べて、現像能力を大きく低下させている。潜像担持体において比較的大きな非画像部に隣設している潜像先端部が、潜像担持体の表面移動に伴って現像領域入口に進入した直後には、その潜像先端部を後から追い越してくる現像スリーブ上の現像剤がトナー離脱状態になっていることから、現像不良を引き起こし易い。しかし、その後、現像領域の出口付近まで移動した潜像先端部に対しては、その潜像先端部よりも後側に位置している潜像中央部との対向部を通過してきたのに伴ってトナーをスリーブ表面からキャリア中に引き戻している通常の状態の現像剤が供給されるようになる。このため、潜像先端部に対しては、現像領域の出口付近で有効な現像処理が行われる。このような現象が、第１現像スリーブと潜像担持体とが対向する現像領域と、第２現像スリーブと潜像担持体とが対向する現像領域とでそれぞれ起こる。これに対し、潜像後端部は、現像領域の入口付近から出口付近に至るまで、有効な現像処理を施されない状態が続く。具体的には、現像領域入口に進入した直後の潜像後端部に対しては、潜像先端部と同様の理由により、トナー離脱状態の現像剤が供給される。その後、現像領域の出口付近まで移動した潜像後端部に対しては、その潜像後端部の後側で隣設している非画像部との対応領域を通過してトナー離脱状態になった現像剤しか供給されないことから、出口付近においても現像処理が有効に行われない。このため、トナー像の後端かすれが発生し易くなるのである。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、細線画像を良好に再現し、現像剤を現像領域に長時間滞留させることによる現像不良の発生を抑え、且つ、トナー像の後端かすれを軽減することができる現像装置や画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、自らの無端移動する表面を潜像担持体に対向する第１現像領域で前記潜像担持体に対して同じ方向且つより速い線速で移動させながら、自らの表面に担持しているトナーとキャリアとを含有する現像剤によって前記潜像担持体上の潜像を現像する第１現像処理を行う第１現像剤担持体と、自らの無端移動する表面を前記潜像担持体に対向する第２現像領域で前記潜像担持体に対して同じ方向且つより速い線速で移動させながら、前記第１現像処理で得られたトナー像を自らの表面に担持している現像剤によって更に現像する第２現像処理を行う第２現像剤担持体と、前記第１現像剤担持体や前記第２現像剤担持体に印加するための現像バイアスとして、直流成分及び矩形波からなる交流成分を具備するものを出力するバイアス出力手段とを有する現像装置において、前記第２現像剤担持体に印加するための第２現像バイアスの交流成分として、矩形波からなるものの代わりに、波形の立ち上がり箇所と立ち下がり箇所とのうち、前記第２現像剤担持体と前記潜像担持体の地肌部との間の電界の向きを、地肌部側から第２現像剤担持体側にトナーを移動させる向きに切り換える方を、垂直よりも緩やかな勾配にした非矩形波からなるもの、を出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、前記第２現像バイアスの交流成分として、前記第１現像剤担持体に印加するための第１現像バイアスの交流成分と同じピークツウピーク値であるものを出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の現像装置において、前記第２現像バイアスの交流成分として、波形が三角波であるものを出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２の現像装置において、前記第２現像バイアスの交流成分として、波形が正弦波であるものを出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項２の現像装置において、前記第２現像バイアスの交流成分として、波形の立ち上がり箇所と立ち下がり箇所とのうち、前記第２現像剤担持体と前記潜像担持体の地肌部との間の電界の向きを、トナーを第２現像剤担持体側から地肌部側に移動させる方向に切り換える方の勾配を、他方の勾配に比べて大きくしたもの、を出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、潜像を担持する潜像担持体と、前記潜像担持体に担持される潜像を現像してトナー像を得る現像手段とを備える画像形成装置において、前記現像手段として、請求項１乃至５の何れかの現像装置を用いたことを特徴とするものである。

これらの発明においては、第１現像剤担持体による第１現像処理の際にトナー像がトナー供給量の不足によって現像濃度不足を引き起こしていたとしても、そのトナー像を第２現像剤担持体による第２現像処理によって更に現像して現像濃度の上昇を図る。更に、それぞれの現像処理において、現像バイアスとして交流成分を含むものを印加することで、直流成分だけからなるものを印加する場合に比べて、現像剤中から潜像に向けてトナーを移動させ易くして、現像効率を高める。これらの結果、現像剤担持体の表面を高速移動させることなく現像濃度不足の発生を抑えることが可能になるので、現像剤担持体の表面の高速移動に起因するトナー掻き取り効果の発生を回避して、細線画像を良好に再現することができる。
また、これらの発明においては、第１現像剤担持体の表面、及び第２現像剤担持体の表面を、それぞれ現像領域で潜像担持体に対して同じ方向で且つより速い線速で移動させることで、それらの表面に担持されている現像剤に現像領域をスムーズに通過させる。これにより、現像剤を現像領域に長時間滞留させることによる現像不良の発生を抑えることができる。
また、これらの発明においては、第２現像バイアスの交流成分として、波形が非矩形波からなるものを第２現像剤担持体に印加する。この交流成分は、立ち上がり箇所と立ち下がり箇所とのうち、第２現像剤担持体と潜像担持体との間の電界の向きを、潜像担持体側から第２現像剤担持体側にトナーを移動させる向きに切り換える方が、垂直よりも緩やかな勾配になっている。このため、勾配が垂直になっている矩形波に比べて、第２現像剤担持体の現像剤中のトナーをゆっくりと潜像担持体側から第２現像剤担持体側に向けて移動させる。すると、矩形波からなる交流成分に比べて、第２現像剤担持体の表面を潜像担持体の表面における比較的大きな非画像部に対向させた際における現像剤中のトナーのキャリア表面から第２現像剤担持体表面への移動が軽減される。これにより、第２現像バイアスの交流成分として矩形波からなるものを出力していた従来に比べて、潜像担持体の潜像にトナーを付着させ易くなった現像剤を潜像後端部に供給して、トナー像の後端かすれを軽減することができる。

実施形態に係るプリンタの要部を示す要部構成図。 同プリンタの現像装置を感光体の一部とともに拡大して示す拡大構成図。 同現像装置における剤供給室、剤回収室及び剤返送室を示す縦断面図。 同現像装置の第１現像スリーブに印加される第１現像バイアスの計時変化を示すグラフ。 感光体の地肌部との対向位置を通過した現像スリーブ表面に対するトナーの付着度合いと、地肌ポテンシャルと、現像バイアスの交流成分波形との関係を示すグラフ。 正弦波からなる交流電圧を具備する現像バイアスの計時変化を示すグラフ。 三角波からなる交流電圧を具備する現像バイアスの計時変化を示すグラフ。 波形のｄｕｔｙを説明するためのグラフ。 第１変形例に係るプリンタを示す要部構成図。 第２変形例に係るプリンタを示す要部構成図。 第３実施例に係るプリンタの現像バイアス電源から出力される第２現像バイアスの計時変化を示すグラフ。 第３実施例に係るプリンタの現像バイアス電源から出力される第２現像バイアスの第２例の計時変化を示すグラフ。 第１比較例の第２現像バイアスの計時変化を示すグラフ。 第２比較例の第２現像バイアスの計時変化を示すグラフ。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のプリンタ（以下、単にプリンタという）の実施形態について説明する。
まず、実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係るプリンタの要部を示す要部構成図である。このプリンタは、光書込装置２、感光体３、帯電装置４、ドラムクリーニング装置５、除電ランプ６、現像装置１０、１次転写ローラ３２などを有している。

潜像担持体たる感光体３としては、アルミニウム等の素管に、感光性を有する有機感光材の塗布による感光層を形成したドラム状のものを用いている。無端ベルト状のものを用いても良い。

図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される感光体３の周面は、帯電装置４によってトナーの正規帯電極性と同極性に一様に帯電せしめられる。実施形態に係るプリンタにおいては、帯電装置４として、帯電バイアスが印加される帯電ローラを感光体３に当接させながら回転させるものを用いている。かかる構成の帯電装置４に代えて、感光体３に対して非接触で帯電処理を行うスコロトロンチャージャ等を用いてもよい。

このようにして一様に帯電せしめられた感光体３の周面は、光書込装置２によって６００［ｄｐｉ］の書込密度で光走査されることで、静電潜像を担持する。光書込装置２は、ＬＥＤアレイの個々のＬＥＤから発した光によって感光体３の表面を光走査するものである。レーザーダイオードから発したレーザー光をポリゴンミラーによって主走査方向（ドラム軸線方向）に偏向せしめながら感光体３に当てて、感光体３表面を光走査する方式のものを用いてもよい。

感光体３の表面に形成された静電潜像は、現像装置１０によって現像されてトナー像になる。このトナー像は、感光体３の回転に伴って、感光体３と１次転写ローラ３２との当接による１次転写ニップに進入する。この１次転写ニップにおいては、トナーの正規帯電極性と同極性の電位になっている静電潜像と、トナーの正規帯電極性とは逆極性の１次転写バイアスが印加される１次転写ローラ３２との間に、トナーを感光体３側から１次転写ローラ３２側に静電移動させる転写電界が形成されている。

実施形態に係るプリンタは、図示しない給紙カセット、レジストローラ対、定着装置なども具備している。記録部材としての記録紙を収容する給紙カセットから送り出された記録紙は、レジストローラ対の２つのローラの当接によるレジストニップに挟み込まれる。レジストローラ対は、レジストニップに記録紙を挟み込むと、２つのローラの回転駆動を一時停止させる。そして、記録紙を感光体３上のトナー像に同期させるタイミングで２つのローラの回転駆動を再開して、記録紙を１次転写ニップに送り込む。１次転写ニップ内では、上述した転写電界やニップ圧の作用により、感光体３上のトナー像が記録紙に１次転写される。

１次転写ニップを通過した記録紙は、図示しない定着装置に送られる。そして、定着装置内において、加熱処理や加圧処理が施されることで、表面にトナー像が定着せしめられる。また、１次転写ニップを通過した感光体３表面には、記録紙に１次転写されなかった転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、ドラムクリーニング装置５によって感光体３の表面から除去される。実施形態に係るプリンタにおいては、ドラムクリーニング装置５として、回転駆動するクリーニングブラシローラによって転写残トナーを感光体３の表面から掻き取る方式のものを設けている。かかる方式のものに代えて、クリーニングブレードを用いる方式のものを採用してもよい。

転写残トナーがクリーニングされた感光体３の表面は、除電ランプ６によって除電されて、次の画像形成に備えられる。

図２は、現像装置１０を感光体３の一部とともに拡大して示す拡大構成図である。また、図３は、現像装置１０における剤供給室１２、剤回収室１３及び剤返送室１４を示す縦断面図である。これらの図を参照しながら、現像装置１０の挙動について詳しく説明する。ドラム状の感光体３Ｙは、その軸線方向を図紙面に直交する方向（水平方向）に延在させる姿勢で配設されている。現像装置１０は、現像室１１と、剤供給室１２と、剤回収室１３と、剤返送室１４とを有しており、これらの室内にはそれぞれ図示しないトナー及び磁性キャリアを含有する現像剤が収容されている。また、現像室１１には、第１現像剤担持体たる第１現像スリーブ１５と第２現像剤担持体たる第２現像スリーブ１６とが互いに鉛直方向に並ぶようにしてそれぞれ回転駆動可能に収容されている。また、剤供給室１２には、供給搬送スクリュウ１７が回転駆動可能に収容されている。また、剤回収室１３には、受取搬送スクリュウ１８が回転駆動可能に収容されている。また、剤返送室１４には、傾斜搬送スクリュウ１９が回転駆動可能に収容されている。

第１現像スリーブ１５やこれの下方に配設された第２現像スリーブ１６は、それぞれ、図示しないモータや駆動伝達系などからなる駆動手段によって回転駆動される非磁性パイプからなっている。非磁性パイプの材質としては、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂等を例示することができる。

第１現像スリーブ１５や第２現像スリーブ１６を収容している現像室１１は、感光体３と対向する側の壁に開口を有しており、そこから２つの現像スリーブにおけるそれぞれの周面の一部を露出させている。この現像室１１において、感光体３に対向する側とは反対側の領域は、２つの現像スリーブの軸線方向の全域に渡って、剤供給室１２及び剤回収室１３が連通している。剤供給室１２は剤回収室１３の鉛直方向の真上に配設されており、これら剤供給室１２及び剤回収室１３が何れも図中左側の領域（感光体側の領域）を長手方向の全域に渡って現像室１１に連通させている。

第１現像スリーブ１５の中には、図示しない第１マグネットローラが回転不能に収容されている。この第１マグネットローラは、剤供給室１２内の現像剤を第１現像スリーブ１５の表面に引き寄せて第１現像スリーブ１５に汲み上げさせるための汲み上げ磁極、ドクターブレード２０に対向する位置にあるドクター対向磁極、感光体３に対向する位置にある主磁極、第１現像スリーブ１５上の現像剤を第２現像スリーブ１６に向けて搬送するための搬送磁極などを具備している。

第２現像スリーブ１６の中には、図示しない第２マグネットローラが回転不能に収容されている。この第２マグネットローラは、第１現像スリーブ１５によって搬送されてくる現像剤を第２現像スリーブ１６に受け取らせるための受取り磁極、感光体３に対向する位置にある主磁極、キャリア捕集ローラ２１に対向する位置にある捕集ローラ対向磁極、第２現像スリーブ１６上の現像剤を剤回収室１３に向けて離脱させるための剤離れ磁極（剤離れ極）などを具備している。

剤供給室１２内に収容されている供給搬送スクリュウ１７は、感光体３や２つの現像スリーブと同様に水平方向に延在する姿勢をとっている。そして、駆動手段によって回転駆動されるのに伴って、剤剤収容室１２内の現像剤を水平方向に搬送する。

剤回収室１３内に収容されている受取搬送スクリュウ１８も、感光体３や２つの現像スリーブと同様に、水平方向に延在する姿勢をとっている。そして、図示しない駆動手段によって回転駆動されるのに伴って、剤回収室１２内の現像剤を水平方向に搬送する。

剤供給室１２や剤回収室１３における現像室１１側とは反対側には、剤返送室１４が隣接している。この剤返送室１４は、他の部屋とは異なり、水平方向から傾いた姿勢で延在するように形成されている。そして、傾斜搬送スクリュウ１９を同様に傾かせた状態で収容している。なお、剤返送室１４は、仕切壁によってその大部分が剤供給室１２や剤回収室１３から仕切られている。但し、仕切壁に設けられた開口によって、剤供給室１２や剤回収室１３と部分的に連通している。

剤供給室１２内においては、供給搬送スクリュウ１７の羽根内に保持された図示しない現像剤が、供給搬送スクリュウ１７の回転に伴って、図２における図紙面に直交する方向の奥側から手前側（図３における矢印Ｅ方向）へと搬送される。この搬送の過程において、現像剤は現像室１１内の第１現像スリーブ１５に順次供給されていく。そして、第１マグネットローラの汲み上げ磁極が発する磁力によって第１現像スリーブ１５に汲み上げられる。

第１現像スリーブ１５に汲み上げられた現像剤は、第１現像スリーブ１５の表面と所定の間隙を介して対向しているドクターブレード２０によって第１現像スリーブ１５上での層厚が規制される。そして、感光体３に対向する第１現像領域まで搬送されて、ここで現像に寄与する。

第１現像スリーブ１５に汲み上げられずに供給搬送スクリュウ１７の剤搬送方向下流側端部付近（図２における手前側端部付近）まで搬送された現像剤は、剤供給室１２の底壁に設けられた図示しない落とし込み開口を経て、剤回収室１３内に落下する。

第１現像スリーブ１５の回転に伴って、第１現像スリーブ１５と感光体３とが対向する第１現像領域まで搬送されて現像に寄与した現像剤は、その後、第１現像スリーブ１５の回転に伴って第１現像領域を通過する。そして、第１現像スリーブ１５の下方に配設された第２現像スリーブ１６に受け渡される。その後、第２現像スリーブ１６の回転に伴って、第２現像スリーブ１６と感光体３とが対向する第２現像領域に送られて、ここで再び現像に寄与する。２度目の現像工程を終えた現像剤は、現像室１１と剤回収室１３との連通位置まで搬送される。そして、第２マグネットローラの剤離れ磁極によって形成される反発磁界の影響により、第２現像スリーブ１６表面から離脱した後、剤回収室１３内に落下する。

第２現像スリーブ１６の回転とともに第２現像領域を通過した後、剤回収室１３から比較的離れた位置で第２現像スリーブ１６表面から離脱してしまった現像剤は、第２現像スリーブ１６の直下に配設されたキャリア捕集ローラ２１の回転力により、剤回収室１３に向けて搬送される。

剤回収室１３内では、受取搬送スクリュウ１８の羽根内に保持された図示しない現像剤が、受取搬送スクリュウ１８の回転に伴って、図２の図紙面に直交する方向の奥側から手前側（図３における矢印Ｆ方向）へと搬送される。そして、この搬送の過程において、図示しないトナー補給装置によってトナーが補給される。また、剤供給室１２の上述した落とし込み開口から落下してくる現像剤を取り込む。その後、受取搬送スクリュウ１８の剤搬送方向下流側端部付近（図２の手前端部付近）まで搬送された現像剤は、上述した仕切壁に設けられた開口部を通って、剤返送室１４内に進入する。

剤返送室１４内に進入した現像剤は、傾斜搬送スクリュウ１９の剤搬送方向上流側端部に取り込まれる。そして、剤搬送方向上流側から剤搬送方向下流側への斜め上向きの姿勢で配設された傾斜搬送スクリュウ１９の回転に伴って、図３の矢印Ｇで示すように昇り勾配で搬送される。傾斜搬送スクリュウ１９の剤搬送方向下流側端部付近まで搬送されると、上述した仕切壁に設けられた返送開口を通って、剤供給室１２内に戻される。そして、供給搬送スクリュウ１７の剤搬送方向上流側端部に取り込まれる。

図２に示すように、現像装置１０の現像バイアス電源２５は、第１現像スリーブ１５に印加するための第１現像バイアスや、第２現像スリーブ１６に印加するための第２現像バイアスを出力する。以下、各種の電位条件の例を具体的に提示しながら実施形態に係るプリンタを説明するが、それら電位条件はあくまでも一例である。

先に示した図１において、感光体３の表面は、帯電装置４によって−３３０［Ｖ］に一様に帯電せしめられる。そして、感光体３の表面のうち、光書込装置２によって光書込が行われた箇所（静電潜像）は、電位が−１００［Ｖ］まで減衰せしめられる。

図４は、第１現像スリーブ１５に印加される第１現像バイアスの計時変化を示すグラフである。この第１現像バイアスは、−２１５［Ｖ］の直流電圧（直流成分）に対して、ピークツウピーク値Ｖｐｐ＝８００［Ｖ］、周波数ｆ＝９［ｋＨｚ］、ｄｕｔｙ＝５０［％］の矩形波からなる交流電圧（交流成分）が重畳されたものである。この第１現像バイアスにおいて、立ち上がりピーク値は１８５［Ｖ］である。また、立ち下がりピーク値は−６１５［Ｖ］である。また、平均値は−２１５［Ｖ］である。

上述したように、本プリンタにおいて、感光体３上に形成された静電潜像の電位（以下、潜像電位という）は、−１００［Ｖ］である。また、感光体３の一様帯電電位（以下、地肌電位という）は−３３０［Ｖ］である。この条件で、−２１５［Ｖ］という平均値の第１現像バイアスが第１現像スリーブ１５に印加されると、感光体３の静電潜像と第１現像スリーブ１５との間において、マイナス極性に帯電しているトナーが、−２１５［Ｖ］のスリーブ表面側から、−１００［Ｖ］の潜像側に相対移動する。これにより、トナーが静電潜像に付着してトナー像を形成する。一方、感光体３の地肌部と第１現像スリーブ１５との間においては、マイナス極性に帯電しているトナーが、−３３０［Ｖ］の地肌部側から、−２１５［Ｖ］のスリーブ表面側に相対移動する。これにより、感光体３の地肌部に対するトナー付着が回避される。

感光体３の静電潜像と、第１現像スリーブ１５との間におけるトナーの挙動について、更に詳しく説明する。図４のグラフにおいて、１８５［Ｖ］の電位から−６１５［Ｖ］の電位まで一気に立ち下がっている立ち下がり箇所が出現するタイミングでは、それまで第１現像スリーブ１５上の現像剤の磁性キャリアに付着していたトナーが、スリーブ表面側から潜像側に移動して感光体３の静電潜像に転移する。これに対し、−６１５［Ｖ］の電位から１８５［Ｖ］の電位まで一気に立ち上がっている立ち上がり箇所が出現するタイミングでは、それまで感光体３の静電潜像に付着していたトナーが、潜像側からスリーブ表面側に移動して第１現像スリーブ１５上の現像剤の磁性キャリアに付着する。このようにして、第１現像スリーブ１５と感光体３とが対向している第１現像領域では、トナーが第１現像スリーブ１５と感光体３の静電潜像との間で往復移動を繰り返す。但し、第１現像スリーブ１５の表面電位の平均値は、概ね第１現像バイアスの平均値と同じ−２１５［Ｖ］程度になり、静電潜像の−１００［Ｖ］よりもマイナス側に大きな値であるため、トナーは往復移動しながら、相対的にはスリーブ側から潜像側に移動する。

従来の画像形成装置においては、第２現像スリーブ１６に印加する第２現像バイアスとして、第１現像バイアスと同じものを採用していた。そして、感光体３の表面において比較的大きな非画像部に続く静電潜像の後端部を良好に現像することができずに、トナー像の後端かすれを引き起こしていた。その原因は既に説明したように、第２現像スリーブ１６と感光体３とが対向する第２現像領域において、静電潜像の後端部に対して、第２現像領域入口付近から出口付近に至るまで、トナー離脱状態の現像剤しか供給しないことにある。

図５は、感光体３の地肌部との対向位置を通過した現像スリーブ表面に対するトナーの付着度合いと、地肌ポテンシャルと、現像バイアスの交流成分波形との関係を示すグラフである。感光体３の比較的大きな非画像部（地肌部）との対向領域を通過した現像スリーブ上の現像剤は、地肌ポテンシャルの影響により、多くのトナーを磁性キャリア表面から離脱させて、現像スリーブ表面に付着させたトナー離脱状態になっている。地肌ポテンシャルは、現像バイアスの平均値と、地肌電位との電位差であり、その値が大きくなるほど、現像スリーブ表面にトナーを付着させる作用が大きくなる。つまり、地肌ポテンシャルが大きくなるほど、スリーブ表面トナー付着度合いが高くなる。そして、互いに同じ値の直流電圧を具備し、且つ互いに同じピークツウピーク値Ｖｐｐ、周波数ｆ、及びｄｕｔｙの交流電圧を具備する現像バイアスの場合には、交流電圧の波形が矩形波のもの、正弦波（ｓｉｎ波）のもの、三角波のものという順で、スリーブ表面トナー付着度合いが徐々に低くなっていく。

このようにスリーブ表面トナー付着度合いが徐々に低くなっていく理由について説明する。
図６は、正弦波からなる交流電圧を具備する現像バイアスの計時変化を示すグラフである。また、図７は、三角波からなる交流電圧を具備する現像バイアスの計時変化を示すグラフである。図６に示される現像バイアスや、図７に示される現像バイアスは、それぞれ、図４に示される第１現像バイアスと、直流電圧や、交流電圧のピークツウピーク値Ｖｐｐ（８００Ｖ）、周波数ｆ（９ｋＨｚ）、及びｄｕｔｙ（５０％）が同じである。第１現像バイアスと異なっている点は、交流電圧の波形のみである。なお、ｄｕｔｙは、波形の１周期における全面積に対する現像ピーク部の面積の割合である。また、波形の１周期における全面積は、１周期内におけるピークツウピーク中心よりも上側の山部の面積と、ピークツウピークよりも下側の谷部の面積との和である。また、現像ピーク部は、前述した山部と谷部とのうち、トナーを現像スリーブ側から潜像側に移動させる方、の面積である。例えば、図４に示した第１現像バイアスの場合には、図８に示すように、斜線を付した箇所が波形の１周期における全面積である。波形の山部と谷部とのうち、マイナス極性のトナーを現像スリーブ側から潜像側に移動させるのは、谷部である。このため、現像ピーク部面積は、図中で編み目のハッチングで示すように、谷部の面積である。

図４に示した第１現像バイアスにおいては、電位が地肌電位（−３３０Ｖ）よりもプラス極性側にあるときに、第１現像スリーブ１５と感光体３の地肌部（非画像部）との間の電界の向きがスリーブ向きになる。また、電位が地肌電位（−３３０）よりもマイナス極性側にあるときに、第１現像スリーブ１５と地肌部との間の電界の向きが地肌部向きになる。スリーブ向きは、トナーを地肌部側から現像スリーブ側に移動させる向きである。また、地肌部向きは、トナーを現像スリーブ側から地肌部側に移動させる向きである。図４の第１現像バイアスにおいては、波形の立ち上がり箇所がほぼ垂直に一気に上昇している。これは、立ち上がり箇所が出現するタイミングで、電界の状態を、地肌部向きの最大強度から、スリーブ向きの最大強度に一気に変化させることを意味している。このような変化のさせ方をすると、感光体３の静電潜像や地肌部に付着していたトナーを一瞬のうちで一気に現像スリーブ側に戻すことになる。一方、図６に示した、正弦波からなる交流電圧を具備する現像バイアスでは、波形の立ち上がり箇所が、垂直よりも緩やかに上昇している。これは、矩形波よりも長期間をかけて、地肌部向きの最大強度から、スリーブ向きの最大強度まで電界の状態を変化させていることを意味している。このように長時間をかけて電界の状態を変化させると、感光体３の地肌部との対向位置を通過した現像スリーブ表面に対するトナーの付着度合いが、矩形波の場合に比べて低くなる。また、図７に示した、三角波からなる交流電圧を具備する現像バイアスでは、波形の立ち上がり箇所が、正弦波よりも更に緩やかに上昇している。これは、正弦波よりも長期間をかけて、地肌部向きの最大強度から、スリーブ向きの最大強度まで電界の状態を変化させていることを意味している。このため、感光体３の地肌部との対向位置を通過した現像スリーブ表面に対するトナーの付着度合いが、正弦波の場合に比べて更に低くなる。

このように、第２現像バイアスの交流成分として、矩形波からなるものの代わりに、波形の立ち上がり箇所と立ち下がり箇所とのうち、第２現像スリーブ１６と感光体３の地肌部との間の電界の向きを、地肌部向きからスリーブ向きに切り換える方を、垂直よりも緩やかな勾配にした非矩形波からなるもの、を採用することで、矩形波からなるものを採用する場合に比べて、感光体３の地肌部との対向位置を通過した現像スリーブ表面に対するトナーの付着度合いを低くすることができる。

そこで、実施形態に係る複写機においては、第２現像バイアスの交流成分として、矩形波からなるものの代わりに、波形の立ち上がり箇所と立ち下がり箇所とのうち、第２現像スリーブ１６と感光体３の地肌部との間の電界の向きを、地肌部向きからスリーブ向きに切り換える方を、垂直よりも緩やかな勾配にした非矩形波からなるものを出力するように、バイアス出力手段としての現像バイアス電源２５を構成している。かかる構成では、従来のように矩形波からなるものを出力する場合に比べて、感光体３の地肌部との対向位置を通過した第２現像スリーブ１６表面に対するトナーの付着度合いを低くして、トナー像の後端かすれを軽減することができる。

なお、第２現像バイアスの交流成分としては、第１現像バイアスの交流成分と同じピークツウピーク値Ｖｐｐであるものを出力するように、現像バイアス電源２５を構成している。このようにしているのは、次に説明する理由による。即ち、第２現像バイアスの交流電圧として、第１現像バイアスと同様に矩形波からなるものを採用したとしても、そのピークツウピーク値Ｖｐｐを第１現像バイアスの交流電圧よりも小さくすれば、トナー像の後端かすれをある程度まで軽減することが可能である。ピークツウピーク値Ｖｐｐを小さくすることで、電界の向きを地肌部向きからスリーブ向きに切り換えたときの電界強度をより小さくするので、感光体３の地肌部との対向位置を通過した第２現像スリーブ１６表面に対するトナーの付着度合いをより低くすることが可能だからである。しかしながら、交流電圧のピークツウピーク値Ｖｐｐを小さくすると、文字や細線のエッジに向けてトナーを転移させる電界強度を不足させて、文字や細線のエッジ抜けを引き起こし易くなってしまう。そこで、第２現像バイアスの交流電圧のピークツウピーク値Ｖｐｐについては、第１現像バイアスと同じに設定するのである。このようにすることで、文字や細線のエッジにトナーを良好に付着させて、文字や細線のエッジ抜けの発生を抑えることができる。

図９は、実施形態に係るプリンタの一部構成を変形した第１変形例に係るプリンタを示す要部構成図である。第１変形例に係るプリンタは、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）用の４つのプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを備えている。Ｋ用のプロセスユニット１Ｋの構成は、実施形態に係るプリンタにおける光書込装置２、感光体３、帯電装置４、ドラムクリーニング装置５、除電ランプ６、及び現像装置１０の組み合わせとほぼ同様であり、その組み合わせが共通の支持体に支持されてプリンタ本体に対して一体的に着脱される。Ｙ，Ｍ，Ｃ用のプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃは、使用するトナーの色が異なる点の他が、Ｋ用のプロセスユニット１Ｋと同様の構成になっている。

プロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋには、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋトナー像が形成される。４つのプロセスユニット１Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの下方には、転写ユニット３０が配設されている。この転写ユニット３０は、複数のローラによって張架しながら図中反時計回り方向に無端移動させている中間転写ベルト３１を、感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋにそれぞれ当接させてＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップを形成している。Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップの近傍では、ベルトループ内側に配設された１次転写ローラ３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋによって中間転写ベルト３１を感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋに向けて押圧している。これら１次転写ローラ３２Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋには、それぞれ図示しない電源によって１次転写バイアスが印加されている。これにより、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップには、感光体３Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト３１に向けて静電移動させる１次転写電界が形成されている。図中反時計回り方向の無端移動に伴ってＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の１次転写ニップを順次通過していく中間転写ベルト３２のおもて面には、各１次転写ニップでトナー像が順次重ね合わせて１次転写される。この重ね合わせの１次転写により、中間転写ベルト３２のおもて面には４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。

中間転写ベルト３１の下方には、２次転写ローラ３９が配設されており、ベルトループ内の２次転写対向ローラ３４との間に中間転写ベルト３１を挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト３１のおもて面と、２次転写ローラ３９とが当接する２次転写ニップが形成されている。２次転写ローラ３９には図示しない電源によって２次転写バイアスが印加されている。一方、ベルトループ内の２次転写対向ローラ３４は接地されている。これにより、２次転写ニップに２次転写電界が形成されている。

この２次転写ニップの図中左側方には、レジストローラ対４０が配設されている。また、レジストローラ対４０のレジストニップの入口付近には、図示しないレジストセンサが配設されている。図示しない白紙供給装置からレジストローラ対４０に向けて搬送されてくる記録紙Ｐは、その先端がレジストセンサに検知された所定時間後の搬送が一時停止し、レジストローラ対４０のレジストニップに先端を突き当てる。この結果、記録紙Ｐの姿勢が修正され、画像形成との同期をとる準備が整う。

記録紙Ｐの先端がレジストニップに突き当たると、レジストローラ対４０は、記録紙Ｐを中間転写ベルト３１上の４色トナー像に同期させ得るタイミングでローラ回転駆動を再開して、記録紙Ｐを２次転写ニップに送り出す。２次転写ニップ内では、中間転写ベルト３１上の４色トナー像が２次転写電界やニップ圧の影響によって記録紙Ｐに一括２次転写され、記録紙の白色と相まってフルカラー画像となる。２次転写ニップを通過した記録紙Ｐは、中間転写ベルト３１から離間して、図示しない定着装置に送られる。

２次転写ニップを通過した中間転写ベルト３１の表面には、２次転写ニップで記録紙Ｐに転写されなかった転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、中間転写ベルト３１に当接するベルトクリーニング装置３８によって掻き取り除去される。

図１０は、実施形態に係るプリンタの一部構成を変形した第２変形例に係るプリンタを示す要部構成図である。第２変形例に係るプリンタは、感光体３の周りに、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の現像装置１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを有している。Ｋ用の現像装置１０Ｋの構成は、実施形態に係るプリンタの現像措置１０と同様である。また、Ｙ，Ｍ，Ｃ用の現像装置１０Ｙ，Ｍ，Ｃは、使用するトナーの色が異なる点の他が、Ｋ用の現像装置１０Ｋと同様の構成になっている。そして、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ用の現像装置１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋは、それぞれ独立して感光体３に対して接近及び離間するように図示しない移動手段によって移動される。それら現像装置１０Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋのうち、現像動作を行うものだけが、感光体３上に接近する位置まで移動せしめられて現像に寄与する。例えば、感光体３上の潜像をＫトナーによって現像する場合には、Ｋ用の現像装置１０Ｋだけが感光体３に接近する位置まで移動され、Ｙ，Ｍ，Ｃ用の現像装置１０Ｙ，Ｍ，Ｃは、感光体３から大きく離間する位置で待機する。

感光体３の下方には、図中反時計回り方向に無端移動せしめている中間転写ベルト３１を感光体３に当接させて１次転写ニップを形成する転写ユニット３０が配設されている。本プリンタは、カラー画像を形成する場合には、まず、中間転写ベルト３１の１周目において、感光体３にＹ用の潜像を形成しながらＹ用の現像装置１０Ｙで現像する。そして、得られたＹトナー像を１次転写ニップで中間転写ベルト３１に１次転写する。次いで、中間転写ベルト３１の２周目において、感光体３にＭ用の潜像を形成しながらＭ用の現像装置１０Ｍで現像する。そして、得られたＭトナー像を１次転写ニップで中間転写ベルト３１上のＹトナー像に重ね合わせて１次転写する。同様にして、中間転写ベルト３１の３，４周目において、感光体３上に形成したＣ，Ｋトナー像を、中間転写ベルト３１上のＹトナー像やＭトナー像の上に重ね合わせて１次転写する。このようにして中間転写ベルト３１に４色トナー像を形成すると、それまで中間転写ベルト３１から離間させていた２次転写ローラ３９をベルトに当接させて２次転写ニップを形成する。また、それまで中間転写ベルト３１から離間させていたベルトクリーニング装置３８をベルトに当接させてクリーニングニップを形成する。

その後、２次転写ニップで中間転写ベルト３１上の４色トナー像を記録紙Ｐに一括２次転写しながら、２次転写ニップ通過後の中間転写ベルト３１のおもて面に付着している転写残トナーをベルトクリーニング装置３８によって除去する。２次転写ニップを通過した記録紙Ｐは、中間転写ベルト３１から分離された後、図示しない定着装置に送られる。

次に、実施形態に係るプリンタに、より特徴的な構成を付加した各実施例のプリンタについて説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施例に係るプリンタの構成は、実施形態と同様である。
［第１実施例］
第１実施例に係るプリンタは、先に図６に示した現像バイアスと同じものを、第２現像バイアスとして出力するように、現像バイアス電源２５を構成している。この第２現像バイアスは、交流電圧として、波形が正弦波からなるものを具備している。正弦波からなる波形の交流電圧を出力する電源回路は、周知のように、市場に広く出回っているので、汎用の電源回路を利用して、第２現像バイアスの出力回路を構成することができる。

［第２実施例］
第２実施例に係るプリンタは、先に図７に示した現像バイアスと同じもを、第２現像バイアスとして出力するように、現像バイアス電源２５を構成している。この第２現像バイアスは、交流電圧の波形が三角波からなるものである点の他は、第１現像バイアス（図４）と同様の条件になっている。そして、交流電圧の波形が正弦波からなるものである点の他は、第１現像バイアスと同様の条件である図６の第２現像バイアスに比べて、スリーブ表面トナー付着度合いを低くする（図５参照）。よって、第１実施例に係るプリンタよりも更に、トナー像の後端かすれの発生を軽減することができる。

［第３実施例］
図１１は、第３実施例に係るプリンタの現像バイアス電源２５から出力される第２現像バイアスの計時変化を示すグラフである。図示のように、第２現像バイアスの交流電圧の立ち上がり箇所は、垂直よりも緩やかな傾斜直線になっている。これに対し、立ち下がり箇所は、矩形波と同様にほぼ垂直の直線になっている。つまり、電界の向きをスリーブ向きから地肌部向きに切り換える立ち下がり箇所の勾配を、立ち上がり箇所の勾配よりも大きくしている。かかる構成では、スリーブ表面側から感光体３表面側に向けてのトナー移動速度を、感光体３表面側からスリーブ表面側に向けてのトナー移動速度よりも速くすることで、良好な現像性能を維持しつつ、スリーブ表面トナー付着度合いを低下させてトナー像の後端かすれを軽減することができる。

図１１のグラフでは、立ち上がり箇所を直線状の立ち上がりにしているが、図１２に示すように、曲線状（正弦波状）の立ち上がりにしてもよい。この場合、直線上の立ち上がりに比べて、勾配が大きくなるので、スリーブ表面へのトナー付着を軽減する効果が少なくなる反面、現像性能をより向上させることが可能である。

なお、勾配の大小関係を、図１１や図１２のものとは逆に、図１３や図１４のグラフようにした場合、図１１や図１２を採用する場合の効果とは正反対の不具合を引き起こしてしまう。具体的には、図１３や図１４のグラフのように、電界の向きをスリーブ向きから地肌部向きに切り換える立ち下がり箇所の勾配を、立ち上がり箇所の勾配よりも小さくすると、スリーブ表面側から感光体３表面側に向けてのトナー移動速度を、感光体３表面側からスリーブ表面側に向けてのトナー移動速度よりも遅くしてしまう。すると、現像性能を低下させてしまうとともに、スリーブ表面へのトナー付着を助長して、トナー像の後端かすれの発生を助長してしまう。

以上、実施形態に係るプリンタにおいては、第２現像バイアスの交流電圧（交流成分）として、第１現像バイアスの交流電圧と同じピークツウピーク値Ｖｐｐであるものを出力するように、現像バイアス電源２５を構成している。かかる構成では、既に説明したように、文字や細線のエッジにトナーを良好に付着させて、文字や細線のエッジ抜けの発生を抑えることができる。

また、第２実施例に係るプリンタにおいては、第２現像バイアスの交流電圧として、波形が三角波であるものを出力するように、現像バイアス電源２５を構成している。かかる構成では、既に説明したように、波形が正弦波からなるものを出力する場合よりも、トナー像の後端かすれの発生を軽減することができる。

また、第１実施例に係るプリンタにおいては、第２現像バイアスの交流電圧として、波形が正弦波であるものを出力するように、現像バイアス電源２５を構成している。かかる構成では、既に説明したように、市場に広く出回っている汎用の電源回路を利用して、第２現像バイアスの出力回路を構成することができる。また、波形が三角波であるものを出力する場合に比べて、現像能力を高めることもできる。

また、第３実施例に係るプリンタにおいては、第２現像バイアスの交流電圧として、波形の立ち上がり箇所と立ち下がり箇所とのうち、第２現像スリーブ１６と感光体３の地肌部との間の電界の向きをトナーを地肌部向きに切り換える方の勾配を、他方の勾配に比べて大きくしたもの、を出力するように、現像バイアス電源２５を構成している。かかる構成では、既に説明したように、良好な現像性能を維持しつつ、スリーブ表面トナー付着度合いを低下させてトナー像の後端かすれを軽減することができる。

３：感光体（潜像担持体）
１０：現像装置
１５：第１現像スリーブ（第１現像剤担持体）
１６：第２現像スリーブ（第２現像剤担持体）
２５：現像バイアス電源（バイアス出力手段）

特開２０００−１７２０６４号公報

Claims (6)

1. 自らの無端移動する表面を潜像担持体に対向する第１現像領域で前記潜像担持体に対して同じ方向且つより速い線速で移動させながら、自らの表面に担持しているトナーとキャリアとを含有する現像剤によって前記潜像担持体上の潜像を現像する第１現像処理を行う第１現像剤担持体と、
   自らの無端移動する表面を前記潜像担持体に対向する第２現像領域で前記潜像担持体に対して同じ方向且つより速い線速で移動させながら、前記第１現像処理で得られたトナー像を自らの表面に担持している現像剤によって更に現像する第２現像処理を行う第２現像剤担持体と、
   前記第１現像剤担持体や前記第２現像剤担持体に印加するための現像バイアスとして、直流成分及び矩形波からなる交流成分を具備するものを出力するバイアス出力手段とを有する現像装置において、
   前記第２現像剤担持体に印加するための第２現像バイアスの交流成分として、矩形波からなるものの代わりに、波形の立ち上がり箇所と立ち下がり箇所とのうち、前記第２現像剤担持体と前記潜像担持体の地肌部との間の電界の向きを、地肌部側から第２現像剤担持体側にトナーを移動させる向きに切り換える方を、垂直よりも緩やかな勾配にした非矩形波からなるもの、を出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   前記第２現像バイアスの交流成分として、前記第１現像剤担持体に印加するための第１現像バイアスの交流成分と同じピークツウピーク値であるものを出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とする現像装置。
3. 請求項２の現像装置において、
   前記第２現像バイアスの交流成分として、波形が三角波であるものを出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とする現像装置。
4. 請求項２の現像装置において、
   前記第２現像バイアスの交流成分として、波形が正弦波であるものを出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とする現像装置。
5. 請求項２の現像装置において、
   前記第２現像バイアスの交流成分として、波形の立ち上がり箇所と立ち下がり箇所とのうち、前記第２現像剤担持体と前記潜像担持体の地肌部との間の電界の向きを、トナーを第２現像剤担持体側から地肌部側に移動させる方向に切り換える方の勾配を、他方の勾配に比べて大きくしたもの、を出力するように、前記バイアス出力手段を構成したことを特徴とする現像装置。
6. 潜像を担持する潜像担持体と、前記潜像担持体に担持される潜像を現像してトナー像を得る現像手段とを備える画像形成装置において、
   前記現像手段として、請求項１乃至５の何れかの現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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