JP4131564B2

JP4131564B2 - 静電潜像現像方法

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Publication number: JP4131564B2
Application number: JP2003172238A
Authority: JP
Inventors: 昌一坂田; 茂樹塚原; 正之藤島
Original assignee: Kyocera Mita Corp
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Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: JP2005010290A

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適用される静電潜像現像方法に係り、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静電潜像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静電潜像現像方式には、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。ハイブリッド現像方式は、ドット再現性に優れて長寿命化、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粒度分布の変化に伴って現像剤中に微粉トナーが増え、この微粉トナーによるキャリア表面が汚染されて帯電量が低下し、現像装置からのトナーの飛散、現像ロール上への微粉トナーの付着などの問題があった。
【０００４】
そして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、特に感光体ドラム（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、感光体ドラム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ドラムの周りに配置せねばならないから、感光体ドラムが大型になり、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。この対策として感光体ドラム同士の間隔を狭くし、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、感光体ドラム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感光体ドラム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感光体ドラム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、現像ロールを感光体ドラムに接触する方式では感光体ドラム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、感光体ドラムに非接触な方式では、トナーをチャー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、現像ロールが感光体ドラム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】
しかしながらこのハイブリッド型現像装置に於いては、現像性の高いトナーの粗粉が選択的に感光体ドラムに現像されやすく、選択現像が起こって前記したようにトナー粒度分布が変化し、現像剤中の微粉トナーが増えてキャリア表面が汚染されて帯電量が低下し、現像装置からのトナーの飛散、現像ロール上への微粉トナーの付着による画像濃度の低下がなどの問題があった。現像ロール上のトナーの大半は現像時間外に磁気ブラシによって回収されるが、トナー中の比較的多量の微粉が強固に現像ロール表面に付着した場合、連続印字時の短いイメージ間では微粉を回収できずに現像ロール上に残してしまう。現像ロール上に残った微粉トナーの付着物は、現像ロールのバイアスの低下を引き起こして濃度低下を発生させ、磁気ロールとの電位差が大きくなってキャリア引きを発生させたり、画像欠陥やトナー飛散の原因となる。また、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、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問題もあった。
【００１０】
このうち履歴現象（ゴースト）については、現像時間外に磁気ロールと現像ロールの電位差をなくし、現像ロール上のトナーの大半を磁気ブラシによって回収することで、次の現像タイミング時に現像の履歴を残さない画像が得られる方法が提案されている。また、選択現像による微粉トナーの増加に対しては、特許文献１に、現像ロールと感光体ドラムとの間に電極を設けてトナーをクラウド化するようにしたハイブリッド式現像装置において、一定量の現像を行うごとに、現像工程とは別な直流のみのバイアスを磁気ロールと現像ロールにかけて微粉を含むトナーを磁気ロールから現像ロールに転移させ、現像ロール上にトナー層を形成する第１工程と、この第１工程とは逆方向のバイアス（磁気ロールの直流バイアスを０とする）電圧下で現像ロール上のトナー層から転移し易い大粒径のトナーを磁気ロールに返送して微粉トナーのみを現像ロール上に残す第２工程と、感光体ドラムの表面電位を切った状態で、現像ロールと感光体ドラムとの間の電極に直流重畳交流バイアス電圧下で現像ロール上に残った小粒径のトナーを感光体ドラムに転移させる第３工程とを設け、小粒径トナーをクリーニング装置で除去して現像装置内トナーの粒度分布を一定に保つようにした方法が示されている。
【００１１】
またさらに特許文献２には、電極埋込型現像ロールと磁気ロールを備え、現像ロールと磁気ロール間にブラシを設けて現像ロールの電極に、直流に交流を重畳したバイアスを印加できるようにしたハイブリッド型現像装置に於いて、選択現像や現像ロールへのキャリアの付着を防止するため、トナーが現像ロールから磁気ロール方向へ移動するような電界より、磁気ロールから現像ロール方向へ移動する電界を、短時間で大きな（デューティ３０％）ものとして選択現像が起きないようにすると共に、トナーとキャリアとの慣性が異なってキャリアがトナーより電界に対する応答が悪いことを利用し、磁気ロールから現像ロールへキャリアが飛ばないようにした現像装置が示されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−２９５１２３号公報（第４頁、図２）
【特許文献２】
特開２０００−２５０２９４公報（第６〜７頁、図３）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献１、２に示された装置は、現像ロールと感光体ドラムとの間に補助電極を設けるか、電極埋込型現像ロールを用いてトナーをクラウド化するようにした現像装置であり、ワイヤによる補助電極を設けたものはワイヤが非常に汚れやすくて振動による画像劣化等が発生し、電極埋込型現像ロールを用い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。
【００１４】
また特許文献１に示した現像装置は、トナーを磁気ロールから現像ロールに転移させて現像ロール上にトナー層を形成する第１工程と、この第１工程とは逆方向のバイアス電圧下で現像ロール上のトナー層から転移し易い大粒径のトナーを磁気ロールに返送する第２工程と、現像ロールと感光体ドラムとの間のバイアス電圧下で現像ロール上に残った小粒径のトナーを感光体ドラムに転移させる第３工程という３工程で微粉トナーを除去しており、そのつどバイアス電圧を切り替える必要があって複雑であり、またこの第３工程の時、現像ロール、磁気ロールは回転したままであるが、微粉トナー成分は現像ロール上に粒径の一番小さいのが密集してホールドされていてその上に粒径の大きなトナーが積み重なっており、第３工程を回転させたままでおこなうと、現像ローラが回転しているため現像時間が短時間となり、粒径の大きなものばかりが感光体ドラムに飛翔してしまい、一番飛翔させたい微粉が飛翔しない可能性があり（装置の高速化が進展しているため顕著である）、さらにまた磁気ローラに担持されている磁気ブラシによって現像ローラ上に形成された微粉の多いトナー層が剥ぎ取られてしまう可能性がある。
【００１５】
また特許文献２に示された現像装置は、現像ロールから磁気ロールへの方向の電界より短時間で大きい電界（デューティ３０％）を磁気ロールから現像ロールへ掛けるようにし、選択現像や現像ロールへのキャリア付着を防止しているが、現像剤中に微粉トナーが増えて粒度分布が変化し、微粉がキャリアに付着してキャリアの帯電付与性能が劣化することによって現像剤中のトナーに充分な帯電が付与されず、機内飛散が発生し、用紙の搬送経路がトナーで汚れ、用紙にトナーが付着すること、カラ−画像形成装置においては飛散トナーによる色調の乱れが発生する、画像濃度が一定しない、等の画像品質が低下するという課題への対応については何ら記載がない。
【００１６】
そのため本発明においては、現像装置内の現像剤に小粒径のトナーが蓄積するのを防止し、画像品質低下のない良好な画像を得ることができる画像形成装置に適用される静電潜像現像方法を提供することが課題である。
【００１７】
【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、
静電潜像が形成される感光体ドラムに対向して配置され、表面にトナーを担持して搬送する現像ロールと、キャリアとトナーを含む２成分現像剤を吸着して搬送し、トナーを前記現像ロールに供給する磁気ロールとを含み、
磁気ロールへ第１の直流バイアスを、一方前記現像ロールに交流バイアスを重畳させた第２の直流バイアスを夫々印加し、
これらの印加電圧によって現像ロールと磁気ロールとの間に電界が形成され、電荷を有するトナーは現像ロールへ転移し、現像ロールの表面にトナー層が形成された後、現像時に印加される前記交流バイアスによって感光体と現像ロールとの間の静電界内をトナ―が飛翔し、感光体の表面に前記トナ―が付着して前記感光体ドラムに形成された静電潜像を現像する現像工程を実施する静電潜像現像方法において、
連続印字若しくは所定枚数の印字がおこなわれた毎に、磁気ロールへ印加する第１の直流バイアス、及び前記現像ロールに印加する交流バイアス及び第２の直流（ＤＣ）バイアスを夫々現像時と同じバイアスに設定して印加した状態で、現像ロールが所定時間回転させて、微粉トナーを磁気ロールから現像ロールへ移動させ一方粒径の大きなトナーは、現像ロールから磁気ロール側の磁気ブラシへ回収させる第１の工程と、
次に感光体ドラムと現像ロール及び磁気ロールの回転を停止させ、現像ロールへの交流バイアスはそのままに、現像ロールに印加する第２の直流バイアス電圧を増加する方向に、また磁気ロールへ印加する第１の直流バイアス電圧は、減少する方向に夫々変化させて、現像ロールから感光体ドラムへトナーを飛翔させる第２工程をおこなうことを特徴とする。
【００１８】
このようにすることにより、微粉の多いトナー層を形成する第１工程と、現像ロールを完全に停止させ、感光体ドラムに対向した位置の現像ロール上のトナーを感光体ドラム上に飛翔させて完全に引き剥がす第２工程、という簡単な工程によって微粉トナーを現像ロールに集めて感光体ドラムに現像させることができ、現像ロールを回転させたままでおこなう場合に懸念された、現像時間が短時間なために粒径の大きなものばかりが感光体ドラムに飛翔してしまい、一番飛ばしたい微粉が飛んでくれないという現象を回避することができ、微粉トナーを確実に現像ロール上に集めて感光体ドラムに吐き出させ、減少させるトナー粒度調整が可能となる。
【００１９】
【００２０】
また、連続印字若しくは所定枚数の印字がおこなわれた毎に前記第１工程と第２工程が定期的に実施されることにより、画像濃度を長期にわたって一定に保つことができる。
【００２１】
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は本発明に係るトナー粒度調整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は本発明に係るトナー粒度調整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は本発明に係るトナー粒度調整方法により現像ロールに微粉トナーを集める場合の交流バイアスを示した図、図４は現像ロールに印加する交流バイアス電圧のデューティ比を変化させたときの現像ロール上の微粉トナー量推移を示したグラフ、図５は本発明に係るトナー粒度調整方法を実施した画像形成装置における微粉トナー量の推移を示したグラフである。
【００２４】
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は感光体（感光体ドラム）、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は感光体ドラム３を帯電させるための帯電器、９は感光体ドラム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、感光体ドラム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は感光体ドラム３に対して隣接し、略垂直の方向に配置される。
【００２５】
図２において、２０はトナー薄層を担持して感光体ドラム３上の静電潜像を現像する現像ロール、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を発生させ、現像ロール２０にトナーを供給する現像剤搬送体としての磁気ロール、２２、２３は螺旋状羽根を有して互いに現像剤を逆方向に搬送しながら攪拌し、トナーを帯電させて磁気ロール２１に搬送するパドルミキサーと攪拌ミキサー、２４は磁気ロール２１上に形成された磁気ブラシの厚さを規制するための穂切りブレード、２５は現像装置２内のトナー濃度を検出するためのトナーセンサー、２６は現像装置のハウジング、２７は第１の現像剤攪拌室、２８は第２の現像剤攪拌室、２９は隔壁、３０ａは現像ロール２０に直流（ＤＣ）バイアスを印加する直流バイアス電源、３０ｂは同じく現像ロール２０に交流（ＡＣ）バイアスを印加する交流バイアス電源、３１ａは磁気ロール２１に直流（ＤＣ）バイアスを印加する直流バイアス電源である。
【００２６】
画像形成装置に用いる感光体ドラム３として、従来からＯＰＣ感光体ドラムが知られている。しかしながら、ＯＰＣ感光体ドラムは感光層表面が軟らかく、クリーニングブレードの摺擦により、感光層が削れやすいという問題が見られた。そこで、ＯＰＣ感光体ドラムと比較して表面が硬質であり、耐久性や機能保持性（メンテナンスフリー）に優れていることから、感光層の厚さが２５μｍ以上のａ−Ｓｉ感光体ドラムが近年使用されている。しかしながら、ａ−Ｓｉ感光体ドラムは、グロー放電分解法等を用いて製膜するため、このように感光層が厚いと製造時間や製造コストがかかり、経済的に不利であるという問題が見受けられた。
【００２７】
感光体ドラム３の感光材料として、ａ−Ｓｉ感光体ドラムを用いた場合、その表面の露光後電位は１０Ｖ以下の非常に低い特徴を有しているが、その膜厚を薄くすると飽和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧が低下する。その一方、潜像を形成した時の表面電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向がある。この特性は誘電率が約１０程度と高いａ−Ｓｉ感光体ドラムでは、２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の場合に特に顕著である。現像時の直流（ＤＣ）バイアス３０ａは１５０Ｖ以下、さらに好ましくは１００Ｖ以下、交流成分としてＶ_Ｐ−Ｐ５００〜２０００Ｖ、周波数が１〜３ｋＨｚに設定し現像することが可能である。
【００２８】
感光体ドラム３の感光材料として、正帯電の有機感光体（ＯＰＣ）を用いた場合は、残留電位を１００Ｖ以下にするために、感光層の膜厚を２５μｍ以上に設定し、電荷発生材料の添加量を増やすことが特に重要である。特に単層構造のＯＰＣは、感光層の中に電荷発生材を添加することから感光層の膜減りによっても感度変化が少なく、有利である。この場合でも現像の直流（ＤＣ）バイアス３０ａは４００Ｖ以下、さらに好ましくは３００Ｖ以下に設定することがトナーに強い電界をかけることを防止する意味でも好ましい。
【００２９】
この様に現像バイアスを低く設定することは、薄膜のａ−Ｓｉ感光体の絶縁破壊を抑制するとともに、トナーの過剰帯電を防止し、現像の履歴現象の発生を抑止するのに有効である。また、現像ロール２０上に１０〜１００μｍ、好ましくは３０〜７０μｍのトナー層を形成し、現像ロール２０と感光体ドラム３とのギャップを１５０〜4００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍとし、このギャップに直流と交流電界を重畳して印加することによってトナーを感光体ドラム３上に飛翔させることで鮮明な画像を得ることができる。
【００３０】
現像剤は、トナーの供給と回収の役割を有し、１０^６Ωcｍ〜１０^９Ωcｍの体積固有抵抗のキャリアを用い、現像ロール２０と磁気ロール２１間のニップで、現像ロールに強固に静電的に付着したトナーを磁気ロールに担持された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。この時、トナーと接触する機会を増やすためには、４０μｍ以下の小径のキャリアを用い、キャリアの単位体積当たりの表面積を広くすることが好ましい。キャリアの抵抗が、トナーの回収を重視した１０^６Ωcｍ以下の体積固有抵抗を有する低抵抗キャリアは、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てカブリの発生を押さえた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ル２０表面からトナーが飛散し、帯電器８や露光ユニット４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を有するキャリアでは、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る。キャリアの抵抗値を適正にすることで、現像ロール２０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ル２０に再度投入することが可能になる。トナーの帯電量を５〜２０μＣ／ｇに制御し、トナー飛散やカブリを防止すると共に、なお且つ、低電界で現像することで、現像ロール２０上に現像履歴を残さず、トナーの回収性に優れた現像システムを提供できる。
【００３１】
高磁力でしかも低抵抗キャリアとしては、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、これらのキャリアをそのまま用いても良いが、過度に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、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。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２０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。
【００３２】
本発明に用いる現像剤のトナーとキャリアの混合割合は、トナーとキャリアの合計量に対してトナー２〜４０重量％、好ましくは３〜３０重量％、より好ましくは４〜２５重量％である。トナーの混合割合が２重量％未満であると、トナー帯電量が高くなって十分な画像濃度が得られなくなり、４０重量％を超えると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。
【００３３】
本発明を実施する画像形成装置においては、一例として現像ロール２０の直径は１６．８ｍｍ、磁気ロール２１の直径は１６．０ｍｍ、感光体ドラム３の直径は３０．０ｍｍ、現像ロール２０と磁気ロール２１の回転数の比は、磁気ロール２１の回転数が現像ロール２０の回転数の約１．５倍にしてある。そして穂切りブレード２４と磁気ロール２０とのギャップは０．３から１．５ｍｍ、磁気ロール２１と現像ロール２０間のギャップは同様に０．３から１．５ｍｍ程度である。現像ロール上のトナーの薄層は、１０から１００μｍ、好ましくは３０から７０μｍの厚さに設定される。この厚さはトナーの平均粒径を７μｍとした場合にトナーの５層から１０層程度に相当する値である。現像ロール２０と感光体ドラム３との間のギャップは１５０から４００μｍ、好ましくは２００から３００μｍである。１５０μｍより狭いとカブリの要因になり、４００μｍより広いとトナーを感光体ドラム３に飛翔させることが困難になり、十分な画像濃度得ることが出来ない。また、選択現像を発生させる要因になる。なお、実施形態においては、穂切りブレード２４と磁気ロール２０とのギャップは０．５５ｍｍ、磁気ロール２１と現像ロール２０間のギャップは０．４０ｍｍであり、現像ロール上のトナーの薄層は約６０μｍに維持されるようになっている。
【００３４】
最初に、本発明に係るトナー粒度調整方法を実施するタンデム型画像形成装置の通常の印字動作を簡単に説明する。なお、以下の説明では、一例として正帯電トナーを用いた場合を例に説明するが、本発明は負帯電トナーを用いた場合でも同様に実施できることは自明である。
【００３５】
まずイエロー、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、図２に示した攪拌ミキサー２３、パドルミキサー２２によって攪拌、帯電され、磁気ロール２１に供給される。そして磁気ロール２１上に磁気ブラシが形成され、穂切りブレード２４によって層規制されて、磁気ロール２１に加えられた直流バイアス電源３１ａによる例えば＋４００Ｖと、現像ロール２０に加えられた直流バイアス電源３０ａによる例えば＋１００Ｖとの電位差により、現像ロール２０にトナーのみの薄層を形成する。現像ロール２０上のトナー薄層の厚さは、現像剤の抵抗や現像ロール２０と磁気ロール２１の回転速度差などによっても変化するが、上記の電位差によっても制御することが可能である。この電位差を大きくすると現像ロール２０上のトナーの層が厚くなり、小さくすると薄い層になる。
【００３６】
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によって感光体ドラム３が例えば４００Ｖに帯電され、その後、露光ユニット４による露光により、感光体ドラム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２０に加えられた直流バイアス電源３０ａによる＋１００Ｖと、現像時に重畳される交流バイアス電源３０ｂによるＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比３０％の矩形波により、現像ロール２０上のトナー薄層から感光体ドラム３に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。トナーの飛散を防ぐために、交流バイアス３０ｂは現像の直前に印加する。こうしてトナー像が感光体ドラム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て記録媒体に転写する。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。
なお、現像装置２内の現像剤中のトナー濃度が現像に伴って減少した場合には、このトナー濃度の低下はトナーセンサー２５によって検知され、検知結果に基づいて必要量のトナーが図示しない補給手段によって現像剤容器６から現像装置２に補給される。
【００３７】
そして現像ロール上に残ったトナーは、掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、磁気ロール２１上の磁気ブラシが現像ロール２０上のトナー層に接触し、両ロールの周速差によるブラシ効果と、磁気ブラシのパドルミキサー２２による攪拌によって現像剤が入れ替えられることで、容易にトナーの回収と入れ替えを可能にする。現像剤の入れ替えを促進するための方法として、磁気ロール２１の回転速度を現像ロール２０の回転速度に対し、１．０〜２．０倍に設定し、現像ロール２０上のトナーを回収すると共に適切なトナー濃度に設定された現像剤を現像ロール２０に供給することで、均一なトナー層を形成することが可能になる。また、残像防止のため、現像が済んだ画像形成の間に、直流バイアス電源３０ａの＋１００Ｖの直流電圧を＋５０Ｖに、交流バイアス電源３０ｂが供給する交流のデューティ比を５０％に、磁気ロール２１へのバイアスを０Ｖとし、現像ロール２０上のトナーを磁気ロール２１に戻す。
【００３８】
図２に示した現像装置は、帯電電位の差による静電潜像を保持することができる感光体ドラム３と対向して設けられており、２成分現像剤を収容するハウジング２６内に、２成分現像剤を磁気的に吸着し磁気ブラシを表面に形成する磁気ロール２１と、この磁気ロール２１上に吸着された現像剤量を規制する穂切りブレード２４と、前記磁気ロール２１と前記感光体ドラム３とにそれぞれ違った部位で近接するように配置され、トナーを付着して回転する円筒状の現像ロール２０とを有している。また、ハウジング２６内の前記磁気ロール２１と隣接する位置に第１の現像剤攪拌室２７が設けられ、さらにこの第１の現像剤攪拌室２７と隔壁２９によって仕切られた第２の現像剤攪拌室２８が設けられている。そしてこの第１の現像剤攪拌室２７と第２の現像剤攪拌室２８とは、磁気ロール２１の軸線方向における両端部で連通しており、それぞれに現像剤の攪拌と軸方向への現像剤の搬送を行なうパドルミキサー２２と攪拌ミキサー２３とが設けられている。これら２つのミキサー２７、２８は互いに逆方向に現像剤を搬送するように回転方向が設定されており、現像剤が第１の現像剤攪拌室２７と第２の現像剤攪拌室２８とを循環するようになっている。
【００３９】
そして磁気ロール２１は、位置が不動となるように支持された磁石の外周に、回転可能な円筒状のスリーブを配置したものであり、スリーブ表面にトナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤を磁気的に吸着して２成分現像剤の磁気ブラシを形成するとともに、スリーブが回転して現像剤を搬送することができるものである。この磁気ロール２１には磁気ロール用直流（ＤＣ）バイアス電源３１ａから＋４００Ｖの直流電圧を印加することができるようになっている。また現像ロール２０は、表面がアルマイト処理されたアルミニウムの円筒体やフェノール樹脂からなる円筒体、またはアルミニウムの円筒体の表面に樹脂層を形成したもの等が用いられ、直流（ＤＣ）バイアス電源３０ａから＋５０〜＋２００Ｖの直流と交流（ＡＣ）バイアス電源３０ｂからＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚの交流を重畳したバイアスを印加することができるようになっている。
【００４０】
そして現像剤は、第１の現像剤攪拌室２７と第２の現像剤攪拌室２８とにおいて搬送されるとともに攪拌され、現像剤中のトナーの分布が均一に維持されるとともにトナーとキャリアとの間の摩擦帯電によってトナーに所定の電荷が付与される。攪拌された現像剤は、パドルミキサー２２によって磁気ロール２１に供給され、磁気ロール２１は、現像剤を磁気的に吸着してトナーとキャリアとからなる現像剤の磁気ブラシを形成し、回転により現像ロール２０との対向位置まで搬送する。
【００４１】
そして前記したように、現像ロール２０へは直流（ＤＣ）バイアス電源３０ａからの＋１００Ｖの直流電圧と、磁気ロール２１には磁気ロール用直流（ＤＣ）バイアス電源３１ａから＋４００Ｖの直流電圧が印加されているから、これらの印加電圧によって現像ロール２０と磁気ロール２１との間に電界が形成され、正電荷を有するトナーは現像ロール２０へ転移し、現像ロール２０の表面にトナー層が形成される。一方キャリアは磁気ロール２１に磁気的に吸着されたまま転移せずに残る。
【００４２】
現像ロール２０上に形成されたトナー層は、現像ロール２０の回転により現像領域へ搬送され、現像ロール２０に印加されている＋１００Ｖの直流電圧と現像時に印加されるＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比３０％の矩形波による交流とを重畳したバイアスによって感光体ドラム３と現像ロール２０との間の静電界内を飛翔し、感光体ドラム３の表面に付着して現像が行なわれる。このときトナーは、大粒径のものが小粒径のものに比べて現像ロール２０から剥離し易く、感光体ドラム３に転移し易い。このため、現像に寄与せず現像ロール２０上に残って再び磁気ロール２１との対向部へ返送されるトナーは、小粒径のものが多くなっている。
【００４３】
このような現像装置における現像装置内トナーの粒度調整方法を説明すると、連続印字がおこなわれた後や所定枚数の印字がおこなわれた後に定期的に、感光体ドラム３の表面電位を印加せずに図３（Ａ）に示したような現像時と同じバイアス、すなわち現像ロール２０に直流（ＤＣ）バイアス電源３０ａから＋１００Ｖの直流電圧を、交流（ＡＣ）バイアス電源３０ｂからＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、Ｔ１とＴ２の比、すなわちデューティ比を３０％とした矩形波による交流とを重畳したバイアスを印加し、磁気ロール２１に直流（ＤＣ）バイアス電源３１ａから＋４００Ｖの直流電圧を印加した状態で、通常１分間に１８２回転ほどさせている現像ロール２０が４５〜７５回転ほど回転する間（約１５〜２５秒）、トナー層を形成させる第１工程をおこなう。このようにすると、微粉トナーは単位体積当たりの帯電量が大きいため、トナーを磁気ロール２１から現像ロール２０へ移動させる方向へかかる電圧Ｖ_ｆにより、現像ロール２０に粒径の大きなトナーと比較して強く引き付けられる。そして粒径の大きなトナーは、現像ロール２０から磁気ロール２１へ戻す電圧Ｖ_ｂによって磁気ロール２１の磁気ブラシへ回収されるが、粒径の小さな微粉トナーは回収されにくく、現像ロール２０上には微粉トナーが堆積される。なお、デューティ比を現像時より低くしてより一層微粉トナーを現像ローラに集めるようにしても良い。
【００４４】
次に感光体ドラム３と現像ロール２０、及び磁気ロール２１の回転を停止させ、図３（Ｂ）に示したように、現像ロール２０への交流（ＡＣ）バイアス電源３０ｂによる交流バイアスＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比３０％の矩形波はそのままに、直流（ＤＣ）バイアス電源３０ａによって現像ロール２０に印加する直流電圧を＋１００Ｖから＋２００Ｖへ、また磁気ロール２１への直流（ＤＣ）バイアス電源３１ａによる直流電圧を＋４００Ｖから０Ｖへ変化させ、感光体ドラム３の表面への帯電は切ったまま（０Ｖ）とする第２工程をおこなう。すると、現像ロール２０から感光体ドラム３へトナーを飛翔させる電圧Ｖ_ｂが大きくなり、感光体ドラム３に対面した位置に堆積していた微粒トナーは、この現像ロール２０に加えられたバイアスによって感光体ドラム３側に飛びやすくなるから引き剥がされ、感光体ドラム３に移動する。
【００４５】
そのためこの状態を１秒程度継続し、前記したように例えば現像ロール２０の直径が１６．８ｍｍ、磁気ロール２１が１６．０ｍｍ、感光体ドラム３が３０．０ｍｍ、現像ロール２０と感光体ドラム３との間のギャップは３００μｍとし、現像ロール２０の回転角にして約４５度程度回転するよう現像ロール２０、感光体ドラム３を回転させ、同様にして現像ロール２０の感光体ドラム３に対面した位置に堆積していた微粒トナーを引き剥がし、感光体ドラム３に飛翔させる第２工程を繰り返し行う。そして同様にステップ状に現像ロール２０、感光体ドラム３を回転させてこの第２工程を少なくとも現像ロール２０の一周以上おこなって堆積したトナーを感光体ドラム３に飛翔させ、感光体ドラム３に移動したトナーは搬送ベルトに転写されずに感光体ドラム３側の図示していないクリーニング装置でクリーニングし、除去される。
【００４６】
このように、連続印字がおこなわれた後や所定枚数の印字がおこなわれた後など、一定期間現像工程を行うごとに現像ロール２０上に微粉トナーを集める第１工程と、現像ロール２０と感光体ドラム３の回転を停止させて現像ロール２０上に集まった微粉トナーを感光体ドラム３に飛ばす第２工程、現像ロール２０と感光体ドラム３をステップ状に回転させて停止させ、現像ロール２０上に集まった微粉トナーを感光体ドラム３に飛ばしてさらに現像ロール２０と感光体ドラム３をステップ状に回転させる、という第２工程を繰り返すことによって現像剤中の微粉トナーを処理することにより、現像工程で大粒径のトナーが多く消費されても現像装置内に小粒径のトナーのみが蓄積されることがなく、トナー粒度は常に一定に保たれ、画質低下のない良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供することができる。実施形態においては１００枚印刷する毎に上記工程が実施されるように設定されている。また連続印刷中に１００枚目に到達した場合は、連続印刷が終了した後に実施するようになっている。そして上記工程実施後に新たに枚数のカウントを開始する。このように上記工程を実施することによって画像濃度は適正範囲（１．３０〜１．５０）に維持され、トナーが機内飛散することによる用紙の汚れは発生せず、画像品質を維持することが可能となった。また、現像ローラの回転した時間が所定時間に到達した毎に実施したり、印字率から換算したトナー消費量が所定値に到達するごとに実施してもよい。
【００４７】
図４は、現像ロール２０と磁気ロール２１間に直流のみ、デューティ比５０％の交流、デューティ比３０％の交流を印加したとき、現像ロール２０上に堆積された５μｍ以下の微粉トナーが集まる量を示したグラフである。この図４において、横軸は現像ロール２０の回転時間（秒）、縦軸は５μｍ以下の微粉トナーの頻度（％）をあらわしており、このグラフから明らかなように、直流のみを印加したときは微粉トナーは殆ど増えず、交流を印加したときは微粉トナー量が増えて行くが、デューティ比５０％より前記した第１工程のように、デューティ比３０％の方がより多くの微粉トナーを集めていることがわかる。
【００４８】
図５は、同様に現像ロール２０と磁気ロール２１間に、（ａ）交流電圧を印加して層形成後にトナー吐き出しを行った場合と、（ｂ）直流電圧を印加して層形成後にトナー吐き出しを行った場合と、（ｃ）吐き出しを行わなかった場合の２００００枚連続印字（２０Ｋ枚耐刷）時における現像剤中の５μｍ以下の微粉トナー量変化を示たものである。横軸は印字枚数であり、縦軸は図４と同じく、５μｍ以下の微粉トナーの頻度をあらわしており、ここでのトナー吐き出しは、２５枚印字する毎におこなった。このグラフから明らかなように、（ｃ）吐き出しを行わなかった場合は耐刷後に微粉トナー量が１５％を超えているのに対し、（ｂ）直流電圧を印加して層形成後にトナー吐き出しを行った場合は１２％、（ａ）交流電圧を印加して層形成後にトナー吐き出しを行った場合は８．５％と最も微粉トナー量の変化が少なく、微粉トナーの変化が抑えられていることが分かる。
【００４９】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、微粉の多いトナー層を形成する第１工程と、現像ロールを完全に停止させ、感光体ドラムに対向した位置の現像ロール上のトナーを感光体ドラム上に飛翔させて完全に引き剥がす第２工程、という簡単な工程によって微粉トナーを現像ロールに集めて感光体ドラムに現像させることができ、現像ロールを回転させたままでおこなう場合に懸念された、現像時間が短時間なために粒径の大きなものばかりが感光体ドラムに飛翔してしまい、一番飛ばしたい微粉が飛んでくれないという現象を回避することができ、微粉トナーを確実に現像ロール上に集めて感光体ドラムに吐き出させ、減少させるトナー粒度調整が可能となる。
【００５０】
【００５１】
また、連続印字若しくは所定枚数の印字がおこなわれた毎に前記第１工程と第２工程が定期的に実施されることにより、画像濃度を長期にわたって一定に保つことができる。
【００５２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトナー粒度調整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】本発明に係るトナー粒度調整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】本発明に係るトナー粒度調整方法により現像ロールに微粉トナーを集める場合の交流バイアスを示した図である。
【図４】現像ロールに印加する交流バイアス電圧のデューティ比を変化させたときの現像ロール上の微粉トナー量推移を示したグラフである。
【図５】本発明に係るトナー粒度調整方法を実施した画像形成装置における微粉トナー量の推移を示したグラフである。
【符号の説明】
２０現像ロール
２１磁気ロール
２２パドルミキサー
２３攪拌ミキサー
２４穂切りブレード
２５トナーセンサー
２６ハウジング
２７第１の現像剤攪拌室
２８第２の現像剤攪拌室
２９隔壁
３０ａ直流（ＤＣ）バイアス電源
３０ｂ交流（ＡＣ）バイアス電源
３１ａ直流（ＤＣ）バイアス電源

Claims

静電潜像が形成される感光体ドラムに対向して配置され、表面にトナーを担持して搬送する現像ロールと、キャリアとトナーを含む２成分現像剤を吸着して搬送し、トナーを前記現像ロールに供給する磁気ロールとを含み、
磁気ロールへ第１の直流バイアスを、一方前記現像ロールに交流バイアスを重畳させた第２の直流バイアスを夫々印加し、
これらの印加電圧によって現像ロールと磁気ロールとの間に電界が形成され、電荷を有するトナーは現像ロールへ転移し、現像ロールの表面にトナー層が形成された後、現像時に印加される前記交流バイアスによって感光体と現像ロールとの間の静電界内をトナ―が飛翔し、感光体の表面に前記トナ―が付着して前記感光体ドラムに形成された静電潜像を現像する現像工程を実施する静電潜像現像方法において、
連続印字若しくは所定枚数の印字がおこなわれた毎に、磁気ロールへ印加する第１の直流バイアス、及び前記現像ロールに印加する交流バイアス及び第２の直流（ＤＣ）バイアスを夫々現像時と同じバイアスに設定して印加した状態で、現像ロールが所定時間回転させて、微粉トナーを磁気ロールから現像ロールへ移動させ一方粒径の大きなトナーは、現像ロールから磁気ロール側の磁気ブラシへ回収させる第１の工程と、
次に感光体ドラムと現像ロール及び磁気ロールの回転を停止させ、現像ロールへの交流バイアスはそのままに、現像ロールに印加する第２の直流バイアス電圧を増加する方向に、また磁気ロールへ印加する第１の直流バイアス電圧は、減少する方向に夫々変化させて、現像ロールから感光体ドラムへトナーを飛翔させる第２工程をおこなうことを特徴とする静電潜像現像方法。