JP4933307B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

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。

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、従来、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。

このために、特許文献１では現像ローラ内部の磁気ローラと対向する位置に磁性部材を配置することにより、トナー薄層の剥ぎ取り不良を解消する手段が提供されている。しかしながら、印字率が低い場合などは、未現像トナーが多く、剥ぎ取るトナー量が多くなるため、剥ぎ取ったトナーを担持して二成分現像剤収容部に戻っていく際、特に感光体ドラムの線速が１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上である高速機のタッチダウン現像方式を採用した現像装置においてトナー飛散が発生する場合があった。

一方、上記した画像不良や現像ゴースト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２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。
特開２００５−２７４９２４号公報 特開平８−１３７２５６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。

そこで、本発明者らは、上記問題を解決するために、飛散トナーを回収するために回収ローラを磁気ローラに対向して配置すると共に、回収ローラと磁気ローラ間に形成される磁気ブラシにて回収ローラ上に捕集した飛散トナーを磁気ローラに戻すために、磁性部材を回収ローラに内包させることにより、トナー飛散を抑制し、回収トナーのストレスを低減できることを見出した。更に、効率よく回収ローラ上に捕集した飛散トナーを磁気ローラに戻すために、回収ローラ内部で磁気ローラと対向する側に磁性部材を配置することで、回収ローラと磁気ローラ間に磁気ブラシがブリッジを形成し、効率よく回収できる手段を見出した。しかしながら、回収力をアップするために、トナー回収ローラ内部の磁気ローラとの対向位置にマグネットを配置した場合、その両端部はフランジの挿入幅があり磁性部材を磁気ブラシの存在する両端部まで配置できない問題があった。そして、トナー飛散はトナー回収ローラ内部の磁気ローラとの対向位置に磁性部材を配置できない両端にも発生し、その部分の飛散トナーもトナー回収ローラにより回収される。しかしながら、その部分の磁気ブラシはトナー回収ローラ内部に配置にされた磁性部材によりブリッジを形成しており、端部に本来接触しているはずの磁気ブラシがブリッジ形成に引っ張られる形で、回収ローラ両端部分に接触する磁気ブラシの存在量が少なくなって、回収性が低下してしまい、トナー回収ローラ上に蓄積してしまうといった問題があった。
更にタッチダウン現像方式において、ドラム線速が１８０ｍｍ／ｓｅｃ以上であるような高速機では飛散トナーの回収が一層困難となる。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。
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、トナー飛散を抑制すると共に、磁気ブラシにてトナー回収ローラの両端部表面に蓄積する飛散トナーを磁気ローラ側に回収し、この回収されるトナーのストレスを低減することで、トナーの劣化を抑制し、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表面は、帯電系列において前記トナーと逆極性側にあり、且つ遠い位置にあり、さらに前記トナーと前記キャリアの間に位置することを特徴とする画像形成装置。
（２）前記トナー回収ローラは、その内部に前記二成分現像剤担持体の磁性部材と極性が異なる磁性部材を、前記二成分現像剤担持体の磁性部材に対向して配置したことを特徴とする（１）記載の画像形成装置。
（３）前記トナー回収ローラは、その長手方向両端部表面が帯電系列において前記トナーと近い位置にあり、且つ前記トナーの帯電極性と同極性側に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）前記トナー回収ローラに、前記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設けたことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の画像形成装置。
（５）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）〜（４）のいずれかに記載の画像形成装置。

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ができる。
そして、前記トナー回収ローラの表面は、帯電系列においてトナーと比較して逆極性側に遠い位置にあるので、飛散トナーを引き付けて捕集することができ、且つ捕集したトナーを磁気ローラへ容易に戻すことができる。その結果、トナー飛散を抑制できると共に、トナーの劣化を抑制し、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ベルト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。

図２に示すように、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に印加するバイアス電源１１；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に印加するバイアス電源１２；交流（ＡＣ）バイアス電源１２ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ２）バイアス電源１２ｂとを備えている。また、トナー回収ローラ１４には、該トナー回収ローラ１４上に捕集した飛散トナーを前記磁気ローラ１に戻すためにバイアス電圧を印加するバイアス手段１３を設けてもよく、該バイアス手段１３は交流（ＡＣ）バイアス電源１３ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ３）バイアス電源１３ｂを備えてもよい。

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が中間転写ベルト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。そして中間転写ベルト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。この中間転写ベルト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との付着性が小さく（トナー薄層形成時の二成分現像剤中のトナーとキャリアの付着力に比べて）、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。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っていた。

(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、および撹拌スクリュー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。

前記トナー回収ローラ１４は、その表面が帯電系列上の位置関係においてトナー５と比較し逆極性側に遠い位置にある。好ましくは前記トナー回収ローラ１４表面は帯電系列においてトナー５とキャリア４の間に位置するのがよい。これにより飛散トナーを前記トナー回収ローラ１４表面に引き付けることができると共に、トナー回収ローラ１４表面に付着したトナー５を十分に磁気ローラ１へ戻すことができる。
図４に本発明に係る材料の帯電系列の一例を示した。一般に、電子を放出しやすいもの又は電子を受け取りやすいものの序列を帯電系列と呼び、異種の物質間で接触・摩擦が行われた際、正帯電しやすいものを上位に、負に帯電し易いものを下位にして、帯電系列が得られる。物質の帯電極性は摩擦する相手によって変わり、帯電列の上位の物質と下位の物質を擦りあわせると上位の物質が（＋）、下位の物質が（−）に帯電する。帯電系列中の位置関係が近い物質同士の摩擦は帯電量は比較的小さくなり、位置関係が離れた物質同士の摩擦は帯電量が大きくなる。
本発明のトナー回収ローラ１４表面は、例えば正帯電性トナーを用いた場合は、図４に示す帯電系列において、ポリスチレン、ポリウレタンおよびポリエチレンから選ばれる少なくとも１種との組合せであるのがよい。また、キャリア４表面は、上記組合せにおいては、シリコン樹脂あるいはフッ素樹脂で被覆されているのがよい。負帯電性トナーを用いた場合は、前記組合せにおいて極性を逆にした組合せとするのがよいことはいうまでもない。

前記トナー回収ローラ１４表面は磁気ローラ１に担持される二成分現像剤が形成する磁気ブラシ６の一部が接触しており、トナー回収ローラ１４表面は磁気ブラシ６により摩擦帯電される。このときトナー５とキャリア４の両方で摩擦帯電されるが、トナー回収ローラ１４表面は帯電系列においてトナー５とキャリア４の間であるので、トナー５とキャリア４の間の帯電を持つ状態となり、トナー回収ローラ１４近傍を浮遊するトナーを付着しやすくなる。このときトナー回収ローラ１４表面がトナー５と逆極性であるので、飛散トナーの回収性が増大する。

前記トナー回収ローラ１４は、その内部に前記磁気ローラ１の磁性部材Ｍ１と極性が異なる磁性部材Ｍ３を、前記磁気ローラ１の磁性部材Ｍ１に対向して配置するのが好ましい。前記磁性部材Ｍ３を配置しない場合は、図５（ｂ）に示すように、トナー回収ローラ１４端部にも磁気ブラシ６が接触する構成となっているが、磁気ブラシ６の密度は小さい。前記トナー回収ローラ１４内部に磁気ローラ１と対向するように磁性部材Ｍ３を配置すれば、トナー回収ローラ１４と磁気ローラ１間に二成分現像剤のブリッジが形成され、図５（ａ）に示すように、磁気ブラシ６の密度が大きくなり、トナー回収ローラ１４上の掻き取り効果が増大する。しかし、図６に示すように、前記回収ローラ１４に回収されたトナーを磁気ブラシ６により回収するため、前記回収ローラ１４自体の軸方向の長さは磁気ブラシ６の軸方向の長さと同じか短く設定する必要がある。その場合、前記回収ローラ１４の両端部Ｄにフランジを勘合する幅が必要となるが、その部分には磁性部材Ｍ３を配置することができないため、磁性部材Ｍ３の長さは磁気ローラ１の磁性部材Ｍ１の長手方向長さより短い。前記磁性部材Ｍ３を配置することにより、磁性部材Ｍ３領域は回収ローラ１４と磁気ローラ１間に形成される磁気ブラシ６により磁気ブラシのブリッジが形成され捕集トナーの回収力がアップする。しかしながら、図５（ａ）および図６に示すように、前記トナー回収ローラ１４のフランジＦのある両端部Ｄは、前記磁気ブラシ６による磁気ブラシのブリッジが形成されず、幅Ｗの範囲外にあって前記磁気ブラシ６が接触しにくいため、この磁気ブラシ６による掻き取り効果が弱く十分に掻き取ることができない。このため前記両端部Ｄに捕集された飛散トナーは磁気ローラ１に回収されなくなり捕集トナーが蓄積する。

そこで、本発明では、好ましくは前記両端部Ｄの表面をトナー５と同極性側にあり比較的近似の帯電系列とする。これにより飛散トナーが付着することを抑制し、付着したトナーもトナー回収ローラ１４との付着性が弱いため、十分に磁気ローラ１へ戻すことができる。

前記トナー回収ローラ１４は、図７に示すように、内部に磁性部材Ｍ３が配設され、該磁性部材Ｍ３の外周部を回転するスリーブからなるのがよい。前記磁性部材Ｍ３は、前記回収ローラ１４内のローラ軸Ｒ３に設けられ、周方向の所定の角度で回転不能に固定して支持されている。回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３の位置は、磁気ローラ１の中心と回収ローラ１４の中心を結んだ線Ｃに対し、回収ローラ１４の回転方向の上流側に配置するのがよい。図７に示すように、その角度αは１〜６°、好ましくは５°程度上流側に配置する。一方、磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１は前記中心を結んだ線Ｃに対して磁気ローラ１の回転方向の上流側に配置するのがよく、図７に示すように、その角度βは１〜６°、好ましくは５°程度上流側に配置する。角度αが１°未満であるとキャリアが回収ローラに引き付けられてしまう場合があり好ましくない。また、角度αが６°を超えると、回収ローラ上のトナーを磁気ローラ側へ戻す力が弱過ぎ、トナーを回収できない場合があり好ましくない。このとき、回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３と磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１とは、それぞれの半径方向先端部の極性が互いに異なるように対向して配置する。例えば図７に示す例では、回収ローラ１４の前記磁性部材Ｍ３はＮ極であり、磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１はＳ極である。

前記回収ローラ１４の周方向の回転方向は、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である。そして、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。更に、前記磁気ローラ１上に担持されている磁気ブラシ６からキャリア４を引い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および電気絶縁性の観点から、アルマイト処理をしたアルミニウムであるのが好ましい。また、前記磁性部材Ｍ３としては、磁力を発生する材料であれば特に限定されるものでないが、好ましくは磁石であるのがよく、例えば加工が容易なラバーマグネットなどが好適である。

図７に示すように、回収ローラ１４に磁性部材Ｍ３を配置して磁気ローラ１の磁極Ｍ１との位置関係を上記のように設定することで、磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１（Ｓ極）に対向して磁極の異なった回収ローラ１４磁極Ｍ３（Ｎ極）が存在することになるので、回収ローラ１４と磁気ローラ１が最近接する位置よりも上流側で、磁気ローラ１と回収ローラ１４との間に磁界が形成され、磁気ブラシ６の層ができる。そして、この磁気ブラシ６は回収ローラ１４と磁気ローラ１間で、前記α＝β＝０の時の場合に比べて、磁気ローラ１回転方向下流側に傾いて形成されるので、回収ローラ１４上の付着トナーは前記磁気ブラシ６により機械的な力で剥がされた後、磁気ローラ１の回転方向下流側に搬送されやすくなる。その結果、回収トナーが滞留することなく、効率的に磁気ローラ１側に回収される。さらに、回収ローラ１４と磁気ローラ１間に磁気ブラシ６の層ができることで、磁気ローラ１の前記攪拌スクリュー４４側から現像ローラ２側へと飛散する飛散トナーの行き場を塞ぐ効果も果たし、この飛散トナーも同時に捕集して磁気ローラ１側に戻すことができる。

また、前記回収ローラ１４と磁気ローラ１とがその対向位置で周方向の回転を互いに同一の方向にしたことで、回収トナーに加えられるストレスが低減し、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に配置される磁性部材Ｍ３の半径方向における回収ローラ１４表面上での磁力（表面磁束密度）は３０〜７０ｍＴ、好ましくは３０〜５０ｍＴである。このとき、磁気ローラ１の主極Ｍ１１は７０〜１００ｍＴ、好ましくは８０〜１００ｍＴである。そして、引き込み極Ｍ１の半径方向における磁気ローラ１表面上での磁力（表面磁束密度）は、前記回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３よりも大きく、且つ前記磁気ローラ１の主極Ｍ１１より小さく、６０〜９０ｍＴ、好ましくは７０〜９０ｍＴである。

前記回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３の磁力を前記磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１の磁力よりも小さくすることで、多くのキャリア４を磁気ローラ１側に引き込み、それに伴って回収ローラ１４上のトナー５が磁気ローラ１に効率よく回収されると共に、磁気ローラ１上のキャリア４が回収ローラ１４側に取られることもない。

さらに、前記回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３の磁力を現像ローラ２の磁性部材Ｍ２に比べて高くすることにより、磁気ローラ１と回収ローラ１４間の磁気拘束力を強くし飛散するトナーを確実に捕集し、捕集したトナーを磁気ローラ１上に回収することが可能である。

前記回収ローラ１４は、該回収ローラ１４が回収した飛散トナー５を磁気ローラ１に戻すために、さらに、前記バイアス手段１３により直流バイアス電圧(ＤＣ：Ｖｄｃ３)を印加してもよい。前記直流バイアス電圧(ＤＣ：Ｖｄｃ３)を印加することにより、回収ローラ１４と磁気ローラ１との間の電位差を小さくすることができる。これにより、前記回収ローラ１４上の回収トナー５は磁気ローラ１に移動しやすくなり、前記回収トナーは前記磁気ブラシ６によって容易に剥離され、効率よく磁気ローラ１に回収される。

（現像方法）
以下に、図２に基づいて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。
なお、前記トナー５は、正および負の帯電極性を有したトナーのいずれも用いることができるが、以下では正帯電極性のトナーを用いた。

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。このとき正極性側性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＋７０〜１８０Ｖ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Ｖｐｐ＝０．１〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝３０〜８０％を、現像ローラ２にはＶｐｐ＝１．０〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝２０〜４０％が好ましい。Ｖｐｐ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。

回収ローラ１４へのバイアス電圧は、前記現像ローラ２および磁気ローラ１の電位と同じかまたはそれらより高くし、且つ画像形成時にＶｄｃ３＝０〜３００Ｖ、非画像形成時にＶｄｃ３＝３５０〜４５０Ｖを印加するのがよい。交流バイアス電圧を重畳してもよく、その場合は、磁気ローラ１に印加されている交流バイアス電圧と、同周波数、同周期で逆位相の交流バイアス電圧を印加し、このときＶｄｃ３は磁気ローラ１の電位より高くなるようにするのがよい。

トナー５は、上述したように、正および負の帯電極性を有したトナーのいずれも用いることができる。好ましくは正帯電極性のトナーである。そ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十分なトナー層厚の形成が困難となる。

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。また、キャリア粒径（重量平均粒径）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、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４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。

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のギャップと略同間隔とするのがよく、２００〜６００μｍ、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の間の距離と略同一とすることで、回収トナーにかかるストレスを低減し、磁気ローラ１に回収することができると共に、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。

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の各スリーブ並びに内部マグネットの寸法は、下記の通りである。
現像ローラ２：スリーブ幅３４１ｍｍ（内フランジ幅５．０×２ｍｍ）、内部マグネット幅３３０ｍｍ、外径２０ｍｍ
磁気ローラ１：スリーブ幅３５８ｍｍ（内フランジ幅６．０×２ｍｍ）、内部マグネット幅３４３ｍｍ、外径２５ｍｍ
回収ローラ１４：スリーブ幅３４１ｍｍ（内フランジ幅５．０×２ｍｍ）、内部マグネット幅３３０ｍｍ、外径１０ｍｍ
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。
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
トナー５のバインダー樹脂はポリエステル樹脂を用い、正帯電性を付与するために、電荷制御剤Ｐ−５１を含有している。キャリア４は表面をフッ素シリコーン樹脂で被覆している。
トナー回収ローラ１４表面は、中央部（両端部Ｄを除いた部分）および両端部Ｄ共にポリエチレンで被覆した。

回収ローラ１４の磁性部材Ｍ３は、磁極位置α＝５°、磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１の位置はβ＝５°になるよう配置した。そして、各磁性部材の半径方向における各ローラ表面での磁力および長手方向長さは下記に示すとおりである。
磁気ローラ１の主極Ｍ１１（Ｎ極）：９０ｍＴ、長さ３４３ｍｍ
磁気ローラ１の引き込み極Ｍ１（Ｓ極）：８０ｍＴ、長さ３４３ｍｍ
現像ローラ２のＳ極Ｍ２：４５ｍＴ、長さ３３０ｍｍ
回収ローラ１４のＮ極Ｍ３：４５ｍＴ、長さ３３０ｍｍ
なお、磁力測定は、テスラメータＧＸ-１００（日本電磁測器（株）社製）を用いて、回収ローラ１４および磁気ローラ１の表面上の磁力を測定した。

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：１８μＣ／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）：３５μｍ
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：２５０μｍ
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：Ｖｄｃ３＝３００Ｖ

[実施例２〜４、比較例１，２]
トナー回収ローラ１４中央部および両端部Ｄの表面を、表１に示す材料で被覆した以外は実施例１と同様にして画像形成を行った。なお、表１の樹脂Ａはトナーと同じポリエステル樹脂の高分子体を増量し、同じ電荷制御剤を分散させたものである。

（評価）
上記で作製された画像形成装置を用いて、１０００枚の印字を行った。そして、１０００枚印字終了後、回収ローラ１４の中央部および端部Ｄに付着しているトナーをＱＭメータ（ＴＲＥＫ社製 ＭＯＤＥＬ ２１０ＰＳ）で、吸引しトナー重量を比較し、評価した。回収ローラ１４の中央部および端部Ｄのそれぞれの評価基準は以下に示すとおりである。
（中央部）
０．１５ｍｇ／ｃｍ²以上を◎、０．１〜０．１５ｍｇ／ｃｍ²未満を○、０．０５〜０．１ｍｇ／ｃｍ²未満を△、０．０５ｍｇ／ｃｍ²未満を×と評価した。
（端部）
０．０５ｍｇ／ｃｍ²未満を◎、０．０５〜０．１ｍｇ／ｃｍ²未満を○、０．１〜０．１５ｍｇ／ｃｍ²未満を△、０．１５ｍｇ／ｃｍ²以上を×と評価した。
結果を表１に示した。

表１に示すように、本発明の範囲内の実施例１〜４では、回収ローラ１４の中央部に付着したトナー量は非常に多く、飛散トナーの回収が良好であり、また回収ローラ１４内部に配置された磁性部材Ｍ３が存在しない端部Ｄ（フランジＦ）に蓄積された回収ローラ１４上の飛散トナーは少なくなっており、磁気ローラ１側に戻すことができた。これにより飛散トナーを抑制することができた。
これに対して、本発明の範囲外の比較例１では、中央部および端部Ｄにトナーと同じ極性の帯電系列の材料を用いたので、そこでの飛散トナーの回収は不良であった。

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。 本発明に係る帯電系列の一例を示した図である。 （ａ）トナー回収ローラに磁性部材を設けた場合、（ｂ）トナー回収ローラに磁性部材を設けなかった場合、のそれぞれにおける磁気ブラシの状態を説明するための図である。 トナー回収ローラおよび現像ローラの端部と磁気ローラ上の磁気ブラシ幅との関係の一例を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る磁性部材の配置を説明するためのトナー回収ローラおよび磁気ローラの説明図である。

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
１３ａ 交流電源
１３ｂ 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 (5)

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表面は、帯電系列において前記トナーと逆極性側にあり、且つ遠い位置にあり、さらに前記トナーと前記キャリアの間に位置することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー回収ローラは、その内部に前記二成分現像剤担持体の磁性部材と極性が異なる磁性部材を、前記二成分現像剤担持体の磁性部材に対向して配置したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記トナー回収ローラは、その長手方向両端部表面が帯電系列において前記トナーと近い位置にあり、且つ前記トナーの帯電極性と同極性側にあ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. 前記トナー回収ローラに、前記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設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 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請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。

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