(57)【要約】  【課題】  現像ローラ上の残存トナーを確実に回収して履歴現象を防止し、且つ連続印刷時における画像形成効率の低下も防止可能な画像形成装置を提供する。  【解決手段】  制御部３２は、連続画像形成時の紙間（矢印Ｃ）に実行されるトナー回収工程（矢印Ｔ１）において、現像ローラ２２を画像形成時（矢印Ｂ）及び再形成工程（矢印Ｔ２）の線速Ｓ1よりも速い線速Ｓ2で回転させる。これにより、各ローラが１回転する時間の差分が短くなり、現像ローラ２２上のトナーを効率良く回収可能となる。また、トナー回収工程が短縮されるため、現像ローラ２２のリフレッシュ効果を低下させずに画像形成効率を向上させる。【選択図】      図４
2006337587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に対向配置される現像ローラと、磁気ブラシを用いて前記現像ローラにトナー薄層を形成する磁気ローラと、を有する現像ユニットと、
前記現像ユニットの駆動を制御する制御手段と、を備えた画像形成装置において、
連続画像形成時の各画像形成が終了した後、前記磁気ローラ及び前記現像ローラに印加される電位差を画像形成時と異ならせて前記現像ローラ上から前記磁気ローラにトナーを回収するトナー回収工程と、前記現像ローラ上に新たなトナー薄層を再形成する再形成工程とを実行可能であり、
前記制御手段は、前記トナー回収工程における前記現像ローラに対する前記磁気ローラの線速比を画像形成時及び前記再形成工程よりも小さくすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記トナー回収工程における前記現像ローラの線速を画像形成時及び前記再形成工程よりも速く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】
前記制御手段は、前記トナー回収工程における前記磁気ローラの線速を画像形成時及び前記再形成工程よりも遅くすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像ローラの直径をφｓ、前記トナー回収工程における線速をＳ、前記磁気ローラの直径をφｍ、前記トナー回収工程における線速をＭとするとき、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
０．３＜（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）＜１．０  ・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置内部のトナーを攪拌搬送して現像ローラに供給する現像ユニットを備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとから成る２成分現像剤を使用し、現像ローラに帯電したトナーのみを保持させて像担持体上の静電潜像を非接触で現像するハイブリッド式現像ユニットの駆動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ロール上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像担持体（感光体）上の静電潜像に飛翔させて潜像を現像する非接触現像方式は、非接触の１成分現像の手段として検討されてきたが、近年、高速画像形成が可能な現像方式として、特に静電潜像担持体（感光体）上に複数のカラー画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用としても検討されてきた。この方式では、静電潜像担持体（感光体）上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技術として注目されている。
【０００３】
また、近年高速化のため、複数色のそれぞれに対応した複数の感光体を用い、記録部材の送りに同期させてカラー画像を形成し、記録部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきている。この方式では、高速性に優れている利点があるものの、各色の電子写真プロセス部材を並べて配置しなければならないために大型化する欠点を有していた。この対策として、感光体同士の間隔を狭くし、小型化した画像形成ユニットを配置した小型タンデム型画像形成装置が提案されている。
【０００４】
このように構成された小型のタンデム型画像形成装置においては、画像形成ユニットの幅方向のサイズを極小にするため、現像ユニットを縦型とすることが有利である。すなわち、感光体の上部方向に現像ユニットを配置することがレイアウト上望ましい。しかしながら従来の２成分現像方式では、このように現像ユニットを縦型に配置した場合、現像剤の還流、すなわち現像剤撹拌部から感光体に近接した現像ローラへの供給が複雑になり、装置の小型化に限界が生じると共に感光体へのキャリアの付着、トナーの帯電量低下によるトナーの飛散が避けられないという問題があった。
【０００５】
他の方法として、キャリアを用いない１成分現像方式も提案されているが、現像ローラを感光体に接触する方式では感光体のトルク変動をきたし、タンデム型の弱点である色ずれを助長させてしまう欠点があった。また、感光体に非接触な方式では、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制していたため、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下したり、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になったりして画像欠陥をきたすことがあった。
【０００６】
これらの問題を解決する手段の一つとして、タンデム型画像形成装置においても、前述したような２成分現像剤を用いてトナーを帯電させ、その後感光体に対して非接触でトナーを飛翔させる方式が提案されてきた。このような従来技術としては、図１０に示すように、磁気ローラを用いて現像剤を静電潜像担持体（感光体）に対して非接触に設置した現像ローラ上に進ませ、この現像ローラ上にトナーを転移させて非磁性トナーで薄層を形成し、交流電界によって静電潜像担持体（感光体）上の潜像にトナーを飛翔させるハイブリッド現像が提案されている。
【０００７】
図１０において、２０は内部に配設された磁石（図示せず）を用いて現像剤に含まれるキャリアＣによる磁気ブラシ２１を発生させる磁気ローラ、２２は磁気ブラシ２１から供給されたトナーＴによるトナー薄層２３を担持して感光体ドラム１ａ上の静電潜像を現像する現像ローラである。
【０００８】
２４は、現像ローラ２２に直流バイアス（Ｖｄｃ１）を印加する第１直流バイアス電源２４ａ及び交流バイアス（Ｖａｃ）を印加する交流バイアス電源２４ｂから成る現像バイアス電源である。２５は磁気ローラ２０に直流バイアス（Ｖｄｃ２）を印加する第２直流バイアス電源、２６は磁気ロール２０上の磁気ブラシ２１の厚さを規制する規制ブレードである。
【０００９】
感光体ドラム１ａは、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、図示しない帯電器により表面を帯電させるようになっている。そして、図示しない露光ユニットからのレーザビームを受けた表面に帯電を減衰させた静電潜像を形成する。感光層を形成する感光材料としては、アモルファスシリコン感光体や正帯電有機感光体（正ＯＰＣ感光体）が用いられる。正ＯＰＣを用いた場合、オゾン等の発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正ＯＰＣは長期間使用して膜厚が変化した場合においても感光特性に変化が少なく、画質も安定するため長寿命のシステムには好適に用いられる。
【００１０】
現像ローラ２２は、感光体ドラム１ａに対し所定の間隔を隔てて対向配置されており、現像ローラ２２の材質としては、ＳＵＳ、アルミニウムやそれらに導電性樹脂被膜を形成した均一な導電体が用いられる。現像ローラ２２には第１直流バイアス電源２４ａ、及び交流バイアス電源２４ｂが接続されており、これらの重畳されたバイアスを直接印加することで、感光体ドラム１ａ表面の静電潜像に対する現像性能と共に、後述する磁気ローラ２０へのトナー回収性能も高まり、連続印刷時の画像安定性が改善される。
【００１１】
キャリアＣとしては、マグネタイトキャリア、Ｍｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライト等が用いられ、これらのキャリアをそのまま、或いは適正な抵抗を上げない範囲で表面処理して用いることができる。また、キャリアの平均粒度が５０μｍを超えるとキャリアのストレスが増大するとともにトナー濃度を上げられず、現像ローラ２２へのトナー供給量が減少するため、平均粒度が５０μｍ以下のキャリアを用いることが好ましい。
【００１２】
トナーＴは、選択現像性を回避するために粒度分布を規定することが重要である。一般的にトナーの粒度分布はコールターカウンタで測定され、粒度分布の広がりはその体積分布平均径と個数分布平均径の比で表現される。粒度分布が広いと連続印刷において現像ローラ２２に比較的粒度の小さいトナーが堆積し、現像性を低下させるため、選択現像を防止するためにはこの比率を小さくすることが必要となる。
【００１３】
このように構成された現像ユニットにおいては、磁気ローラ２０に図示しないトナーコンテナからトナーＴが供給され、第１攪拌スクリュー及び第２攪拌スクリュー（いずれも図示せず）によってキャリアＣと共に撹拌されることでトナーが適正なレベルに正帯電される。そしてこの現像剤によって磁気ローラ２０上に磁気ブラシ２１が形成され、規制ブレード２６で層規制されながら一定の層厚で現像ローラ２２に接触し、磁気ローラ２０と現像ローラ２２間の電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜（以下、ΔＶｄｃという）によって、磁気ブラシ２１から現像ローラ２２上にトナーＴが移動しトナー薄層２３が形成される。
【００１４】
トナー薄層２３のトナーＴは、感光体ドラム１ａとの間に交流バイアス電源２４ｂから印加された交流バイアスＶａｃにより、感光体ドラム１ａ上に形成された静電潜像に飛翔し、現像が行われる。現像ローラ２２上のトナー薄層２３の厚みは、現像剤の抵抗や現像ローラ２２と磁気ローラ２０の線速差などによっても変化するが、上記の電位差ΔＶｄｃによっても制御することが可能であり、ΔＶｄｃを大きくすると現像ローラ２０上のトナー層が厚くなり、ΔＶｄｃを小さくすると薄くなる。ΔＶｄｃの範囲は一般的に１００Ｖから２５０Ｖ程度が適切である。
【００１５】
この技術によれば、２成分現像剤を採用して現像ローラ上へのトナー薄層形成は可能なものの、トナーの帯電が高くなった場合に現像ローラ上のトナーの分離が困難になり、強い交流電界が必要とされる。この電界が静電潜像担持体（感光体）上のトナー層を乱してしまうので、色重ねなどには問題を有していた。
【００１６】
また、上記した従来の技術は、トナーの帯電制御が複雑で、感光体に高い表面電位と大きな現像電界を印加することを必要としていた。そのため、現像ローラ上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、現像ローラ上におけるトナーの付着状態とトナーの電位差にばらつきが生じる関係から、前の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる現象、いわゆる履歴現象が発生しやすいという不具合がある。
【００１７】
そこで、現像ローラ上の残トナーを確実に回収して履歴現象を防止する方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、紙間や画像形成前等の非画像形成時に、現像ローラ及び磁気ローラを回転させたまま等電位状態とし、且つ現像ローラに交流バイアスのみを印加することにより、現像ローラ上の残存トナーを引き剥がして磁気ローラに回収する工程（以下、トナー回収工程という）と、現像ローラ上に新たなトナー薄層を再形成する工程（以下、再形成工程という）を実行することにより、現像ローラ上のトナー薄層をリフレッシュ可能とした画像形成装置の現像方法が開示されている。
【００１８】
また、特許文献２には、現像ローラと磁気ローラが所定の過不足の範囲で１回転するように各ローラの周速を設定することにより、ローラ径が異なる場合でもトナー回収工程において現像ローラ上の残トナーを確実に回収可能としたハイブリッド式の現像方法が開示されている。
【００１９】
しかしながら、特許文献１の方法により現像ローラ上のトナー薄層を十分にリフレッシュするためには、紙間において現像ローラ１周分のトナーを引き剥がし、さらに現像ローラ２周分（１周＋磁気ローラから感光体ドラムまでの現像ローラの外周長）のトナー層を新たに形成させる必要があるので、紙間をトナー引き剥がし及びトナー層形成に要する時間以上に設定しておく必要がある。
【００２０】
例えば、感光体ドラムの線速を１００ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラと感光体ドラムとの線速比（Ｓ／Ｄ比）を１．５、現像ローラ径を１６ｍｍ、磁気ローラから感光体ドラムまでの現像ローラの外周長を０．３周とすると、紙間に要する時間は１６×π×（１＋１．３）／（１００×１．５）≒８００ｍｓｅｃ程度となる。そのため、連続印刷時における画像形成効率の向上には限界があった。
【００２１】
また、特許文献２の方法では、各ローラのローラ径比に係わらず残トナーを確実に剥ぎ取ることができ、トナー薄層の再形成時における層むらの発生を防止可能となるものの、特許文献１の場合と同様に紙間に要する時間は変化しないため、連続印刷時の画像形成効率を向上させることはできなかった。なお、感光体ドラム及び現像ローラの線速を速くすることにより、紙間を短縮して画像形成効率を高めることも考えられるが、その分磁気ローラの線速も速くする必要があるため、現像ユニット内のトナーに加わる機械的ストレスが増大してトナーの劣化が速くなってしまう。
【特許文献１】特開２００３−２１９６１号公報
【特許文献２】特開２００５−５５８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上記問題点に鑑み、現像ローラ上の残存トナーを確実に回収して履歴現象を防止し、且つ連続印刷時における画像形成効率の低下も防止可能な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】
【００２３】
上記目的を達成するために本発明は、像担持体に対向配置される現像ローラと、磁気ブラシを用いて前記現像ローラにトナー薄層を形成する磁気ローラとを有する現像ユニットと、前記現像ユニットの駆動を制御する制御手段と、を備えた画像形成装置において、連続画像形成時の各画像形成が終了した後、前記磁気ローラ及び前記現像ローラに印加される電位差を画像形成時と異ならせて前記現像ローラ上から前記磁気ローラにトナーを回収するトナー回収工程と、前記現像ローラ上に新たなトナー薄層を再形成する再形成工程とを実行可能であり、前記制御手段は、前記トナー回収工程における前記現像ローラに対する前記磁気ローラの線速比を画像形成時及び前記再形成工程よりも小さくすることを特徴としている。
【００２４】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記トナー回収工程における前記現像ローラの線速を画像形成時及び前記再形成工程よりも速くすることを特徴としている。
【００２５】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記トナー回収工程における前記磁気ローラの線速を画像形成時及び前記再形成工程よりも遅くすることを特徴としている。
【００２６】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記現像ローラの直径をφｓ、前記トナー回収工程における線速をＳ、前記磁気ローラの直径をφｍ、前記トナー回収工程における線速をＭとするとき、以下の条件式（１）を満たすことを特徴としている。
０．３＜（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）＜１．０  ・・・（１）
【発明の効果】
【００２７】
本発明の第１の構成によれば、現像ローラ及び磁気ローラが１回転する時間差が小さくなり、磁気ローラ１周目で剥ぎ取ったトナーの上にトナーが重ねて回収される部分が少なくなってトナーの回収力が向上する。さらに現像ローラ１回転に要する時間を磁気ローラ１回転に要する時間よりも短くすれば、磁気ローラの回転量１周以内で現像ローラ上のトナーを回収可能となる。従って、現像ローラ上へのトナーの残存を抑制して再形成工程におけるトナー薄層の層厚むらを低減することができる。
【００２８】
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、トナー回収工程における現像ローラの線速を画像形成時及び再形成工程よりも速くすることにより、トナーの回収力が向上して再形成工程におけるトナー薄層の層厚むらを低減するとともに、トナー回収工程に要する時間が短縮されるため、現像ローラのリフレッシュ効果を低下させずに画像形成効率を向上させることができる。
【００２９】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の画像形成装置において、トナー回収工程における磁気ローラの線速を画像形成時及び再形成工程よりも遅くすることにより、トナーの回収力が向上して再形成工程におけるトナー薄層の層厚むらを低減するとともに、磁気ローラの線速が遅くなるため、トナーに掛かる機械的ストレスが低減され、トナーの長寿命化にも寄与する。
【００３０】
また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の画像形成装置において、トナー回収工程における磁気ローラに対する現像ローラの線速比が条件式（１）を満たすように磁気ローラ及び現像ローラの線速を設定することにより、画像の高画質化と画像形成効率の向上とが両立可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラー画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。
【００３２】
この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転し、各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、転写ローラ９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。
【００３３】
トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ１２ｂを介して転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。
【００３４】
次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像ユニット３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。
【００３５】
ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像ユニット３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像ユニット３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
【００３６】
そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、中間転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。
【００３７】
中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた転写ローラ９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。
【００３８】
定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。
【００３９】
一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト５上に形成された次の画像が転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。
【００４０】
図２は、本発明の画像形成装置に用いられる現像ユニットの構成を示す側面断面図である。従来例の図１０と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。なお、ここでは画像形成部Ｐａに配置される現像ユニット３ａについて説明するが、現像ユニット３ｂ〜３ｄの構成についても全く同様である。
【００４１】
図２において、２７ａ、２７ｂは図示しないトナーコンテナから供給されるトナーをキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１、第２攪拌スクリューである。この帯電された現像剤によって磁気ローラ２０上に磁気ブラシ２１（図１０参照）が形成され、規制ブレード２６で層規制されながら一定の層厚で現像ローラ２２に接触し、磁気ローラ２０と現像ローラ２２間の電位差ΔＶｄｃにより現像ローラ２２上にトナー薄層２３が形成される。
【００４２】
トナー薄層２３のトナー量は、基本的には現像ローラ２２及び磁気ローラ２０に印加される直流バイアスの電位差ΔＶｄｃによって決定される。例えばＶｄｃ１＝１００Ｖ、Ｖｄｃ２＝４００Ｖに設定した場合、ΔＶｄｃ＝３００Ｖとなり、現像ローラ２２の２周目において約１．０ｍｇ／ｃｍ2のトナー薄層２３が得られる。トナー薄層２３が０．５ｍｇ／ｃｍ2以下であると、高濃度画像が連続した場合の濃度追随性が低下し、画像むらが発生し易くなる。一方、トナー薄層２３が１．５ｍｇ／ｃｍ2以上であると、現像ゴーストやトナー飛散が目立つ傾向がある。
【００４３】
また、トナー帯電量が１０μＣ／ｇ以下、特に５μＣ／ｇ以下と低い場合、トナー薄層２３の厚みが増大し、飛散が多くなる。一方、トナー帯電量が２０μＣ／ｇ以上になるとトナー薄層２３の厚みが薄くなり、トナー帯電が上昇して現像性が低下する。さらに、最適なトナー薄層２３の調整には印刷される画像濃度（印字率）も寄与するため、Ｖｄｃ２の値を画像データに応じて可変させることとすれば、印字率に関係なく均一な画像を得ることができる。
【００４４】
図３は、本発明の画像形成装置の構成を示すブロック図である。図１及び図２と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。画像形成装置１００は、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、定着部７、画像入力部３０、ＡＤ変換部３１、制御部３２、記憶部３３、操作パネル３４等を含む構成である。
【００４５】
画像入力部３０は、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部であり、画像形成装置１００がプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部３０より入力された画像信号は制御部３２に送出され、階調処理等の画像処理を適宜行い、ＡＤ変換部３１においてデジタル信号に変換された後、後述する記憶部３３内の画像メモリ４０に送出される。
【００４６】
画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、帯電器２ａ〜２ｄ、現像ユニット３ａ〜３ｄ、露光ユニット４、中間転写ローラ６ａ〜６ｄ等から構成され、ＡＤ変換部３１において変換され画像メモリ６０に記憶された画像データをもとに感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に静電潜像を形成する。記憶部３３は、画像メモリ４０、ＲＡＭ４１、及びＲＯＭ４２を備えており、画像メモリ４０は、画像入力部３０で読み取られ、ＡＤ変換部３１においてデジタル変換された画像信号を記憶し、制御部３２に送出する。ＲＡＭ４１及びＲＯＭ４２は、制御部３２の処理プログラムや処理内容等を記憶する。また、トナー回収工程における磁気ローラ２０或いは現像ローラ２２の線速も記憶される。
【００４７】
操作パネル３４は、複数の操作キーから成る操作部と、設定条件や装置の状態等を表示する表示部（いずれも図示せず）とから構成されており、ユーザが印刷条件等の設定を行う他、例えば画像形成装置１００がファクシミリ機能を有する場合は、記憶部３３にファクシミリ送信先を登録し、さらに登録された送信先の読み出しや書き換えを行う等の種々の設定にも使用される。メインモータ３５は、制御部３２からの制御信号に応じて画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの感光体ドラム１ａ〜１ｄ、現像ユニット３ａ〜３ｄ、中間転写ローラ６ａ〜６ｄ、定着部７等を含む装置各部を駆動する。
【００４８】
メインモータ３５はクラッチ３６、３７を介して現像ユニット３ａ〜３ｄ内の磁気ローラ２０及び現像ローラ２２と接続されており、制御部３２からの制御信号に応じてクラッチ３６、３７を断続させ、或いはクラッチ３６、３７の減速機構を作動させることにより、磁気ローラ２０及び現像ローラ２２の駆動を感光体ドラム１ａ〜１ｄ、中間転写ローラ６ａ〜６ｄ等から独立して制御可能となっている。クラッチ３６、３７としては、電流のＯＮ／ＯＦＦにより駆動力を伝達、遮断する電磁クラッチが用いられる。
【００４９】
制御部３２は、設定されたプログラムに従って画像入力部３０、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、定着部７等を全般的に制御するとともに、画像入力部３０から入力された画像信号を、必要に応じて変倍処理或いは階調処理して画像データに変換する。露光ユニット４は、処理後の画像データに基づいてレーザ光を照射し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に潜像を形成する。
【００５０】
図４は、本発明の画像形成装置における連続画像形成時の現像ユニットの動作制御例を示すタイミングチャートである。図１〜図３を参照しながら、図４を用いてユーザにより連続画像形成が指示された場合の画像形成プロセスについて説明する。なお、ここでは磁気ローラ２０及び現像ローラ２２のローラ径は略同一であるものとする。
【００５１】
先ず、感光体ドラム１ａ〜１ｄや中間転写ローラ６ａ〜６ｄ等を駆動するメインモータ３５及び除電装置がＯＮとなり、次いで帯電器２ａ〜２ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面の帯電が開始され、同時に現像ユニット３ａ〜３ｄのウオームアップも開始される。この初期帯電及びウオームアップは所定時間継続して行われ（図４の矢印Ａ）、感光体ドラム１ａ〜１ｄ表面が一様に帯電された後、露光ユニット４による静電潜像の形成、及び現像ユニット３ａ〜３ｄによるトナー像の形成が順次行われる。
【００５２】
その後、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成された画像が中間転写ベルト８上に一次転写され、さらに転写紙Ｐ上に二次転写される（図４の矢印Ｂ）。そして、次の転写紙Ｐが搬送されるまで所定の間隔（紙間）が確保される（図４の矢印Ｃ）。なお、画像形成から一次転写まで、及び一次転写から二次転写までのタイムラグにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上における画像形成タイミングと転写紙Ｐの搬送タイミングとは異なるが、各画像間の間隔と転写紙Ｐの搬送される間隔は等しく、いずれも矢印Ｃで表される時間となる。感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の残存トナー及び残存電荷をクリーニング部５ａ〜５ｄ及び除電装置で除去するとともに、新たなトナー像の形成が行われる。即ち、矢印ＢとＣとを合わせた時間が記録１枚当たりの出力間隔（図４の矢印Ｄ）となり、以後、予め設定された枚数の画像形成が終了するまで上記プロセスが繰り返される。
【００５３】
図４の制御例においては、前の画像の後端が転写されてから次の画像が形成されるまでの紙間Ｃにおいて、トナー回収工程（図４の矢印Ｔ１）と再形成工程（図４の矢印Ｔ２）とを実行可能とし、トナー回収工程Ｔ１における現像ローラ２２の線速（周速）Ｓを画像形成時Ｂ及び再形成工程Ｔ２における線速Ｓ1よりも速いＳ2にすることを特徴としている。
【００５４】
画像形成時及び再形成工程においては、磁気ローラ２０の線速Ｍは線速Ｓの１．５倍程度に設定されており、１回転に要する時間は磁気ローラ２０よりも現像ローラ２２の方が長くなっている。トナー回収工程で剥ぎ取られたトナーは電位差ΔＶｄｃ及び磁気ブラシの現像ローラ２２への接触により、磁気ブラシの根元（磁気ブラシの磁気ローラ２０表面近傍）に溜まるが、このままの線速でトナー回収工程を実行すると、各ローラが１回転する時間の差分だけ磁気ローラ２０は２回転目で現像ローラ２２上のトナーを剥ぎ取ることとなり、１周目で剥ぎ取ったトナーの上にさらにトナーが重ねられる。
【００５５】
従って、磁気ローラ２０の２周目においては既に回収したトナーが磁気ブラシの根元に存在するため、トナー回収力は１周目に比べて弱くなり、現像ローラ２２上にトナーが残存してしまい再形成工程におけるトナー薄層の層厚にむらが発生して均質な画像が得られないという問題が発生する。
【００５６】
図４のように線速Ｓを画像形成時よりも速くすることにより、各ローラが１回転する時間差が小さくなり、さらにＭ＜Ｓとすれば、磁気ローラ２０の回転量１周以内で現像ローラ２２上のトナーを回収可能となる。また、現像ローラ２２が１回転する時間、即ち現像ローラ１周分のトナーを引き剥がすトナー回収工程が短縮されるため、現像ローラ２２のリフレッシュ効果を低下させずに画像形成効率を向上させることができる。
【００５７】
なお、トナー回収工程における現像ローラ２２の線速が速くなるほど紙間Ｃも短縮されることとなるが、現像ローラ２２の線速が速くなりすぎると、磁気ローラ２０上の磁気ブラシの穂先が現像ローラ２２に接触する時間が短くなり、トナー回収工程における回収効率が悪くなる。
【００５８】
また、前述の通りトナー回収工程で剥ぎ取られたトナーは磁気ブラシの根元に溜まるため、現像ローラ２２の１回転に要する時間が磁気ローラ２０よりも短くなると、１回転に要する時間差の分だけ磁気ローラ２０上にトナーを回収しない部分、即ち磁気ブラシの根元に回収トナーが存在しない部分が生じる。これにより、再形成工程において磁気ブラシから現像ローラ２２上へのトナー供給にばらつきが生じ、形成されるトナー薄層の層厚にむらが発生する。
【００５９】
そこで、トナー回収工程における、現像ローラ２２の線速に対する磁気ローラ２０の線速比（線速比）Ｍ／Ｓが、０．３＜Ｍ／Ｓ＜１．０を満たすように現像ローラ２２の線速Ｓを設定すれば、トナー薄層の均一化による高画質化と画像形成効率の向上とを両立可能となるため好ましい。
【００６０】
図５は、本発明の画像形成装置における連続画像形成時の現像ユニットの他の動作制御例を示すタイミングチャートである。図中の符号は図４と共通するため説明は省略する。この例においては、トナー回収工程Ｔ１における現像ローラ２２の線速Ｓを速くする代わりに、磁気ローラ２０の線速（線速）Ｍを画像形成時Ｂ及び再形成工程Ｔ２時の線速Ｍ1よりも遅いＭ2としている。
【００６１】
これにより、図４の場合と同様に、各ローラが１回転する時間の差分が短くなり、さらにＭ＜Ｓとすれば、磁気ローラ２０の回転量１周以内で現像ローラ２２上のトナーを回収可能となる。また、この制御例では磁気ローラ２０の線速が遅くなるため、トナーに掛かる機械的ストレスが低減され、トナーの長寿命化にも寄与する。
【００６２】
図５に示すように磁気ローラ２０の線速を遅くした場合、磁気ブラシの穂先が現像ローラ２２に接触する時間は長くなるが、磁気ローラ２０が遅くなりすぎると磁気ローラ２０上にトナーが重ねて回収されることにより、トナーの回収力が低下して回収効率が悪くなる。そこで、この場合においても線速比Ｍ／Ｓが、０．３＜Ｍ／Ｓ＜１．０を満たすように磁気ローラ２０の線速Ｍを設定すれば、画像の高画質化と画像形成効率の向上とを両立可能となるため好ましい。
【００６３】
なお、図４及び図５では磁気ローラ２０及び現像ローラ２２のローラ径が略同一である場合について説明したが、各ローラのローラ径が異なる場合においても同様に説明される。ローラ径が異なる場合、磁気ローラ２０が１周するのに要する時間Ｔｍに対する現像ローラ２２が１周するのに要する時間Ｔｓの比Ｔｓ／Ｔｍが、０．３＜Ｔｓ／Ｔｍ＜１．０を満たすように線速Ｓ及びＭを設定すれば良い。
【００６４】
磁気ローラ２０のローラ径をφｍ、現像ローラ２２のローラ径をφｓとすると、Ｔｓ＝π・φｓ／Ｓ、Ｔｍ＝π・φｍ／Ｍで表されるから、Ｔｓ／Ｔｍ＝（π・φｓ／Ｓ）／（π・φｍ／Ｍ）＝（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）となる。従って、条件式（１）
０．３＜（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）＜１．０・・・（１）
を満たすように、磁気ローラ２０及び現像ローラ２２のローラ径φｍ、φｓに応じて線速Ｓ及びＭを設定すれば、ローラ径が略同一の場合と同様に画像の高画質化と画像形成効率の向上とを両立可能となる。
【００６５】
図６は、本発明の画像形成装置の動作を示すフローチャートである。図１〜図４を参照しながら、図６のステップに従い本発明の画像形成装置の画像形成プロセスについて説明する。なお、ここでは現像ローラ２２の線速を速める図４の制御例に基づいて画像形成プロセスの実行を説明するが、磁気ローラ２０の線速を遅くする図５の制御例についても全く同様に説明される。
【００６６】
図６（ａ）において、ユーザにより画像形成が開始されると、画像入力部３０において入力された原稿画像を画像信号に変換する（ステップＳ１）。この画像信号はＡＤ変換部３１においてデジタル化され、印字データに変換される（ステップＳ２）。次に、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を帯電器２ａ〜２ｄにより所定時間（図４の矢印Ａ）初期帯電させる（ステップＳ３）。また、現像ユニット３ａ〜３ｄのウオームアップも同時に開始される。
【００６７】
次に、ステップＳ２で変換された印字データに基づいて感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像形成が行われ（ステップＳ４）、形成されたトナー像が中間転写ベルト８上に順次転写され、転写ローラ９において転写紙Ｐ上に再転写される（図４の矢印Ｂ）。その後、印刷が終了したか否かが判断され（ステップＳ５）、単発印刷である場合は装置各部の駆動を停止し、そのまま処理を終了する。印刷が継続している場合は図６（ｂ）へ進む。そして、現像ローラ２２の線速がＳ1からＳ2に切り換えられて（ステップＳ６）、トナー回収工程（図４の矢印Ｔ１）が実行される（ステップＳ７）。
【００６８】
次に、現像ローラ２２が１回転したか否かが判断され（ステップＳ８）、１回転している場合はトナー回収工程は終了しているため、現像ローラ２２の線速をＳ１に戻し（ステップＳ９）、現像ローラ２２上に新たなトナー薄層を形成する再形成工程（図４の矢印Ｔ２）が実行される（ステップＳ１０）。そして、再びステップＳ４に戻り、所定枚数の印刷が終了するまで同様の処理を繰り返す（ステップＳ４〜ステップＳ１０）。
【００６９】
その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、クラッチ３６、３７を用いて現像ユニット３ａ〜３ｄ内の磁気ローラ２０及び現像ローラ２２を別個に駆動させているが、磁気ローラ２０及び現像ローラ２２をそれぞれ別個のモータに接続しても良い。この場合、所定の周期の駆動波形を用いて駆動制御され、線速の制御も容易なステッピングモータ等のパルスモータを用いることが好ましい。
【００７０】
また、上記実施形態においては、トナー回収工程において現像ローラ２２の線速を速くする制御、及び磁気ローラ２０の線速を遅くする制御について説明したが、現像ローラ２２及び磁気ローラ２０両方の線速を変更する制御、即ち、現像ローラ２２の線速を速くし、且つ磁気ローラ２０の線速を遅くする制御としても良い。
【００７１】
また、ここではタンデム式のカラー画像形成装置を例に挙げて説明したが、本発明は、ハイブリッド現像を用いた画像形成装置であれば、デジタル複合機や、アナログ方式のモノクロ画像形成装置、或いはファクシミリやプリンタ等の他の画像形成装置にも全く同様に適用することができる。
【実施例１】
【００７２】
図１に示したような本発明の画像形成装置を用いて、図４のようにトナー回収工程における現像ローラ２２の線速Ｓを速くした場合について、連続画像印刷時のトナー剥ぎ取り性能を調査した。また、比較例として、トナー層形成時（画像形成時及びトナー再形成工程）に線速Ｓを速くした場合について、トナー層形成性能を調査した。
【００７３】
感光体ドラム１ａ〜１ｄ、現像ローラ２２、磁気ローラ２０及び現像剤の詳細な仕様を図７に示す。なお、現像条件としては、ドラム線速を１００ｍｍ／ｓｅｃ、ドラム−現像ローラ間距離を２３５μｍとし、感光体ドラムに対する現像ローラの初期線速比Ｓ／Ｄを１．５、トナー層形成時における現像ローラに対する磁気ローラの初期線速比Ｍ／Ｓを１．５とし、線速比Ｍ／Ｓを１．５から０．３６まで変化させた場合のトナー層形成性能及びトナー剥ぎ取り性能を評価した。試験結果を図８に示す。
【００７４】
図８から明らかなように、トナー回収時においてはＭ／Ｓが１．２５（２０／１６）以上、即ち（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）≧１．０になると、磁気ローラの２周目部分でトナーを回収することとなるためトナー剥ぎ取り性能が低下した。一方、Ｍ／Ｓが０．３６以下、即ち（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）≦０．３になると、磁気ブラシの穂先が現像ローラに接触する時間が短くなり、トナー剥ぎ取り効率が悪くなった。
【００７５】
この結果より、０．３６＜Ｍ／Ｓ＜１．２５、即ち０．３＜（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）＜１．０の範囲となるように現像ローラの線速を設定すれば、トナー剥ぎ取り性能を向上できることが確認された。また、紙間時間も短くできるため、画像形成効率が向上するとともに、紙間における磁気ローラの回転数も少なくなって現像剤への機械的ストレスも減少する。なお、トナー層形成時に現像ローラの線速を速くすると、磁気ブラシの穂先が現像ローラに接触する時間が短くなり、均一なトナー層が形成されなかった。
【実施例２】
【００７６】
図１に示したような本発明の画像形成装置を用いて、図５のようにトナー回収工程における磁気ローラ２０の線速Ｍを遅くした場合について、連続画像印刷時のトナー剥ぎ取り性能を調査した。また、比較例として、トナー層形成時（画像形成時及びトナー再形成工程）に線速Ｍを遅くした場合について、トナー層形成性能を調査した。なお、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、現像ローラ２２、磁気ローラ２０、及び現像剤の仕様については図７と同様であり、現像条件についても実施例１と同様とした。試験結果を図９に示す。
【００７７】
図９から明らかなように、トナー回収時においてはＭ／Ｓが１．２５（２０／１６）以上、即ち（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）≧１．０になると、磁気ローラの２周目部分でトナーを回収することとなるためトナー剥ぎ取り性能が低下した。一方、Ｍ／Ｓが０．３６以下、即ち（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）≦０．３になると、ローラ間の線速差が大きくなり、磁気ブラシの現像ローラへの接触時間が短くなってトナー剥ぎ取り効率が悪くなった。
【００７８】
この結果より、実施例１と同様に０．３６＜Ｍ／Ｓ＜１．２５、即ち０．３＜（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）＜１．０の範囲となるように磁気ローラの線速を設定すれば、トナー剥ぎ取り性能を向上できることが確認された。また、磁気ローラの線速が低下するため現像剤への機械的ストレスも減少する。なお、トナー層形成時に磁気ローラの線速を遅くすると、磁気ブラシからのトナー供給が現像ローラの回転に追従できず、均一なトナー層が形成されなかった。
【００７９】
なお、上記実施例は本発明の一構成例にすぎず、線速Ｓ、Ｍ及び線速比Ｍ／Ｓは、画像形成装置の処理枚数やプロセス速度、現像ローラ径及び磁気ローラ径に応じて適宜設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、像担持体に対向配置される現像ローラと、磁気ブラシを用いて現像ローラにトナー薄層を形成する磁気ローラとを有する現像ユニットと、現像ユニットの駆動を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、連続画像形成時の各画像形成が終了した後、磁気ローラ及び現像ローラに印加される電位差を画像形成時と異ならせて現像ローラ上から磁気ローラにトナーを回収するトナー回収工程と、現像ローラ上に新たなトナー薄層を再形成する再形成工程とを実行可能であり、制御手段は、トナー回収工程における現像ローラに対する磁気ローラの線速比を画像形成時及び再形成工程よりも小さくする。
【００８１】
これにより、トナー回収工程において各ローラが１回転する時間差が小さくなり、磁気ローラ１周目で剥ぎ取ったトナーの上にトナーが重ねて回収される部分が少なくなってトナーの回収力が向上するため、現像ローラ上へのトナーの残存を抑制して再形成工程におけるトナー薄層の層厚むらを低減可能となり、高画質な画像を形成する画像形成装置を提供できる。
【００８２】
また、トナー回収工程における線速比の変更を、現像ローラの線速を速くすることで行う場合、現像ローラ上へのトナーの残存により発生するトナー薄層の層厚むらを低減するとともに、トナー回収工程に要する時間が短縮されるため、現像ローラのリフレッシュ効果を低下させずに画像形成効率を向上させることができる。
【００８３】
また、トナー回収工程における線速比の変更を、磁気ローラの線速を遅くすることで行う場合、現像ローラ上へのトナーの残存により発生するトナー薄層の層厚むらを低減するとともに、トナーに掛かる機械的ストレスが低減されるため、トナー寿命も長くなる。
【００８４】
また、現像ローラの直径をφｓ、トナー回収工程における線速をＳ、磁気ローラの直径をφｍ、トナー回収工程における線速をＭとするとき、０．３＜（φｓ・Ｍ）／（φｍ・Ｓ）＜１．０を満たすように磁気ローラと現像ローラのローラ径及び線速を設定すれば、高画質化と画像形成効率の向上とを両立させた画像形成装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】は、本発明の画像形成装置に用いられる現像ユニットの構成を示す側面断面図である。
【図３】は、本発明の画像形成装置の構成を示すブロック図である。
【図４】は、本発明の画像形成装置における連続画像形成時の現像ユニットの動作制御例を示すタイミングチャートである。
【図５】は、現像ユニットの他の動作制御例を示すタイミングチャートである。
【図６】は、本発明の画像形成装置における現像ユニットの駆動制御手順を示すフローチャートである。
【図７】は、本発明の実施例に用いられる画像形成装置の感光体ドラム、現像ローラ、磁気ローラ及び現像剤の仕様を示す表である。
【図８】は、実施例１における線速比Ｍ／Ｓと、トナー層形成性能及びトナー剥ぎ取り性能との関係を示す表である。
【図９】は、実施例２における線速比Ｍ／Ｓと、トナー層形成性能及びトナー剥ぎ取り性能との関係を示す表である。
【図１０】は、従来のハイブリッド式の現像ユニットの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８６】
Ｐａ〜Ｐｄ        画像形成部
１ａ〜１ｄ        感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ        現像ユニット
２０              磁気ローラ
２２              現像ローラ
２４              現像バイアス電源
２４ａ            第１直流バイアス電源
２４ｂ            交流バイアス電源
２５              第２直流バイアス電源
３２              制御部（制御手段）
３３              記憶部
３５              メインモータ
３６、３７        クラッチ
１００            画像形成装置
Ｔ１              トナー回収工程
Ｔ２              再形成工程
【図１】
2006337587.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006337587.tif 000008
【図７】
2006337587.tif 000009
【図８】
2006337587.tif 000010
【図９】
2006337587.tif 000011
【図１０】
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