(57)【要約】【課題】経時でのキャリア表面への高帯電量成分の蓄積に伴う、地汚れやトナー飛散が問題とならない画像形成方法及び画像形成装置を提供することを課題とする。【解決手段】像担持体と、２成分現像剤を担持する現像剤担持体７を備えた現像装置２とを備える画像形成方法であって、現像剤担持体７への現像バイアス印加部材を有し、通常の通紙時は、現像バイアスは直流電界のみを印加し、ある特定時に、直流電界に交番電界を重畳させたバイアスを印加した状態でトナーを消費するモードを有する画像形成方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像を担持する像担持体と、
像担持体に均一に帯電を施す帯電手段と、
帯電した像担持体の表面に潜像を書き込む露光手段と、
像担持体表面に形成された潜像を可視像化する現像手段であって、２成分現像剤を担持する現像剤担持体を備えた現像手段と、
像担持体表面の可視像を紙に転写する転写手段と、
転写後に像担持体表面に残留した転写残トナーを像担持体から回収するクリーニングブレードを有するクリーニング手段と  を備える画像形成方法において、
前記画像形成方法は、
現像剤担持体への現像バイアス印加部材を有し、
通常の通紙時は、現像バイアスは直流電界のみを印加し、ある特定時に、直流電界に交番電界を重畳させたバイアスを印加した状態でトナーを消費するモードを有する
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成方法において、
前記画像形成方法は、
トナー消費モードを入れる時は、紙間である
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項３】
請求項１に記載の画像形成方法において、
前記画像形成方法は、
トナー消費モードを入れる時は、ジョブエンドである
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項４】
請求項１ないし３に記載の画像形成方法において、
前記画像形成方法は、
トナー消費モード時の画像パターンは全面ベタ画像である
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項５】
請求項１ないし３に記載の画像形成方法において、
前記画像形成方法は、
トナー消費モード時の画像パターンは全面ハーフトーン画像である
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項６】
潜像を担持する像担持体と、
像担持体に均一に帯電を施す帯電手段と、
帯電した像担持体の表面に潜像を書き込む露光手段と、
像担持体表面に形成された潜像を可視像化する現像手段であって、２成分現像剤を担持する現像剤担持体を備えた現像手段と、
像担持体表面の可視像を紙に転写する転写手段と、
転写後に像担持体表面に残留した転写残トナーを像担持体から回収するクリーニングブレードを有するクリーニング手段と  を備える画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
現像剤担持体への現像バイアス印加部材を有し、
通常の通紙時は、現像バイアスは直流電界のみを印加し、ある特定時に、直流電界に交番電界を重畳させたバイアスを印加した状態でトナーを消費するモードを有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
トナー消費モードを入れる時は、紙間である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項６に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
トナー消費モードを入れる時は、ジョブエンドである
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項６ないし８に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
トナー消費モード時の画像パターンは全面ベタ画像である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項６ないし９に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
トナー消費モード時の画像パターンは全面ハーフトーン画像である    
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、複写機、ファクシミリ、プリンター等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、さらに詳しくは、２成分現像剤を用いた現像手段を有する画像形成方法及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子写真複写装置等においては、磁性キャリアとトナーとからなる２成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式などが採用されている。この方式による現像装置は、通常、内部に複数の磁極を有する磁石体からなるマグネットローラを備え、回転可能に支持された円筒状の現像剤担持体である現像スリーブを有し、この現像スリーブ表面にトナーを付着させた磁性キャリアを保持し現像領域に搬送して現像を行うものである。
一般に，電子写真法、静電写真法等の画像形成方法においては、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するために、トナーとキャリアとを撹拌混合することによって得られる現像剤が使用される。この現像剤は、適当に帯電された混合物であることが要求される。一般に静電潜像を現像する方法としては、トナーとキャリアとを混合して得られる２成分系現像剤を使用する方法と、キャリアを含まない１成分系現像剤を使用する方法が公知である。前者の２成分系現像剤を用いた現像方式は、比較的安定した良好な画像が得られる反面、キャリア劣化やトナーとキャリアの混合比の変動が発生しやすいといった欠点がある。
【０００３】
また、２成分系現像剤を使用して静電潜像を繰り返し現像を行う際に、現像剤中のトナーが消費されてトナー濃度が変動するため、印刷時に安定した画像を得るために、必要に応じてトナーを補給してこの変動を抑制する必要がある。一般的にトナー補給量を制御する方法として、複写機は透過性検知センサー、流動性検知センサー、画像濃度検知センサー、嵩密度検知センサー等を具備しているが、画像濃度検知センサーを使用するのが最近の主流である。該センサーは潜像担持体上に一定の画像パターンを現像して、反射光から画像濃度を検知することによって、トナー補給量を制御する方式である。
【０００４】
近年、電子写真法を利用あるいは応用した画像形成装置において、デジタル潜像技術を使用したトナーリサイクル機構を具備する高速デジタル複写機・及びプリンターの商品開発が進むに伴い、デジタル方式で形成される潜像、とりわけドット画像を忠実に再現するため、より小粒径化したトナーが用いられるようになった。また、平均粒径が同じでも微紛含有率が多いほどドット再現性が良い。
しかし、小粒径化や、微紛含有率の上昇が進むつれ、これにより引き起こされる問題も重大で且つ難しいものになってきている。単純に、トナーを小粒径化するほど凝集度が悪化する、といった不具合の他に、地汚れ、トナー飛散、スリーブ汚れ等の問題も生じてきている。
【０００５】
小粒径トナーや、微紛が多い場合、トナー粒子１個あたりのＱ／Ｍ（帯電量／質量）が大きい高帯電トナーになり易い。現像に寄与できない高帯電量成分は、消費されず、キャリア表面に蓄積されるばかりでキャリア表面を覆ってしまう。これにより、新たに補給されたトナーの帯電が阻害され、経時での地汚れ、トナー飛散が悪化するなどの不具合が発生することとなる。
ここで、現像バイアスを直流電界のみとしていたところを、直流電界に交番電界を重畳したものとすることにより、現像能力が向上し、高帯電量成分まで現像に寄与することができるようになる。これにより、高帯電量成分がキャリア表面に蓄積されづらくなるため、経時での地汚れ、トナー飛散にも有効である。
しかし、特許文献１にも記載されているように、交番電界を印加することにより静電潜像に乱れが生じることで、ハーフトーンなどの粒状性や細線再現性が改善されない等の画像上の不具合も生じてくる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１-３２４８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで特許文献１に記載の発明では、直流電界のみを印加することにより、像担持体を長寿命化し、かつ高画質画像を得ている。しかしながら、直流電界のみの印加に伴う、経時での高帯電量成分のキャリア表面への蓄積に伴う、地汚れ、トナー飛散等の不具合は解消できない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、経時でのキャリア表面への高帯電量成分の蓄積に伴う、地汚れやトナー飛散が問題とならない画像形成方法、及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を、以下に挙げる。
１．本発明の画像形成方法は、潜像を担持する像担持体と、像担持体に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した像担持体の表面に潜像を書き込む露光手段と、  像担持体表面に形成された潜像を可視像化する現像手段であって、２成分現像剤を担持する現像剤担持体を備えた現像手段と、像担持体表面の可視像を紙に転写する転写手段と、転写後に像担持体表面に残留した転写残トナーを像担持体から回収するクリーニングブレードを有するクリーニング手段とを備える画像形成方法であって、現像剤担持体への現像バイアス印加部材を有し、通常の通紙時は、現像バイアスは直流電界のみを印加し、ある特定時に、直流電界に交番電界を重畳させたバイアスを印加した状態でトナーを消費するモードを有することを特徴とする。
２．また、本発明の画像形成方法は、１．に記載の発明において、トナー消費モードを入れる時は、紙間であることを特徴とする。
３．また、本発明の画像形成方法は、１．に記載の発明において、トナー消費モードを入れる時は、ジョブエンドであることを特徴とする。
４．また、本発明の画像形成方法は、１．ないし３．に記載の発明において、トナー消費モード時の画像パターンは全面ベタ画像であることを特徴とする。
５．また、本発明の画像形成方法は、１．ないし３．に記載の発明において、トナー消費モード時の画像パターンは全面ハーフトーン画像であることを特徴とする。
【００１０】
６．また、本発明の画像形成装置は、潜像を担持する像担持体と、像担持体に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した像担持体の表面に潜像を書き込む露光手段と、像担持体表面に形成された潜像を可視像化する現像手段であって、２成分現像剤を担持する現像剤担持体を備えた現像手段と、像担持体表面の可視像を紙に転写する転写手段と、転写後に像担持体表面に残留した転写残トナーを像担持体から回収するクリーニングブレードを有するクリーニング手段とを備える画像形成装置であって、現像剤担持体への現像バイアス印加部材を有し、通常の通紙時は、現像バイアスは直流電界のみを印加し、ある特定時に、直流電界に交番電界を重畳させたバイアスを印加した状態でトナーを消費するモードを有することを特徴とする。
７．また、本発明の画像形成装置は、６．に記載の発明において、トナー消費モードを入れる時は、紙間であることを特徴とする。
８．また、本発明の画像形成装置は、６．に記載の発明において、トナー消費モードを入れる時は、ジョブエンドであることを特徴とする。
９．また、本発明の画像形成装置は、６．ないし８．に記載の発明において、トナー消費モード時の画像パターンは全面ベタ画像であることを特徴とする。
１０．また、本発明の画像形成装置は、６．ないし８．に記載の発明において、トナー消費モード時の画像パターンは全面ハーフトーン画像であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
したがって、上記解決するための手段によって、本発明の画像形成方法及び画像形成装置は、現像剤中に蓄積された高帯電量トナーを除去し、経時での地汚れ、トナー飛散を防止することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の構成を図面にそって説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の、主要部概略図である。なお、本実施例はカラー画像が形成可能な画像形成装置に適用することとしたが、これを白黒画像用の複写機に適用することも可能である。
現像装置２は、プリンタや複写機に用いられる潜像担持体である円筒状の感光体ドラム１の側方に配置され、この感光体ドラム１に向けて開口部が形成された現像ケーシングの内部に、該開口部から一部が露出した、トナー及び磁性キャリアからなる現像剤を表面に担持する現像剤担持体としての非磁性材質からなる現像スリーブ７と、現像スリーブ７の内部に固定配置された、磁界発生手段としてのマグネットローラと、現像スリーブ７上に担持されて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクターブレード９と、トナーとキャリアを混合して成る粉末状の２成分系の現像剤と、現像剤を攪拌混合する攪拌スクリュー５、６と、現像剤の透磁率を検知する透磁率センサー（以下Ｔセンサとする）３よりなっている。
【００１３】
攪拌スクリュー５、６が回転することにより、現像ハウジング８内の現像剤が攪拌され、そのトナーとキャリアが互いに逆極性に摩擦帯電される。かかる現像剤が、矢印方向に回転駆動される現像ローラ７の周面に供給され、その供給された現像剤は現像ローラ７の周面に担持され、当該現像ローラ７の回転によって、その回転方向に搬送される。    
次いで、この搬送された現像剤は、ドクターブレード９によって量を規制され、規制後の現像剤が感光体１と現像ローラ７との間の現像領域に運ばれ、ここで現像剤中のトナーが、感光体１表面の静電潜像に静電的に移行し、その静電潜像がトナー像として可視像化される。    
本発明で用いられる現像スリーブ７の材質としては、通常の現像装置に用いられるものであれば特に限定されることはなく、ステンレス鋼、アルミニウム、セラミックス等の非磁性材料や、更にこれらにコーティング等したものなどが用いられる。
感光体１の周囲には、帯電手段、露光手段、転写手段、除電手段、クリーニング手段等、その他の公知のユニットが配置されたものである。
【００１４】
次に、上述の画像形成装置における画像作成動作を説明する。
図２は、本発明の一実施例を示す画像形成装置の構成概略図である。像担持体である感光体ドラム１の周辺には、感光体１に均一に帯電を施す帯電装置（不図示）と、帯電した感光体１の表面に、色分解された画像データに基づいて露光し、潜像を書き込む露光装置１３と、前記色分解された画像データに対応する着色トナーを有する現像装置２と、転写残トナーを除去するクリーニング装置１４を有した４つの画像形成部を一列に配置し、搬送ベルトにて、それぞれの画像形成部へ搬送された転写紙は、それぞれの転写位置にて転写手段なる転写ベルト４により、感光体１上のトナー像の転写を順次受け、定着装置１２にて永久的なフルカラー画像が形成される。
現像装置２内のトナー濃度は、画像データにより消費し、画像面積及び現像装置２内にあるＴセンサ３の検知値（Ｖｔ）に応じて、図示されないトナーカートリッジからトナーを補給することでほぼ一定に保たれる。
また、１０枚（コピースピードなどにより約５〜２００枚でも）に一回のプロセスコントロール（感光体１上または転写ベルト４上に形成された複数のハーフトーン及びベタパターンを反射濃度センサ（以下Ｐセンサ）により付着量換算し，狙いの付着量になるように設定するモード）により帯電電位、光量、透磁率センサーの狙い値を設定している。
【００１５】
なお、図１で示す攪拌スクリュー５、６が回転することにより、現像ケーシング内の現像剤が攪拌され、そのトナーとキャリアが、互いに逆極性に摩擦帯電する。かかる現像剤が、矢印方向に回転駆動される現像ローラ７の周面に供給され、その供給された現像剤は現像ローラ７の周面に担持され、当該現像ローラ７の回転によって、その回転方向に搬送される。次いで、この搬送された現像剤は、ドクターブレード９によって量を規制され、規制後の現像剤が感光体１と現像ローラ７との間の現像領域に運ばれる。
ここで、現像剤中のトナーが、感光体１表面の静電潜像と、現像スリーブに印加される現像バイアスとで作られる現像電界によって感光体に静電的に移行し、その静電潜像がトナー像として可視像化される。現像バイアスは、ＤＣ成分に交番電界（以後、「ＡＣ」）を重畳した電界が、図示しないパワーパックから出力される。パワーパックはＣＰＵからの信号でＤＣにＡＣを重畳するタイミングを制御する。
【００１６】
本発明の画像形成装置は、図１に示す二成分現像装置において、通常の通紙時は、現像バイアスは直流電界のみを印加し、ある特定時に、直流電界に交番電界を重畳させたバイアスを印加した状態でトナーを消費するモードを有することで、画像上の不具合もなく経時での地汚れ、トナー飛散に対しても改善効果を得ることができるものである。
ハーフトーンなどの粒状性や細線再現性が改善されない等の画像上の不具合は、交番電界を印加することにより、静電潜像に乱れが生じることで起こるものである。本発明では、この現象を避けるために、通常の通紙時においては直流電界のみを印加することとする。しかしながら、直流電界のみでは経時でのキャリア表面への高帯電量成分が蓄積され、新しく補給されたトナーの帯電を阻害してしまうため、経時での地汚れ、トナー飛散が悪化してしまう。
そこで本発明では、高帯電量成分の除去を目的として、通常の通紙時以外の時にトナー消費モードを入れ、その作像時に、直流電界に交番電界を重畳することで、経時で現像剤中（キャリア表面）に蓄積された高帯電量トナーを除去し、これにより補給された新しいトナーを良好に帯電させ、経時での地汚れ、トナー飛散を防止できるようにしたものである。
なお、前記トナー消費モードを紙間に入れることにより、ジョブ（通紙）エンドやジョブスタート時に余分な時間をかけることなく消費モードを入れることができ、使用者が待たされる時間を低減することができる。
【００１７】
ところで、紙間で画像濃度制御用のパターンを作成し、そのパターンをＰセンサ（フォトセンサ）により読み取り、ドラム上トナー付着量を計算して作像条件を変化させることで、画像濃度制御を行う制御動作があるが、これに、上述の、高帯電量トナーを除去するための消費モードを適用することも可能である。この場合、紙間ではなくジョブエンドにトナー消費モードを入れることにより、紙間で画像濃度制御パターンを作像することができる。また、電位センサによる電位制御も紙間に行うことができる。
【００１８】
なお、消費モード時の画像パターンは、全面ベタ画像とすることにより、消費モードにかかる時間を低減させることができる。
一方、昨今の高画質化の要求に伴い、トナーの小粒径化が進んでいるが、この事は、像担持体、転写ベルト等のクリーニングには不利な方向である。そこで、消費モード時の画像パターンを全面ベタ画像ではなく、全面ハーフトーン画像とすることにより、像担持体、転写ベルト、転写ドラム、転写ローラ等のクリーニングへの負荷を低減させることができる。  
【実施例】
【００１９】
以下、実施例及び比較例によって、本発明を詳述する。なお、本発明の画像形成装置は、下記の構成に限定されるものではない。
＜実施例＞感光体ドラムを有し、固定マグネットローラを内包する現像スリーブにより二成分の現像剤を搬送および現像する画像形成装置を用いて実験を行った。
実験条件は、以下のとおりである。
１．感光体線速：２２２（ｍｍ／ｓｅｃ）
２．感光体径：３０（ｍｍ）
３．現像スリーブ／感光体線速比：２.０
４．Ｇｐ（現像ギャップ）：０.４（ｍｍ）
５．Ｇｄ（現像ローラ−ドクターＧａｐ）：０.５（ｍｍ）
６．現像剤汲み上げ量（初期）：６０（ｍｇ／ｃｍ２）
７．ローラ径：φ１８（ｍｍ）
８．主極角度：６°
９．主極磁束密度：１００（ｍＴ）  
１０．帯電電位Ｖｄ：−７００ （Ｖ）
１１．露光後電位ＶＬ：−１００ （Ｖ）
なお、現像スリーブ表面はＶ溝加工されたものである。また、現像剤量規制体は剛性かつ磁性を有する材料であり、またステンレス等の金属材料からなるものに限らず、フェライト、マグネタイト等の磁性粒子を配合した樹脂材料で構成することも可能である。さらに、現像剤量規制体自体を磁性材料で構成することなく、磁性材料で構成された金属板等の別部材を現像剤量規制体に直接もしくは間接的に固定する構成とすることによっても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
本実施例に使用するトナー及びキャリアとしては、下記のものを用いる。
使用される結着樹脂としては従来公知の樹脂が全て使用可能である。例えば、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。また単独使用も可能であるが、二種類以上併用しても良い。
また、これら樹脂の製造方法も特に限定されるものではなく、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合いずれも使用できる。
外添剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。本実施例におけるトナーの外添剤は、シリカ１.５重量％、酸化チタン０.５重量％である。
またオイルレス定着のため離型剤としては、酸化ライスワックス、低分子量ポリプロピレンワックス、カルナウバワックス等が使用できる。
【００２１】
また、本発明のトナーは、必要に応じて帯電制御剤を含有してもよい。トナーの粒径・粒径分布としては、体積平均粒径が５〜１０μｍ、５μｍ以下が６０〜８０個数％である。
キャリアとしては、本実施例においては、重量平均粒径３５μｍのフェライト粒子にメチルメタクリレート樹脂（ＭＭＡ）をコート（膜厚０．５μｍ）したものを用い現像剤を得た。キャリアの芯剤としてはマグネタイトのコーティングキャリアでも使用できる。
本実施例の装置でこの現像剤を使用し、現像剤のトナーキャリア混合比（ＴＣ）と帯電量（Ｑ／Ｍ）を、ブローオフ法によって測定した。Ｑ／Ｍは３０〜４０μＣ／ｇ、ＴＣは５〜８重量％である。
【００２２】
なお、画像領域ではＤＣのみ印加し、非画像領域ではＡＣ電界を重畳した現像バイアスを印加することとする。
また、ＡＣ電界は正弦波、矩形波どちらでも良いが、矩形波のほうがより好ましい。
また、トナー消費モードとしては、ジョブエンドに行い、画像パターンは全面ベタ画像を使用した。なお、時間は全面ベタ画像で、Ａ３用紙３枚分とした（約６秒程度）。また、モード実行は２００枚間隔で行った。
なお、比較例として、全ての作像時の現像バイアスは、直流成分−５００ＶのみでＡＣ印加を行わず、トナー消費モードは無しとし、他の条件は実施例と同様にして、画成動作を行った。
【００２３】
【表１】
2006030222.tif 000003
【００２４】
実施例と比較例でランニングした結果を、図３及び図４に示す。
なお、この評価の方法は、トナー飛散に関しては現像スリーブ下流部へのトナー飛散具合により評価を行い、地汚れに関しては、地肌ポテンシャルを振っていき、紙上に地汚れが発生しなくなる地肌ポテンシャルの値を、地汚れ未発生地肌ポテンシャルとしてプロットして評価を行った。
図３に、実施例及び比較例の、経時におけるトナー飛散推移の様子を示す。比較例では、６０Ｋ枚辺りからランク２となり、ＮＧレベルとなるが、実施例では１２０Ｋ枚までランク３を保っており、問題無いレベルであった。
さらに図４に、実施例及び比較例の、経時における地汚れ推移の様子を示す。比較例の、ＤＣのみのバイアスを印加し、トナー消費モードなしでランニングを行った場合においては、ランニング枚数４０Ｋ枚からすでに地肌ポテンシャル１５０Ｖで地肌汚れが発生し、１２０Ｋ枚まで地汚れを発生させないためには３００Ｖ以上の地肌ポテンシャルが必要となる。これに対し、実施例では、１２０Ｋ枚まで地肌ポテンシャル１２０Ｖで地汚れを防ぐことができる。
以上のように、トナー消費モードを有し、さらにそのモード時の現像バイアスを直流電界に交番電界を重畳することで、経時で蓄積されていく高帯電量成分を除去することができ、経時での、地汚れ、トナー飛散を低減できることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る画像形成装置の、主要部概略図である。
【図２】本発明の一実施例を示す画像形成装置の構成概略図である。
【図３】実施例及び比較例の、経時におけるトナー飛散推移の様子を示す。
【図４】実施例及び比較例の、経時における地汚れ推移の様子を示す。
【符号の説明】
【００２６】
１  像担持体（感光体）
２  現像装置
３  Ｔセンサ
４  転写ベルト
５、６  搬送スクリュー
７  現像剤担持体（現像スリーブ）
８  現像ハウジング
９  ドクターブレード
１０  クリーニングブレード
１１  リサイクル搬路
１２  定着装置
１３  露光装置
１４  クリーニング装置
【図１】
2006030222.tif 000004
【図２】
2006030222.tif 000005
【図３】
2006030222.tif 000006
【図４】
2006030222.tif 000007