JP6140637B2 - 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、複数の現像バイアス設定が可能な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。

上記の現像装置においては、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）による濃度差が発生するという問題点があった。

そこで、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、上述したような問題点を解消する方法が提案されている。

例えば特許文献１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、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２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。

さらに特許文献３には、直流電圧に交流電圧を重畳して印加し、その交流電圧の１周期において非点対称（デューティ比が５０％でない）波形が断続的に印加されるブランクパルスバイアスを現像バイアスとして用いることで、非接触現像で発生するベタ画像のエッジ部の吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部の白抜けを防止しつつ、現像性の低下も防止する方法が開示されている。

特開平１０−３９７１９号公報 特開２０００−２９３０２３号公報 特開２０００−３５７０９号公報

上述したような非接触現像方式においては、ベタ画像のエッジ部の吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けを抑制するために、特許文献３に示されるように、現像バイアスとして、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用いる方法が有効である。しかしながら、このようなブランクパルスバイアスを用いた場合、現像ローラー上に持続的に残留し続けるトナーが増加し、トナーのチャージアップに繋がる。そして、チャージアップしたトナーは現像性が低下するため、画像濃度の低下や現像ゴースト（現像履歴）等の画像品質の低下を招く場合があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けを抑制しつつ、トナーのチャージアップによる画像濃度低下や現像ゴーストの発生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、トナー担持体を備え、トナー担持体に現像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装置である。トナー担持体は、静電潜像が形成される像担持体に対向して配置され、表面にトナーを担持する。トナー担持体には、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のみから成るパルスバイアス、若しくは、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含むブランクパルスバイアスを印加する。現像装置は、トナー担持体上に担持されたトナーを全て像担持体側に移動可能な現像バイアスの直流電圧の最小値を基準バイアスとし、トナー担持体に印加される現像バイアスの直流電圧が基準バイアスよりも小さい第１の設定時の現像バイアスとしてブランクパルスバイアス若しくはパルスバイアスを用い、基準バイアスよりも大きい第２の設定時の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ともに、第２の設定時に用いるブランクパルスバイアスのパルス部または休止部の少なくとも一方の設定を、第１の設定時に用いる現像バイアスから可変させる。

本発明の第１の構成によれば、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜け等の画像不具合が発生し易い第２の設定時には、パルス部または休止部の少なくとも一方の設定を現像ニップの下流側で浮遊する大粒径トナーをトナー担持体側に引き戻し易い設定として画像不具合を抑制することができる。一方、上記の画像不具合が発生し難い第１の設定では、パルス部または休止部の少なくとも一方の設定をトナー担持体上のトナーの入れ替えが促進される設定として、トナーがチャージアップすることで発生する画像濃度低下や現像ゴースト等の画像品質の低下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 現像ローラー２３と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間のトナーの飛翔挙動を示す概念図 現像バイアスの直流成分に対する現像量の関係を示すグラフであり、電界中和現像量が供給限界現像量よりも下回っている場合を示す図 現像バイアスの直流成分に対する現像量の関係を示すグラフであり、電界中和現像量が供給限界現像量よりも上回っている場合を示す図 感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に対するトナー付着量を模式的に示す図 現像ローラー２３と感光体ドラム１ａ〜１ｄの対向部分（現像ニップ）におけるトナー粒子の挙動を説明する概念図 現像電場シミュレーションによる現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とトナー付着量との関係を示すグラフ 実機による現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とトナー濃度との関係を示すグラフ 現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）に対する濃度検出用パッチ６０の白抜けレベルの変化を示す図 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に印加される出力画像形成用（パルス周期＜０の部分）、及びトナー強制消費用画像形成用（パルス周期＞０の部分）の現像バイアスの一例を示すグラフ 本発明の第２実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、現像ローラー２３に印加される出力画像形成用（パルス周期＜０の部分）、及びトナー強制消費用画像形成用（パルス周期＞０の部分）の現像バイアスの一例を示すグラフ 本発明の第３実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、現像ローラー２３に印加される出力画像形成用（パルス周期＜０の部分）、及びトナー強制消費用画像形成用（パルス周期＞０の部分）の現像バイアスの一例を示すグラフ 本発明の第４実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、現像ローラー２３に印加される出力画像形成用（パルス周期＜０の部分）、及びトナー強制消費用画像形成用（パルス周期＞０の部分）の現像バイアスの一例を示すグラフ 本発明の第５実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、現像ローラー２３に印加される出力画像形成用（パルス周期＜０の部分）、及びトナー強制消費用画像形成用（パルス周期＞０の部分）の現像バイアスの一例を示すグラフ 本発明の第６実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、現像ローラー２３に印加される出力画像形成用（パルス周期＜０の部分）、及びトナー強制消費用画像形成用（パルス周期＞０の部分）の現像バイアスの一例を示すグラフ 本発明の第７実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄにおいて、現像ローラー２３に印加される出力画像形成用（パルス周期＜０の部分）、及びトナー強制消費用画像形成用（パルス周期＞０の部分）の現像バイアスの一例を示すグラフ

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３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、現像ローラー２３には直流電源と交流電源から成る第１電源４３ａが接続されており、磁気ローラー２２には、直流電源と交流電源から成る第２電源４３ｂが接続されている。これにより、現像ローラー２３には、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、磁気ローラー２２には、直流電圧に交流電圧が重畳された供給バイアスが印加される。現像バイアスは、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、後述する現像ローラー２３上のトナーを全て感光体ドラム１ａ〜１ｄに現像することができる最小の現像バイアスの直流成分（基準バイアス）を決定する際に用いる、画像濃度センサー４０によって検出されるトナーパッチ濃度と現像バイアスとの相関関係を示す基準バイアス決定テーブル、或いは、後述する第１の設定時、第２の設定時に用いるブランクパルスバイアスまたは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に示したような現像装置３ａ〜３ｄを備えた非接触現像方式のカラープリンター１００では、出力画像の形成時において、ベタ画像のエッジ部における吸い込み（過現像）や、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜け等の画像品質の低下が発生し易いことが知られている。

まず、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けが発生するメカニズムについて述べる。図４は、現像ローラー２３と感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間のトナーの飛翔挙動を示す概念図である。図４に示すように、トナーＴは基本的に電気力線に沿って飛翔することから、現像初期のトナー飛翔挙動は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の高濃度部（ベタ画像部、図４の表面電位１０Ｖの領域）と低濃度部（ハーフトーン画像部、図４の表面電位１２０Ｖの領域）が隣接する場合は、低濃度側のエッジ部に向かって飛翔したトナーが高濃度側のエッジ部に引き寄せられる傾向にある。その結果、高濃度側のエッジ部にはトナーが密に付着する吸い込みが発生し、逆に低濃度側のエッジ部ではトナーが疎になり白抜けが発生する。

一方、非接触現像方式は、一般的に矩形波形の交流電圧を用いて現像が行われるが、その現像γ特性は、現像バイアスの直流成分（交流波形の面積中心電圧）に対する現像量（単位面積当たりのトナー付着量）との関係として、図５及び図６のように表すことができる。図５は、現像バイアスによる電界を中和する現像量（電界中和現像量、図の破線で表示）が現像ローラー２３の供給可能な最大の現像量（供給限界現像量、図の一点鎖線で表示）よりも下回っている場合を示し、図６は、電界中和現像量が供給限界現像量よりも上回っている場合を示している。

例えば、感光体ドラム１ａ〜１ｄとして誘電率の低い有機感光体（ＯＰＣ）を用いる場合、図５に示すように、現像γ特性を示す直線の傾きは緩やかになる。そのため、現像量が供給限界現像量に達する前に現像量が飽和点（電界中和現像量）に達するような現像バイアス設定としても濃度ムラ等が発生するおそれはない。一方、感光体ドラム１ａ〜１ｄとして誘電率の高いａ−Ｓｉ感光体を用いる場合、図６に示すように、現像γ特性を示す直線の傾きは急になる。この場合、供給限界現像量に達する前に電界中和現像量に達するような設定にした場合、現像量が不安定となり、濃度ムラが発生するおそれがある。従って、電界中和現像量に達する前に供給限界現像量に達するような現像バイアス設定とする必要がある。

図７は、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に対するトナー付着量を模式的に示す図であり、図７（ａ）は、電界中和現像量が支配的な図５の場合を示し、図７（ｂ）は、供給限界現像量が支配的な図６の場合を示している。図７（ａ）では、現像ローラー２３の静電潜像に対向する部分から飛翔したトナーＴ１が静電潜像のコントラスト（電位差）を中和するように付着するので、静電潜像の外側から飛翔してきたトナーが余分に付着することはない。

一方、図７（ｂ）では、現像ローラー２３の静電潜像に対向する部分から飛翔したトナーＴ１のみでは静電潜像のコントラスト（電位差）が完全に中和されない。その結果、静電潜像の外側から飛翔してきたトナーＴ２が余分に付着することが可能であり、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けといった画像不具合が発生しやすい条件となる。

つまり、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けが発生するのは、図６に示したような供給限界現像量が支配的な現像バイアス設定を用いる場合のみで、図５に示したような電界中和現像量が支配的な現像バイアス設定では発生しにくいことになる。

次に、トナーを現像ローラー２３側に引き戻す方向に作用する現像バイアス（ブランクパルスバイアス）が、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けを抑制するメカニズムについて述べる。図８は、現像ローラー２３と感光体ドラム１ａ〜１ｄの対向部分（現像ニップ）におけるトナー粒子の挙動を説明する概念図である。

一般に、交流波形を有する現像バイアスを用いて現像すると、図８に示すように、現像ニップ上流側の領域Ｒ１（現像ギャップが大きく現像電界が弱い領域）では、帯電量の大きい大粒径トナーが小粒径トナーよりも先に飛翔し、感光体ドラム１ａ〜１ｄの潜像上に現像される。特に、現像ローラー２３と感光体ドラム１ａ〜１ｄに線速差（現像ローラー２３の線速が感光体ドラム１ａ〜１ｄよりも速い）がある場合、白地部を通過してきた現像ローラー２３がベタ画像のエッジ部（後端部）を通過し、現像ローラー２３上のトナーが飛翔してベタ画像のエッジ部近傍に付着し、エッジ部近傍のトナー密度を高くする。

そして、現像ニップの中央部Ｒ２（現像ギャップが狭くなり現像電界が最も強くなる領域）では、帯電量の小さい小粒径トナーも飛翔し始め、既に感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像に付着した大粒径トナーの一部と入れ替わって潜像に付着する。

さらに、現像ニップ下流側の領域Ｒ３（現像ギャップが再び大きくなり現像電界が弱くなる領域）においては、帯電量の小さい小粒径トナーは先に感光体ドラム１ａ〜１ｄ若しくは現像ローラー２３に引き付けられて付着するため、帯電量の大きい大粒径トナーのみが現像ニップ間に浮遊する。この浮遊トナーが現像されることで、ベタ画像のエッジ部における吸い込みが発生し、エッジ部の濃度差（後端溜まり）の原因となる。

つまり、ベタ画像のエッジ部における吸い込みを抑制するためには、現像ニップ上流側の領域Ｒ１におけるベタ画像のエッジ部のトナー密度上昇を防ぐことと、現像ニップ下流側の領域Ｒ３における浮遊トナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄに飛翔させないことが重要となる。これらの現象を抑制するのにブランクパルスバイアスは有効であり、パルス部の現像性を促進させる設定にすることで、全てのトナーが往復運動する現像ニップ中央部Ｒ２の範囲が広がり、現像ニップ上流側の領域Ｒ１で発生するベタ画像のエッジ部のトナー密度上昇を小さくすることができる。また、休止部の現像性を抑制する設定にすることで、現像ニップ下流側の領域Ｒ３で現像ニップ間の浮遊トナーを現像ローラー２３側に引き寄せることが可能となり、ベタ画像のエッジ部の現像量上昇を防ぐことができる。

ここで、図６に示すように供給限界現像量が支配的な現像設定の場合、ベタ画像部では、現像ローラー２３上のトナーが全て感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔し、静電潜像に付着する（現像される）。そして、ベタ画像のエッジ部では、図４に示したように白地部（地肌部）のトナーが回り込んでくるためにトナー密度の上昇が発生する。しかし、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを用い、パルス部をトナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔する方向に作用する設定（現像促進側）とし、休止部をトナーが現像ローラー２３側に引き戻される方向に作用する設定（現像抑制側）とすることで、ベタ画像のエッジ部における吸い込みの抑制が可能となる。

また、図５に示すように電界中和現像量が支配的な現像設定の場合、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けは発生しにくいが、ベタ画像の印字後も現像ローラー２３上にトナーが残存することから、現像ローラー２３上のトナーの入れ替えが重要になる。つまり、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを用い、パルス部を現像抑制側にすることで、現像ニップ部での現像ローラー２３上のトナーの入れ替えが促進される。また、休止部を現像促進側にすることで現像性の安定化を図ることができる。

このように、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを用い、休止部を現像抑制側に設定する方法は、図６のように供給限界現像量が支配的な現像設定の場合、ベタ画像のエッジ部の吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けの抑制に対して有効である。その反面、図５のように電界中和現像量が支配的な現像設定の場合、現像ローラー２３に持続的に残留し続けるトナーが増加してトナーがチャージアップするため、現像性の低下による画像濃度低下や現像ゴースト等の画像品質の低下を招いてしまう。

そこで、本発明のカラープリンター１００では、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、感光体ドラム１ａ〜１ｄが誘電率の低い有機感光体である場合に用いる供給限界現像量が支配的な現像設定の場合は、休止部をトナーが現像ローラー２３側に引き戻される方向に作用する設定とする。また、感光体ドラム１ａ〜１ｄが誘電率の高いａ−Ｓｉ感光体である場合に用いる電界中和現像量が支配的な現像設定の場合は、休止部をトナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔する方向に作用する設定とする。

これにより、供給限界現像量が支配的な現像設定で発生し易いベタ画像のエッジ部における濃度差や、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けを抑制するとともに、電界中和現像量が支配的な現像設定においては、現像ローラー２３に持続的に残留し続けるトナーが増加してトナーがチャージアップすることで発生する画像濃度低下や現像ゴースト等の画像品質の低下も抑制することができる。

ところで、供給限界現像量が支配的な現像設定であるか、電界中和現像量が支配的な現像設定であるかは、現像ローラー２３上に形成されたトナー薄層が全て感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像の現像に使用されるか否かによって決まる。従って、現像ローラー２３上に形成されたトナー薄層を全て感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔させることのできる現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）の最小値Ｖｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎ（基準バイアス）を検知する必要がある。このＶｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎを検知する方法については以下の２つが考えられる。

一つの方法は、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスでない通常の交流波形を用い、その直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）に対する現像量を検知するための濃度検出用パッチの出力時に、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する現像ローラー２３の線速比を変える（小さくする）ことで、供給限界現像量のパッチが画像濃度センサー４０で検知可能なレベルまで下げてやる方法である。この方法では、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する現像ローラー２３の線速比を変化させても、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎがほとんど変化しない特性を利用している。

図９は、現像電場シミュレーションによる現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とトナー付着量との関係を示すグラフである。図９では、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する現像ローラー２３の線速比（Ｓ／Ｄ）が１．６（図の点線）、１．３（図の破線）、１（図の一点鎖線）、０．７（図の実線）と変化した場合でも、現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）が３２Ｖのときにトナー付着量が飽和している。即ち、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎが３２Ｖであることがわかる。

図１０は、実機による現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）とトナー濃度との関係を示すグラフである。図１０では、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する現像ローラー２３の線速比（Ｓ／Ｄ）が１．３（図の破線）、１（図の一点鎖線）、０．７（図の実線）と変化した場合、各線速比においてトナー付着量が飽和する現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）の値（図の○で表示）の近似直線Ｌを求めている。近似直線Ｌから、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎが約１２０〜１２５Ｖであることがわかる。

Ｖｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎを検知するもう一つの方法は、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスでない通常の交流波形を用い、その直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）に対する現像量を検知するための濃度検出用パッチとして、高濃度部と低濃度部が現像剤搬送方向（現像ローラー２３の回転方向）と交差する境界を有して近接配置されているとともに、高濃度側から低濃度側へ移行する境界部近傍と、低濃度側から高濃度側へ移行する境界部近傍の濃度検知結果の変化を比較する方法である。この方法では、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像エッジ部の白抜けのレベルが、現像剤搬送方向に対する画像の順序によって異なる特性と、その濃度域が画像濃度センサー４０の検知可能範囲内である特性を利用している。

図１１は、現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）に対する濃度検出用パッチ６０の白抜けレベルの変化を示す図であり、図中の矢印は現像剤搬送方向（現像ローラー２３の回転方向）を示している。図１１（ａ）は、直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）がＶｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎよりも小さい場合を示している。この状態では、供給限界現像量が電界中和現像量よりも小さいため、濃度検出用パッチ６０の高濃度部６０ａと低濃度部６０ｂはいずれも所定の濃度まで達していない。

図１１（ｂ）は、直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）がＶｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎである場合を示している。この状態では、供給限界現像量と電界中和現像量とがほぼ同等であるため、濃度検出用パッチ６０の高濃度部６０ａと低濃度部６０ｂはいずれも所定の濃度まで達している。また、低濃度部６０ｂ側から高濃度部６０ａ側へ移行する境界部６１ａ近傍には濃度差（後端溜まり）が発生しておらず、高濃度部６０ａ側から低濃度部６０ｂ側へ移行する境界部６１ｂ近傍には白抜けが発生していない。

図１１（ｃ）は、直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）がＶｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎよりも大きい場合を示している。この状態では、供給限界現像量が電界中和現像量よりも大きいため、濃度検出用パッチ６０の低濃度部６０ｂは所定の濃度よりも高濃度となっている。また、低濃度部６０ｂ側から高濃度部６０ａ側へ移行する境界部６１ａ近傍には僅かに濃度差（後端溜まり）が発生しており、高濃度部６０ａ側から低濃度部６０ｂ側へ移行する境界部６１ｂ近傍には僅かに白抜けが発生している。

図１１（ｄ）は、図１１（ｃ）に比べて直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）がＶｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎよりもさらに大きい場合を示している。この状態では、供給限界現像量が電界中和現像量を大幅に上回っているため、濃度検出用パッチ６０の低濃度部６０ｂはず１１（ｃ）よりもさらに高濃度となっている。また、低濃度部６０ｂ側から高濃度部６０ａ側へ移行する境界部６１ａ近傍の濃度差（後端溜まり）、高濃度部６０ａ側から低濃度部６０ｂ側へ移行する境界部６１ｂ近傍の白抜けが図１１（ｃ）よりも顕著に発生している。

以上から、画像濃度センサー４０で検知された濃度検出用パッチが図１１（ｂ）のようになるときの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）をＶｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎとして決定することができる。

上述した二つの方法のいずれかを用いてＶｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎを検出し、検出されたＶｓｌｖ（ＤＣ）ｍｉｎを基準バイアスに設定する。そして、現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）が基準バイアスよりも小さい設定時（以下、第１の設定という）と、現像バイアスの直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）が基準バイアスよりも大きい設定時（以下、第２の設定という）とで、現像バイアスにおけるパルス部または休止部の少なくとも一方の設定を可変させる。

具体的には、供給限界現像量が支配的な現像設定である第２の設定では、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを用い、ブランクパルスバイアスの休止部をトナーが現像ローラー２３側に引き戻される方向に作用する設定とする。或いは、ブランクパルスバイアスのパルス部をトナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔する方向に作用する設定とする。

一方、電界中和現像量が支配的な現像設定である第１の設定では、現像バイアスとして通常の交流パルスまたはブランクパルスバイアスを用いる。そして、ブランクパルスバイアスを用いる場合は、休止部をトナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔する方向に作用する設定とする。或いは、パルス部をトナーが現像ローラー２３側に引き戻される方向に作用する設定とする。

図１２は、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である。現像バイアスは、直流バイアスに交流バイアスを重畳して印加するパルス部と、交流バイアス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。なお、図１２では、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアス（パルス周期＜０の部分）と、第２の設定時に用いる第２ブランクパルスバイアス（パルス周期＞０の部分）とを示している。

図１２に示すように、第１ブランクパルスバイアスでは、パルス部は、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１２の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１８００Ｖ、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＝１０００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−８００Ｖとなっている。休止部は、パルス部のマイナス側波形（トナーを現像ローラー２３側に引き戻す方向に作用するパルス）の直後に交流電圧をオフとし、−２００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１２の一点鎖線）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。

一方、第２ブランクパルスバイアスでは、パルス部は出力画像形成用と同一であるが、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、−２００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１２の一点鎖線）のみを交流波形２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４パルス分の長さとなっている。

本実施形態では、第２ブランクパルスバイアスにおける休止部のインターバルを第１ブランクパルスバイアスよりも長く（ここでは２倍）変更している。このように、第２の設定時に用いる第２ブランクパルスバイアスにおいて、トナーが現像ローラー２３側に引き戻される方向に作用するバイアス（−２００Ｖ）に設定された休止部のインターバルを長くすることで、現像ニップの下流側Ｒ３（図８参照）で浮遊する大粒径トナーを現像ローラー２３側に引き戻す時間が確保される。従って、直流電圧成分Ｖｓｌｖ（ＤＣ）が基準バイアスより大きく、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けが発生し易い条件であっても、それらの発生を効果的に抑制することができる。

一方、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアスでは、休止部のインターバルを短くすることで、現像ローラー２３上に残存するトナー量が減少する。従って、第１の設定では、トナーがチャージアップすることで発生する画像濃度低下や現像ゴースト等の画像品質の低下を効果的に抑制することができる。

図１３は、本発明の第２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である。第１実施形態と同様に、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアス（パルス周期＜０の部分）と、第２の設定時に用いる第２ブランクパルスバイアス（パルス周期＞０の部分）とを示している。

図１３に示すように、第１ブランクパルスバイアスでは、パルス部は、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１３の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１８００Ｖ、デューティ比０．４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＝１１８０Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−６２０Ｖ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、−２００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１３の一点鎖線）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。

一方、第２ブランクパルスバイアスでは、休止部は第１ブランクパルスバイアスと同一であるが、パルス部は、４６０Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１３の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１８００Ｖ、デューティ比０．６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＝１１８０Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−６２０Ｖとなっている。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、第２ブランクパルスバイアスにおけるパルス部のデューティ比が第１ブランクパルスバイアスよりも大きくなるように（ここでは１．５倍）切り替えている。なお、本明細書中において、デューティ比とは、交流波形１パルスに対する飛翔側（トナーと同極性側）バイアスの長さの比率を指すものとする。このように、第２ブランクパルスバイアスにおいて、トナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔する方向に強く作用する設定のパルス部を用いることで、現像ニップの中央部Ｒ２（図８参照）で大粒径トナーと小粒径トナーが入れ替わる確率が増加し、現像ローラー２３上に残存するトナー量が減少するため、トナーのチャージアップに起因する画像濃度低下や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１４は、本発明の第３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である。第１及び第２実施形態と同様に、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアス（パルス周期＜０の部分）と、第２の設定時に用いる第２ブランクパルスバイアス（パルス周期＞０の部分）とを示している。

図１４に示すように、第１ブランクパルスバイアスでは、パルス部は、２００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１４の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１６００Ｖ、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＝１０００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−６００Ｖ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、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１４の一点鎖線）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。

一方、第２ブランクパルスバイアスでは、パルス部は、直流電圧Ｖｄｃを印加せず（０Ｖ、図１４の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１６００Ｖ、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＝８００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−８００Ｖ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、−１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１４の一点鎖線）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、第１ブランクパルスバイアスに対して第２ブランクパルスバイアスを全体的に低電圧側にシフトしている。このように、第２の設定時に用いる第２ブランクパルスバイアスを、トナーが現像ローラー２３側に引き戻される方向に作用するバイアスに設定されたブランクパルスにすることで、現像ニップの下流側Ｒ３（図８参照）で浮遊している大粒径トナーを現像ローラー２３側に引き戻す確率が増加する。従って、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けが発生し易い第２の設定において、それらの不具合を効果的に抑制することができる。

一方、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアスを、トナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔する方向（現像性が向上する方向）に作用するバイアスに設定されたブランクパルスにすることで、現像ローラー２３上の残留トナーの入れ替わりを促進することとなり、トナーのチャージアップが抑制される。

図１５は、本発明の第４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であり、第１の設定時に用いる現像バイアス（パルス周期＜０の部分）と、第２の設定時に用いる現像バイアス（パルス周期＞０の部分）とを示している。本実施形態では、第２の設定時に用いる現像バイアスは第１〜第３実施形態と同様にブランクパルスバイアスであるが、第１の設定時に用いる現像バイアスは休止部がなくパルス部のみで構成されるパルスバイアスである。

図１５に示すように、第１の設定時に用いるパルスバイアスは、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１５の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１６００Ｖ、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＝９００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−７００Ｖとなっている。

一方、第２の設定時に用いるブランクパルスバイアスは、パルス部は、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１５の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１６００Ｖ、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＝９００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−７００Ｖ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、−１００Ｖの直流電圧（図１５の一点鎖線）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、第１の設定時に用いる現像バイアスとして休止部のない通常のパルスバイアスを用い、第２の設定時にブランクパルスバイアスに切り替えている。このように、第２の設定時に用いる現像バイアスを、トナーが現像ローラー２３側に引き戻される方向に作用するバイアスに設定されたブランクパルスバイアスにすることで、現像ニップの下流側Ｒ３（図８参照）で浮遊している大粒径トナーを現像ローラー２３側に引き戻す確率が増加する。従って、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けが発生し易いバイアス設定において、それらの不具合を効果的に抑制することができる。

一方、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けが発生し難い第１の設定では、現像ローラー２３上の残留トナーの入れ替わりが課題となるが、第１の設定時に用いる現像バイアスを、トナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔し易い（現像性が向上する）パルスバイアスにすることで、現像ローラー２３上の残留トナーの入れ替わりを促進する効果が得られる。

図１６は、本発明の第５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である。第１〜第３実施形態と同様に、現像バイアスはブランクパルスバイアスであり、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアス（パルス周期＜０の部分）と、第２の設定時に用いる第２ブランクパルスバイアス（パルス周期＞０の部分）とを示している。

図１６に示すように、第１ブランクパルスバイアスでは、パルス部は、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１６の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１８００Ｖ、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＝１０００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−８００Ｖ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、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１６の破線）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。

一方、第２ブランクパルスバイアスでは、パルス部は、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１６の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１８００Ｖ、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＝１０００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−８００Ｖ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、−１００Ｖの直流電圧（図１６の一点鎖線）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、第２ブランクパルスバイアスのパルス部は第１ブランクパルスバイアスと同一とし、休止部を第１ブランクパルスバイアスよりも低電圧側にシフトしている。このように、第２ブランクパルスバイアスを、トナーが現像ローラー２３側に引き戻される方向に作用するバイアスに設定されたブランクパルスにすることで、現像ニップの下流側Ｒ３（図８参照）で浮遊している大粒径トナーを現像ローラー２３側に引き戻す確率が増加する。従って、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けが発生し易いバイアス設定において、それらの不具合を効果的に抑制することができる。

一方、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアスでは、休止部を第１ブランクパルスバイアスよりも高電圧側（現像性が向上する方向）にシフトすることで、現像ローラー２３上に残存するトナー量が減少する。従って、第１の設定では、トナーがチャージアップすることで発生する画像濃度低下や現像ゴースト等の画像品質の低下を効果的に抑制することができる。

図１７は、本発明の第６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である。第１〜第３、第５実施形態と同様に、現像バイアスはブランクパルスバイアスであり、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアス（パルス周期＜０の部分）と、第２の設定時に用いる第２ブランクパルスバイアス（パルス周期＞０の部分）とを示している。

図１７に示すように、第１ブランクパルスバイアスでは、パルス部は、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１７の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１８００Ｖ、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＝１０００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−８００Ｖとなっている。休止部は、パルス部のプラス側波形（トナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔させる方向に作用するパルス）の直後に交流電圧をオフとし、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１７の破線）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。

一方、第２ブランクパルスバイアスは、パルス部のマイナス側波形の直後に休止部となる波形を用いている以外は第１ブランクパルスバイアスと同一である。

本実施形態では、第１ブランクパルスバイアスとして、パルス部のプラス側波形（トナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔させる方向に作用するパルス）の直後に休止部を連続させたブランクパルスバイアスを用い、第２ブランクパルスバイアスとして、パルス部のマイナス側波形（トナーを現像ローラー２３側に引き戻す方向に作用するパルス）の直後に休止部を連続させたブランクパルスを用いている。このように、第２の設定時に用いる第２ブランクパルスバイアスでは、トナーが現像ローラー２３側に引き戻された直後に休止部となることで、現像ニップ間に浮遊している大粒径トナーが現像ローラー２３側近傍にあるときに引き戻されるため、より効率よく引き戻す確率が増加する。従って、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けが発生し易いバイアス設定において、それらの不具合を効果的に抑制することができる。

一方、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアスでは、トナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に飛翔した直後に休止部となることで、現像ローラー２３上に残存するトナー量が減少する。従って、第１の設定では、トナーがチャージアップすることで発生する画像濃度低下や現像ゴースト等の画像品質の低下を効果的に抑制することができる。

図１８は、本発明の第７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である。第１〜第３、第５、第６実施形態と同様に、現像バイアスはブランクパルスバイアスであり、第１の設定時に用いる第１ブランクパルスバイアス（パルス周期＜０の部分）と、第２の設定時に用いる第２ブランクパルスバイアス（パルス周期＞０の部分）とを示している。

図１８に示すように、第１ブランクパルスバイアスでは、パルス部は、１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１８の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１８００Ｖ、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＝１０００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−８００Ｖとなっている。休止部は、交流電圧をオフとし、−１００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１８の一点鎖線）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。

一方、第２ブランクパルスバイアスでは、パルス部は、３００Ｖの直流電圧Ｖｄｃ（図１８の破線）に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１８００Ｖ、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＝１２００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝−６００Ｖとなっている。休止部は、交流電圧をオフとし、−１００Ｖの直流電圧（図１８の一点鎖線）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、第１ブランクパルスバイアスのパルス部の直流電圧を、第２ブランクパルスバイアスに比べてマイナス側（トナーが現像ローラー２３側に引き戻される方向）に大きくなるように変更している。このように、現像ニップの中央部Ｒ２（図６参照）で現像ニップ内を往復運動しているトナーがより速いスピードで現像ローラー２３に衝突するため、現像ローラー２３上の残留トナーが現像ローラー２３から離脱する確率が増加する。従って、第１の設定では、トナーがチャージアップすることで発生する画像濃度低下や現像ゴースト等の画像品質の低下を効果的に抑制することができる。

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、本発明を、二成分現像剤を用い、磁気ローラー２２上に磁気ブラシを形成し、磁気ローラー２２から現像ローラー２３にトナーのみを移動させ、現像ローラー２３から感光体ドラム１ａ〜１ｄにトナーを飛翔させる非接触現像方式の現像装置３ａ〜３ｄに適用したが、その他、一成分現像剤を用いる現像装置や、磁気ローラー２２を設けず現像ローラー２３のみを設け、現像ローラー２３上に形成される磁気ブラシを感光体ドラム１ａ〜１ｄに接触させる接触現像方式の現像装置にも適用することができる。但し、本発明を非接触現像方式の現像装置３ａ〜３ｄに適用した場合により顕著な効果が得られる。

また、上記各実施形態においては、感光体ドラム１ａ〜１ｄとしてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体を用いているが、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体に代えて、有機（ＯＰＣ）感光体、セレン砒素感光体にも適用することができる。但し、ａ−Ｓｉ感光体は有機感光体に比べて比誘電率が高く、現像γの傾きが大きくなる。そのため、第１の設定（図１２〜図１７のパルス周期＜０）とすることが困難であり、第２の設定（図１２〜図１７のパルス周期＞０）が重要となる。従って、ａ−Ｓｉ感光体を備えた画像形成装置に本発明を適用した場合により顕著な効果が得られる。

また、供給限界現像量が支配的な現像設定とするか、電界中和現像量が支配的な現像設定とするかは、上述したような感光体ドラム１ａ〜１ｄの誘電率によって決定する場合の他、画質モードによって決定しても良い。例えば、写真やグラフィック画像等の出力に用いる高画質モードにおいては、図５のように電界中和現像量が支配的な現像設定とし、文字画像の出力に用いる汎用モードにおいては、図６のように供給限界現像量が支配的な現像設定とすれば良い。

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、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを用い、複数のバイアス設定が可能な現像装置に利用可能である。本発明の利用により、ベタ画像のエッジ部における吸い込みや、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像のエッジ部における白抜けを抑制しつつ、トナーのチャージアップによる画像濃度低下や現像ゴーストの発生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
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 (11)

1. 静電潜像が形成される像担持体に対向して配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体を備え、
   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て印加するパルス部のみから成るパルスバイアス、若しくは、前記パルス部と、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含むブランク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、
   前記トナー担持体上に担持されたトナーを全て前記像担持体側に移動可能な現像バイアスの直流電圧の最小値を基準バイアスとし、
   前記トナー担持体に印加される現像バイアスの直流電圧が前記基準バイアスよりも小さい第１の設定時の現像バイアスとして前記ブランクパルスバイアス若しくは前記パルスバイアスを用い、前記基準バイアスよりも大きい第２の設定時の現像バイアスとして前記ブランクパルスバイアスを用いるとともに、
   前記第１の設定時の現像バイアスとして、前記休止部がトナーを前記像担持体側に移動させる方向に作用する第１ブランクパルスバイアス、若しくは前記パルスバイアスを用い、前記第２の設定時の現像バイアスとして、前記休止部がトナーを前記トナー担持体側に引き戻す方向に作用する第２ブランクパルスバイアスを用いることを特徴とする現像装置。
2. 前記第２ブランクパルスバイアスは、前記第１ブランクパルスバイアスに比べて前記休止部のインターバルが長いことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記第２ブランクパルスバイアスは、前記第１ブランクパルスバイアスに比べて前記休止部の直流電圧をトナーと逆極性側にシフトさせたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記第２ブランクパルスバイアスは、前記第１ブランクパルスバイアスに比べて前記パルス部の直流電圧をトナーと逆極性側にシフトさせたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 静電潜像が形成される像担持体に対向して配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体を備え、
   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て印加するパルス部のみから成るパルスバイアス、若しくは、前記パルス部と、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含むブランク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、
   前記トナー担持体上に担持されたトナーを全て前記像担持体側に移動可能な現像バイアスの直流電圧の最小値を基準バイアスとし、
   前記トナー担持体に印加される現像バイアスの直流電圧が前記基準バイアスよりも小さい第１の設定時の現像バイアスとして前記ブランクパルスバイアス若しくは前記パルスバイアスを用い、前記基準バイアスよりも大きい第２の設定時の現像バイアスとして前記ブランクパルスバイアスを用いるとともに、
   前記第１の設定時の現像バイアスとして、前記パルス部がトナーを前記像担持体側に移動させる方向に作用する第１ブランクパルスバイアス、若しくは前記パルスバイアスを用い、前記第２の設定時の現像バイアスとして、前記パルス部がトナーを前記像担持体側に移動させる作用が前記第１ブランクパルスバイアスよりも強い第２ブランクパルスバイアスを用いることを特徴とする現像装置。
6. 前記第２ブランクパルスバイアスは、前記第１ブランクパルスバイアスに比べて前記パルス部のデューティ比が大きいことを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
7. 前記第２ブランクパルスバイアスは、前記第１ブランクパルスバイアスに比べて前記パルス部の直流電圧をトナーと同極性側にシフトさせたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の現像装置。
8. 静電潜像が形成される像担持体に対向して配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体を備え、
   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て印加するパルス部のみから成るパルスバイアス、若しくは、前記パルス部と、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含むブランク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、
   前記トナー担持体上に担持されたトナーを全て前記像担持体側に移動可能な現像バイアスの直流電圧の最小値を基準バイアスとし、
   前記トナー担持体に印加される現像バイアスの直流電圧が前記基準バイアスよりも小さい第１の設定時の現像バイアスとして前記ブランクパルスバイアス若しくは前記パルスバイアスを用い、前記基準バイアスよりも大きい第２の設定時の現像バイアスとして前記ブランクパルスバイアスを用いるとともに、
   前記第１の設定時に用いる現像バイアスとして、前記パルス部の交流波形のうちトナーを前記像担持体側に移動させる方向に作用する波形の直後に前記休止部が連続する第１ブランクパルスバイアスを用い、前記第２の設定時に用いる現像バイアスとして、前記パルス部の交流波形のうちトナーを前記トナー担持体側に引き戻す方向に作用する波形の直後に前記休止部が連続する第２ブランクパルスバイアスを用いることを特徴とする現像装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。
10. 前記トナー担持体は前記像担持体と所定のギャップをもって配置されており、前記トナー担持体上に担持されたトナーを前記像担持体側に飛翔させる非接触現像方式であることを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記像担持体が、アモルファスシリコン感光体であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の画像形成装置。