JP6116516B2 - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置及びそれを用いた画像形成装置に関し、特に、トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤を用い、トナー担持体上にトナーのみを担持させて感光体上の静電潜像を現像する現像装置に関するものである。

従来の現像装置においては、現像ローラー（トナー担持体）に現像バイアスを印加して、現像ローラーと感光体ドラム（像担持体）との間に形成される現像電界によりトナーを感光体ドラム側に飛翔させる、いわゆるジャンピング現像方式（非接触現像方式）が知られている。

このジャンピング現像方式においては、現像ローラーに印加するバイアスを調整することで、現像性の低下を抑制する方法が用いられている。例えば、現像バイアスとして、直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳して印加するパルス部と、交流電圧の印加を休止して直流電圧のみを印加する休止部とを含むブランクパルスバイアスを用いることで、現像ローラーと感光体ドラム（像担持体）とのギャップ（現像ギャップ）の変動による濃度ムラや、ベタ画像のエッジ部の吸い込み（過現像）による濃度差を解消する方法が提案されている。

特許文献１、２には、現像γが大きい方が好ましいテキスト画像と、現像γが小さい方が好ましいグラフィック画像において、それぞれの画像で最適なγ値を得るために、ブランクパルスのパルス部と休止部の比率を可変する方法が開示されている。

特許文献３には、プロセスカートリッジに含まれる現像手段に、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加する現像バイアス印加手段を有し、プロセスカートリッジの使用量（累積印字枚数）に応じて交流電圧の休止時間を設定する周期を可変とすることにより、画像形成条件を促進させる方向に補正することが開示されている。

また、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを用いると、トナーの粒径別での選択現像が進み、現像剤中のトナーの粒径分布が初期値からずれて現像性が低下することがあるが、特許文献４には、二成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置において、通常の画像形成時には現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを印加し、トナー強制消費用画像の形成時には現像バイアスをブランクパルス以外の異なる波形のバイアスに変化させることで、現像装置内のトナー粒径が小粒径に偏らないようにする方法が開示されている。

上記のジャンピング現像方式の中でも、磁気ローラー（現像剤担持体）を用いて現像剤を感光体ドラム（像担持体）に対して非接触に設置した現像ローラー（トナー担持体）上に移行させる際に、磁気ローラー上に磁性キャリアを残したまま現像ローラー上に非磁性トナーのみを転移させてトナー薄層を形成し、交流電界によって感光体ドラム上の静電潜像にトナーを付着させる現像方式が知られている。この現像方式においては、現像ローラー上のトナー薄層の入れ替わりと、安定したトナー薄層の形成との両立が必要とされる。

特許文献１〜４の方法では、現像ギャップの変動による濃度ムラや、ベタ画像のエッジ部の吸い込み（過現像）による濃度差を解消するために現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを採用しているが、磁気ローラーと現像ローラーとを備えた構成において、現像ローラー上のトナー薄層の入れ替わり性と、トナー薄層の形成性とを両立させる方法については何ら記載されていなかった。

さらに、休止部がトナーを現像ローラー側に引き戻す方向に作用するブランクパルスバイアスを現像バイアスとして採用した場合、磁気ローラーと現像ローラーとの間における現像ローラー上のトナー薄層の入れ替わりを阻害する方向に作用し、現像ゴースト（現像履歴）等の画像品質の低下を招くこととなる。

現像ゴーストの発生を防止する方法としては、例えば特許文献５に、現像剤担持体とトナー担持体との間に形成される現像剤担持体とトナー担持体との間でトナーの供給と回収を行うための第１の交流電界（供給バイアス）の周波数を、トナー担持体と静電潜像担持体との間に形成されるトナー担持体から静電潜像担持体へトナーを移動させるための第２の交流電界（現像バイアス）の周波数よりも大きくすることが開示されている。

特開平６−３４８１１７号公報 特開平８−３２８３６４号公報 特開平１０−３９７１９号公報 特開２０００−２９３０２３号公報 特開２０１０−７２４０２号公報

しかしながら、特許文献５の方法では、供給バイアスの周波数が現像バイアスの周波数よりも大きいため、現像バイアスの１パルス内に供給バイアスの複数のパルスが含まれることになる。その結果、必然的に現像バイアスのパルスと供給バイアスのパルスが同方向を向く部分が発生してしまう。そして、パルスが同方向を向く部分では現像剤担持体とトナー担持体との間におけるトナーの飛翔振動が小さくなり、トナー担持体上のトナーの引き剥がし効果が低下するおそれがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、現像剤担持体によるトナー担持体へのトナー薄層の形成性、及びトナー担持体からのトナー層の引き剥がし性を両立させて現像ゴーストの発生を抑制可能であり、現像剤担持体とトナー担持体との間のリークによる画像欠陥も抑制可能な現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、現像剤担持体と、トナー担持体と、を備える現像装置である。現像剤担持体は、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を担持して表面に磁気ブラシを形成する。トナー担持体は、現像剤担持体及び静電潜像が形成される像担持体に対向して配置され、現像剤担持体の磁気ブラシを用いて表面にトナー層が形成される。現像装置は、トナー担持体に、現像バイアスとして直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳したパルスバイアスを印加することにより、トナー担持体に担持されたトナーを像担持体側に移動させて、像担持体表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する。現像剤担持体には、直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳したパルス部と、直流電圧のみからなる休止部とを含むブランクパルスバイアスが印加されており、ブランクパルスバイアスのパルス部をパルスバイアスと逆方向のパルスとする。

本発明の第１の構成によれば、現像剤担持体に供給バイアスとしてパルス部と休止部とを含むブランクパルスバイアスを印加するとともに、ブランクパルスバイアスのパルス部をトナー担持体に印加するパルスバイアスと逆方向のパルスとすることにより、トナー担持体に印加する現像バイアスを、像担持体上の静電潜像の現像性を重視した設定とした場合に発生するトナー薄層の形成性やトナーの入れ替わり性が低下する弊害を、現像剤担持体とトナー担持体との間のリーク限界内で緩和することができる。従って、静電潜像の現像性を確保するとともに、現像剤担持体とトナー担持体との間のリークによる画像欠陥を起こすことなく、トナー担持体上のトナーの入れ替わりを向上させて現像ゴーストの発生を効果的に抑制することができる。

本発明のカラープリンター１００の全体構成を示す概略断面図 カラープリンター１００に用いられる現像装置３ａの断面図 カラープリンター１００の制御経路を示すブロック図 ベタ画像の一部が薄くなる現像ゴーストの発生過程を示す図 ベタ画像の一部が濃くなる現像ゴーストの発生過程を示す図 従来の現像装置において現像ローラー２３に現像バイアスとして印加されるパルスバイアスの一例を示すグラフ 従来の現像装置において磁気ローラー２２に供給バイアスとして印加されるパルスバイアスの一例を示すグラフ 図８及び図９に示すバイアスを印加したときのＭＳ間の印加電圧差分（現像バイアスと供給バイアスの差分）のバイアス波形を示すグラフ 本発明の第１実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、現像ローラー２３に印加される現像バイアスの一例を示すグラフ 本発明の第１実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、磁気ローラー２２に印加される供給バイアスの一例を示すグラフ 図９に示した現像バイアス、及び図１０に示した供給バイアスを印加したときのＭＳ間の印加電圧差分のバイアス波形を示すグラフ 第１実施形態の比較例であって、磁気ローラー２２に印加される供給バイアスの一例を示すグラフであり、パルス部のバイアスが現像ローラー２３に印加するパルスバイアス（図９参照）と同方向になるように設定されたブランクパルスバイアスを示すグラフ 図９に示した現像バイアス、及び図１２に示した供給バイアスを印加したときのＭＳ間の印加電圧差分のバイアス波形を示すグラフ 本発明の第２実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、磁気ローラー２２に印加される供給バイアスの一例を示すグラフ 図９に示した現像バイアス、及び図１４に示した供給バイアスを印加したときのＭＳ間の印加電圧差分のバイアス波形を示すグラフ 本発明の第３実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、磁気ローラー２３に印加される現像バイアスの一例を示すグラフ 図９に示した現像バイアス、及び図１６に示した供給バイアスを印加したときのＭＳ間の印加電圧差分のバイアス波形を示すグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラープリンターについて示している。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラー９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

本実施形態では、感光体ドラム１ａ〜１ｄはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体であり、アルミニウム等の導電性基板（筒体）上に、感光層としてａ−Ｓｉ系の光導電層を形成し、その上面にａ−Ｓｉ系のＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＯ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮなどの無機絶縁体または無機半導体から成る表面保護層が積層されている。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、カラープリンター１００本体下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａ及びレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング装置５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

パーソナルコンピューター等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とを含む複数の張架ローラーに掛け渡されており、駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐの一部を一旦排出ローラー対１５から装置外部にまで突出させる。その後、転写紙Ｐは排出ローラー対１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラー対１２ｂに再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラー９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出ローラー対１５を介して排出トレイ１７に排出される。

さらに、中間転写ベルト８を挟んで駆動ローラー１１と対向する位置には画像濃度センサー４０が配置されている。画像濃度センサー４０としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサーが用いられる。中間転写ベルト８上のトナー付着量を測定する際、発光素子から中間転写ベルト８上に形成された各基準画像に対し測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、及びベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。

トナー及びベルト表面からの反射光には正反射光と乱反射光とが含まれる。この正反射光及び乱反射光は、偏光分離プリズムで分離された後、それぞれ別個の受光素子に入射する。各受光素子は、受光した正反射光と乱反射光を光電変換して制御部９０（図３参照）に出力信号を出力する。そして、正反射光と乱反射光の出力信号の特性変化からトナー量を検知し、予め定められた基準濃度と比較して現像バイアスの特性値などを調整することにより、各色について濃度補正が行われる。

図２は、カラープリンター１００に搭載される現像装置３ａの構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２０ａの両端に形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ｂの上方には磁気ローラー２２が配置され、磁気ローラー２２の左斜め上方には現像ローラー２３が対向配置されている。そして、現像ローラー２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラー２２及び現像ローラー２３は図中時計回り方向に回転する。

なお、現像容器２０には、第１攪拌スクリュー２１ａと対面してトナー濃度センサー（図示せず）が配置されており、トナー濃度センサーで検知されるトナー濃度に応じて補給装置（図示せず）からトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラー２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブ２２ａに内包される複数の磁極を有する固定マグネット体２２ｂで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体２２ｂの磁極は、主極３５、規制極（穂切り用磁極）３６、搬送極３７、剥離極３８、及び汲上極３９の５極構成である。磁気ローラー２２と現像ローラー２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラー２２の長手方向（図２の紙面と垂直な方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラー２２の回転方向（図２の時計回り方向）において、現像ローラー２３と磁気ローラー２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラー２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラー２３は、非磁性の現像スリーブ２３ａと、現像スリーブ２３ａ内に固定された現像ローラー側磁極２３ｂで構成されている。現像ローラー側磁極２３ｂは、固定マグネット体２２ｂの対向する磁極（主極）３５と異極性である。

現像ローラー２３及び磁気ローラー２２には、バイアス制御回路４１（図３参照）を介して現像バイアス電源４３が接続されている。具体的には、現像バイアス電源４３は、現像ローラー２３に接続される直流電源と交流電源から成る第１電源４３ａと、第１電源４３ａと現像ローラー２３の間から分岐して設けられ、磁気ローラー２２に接続される直流電源と交流電源から成る第２電源４３ｂと、を備えており（デュアルバイアス制御）、第１電源４３ａ及び第２電源４３ｂは共通のグランドに接地されている。

これにより、現像ローラー２３には第１電源４３ａから直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。一方、磁気ローラー２２には、供給バイアスとして、第１電源４３ａから印加されるバイアスをベースに、第２電源４３ｂから直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが重畳して印加される。

図２に示すデュアルバイアス制御によれば、磁気ローラー２２−現像ローラー２３間（以下、ＭＳ間という）に印加されるバイアス波形（現像バイアスと供給バイアスの合成波形）が第２電源４３ｂのバイアス波形と等しくなり、第１電源４３ａのバイアスによる影響を受けることがない。また、現像ローラー２３−感光体ドラム１ａ〜１ｄ間（ＤＳ間）に印加されるバイアス波形も第２電源４３ｂによる影響を受けることなく、第１電源４３ａのバイアスのみで制御することができる。

即ち、ＤＳ間のバイアス波形及びＭＳ間のバイアス波形は、互いに独立して各バイアスの電圧とデューティ比を設定することができる。

また、磁気ローラー２２に印加される供給バイアスは、直流電圧に矩形波形の交流電圧を印加するパルス部と、交流電圧の印加を休止する休止部とを含む。現像バイアス及び供給バイアスの具体的な波形については後述する。

前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が磁気ローラー２２に搬送される。穂切りブレード２５には固定マグネット体２２ｂの規制極３６が対向するため、穂切りブレード２５として非磁性体或いは規制極３６と異なる極性の磁性体を用いることにより、穂切りブレード２５の先端と回転スリーブ２２ａとの隙間に引き合う方向の磁界が発生する。

この磁界により、穂切りブレード２５と回転スリーブ２２ａとの間に磁気ブラシが形成される。そして、磁気ローラー２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、現像ローラー２３に対向する位置に移動すると、固定マグネット体２２ｂの主極３５及び現像ローラー側磁極２３ｂにより引き合う磁界が付与されるため、磁気ブラシは現像ローラー２３表面に接触する。そして、磁気ローラー２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラー２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラー２３上にトナー薄層を形成する。

現像ローラー２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラー２２と現像ローラー２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラー２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

図３は、本発明のカラープリンター１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、カラープリンター１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、カラープリンター１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、及び転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電バイアス電源４２は帯電装置２ａ〜２ｄ内の帯電ローラーに、現像バイアス電源４３は現像装置３ａ〜３ｄ内の磁気ローラー２２及び現像ローラー２３に、転写バイアス電源４４は一次転写ローラー６ａ〜６ｄ及び二次転写ローラー９に、それぞれ所定のバイアスを印加する。

機内温湿度センサー４５は、カラープリンター１００内部の温度及び湿度を常に検知している。検知結果は後述するＩ／Ｆ９６を介して制御部９０に送信される。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２が設けられており、カラープリンター１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。カラープリンター１００の各種設定はパーソナルコンピューターのプリンタードライバーから行われる。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザーが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、カラープリンター１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、カラープリンター１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、カラープリンター１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンター１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、カラープリンター１００の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンター１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、後述するように現像ローラー２３に現像バイアスとして印加されるパルスバイアス、磁気ローラー２２に供給バイアスとして印加されるブランクパルスバイアスの設定値等も保管される。

一時記憶部９４は、パーソナルコンピューター等から送信される画像データを受信する画像入力部（図示せず）より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター９５は、印字枚数を累積してカウントする。

また、制御部９０は、カラープリンター１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光装置４、定着部７、中間転写ベルト８、二次転写ローラー９、画像濃度センサー４０、バイアス制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

図２に示したような、二成分現像剤を担持して磁気ブラシを形成する磁気ローラー２２と、磁気ローラー２２の磁気ブラシを用いて表面にトナー薄層が形成される現像ローラー２３とを備えた現像装置３ａ〜３ｄでは、現像ローラー２３上にトナー薄層を安定して形成する機能と、感光体ドラム１ａ〜１ｄとの対向部分（現像ニップ部）を通過後のトナー薄層を効率良く入れ替える（引き剥がす）機能とが必要となる。特に、現像ローラー２３上のトナー薄層の入れ替わり性が低下すると、現像ローラー２３上に残存するトナーがチャージアップし、現像ゴースト等の画像品質の低下を招くこととなる。

まず、図４及び図５を用いて現像ゴーストが発生するメカニズムについて述べる。図４は、ベタ画像の一部が薄くなる現像ゴーストの発生過程を示す図であり、図４（ａ）に示すように、現像ニップ部では現像ローラー２３上に形成されたトナー層Ｔの一部が現像トナーＴｇとして感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に移動する。その結果、トナー層Ｔに欠損部分が発生するが、ハーフトーン画像等を印字した場合、欠損部分にトナー層Ｔが僅かに残存している。

その後、現像ローラー２３の回転により欠損部分は磁気ローラー２２との対向部に移動し、図４（ｂ）に示すように、磁気ローラー２２上の磁気ブラシによって欠損部分に供給トナーＴｓが供給される。ここで、欠損部分に残存したトナー層Ｔ（図の破線領域）は他の部分に比べてチャージアップしているため、磁気ローラー２２から供給される供給トナーＴｓは、現像に用いられた現像トナーＴｇよりも少なくなる。その結果、欠損部分と他の部分とでトナー層Ｔの層厚が変化する。

この状態でベタ画像を印字した場合、図４（ｃ）に示すように、欠損部分（前回の印字領域）から移動する現像トナーＴｇの量が他の部分に比べて少なくなってしまい、前回の印字領域の画像濃度が薄くなる現像ゴーストが発生する。

図５は、ベタ画像の一部が濃くなる現像ゴーストの発生過程を示す図であり、図５（ａ）に示すように、現像ニップ部では現像ローラー２３上に形成されたトナー層Ｔの一部が現像トナーＴｇとして感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に移動する。その結果、トナー層Ｔに欠損部分が発生する。

その後、現像ローラー２３の回転により欠損部分は磁気ローラー２２との対向部に移動し、図５（ｂ）に示すように、磁気ローラー２２上の磁気ブラシによって欠損部分に供給トナーＴｓが供給される。ここで、欠損部分の周囲に残存したトナー層Ｔでは、現像ローラー２３に近接した部分（図の破線領域）が供給トナーＴｓに比べてチャージアップしている。

この状態でベタ画像を印字した場合、図５（ｃ）に示すように、チャージアップしたトナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄ側へ移動しにくくなっているため、欠損部分（前回の印字領域）から移動する現像トナーＴｇの量が他の部分に比べて多くなってしまい、前回の印字領域の画像濃度が濃くなる現像ゴーストが発生する。

上述したように、前回の印字領域が薄くなる現像ゴースト、濃くなる現像ゴーストのいずれも、前回の印字で感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像の現像に使用された領域と使用されなかった領域とで、現像ローラー２３上のトナー層の状態が変化し、次回の現像時に均一な現像ができない現象である。つまり、現像ゴーストは、現像ローラー２３と磁気ローラー２２との間でのトナー層Ｔの形成時に、前回の現像ニップ部通過後にチャージアップした現像ローラー２３上の残留トナーを磁気ローラー２２によって十分に引き剥がしきれないために発生する。

次に、現像ローラー２３に印加する現像バイアス、及び磁気ローラー２２に印加する供給バイアスとして、従来のパルスバイアスを用いた場合のＭＳ間のバイアス波形について説明する。図６は、現像ローラー２３に現像バイアスとして印加されるパルスバイアスの一例を示すグラフ、図７は、磁気ローラー２２に供給バイアスとして印加されるパルスバイアスの一例を示すグラフ、図８は、図６及び図７に示すバイアスを印加したときのＭＳ間の印加電圧差分（現像バイアスと供給バイアスの差分）のバイアス波形を示すグラフである。

図６に示す現像バイアスは、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃに、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１４００Ｖ、デューティ比０．５の交流電圧Ｖａｃを重畳して印加しており、Ｖｍａｘ＝８００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−６００Ｖとなっている。

図７に示す供給バイアスは、４００Ｖの直流電圧Ｖｄｃに、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１１００Ｖ、デューティ比０．５の交流電圧Ｖａｃを重畳して印加しており、Ｖｍａｘ＝９５０Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−１５０Ｖとなっている。また、交流電圧Ｖａｃのパルス方向は図６に示した現像バイアスと逆方向になっている。

そして、図８に示すＭＳ間のバイアス波形では、直流電圧Ｖｄｃの差分１００−４００＝−３００Ｖ（図８の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１４００−（−１１００）＝２５００Ｖ、デューティ比０．５の交流電圧Ｖａｃが重畳して印加される結果となり、Ｖｍａｘ＝８００−（−１５０）＝９５０Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−６００−（−９５０）＝−１５５０Ｖとなっている。図８において、印加電圧差分の直流成分（図８の破線）は、マイナス側が現像ローラー２３側へのトナー飛翔を促進する設定、プラス側が現像ローラー２３側へのトナー飛翔を促進する設定であり、この直流成分を制御することで現像ローラー２３上のトナー薄層の厚みを調整する。

図８に示す印加電圧差分のピークツーピーク値が大きいほど、ＭＳ間の飛翔トナーが大きく振動し、現像ローラー２３上のトナーの入れ替わりが促進される。しかし、ピークツーピーク値を大きくし過ぎると、ＭＳ間でリークが発生し、現像ローラー２３上のトナー薄層の一部を乱す画像欠陥の発生につながる。そのため、通常はＭＳ間のリーク限界を超えない程度にピークツーピーク値を大きくするような設定とする。

なお、磁気ローラー２２と現像ローラー２３を用いる現像方式では、磁気ローラー２２に印加する供給バイアスよりも、現像ローラー２３に印加する現像バイアスの方が出力画像に与える影響が大きい。ベタ画像のエッジ部の現像量上昇による吸い込みをより効果的に抑制するために、現像バイアスとしてパルス部と休止部とを有するブランクパルスバイアスを用いると、パルス部と休止部の繰り返し周期が長い場合、露光装置４（図１参照）の露光ピッチとの周波数干渉であるモアレ（干渉縞）が発生することがある。そのため、特にプロセス線速が速い場合には、モアレを抑制するために現像バイアスとしてパルスバイアスを用いることが好ましい。

以上説明したように、現像ローラー２３に印加する現像バイアス、及び磁気ローラー２２に印加する供給バイアスとして通常のパルスバイアスを用いる場合、現像ローラー２３から感光体ドラム１ａ〜１ｄへのトナーの移動性（現像性）に加えて、現像ローラー２３へのトナーの移動性（トナー薄層の形成性）と、現像ローラー２３上のトナーの入れ替わり性とを確保するとともに、ＭＳ間のリーク限界内の電圧に設定することを考慮する必要があり、それらの両立が大きな課題となる。

そこで、本発明のカラープリンター１００では、現像ローラー２３に印加する現像バイアスとしてパルスバイアスを用いるとともに、磁気ローラー２２に印加する供給バイアスとして、直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳して印加するパルス部と、交流電圧を印加せずに直流電圧のみを印加する休止部とを有するブランクパルスバイアスを用いる。そして、ＭＳ間でのトナーの入れ替わりを促進するように、磁気ローラー２２に印加されるブランクパルスバイアスの休止部及びパルス部の設定を調整する。

これにより、現像ローラー２３に印加する現像バイアスを、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像の現像性を重視した設定とした場合に発生するトナー薄層の形成性やトナーの入れ替わり性が低下する弊害を、ＭＳ間のリーク限界内で緩和することができる。従って、静電潜像の現像性を確保するとともに、ＭＳ間のリークによる画像欠陥を起こすことなく、現像ローラー２３上のトナー薄層の形成性、及びトナーの入れ替わり性を向上させて、現像ゴーストの発生を効果的に抑制することができる。

図９及び図１０は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて現像ローラー２３に印加される現像バイアス、磁気ローラー２２に印加される供給バイアスの一例を示すグラフであり、図１１は、図９に示した現像バイアス、及び図１０に示した供給バイアスを印加したときのＭＳ間の印加電圧差分のバイアス波形（現像バイアスと供給バイアスの差分）を示すグラフである。現像バイアスは直流電圧に交流電圧を重畳して印加したパルスバイアスであり、供給バイアスは、直流電圧に交流電圧を重畳して印加するパルス部と、交流電圧の印加を休止した休止部とを有するブランクパルスバイアスである。

図９に示す現像バイアスでは、図６に示した従来のパルスバイアスと同様に、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃに、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１４００Ｖ、デューティ比０．５の交流電圧Ｖａｃを重畳して印加しており、Ｖｍａｘ＝８００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−６００Ｖとなっている。

図１０に示す供給バイアスでは、パルス部は、４００Ｖの直流電圧Ｖｄｃに、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１１００Ｖ、デューティ比０．５の交流電圧Ｖａｃを２パルスのインターバルで重畳して印加しており、Ｖｍａｘ＝９５０Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−１５０Ｖとなっている。休止部は、パルス部のプラス側波形の直後に交流電圧をオフとし、２００Ｖの直流電圧Ｖｄｃのみを交流波形１パルス分のインターバルで印加している。パルス部と休止部を合わせたインターバルは交流波形３パルス分の長さとなっている。

本実施形態では、磁気ローラー２２に印加されるブランクパルスのパルス部を現像ローラー２３に印加されるパルスバイアスに同期させるとともに、ブランクパルスのパルス部のバイアスがパルスバイアスと逆方向になるように設定されている。このように、現像ローラー２３印加されるパルスバイアス及び磁気ローラー２２に印加されるブランクパルスのパルス部のバイアスが互いに逆方向になるように設定することで、ＭＳ間におけるトナーの飛翔振動が大きくなり、現像ローラー２３上へのトナー薄層の形成効果、及び現像ローラー２３からのトナーの引き剥がし効果が向上する。

また、磁気ローラー２２のブランクパルスの休止部の直流電圧Ｖｄｃ（２００Ｖ）は、パルス部の直流電圧Ｖｄｃ（４００Ｖ）に比べてマイナス方向にシフトしている。これにより、図１１に示す印加電圧差分のバイアス波形では、ＭＳ間の印加電圧差分の直流成分（図１１の破線）が休止部においてプラス方向（−１００Ｖ、トナーを現像ローラー２３から磁気ローラー２２側に引き戻す方向）、パルス部においてマイナス方向（−３００Ｖ、トナーが現像ローラー２３側へ飛翔する方向）へシフトしている。つまり、現像ローラー２３からのトナーの引き剥がし性の促進と、現像ローラー２３へのトナーの飛翔性の促進（引き剥がし性の抑制）を交互に切り替えることができる。

図１２及び図１３は、第１実施形態の比較例を示すグラフであり、図１２は、パルス部のバイアスが現像ローラー２３に印加するパルスバイアス（図９参照）と同方向になるように設定されたブランクパルスバイアスを示すグラフ、図１３は、図９に示した現像バイアス、及び図１２に示した供給バイアスを印加したときのＭＳ間の印加電圧差分のバイアス波形（現像バイアスと供給バイアスの差分）を示すグラフである。

磁気ローラー２２に印加するブランクパルスとして、パルス部のバイアスが現像ローラー２３に印加するパルスバイアス（図９参照）と同方向になるように設定された図１２に示すようなブランクパルスバイアスを用いた場合、図１３に示すように、ＭＳ間の印加電圧差分の直流成分は図１１と同じになるが、交流成分は相殺されてしまいピークツーピーク値が確保できないことから、トナーの飛翔振動が小さくなり、現像ローラー２３上へのトナー薄層の形成効果、及び現像ローラー２３上のトナーの引き剥がし効果が低下する。

即ち、第１実施形態のように、磁気ローラー２２に印加されたブランクパルスのパルス部のバイアスが現像ローラー２３に印加されたパルスバイアスと逆方向になるように設定することで、現像ローラー２３上へのトナー薄層の形成効果、及び現像ローラー２３上のトナーの引き剥がし効果を向上させることができる。

図１４は、本発明の第２実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて磁気ローラー２２に印加される供給バイアスの一例を示すグラフであり、図１５は、図９に示した現像バイアス、及び図１４に示した供給バイアスを印加したときのＭＳ間の印加電圧差分のバイアス波形（現像バイアスと供給バイアスの差分）を示すグラフである。第１実施形態と同様に、現像バイアスはパルスバイアス、供給バイアスはブランクパルスバイアスである。

図１４に示す供給バイアスでは、パルス部は、４００Ｖの直流電圧Ｖｄｃに、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１１００Ｖ、デューティ比０．５の交流電圧Ｖａｃを２パルスのインターバルで重畳して印加しており、Ｖｍａｘ＝９５０Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−１５０Ｖとなっている。休止部は、パルス部のプラス側波形の直後に交流電圧をオフとし、−１５０Ｖの直流電圧Ｖｄｃのみを交流波形１パルス分のインターバルで印加している。パルス部と休止部を合わせたインターバルは交流波形３パルス分の長さとなっている。

本実施形態では、磁気ローラー２２に印加されるブランクパルスにおいて、休止部の直流電圧Ｖｄｃを、パルス部のマイナス側のピーク値Ｖｍｉｎに一致させている。これにより、図１５に示すように、ＭＳ間の印加電圧差分の直流成分（図１５の破線）が休止部でプラス側（２５０Ｖ、トナーを現像ローラー２３から磁気ローラー２２側に引き戻す方向）に大きくシフトするため、ＭＳ間の印加電圧差分を示すブランクパルスの休止部における現像ローラー２３からのトナーの引き剥がし性が最大となる。

図１６は、本発明の第３実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて磁気ローラー２２に印加される供給バイアスの一例を示すグラフであり、図１７は、図９に示した現像バイアス、及び図１６に示した供給バイアスを印加したときのＭＳ間のバイアス波形（現像バイアスと供給バイアスの差分）を示すグラフである。第１、第２実施形態と同様に、現像バイアスはパルスバイアス、供給バイアスはブランクパルスバイアスである。

図１６に示す供給バイアスでは、パルス部は、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃに、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１７００Ｖ、デューティ比０．５の交流電圧Ｖａｃを２パルスのインターバルで重畳して印加しており、Ｖｍａｘ＝９５０Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−７５０Ｖとなっている。休止部は、パルス部のマイナス側波形の直後に交流電圧をオフとし、５００Ｖの直流電圧Ｖｄｃのみを交流波形１パルス分のインターバルで印加している。パルス部と休止部を合わせたインターバルは交流波形３パルス分の長さとなっている。

本実施形態では、図１７に示すように、ＭＳ間の印加電圧差分の直流成分（図１７の破線）を、パルス部で高電圧側（プラス側）、休止部で低電圧側（マイナス側）にシフトさせることにより、パルス部における磁気ローラー２２側へのトナーの引き戻し効果を強くするように設定している。つまり、第２実施形態とは逆に、ＭＳ間の印加電圧差分を示すブランクパルスのパルス部で現像ローラー２３からのトナーの引き剥がし性を確保し、休止部で現像ローラー２３へのトナーの飛翔性を確保するように休止部とパルス部の機能を分離している。本実施形態によれば、ブランクパルスのパルス部の設定をリーク限界近くまで設定することにより、ＭＳ間のトナーの飛翔振動を強め、パルス部における現像ローラー２３からのトナーの引き剥がし性能を最大限にまで向上させた上で、休止部におけるトナー薄層の形成性を確保することができる。

その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記各実施形態においては、磁気ローラー２２に供給バイアスとして印加するブランクパルスの休止部の直流電圧を調整することで、現像ローラー２３へのトナー供給性能と、現像ローラー２３上のトナーの入れ替え性能とを両立させるバイアス設定に調整したが、ブランクパルスのパルス部の直流電圧を調整するようにしても良い。但し、パルス部の直流電圧を調整する場合はＭＳ間のリークに対する注意が必要なことから、休止部の直流電圧の設定変更で対応することが望ましい。

また本発明は、図１に示したようなカラープリンター１００に限らず、モノクロプリンターやモノクロ複写機、デジタル複合機、タンデム式或いはロータリー式のカラー複写機、或いはファクシミリ等、現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。

本発明は、磁気ローラーと現像ローラーとを備え、現像ローラーに印加する現像バイアスとしてパルスバイアスを用いる現像装置に利用可能である。本発明の利用により、磁気ローラーによる現像ローラーへのトナー薄層の形成性、及び現像ローラーからのトナー層の引き剥がし性を両立させて現像ゴーストの発生を抑制可能であり、ＭＳ間のリークによる画像欠陥も抑制可能な現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供可能となる。

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ 露光装置
２２ 磁気ローラー（現像剤担持体）
２３ 現像ローラー（トナー担持体）
４０ 画像濃度センサー
４１ バイアス制御回路（電圧印加装置）
４３ 現像バイアス電源（電圧印加装置）
４３ａ 第１電源
４３ｂ 第２電源
９０ 制御部
１００ カラープリンター（画像形成装置）

Claims (8)

1. 磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を担持して表面に磁気ブラシを形成する現像剤担持体と、
   該現像剤担持体及び静電潜像が形成される像担持体に対向して配置され、前記現像剤担持体の磁気ブラシを用いて表面にトナー層が形成されるトナー担持体と、
   を備え、
   該トナー担持体に、現像バイアスとして直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳したパルスバイアスを印加することにより、前記トナー担持体に担持されたトナーを前記像担持体側に移動させて、前記像担持体表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像装置であって、
   前記現像剤担持体には、供給バイアスとして直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳したパルス部と、直流電圧のみからなる休止部と、を含むブランクパルスバイアスが印加されており、
   前記ブランクパルスバイアスの前記パルス部を前記パルスバイアスと逆方向のパルスとしたことを特徴とする現像装置。
2. 前記ブランクパルスバイアスの前記パルス部と前記休止部とに印加される直流電圧を変化させることにより、前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間の印加電圧差分の直流成分うち、前記休止部または前記パルス部のいずれか一方の直流成分を前記トナー担持体側から前記現像剤担持体側にトナーを移動させる方向に作用させ、他方の直流成分を前記現像剤担持体側から前記トナー担持体側にトナーを移動させる方向に作用させることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記ブランクパルスバイアスの前記休止部に印加される直流電圧を前記パルス部に印加される直流電圧に比べてトナーと逆極性側にシフトさせることにより、前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間の印加電圧差分の直流成分のうち、前記休止部の前記直流成分を前記トナー担持体側から前記現像剤担持体側にトナーを移動させる方向に作用させることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記ブランクパルスバイアスの前記休止部に印加される直流電圧を前記パルス部に印加される直流電圧に比べてトナーと同極性側にシフトさせることにより、前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間の印加電圧差分の直流成分のうち、前記パルス部の前記直流成分を前記トナー担持体側から前記現像剤担持体側にトナーを移動させる方向に作用させることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
5. 前記ブランクパルスバイアスの前記休止部に印加される直流電圧のシフト量により、前記休止部または前記パルス部におけるトナーを前記現像剤担持体側に移動させる作用を調整することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の現像装置。
6. 前記ブランクパルスバイアスは、前記休止部の直流電圧が前記パルス部の交流波形のトナーと逆極性側のピーク値と等しいことを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
7. 前記ブランクパルスバイアスの前記休止部に印加される直流電圧を調整することにより、前記休止部に印加される直流電圧を前記パルス部に印加される直流電圧に対してシフトさせることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の現像装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。