JP2008191179A - 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、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。
【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は、トナー担持体２および二成分現像剤担持体１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１４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ハウジング壁の間に配置し、前記二成分現像剤担持体に印加する現像バイアスのうち交流バイアス電圧のＤＵＴＹ比が５０％以下の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対してｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数であり、且つ１５ｋＨｚ以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加する。
【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。
このため、例えば特許文献１では、現像ローラに直流バイアスを重畳させたデューティ（ＤＵＴＹ）比１０〜５０％の交流バイアスを印加して現像ゴースト、選択現像性を抑制する手段等が提供されている。しかしながら、特許文献１では、上述したように、薄層形成時と現像時の最適なトナー帯電量が異なっているため、その対策は不十分な場合があった。

一方、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２では、静電潜像担持体上に形成される潜像を現像手段により現像剤を用いて現像する際に飛散する現像剤を回収するために、前記現像手段近傍に配置した回収ローラにバイアス電圧を印加して回収する方法が提案されている。
特開２００３−２８０３５７号公報 特開平１１−１７４７９２号公報

しかしながら、特許文献２では、回収ローラに印加するバイアス電圧について、ピーク交流バイアス電圧Ｖｐｐは記載されているが、その波形や周波数等に関する記載がない。交流バイアス電圧の波形や周波数は回収ローラに飛散トナーを回収する上で重要であり、最適化する必要がある。
更にタッチダウン現像方式においては、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。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、以下に示す構成の画像形成装置とすることにより、トナー飛散を抑制すると共に、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ことを見出して、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の画像形成装置は、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、前記二成分現像剤担持体に印加する前記現像バイアスのうち交流バイアス電圧のＤＵＴＹ比が５０％以下の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対してｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数であり、且つ１５ｋＨｚ以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加することを特徴とする画像形成装置。
（２）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、前記二成分現像剤担持体に印加する前記現像バイアスのうち交流バイアス電圧のＤＵＴＹ比が５０％以上の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して１／ｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数であり、且つ１５ｋＨｚ以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加することを特徴とする画像形成装置。
（３）前記トナー回収ローラの周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して２〜４倍の周波数であることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
（４）前記トナー回収ローラの周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して１／２〜１／４倍の周波数であることを特徴とする（２）に記載の画像形成装置。
（５）前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数は３．５ｋＨｚ以下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。
（６）前記二成分現像剤担持体と前記トナー回収ローラ間は、前記二成分現像剤担持体上に形成された磁気ブラシが少なくとも互いの最近接位置で接触する距離であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の画像形成装置。
（７）前記トナー回収ローラは、前記二成分現像剤担持体より小さな周速で回転することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の画像形成装置。
（８）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）〜（７）のいずれかに記載の画像形成装置。

本発明によれば、飛散トナーを回収するトナー回収ローラを二成分現像剤担持体と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ハウジング壁の間に配置するので、飛散トナーを前記トナー回収ローラに付着させて捕集することができる。
そして、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアス電圧のＤＵＴＹ比が５０％以下の場合には、前記トナー回収ローラに前記二成分現像剤担持体の周波数に対してｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数で、且つ１５ｋＨｚ以下の交流バイアス電圧を印加するので、回収ローラ上に捕集したトナーを大きく振動させて、磁気ローラへ容易に戻すことができる。その結果、トナー飛散を抑制でき、長期間安定した画像品質が得られる。
また、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアス電圧のＤＵＴＹ比が５０％以上の場合には、前記トナー回収ローラに前記二成分現像剤担持体の周波数に対して１／ｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数で、且つ１５ｋＨｚ以下の交流バイアス電圧を印加することにより、上記と同様の効果が得られる。

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磁気ローラ１上に担持された二成分現像剤により現像ローラ２上にトナー薄層９を形成し、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、一次転写手段２２、二次転写手段２５、定着手段２６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挙げられ、それぞれ公知のものを用いることができる。

図２に示すように、現像手段１８は、内部に複数の磁性部材が固定して配設され、該磁性部材の外周部を回転するスリーブ状の磁気ローラ１と、内部に前記磁気ローラ１とは異極の磁性部材が固定して配設され、該磁性部材の外周部を回転するスリーブ状の現像ローラ２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に印加するバイアス電源１１；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に印加するバイアス電源１２；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には、飛散トナーを回収するためにバイアス電圧を印加するバイアス電源１３；交流（ＡＣ）バイアス電源１３ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ３）バイアス電源１３ｂが設けられている。

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４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。

また、現像ローラ２のＤＵＴＹ比を５０％以下で使用する場合に、磁気ローラ１と現像ローラ２間のリーク対策から同じＤＵＴＹ比にする場合がある。その時には、トナー供給量を多くするために磁気ローラ１と現像ローラ２間の周速比（Ｍ／Ｓ）を、１．５倍以上と高くする必要がある。Ｍ／Ｓを高くした場合には、磁気ローラ１と現像ローラ２間でトナーが飛散することが問題となっていた。

(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、および撹拌スクリュー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、且つ前記磁気ローラ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表面に付着させて捕集することができる。

また、飛散トナーは、前記回収ローラ１４と現像ローラ２および磁気ローラ１との間に電位差が生じるよう、前記各直流バイアス電圧Ｖｄｃ１、Ｖｄｃ２およびＶｄｃ３にてバイアス電圧を印加することにより、回収ローラ１４に静電的に付着させ、捕集することができる。例えば、プラス帯電トナーを用いた場合、前記回収ローラ１４の電位を現像ローラ２および磁気ローラ１の電位より低くなるよう、前記各ローラにバイアス電位を印加する。

前記回収ローラ１４は周方向に回転しているのがよい。これにより、前記回収ローラ１４の表面に付着した飛散トナーは、磁気ローラ１上に形成された磁気ブラシ６と接触して剥離され、磁気ローラ１側に戻すことができる。

前記回収ローラ１４の回転方向は、磁気ローラ１の回転方向とはその対向位置で互いに同一の方向（磁気ローラ１とトレール回転）でもあっても、互いに逆方向の回転（カウンター回転）であってもよい。好ましくは、トレール回転である。トレール回転とすることにより、回収ローラ１４上のトナーをすぐに磁気ローラ１に回収しやすくなると共に、回収トナーに加えられるストレスが低減するので、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の周速は、磁気ローラ１の周速に比べて小さくするのがよい。前記回収ローラ１４の周速が磁気ローラ１の周速は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。

前記トナー回収ローラ１４は、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電源１３により、前記磁気ローラ１に印加する交流バイアス電圧のＤＵＴＹ比が５０％以下の場合には、前記磁気ローラ１に印加する周波数に対して２以上の整数倍、好ましくは２〜８倍、より好ましくは２〜４倍の周波数であり、且つ１５ｋＨｚ以下である交流バイアス電圧が印加される。

図３（ａ）に示すように、磁気ローラ１のＤＵＴＹ比が５０％以下の場合に、回収ローラ１４に印加する交流バイアスの周波数を磁気ローラ１の整数倍にすることで、回収ローラ１４から磁気ローラ１へ捕集したトナーを送る回数（振幅回数）が増加する。そのため、磁気ローラ１への捕集トナーの回収がし易くなる。

回収ローラ１４に印加する交流バイアスの周波数は、上記したように、１５ｋＨｚ以下であり、周波数が１５ｋＨｚを超えると振幅回数が多くなりすぎ、捕集したトナーが微振動するに留まり動きが小さくなり回収性が低下してしまう。したがって、例えば、磁気ローラ１の周波数を３．５ｋＨｚとした場合、周波数を磁気ローラ１の４倍だと１４ｋＨｚであり、５倍の場合では１７．５ｋＨｚとなるので、５倍未満であるのが好ましい。

また、図３（ｂ）に示すように、磁気ローラ１のＤＵＴＹ比が５０％以上の場合には、回収ローラ１４に印加する交流バイアスの周波数を磁気ローラ１の１／整数倍、好ましくは１／２〜１／８倍、より好ましくは１／２〜１／４倍の周波数であり、且つ１５ｋＨｚ以下である交流バイアス電圧を、回収ローラ１４に印加することで、上記と同様の効果が得られる。

回収ローラ１４に印加する交流バイアスの周波数を磁気ローラ１の１／４倍より小さくすると振幅回数が多くなりすぎ、捕集したトナーが微振動するに留まり動きが小さくなり回収性が低下してしまうので、１／４倍以上であるのが好ましい。

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。

前記回収ローラ１４には、ブレード１５を備えてもよい。このブレード１５により回収ローラ１４上に捕集されたトナーを掻き取り、攪拌スクリュー４４に戻すことができる。この場合、前記ブレード１５は攪拌スクリュー４４側に配置し、回収ローラ１４表面を圧接できるようにする。また、前記ブレード１５は、回収したトナーによって形成されるトナー層の厚さを規制するために用いることもできる。この場合、前記ブレード１５は回収ローラ１４表面から所望の層厚の間隔となるよう配置する。これにより、回収ローラ１４上の捕集トナーの層厚さが厚くならないため、磁気ブラシ６による掻き取りが良好に行われると共に、掻き取り時のトナーの再飛散を防止できる。

（現像方法）
以下に、図２に基づいて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。

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＋面積中心電圧となる。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＋７０〜１８０Ｖ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。

交流条件は、磁気ローラ１に現像ローラ２と同周波数、同周期で逆位相のＶｐｐ＝０．１〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝６０〜８０％を、現像ローラ２にはＶｐｐ＝１．０〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝２０〜４０％が好ましい。Ｖｐｐ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、プラスおよびマイナスに帯電したトナーのいずれも用いることができる。好ましくはプラス帯電を用いる。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６〜３０μＣ／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のギャップと略同間隔とするのがよく、２００〜６００μｍ、好ましくは３００〜４００μｍ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の間の距離と略同一とすることで、回収トナーにかかるストレスを低減し、磁気ローラ１に回収することができると共に、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。

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。

[実施例１]
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
なお、回収ローラ１４の回転は、捕集したトナーを攪拌スクリュー４４へ戻す方向に回転させた。また、この回収ローラ１４にブレード１５を圧接させ、回収ローラ１４上の捕集トナーを掻き取って攪拌スクリュー４４に戻した。

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（アモルファスシリコン）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：Ｄ５０）：６．５μｍ
キャリア粒径（重量平均粒子径：Ｄ５０）：４５μｍ
磁気ローラと現像ローラ間距離：３５０μｍ
現像ローラと回収ローラ間距離：１０００μｍ
磁気ローラと回収ローラ間距離：３５０μｍ
現像ローラ印加電圧：Ｖｄｃ２＝１００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝３０％
磁気ローラ印加電圧：Ｖｄｃ１＝２００Ｖ、現像ローラ２と同じ周期で逆位相のＶｐｐ＝３００Ｖ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝７０％
回収ローラ印加電圧：Ｖｄｃ３＝１００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．０ｋＶ，周波数ｆ＝０．９ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝７０％

[実施例２]
下記に示す条件を用いた以外は、実施例１と同様にして画像形成を行った。
感光体（ＯＰＣ）表面電位：＋７１０Ｖ
現像剤中のトナーのＱ／ｍ：１０μＣ／ｇ
トナー粒径（体積平均粒子径：Ｄ５０）：８．２μｍ
キャリア粒径（重量平均粒子径：Ｄ５０）：６０μｍ
磁気ローラと現像ローラ間距離：３５０μｍ
現像ローラと回収ローラ間距離：１０００μｍ
磁気ローラと回収ローラ間距離：３５０μｍ
現像ローラ印加電圧：Ｖｄｃ２＝４５０Ｖ、Ｖｐｐ＝３．６ｋＶ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝５５％
磁気ローラ印加電圧：Ｖｄｃ１＝６００Ｖ、現像ローラ２と同じ周期で逆位相のＶｐｐ＝３００Ｖ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝７０％
回収ローラ印加電圧：Ｖｄｃ３＝５００Ｖ、Ｖｐｐ＝２．０ｋＶ，周波数ｆ＝５．４ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝４５％

上記のように、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現像ローラの最近接位置よりも前記磁気ローラの回転方向下流側で、且つ前記磁気ローラとハウジング壁の間に配置し、前記トナー回収ローラに付着した飛散トナーを前記磁気ローラで回収する画像形成装置を用いて、前記条件により画像形成を行ったところ、飛散トナーが効率よく回収されると共に、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。 （ａ）磁気ローラのＤＵＴＹ比が５０％以下の場合の磁気ローラおよび回収ローラのそれぞれに印加する交流バイアス電圧の一例を説明する図であり、（ｂ）は磁気ローラのＤＵＴＹ比が５０％以上の場合の図である。 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 (8)

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、
   前記二成分現像剤担持体に印加する前記現像バイアスのうち交流バイアス電圧のＤＵＴＹ比が５０％以下の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対してｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数であり、且つ１５ｋＨｚ以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加することを特徴とする画像形成装置。
2. 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、
   前記二成分現像剤担持体に印加する前記現像バイアスのうち交流バイアス電圧のＤＵＴＹ比が５０％以上の場合には、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して１／ｎ倍（ｎは２以上の整数）の周波数であり、且つ１５ｋＨｚ以下である交流バイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記トナー回収ローラの周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して２〜４倍の周波数であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記トナー回収ローラの周波数は、前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数に対して１／２〜１／４倍の周波数であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
5. 前記二成分現像剤担持体に印加する交流バイアスの周波数は３．５ｋＨｚ以下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。
6. 前記二成分現像剤担持体と前記トナー回収ローラ間は、前記二成分現像剤担持体上に形成された磁気ブラシが少なくとも互いの最近接位置で接触する距離であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記トナー回収ローラは、前記二成分現像剤担持体より小さな周速で回転することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 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１〜７のいずれかに記載の画像形成装置。

Images