JP4734358B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置およびこれを備える画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、静電潜像担持体（たとえば、感光体）の表面を帯電させ、その帯電域に画像露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して可視化（現像）を行う現像方法が採用されている。

現像方法としては、一般的に、トナーを含む一成分系の現像剤や、キャリアとトナーとを含む二成分系の現像剤を用い、該トナーを摩擦帯電して静電潜像担持体表面における静電潜像の静電気力にて吸引させることで、該静電潜像を現像してトナー像を形成する現像方法が使用されている。

たとえば、２成分系の現像剤を用いる場合、現像装置における現像剤担持体（たとえば、現像ローラ）上にキャリアによる磁気ブラシを形成し、現像剤担持体と静電潜像担持体との間にバイアス電圧を印加しながら静電潜像を現像する方法が採られている。

また、１成分系及び２成分系の現像剤に拘わらず、静電潜像担持体に帯電される表面電位とは逆極性に帯電されるトナーを用いて現像する場合や、静電潜像担持体に帯電される表面電位と同極性に帯電されるトナーを用いて反転現像する場合がある。

さらに、振動バイアス電圧を現像剤担持体と静電潜像担持体との間に印加することで、静電潜像担持体上に形成される静電潜像を該トナーにて現像することもある。この振動バイアス電圧は、帯電されるトナーに対して現像剤担持体から静電潜像担持体に向かう方向の力を及ぼし得る現像側電位、及び、該トナーに対して静電潜像担持体から現像剤担持体に向かう方向の力を及ぼし得る逆現像側電位が交互に入れ替わるものとされており、たとえば、現像側電位及び逆現像側電位を印加する１サイクルの印加時間に対する現像側電位を印加する印加時間の比率（デューティ比）が５０％の矩形波を用いるのが一般的である。

ところで、このような従来の現像方法においては、ざらつきが少なく滑らかな画質を得るために、トナーの帯電量を大きくすることが望ましい。しかし、トナーの帯電量を大きくすると、たとえば、２成分系の現像剤を用いる場合、キャリアとトナーとの間の静電力は帯電量の２乗に比例するため、キャリアからトナーが離れて現像される割合が減少する。したがって、結果的にトナーの利用効率が低くなり、画像濃度が低下することになる。

画像濃度を大きくするためには、振動バイアス電圧の振動振幅電圧Ｖｐｐ（ピーク・トゥ・ピーク電圧）を大きくすればよい。しかし、このＶｐｐを大きくすると、トナーが静電潜像担持体から現像剤担持体に戻る方向の電界が強くなるために、一旦静電潜像担持体に付着したトナー像が引き剥がされることによってドットがきれいに付着しなくなる。つまり、いわゆるドット再現性が悪化する傾向がある。

画像濃度の向上とドット再現性とを両立させるような現像装置として、特許文献１には、振動バイアス電圧のピーク・ツー・ピーク電圧を周期的に減少させる現像装置が開示されている。

特開２０００−３４７５０７号公報

通常用いられているバイアス電圧は、Ｖｐｐが一定で変化しないものであるが、これに比べて特許文献１記載の現像装置のように、振動バイアス電圧のＶｐｐを周期的に減少させると、画像濃度を高くすることができ、ドット再現性も若干の改善が見られる。

しかし、Ｖｐｐを少しでも高くすると、ドット再現性の低下が顕著になる。これは、最大のＶｐｐを得た状態において最もトナーがキャリアから離れる量が多いにもかかわらず、その後のＶｐｐがわずかしか下がらず、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体に戻す方向に働く力が大きくかかってしまうことが原因である。

本発明の目的は、画像濃度とドット再現性とをともに向上させることができる現像装置およびこれを備える画像形成装置を提供することである。

本発明は、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体と静電潜像担持体との間に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置において、
交番電圧は、トナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させるための現像側電位、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へ移行させるための逆現像側電位とが、第１の周期で交互に切り替わるように印加され、現像側電位と逆現像側電位とで表わされるピーク・ツー・ピーク電圧を初期の最小の値から最大となる値にまで徐々に増加させる第２の周期を有し、
第２の周期における最大のピーク・ツー・ピーク電圧を印加した後に、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧の値から最大となる値にまで徐々に増加させる工程を繰り返すように構成されることを特徴とする現像装置である。

また本発明は、交番電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（１）を満たすことを特徴とする。
Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（１）
ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）

また本発明は、交番電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（２）を満たすことを特徴とする。
Ｖ（ｉ＋１）−Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋２）−Ｖ（ｉ＋１） …（２）
ただし １≦ｉ≦ｎ−２ （ｉは整数）

また本発明は、交番電圧は、第２の周期の最後に印加するピーク・ツー・ピーク電圧が、現像側電位となるように印加されることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第１の周期において、現像側電位が印加される時間Ｔ１、逆現像側電位が印加される時間Ｔ２としたときに、Ｔ２≧Ｔ１の条件を満たすように印加されることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第１の周期おいて、現像側電位が印加される時間Ｔ１、逆現像側電位が印加される時間Ｔ２としたときに、０．２５≦Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）≦０．５０の条件を満たすように印加されることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第１の周期おいて、現像側電位が印加される時間Ｔ１、逆現像側電位が印加される時間Ｔ２としたときに、０．３５≦Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）≦０．４５の条件を満たすように印加されることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第１の周期の周波数が５ｋＨｚ以上２５ｋＨｚ以下であることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第１の周期の周波数が８ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下であることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第２の周期中に含まれる第１の周期の周期数が、４以上１５以下であることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第２の周期の周波数が１ｋＨｚ以上６．３ｋＨｚ以下であることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、各第１の周期毎の中心電圧を現像側、または逆現像側に、直線的にシフトさせることを特徴とする。

また本発明は、少なくとも、像担持体と、像担持体表面に形成された基準トナー像の濃度を検出する検出部と、検出部にて検出された基準トナー像の濃度に応じて現像担持体に印加する直流電圧の設定値を補正することで画像濃度の調整を行うプロセスコントロール部と、前記現像装置とを備える画像形成装置において、
現像装置は、一定のピーク・ツー・ピーク電圧を印加する通常交番電圧と、前記交番電圧とを切り替え可能に構成され、前記通常交番電圧を印加しているときに、前記直流電圧が所定の電圧以上になると、前記交番電圧に切換えることを特徴とする画像形成装置である。

また本発明は、現像剤は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤であることを特徴とする。

本発明によれば、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体と静電潜像担持体との間に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置である。

このとき、交番電圧は、トナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させるための現像側電位、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へ移行させるための逆現像側電位とが交互に切り替わるように印加される交番電圧波形を有する。さらに、交番電圧は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される第１の周期と、現像側電位と逆現像側電位とで表わされるピーク・ツー・ピーク電圧を初期の最小の値から最大となる値にまで徐々に増加させる第２の周期とを有し、第２の周期における最大のピーク・ツー・ピーク電圧を印加した後に、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧の値から最大となる値にまで徐々に増加させる工程を繰り返すように構成される。

これにより、画像濃度とドット再現性とをともに向上させることができる。
画像濃度は最大のピーク・ツー・ピーク電圧によって決定されるので、最大のピーク・ツー・ピーク電圧を常に印加し続けた場合と同じ画像濃度が得られる。最大ピーク・ツー・ピーク電圧を常に印加し続けるとドット再現性が悪化するという欠点があるが、初期の最小の値から最大となる値にまで徐々に増加させることでドット再現性も向上される。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（１）を満たす。
Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（１）
ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）

最小のピーク・ツー・ピーク電圧の後に、最大に近いピーク・ツー・ピーク電圧が印加されると、ドット再現性が悪化する。したがって、最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までは徐々にピーク・ツー・ピーク電圧を増加させることでドット再現性を向上させることができる。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（２）を満たす。
Ｖ（ｉ＋１）−Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋２）−Ｖ（ｉ＋１） …（２）
ただし １≦ｉ≦ｎ−２ （ｉは整数）

これにより、ピーク・ツー・ピーク電圧を指数関数的に増加させることで、ドット再現性をさらに向上させることができる。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期の最後に印加するピーク・ツー・ピーク電圧が、現像側電位となるように印加される。

これにより、トナーが感光体方向に飛翔した状態のあと、トナーを感光体から戻す方向の電界が小さいことになる。このため、いったん感光体の潜像に到達したトナーが引き剥がされることがないので、画像濃度が高くなり、ドット再現性も向上する。

また本発明によれば、交番電圧は、第１の周期において、現像側電位が印加される時間Ｔ１、逆現像側電位が印加される時間Ｔ２としたときに、Ｔ２≧Ｔ１の条件を満たすように印加される。

デューティー比を小さくすると、逆現像側電位が小さくなるので、トナーを潜像担持体から引き離す力が弱くなる。したがって、デューティー比が０．５の場合と比較して、画像濃度は同じで、さらにドット再現性が向上する。

また本発明によれば、交番電圧は、第１の周期おいて、現像側電位が印加される時間Ｔ１、逆現像側電位が印加される時間Ｔ２としたときに、０．２５≦Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）≦０．５０の条件を満たすように印加される。

Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）＜０．２５になると、画像濃度の低下が見られ、Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）＞０．５０になると、ドット再現性が低下するので、上記の範囲が好適である。

また本発明によれば、交番電圧は、第１の周期おいて、現像側電位が印加される時間Ｔ１、逆現像側電位が印加される時間Ｔ２としたときに、０．３５≦Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）≦０．４５の条件を満たすように印加される。
これにより、画像濃度とドット再現性とをさらに向上させることができる。

また本発明によれば、交番電圧は、第１の周期の周波数が５ｋＨｚ以上２５ｋＨｚ以下である。

５ｋＨｚ未満になると、トナーかぶりが増加し、２５ｋＨｚより高くなると、トナーが電界に追随しなくなり、画像濃度が低下してしまうので、上記の範囲が好適である。

また本発明によれば、交番電圧は、第１の周期の周波数が８ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下である。
これにより、画像濃度とドット再現性とをさらに向上させることができる。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期の１周囲中に含まれる第１の周期の周期数が、４以上１５以下である。

含まれる周期数が４未満であるとドット再現性が悪化し、１５より多いとかぶりの悪化が見られるので、上記の範囲が好適である。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期の周波数が１ｋＨｚ以上６．３ｋＨｚ以下である。

１ｋＨｚ未満になると、トナーかぶりが悪化し、６．３ｋＨｚより高くなると、第１の周期の周波数を２５ｋＨｚ以上にしなければならなくなり、トナーが追随せず画像濃度が低下してしまう。したがって、上記の範囲が好適である。

また本発明によれば、交番電圧は、各第１の周期毎の中心電圧を現像側、または逆現像側に、直線的にシフトさせる。

現像側にシフトさせた場合は、画像濃度をより高くすることができる。逆現像側にシフトさせた場合は、ドット再現性をさらに上げることができる。

また本発明によれば、少なくとも、像担持体と、像担持体表面に形成された基準トナー像の濃度を検出する検出部と、検出部にて検出された基準トナー像の濃度に応じて現像担持体に印加する直流電圧の設定値を補正することで画像濃度の調整を行うプロセスコントロール部と、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の現像装置とを備える画像形成装置である。

現像装置は、一定のピーク・ツー・ピーク電圧を印加する通常交番電圧と、前記交番電圧とを切り替え可能に構成され、前記通常交番電圧を印加しているときに、前記直流電圧が所定の電圧以上になると、前記交番電圧に切換える。

直流電圧が所定の電圧以上になると、トナーの帯電量が高く、画像濃度が調整できない場合である。そこで、交番電圧を切替えることにより、安定した画像濃度の制御を行うことができる。

また本発明によれば、現像剤としてトナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いる。
最大のピーク・ツー・ピーク電圧を大きくすることから、トナーがキャリアから離れやすくなり、トナーの利用効率が上がる。これにより、穂立ちのムラが目立たなくなり、２成分現像剤の現像に好適である。

以下では、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、本発明に係る画像形成装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である画像形成装置の全体構成の概略を示す模式図である。なお、図１では、本実施形態の画像形成装置１００の主な構成要素を中心に記載し、一部を簡略化して記載した一例であって、本発明に係る画像形成装置の構成に何ら限定されるものではない。

画像形成装置１００は、静電潜像担持体となる感光体５１を複数（本実施の形態では、イエロー画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用、および黒色画像用の４つ）備えるカラー画像を形成可能とするタンデム方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１００は、ネットワーク（図示せず）を介して接続されたＰＣ（ Personal Computer ）等の各種情報処理端末装置（図示せず）から送信される画像データや、スキャナ等の原稿読み取り装置（図示せず）によって読み取られた画像データに基づいて、被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐに対して、カラー画像またはモノクロ画像を形成するプリンタ機能を有するものである。

画像形成装置１００は、図１に示すように、用紙Ｐに画像を形成する機能を有する画像形成ステーション部５０（５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂ）、当該画像形成ステーション部５０で記録媒体Ｐに形成されたトナー像を定着させる機能を有する定着装置４０、記録媒体Ｐを載置する供給トレイ６０から画像形成ステーション部５０および定着装置４０へと記録媒体Ｐを搬送する機能を有する搬送部３０を備えている。

画像形成ステーション部５０は、イエロー画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用および黒色画像用のそれぞれ４つの画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂから構成されている。

具体的には、供給トレイ６０と定着装置４０との間において、供給トレイ６０側から、イエロー画像形成ステーション５０Ｙ、マゼンタ画像形成ステーション５０Ｍ、シアン画像形成ステーション５０Ｃ、および黒色画像形成ステーション５０Ｂの順に設けられている。

これら各色の画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ、実質的に同一の構成を有しており、各色に対応する画像データに基づいて、イエロー、マゼンタ、シアン、および黒色の画像を形成して、最終的に被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐ上に転写するものである。

なお、図１における各画像形成ステーション部の構成部品の符号について、黄色画像用の画像形成ステーション５０Ｙに代表させて示し、他の各画像形成ステーション部５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの構成部品の符号は、省略してある。

各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ静電潜像が形成される潜像担持体となる感光体５１を備え、これらの感光体５１の周囲には、周方向に帯電装置５２、露光装置５３、現像装置１、転写装置５５、およびクリーニング装置５６がそれぞれ配置されている。

感光体５１は、ＯＰＣ（ Organic Photoconductor；有機光導電体 ）等の感光性材料を表面に有する略円筒のドラム形状を呈し、露光装置５３の下方に配設され、駆動手段と制御手段によって、所定方向（図中矢印Ｆ方向）に回転駆動するように制御されている。

帯電装置５２は、感光体５１の表面を所定の電位に均一に帯電するための帯電手段であって、感光体５１の上方でその外周面に近接して配置されている。本実施の形態では、接触型のローラ方式の帯電ローラが使用されているが、チャージャー型やブラシ方式の帯電装置を代用しても良い。

露光装置５３は、画像処理部（図示省略）から出力された画像データに基づいて、帯電装置５２にて帯電される感光体５１の表面にレーザ光を照射して露光することにより、当該表面に画像データに応じた静電潜像を書込み形成する機能を有する。露光装置５３は、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂに応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、または黒色に対応する画像データが入力されることにより、対応する色に応じた静電潜像を形成するようになっている。露光装置５３としては、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）や、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に並べた書込み装置（たとえば、書込みヘッド）を使用することができる。

現像装置１は、現像剤を担持する現像剤潜像体となる現像ローラ３を有している。現像ローラ３は、トナーが感光体５１へ移動し得る現像領域へ現像剤を搬送するように構成されている。この現像装置１は、本実施の形態では、トナーとキャリアとを含む２成分系の現像剤を用いて、露光装置５３にて感光体５１表面に形成された静電潜像を当該トナーにて反転現像してトナー像（可視像）を形成する。

現像装置１には、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの画像形成に応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、または黒色の現像剤が収容されている。この現像剤は、感光体５１に帯電される表面電位と同極性に帯電されるトナーを含んでいる。なお、感光体５１に帯電される表面電位の極性および使用するトナーの帯電極性は、ここでは、何れもマイナスとされている。

転写装置５５は、感光体５１上のトナー像を搬送ベルト３３にて搬送される被転写材Ｐ上に転写するものであり、トナーの帯電極性とは、逆極性（ ここでは、プラス極性 ）のバイアス電圧が印加される転写ローラ５５を有している。

クリーニング装置５６は、被転写材となる用紙Ｐへの現像・画像転写後に、感光体５１の外周面上に残存しているトナーを除去・回収するものである。本実施の形態では、感光体５１を挟んで現像装置１と略対向する位置で感光体５１の側方で略水平（図１では、左側）に配置されている。

搬送部３０は、駆動ローラ３１、従動ローラ３２、および搬送ベルト３３を備え、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂにおいて、各色のトナー像が転写される被転写材Ｐを搬送するものである。搬送部３０は、無端状の搬送ベルト３３が駆動ローラ３１と従動ローラ３２との間に張架された構成となっており、供給トレイ６０から給紙された被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐを各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂへと順に搬送するようになっている。

定着装置４０は、加熱ローラ４１および加圧ローラ４２を備え、これらのニップ部に被転写材Ｐを搬送することで、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱圧着して当該用紙Ｐ上に定着させるものである。

また、本実施の形態の画像形成装置１００は、現像ローラ３と感光体５１との間の電位差が連続的かつ周期的に変化するように、振動バイアス電圧を現像ローラ３に印加するバイアス電圧印加手段となるバイアス電圧印加部を具備する。振動バイアス電圧は、帯電されるトナーに対して現像ローラ３から感光体５１に向かう方向の力を及ぼし得る現像側電位と、帯電されるトナーに対して感光体５１から現像ローラ３に向かう方向の力を及ぼし得る逆現像側電位とが交互に切り替わる電圧である。この振動バイアス電圧の印加の詳細については、後述する。

このように構成された画像形成装置１００では、搬送部３０にて搬送される用紙Ｐは、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの感光体５１との対向位置を通過する際に、当該対向位置において、搬送ベルト３３を介して下方に配置された転写ローラ５５による転写電界の作用にて、各感光体５１上のトナー像が順次に用紙Ｐ上に転写される。これによって、各色のトナー像が当該用紙Ｐ上に重なり合い、用紙Ｐ上に所望のフルカラー画像が形成される。こうしてトナー像が転写された被転写材となる用紙Ｐは、定着装置４０によってトナー像の定着処理が行われた後に、不図示の排紙トレイに送出される。

次に、現像装置１の構成について、図面を使用しながら説明する。図２は、図１に示す各画像形成ステーションにおける現像装置１の概略構成を示す模式図である。なお、図２では、現像装置１の主な構成要素を中心に記載し、一部を簡略化して記載した一例であって、本発明に係る現像装置の構成に何ら限定されるものではない。

図２に示すように、現像装置１は、上述した現像ローラ３に加えて、当該現像ローラ３上の現像剤の層厚を規制する規制部材となる規制ブレード６と、現像剤を現像ローラ３に搬送すると共に現像剤の撹拌を行う撹拌・搬送部材となる一対の撹拌・搬送スクリュー４、５と、トナーとキャリアとを含む２成分系の現像剤を収容する現像槽２とを備える。

現像槽２には、一対の撹拌・搬送スクリュー４、５が、その軸芯が略平行となるように配設されている。これらの撹拌・搬送スクリュー４、５間には、軸線方向の両端部側を除いて中央部を仕切る隔壁７が設けられている。このように現像槽２内に隔壁７を設けることによって、現像槽２内には、隔壁７を境にして独立した現像剤の搬送路が形成される。そして、現像装置１は、現像槽２内に収容される現像剤中のトナーが当該現像槽２に配設された撹拌・搬送スクリュー４、５の撹拌動作によって、キャリアと共に撹拌されて摩擦帯電されるようになっている。

また、現像槽２における感光体５１と対向する位置には、現像用開口部Ｑが設けられており、現像ローラ３は、感光体５１との間に現像ギャップ（０．３〜１．０ｍｍ程度）を設けて、現像槽２の開口部Ｑより一部を露出させた状態となるように当該現像槽２に配設されている。

現像ローラ３は、周方向に沿って複数の磁極部材が並設されるように含むマグネットローラ８と、当該マグネットローラ８に対して一定方向（図２における矢符Ｇの方向）に回転自在に外嵌された略円筒形状のアルミニウム合金および黄銅等で形成された非磁性の現像スリーブ９とを有しており、当該現像スリーブ９が不図示の制御手段・駆動手段によって、所定方向（図２における矢符Ｇの方向）に回転駆動するように構成されている。

現像剤は、トナーと磁性体よりなるキャリアとを含む二成分現像剤である。この現像剤は、マグネットの磁力により現像スリーブ９表面に吸着され、現像スリーブ９の回転方向Ｇに沿って当該現像スリーブ９上を搬送される。このとき、キャリアは、マグネットローラ８の磁力によって現像スリーブ９表面に吸着されて磁気ブラシを形成し、トナーは、摩擦帯電によるクーロン力にてキャリアに付着する。

また、現像用開口部Ｑにおける現像スリーブ９の回転方向Ｇの上流側には、規制ブレード６の先端部が現像スリーブ９に対向するように配置されている。規制ブレード６は、本実施の形態では、現像ローラ３表面に形成された現像剤の層厚を規制するように構成されている。

本実施の形態の現像装置１を以上説明したような構成とすることにより、現像装置１は、感光体５１との対向位置に一定量の現像剤が供給され、当該対向位置へ供給された現像剤におけるトナーが感光体５１の表面に形成された静電潜像の静電気力にて吸引され、静電潜像を現像してトナー像を形成するようになっている。また、現像装置１は、上記の対向位置へ供給された現像剤のうち、キャリアおよび現像に供されなかったトナーが現像スリーブ９の回転によって、再び現像槽２内に戻されるようになっている。

次に、本実施形態の現像装置１で実行される現像動作について、図面を使用しながら説明する。

以降に示す実験データは特に断りが無い限り、画像はシャープ製複合機ＭＸ−７００１Ｎを用いて出力した。ただし、各種の現像バイアス電圧波形は、任意波形発生器（商品名：ＨＩＯＫＩ ７０７５、日置電機株式会社製）とアンプ（商品名：ＨＶＡ４３２１、株式会社エヌエフ回路設計ブロック製）を用いて出力したものを用いた。なお、実験に用いたトナーは体積平均粒子径７μｍ、キャリアは体積平均粒子径４０μｍのものを用いた。実験時のトナー帯電量は約２５μＣ／ｇであった。

また、画像濃度は、ベタ画像濃度をポータブル分光測色濃度計（商品名：Ｘ−Ｒｉｔｅ ９３９、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）にて測定した。ドットは、１ドット印字−８ドット分印字無しという孤立ドットを印字し、孤立ドットを含む領域の画像濃度を測定することによって簡易的に評価した。また、かぶりは、印字の無い部分の濃度測定を行い、印字工程を通っていない紙の濃度との差によって評価した。ドットとかぶりの評価に用いた濃度計は、ベタ濃度測定に用いた測定器と同じである。

バイアス電圧印加部１１０は、トナーを現像ローラ３から感光体５１へ移行させる力を及ぼす現像側電位、およびトナーを感光体５１から現像ローラ３へ移行させる力を及ぼす逆現像側電位が周期的に入れ替わる交番電圧である現像バイアス電圧として、図３に示すような波形のバイアス電圧を現像ローラ３の現像スリーブ９に印加する。

図３の波形に示すように、本実施形態では、バイアス電圧のピーク・ツー・ピーク電圧（以後、Ｖｐｐと表記）を、初期のＶｐｐから徐々に増加させ、一定数の周期が経過した後に初期のＶｐｐにまで一気に減少させて、再度Ｖｐｐを徐々に増加させることを繰り返している。徐々にＶｐｐを大きくすることにより、トナーがキャリアから離れやすくなり、最大のＶｐｐ時にもっともトナーがキャリアから飛翔する。このときの飛翔量は、常に同じＶｐｐを繰り返している場合とほぼ同じである。また、最大Ｖｐｐの状態から、一旦Ｖｐｐを初期のＶｐｐにまで小さくすることにより、ドット再現性が向上する。これは、最大Ｖｐｐ時に飛翔したトナーが、ドット潜像にゆるやかに移動していくことで安定したドットが形成されるためであると考えられる。

このように、バイアス電圧波形は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される本来の周期（第１の周期）と、Ｖｐｐを初期の値から最大となる値にまで徐々に増加させる周期（第２の周期）とを有している。

すなわち、本発明における現像バイアス電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧が、下記の式（１）を満たすことになる。
Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（１）
ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）

図３に示した例では、第２の周期において、Ｖｐｐを同じ大きさずつ変化させている例を示している。第２の周期の周波数は２ｋＨｚ、第１の周期の交番電圧の周波数は１０ｋＨｚであり、初期の交番電圧のＶｐｐであるＶ（１）は０．４ｋＶ、次の交番電圧のＶｐｐであるＶ（２）は０．８ｋＶ、３回目のＶｐｐであるＶ（３）は１．２ｋＶ、４回目のＶｐｐであるＶ（４）は１．６ｋＶ、最後の最大のＶｐｐ Ｖ（５）を２ｋＶとしている。Ｖｐｐは、０．４ｋＶずつ大きくなっている。

また、第１周期における１周期分の波形は対称で、トナーを現像ローラ３から感光体５１に移行させる方向の電圧が印加される時間と、トナーを潜像担持体から現像剤担持体に移行させる方向が印加される時間が同じ例になっている。

この現像バイアス電圧波形を用いた場合（実施例１）の画像濃度およびドット再現性と、図４に示すようなＶｐｐを変化させず同じＶｐｐを繰り返した通常のバイアス電圧（Ｄｕｔｙ５０％、Ｖｐｐ＝１ｋＶ（比較例１）と、Ｄｕｔｙ５０％、Ｖｐｐ＝２ｋＶ（比較例２）の２つの波形を用いた場合）、すなわち第２の周期を有しないバイアス電圧とを比較した。

図５は、実施例と比較例の画像濃度を比較した結果を示すグラフである。縦軸は、比較例２を基準（１．０）としたときの相対値で画像濃度を示す。実施例１の現像バイアスを用いるとＶｐｐ＝２ｋＶをかけた比較例２の場合と同等の濃度が得られており、Ｖｐｐ＝１ｋＶをかけた比較例１よりは高い濃度が得られることがわかる。

図６は、実施例と比較例のドット再現性を比較した結果を示すグラフである。縦軸は、比較例１を基準（１．０）としたときの相対値でドット再現性を示す。図６のグラフからわかるように、Ｖｐｐ＝２ｋＶの比較例２では、ドット再現性が非常に低いのに対し、実施例１のバイアス電圧波形を用いれば、Ｖｐｐ＝１ｋＶの比較例１と同程度のドット再現性を得ることができる。

図５と図６の実験結果から、実施例１のようなバイアス電圧波形を用いて現像を行うことによって、Ｖｐｐが大きな場合と同等の画像濃度を得つつ、Ｖｐｐが小さな場合と同等のドット再現性が得られることがわかる。

なお、図３に示したバイアス電圧波形において、第２の周期内における最後のＶｐｐでは、トナーを現像ローラ３から感光体５１に移行させる方向の電界がかかる現像側電位を印加している。

これに対して、最後に印加されるＶｐｐが図３に示す波形と逆、つまり、トナーを感光体５１から現像ローラ３へ移行させる方向の電界がかかる現像側電位を印加する場合（比較例３）と比較した。比較例３で印加したバイアス電圧波形を図７に示す。

図８は、実施例と比較例の画像濃度を比較した結果を示すグラフである。縦軸は、実施例１を基準（１．０）としたときの相対値で画像濃度を示す。比較例３に比べて実施例１の場合の方が高い画像濃度が得られた。

また図９は、実施例と比較例のドット再現性を比較した結果を示すグラフである。縦軸は、実施例１を基準（１．０）としたときの相対値でドット再現性を示す。比較例３に比べて実施例１の方がドット再現性が高いことがわかる。

このことから、最大となるＶｐｐは、トナーを現像ローラ３から感光体５１に移行させる方向の電界がかかる現像側電位を印加した状態で終了し、トナーが感光体５１に向かった状態でＶｐｐを低下させることが重要であることがわかる。そうすることで、トナーが静電潜像に現像されやすくなると同時に、ドット潜像にもゆるやかにトナーが現像されていくので、画像濃度が高く、ドット再現性も高いものとなる。

最大となるＶｐｐを有する交番電圧が現像側電位を印加した状態で終了すると、トナーが現像ローラ３へと戻る方向に電界がかかった状態でＶｐｐが低下するので、トナーは感光体５１に向かいにくく、ドット再現性が低下する。このため、画像濃度も低く、ドット再現性も悪い結果になってしまう。

したがって、最大となるＶｐｐは、トナーを現像ローラ３から感光体５１に移行させる方向の電界がかかる現像側電位を印加した状態で終了する必要がある。

実施例１では交番電圧の第１の周期の周波数を１０ｋＨｚとしている。第１の周期の周波数を変化させた場合の影響について説明する。

図１０は、第１の周期の周波数を変更した場合のトナーかぶりと画像濃度の評価結果を示す図である。画像濃度について、ここでは現像バイアスの直流電圧が４００Ｖの場合に、画像濃度１．５以上が得られた場合を良好（記号「○」）、１．３から１．５の間の場合を実使用可能（記号「△」）、１．３未満の場合を使用不可（記号「×」）として示した。

トナーかぶりについて、ここでは通常よりもトナーかぶりが起こりやすい現像条件として、現像バイアスの直流電圧を４００Ｖ、感光体の非画像部電位を４５０Ｖとした場合に、測定したかぶり濃度が０．００５以下を良好（記号「○」）とし、０．００５から０．０１までを実使用可能（記号「△」）、０．０１以上を使用不可（記号「×」）とした。

第１の周期の周波数が高いと現像ローラ３と感光体５１との間のトナーの移動が追随しきれずに画像濃度が低下する。一方、周波数が低いとトナーかぶりが顕著になってくる。したがって、第１の周波数として使用可能な範囲は、画像濃度とトナーかぶりの両方が実使用可能である範囲となる。図１０より、使用可能な範囲は、５ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの範囲であり、好ましくは８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚである。

図３に示した実施例１のバイアス電圧波形では、第２の周期は、第１の周期が５周期分で１周期となり、第２の周期の１周期中に、現像側電位から逆現像側電位への変化が５回繰り返されている。第２の周期の１周期中に含まれる第１の周期数を変化させた場合の影響について説明する。

交番電圧の第１の周期の周波数として１０ｋＨｚを用いた。初期のＶｐｐは０．４ｋＶ、最大のＶｐｐは２ｋＶとし、その間のＶｐｐは、周期数に基づいて同じ大きさずつ変化させるように決定した。たとえば、３周期が含まれる場合は、１周期目が０．４ｋＶ、２周期目が１．２ｋＶ、３周期目が２ｋＶとなる。

図１１は、第２の周期の１周期中に含まれる第１の周期数を変化させた場合のドット再現性とトナーかぶりの評価結果を示す図である。ドット再現性は、比較例１と同等以上の場合を良好（記号「○」）とし、劣っている場合を使用不可（記号「×」）とした。

第２の周期の１周期中に含まれる第１の周期数を３にした場合、ドット再現性が悪化した。最大のＶｐｐが印加された後、初期のＶｐｐが印加されるが、その次に印加される交番電圧のＶｐｐが大きいため、感光体５１へと向かっていたトナーがドットの潜像に到達する前に、現像ローラ３方向へ向かう大きな電界が印加されてしまい、ドット再現性が悪化したと考えられる。

また、第２の周期に含まれる第１の周期数を１５より多くすると、第２の周期の周波数が低くなり、画像にムラが生じやすくなったため、ドットの一部の再現性が低下した。さらに、かぶりも増加した。

したがって、第２の周期の１周期中に含まれる第１の周期数は、４以上１５以下が含まれていることが望ましい。

図３に示した実施例１のバイアス電圧波形では、第２の周期の周波数を２ｋＨｚとしている。第２の周期の周波数を変化させた場合の影響について説明する。

感光体５１の線速度を２００ｍｍ／ｓｅｃとし、現像領域を２ｍｍとすると、感光体５１表面が現像領域を通過する時間は０．０１ｓｅｃであり周波数に換算すると１００Ｈｚとなる。ムラを少なくし粒状性を良くするためには、感光体５１表面が現像領域を通過する間に１０回以上は繰り返してトナーを移動させる必要がある。したがって、最低でも１００Ｈｚ×１０＝１ｋＨｚ以上の第２周波数は必要になる。

また、最大の第２の周波数は、上記の２つの評価結果より、第１の周期の周波数が最大の２５ｋＨｚで、第２の周期の１周期中に含まれる第１の周期数が最小の４回の場合となるので、６．３ｋＨｚとなる。

したがって、第２の周期の周波数は１ｋＨｚ以上６．３ｋＨｚ以下が好ましい。
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と、現像バイアス電圧の波形が異なっている。

図１２は、第２の実施形態における現像バイアス電圧の波形を示す図である。
初期のＶｐｐから、最大のＶｐｐまで、徐々にＶｐｐを増加させることは同じであるが、直線的にＶｐｐを増加させるのではなく、指数関数的に増加させる点が第１の実施形態の波形と異なっている。

すなわち、本実施形態では、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（２）を満たすことになる。
Ｖ（ｉ＋１）−Ｖ（ｉ）≦ Ｖ（ｉ＋２）−Ｖ（ｉ＋１） …（２）
ただし １≦ｉ≦ｎ−２ （ｉは整数）

本実施形態の波形では、Ｖ（１）＝０．４ｋＶ、Ｖ（２）＝０．５ｋＶ、Ｖ（３）＝０．７ｋＶ、Ｖ（４）＝１．１ｋＶ、Ｖ（５）＝２ｋＶとしている。第１の周期の周波数が１０ｋＨｚで、第２の周期の周波数が２ｋＨｚ、最大のＶｐｐが２ｋＶという点は第１の実施形態と同じである。

第１の実施形態の波形と比較すると、最大のＶｐｐが印加された後、初期のＶｐｐが印加される点は同じだが、本実施形態では、その次に印加されるＶｐｐが第１実施形態より小さいので、感光体５１方向へと向かっていたトナーがドットの潜像に到達しやすくなり、ドット再現性がさらに向上した。実際に、実施例１の結果と比較すると、ドット再現性が１０％向上した。

次に本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、第１および第２の実施形態と、現像バイアス電圧の波形が異なっている。

図１３は、第３の実施形態における現像バイアス電圧の波形を示す図である。
初期のＶｐｐから、最大のＶｐｐまで、徐々にＶｐｐを増加させることは同じであるが、トナーを現像ローラ３から感光体５１へと移行させる方向の現像側電位が印加される時間を、トナーを感光体５１から現像ローラ３へと移行させる方向の逆現像側電位が印加される時間より短くしている点が第１および第２の実施形態と異なっている。

現像側電位が印加される時間を、逆現像側電位が印加される時間より短くすることによって、トナーを現像ローラ３から感光体５１に移行させる方向の力を大きくし、トナーを感光体５１から現像ローラ３に戻す方向の力を小さくすることができる。これにより、トナーの感光体５１への現像量を保持しつつ、トナーが現像ローラ３へ戻る量を減らしてドット再現性を上げることができる。

第１の周期において、現像側電位が印加される時間をＴ１、逆現像側電位が印加される時間をＴ２とし、デューティー比＝Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）とする。

図１３に示したバイアス電圧の波形では、第２の周期の周波数を２ｋＨｚ、第１の周期の周波数を１０ｋＨｚ、初期のＶｐｐを０．４ｋＶ、最大のＶｐｐを２ｋＶ、デューティー比＝０．３５としている。図１２に示したバイアス電圧の波形では、第１の周期の平均電圧は一定としている。

デューティー比の好適値を調べるため、デューティー比を変化した場合の特性について評価した。図１４は、デューティー比を変化させた場合の画像濃度とドット再現性の評価結果を示す図である。

デューティー比を小さくするとドット再現性が向上した。これは逆現像側電位が小さくなり、トナーが現像ローラ３へと戻りにくいことが影響しており、逆現像側電位がかかっている時間が長くなっているにもかかわらず、ドット再現性は上がる傾向がある。このことから、このような条件では、バイアスの印加時間より印加電圧値の方がドット再現性に大きく影響を与えていることを示している。

画像濃度については、デューティー比が大きい場合も小さい場合も低下する傾向が見られた。デューティー比が０．２５を下回ると、たとえば第１の周期の周波数が１０ｋＨｚの場合でも、現像側電位が印加される時間が短くなり、トナーが追随しにくくなる。このため、画像濃度が低下したものと考えられる。しかし、デューティー比が０．３５では、現像側電位が印加される時間は短くなっているものの、現像側電位が大きくなることによるトナーの利用効率向上効果が補うため、画像濃度は低下しない。一方、デューティー比が上がると、現像側電位が小さくなるので、画像濃度は低下する。

したがって、使用可能な範囲のデューティー比は０．２５以上０．５０以下であり、さらに好ましくは、０．３５以上０．４５以下である。

次に本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第３の実施形態と、現像バイアス電圧の波形が異なっている。

図１５は、第４の実施形態における現像バイアス電圧の波形を示す図である。
初期のＶｐｐから、最大のＶｐｐまで、徐々にＶｐｐを増加させることは同じであるが、中心電位をシフトさせている点が異なっている。図１５に示すような現像バイアス電圧の波形では、トナーを現像ローラ３から感光体５１に移行させる現像側電位に徐々にシフトさせている。ただし、第２の周期ごとの平均電位は一定に保つため、Ｖｐｐが小さい領域で逆現像側電位にシフトさせている。

たとえば、Ｖ（１）＝０．４ｋＶ、Ｖ（２）＝０．８ｋＶ、Ｖ（３）＝１．２ｋＶ，Ｖ（４）＝１．６ｋＶ、Ｖ（５）＝２ｋＶで、デューティー比が５０％である実施例１の波形から、最小のＶｐｐと最大のＶｐｐの直流電圧をそれぞれ５０Ｖ逆方向にシフトさせる。その間の現像バイアスの直流電圧は、両者のシフト量を直線で結んだ直線上に設定する。このように設定し、実施例１と同様の波形で直流電圧が３００Ｖの場合と、本実施形態の場合とを比較すると、実施例１では、画像濃度が１．４であったのに対し、本実施形態では画像濃度が１．５５となり、０．１５の増加が見られた。

本実施形態の場合、Ｖｐｐが大きい領域で、現像側電位が５０Ｖ大きくなることから、トナーが現像されやすくなり、濃度が高くなっている。一方、Ｖｐｐが小さい領域では逆現像電位が大きくなるので、ドット再現性はやや低下する傾向がある。

したがって、本実施形態のように、Ｖｐｐが小さい領域で逆現像側電位にシフトさせる設定では、ドット再現性よりも画像濃度を優先する場合に好適である。

これとは逆に、Ｖｐｐが小さい領域で現像側電位にシフトさせる設定では、画像濃度は若干低下するが、ドット再現性は向上する。したがって、画像濃度優先かドット再現性優先かによって、どちらにシフトさせるかを選択してやればよい。

次に本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第４の実施形態で用いた現像バイアスと、図４に示した従来の現像バイアスとを適宜切り替えて用いる構成である。

通常、環境変化やキャリア劣化等によってトナー帯電量が変化し、画像濃度が変化した場合、現像バイアスの直流電圧を調整して画像濃度を一定に保つのが一般的である。

具体的には、感光体上に画像濃度検出用のテストパッチ画像を形成し、そのテストパッチ画像の画像濃度を検出する。この検出結果と、予め決められた規準の画像濃度とを比較し、その比較結果に応じて、規準の画像濃度に合わせ込むように現像バイアスの直流電圧を決定する。

また、カラー画像を形成するために、中間転写媒体を設けて、感光体に形成された各色のトナー像を一旦中間転写媒体に順次重ねて転写し、これを一度に紙上に再転写させるよう構成された画像形成装置がある。

このような構成の画像形成装置においては、感光体上に形成された画像濃度検出用のテストパッチ画像を、感光体に接する中間転写媒体上に転写し、その反射光を読み取ることで形成される画像の画像濃度を検出する。この画像濃度の検出結果に応じて、規準の画像濃度になるように現像バイアスの直流電圧を制御することで、画質を補償するようにしている。

これにより、当然に感光体に形成されたトナー像を転写した状態で、実際に紙上に形成される状態に近い濃度検出を行えるため、より優れた画質補償が可能となる。つまり、感光体上に形成された所定の階調をもつテストパッチ画像を、転写ドラム等に転写し、その転写されたトナー像の画像濃度を検出し、検出した濃度が基準濃度か否かを判定し、その判定結果に応じて現像バイアスの直流電圧を制御して、基準濃度になるように制御している。

トナーの帯電量が低い場合は、画像濃度が高くなるので、図４に示した比較例のように、Ｖｐｐを変化させない波形であっても、Ｖｐｐが小さい場合、たとえばＶｐｐ＝０．８ｋＶのような場合は、充分な画像濃度が得られる。そして、濃度調整も現像バイアスの直流成分で調整可能である。

しかし、低湿度条件などでトナーの帯電量が高くなった場合、一定の直流電圧では画像濃度が下がることになる。これに対して、ある程度までの濃度低下は、現像バイアスの直流成分を大きくすることで調整可能であるが、現像バイアスの直流電圧を上げると、感光体５１の表面電位も上げることになる。したがって、感光体５１の表面電位の上限から現像バイアスの直流電圧の上限が制限されることになり、現像バイアスの上限値に達した後は、画像濃度を調整することができないことになる。

このような場合には、上記に示したように、本発明の現像バイアス電圧波形を、画像濃度の不足を調整する場合にのみ用いるということも可能である。

つまり、上記の実施形態では、常に同じ現像バイアス電圧波形を用いて現像を行う構成について説明したが、たとえば、図４に示したＶｐｐを変化させない現像バイアス電圧波形を用い、トナー帯電量が高くなって直流電圧では画像濃度が調整できないような特定の条件下では、初期のＶｐｐから、最大のＶｐｐまで徐々にＶｐｐを増加させる現像バイアス電圧波形に切り替えるように構成すればよい。このような構成とすることで、画像濃度不足を防止することができる。

単に画像濃度を高くするだけであれば、現像バイアス電圧波形を切り替えずに、既に説明したような常にＶｐｐを増加させる現像バイアス電圧波形を用いればよいが、この場合、環境変化やキャリア劣化等によってトナー帯電量が下がると画像濃度が非常に濃くなりやすい。それを避けるためには直流電圧を下げる必要があるが、非常に低い直流電圧では濃度調整が困難となる。

したがって、環境変化やキャリア劣化等によってトナー帯電量が変化しやすい現像剤を用いた場合には、現像バイアス電圧波形を適宜切り替える構成が有効になる。現像バイアス電圧波形の切り替えは、不図示の制御用ＣＰＵが行う。予め複数の現像バイアス電圧波形と、波形の切り替え条件（環境条件、トナー帯電量、画像濃度など）とを所定の記憶領域に記憶しておき、切り替え条件に応じて、適切な現像バイアス電圧波形を用いるように構成すればよい。

図１６は、第５の実施形態の現像バイアス切り替え制御を示すフローチャートである。
ステップＳ１では、通常の現像バイアス電圧波形、すなわちＶｐｐを変化させない現像バイアス電圧波形で現像を行っており、ステップＳ２で、感光体上に画像濃度検出用のテストパッチ画像を形成し、そのテストパッチ画像の画像濃度を検出する。ステップＳ３では、テストパッチ画像の検出結果と、予め決められた規準の画像濃度とを比較し、その比較結果に応じて、規準の画像濃度に合わせ込むように現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃを決定する。

ステップＳ４では、決定した直流電圧Ｖｄｃと、バイアス電圧波形切り替えの判断基準となる基準電圧Ｖｓとを比較し、Ｖｄｃ（絶対値）がＶｓ（絶対値）よりも低ければ、画像濃度を調整することが可能であるものとして、現像バイアス電圧波形を切り替えることなく現像を継続する。

Ｖｄｃ（絶対値）がＶｓ（絶対値）よりも高ければ、直流電圧では画像濃度を調整することができないものとして、ステップＳ５に進み、現像バイアス電圧波形を高濃度調整用のバイアス電圧波形、すなわち本発明の特徴である初期のＶｐｐから、最大のＶｐｐまで徐々にＶｐｐを増加させる現像バイアス電圧波形に切り替える。ステップＳ６では、改めてテストパッチ画像の画像濃度を検出し、ステップＳ７で、規準の画像濃度に合わせ込むように現像バイアスの直流電圧Ｖｄｃを決定する。

なお、上記では二成分現像について説明したが、本発明は、現像バイアスによってトナーを現像させる構成であれば、二成分現像に限定されるものではなく、一成分現像においても同様の効果が得られる。

本発明の第１の実施形態である画像形成装置の全体構成の概略を示す模式図である。 図１に示す各画像形成ステーションにおける現像装置１の概略構成を示す模式図である。 第１の実施形態の現像ローラ３に印加する現像バイアス電圧波形を示す図である。 従来の現像バイアス電圧波形を示す図である。 実施例と比較例の画像濃度を比較した結果を示すグラフである。 実施例と比較例のドット再現性を比較した結果を示すグラフである。 比較例３の現像バイアス電圧波形を示す図である。 実施例と比較例の画像濃度を比較した結果を示すグラフである。 実施例と比較例のドット再現性を比較した結果を示すグラフである。 第１の周期の周波数を変更した場合のトナーかぶりと画像濃度の評価結果を示す図である。 第２の周期の１周期中に含まれる第１の周期数を変化させた場合のドット再現性とトナーかぶりの評価結果を示す図である。 第２の実施形態における現像バイアス電圧の波形を示す図である。 第３の実施形態における現像バイアス電圧の波形を示す図である。 デューティー比を変化させた場合の画像濃度とドット再現性の評価結果を示す図である。 第４の実施形態における現像バイアス電圧の波形を示す図である。 第５の実施形態の現像バイアス切り替え制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像槽
３ 現像ローラ
４，５ 撹拌・搬送スクリュー
６ 規制ブレード
３０ 搬送部
４０ 定着装置
５０ 画像形成ステーション部
６０ 供給トレイ
１００ 画像形成装置

Claims (14)

1. 直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体と静電潜像担持体との間に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置において、
   交番電圧は、トナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させるための現像側電位、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へ移行させるための逆現像側電位とが、第１の周期で交互に切り替わるように印加され、現像側電位と逆現像側電位とで表わされるピーク・ツー・ピーク電圧を初期の最小の値から最大となる値にまで徐々に増加させる第２の周期を有し、
   第２の周期における最大のピーク・ツー・ピーク電圧を印加した後に、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧の値から最大となる値にまで徐々に増加させる工程を繰り返すように構成されることを特徴とする現像装置。
2. 交番電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（１）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
   Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
   Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（１）
   ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）
3. 交番電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
   Ｖ（ｉ＋１）−Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋２）−Ｖ（ｉ＋１） …（２）
   ただし １≦ｉ≦ｎ−２ （ｉは整数）
4. 交番電圧は、第２の周期の最後に印加するピーク・ツー・ピーク電圧が、現像側電位となるように印加されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像装置。
5. 交番電圧は、第１の周期において、現像側電位が印加される時間Ｔ１、逆現像側電位が印加される時間Ｔ２としたときに、Ｔ２≧Ｔ１の条件を満たすように印加されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の現像装置。
6. 交番電圧は、第１の周期おいて、現像側電位が印加される時間Ｔ１、逆現像側電位が印加される時間Ｔ２としたときに、０．２５≦Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）≦０．５０の条件を満たすように印加されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の現像装置。
7. 交番電圧は、第１の周期おいて、現像側電位が印加される時間Ｔ１、逆現像側電位が印加される時間Ｔ２としたときに、０．３５≦Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）≦０．４５の条件を満たすように印加されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の現像装置。
8. 交番電圧は、第１の周期の周波数が５ｋＨｚ以上２５ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の現像装置。
9. 交番電圧は、第１の周期の周波数が８ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の現像装置。
10. 交番電圧は、第２の周期中に含まれる第１の周期の周期数が、４以上１５以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の現像装置。
11. 交番電圧は、第２の周期の周波数が１ｋＨｚ以上６．３ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の現像装置。
12. 交番電圧は、各第１の周期毎の中心電圧を現像側、または逆現像側に、直線的にシフトさせることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の現像装置。
13. 少なくとも、像担持体と、像担持体表面に形成された基準トナー像の濃度を検出する検出部と、検出部にて検出された基準トナー像の濃度に応じて現像担持体に印加する直流電圧の設定値を補正することで画像濃度の調整を行うプロセスコントロール部と、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の現像装置とを備える画像形成装置において、
    現像装置は、一定のピーク・ツー・ピーク電圧を印加する通常交番電圧と、前記交番電圧とを切り替え可能に構成され、前記通常交番電圧を印加しているときに、前記直流電圧が所定の電圧以上になると、前記交番電圧に切換えることを特徴とする画像形成装置。
14. 現像剤は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤であることを特徴とする請求項１３に記載の画像形成装置。

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