JP2008185900A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチダウン現像方式の現像装置を具備する画像形成装置において、トナー飛散を抑制し、回収トナーのストレスを低減することで、トナーの劣化を抑制し、長期に亘って安定した現像特性を維持し、安定した画像を得ることのできる画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】タッチダウン現像方式の現像装置を有する画像形成装置であって、該画像形成装置は、トナー担持体および二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ローラを、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体と前記ハウジング壁の間に配置し、前記トナー回収ローラ内部に前記二成分現像剤担持体の磁性と極性が異なる磁性を、前記二成分現像剤担持体の磁性に対向して配置し、前記トナー回収ローラ内部の磁性は長手方向両端部における磁力が中央部より大きい。
【選択図】図１

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関し、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二成分現像剤を使用し、磁気ブラシを形成し、磁気ブラシにより現像ローラ上にトナー薄層を形成させ、トナー薄層のトナーを静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置において、乾式トナーを用いる現像方式としては、一成分現像方式および二成分現像方式が知られている。
一成分現像方式は、キャリアを含まないため、キャリアおよびトナーから形成される磁気ブラシによって感光体の静電潜像が乱されることがなく、高画質化に適している。しかし、一成分現像方式は、トナーの帯電量を安定して維持することが難しい。また、カラートナーの場合、透過性が求められるため、非磁性トナーである必要がある。そのため、フルカラー画像形成装置においては、トナーを帯電および搬送する媒体としてキャリアを用いる二成分現像方式を採用する場合が多い。

二成分現像方式を用いた画像形成方法として、二成分現像剤を担持する現像剤担持体上に形成された磁気ブラシで、トナー担持体上にトナー薄層を形成させ、トナー担持体上のトナー薄層により静電潜像担持体上の静電潜像を現像して可視化する、所謂タッチダウン現像（ハイブリッド現像ともいわれる。）による画像形成方法が知られている。しかし、この現像方式は二成分現像方式と一成分現像方式を組み合わせており、静電潜像を現像する時のトナーの適正帯電量とトナー薄層を形成する時のトナーの適正帯電量に差があるという問題があり、トナー薄層のトナー量が少なく画像濃度不良が発生したり、または現像に寄与しなかったトナー薄層の剥ぎ取り不良による現像ゴースト等の問題が発生することがあった。

上記のような問題の発生する原因のひとつとして飛散トナーの影響が挙げられる。トナーの飛散は、ハウジング内でトナーを撹拌する際の飛散や、磁気ローラ近傍での飛散など現像装置が主たる発生箇所となる。そして、現像装置で発生した飛散トナーは、静電潜像担持体をはじめ光学系装置や帯電装置、転写装置等を配置した電子写真装置の内部に飛散し、上記したような問題を含め、各種の画像不良、動作不良等を引き起こす。

このような問題を解決するために、特許文献１では、静電潜像担持体に対して離間対向する状態で回転自在に設けられ、現像剤の供給時に飛散する現像剤を表面に付着させて外部への飛散を防止する飛散防止部材と、前記飛散防止部材上に付着した現像剤を掻き落とす掻落手段とを用いてトナー飛散を防止することが提案されている。また、特許文献２では、二成分現像方式において、現像装置のハウジング開口部に回収ローラを設けて飛散トナーを回収し、該回収ローラからトナーを剥ぎ取って現像装置に戻す方式が提案されている。
特開平８−１３７２５６号公報 特開２００５−２４２１９４号公報

しかしながら、特許文献１では、掻落した現像剤はブレードとの接触によりストレスを受け、劣化が促進される。特にタッチダウン現像方式では、選択現像の影響を受けやすい。従って、ブレードで掻き落とすことによるストレスでトナーの外添剤の離脱や埋没などが発生し、帯電特性の変化したトナーが二成分現像剤収容部に戻ることにより、トナー飛散や選択現像の促進、更には画像濃度不良など長期に安定した画像形成が困難となる。また、タッチダウン現像方式では、二成分現像剤のトナー濃度が高く、現像剤の流動性が悪いため、磁気ブラシが二成分現像剤収容部に回収される際に、次々と現像剤が回収されてくるため、押し込まれ圧縮され、同時に空気が行き場を失い、空気と共にトナーが外部に放出されるので、よりトナー飛散が発生しやすい。また、特許文献２では、飛散トナーを回収した回収ローラからトナーを剥ぎ取って現像装置に戻す場合、トナーを戻す経路を別途設ける必要があり、装置が大きくなるデメリットがある他、そこではブレード等でトナーを剥ぎ取るため、トナーの劣化が促進される。
そこで、本発明者らは、上記問題を解決するために、飛散トナーを回収するために回収ローラを磁気ローラに対向して配置すると共に、回収ローラと磁気ローラ間に形成される磁気ブラシにて回収ローラ上に捕集した飛散トナーを磁気ローラに戻すために、磁性部材を回収ローラに内包させることにより、トナー飛散を抑制し、回収トナーのストレスを低減できることを見出した。更に、効率よく回収ローラ上に捕集した飛散トナーを磁気ローラに戻すために、回収ローラ内部で磁気ローラと対向する側に磁性部材を配置することで、回収ローラと磁気ローラ間に磁気ブラシがブリッジを形成し、効率よく回収できる手段を見出した。しかしながら、回収力をアップするために、トナー回収ローラ内部の磁気ローラとの対向位置にマグネットを配置した場合、その両端部はフランジの挿入幅があり磁性部材を磁気ブラシの存在する両端部まで配置できない問題があった。そして、トナー飛散はトナー回収ローラ内部の磁気ローラとの対向位置に磁性部材を配置できない両端にも発生し、その部分の飛散トナーもトナー回収ローラにより回収される。しかしながら、その部分の磁気ブラシはトナー回収ローラ内部に配置にされた磁性部材によりブリッジを形成しており、端部に本来接触しているはずの磁気ブラシがブリッジ形成に引っ張られる形で、回収ローラ両端部分に接触する磁気ブラシの存在量が少なくなって、回収性が低下してしまい、トナー回収ローラ上に蓄積してしまうといった問題があった。
更にタッチダウン現像方式において、ドラム線速が１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上であるような高速機では飛散トナーの回収が一層困難となる。ちなみに、目安としてドラム線速１８０ｍｍ／ｓｅｃはＡ４横で約４０枚／分、２５０ｍｍ／ｓｅｃで約５０枚／分、３４０ｍｍ／ｓｅｃで約６０枚／分である。
本発明の課題は、タッチダウン現像方式の現像装置を具備する画像形成装置において、トナー飛散を抑制すると共に、磁気ブラシにてトナー回収ローラの両端部表面に蓄積する飛散トナーを磁気ローラ側に回収し、この回収されるトナーのストレスを低減することで、トナーの劣化を抑制し、長期に亘って安定した現像特性を維持し、安定した画像を得ることのできる画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するための画像形成装置は、以下の構成を有する。
（１）内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体とをハウジング内に少なくとも備え、前記トナー担持体および／または前記二成分現像剤担持体に現像バイアスを印加して、静電潜像担持体表面に形成された静電潜像の現像を行う画像形成装置であって、前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ローラを、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体と前記ハウジング壁の間に配置し、前記トナー回収ローラ内部に前記二成分現像剤担持体の磁性部材と極性が異なる磁性部材を、前記二成分現像剤担持体の磁性部材に対向して配置し、前記トナー回収ローラ内部の磁性部材は長手方向両端部における磁力が中央部より大きいことを特徴とする画像形成装置。
（２）前記トナー回収ローラ内部の磁性部材は、その長手方向両端部から１〜１５ｍｍ幅の部分における磁力が中央部より大きいことを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
（３）前記トナー回収ローラ内部の磁性部材は、その長手方向両端部における磁力が中央部に対して１．０１〜２．０倍であることを特徴とする（１）または（２）に記載の画像形成装置。
（４）前記トナー回収ローラに、前記飛散トナーを回収するためのバイアス電圧を印加するバイアス手段を設けたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の画像形成装置。
（５）前記静電潜像担持体の周速が１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の画像形成装置。

本発明によれば、トナー担持体や二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ローラを前記二成分現像剤担持体に対向して配置するので、分子間力や静電引力等により前記飛散トナーを前記トナー回収ローラ表面に付着させることができる。
また、前記トナー回収ローラ内部に前記二成分現像剤担持体の磁性部材と極性が異なる磁性部材を前記二成分現像剤担持体の磁性部材に対向して配置するので、トナー回収ローラと前記二成分現像剤担持体間に形成される磁気ブラシにより前記飛散トナーのハウジング外への流出を防ぐと共に、トナー回収ローラ表面に付着した前記飛散トナーを前記磁気ブラシにて効率よく前記二成分現像剤担持体に戻すことができる。
そして、前記トナー回収ローラ内部の磁性部材の長手方向両端部における磁力を中央部より大きくしたので、前記両端部での磁気ブラシによる剥ぎ取り能力が高まり、該磁気ブラシにて前記両端部に蓄積した捕集トナーを効果的に磁気ローラに戻すことができる。その結果、トナー飛散を抑制できると共に、トナーの劣化を抑制し、長期間安定した画像品質が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るタッチダウン現像方式の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。図２は図１の現像手段の一部を示す概略構成図である。

（画像形成装置）
本発明の画像形成装置は、磁性キャリア４とトナー５からなる二成分現像剤を用いて感光体３（静電潜像担持体）上に形成された静電潜像を現像する、所謂タッチダウン現像方式による画像形成装置である。図１に示すように、該画像形成装置は、前記感光体３を備え、この感光体３の周囲には帯電手段８、露光手段１６、現像手段１８、転写手段２２およびクリーニング手段２４等が配置されている。

前記画像形成装置による画像形成は以下のようにして行われる。即ち、前記感光体３の表面が帯電手段８により均一に帯電され、この帯電された表面を露光手段１６により露光して静電潜像が形成される。得られた静電潜像には現像手段１８からトナー５を付着させることによりトナー像として現像される。このトナー像は一次転写手段としての一次転写ローラ２２によって、中間転写ベルト２０上に感光体３から転写される。そして、複数色のトナー像を中間転写ベルト２０上に重ねて転写した後、二次転写手段としての二次転写ローラ２５により、給紙カセット２７から二次転写位置に搬送された被転写体にトナー像を転写する。この被転写体は定着手段としての定着ローラ２６に搬送されて、ここでトナー像が被転写体上に定着された後、例えば、排紙トレー（不図示）に排紙される。転写後に感光体３表面に残った未現像のトナーはクリーニング手段２４により除去される。

感光体３としては、セレン、アモルファスシリコン等の無機感光体、導電性基体上に電荷発生剤、電荷輸送剤、結着樹脂等を含有する単層または積層の感光層が形成された有機感光体（ＯＰＣ）等が挙げられる。帯電手段８としては、スコロトロン方式、帯電ローラ、帯電ブラシ等が挙げられる。露光手段１６は、露光光としてＬＥＤまたは半導体レーザー等が挙げられる。また、クリーニング手段２４としては例えばドクターブレード式等が、また転写手段２２としては転写ローラ等が挙げられ、それぞれ公知のものを用いることができる。

現像手段１８は、図２および図６に示すように、内部のローラ軸Ｒ１に複数の磁性部材Ｍ１，Ｍ１１が固定して配設され、該磁性部材Ｍ１，Ｍ１１の外周部を回転するスリーブ状の磁気ローラ１（二成分現像剤担持体）と、内部のローラ軸Ｒ２に前記磁気ローラ１とは異極の磁性部材Ｍ２が固定して配設され、該磁性部材Ｍ２の外周部を回転するスリーブ状の現像ローラ２（トナー担持体）と、前記磁気ローラ１と前記現像ローラ２の互いに異なる磁極の磁力により磁界が形成され、この磁界により磁気ローラ１上に形成された磁気ブラシ６の高さを一定に保つための規制ブレード７と、飛散トナーを回収するためのトナー回収ローラ１４（以下、回収ローラともいう。）とから構成されている。さらに、磁気ローラ１に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源１１ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ１）バイアス電源１１ｂと、現像ローラ２に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源１２ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ２）バイアス電源１２ｂとを備えている。また、トナー回収ローラ１４へ直流（ＤＣ：Ｖｄｃ３）バイアスを印加する電源１３を備えてもよい。

また、本発明の画像形成装置は、トナー５が収納されたトナーコンテナ(不図示)と、該トナーコンテナから二成分現像剤を収容する二成分現像剤収容部４５に供給されたトナー５を、キャリア４とともに攪拌し帯電させる攪拌スクリュー４０と攪拌スクリュー４４を有し、仕切板４２の両端部で連通し、その一端側を通って攪拌スクリュー４０から攪拌スクリュー４４に供給された二成分現像剤を磁気ローラ１へ供給し、攪拌スクリュー４４は前記一端とは他端側から攪拌スクリュー４０側へと二成分現像剤を循環してなる、磁気ローラ１、現像ローラ２、攪拌スクリュー４０および攪拌スクリュー４４が収納されたハウジング４６とを備えている。

なお、本発明の画像形成装置は、図７に示すように、４つの感光体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが中間転写ベルト２０上に配列されたタンデム式（間接転写タンデム方式）のカラー画像形成装置に好適に用いることができる。そこでは、上記した現像手段１８を用いて、マゼンタ、シアン、イエローおよびブラックの各トナーをそれぞれ収容した現像装置１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄにより前記感光体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ上の静電潜像が可視像化されトナー像がそれぞれ形成される。そして中間転写ベルト２０の表面に、前記感光体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ上に可視像化されたトナー像が、上流側の感光体３Ａから順に転写される。この中間転写ベルト２０上に転写されたフルカラー画像は、給紙カセット２７から搬送されてきた被転写体に二次転写ローラ２５により転写され、次いで定着ローラ２６で定着された後、この被転写体が排出される。

ここで、前記飛散トナーは、その発生源として、主として磁気ローラ１上の二成分現像剤が二成分現像剤収容部４５に回収される際、磁気ブラシ６が圧縮されることにより、磁気ブラシ６間の空気が二成分現像剤収容部４５に入りこめずにはね返されるため、二成分現像剤回収部４５から空気と共にトナー５も噴出し発生する。タッチダウン現像方式では、磁気ローラ１が現像ローラ２との最近接位置付近で、現像ローラ２上にトナー５を供給してトナー薄層９を形成すると共に、静電潜像の現像に寄与しなかった現像ローラ２上の未現像トナーを引き剥がして回収しており、この未現像トナーはキャリア４との付着性が小さく（トナー薄層形成時の二成分現像剤中のトナーとキャリアの付着力に比べて）、またタッチダウン現像方式では二成分現像剤中のトナー濃度を通常の二成分現像方式に比べ高く保っているため、二成分現像剤の流動性が低く、磁気ブラシ６間の空気が二成分現像剤収容部４５により入り込みにくい構成となっているので、トナー飛散が発生しやすい。そして、飛散トナーは各種の画像不良、動作不良等を引き起こし、特に現像ローラ２の表面に付着し、引き剥がし不良によるゴースト現象が発生しやすくなり、良好な画像形成を妨げる要因のひとつとなっていた。

(トナー回収ローラ)
本発明に係るトナー回収ローラ１４は、前記飛散トナーを捕集し、それを磁気ローラ１に戻すためのものであり、図１に示すように、感光体３、現像ローラ２、磁気ローラ１、および撹拌ミキサー４０、４４の配置構成において、前記磁気ローラ１と前記現像ローラ２の最近接位置よりも前記磁気ローラ１の回転方向下流側で、磁気ローラ１とハウジング４６壁との隙間を塞ぐようにして磁気ローラ１に対向して配設される。

上記構成とすることにより、前記現像ローラ２と前記磁気ローラ１の近傍に浮遊する飛散トナーや前記磁気ローラ１の下部側の隙間を通して図１中の矢印方向Ａに移動して前記画像形成装置内に飛散する飛散トナーを分子間力や静電引力等によりトナー回収ローラ１４表面に付着させることができる。

前記トナー回収ローラ１４は、その内部に前記磁気ローラ１の磁性部材Ｍ１と極性が異なる磁性部材Ｍ３を、前記磁気ローラ１の磁性部材Ｍ１に対向して配置される。図３（ａ）に示すように、磁気ローラ１の磁性部材Ｍ１は、現像ローラ１との間に形成される磁気ブラシ６層が長手方向に均一な厚さになるよう、その端部Ｈ１の一部を切除して端部Ｈ１での磁力が高くなるのを抑え、長手方向の磁力分布が略平行になるようにしている。これに対して、回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３は、図３（ｂ）および図４に示すように、長手方向（軸方向）両端部Ｈ３の磁力を中央部より大きくする。好ましくは、前記磁性部材Ｍ３の両端部Ｈ３の磁力を中央部の磁力に比べて１．０１〜２．０倍、好ましくは１．２〜１．７倍とするのがよい。端部Ｈ３の磁力を中央部より大きくしない場合、図５（ａ）に示すように、回収ローラ１４と磁気ローラ１間に形成される磁気ブラシ６のブリッジがフランジ部Ｆには形成されないため、フランジ部Ｆに捕集された飛散トナーは磁気ローラ１に回収されない。また、回収ローラ１４に磁性部材Ｍ３を配置しない場合は、図５（ｃ）に示すように、磁気ブラシ６の穂だちは弱く、磁気ブラシ６により捕集トナーを十分掻き取ることができない。これに対して、前記両端部Ｈ３の磁力を中央部の磁力に比べて高くすることにより、エッジ部分に磁力集中させると共に、エッジ部分外側にも磁界の影響を及ぼすことができるので、図５（ｂ）に示すように、磁気ブラシ６がフランジ部Ｆまで形成される。その結果、エッジ部分外側に付着・捕集した飛散トナーを掻き取る能力が前記エッジ部分外側で向上する。トナー回収ローラ１４は主に磁気ローラ１のエッジ部分から飛散するトナーを回収するのでエッジ部分、すなわちトナー回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３が配置できない両端部Ｈ３の剥ぎ取り能力が必要となる。この場合、前記両端部Ｈ３の磁力が中央部の磁力に比べて１．０１倍よりも小さい場合には、エッジ部分外側に対する剥ぎ取り効果が極めて小さい。一方、２．０倍を超えるとエッジ部分の磁気ブラシによるブリッジが強固になり、回収ローラ１４のトルクが大きくなり過ぎるので好ましくない。

また、前記磁性部材Ｍ３の中央部に対して両端部Ｈ３の磁力の強い範囲は、前記磁性部材Ｍ３長手方向両端部Ｈ３からの幅が１〜１５ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍである。１ｍｍ未満では強い磁力部分が狭いため端部Ｈ３の外側、すなわちフランジ圧入部分の幅に付着した飛散トナーの引き剥がしが困難である。一方、１５ｍｍより大きいとストレスが増すと共に両端部Ｈ３から外側に対する磁力の影響が弱まるため、好ましくない。
なお、前記磁性部材Ｍ３の端部Ｈ３は、該両方が磁力および幅において略同じであるのがよい。

前記トナー回収ローラ１４は、図６に示すように、内部に磁性部材Ｍ３が配設され、該磁性部材Ｍ３の外周部を回転するスリーブからなる。前記磁性部材Ｍ３は、前記回収ローラ１４内のローラ軸Ｒ３に設けられ、周方向の所定の角度で回転不能に固定して支持されている。回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３の位置は、磁気ローラ１の中心と回収ローラ１４の中心を結んだ線Ｃに対し、回収ローラ１４の回転方向の上流側に配置するのがよい。図６に示すように、その角度αは１〜６°、好ましくは５°程度上流側に配置する。一方、磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１は前記中心を結んだ線Ｃに対して磁気ローラ１の回転方向の上流側に配置するのがよく、図６に示すように、その角度βは１〜６°、好ましくは５°程度上流側に配置する。このとき、回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３と磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１とは、それぞれの半径方向先端部の極性が互いに異なるように対向して配置する。例えば図６に示す例では、回収ローラ１４の前記磁性部材Ｍ３はＮ極であり、磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１はＳ極である。

前記回収ローラ１４の周方向の回転方向は、１０〜１００ｍｍ／ｓｅｃがよく、好ましくは２０〜７０ｍｍ／ｓｅｃである。前記回収ローラ１４の周速が１０ｍｍ／ｓｅｃ未満であると、回転数が少なく飛散トナーの回収量が好ましくない。また、１００ｍｍ／ｓｅｃを超えると飛散トナーの回収性が低下すると共に、磁気ブラシ６による付着トナーの剥離の際に再び飛散してしまうおそれがあるので好ましくない。更に、前記磁気ローラ１上に担持されている磁気ブラシ６からキャリア４を引いてしまうおそれがあるので好ましくない。

前記回収ローラ１４の回転スリーブの材質は、アルミニウム、ステンレススチール等の金属を用いることができる。飛散トナーの付着性および電気絶縁性の観点から、アルマイト処理をしたアルミニウムであるのが好ましい。また、前記磁性部材Ｍ３としては、磁力を発生する材料であれば特に限定されるものでないが、好ましくは磁石であるのがよく、例えば加工が容易なラバーマグネットなどが好適である。

回収ローラ１４に磁性部材Ｍ３を配置して磁気ローラ１の磁極Ｍ１との位置関係を上記のように設定することで、磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１（Ｓ極）に対向して磁極の異なった回収ローラ１４磁極Ｍ３（Ｎ極）が存在することになるので、回収ローラ１４と磁気ローラ１が最近接する位置よりも上流側で、磁気ローラ１と回収ローラ１４との間に磁界が形成され、磁気ブラシ６の層ができる。そして、この磁気ブラシ６は回収ローラ１４と磁気ローラ１間で、前記α＝β＝０の時の場合に比べて、磁気ローラ１回転方向下流側に傾いて形成されるので、回収ローラ１４上の付着トナーは前記磁気ブラシ６により機械的な力で剥がされた後、磁気ローラ１の回転方向下流側に搬送されやすくなる。その結果、回収トナーが滞留することなく、効率的に磁気ローラ１側に回収される。さらに、回収ローラ１４と磁気ローラ１間に磁気ブラシ６の層ができることで、磁気ローラ１の前記攪拌スクリュー４４側から現像ローラ２側へと飛散する飛散トナーの行き場を塞ぐ効果も果たし、この飛散トナーも同時に捕集して磁気ローラ１側に戻すことができる。
また、前記回収ローラ１４と磁気ローラ１とがその対向位置で周方向の回転を互いに同一の方向にしたことで、回収トナーに加えられるストレスが低減し、回収されるトナーの劣化を防止できる。

また、前記回収ローラ１４と磁気ローラ１とがその対向位置で周方向の回転を互いに同一の方向にしたことで、回収トナーに加えられるストレスが低減し、回収されるトナーの劣化を防止できる。

前記回収ローラ１４に配置される磁性部材Ｍ３の半径方向における回収ローラ１４表面上での磁力（表面磁束密度）は中央部が３０〜７０ｍＴ、好ましくは４０〜６０ｍＴであり、端部Ｈ３が４０〜８０ｍＴ、好ましくは５０〜７０ｍＴである。このとき、磁気ローラ１の主極Ｍ１１は７０〜１００ｍＴ、好ましくは８０〜１００ｍＴである。そして、引き込み極Ｍ１の半径方向における磁気ローラ１表面上での磁力（表面磁束密度）は、前記回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３よりも大きく、且つ前記磁気ローラ１の主極Ｍ１１より小さく、６０〜９０ｍＴ、好ましくは７０〜９０ｍＴである。

前記回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３の磁力を前記磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１の磁力よりも小さくすることで、多くのキャリア４を磁気ローラ１側に引き込み、それに伴って回収ローラ１４上のトナー５が磁気ローラ１に効率よく回収されると共に、磁気ローラ１上のキャリア４が回収ローラ１４側に取られることもない。

前記トナー回収ローラ１４は、前記飛散トナーを捕集するために、直流バイアス電圧(ＤＣ：Ｖｄｃ３)を印加するバイアス手段１３を設けてもよい。該バイアス手段により、使用するトナーの帯電極性に応じて前記トナー回収ローラに印加するバイアス電圧Ｖｄｃ３が、前記磁気ローラ１に印加する直流バイアス電圧Ｖｄｃ１より低いか、または高い電圧が印加される。例えば、トナー５に正帯電トナーを用いた場合、前記直流バイアス電圧Ｖｄｃ３は、回収ローラ１４の電位を磁気ローラ１の電位よりも低くなるように印加する。これにより、磁気ローラ１近傍の正帯電した飛散トナーは磁気ローラ１より電位の低い回収ローラ１４に静電気的に引かれ、該回収ローラ１４の表面に付着し、捕集される。逆に、負帯電トナーを用いた場合は、回収ローラ１４の電位が高くなるよう前記電圧を印加すればよい。

（現像方法）
図２に本発明にかかる現像手段の一部を模式的に示す。以下に、現像方法について説明する。
磁気ローラ１に内包されている固定マグネットで磁気的に拘束されているキャリア４（磁性体粒子）と、その表面と帯電保持しているトナー５とからなる磁気ブラシ６が、磁気ローラ１表面を回動し現像ローラ２へ搬送される。磁気ローラ１の表面はブラスト処理や溝加工を施したものを用いることで磁気ブラシ６の搬送をよりスムーズに行える。
なお、前記トナー５は、正および負の帯電極性を有したトナーのいずれも用いることができるが、以下では正帯電極性のトナーを用いた。

図２に示すように、現像ローラ２には直流電圧（ＤＣ：Ｖｄｃ２）１２ｂに交流電圧（ＡＣ）１２ａを重畳させた現像バイアス電圧１２が印加され、磁気ローラ１には直流電圧（ＤＣ：Ｖｄｃ１）１１ｂに交流電圧（ＡＣ）１１ａを重畳させた現像バイアス電圧１１が印加される。そして、磁気ローラ１上には前記磁気ブラシ６が形成され、磁気ローラ１上の磁気ブラシ６は規制ブレード７によって層規制されて、磁気ローラ１と現像ローラ２との間の電位差によって、搬送された磁気ブラシ６の帯電しているトナー５のみが現像ローラ２に移動しトナー層９を形成する。そして、現像ローラ２上のトナー層９によって感光体３上の静電潜像が現像される。なお、前記直流電圧Ｖｄｃは、面積中心電圧であり、ＤＵＴＹ比を変化させた際変化する。本発明において、ＤＵＴＹ比は矩形波の交流電圧１周期分において、正極性側に印加される継続時間Ｔ１、負極性側に印加される継続時間Ｔ２とするとＤＵＴＹ比（％）＝[Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）]×１００で表される。このとき正極性側性に立ち上がる波形と負極性側に立ち上がる波形の面積が互いに等しくなる電圧を面積中心電圧と言う。必要に応じて直流電圧を重畳してもよく、直流電圧を重畳した場合はＶｄｃ＝直流電圧＋免疫中心電圧となる。交流を印加しない場合のＶｄｃは単なる直流電圧である。

感光体３上の前記静電潜像は、感光体３の表面に帯電手段８により＋２５０〜８００Ｖに帯電したところへ、露光手段１６を用いて形成することができる。ＯＰＣ感光体を用いると、全露光で＋７０〜２２０Ｖが得られ、アモルファスシリコン感光体では１０〜５０Ｖの露光後電位が得られる。露光には、半導体レーザーおよびＬＥＤのどちらも用いることができる。

上述のようにして現像が行われた後、残留トナー層を有する現像ローラ２はその対向位置において現像剤層を有する磁気ローラ１と最接近し、この対向位置で磁気ブラシ６による機械的な力によって、現像ローラ２上のトナー層９が掻き取られる。それと同時に、磁気ローラ１と現像ローラ２との間に形成される電位差（つまり、電界）に応じて磁気ローラ１上の現像剤層からトナー５が現像ローラ２側に供給されることになる。

現像時、バイアス条件は、磁気ローラ１に＋３００〜５００Ｖを、現像ローラ２に＋１００Ｖを印加するのがよい。薄層形成の電位差としては、２００〜４００Ｖが適正でトナー５の帯電量とのバランスで調整すればよい。フィードバック制御等を用いることで、トナー薄層９の層厚をある程度一定にすることが可能である。

トナー回収ローラ１４にバイアス電圧を印加するバイアス電源１３を用いる場合、回収ローラ印加電圧（Ｖｄｃ３）は、正帯電したトナー５ではそれを磁気ローラ１に移動させて回収するには、磁気ローラ１よりも回収ローラ１４の方の電位を高めに印加するのが好ましい。しかしその場合、前記トナー５は、磁気ローラ１の電位より低い電位の現像ローラ２に吸引されてしまうおそれがあるので、回収ローラ１４の電位は、現像ローラ２と磁気ローラ１の電位の間であるのがよく、且つその電位差が＋５０〜１５０Ｖであるのがよい。

交流条件は、磁気ローラ１に現像ローラ２と同周期で逆位相のＶ_P-P（ピーク交流バイアス）＝０．１〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝６０〜８０％を、現像ローラ２にはＶ_P-P＝１．０〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝２０〜４０％が好ましい。Ｖ_P-Pを高めると薄層形成がより瞬時に行われるが、反面耐リーク性が弱くなりノイズの発生原因になる。これらの点については、磁気ローラ１や現像ローラ２の表面にアルマイト処理等で絶縁性を高めることはマージンが広がるので好ましい。周波数については、トナー５の帯電量で調整すればよい。

トナー５は、上述したように、正および負の帯電極性を有したトナーのいずれも用いることができる。好ましくは正帯電極性のトナーである。その体積平均粒子径は４．０〜７．５μｍであるのがよい。４．０μｍ未満では非静電的な付着力の影響が大きくなり現像性、回収性が低下し、７．５μｍより大きいと画質の滑らかさなど高画質な画像が得られにくい。また、トナー５の帯電量は１０〜３０μＣ／ｇ程度が好ましい。これよりも低い帯電量では、磁気ブラシ６からトナー５が舞って周辺を汚してしまい、またこれよりも高いと薄層形成が弱くなる。

キャリア４は、公知のものを用いることができるが、好ましくはフェライトのコアを用いて表面に樹脂のコーティングを施したものを用いるのがよい。また、キャリア粒径（重量平均粒径）は２５〜５０μｍのものを用いるのが好ましい。２５μｍ未満であると磁力による保持力が弱まるため、キャリア飛び等が発生し、５０μｍを超えると、磁気ブラシの密さが適度でなく、またトナー薄層の形成が滑らかではなく、比表面積が小さいためトナーの回収性も低下する。さらにキャリア４の飽和磁化は３５〜９０ｅｍｕ／ｇのものが好ましい。飽和磁化が３５ｅｍｕ／ｇより低いと顕著にキャリア４飛びが悪くなり、９０ｅｍｕ／ｇより高いと磁気ブラシ６が疎になり均一な薄層形成が出来なくなる。

磁気ローラ１と現像ローラ２のギャップは２００〜６００μｍ、好ましくは３００〜４００μｍである。ギャップは薄層形成を瞬時に行うために最も効果的な因子である。その幅が広いとその効率が低下し、現像ゴースト等の問題が生じる。また狭いとブレードギャップを通過する磁気ブラシ６がギャップを通過できずにトナー薄層９を乱してしまう等の問題が生じる。

また、磁気ローラ１とトナー回収ローラ１４のギャップは、磁気ブラシ６が回収ローラ１４に接触する程度の間隔であり、磁気ローラ１と現像ローラ２のギャップよりも小さくするのがよく、１５０〜５００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍである。

磁気ローラ１と回収ローラ１４間との距離を磁気ローラ１と現像ローラ２の間の距離以下とすることで磁気ローラ１周辺から発生する飛散トナーが現像ローラ２側へ飛散していくのを防止することが可能となる。なお、磁気ローラ１と回収ローラ１４とのギャップを狭めると、リークが発生するので、このリークを抑えるために回収ローラ１４の表面にアルマイト処理等で絶縁性を高め、抵抗を持たせることが必要となる。その場合、回収ローラ１４表面の電気抵抗率は、１０⁷〜１０¹²Ω・ｍであるのがよい。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

以下に示す仕様により、図１に示す本発明の画像形成装置を作製した。感光体３、現像ローラ２、磁気ローラ１および回収ローラ１４の各スリーブの径は、それぞれ３０ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍおよび１０ｍｍで、それぞれアルミニウムを使用した。
また、各ドラムの周速は下記の通りである。
感光体３：３００ｍｍ／ｓｅｃ
現像ローラ２：４５０ｍｍ／ｓｅｃ
磁気ローラ１：６７５ｍｍ／ｓｅｃ
回収ローラ１４：３０ｍｍ／ｓｅｃ

回収ローラ１４に磁性部材を配置する場合については、回収ローラ１４の磁極位置をα＝５°、磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１の位置をβ＝５°になるよう配置した。そして、各磁性部材の半径方向における各ローラ表面での磁力は下記に示すとおりである。
現像ローラ２のＳ極Ｍ２：４０ｍＴ
磁気ローラ１の主極Ｍ１１（Ｎ極）：９０ｍＴ
磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１（Ｓ極）：８０ｍＴ
回収ローラ１４のＮ極Ｍ３：（中央部）４０ｍＴ、（端部）５５ｍＴ、両端部Ｈ３の幅１０ｍｍ
なお、磁力測定は、テスラメータＧＸ-１００（日本電磁測器（株）社製）を用いて、回収ローラ１４および磁気ローラ１の表面上の磁力を測定した。

上記で作製した画像形成装置を用いて下記に示す作像時の条件により、画像形成を実施した。
感光体表面電位：＋３１０Ｖ
現像剤中のトナーのＱ／ｍ：２０μＣ／ｇ
トナー粒径（体積平均粒子径）：６．７μｍ
キャリア粒径（重量平均粒子径）：４５μｍ
磁気ローラと現像ローラ間距離：３５０μｍ
磁気ローラと回収ローラ間距離：２５０μｍ
現像ローラ印加電圧：Ｖｄｃ２＝１００Ｖ、Ｖ_P-P＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝３０％
磁気ローラ印加電圧：Ｖｄｃ１＝３００Ｖ、現像ローラと同周期で逆位相のＶ_P-P＝３００Ｖ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝７０％
回収ローラ印加電圧：Ｖｄｃ３＝２００Ｖ[ただし、直流電圧（ＤＣ）成分のみ印加］

飛散トナーを回収するトナー回収ローラを磁気ローラと対向して配置し、前記トナー回収ローラの内部に磁性部材を配置した画像形成装置を用いて、上記に示した条件により画像形成を行ったところ、飛散トナーを抑制すると共に、回収ローラの端部に蓄積する飛散トナーを効率よく磁気ローラに戻すことができ、トナーの劣化を抑制し、安定して良好な画像形成が行われることがわかった。

本発明の一実施形態に係るタッチダウン現像方式の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。 図１の現像手段の一部を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態における磁気ローラおよび回収ローラそれぞれの長手方向端部での磁力分布の一例を示した図である。 本発明の一実施形態における回収ローラの磁力分布の一例を示した図である。 （ａ）トナー回収ローラに長手方向における磁力が均一な磁性部材を配置した場合、（ｂ）トナー回収ローラに長手方向両端部における磁力が中央部より大きい磁性部材を配置した場合、（ｃ）トナー回収ローラに磁性部材を配置しない場合、のそれぞれにおける磁気ブラシの状態を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る磁性部材の配置を説明するためのトナー回収ローラおよび磁気ローラの説明図である。 図１に示す現像手段を用いたタンデム式カラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 二成分現像剤担持体（磁気ローラ）
２ トナー担持体（現像ローラ）
３ 静電潜像担持体（感光体）
４ キャリア
５ トナー
６ 磁気ブラシ
７ 規制ブレード
８ 帯電手段
９ トナー薄層
１１ａ 交流電源
１１ｂ 直流電源
１２ａ 交流電源
１２ｂ 直流電源
１３ 直流電源
１４ トナー回収ローラ
１６ 露光手段
２２ 一次転写手段
２４ クリーニング手段
２５ 二次転写手段
２６ 定着手段

Claims (5)

1. 内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体とをハウジング内に少なくとも備え、前記トナー担持体および／または前記二成分現像剤担持体に現像バイアスを印加して、静電潜像担持体表面に形成された静電潜像の現像を行う画像形成装置であって、
   前記トナー担持体および前記二成分現像剤担持体の近傍に浮遊する飛散トナーを回収するトナー回収ローラを、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体の最近接位置よりも前記二成分現像剤担持体の回転方向下流側で、且つ前記二成分現像剤担持体と前記ハウジング壁の間に配置し、
   前記トナー回収ローラ内部に前記二成分現像剤担持体の磁性部材と極性が異なる磁性部材を、前記二成分現像剤担持体の磁性部材に対向して配置し、
   前記トナー回収ローラ内部の磁性部材は長手方向両端部における磁力が中央部より大きいことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー回収ローラ内部の磁性部材は、その長手方向両端部から１〜１５ｍｍ幅の部分における磁力が中央部より大きいことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナー回収ローラ内部の磁性部材は、その長手方向両端部における磁力が中央部に対して１．０１〜２．０倍であることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記トナー回収ローラに、前記飛散トナーを回収するためのバイアス電圧を印加するバイアス手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記静電潜像担持体の周速が１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。

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