JP2008209517A - 画像形成装置および画像形成方法 - 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が、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され、さらに、飛散トナーを回収するためのバイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加するバイアス手段と、印字率に応じて前記バイアス電圧を制御する制御手段とを備えた。
【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が提供されている。しかしながら、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、前記手段ではその対策が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、形成される画像比率に応じて、飛散トナーを回収するための回収ローラに印加するバイアスを変える制御手段を有し、該制御手段は、前記回収ローラに印加するバイアスを、画像比率が５％未満では、交番電圧に現像剤の正規の帯電極性と同極性の直流電圧を重畳したバイアスとし、５〜１５％の場合は、交番バイアスのみとし、１５％を超える場合は、交番電圧に現像剤の正規の帯電極性とは逆極性の直流電圧を重畳したバイアスとする手段が提供されている。
特開２００３−２８０３５７号公報 特開平１１−１７４７９２号公報

しかしながら、タッチダウン現像方式においては、形成される画像比率が低いと現像ローラのスリーブ上にトナーが残るため、特許文献２の方法では反対に現像ローラ上のトナーはチャージアップし、またトナー飛散量が増加する場合があった。
タッチダウン現像方式において、印字率（画像比率）が低い場合、例えば５％未満の場合は、現像ローラ上に残留する未現像トナーが多く、これが磁気ローラ上に担持された少なくともキャリアとトナーから成る二成分現像剤により回収され、現像装置内の二成分現像剤収容部に磁気ローラ上の二成分現像剤と共に回収される。従って、回収されるトナー量が多いため、回収される二成分現像剤中のトナー量も多く、磁気ローラ上の二成分現像剤が二成分現像剤収容部に回収される際にトナー飛散が発生しやすくなる。

また、特にタッチダウン現像方式であり、且つドラム線速が１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上のような高速機においては、現像剤の劣化を抑制するために、現像剤総量を増やした系では、トナー飛散が発生しやすい場合があった。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、特に印字率の違いによる飛散トナーの発生を抑制して、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および画像形成方法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および画像形成方法は、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が、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され、さらに、飛散トナーを回収するためのバイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加するバイアス手段と、印字率に応じて前記バイアス電圧を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
（２）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）に記載の画像形成装置。
（３）ハウジング内に備えた、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用いて、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方法であって、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に飛散トナーを回収するためのバイアス手段により印加されるバイアス電圧は、印字率を所定の閾値幅と比較しその比較結果に応じて、交流電圧または直流電圧あるいは交流電圧に現像剤の正規の帯電特性と逆極性または同極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧とすることを特徴とする画像形成方法。
（４）前記印字率が前記閾値幅の上限値を上回る場合は、交流電圧に現像剤の正規の帯電特性と同極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加し、前記印字率が前記閾値幅の範囲内である場合は、交流電圧のみ印加し、前記印字率が前記閾値幅の下限値を下回る場合は、交流電圧に現像剤の正規の帯電特性と逆極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加することを特徴とする（３）に記載の画像形成方法。
（５）前記閾値幅の上限値は７〜２０％、前記閾値幅の下限値は１〜１０％であることを特徴とする（４）に記載の画像形成方法。

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及び回収することができる。
さらに、前記トナー回収ローラ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手段を備え、該バイアス手段により、印字率に応じて前記バイアス電圧が制御されるので、印字率よって発生量の異なる飛散トナーを一層効果的に前記トナー回収ローラ上に回収することができる。その結果、トナー飛散を抑制し、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。図３は図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。

（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、中間転写体（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体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。

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（二成分現像剤担持体）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（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、トナー回収ローラ１４に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源１３ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ３）バイアス電源１３ｂとを備えている。また前記トナー回収ローラ１４に印加するバイアス電圧を制御する制御手段１５を備えている。

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３に示すように、４つの感光体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが中間転写体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。そして中間転写体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。この中間転写体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４３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との付着性が小さい（トナー薄層９形成時の二成分現像剤中のトナー５とキャリア４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。

また、プロセス線速が高速化すればするほど短時間で多くの静電潜像を現像するのに必要なトナー５を現像ローラ２に搬送する必要があるが、逆にトナー層９を形成する時間が短くなるため、二成分現像剤中のトナー濃度を高くする等の対策が必要となる。すなわち、トナー層９を形成した後、二成分現像剤収容部４５に回収されてくる二成分現像剤は低速時に比べ、トナー濃度が高くなってしまう。また、現像ローラ２上の未現像トナーの引き剥がし時間も短くなり、且つ二成分現像剤収容部４５に回収されてくる二成分現像剤のトナー濃度が高いため、より引き剥がしが困難となってしまう。更にトナー飛散も発生しやすい状態となり、且つ飛散トナーが現像ローラ２に付着してしまう場合があり、回収トナー量が増大し、よりトナー飛散が増加しやすい。

また、飛散トナーは印字率が低い場合にも発生しやすい。上記したように、印字率が５％未満の場合、現像ローラ２上に残留する未現像トナーが多く、これが磁気ローラ１上に担持された少なくともキャリア４とトナー５から成る二成分現像剤により回収され、現像装置１８内の二成分現像剤収容部４５に磁気ローラ１上の二成分現像剤と共に回収される。従って、回収されるトナー量が多いため、回収される二成分現像剤中のトナー量も多く、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に回収される際にトナー飛散が発生しやすくなる。
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、特に飛散トナーは現像ローラ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る。

(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、および攪拌スクリュー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気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。

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を、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、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。

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の観点から比表面積が大きいアルマイト処理をしたアルミニウム、または／更に静電的な付着性の観点からはフッ素系樹脂等で表面を被覆していることが好ましい（トナーの帯電特性が正帯電性の場合）。

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手段１３によりバイアス電圧が印加され、前記バイアス電圧は制御手段１５を用いて制御される。即ち、前記バイアス電圧の制御は、印字率に応じて前記バイアス電圧を前記トナー回収ローラ１４に印加するものである。
本発明に係る画像形成装置において、画像情報に基づき、スキャナユニットから発射されるレーザー光により、数１０μｍの径に集光された光ドットの集合として感光体３の表面にトナー画像を形成している。従って、該トナー画像を構成するレーザードット数を積算することで前記印字率を算出することができる。

上記したように印字率が、例えば５％未満の場合は、現像ローラ２上に残留する未現像トナーが多く、これが磁気ローラ１上に担持された少なくともキャリア４とトナー５から成る二成分現像剤により回収され、現像装置内の二成分現像剤収容部４５に磁気ローラ１上の二成分現像剤と共に回収される。従って、回収されるトナー量が多いため、回収される二成分現像剤中のトナー量も多く、磁気ローラ１上の二成分現像剤が二成分現像剤収容部に回収される際にトナー飛散が発生しやすくなる。
従って、回収ローラ１４の電極にトナー５と逆極性のバイアスを印加することで、飛散した浮遊トナーを引き付けて回収しやすくなると共に、磁気ローラ１からもトナー５を引き付けるため、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に回収される前に二成分現像剤中のトナー量が減少し、トナー飛散が抑制される。

また、印字率が例えば５〜１５％の場合は未現像トナー量が適度でトナー飛散が発生しにくい状態である。直流バイアスを印加しない状態では、磁気ローラ１の方が電位が高くなるため、相対的に電位が低い回収ローラ１４の電極の方に飛散トナーが引き付けられ、また上記と同様に磁気ローラ１からもトナー５を引き付けるため、トナー飛散を抑制することができる。また、直流バイアスを印加しないことで電力消費の抑制にもつながる。
また、印字率が例えば１５％を超える場合は、現像ローラ２上の未現像トナーが少なく、磁気ローラ１で回収されるトナー量も少なくなる。従って、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に回収される際のトナー飛散は極端に少なくなる。従って、回収ローラ１４の電極にトナー５と同極性の直流バイアスに交流バイアスを重畳することで、磁気ローラ１から回収ローラ１４の電極にトナー５を引き付けることがない。好ましくは回収ローラ１４の電極に印加する直流バイアスは磁気ローラ１と同電位以上が好ましい。

図４に回収ローラ１４に印加するバイアス電圧の制御の一例をフローチャート図で示した。回収ローラ１４には、初期に交流バイアス電圧を印加する。画像形成時に感光体３上に形成されたトナー像のドット数に基づいて解析手段（不図示）を介して印字率を算出する。
次に、前記算出された印字率を所定の閾値、例えば５〜１０％と設定し、これと比較する。印字率が所定の閾値以上の場合は、回収ローラ１４に印加していているバイアスは変更せずに、交流バイアス電圧のみを引き続き印加する。印字率が所定の閾値以下の場合は、回収ローラ１４に正規の帯電特性トナーの極性とは逆極性の直流電圧を印加する。

図５には、回収ローラ１４に印加するバイアス電圧の制御の他の例を示した。回収ローラ１４には、初期に交流バイアス電圧のみ（バイアスＢ）を印加する。画像形成時に感光体３上に形成されたトナー像のドット数に基づいて解析手段（不図示）を介して印字率を算出する。
次に、印字率を所定の閾値幅、例えば該閾値幅の下限値を１〜１０％、好ましくは５％程度、上限値を７〜２０％、好ましくは１５％程度に設定し、前記閾値下限値未満にある印字率の範囲を印字率範囲Ａ、前記閾値下限値以上、上限値未満にある印字率の範囲を印字率範囲Ｂ、そして前記閾値上限値以上にある印字率の範囲を印字率範囲Ｃとして、前記算出された印字率を前回印字率範囲と比較する。
印字率が前記閾値をまたがなかった（前回の印字率範囲と同じ）場合は、回収ローラ１４に印加していている印加バイアスは変更せずに、前回の印加バイアスのまま引き続き印加する。印字率が前記閾値の上限値または下限値を下回ってまたいだ場合、そのときの印字率範囲に応じて印加バイアスを印加する。即ち、印字率が印字率範囲Ａ（前回の印字率範囲がＢまたはＣ）にある場合は、交流電圧に現像剤の正規の帯電特性と逆極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧（印加バイアスＡ）を印加する。印字率が印字率範囲Ｂ（前回の印字率範囲がＣ）にある場合は、交流電圧のみのバイアス電圧（印加バイアスＢ）を印加する。印字率が前記閾値の上限値または下限値を上回ってまたいだ場合は、その時点から印刷の出力枚数をカウントし、所定の枚数、例えば２〜５枚を超えたときに、そのときの印字率範囲に応じて印加バイアスを印加する。即ち、印字率が印字率範囲Ｃ（前回の印字率範囲がＡまたはＢ）にある場合は、交流電圧に現像剤の正規の帯電特性と同極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧（印加バイアスＣ）を印加する。印字率が印字率範囲Ｂ（前回の印字率範囲がＡ）にある場合は、交流電圧のみのバイアス電圧（印加バイアスＢ）を印加する。

上記で出力枚数のカウント制限を設けた理由は以下の通りである。即ち、トナー飛散は印字率が切り替わったとしても即座に減少するものではなく、トナー飛散しはじめるとしばらくの間は、浮遊トナーが存在している。従って、例えばトナー飛散が発生しやすい印字率５％未満から印字率５％以上に変更された場合や、印字率５〜１５％から印字率１５％を超える状態に変更される場合は、トナー回収ローラ１４の印加バイアスの設定を即座に切り替えずに、しばらくの間、例えば２〜３枚出力が終了する間はそのまま維持し、その後に印加バイアスを変更することが好ましい。印字率が減少する方向に変化する場合は、トナー飛散がすぐに発生する可能性があるので、即座に印加バイアスは変更する。
また、印字率は１画像毎に算出することができるため、１画像毎に印加バイアスを変更してもよいが、数〜十数枚程度、例えば１０枚分の平均印字率を算出し、それに応じて印加バイアスを変更してもよい。

前記回収ローラ１４には、回収ブレード１７を備えてもよい。この回収ブレード１７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４０に戻すことができる。この場合、前記回収ブレード１７は攪拌スクリュー４０側に配置し、回収ローラ１４表面を圧接できるようにする。前記回収ローラ１４の回転方向は、磁気ローラ１との対向位置でスクリュー４０へ戻す方向に回転するのがよく、前記回転の方向が攪拌スクリュー４０の方向に回転することにより、回収ブレード１７で剥がされた前記回収ローラ１４上の飛散トナーは攪拌スクリュー４０側に容易に回収することができる。また、前記回収ブレード１７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、前記回収ブレード１７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。

前記掻き取り用の回収ブレード１７は設置しなくてもよい。この場合は、非画像形成時にトナー回収ローラ１４上に回収蓄積された飛散トナーを磁気ローラ１へ戻すバイアスを印加させる。バイアスの印加による場合は、例えばトナー回収ローラ１４にはＶｄｃ３＝１００Ｖ、磁気ローラ１と逆位相でＶｐｐ＝３００Ｖ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝３０％、磁気ローラにはＶｄｃ１＝−１００Ｖ、現像ローラ２と逆位相でＶｐｐ＝３００Ｖ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝７０％を印加するように設定する。このとき、現像ローラ２と磁気ローラ１間でのトナー５の移動はなくてもよいため、現像ローラ２にはバイアスを印加しなくてもよい。もし印加する場合には、Ｖｄｃ２＝１００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝３０％を印加すればよい。
このようにバイアス印加により付着トナーを磁気ローラ１側に回収する方が、回収ブレード１７による回収に比べて、回収ブレード１７とのストレスの影響を受けないため、トナー５の外添剤の埋没や剥離などトナー５の劣化を低減する効果があるため好ましい。

（現像方法）
図３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。

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＋７０〜２２０Ｖ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。

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。
トナー体積平均粒子径はマルチサイザーIII（ベックマン・コールター社製）を用い、アパチャー径１００μｍ（測定範囲２．０〜６０μｍ）で測定することができる。
また、トナー帯電量は、ＱＭメータ（ＴＲＥＫ社製、ＭＯＤＥＬ ２１０ＨＳ）で測定することができる。

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。コーティング樹脂はシリコーン、フッ素エポキシ、フッ素シリコーン、ポリアミド、ポリアミドイミドなど既知のものでよい。また、キャリア粒子径（重量平均粒子径）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、現像ローラ２、回収ローラ１４へキャリア４が移行してしまうキャリア飛び等が発生し、５０μｍを超えると、磁気ブラシ６の密さが適度でなく、またトナー薄層９の形成が滑らかではなく、比表面積が小さいためトナー５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。
キャリア４の飽和磁化は、ＴＯＥＩ社製「ＶＳＭ−Ｐ７」を用いて、磁場７９．６ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）で測定することができる。

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。

[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の各スリーブの寸法は、下記の通りである。
感光体３：外径３０ｍｍ
現像ローラ２：外径２０ｍｍ
磁気ローラ１：外径２５ｍｍ
回収ローラ１４：外径１０ｍｍ
感光体３ドラムにはアモルファスシリコンを使用し、各ローラのスリーブには、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。なお、回収ローラ１４の回転方向は磁気ローラ１とトレール回転、即ち回収ローラ１４と磁気ローラ１の最近接位置で互いに同一方向（スクリュー４０へ戻す方向）に回転させた。
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

上記で作製した画像形成装置を用いた画像形成時の条件を下記に示した。
感光体表面電位：＋３１０Ｖ（露光後電位２０Ｖ）
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）：６．８μｍ
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
現像ローラと回収ローラ間距離：１０００μｍ
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：
(1)印字率５％未満；Ｖｄｃ３＝−１００Ｖ、磁気ローラと逆位相のＶ_P-P＝３００Ｖ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝３０％
(2)印字率５〜１５％；Ｖｄｃ３＝０Ｖ、磁気ローラと逆位相のＶ_P-P＝３００Ｖ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝３０％
(3)印字率１５％以上；Ｖｄｃ３＝３００Ｖ、磁気ローラと逆位相のＶ_P-P＝３００Ｖ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝３０％
出力カウント数：１０枚

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。 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。 本発明の一実施形態におけるトナー回収ローラに印加するバイアス電圧の制御の一例を示すフローチャート図である。 本発明の一実施形態におけるトナー回収ローラに印加するバイアス電圧の制御の他の例を示すフローチャート図である。

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
１３ａ 交流電源
１３ｂ 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が、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され、
   さらに、飛散トナーを回収するためのバイアス電圧を前記トナー回収ローラに印加するバイアス手段と、印字率に応じて前記バイアス電圧を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 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記載の画像形成装置。
3. ハウジング内に備えた、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用いて、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方法であって、
   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に飛散トナーを回収するためのバイアス手段により印加されるバイアス電圧は、印字率を所定の閾値幅と比較しその比較結果に応じて、交流電圧または直流電圧あるいは交流電圧に現像剤の正規の帯電特性と逆極性または同極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧とすることを特徴とする画像形成方法。
4. 前記印字率が前記閾値幅の上限値を上回る場合は、交流電圧に現像剤の正規の帯電特性と同極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加し、前記印字率が前記閾値幅の範囲内である場合は、交流電圧のみ印加し、前記印字率が前記閾値幅の下限値を下回る場合は、交流電圧に現像剤の正規の帯電特性と逆極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項３記載の画像形成方法。
5. 前記閾値幅の上限値は７〜２０％、前記閾値幅の下限値は１〜１０％であることを特徴とする請求項４記載の画像形成方法。

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