JP2009204715A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体を適正に研磨し、経時において感光体への異物のフィルミングを防止し、安定した画像を形成可能な、転写残トナーのクリーニング手段を現像手段が兼ねる画像形成装置を提供する。
【解決手段】第一の磁界発生手段を有する第一の現像剤担持体と、第二の磁界発生手段を有する第二の現像剤担持体とを有し、静電潜像を像担持体上にトナー像として現像する現像手段と、トナー像の転写手段と、転写位置より像担持体表面の移動方向下流側で、かつ、静電潜像の形成位置より像担持体表面の移動方向上流側に、像担持体に接触して、転写残トナーを帯電極性と同極性に帯電させる補助帯電部材とを有し、転写残トナーのクリーニング手段を現像手段が兼ねる画像形成装置において、第一の磁界発生手段は、第一の現像剤担持体が像担持体と対向する位置で、第一の現像剤担持体の表面における法線方向の磁力を変更可能とした。
【選択図】図６

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、転写残トナーを感光体と接触する補助帯電部材で適正に帯電させた後に現像段階で回収するクリーナレスシステムにおいて、出力画像によらずに感光体を適正に研磨し、経時において感光体への異物のフィルミングを防止するとともに、それに伴う異常画像の発生のない安定した画像を形成可能な画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体に現像されたトナーのほとんどは、被転写体や記録材に転写されるものの、一部のトナーは転写されずに像担持体上に残る。多くの電子写真方式の画像形成装置では、この転写残トナーを回収廃棄するためのクリーニング部材を設けている。ただし、低コスト化、小型化、資源の有効利用などの観点から、この転写残トナーを回収廃棄せずに現像手段で回収し、再利用するクリーナレス方式の画像形成装置がいくつか提案され、実用化もされている。

上記の転写残トナーを回収廃棄するクリーニング手段を持たないクリーナレス方式においては、現像装置80によって転写残トナーを全て回収せねばならない。そこで特許文献１や特許文献２のように、現像装置80において複数の現像ローラを備えて、上流側の現像ローラのパラメータであるバイアスを変化させて、現像における転写残トナーの回収効率を上げる方式が提案されている。

ここで、前記特許文献１と特許文献２をやや詳しく説明すると、特許文献１は、感光体上の未転写残留トナーを現像剤で全て回収する画像形成装置において、複数の現像ローラを用いた多段現像装置80を採用し、感光体移動方向の上流側現像ローラの現像バイアス電圧を下流側現像ローラよりも低めに設定したものである。
また、特許文献２は、感光体上の未転写残留トナーを現像剤で全て回収する画像形成装置において、複数の現像ローラを用いた多段現像装置80を採用し、感光体移動方向の上流側現像ローラに低周波交流バイアス電圧を印加するものである。

しかしながら、転写残トナーにはその帯電量が正常のトナーのものとは逆極性である逆帯電トナーが存在する。特に、転写ニップ領域における放電により、転写残トナーには逆帯電トナーが多く存在することが知られている。逆帯電トナーを現像ローラにおける現像剤磁気ブラシの摺擦で回収することは困難であり、回収できない逆帯電トナーは、次の画像に残像として出現してしまう。また、磁気ブラシとの摺擦力を増加させて機械的な掻きとりを行っても、現像装置80内の正常帯電トナーとの静電気的反発により、トナー飛散として現像装置80外へ吐き出されてしまう。

一方、環境対応性(対オゾン発生)、スペース効率、帯電安定性などの観点から、最近の感光体の帯電手段としては、導電性のローラを感光体に当接もしくは近接して帯電するローラ帯電方式が、広く用いられている。帯電ローラ61は、感光体に接触もしくは近接していることから、感光体上のクリーニング残トナーが付着しやすい。特に、前述の逆帯電トナーは帯電部における帯電電界とは逆方向に移動するため、より帯電ローラ61に付着しやすい。帯電ローラ61に付着したトナーが経時でローラ表面に固着すると、その部分の表面抵抗が不均一となり、感光体の均一な帯電ができずに筋状また、は帯状の異常画像が発生するという問題がある。

このため、例えば、特許文献３のように帯電部材よりも上流側において、転写残トナーの帯電量を適正化するような補助帯電部材を備える方式が提案されている。この補助帯電部材により転写残トナーの帯電量を正常化させることで、逆帯電トナーをなくし、正常帯電のトナーのみを帯電部を通過させることが出来るため、帯電ローラ61汚れを防止することができる。また、帯電部を通過した正常帯電のトナーは現像部においては静電的に回収されやすくなり、より回収効率を上げることが可能となる。
ここで、特許文献３をやや詳しく説明すると、転写残トナーを現像器で回収する現像同時クリーニング方式において、転写残トナー回収時には、現像スリーブの条件（バイアス、法線方向の磁力など）を変化させることで従来よりも転写残トナーの回収効率を上げるものである。

しかしながら、転写残トナーを感光体と接触する補助帯電部材で適正に帯電させた後に現像で回収するクリーナレスシステムにおいては、感光体を適度に研磨しないと、感光体に付着物がフィルム状に蓄積するいわゆるフィルミングが発生し、露光後の安定した静電潜像が得られずに画像において画像濃度の薄い帯部分が発生してしまう、という不具合が生じる。特にトナーだけでなく、帯電によって発生する放電生成物も感光体に付着してしまうため、それらの除去のための研磨が必要である。

一方、感光体を過度に研磨すると感光体の膜厚が早期に減少してしまい、所定の膜厚より小さくなると、感光体の表層の表面電荷は感光体の誘電層で保持できずに感光体基体にリークしてしまい、その部分の画像においては粒状の斑点画像が発生する、という不具合が生じる。それにより感光体を交換せねばならず、感光体寿命が短命化しコスト高を招くことになる。故に補助帯電部材は転写残トナーを適正帯電化する機能のほかに、感光体に接触して感光体を研磨する機能も担っており、適正な感光体研磨量になるように条件設定がなされている。

特開２０００−３３８７８２号公報 特開２００１−２９６７４２号公報 特開２００５−３５２４３１号公報

しかしながら、感光体を含む作像ステーション毎に画像面積率の異なる画像を連続で出力すると、感光体によっては上記のフィルミングによる濃度低下帯の不具合画像が発生することがある。また、一つの感光体においても長手方向で画像面積の異なる画像を出力すると、長手方向で画像のない部分において上記のフィルミングによる濃度低下帯が発生することがある。
この不具合の原因について詳細に解析したところ、補助帯電部材においてトナーが感光体を研磨する研磨剤として作用していることがわかり、補助帯電部材を通過するトナー量によって、補助帯電部材が感光体を研磨する研磨力が変化していることが分かった。よって、補助帯電部材にトナーが通過しない部分では研磨力が低下するが、それが連続的に続くことによってその部分での研磨力不足により感光体のフィルミングが発生し、濃度低下帯の不具合画像が発生してしまう。

本発明は上記の問題を解決すべくなされたものであり、転写残トナーを感光体と接触する補助帯電部材で適正に帯電させた後に現像段階で回収するクリーナレスシステムにおいて、出力画像によらずに感光体を適正に研磨し、経時において感光体への異物のフィルミングを防止するとともに、それに伴う異常画像の発生のない安定した画像を形成可能な画像形成装置の提供を目的とする。

この目的を達成するために請求項1記載の発明は、像担持体（図２の感光体１１）と、
該像担持体の表面を帯電する帯電手段（帯電ローラ６１、図３の帯電装置６０）と、
帯電された前記像担持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段（露光装置（図示省略）、露光Ｌ）と、
内部に第一の磁界発生手段を有し、表面上に磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を担持して回転する第一の現像剤担持体（第１現像ローラ81）と、該第一の現像剤担持体の下流に、内部に第二の磁界発生手段を有し、表面に前記２成分現像剤を担持して回転する第二の現像剤担持体（第２現像ローラ82）とを有し、前記静電潜像を前記像担持体上にトナー像として現像する現像手段（現像装置80）と、
前記像担持体上に現像されたトナー像を転写体に転写する転写手段（転写ローラ21、中間転写ベルト22）と、
該転写手段により転写がなされる転写位置より前記像担持体表面の移動方向下流側で、かつ、前記静電潜像の形成位置より前記像担持体表面の移動方向上流側に、前記像担持体に接触して、前記転写体にトナー像を転写する際に前記像担持体上に残留した転写残トナーを帯電極性と同極性に帯電させる補助帯電部材（12）とを有し、
前記転写残トナーを回収するクリーニング手段を前記現像手段が兼ねる画像形成装置において、
前記第一の磁界発生手段は、前記第一の現像剤担持体が前記像担持体と対向する位置で、前記第一の現像剤担持体の表面における法線方向の磁力を変更可能としたことを特徴とする。

画像形成装置を請求項１記載の構成としたのは、次の不具合を解決するためである。
転写残トナーを感光体（像担持体）と接触する補助帯電部材で適正に帯電させた後に、現像段階で回収するクリーナレスシステムにおいては、感光体を適度に研磨しないと、感光体に付着物がフィルム状に蓄積するいわゆるフィルミングが発生し、露光後の安定した静電潜像が得られずに、画像において画像濃度の薄い帯部分が発生してしまうという不具合が生じる。
一方、感光体を過度に研磨すると感光体の膜厚が早期に減少してしまい、所定の膜厚より小さくなると、感光体の表層の表面電荷は感光体の誘電層で保持できずに感光体基体にリークしてしまい、その部分の画像においては粒状の斑点画像が発生するという不具合が生じる。
その一方で、補助帯電部材は感光体の研磨機能も有しており、適正な感光体研磨量になるようにそれを設置しているが、その補助帯電部材を通過するトナー量によって、補助帯電部材が感光体を研磨する研磨量が変化し、研磨力が足りない場合にはフィルミングが発生してしまうという不具合が生じていた。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記帯電手段の帯電部材は、前記像担持体表面に所定の間隙で近接して設置された帯電ローラ（61）であることを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の画像形成装置において、画像形成時に、帯電ローラには直流成分に交流成分を重畳した電圧を印加することを特徴とする。
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一つに記載の画像形成装置において、出力する画像情報を検知する画像情報検知手段（画像面積率検知手段）を備え、該画像情報検知手段による検知結果に応じて、前記第一の磁界発生手段は、前記第一の現像剤担持体が該像担持体と対向する位置で、前記第一の現像剤担持体表面における法線方向の磁力を変更することを特徴とする。

画像形成装置を請求項４記載の構成としたのは、次の不具合を解決するためである。
出力画像に応じて転写後の転写残トナー量が変わり、感光体の磨耗度合いが変わる。それは、補助帯電部材のトナーの通過量に応じて感光体の研磨能力がかわり、トナーがあることで研磨能力が上がるためである。しかしトナー入力が小さい場合には、研磨能力が不足しフィルミングが発生することがある。一方、現像における研磨能力を単純に増加させると、トナー入力が多い場合には補助帯電部材の研磨能力があがるため、感光体が加速的に磨耗してしまい、寿命が短くなる。

また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の画像形成装置において、前記画像情報検知手段は、所定枚数における出力画像の画像面積の積算値を検知することを特徴とする。
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の画像形成装置において、前記所定枚数における出力画像の画像面積の積算値が、所定値よりも小さくなった際には、前記第一の磁界発生手段において、前記第一の現像剤担持体が、前記像担持体と対向する位置で前記第一の現像剤担持体表面における法線方向の磁力を大きくすることを特徴とする。

また、請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れか１つに記載の画像形成装置において、前記第一の磁界発生手段は、前記第一の現像剤担持体内部に設置された磁石であり、該磁石が前記第一の現像剤担持体の回転方向に移動することにより、前記第一の現像剤担持体が前記像担持体と対向する位置での前記第一の現像担持体表面における法線方向の磁力の変更を行うことを特徴とする。
また、請求項８記載の発明は、請求項１〜７の何れか１つに記載の画像形成装置において、画像形成に用いられる前記トナーは、形状係数SF-1で100〜150の範囲にあり、かつ形状係数SF-2で100〜150の範囲にあることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、２段の現像ローラを有する現像装置を備えて、その上流の現像ローラに感光体の研磨機能を付加し、内部の磁界発生手段の法線磁力を変更可能にすることで、感光体の研磨能力を制御することができるので、補助帯電部材を通過するトナー量によらずに適正な感光体研磨量を維持して感光体の寿命を延ばすことができる。よって、安定して高品位な画像を長期間得ることが可能となる。また、２段現像であるから、研磨モードのために画像形成を止める必要がないので、高生産性を維持できる。

請求項２記載の発明によれば、転写残トナーが帯電手段に接触することなく通過することが可能になるので、帯電手段にトナーが付着して汚れることによる感光体の帯電能力低下とそれに伴う画像濃度変動の不具合が発生しない。それにより装置の信頼性が向上し、長寿命化に寄与する。
請求項３記載の発明によれば、画像形成時に帯電ローラに交流電圧を印加することで、帯電ローラと感光体に間隙がある場合でも十分に放電が行われ、感光体上において均一な帯電電位を得ることが可能となる。よって、長期にわたり均一な帯電が可能でありより安定した画像を得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、出力画像に応じて第一の現像担持体における法線磁力を制御することにより、現像による感光体研磨能力を調節して、補助帯電部材と現像による全体の感光体研磨量を一定化できるので、感光体の寿命が短命化することを防止することができる。
請求項５記載の発明によれば、出力画像の面積の積算値を検知することで、補助帯電部材を通過するトナー量を簡単かつ精度良く予測することができる。

請求項６記載の発明によれば、出力画像の面積率が少なく、補助帯電部材の通過トナーが少ない場合には、現像の上流側の現像ローラの法線磁力を増加させることでそこで形成される磁気ブラシが密になり、感光体との摺擦力が増加することで研磨力が増加する。それにより補助帯電部材での不足した研磨力を上流側の現像ローラの研磨力で補うことができるので、感光体は適度に研磨され、フィルミングや加速膜削れが起きることなく、長期にわたり安定した画像形成を行うことが可能となる。

請求項７記載の発明によれば、現像ローラの法線磁力を簡易な構成で変化させることができる。
請求項８記載の発明によれば、トナー形状が球により近づくことで転写率が向上するため、転写残トナー量の極小化が図れるので、より安定なクリーナレスシステムとなる。

以下、本発明を図示の実施形態に基いて説明する。
＜＜画像形成装置全体の説明＞＞
図１は、画像形成装置の内部構成を示した略中央断面図であり、図２は、画像形成装置の一部をなす画像形成ユニットの概略断面図である。
先ず、図1、図２に基づいて、本実施形態の「画像形成装置の概略構成」および「画像形成ユニット」の説明と動作の説明を行い、その後に「画像形成ユニット」の構成について詳細説明を行う。

図１、図２に示すように、画像形成装置ＧＫは、各色（ｙ：イエロー、m：マゼンタ、ｃ：シアン、ｋ：ブラック）のトナー像を形成する画像形成ユニット10(10y,10m,10c,10k)と、各色のトナー像を重ね合わせて搬送する中間転写部20と、記録材を収納する用紙収納部（P1,P2）と、用紙を搬送する用紙搬送部Pと、中間転写部20上のトナー像を記録材へ転写する二次転写部30と、記録材上の未定着トナー像を定着させるベルトなどを用いた加熱手段を備えた定着部40と、未使用トナーを収納するトナー収納容器50(50y,50m,50c,50k)と、図示しない画像処理部等から主に構成される。

なお、図２に示した画像形成ユニット10を構成する各感光体11Y、11C、11M、11K周りの構成はすべて同じであるので、1つの感光体11についてのみ図示し、色分け用の符号Y、C、M、Kについては省略してある。感光体11の周りには、その表面移動方向に沿って、補助帯電部材12、帯電ローラ61（図３に基づいて後述）、現像装置80（図２に基づいて後述）の順に配置されている。

＜画像形成装置の全体動作＞
次に、画像形成装置ＧＫの全体動作を説明する。
図示しないPC（パソコン）やスキャナなどの入力装置から画像出力命令が画像形成装置ＧＫへ送られると、画像信号は画像処理部（図示省略）にて画像処理されて各色（CMYK）の信号に分解された後に露光装置（図示省略）へ送られる。露光装置は、例えばレーザ光源とポリゴンミラー等を用いたレーザスキャン方式の露光方式などが用いられる。

各色の画像形成ユニット10(10y,10m,10c,10k)では感光体11が駆動され、帯電ローラ61により感光体11が一様帯電される。その後、露光装置より画像信号に応じた露光Ｌが行われ、感光体上に静電潜像が形成される。その静電潜像は、現像装置80において現像されることでトナー像として顕像化される。
感光体上のトナー像は、転写ローラ21へのバイアス印加により、中間転写ベルト22へ転写される。転写後に感光体上に残った転写残トナーは、補助帯電部材12により感光体上で帯電特性を適正化されるとともに散らされて、帯電ローラ61を通過後、現像装置80によって回収される。その一方で、次の画像形成のための帯電が行われるというサイクルで動作がなされる。また、消費されたトナーは、トナー収納容器50から各現像装置80へ、トナー補給手段（図示省略）を用いて補給される。

中間転写ベルト22へのトナー像の転写は、各色の画像形成ユニット(10y,10m,10c,10k)から順次行われていき、中間転写ベルト22上にて各色のトナー像が重ね合わせられる。記録材は用紙収納部P1より用紙搬送部Pを通り、二次転写部30において、トナー像を転写される。未定着のトナー像をのせた記録材が定着部40に進入することで、熱と圧力によりトナーが記録材に融着し定着される。そして画像形成装置ＧＫの外へと出力されて画像形成が終了する。

＜＜画像形成ユニットの詳細説明＞＞
感光体11は、例えば直径30〜90ｍｍ程度のアルミニウム円筒基体上に感光層を形成し、更にその感光層の上に保護層を形成したものであり、また、感光層と保護層との間に中間層を設けても良い。

＜帯電ローラの説明＞
帯電ローラ61について図３を用いて説明する。図３は、帯電装置の側面図である。
図３に示すように、帯電装置60は、近接放電を用いて感光体11を帯電する。本実施形態においては、回動可能なローラ状の帯電部材（以下、帯電ローラという）61を感光体に非接触に配置する「非接触帯電方式」を用いている。本発明は「接触帯電方式」にも適用できるが、接触帯電方式においては感光体表面との接触性を向上させ、かつ感光体に機械的ストレスを与えない弾性部材を用いる事が好ましい。
しかし、弾性部材を用いた場合には帯電ニップ幅が広くなり、これによって帯電ローラ61側にトナーやトナーの外添剤が付着しやすくなることがある。よって、高耐久化の為には、非接触帯電方式を採用する方が有利である。本実施形態においては、感光体表面における少なくとも画像形成領域62に対して、所定の帯電ギャップ63をもって対向するよう帯電ローラ61を配置した非接触帯電方式を採用した。

帯電ローラ61は、軸部61aとローラ部61bとからなる。ローラ部61bは軸部61aの回転によって回動可能であり、感光体表面のうち画像が形成される画像形成領域62に対向する部分は感光体11と非接触である。帯電ローラ61は、その長手方向（軸方向）の寸法が画像形成領域62よりも少し長く設定されており、その長手方向の両端部にスペーサ64を設けている。これら２つのスペーサ64を感光体表面両端部の非画像形成領域65 に当接させることによって、感光体11と帯電ローラ61との間に微小なギャップ63 を形成している。

この微小なギャップ63は、帯電ローラ61と感光体11との最近接部における距離が５〜100μmに維持できるよう構成している。このギャップ63のより好ましい範囲は、30〜65μmであり、本実施形態の帯電装置60では、50μmに設定した。また、軸部61aをスプリングからなる加圧バネ66によって感光体側に加圧している。これにより、微小なギャップ63 を精度よく維持することができる。また、帯電ローラ61は、スペーサ64を介して感光体表面に連れ回って回転する。

帯電ローラ61には、帯電用の電源67を接続している。これにより、感光体表面と帯電ローラ表面との間の微小な空隙（ギャップ63）での近接放電により、感光体表面を均一に帯電する。印加電圧は、本実施形態においては直流成分であるDC電圧に交流成分であるAC電圧を重畳した交番電圧を用いている。帯電ローラ61に印加する印加電圧として前記交番電圧を印加すると、微小ギャップ変動による帯電電位のばらつきなどの影響が抑制され、均一な帯電が可能となる。本実施形態においては、DC電圧が-700V、AC電圧はピークツウピーク電圧が2ｋV、周波数が２ｋHzの矩形波のバイアスを印加した。

帯電ローラ61は、円柱状を呈する導電性支持体としての芯金と、芯金の外周面上に形成された抵抗調整層を有する。帯電ローラ61の表面は、硬質であることが望ましい。ローラ部材としてはゴム部材も使用できるが、ゴム部材のように変形しやすい部材であると、感光体11との微小ギャップ63の均一な維持が困難となり、作像条件によっては帯電ローラ61の中央部のみが感光体表面に突発的に接触する可能性がある。帯電ローラ61が感光体表面に局所的／突発的に接触する事によって生じる、トナーや脂肪酸金属塩の乱れに対応することは困難であるため、非接触帯電方式を使用する場合にはたわみが少ない硬質の部材が望ましい。

表面が硬質な帯電ローラ61の具体例としては、例えば、抵抗調整層を高分子型イオン導電剤が分散する熱可塑性樹脂組成物（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン及びその共重合体等）により形成し、抵抗調整層の表面を硬化剤により硬化皮膜処理されたものが挙げられる。また、硬化皮膜処理は、例えば、イソシアネート含有化合物を含む処理溶液に、抵抗調整層を浸漬させることにより行われるが、抵抗調整層の表面に改めて硬化処理皮膜層を形成することにより行われてもよい。本実施形態では、帯電ローラ61をφ10ｍｍ（直径10ｍｍ）で形成した。

＜補助帯電部材の説明＞
次に、補助帯電部材について説明する。図４は補助帯電部材を示す図であって、（Ａ）は第1例の補助帯電部材の要部側面図、（Ｂ）は第２例の補助帯電部材の要部側面図である。
図４（Ａ）に示すように、第１例の補助帯電部材はブラシローラ71であり、金属基材71aの周囲にブラシ繊維71bが植毛された構成となっている。ここではカーボンブラックなどの導電性物質を配合したアクリルやナイロン、PETなどの繊維を用いた導電性ブラシを使用し、ブラシの外径はφ１０mmとした。
なお、このブラシローラ71は回転可能でもよく、また、金属基材71aには負極性のバイアスVclを印加している。ここではバイアスVclを-５00Vとした。これにより図５（Ｂ）に示すように、逆帯電成分および弱帯電成分の多い帯電量分布の転写残トナーに対して、感光体とブラシ間で電界を印加することで電荷注入を行い、トナーの帯電特性を図５（Ａ）に示すように、正常化することができる。

また、第２例として図４（Ｂ）に示すように、ローラ形状ではなく、平板の基材72a上にブラシ繊維72bを植毛した構成の平板ブラシ７２でもよい。また、基材72aの軸線方向（図面に垂直方向）に揺動するような機構を設けても良い。

＜現像装置の説明＞
現像装置80は（図２参照）、内部にトナーとキャリアからなる２成分現像剤を有し、感光体11に対向した感光体の移動方向に対して、上流側の第１現像ローラ81とその下流の第２現像ローラ82を備え、それら２つの現像ローラ81、82が矢印方向に回転し、感光体上の静電潜像を現像する。各現像ローラ81、82は、外部に回転可能な現像スリーブを、内部には磁極を備えており、現像スリーブ表面で現像剤による磁気ブラシが形成されるが、現像スリーブの回転により現像剤は回転方向の磁力にひかれて順次移動していくことで現像剤が搬送される。

その際、感光体11と現像ローラ81、82との最近接部である現像ニップを磁気ブラシが通過することで、磁気ブラシ上のトナーが現像電界により感光体11の潜像部へと付着し現像される。第１現像ローラ81から第２現像ローラ82へは磁極により現像剤が引き渡され、第２現像ローラ82でも同様に現像が行われる。
現像装置80内の現像剤を攪拌する攪拌スクリュー83、84は、図示省略のトナー補給装置から補給されるトナーを現像剤と攪拌させながら搬送し循環させる。下部の攪拌スクリュー84は、第２現像ローラ82から離れた現像後のトナー濃度の低下した現像剤を搬送し、途中で補給されたトナーと現像剤を攪拌しつつ、端部にて上部の攪拌スクリュー83へと現像剤を持ち上げて移動させる。上部の攪拌スクリュー83は現像剤を長手方向に攪拌搬送しながら第１現像ローラ81へと現像剤を供給していく。第１現像ローラ81の磁力により汲み上げられた現像剤は、ドクターブレード85により一定量に規制された後、現像領域に移動する。

＜磁力変更手段の説明＞
本実施形態においては、第１現像ローラ81の内部の法線方向の磁力を変更する「磁力変更手段」を備える。
図６は、第１現像ローラ81における法線方向の磁力分布を表した図であって、（Ａ）は内部の磁極をθだけ傾けた場合、（Ｂ）は内部の磁極を傾けない場合である。
図６（Ａ）に示すように、第１現像ローラ81の現像スリーブ表面からの距離が法線磁力を表しており、内部の磁極に対応する部分に法線磁力のピークがある。現像するための磁極はN1であり、感光体と現像ローラの中心を結ぶ線（点線）に対して角度θだけ上流側に傾けて設置しているのが現状である。ここでは、θ=6°である。
これはθが0度であると現像ニップにおける法線磁力が強まり（図６（Ｂ）参照）、磁気ブラシと感光体のあたりが強くなるために感光体を研磨してしまうとともに、現像したトナー像を再度かきとってしまうおそれがあるからである。しかし、後者（θが0度）に関しては、２段現像の場合には、下流側の現像ローラ（第２現像ローラ82）にて再度現像を行うことができるため、問題にはならない。

逆に考えると、θを6°から0°にすることにより現像ニップ部における法線磁力が強まり、第１現像ローラ81にて感光体11を研磨する機能を付与することができる。さらに第２現像ローラ82にて現像の不足分を補うことができるため、作像動作を停止することなく感光体11の研磨を行うことが可能となる。
よって、第１現像ローラ81の現像磁極を回転させる機構（磁力変更手段）を備えることで、現像ニップにおける法線磁力を変更することが可能になり、その変更により感光体研磨力を制御することができる。
本実施形態においては、現像ニップ領域における法線磁力は、感光体と現像ローラの中心線からの磁石の角度をθとしたときに、θ=6°では120ｍTであり、θ=０°では150ｍTであった。なお、前記磁力変更手段は、磁極の回転によるものに限るものではなく、電磁石による変更でも良いし、半径方向に磁極を移動させるものでもよい。

＜画像面積率検知手段の説明＞
また、本実施形態においては、出力する画像の画像面積率を検知する「画像面積率検知手段」を備えている。出力する画像の入力信号は画像処理部において各色CMYKに分解され、各色の露光装置の発光信号、すなわちLDドライバーの駆動信号に変換されて、感光体が露光されることで静電潜像となる。よって、露光装置の発光信号をカウントする回路を備えることで、各色の出力画像の画素数を把握することが可能となる。それの積算値をカウントすることで、各色の感光体毎にどれだけのトナー入力がなされているか、を把握することが可能となる。

「出力画像面積率が高い」ということはそれだけ多くのトナーを出力していることであり、当然転写残トナー量も画像面積率に応じて増加する。よって、出力画像面積率を検知することにより、補助帯電手段(補助帯電部材12)に入力される転写残トナー量を見積もることができるため、それに応じた感光体研磨力の変化を予め検知することが可能となる。
今回課題であるのは、低画像面積率画像の連続出力により、補助帯電手段に入力される転写残トナー量が減ることによって感光体研磨力が低下して、感光体上にフィルミングが発生することを防止することである。よって、研磨力の低下を現像装置80の第１現像ローラ81の磁力を増加させることによって補い、フィルミングの発生を防止することが主な狙いである。

＜現像ローラの磁力変更方法の説明＞
次に、出力画像に応じた「現像ローラの磁力変更方法」について説明する。図７は、現像ローラの磁力変更方法を示すフローチャートである。これらは各色（CMYK）で個別に行われる。

まず、出力する画像について、その色における画素数Iを取得する（ステップF1）。その画素数Iを積算し、画素数積算値Sとする（ステップF2）。次に、ステップF1とステップF2の処理を行ってから出力した画像枚数Nについて、それが所定枚数N0より多いか否かを判断する（ステップF3）。ここで所定枚数より多くない場合には、ステップF1に戻る。
一方、所定枚数より多い場合（N>N0）には、画素数積算値Sが所定画素数S0より小さいか否かを判断する（ステップF4）。ここで、画素数積算値が所定画素数より少ない場合（S<S0）、磁力変更手段により磁力を上げる変更をする（ステップF5）。磁力を上げる処理を行ってからの出力枚数Nが所定枚数N1より多いか否かを判断する（ステップF６）。所定枚数より多い場合（N>N1）、磁力変更手段により磁力を標準に戻す（F7）。一方、ステップF4の処理で所定枚数画素数積算値が所定画素数以上の場合（S≧S0）、磁力は変更せずに標準のままとする（ステップF7）。

本実施形態においては、ステップF3における所定枚数としては200枚とし、200枚毎に出力画像の画像面積をチェックする。また、所定画素数S0としては、一枚の画像面積率に換算したときに5%となる値とした。これにより、例えば画像面積率の低い画像を連続出力した場合にも、補助帯電手段の研磨力低下を検知して、現像磁力の増加による感光体の研磨により、感光体のフィルミングを未然に防止することができ、感光体の長寿命化が図れる。なお、F6における所定枚数N1は250枚とした。現像磁力の増加による感光体の研磨を50枚程度として、その間にフィルミングを除去するように感光体を研磨し、研磨後通常の現像の磁力に戻すことで、感光体の過剰な研磨による寿命低下を防止できる。

＜トナー特性の説明＞
次に、本実施形態に用いるトナー特性について説明する。
トナーの体積平均粒径は４〜１０μｍが好ましい。平均粒径が１０μｍ以下の小粒径トナーを用いると、現像剤の嵩密度を高めることができるため、安定した現像剤の攪拌・搬送が可能となり、転写残トナーの回収効率も向上する。また、粒径分布がシャープであることから、現像剤の流動性が良く、長期的に安定した剤循環を行うことが可能となり、補給トナーの拡散性が向上する。
一方、トナー同士の間隙が小さくなり画像中のトナーの埋まりが良くなるので、必要なトナー付着量およびトナー像の高さ（パイルハイト）の低減が図れる。また、600ｄｐｉ以上の微少ドットの再現性について、この範囲では、微小な潜像ドットに対して、十分に小さい粒径のトナー粒子を有していることから、ドット再現性に優れ、画像の安定性が高くなる。

これらの利点に対し、体積平均粒径（Ｄ４）が４μｍ未満では、転写効率の低下、ブラシでの回収性の低下といった現象が発生しやすい。また、体積平均粒径（Ｄ４）が１０μｍを超えると、画像のパイルハイトが大きくなり、文字やラインの飛び散りを抑えることが難かしくなる。また、同時に体積平均粒径（Ｄ4）と個数平均粒径（Ｄ1）との比（Ｄ4／Ｄ1）は１．００〜１．３０の範囲が好ましい。
（Ｄ4／Ｄ1）が１．００に近いほど、粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。

＜トナー粒子の粒度分布の測定方法の説明＞
次に、トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールター社製）があげられる。以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液100〜150ｍｌ中に、分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮACｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。ここで、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして100μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径（Ｄ4）、個数平均粒径（Ｄ１）を求めることができる。

トナーの形状係数ＳＦ−１は100〜150、形状係数ＳＦ−２は100〜150の範囲にあることが好ましい。図８は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、100π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（100π／４） ・・・式（１）
ＳＦ−１の値が100の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。

また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、100／４πを乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（100／４π） ・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。

形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−800：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナー間の接触状態が点接触となるために、トナー同士の吸着力は弱まり、したがって流動性が高くなり剤とトナーの攪拌効率も向上する。
また、トナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなり高画質化に寄与する。一方、形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが180を超えると、流動性が悪化し、剤循環性および補給トナーの拡散性が悪いために好ましくない。また、転写率が低下し薄層化が安定せず電荷注入も不安定になるため好ましくない。

本実施形態のトナーは、トナーの粒子表面に平均一次粒径が50〜500ｎｍで、嵩密度が０．３ｍｇ／ｃｍ3以上の微粒子（以下、単に微粒子という）を付着させたものである。なお、通常の流動性向上剤にシリカ等がよく用いられるが、例えば、このシリカの平均一次粒径は通常１０〜３０ｎｍ、嵩密度が０．１〜０．２ｍｇ／ｃｍ3である。
本実施形態において、トナーの表面に適切な特性の微粒子が存在することで、トナー粒子と対象体との間に適度な空隙が形成される。また、微粒子は、トナー粒子、感光体、搬送ベルト等との接触面積が非常に小さく、均等に接触するので付着力低減効果が大きく、搬送ベルトに面した未定着像のトナーが、搬送ベルトに付着しづらいために画像の乱れが少ない。

また、現像・転写効率が向上し、ドットの再現性が向上するため、画像が安定して搬送時の乱れに対して余裕度が高くなる。しかも、トナー粒子に埋没し難く、あるいは少々埋没しても離脱、復帰が可能であるので、長期間にわたって安定した特性を得ることができる。これらの特性は、トナー粒子の受けるシェアを低減させる作用を示すので、高速定着（低エネルギー定着）のため、トナーに含有されている低レオロジー成分によるトナー自身のフィルミングの低減効果を発揮する。
さらに、詳細は明らかでないが、表面処理された微粒子はトナーに外部添加されても、仮にキャリアを汚染した場合においても現像剤劣化の度合が少ない。よって、経時的にトナーの流動性および帯電性の変化が少ないため、長期的に現像剤の循環および補給トナーの拡散を安定に行うことができる。また、画質の安定性も高くなる。

微粒子の平均一次粒径（以下、平均粒径という）は、50〜500ｎｍのものが用いられ、特に100〜400ｎｍのものが好ましい。50ｎｍ未満であると、微粒子がトナー表面の凹凸の凹部分に埋没して、コロの役割を低下する場合が生じる。一方、500μｍよりも大きいとトナー自身の接触面積と同レベルのオーダーとなり、トナーに対するコロの効果が減少する。
嵩密度が０．３ｍｇ／ｃｍ3未満では、流動性向上への寄与はあるものの、トナー及び微粒子の飛散性および付着性が高くなるために、トナーとコロとしての効果や働きが低下してしまう。

＜微粒子の説明＞
本実施形態の微粒子において、無機化合物としては、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 、ＣｅＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｋ2 Ｏ、Ｎａ2 Ｏ、ＺｒＯ2 、ＣａＯ・ＳｉＯ2 、Ｋ2 Ｏ（ＴｉＯ2）ｎ、Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 、ＣACＯ3 、ＭｇＣＯ3 、ＢａＳＯ4 、ＭｇＳＯ4 、ＳｒＴｉＯ3等を例示することができ、好ましくは、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 が挙げられる。特にこれら無機化合物は各種のカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシラン、オクチルトリメトキシシラン等で疎水化処理が施されていてもよい。

また、有機化合物の微粒子としては、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく、例えばビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂微粒子としては、上記の樹脂を２種以上併用しても差し支えない。このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。

ビニル系樹脂の具体的な例としては、ビニル系モノマーを単独重合また、共重合したポリマーで、例えば、スチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、（メタ）アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−（メタ）アクリル酸共重合体等が挙げられる。
なお、上記で説明した嵩密度は、次式で求められる。
嵩密度（ｇ／ｃｍ3）＝微粒子量（ｇ／100ｍｌ）÷100
本実施形態の微粒子を、トナー表面に外添加し付着させる方法としては、トナー母体粒子と微粒子を各種の公知の混合装置を用いて、機械的に混合して付着させる方法や、液相中でトナー母体粒子と微粒子を界面活性剤などで均一に分散させ、付着処理後、乾燥させる方法などがある。

本発明の実施形態の画像形成装置の内部構成を示した略中央断面図である。 同画像形成装置の一部をなす画像形成ユニットの概略断面図である。 同画像形成ユニットを構成する帯電装置の側面図である。 同画像形成ユニットを構成する補助帯電部材を示す図であって、（Ａ）は第1例の補助帯電部材の要部側面図、（Ｂ）は第２例の補助帯電部材の要部側面図である。 （Ａ）は、トナーの帯電特性の正常化を示す特性図、（Ｂ）は、転写残トナーにおける逆帯電成分および弱帯電成分の多い帯電量分布を示す図である。 同画像形成ユニットを構成する第１現像ローラにおける法線方向の磁力分布を表した図であって、（Ａ）は内部の磁極をθだけ傾けた場合、（Ｂ）は内部の磁極を傾けない場合である。 同現像ローラの磁力変更方法を示すフローチャートである。 形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明する、トナーの形状を模式的に表した図である。

符号の説明

ＧＫ…画像形成装置
Ｐ1、Ｐ2…用紙収納部
１０(10y,10m,10c,10k)…画像形成ユニット
１１（11Y、11C、11M、11K）…感光体
１２…補助帯電部材
２０…中間転写部
２１…転写ローラ
２２…中間転写ベルト
３０…二次転写部
４０…定着部
５０(50y,50m,50c,50k)…トナー収納容器
６０…帯電装置
６１…帯電ローラ
８０…現像装置
８１…第１現像ローラ
８２…第２現像ローラ

Claims (8)

1. 像担持体と、
   該像担持体の表面を帯電する帯電手段と、
   帯電された前記像担持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
   内部に第一の磁界発生手段を有し、表面上に磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を担持して回転する第一の現像剤担持体と、該第一の現像剤担持体の下流に、内部に第二の磁界発生手段を有し、表面に前記２成分現像剤を担持して回転する第二の現像剤担持体とを有し、前記静電潜像を前記像担持体上にトナー像として現像する現像手段と、
   前記像担持体上に現像されたトナー像を転写体に転写する転写手段と、
   該転写手段により転写がなされる転写位置より前記像担持体表面の移動方向下流側で、かつ、前記静電潜像の形成位置より前記像担持体表面の移動方向上流側に、前記像担持体に接触して、前記転写体にトナー像を転写する際に前記像担持体上に残留した転写残トナーを帯電極性と同極性に帯電させる補助帯電部材とを有し、
   前記転写残トナーを回収するクリーニング手段を前記現像手段が兼ねる画像形成装置において、
   前記第一の磁界発生手段は、前記第一の現像剤担持体が前記像担持体と対向する位置で、前記第一の現像剤担持体の表面における法線方向の磁力を変更可能としたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電手段の帯電部材は、前記像担持体表面に所定の間隙で近接して設置された帯電ローラ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. 画像形成時に、帯電ローラには直流成分に交流成分を重畳した電圧を印加す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. 出力する画像情報を検知する画像情報検知手段を備え、
   該画像情報検知手段による検知結果に応じて、前記第一の磁界発生手段は、前記第一の現像剤担持体が該像担持体と対向する位置で、前記第一の現像剤担持体表面における法線方向の磁力を変更することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の画像形成装置。
5. 前記画像情報検知手段は、所定枚数における出力画像の画像面積の積算値を検知することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記所定枚数における出力画像の画像面積の積算値が、所定値よりも小さくなった際には、前記第一の磁界発生手段において、前記第一の現像剤担持体が、前記像担持体と対向する位置で前記第一の現像剤担持体表面における法線方向の磁力を大きくすることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. 前記第一の磁界発生手段は、前記第一の現像剤担持体内部に設置された磁石であり、該磁石が前記第一の現像剤担持体の回転方向に移動することにより、前記第一の現像剤担持体が前記像担持体と対向する位置での前記第一の現像担持体表面における法線方向の磁力の変更を行うことを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載の画像形成装置。
8. 画像形成に用いられる前記トナーは、形状係数SF-1で100〜150の範囲にあり、かつ形状係数SF-2で100〜150の範囲にあることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の画像形成装置。

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