JP4351887B2 - 画像形成装置における現像方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像方法及び装置に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて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有する画像形成装置において、現像ローラ上のトナー層厚を常に安定させられるようにした画像形成装置における現像方法及び装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像方式には、トナーと磁性キャリアを用いた２成分現像方式、絶縁トナーや導電トナーを用いた１成分現像方式、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて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。

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、現像ローラ、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、現像ローラ上への微粉トナーの付着などの問題があった。

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、特に感光体上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用としても検討されてきた。この方式では、感光体上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技術として注目されてきた。

しかしながらこの１ドラム色重ね方式では、使用する色数分の現像装置を感光体の周りに配置せねばならないから、感光体が大型になり、画像形成装置の小型化の妨げになる。そのため、使用するトナーの色に対応した複数の電子写真プロセス部材を並べて配置し、転写部材の送りに同期させてカラ−画像を形成して転写部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきた。そしてこのタンデム型カラー画像形成装置でハイブリッド現像方式を用いると、現像ローラが感光体と非接触であるからトルク変動をきたすことがなく、タンデム型の弱点である色ずれを起こすことなくドット再現性に優れ、長寿命化が可能な高速の画像形成装置が提供できる。

こういった技術に関する従来技術としては、特許文献１に磁気ローラ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。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静電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るために画像濃度の低下が生じる傾向があり、さらに、トナーの帯電制御が複雑で、静電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、現像ローラ上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、その現像ローラ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不具合がある。さらに、高濃度の現像パターンを連続して印字した場合、描画後のトナーの需要と供給のバランスが悪く、現像ローラ上のトナー層形成が良好に行われず、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、現像装置を小型化する場合の課題となっていた。

そのため、特許文献２（特許文献３）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ラと、この磁気ローラから供給されたトナーの薄層を担持するドナーロール（現像ローラ）と、このドナーロールと静電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、現像ローラには直流バイアスを、そして磁気ローラ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を印加するよう構成し、コピーとコピーの間や紙間を利用して、電位差で現像ローラ上のトナーを磁気ローラに回収することで、トナーの帯電を安定化させて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。

そしてこのような現像システムにおいては、一枚印字する毎、若しくは数枚印字する毎に現像ローラ上のトナーを除去してトナー層を再形成すると、濃度低下も無く、均質な画像が得られるが、トナー層を除去しない場合は層形成が安定せず、濃度ダウンの問題が生じたりする。そしてこの現像システムでは、高速性に優れているとの利点があるものの、現像ローラ上に形成するトナー薄層を均一にしなければ均質な画像が得られない。

そしてこの場合、現像ローラ上のトナー薄層を磁気ローラの磁気ブラシで剥ぎ取って除去するに際し、磁気ローラが１回転する時間よりも現像ローラが１回転する時間の方が長い場合、両ローラが１回転するのに要する時間の差分だけ磁気ローラは２回転目で現像ローラ上のトナー層を剥ぎ取ることになり、磁気ローラ上には一度剥ぎ取ったトナーの上にさらに剥ぎ取ったトナーが重ねられる。ところが剥ぎ取ったトナーは、剥ぎ取るための電位差と磁気ブラシの現像ローラへの接触により、磁気ブラシの根本（すなわち磁気ブラシの磁気ローラ側）に溜まるが、その上にさらにトナーを回収しようとした場合、根本に既に回収したトナーが存在するため、回収力が弱くなる。そのため、磁気ローラの１回転目と２回転目とではトナー層剥ぎ取り力に差が生じて現像ローラ上にトナーが残り、現像ローラへのトナー層再形成時、層ムラが発生して均一画像が得られないという問題が発生する。

またこれは、逆に磁気ローラが１回転する時間よりも現像ローラが１回転する時間の方が短い場合、両ローラが１回転するのに要する時間の差分だけ磁気ローラ上にトナーを回収しない部分が生じ、現像ローラへのトナー層再形成時、磁気ブラシの根本に回収トナーが存在しないからその分再形成時、層ムラが発生して均一画像が得られないという問題が発生する。しかもこれらのムラは、回収したトナーが磁気ブラシの根本に溜まってミキサー８ａで入れ替えることができずに生じるから、簡単に解消することができない。

こういった画像ムラについては、例えば特許文献４に、マグネットを内蔵した現像ローラ上に２成分現像剤の磁気ブラシを担持し、感光体上の潜像を現像するようにした２成分現像方式において、現像ローラの回転ムラや振動が画像に影響し、駆動伝達手段の噛み合い周波数で縞状のムラが出たりするため、現像ローラを供給ローラよりも駆動伝達経路上、上流側に配置し、駆動ムラの大きい供給ローラからの影響を受けないようにした現像装置を有する画像形成装置が示されている。

また特許文献５には、１成分系現像剤を用いる現像方法ではあるが、加圧現像法では、感光体上の潜像とトナー担持体とを実質的に０の相対周辺速度で接触させて現像するため、均一画像を形成するためにはトナー担持体上にトナー薄層を均一に形成する必要があり、現状の現像ローラでは、長期にわたって安定して薄層を形成することが困難であり、またトナー担持体と潜像担持体の接触により、潜像担持体の回転ムラによるジッタが発生する。そのため、現像ローラ外周にエンドレスメッシュベルトを巻回し、濃度ムラが無く、非画像部のカブリ、ジッタ等のない高品位画像が得られるようにした現像装置が示されている。

米国特許第３，９２９，０９８号公報 特開平７−７２７３３号公報 ＵＳＰ５，４２０，３７５号公報 特開２００２−２７８２５８号公報 特開平７−９２７９７号公報

しかしながら、特許文献２（特許文献３）に示された装置においては、画像形成完了時に現像ローラから磁気ローラへトナーを回収し、再度の画像形成に際してスイッチを切り替え、磁気ローラから現像ローラへトナーを移動させる方向の直流バイアスを印加するようにしているが、こういった現像ローラと磁気ローラのそれぞれ１回転する時間の差により、現像ローラ上のトナー層にムラが出ることについての解決方法は何ら示唆されていない。また特許文献４、５に示された技術も、現像ローラの回転ムラやジッタをなくすため、現像ローラを供給ローラよりも駆動伝達経路上上流側に配置したり、現像ローラ外周にエンドレスメッシュベルトを巻回しているだけであり、同様に現像ローラ上のトナー層にムラが出ることについての解決方法は何ら示唆されていない。

上記の事情に鑑み本発明は、現像ローラ上のトナー薄層を磁気ローラの磁気ブラシではぎ取って除去するに際し、現像装置を複雑にすることなく、現像ローラ上へのトナー層再形成時に層ムラが発生するのを防止できる画像形成装置における現像方法及び装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明においては、
内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成した磁性キャリアと非磁性トナーからなる磁気ブラシを、現像ローラに摺擦させながら両ローラ間に印加した搬送バイアスを利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像する画像形成装置における現像方法において
記録紙の紙間に対応する任意の潜像イメージ間の非現像間隔時に両ローラ間の電位差を現像時の電位差と異ならせて回転させ、現像ローラ上のトナー薄層をはぎ取った後、トナー薄層を現像ローラに再形成するトナー層はぎ取り及び再形成工程を有し、
少なくとも前記トナー層はぎ取り工程時の両ローラの線速を、一方のローラが１回転するときの時間内に、他方のローラが周長にして±２ｍｍ以下の範囲の過不足で１回転するよう制御したことを特徴とする。

そして、少なくとも前記トナー層はぎ取り工程時に、現像ローラのトナー担持用印加バイアスを０にしてトナー引き剥がしを行うようにする。

また、本発明においては、
非磁性トナーと磁性キャリアによる磁気ブラシが形成されたトナー供給ローラと、該磁気ブラシの摺擦によりトナー薄層が形成される現像ローラと、両ローラ間に電位差を生成する手段を具えた現像装置において、
記録紙の紙間に対応する任意の潜像イメージ間の非現像間隔時に、前記両ローラ間の電位差を現像時の電位差と異ならせて回転させ、現像ローラ上のトナー薄層をはぎ取った後、新規のトナー薄層を現像ローラに再形成するトナー層はぎ取り及び再形成サイクルを有し、
少なくとも前記トナー層はぎ取りサイクル時に、下記１）式が成り立つように前記両ローラ径に基づいてそれぞれのローラの回転線速が設定されて、前記トナー層はぎ取りが行われるように構成したことを特徴とする。
φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）−（２／π）≦φｍ≦φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）＋（２／π） …１）
但し、φｍ：磁気ローラの径（ｍｍ）
φｓ：現像ローラの径（ｍｍ）
Ｒｍ：磁気ローラの線速（ｍｍ／ｓｅｃ）
Ｒｓ：現像ローラの線速（ｍｍ／ｓｅｃ）
π ：円周率

このように、トナー層はぎ取り工程時の両ローラの線速を、一方のローラが１回転するときの時間内に、他方のローラが周長にして±２ｍｍ以下の範囲の過不足で１回転するよう制御することにより、周長にして±２ｍｍ以下の範囲の過不足の場合は現像ローラ上のトナー層はムラ無く除去することができ、また、記録媒体の上下両端の非画像形成領域は２ｍｍ程度あるため、例え過不足があっても、濃度ムラはこの部分に対応して画像に影響を与えることがない。なお、この過不足が０の場合が最も良いのは言うまでもないが、製造上の誤差などで０にするのは難しく、この範囲に入れば問題は生じない。

そして、トナー層はぎ取り工程時に、現像ローラのトナー担持用印加バイアスを０にすることにより、トナー引き剥がしを確実に行うことができる。

また、本発明における画像形成装置における現像装置は、前記トナー層はぎ取りサイクル時に、前記１）式が成り立つように現像ローラと磁気ローラ径に基づいてそれぞれのローラの回転線速が設定されていることにより、濃度ダウンすることなく、高速機においても、紙間の時間が稼げない連続耐刷２枚目以後においても頁毎に全面均質な画像が得られる画像形成装置における現像装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる画像形成装置における現像方法を実施する現像装置の一実施例の模式図、図２は本発明の現像方法を実験した結果を示した表、図３は本発明になる現像装置を有する画像形成装置の一実施例の模式図である。

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

このうち感光体ドラム（静電潜像担持体）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。

露光装置２は、半導体レーザ、もしくはＬＥＤを用いることができる。正帯電有機感光体を用いた場合は７７０ｎｍ付近の波長が有効であり、アモルファスシリコン感光体の場合は６８５ｎｍ付近の波長が有効である。以下本発明においては、感光体ドラム３として正帯電有機感光体を用い、露光装置２の光源としてＬＥＤを用いた場合を例に説明してゆく。

現像ローラ４の最表面は、均一な導電性のアルミニウム、ＳＵＳ、導電樹脂被覆などからなるスリーブで構成する。そしてそのシャフト部には、直流（ＤＣ）バイアス電源１６、交流（ＡＣ）バイアス電源１５を接続し、回転する現像ローラ４と感光体ドラム１、及び供給ローラ５との間にこの直流と交流を重畳したバイアスが作用するようにする。また、供給ローラ５には直流（ＤＣ）バイアス電源１７を接続し、この直流（ＤＣ）バイアス電源１７の電位を例えば４００Ｖとし、直流（ＤＣ）バイアス電源１６の電位を例えば７０Ｖとして、その電位差で現像ローラ４に約１〜１．５ｍｇ／ｃｍ^２のトナー薄層を形成する。この時の現像剤の帯電量は１０〜２０μＣ／gが適正で、１０μＣ／g以下、特に５μＣ／g以下と低いとトナー層厚が厚くなり、飛散が増大する。一方、トナー帯電量が２０μＣ／g以上になるとトナー層厚が薄くなり、帯電が上昇してトナーが感光体ドラム１へ飛翔しづらくなり、現像性が低下する。

また、現像ローラ４から感光体ドラム１へトナーを飛翔させるため、現像ローラ４へ交流（ＡＣ）バイアス電源１５から交流電圧を印加することで現像性が得られる。この交流電圧としては、Ｖｐｐが１．６ｋＶ、周波数２．７ｋＨｚで画像濃度、ドット再現、カブリ除去のバランスが取れ、デューティ（Ｄｕｔｙ）比を２７％にすることで、現像ゴーストを除去することができた。また、現像ローラ４のトナー層表面越しの電位を測定すると約３２０Ｖとなっており、３２０Ｖ−７０Ｖ（全露光後感光体電位）＝２５０Ｖが実質の現像の実効電位であるといえる。

供給ローラ５と規制ブレード７との間には磁力線を走られせることで、磁気ブラシ１０の搬送性を絞り、供給ローラの表面をロットレットやブラスト処理などで搬送性を高めることで、規制ブレード７と供給ローラ５とのギャップマージンを緩和することができる。

連続印刷での画像濃度を安定させるためには、印刷データによって定期的に現像ローラ４からトナーを剥ぎ取り、リフレッシュする必要がある。これは、現像終了時に交流（ＡＣ）バイアス１５を印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス１６、１７を変化させて現像ローラ４上のトナーを磁気ブラシ１０に回収する。現像終了時毎に現像ローラ４からトナーを剥ぎ取れば常にリフレッシュされるが、再度安定なトナー層を形成するのに時間を要し、十分な印刷速度を達成できない。良好な印刷速度を維持するためには、用紙間隔を調整して一定期間に現像ローラ４上のトナーを出し入れする時間を調整すればよい。用紙間隔を大きくしないで感光体ドラム１上の潜像に十分なトナーを供給するためには、感光体ドラム１に対して現像ローラ４の周速を１．５倍以上に設定すると、短時間にトナーの出し入れが可能になる。また、供給ローラ５を現像ローラ４に対して１超２倍以下の速度に設定すると、トナーの入れ替えが促進される。この時、供給ローラ５の回転方向が現像ローラ４に対して逆方向であることが好ましい。

供給ローラ５と現像ローラ４のギャップは４００μｍに設定されており、規制ブレード７と供給ローラ５とのギャップはキャリアの粒径に応じて調整されるが、平均粒径３５μｍのキャリアとトナー１０％の現像剤においては４５０〜６００μｍに設定し、磁気ブラシ１０が現像ローラ４に接触する設定にしてある。現像ローラ４と供給ローラ５のギャップが狭すぎると現像材がローラ間を通過できずに溢れてしまい、広すぎると現像ローラ４に接触できず、現像ローラ４上のトナーを回収することが困難になる。そのため、現像動作を繰り返すと次第に現像ローラ４にトナーが固着してしまい、感光体１へトナーが飛翔できなくなってしまう。一方、感光体ドラム１と現像ローラ４との距離を２３０μｍに設定し、この空間にはワイヤ電極などは用いない。

本発明の現像装置１２は、供給ローラ５と直近のミキサー８ａの位置関係が、ミキサー８ａが上部にあることで縦型の現像装置となり、ミキサー８ａとミキサー８ｂの下に、感光体１と露光装置２が配置されるように置くことができるから、この現像装置１２を図３に示したように４個並べることで、画像形成装置２０の奥行きを狭めることができる。また、トナーコンテナ９は現像装置１２の上部に配置することで、モータを介してトナー補給口から自由落下させることができ、交換時には上から取り外して再度上から装着すればよく、さらに現像装置１２もトナーコンテナ９と同様上部に取り外すことが可能であり、現像装置１２の異常時などの際にも、取り外しが容易で、構造も単純化する。

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

このように構成したハイブリッド型現像装置を有する本発明のタンデム型画像形成装置において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどのそれぞれの色に対応したトナーとキャリアからなる２成分現像剤は、トナーコンテナ９からそれぞれの現像装置１２に供給され、図１に示した供給ローラ５上に磁気ブラシ１０を形成し、攪拌によってトナーが帯電される。そして、供給ローラ５上の磁気ブラシ１０は規制ブレード７によって層規制され、供給ローラ５に加えられた直流バイアス１７と現像ローラ４に加えられた直流バイアス１６間の電位差、及び交流バイアス１５によって現像ローラ４にトナーのみの薄層を形成する。

そして、図示していない制御回路からプリント開始信号が来ると、まず、帯電器３によって正帯電有機感光体（正ＯＰＣ）で構成された感光体ドラム１が例えば４００Ｖに帯電され、その後、例えば７７０ｎｍの波長のＬＥＤを用いた露光装置２による露光により、感光体ドラム１の露光後電位は約７０Ｖになって潜像が形成される。そしてこの潜像は、現像ローラ４に加えられた直流バイアス１６と交流バイアス１５により、現像ローラ４上のトナー薄層から感光体ドラム１に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。そして、給紙カセット５３から記録紙が送りだされてベルト５４で送られて感光体ドラム１に達したとき、転写装置５８（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）による転写バイアスが印加されて記録紙にトナー像が転写され、定着装置５９で定着されて排紙される。その後前記したように、印刷データによって定期的に、交流（ＡＣ）バイアス１５を印加したまま、直流（ＤＣ）バイアス１７を変化させて現像ローラ４上のトナー薄層を供給ローラ５に回収する。

そして本発明においては、記録紙１１の紙間に対応する任意の潜像イメージ間の非現像間隔時に、現像ローラ４と供給ローラ５間の電位差を異ならせて回転させ、現像ローラ４上のトナー薄層をはぎ取った後、トナー薄層を現像ローラ４に再形成するトナー層はぎ取り、及び再形成工程を設け、このトナー層はぎ取り工程時に、現像ローラ４のトナー担持用印加バイアス直流電源１６の印加電圧を０にし、かつ、現像ローラ４と供給ローラ５の線速を、一方のローラが１回転するときの時間内に、他方のローラが周長にして±２ｍｍ以下の範囲の過不足で１回転するよう制御するものである。

これは、供給ローラ５の径をφｍ（ｍｍ）、現像ローラ４の径をφｓ（ｍｍ）、供給ローラ５の線速をＲｍ（ｍｍ／ｓｅｃ）、現像ローラ４の線速をＲｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）、円周率をπとしたとき、下記１）のようになるよう、供給ローラ５と現像ローラ４の線速ＲｍとＲｓを制御するものである。
φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）−（２／π）≦φｍ≦φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）＋（２／π） …１）

すなわち、
φｍ＜φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）−（２／π） ………… ２）
の場合、現像ローラ４が１回転する時間が供給ローラ５のそれよりも長くなるため、現像ローラ４の全周からトナーを剥ぎ取るためには、供給ローラ５の一部の２回転目で剥ぎ取る必要があり、供給ローラ５の２回転目の部分で剥ぎ取った現像ローラ４の部位は、次のトナー層の再形成時にトナー層厚が変化し、連続通紙した場合、２枚目以後の先端画像に濃度が濃くなるムラが生じてしまう。

一方、
φｍ＞φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）＋（２／π） ………… ３）
の場合、現像ローラ４が１回転する時間が供給ローラ５のそれよりも短くなるため、供給ローラ５に、トナーを回収した部分と回収しない部分が生じ、現像ローラ４上へのトナー層再形成時にトナー層厚が変化し、連続通紙した場合、２枚目以後の先端画像に濃度薄を含むムラが生じてしまう。

それに反して前記１）式の条件を満足する場合は、現像ローラ４の一周と供給ローラ５の一周に要する時間がほぼ同じであるため、供給ローラ５はその全周にわたって現像ローラ４からトナーを回収し、回収ムラが生じないから、現像ローラ４上にトナー層を再形成するに際し、トナー層は均一に再形成され、濃度ムラを生じることなく、高速機における紙間の時間が稼げない連続通紙２枚目に於いても、頁毎に全面均質な画像が得られる。

また、この１）式における±２ｍｍという値は、現像ローラ４と供給ローラ５の周長差が±２ｍｍ以下の場合、現像ローラ４上のトナー層をムラ無く除去することができる値であり、さらに、記録紙１１の上下両端の非画像形成領域は２ｍｍ程度あるため、この部分に対応させることにより、±２ｍｍ程度の濃度ムラがあっても画像に影響を与えることがないために定めた値である。なお、１）式における±２ｍｍの過不足が０の場合が最も良いのは言うまでもないが、製造上の誤差などで０にするのは難しく、この範囲に入れば問題は生じない。

そして、供給ローラ５から現像ローラ４への現像性を考慮し、線速比（Ｒｍ／Ｒｓ）を１．５、現像ローラ４から供給ローラ５へのトナーの引き剥がしの電位を、現像ローラ４に印加する直流電源１６の電位を０Ｖ、供給ローラ５の直流電源１７の電位を７０Ｖとし、交流電源１５は前記した値をそのままを印加して、前記１）、２）、３）式のそれぞれに対応するよう両ローラの径と線速を変化させ、図２の表に示したような値で画像を印字してそれぞれの画像の濃度を調べた。

その結果、図２に示した実施例１ではφｍが１６．８、φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）が２５．２であるから前記２）式に相当し、現像ローラ４が１回転する時間が供給ローラ５のそれよりも長くなるため、現像ローラ４の全周からトナーを剥ぎ取るためには、供給ローラ５の一部の２回転目でも剥ぎ取る必要がある。そのため、供給ローラ５の２回転目の部分で剥ぎ取った現像ローラ４の部位は、次のトナー層の再形成時にトナー層厚が変化し、連続通紙した場合、２枚目以後の先端画像に濃度薄を含むムラが発生した。

そして３の場合は、φｍが２５．２、φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）が１６．８で前記３）式に相当し、現像ローラ４が１回転する時間が供給ローラ５のそれよりも短くなるため、供給ローラ５に、トナーを回収した部分と回収しない部分が生じた。そのため、現像ローラ４上へのトナー層再形成時にトナー層厚が変化し、連続通紙した場合、２枚目以後の先端画像に濃度が濃くなるムラが発生した。

それに対し、２の場合はφｍが１６．８、φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）も１６．８で前記３）式に相当し、現像ローラ４が１回転する時間と供給ローラ５が１回転する時間が同じため、供給ローラ５はその全周にわたって現像ローラ４からトナーを回収し、回収ムラが生じないため、現像ローラ４上にトナー層を再形成するに際し、トナー層は均一に再形成されて濃度ムラを生じることなく、高速機における紙間の時間が稼げない連続通紙２枚目に於いても、頁毎に全面均質な画像が得られた。

以上が本発明になる画像形成装置における現像方法及び装置であるが、本発明によれば、トナー層はぎ取り工程時の現像ローラ４と供給ローラ５の線速を、一方のローラが１回転するときの時間内に、他方のローラが周長にして±２ｍｍ以下の範囲の過不足で１回転するよう制御することにより、周長にして±２ｍｍ以下の範囲の過不足の場合は現像ローラ４上のトナー層はムラ無く除去することができ、また、記録媒体の上下両端の非画像形成領域は２ｍｍ程度あるため、例え過不足があっても、この部分に対応して濃度ムラがあっても画像に影響を与えることがない。

また、トナー層はぎ取り工程時に、現像ローラ４のトナー担持用印加バイアスを０にすることにより、トナー引き剥がしを確実に行うことができる。

また、本発明における画像形成装置における現像装置は、前記トナー層はぎ取りサイクル時に、前記１）式が成り立つように現像ローラ４と供給ローラ５の径に基づいてそれぞれのローラの回転線速が設定されていることにより、濃度ダウンすることなく、高速機においても、紙間の時間が稼げない連続耐刷２枚目以後においても頁毎に全面均質な画像が得られる画像形成装置における現像装置を提供することができる。

本発明によれば、現像ローラ４上のトナー薄層を供給ローラ５の磁気ブラシ１０ではぎ取って除去するに際し、現像装置１２を複雑にすることなく、現像ローラ４上へのトナー層再形成時に層ムラが発生するのを防止できる画像形成装置における現像方法及び装置を提供することができる。

本発明になる画像形成装置における現像方法を実施する現像装置の一実施例の模式図である。 本発明の現像方法を実験した結果を示した表である。 本発明になる現像装置を有する画像形成装置の一実施例の模式図である。

符号の説明

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

Claims (3)

1. 内部に固定された磁極部材を有する供給ローラの周囲に形成した磁性キャリアと非磁性トナーからなる磁気ブラシを、現像ローラに摺擦させながら両ローラ間に印加した搬送バイアスを利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像する画像形成装置における現像方法において
   記録紙の紙間に対応する任意の潜像イメージ間の非現像間隔時に両ローラ間の電位差を現像時の電位差と異ならせて回転させ、現像ローラ上のトナー薄層をはぎ取った後、トナー薄層を現像ローラに再形成するトナー層はぎ取り及び再形成工程を有し、
   少なくとも前記トナー層はぎ取り工程時の両ローラの線速を、一方のローラが１回転するときの時間内に、他方のローラが周長にして±２ｍｍ以下の範囲の過不足で１回転するよう制御したことを特徴とする現像方法。
2. 少なくとも前記トナー層はぎ取り工程時に、現像ローラのトナー担持用印加バイアスを０にしてトナー引き剥がしを行うことを特徴とする請求項１記載の現像方法。
3. 非磁性トナーと磁性キャリアによる磁気ブラシが形成されたトナー供給ローラと、該磁気ブラシの摺擦によりトナー薄層が形成される現像ローラと、両ローラ間に電位差を生成する手段を具えた現像装置において、
   記録紙の紙間に対応する任意の潜像イメージ間の非現像間隔時に、前記両ローラ間の電位差を現像時の電位差と異ならせて回転させ、現像ローラ上のトナー薄層をはぎ取った後、新規のトナー薄層を現像ローラに再形成するトナー層はぎ取り及び再形成サイクルを有し、
   少なくとも前記トナー層はぎ取りサイクル時に、下記１）式が成り立つように前記両ローラ径に基づいてそれぞれのローラの回転線速が設定されて、前記トナー層はぎ取りが行われるように構成したことを特徴とする現像装置。
   φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）−（２／π）≦φｍ≦φｓ・（Ｒｍ／Ｒｓ）＋（２／π） …１）
   但し、φｍ：磁気ローラの径（ｍｍ）
   φｓ：現像ローラの径（ｍｍ）
   Ｒｍ：磁気ローラの線速（ｍｍ／ｓｅｃ）
   Ｒｓ：現像ローラの線速（ｍｍ／ｓｅｃ）
   π ：円周率

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