JP2016071190A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電圧を印加して異物回収部材と現像剤担持体との間に振動電界を発生させ、現像剤層から異物のみを分離して回収することにより、廃トナーを現像に再利用した時に生じる画像欠陥を抑える画像形成装置を提供する。【解決手段】転写後の感光体ドラム３２に残留したトナーを現像ユニット３５に還流させる廃トナー搬送パイプ４４を備え、現像ユニットは、現像剤規制部材３５ｃと感光体ドラムに対向する開口部との間に設けられ、トナーと逆の極性に帯電された異物を現像剤層から回収する異物回収部材４５を備え、異物回収部材は、予め定められた電圧および周波数の交流電圧を印加して現像剤担持体３５ａとの間に振動電界を発生させ、前記現像剤層から異物のみを分離して回収する。【選択図】図３

Description

この発明は、画像形成装置および画像形成方法に関する。

従来、複写機やプリンタ等の画像形成装置において画像形成を行うにあたっては、一般に図１に示すように、表面に感光層が形成されたドラム状の像担持体（感光体ドラム３２）を回転させ、感光体ドラム３２の表面を帯電ユニット３４によって帯電させる。次に、帯電された感光体ドラム３２の表面に図示しない露光装置により画像情報に応じた露光を行い、この感光体ドラム３２の表面に静電潜像を形成する。その後、静電潜像が形成された感光体ドラム３２に現像ユニット３５からトナーを供給して感光体ドラム３２の表面にトナー像を形成することにより顕像を形成していた。そして、感光体ドラム３２の表面に形成されたトナー像を、転写ユニット３６により紙等の記録媒体８に転写させた後に、トナー像が転写された記録媒体８を感光体ドラム３２から分離させ、定着ユニット３８（図２参照）で熱または圧力により定着動作を行うことによって画像形成を行っていた。その後、この感光体ドラム３２の表面に残留するトナー等の残留物はクリーニングユニット３７に搭載されたクリーニングブレード３７ａにより掻き取られ、クリーニングユニット３７内部に回収され、感光体ドラム３２を初期の状態に戻す。そして、上記のような操作を繰り返すことで連続的に画像形成を行うことが可能になっていた。

クリーニングユニット３７によって回収された残留物は、廃トナーとして破棄され、破棄されたトナーは印字に使用されないため、トナーの無駄な消費となってしまう。そこで、近年においては、クリーニングユニット３７により回収した廃トナーを現像ユニット３５に戻し、廃トナーを再度現像に使用する画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１では、現像剤の規制部材から像担持体と現像剤担持体が対向する現像領域に現像剤を導く間に現像剤中に含まれる不良帯電トナーや異物等の不要物を回収する回収手段を設けたことを特徴とする現像ユニットが提案されている。また、主に不良帯電トナーを回収するために回収手段を設けたり、回収手段近傍に電圧を印加したワイヤーを配置したりすることによって不良帯電トナーを効率良く回収できる現像ユニットも提案されている。

ここで、廃トナーを再度現像に使用する構成は大きく分けて次の３つのメリットがある。
第１に、前述の通り、元来、無駄なトナーとして廃棄していた廃トナーを現像に使うため、トナー消費量の削減が可能であり、それによって装置のランニングコストの低減につながる。
第２に、クリーニングユニット３７に一旦回収された廃トナーは、別途設けた廃トナーＢＯＸに溜めてから廃棄するが、再度現像槽に使用する場合は廃トナーが生じないので、この廃トナーＢＯＸが不要となり、装置の小型化が可能となる。
第３に、廃トナーをそのまま廃棄すると、環境汚染等の問題が生じるため、廃トナーに特別な処理をする必要がある。しかし、一般のユーザは廃トナーを処理することができないため、サービスマンに廃トナーを回収してもらったり、専門業者に処理してもらったりする必要があり、時間やコストがかかるという問題があったが、このような問題を無くすことができる。

特開２００１−１４２３００号公報

しかしながら、上記のように回収された廃トナーには、トナーの他に紙等の記録媒体８から発生する紙粉や填料等の異物が含まれているため、廃トナーを現像ユニットに戻す構成の場合、この異物が現像器内に侵入することになる。この異物は、トナーと結合して帯電性の低い不良帯電トナーや逆極性に帯電した逆帯電トナー等を発生させ、画像にかぶりが生じたり、異物が画像に付着したりするため、画質が次第に低下するという問題があった。

また、出願人が検討を行った結果、感光体ドラム３２の表面に残留するトナー等の残留物を現像ユニットまたはトナーカートリッジに戻して使用した場合、印字サンプルの白地部に大きな黒い繊維状の点（つぶかぶり）が多数印字され、大きな問題となることが分かった。

このつぶかぶりは、
（１）紙粉が転写部においてプラスに帯電される。
（２）クリーニング装置で集められた残留トナー（廃トナー）とプラスに帯電した紙粉等の異物が混じり合い、紙粉が廃トナーを引き付けることによって、紙粉とトナーのクラスタが形成される。
（３）紙粉とトナーのクラスタは全体としてプラスに帯電している。このクラスタを多く含んだ画像形成装置で画像形成を行うと、現像領域に搬送された紙粉のクラスタが電界によって現像剤担持体３５ａから感光体ドラム３２に移動し、白地の部分（バックグラウンド）に付着する。
（４）その後、転写、定着工程を経て紙に定着される。
というメカニズムで起こっていた。

この紙粉のクラスタは、１００〜５００μｍと大きいため認識されやすく、紙の白地の部分に定着されたものは、黒い粒状に認識されるため、人の目に飛び込み易く、大きな問題となっていた。

この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、その目的は、廃トナーを回収して現像カートリッジまたはトナーカートリッジに戻し、画像形成に再利用する画像形成装置において、画像欠陥が生じる原因となる異物（紙粉）を除去する現像ユニットを備えた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。

この発明は、感光体と、前記感光体に静電潜像を形成するための露光器と、前記感光体にトナーを供給して前記静電潜像に対応するトナー像を形成する現像器と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写器と、転写後の前記感光体に残留した前記トナーを前記現像器に還流させる還流器とを備え、前記現像器は、前記感光体に対向する開口部を有し現像剤を収容する現像槽と、前記感光体に対向する位置に設けられ、前記現像槽の内部において前記現像剤を表面に担持し、前記開口部を介して前記感光体に前記現像剤を供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に担持された前記現像剤を規制して予め定められた厚みの現像剤層を形成する現像剤規制部材と、前記現像剤規制部材と前記開口部との間に設けられ、前記トナーと逆の極性に帯電された異物を前記現像剤層から回収する異物回収部材とを備え、前記異物回収部材は、予め定められた電圧および周波数の交流電圧を印加して前記現像剤担持体との間に振動電界を発生させ、前記現像剤層から前記異物のみを分離して回収することを特徴とする画像形成装置を提供するものである。
また、この発明は、電子写真方式の画像形成方法において、記録媒体にトナー像を転写した後、感光体に残留したトナーを現像器に還流し、前記現像器において現像剤を現像剤担時体の表面に担持し、前記現像剤担持体の表面に担持された前記現像剤を現像剤規制部材により規制して予め定められた厚みの現像剤層を形成し、前記現像剤層の表面近くに設けられた前記異物回収部材に予め定められた電圧および周波数の交流電圧を印加して前記現像剤担持体との間に振動電界を発生させ、前記現像剤層から前記トナーと逆の極性に帯電された異物のみを分離して回収することを特徴とする画像形成方法を提供するものである。

この発明によれば、交流電圧を印加して異物回収部材と現像剤担持体との間に振動電界を発生させ、現像剤層から異物を回収することにより、廃トナーを現像に再利用したときに生じる画像欠陥を抑える画像形成装置および画像形成方法を実現する。

従来の画像形成装置の画像形成部の概略構成を示す説明図である。（従来技術） この発明の画像形成装置の概略構成を示す断面図である。（実施形態１） 図２に示す画像形成装置の画像形成部の概略構成を示す説明図である。（実施形態１） 図２に示す画像形成装置の画像形成部の概略構成を示す説明図である。（実施形態１） 図３に示す異物回収部材および現像剤担持体の拡大図である。（実施形態１） この発明の異物回収部材および現像剤担持体の概略構成を示す説明図である。図６（Ａ）は、斜視図を表し、図６（Ｂ）は、軸方向から見た断面図を表す。（実施形態５）

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。

〔実施形態１〕
＜画像形成装置１の構成＞
以下、図２〜図５に基づき、この発明の実施形態１に係る画像形成装置１について説明する。
図２は、この発明の画像形成装置１の概略構成を示す断面図である。図３および図４は、図２に示す画像形成装置１の画像形成部の概略構成を示す説明図である。図５は、図３に示す異物回収部材４５および現像剤担持体３５ａの拡大図である。

画像形成装置１は、印刷モードとしてコピアモード（複写モード）、プリンタモード、ＦＡＸモードを有しており、不図示の操作部からの操作入力や、パーソナルコンピュータ等の外部ホスト装置からの印刷ジョブの受信に応じた印刷モードが、不図示の制御部によって選択される。

図１に示すように、画像形成装置１は、原稿読み取り部１０（原稿読取手段）、給紙部２０（給紙手段）、印刷部３０（印刷手段）、排紙部４０に大別され、原稿読み取り部１０が給紙部２０の上方に配設され、排紙部４０が原稿読み取り部１０と給紙部２０の中間部位に配設されている。

実施形態１において、この発明の「感光体」は、感光体ドラム３２によって実現する。また、この発明の「露光器」は、コピーランプユニット１２およびＬＳＵユニット３３の協働によって実現する。また、この発明の「現像器」は、現像ユニット３５によって実現する。また、この発明の「転写器」は、転写ユニット３６によって実現する。また、この発明の「還流器」は、クリーニングユニット３７および廃トナー搬送パイプ４４の協働によって実現する。

以下、上記各処理モードの中からコピアモードについて説明する。
ユーザが、原稿読み取り部１０（スキャナ部）のプラテンガラス１１上に原稿を載置した後、給紙部２０の給紙カセット２１あるいは装置側面に設けられたオプション給紙トレイＸｂに用紙（記録媒体８）を装着し、さらに装置の外装前面部に配置される操作パネル（不図示）上の条件入力キー（印刷枚数／印刷倍率等々）を入力した後に、操作パネルのスタートキーを操作するとコピー動作が開始される。

スタートキーが操作されると、メイン駆動モータ（不図示）が始動し、各駆動ギヤが回転する。その後、給紙ローラ２２または２２ａが回転して用紙が装置内へ送出（給紙）され、給紙された用紙はレジストローラ３１へ到達する。このレジストローラ３１により、用紙は、感光体ドラム３２上に形成される画像の先端部（画像形成開始部）と同期をとるために一時停止され、用紙の先端部が均一にレジストローラ３１に押しつけられて用紙の先端位置の補正が行なわれる。

ここで、感光体ドラム３２は、トナー像が表面に形成される像担持体であり、軸線回りに回転駆動可能に支持され、図示しない円筒状、円柱状または薄膜シート状（好ましくは円筒状）の導電性基体と、導電性基体の表面に形成される感光層とを含む。
感光体ドラム３２としては、この分野で常用されるものを使用でき、例えば、導電性基体であるアルミニウム素管と、アルミニウム素管の表面に形成される感光層である有機感光層とを含む、ＧＮＤ（接地）電位に接続される感光体ドラムを使用できる。

有機感光層は、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とを積層して形成されるものであってもよく、電荷発生物質と電荷輸送物質とを含む１つの層によって形成されてもよい。有機感光層の層厚は、特に限定されるものではないが、例えば、２０μｍである。また有機感光層と導電性基体との間に下地層を設けてもよい。さらに、有機感光層の表面に保護層を設けてもよい。
感光体ドラム３２は、前述のメイン駆動モーターギヤに係合された感光体ドラム３２に取り付けられた図示しない感光体ドラム駆動ギヤによって、図２の紙面に向って反時計周りの方向に、例えば周速度１６３ｍｍ／ｓで回転する。

一方、原稿読み取り部１０においては、コピーランプ１２ａ（光源）が点灯し、コピーランプユニット１２が矢符ＤＲの方向に移動することで露光が開始される。コピーランプ１２ａにより原稿に照射された照射光は、原稿の画像情報を含む反射光（原稿からの反射光）となり、該反射光は、コピーランプユニット１２に設けられた第１ミラー１２ｂから第２ミラー１３、第３ミラー１４、光学レンズ１５から、ＣＣＤ１６へ入力されることによって読み取られる。このようにして読み取られた画像情報は、不図示の制御部が備えるＣＣＤ回路で、光の画像情報が電気的信号に変換され、その画像情報信号は、設定された条件で画像処理が行われ、ＬＳＵユニット３３へプリントデータとして送信される。

他方、回転駆動されている感光体ドラム３２は、帯電ユニット３４により、全体が所定帯電電位、例えば、実施形態１の場合、−６００Ｖに帯電される。帯電ユニット３４は、実施形態１においては、鋸歯帯電器を用いたが、ローラ帯電器、ブラシ型帯電器、チャージャー型帯電器なども使用できる。

ＬＳＵユニット３３からのレーザ光は、不図示のポリゴンミラーや各種レンズを通して、感光体ドラム３２へ照射されて、感光体ドラム３２上に静電潜像が形成される。実施形態１の場合、この画像情報に応じて露光された部位の電位は−７０Ｖとなる。

前述の感光体ドラム３２上に形成された静電潜像は、現像ユニット３５によってトナーとキャリアを含む現像剤により顕像化され、トナー像が形成される。
現像ユニット３５は、図３にも示されるように、感光体ドラム３２に対向して設けられる現像手段であり、現像剤担持体３５ａは、感光体ドラム３２の回転軸に平行な回転軸に回転自在に設けられる。感光体ドラム３２の回転方向は、図３に図示する通り、紙面に向かって反時計回りとなる。現像剤担持体３５ａは、極性が異なる磁石部材を略交互に周方向に配置して形成されたマグローラである。現像剤担持体３５ａは、その磁力によって、現像槽３５ｂ内に収容された現像剤を吸着し、吸着された現像剤は現像剤規制部材３５ｃによって所定量の厚さに規制され、現像剤担持体３５ａと感光体ドラム３２が近接する現像ニップ部に運ばれる。

現像剤担持体３５ａには、図示しない高圧電源により電圧が印加されており、実施形態１の場合は−４５０Ｖ〜−５５０Ｖの範囲で印加され、前述のように、感光体ドラム３２表面に形成される静電潜像を現像ニップ部において、トナーによって顕像化（現像）される。
ただし、顕像化される過程の前後の回転中においては、現像剤担持体３５ａに印加するバイアスは＋５０Ｖ程度印加する。これは、感光体ドラム３２が帯電ユニット３４に帯電されていない部位が、前述のニップ部と重なった場合、顕像化と同じ電圧を印加すると、トナーが感光体ドラム３２に移ってしまい、無駄なトナーの消費が起こるのを防ぐためである。

現像槽３５ｂは、例えば硬質の合成樹脂などからなる中空の容器状部材である。現像槽３５ｂの中には、前述のようにトナーとキャリアとを含む２成分現像剤が収容される。
また、現像槽３５ｂには、前述の現像剤担持体３５ａ、現像剤規制部材３５ｃの他に、攪拌ローラ３５ｄ、トナー濃度センサ３５ｅ、トナー案内ローラ３５ｆ、及び異物回収部材４５が配置されており、また、現像槽３５ｂにトナーを補給するためのトナーホッパ４３が連結されている。

現像剤規制部材３５ｃは、ステンレス鋼の薄板などで構成される薄板部材であり、現像槽３５ｂの内壁に片持ち状に配置される。現像剤規制部材３５ｃの自由端は、現像剤担持体３５ａの周面に対して所定の間隔を設けて配置される。

攪拌ローラ３５ｄは、現像剤担持体３５ａの回転軸に平行な回転軸に回転自在に設けられる。攪拌ローラ３５ｄは、現像槽３５ｂ内のトナーおよびキャリアを攪拌するとともに、攪拌されたトナーおよびキャリアを現像剤担持体３５ａへ供給する。

トナー濃度センサ３５ｅは、攪拌ローラ３５ｄに近接するように、現像槽３５ｂの底部に配置される。トナー濃度センサ３５ｅは、現像槽３５ｂ中のトナー濃度を検出する透磁率センサである。現像過程によってトナーが消費され、現像槽３５ｂ中のトナー濃度が低下するが、このトナー濃度センサ３５ｅの値に応じて、トナーホッパ４３から現像槽３５ｂへトナーを補給の開始/停止を行う。

実施形態１においては、トナーとキャリアとの混合割合は、重量比で５：９５としたが、特にこの値に制限されず、トナーおよびキャリアの種類に応じて適宜選択すればよい。

トナーホッパ４３は、現像槽３５ｂと連結されているが、トナーを通す開口３５ｇが設けられる。この開口３５ｇの上側を覆う位置には、トナー補給ローラ４３ａが配置される。トナー補給ローラ４３ａはスポンジローラで構成されており、気泡部分にトナーを含ませた後に開口３５ｇの縁で内部のトナーをしごき落すことによって、現像槽３５ｂにトナーを補給する。さらに、トナーホッパ４３は、トナー補給ローラ４３ａにトナーを供給する供給ローラ４３ｂと、トナーホッパ４３内部に収容されるトナーを攪拌し搬送する攪拌羽根部材４３ｃとを備える。
トナーホッパ４３から補給されたトナーは、トナー案内ローラ３５ｆによって攪拌ローラ３５ｄに運ばれ、現像槽３５ｂ中の現像剤に混ぜられ、現像に使用される。

実施形態１で用いられる現像剤は、トナーとキャリアを含んだ、所謂、２成分現像剤であるが、トナーだけを含む１成分現像剤でもよい。
トナーは、結着樹脂、着色剤および離型剤を含有するトナー粒子で構成される。結着樹脂としては、この分野で常用されるものを使用でき、例えば、ポリスチレン、スチレンの置換体の単独重合体、スチレン系共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタンなどが挙げられる。結着樹脂は１種を単独で使用でき、または２種以上を併用できる。

着色剤としては、従来から電子写真方式の画像形成技術に用いられるトナー用顔料、および染料を使用できる。トナー顔料としては、例えば、カーボンブラック、酸化チタン、などが挙げられる。トナー顔料は１種を単独で使用でき、または２種以上を併用できる。
離型剤としては、例えば、ワックスを使用できる。ワックスとしては、この分野で常用されるものを使用でき、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、パラフィンワックスなどが挙げられる。

トナーは、結着樹脂、着色剤および離型剤の他に、帯電制御剤、流動性向上剤、定着促進剤および導電剤などの一般的なトナー用添加剤の１種または２種以上を含有してもよい。
トナーは、粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法などの公知の方法で製造できる。粉砕法では、着色剤および離型剤などを結着樹脂と溶融混練して粉砕することでトナーを得る。懸濁重合法では、結着樹脂、着色剤および離型剤などのモノマーを均一に分散した後、これらのモノマーを重合させることでトナーを得る。乳化凝集法では、結着樹脂、着色剤および離型剤などを凝集剤によって凝集させ、得られる凝集物の微粒子を加熱することでトナーを得る。

トナーの体積平均粒径は、特に制限されないが、好ましくは２μｍ以上７μｍ以下である。またトナーの体積平均粒径がこのように適度に小さい場合には、記録媒体８に対する被覆率が高くなるので、低付着量での高画質化、およびトナー消費量の低減化を達成できる。
また、トナーの体積平均粒径が２μｍ未満では、トナーの流動性が低下し、現像動作の際に、トナーの供給、攪拌および帯電が不十分になるので、感光体ドラム３２に供給されるトナー量の不足や逆極トナーの増加などが発生し、高画質画像が得られないおそれがある。
また、トナーの体積平均粒径が７μｍを超えると、定着時に中心部分まで軟化し難い大粒径のトナー粒子が多くなるので、記録媒体８へのトナー像の定着性が低下するとともに、画像の発色が悪くなり、特にＯＨＰシートへの定着の場合には、画像が暗くなる。

実施形態１の画像形成装置１で用いられるトナーは、ガラス転移点が６０℃であり、軟化点が１２０℃であり、体積平均粒径が６μｍの負帯電性の絶縁性非磁性トナーである。このトナーを用いて、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製３１０による反射濃度測定値が１．４の画像濃度を得るには、記録媒体８の表面において５ｇ／ｍ²のトナー量が必要である。
また、トナーは、結着樹脂としてガラス転移点が６０℃であり軟化点が１２０℃のポリエステルを含み、着色剤として各色の顔料をトナー全量の１２重量％含み、離型剤としてガラス転移点が５０℃であり軟化点が７０℃の低分子ポリエチレンワックスをトナー全量の７重量％含む。このトナーに離型剤として用いられる低分子ポリエチレンワックスは、結着樹脂として用いられるポリエステルよりもガラス転移点および軟化点が低いワックスである。

キャリアとしては、磁性を有する粒子を使用することができる。磁性を有する粒子としては、例えば、鉄、フェライトおよびマグネタイトなどの金属、これらの金属とアルミニウムまたは鉛などの金属との合金などが挙げられる。これらの中でも、フェライトが好ましい。
また、磁性を有する粒子に樹脂を被覆した樹脂被覆キャリア、または樹脂に磁性を有する粒子を分散させた樹脂分散型キャリアなどをキャリアとして用いてもよい。磁性を有する粒子を被覆する樹脂としては、特に制限はないが、例えばオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、スチレンアクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、エステル系樹脂およびフッ素含有重合体系樹脂などが挙げられる。また、樹脂分散型キャリアに用いられる樹脂としては、特に制限されないが、例えばスチレンアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂およびフェノール樹脂などが挙げられる。

キャリアの体積平均粒径は、特に制限されないが、高画質化を考慮すると、好ましくは３０μｍ以上、５０μｍ以下である。さらにキャリアの抵抗率は、好ましくは１０⁸Ω・ｃｍ以上、さらに好ましくは１０¹²Ω・ｃｍ以上である。
キャリアの抵抗率は、キャリアを０．５０ｃｍ²の断面積を有する容器に入れてタッピングした後、容器内に詰められたキャリアにおもりで１ｋｇ／ｃｍ²の荷重を掛け、おもりと底面電極との間に１０００Ｖ／ｃｍの電界が生ずる電圧を印加したときの電流値を読取ることで得られる値である。キャリアの抵抗率が低いと、現像剤担持体３５ａにバイアス電圧を印加した場合にキャリアに電荷が注入され、感光体ドラム３２にキャリア粒子が付着し易くなる。また、バイアス電圧の絶縁破壊（ブレークダウン）が起こり易くなる。

キャリアの磁化強さ（最大磁化）は、好ましくは１０ｅｍｕ／ｇ以上、６０ｅｍｕ／ｇ以下、さらに好ましくは１５ｅｍｕ／ｇ以上、４０ｅｍｕ／ｇ以下である。磁化強さは、現像剤担持体３５ａの磁束密度にもよるが、現像剤担持体３５ａの一般的な磁束密度の条件下においては、１０ｅｍｕ／ｇ未満であると、磁気的な束縛力が働かず、キャリア飛散の原因となるおそれがある。また、磁化強さが６０ｅｍｕ／ｇを超えると、キャリアの穂立ちが高くなり過ぎる非接触現像では、感光体ドラム３２と非接触状態を保つことが困難になる。また、接触現像ではトナー像に掃き目が現れ易くなるおそれがある。
キャリアの形状は、球形または扁平形状が好ましい。

感光体ドラム３２に現像されたトナー像は、転写ユニット３６と感光体ドラム３２が近接する転写領域で、レジストローラ３１によって搬送されてきた記録媒体８にトナー像が転写される。転写ユニット３６はワイヤコロナチャージャでトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧を転写領域に印加することにより、記録媒体８にトナー像が転写される。その後、トナー像が転写された記録媒体８は定着ユニット３８に搬送される。

トナーの転写が終了した記録媒体８は、定着ユニット３８（定着工程）の上ヒートローラ３８ａと下ヒートローラ３８ｂを通過して熱と圧力が加えられ、記録媒体８上の未定着トナーが用紙に溶融・固着され、排紙部４０を構成する排紙ローラ４１により排紙トレイ４２に排出される。

また、原稿読み取り部１０が備えるＡＤＦ１０ａ（自動原稿供給装置）の原稿トレイＸａに原稿が載置されていることが、所定のセンサにより検出されている場合には、ＡＤＦ１０ａにより原稿が自動供給されてコピーが実行される。即ち、前記スタートキー操作がなされたときにＡＤＦ１０ａの原稿給送ローラ１７が回転し、原稿トレイＸａ上に載置された原稿が原稿読み取り部１０内へ送出されて所定の搬送路を搬送される一方、前記コピーランプユニット１２が所定の停止位置で停止したまま搬送中の原稿を露光する。この露光により得られた原稿からの反射光により原稿画像を読み取る処理は、前述した通りである。
このようにして画像が読み取られた原稿は，原稿排出部１８へ排出される。

転写後の感光体ドラム３２には、記録媒体８に転写されなかった転写残トナーが付着する。また、記録媒体８が紙であるとき、紙の表面に付着した紙粉が、転写時にプラスに帯電し、感光体ドラム３２に付着する。この転写残トナーと紙粉は、クリーニングユニット３７に取り付けられた、クリーニングブレード３７ａによって掻きとられ、クリーニングユニット３７内部に、廃トナーとして回収される。

回収された廃トナーは、クリーニングユニット３７内部に搭載されたスクリューローラ３７ｂで紙面方向へ搬送され、クリーニングユニット３７端部へ運ばれる。図３で示すように、クリーニングユニット３７端部には開口部３７ｃが設けられており、この開口部３７ｃと連結されている廃トナー搬送パイプ４４に送られる。
廃トナー搬送パイプ４４のもう一つの端部は、現像ユニット３５と、現像ユニット３５に設けられた開口部４４ａで連結されており、廃トナー搬送スクリュー４４ｂによって廃トナーが搬送され、開口部４４ａを介して現像槽３５ｂに混入される。混入された廃トナーは攪拌ローラ３５ｄによって、現像槽３５ｂ内に収容されている現像剤に混ざり、現像剤担持体３５ａに送られ、再び現像に使用される。

また、廃トナーを現像槽３５ｂに戻さず、トナーホッパ４３に戻してもよい。即ち、図４に示すように、廃トナー搬送パイプ４４１によって、トナーホッパ４３に設けられた開口部４４１ａを介して、廃トナーを新しいトナーの中へ混入させる。

＜異物回収部材４５＞
次に、図５に基づき、この発明の異物回収部材４５について詳細に説明する。
異物回収部材４５は金属部と絶縁層を持った板状の部材である。金属部は導電性であればよく、アルミ、ＳＵＳ、リン青銅などを使用することができる。絶縁層については、キャリアと金属板とのリークを防止できれば良く、例えばＰＥＴ、ＰＦＡ樹脂などでコーティングする。

図５に示すように、現像剤担持体３５ａの磁力により、キャリア、トナーおよび紙粉からなる、穂が立った磁気ブラシが形成される。ここで、異物回収部材４５を現像剤担持体３５ａに近づけた状態で、図示しない交流電源で交流電圧を印加することにより、現像剤中に含まれる紙粉等の異物が回収される。そして、異物回収部材４５を現像剤担持体３５ａに近づければ近づけるほど、異物回収部材４５と現像剤担持体３５ａとの間に生じる振動電界の振幅が大きくなり、紙粉を回収しやすくなる。

一方、磁気ブラシに力が加わるほど異物回収部材４５を近づけてしまうと、磁気ブラシの形状をつぶしてしまい、前述の現像ニップ部まで必要量の現像剤を運べず、画像劣化の原因となる。また、異物回収部材４５の先端が磁気ブラシの穂に接触すると、ショートしてしまうおそれもあるため、異物回収部材４５の先端部分が磁気ブラシの穂の先端部分に近接するように配置する必要がある。

また、異物回収部材４５に交流電圧を印加することにより、異物回収部材４５と現像剤担持体３５ａ間で振動電界が発生するが、この振動電界に対するトナーと紙粉の挙動の違いを利用して、クラスタから紙粉のみを回収することができるため、紙粉を効率よく回収することができる。

（実施例１）
ここで、実施例１として、実施形態１の構成において異物が紙粉の場合の異物回収実験の結果を示す。

実施例１では、現像剤担持体３５ａに−４５０Ｖの直流電圧を印加して回転させ、異物回収部材４５に予め定められた電圧値の交流電圧を印加して現像剤担持体３５ａとの間に振動電界を発生させ、異物回収部材４５に紙粉を付着させて回収した。回収された紙粉は、光学顕微鏡を用いて観察した。

下の表１は、周波数：５００Ｈｚ、Ｄｕｔｙ：６２．５％、１周期の平均値：−２５０Ｖ、波形：矩形波の条件で、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐをそれぞれ７００Ｖ、４００Ｖおよび２００Ｖとしたときの異物回収実験の結果である。

ここで、ピーク間電圧Ｖｐｐがそれぞれ７００Ｖ、４００Ｖおよび２００Ｖの場合において、１周期の平均値が−２５０Ｖになるよう、オフセットを調整した（オフセットはそれぞれ、−７７８Ｖ、−７５０Ｖおよび−７２５Ｖ）。

表１に示すように、７２５Ｖの交流電圧を印加した場合、紙粉はトナーと分離した。また、４００Ｖの交流電圧を印加した場合、一部のクラスタ状の紙粉のみが分離した。また、２００Ｖの交流電圧を印加した場合、紙粉とトナーが分離せずにクラスタ状のままであった。

このように、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくしていくにつれ、トナーと紙粉が分離しやすくなることが分かった。また、完全に分離する条件においては、マイナス側に瞬間的にかかる電圧の値が−１１２８Ｖとなることが分かった。ただし、この条件は、回収できる条件を限定するものではなく、現像剤担持体３５ａに印加する周波数やトナーの帯電量に応じて変化させる。
ただし、電圧の上限値は、空気の絶縁破壊が生じない範囲内（３×１０⁶Ｖ／ｍ未満）に限られる。

（比較実施例）
一方、比較実施例として、実施例１と同一の構成において交流電圧の代わりに直流電圧を印加した場合の異物回収実験の結果を示す。

比較実施例では、現像剤担持体３５ａに−４５０Ｖの直流電圧を印加して回転させ、異物回収部材４５に予め定められた電圧値の直流電圧を印加して現像剤担持体３５ａとの間に電界を発生させ、異物回収部材４５に紙粉を付着させて回収した。

下の表２は、電圧値がそれぞれ−１１５０Ｖ、−９５０Ｖおよび−７００Ｖの直流電圧を印加したときの異物回収実験の結果である。

表２に示すように、−１１５０Ｖ、−９５０Ｖおよび−７００Ｖの直流電圧を印加した場合、いずれの場合も、紙粉とトナーが分離せずにクラスタ状のままであった。

このように、直流電圧を印加した場合、交流電圧を印加した場合にトナーと紙粉が完全に分離する電圧の値とほぼ同等の−１１５０Ｖの直流電圧を印加しても、トナーと紙粉が分離しなかった。

（実施例２）
次に、実施例２として、実施形態１の構成において異物が紙粉の場合の異物回収実験の結果を示す。

実施例２では、現像剤担持体３５ａに−４５０Ｖの直流電圧を印加して回転させ、異物回収部材４５に予め定められた周波数の交流電圧を印加して現像剤担持体３５ａとの間に振動電界を発生させ、異物回収部材４５に紙粉を付着させて回収した。回収された紙粉は、光学顕微鏡を用いて観察した。

下の表３は、ピーク間電圧Ｖｐｐ：７００Ｖ、オフセット−７７８Ｖ、ｄｕｔｙ６２．５％、波形：矩形波の条件で、交流電圧の周波数をそれぞれ１００Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚおよび７ｋＨｚとしたときの異物回収実験の結果である。

表３に示すように、７ｋＨｚの周波数の交流電圧を印加した場合、紙粉とトナーが分離せずにクラスタ状のままであった。また、２ｋＨｚの周波数の交流電圧を印加した場合、一部のクラスタ状の紙粉のみが分離した。また、１ｋＨｚ、５００Ｈｚおよび１００Ｈｚの周波数の交流電圧を印加した場合、紙粉とトナーが分離した。

このように、交流電圧の周波数を１ｋＨｚ以下に設定することによって、紙粉だけを回収することが可能であることが分かった。ただし、この条件は、回収できる条件を限定するものではなく、現像剤担持体３５ａに印加する電圧やトナーの帯電量に応じて変化させる。

以上から、異物回収部材４５に予め定められたピーク間電圧Ｖｐｐおよび周波数の交流電圧を印加することにより、クラスタから紙粉のみを分離して回収することが可能となる。それゆえ、廃トナーを現像に再利用したときに生じる画像欠陥を抑え、かつ、クラスタの回収によるトナーの無駄な消費を防止できる。

（その他の実施形態）
１．実施形態１において、異物回収部材４５に印加する交流電圧の１周期の平均値を、現像剤担持体３５ａに印加する電圧より絶対値で大きくしてもよい。（実施形態２）
このようにすれば、平均して紙粉にかかる力が異物回収部材４５側に向かうため、一旦回収した紙粉を再び現像剤に戻さない画像形成装置１を実現できる。

２．実施形態２において、異物回収部材４５に印加する交流電圧の１周期の平均値の極性を、紙粉の帯電極性と逆極性にしてもよい。（実施形態３）
このようにすれば、紙粉は、転写時に転写ユニット３６が印加する電圧と同じ極性になるため、交流電圧の平均値の極性は転写ユニット３６が印加する電圧の極性の逆となる。それゆえ、平均して紙粉にかかる力が異物回収部材４５側に向かうため、一旦回収した紙粉を再び現像剤に戻さない画像形成装置１を実現できる。

例えば、実施形態１の場合、トナーはマイナス電荷を帯び、転写ユニット３６はプラスを印加するが、トナーがプラス電荷を帯びる特性を持つときは、転写ユニット３６で印加する電圧はマイナスとなる。

３．実施形態１〜３において、現像剤担持体３５ａに印加するバイアス電圧の極性に応じて、異物回収部材４５に印加する交流電圧の波形を変化させるようにしてもよい。（実施形態４）
このようにすれば、現像剤担持体３５ａに印加するバイアス電圧の極性に応じて交流電圧の波形を変化させることによって、キャリア上がりを防止する画像形成装置１を実現できる。

転写後の感光体ドラム３２上に付着した転写残トナーが、クリーニングブレード３７ａによって掻きとられた後、感光体ドラム３２の表面電位は０Ｖとなる。ここで、現像剤担持体３５ａがマイナスに印加されていると、トナーが感光体ドラム３２に移ってしまい、無駄なトナーの消費が起こってしまう。そこで、このようなトナーの消費を防止すべく、現像剤担持体３５ａをプラスのバイアス電圧を印加してトナーが感光体ドラム３２に移らないようにする。

しかしながら、クリーニングバイアスの印加時に、異物回収部材４５と現像剤担持体３５ａとの間の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐが、現像剤担持体３５ａに印加されたバイアス電圧の分だけ大きくなるため、絶縁破壊が生じて異物回収部材４５にキャリア上がりが発生するおそれがある。
そこで、クリーニングバイアスの印加時は、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを小さくしたり、交流電圧の平均値の極性を現像剤担持体３５ａの極性と同一にしたり、または印加をやめたりするなど、交流電圧の波形を変化させることによって、このようなキャリア上がりを防止できる。

４．実施形態１〜４において、前記異物回収部材４５の形状を図６（Ａ）（Ｂ）に示すようなブレード（板）状としてもよい。（実施形態５）
このようにすれば、異物回収部材４５と現像剤担持体３５ａとの間の距離の微調整が容易になるため、異物回収部材４５を現像剤担持体３５ａに近接させた状態で保持することによって、異物回収部材４５と現像剤担持体３５ａとの間にかかる振動電界を強くすることができ、効率よく紙粉の回収することができる。

以上に述べたように、
（ｉ）この発明の画像形成装置は、感光体と、前記感光体に静電潜像を形成するための露光器と、前記感光体にトナーを供給して前記静電潜像に対応するトナー像を形成する現像器と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写器と、転写後の前記感光体に残留した前記トナーを前記現像器に還流させる還流器とを備え、前記現像器は、前記感光体に対向する開口部を有し現像剤を収容する現像槽と、前記感光体に対向する位置に設けられ、前記現像槽の内部において前記現像剤を表面に担持し、前記開口部を介して前記感光体に前記現像剤を供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に担持された前記現像剤を規制して予め定められた厚みの現像剤層を形成する現像剤規制部材と、前記現像剤規制部材と前記開口部との間に設けられ、前記トナーと逆の極性に帯電された異物を前記現像剤層から回収する異物回収部材とを備え、前記異物回収部材は、予め定められた電圧および周波数の交流電圧を印加して前記現像剤担持体との間に振動電界を発生させ、前記現像剤層から前記異物のみを分離して回収することを特徴とする。
また、この発明の画像形成方法は、電子写真方式の画像形成方法において、記録媒体にトナー像を転写した後、感光体に残留したトナーを現像器に還流し、前記現像器において現像剤を現像剤担時体の表面に担持し、前記現像剤担持体の表面に担持された前記現像剤を現像剤規制部材により規制して予め定められた厚みの現像剤層を形成し、前記現像剤層の表面近くに設けられた前記異物回収部材に予め定められた電圧および周波数の交流電圧を印加して前記現像剤担持体との間に振動電界を発生させ、前記現像剤層から前記トナーと逆の極性に帯電された異物のみを分離して回収することを特徴とする。

この発明において、「画像形成装置」は、トナーによる像形成に電子写真方式を用いるプリンタなどの複写（コピー機能）機能を有する複写機や複合機、または複写以外の機能をも含むＭＦＰ（Multifunctionａl Peripherａl：多機能周辺装置）など、画像を形成して出力する装置である。
「異物」は、転写後の感光体上に残留したトナーを還流器に還流させる際に、紙等の記録媒体から発生する紙粉や填料等の不純物である。

さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（ii）この発明による画像形成装置において、前記記録媒体は紙を含み、前記異物は、紙粉であってもよい。

このようにすれば、記録媒体が紙を含む場合、画像欠陥を生じさせる主な要因である紙粉を除去することにより、画像欠陥を抑える画像形成装置を実現できる。

（iii）この発明による画像形成装置において、前記異物回収部材に印加する交流電圧の１周期の平均値は、前記現像剤担持体に印加する電圧より絶対値で大きいものであってもよい。

このようにすれば、現像担持体から異物回収部材に向かって紙粉が移動する電界を常に形成することができ、当該電界を通じて異物回収部材に紙粉を効率よく付着させることによって画像欠陥を抑える画像形成装置を実現できる。

（iv）この発明による画像形成装置において、前記異物回収部材に印加する交流電圧の１周期の平均値の極性は、前記異物の帯電極性と逆の極性であってもよい。

このようにすれば、紙粉が常に現像剤担持体から異物回収部材へ力が加わるように振動電界を発生させ、紙粉を異物回収部材へ付着させることで、画像欠陥を抑える画像形成装置を実現できる。

（ｖ）この発明による画像形成装置において、前記異物回収部材に対して印加する交流電圧の１周期の平均値の極性は、転写の電圧と逆の極性であってもよい。

このようにすれば、異物回収部材に印加する交流電圧の１周期の平均値の極性を転写の電圧と逆の極性とすることで、異物回収部材に紙粉を回収することができ、画像欠陥を抑える画像形成装置を実現できる。

記録媒体にトナー像が転写されるとき、転写ユニットは、トナーの帯電極性とは逆極性の高電圧を転写領域に印加するため、記録媒体から生じる異物も転写領域と同じ極性に帯電する。それゆえ、交流電圧の１周期の平均値の極性を転写の電圧と逆の極性とすることで、異物回収部材に紙粉を回収することができる。

（vi）この発明による画像形成装置において、前記現像器へ印加するバイアスの極性に応じて交流電圧の波形を変化させるものであってもよい。

このようにすれば、前記現像器へ印加するバイアスの極性に応じて交流電圧の波形を変化させることによって、キャリア上がりを防止する画像形成装置を実現できる。
交流電圧の波形の変化としては、例えば、クリーニングバイアス印加時は交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを小さくする、平均値の極性を現像剤担持体と同じにする、または印加をやめる等の変化が挙げられる。

（vii）この発明による画像形成装置において、前記異物回収部材は、前記現像剤層の表面近くに設けられたものであってもよい。

このようにすれば、電界を強くでき、効率よく紙粉の回収する画像形成装置を実現できる。

「前記現像剤層の近くに設けられた」は、異物回収部材に交流電圧を印加したとき、ショートを起こさない範囲内で、異物回収部材と現像剤担持体との間に生じる振動電界の振幅が予め定められた値以上になるように、現像剤を構成するキャリア、トナーおよび紙粉からなる磁気ブラシの穂の先端部分に近接するように異物回収部材を配置することである。
異物回収部材と現像剤担持体との間の距離としては、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜０．７ｍｍ、さらに好ましくは０．５０ｍｍ〜０．５５ｍｍである。

（viii）この発明による画像形成装置において、前記異物回収部材の形状をブレード状とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置であってもよい。

このようにすれば、電界を強くでき、効率よく紙粉の回収する画像形成装置を実現できる。

この発明の好ましい態様は、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含む。
前述した実施形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。

１：画像形成装置、 ８：記録媒体、 １０：原稿読み取り部、 １０ａ：ＡＤＦ、 １１：プラテンガラス、 １２：コピーランプユニット、 １２ａ：コピーランプ、 １２ｂ：第１ミラー、 １３：第２ミラー、 １４：第３ミラー、 １５：光学レンズ、 １６：ＣＣＤ、 １７：原稿給送ローラ、 １８：原稿排出部、 ２０：給紙部、 ２１：給紙カセット、 ２２：給紙ローラ、 ２２ａ：給紙ローラ、 ３０：印刷部、 ３１：レジストローラ、 ３２：感光体ドラム、 ３３：ＬＳＵユニット、 ３４：帯電ユニット、 ３５：現像ユニット、 ３５ａ：現像剤担持体、 ３５ｂ：現像槽、 ３５ｃ：現像剤規制部材、 ３５ｄ：攪拌ローラ、 ３５ｅ：トナー濃度センサ、 ３５ｆ：トナー案内ローラ、 ３５ｇ：開口、 ３６：転写ユニット、 ３７：クリーニングユニット、 ３７ａ：クリーニングブレード、 ３７ｂ：スクリューローラ、 ３７ｃ：開口部、 ３８：定着ユニット、 ３８ａ：上ヒートローラ、 ３８ｂ：下ヒートローラ、 ４０：排紙部、 ４１：排紙ローラ、 ４２：排紙トレイ、 ４３：トナーホッパ、 ４３ａ：トナー補給ローラ、 ４３ｂ：供給ローラ、 ４３ｃ：攪拌羽根部材、 ４４：廃トナー搬送パイプ、 ４４１：廃トナー搬送パイプ、 ４４ａ：開口部、 ４４１ａ：開口部、 ４４ｂ：廃トナー搬送スクリュー、 ４５：異物回収部材、 Ｖｐｐ：ピーク間電圧、 Ｘａ：原稿トレイ、 Ｘｂ：オプション給紙トレイ

Claims (9)

1. 感光体と、
   前記感光体に静電潜像を形成するための露光器と、
   前記感光体にトナーを供給して前記静電潜像に対応するトナー像を形成する現像器と、
   前記トナー像を記録媒体に転写する転写器と、
   転写後の前記感光体に残留した前記トナーを前記現像器に還流させる還流器とを備え、
   前記現像器は、前記感光体に対向する開口部を有し現像剤を収容する現像槽と、前記感光体に対向する位置に設けられ、前記現像槽の内部において前記現像剤を表面に担持し、前記開口部を介して前記感光体に前記現像剤を供給する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に担持された前記現像剤を規制して予め定められた厚みの現像剤層を形成する現像剤規制部材と、前記現像剤規制部材と前記開口部との間に設けられ、前記トナーと逆の極性に帯電された異物を前記現像剤層から回収する異物回収部材とを備え、
   前記異物回収部材は、予め定められた電圧および周波数の交流電圧を印加して前記現像剤担持体との間に振動電界を発生させ、前記現像剤層から前記異物のみを分離して回収することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記記録媒体は紙を含み、前記異物は紙粉である請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記異物回収部材に印加する交流電圧の１周期の平均値は、前記現像剤担持体に印加する電圧より絶対値で大きい請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記異物回収部材に印加する交流電圧の１周期の平均値の極性は、前記異物の帯電極性と逆の極性である請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置。
5. 前記異物回収部材に対して印加する交流電圧の１周期の平均値の極性は、転写の電圧と逆の極性である請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像形成装置。
6. 前記現像器へ印加するバイアスの極性に応じて交流電圧の波形を変化させる請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置。
7. 前記異物回収部材は、前記現像剤層の表面近くに設けられた請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置。
8. 前記異物回収部材の形状をブレード状とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置。
9. 電子写真方式の画像形成方法において、
   記録媒体にトナー像を転写した後、
   感光体に残留したトナーを現像器に還流し、
   前記現像器において現像剤を現像剤担時体の表面に担持し、
   前記現像剤担持体の表面に担持された前記現像剤を現像剤規制部材により規制して予め定められた厚みの現像剤層を形成し、
   前記現像剤層の表面近くに設けられた前記異物回収部材に予め定められた電圧および周波数の交流電圧を印加して前記現像剤担持体との間に振動電界を発生させ、前記現像剤層から前記トナーと逆の極性に帯電された異物のみを分離して回収することを特徴とする画像形成方法。