JP4949884B2

JP4949884B2 - 画像形成装置および画像形成方法

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Publication number: JP4949884B2
Application number: JP2007033925A
Authority: JP
Inventors: 正之藤島; 昭宏渡辺; 紗代上村; 幸広森
Original assignee: Kyocera Mita Corp
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Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2012-06-13
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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、静電潜像担持体に対して離間対向する状態で回転自在に設けられ、現像剤の供給時に飛散する現像剤を表面に付着させて外部への飛散を防止する飛散防止部材と、前記飛散防止部材上に付着した現像剤を掻き落とす掻落手段とを用いてトナー飛散を防止することが提案されている。
また、特許文献３では、二成分現像方式において、現像装置のハウジング開口部に回収ローラを設けて飛散トナーを回収し、該回収ローラからトナーを剥ぎ取って現像装置に戻す方式が提案されている。
また、特許文献４では、形成される画像比率に応じて、前記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８−１３７２５６号公報特開２００５−２４２１９４号公報特開平１１−１７４７９２号公報

しかしながら、特許文献２では、掻落した現像剤はブレードとの接触によりストレスを受け、劣化が促進される。特にタッチダウン現像方式では、選択現像の影響を受けやすい。従って、ブレードで掻き落とすことによるストレスでトナーの外添剤の離脱や埋没などが発生し、帯電特性の変化したトナーが二成分現像剤収容部に戻ることにより、トナー飛散や選択現像の促進、更には画像濃度不良など長期に安定した画像形成が困難となる。また、タッチダウン現像方式では、二成分現像剤のトナー濃度が高く、現像剤の流動性が悪いため、磁気ブラシが二成分現像剤収容部に回収される際に、次々と現像剤が回収されてくるため、押し込まれ圧縮され、同時に空気が行き場を失い、空気と共にトナーが外部に放出されるので、よりトナー飛散が発生しやすい。

また、特許文献３では、飛散トナーを回収した回収ローラからトナーを剥ぎ取って現像装置に戻す場合、トナーを戻す経路を別途設ける必要があり、装置が大きくなるデメリットがある他、そこではブレード等でトナーを剥ぎ取るため、トナーの劣化が促進される。

また、特許文献４では、上記のような構成を採用してもトナー飛散を抑制できない場合があった。特にタッチダウン現像方式且つドラム線速が１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上のような高速機において、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。

また、タッチダウン現像方式において、トナー担持体から感光体ドラムへの現像性を安定化させるために、トナー担持体上のトナー層厚を安定化させる手段が知られている。これはトナー担持体と二成分現像剤担持体間の電位差ΔＶを可変させることによって、二成分現像剤の劣化などで変化するトナーの帯電特性を補い、トナー担持体上のトナー薄層厚を安定に保つものである。しかしながら、これは二成分現像剤中のトナー帯電量に応じて電位差ΔＶ可変させる制御であり、トナー帯電量が低下した場合、トナー担持体上のトナー層厚が厚くなり、トナー担持体上のトナー層厚を元の厚さにするためには電位差ΔＶを低減させる必要がある。これは磁気ローラ上に形成されている磁気ブラシからトナー担持体上にトナーが移動しにくい方向への可変とするため、磁気ローラ上の磁気ブラシ中にトナー薄層形成に寄与しないトナーが多く残存したまま二成分現像剤収容部に回収されていくことになり、トナー飛散がより発生しやすい状態となる。すなわち、トナー帯電量の違いにより、電位差ΔＶが異なり、この電位差ΔＶの違いによって飛散トナー量が異なることから、回収ローラの回収力を一定にしていた場合では、トナー飛散が抑制できないという問題があった。

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、特にトナー帯電量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、前記静電潜像担持体表面に現像されたトナー像または前記静電潜像担持体表面に現像されたトナー像が転写された転写体上のトナー像の濃度を検知して前記バイアス電圧を制御するための画像濃度検知手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
（２）前記バイアス電圧を制御するための前記トナー担持体の表面電位を検知する表面電位検知手段をさらに備えたことを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
（３）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）または（２）に記載の画像形成装置。
（４）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、前記静電潜像担持体表面に現像されたトナー像または前記静電潜像担持体表面に現像されたトナー像が転写された転写体上のトナー像の濃度を検知するための画像濃度検知手段により得られた検知結果を用いて制御されることを特徴とする画像形成方法。
（５）前記画像濃度検知手段により検知されたトナー濃度に基づいて、前記トナー担持体上のトナー薄層厚を略一定に維持するために、前記トナー前記二成分現像剤担持体とトナー担持体間のバイアス差ΔＶを設定し、前記設定されたバイアス差ΔＶに応じて前記トナー回収ローラに印加する前記バイアス電圧を制御することを特徴とする（４）に記載の画像形成方法。
（６）前記トナー濃度が所定の濃度より高い場合に前記バイアス差ΔＶを変化させて、再度画像パッチを形成すると共に該画像パッチの濃度を前記画像濃度検知手段により検知し、前記所定の濃度に至るまで、繰り返し前記バイアス差ΔＶを変化させることを特徴とする（５）に記載の画像形成方法。
（７）前記所定の濃度に至ったときの前記バイアス差ΔＶが所定の閾値を下回った場合に、前記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（６）に記載の画像形成方法。
（８）前記バイアス電圧を制御するための前記トナー担持体の表面電位を検知する表面電位検知手段により検知された前記トナー担持体の表面電位と、前記画像濃度検知手段により検知されたトナー濃度に基づいて、前記トナー担持体上のトナー薄層のトナー帯電量を算出し、その算出結果に基づいて、前記トナー回収ローラに印加する前記バイアス電圧を制御す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、飛散トナー量と関係したトナー帯電量に応じて前記バイアス電圧が制御されるので、タッチダウン現像特有のトナー担持体上のトナー層厚制御に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。そして、本発明に係る前記感光体３上または中間転写体２０上のトナー像の濃度を検知する画像濃度検知手段２８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、タッチダウン現像方式においては、現像ローラ２から感光体３への現像性を安定化させるために、現像ローラ２と磁気ローラ１間の電位差ΔＶを可変させることによって、二成分現像剤の劣化などで変化するトナー５の帯電特性を補い、現像ローラ２上のトナー薄層９の層厚を安定に保つ方法がある。これはトナー帯電量により現像性及び転写性が異なり例えばトナー帯電量が高くなるとトナー薄層９が薄くなり、更に現像効率及び転写効率は共に低下する傾向になるため、まず現像ローラ２と磁気ローラ１間の電位差ΔＶを制御し、トナー薄層９のトナー量を安定に保つと共に、現像ローラ２に印加するバイアス電圧をも制御することで感光体３上或いは中間転写体２０上の画像パッチのトナー濃度を安定に保つことができる手段である。例えば、画像パッチのトナー濃度が上昇する場合は、トナー帯電量が低下している場合が多く、その場合現像ローラ２上のトナー薄層９は厚くなっており、必要トナー量が過剰となっているため、まず現像ローラ２と磁気ローラ１間の電位差ΔＶを調整し、前記現像ローラ２上のトナー層厚９を正常時と略同一となるように制御する。更に前記現像ローラ２に印加するバイアス電圧を調整することで画像パッチのトナー濃度を安定に維持することが可能となる。但し、このとき磁気ローラ１上に形成されている磁気ブラシ６から現像ローラ２上にトナー５が移動しにくい方向に可変させるため、可変前は現像ローラ２上に移動してトナー薄層９を形成したトナー５の一部が、トナー薄層９形成に寄与しないで磁気ローラ１上の磁気ブラシ６中に低帯電トナー５として残存したまま二成分現像剤収容部４５に回収されていくことになり、キャリア４との付着力が弱い低帯電トナー５が多く存在する状態となり、トナー飛散がより発生しやすい状態となる。
従って、トナー回収ローラ１４の前記飛散トナーの回収力を増大するバイアス電圧の設定が必要となる。
すなわち、現像ローラ２上のトナー薄層厚を補正する前記ΔＶの違いにより飛散トナー量が異なるので、回収ローラ１４に印加するバイアス電圧が一定のままでは、トナー飛散を抑制できない。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画像濃度検知手段２８を用いて制御される。即ち、前記バイアス電圧の制御は、前記画像濃度検知手段２８により前記感光体３上に現像されたトナー像のトナー濃度を検知し、該トナー濃度に応じて前記磁気ローラ１と前記現像ローラ２間のバイアス差ΔＶを制御し、該バイアス差ΔＶ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。

上記したように前記バイアス電圧の制御では、所定のタイミングで、且つ非画像形成時に、画像濃度に合わせて現像ローラ２上のトナー薄層９の厚さを一定にする層厚を制御する時、即ち磁気ローラ１と現像ローラ２間のバイアス差ΔＶの制御をする際、所定のタイミングで、且つ非画像形成時に回収ローラ１４に印加するバイアスを変化させる。これは、トナー帯電量が低い場合には、ΔＶとしては低い値が算出され、また、逆にトナー帯電量が高い場合にはΔＶとして高い値が算出されるという知見に基づくものである。なお、前記所定のタイミングとしては、印字枚数、ドットカウント数、現像駆動時間等を用いて設定することができる。あるいは階調調整や濃度調整を行うキャリブレーション動作時であってもよい。

トナー帯電量が低い場合には、ΔＶを低減させるため、トナー薄層９形成に寄与しないで磁気ローラ１上の磁気ブラシ６中に低帯電トナー５として残存し、その残存トナー５はキャリア４との静電気的吸引力が小さく、トナー５がキャリア４表面から離れやすく飛散するトナー量が増加することになる。従ってΔＶが低い場合には、回収ローラ１４に印加するバイアスを、トナー５を引き付ける方向に増加させることで多くの飛散トナーを回収することができる。

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。感光体３もしくは中間転写体２０上に画像濃度検知手段２８としてＩＤセンサ２８を取付ける。該ＩＤセンサ２８は、図６に示すように、例えば感光体３上に形成されたトナー像（例えば基準のパッチ画像）を濃度センサ２８（以下、ＩＤセンサという）で検知する。
前記ＩＤセンサ２８としては、反射型濃度センサを用いることができる。図６に該反射型濃度センサの概略図を示す。反射型濃度センサは、ＬＥＤから照射された光はＢＳ（Beam splitter）1を通って１方向に偏光されトナー面に照射され、また、もう一方に偏光された光はＰＤ１にてモニターされ、フィードバック回路により常に光量を一定に保つように構成されている。トナー面から反射した光は散乱光となり、ＢＳ２にて再び２つの偏光成分に分配され、それぞれＰＤ２、ＰＤ３に入射する。その比率でトナー量を検知するものである。
まず、画像形成において現像駆動時間が所定の駆動時間を超えた場合、感光体３表面上に画像パッチを形成する。そして、ＩＤセンサ２８により画像パッチのトナー濃度を検知する。画像パッチの形成タイミングは、前記現像駆動時間が５〜２０分毎に行うのがよい。得られたトナー濃度は予め設けられているデータテーブル（トナー濃度とトナー薄層厚の関係）を参照し、所定の範囲内であれば、適正なトナー層厚と判定し、画像形成が継続される。前記トナー層厚の適正な範囲としては、７〜１８μｍである。なお、前記トナー層厚は、トナー５の発色性や隠蔽率、グロス等で適正な範囲が異なるので、それらに応じて適正な範囲を設定すればよい。そしてトナー濃度が適正値より高い場合、前記テーブルより前記トナー層厚が所定の範囲より高いと判断され、すなわちトナー帯電量が低いと判定し、ΔＶを低減する。その時のΔＶは、予め設けられたトナー層厚とΔＶに関するデータテーブルに基づいて決定される。
次に、そのときのΔＶを所定の閾値と比較（予め設けられたデータテーブルを参照）し、所定の閾値以上である場合は、引き続き画像形成が継続される。ΔＶが所定の閾値を下回った場合は、回収ローラ１４のバイアス電圧Ｖｄｃ３を飛散トナーを引き付ける方向に増加する。その後、引き続き画像形成が継続される。
また図４に示すように、最初にトナー濃度が高いと判断された時、それに伴い所定量のΔＶを可変した後、再度画像パッチを形成し、そのトナー濃度をＩＤセンサ２８で検知し、所定のトナー濃度になるまで繰り返し行いΔＶを決定し、その時のΔＶを所定の閾値と比較してもよい。
また最初にトナー濃度が高いと判断された時、それに伴いΔＶを可変させた画像パッチを複数形成し、予め設けられているデータテーブル（トナー濃度とトナー層厚の関係）と比較して、ΔＶを決定しても良い。
なお、前記画像パッチの形成タイミングのパラメータとして、現像駆動時間以外に印字枚数あるいはドットカウント数を用いることができる。

上記ΔＶの制御において、具体的には、例えばΔＶが所定の閾値（例えば１５０〜２００Ｖ）未満となる場合には、回収ローラ１４の電位を磁気ローラ１の電位（例えば直流電圧Ｖｄｃ１＝３００Ｖ）よりも低くする。即ち、例えば回収ローラ１４の直流電圧Ｖｄｃ
３を１００Ｖとする。また、ΔＶが前記所定の閾値以上となる場合には、磁気ローラ１と略同電位とする。前記ΔＶは現像剤の特性により制限されるが、その制限される範囲内であれば、トナーの飛散程度によって変えて制御できる。また、ΔＶに対応して段階的に磁気ローラ１との電位差を可変させてもよい。例えばΔＶの閾値が１９０Ｖであって、ΔＶが１８０Ｖの場合は、回収ローラ１４のＶｄｃ３を１００Ｖに、ΔＶが１７０Ｖの場合は回収ローラ１４のＶｄｃ３を８０Ｖにすればよく、トナーの飛散レベルに合わせた対応が可能である。上記したようにΔＶが１９０Ｖ以下となる場合、回収ローラ１４側にトナー５を回収する方法を直流電圧差のみで回収ローラ１４側にトナー５を回収する構成を示したが、交流のＤＵＴＹ比、Ｖｐｐおよび周波数の少なくとも１つを用いて回収ローラ１４側にトナー５を回収する構成としても良い。

（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、ＭＯＤＥＬ２１０ＨＳ）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。

（他の実施形態）
前記トナー回収ローラ１４は、前記バイアス手段１３により印加されるバイアス電圧の制御を、前記一実施形態におけるΔＶに応じた制御に代えて、現像ローラ２上のトナー帯電量に応じた制御であってもよい。ただし、ここでは現像ローラ２上のトナー帯電量は現像ローラ２の表面電位と画像パッチのトナー濃度から算出される現像ローラ２上のトナー帯電量による制御とした。そのため、本実施形態では現像ローラ２の表面電位を検知する表面電位検知手段２９を設け、該表面電位検知手段２９として表面電位検知センサを用いた。図５に、本実施形態において回収ローラ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。

図５に示すように、画像形成時において現像駆動時間が所定の枚数カウントを超えた場合、まず画像パッチを形成し、ＩＤセンサ２８を用いて前記画像パッチのトナー濃度を検知し、その時の前記現像ローラ２の表面電位を表面電位検知センサ２９により検知する。そして、それらの検知結果より算出された帯電量を現像ローラ２上のトナー５の帯電量として確定する。得られた帯電量が所定の閾値を下回った場合は、回収ローラ１４のバイアス電圧Ｖｄｃ３を飛散トナーを引き付ける方向に増加する。
なお、上記制御は画像調整のキャリブレーションによる画像パッチ形成時に上記動作を実行してもよい。

具体的には、まず非画像形成時に画像パッチを形成し、中間転写体２０上のトナー濃度をＩＤセンサ２８を用いて検知する。同時に現像ローラ２上に形成されたトナー薄層９の表面電位を表面電位センサ２９を用いて測定する。その検知結果に基づいて、トナー濃度および表面電位とトナー帯電量の関係を示す所定のデータテーブルからトナー薄層９のトナー帯電量を算出する。そして、算出されたトナー帯電量と予め用意されているトナー薄層９のトナー帯電量の閾値を比較し、その結果により回収ローラ１４に印加するバイアス電圧を制御する。例えば閾値を６μＣ／ｇとし、算出されたトナー帯電量が５．５μＣ／ｇであった場合は、回収ローラ１４のバイアス電圧Ｖｄｃ３を磁気ローラ１に対して４０〜６０Ｖ低くして、浮遊している飛散トナーおよび回収ローラ１４上の捕集トナーを回収ローラ１４側に引き付けやすくする。逆に算出されたトナー帯電量が閾値より高い場合は回収ローラ１４に印加するバイアス電圧は磁気ローラ１と同電位にする。
同時に、予め用意されているトナー薄層９のトナー帯電量と電位差ΔＶの関係を示すデータテーブルを参照し、ΔＶを調整してトナー薄層厚を一定に保つ制御を行う。

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
また、画像濃度検知手段２８としては、オムロン、ニチコン、スタンレー社製等の濃度センサがあるが本実施例ではスタンレー社製濃度センサを用いた。

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
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）：６．７μｍ
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：５００μｍ
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：ΔＶの閾値を２００Ｖ、印加時のＶｄｃ３＝４４０Ｖ（直流電圧のみ印加）
現像駆動時間カウント：１０分

[実施例２]
回収ローラ１４の印加電圧をトナー帯電量（現像ローラ２表面電位）による制御とし、下記に示すパラメータ以外は、実施例１と同様にして、画像形成装置を作製した。なお、表面電位検知手段２９としては、ＴＤＫ社製表面電位検知センサを用いた。
現像剤中のトナーのＱ／ｍ：２２μＣ／ｇ
トナー粒径（体積平均粒子径）：６．５μｍ
キャリア粒径（重量平均粒子径）：４２μｍ
現像ローラ印加電圧：Ｖｄｃ２＝１５０Ｖ、Ｖ_P-P＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝２７％
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＝７３％
回収ローラ印加電圧：現像ローラ２の表面電位変化に応じた制御、印加時のＶｄｃ３＝３５０Ｖ（直流電圧のみ印加）

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。本発明の他の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濃度検知手段のトナー濃度を検知する方法の一例を説明する図である。

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

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、前記静電潜像担持体表面に現像されたトナー像または前記静電潜像担持体表面に現像されたトナー像が転写された転写体上のトナー像の濃度を検知するための画像濃度検知手段により得られた検知結果を用いて制御され、
前記画像濃度検知手段により検知されたトナー濃度に基づいて、前記トナー担持体上のトナー薄層厚を略一定に維持するために、前記二成分現像剤担持体と前記トナー担持体間のバイアス差ΔＶを設定し、前記設定されたバイアス差ΔＶに応じて前記トナー回収ローラに印加する前記バイアス電圧を制御することを特徴とする画像形成方法。
前記トナー濃度が所定の濃度より高い場合に前記バイアス差ΔＶを変化させた後、再度画像パッチを形成すると共に該画像パッチの濃度を前記画像濃度検知手段により検知し、前記所定の濃度に至るまで、繰り返し前記バイアス差ΔＶを変化させることを特徴とする請求項１記載の画像形成方法。
前記所定の濃度に至ったときの前記バイアス差ΔＶが所定の閾値を下回った場合に、前記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請求項２記載の画像形成方法。
前記バイアス電圧を制御するための前記トナー担持体の表面電位を検知する表面電位検知手段により検知された前記トナー担持体の表面電位と、前記画像濃度検知手段により検知されたトナー濃度に基づいて、前記トナー担持体上のトナー薄層のトナー帯電量を算出し、その算出結果に基づいて、前記トナー回収ローラに印加する前記バイアス電圧を制御することを特徴とする請求項１記載の画像形成方法。