JP4446713B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。

従来から、電子写真方式を用いた画像形成装置において、不良帯電トナーによる画像品質の劣化を抑止するために、種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、不良帯電トナーとは、現像部内で正常に帯電されないトナーであって、弱帯電トナー（正常に帯電されたトナーよりも低い帯電量で帯電されたトナーである。）と逆帯電トナー（正常に帯電されたトナーの極性とは異なる極性で帯電されたトナーである。）とがある。そして、これらの不良帯電トナーが現像部内に生成されると、感光体ドラム上の地肌領域（非画像領域）に不良帯電トナーが付着する地肌汚れ（かぶり）が生じたり、出力画像の画像濃度が低下したり、不良帯電トナーが現像部から飛散（トナー飛散）する等の不具合が発生する。

このような問題を解決することを目的として、例えば、特許文献１には、２成分現像剤を用いた現像部における現像磁極の磁束密度を適正化して、トナーに外添剤が埋没するのを制限する技術が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、１成分現像剤を用いた現像部に印加される交流電圧の振幅及び周波数を適正化して、不良帯電トナーが現像されにくくする技術が開示されている。

また、例えば、特許文献３には、２成分現像剤を用いた現像部に設置された磁気ローラの回転を利用して、不良帯電トナーを積極的に除去する技術が開示されている。

特開平７−９２８１５号公報 特開２００１−７５３４１号公報 特開２０００−２４２０７１号公報

上述した従来の画像形成装置は、不良帯電トナーの発生源が除去されていないために、画像品質の劣化を効率よく抑止することが難しかった。

本願発明者は、研究を重ねた結果、不良帯電トナーの発生源について次の事項を知るに至った。
すなわち、画像形成動作をおこなっても、現像部から消費されることなく、長期にわたって現像部内に残留するトナー（以後、「残留トナー」と呼ぶ。）によって、不良帯電トナーが生成される。この残留トナーは、現像部内で正常に帯電されていても、現像されにくく現像部内に残留してしまう特性がある。さらに、粒径の大きさが分布するトナーのうち、粒径の小さなトナーが、残留トナーとなることが確認された。

現像部内に予め収納されているトナー、又は、トナー補給部から現像部内に補給されるトナーは、そのひとつひとつのトナー粒子の粒径が均一ではなく、小さな粒径から大きな粒径までの粒径がまばらなトナー粒子によって構成されている。トナーの粒径は、正規分布のごとく分布したものである。
そして、現像部内の粒径分布を有するトナーのうち、粒径の大きなトナーが現像工程において選択的に消費されて、粒径の小さなトナーが現像部内に残留することになる。
なお、このような現象は、２成分現像方式（トナーとキャリアとを収納した現像部による現像方式である。）であっても、１成分現像方式（トナーのみを収納した現像部による現像方式である。）であっても、発生する。

そして、このような現像に対する寄与率の低い残留トナーは、経時において徐々に増加していく。
その結果、第１に、現像に寄与するトナーの割合が少なくなって、出力画像の画像濃度が低下するという問題が発生する。また、第２に、現像部内に補給されたトナーの正常な摩擦帯電が阻害されて、その補給されたトナーが不良帯電トナーとなってしまうため、地肌汚れ、画像濃度低下、トナー飛散が発生する。第３に、長期にわたり現像部に残留する残留トナーは、撹拌部材の撹拌によるストレスを受け続けるために、外添剤が埋没して付着力が増加することにともない、現像されにくくなって画像濃度低下が加速される。第４に、ストレスを受けて付着力が増加した残留トナーが、現像部の構成部材に癒着することで構成部材の機能が低下するという問題が発生する。

これに対して、上述の特許文献１の技術は、トナーに外添剤が埋没する時期を遅延させることはできるが、残留トナーによって不良帯電トナーが生成され続けられてしまう。また、上述の特許文献２の技術は、残留トナーによって生成される不良帯電トナーが経時において現像部内にて徐々に増加していってしまう。また、上述の特許文献３の技術は、生成された不良帯電トナーの除去はされるものの、発生源となる残留トナーによって不良帯電トナーが生成され続けられてしまう。
上述の技術は、いずれも、残留トナーを取り除くものではないために、不良帯電トナーの生成は抑止されず、残留トナー自体による不具合も解消されない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、不良帯電トナーの発生源となる残留トナーを除去して、画像品質の劣化や現像部の機能劣化等の不具合が効率よく長期にわたり抑止される画像形成装置を提供することにある。

この発明の請求項１記載の発明にかかる画像形成装置は、トナーを消費して像担持体上に形成された潜像を現像する現像部と、前記現像部内にトナーを補給するトナー補給部と、を備えた画像形成装置において、前記現像部は、前記像担持体に対向するトナー担持体と、前記トナー担持体に担持させるトナーとキャリアとからなる現像剤を収容する収容部と、を備え、前記トナー担持体が前記像担持体と対向する位置に対して下流側の位置で前記トナー担持体に対向する電極部を備え、前記トナー担持体及び前記電極部のうち少なくとも一方に交流電圧を印加してそれらの間に交流成分の電界を形成し、前記トナー担持体と前記電極部との間に形成される前記交流成分の電界の平均電界強度は、前記潜像を現像するために前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される電界の平均電界強度よりも小さく、前記電極部に付着したトナーを当該電極部から離脱させ、前記収容部外の回収部に回収する離脱部材を備えたものである。

また、請求項２記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１記載の発明において、前記トナー担持体と前記電極部との間に形成される前記交流成分の電界の振幅は、前記潜像を現像するために前記トナー担持体に交流電圧を印加して前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される交流成分の電界の振幅よりも大きいものである。

また、請求項３記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記トナー担持体と前記電極部との間に形成される前記交流成分の電界は、その方向が正逆交互に変動するものである。

また、請求項４記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記トナー担持体は、前記電極部と対向する位置に磁石を備えたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記電極部を、ローラ部材としたものである。

本発明は、不良帯電トナーの発生源となる現像部内の残留トナーが捕集手段によって除去されるために、画像品質の劣化や現像部の機能劣化等の不具合が効率よく長期にわたり抑止される画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図５にて、この発明にかかる実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１における画像形成装置の全体を示す構成図である。
図１において、１は画像形成装置としてのカラープリンタの装置本体、２は画像情報に基づいたレーザ光を発する露光部（書込部）、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部としてのプロセスカートリッジ、２１は各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにそれぞれ収納された像担持体としての感光体ドラム、２２は感光体ドラム２１上を帯電する帯電部、２３は感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像する現像部、２４は転写ベルト３０の内周面に当接する転写ローラ、２５は感光体ドラム２１上の未転写トナーを回収するクリーニング部、３０は感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を被転写材Ｐに転写する転写ベルト、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫは各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの現像部２３に各色のトナーを補給するトナー補給部、６１は転写紙等の被転写材Ｐが収納される給紙部、６６は被転写材Ｐ上の未定着画像を定着する定着部、９０は装置本体１の外装に設けられた操作部を示す。

ここで、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫには、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、現像部２３、クリーニング部２５等が、一体的に保持されている。そして、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにおける感光体ドラム２１上で、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成がおこなわれる。

以下、画像形成装置における、通常のカラー画像形成時の動作について説明する。
４つの感光体ドラム２１は、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム２１の表面は、帯電部２２との対向位置で、一様に帯電される（帯電工程である。）。その後、帯電電位が形成された感光体ドラム２１表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。

一方、露光部２において、ＬＤ光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー３に入射して反射した後に、レンズ４、５を透過する。レンズ４、５を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分のレーザ光は、ミラー６〜８で反射された後に、紙面右側から１番目のプロセスカートリッジ２０Ｙの感光体ドラム２１表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー３により、感光体ドラム２１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部２２にて帯電された後の感光体ドラム２１上には、イエロー成分の静電潜像が形成される。
同様に、マゼンタ成分のレーザ光は、ミラー９〜１１で反射された後に、紙面右から２番目のプロセスカートリッジ２０Ｍの感光体ドラム２１表面に照射されて、マゼンタ成分の静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、ミラー１２〜１４で反射された後に、紙面右から３番目のプロセスカートリッジ２０Ｃの感光体ドラム１２表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、ミラー１５で反射された後に、紙面右から４番目のプロセスカートリッジ２０ＢＫの感光体ドラム２１表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム２１表面は、さらに回転して、現像部２３との対向位置に達する。そして、現像部２３から感光体ドラム２１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム２１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、転写ベルト３０との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、転写ベルト３０の内周面に当接するように転写ローラ２４が設置されている。そして、転写ローラ２４の位置で、転写ベルト３０によって搬送された被転写材Ｐ上に、感光体ドラム２１上に形成された各色のトナー像が、順次転写される（転写工程である。）。

そして、転写工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、クリーニング部２５との対向位置に達する。そして、クリーニング部２５で、感光体ドラム２１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム２１表面は、不図示の除電部を通過して、一連の作像プロセスが終了する。

一方、給紙部６１からは、給紙ローラ６２により給送された被転写材Ｐが、搬送ガイド６３を通過した後に、レジストローラ６４の位置に導かれる。レジストローラ６４に導かれた被転写材Ｐは、搬送タイミングを制御されながら、転写ベルト３０と吸着ローラ２７との当接部に向けて搬送される。
その後、被転写材Ｐは、図中矢印方向に走行する転写ベルト３０に搬送されながら、４つの感光体ドラム２１との対向位置を順次通過する。こうして、被転写材Ｐ上には各色のトナー像が重ねて転写されて、カラー画像が形成される。

その後、カラー画像が形成された被転写材Ｐは、転写ベルト３０から離脱して、定着部６６に導かれる。定着部６６では、加熱ローラ６７と加圧ローラ６８とのニップ部にて、カラー画像が被転写材Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の被転写材Ｐは、排紙ローラ６９によって、出力画像として装置本体１外に排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。

次に、図２にて、画像形成装置本体１における作像部について詳述する。
なお、装置本体１に設置される４つのプロセスカートリッジは、収納されるトナーＴの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ）を除して図示する。

同図に示すように、プロセスカートリッジ２０には、主として、像担持体としての感光体ドラム２１と、帯電部２２と、現像部２３と、クリーニング部２５とが、ケース２６内に一体的に収納されている。また、現像部２３は、トナー担持体としての現像ローラ２３ａ、２つの撹拌ローラ２３ｂ、２３ｃ、ドクターブレード２３ｄ、トナー濃度センサ２９等で構成され、その内部にはキャリアＣ（磁性キャリア）とトナーＴ（非磁性トナー）とからなる２成分現像剤が収納されている。トナーＴは、平均粒径が５μｍ、平均帯電量が−２０μＣ／ｇとなるように形成されている。

また、現像部２３の現像ローラ２３ａは、主として、内部に固設された複数の磁石２３ａ１と、その周りを図中矢印方向に回転するスリーブと、で構成される。そして、複数の磁石２３ａ１によってスリーブ上に磁力分布が形成されて、現像剤がスリーブの回転にともない搬送される。

さらに、現像ローラ２３ａには直流電源８０及び交流電源８５が接続されていて、現像ローラ２３ａに所望の直流電圧及び交流電圧がそれぞれのタイミングで印加される。
本実施の形態１では、通常の画像形成時には、現像バイアスとして現像ローラ２３ａに直流電圧が印加される。これに対して、残留トナーとしての小粒径トナーを捕集するときには、直流電圧に加えて交流電圧が印加される。これについては、後で詳しく説明する。

また、トナー補給部３２は、主として、内部にトナーＴが収納されたトナーボトル３３と、トナーボトル３３を保持するとともに回転駆動するボトル保持部３４と、で構成される。そして、回転するトナーボトル３２の排出口から排出されたトナーが、供給口２６ａから現像部２３内に適宜に補給される。
また、クリーニング部２５は、感光体ドラム２１に当接するクリーニングブレード２５ａ、クリーニングローラ２５ｂ等で構成されている。

先に述べた通常画像形成時の作像プロセスを、さらに詳しく説明する。
帯電部２２（帯電ローラ）によって、感光体ドラム２１表面には、−７００Ｖ（ボルト）の帯電電位（非画像部電位）が形成される。その後、レーザ光Ｌの照射を受けた感光体ドラム２１表面には、−１５０Ｖの潜像電位（画像部電位）が形成される。すなわち、感光体ドラム２１上に静電潜像が形成される。
その後、現像ローラ２３ａとの対向位置（現像領域である。）で、現像ローラ２３ａに担持されたトナーＴが、感光体ドラム２１表面に形成された静電潜像に付着する。

詳しくは、感光体ドラム２１上の潜像電位と、現像ローラ２３ａに印加された現像バイアスとの、電位差によって形成される電界によって、現像ローラ２３ａ上のトナーＴが感光体ドラム２１表面に移動する。なお、現像ローラ２３ａには、直流電源８０によって、−５５０Ｖの直流電圧としての現像バイアスが印加されている。

ここで、現像ローラ２３ａは、図２中の矢印方向に回転している。現像部２３内のトナーＴは、図中の反時計方向に回転する２つの撹拌ローラ２３ｂ、２３ｃによって、トナー補給部３２から供給されたトナーＴとともに、キャリアＣと混合・撹拌される。そして、摩擦帯電したトナーＴは、一方の撹拌ローラ２３ｂによって、キャリアＣとともに現像ローラ２３ａ上に供給される。
なお、トナーボトル３３内のトナーＴは、現像部２３内のトナーＴの消費にともない、供給口２６ａから現像部２３内に適宜に供給されるものである。現像部２３内のトナーＴの消費は、現像部２３内に設けられた透磁率センサとしてのトナー濃度センサ２９によって検出される。

その後、現像ローラ２３ａに担持された現像剤（トナーＴ及びキャリアＣ）は、ドクターブレード２３ｄの位置で適量化された後に、感光体ドラム２１との対向位置（現像領域である。）に達する。そして、現像剤中のトナーＴが、感光体ドラム２１上に付着してトナー像を形成する。
そして、感光体ドラム２１に付着したトナーＴは、そのほとんどが画像として被転写材Ｐ上に転写される。そして、感光体ドラム２１上に残存した未転写のトナーＴが、クリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂによってクリーニング部２５内に回収される。

図３は、上述した通常の画像形成時における、現像ローラ２３ａ上のトナー粒径分布と、感光体ドラム２１上のトナー粒径分布とを示す図である。
図３において、横軸はトナーの粒径を示し、縦軸はトナーの個数を示す。また、実線Ｓ１は現像直前の現像ローラ２３ａ上におけるトナー粒径分布を示し、破線Ｓ２は現像直後の感光体ドラム２１上における画像部のトナー粒径分布を示す。
なお、図３は個々の部材上のトナー粒径分布を示すものであって、現像ローラ２３ａから感光体ドラム２１に移動したトナー量（現像量）を確認するものではない。

図３に示すように、実線Ｓ１に比べて破線Ｓ２は大粒径側（紙面右側である。）にシフトしている。すなわち、通常の画像形成時において、粒径が分布するトナーのうち、小粒径のトナーが現像されにくく、大粒径のトナーが優先的に現像されることがわかる。そして、現像部２３内の大粒径トナーが消費されて、トナー補給部３２から新しいトナーが補給されても、そのトナーの中で小粒径のトナーは常に現像部２３内に残留することになる。
この残留トナーは、先に説明したように、不良帯電トナーの発生源となるとともに、現像ローラ２３ａや撹拌ローラ２３ｂ、２３ｃやドクターブレード２３ｄに癒着してそれらの部材の機能を低下させてしまう。

具体的には、不良帯電トナーが発生すると、地肌汚れや、画像濃度の低下や、トナー飛散が生じることになる。また、現像ローラ２３ａに残留トナーが癒着すると、現像ギャップ（感光体ドラム２１と現像ローラ２３ａとの間隙である。）が変動してトナー付着量が変化する等の不具合が発生する。撹拌ローラ２３ｂ、２３ｃに残留トナーが癒着すると、負荷が高くなる等の不具合が発生する。ドクターブレード２３ｄに残留トナーが癒着すると、ドクターギャップ（ドクターブレード２３ｄと現像ローラ２３ａとの間隙である。）が変動して現像剤規制量が変化する等の不具合が発生する。

本実施の形態１では、残留トナーを捕集する捕集手段として、通常の画像形成時（現像工程時）とは別のタイミングで、感光体ドラム２１と現像ローラ２３ａとの間に交流成分の電界を形成する。具体的には、直流電圧が印加されている現像ローラ２３ａに、交流電源８５によって交流電圧が印加される。このとき、感光体ドラム２１が捕集手段の電極部（対向電極）として機能する。

なお、残留トナー捕集時に形成される交流成分の電界の平均電界強度は、現像工程時の平均電界強度よりも小さくなるように設定されている。ここで、交流成分の電界とは、その電界強度（電界強さ）が正弦波のごとく交互に変動する電界をいう。平均電界強度とは、（現像ポテンシャルの平均値）／（現像ギャップ）なる式で求められる。現像ポテンシャルとは、（潜像電位）−（現像ローラ２３ａに印加された電圧）なる式で求められる。

また、残留トナー捕集時に形成される交流成分の電界は、その方向が正逆交互に変動するように設定されている。すなわち、電界は、トナーを現像ローラ２３ａから感光体ドラム２１に移動する向きと、トナーを感光体ドラム２１から現像ローラ２３ａに移動する向きとに、交互に入れ替わることになる。換言すると、電界の符号が交互に変動する。これにより、トナーが双方の部材間を移動して、捕集対象の残留トナーが効率的に感光体ドラム２１上に付着される。
その後、感光体ドラム２１上に付着した残留トナーは、離脱部材として機能するクリーニング部２５によってクリーニング部２５内に回収される。

図４及び図５は、本実施の形態１における残留トナー捕集の効果を示すものである。図４及び図５は、残留トナー捕集時における、現像ローラ２３ａ上のトナー粒径分布と、感光体ドラム２１上のトナー粒径分布とを示す図である。
図４及び図５において、横軸はトナーの粒径を示し、縦軸はトナーの個数を示し、実線Ｓ１は現像ローラ２３ａ上における捕集前のトナー粒径分布を示し、破線Ｓ２は感光体ドラム２１上におけるトナー付着部のトナー粒径分布を示す。

図４及び図５において、図３と同様に、感光体ドラム２１上の帯電電位は−７００Ｖに、潜像電位は−１５０Ｖに設定されている。また、図４においては、残留トナー捕集時に現像ローラ２３ａに印加する交流電圧として、平均電圧が−２００Ｖ、振幅が８００Ｖ、周波数が４．５ｋＨｚの交流電圧となっている。これに対して、図５においては、残留トナー捕集時に現像ローラ２３ａに印加する交流電圧として、平均電圧が−１２０Ｖ、振幅が８００Ｖ、周波数が４．５ｋＨｚの交流電圧となっている。

図４及び図５に示すように、感光体ドラム２１と現像ローラ２３ａとの間に交流成分の電界を形成することで、感光体ドラム２１上に残留トナーとしての小粒径トナーが捕集されることがわかる。そして、図４に比べて、図５のトナー粒径分布が小粒径側にシフトしているのがわかる。すなわち、交流電界の平均電界強度が小さくなるほど、その捕集率が高くなる。

ここで、交流電界の平均電界強度を小さくすることは、現像ポテンシャルを小さくすることに他ならない。すなわち、画像濃度の安定した出力画像を形成し、残留トナーの捕集をも確実なものにするためには、現像工程と残留トナー捕集工程とを別々のタイミングでおこなう必要がある。例えば、残留トナー捕集工程は、出力画像が所定枚数出力されるごとに、又は、トナー補給部３２から現像部２３へトナーが所定量補給されるごとに、画像形成とは別のタイミングでおこなうことができる。

以上説明したように、本実施の形態１のように構成された画像形成装置においては、不良帯電トナーの発生源となる現像部２３内の残留トナーが、捕集工程時に現像ギャップに最適な交流電界を形成することで感光体ドラム２１上に捕集されるために、地肌汚れ、画像濃度低下、トナー飛散、構成部材の機能低下等の不具合が効率よく長期にわたり抑止される。

なお、本実施の形態１では、電極部としての感光体ドラム２１に付着した残留トナーを、離脱部材としてのクリーニング部２５で回収した。これに対して、感光体ドラム２１に付着した残留トナーを、被転写材Ｐ（通常の画像形成に係わる被転写材Ｐとは異なるものである。）に転写させる（第１の制御モードと呼ぶ。）こともできる。すなわち、残留トナー捕集時に、残留トナーが転写された被転写材Ｐが装置本体１から出力されることになる。
この第１の制御モードは、出力画像が所定枚数出力されるごと（例えば、１０００枚ごとである。）におこなってもよいし、トナー補給部３２から現像部２３へトナーが所定量補給されるごと（例えば、１００ｇごとである。）におこなうこともできる。さらに、第１の制御モードは、ユーザーの操作部９０の操作による外部指令に基づいて、任意のタイミングでおこなうこともできる。

さらに、感光体ドラム２１に付着した残留トナーを、画像形成時に形成する画像とともに被転写材Ｐに転写させる（第２の制御モードと呼ぶ。）こともできる。このとき、先に説明したように、捕集時に現像ポテンシャルは小さく設定されているので、出力画像の画像濃度は通常時よりも低くなる。そのため、第２の制御モードは、出力画像の画像濃度が低くなることを承知したユーザーが操作部９０を操作することでおこなわれることが好ましい。

実施の形態２．
図６〜図８にて、この発明にかかる実施の形態２について説明する。
本実施の形態２は、ＡＣ現像方式が用いられている点が、ＤＣ現像方式が用いられている前記実施の形態１とは相違する。

本実施の形態２においても、図２に示す作像部が用いられる。そして、現像部２３内には、キャリアＣとトナーＴとからなる２成分現像剤が収納されている。ここで、トナーＴは、平均粒径が５．５μｍ、平均帯電量が−２０μＣ／ｇとなるように形成されている。

以下、通常画像形成時の作像プロセスについて説明する。
帯電部２２によって、感光体ドラム２１表面には、−７００Ｖの帯電電位が形成される。その後、レーザ光Ｌの照射を受けた感光体ドラム２１表面には、−１５０Ｖの潜像電位が形成される。
その後、現像ローラ２３ａとの対向位置に形成された電界によって、現像ローラ２３ａに担持されたトナーＴが、感光体ドラム２１表面に形成された静電潜像に付着する。なお、現像ローラ２３ａには、現像バイアスとして、直流電源８０による−５５０Ｖの直流電圧と、交流電源８５による平均電圧−５５０Ｖ、振幅８００Ｖ、周波数４．５ｋＨｚの交流電圧と、が印加されている。

図６は、上述した通常の画像形成時における、現像ローラ２３ａ上のトナー粒径分布と、感光体ドラム２１上のトナー粒径分布とを示す図である。
図６において、横軸はトナーの粒径を示し、縦軸はトナーの個数を示す。また、実線Ｓ３は現像ローラ２３ａ上における現像前のトナー粒径分布を示し、破線Ｓ４は感光体ドラム２１上における画像部のトナー粒径分布を示す。

図６に示すように、実線Ｓ３に比べて破線Ｓ４は大粒径側にシフトしている。すなわち、前記実施の形態１と同様に、通常の画像形成時において、粒径が分布するトナーのうち、小粒径のトナーが現像されにくく、大粒径のトナーが優先的に現像される。そして、この小粒径トナーが残留トナーとなって、種々の不具合を発生させる。

本実施の形態２では、残留トナーを捕集する捕集手段として、通常の画像形成時（現像工程時）とは別のタイミングで、感光体ドラム２１と現像ローラ２３ａとの間に形成している交流成分の電界を変化させる。具体的には、現像ローラ２３ａに印加している交流電圧の振幅を増加させる。なお、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、感光体ドラム２１が捕集手段の電極部として機能する。

図７及び図８は、本実施の形態２における残留トナー捕集の効果を示すものである。図７及び図８は、残留トナー捕集時における、現像ローラ２３ａ上のトナー粒径分布と、感光体ドラム２１上のトナー粒径分布とを示す図である。
図７及び図８において、横軸はトナーの粒径を示し、縦軸はトナーの個数を示し、実線Ｓ３は現像ローラ２３ａ上における捕集前のトナー粒径分布を示し、破線Ｓ４は感光体ドラム２１上におけるトナー付着部のトナー粒径分布を示す。

図７及び図８において、図６と同様に、感光体ドラム２１上の帯電電位は−７００Ｖに、潜像電位は−１５０Ｖに設定されている。また、図７においては、残留トナー捕集時に現像ローラ２３ａに印加する交流電圧として、平均電圧が−５５０Ｖ、振幅が１２００Ｖ、周波数が４．５ｋＨｚの交流電圧となっている。これに対して、図８においては、残留トナー捕集時に現像ローラ２３ａに印加する交流電圧として、平均電圧が−２００Ｖ、振幅が１２００Ｖ、周波数が４．５ｋＨｚの交流電圧となっている。

図７及び図８に示すように、感光体ドラム２１と現像ローラ２３ａとの間に形成された交流成分の電界の振幅が増加することで、感光体ドラム２１上に残留トナーとしての小粒径トナーが捕集されることがわかる。そして、図７に比べて、図８のトナー粒径分布が小粒径側にシフトしているのがわかる。すなわち、交流電界の平均電界強度が小さくなるほど、その捕集率が高くなる。

ここで、交流電界の平均電界強度を小さくすることは、現像ポテンシャルを小さくすることに他ならない。すなわち、画像濃度の安定した出力画像を形成し、残留トナーの捕集をも確実なものにするためには、前記実施の形態１と同様に、現像工程と残留トナー捕集工程とを別々のタイミングでおこなうことになる。

以上説明したように、本実施の形態２のように構成された画像形成装置においても、前記実施の形態１と同様に、不良帯電トナーの発生源となる現像部２３内の残留トナーが、捕集工程時に現像ギャップに最適な交流電界を形成することで感光体ドラム２１上に捕集されるために、地肌汚れ、画像濃度低下、トナー飛散、構成部材の機能低下等の不具合が効率よく長期にわたり抑止される。

実施の形態３．
図９〜図１２にて、この発明にかかる実施の形態３について説明する。
図９は、本実施の形態３における作像部を示す概略図であって、前記実施の形態１における図２に相当する図である。本実施の形態３は、残留トナーの捕集手段における電極部として感光体ドラム２１の替わりにローラ部材７０を用いている点が、前記実施の形態１とは相違する。

図９に示すように、現像ローラ２３ａにおける現像領域の下流側（現像ローラ２３ａのスリーブ表面が現像領域を通過した後の位置である。）であって、現像ローラ２３ａに対向する位置に、電極部としてのローラ部材７０が配設されている。
ローラ部材７０は、現像ローラ２３ａに対して所定距離（以後、ローラギャップと呼ぶ。）離間されている。また、ローラ部材７０は導電材料からなり、交流電源８５によって交流電圧が印加されている。一方、現像ローラ２３ａには、直流電源８０によって直流電圧が印加されている。これによって、ローラギャップの位置に所望の交流成分の電界が形成されて、現像ローラ２３ａ上の残留トナーがローラ部材７０によって捕集される。

また、現像ローラ２３ａの内部には、図２で説明した現像工程に供する複数の磁石２３ａ１の他に、第２の磁石２３ａ２が固設されている。この第２の磁石２３ａ２は、ローラ部材７０と対向する位置に配設されている。これにより、ローラ部材７０との対向位置に達した現像ローラ２３ａ上の残留トナーが、第２の磁石２３ａ２によって穂立ちして、ローラ部材７０による捕集率が高められる。

また、ローラ部材７０は図中の反時計方向に回転して、ローラ部材７０に当接する離脱部材としてのクリーニングブレード７１によって、ローラ部材７０上に付着した残留トナーが掻き落とされる。掻き落とされたトナーは、不図示の回収部の内部に回収される。

本実施の形態３では、残留トナーを捕集する捕集手段として、通常の画像形成時（現像工程時）と同じタイミングで、ローラ部材７０と現像ローラ２３ａとの間に交流成分の電界を形成する。

なお、ローラギャップ位置に形成される交流成分の電界の平均電界強度は、現像工程時に現像ギャップ位置に形成される電界の平均電界強度よりも小さくなるように設定されている。ここで、ローラギャップ位置における平均電界強度とは、（捕集ポテンシャルの平均値）／（ローラギャップ）なる式で求められる。捕集ポテンシャルとは、（ローラ部材７０に印加された交流電圧）−（現像バイアス）なる式で求められる。

ここで、ローラギャップ位置の平均電界強度を、現像ギャップ位置の平均電界強度よりも小さくするには、上式における（捕集ポテンシャルの平均値）又は／及び（ローラギャップ）を最適に設定する必要がある。例えば、ローラギャップと現像ギャップとが等しい場合であれば、捕集ポテンシャルを現像ポテンシャルよりも小さく設定する。これに対して、捕集ポテンシャルと現像ポテンシャルとが等しい場合には、ローラギャップを現像ギャップよりも大きく設定する。

また、ローラギャップ位置に形成される交流成分の電界は、その方向が正逆交互に変動するように設定されている。すなわち、電界は、トナーを現像ローラ２３ａからローラ部材７０に移動する向きと、トナーをローラ部材７０から現像ローラ２３ａに移動する向きとに、交互に入れ替わることになる。これにより、トナーが双方の部材間を移動して、捕集対象の残留トナーが効率的にローラ部材７０上に付着される。
また、本実施の形態３では、電極部としてのローラ部材７０を現像領域の下流側に設置しているので、現像領域で現像されなかった残留トナーを現像部２３内に戻すことなく効率的に除去することができる。

本実施の形態３においても、現像部２３内に、キャリアＣとトナーＴとからなる２成分現像剤が収納されている。ここで、トナーＴは、平均粒径が４．５μｍ、平均帯電量が−２５μＣ／ｇとなるように形成されている。

以下、本実施の形態３でおこなわれる作像プロセスについて説明する。
帯電部２２によって、感光体ドラム２１表面には、−７００Ｖの帯電電位が形成される。その後、レーザ光Ｌの照射を受けた感光体ドラム２１表面には、−１５０Ｖの潜像電位が形成される。
その後、現像ローラ２３ａとの対向位置に形成された電界によって、現像ローラ２３ａに担持されたトナーＴが、感光体ドラム２１表面に形成された静電潜像に付着する。なお、現像ローラ２３ａには、現像バイアスとして、直流電源８０による−５５０Ｖの直流電圧が印加されている。

図１０は、現像ローラ２３ａ上のトナー粒径分布と、感光体ドラム２１上のトナー粒径分布とを示す図である。
図１０において、横軸はトナーの粒径を示し、縦軸はトナーの個数を示す。また、実線Ｓ５は現像ローラ２３ａ上における現像前のトナー粒径分布を示し、破線Ｓ６は感光体ドラム２１上における画像部のトナー粒径分布を示す。

図１０に示すように、実線Ｓ５に比べて破線Ｓ６は大粒径側にシフトしている。すなわち、前記実施の形態１と同様に、画像形成時において、粒径が分布するトナーのうち、小粒径のトナーが現像されにくく、大粒径のトナーが選択的に現像される。そして、この小粒径トナーが残留トナーとなって、種々の不具合を発生させる。

本実施の形態３では、一連の作像プロセスの中で、現像工程後に残留トナー捕集工程がおこなわれる。すなわち、現像ローラ２３ａ表面は、感光体ドラム２１との対向位置を通過した後に、ローラ部材７０との対向位置に達する。そして、ローラ部材７０との対向位置で、ローラギャップに形成された交流成分の電界によって、現像ローラ２３ａ上に残留した小粒径トナーが捕集される。

図１１及び図１２は、本実施の形態３における残留トナー捕集の効果を示すものである。図１１及び図１２は、捕集工程における、現像ローラ２３ａ上のトナー粒径分布と、ローラ部材７０上のトナー粒径分布とを示す図である。
図１１及び図１２において、横軸はトナーの粒径を示し、縦軸はトナーの個数を示し、実線Ｓ７は現像ローラ２３ａ上における現像後・捕集前のトナー粒径分布を示し、破線Ｓ８はローラ部材７０上におけるトナー付着部のトナー粒径分布を示す。

図１１においては、ローラ部材７０に印加する交流電圧として、平均電圧が−５００Ｖ、振幅が８００Ｖ、周波数が４．５ｋＨｚの交流電圧となっている。これに対して、図１２においては、ローラ部材７０に印加する交流電圧として、平均電圧が−５８０Ｖ、振幅が８００Ｖ、周波数が４．５ｋＨｚの交流電圧となっている。

図１１及び図１２に示すように、ローラ部材７０と現像ローラ２３ａとの間に交流成分の電界が形成されることで、ローラ部材７０上に残留トナーとしての小粒径トナーが捕集されることがわかる。そして、図１１に比べて、図１２のトナー粒径分布が小粒径側にシフトしているのがわかる。すなわち、交流電界の平均電界強度が小さくなるほど、その捕集率が高くなる。

以上説明したように、本実施の形態３のように構成された画像形成装置においては、不良帯電トナーの発生源となる現像部２３内の残留トナーが、ローラギャップに最適な交流電界を形成することでローラ部材７０上に捕集されるために、地肌汚れ、画像濃度低下、トナー飛散、構成部材の機能低下等の不具合が効率よく長期にわたり抑止される。
また、本実施の形態３では、電極部としてローラ部材７０を新たに設置したことにより、現像工程と残留トナー捕集工程とを一連のプロセスにておこなうことができる。これにより、残留トナー捕集工程の時間効率が高められる。

なお、上記各実施の形態では、２成分現像剤を用いた画像形成装置に、本発明を適用した。これに対して、キャリアを含有せずにトナーのみで構成された１成分現像剤を用いた画像形成装置にも、本発明を同様に適用することができる。この場合にも、上記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態の中で示唆した以外にも、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す構成図である。 図１の画像形成装置における作像部を示す概略図である。 図２の作像部における通常画像形成時の、現像ローラ上及び感光体ドラム上のトナー粒径分布図である。 図２の作像部における残留トナー捕集時の、現像ローラ上及び感光体ドラム上のトナー粒径分布図である。 図４の状態において、現像部に印加した交流電圧を変化させたときの、現像ローラ上及び感光体ドラム上のトナー粒径分布図である。 この発明の実施の形態２における通常画像形成時の、現像ローラ上及び感光体ドラム上のトナー粒径分布図である。 実施の形態２における残留トナー捕集時の、現像ローラ上及び感光体ドラム上のトナー粒径分布図である。 図７の状態において、現像部に印加した交流電圧を変化させたときの、現像ローラ上及び感光体ドラム上のトナー粒径分布図である。 この発明の実施の形態３における画像形成装置の作像部を示す概略図である。 図９の画像形成装置における現像工程時の、現像ローラ上及び感光体ドラム上のトナー粒径分布図である。 図９の画像形成装置における残留トナー捕集工程時の、現像ローラ上及びローラ部材上のトナー粒径分布図である。 図１１の状態において、ローラ部材に印加した交流電圧を変化させたときの、現像ローラ上及びローラ部材上のトナー粒径分布図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、 ２ 露光部、
２０、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫ プロセスカートリッジ（作像部）、
２１ 感光体ドラム（像担持体）、 ２３ 現像部、
２３ａ 現像ローラ（トナー担持体）、 ２３ａ１、２３ａ２ 磁石、
３２、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫ トナー補給部、
３３ トナーボトル、 ７０ ローラ部材（電極部）、
７１ クリーニングブレード（離脱部材）、 Ｔ トナー、 Ｃ キャリア。

Claims (5)

1. トナーを消費して像担持体上に形成された潜像を現像する現像部と、
   前記現像部内にトナーを補給するトナー補給部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記現像部は、前記像担持体に対向するトナー担持体と、前記トナー担持体に担持させるトナーとキャリアとからなる現像剤を収容する収容部と、を備え、
   前記トナー担持体が前記像担持体と対向する位置に対して下流側の位置で前記トナー担持体に対向する電極部を備え、
   前記トナー担持体及び前記電極部のうち少なくとも一方に交流電圧を印加してそれらの間に交流成分の電界を形成し、
   前記トナー担持体と前記電極部との間に形成される前記交流成分の電界の平均電界強度は、前記潜像を現像するために前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される電界の平均電界強度よりも小さく、
   前記電極部に付着したトナーを当該電極部から離脱させ、前記収容部外の回収部に回収する離脱部材を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー担持体と前記電極部との間に形成される前記交流成分の電界の振幅は、前記潜像を現像するために前記トナー担持体に交流電圧を印加して前記トナー担持体と前記像担持体との間に形成される交流成分の電界の振幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー担持体と前記電極部との間に形成される前記交流成分の電界は、その方向が正逆交互に変動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー担持体は、前記電極部と対向する位置に磁石を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記電極部は、ローラ部材であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。

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