(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像を担持する像担持体と、
キャリアとトナーとを含む現像剤を収容し、前記像担持体に対して開口部を対向して設置された現像容器と、
前記像担持体と対向し、前記現像容器に回転自在に配置され、現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、
前記現像容器の開口部の下方に前記像担持体に離間対向して回転自在に配置され、前記現像剤担持体の対向部で前記現像剤担持体の回転方向と反対方向に回転し、前記現像剤担持体から飛散する現像剤を前記現像容器の内部に回収する回収部材と、
前記回収部材に当接して前記回収部材に付着した現像剤を掻き落とすスクレープ部材と、
前記回収部材にバイアスを印加する電圧印加手段と、を備えた画像形成装置において、
前記画像形成装置内の湿度を検知する湿度検知手段を有し、
前記湿度検知手段の検知結果に基づいて、前記電圧印加手段が印加するバイアスを制御する制御部と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記回収部材の表面電位が所定の値となるように、
前記湿度検知手段で検知した湿度が低いほど、前記バイアスの絶対値が小さくなるように制御す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】
前記湿度検知手段は、前記現像容器内の湿度を検知することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置として、現像スリーブを用いた二成分磁気ブラシ現像方法の磁気ブラシ現像装置を用いたものがある。このような画像形成装置においては、飛散トナーによる機内汚染が発生するおそれがある。感光体ドラムと現像スリーブとの間でトナーが飛翔する時、トナーが空中に浮遊して飛散トナーとなる。
【０００３】
このとき現像装置と感光体ドラムとの間に存在する上下の隙間から、飛散トナーが現像装置外部へ漏れ出す。現像装置の下部にトナーが飛散する場合、転写ユニットや搬送経路が配置されている場合が多いため、各種部材の劣化や出力画像上のトナー汚れ等が生じる。
【０００４】
従来、現像装置の下部へのトナー飛散防止技術として、飛散トナー回収用のローラを設ける技術がある（特許文献１）。この技術では、感光体と現像スリーブとが接触する位置の現像スリーブ回転方向下流側に回収ローラが近接して配置されている。回収ローラにはバイアスが印加されており、現像スリーブと逆方向に回転する。現像領域から飛散したトナーはその下方の回収ローラ上に堆積、吸着する。回収ローラに堆積、吸着したトナーは、回収ローラの回転駆動によって搬送され、スクレーパによって掻き取られ、現像容器内に回収される。このようにして、現像スリーブより飛散したトナーが現像容器外部へ漏れることを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１２２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の現像装置では、回収ローラに印加されるバイアスと、現像スリーブに印加される現像バイアスとの間で放電リークが発生することを防止するために、回収ローラの表層を絶縁層にするのが一般的である。さらに、回収されたトナーを効率良くスクレーパで掻き取るために、絶縁層の帯電系列をトナーと同極性に帯電する部材にする場合が多い。また、回収ローラに印加されるバイアスは、通常のトナー極性と反転した極性を持つ飛散トナーを吸着するような電圧をかける。
【０００７】
従って、回収ローラの表面電位は、トナーと反対の極性を持つ粒子を強く引き付けるような電位を持つことになる。この結果、トナーと反対の極性を持つキャリアが回収ローラに強く付着し、その付着力が高いために、スクレーパで掻き取れずに回収ローラ上に堆積し、キャリアやトナーのボタ落ちが発生することがあった。
【０００８】
そこで本発明は、回収ローラに過剰にキャリアやトナーが付着することを抑制し、キャリアやトナーのボタ落ちを抑制しつつ、トナー飛散を良好に抑制できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、静電潜像を担持する像担持体と、キャリアとトナーとを含む現像剤を収容し、前記像担持体に対して開口部を対向して設置された現像容器と、前記像担持体と対向し、前記現像容器に回転自在に配置され、現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、前記現像容器の開口部の下方に前記像担持体に離間対向して回転自在に配置され、前記現像剤担持体の対向部で前記現像剤担持体の回転方向と反対方向に回転し、前記現像剤担持体から飛散する現像剤を前記現像容器の内部に回収する回収部材と、前記回収部材に当接して前記回収部材に付着した現像剤を掻き落とすスクレープ部材と、前記回収部材にバイアスを印加する電圧印加手段と、を備えた画像形成装置において、前記画像形成装置内の湿度を検知する湿度検知手段を有し、前記湿度検知手段の検知結果に基づいて、前記電圧印加手段が印加するバイアスを制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回収ローラに過剰にキャリアやトナーが付着することを抑制し、キャリアやトナーのボタ落ちを抑制しつつ、トナー飛散を良好に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の構成図である。
【図２】本実施形態の現像装置の断面図である。
【図３】本実施形態の現像装置の長手図である。
【図４】（ａ）本実施形態の現像装置において、飛散防止バイアスに対するトナー飛散レベルと回収ローラすり抜けレベルを示す図である。（ｂ）本実施形態の現像装置において、同一飛散防止バイアスを印加した時の回収ローラの表面電位（環境差）を示す図である。
【図５】（ａ）本実施形態の現像装置において、飛散防止バイアスに対するトナー飛散レベルと回収ローラすり抜けレベルと回収ローラ表面電位を示す図である。（ｂ）本実施形態の現像装置において、回収ローラに印加する飛散防止バイアスを決定する図である。
【図６】本実施形態の現像装置において、回収ローラへ印加する飛散防止バイアスの制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る画像形成装置の実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置１０００の構成図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１０００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の４つの画像形成ステーションを有している。各画像形成ステーションの下方には、中間転写装置１２０が配置されている。中間転写装置１２０は、中間転写体としての中間転写ベルト１２１が、ローラ１２２、１２３、１２４に張設されている。
【００１４】
各画像形成ステーションにおいて、感光体ドラム（像担持体）１０１（１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋ）は、非接触式帯電であるコロナ帯電方式の一次帯電装置１０２（１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋ）によって帯電される。帯電された感光体ドラム１０１は、画像情報に応じてレーザー１０３（１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋ）によって露光され、静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、現像装置１０４（１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋ）によってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーを用いて各色のトナー像として現像される。
【００１５】
現像されたトナー像は、一次転写手段としての転写ローラ１０５（１０５Ｙ、１０５Ｍ、１０５Ｃ、１０５Ｋ）による転写バイアスによって、ポリイミド系樹脂からなる中間転写ベルト１２１上に重ねて一次転写される。一次転写後に感光体ドラム１０１上に残った転写残トナーは、クリーナー１０９（１０９Ｙ、１０９Ｍ、１０９Ｃ、１０９Ｋ）により除去される。転写残トナーを除去された感光体ドラム１０１は、前露光ランプ１１０により電位を消去され、次の画像形成に備える。
【００１６】
一次転写されたトナー像は、ローラ１２４と対向して配置された二次転写手段としての二次転写ローラ１２５によってシートＰに二次転写される。トナー像を転写されたシートＰは、定着ローラ１３１、１３２を備えた定着装置１３０によって加圧、加熱され、トナー像が定着され、画像形成装置外へ排出される。シートＰに二次転写されずに中間転写ベルト１２１に残った転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナー１１４ｂによって除去される。
【００１７】
＜現像装置１０４＞
図２は本実施形態の現像装置１０４の断面図である。図３は本実施形態の現像装置１０４の長手図である。各現像装置１０４（１０４Ｙ〜１０４Ｋ）は、トナーの色が違う以外は、同じ構成である。
【００１８】
図２、図３に示すように、現像装置１０４は、現像容器２を有している。現像容器２内には、現像剤としてトナーとキャリアを含む２成分現像剤１が収容されている。また、現像容器２内に現像剤を担持搬送する現像スリーブ（現像剤担持体）６を回転自在に配置している。現像スリーブ６は、現像剤搬送方向ｂの方向へ回転し、穂切り部材５により現像スリーブ６上に担持された現像剤の穂を規制して、感光体ドラム１０１へ２成分現像剤１を搬送する。
【００１９】
現像容器２の内部は、隔壁７によって水平方向の左右に区画され、現像室４ａと攪拌室４ｂが形成されている。現像室４ａと攪拌室４ｂは上下に配置してもよい。現像室４ａには、現像剤攪拌・搬送手段としての搬送部材である第１の搬送スクリュー３ａが配置されている。攪拌室４ｂには、現像剤攪拌・搬送手段としての搬送部材である第２の搬送スクリュー３ｂが配置されている。
【００２０】
第１の搬送スクリュー３ａは、現像室４ａの底部に現像スリーブ６の軸方向に沿ってほぼ平行に配置されており、現像室４ａ内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に搬送する。第２の搬送スクリュー３ｂは、攪拌室４ｂ内の底部に第１の搬送スクリュー３ａとほぼ平行に配置され、攪拌室４ｂ内の現像剤を第１の搬送スクリュー３ａとは反対方向に搬送する。第１及び第２の搬送スクリュー３ａ、３ｂの搬送によって、現像剤が、隔壁７の両端部の連通部８、９を通じて現像室４ａと攪拌室４ｂとの間で循環される。
【００２１】
現像容器２の感光体ドラム１０１に対向した現像領域Ａに相当する位置には、開口部が形成されている。現像スリーブ６は、開口部において感光体ドラム方向に一部露出するように配設されている。
【００２２】
本実施形態にて、現像スリーブ６の直径は２０ｍｍ、感光体ドラム１０１の直径は８０ｍｍ、現像スリーブ６と感光体ドラム１０１との最近接領域の距離は約３００μｍとなっている。これにより、現像領域Ａに搬送した現像剤１を感光体ドラム１０１と接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。なお、この現像スリーブ６は、アルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成され、その内部には磁界発生手段であるマグネットローラ６ｍが非回転状態で設置されている。
【００２３】
現像効率、つまり、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ６には不図示の電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。本実施形態では、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが１８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧とした。しかし、直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。
【００２４】
現像装置１０４の上部には、トナーとキャリアを混合した補給用２成分現像剤を収容するホッパー１１が配置されている。ホッパー１１は、下部に補給スクリュー１２を備えている。画像形成によって消費された分のトナーは、補給スクリュー１２の回転力と、現像剤の重力によって、ホッパー１１から現像剤補給口１０を通過して、現像容器２内に補給される。
【００２５】
＜回収ローラ５０＞
感光体ドラム１０１と現像スリーブ６とが接触する位置（現像領域Ａ）の下流側に回収ローラ（回収部材）５０が近接して配置されている。回収ローラ５０は、感光体ドラム１０１に離間対向して回転可能に配置され、現像スリーブ６の対向部で現像スリーブ６の回転方向と反対方向に回転し、現像スリーブ６から飛散する現像剤を回収する。
【００２６】
すなわち、回収ローラ５０は、現像スリーブ６上での磁気穂による衝撃や、現像スリーブ６の回転駆動で働く遠心力によって現像装置下方に発生する飛散トナー（ボタ落ち状のトナー、取り込み不良トナー）を回収する。回収ローラ５０には、スクレーパ（スクレープ部材）５１が当接している。スクレーパ５１は、回収ローラ５０で回収した飛散トナーを現像室４ａ内に掻き落とす。
【００２７】
回収ローラ５０は、感光体ドラム１０１及び現像スリーブ６に接触しない程度に近接していることが望ましい。本実施形態では、回収ローラ５０と現像スリーブ６との間隔を１．２ｍｍとしている。回収ローラ５０の径は、回収ローラ５０上に捕獲されたトナーが落下しない程度で、上記位置を満たす（スペースに収まる）ような径であれば良い。本実施形態では回収ローラ５０の半径を３００ｕｍとした。また、回収ローラ５０の材質としては導電性の金属棒が望ましく、本実施形態ではＳＵＳを用いた。
【００２８】
回収ローラ５０には、高圧電源（電圧印加手段）１００３より、飛散防止バイアスが印加されている。飛散防止バイアスは、現像バイアスとの電位差による電界シールドを形成し、飛散トナーを回収ローラ５０上へ吸着させるためのバイアスである。本実施形態では、この飛散防止バイアスを適切に制御することで、飛散トナーを低減しつつ、現像剤或いはキャリアがスクレーパ５１をすり抜けて回収ローラ５０上に過剰に付着することを抑制している。
【００２９】
ここで回収ローラ５０の表面について説明すると、本実施形態では回収ローラ５０と現像スリーブ６との間でのリークを防止するために、回収ローラ５０の表面は絶縁層によって覆われている。
【００３０】
本実施形態のようなマイナス帯電するトナーを用いた現像装置１０４においては、前述したように現像スリーブ６には例えば−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが１８００Ｖ、の現像バイアスが印加されている。そして、プラスに帯電した飛散トナーを回収ローラ５０に吸着するために飛散防止バイアスには−５００Ｖよりもマイナスの電圧（例えば−１３００Ｖ程度）を印加する必要がある。従って、一般的に回収ローラ５０と現像スリーブ６との間には電位差が生じており、このバイアスのリークを防止するために、回収ローラ上には絶縁層が必須となる。
【００３１】
さらに、回収ローラ５０上に付着したトナーをスクレーパ５１で掻き取り易くするために、回収ローラ表面の絶縁層はトナーとの離型性の良い材質、即ち回収ローラ５０表面がマイナスに摩擦帯電するような材質が望ましい。本実施形態においては、絶縁性及びトナーとの離型性を考慮して、フッ素系の樹脂をチューブ状に成形したＰＦＡチューブで２００μｍの肉厚のものを使用している。
【００３２】
尚、本実施形態で述べた回収ローラ５０、回収ローラ表面の絶縁層、スクレーパ５１等の材質や形状は、それぞれについて説明した機能を備えていれば、これに限るものでは無い。
【００３３】
＜飛散防止バイアス、湿度環境、回収ローラ５０の表面電位と、トナー飛散、すり抜けの関係＞
温度２３℃／相対湿度５０％の環境下において、本実施形態の画像形成装置１０００を動作させ、回収ローラ５０に印加する電圧（飛散防止バイアス）を変化させながら、現像装置１０４からのトナー飛散、すり抜けの程度を評価した。図４（ａ）は飛散防止バイアスに対するトナー飛散、すり抜けの程度を評価した実験結果を示す図である。図４（ａ）のトナー飛散レベル、すり抜けレベルの評価は目視で行い、×（悪い）、△（普通）、○（良い）の３段階で評価した。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、回収ローラ５０に印加する電圧をマイナス方向に大きくすればする程、トナー飛散のレベルは良化した。これは、回収ローラ５０に印加する電圧をマイナス方向に大きくする程、現像装置１０４や現像スリーブ６の周辺を浮遊している飛散トナーに掛かる電界が強くなり、回収ローラ５０へより強く引き付けられるからである。具体的には、回収ローラ５０に印加する電圧が−１１００Ｖ以上において、トナー飛散は殆ど無くなる。
【００３５】
一方で、回収ローラ５０に印加する電圧をマイナス方向に大きくすればする程、トナーやキャリアがスクレーパ５１をすり抜けて回収ローラ５０の表面を連れ回る『すり抜け』が悪化した。これは、回収ローラ５０に印加する電圧をマイナス方向に大きくする程、プラスに帯電しているキャリアと回収ローラ５０との静電的付着力が増大し、終にはスクレーパ５１の当接圧より強くなり、キャリアやトナーが掻き取られなくなるからである。具体的には回収ローラ５０に印加する電圧が−１６００Ｖ以上になると、トナー或いはキャリアのすり抜けが発生してしまう。
【００３６】
ところが、回収ローラ５０に印加する飛散防止バイアスを−１３００Ｖとして現像装置１０４を制御したところ、低湿度環境において、すり抜けが発生する場合があり、高湿度環境において、トナー飛散レベルが悪化してしまう場合があった。
【００３７】
そこで、低湿度〜高湿度環境下において、飛散防止バイアス−１３００Ｖを印加した回収ローラ５０の表面電位を調べた。図４（ｂ）は低湿度〜高湿度環境下において、飛散防止バイアス−１３００Ｖを印加した回収ローラ５０の表面電位を示す図である。図４（ｂ）に示すように、同一の飛散防止バイアス（−１３００Ｖ）を回収ローラ５０に印加しているにも関わらず、現像装置１０４の置かれている環境によって回収ローラ５０の表面電位は異なる。すなわち、相対湿度が高いほど回収ローラ５０の表面電位の絶対値が小さくなる。これは、高湿度環境では、回収ローラ５０とスクレーパ５１との摩擦帯電によるマイナス帯電が弱くなるためである。
【００３８】
図５（ａ）は、前述した図４（ａ）の実験結果に対して、さらに回収ローラ５０上の表面電位を測定した結果を示す図である。即ち、図５（ａ）は、温度２３℃／相対湿度５０％の固定した環境下において、回収ローラ５０に印加する飛散防止バイアスを変化させながら、トナー飛散レベル、すり抜けレベル、回収ローラ５０の表面電位を測定した実験結果である。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、回収ローラ５０の表面電位が−２３００〜−２７００Ｖの間では、トナー飛散レベルと現像剤のすり抜けレベルが良好に維持できる。ここで、図５（ａ）の結果と、図４（ｂ）のグラフとを比較することで、低湿度環境（相対湿度が約２０％以下）では回収ローラ５０の表面電位が−２７００Ｖを超えると現像剤のすり抜けレベルが悪化する場合があることが分かる。また、高湿度環境（相対湿度が約６５％以上）では回収ローラの表面電位が−２３００Ｖより絶対値で小さくなり、トナー飛散レベルが悪化することが分かる。
【００４０】
＜飛散防止バイアスの制御＞
以上の実験結果から、本実施形態では、回収ローラ５０の表面電位が、どのような環境下においても、−２３００〜−２７００Ｖ（所定の値）の間になるように、飛散防止バイアスを制御すれば良い。
【００４１】
従ってまず、本実施形態では図４（ｂ）の実験結果のグラフから、各々の相対湿度の環境下において、回収ローラ５０への印加電圧と実際の回収ローラ表面電位との差分を求めた。ここでこの差分を回収ローラ５０の「摩擦帯電量」と呼ぶ。回収ローラ５０の摩擦帯電量は、図５（ｂ）の点線のグラフに示すように、現像装置１０４の置かれた環境の相対湿度が低いほど、絶対値が大きくなる。
【００４２】
そこで本実施形態では、回収ローラ５０の表面電位が常に−２５００Ｖになるように、即ち、摩擦帯電量と飛散防止バイアスの和が−２５００Ｖとなるようになるように、飛散防止バイアスを決定した。図５（ｂ）の実線のグラフに示すように、現像装置１０４の置かれた環境の相対湿度が低いほど、印加電圧の絶対値が小さくなる。
【００４３】
従って、本実施形態の画像形成装置１０００では、湿度センサ１００１（湿度検知手段、図２参照）によって現像容器２内の湿度を検知し、湿度検知結果と図５（ｂ）の実線のグラフに基づき、回収ローラ５０への飛散防止バイアスを決定する。
【００４４】
図２に示すように、本実施形態の画像形成装置１０００は、湿度センサ１００１において検知した湿度の検知結果を、ＣＰＵ、ＲＯＭ等からなる制御部１００２へ情報通信する。そして、制御部１００２は、湿度検知結果情報に基づいて、高圧電源１００３を制御し、回収ローラ５０への飛散防止バイアスを制御する。湿度センサ１００１は、回収ローラ５０周りの湿度を検知できる位置に配置すればよく、例えば、現像容器内や画像形成装置内に備えればよい。
【００４５】
図６は飛散防止バイアスの制御を説明するフローチャートである。図６に示すように、画像形成がスタートすると、まず、湿度センサ１００１によって画像形成装置１０００内の湿度を検知する（Ｓ１）。次に、制御部１００２が検知結果から回収ローラ５０に印加する電圧値を算出する（Ｓ２）。この算出は、実験結果等から事前に用意した、相対湿度と飛散防止バイアスの表（図５（ｂ）で示した実線のグラフを表にしたもの）を用いて行われる。
【００４６】
そして、Ｓ２で算出された電圧値を、現像バイアスの印加タイミングど同期させて回収ローラ５０に印加する（Ｓ３）。その後、通常の画像形成プロセスを実行させる（Ｓ４）。
【００４７】
以上のように、現像装置１０４の置かれた環境によって変化する回収ローラ５０の摩擦帯電量に着目し、現像容器２内の湿度に基づいて、回収ローラ５０に印加する飛散防止バイアスを制御する。これにより、回収ローラ５０に過剰にキャリアやトナーが付着することを抑制し、キャリアやトナーのボタ落ちを抑制しつつ、トナー飛散を良好に抑制できる。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ    …現像領域
Ｐ    …シート
１    …２成分現像剤
２    …現像容器
５    …穂切り部材
６    …現像スリーブ（現像剤担持体）
１０１ …感光体ドラム（像担持体）
１０４ …現像装置
１２１ …中間転写ベルト
５０  …回収ローラ（回収部材）
５１  …スクレーパ（スクレープ部材）
１０００ …画像形成装置
１００１ …湿度センサ（湿度検知手段）
１００２ …制御部
１００３ …高圧電源（電圧印加手段）
【図１】
0005971952.tif 000002
【図２】
0005971952.tif 000003
【図３】
0005971952.tif 000004
【図４】
0005971952.tif 000005
【図５】
0005971952.tif 000006
【図６】
0005971952.tif 000007