JP3599189B2 - 画像形成装置における現像方法 - Google Patents
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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おける現像方法に係り、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備えた画像形成装置における現像方法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−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。さらに、高濃度の現像パターンを連続して印刷した場合に、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすく、現像器を小型化する場合の課題となっていた。
【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。また、特開平１０−３１３６６号公報には非接触２成分現像方式の現像装置ではあるが、２成分現像剤におけるトナー濃度の変動で画質に大きな影響を与えるのを防止するため、磁石ロールに複数組の現像磁極とトナー補給量を決めるトリミング磁極を設けると共にトナーの補給量に応じて複数の位置に回転固定できるようにし、原稿データからトナー消費量を推定すると共に潜像担持体上のトナー量を検出する装置を設け、推定したトナーの消費量と潜像担持体上の実際のトナー量とから最適なトナー供給ができるようにトリミング磁極の位置を調整するようにした現像装置が示されている。
【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６−６７５４６号公報、特開平７−７２７３３号公報（ＵＳＰ５，４２０，３７５号公報）、特開平７−９２８０４号公報などには、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（特開平７−７２７３３号公報）、またはこの直流バイアスに重畳した交流バイアス（特開平６−６７５４６号公報、特開平７−９２８０４号公報）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６−６７５４６号公報、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直流電位差（特開平７−７２７３３号公報）、及び交流バイアス（特開平６−６７５４６号公報、特開平７−９２８０４号公報）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（特開平７−７２７３３号公報、特開平７−９２８０４号公報）、または一定間隔で（特開平６−６７５４６号公報）、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（特開平７−７２７３３号公報）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、現像装置はド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。また、特開平１０−３１３６６号公報に示された現像装置は、非接触２成分現像方式であると共に磁石ロールに複数組の現像磁極とトナー補給量を決めるトリミング磁極を設けたり、トナーの補給量に応じて複数の位置に回転固定できるようにした複雑な構成であり、制御が複雑であると共に必然的に現像装置が高価になる。
【００２０】
また、特開平６−６７５４６号公報、特開平７−７２７３３号公報（ＵＳＰ５，３４１，１９７）、特開平７−９２８０４号公報、及び特開２０００−２５０２９４公報に示された装置も、特開平６−６７５４６号公報、特開平７−７２７３３号公報、特開平７−９２８０４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、高価な構成であり、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】
さらに前記したように、高濃度の現像パターンを連続して印刷した場合、現像ロールへのトナーの微粉、及びトナー成分による汚染が付着し、いわゆるトナーフィルミングが発生して現像ロール上のトナー層が不均一になり、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすいが、こういったことも現像器を小型化する場合の課題となっていた。
【００２２】
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すると共に連続印刷時においても画像不均一が生ぜず、長期間安定した画像品質が得られる画像形成装置における現像方法を提供することが課題である。
【００２３】
【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成分現像剤搬送用磁気ロールと、該磁気ロールの磁気ブラシと搬送バイアスを利用してトナーを移送し、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にトナー現像を行う画像形成装置における現像方法において、
前記現像ロールと潜像担持体とを電極を介することなく直接対面させると共に、画像形成装置が印刷する各画像のデータ量と通紙量を検出し、現像終了時に現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行う紙間で設定される間隔を、前記データ量と通紙量で定まる印字率に応じて可変に設定したことを特徴とする。
【００２４】
このように、画像形成装置が印刷する各画像のデータ量と通紙量を検出し、現像終了時（紙間）に現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行う紙間で設定される間隔を前記データ量と通紙量で定まる印字率に応じて可変に設定することにより、例えば５０％以上の高濃度の印刷を連続しておこなった場合でも、現像ロールへのトナーの微粉やトナー成分の汚染の付着によるトナーフィルミングを防止し、このトナーフィルミングの発生で生じるトナー層の不均一、画像濃度ムラなどの画像不均一性を防止できる。また高濃度の印刷を連続した場合、トナーの選択現像による帯電不良や現像ロール上のトナー量の不足によりトナーの現像性の低下が生じることがあるが、こういった場合でも現像ロール上には常に適量のトナーを供給することができ、十分な印刷速度を維持したまま画像濃度にムラが生じることも防止できる。そのため、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００２５】
そして請求項２に記載した本発明によれば、前記潜像担持体の回転数Ｒｓ、前記現像ロールの回転数Ｒｇ、磁気ロールの回転数Ｒｍの関係を
Ｒｓ＜Ｒｇ≦Ｒｍ
の関係に設定、具体的には前記現像ロールの回転数Ｒｇを潜像担持体の回転数Ｒｓの少なくとも１．１倍以上とし、且つ、前記磁気ロールの回転数Ｒｍを現像ロールの回転数Ｒｇの１乃至２倍としたことを特徴とする。
【００２６】
このように現像ロールの回転数Ｒｇを潜像担持体の回転数Ｒｓの少なくとも１．１倍以上とすることにより、用紙間隔（紙間で設定される間隔）を大きくしないで潜像担持体上の潜像に十分なトナーを供給することができ、高速印刷をおこなうことができると共に、前記磁気ロールの回転数Ｒｍを現像ロールの回転数Ｒｇの１乃至２倍とすることにより、現像ロール上トナーの入れ替えが促進され、現像ロールからのトナーの回収不十分や振動、発熱などによるトナーへのストレスが防止できる。
【００２７】
そして前記した現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えにより、請求項４乃至６に記載したように、
前記現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えにより、現像ロール上におけるトナーの体積固有平均粒度の変化率を１５％以内に制御したことを特徴とする。
前記現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えに際し、各画像のデータ量に対応して現像ロール上のトナー量を０．５から１．７ｍｇ／ｃｍ２の範囲で変化させることを特徴とする。
前記現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えにより、現像開始時における現像ロール上のトナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御したことを特徴とする。
【００２８】
このように、現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えによってまず現像ロール上におけるトナーの体積固有平均粒度の変化率を１５％以内に制御することにより、前記したように十分な印刷速度を維持したまま画像濃度にムラが生じることを防止し、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００２９】
そして、現像ロール上のトナー量を０．５から１．７ｍｇ／ｃｍ２の範囲で変化させることで、印字率が変化しても均一な画像を得ることができ、例えば通常印刷では現像ロール上のトナー量を比較的少なく設定することによって飛散を低減し、高濃度印刷など、必要なときには多めのトナーを現像ロールに供給することで、現像開始時に常に最適なトナー層を現像ロール上に形成でき、そのため、均一な画像を常時得ることができるようになる。
【００３０】
また、現像開始時における現像ロール上のトナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御することにより、選択現像が防止され、また、現像ロール上に形成されるトナーの層厚を最適な値に制御して、トナー飛散、現像性の低下が防止でき、良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００３１】
そして請求項７に記載した本発明によれば、
前記現像ロールの最表面を、略均一な１０６Ω・ｃｍ３以下の導電性のスリーブで構成し、該スリーブに印加したバイアスを現像ロールと静電潜像担持体及び現像ロールと磁気ロールとの間に作用させて前記現像終了時（紙間）における現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行うようにしたことを特徴とする。
【００３２】
このように現像ロールの最表面を、略均一な１０６Ω・ｃｍ３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、連続印刷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画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００３３】
【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。
【００３４】
図１は本発明に係る画像形成装置における現像方法を実施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は本発明に係る画像形成装置における現像方法を実施するための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は画像データが５％の印刷データを１００００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と入れ替えた場合におけるゴーストと現像ロール汚染の状態を調べた表、図５は画像データが１００％のベタ印刷データを１００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と入れ替えた場合における濃度とベタ追随性の状態を調べた表、図６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を示した表である。
【００３５】
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。
【００３６】
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（Ｖｄｃ１）、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（Ｖｄｃ２）、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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ゆく。
【００３９】
現像ロール２２の最表面は、体積固有抵抗が１０６Ω・ｃｍ３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（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ１）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１０６Ω・ｃｍ３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。また、画像データによっては、現像開始までのトナー層の形成時に特別なバイアスを印加し、トナー層の形成を調整することも可能である。
【００４０】
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（Ｖｄｃ２）２８と、現像ロール２２に印加されている直流バイアス（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ２）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（Ｖｄｃ２）２８を変化させ、現像ロール２２上のトナー薄層６を磁気ブラシ１０に回収する。この直流バイアス（Ｖｄｃ２）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（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ２）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（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａの両方を変化させても良い。
【００４１】
また、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６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（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ２）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１０７Ω・ｃｍ３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１０６Ω・ｃｍ３以下であればほぼ画像濃度に問題ないことが分かる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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１０８Ωｃｍ３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。
【００４５】
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。
【００４６】
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／ｃｍ２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して高濃度のデータを連続して印刷することを可能とすると同時に、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。
【００４７】
トナー薄層２６の厚さは、直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ１）２７ａを１００Ｖ、直流バイアス（Ｖｄｃ２）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／ｃｍ２である。トナー薄層２６が０．５ｍｇ／ｃｍ２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／ｃｍ２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。
【００４８】
前記したように、高濃度の現像パターン、例えば５０％以上の高濃度の印刷を連続しておこなった場合、現像ロール２２へのトナーの微粉、及びトナー成分による汚染が付着し、いわゆるトナーフィルミングが発生して現像ロール２２上のトナー薄層２６が不均一になり、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすい。また、小型の現像装置においてこのような高濃度の印刷を連続して行うと、現像ロール２２上のトナーの現像性が低下することがある。この理由として考えられるのがトナーの選択現像による帯電不良であり、もう一つが現像ロール２２上のトナーの量が不足するためである。選択現像による帯電不良の対策としては、現像終了後に逆電界によってトナーを現像ロールから磁気ロールに引き戻すことが提案されているが、この場合、次の現像を開始する時にもう一つの理由である現像ロール上のトナー量が不足するため、画像濃度にムラが生じる可能性が大きくなる。
【００４９】
そのため、連続印刷での画像濃度を安定させるためには連続した印刷データが送られてきた場合、各画像におけるデータ量を画像形成装置における図示していない制御装置に備えたドットカウンターによって検出し、通紙量とデータ量とで定まる印字率に応じて現像終了時（紙間）に定期的に現像ロール２２からトナー薄層２６を剥ぎ取り、現像ロール２２上のトナー層の磁気ロール２１への回収と入れ替えを行う間隔を可変に設定してリフレッシュしてやればよい。現像終了時毎に現像ロール２２からトナーを剥ぎ取れば常にリフレッシュされるが、再度安定した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。
【００５０】
このように印字率に応じて定期的に現像ロール２２からトナー薄層２６を剥ぎ取った場合の効果を示したのが図４、図５であり、まず図４は一例として画像データが５％の印刷データを１００００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と２０枚毎に入れ替えた場合におけるゴーストと現像ロール汚染の状態、トナー帯電量の変化、トナー体積平均粒度の変化を示したもので、トナー粒度は現像開始時の現像ロール上のトナーからサンプリングし、ゴーストと現像ロール汚染のレベルは、○が図３に示した残像部分３８と現像ロール汚染が確認されない場合、△が少し観察される場合、×がはっきりと観察される場合である。
【００５１】
この図４からわかるとおり、例え印刷データにおける画像データが５％であっても連続印刷時にトナー層を入れ替えないと、トナーの帯電量が増加してトナー体積平均粒度が低下し、濃度も低下してゴーストと現像ロール汚染がはっきり観察された。それに対して２０枚毎にトナー層を入れ替えると、トナー帯電量は多少増加しているがトナー体積平均粒度の低下は小さく、濃度の低下量も小さくて現像ゴーストと現像ロール汚染は認められなかった。
【００５２】
次に図５は、画像データが１００％のベタ印刷データを１００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と１０枚毎に入れ替えた場合、及び１０枚毎に入れ替えると共に例えば画像濃度が３０％以上の高濃度の印刷データが連続して来た場合、通常例えば３５０Ｖの磁気ロール２１の直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と、現像ロール２２の直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａとの電圧差を５０Ｖ高くし、それぞれにおける濃度とベタ追随性の状態、トナー帯電量の変化、トナー体積平均粒度の変化を示したもので、トナー粒度は現像開始時の現像ロール上のトナーからサンプリングし、ベタ追随性のレベルは、○が良好な場合、×が不良な場合である。なお、本実施例では直流バイアス（Ｖｄｃ２）を３５０Ｖとしたが、感光体の電位より低ければ良い。
【００５３】
この図５からわかるように印刷データが１００％の場合は、トナー層を入れ替えないと連続印刷１００枚でベタ追随性が不良となり、濃度が大きく低下すると共にトナー帯電量、トナー体積平均粒度が低下している。それに対し、１０枚毎にトナーを入れ替えた場合は濃度とトナー帯電量が多少低下しているがベタ追随性は良好であり、トナー体積平均粒度はそれほど大きく低下していない。そして１０枚毎にトナーを入れ替えると共に、磁気ロール２１の直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と現像ロール２２の直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａとの電圧差を５０Ｖ高くした場合は、濃度、ベタ追随性、トナー帯電量、トナー体積平均粒度のいずれも良好である。
【００５４】
この結果からわかるとおり、現像ロール２２上のトナー層を入れ替えない場合は、画像データが５％であっても１００％のベタ画像であってもゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良が発生し、画像データが５％程度の場合は２０枚毎に、ベタ画像（１００％）の場合は１０枚毎にトナーを入れ替えるだけでこの状態が改善される。さらに、磁気ロール２１の直流バイアス（Ｖｄ ｃ２）２８と現像ロール２２の直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａとの電圧差を５０Ｖ高くすると、より良好な結果が得られる。そしてトナー層を入れ替えずに連続１００枚印刷した場合のトナー体積平均粒度６．３５は、初期値７．５５に対して変化率１６％であり、この値から見て、トナー層を入れ替えることでトナー体積平均粒度を１５％以内（初期値７．５５に対して約６．４１以上）に制御すれば良いと考えられる。
【００５５】
即ち、連続した印刷データが送られてきた場合、各画像データにおけるデータ量をドットカウンターによって検出し、例えば印刷データ量が３０％以上のデータが５頁分以上連続する場合、そのデータ量と通紙量で定まる印字率に応じた間隔で紙間を例えば１０〜２０ｍｍ程度広げるように制御して現像ロール２２上のトナー薄層２６を磁気ロール２１上に回収し、その後現像ロール２２に再供給するなどの方法で、現像ロール２２上のトナー薄層２６の体積固有平均粒度変化率を１５％以内に制御すれば、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られることがわかる。
【００５６】
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（Ｖｄｃ２）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、前記したように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。
【００５７】
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。
【００５８】
前記したように、現像ロール２２上のトナー薄層２６の飽和トナー量は、直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａの差によって決定される。直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８を３５０Ｖ、直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａを１００Ｖに設定すると、現像ロール２２の２回転目で約１．０ｍｇ／ｃｍ２のトナー層が得られる。このトナー層の調整は、基本的には直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａの電位差によっておこなうことができるが、トナーの帯電量や磁気ロール２１における磁極の強さなどの要因も寄与する場合がある。そのため連続印刷を行う場合には、画像形成装置の制御装置に備えたドットカウンターによって印刷データの印字率を検出し、その印字率に応じて直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８を変化させると均一な画像を得ることができる。このことは、現像ロール２２からのトナーの飛散を防止する意味でも重要であり、通常印刷では現像ロール上のトナー量を比較的少なく設定することによって飛散を低減し、高濃度印刷など、必要なときだけ現像ロール上のトナー量を調整することで、現像開始時には最適なトナー層を現像ロール上に形成できる。なお、前記図５で説明したように、直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａの電圧差を少し高めに設定すると有利である。
【００５９】
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（Ｖｄｃ２）２８と現像ロール２２に加えられた直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａ間の電位差、及び交流バイアス２７ｂによって現像ロール２２にトナー２５のみの薄層２６を形成する。
【００６０】
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（Ｖｄｃ１）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。
【００６１】
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。
【００６２】
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（Ｖｄｃ１）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１０６Ω・ｃｍ３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、かぶり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。
【００６３】
そして本発明においては、画像形成装置における図示していない制御回路が印刷データを受け取ったとき、各画像におけるデータ量を画像形成装置における図示していない制御装置に備えたドットカウンターによって検出し、通紙量とデータ量とで定まる印字率に応じた間隔で定期的に現像ロール２２からトナー薄層２６を剥ぎ取り、現像ロール２２上のトナー層の磁気ロール２１への回収と入れ替えを行うようにしてリフレッシュする。このリフレッシュは、現像終了後の印刷用紙間において、交流バイアス２７ｂを印加した状態で直流バイアス（Ｖｄｃ２）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に回収しておこなう。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。このようにして、現像ロール２２上のトナー薄層２６の体積固有平均粒度変化率を１５％以内に制御し、トナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御すれば、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が得られ、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、安価な小型タンデム型画像形成装置を提供することができる。
【００６４】
なお、以上説明してきた直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａ、交流バイアス２７ｂ、直流バイアス（Ｖｄｃ２）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。
【００６５】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、画像形成装置が印刷する各画像のデータ量と通紙量を検出し、現像終了時（紙間）に現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行う間隔を前記データ量と通紙量で定まる印字率に応じて可変に設定することにより、例えば５０％以上の高濃度の印刷を連続しておこなった場合でも、現像ロールへのトナーの微粉やトナー成分の汚染の付着によるトナーフィルミングを防止し、このトナーフィルミングの発生で生じるトナー層の不均一、画像濃度ムラなどの画像不均一性を防止できる。また高濃度の印刷を連続した場合、トナーの選択現像による帯電不良や現像ロール上のトナー量の不足によりトナーの現像性の低下が生じることがあるが、こういった場合でも現像ロール上には常に適量のトナーを供給することができ、十分な印刷速度を維持したまま画像濃度にムラが生じることも防止できる。そのため、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００６６】
そして本発明によれば、現像ロールの回転数を潜像担持体の回転数の少なくとも１．１倍以上とすることにより、用紙間隔（紙間）を大きくしないで潜像担持体上の潜像に十分なトナーを供給することができ、高速印刷をおこなうことができると共に、現像ロールの回転数を磁気ロールの回転数の１乃至２倍とすることにより、現像ロール上トナーの入れ替えが促進され、現像ロールからのトナーの回収不十分や振動、発熱などによるトナーへのストレスが防止できる。
【００６７】
そして本発明によれば、現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えによってまず現像ロール上におけるトナーの体積固有平均粒度の変化率を１５％以内に制御することにより、前記したように十分な印刷速度を維持したまま画像濃度にムラが生じることを防止し、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００６８】
そして本発明によれば、現像ロール上のトナー量を０．５から１．７ｍｇ／ｃｍ２の範囲で変化させることで、印字率が変化しても均一な画像を得ることができ、例えば通常印刷では現像ロール上のトナー量を比較的少なく設定することによって飛散を低減し、高濃度印刷など、必要なときには多めのトナーを現像ロールに供給することで、現像開始時に常に最適なトナー層を現像ロール上に形成でき、そのため、均一な画像を常時得ることができるようになる。
【００６９】
そして本発明によれば、現像開始時における現像ロール上のトナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御することにより、選択現像が防止され、また、現像ロール上に形成されるトナーの層厚を最適な値に制御して、トナー飛散、現像性の低下が防止でき、良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００７０】
そして本発明によれば、現像ロールの最表面を、略均一な１０６Ω・ｃｍ３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、連続印刷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画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置における現像方法を実施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】本発明に係る画像形成装置における現像方法を実施するための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】画像データが５％の印刷データを１００００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と入れ替えた場合におけるゴーストと現像ロール汚染の状態を調べた表である。
【図５】画像データが１００％のベタ印刷データを１００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と入れ替えた場合における濃度とベタ追随性の状態を調べた表である。
【図６】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（Ｖｄｃ１）
２７ｂ 交流（ＡＣ）バイアス
２８ 直流（ＤＣ）バイアス（Ｖｄｃ２）
２９ 規制ブレード
３０ 磁気ブラシ
【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おける現像方法に係り、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備えた画像形成装置における現像方法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−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。さらに、高濃度の現像パターンを連続して印刷した場合に、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすく、現像器を小型化する場合の課題となっていた。
【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。また、特開平１０−３１３６６号公報には非接触２成分現像方式の現像装置ではあるが、２成分現像剤におけるトナー濃度の変動で画質に大きな影響を与えるのを防止するため、磁石ロールに複数組の現像磁極とトナー補給量を決めるトリミング磁極を設けると共にトナーの補給量に応じて複数の位置に回転固定できるようにし、原稿データからトナー消費量を推定すると共に潜像担持体上のトナー量を検出する装置を設け、推定したトナーの消費量と潜像担持体上の実際のトナー量とから最適なトナー供給ができるようにトリミング磁極の位置を調整するようにした現像装置が示されている。
【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６−６７５４６号公報、特開平７−７２７３３号公報（ＵＳＰ５，４２０，３７５号公報）、特開平７−９２８０４号公報などには、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（特開平７−７２７３３号公報）、またはこの直流バイアスに重畳した交流バイアス（特開平６−６７５４６号公報、特開平７−９２８０４号公報）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６−６７５４６号公報、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直流電位差（特開平７−７２７３３号公報）、及び交流バイアス（特開平６−６７５４６号公報、特開平７−９２８０４号公報）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（特開平７−７２７３３号公報、特開平７−９２８０４号公報）、または一定間隔で（特開平６−６７５４６号公報）、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（特開平７−７２７３３号公報）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、現像装置はド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。また、特開平１０−３１３６６号公報に示された現像装置は、非接触２成分現像方式であると共に磁石ロールに複数組の現像磁極とトナー補給量を決めるトリミング磁極を設けたり、トナーの補給量に応じて複数の位置に回転固定できるようにした複雑な構成であり、制御が複雑であると共に必然的に現像装置が高価になる。
【００２０】
また、特開平６−６７５４６号公報、特開平７−７２７３３号公報（ＵＳＰ５，３４１，１９７）、特開平７−９２８０４号公報、及び特開２０００−２５０２９４公報に示された装置も、特開平６−６７５４６号公報、特開平７−７２７３３号公報、特開平７−９２８０４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、高価な構成であり、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】
さらに前記したように、高濃度の現像パターンを連続して印刷した場合、現像ロールへのトナーの微粉、及びトナー成分による汚染が付着し、いわゆるトナーフィルミングが発生して現像ロール上のトナー層が不均一になり、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすいが、こういったことも現像器を小型化する場合の課題となっていた。
【００２２】
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すると共に連続印刷時においても画像不均一が生ぜず、長期間安定した画像品質が得られる画像形成装置における現像方法を提供することが課題である。
【００２３】
【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成分現像剤搬送用磁気ロールと、該磁気ロールの磁気ブラシと搬送バイアスを利用してトナーを移送し、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にトナー現像を行う画像形成装置における現像方法において、
前記現像ロールと潜像担持体とを電極を介することなく直接対面させると共に、画像形成装置が印刷する各画像のデータ量と通紙量を検出し、現像終了時に現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行う紙間で設定される間隔を、前記データ量と通紙量で定まる印字率に応じて可変に設定したことを特徴とする。
【００２４】
このように、画像形成装置が印刷する各画像のデータ量と通紙量を検出し、現像終了時（紙間）に現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行う紙間で設定される間隔を前記データ量と通紙量で定まる印字率に応じて可変に設定することにより、例えば５０％以上の高濃度の印刷を連続しておこなった場合でも、現像ロールへのトナーの微粉やトナー成分の汚染の付着によるトナーフィルミングを防止し、このトナーフィルミングの発生で生じるトナー層の不均一、画像濃度ムラなどの画像不均一性を防止できる。また高濃度の印刷を連続した場合、トナーの選択現像による帯電不良や現像ロール上のトナー量の不足によりトナーの現像性の低下が生じることがあるが、こういった場合でも現像ロール上には常に適量のトナーを供給することができ、十分な印刷速度を維持したまま画像濃度にムラが生じることも防止できる。そのため、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００２５】
そして請求項２に記載した本発明によれば、前記潜像担持体の回転数Ｒｓ、前記現像ロールの回転数Ｒｇ、磁気ロールの回転数Ｒｍの関係を
Ｒｓ＜Ｒｇ≦Ｒｍ
の関係に設定、具体的には前記現像ロールの回転数Ｒｇを潜像担持体の回転数Ｒｓの少なくとも１．１倍以上とし、且つ、前記磁気ロールの回転数Ｒｍを現像ロールの回転数Ｒｇの１乃至２倍としたことを特徴とする。
【００２６】
このように現像ロールの回転数Ｒｇを潜像担持体の回転数Ｒｓの少なくとも１．１倍以上とすることにより、用紙間隔（紙間で設定される間隔）を大きくしないで潜像担持体上の潜像に十分なトナーを供給することができ、高速印刷をおこなうことができると共に、前記磁気ロールの回転数Ｒｍを現像ロールの回転数Ｒｇの１乃至２倍とすることにより、現像ロール上トナーの入れ替えが促進され、現像ロールからのトナーの回収不十分や振動、発熱などによるトナーへのストレスが防止できる。
【００２７】
そして前記した現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えにより、請求項４乃至６に記載したように、
前記現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えにより、現像ロール上におけるトナーの体積固有平均粒度の変化率を１５％以内に制御したことを特徴とする。
前記現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えに際し、各画像のデータ量に対応して現像ロール上のトナー量を０．５から１．７ｍｇ／ｃｍ２の範囲で変化させることを特徴とする。
前記現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えにより、現像開始時における現像ロール上のトナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御したことを特徴とする。
【００２８】
このように、現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えによってまず現像ロール上におけるトナーの体積固有平均粒度の変化率を１５％以内に制御することにより、前記したように十分な印刷速度を維持したまま画像濃度にムラが生じることを防止し、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００２９】
そして、現像ロール上のトナー量を０．５から１．７ｍｇ／ｃｍ２の範囲で変化させることで、印字率が変化しても均一な画像を得ることができ、例えば通常印刷では現像ロール上のトナー量を比較的少なく設定することによって飛散を低減し、高濃度印刷など、必要なときには多めのトナーを現像ロールに供給することで、現像開始時に常に最適なトナー層を現像ロール上に形成でき、そのため、均一な画像を常時得ることができるようになる。
【００３０】
また、現像開始時における現像ロール上のトナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御することにより、選択現像が防止され、また、現像ロール上に形成されるトナーの層厚を最適な値に制御して、トナー飛散、現像性の低下が防止でき、良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００３１】
そして請求項７に記載した本発明によれば、
前記現像ロールの最表面を、略均一な１０６Ω・ｃｍ３以下の導電性のスリーブで構成し、該スリーブに印加したバイアスを現像ロールと静電潜像担持体及び現像ロールと磁気ロールとの間に作用させて前記現像終了時（紙間）における現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行うようにしたことを特徴とする。
【００３２】
このように現像ロールの最表面を、略均一な１０６Ω・ｃｍ３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、連続印刷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画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００３３】
【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。
【００３４】
図１は本発明に係る画像形成装置における現像方法を実施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は本発明に係る画像形成装置における現像方法を実施するための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は画像データが５％の印刷データを１００００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と入れ替えた場合におけるゴーストと現像ロール汚染の状態を調べた表、図５は画像データが１００％のベタ印刷データを１００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と入れ替えた場合における濃度とベタ追随性の状態を調べた表、図６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を示した表である。
【００３５】
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。
【００３６】
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（Ｖｄｃ１）、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（Ｖｄｃ２）、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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ゆく。
【００３９】
現像ロール２２の最表面は、体積固有抵抗が１０６Ω・ｃｍ３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（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ１）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１０６Ω・ｃｍ３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。また、画像データによっては、現像開始までのトナー層の形成時に特別なバイアスを印加し、トナー層の形成を調整することも可能である。
【００４０】
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（Ｖｄｃ２）２８と、現像ロール２２に印加されている直流バイアス（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ２）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（Ｖｄｃ２）２８を変化させ、現像ロール２２上のトナー薄層６を磁気ブラシ１０に回収する。この直流バイアス（Ｖｄｃ２）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（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ２）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（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａの両方を変化させても良い。
【００４１】
また、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６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（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ２）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１０７Ω・ｃｍ３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１０６Ω・ｃｍ３以下であればほぼ画像濃度に問題ないことが分かる。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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１０８Ωｃｍ３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。
【００４５】
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。
【００４６】
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／ｃｍ２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して高濃度のデータを連続して印刷することを可能とすると同時に、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。
【００４７】
トナー薄層２６の厚さは、直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）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（Ｖｄｃ１）２７ａを１００Ｖ、直流バイアス（Ｖｄｃ２）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／ｃｍ２である。トナー薄層２６が０．５ｍｇ／ｃｍ２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／ｃｍ２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。
【００４８】
前記したように、高濃度の現像パターン、例えば５０％以上の高濃度の印刷を連続しておこなった場合、現像ロール２２へのトナーの微粉、及びトナー成分による汚染が付着し、いわゆるトナーフィルミングが発生して現像ロール２２上のトナー薄層２６が不均一になり、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすい。また、小型の現像装置においてこのような高濃度の印刷を連続して行うと、現像ロール２２上のトナーの現像性が低下することがある。この理由として考えられるのがトナーの選択現像による帯電不良であり、もう一つが現像ロール２２上のトナーの量が不足するためである。選択現像による帯電不良の対策としては、現像終了後に逆電界によってトナーを現像ロールから磁気ロールに引き戻すことが提案されているが、この場合、次の現像を開始する時にもう一つの理由である現像ロール上のトナー量が不足するため、画像濃度にムラが生じる可能性が大きくなる。
【００４９】
そのため、連続印刷での画像濃度を安定させるためには連続した印刷データが送られてきた場合、各画像におけるデータ量を画像形成装置における図示していない制御装置に備えたドットカウンターによって検出し、通紙量とデータ量とで定まる印字率に応じて現像終了時（紙間）に定期的に現像ロール２２からトナー薄層２６を剥ぎ取り、現像ロール２２上のトナー層の磁気ロール２１への回収と入れ替えを行う間隔を可変に設定してリフレッシュしてやればよい。現像終了時毎に現像ロール２２からトナーを剥ぎ取れば常にリフレッシュされるが、再度安定した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。
【００５０】
このように印字率に応じて定期的に現像ロール２２からトナー薄層２６を剥ぎ取った場合の効果を示したのが図４、図５であり、まず図４は一例として画像データが５％の印刷データを１００００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と２０枚毎に入れ替えた場合におけるゴーストと現像ロール汚染の状態、トナー帯電量の変化、トナー体積平均粒度の変化を示したもので、トナー粒度は現像開始時の現像ロール上のトナーからサンプリングし、ゴーストと現像ロール汚染のレベルは、○が図３に示した残像部分３８と現像ロール汚染が確認されない場合、△が少し観察される場合、×がはっきりと観察される場合である。
【００５１】
この図４からわかるとおり、例え印刷データにおける画像データが５％であっても連続印刷時にトナー層を入れ替えないと、トナーの帯電量が増加してトナー体積平均粒度が低下し、濃度も低下してゴーストと現像ロール汚染がはっきり観察された。それに対して２０枚毎にトナー層を入れ替えると、トナー帯電量は多少増加しているがトナー体積平均粒度の低下は小さく、濃度の低下量も小さくて現像ゴーストと現像ロール汚染は認められなかった。
【００５２】
次に図５は、画像データが１００％のベタ印刷データを１００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と１０枚毎に入れ替えた場合、及び１０枚毎に入れ替えると共に例えば画像濃度が３０％以上の高濃度の印刷データが連続して来た場合、通常例えば３５０Ｖの磁気ロール２１の直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と、現像ロール２２の直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａとの電圧差を５０Ｖ高くし、それぞれにおける濃度とベタ追随性の状態、トナー帯電量の変化、トナー体積平均粒度の変化を示したもので、トナー粒度は現像開始時の現像ロール上のトナーからサンプリングし、ベタ追随性のレベルは、○が良好な場合、×が不良な場合である。なお、本実施例では直流バイアス（Ｖｄｃ２）を３５０Ｖとしたが、感光体の電位より低ければ良い。
【００５３】
この図５からわかるように印刷データが１００％の場合は、トナー層を入れ替えないと連続印刷１００枚でベタ追随性が不良となり、濃度が大きく低下すると共にトナー帯電量、トナー体積平均粒度が低下している。それに対し、１０枚毎にトナーを入れ替えた場合は濃度とトナー帯電量が多少低下しているがベタ追随性は良好であり、トナー体積平均粒度はそれほど大きく低下していない。そして１０枚毎にトナーを入れ替えると共に、磁気ロール２１の直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と現像ロール２２の直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａとの電圧差を５０Ｖ高くした場合は、濃度、ベタ追随性、トナー帯電量、トナー体積平均粒度のいずれも良好である。
【００５４】
この結果からわかるとおり、現像ロール２２上のトナー層を入れ替えない場合は、画像データが５％であっても１００％のベタ画像であってもゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良が発生し、画像データが５％程度の場合は２０枚毎に、ベタ画像（１００％）の場合は１０枚毎にトナーを入れ替えるだけでこの状態が改善される。さらに、磁気ロール２１の直流バイアス（Ｖｄ ｃ２）２８と現像ロール２２の直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａとの電圧差を５０Ｖ高くすると、より良好な結果が得られる。そしてトナー層を入れ替えずに連続１００枚印刷した場合のトナー体積平均粒度６．３５は、初期値７．５５に対して変化率１６％であり、この値から見て、トナー層を入れ替えることでトナー体積平均粒度を１５％以内（初期値７．５５に対して約６．４１以上）に制御すれば良いと考えられる。
【００５５】
即ち、連続した印刷データが送られてきた場合、各画像データにおけるデータ量をドットカウンターによって検出し、例えば印刷データ量が３０％以上のデータが５頁分以上連続する場合、そのデータ量と通紙量で定まる印字率に応じた間隔で紙間を例えば１０〜２０ｍｍ程度広げるように制御して現像ロール２２上のトナー薄層２６を磁気ロール２１上に回収し、その後現像ロール２２に再供給するなどの方法で、現像ロール２２上のトナー薄層２６の体積固有平均粒度変化率を１５％以内に制御すれば、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られることがわかる。
【００５６】
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（Ｖｄｃ２）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、前記したように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。
【００５７】
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。
【００５８】
前記したように、現像ロール２２上のトナー薄層２６の飽和トナー量は、直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａの差によって決定される。直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８を３５０Ｖ、直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａを１００Ｖに設定すると、現像ロール２２の２回転目で約１．０ｍｇ／ｃｍ２のトナー層が得られる。このトナー層の調整は、基本的には直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａの電位差によっておこなうことができるが、トナーの帯電量や磁気ロール２１における磁極の強さなどの要因も寄与する場合がある。そのため連続印刷を行う場合には、画像形成装置の制御装置に備えたドットカウンターによって印刷データの印字率を検出し、その印字率に応じて直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８を変化させると均一な画像を得ることができる。このことは、現像ロール２２からのトナーの飛散を防止する意味でも重要であり、通常印刷では現像ロール上のトナー量を比較的少なく設定することによって飛散を低減し、高濃度印刷など、必要なときだけ現像ロール上のトナー量を調整することで、現像開始時には最適なトナー層を現像ロール上に形成できる。なお、前記図５で説明したように、直流バイアス（Ｖｄｃ２）２８と直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａの電圧差を少し高めに設定すると有利である。
【００５９】
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（Ｖｄｃ２）２８と現像ロール２２に加えられた直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａ間の電位差、及び交流バイアス２７ｂによって現像ロール２２にトナー２５のみの薄層２６を形成する。
【００６０】
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（Ｖｄｃ１）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。
【００６１】
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。
【００６２】
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（Ｖｄｃ１）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１０６Ω・ｃｍ３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、かぶり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。
【００６３】
そして本発明においては、画像形成装置における図示していない制御回路が印刷データを受け取ったとき、各画像におけるデータ量を画像形成装置における図示していない制御装置に備えたドットカウンターによって検出し、通紙量とデータ量とで定まる印字率に応じた間隔で定期的に現像ロール２２からトナー薄層２６を剥ぎ取り、現像ロール２２上のトナー層の磁気ロール２１への回収と入れ替えを行うようにしてリフレッシュする。このリフレッシュは、現像終了後の印刷用紙間において、交流バイアス２７ｂを印加した状態で直流バイアス（Ｖｄｃ２）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に回収しておこなう。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。このようにして、現像ロール２２上のトナー薄層２６の体積固有平均粒度変化率を１５％以内に制御し、トナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御すれば、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が得られ、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、安価な小型タンデム型画像形成装置を提供することができる。
【００６４】
なお、以上説明してきた直流バイアス（Ｖｄｃ１）２７ａ、交流バイアス２７ｂ、直流バイアス（Ｖｄｃ２）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。
【００６５】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、画像形成装置が印刷する各画像のデータ量と通紙量を検出し、現像終了時（紙間）に現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行う間隔を前記データ量と通紙量で定まる印字率に応じて可変に設定することにより、例えば５０％以上の高濃度の印刷を連続しておこなった場合でも、現像ロールへのトナーの微粉やトナー成分の汚染の付着によるトナーフィルミングを防止し、このトナーフィルミングの発生で生じるトナー層の不均一、画像濃度ムラなどの画像不均一性を防止できる。また高濃度の印刷を連続した場合、トナーの選択現像による帯電不良や現像ロール上のトナー量の不足によりトナーの現像性の低下が生じることがあるが、こういった場合でも現像ロール上には常に適量のトナーを供給することができ、十分な印刷速度を維持したまま画像濃度にムラが生じることも防止できる。そのため、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００６６】
そして本発明によれば、現像ロールの回転数を潜像担持体の回転数の少なくとも１．１倍以上とすることにより、用紙間隔（紙間）を大きくしないで潜像担持体上の潜像に十分なトナーを供給することができ、高速印刷をおこなうことができると共に、現像ロールの回転数を磁気ロールの回転数の１乃至２倍とすることにより、現像ロール上トナーの入れ替えが促進され、現像ロールからのトナーの回収不十分や振動、発熱などによるトナーへのストレスが防止できる。
【００６７】
そして本発明によれば、現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えによってまず現像ロール上におけるトナーの体積固有平均粒度の変化率を１５％以内に制御することにより、前記したように十分な印刷速度を維持したまま画像濃度にムラが生じることを防止し、ゴーストの発生や現像ロール汚染、そしてベタ追随性の不良などを防止して良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００６８】
そして本発明によれば、現像ロール上のトナー量を０．５から１．７ｍｇ／ｃｍ２の範囲で変化させることで、印字率が変化しても均一な画像を得ることができ、例えば通常印刷では現像ロール上のトナー量を比較的少なく設定することによって飛散を低減し、高濃度印刷など、必要なときには多めのトナーを現像ロールに供給することで、現像開始時に常に最適なトナー層を現像ロール上に形成でき、そのため、均一な画像を常時得ることができるようになる。
【００６９】
そして本発明によれば、現像開始時における現像ロール上のトナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御することにより、選択現像が防止され、また、現像ロール上に形成されるトナーの層厚を最適な値に制御して、トナー飛散、現像性の低下が防止でき、良好な画像が長期間得られる画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【００７０】
そして本発明によれば、現像ロールの最表面を、略均一な１０６Ω・ｃｍ３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、連続印刷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画像形成装置における現像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置における現像方法を実施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】本発明に係る画像形成装置における現像方法を実施するための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】画像データが５％の印刷データを１００００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と入れ替えた場合におけるゴーストと現像ロール汚染の状態を調べた表である。
【図５】画像データが１００％のベタ印刷データを１００枚連続印刷し、トナー層を入れ替えない場合と入れ替えた場合における濃度とベタ追随性の状態を調べた表である。
【図６】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（Ｖｄｃ１）
２７ｂ 交流（ＡＣ）バイアス
２８ 直流（ＤＣ）バイアス（Ｖｄｃ２）
２９ 規制ブレード
３０ 磁気ブラシ
Claims (7)
- 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成分現像剤搬送用磁気ロールと、該磁気ロールの磁気ブラシと搬送バイアスを利用してトナーを移送し、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にトナー現像を行う画像形成装置における現像方法において、
前記現像ロールと潜像担持体とを電極を介することなく直接対面させると共に、画像形成装置が印刷する各画像のデータ量と通紙量を検出し、現像終了時に現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行う紙間で設定される間隔を、前記データ量と通紙量で定まる印字率に応じて可変に設定したことを特徴とする画像形成装置における現像方法。 - 前記潜像担持体の回転数Ｒｓ、前記現像ロールの回転数Ｒｇ、磁気ロールの回転数Ｒｍの関係を
Ｒｓ＜Ｒｇ≦Ｒｍ
の関係に設定したことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。 - 前記現像ロールの回転数Ｒｇを潜像担持体の回転数Ｒｓの少なくとも１．１倍以上とし、且つ、前記磁気ロールの回転数Ｒｍを現像ロールの回転数Ｒｇの１乃至２倍としたことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。
- 前記現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えにより、現像ロール上におけるトナーの体積固有平均粒度の変化率を１５％以内に制御したことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。
- 前記現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えに際し、各画像のデータ量に対応して現像ロール上のトナー量を０．５から１．７ｍｇ／ｃｍ２の範囲で変化させることを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。
- 前記現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えにより、現像開始時における現像ロール上のトナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇの範囲に制御したことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。
- 前記現像ロールの最表面を、略均一な１０６Ω・ｃｍ３以下の導電性のスリーブで構成し、該スリーブに印加したバイアスを現像ロールと静電潜像担持体及び現像ロールと磁気ロールとの間に作用させて前記現像終了時における現像ロール上のトナー層の磁気ロールへの回収と入れ替えを行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置における現像方法。
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