(57)【要約】【課題】  トナー像が形成された感光体の表面に付着するキャリアを、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】  画像形成装置１は、静電潜像を担持する感光体１０と、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤によって静電潜像を現像する現像手段２０とを含んで構成される。そして、現像手段２０では、現像ローラ２１が静電潜像にトナーを供給し、キャリア回収バイアス電源２４によりトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧が印加されるキャリア回収ローラ２３が感光体１０上に付着したキャリアを回収する。このとき、加振手段２５が、キャリア回収ローラ２３に対して機械的な振動を与える。【選択図】      図１
2010230941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体上に形成される静電潜像を磁性材料からなるキャリアとトナーとからなる二成分現像剤によって現像し、前記像担持体上にトナー像を形成する現像手段とを含む画像形成装置であって、
前記現像手段は、
前記像担持体と所定の空隙を有して配置され、前記像担持体上に形成される静電潜像にトナーを供給する現像部材と、
前記像担持体上に付着したキャリアを回収するキャリア回収手段であって、前記現像部材よりも前記像担持体の回転方向下流側において前記像担持体と所定の空隙を有して配置されるキャリア回収部材と、前記キャリア回収部材に対してトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加するキャリア回収バイアス供給部とを有するキャリア回収手段と、
前記キャリア回収部材に対して機械的な振動を与える加振手段と、を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記キャリア回収部材は、非磁性材料からなるスリーブの内部に、磁界を発生させる磁石部材を具備して構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記キャリア回収バイアス供給部は、前記像担持体と前記キャリア回収部材との空隙に交番電界が形成されるように、前記キャリア回収部材にバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記交番電界は、矩形波の電圧波形を有するバイアス電圧が印加されることによって形成されることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
回転駆動される像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体上に形成される静電潜像を磁性材料からなるキャリアとトナーとからなる二成分現像剤によって現像し、前記像担持体上にトナー像を形成する現像手段とを含む画像形成装置であって、
前記現像手段は、
前記像担持体と所定の空隙を有して配置され、前記像担持体上に形成される静電潜像にトナーを供給する現像部材と、
前記像担持体上に付着したキャリアを回収するキャリア回収手段であって、前記現像部材よりも前記像担持体の回転方向下流側において前記像担持体と所定の空隙を有して配置され、非磁性材料からなるスリーブの内部に磁界を発生させる磁石部材を具備して構成されるキャリア回収部材と、前記像担持体と前記キャリア回収手段との空隙に交番電界が形成されるように前記キャリア回収部材に対してトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加するキャリア回収バイアス供給部とを有するキャリア回収手段と、
前記像担持体の内部における前記キャリア回収部材と対向する位置に配置され、前記像担持体に対して機械的な振動を与える加振手段と、を含むことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置であって、特に、トナーとキャリアとを含有する二成分現像剤により像担持体上の静電潜像を現像する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタや複写機などの電子写真技術を利用した画像形成装置は、像担持体上に形成される静電潜像を現像剤で現像して可視像とし、該可視像を記録紙上に転写することによって画像を形成する。像担持体上に形成される静電潜像を現像する現像剤としては、トナーとキャリアとから成る二成分現像剤と、トナー単体から成る一成分現像剤とが挙げられる。そして、二成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式は、画質および高速印刷の面で優れているため広く利用されている。
【０００３】
磁気ブラシ現像方式を利用した画像形成装置は、二成分現像剤を担持させる現像剤担持体と、静電潜像が形成される像担持体とを備える。現像剤担持体は、円筒形状の金属スリーブと、その内部に備えられたマグネットローラとを備える。マグネットローラは、磁界発生手段である永久磁石を複数有し、各永久磁石は、Ｎ極とＳ極とが交互になるように配設されている。
【０００４】
このような画像形成装置では、次の方法によって、像担持体上に可視像が形成される。まず、現像剤担侍体における金属スリーブ表面に二成分現像剤を担持させ、マグネットローラを固定したまま金属スリーブのみを回転させる。これによって、静電潜像が形成される像担持体と対向する現像領域に二成分現像剤が搬送される。そして、現像剤担持体と像担持体との間に現像電界を印加することによってトナーを像担持体に静電吸着させることで可視像を形成する。
【０００５】
最近では、高画質化を達成するために、二成分現像剤に含まれるキャリアとして、低見掛密度または小粒径のキャリアが用いられる場合がある。低見掛密度または小粒径のキャリアは、画質向上が図れるものの、像担持体に付着するという弊害が生じやすい。また、経時劣化等で磁性が弱くなったキャリアも同様に、像担持体上に付着するという弊害が生じやすい。
【０００６】
像担持体上にキャリアが付着した場合、像担持体上の可視像（トナー像）を記録紙上に転写するときに、キャリアも記録紙上に転写されてしまい、記録紙上の画像部に白抜け等の画質劣化が生じる。また、像担持体上に付着したキャリアが記録紙上に転写されずに像担持体上に残留した場合、像担持体上の残留物を除去するクリーニングブレードが残留キャリアとの摩擦力によって機械的損傷を受ける。また、像担持体上にキャリアが付着して現像剤中のキャリアが減少すると、現像剤中におけるトナーの存在比率が増加してトナー帯電量が低下する傾向にあり、これによってトナー飛散を誘発してしまう等、画像形成装置全体に不具合が生じることもある。
【０００７】
このような課題を解決するために、特許文献１には、像担持体である感光体の表面に付着したキャリアを回収するキャリア回収部材を備えるキャリア回収装置が開示されている。特許文献１に開示されるキャリア回収装置によれば、キャリア回収部材の内部に設けられる磁気ローラの磁力と、直流に交流を重畳したバイアスをキャリア回収部材と感光体との間に印加することによって発生する電界力とによって、感光体の表面に付着したキャリアを効率よく回収することができる。
【０００８】
また、特許文献２には、感光体の表面に付着したキャリアを、現像剤担持体に内包されるマグネットローラに積極的に付着させて回収するキャリア除去方法が開示されている。特許文献２に開示されるキャリア除去方法によれば、現像剤担持体に内包されるマグネットローラの主極を該マグネットローラの中心と感光体の中心とを結ぶ線よりも上流側位置に移動させることによって、感光体の表面に付着したキャリアを、マグネットローラに付着させて回収することができる。
【０００９】
また、特許文献３には、感光体の表面に付着したキャリアを除去するキャリア除去装置と、キャリアを除電するキャリア除電装置とを備える画像形成装置が開示されている。特許文献３に開示される画像形成装置によれば、キャリア除電装置が感光体の表面に付着したキャリアを除電して静電的な付着力を低減させることによって、キャリア除去装置が効率よく感光体の表面からキャリアを除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−２９３５７１号公報
【特許文献２】特開平１−２４６５７７号公報
【特許文献３】特開平５−１１９６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１〜３に開示されるキャリア回収技術では、感光体の表面に付着したキャリアに対して静電的または磁気的な力のみを作用させてキャリアを回収するので、トナー像が形成された感光体の表面に付着するキャリアを、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することが困難である。
【００１２】
したがって本発明の目的は、トナー像が形成された感光体の表面に付着するキャリアを、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、回転駆動される像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体上に形成される静電潜像を磁性材料からなるキャリアとトナーとからなる二成分現像剤によって現像し、前記像担持体上にトナー像を形成する現像手段とを含む画像形成装置であって、
前記現像手段は、
前記像担持体と所定の空隙を有して配置され、前記像担持体上に形成される静電潜像にトナーを供給する現像部材と、
前記像担持体上に付着したキャリアを回収するキャリア回収手段であって、前記現像部材よりも前記像担持体の回転方向下流側において前記像担持体と所定の空隙を有して配置されるキャリア回収部材と、前記キャリア回収部材に対してトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加するキャリア回収バイアス供給部とを有するキャリア回収手段と、
前記キャリア回収部材に対して機械的な振動を与える加振手段と、を含むことを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
また本発明に係る画像形成装置における前記キャリア回収部材は、非磁性材料からなるスリーブの内部に、磁界を発生させる磁石部材を具備して構成されることを特徴とする。
【００１５】
また本発明に係る画像形成装置における前記キャリア回収バイアス供給部は、前記像担持体と前記キャリア回収部材との空隙に交番電界が形成されるように、前記キャリア回収部材にバイアス電圧を印加することを特徴とする。
【００１６】
また本発明では、前記交番電界は、矩形波の電圧波形を有するバイアス電圧が印加されることによって形成されることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、回転駆動される像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体上に形成される静電潜像を磁性材料からなるキャリアとトナーとからなる二成分現像剤によって現像し、前記像担持体上にトナー像を形成する現像手段とを含む画像形成装置であって、
前記現像手段は、
前記像担持体と所定の空隙を有して配置され、前記像担持体上に形成される静電潜像にトナーを供給する現像部材と、
前記像担持体上に付着したキャリアを回収するキャリア回収手段であって、前記現像部材よりも前記像担持体の回転方向下流側において前記像担持体と所定の空隙を有して配置され、非磁性材料からなるスリーブの内部に磁界を発生させる磁石部材を具備して構成されるキャリア回収部材と、前記像担持体と前記キャリア回収手段との空隙に交番電界が形成されるように前記キャリア回収部材に対してトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加するキャリア回収バイアス供給部とを有するキャリア回収手段と、
前記像担持体の内部における前記キャリア回収部材と対向する位置に配置され、前記像担持体に対して機械的な振動を与える加振手段と、を含むことを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、画像形成装置は、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、像担持体上の静電潜像をキャリアとトナーとを含む二成分現像剤によって現像し、像担持体上にトナー像を形成する現像手段とを含む。そして、現像手段は、現像部材と、キャリア回収手段と、加振手段とを含む。現像部材は、像担持体と所定の空隙を有して配置されて、像担持体上の静電潜像にトナーを供給する。
【００１９】
キャリア回収手段は、現像部材よりも像担持体の回転方向下流側において像担持体と所定の空隙を有して配置されるキャリア回収部材と、キャリア回収部材に対してバイアス電圧を印加するキャリア回収バイアス供給部とを有する。そして、キャリア回収バイアス供給部がキャリア回収部材に対してトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加することによって、トナーに対しては静電的な反発力が作用し、キャリアに対しては静電的な吸引力が作用するような電界が、像担持体とキャリア回収部材との空隙に形成される。そのため、キャリア回収手段では、空隙に形成される電界による静電的な吸引力の作用によって、キャリア回収部材が像担持体上に付着したキャリアを効率よく回収することができる。
【００２０】
このとき、加振手段は、キャリア回収部材に対して機械的な振動を与える。ここで、像担持体上におけるトナー像が形成される領域（画像部）に付着したキャリアは、トナーを担持した状態でキャリア回収部材に回収される場合がある。本発明の画像形成装置の現像手段においては、加振手段がキャリア回収部材を機械的に振動させるので、キャリア回収部材上で回収されたキャリアにも振動を付与することができ、これによって、キャリアに担持された状態のトナーとキャリアとの付着力を弱めることができる。そのため、像担持体とキャリア回収部材との空隙に形成される電界による静電的な反発力の作用によって、キャリア回収部材に回収されたトナーのみを像担持体に向けて飛翔させることができ、これによって、キャリアが除去されてトナー欠落の状態にある像担持体上の画像部にトナーを戻すことができる。
【００２１】
したがって、本発明の画像形成装置では、トナー像が形成される像担持体上に付着するキャリアを、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる。
【００２２】
また本発明によれば、キャリア回収部材は、非磁性材料からなるスリーブの内部に、磁界を発生させる磁石部材を具備して構成される。このように、キャリア回収部材が内部に磁石部材を備えることによって、像担持体とキャリア回収部材との空隙には磁界が形成される。そのため、キャリア回収部材は、像担持体上に付着したキャリアに対して、前記電界による静電的な吸引力に加えて磁界による磁気的な吸引力を作用させることができ、キャリアをより効率よく回収することができる。また、キャリア回収部材は、電界による静電的な吸引力と磁界による磁気的な吸引力とによって回収したキャリアを保持するので、高い拘束力でキャリアを保持することができる。そのため、キャリア回収部材により回収されたキャリアが、像担持体に向けて飛翔して像担持体上に再付着するのを防止することができる。
【００２３】
また本発明によれば、キャリア回収バイアス供給部は、像担持体とキャリア回収部材との空隙に交番電界が形成されるように、キャリア回収部材にバイアス電圧を印加する。このように、像担持体とキャリア回収部材との空隙に交番電界が形成されることによって、電界による静電的な吸引力により像担持体上から脱離したキャリアは、交番電界中を往復運動して飛翔することになる。このように、交番電界中を往復運動して飛翔するキャリアは、キャリア同士が衝突し、衝突したときの衝突エネルギーによって、キャリアに担持された状態のトナーとキャリアとの付着力を弱めることができる。これによって、交番電界中を飛翔するキャリアに担持されるトナーのみを像担持体に向けて飛翔させることができ、キャリアが除去されてトナー欠落の状態にある像担持体上の画像部にトナーを戻すことができる。そのため、トナー像が形成される像担持体上に付着するキャリアを、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる。
【００２４】
また本発明によれば、前記交番電界は、矩形波の電圧波形を有するバイアス電圧が印加されることによって形成される。このように、像担持体とキャリア回収部材との空隙に形成される交番電界が、矩形波の電圧波形を有するバイアス電圧が印加されて形成されることによって、電界による静電的な吸引力により像担持体上から脱離したキャリアは、瞬時に電界方向が変化し、かつ単位時間あたりの電界力の累積が大きな電界中を往復運動して飛翔することになる。そのため、交番電界中を往復運動して飛翔するキャリア同士が衝突したときの衝突エネルギーを大きくすることができ、キャリアに担持された状態のトナーとキャリアとの付着力を弱める効果を向上させることができる。したがって、キャリア回収部材によるキャリアの回収効率を向上させることができる。
【００２５】
また本発明によれば、画像形成装置は、像担持体上に静電潜像を形成する潜像形成手段と、像担持体上の静電潜像をキャリアとトナーとを含む二成分現像剤によって現像し、像担持体上にトナー像を形成する現像手段とを含む。そして、現像手段は、現像部材と、キャリア回収手段と、加振手段とを含む。現像部材は、像担持体と所定の空隙を有して配置されて、像担持体上の静電潜像にトナーを供給する。
【００２６】
キャリア回収手段は、現像部材よりも像担持体の回転方向下流側において像担持体と所定の空隙を有して配置されるキャリア回収部材と、キャリア回収部材に対してバイアス電圧を印加するキャリア回収バイアス供給部とを有する。そして、キャリア回収バイアス供給部がキャリア回収部材に対してトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加することによって、トナーに対しては静電的な反発力が作用し、キャリアに対しては静電的な吸引力が作用するような電界が、像担持体とキャリア回収部材との空隙に形成される。さらに、キャリア回収部材が内部に磁石部材を備えているので、像担持体とキャリア回収部材との空隙には、キャリアに対して磁気的な吸引力が作用するような磁界が形成される。そのため、キャリア回収手段では、空隙に形成される電界による静電的な吸引力と、磁界による磁気的な吸引力との作用によって、キャリア回収部材が像担持体上に付着したキャリアを効率よく回収することができる。
【００２７】
このとき、像担持体の内部におけるキャリア回収部材と対向する位置に配置される加振手段は、像担持体に対して機械的な振動を与える。このように、加振手段が像担持体を機械的に振動させるので、像担持体上に付着したキャリアに担持された状態のトナーとキャリアとの付着力を弱めることができる。トナーとの付着力が弱められたキャリアは、交番電界中を往復運動して飛翔する。このように、交番電界中を往復運動して飛翔するキャリアは、キャリア同士が衝突し、衝突したときの衝突エネルギーによって、キャリアに担持された状態のトナーとキャリアとの付着力がさらに弱められる。これによって、交番電界中を飛翔するキャリアに担持されるトナーのみを像担持体に向けて飛翔させることができ、キャリアが除去されてトナー欠落の状態にある像担持体上の画像部にトナーを戻すことができる。そのため、トナー像が形成される像担持体上に付着するキャリアを、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態である画像形成装置１の概略的な構成を示す図である。
【図２】現像バイアス電源３０が現像ローラ２１に印加するバイアス電圧の電圧波形を示す図である。
【図３】加振手段２５の駆動波形を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態である画像形成装置５０の概略的な構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態である画像形成装置６０の概略的な構成を示す図である。
【図６】キャリア回収バイアス電源６３がキャリア回収ローラ２３に印加するバイアス電圧の電圧波形を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態である画像形成装置７０の概略的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明の第１実施形態である画像形成装置１の概略的な構成を示す図である。画像形成装置１は、外部機器からの印刷指令に含まれる画像データに応じて記録紙などの記録媒体に画像を形成する、電子写真方式の画像形成装置である。外部機器には、画像データの形成または取得が可能であり、かつ画像形成装置１に電気的に接続可能な電気・電子機器を使用でき、たとえば、コンピュータ、デジタルカメラ、テレビジョン受像機器、ビデオレコーダ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）レコーダ、ファクシミリ装置などが挙げられる。画像形成装置１は、像担持体である感光体１０と、帯電手段１２および露光手段１３からなる潜像形成手段１１と、現像手段２０と、一次転写ローラ４０を含む転写手段と、クリーニング手段４１とを含んで構成される。帯電手段１２、露光手段１３、現像手段２０、一次転写ローラ４０およびクリーニング手段４１は、感光体１０の回転方向Ａまわりに、この順序で配置される。
【００３０】
感光体１０は、ＯＰＣ（Organic Photoconductor；有機光導電体）などの感光性材料を表面に有する略円筒のドラム形状を呈し、所定の方向Ａに回転駆動する。帯電手段１２は、感光体１０の表面を所定の電位に均一に帯電するための部材（たとえば、スコロトロン方式の帯電器）であって、感光体１０の外周面に近接して配置されている。
【００３１】
露光手段１３は、外部機器から出力された画像データに基づいて、帯電手段１２にて帯電される感光体１０の表面にレーザ光を照射して露光することにより、感光体１０の表面における露光部の電位を低下させ、当該表面に画像データに応じた静電潜像を書込み形成する機能を有する。露光手段１３としては、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）の他、ＥＬ（Electro Luminescence）やＬＥＤ（
Light Emitting Diode）などの発光素子をアレイ状に並べた書込み装置（たとえば、書込みヘッド）を使用することができる。
【００３２】
現像手段２０は、詳細は後述するが、感光体１０の表面の静電潜像をキャリア４３とトナー４２とからなる二成分現像剤によって現像し、感光体１０の表面にトナー像を形成する。
【００３３】
一次転写ローラ４０を含む転写手段は、感光体１０の表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写する。本実施形態では、画像形成装置１は、中間転写体を用いた中間転写方式の転写手段を備えている。転写手段では、トナー４２の帯電極性とは逆極性の転写バイアスが、中間転写体を介して感光体１０に対向配置される一次転写ローラ４０から中間転写体に印加される。これによって、感光体１０の表面に形成されたトナー像が、中間転写体へ転写されて担持される。そして、中間転写体に転写されたトナー像は、一対の二次転写ローラが中間転写体を介して圧接して形成される圧接部（転写ニップ部）を通過する記録媒体に転写されるようになっている。なお、本実施形態では、画像形成装置１は、中間転写体を用いた中間転写方式の装置として構成されているが、感光体１０から直接記録媒体にトナー像を転写するように構成されてもよい。
【００３４】
クリーニング手段４１は、中間転写体へのトナー像転写後に、感光体１０の表面上に残存しているトナー４２、紙粉などを除去・回収するものであり、ウレタンゴムなどからなるクリーニングブレードを感光体１０の表面に当接している。また、本実施形態の画像形成装置１は、記録媒体へのトナー像転写後に中間転写体上に残存しているトナー４２を除去・回収するクリーニング手段も備えている。
【００３５】
転写手段によりトナー像が転写された記録媒体は、搬送手段によって定着手段に搬送される。定着手段は、トナー像を構成するトナー４２を溶融させるとともに記録媒体に押圧することによってトナー像を記録媒体に定着させる。
【００３６】
以上のようにして、画像形成装置１は、外部機器からの印刷指令に含まれる画像データに応じて記録媒体に画像を形成する。
【００３７】
次に、画像形成装置１が備える現像手段２０について詳細に説明する。現像手段２０は、キャリア４３とトナー４２とを含む二成分現像剤を用いて、潜像形成手段１１にて感光体１０の表面に形成された静電潜像を当該トナー４２にて反転現像してトナー像を形成する。現像手段２０は、現像部材である現像ローラ２１と、キャリア回収手段２２と、加振手段２５と、現像槽３３とを含んで構成される。
【００３８】
現像槽３３は、キャリア４３とトナー４２とを含む二成分現像剤を内部に収容する容器部材である。現像槽３３の内部には、キャリア４３とトナー４２とが、予め設定されたトナー濃度となるような比率で収容されている。
【００３９】
現像槽３３の内部に収容されるトナー４２は、この分野で常用されるものを用いることができ、たとえば粉砕法、懸濁重合法、乳化重合法、溶液重合法、エステル伸張重合法などによって製造される。トナー４２の体積平均粒子径は特に制限されないけれども、高画質化を考慮すると、好ましくは３〜１０μｍである。
【００４０】
キャリア４３としては、この分野で常用されるものを用いることができ、たとえば、鉄、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト、マンガン、クロムなどからなる単独または複合フェライトおよびキャリアコア粒子を被覆物質で表面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が挙げられる。被覆物質としては公知のものを使用でき、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、モノクロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ジターシャーリーブチルサリチル酸の金属化合物、スチレン系樹脂、アクリル樹脂、ポリアシド、ポリビニルラール、ニグロシン、アミノアクリレート樹脂、塩基性染料、塩基性染料のレーキ物、シリカ微粉末、アルミナ微粉末などが挙げられる。また、樹脂分散型キャリアに用いられる樹脂としても特に制限されないけれども、たとえば、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。いずれも、トナー成分に応じて選択するのが好ましく、１種を単独で使用できまたは２種以上を併用できる。
【００４１】
また、キャリア４３の体積平均粒子径は特に制限されないけれども、高画質化を考慮すると、好ましくは１０〜１００μｍ、さらに好ましくは２０〜５０μｍである。さらにキャリア４３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４３の抵抗率は、キャリア４３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粒子に１ｋｇ／ｃｍ2の荷重を掛け、荷重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から得られる値である。抵抗率が低いと、現像ローラ２１にバイアス電圧を印加した場合にキャリア４３に電荷が注入され、感光体１０にキャリア４３が付着し易くなる。
【００４２】
キャリア４３の磁化強さ（最大磁化）は、好ましくは１０〜６０ｅｍｕ／ｇ、さらに好ましくは１５〜４０ｅｍｕ／ｇである。磁化強さは現像ローラ２１の磁束密度にもよるけれども、現像ローラ２１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４３の穂立ちが高くなり過ぎる非接触現像では、感光体１０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。
【００４３】
二成分現像剤におけるトナー４２とキャリア４３との使用割合は特に制限されず、トナー４２およびキャリア４３の種類に応じて適宜選択できるけれども、樹脂被覆キャリア（密度５〜８ｇ／ｃｍ2）を例にとれば、現像剤中に、トナー４２が現像剤全量の２〜３０重量％、好ましくは２〜２０重量％含まれるように、トナー４２を用いればよい。また二成分現像剤において、トナー４２によるキャリア４３の被覆率は、４０〜８０％であることが好ましい。
【００４４】
そして、現像槽３３の内部には現像剤撹拌部材２８と現像剤供給部材２７とが設けられている。現像剤撹拌部材２８は、現像槽３３の内部において二成分現像剤を撹拌し、トナー４２およびキャリア４３を帯電させる。このとき、トナー４２の帯電極性はマイナスであり、キャリアの帯電極性はプラスである。また、二成分現像剤において、キャリア４３によって電荷が付与されたときのトナー４２の帯電量は、−３０μＣ／ｇ程度である。現像剤供給部材２７は、現像槽３３の内部において現像剤撹拌部材２８によって撹拌された二成分現像剤を現像ローラ２１に供給する。このとき、現像ローラ２１に供給される二成分現像剤においては、トナー４２がキャリア４３の表面に担持された状態である。また、現像槽３３には、現像剤規制部材２６が、現像ローラ２１の表面に所定の間隙を有して設けられている。現像剤規制部材２６は、現像剤供給部材２７により現像ローラ２１に供給される二成分現像剤の層厚を規制する。
【００４５】
現像ローラ２１は、感光体１０と所定の空隙を有して配置され、感光体１０上に形成される静電潜像にトナー４２を供給する部材である。本実施形態では、現像ローラ２１は、磁石部材２１ｂを内包し、磁石部材２１ｂの外周に回転自在に設けられる現像スリーブ２１ａを含む、ローラ状のいわゆるマグネットローラである。磁石部材２１ｂは、たとえば永久磁石片からなり、円周方向にＮ極とＳ極とが略交互に配されて、全体では円柱形状を成す。現像スリーブ２１ａは、たとえばアルミニウムなどの非磁性材料からなる円筒形状の部材であり、磁石部材２１ｂのまわりで回転方向Ｂに回転自在に設けられる。現像ローラ２１は、感光体１０を臨み、その軸線が感光体１０の回転軸線と平行になるように配置されている。
【００４６】
現像ローラ２１は、トナー４２を担持するキャリア４３を磁石部材２１ｂの磁力で吸着し、現像スリーブ２１ａの表面に現像剤が穂状に連なった磁気ブラシを形成する。このように、現像剤は、磁気ブラシの形で現像ローラ２１に担持される。このとき、現像バイアス電源３０が現像ローラ２１にバイアス電圧を印加し、これによって現像ローラ２１と感光体１０との空隙に電界が形成される。そして、磁気ブラシを形成する現像剤中の電荷を有するトナー４２は、現像ローラ２１と感光体１０との空隙に形成される電界によって、現像ローラ２１から感光体１０に供給されて静電潜像を現像し、トナー像を形成する。
【００４７】
なお、現像バイアス電源３０が現像ローラ２１に対して、直流成分のバイアスに交流成分のバイアスを重畳したバイアス電圧を印加した場合には、現像ローラ２１と感光体１０との空隙に交番電界が形成される。これによって、静電潜像に対する現像効率を向上することができ、高画像濃度からハーフトーンに至る広範囲の画像濃度範囲にわたって安定したトナー像を形成することができる。現像バイアス電源３０が現像ローラ２１に対して、直流成分のバイアスに交流成分のバイアスを重畳したバイアス電圧を印加する場合におけるバイアスの具体的な条件を、図２を用いて説明する。
【００４８】
図２は、現像バイアス電源３０が現像ローラ２１に印加するバイアス電圧の電圧波形を示す図である。図２（ａ）は、感光体１０上の静電潜像を現像する現像領域に対応する電圧波形を示し、図２（ｂ）は、静電潜像を現像しない非現像領域に対応する電圧波形を示す図である。現像バイアス電源３０が現像ローラ２１に印加するバイアスの交流成分の電圧波形は、電圧プラス方向およびマイナス方向の両方向に周期的に変動する対称な矩形波である。
【００４９】
図２（ａ）に示すバイアス電圧の電圧波形は、−３００Ｖの直流成分のバイアスに、振幅ｄ１が−４００Ｖ〜＋４００Ｖで周波数が９ｋＨｚの交流成分のバイアスを重畳したものである。また、図２（ｂ）に示すバイアス電圧の電圧波形は、＋１５０Ｖの直流成分のバイアスに、振幅ｄ２が−４００Ｖ〜＋４００Ｖで周波数が９ｋＨｚの交流成分のバイアスを重畳したものである。
【００５０】
また、現像槽３３には、現像槽３３内に収容される二成分現像剤中のトナー４２の濃度を検出するトナー濃度センサ３１が設けられている。そして、トナー濃度センサ３１によるトナー濃度の検出結果に基づいて、現像ローラ２１から感光体１０に供給されて消費された量に応じたトナー４２が、トナーホッパから現像槽３３内に補給されるようになっている。トナーホッパは、トナー濃度センサ３１が所定のトナー濃度を検出するまで、現像槽３３内へのトナー４２の補給を継続する。このようにして、現像槽３３の内部に収容される二成分現像剤に含まれるトナー４２の濃度が、ほぼ一定に保たれる。
【００５１】
ここで、現像ローラ２１から感光体１０にトナー４２が供給されて静電潜像を現像するとき、感光体１０の表面にキャリア４３が付着してしまう場合がある。キャリア回収手段２２は、感光体１０上に付着したキャリア４３を回収する手段であり、キャリア回収部材であるキャリア回収ローラ２３と、キャリア回収バイアス供給部であるキャリア回収バイアス電源２４とを含んで構成される。
【００５２】
キャリア回収ローラ２３は、感光体１０の回転方向Ａに関して現像ローラ２１よりも下流側において、感光体１０と所定の空隙を有して配置される。キャリア回収ローラ２３は、たとえばアルミニウムなどの非磁性材料からなる円筒形状の部材であり、軸線まわりで回転方向Ｃ（感光体１０の回転方向Ａと同方向）に回転自在に設けられる。キャリア回収ローラ２３は、感光体１０を臨み、その軸線が感光体１０の回転軸線と平行になるように配置されている。
【００５３】
キャリア回収バイアス電源２４は、キャリア回収ローラ２３に対してトナーの帯電極性と同極性のバイアス電圧を印加する電源である。本実施形態では、キャリア回収バイアス電源２４は、キャリア回収ローラ２３に対して直流バイアス電圧を印加する。キャリア回収バイアス電源２４が印加する直流バイアス電圧は、−１００Ｖ以上−３００Ｖ以下の範囲に設定される。なお、感光体１０とキャリア回収ローラ２３との間の電流リークの防止、キャリア回収ローラ２３によるキャリア４３の回収効率を考慮すると、キャリア回収バイアス電源２４が印加する直流バイアス電圧を、−２００Ｖに設定するのが好ましい。
【００５４】
キャリア回収バイアス電源２４がキャリア回収ローラ２３に対してトナー４２の帯電極性と同極性の直流バイアス電圧を印加すると、トナー４２に対しては静電的な反発力が作用し、キャリア４３に対しては静電的な吸引力が作用するような電界が、感光体１０とキャリア回収ローラ２３との空隙に形成される。キャリア回収ローラ２３は、空隙に形成される電界による静電的な吸引力の作用によって、感光体１０の表面に付着したキャリア４３を効率よく回収する。
【００５５】
また、キャリア回収ローラ２３に回収されてキャリア回収ローラ２３上に担持されるキャリア４３は、キャリア掻き落としブレード３２によって、機械的にキャリア回収ローラ２３の表面から剥離され、キャリア回収ローラ２３の下方に設けられる現像剤搬送部材２９ａ，２９ｂを介して現像槽３３内に戻される。なお、キャリア掻き落としブレード３２によってキャリア回収ローラ２３の表面から剥離されたキャリア４３を、現像手段２０の外部に搬送して破棄するようにしてもよい。
【００５６】
本実施形態の画像形成装置１の現像手段２０は、さらに加振手段２５を備えている。加振手段２５は、キャリア回収ローラ２３に対して機械的な振動を与えるピエゾ素子からなる部材であり、キャリア回収ローラ２３の軸受けに接触して配置される。ピエゾ素子としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなるＰＺＴ素子などを挙げることができる。なお、本実施形態では、加振手段２５をキャリア回収ローラ２３の軸受けに接触して配置するようにしたが、キャリア回収ローラ２３の軸端部に加振手段２５を直接当接させるようにしてもよい。
【００５７】
加振手段２５は、高周波電源から電圧が印加されることによって所定の周波数および振幅で振動し、この加振手段２５自身の振動がキャリア回収ローラ２３に伝播して、キャリア回収ローラ２３が振動する。加振手段２５によって加振されたときのキャリア回収ローラ２３の振動方向は、軸線と直交する方向、すなわち、キャリア回収ローラ２３が感光体１０と対向する方向である。また、加振手段２５によるキャリア回収ローラ２３の加振開始タイミングは、画像形成装置１の画像形成動作の開始（現像ローラ２１の駆動動作開始）と同期させている。また、加振停止タイミングは、画像形成装置１の画像形成動作の停止（現像ローラ２１の駆動動作停止）と同期させている。
【００５８】
キャリア回収ローラ２３の振動周波数および振動振幅は、加振手段２５に印加する高周波電源の周波数およびバイアス振幅によって規定される。つまり、高周波電源の周波数によって加振手段２５の駆動周波数、すなわちキャリア回収ローラ２３の振動周波数が制御され、高周波電源のバイアス振幅によって加振手段２５の駆動振幅、すなわちキャリア回収ローラ２３の振動振幅が制御される。また、キャリア回収ローラ２３の振動周波数および振動振幅は、キャリア回収ローラ２３の表面に担持されて回収されるキャリア４３の粒子径および見掛密度を考慮して設定すればよい。
【００５９】
図３は、加振手段２５の駆動波形を示す図である。高周波電源から電圧が印加されて振動する加振手段２５の駆動波形を、図３を用いて説明する。
【００６０】
加振手段２５の駆動波形は、高周波電源のスイッチ切替に応じて周期的に変動する矩形波である。本実施形態では、加振手段２５の駆動周波数は９ｋＨｚ程度に制御され、これによって、キャリア回収ローラ２３の振動周波数が５〜２０ｋＨｚ、好ましくは９〜１５ｋＨｚに制御される。
【００６１】
また、加振手段２５の駆動振幅ｄ３は２０μｍ程度に制御され、これによって、キャリア回収ローラ２３の振動振幅が４０〜８０μｍに制御される。キャリア回収ローラ２３の振動振幅が４０μｍ以上に制御されることによって、キャリア回収ローラ２３の表面近傍の空気に充分な振動が加わり、この空気振動が感光体１０にも伝達される。これによって、感光体１０の表面に付着するキャリア４３の感光体１０に対する付着力が低減され、キャリア回収ローラ２３によるキャリア４３の回収効率を向上させることができる。キャリア回収ローラ２３の振動振幅が８０μｍ以下に制御されることによって、感光体１０の表面に形成されるトナー像が空気振動によって乱れるのを防止することができ、感光体１０上におけるトナー像を高品位に維持することができる。
【００６２】
以上のようにして加振手段２５がキャリア回収ローラ２３を機械的に振動させると、キャリア回収ローラ２３上で回収されたキャリア４３にも振動が付与される。ここで、感光体１０の表面におけるトナー像が形成されていない領域（非画像部）に付着したキャリア４３は、キャリア４３単体状態でキャリア回収ローラ２３に回収されるが、感光体１０の表面におけるトナー像が形成される領域（画像部）に付着したキャリア４３は、トナー４２を担持した状態でキャリア回収ローラ２３に回収される。
【００６３】
加振手段２５がキャリア回収ローラ２３を振動させることにより、キャリア回収ローラ２３上で回収されたキャリア４３にも振動が付与されるので、キャリア４３に担持された状態のトナー４２とキャリア４３との付着力を弱めることができる。そのため、キャリア回収ローラ２３にキャリア４３に担持されて回収されたトナー４２のみを、感光体１０とキャリア回収ローラ２３との空隙に形成される電界による静電的な反発力の作用によって、感光体１０に向けて飛翔させることができる。これによって、キャリア４３が除去されてトナー欠落の状態にある感光体１０上の画像部に、トナー４２を戻すことができる。したがって、本実施形態の画像形成装置１では、トナー像が形成される感光体１０上に付着したキャリア４３を、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる。
【００６４】
感光体１０に対するキャリア４３の付着は、体積平均粒子径が小さい小粒径キャリアや低見掛密度キャリアを含む二成分現像剤を用いた場合に特に発生しやすい。本実施形態の画像形成装置１では、小粒径キャリアや低見掛密度キャリアを含む二成分現像剤を用いた場合であっても、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる。
【００６５】
図４は、本発明の第２実施形態である画像形成装置５０の概略的な構成を示す図である。画像形成装置５０は、前述した画像形成装置１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。画像形成装置５０は、現像手段２０を現像手段５１に代えたこと以外は画像形成装置１と同様に構成される。そして、現像手段５１においては、キャリア回収手段５２のキャリア回収ローラ５３の構成が、現像手段２０のキャリア回収ローラ２３とは異なる。
【００６６】
現像手段５１のキャリア回収手段５２が有するキャリア回収ローラ５３は、非磁性材料からなるスリーブ５３ａの内部に、磁石部材５３ｂを具備して構成される。具体的には、キャリア回収ローラ５３は、磁石部材５３ｂを内包し、磁石部材５３ｂの外周に回転自在に設けられるスリーブ５３ａを含む、ローラ状のいわゆる多極着磁型マグネットローラである。磁石部材５３ｂは、たとえば、磁束密度が１５００〜２０００ガウス（Ｇ）の範囲にある永久磁石片からなり、円周方向にＮ極とＳ極とが略交互に配されて、全体では円柱形状を成す。スリーブ５３ａは、たとえばアルミニウムなどの非磁性材料からなる円筒形状の部材であり、磁石部材５３ｂのまわりで回転方向Ｃ（感光体１０の回転方向Ａと同方向）に回転自在に設けられる。キャリア回収ローラ５３は、感光体１０を臨み、その軸線が感光体１０の回転軸線と平行になるように配置されている。
【００６７】
キャリア回収ローラ５３では、スリーブ５３ａの内部に磁石部材５３ｂが設けられているので、感光体１０とキャリア回収ローラ５３との空隙には、磁界が形成される。そのため、キャリア回収ローラ５３は、バイアス電圧が印加されて形成される電界による静電的な吸引力に加えて磁界による磁気的な吸引力を、感光体１０上に付着したキャリア４３に対して作用させることができ、キャリア４３をより効率よく回収することができる。また、キャリア回収ローラ５３は、電界による静電的な吸引力と磁界による磁気的な吸引力とによって回収したキャリア４３を保持するので、高い拘束力でキャリア４３を保持することができる。そのため、キャリア回収ローラ５３により回収されたキャリア４３が、感光体１０に向けて飛翔して感光体１０上に再付着するのを防止することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、キャリア回収バイアス電源２４がキャリア回収ローラ５３に印加する直流バイアス電圧は、−１００Ｖ以上−３００Ｖ以下の範囲に設定される。ただし、キャリア回収ローラ５３は、前述したように、キャリア４３に対して静電的な吸引力と磁気的な吸引力を作用させて、画像形成装置１が備えるキャリア回収ローラ２３よりも効率よくキャリア４３を回収することができるので、印加バイアス電圧が−１００Ｖ以上−２００Ｖ以下の範囲であっても、充分な回収効率が得られる。このように、キャリア回収ローラ５３に対する印加バイアス電圧を低電圧にすることによって、感光体１０とキャリア回収ローラ５３との間の電流リークの防止することができるとともに、感光体１０の表面に形成されるトナー像が電気的に乱れるのを防止することができ、感光体１０上におけるトナー像を高品位に維持することができる。
【００６９】
また、キャリア回収ローラ５３では、磁石部材５３ｂは、感光体１０と対向する領域において間隙幅が最小となる位置に磁力が最大となる主極が配置され、キャリア掻き落としブレード３２がキャリア回収ローラ５３に当接する位置では磁極がないように、スリーブ５３ａの内部に設けられている。これによって、キャリア回収ローラ５３によるキャリア４３の回収効率を向上させることができるとともに、キャリア回収ローラ５３の表面からキャリア４３を効率よく剥離することができる。
【００７０】
図５は、本発明の第３実施形態である画像形成装置６０の概略的な構成を示す図である。画像形成装置６０は、前述した画像形成装置１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。画像形成装置６０は、現像手段２０を現像手段６１に代えたこと以外は画像形成装置１と同様に構成される。そして、現像手段６１においては、キャリア回収手段６２のキャリア回収バイアス電源６３の構成が、現像手段２０のキャリア回収バイアス電源２４とは異なる。
【００７１】
現像手段６１のキャリア回収手段６２が有するキャリア回収バイアス電源６３は、感光体１０とキャリア回収ローラ２３との空隙に交番電界が形成されるように、キャリア回収ローラ２３にバイアス電圧を印加する。
【００７２】
図６は、キャリア回収バイアス電源６３がキャリア回収ローラ２３に印加するバイアス電圧の電圧波形を示す図である。キャリア回収バイアス電源６３がキャリア回収ローラ２３に印加するバイアスは、トナー４２の帯電極性と同極性の直流成分のバイアスに交流成分のバイアスを重畳したものである。キャリア回収バイアス電源６３がキャリア回収ローラ２３に印加するバイアスの交流成分の電圧波形は、図６（ａ）に示すような正弦波、図６（ｂ）に示すような矩形波であればよく、電圧プラス方向およびマイナス方向の両方向に周期的に変動する対称な波形である。
【００７３】
キャリア回収バイアス電源６３がキャリア回収ローラ２３に印加するバイアスの具体的な条件としては、−１００Ｖ以上−３００Ｖ以下（たとえば、−２００Ｖ）の直流成分のバイアスに、振幅ｄ４，ｄ５が−２００Ｖ〜＋２００Ｖで周波数が７〜１５ｋＨｚ（たとえば、９ｋＨｚ）の交流成分のバイアスを重畳したものである。キャリア回収バイアス電源６３が、トナー４２の帯電極性と同極性の直流成分のバイアスに交流成分のバイアスを重畳したバイアス電圧をキャリア回収ローラ２３に印加することによって、感光体１０とキャリア回収ローラ２３との空隙に交番電界が形成される。
【００７４】
また、キャリア回収バイアス電源６３がキャリア回収ローラ２３にバイアスを印加することによって空隙に形成される交番電界は、前述した正弦波、矩形波などの電圧波形を有するバイアス電圧が印加されることによって形成されるようにすればよい。これらの中でも、前記交番電界は、矩形波の電圧波形を有するバイアス電圧が印加されることによって形成されるのが好ましい。このように、感光体１０とキャリア回収ローラ２３との空隙に形成される交番電界が、矩形波の電圧波形を有するバイアス電圧が印加されて形成されることによって、感光体１０の表面から脱離したキャリア４３は、瞬時に電界方向が変化し、かつ単位時間あたりの電界力の累積が大きな電界中を往復運動して飛翔することになる。そのため、交番電界中を往復運動して飛翔するキャリア４３同士が衝突したときの衝突エネルギーを大きくすることができ、キャリア４３に担持された状態のトナー４２とキャリア４３との付着力を弱める効果を向上させることができる。したがって、キャリア回収ローラ２３によるキャリア４３の回収効率を向上させることができる。
【００７５】
キャリア回収バイアス電源６３がキャリア回収ローラ２３に対して印加するバイアスの直流成分によって、トナー４２に対しては静電的な反発力が作用し、キャリア４３に対しては静電的な吸引力が作用して、感光体１０の表面に付着したキャリア４３が効率よくキャリア回収ローラ２３に回収される。
【００７６】
そして、キャリア回収ローラ２３に交流成分のバイアスが重畳されたバイアス電圧が印加されて、感光体１０とキャリア回収ローラ２３との空隙に交番電界が形成されるので、感光体１０の表面から脱離したキャリア４３は、交番電界中を往復運動して飛翔することになる。このように、交番電界中を往復運動して飛翔するキャリア４３は、キャリア４３同士が衝突し、衝突したときの衝突エネルギーによって、キャリア４３に担持された状態のトナー４２とキャリア４３との付着力を弱めることができる。これによって、交番電界中を飛翔するキャリア４３に担持されるトナー４２のみを感光体１０に向けて飛翔させることができ、キャリア４３が除去されてトナー欠落の状態にある感光体１０上の画像部にトナー４２を戻すことができる。そのため、トナー像が形成される感光体１０上に付着するキャリア４３を、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる。
【００７７】
さらに、キャリア回収ローラ２３に交流成分のバイアスが重畳されたバイアス電圧が印加されて、感光体１０とキャリア回収ローラ２３との空隙に交番電界が形成されることによって、感光体１０上に大きな付着力（静電力より大きな機械的付着力）で付着したキャリア４３も効率よく回収することができる。すなわち、感光体１０とキャリア回収ローラ２３との空隙に交番電界が形成されることによって、交番電界中を往復運動して飛翔するキャリア４３を、感光体１０上に大きな付着力で付着したキャリア４３に衝突させて、付着力を弱めることができる。このようにして感光体１０との付着力が弱められたキャリア４３は、直流成分によるキャリア回収ローラ２３への静電的な吸引力の作用によって感光体１０から脱離され、キャリア回収ローラ２３に回収される。
【００７８】
また、二成分現像剤に含まれるキャリア４３が小粒径キャリアや低見掛密度キャリアである場合、交番電界中を往復運動して飛翔する途中でキャリア４３同士が衝突したとしても、衝突エネルギーが小さく、キャリア４３に担持された状態のトナー４２とキャリア４３との付着力を充分に弱めることができない。そして、二成分現像剤に含まれるトナー４２が小粒径トナーである場合、比電荷量が高いため、キャリア４３とトナー４２との電気的付着力が強固になり、静電的にトナー４２とキャリア４３とを分離するのは困難である。これに対して、本実施形態では、キャリア回収ローラ２３の表面に回収されるキャリア４３には、加振手段２５による機械的な振動が付与されるので、二成分現像剤として小粒径キャリアや低見掛密度キャリア、小粒径トナーを用いた場合であっても、トナー４２とキャリア４３との付着力を充分に弱めて、トナー４２とキャリア４３とを分離することができ、トナー４２のみを感光体１０側に飛翔させて戻すことができる。
【００７９】
図７は、本発明の第４実施形態である画像形成装置７０の概略的な構成を示す図である。画像形成装置７０は、前述した画像形成装置１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。画像形成装置７０は、現像手段２０を現像手段７１に代えたこと以外は画像形成装置１と同様に構成される。そして、現像手段７１においては、キャリア回収手段７２のキャリア回収ローラ７３およびキャリア回収バイアス電源７４の構成が、現像手段２０のキャリア回収ローラ２３およびキャリア回収バイアス電源２４とは異なる。さらに、現像手段７１においては、加振手段７５の構成が、現像手段２０の加振手段２５とは異なる。
【００８０】
現像手段７１のキャリア回収手段７２が有するキャリア回収ローラ７３は、前述した画像形成装置５０が備えるキャリア回収ローラ５３と同様に、磁石部材７３ｂを内包し、磁石部材７３ｂの外周に回転自在に設けられるスリーブ７３ａを含む、ローラ状のいわゆる多極着磁型マグネットローラである。キャリア回収ローラ７３では、スリーブ７３ａの内部に磁石部材７３ｂが設けられているので、感光体１０とキャリア回収ローラ７３との空隙には、磁界が形成される。そのため、キャリア回収ローラ７３は、バイアス電圧が印加されて形成される電界による静電的な吸引力に加えて磁界による磁気的な吸引力を、感光体１０上に付着したキャリア４３に対して作用させることができ、キャリア４３をより効率よく回収することができる。
【００８１】
キャリア回収手段７２が有するキャリア回収バイアス電源７４は、前述した画像形成装置６０が備えるキャリア回収バイアス電源６３と同様に、トナー４２の帯電極性と同極性の直流成分のバイアスに交流成分のバイアスを重畳したバイアス電圧をキャリア回収ローラ７３に印加する。
【００８２】
キャリア回収バイアス電源７４がキャリア回収ローラ７３に対して印加するバイアスの直流成分によって、トナー４２に対しては静電的な反発力が作用し、キャリア４３に対しては静電的な吸引力が作用して、感光体１０の表面に付着したキャリア４３が効率よくキャリア回収ローラ７３に回収される。
【００８３】
そして、キャリア回収ローラ７３に交流成分のバイアスが重畳されたバイアス電圧が印加されて、感光体１０とキャリア回収ローラ７３との空隙に交番電界が形成されるので、感光体１０の表面から脱離したキャリア４３は、交番電界中を往復運動して飛翔することになる。このように、交番電界中を往復運動して飛翔するキャリア４３は、キャリア４３同士が衝突し、衝突したときの衝突エネルギーによって、キャリア４３に担持された状態のトナー４２とキャリア４３との付着力を弱めることができる。これによって、交番電界中を飛翔するキャリア４３に担持されるトナー４２のみを感光体１０に向けて飛翔させることができ、キャリア４３が除去されてトナー欠落の状態にある感光体１０上の画像部にトナー４２を戻すことができる。そのため、トナー像が形成される感光体１０上に付着するキャリア４３を、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる。
【００８４】
また、二成分現像剤に含まれるキャリア４３が小粒径キャリアや低見掛密度キャリアである場合、交番電界中を往復運動して飛翔する途中でキャリア４３同士が衝突したとしても、衝突エネルギーが小さく、キャリア４３に担持された状態のトナー４２とキャリア４３との付着力を充分に弱めることができない。そして、二成分現像剤に含まれるトナー４２が小粒径トナーである場合、比電荷量が高いため、キャリア４３とトナー４２との電気的付着力が強固になり、静電的にトナー４２とキャリア４３とを分離するのは困難である。
【００８５】
これに対して、本実施形態では、感光体１０の内部におけるキャリア回収ローラ７３と対向する位置に、加振手段７５が配置されている。加振手段７５は、画像形成装置１が備える加振手段２５と同様に、ピエゾ素子からかる部材であり、高周波電源から電圧が印加されることによって所定の周波数および振幅で振動し、この加振手段７５自身の振動が感光体１０に伝播して、感光体１０が振動する。加振手段７５によって加振されたときの感光体１０の振動方向は、軸線と直交する方向、すなわち、感光体１０がキャリア回収ローラ７３と対向する方向である。
【００８６】
感光体１０の振動周波数および振動振幅は、加振手段７５に印加する高周波電源の周波数およびバイアス振幅によって規定される。つまり、高周波電源の周波数によって加振手段７５の駆動周波数、すなわち感光体１０の振動周波数が制御され、高周波電源のバイアス振幅によって加振手段７５の駆動振幅、すなわち感光体１０の振動振幅が制御される。本実施形態では、加振手段７５に印加する高周波電源の周波数およびバイアス振幅は、感光体１０上に形成されるトナー像を振動によって乱すことのない条件に設定され、画像形成装置１が備える加振手段２５に接続される高周波電源と同様である。
【００８７】
感光体１０上に付着したキャリア４３には、加振手段７５による機械的な振動が付与されるので、二成分現像剤として小粒径キャリアや低見掛密度キャリア、小粒径トナーを用いた場合であっても、キャリア４３に担持された状態のトナー４２とキャリア４３との付着力を充分に弱めることができ、交番電界中を往復運動して飛翔する途中でキャリア４３同士が衝突する衝突エネルギーで、トナー４２とキャリア４３とを分離することができ、トナー４２のみを感光体１０側に飛翔させて戻すことができる。そのため、トナー像が形成される感光体１０上に付着するキャリア４３を、画像品質を劣化させることなく効率よく回収することができる。
【００８８】
また、感光体１０上に大きな付着力（静電力より大きな機械的付着力）で付着したキャリア４３に対しても加振手段７５による機械的な振動が付与されるので、感光体１０とキャリア４３との間の付着力を弱めることができ、かつ交番電界中を往復運動して飛翔するキャリア４３の衝突エネルギーによってさらに付着力を弱めることができる。このようにして感光体１０との付着力が弱められたキャリア４３は、直流成分によるキャリア回収ローラ７３への静電的な吸引力の作用によって感光体１０から脱離され、キャリア回収ローラ７３に回収される。
【００８９】
（実施例）
次に、実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。以下に示す実施例１〜５の画像形成装置と、比較例１〜３の画像形成装置とを用いて、感光体の表面における画像部および非画像部に付着したキャリアの数を評価した。キャリア付着評価は、以下のようにして行った。
【００９０】
＜キャリア付着評価＞
実施例および比較例の各画像形成装置について、現像バイアス印加後に、感光体の表面における所定の面積（３７．８ｃｍ2）に対するキャリアの付着数をカウントした。評価基準は、非画像部に関しては、キャリア付着数が５個未満のものを「○」、５個以上１０個未満のものを「△」、１０個以上のものを「×」とした。また、画像部に関しては、キャリア付着数が０個のものを「○」、５個未満のものを「△」、５個以上のものを「×」とした。
【００９１】
（実施例１）
実施例１の画像形成装置は、図１に示す画像形成装置１である。そして、実施例１の画像形成装置では、現像手段の設定条件を以下のようにした。
【００９２】
［二成分現像剤］
現像槽に投入する二成分現像剤を構成するトナーとしては、体積平均粒子径が６．５μｍのトナーを使用し、キャリアとしては、体積平均粒子径が４０μｍのキャリアを使用した。また、二成分現像剤中におけるトナーの含有量は８重量％であり、トナーによるキャリアの被覆率は５０％である。また、二成分現像剤において、キャリアによって電荷が付与されたときのトナーの帯電量は、−３０μＣ／ｇである。
【００９３】
［現像バイアス］
直流成分のバイアスと交流成分のバイアスが重畳された現像バイアスを感光体と現像ローラとの間に印加した。このとき、直流成分のバイアスは、感光体上の静電潜像を現像する現像領域では、−３００Ｖを印加し、静電潜像を有しない非現像領域では、＋１５０Ｖの直流成分を印加した。そして、交流成分の振幅は、−４００Ｖ〜＋４００Ｖとした。
【００９４】
［キャリア回収手段］
キャリア回収バイアス電源がキャリア回収ローラに印加する直流バイアス電圧は、−３００Ｖとした。
【００９５】
［加振手段］
加振手段として、ＰＺＴ素子を用いた。高周波電源から電圧が印加されたときの加振手段の駆動周波数は９ｋＨｚとし、駆動振幅は２０μｍとした。
【００９６】
（実施例２）
実施例２の画像形成装置は、図４に示す画像形成装置５０である。そして、実施例２の画像形成装置では、現像手段の設定条件を以下のようにしたこと以外は、実施例１と同様である。
【００９７】
［キャリア回収手段］
キャリア回収バイアス電源がキャリア回収ローラに印加する直流バイアス電圧は、−３００Ｖとした。
【００９８】
［加振手段］
加振手段として、ＰＺＴ素子を用いた。高周波電源から電圧が印加されたときの加振手段の駆動周波数は９ｋＨｚとし、駆動振幅は２０μｍとした。
【００９９】
（実施例３）
実施例３の画像形成装置は、図５に示す画像形成装置６０である。そして、実施例３の画像形成装置では、現像手段の設定条件を以下のようにしたこと以外は、実施例１と同様である。
【０１００】
［キャリア回収手段］
キャリア回収バイアス電源がキャリア回収ローラに印加するバイアスは、トナーの帯電極性と同極性の直流成分のバイアスに、交流成分のバイアスを重畳したものである。直流成分のバイアスは、−２００Ｖとした。交流成分のバイアスは、振幅が−２００Ｖ〜＋２００Ｖで周波数が９ｋＨｚとした。このとき、感光体とキャリア回収ローラとの空隙に形成される交番電界は、正弦波の電圧波形を有するバイアス電圧が印加されて形成されたものである。
【０１０１】
［加振手段］
加振手段として、ＰＺＴ素子を用いた。高周波電源から電圧が印加されたときの加振手段の駆動周波数は９ｋＨｚとし、駆動振幅は２０μｍとした。
【０１０２】
（実施例４）
実施例４の画像形成装置は、図５に示す画像形成装置６０である。そして、実施例４の画像形成装置では、キャリア回収バイアス電源がキャリア回収ローラに印加するバイアスを、トナーの帯電極性と同極性の直流成分のバイアスに、矩形波の交流成分のバイアスを重畳したものとすること以外は、実施例３と同様である。
【０１０３】
（実施例５）
実施例５の画像形成装置は、図７に示す画像形成装置７０である。そして、実施例５の画像形成装置では、現像手段の設定条件を以下のようにしたこと以外は、実施例１と同様である。
【０１０４】
［キャリア回収手段］
キャリア回収バイアス電源がキャリア回収ローラに印加するバイアスは、トナーの帯電極性と同極性の直流成分のバイアスに、交流成分のバイアスを重畳したものである。直流成分のバイアスは、−２００Ｖとした。交流成分のバイアスは、振幅が−２００Ｖ〜＋２００Ｖで周波数が９ｋＨｚとした。このとき、感光体とキャリア回収ローラとの空隙に形成される交番電界は、矩形波の電圧波形を有するバイアス電圧が印加されて形成されたものである。
【０１０５】
［加振手段］
加振手段として、ＰＺＴ素子を用いた。高周波電源から電圧が印加されたときの加振手段の駆動周波数は９ｋＨｚとし、駆動振幅は２０μｍとした。
【０１０６】
（比較例１）
比較例１の画像形成装置は、キャリア回収手段および加振手段を備えておらず、それ以外は実施例１の画像形成装置と同様である。
【０１０７】
（比較例２）
比較例２の画像形成装置は、加振手段を備えておらず、それ以外は実施例１の画像形成装置と同様である。
【０１０８】
（比較例３）
比較例３の画像形成装置は、加振手段を備えておらず、それ以外は実施例２の画像形成装置と同様である。
【０１０９】
実施例１〜５および比較例１〜３の各画像形成装置におけるキャリア付着評価の結果を、表１に示す。
【０１１０】
【表１】
2010230941.tif 000003
【０１１１】
表１から、実施例１〜５の画像形成装置では、感光体の表面における画像部および非画像部のいずれの領域においても、キャリア付着数が少ないことが分かる。また、実施例１〜５の画像形成装置では、印刷後の記録媒体上においてもトナー欠落に起因する白抜け等の画像欠陥が発生しておらず、高品質の画像が形成可能であった。
【符号の説明】
【０１１２】
１，５０，６０，７０  画像形成装置
１１  潜像形成手段
２０，５１，６１，７１  現像手段
２１  現像ローラ
２２，５２，６２，７２  キャリア回収手段
２３，５３，７３  キャリア回収ローラ
２４，６３，７４  キャリア回収バイアス供給部
２５，７５  加振手段
【図１】
2010230941.tif 000004
【図２】
2010230941.tif 000005
【図３】
2010230941.tif 000006
【図４】
2010230941.tif 000007
【図５】
2010230941.tif 000008
【図６】
2010230941.tif 000009
【図７】
2010230941.tif 000010