JP4973649B2

JP4973649B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4973649B2
Application number: JP2008319703A
Authority: JP
Inventors: 隆幸高井
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: JP2010145490A

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ又はこれらの複合機等の電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いた画像形成装置においては、像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像方式として、現像剤の主成分としてトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤の主成分としてトナーとキャリアを用いる二成分現像方式とが知られている。

一成分現像方式では、一般に、現像ローラと現像ローラに押圧して設けられた規制板との間の規制部にトナーを通過させることでトナーを摩擦帯電するとともに所望厚みのトナー層を現像ローラ外周面に保持させることができるため、現像装置の構成簡略化、小型化、低コスト化の面で有利である。しかしながら、一成分現像方式では、規制部で受ける強いストレスによってトナーの劣化が促進され、トナーの帯電量が耐久とともに減少しやすく、また、規制板表面や現像ローラ表面がトナーや他の外添剤によって汚染されることでトナーへの電荷付与性が減少し、かぶり等の問題を引き起こすため、現像装置の寿命が比較的短くなる。

これに対し、二成分現像方式は、トナーをキャリアとの混合・攪拌による摩擦接触により帯電させるため、トナーが受けるストレスが小さく、トナー劣化の面で有利である。また、トナーへの電荷付与部材であるキャリアも、その表面積がトナー粒子に比べて大きいため、トナーや他の外添剤による汚染に対しても相対的に強く、現像剤の長寿命化に有利である。しかしながら、二成分現像方式においても、長期間の使用により、キャリアがトナーや他の外添剤によって次第に汚染され、トナーの帯電量が減少し、かぶり等の問題を引き起こし得る。

前記一成分現像方式及び二成分現像方式における前述した問題を解消する現像方式として、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を摩擦接触によりトナー帯電した後、磁極体を内包した搬送ローラ上にこの現像剤を磁気ブラシ状態で保持させながらその回転によって現像ローラに対向する領域に搬送し、この領域に形成された電界の作用によって搬送ローラに保持されている現像剤からトナーだけを現像ローラに供給して現像ローラ上にトナー層を形成し、このトナー層を現像ローラの回転によって像担持体との対向する領域に搬送し、この領域に形成された電界の作用によって現像ローラに保持されたトナーを像担持体上に形成された静電潜像に飛翔させて現像する、所謂ハイブリッド現像方式が知られている（例えば、特許文献１参照)。

ハイブリッド現像方式によれば、二成分現像剤の摩擦接触によってトナーの帯電が行われるため、トナーの劣化が抑制され、十分なトナー帯電量を確保でき、また、搬送ローラから現像ローラへのトナーの供給が電界によって行われるため、現像ローラに逆極性に帯電したトナーが供給されることがないので、像担持体上の非画像部へのトナー付着がなく、かぶりの発生が防止される。また、現像ローラにはトナーしか供給されないので、キャリアの像担持体ヘの付着も防止される。

しかしながら、ハイブリッド現像方式を備えた現像装置においても、長期間の使用により、トナーや他の外添剤によって次第にキャリアの荷電性が減少することとなる。これに対し、ハイブリッド現像方式を備えた現像装置におけるキャリアの荷電性の減少を抑制するものとして、例えば特許文献２には、トナーとキャリアとを含み、相互の摩擦接触によってトナーが第１の極性に帯電すると共にキャリアが第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤に、トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され、トナーの表面から分離した後にキャリアの表面に保持されるとトナーとの摩擦接触によってトナーを第１の極性に帯電する荷電粒子を加えた現像剤を用いる現像装置を備えた画像形成装置が開示されている。

前記画像形成装置では、摩擦接触によって帯電されたトナーとキャリアとが搬送ローラに保持され、この搬送ローラに保持されたトナーが搬送ローラと現像ローラとの間に形成された電界によって現像ローラへ移動する際に、搬送ローラから現像ローラへ移動するトナーの表面に保持された荷電粒子がトナーの表面から分離され、分離された荷電粒子がキャリアとの間に作用するストレスによってキャリアの表面に固定化されてトナーを帯電するので、キャリアがトナーや他の外添剤によって汚染されても、荷電粒子がキャリアの荷電性の減少を補うことにより、キャリアの荷電性が減少することを抑制する。

特開平７−７２７３３号公報特開２００８−１７５８６０号公報

前述した画像形成装置では、ハイブリッド現像方式を備えた現像装置において、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤に荷電粒子を加えることにより、キャリアの荷電性が減少することを抑制することができるものの、かかる画像形成装置においても、印字比率の変更が頻繁に行われたり現像剤の製造時のバラツキが大きかったりすると、荷電粒子による荷電補助作用が不足したり過剰となったりして、キャリアの荷電性に変動が生じる場合がある。

前記画像形成装置において、荷電粒子による荷電補助作用が不足すると、キャリアの荷電性が減少してトナーへの電荷付与性が減少し、かぶりやトナー飛散等の画像ノイズを引き起こすこととなり、一方、荷電粒子による荷電補助作用が過剰であると、キャリアの荷電性が上昇して濃度減少や画像メモリ等の画像ノイズを引き起こすこととなる。

そこで、本発明は、前記技術的課題に鑑みてなされたものであり、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤に荷電粒子を加えた現像剤を用いるハイブリッド現像方式を有する現像装置を備えた画像形成装置において、長期に亘ってキャリアの荷電性を安定化させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、
トナーとキャリアとを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤であって、前記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され、前記トナーの表面から分離した後に前記キャリアの表面に保持されると前記トナーとの摩擦接触によって前記トナーを前記第１の極性に帯電させる荷電粒子を更に含む現像剤と、複数の磁極を有する固定磁石体と該固定磁石体の周囲を回転する回転円筒体とを有し、前記現像剤を前記回転円筒体の外周面に保持しつつ搬送する搬送ローラと、第１の領域を介して前記搬送ローラに対向するとともに第２の領域を介して像担持体に対向する現像ローラと、前記搬送ローラと前記現像ローラとの間に所定の交流ピーク間電圧、交流電圧デューティ比及び直流電圧を有する第１の電界を形成して、前記搬送ローラが保持している前記現像剤中のトナーを前記現像ローラに移動させるとともに、前記搬送ローラから前記現像ローラに移動する前記トナーの表面に保持された前記荷電粒子の一部を前記トナーから分離させて前記搬送ローラに移動させる第１の電界形成手段と、前記現像ローラと前記像担持体との間に第２の電界を形成して、前記現像ローラが保持している前記トナーを前記像担持体に移動させ、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する第２の電界形成手段と、を有する現像装置を備え、前記像担持体上のトナー画像を記録媒体に転写するようにした画像形成装置において、
前記現像ローラ又は前記像担持体上のトナー帯電量を検出するトナー帯電量検出手段と、
前記第１の電界形成手段の作動を制御する電界制御手段と、
を備え、
前記電界制御手段は、所定印字枚数毎に前記トナー帯電量検出手段によって検出されるトナー帯電量に基づいて、前記交流ピーク間電圧、前記交流電圧デューティ比及び前記直流電圧のうちの少なくとも１つを変更するように前記第１の電界形成手段の作動を制御し、トナー帯電量が減少傾向である場合には、前記交流ピーク間電圧を大きくするように前記第１の電界形成手段の作動を制御し、トナー帯電量が増加傾向である場合には、前記交流ピーク間電圧を小さくするように前記第１の電界形成手段の作動を制御する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、所定印字枚数毎に検出されるトナー帯電量に基づいて、交流ピーク間電圧、交流電圧デューティ比及び直流電圧のうちの少なくとも１つを変更するように第１の電界形成手段の作動を制御し、トナー帯電量が減少傾向である場合には、交流ピーク間電圧を大きくするように第１の電界形成手段の作動を制御し、トナー帯電量が増加傾向である場合には、交流ピーク間電圧を小さくするように第１の電界形成手段の作動を制御することにより、トナー帯電量の変化に応じて荷電粒子のキャリアへの移行量を制御してキャリアの荷電性を安定化させることができ、長期に亘ってかぶり等の画像ノイズのない良好な画像を得ることが可能である。印字比率の変更が頻繁に行われる場合や現像剤の製造時のバラツキが大きい場合においても、トナー帯電量を安定させることができ、前記効果を得ることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像を担持する像担持体としての感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印１４方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電ステーション１６、露光ステーション１８、現像ステーション２０、転写ステーション２２、およびクリーニングステーション２４が配置されている。

帯電ステーション１６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する帯電装置２６を備えている。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。露光ステーション１８は、感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８から出射された画像光３０が、帯電された感光体１２の外周面に向けて進行するための通路３２を有する。露光ステーション１８を通過した感光体１２の外周面には、画像光が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分からなる、静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像ステーション２０は、粉体現像剤を用いて静電潜像を可視像化する現像装置３４を有する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写ステーション２２は、感光体１２の外周面に形成された可視像を記録媒体としての用紙３８に転写する転写装置３６を有する。実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして表されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニングステーション２４は、転写ステーション２２で用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収するクリーニング装置４０を有する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。

本実施形態では、感光体１２の周囲にまた、感光体１２上のトナー付着量を検出するトナー付着量検出手段としての光式トナー濃度センサ１７と、感光体１２上のトナー層の表面電位を検出するトナー層表面電位検出手段としての表面電位センサ１９とが現像ステーション２０と転写ステーション２２との間で感光体１２に対向して設けられている。光式トナー濃度センサ１７と表面電位センサ１９とはそれぞれ、感光体１２などの回転駆動、帯電装置２６、露光装置２８、現像装置３４、転写装置３６及び後述する電界形成装置１１０などの作動制御などの画像形成装置１に関係する構成を制御する制御ユニット２１に接続され、制御ユニット２１は、非画像形成時に感光体１２上にトナー帯電量を検出するためのトナー帯電量検出用画像を形成させ、光式トナー濃度センサ１７によって検出されるトナー付着量と表面電位センサ１９によって検出されるトナー層の表面電位とからトナー帯電量を算出することができるようになっている。また、制御ユニット２１には、印字枚数を計数する印字枚数カウンタなどの印字枚数計数手段によって計数される印字枚数が入力されるようになっており、所定の印字枚数毎に検出されるトナー帯電量からトナー帯電量の推移が求められるようになっている。なお、制御ユニット２１は、例えばマイクロコンピュータを主要部として構成されている。

図２は、トナー帯電量とトナー層の表面電位との関係を示したグラフである。図２では、トナー帯電量を横軸にとり、トナー層の表面電位を縦軸にとって表示し、トナー付着量が１．５ｇ／ｍ^２、３．０ｇ／ｍ^２、４．５ｇ／ｍ^２の場合について示している。この図に示すように、トナー帯電量とトナー層の表面電位とは比例関係にあり、トナー付着量が大きくなるにつれてその傾きが大きくなっている。トナー層の表面電位は、トナー帯電量とトナー付着量との積に比例することから、トナー帯電量は、トナー付着量とトナー層の表面電位とに基づいて算出することができる。制御ユニット２１には、トナー付着量に応じたトナー帯電量とトナー層の表面電位との関係式が記憶されており、制御ユニット２１は、かかる関係式に基づいてトナー付着量とトナー層の表面電位とからトナー帯電量を算出する。

現像装置３４は、第１の成分粒子である非磁性トナーと第２の成分粒子である磁性キャリアを含む二成分現像剤に第３の成分粒子である荷電粒子を加えた現像剤２と、以下に説明する種々の部材を収容するハウジング４２を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、ハウジング４２の一部は削除してある。本実施形態で用いる現像剤２は、相互の摩擦接触によりトナーが負極性、キャリアが正極性に帯電されるものとする。また、荷電粒子は、トナーが負極性に帯電される場合には正極性に帯電されている荷電粒子であり、トナー６よりも小径であり、トナーの外周面に離脱可能な状態で供給され、トナーと共に補給されるようになっている。ただし、本発明に用いるトナー及びキャリアの帯電性は、そのような組み合わせに限定されるものでなく、相互の摩擦接触によりトナーが正極性、キャリアが負極性に帯電される組み合わせも考えられ、トナーが正極性に帯電される場合、荷電粒子は負極性に帯電される荷電粒子である。

現像装置３４のハウジング４２は感光体１２に向けて開放された開口部４４を備えており、この開口部４４の近傍に形成された空間４６にトナー搬送部材である現像ローラ４８が設けてある。現像ローラ４８は、円筒状の部材であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップ５０を介して、回転可能に配置されている。

現像ローラ４８としては、例えばアルミニウム等の金属からなる導電性ローラや導電性ローラの最表面層部である外周面にコーティングを施したものが用いられる。前記表面処理としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コーティングや、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングが用いられるが、これらに限定されない。

現像ローラ４８の背後には、別の空間５２が形成されている。空間５２には、現像剤搬送部材である搬送ローラ５４が、現像ローラ４８と平行に且つ現像ローラ４８の外周面と所定の供給回収ギャップ５６を介して配置されている。搬送ローラ５４は、回転不能に固定された磁石体５８と、磁石体５８の周囲を回転可能に支持された円筒スリーブ６０を有する。スリーブ６０の上方には、ハウジング４２に固定され、スリーブ６０の中心軸と平行に延びる規制板６２が、所定の規制ギャップ６４を介して対向配置されている。

磁石体５８は、スリーブ６０の内面に対向し、搬送ローラ５４の中心軸方向に延びる、複数の磁極を有する。実施形態では、複数の磁極は、規制板６２の近傍にあるスリーブ６０の上部内周面部分に対向する磁極Ｓ１、供給回収ギャップ５６の近傍にあるスリーブ６０の左側内周面部分に対向する磁極Ｎ１、スリーブ６０の下部内周面部分に対向する磁極Ｓ２、スリーブ６０の右側内周面部分に対向する、２つの隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３を含む。

搬送ローラ５４の背後には、現像剤攪拌室６６が形成されている。攪拌室６６は、搬送ローラ５４の近傍に形成された前室６８と搬送ローラ５４から離れた後室７０を有する。前室６８には図面の表面から裏面に向かって現像剤２を攪拌しながら搬送する前攪拌搬送部材である前スクリュー７２が回転可能に配置され、後室７０には図面の裏面から表面に向かって現像剤２を攪拌しながら搬送する後攪拌搬送部材である後スクリュー７４が回転可能に配置されている。図示するように、前室６８と後室７０は、両者の間に設けた隔壁７６で分離してもよい。この場合、前室６８と後室７０の両端近傍にある隔壁部分は除かれて連絡通路が形成されており、前室６８の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して後室７０へ送り込まれ、また後室７０の下流側端部に到達した現像剤が連絡通路を介して前室６８に送り込まれるようにしてある。

後室７０の上方にはトナー補給部９８が設けられ、トナー補給部９８は、トナー６を収容するための容器１００を有する。容器１００の底部には開口部１０２が形成されており、この開口部１０２に補給ローラ１０４が配置されている。補給ローラ１０４は図示しないモータに駆動連結されており、ハウジング４２に収容されている現像剤２中のトナー６の比率（重量比）を測定する手段（不図示）の出力に基づいてモータが駆動し、トナー６が後室７０に落下補給するようにしてある。

また、搬送ローラ５４と現像ローラ４８はそれぞれ電界形成装置１１０に電気的に接続されている。電界形成装置１１０は、搬送ローラ５４と現像ローラ４８とが対向する領域（供給回収領域）８８のうち、主に搬送ローラ５４の回転方向において上流側の領域（供給領域）９０で、搬送ローラ５４に保持された現像剤２中のトナー６を現像ローラ４８に移動させ、供給回収領域８８のうち、主に搬送ローラ５４の回転方向において下流側の領域（回収領域）９２で、現像後に現像ローラ４８上に残留するトナー６を搬送ローラ５４に回収させるように、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に所定の電界を形成するようになっている。

図３は、電界形成装置１１０の一実施形態を示す図であり、図４は、図３に示す電界形成装置１１０から搬送ローラ５４と現像ローラ４８に供給されている電圧の関係を示す図である。図３に示す電界形成装置１１０は、現像ローラ４８に接続された第１の電源１１２と、搬送ローラ５４に接続された第２の電源１１４とを有する。

第１の電源１１２は、現像ローラ４８とグランド１１６との間に直列に接続された直流電源１１８および交流電源１６０を有しており、直流電源１１８は、トナー６の帯電極性と同一極性の第１の直流電圧Ｖ_ＤＣ１（例えば、−３００ボルト）を現像ローラ４８に印加し、交流電源１６０は、図４に示すように、現像ローラ４８とグランド１１６との間に交流電圧Ｖ_ＡＣ（交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐが、例えば１，４００ボルト）を印加する。第２の電源１１４は、搬送ローラ５４とグランド１１６との間に接続された直流電源１２０を有しており、直流電源１２０は、トナー６の帯電極性と同一極性の第２の直流電圧Ｖ_ＤＣ２（例えば、−２５０ボルト）を搬送ローラ５４に印加する。

図４に示すように、搬送ローラ５４に直流電圧Ｖ_ＤＣ２：−２５０ボルトを印加し、現像ローラ４８に直流電圧Ｖ_ＤＣ１：−３００ボルトと交流電圧Ｖ_ＡＣを印加し、この交流電圧Ｖ_ＡＣが、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐ：１，４００ボルト、交流電圧デューティ比：４０％、すなわち、マイナスデューティ比（トナー回収デューティ比）：４０％、プラスデューティ比（トナー供給デューティ比）：６０％の矩形波である場合、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間には振動電界（第１の電界）が形成される。この振動電界の作用を受けて、供給領域９０では、負極性に帯電しているトナー６が搬送ローラ５４から現像ローラ４８に電気的に吸引される。このとき、正極性に帯電されているキャリアは、搬送ローラ５４の内部の固定磁石体５８の磁力によって搬送ローラ５４に保持され、現像ローラ４８に供給されることはない。また、現像領域９６では、現像ローラ４８に保持されている負極性トナーは、現像ローラ４８（Ｖ_ＤＣ１＋Ｖ_ＡＣ）と静電潜像画像部（Ｖ_Ｌ：−５０ボルト）との間に形成される振動電界（第２の電界）の作用を受けて、静電潜像画像部に付着する。ここで、第１の電源１１２が、第２の電界形成手段を構成し、第１の電源１１２と第２の電源１１４とが、第１の電界形成手段を構成し、第１の電界形成手段及び第２の電界形成手段の作動は、制御ユニット２１によって制御される。

なお、本実施形態では、現像ローラ４８に直流電圧Ｖ_ＤＣ１に交流電圧Ｖ_ＡＣを重畳した振動電圧（Ｖ_ＤＣ１＋Ｖ_ＡＣ）を印加し、搬送ローラ５４に直流電圧Ｖ_ＤＣ２を印加するものとして例示しているが、これに限定されるものでなく、現像ローラ４８に直流電圧又は振動電圧を印加し、搬送ローラ５４に振動電圧を印加することで、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に振動電界を形成し、供給領域９０において搬送ローラ５４から現像ローラ４８へトナー６を供給するようにしてもよい。

このようにして構成された現像装置３４の動作について説明する。画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８とスリーブ６０はそれぞれ矢印７８、８０方向に回転する。前スクリュー７２は矢印８２方向に回転し、後スクリュー７４は矢印８４方向に回転する。これにより、現像剤攪拌室６６に収容されている現像剤２は、前室６８と後室７０を循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。キャリア粒子は、トナー粒子に比べて大きく、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。また、荷電粒子８は、トナー６の表面に保持されている。

帯電された現像剤２は、前スクリュー７２によって前室６８を搬送される過程で搬送ローラ５４に供給される。前スクリュー７２から搬送ローラ５４に供給された現像剤２は、磁極Ｎ３の近傍で、磁極Ｎ３の磁力によって、搬送ローラ５４、具体的にはスリーブ６０の外周面に保持される。スリーブ６０に保持された現像剤２は、磁石体５８によって形成された磁力線に沿って磁気ブラシを構成しており、スリーブ６０の回転に基づいて反時計周り方向に搬送される。規制板６２の対向領域（規制領域）８６で磁極Ｓ１に保持されている現像剤２は、規制板６２により、規制ギャップ６４を通過する量が所定量に規制される。規制ギャップ６４を通過した現像剤２は、磁極Ｎ１が対向する、現像ローラ４８と搬送ローラ５４が対向する領域（供給回収領域）８８に搬送される。

前述したように、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して上流側の領域（供給領域）９０では、現像ローラ４８と搬送ローラ５４との間に形成された電界の存在により、キャリア４に付着しているトナー６が現像ローラ４８に電気的に供給され、搬送ローラ５４から現像ローラ４６に移動する。

供給領域９０で現像ローラ４８に保持されたトナー６は、現像ローラ４８の回転と共に反時計周り方向に搬送され、現像領域９６で、感光体１２の外周面に形成されている静電潜像画像部に付着する。画像形成装置１では、感光体１２の外周面は帯電装置２６で負極性の所定の電位Ｖ_Ｈ（例えば−４５０ボルト）が付与され、露光装置２８で画像光３０が投射された静電潜像画像部が所定の電位Ｖ_Ｌ（例えば−５０ボルト）まで減衰し、露光装置２８で画像光３０が投射されていない静電潜像非画像部はほぼ帯電電位Ｖ_Ｈを維持している。したがって、現像領域９６では、感光体１２と現像ローラ４８との間に形成されている電界の作用を受けて、負極性に帯電したトナー６が静電潜像画像部に付着し、この静電潜像をトナー画像として可視像化する。なお、現像領域９６では、現像ローラ４８上のトナー６が感光体１２に直に接触する接触現像であってもよい。

一方、現像に供されることなく現像後に現像ローラ４８上に残留するトナー６は、現像ローラ４８の回転に従って矢印７８に示す方向に搬送され、供給回収領域８８のうち、主にスリーブ６０の回転方向に関して下流側の領域（回収領域）９２において、磁極Ｎ１の磁力線に沿って形成されている磁気ブラシに掻き取られて搬送ローラ５４に回収される。この搬送ローラ５４に回収されたトナー６を含む現像剤２は、磁石体５８の磁力に保持され、搬送ローラ５４の回転と共に磁極Ｓ２の対向部を通過して磁極Ｎ２とＮ３の対向領域（放出領域）９４に到達すると、磁極Ｎ２とＮ３によって形成される反発磁界によって搬送ローラ５４の外周面から前室６８に放出され、前室６８を搬送されている現像剤２に混合される。

現像装置３４において、トナーとキャリアとを主成分とする二成分現像剤に添加された荷電粒子８は、トナー６やキャリア４とともに、ハウジング４２の中を搬送された後、スリーブ６０に保持されて規制領域８６、供給回収領域８８、放出領域９４を移動する。この搬送過程で、トナー６の表面に保持されて正極性に帯電している荷電粒子８は、供給回収領域８８の電界中に置かれると、トナー６に作用する電気的な力とは逆の方向の電気的な力を受けてトナー６の外周面から離脱する。

図５は、供給回収領域におけるトナーと荷電粒子との動きを模式的に示す図である。図５に示すように、供給回収領域８８において、搬送ローラ５４から現像ローラ４８に移動するトナー６の表面から離脱した荷電粒子８は、分離した荷電粒子８とキャリアとの間に作用するストレスによってキャリア４の外周面に保持される、あるいは打ち込まれる。キャリア４の外周面の一部又は全体が、トナーが付着してできる汚れ（スペント）で覆われている場合には、荷電粒子８は、スペントに打ち込まれる。

このキャリア４の外周面に保持される、あるいは打ち込まれた荷電粒子８は次に、トナー６との摩擦接触によりトナー６と逆の極性、実施形態では正極性に帯電される。その結果、荷電粒子８が打ち込まれたキャリア４は、たとえその外周面の少なくとも一部がスペントに被覆されていても、キャリア４の表面に固定された荷電粒子８がトナー６を所定の極性に帯電するので、キャリアの荷電性の減少を補うことにより、キャリアの荷電性が減少することを抑制することができる。なお、現像装置３４では、搬送ローラ５４から現像ローラ４８に移動するトナー６の表面に保持されている荷電粒子８の一部が、トナー６から分離して搬送ローラ５４に移動してキャリア４に保持され、トナー６の表面に保持された状態で現像ローラ４８に供給された荷電粒子８が、現像領域２０においてトナー６と共に感光体１２に移動して消費されるようにしてもよい。

ここで、現像剤２に含まれるトナー、キャリア、および荷電粒子の具体的な材料について説明する。

トナーには、画像形成装置において従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約３〜１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造できる。

キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５〜１００μｍが好ましい。

バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。

コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０重量％、好ましくは６〜３０重量％が好ましい。

トナーに外添される荷電粒子は、前述したように、キャリアの表面にトナーが付着してできる汚れなどによってキャリアの荷電性が減少してもトナーを所定の極性に帯電するように添加するものであり、トナーに対して逆極性に荷電される微粒子が用いられる。

好適に使用される荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択される。キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電するトナーを用いる場合、荷電粒子は、トナーとの接触により正極性に帯電する微粒子が用いられる。そのような微粒子は、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成できる。

キャリアとの摩擦接触により正極性に帯電するトナーの場合、荷電粒子は、トナーとの接触により負極性に帯電する微粒子が用いられる。このような微粒子は、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子、また、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子が使用できる。

このような構成を有する現像装置３４を備えた画像形成装置１の画像形成時には、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて時計回り方向に回転する。このとき、帯電ステーション１６を通過する感光体外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体外周部分は、露光ステーション１８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像ステーション２０に搬送され、そこで現像装置３４によってトナー画像として可視像化される。可視像化されたトナー画像は、感光体１２の回転と共に転写ステーション２２に搬送され、そこで転写装置３６により用紙３８に転写される。トナー画像が転写された用紙３８は図示しない定着ステーションに搬送され、そこで用紙３８にトナー画像が固定される。転写ステーション２２を通過した感光体外周部分はクリーニングステーション２４に搬送され、そこで用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存する現像剤が回収される。

前述したように、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤に荷電粒子を加えることにより、キャリアの荷電性が減少することを抑制することができるものの、印字比率の変更が頻繁に行われたり現像剤の製造時のバラツキが大きかったりすると、キャリアの荷電性に変動が生じる場合があるが、本実施形態に係る画像形成装置１では、所定印字枚数毎に検出されるトナー帯電量に基づいて、第１の電界形成手段及び第２の電界制御手段の作動を制御することで、キャリアの荷電性を安定化させる。

以下に、第１の電界形成手段及び第２の電界形成手段の作動制御について図６〜図１２を参照して説明する。なお、本実施形態に係る画像形成装置１では、これに限定されるものではないが、トナー比率（現像剤全体の重量に対するトナーの重量の割合）が８ｗｔ％に設定された現像剤２が用いられ、規制ギャップ６４が０．４５ｍｍに設定され、供給回収ギャップ５０が０．３ｍｍに設定され、現像ローラの周速度に対する搬送ローラの周速度の割合が１．５に設定され、搬送ローラ５４に保持される現像剤量が２００ｇ／ｍ^２に設定されている。

図６は、前記画像形成装置１において、画像形成時に搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の設定値の波形を示す図であり、図６の（ａ）は、搬送ローラと現像ローラに印加される電圧の設定値を示し、図６の（ｂ）は、現像ローラを基準とした搬送ローラの電位を示している。なお、図６（ａ）及び後述する図８（ａ）、図９（ａ）、図１１（ａ）、図１２（ａ）では、搬送ローラに印加される直流電圧を二点鎖線で示し、現像ローラに印加される直流電圧及び該直流電圧に交流電圧が重畳された振動電圧をそれぞれ破線及び実線で示し、図６（ｂ）及び後述する図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）では、現像ローラを基準とした搬送ローラの電位を実線で示し、現像ローラを基準とした搬送ローラの電位の平均値を一点鎖線で示している。

図６（ａ）に示すように、画像形成時に、現像ローラ４８には直流電圧Ｖ_ＤＣ１：−３００Ｖに周波数：３ｋＨｚ、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐ：１４００Ｖ、交流電圧デューティ比：４０％、すなわち、マイナスデューティ比：４０％、プラスデューティ比：６０％の交流電圧Ｖ_ＡＣを重畳した矩形波状の振動電圧（Ｖ_ＤＣ１＋Ｖ_ＡＣ）が印加され、搬送ローラ５４には直流電圧Ｖ_ＤＣ２：−２５０Ｖが印加され、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間には振動電界が形成され、図６（ｂ）に示すように、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位は、最高値Ｖ_ＭＡＸ：＋７５０Ｖ、最小値Ｖ_ＭＩＮ：−６５０Ｖ、平均値Ｖ_ＡＶＧ：−９０Ｖとなっている。

また、静電潜像非画像部の電位Ｖ_Ｈ：−４５０Ｖ、静電潜像画像部の電位Ｖ_Ｌ：−５０Ｖに設定され、現像ギャップ５０が０．１５ｍｍに設定され、感光体１２の周速度に対する現像ローラ４８の周速度の割合が２．０に設定されている。これにより、感光体１２上に単位面積当りのトナー付着量５ｇ／ｍ^２のトナー画像が形成される。

画像形成装置１では、画像形成時に、現像ローラ４８を基準とした搬送ローラ５４の電位が最小値Ｖ_ＭＩＮ：−６５０Ｖであるときに、搬送ローラ５４に保持されている現像剤２中のトナー６が現像ローラ４８に移動するとともに、搬送ローラ５４から現像ローラ４８に移動するトナー６の表面に保持されている荷電粒子８の一部がトナー６から分離し、搬送ローラ５４に移動してハウジング４２内に回収され、キャリア４の表面に保持されるとトナー６との摩擦接触によってトナー６を帯電させる。一方、現像ローラ４８を基準とした搬送ローラ５４の電位が最高値Ｖ_ＭＡＸ：＋７５０Ｖであるときに、現像ローラ４８から搬送ローラ５４へ現像ローラ４８に保持されたトナー６が移動するとともに、現像ローラ４８から搬送ローラ５４へ移動するトナー６に保持された荷電粒子８が、トナー６から分離して現像ローラ４８に移動する。なお、図６（ｂ）では、トナー回収領域に密な斜線ハッチングを施し、トナー供給領域に疎な斜線ハッチングを施している。

また、画像形成装置１では、５０００枚、１００００枚などの５０００枚毎などの所定の印刷枚数毎に、非画像形成時にトナー帯電量検出用画像であるパッチ画像を形成し、このパッチ画像をトナー濃度センサ１７及び表面電位センサ１９によって測定し、制御ユニット２１でトナー帯電量が算出され、前述したように、所定の印字枚数毎に算出されるトナー帯電量からトナー帯電量の推移、すなわち、トナー帯電量が減少傾向、増加傾向であるかが判定される。

図７は、トナー帯電量が減少傾向である場合におけるトナー帯電量の推移を示すグラフである。図７では、印字枚数を横軸にとり、トナー帯電量を縦軸にとって表示している。なお、図７では、所定の印字枚数をＰ１、Ｐ２として示し、かぶりやトナー飛散が生じ得るトナー帯電量の上限値をＱ_Ｈとして示している。

図７に示すように、所定印字枚数毎に検出されたトナー帯電量が減少傾向を示す場合、すなわち、印字枚数Ｐ２におけるトナー帯電量Ｑ２と印字枚数Ｐ１におけるトナー帯電量Ｑ１とのトナー帯電量の差（Ｑ２−Ｑ１）が負である場合、画像形成装置１では、制御ユニット２１によって、少なくとも交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを変更することを含み、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐ、交流電圧デューティ比及び直流電圧Ｖ_ＤＣ１のうちの少なくとも１つを変更するように第１の電界形成手段の作動が制御される。

図８は、トナー帯電量が減少傾向にある場合に変更される搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の波形の一例を示す図であり、図８の（ａ）は、搬送ローラと現像ローラに印加される電圧を示し、図８の（ｂ）は、現像ローラを基準とした搬送ローラの電位を示している。なお、図８（ｂ）並びに後述する図９（ｂ）、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）では、トナー回収領域に密な斜線ハッチングを施し、トナー供給領域に疎な斜線ハッチングを施している。

画像形成装置１では、トナー帯電量が減少傾向である場合には、少なくとも交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくするように第１の電界形成手段の作動が制御される。図８（ａ）に示すように、現像ローラ４８に印加する交流電圧Ｖ_ＡＣの交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを１６００Ｖに変更するとともに、現像ローラ４８に印加する直流電圧Ｖ_ＤＣ１を−３２０Ｖに変更し、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくするとともに直流電圧Ｖ_ＤＣ１を大きくして、図８（ｂ）に示すように、現像ローラ４８を基準とした搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧを−９０Ｖに維持した状態で、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位を最高値Ｖ_ＭＡＸ：＋８７０Ｖ、最小値Ｖ_ＭＩＮ：−７３０Ｖとし、画像形成時におけるトナーの供給電界強度を大きくする。

これにより、供給回収領域８８において、より多くの荷電粒子をトナーから分離させてキャリアに付着させることができ、トナー帯電量が減少傾向である場合にキャリアの帯電性を高めることができ、キャリアの荷電性を安定化させることができる。なお、トナー帯電量が減少傾向である場合に、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐのみを大きくしてトナーの供給電界強度を大きくするようにしてもよいが、図８に示すように、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくしてトナーの供給電界強度を大きくするとともに、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧが維持されるように直流電圧Ｖ_ＤＣ１を変更することで、搬送ローラ５４から現像ローラ４８へのトナー供給量を維持することができ、トナー供給量が多くなって画像メモリが生じることがなく、良好な画像品質を確保することができる。

図９は、トナー帯電量が減少傾向にある場合に変更される搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の別の波形を示す図であり、図９の（ａ）は、搬送ローラと現像ローラに印加される電圧を示し、図９の（ｂ）は、現像ローラを基準とした搬送ローラの電位を示している。

トナー帯電量が減少傾向である場合に、図８に示す搬送ローラと現像ローラに供給される電圧に代え、図９（ａ）に示すように、現像ローラ４８に印加する交流電圧Ｖ_ＡＣの交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを１６００Ｖに変更するとともに、交流電圧デューティ比を４５％、すなわち、マイナスデューティ比：４５％、プラスデューティ比：５５％に変更し、現像ローラ４８に印加する直流電圧Ｖ_ＤＣ１を−２４０Ｖに変更し、現像ローラ４８に印加する交流電圧Ｖ_ＡＣの交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくするとともに、交流電圧デューティ比を大きくし、現像ローラ４８に印加する直流電圧Ｖ_ＤＣ１を小さくすることも可能である。

かかる場合においても、図９（ｂ）に示すように、現像ローラ４８を基準とした搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧ：−９０Ｖを維持した状態で、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位を最高値Ｖ_ＭＡＸ：＋７９０Ｖ、最小値Ｖ_ＭＩＮ：−８１０Ｖとし、トナーの供給電界強度を大きくすることができる。これにより、供給回収領域８８において、より多くの荷電粒子をトナーから分離させてキャリアに付着させることができ、トナー帯電量が減少傾向である場合にキャリアの帯電性を高めることができ、キャリアの荷電性を安定化させることができる。

このように、トナー帯電量が減少傾向である場合に、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくしてトナーの供給電界強度を大きくするとともに、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧが維持されるように交流電圧デューティ比及び直流電圧Ｖ_ＤＣ１を変更することで、トナー供給量を維持することができ、トナー供給量が多くなって画像メモリが生じることがなく、良好な画像品質を確保することができる。

本実施形態に係る画像形成装置１では、トナー帯電量が減少傾向である場合に、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される振動電界の交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくすることを含み、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐ、交流電圧デューティ比及び直流電圧Ｖ_ＤＣ１のうちの少なくとも１つを変更するように第１の電界形成手段の作動を制御することで、キャリアの帯電性を高めることができ、キャリアの荷電性を安定化させることができる。また、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくするように変更する際に、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐ、交流電圧デューティ比及び直流電圧Ｖ_ＤＣ１を、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧが維持されるように変更することで、トナー供給量を維持することができ、良好な画像品質を確保することができる。

前述した実施形態では、トナー帯電量が減少傾向である場合、感光体１２の非画像形成時に、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される電界の交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくするように第１の電界形成手段の作動を制御し、その条件にて画像形成が行われるが、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される電界の交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくするように第１の電界形成手段の作動を制御するとともに、現像ローラ４８から感光体１２へ現像ローラ４８に保持しているトナーを移動させるように第２の電界形成手段の作動を制御し、感光体１２の非画像形成時に所定時間、現像を行うようにしてもよい。

トナー帯電量が減少傾向である場合に、図８（ａ）に示すように、現像ローラ４８に印加する交流電圧Ｖ_ＡＣの交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを１６００Ｖに変更するとともに、現像ローラ４８に印加する直流電圧Ｖ_ＤＣ１を−３２０Ｖに変更し、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくするとともに直流電圧Ｖ_ＤＣ１を大きくし、図８（ｂ）に示すように、現像ローラ４８を基準とした搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧを−９０Ｖに維持した状態で、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位を最高値Ｖ_ＭＡＸ：＋８７０Ｖ、最小値Ｖ_ＭＩＮ：−７３０Ｖとし、トナーの供給電界強度を大きくし、さらに感光体１２の電位を静電潜像画像部Ｖ_Ｈ：−５０Ｖに設定し、現像ローラ４８から感光体１２へ現像ローラ４８に保持しているトナーを移動させるように第２の電界形成手段の作動を制御し、例えば３分間などの所定時間、現像を行うようにしてもよい。

なお、感光体１２を静電潜像画像部の電位に設定して現像を行う際には、転写装置３６に印加される印加電圧の極性が反転され、感光体１２に担持されたトナーは、転写装置３６によって用紙３８に転写されることなくクリーニング装置４０まで搬送され、クリーニング装置４０によって回収される。そして、所定時間の現像後には、図６（ａ）に示す搬送ローラ５４と現像ローラ４８に印加される電圧の設定値に戻される。

このように、トナー帯電量が減少傾向である場合に、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される振動電界の交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを大きくするように第１の電界形成手段の作動を制御するとともに、現像ローラ４８から感光体１２へ現像ローラ４８に保持しているトナーの表面に保持された荷電粒子を移動させるように第２の電界形成手段の作動を制御して、感光体１２の非画像形成時に所定時間、現像を行うことで、非画像形成時に、供給回収領域８８において、より多くの荷電粒子をトナーから分離させてキャリアに付着させることができ、トナー帯電量が減少傾向である場合にキャリアの帯電性を高めることができ、キャリアの荷電性を安定化させることができる。

一方、図１０は、トナー帯電量が増加傾向である場合におけるトナー帯電量の推移を示すグラフである。図１０では、印字枚数を横軸にとり、トナー帯電量を縦軸にとって表示している。なお、図１０では、所定の印字枚数をＰ１、Ｐ２として示し、濃度減少や画像メモリが生じ得るトナー帯電量の下限値をＱ_Ｌとして示している。

図１０に示すように、所定印字枚数毎に検出されたトナー帯電量が増加傾向を示す場合、すなわち、印字枚数Ｐ２におけるトナー帯電量Ｑ２と印字枚数Ｐ１におけるトナー帯電量Ｑ１とのトナー帯電量の差（Ｑ２−Ｑ１）が正である場合、画像形成装置１では、制御ユニット２１によって、少なくとも交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを変更することを含み、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐ、交流電圧デューティ比及び直流電圧Ｖ_ＤＣ１のうちの少なくとも１つを変更するように第１の電界形成手段の作動が制御される。

図１１は、トナー帯電量が増加傾向にある場合に変更される搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の波形の一例を示す図であり、図１１の（ａ）は、搬送ローラと現像ローラに印加される電圧を示し、図１１の（ｂ）は、現像ローラを基準として搬送ローラの電位を示している。

画像形成装置１では、トナー帯電量が増加傾向である場合には、少なくとも交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくするように第１の電界形成手段の作動が制御される。図１１（ａ）に示すように、現像ローラ４８に印加する交流電圧Ｖ_ＡＣの交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを１２００Ｖに変更するとともに、現像ローラ４８に印加する直流電圧Ｖ_ＤＣ１を−２８０Ｖに変更し、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくするとともに直流電圧Ｖ_ＤＣ１を小さくして、図１１（ｂ）に示すように、現像ローラ４８を基準とした搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧを−９０Ｖに維持した状態で、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位を最高値Ｖ_ＭＡＸ：＋６３０Ｖ、最小値Ｖ_ＭＩＮ：−５７０Ｖとし、画像形成時におけるトナーの供給電界強度を小さくする。

これにより、供給回収領域８８において、トナーから分離させる荷電粒子を少なくしキャリアに付着させる荷電粒子を少なくすることができ、トナー帯電量が増加傾向である場合にキャリアの帯電性を減少させることができ、キャリアの荷電性を安定化させることができる。なお、トナー帯電量が増加傾向である場合に、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐのみを小さくしてトナーの供給電界強度を小さくするようにしてもよいが、図１１に示すように、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくしてトナーの供給電界強度を小さくするとともに、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧが維持されるように直流電圧Ｖ_ＤＣ１を変更することで、搬送ローラ５４から現像ローラ４８へのトナー供給量を維持することができ、トナー供給量が少なくなって濃度不足が生じることがなく、良好な画像品質を確保することができる。

図１２は、トナー帯電量が増加傾向にある場合に変更される搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の別の波形を示す図であり、図１２の（ａ）は、搬送ローラと現像ローラに印加される電圧を示し、図１２の（ｂ）は、現像ローラを基準とした搬送ローラの電位を示している。

トナー帯電量が増加傾向である場合に、図１１に示す搬送ローラと現像ローラに供給される電圧に代え、図１２（ａ）に示すように、現像ローラ４８に印加する交流電圧Ｖ_ＡＣの交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを１２００Ｖに変更するとともに、交流電圧デューティ比を３５％、すなわち、マイナスデューティ比：３５％、プラスデューティ比：６５％に変更し、現像ローラ４８に印加する直流電圧Ｖ_ＤＣ１を−３４０Ｖに変更し、現像ローラ４８に印加する交流電圧Ｖ_ＡＣの交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくするとともに、交流電圧デューティ比を小さくし、現像ローラ４８に印加する直流電圧Ｖ_ＤＣ１を大きくすることも可能である。

かかる場合においても、図１２（ｂ）に示すように、現像ローラ４８を基準とした搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧ：−９０Ｖを維持した状態で、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位を最高値Ｖ_ＭＡＸ：＋６９０Ｖ、最小値Ｖ_ＭＩＮ：−５１０Ｖとし、トナーの供給電界強度を小さくすることができる。これにより、供給回収領域８８において、トナーから分離させる荷電粒子を少なくしキャリアに付着させる荷電粒子を少なくすることができ、トナー帯電量が増加傾向である場合にキャリアの帯電性を減少させることができ、キャリアの荷電性を安定化させることができる。

このように、トナー帯電量が増加傾向である場合に、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくしてトナーの供給電界強度を小さくするとともに、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧが維持されるように交流電圧デューティ比及び直流電圧Ｖ_ＤＣ１を変更することで、トナー供給量を維持することができ、トナー供給量が少なくなって濃度不足が生じることがなく、良好な画像品質を確保することができる。

本実施形態に係る画像形成装置１では、トナー帯電量が増加傾向である場合に、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される振動電界の交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくすることを含み、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐ、交流電圧デューティ比及び直流電圧Ｖ_ＤＣ１のうちの少なくとも１つを変更するように第１の電界形成手段の作動を制御することで、キャリアの帯電性を減少させることができ、キャリアの荷電性を安定化させることができる。また、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくするように変更する際に、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐ、交流電圧デューティ比及び直流電圧Ｖ_ＤＣ１を、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧが維持されるように変更することで、トナー供給量を維持することができ、良好な画像品質を確保することができる。

前述した実施形態では、トナー帯電量が増加傾向である場合、感光体１２の非画像形成時に、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される電界の交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくするように第１の電界形成手段の作動を制御し、その条件にて画像形成が行われるが、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される電界の交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくするように第１の電界形成手段の作動を制御するとともに、現像ローラ４８から感光体１２へ現像ローラ４８に保持しているトナーの表面に保持された荷電粒子を移動させるように第２の電界形成手段の作動を制御し、感光体１２の非画像形成時に所定時間、現像を行うようにしてもよい。

トナー帯電量が増加傾向である場合に、図１１（ａ）に示すように、現像ローラ４８に印加する交流電圧Ｖ_ＡＣの交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを１２００Ｖに変更するとともに、現像ローラ４８に印加する直流電圧Ｖ_ＤＣ１を−２８０Ｖに変更し、交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくするとともに直流電圧Ｖ_ＤＣ１を小さくし、図１１（ｂ）に示すように、現像ローラ４８を基準とした搬送ローラ５４の電位の平均値Ｖ_ＡＶＧを−９０Ｖに維持した状態で、現像ローラ４８に対する搬送ローラ５４の電位を最高値Ｖ_ＭＡＸ：＋６３０Ｖ、最小値Ｖ_ＭＩＮ：−５７０Ｖとし、トナーの供給電界強度を小さくし、さらに感光体１２の電位を静電潜像非画像部Ｖ_Ｌ：−４５０Ｖに設定し、現像ローラ４８から感光体１２へ現像ローラ４８に保持しているトナーの表面に保持された荷電粒子を移動させるように第２の電界形成手段の作動を制御し、例えば３分間などの所定時間、現像を行うようにしてもよい。

なお、感光体１２を静電潜像非画像部の電位に設定して現像を行う際には、現像ローラ４８から感光体１２へ移動した荷電粒子は、転写装置３６によって用紙３８に転写されることなくクリーニング装置４０まで搬送され、クリーニング装置４０によって回収される。そして、所定時間の現像後には、図６（ａ）に示す搬送ローラ５４と現像ローラ４８に印加される電圧の設定値に戻される。

このように、トナー帯電量が増加傾向である場合に、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される振動電界の交流ピーク間電圧Ｖ_Ｐ−Ｐを小さくするように第１の電界形成手段の作動を制御するとともに、現像ローラ４８から感光体１２へ現像ローラ４８に保持しているトナーの表面に保持された荷電粒子を移動させるように第２の電界形成手段の作動を制御して、感光体１２の非画像形成時に所定時間、現像を行うことで、非画像形成時に、供給回収領域８８において、トナーから分離させる荷電粒子を少なくしキャリアに付着させる荷電粒子を少なくすることができ、トナー帯電量が増加傾向である場合にキャリアの帯電性を減少させることができ、キャリアの荷電性を安定化させることができる。

以上の説明から明らかなように、本実施形態では、所定印字枚数毎に検出されるトナー帯電量に基づいて、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される振動電界の交流ピーク間電圧、交流電圧デューティ比及び直流電圧のうちの少なくとも１つを変更するように第１の電界形成手段の作動を制御することにより、トナー帯電量の変化に応じて荷電粒子のキャリアへの移行量を制御してキャリアの荷電性を安定化させることができ、長期に亘ってかぶり等の画像ノイズのない良好な画像を得ることが可能である。印字比率の変更が頻繁に行われる場合や現像剤の製造時のバラツキが大きい場合においても、トナー帯電量を安定させることができ、前記効果を得ることができる。

本実施形態では、トナー帯電量を検出するトナー帯電量検出手段としての光式トナー濃度センサ１７及び表面電位センサ１９が、感光体１２に設けられているが、現像ローラ４８に、トナー帯電量を検出するトナー帯電量検出手段としての光式トナー濃度センサ及び表面電位センサを設け、現像ローラ４８上のトナー帯電量に基づいて、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される振動電界の交流ピーク間電圧、交流電圧デューティ比及び直流電圧のうちの少なくとも１つを変更するように第１の電界形成手段の作動を制御するようにしてもよい。

また、本実施形態では、現像ローラ４８に対向する感光体１２上に形成された静電潜像が現像されて形成されたトナー画像を用紙３８に転写するようにしているが、感光体１２上の静電潜像が現像されて形成されたトナー画像を中間転写ベルトなどの中間転写体（不図示）に転写し、該中間転写体に転写されたトナー画像を用紙に転写するようにしてもよく、かかる場合には、トナー帯電量を検出するための光式トナー濃度センサ及び表面電位センサは、現像ローラ、感光体又は前記中間転写体に設けられる。

前記中間転写体を備えた画像形成装置１においても、所定印字枚数毎に検出されるトナー帯電量に基づいて、搬送ローラ５４と現像ローラ４８との間に形成される振動電界の交流ピーク間電圧、交流電圧デューティ比及び直流電圧のうちの少なくとも１つを変更するように前記第１の電界形成手段の作動を制御することで、トナー帯電量の変化に応じて荷電粒子のキャリアへの移行量を制御してキャリアの荷電性を安定化させることができ、長期に亘ってかぶり等の画像ノイズのない良好な画像を得ることが可能である。

以上のように、本願発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。トナー帯電量とトナー層の表面電位との関係を示したグラフである。電界形成装置の一実施形態を示す図である。図３に示す電界形成装置から搬送ローラと現像ローラに供給されている電圧の関係を示す図である。供給回収領域におけるトナーと荷電粒子との動きを模式的に示す図である。前記画像形成装置において、画像形成時に搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の設定値の波形を示す図である。トナー帯電量が減少傾向である場合におけるトナー帯電量の推移を示すグラフである。トナー帯電量が減少傾向にある場合に変更される搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の波形の一例を示す図である。トナー帯電量が減少傾向にある場合に変更される搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の別の波形を示す図である。トナー帯電量が増加傾向である場合におけるトナー帯電量の推移を示すグラフである。トナー帯電量が増加傾向にある場合に変更される搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の波形の一例を示す図である。トナー帯電量が増加傾向にある場合に変更される搬送ローラと現像ローラに供給される電圧の別の波形を示す図である。

符号の説明

１：画像形成装置
２：現像剤
４：キャリア
６：トナー
８：荷電粒子
１２：感光体
１７：光式トナー濃度センサ
１９：表面電位センサ
２１：制御ユニット
３４：現像装置
３８：用紙
４８：現像ローラ
５４：搬送ローラ
５８：固定磁石体
６０：回転円筒体
８８：供給回収領域
９０：供給領域
９２：回収領域
９６：現像領域
１１０：電界形成装置
１１２：第１の電源
１１４：第２の電源
Ｎ１、Ｎ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３：磁極

Claims

トナーとキャリアとを含み、相互の摩擦接触によって前記トナーが第１の極性に帯電すると共に前記キャリアが前記第１の極性とは異なる第２の極性に帯電する現像剤であって、前記トナーの表面に離脱可能に保持された状態で供給され、前記トナーの表面から分離した後に前記キャリアの表面に保持されると前記トナーとの摩擦接触によって前記トナーを前記第１の極性に帯電させる荷電粒子を更に含む現像剤と、複数の磁極を有する固定磁石体と該固定磁石体の周囲を回転する回転円筒体とを有し、前記現像剤を前記回転円筒体の外周面に保持しつつ搬送する搬送ローラと、第１の領域を介して前記搬送ローラに対向するとともに第２の領域を介して像担持体に対向する現像ローラと、前記搬送ローラと前記現像ローラとの間に所定の交流ピーク間電圧、交流電圧デューティ比及び直流電圧を有する第１の電界を形成して、前記搬送ローラが保持している前記現像剤中のトナーを前記現像ローラに移動させるとともに、前記搬送ローラから前記現像ローラに移動する前記トナーの表面に保持された前記荷電粒子の一部を前記トナーから分離させて前記搬送ローラに移動させる第１の電界形成手段と、前記現像ローラと前記像担持体との間に第２の電界を形成して、前記現像ローラが保持している前記トナーを前記像担持体に移動させ、前記像担持体上に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する第２の電界形成手段と、を有する現像装置を備え、前記像担持体上のトナー画像を記録媒体に転写するようにした画像形成装置において、
前記現像ローラ又は前記像担持体上のトナー帯電量を検出するトナー帯電量検出手段と、
前記第１の電界形成手段の作動を制御する電界制御手段と、
を備え、
前記電界制御手段は、所定印字枚数毎に前記トナー帯電量検出手段によって検出されるトナー帯電量に基づいて、前記交流ピーク間電圧、前記交流電圧デューティ比及び前記直流電圧のうちの少なくとも１つを変更するように前記第１の電界形成手段の作動を制御し、トナー帯電量が減少傾向である場合には、前記交流ピーク間電圧を大きくするように前記第１の電界形成手段の作動を制御し、トナー帯電量が増加傾向である場合には、前記交流ピーク間電圧を小さくするように前記第１の電界形成手段の作動を制御する、
ことを特徴とする画像形成装置。
前記トナー帯電量検出手段は、トナー付着量を検出するトナー付着量検出手段と、トナー層の表面電位を検出するトナー層表面電位検出手段と、前記トナー付着量検出手段によって検出されるトナー付着量と前記トナー層表面電位検出手段とによって検出されるトナー層表面電位とからトナー帯電量を算出するトナー帯電量算出手段とを有していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記像担持体は、前記現像ローラに対向し、静電潜像が形成される静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体上の静電潜像が現像されて形成されたトナー画像が転写される中間転写体であって、該中間転写体に転写されたトナー画像を記録媒体に転写する中間転写体とからなり、前記トナー帯電量検出手段は、前記現像ローラ、前記静電潜像担持体又は前記中間転写体上のトナー帯電量を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記電界制御手段が、前記第１の電界形成手段の作動を制御するとともに、前記第２の電界形成手段の作動を制御し、
前記トナー帯電量検出手段によって検出されるトナー帯電量に基づいて、トナー帯電量が減少傾向である場合には、前記電界制御手段が、前記交流ピーク間電圧を大きくするように前記第１の電界形成手段の作動を制御するとともに、前記現像ローラから前記像担持体へ前記現像ローラに保持している前記トナーを移動させるように前記第２の電界形成手段の作動を制御し、前記像担持体の非画像形成時に所定時間、現像を行い、トナー帯電量が増加傾向である場合には、前記電界制御手段が、前記交流ピーク間電圧を小さくするように前記第１の電界形成手段の作動を制御するとともに、前記現像ローラから前記像担持体へ前記現像ローラに保持している前記トナーの表面に保持された荷電粒子を移動させるように前記第２の電界形成手段の作動を制御し、前記像担持体の非画像形成時に所定時間、現像を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の画像形成装置。