(57)【要約】【課題】像担持体１の帯電手段が像担持体１に接触させた帯電回転体２であり、現像同時クリーニングを採用したクリーナレス方式の画像形成装置において、帯電回転体２に、たとえトナーや外添剤が付着したとしても帯電回転体２の像担持体に対する帯電能力を長期にわたって維持し、帯電不良による濃度ムラや画像ナガレなどの画像不良が発生する。【解決手段】帯電回転体２には磁力を持たせてあり、画像形成時以外の像担持体回転時に、現像手段４から像担持体１に現像剤の磁性キャリアを吐き出させる制御を行なうことで磁性キャリアを像担持体の回転により帯電回転体２に供給し、帯電回転体２の磁力で帯電回転体表面に担持させる制御モードを有すること。【選択図】図１
2006323091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する像担持体と、電圧が印加され、前記像担持体に接触して像担持体面を帯電する帯電回転体と、帯電処理された前記像担持体面に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、トナーと磁性キャリアからなる現像剤を用い、前記像担持体面に形成された静電潜像に前記トナーを供給して可視化する現像手段と、可視化したトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、制御手段と、を有し、前記転写手段により転写されずに前記像担持体面に残留したトナーを前記現像手段で回収する画像形成装置において、
前記帯電回転体には磁力を持たせてあり、前記制御手段は、画像形成時以外の像担持体回転時に、前記現像手段から前記像担持体に前記磁性キャリアを吐き出させる制御を行なうことで磁性キャリアを前記像担持体の回転により前記帯電回転体に供給し、前記磁力で帯電回転体表面に担持させる制御モードを有することを特徴とした画像形成装置。
【請求項２】
前記帯電回転体の一部がマグネットで形成されていることを特徴とした請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記現像手段に印加する直流電圧を変化させて、前記現像手段と前記像担持体の接触部での電位差を画像形成時よりも大きくする制御を行なうことで前記像担持体に前記磁性キャリアを吐き出させることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記帯電回転体表面に接触して配置され、前記帯電回転体表面に担持された前記磁性キャリアを均す磁性キャリア均し部材を有することを特徴とした請求項１から請求項３の何れか１つに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記磁性キャリア均し部材は、ブラシ部材あるいはシート部材で構成されると共に、前記帯電回転体の回転方向に対してカウンター方向に前記帯電ローラに当接され、且つ前記帯電回転体の軸線方向に往復動されることを特徴とした請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記帯電回転体の表面における磁力が、１０ｍＴ以上７０ｍＴ以下であることを特徴とした請求項１から請求項５の何れか１つに記載の画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記転写手段と前記帯電回転体の間に、前記像担持体に当接し、且つ前記帯電回転体に印加される直流電圧と同極の直流電圧が印加された帯電補助部材を有することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか１つに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記帯電回転体に担持された前記磁性キャリアの量が、前記帯電回転体の単位面積あたりの前記磁性キャリアの被覆率で１０％以上５０％以下であることを特徴とした請求項１から請求項７の何れか１つに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記磁性キャリアの一次個数平均粒径Ｄ１が、１０．０μｍ≦Ｄ１≦５０．０μｍの範囲であり、かつ体積抵抗率Ｒが１０８Ωｃｍ≦Ｒ≦１０１２Ωｃｍの範囲であり、かつ磁化量σが１００ｅｍｕ／ｃｃ≦σ≦３００ｅｍｕ／ｃｃの範囲であることを特徴とした請求項１から請求項８の何れか１つに記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記帯電回転体の一部を形成するマグネットが、Ｓｍ−Ｃｏ磁石，ＭＫ鋼，ＯＰ磁石，ＫＳ鋼，新ＫＳ鋼，アルニコのいずれかひとつで構成されていることを特徴とした請求項２から請求項９の何れか１つに記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記帯電回転体の一部を形成するマグネットが、前記帯電回転体の芯金であることを特徴とした請求項２から請求項１０の何れか１つに記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記帯電回転体の表面の十点平均粗さ（Ｒｚ）が、Ｒｚ≦５μｍであることを特徴とした請求項１から請求項１１の何れか１つに記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記制御手段が前記制御モードを実施するタイミングが、画像形成装置の使用量の情報により判断されることを特徴とした請求項１から請求項１２の何れか１つに記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記トナーの表面積形状球形度ΦＳが、０．９１≦ΦＳ≦１．０であり、かつ前記トナーの体積平均粒径Ｄ４が４．０μｍ≦Ｄ４≦９．０μｍであることを特徴とした請求項１から請求項１３の何れか１つ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、電子写真方式等を用いた、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。
【０００２】
特に、像担持体の帯電手段が像担持体に接触させた帯電回転体であり、現像同時クリーニングを採用したクリーナレス方式の画像形成装置の改善に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置は、一般に回転ドラム型の像担持体である電子写真感光体（感光体）を有する。そして、その感光体を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電装置（帯電工程）、帯電処理された感光体に静電潜像を形成するための情報書き込み手段としての露光装置（露光工程）を有する。また、感光体上に形成された静電潜像を現像剤としてのトナーによりトナー像として顕像化する現像装置（現像工程）、トナー像を感光体の表面から紙などの記録材に転写する転写装置（転写工程）を有する。更に、転写工程後の感光体上に多少ながら残余するトナー（残留現像剤、転写残トナー）を除去して感光体面を清掃するクリーニング装置（クリーニング工程）、記録材上のトナー画像を定着させる定着装置（定着工程）などを有する。
【０００４】
そして、感光体には繰り返して上記の電子写真プロセス（帯電工程・露光工程・現像工程・転写工程・クリーニング工程）が適用されて作像に供される。
【０００５】
転写工程後の感光体上に残余するトナーはクリーニング装置により感光体の表面から除去され、クリーニング装置内に回収されて廃トナーとなる。しかし、環境保全や資源の有効利用などの点から、このような廃トナーが出ないことが望ましい。
【０００６】
また、クリーニング装置は、一般的にはウレタンゴムからなるクリーニングブレードを、感光体に一定の加圧力でカウンター方向に押し当てる構成を採っている。このときの加圧力は、クリーニングブレードと感光体の当接部分からトナーがすり抜けない程度以上にする必要があり、例えばトナーの重量平均粒径や流動性などにより異なる。
【０００７】
一方、クリーニングブレードは感光体表面に残余した転写残トナーをクリーニングするだけでなく、クリーニングブレード先端と感光体の当接部に働く摩擦力により、感光体表面を磨耗して削り取る作用も生じる。例えば感光体が有機光導電体（ＯＰＣ）の場合には、最表層である電荷移動層（ＣＴＬ）を磨耗して削り取る。そうすると、電荷移動層（ＣＴＬ）の容量が徐々に変化し、最終的には帯電手段により感光体表面を均一に帯電できなくなり、画像不良となる。そのため、クリーニング装置を有する画像形成装置においては、感光体の磨耗がランニングコストに大きく影響しており、ランニングコストの低減のためにはクリーニングブレードによる磨耗をなくすことが望ましい。
【０００８】
更には、クリーニング装置を備えた画像形成装置では、感光体上の転写残トナーをクリーニングブレードにより除去した後、所定の廃トナーボックスまでの間に廃トナー搬送手段を設ける必要がある。これが、画像形成装置の小型化を考えるうえで、大きな障害になっていた。
【０００９】
そこで、特許文献１に記載のような、クリーニング装置を廃し、転写工程後の感光体上の転写残トナーを現像装置において「現像同時クリーニング」で感光体上から除去・回収し、再利用するようにしたクリーナレス方式の画像形成装置が提案されている。
【００１０】
現像同時クリーニングは、転写工程後の感光体上の転写残トナーを、次工程以降の現像工程時に現像装置に回収する。即ち、転写残トナーが付着した感光体を引き続き帯電、露光して静電潜像を形成する。この静電潜像の現像工程時にかぶり取りバイアスによって、感光体表面に残余した転写残トナーのうち、現像されるべきでない部分（非画像部）上に存在する転写残トナーを現像装置に除去・回収する方法である。かぶり取りバイアスは現像装置に印加する直流電圧と感光体の表面電位間の電位差Ｖbackである。
【００１１】
この方式によれば、転写残トナーは現像装置に回収されて次工程以降の静電潜像の現像に再利用されるため、廃トナーをなくすことができる。またクリーニング装置を廃することで、感光体の磨耗を著しく低減することが可能となる。更には、メンテナンス時に手を煩わせることを少なくするなどユーザビリティに優れる。かつクリーナレスであることで廃トナーボックス，廃トナー搬送手段などが必要でなくなるため、画像形成装置の小型化にも有利である。
【００１２】
上述のような現像同時クリーニングを採用したクリーナレス方式の画像形成装置において、帯電装置としてコロナ帯電器を用いた場合には、コロナ放電によりオゾン（Ｏ３）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などの帯電生成物が多量に生成される。しかし、クリーニング装置を有さないために感光体上に付着した帯電生成物を除去することができない。そのため、感光体表面に帯電生成物の膜が形成され、雰囲気中の水分を吸着するために感光体の表面抵抗が著しく下がり、露光装置により感光体上に書き込んだ静電潜像を乱すいわゆる画像ナガレという現象が発生する虞がある。
【００１３】
そこで、現像同時クリーニングを採用したクリーナレス方式の画像形成装置においては、帯電生成物の生成を抑えるうえで極力放電を低減させるために、特許文献２に記載のような帯電ローラなどの接触帯電部材を感光体表面に接触させて感光体表面を帯電させる接触帯電方式を用いるものが多数提案されている。
【００１４】
しかしながら、帯電装置として帯電ローラを用いた場合には、帯電ローラの表面に、転写手段で転写されずに感光体上に残留したトナーや外添剤が付着する。これにより、帯電ローラの抵抗が上昇してしまい、感光体表面を十分に帯電できずに帯電不良となり、濃度ムラなどの画像不良が発生する虞がある。
【００１５】
このような画像不良を防止する方法としては、帯電ローラに印加する電圧（特にＡＣ電圧）を使用時間に伴って大きくしていく方法があるが、上記のコロナ帯電器を用いた場合と同様に画像ナガレなどの問題が発生する虞がある。
【００１６】
帯電ローラ表面の汚染を防止する方法としては、特許文献３に記載のように、帯電ローラに清掃部材を当接させて汚染物を除去する方法が多数提案されている。
【００１７】
また、特許文献４に記載のように、帯電ローラと感光体の間に放電が発生する程度の微小ギャップを設け、帯電ローラと感光体が非接触であるような帯電装置も提案されている。
【特許文献１】特開平０７−１４０７９１号公報
【特許文献２】特開２００１−１８３９０５号公報
【特許文献３】特開平５−１８８７３８号公報
【特許文献４】特開２００２−２７８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、特許文献３のように、帯電ローラに清掃部材を当接させて汚染物を除去する方法では、清掃部材の帯電ローラ表面と接触している部分に汚れが蓄積して持続的な効果が望めないなどの問題が発生する。
【００１９】
また、特許文献４のような帯電装置を実現するには構成上非常に高い精度が要求されるため、コストアップにつながると共に、耐久安定性を保持することが難しい。
【００２０】
近年パーソナルユースの観点から画像形成装置の小型化が図られ、それに伴い画像形成装置、つまりは帯電ローラも小型化する必要性がある。帯電ローラを小型化した場合、感光体表面に接触できる比表面積が小さくなる。そのため、一定量プリントした時の帯電ローラ単位面積あたりの汚れ量は増加する傾向にある。従って、新品の帯電ローラ使用後の比較的早い段階から前述した帯電ローラ表面のトナーや外添剤の汚染による帯電不良が発生し、濃度ムラなどの画像不良となる虞がある。
【００２１】
そこで本発明では、像担持体の帯電手段が像担持体に接触させた帯電回転体であり、現像同時クリーニングを採用したクリーナレス方式の画像形成装置において、帯電回転体に、たとえトナーや外添剤が付着したとしても帯電回転体の像担持体に対する帯電能力を長期にわたって維持し、帯電不良による濃度ムラや画像ナガレなどの画像不良が発生するのを防止することを目的とする。
【００２２】
更には、帯電手段を小型化した場合にも、上記問題が発生するのを防止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の本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、回転する像担持体と、電圧が印加され、前記像担持体に接触して像担持体面を帯電する帯電回転体と、帯電処理された前記像担持体面に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、トナーと磁性キャリアからなる現像剤を用い、前記像担持体面に形成された静電潜像に前記トナーを供給して可視化する現像手段と、可視化したトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、制御手段と、を有し、前記転写手段により転写されずに前記像担持体面に残留したトナーを前記現像手段で回収する画像形成装置において、前記帯電回転体には磁力を持たせてあり、前記制御手段は、画像形成時以外の像担持体回転時に、前記現像手段から前記像担持体に前記磁性キャリアを吐き出させる制御を行なうことで磁性キャリアを前記像担持体の回転により前記帯電回転体に供給し、前記磁力で帯電回転体表面に担持させる制御モードを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
上記の制御モードを定期的に実施させて、現像手段から帯電回転体に磁性キャリアを供給してそれを帯電回転体の磁力で帯電回転体表面に担持させることにより、帯電回転体と像担持体との接触部に微小な放電可能ギャップを作り出すことができる。すなわち、磁性キャリアが帯電回転体で像担持体表面を帯電することを助ける帯電補助粒子としての役割を果たす。そのため、像担持体表面の帯電に寄与しない放電を抑えながら、帯電回転体の像担持体への帯電能力を促進させることが可能となる。この効果により、オゾン（Ｏ３）や窒素酸化物（ＮＯＸ）などの帯電生成物の生成を抑える。そして、帯電回転がトナーや外添剤などで汚染された場合にも像担持体表面を十分に帯電できる能力を維持することが可能となる。従って、画像ナガレや帯電ムラなどの画像不良を使用プリント枚数に関わらず長期間にわたり防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【実施例】
【００２６】
図１は、本発明に係る画像形成装置の実施例の概略構成を示す。本実施例の画像形成装置１００は、接触帯電方式、二成分接触現像方式、クリーナレス方式を採用した電子写真方式のレーザビームプリンタである。
【００２７】
《プリンタの全体構成》
先ず、図１を参照して、本実施例のプリンタ１００の全体構成について説明する。
【００２８】
（ａ）像担持体
プリンタ１００は、像担持体として、回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）を有する。本実施例において、感光ドラム１は、外径２０ｍｍで、帯電特性が負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）である。そして、中心支軸（図示せず）を中心に１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって矢示の反時計方向に回転駆動される。
【００２９】
この感光ドラム１は、図２の層構成模式図のように、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）１ａの表面に、下引き層１ｂと、光電荷発生層１ｃと、電荷輸送層１ｄとの３層を下から順に塗り重ねた構成をしている。下引き層１ｂは光の干渉を抑えて上層の接着性を向上させる。電荷輸送層１ｄは厚さ約２０μｍである。
【００３０】
（ｂ）帯電手段
プリンタ１００は、感光ドラム表面を一様に帯電処理する帯電手段２を有する。本実施例において、帯電手段２は感光ドラム表面に圧接させた帯電回転体としての導電性・弾性ローラ（以下、帯電ローラと記す）である。
【００３１】
この帯電ローラ２は、図２の層構成模式図のように、支持部材としての芯金２ａの外回りに、下層２ｂと、中間層２ｃと、表層２ｄとを下から順次に積層した３層構成である。下層２ｂは帯電音を低減するための発泡スポンジ層（弾性層）である。表層２ｄは感光ドラム１上にピンホールなどの欠陥がある場合にもリークが発生するのを防止するために設けられた保護層である。この帯電ローラ２を感光ドラム１の軸線方向に並行に配列する。そして、芯金２ａの両端部をそれぞれ軸受け部材（図示せず）により回転自在に保持させ、押圧ばね２ｅによって感光ドラム１に向かって付勢している。これにより、帯電ローラ２を感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接させている。帯電ローラ２は、感光ドラム１の回転に従動して回転する。感光ドラム１と帯電ローラ２との圧接部（接触部）が帯電部（帯電ニップ部）ａである。
【００３２】
帯電ローラ２の芯金２ａには、電源Ｓ１より所定の条件の帯電バイアス電圧が印加される。これにより、回転する感光ドラム１表面は、所定の極性・電位に接触帯電処理される。本実施例においては、帯電ローラ２に対する帯電バイアス電圧は、直流電圧Ｖｄｃと交流電圧Ｖａｃとを重畳した振動電圧である。より具体的には、−５００Ｖの直流電圧と、周波数１．３ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ１．５ｋＶ、正弦波の交流電圧とを重畳した振動電圧である。この帯電バイアス電圧により、回転している感光ドラム１の表面は帯電ローラ２に印加した直流電圧と同じ−５００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に接触帯電処理される。
【００３３】
本実施例においては、帯電ローラ２の芯金２ａはマグネット（永久磁石）により構成して、帯電ローラ２に磁力を持たせている。また、帯電ローラ表面に担持させる磁性キャリアの量をコントロールし、かつ均一に均す部材（磁性キャリア均し部材）２ｆを配設してある。これらについては後記別項で詳述する。
【００３４】
（ｃ）情報書き込み手段
プリンタ１００は、帯電処理された感光ドラム１の面に静電潜像を形成する情報書き込み手段３を有する。本実施例において、情報書き込み手段３は、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナ（露光装置）である。レーザビームスキャナ３は、画像読み取り装置（図示せず）などのホスト処理装置からプリンタ側に送られた画像信号に対応して変調されたレーザ光Ｌを出力する。その出力レーザ光Ｌで、一様に帯電処理されて回転する感光ドラム１の表面を、露光位置（露光部）ｂにおいて走査露光（イメージ露光）する。このレーザ走査露光により、感光ドラム表面のレーザ光Ｌで照射されたところの電位が低下する。これにより、回転する感光ドラム１の表面には、画像情報に対応した静電潜像が順次に形成されていく。
【００３５】
（ｄ）現像手段
プリンタ１００は、感光ドラム１上の静電潜像に従ってトナーを供給し、静電潜像をトナー画像（現像剤像）として反転現像する現像手段４を有する。本実施例においては、この現像手段４は、トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤による磁気ブラシを、感光ドラムに接触させながら現像を行う二成分接触現像方式を採用した現像装置である。
【００３６】
図１と図３を参照して、この現像装置４は、現像容器４ａ、現像剤担持体としての非磁性の現像スリーブ４ｂを備えている。現像スリーブ４ｂは、その外周面の一部を現像装置４の外部に露呈させて、現像容器４ａ内に回転可能に配置してある。現像スリーブ４ｂ内には、非回転に固定してマグネットローラ４ｃが挿設されている。現像スリーブ４ｂに対向して、現像剤コーティングブレード４ｄが設けられている。現像容器４ａは、二成分現像剤４ｅを収容してある。現像容器４ａ内の底部側には現像剤攪拌部材４ｆが配設されている。又、補給用トナーがトナーホッパー４ｇに収容されている。
【００３７】
現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅは主に非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物であり、現像剤攪拌部材４ｆにより攪拌される。トナーは磁性キャリアとの摺擦によりネガ極性に摩擦帯電される。即ち、本実施例では感光ドラム１の帯電極性と同極性の負に摩擦帯電される。
【００３８】
磁性キャリアに関して、抵抗値（体積抵抗率Ｒ）は１０８Ωｃｍ〜１０１２Ωｃｍの範囲が好ましい。また磁化量（σ）は１００ｅｍｕ／ｃｃ〜３００ｅｍｕ／ｃｃの範囲が好ましい。本実施例における磁性キャリアの抵抗値は１０１０Ωｃｍ、磁化量は２００ｅｍｕ／ｃｃ、体積平均粒径は約３０μｍである。
【００３９】
磁性粒子の体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置ＨＥＲＯＳ（日本電子製）を用いて、体積基準で粒径０．５〜３５０μｍの範囲を３２対数分割して測定する。そして、それぞれのチャンネルにおける粒子数を測定する。その測定結果から体積５０％のメジアン径をもって体積平均粒径とする。
【００４０】
また、本実施例における非磁性トナーの抵抗値は約１０１４Ωｃｍであり、体積平均粒径Ｄ４は約７．０μｍ、表面積形状球形度Φｓが０．９５である。
【００４１】
トナーの体積平均粒径Ｄ４は、コールターカウンターＴＡ−II型（コールター社製）を使用する。測定法は次のとおりである。一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液からなる電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行う。そして、前記コールターカウンターＴＡ−II型により１００μｍアパーチャーを用いて、２μｍ以上のトナーの体積を測定する。これにより、体積分布を算出し、その測定結果から体積５０％のメジアン径をもって体積平均粒径とする。
【００４２】
トナーの表面積形状球形度Φｓは、トナーのＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）に対するトナーを真球に仮定した場合の表面積（ｍ２／ｇ）の比である。
【００４３】
トナーの表面積形状球形度ΦＳは０．９１≦ΦＳ≦１．０が好ましい。またトナーの体積平均粒径Ｄ４は４．０μｍ≦Ｄ４≦９．０μｍが好ましい。
【００４４】
現像スリーブ４ｂは、感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐ）を３５０μｍに保持して感光ドラム１に近接対向配設される。
【００４５】
現像スリーブ４ｂは、感光ドラム１との対向部において、感光ドラム１の回転進行方向とは逆方向に回転駆動される。現像スリーブ４ｂ内のマグネットローラ４ｃの磁力により、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅの一部が現像スリーブ４ｂの外周面に磁気ブラシ層として吸着保持される。この磁気ブラシ層は、現像スリーブ４ｂの回転に伴い回転搬送される。そして、現像剤コーティングブレード４ｄにより所定の薄層に整層され、感光ドラム１との対向部において、感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム面を適度に摺擦する。この現像剤の磁気ブラシ層と感光ドラム１との接触部が現像部（現像ニップ部）ｃである。
【００４６】
現像スリーブ４ｂには、電源Ｓ２から所定の現像バイアスが印加される。本実施例において、現像スリーブ４ｂに対する現像バイアス電圧は、直流電圧Ｖｄｃと交流電圧Ｖａｃとを重畳した振動電圧である。より具体的には、−３５０Ｖの直流電圧と、周波数８．０ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ１．８ｋＶ、矩形波の交流電圧とを重畳した振動電圧である。
【００４７】
而して、現像部ｃに搬送された現像剤４ｅ中のトナーが、現像バイアスによる電界によって感光ドラム１の表面に静電潜像に対応して選択的に付着する。これにより、静電潜像がトナー画像として現像される。本実施例の場合、感光ドラム１の表面の露光明部にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。
【００４８】
現像部ｃを通過した現像スリーブ４ｂ上の現像剤薄層は、引き続く現像スリーブ４ｂの回転に伴い現像容器４ａ内の現像剤溜り部に戻される。
【００４９】
現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度を略一定の範囲内に維持するために、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度が、例えば、光学式トナー濃度センサー（図示せず）によって検知される。制御手段部１０１はその検知情報に応じてトナーホッパー４ｇを駆動制御して、トナーホッパー４ｇ内のトナーを現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅに補給する。二成分現像剤４ｅに補給されたトナーは、攪拌部材４ｆにより攪拌される。
【００５０】
（ｅ）転写手段・定着手段
プリンタ１００は、転写手段として転写装置５を有する。本実施例においては、転写装置５は転写ローラである。転写ローラ５は、感光ドラム１に所定の押圧力をもって圧接される。その圧接ニップ部が転写部（転写ニップ部）ｄである。この転写部ｄに給紙機構部（図示せず）から所定の制御タイミングにて記録材Ｐが給送される。
【００５１】
転写部ｄに給送された記録材Ｐは、回転する感光ドラム１と転写ローラ５との間に挟持されて搬送される。その間、転写ローラ５には電源Ｓ３からトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス、本実施例では＋２ｋＶが印加される。これにより、転写部ｄを挟持搬送されていく記録材Ｐの表面に感光ドラム１の表面側のトナー画像が順次に静電転写されていく。
【００５２】
転写部ｄを通ってトナー画像の転写を受けた記録材Ｐは、感光ドラム１の表面から順次に分離されて定着装置６へ搬送される。本実施例では、定着装置６は熱ローラ定着装置である。記録材Ｐはこの定着装置６によりトナー画像の定着処理を受けて画像形成物（プリント、コピー）として出力される。
【００５３】
（ｆ）クリーナレスシステム
本実施例のプリンタ１００は、所謂、クリーナレスシステムを採用している。すなわち、記録材Ｐに対するトナー画像転写後の感光ドラム１の表面に若干量残留する転写残トナー（残留トナー）を除去する専用のクリーニング装置を具備していない。
【００５４】
転写後の感光ドラム１面上の転写残トナーは、引き続く感光ドラム１の回転に伴い帯電部ａ、露光部ｂを通って現像部ｃに搬送されて、現像装置４により現像同時クリーニングにて除去・回収される（クリーナレスシステム）。
【００５５】
本実施例において、現像装置４の現像スリーブ４ｂは、上述のように現像部ｃにおいて感光ドラム１の表面の進行方向とは逆方向に回転させている。このような現像スリーブ４ｂの回転は、感光ドラム１上の転写残トナーの回収に有利である。
【００５６】
感光ドラム１上の転写残トナーは露光部ｂを通るので、露光工程はその転写残トナー上からなされる。通常は、転写残トナーの量は少ないため、転写残トナー上から露光工程を行うことによる大きな影響は現れない。
【００５７】
但し、転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの（反転トナー）、帯電量が少ないものが混在している。その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが、帯電部ａを通過する際に帯電ローラ２に付着し易い。その付着により、帯電ローラ２が許容以上にトナーにより汚染してしまい帯電不良を生じることがある。
【００５８】
又、感光ドラム１上の転写残トナーを、現像装置４により現像動作と同時に効果的に除去・回収するためには転写残トナーの帯電量が重要な因子となってくる。即ち、現像部ｃに持ち運ばれる感光ドラム１上の転写残トナーは、その帯電極性が正規極性（本実施例では負極性）であり、且つ、その帯電量が現像装置によって感光ドラム１の静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが好ましい。転写残トナーの帯電極性が正規極性である負極性（ネガ極性）から正極性に反転している場合や帯電量が適切でない場合には、感光ドラム１上から現像装置４に除去・回収できず、不良画像の原因となる虞がある。
【００５９】
そこで、帯電補助手段として、転写部ｄよりも感光ドラム１の回転方向下流側の位置において、感光ドラム１上の転写残トナーを均一化するための、残留トナー均一化手段（残留現像剤像均一化手段）８を設けている。また、この残留トナー均一化手段８よりも感光ドラム１の回転方向下流側、且つ、帯電部ａよりも上流側の位置において、転写残トナーの帯電極性を正規極性であるネガ極性に揃えるためのトナー帯電量制御手段（現像剤帯電量制御手段）７を設けている。
【００６０】
一般的に、転写部ｄで記録材Ｐに転写されずに感光ドラム１上に残留した転写残トナーは、反転トナーや帯電量が適切でないトナーが混在している。そこで、残留トナー均一化手段８により一度転写残トナーを除電する。次いで、トナー帯電量制御手段７で再度転写残トナーを正規極性に帯電処理する。これにより、帯電ローラ２への転写残トナーの付着防止を効果的に成すと共に、現像装置４での転写残トナーの除去・回収を完全に行うことができる。そのため、転写残トナー像パターンのゴースト像の発生も厳に防止される。
【００６１】
本実施例では、残留トナー均一化手段８及びトナー帯電量制御手段７は、適度の導電性を持ったブラシ状部材であり、ブラシ部を感光ドラム１の表面に接触させて配設されている。残留トナー均一化手段８は感光ドラム１の表面との接触部ｆを形成している。トナー帯電量制御手段７と感光ドラム１の表面は接触部ｅを形成している。
【００６２】
残留トナー均一化手段８には電源Ｓ５より正極性の＋２５０Ｖの直流電圧が印加されている。トナー帯電量制御手段７には電源Ｓ４より負極性の−７５０Ｖの直流電圧が印加されている。そして上記それぞれの接触部ｆ、ｅにおいて、転写残トナーを現像装置４で回収可能な適正な帯電量になるようにコントロールしている。
【００６３】
《帯電能力促進制御（磁性キャリアによる帯電ローラ表面改質）》
上記の帯電補助手段８・７を設け、帯電ローラ２の表面に転写残トナーが付着しないようにしても、長期間使用した場合、微少ながら帯電ローラ表面にトナーが付着していき、それらが蓄積することで帯電不良を発生する虞がある。
【００６４】
そこで本実施例では以下に説明するように、たとえ帯電ローラ表面がトナーで汚染されたとしても、帯電ローラ２による感光ドラム１の帯電能力を維持・促進するための制御を実施している。
【００６５】
すなわち、帯電ローラ２に磁力を持たせる。制御手段部１０１は、画像形成時以外の任意のタイミングで現像装置４に印加する直流電圧を変化させて、該現像装置４と感光ドラム１の接触部での電位差を画像形成時よりも大きくする制御を行なう。これにより現像装置４の二成分現像剤の磁性キャリアが感光ドラム１面に吐き出される。その磁性キャリアが感光ドラム１の回転で帯電ローラ２の位置に持ち運ばれる。そして、帯電ローラ２の位置に持ち運ばれた磁性キャリアが帯電ローラ表面に帯電ローラ２の磁力で磁気付着して担持される。このように、磁性キャリアを帯電ローラ表面に供給して担持させることで、感光ドラム１と帯電ローラ２の接触部ａにおいて、感光ドラム表面を帯電させるための放電を増加させる微小ギャップを形成することが可能となる。これにより、たとえ帯電ローラ表面がトナーで汚染されたとしても、帯電ローラ２による感光ドラム１の帯電能力が維持・促進される。
【００６６】
（ａ）磁力を持たせた帯電ローラ２
磁力を持たせた帯電ローラ２は、帯電ローラ２を構成する部材の一部をマグネット（永久磁石）にすることで構成できる。本実施例においては、帯電ローラ２の芯金２ａをマグネットにより構成している。具体的には、Ｓｍ−Ｃｏ合金磁石からなる芯金２ａを採用している。マグネットの種類としては、Ｓｍ−Ｃｏ合金磁石のほかにＭＫ鋼，ＯＰ磁石，ＫＳ鋼，新ＫＳ鋼，アルニコなどを用いても良い。また、芯金２ａにマグネットを使用した時の帯電ローラ表面における磁力は、１０ｍＴから７０ｍＴの範囲、より好ましくは２０ｍＴから６０ｍＴの範囲であることが望ましい。本実施例では４０ｍＴになるように調整した。
【００６７】
当然、帯電ローラ２に磁力を持たせる手段としては、芯金２ａをマグネットにするだけでなく、マグネットの微粒子を例えば帯電ローラ２を構成する弾性層２ｂの中に適量分散させても良い。
【００６８】
このように、帯電ローラ２の芯金２ａをマグネットで構成する等により帯電ローラ２に磁力を持たせたせることにより、現像装置４から定期的に供給される磁性キャリアを帯電ローラ表面に磁気吸着で担持することが可能になる。そして、その磁性キャリアにより、感光ドラム１と帯電ローラ２の接触部ａにおいて、感光ドラム表面を帯電させるための放電を増加させる微小ギャップを形成することが可能となる。
【００６９】
より具体的に、本実施例の帯電ローラ２の仕様は下記の通りである。
【００７０】
長手長さ３２０ｍｍ、直径１０ｍｍ
芯金２ａ：直径５ｍｍのＳｍ−Ｃｏ合金丸棒
下層２ｂ：カーボン分散の発泡ＥＰＤＭ、比重０．５ｇ／ｃｍ３、
体積抵抗値１０２〜１０９Ωｃｍ、層厚約２ｍｍ
中間層２ｃ：カーボン分散のＮＢＲ系ゴム、体積抵抗値１０２〜１０５Ωｃｍ、
層厚約５００μｍ
表層２ｄ：フッ素化合物のトレジン樹脂に酸化錫、カーボンを分散
体積抵抗値１０７〜１０１０Ωｃｍ、
表面粗さ（ＪＩＳ規格１０点平均表面粗さＲｚ）１．５μｍ、
層厚約５μｍ
また図２において、２ｆは帯電ローラ表面に担持した磁性キャリアの量をコントロールし、かつ均一に均す部材（磁性キャリア均し部材）である。本実施例では、図４に示すような、絶縁性でかつ可撓性を持つ例えばポリイミドからなる櫛歯状ブラシ部材である。この磁性キャリア均し部材２ｆは帯電ローラ２の長手方向（軸線方向）に対し平行に配置される。そして、同長手方向に対し駆動機構１０３で一定量の往復運動がなされる支持部材２ｇに一端を固定され、帯電ローラ２の回転方向に対してカウンター方向に、自由端側近傍の面において帯電ローラ２と接触ニップを形成するよう配置されている。駆動機構１０３にはプリンタの駆動モーターよりギア列を介して動力が伝達される。支持部材２ｇが往復運動駆動されることで、帯電ローラ２の表層２ｄが磁性キャリア均し部材２ｆで摺擦される。
【００７１】
磁性キャリア均し部材２ｆは、図４のような櫛歯状ブラシ部材に限られるものではない。その他、例えば、図５に示すようなブラシ部材や、可撓性のある樹脂シートやゴムブレードでも良い。更には磁性キャリア均し部材２ｆの形状も帯電ローラ２に接触して回転する回転部材でも良い。
【００７２】
（ｂ）帯電能力促進制御モード
本実施例で実施している帯電能力促進制御モードのタイミングチャートを図６に示す
制御手段部１０１は、プリントスタート信号に基づいて、感光ドラム１の回転を開始させる。そして、画像形成に関連する各高圧を立上げた後、作像動作に入るまでのタイミングで、一定時間の間、現像装置４の現像スリーブ４ｂに印加される直流電圧を変化させる。すなわち、現像ニップ部ｃでの感光ドラム表面の電位と現像スリーブ表面の電位の差（Ｖback）が作像動作時よりも大きくなるようにする。
【００７３】
具体的には、本実施例では帯電ローラ２に印加する直流電圧が−５００Ｖ（感光ドラム表面の電位が−５００Ｖ）のときに、通常現像スリーブ４ｂに印加する直流バイアスが−３５０Ｖ（Ｖback＝１５０Ｖ）である。これに対し、帯電能力促進制御モード実施時に現像スリーブ４ｂに印加する直流バイアスを−２５０Ｖ（Ｖback＝２５０Ｖ）にする。
【００７４】
変化させる時間は帯電ローラ２が１周以上する時間であり、本実施例では５００ｍｓｅｃ（図６中、磁性キャリア供給タイミング）とした。
【００７５】
このように一時的にＶbackを大きくすることで、現像装置４から感光ドラム１の表面上に磁性キャリアが吐き出される。現像装置４から感光ドラム１上に吐き出された磁性キャリアはトナーと反対の極性、つまりポジ極性である。そしてその磁性キャリアは感光ドラム表面に付着して感光ドラムの回転で搬送される。
【００７６】
以下図７を参照して説明する。転写装置５には電源Ｓ３から磁性キャリアのポジ極性と同じ正極の直流電圧が印加されているため、感光ドラム１上の磁性キャリアＣは転写装置５にトラップされること無く、転写装置５と感光ドラム１の転写ニップ部ｄを通過する。
【００７７】
同様に電源Ｓ３から正極の直流電圧が印加されている残留トナー均一化手段８にもトラップされること無く、残留トナー均一化手段８と感光ドラム１の表面との接触部ｆを通過する。
【００７８】
つづくトナー帯電量制御手段７には、電源Ｓ４から負極の直流電圧が印加されているため、感光ドラム１上に吐き出された磁性キャリアＣの一部はトラップされる。その後トナー帯電量制御手段７と感光ドラム１表面に働く摩擦力（具体的にはトナー帯電量制御手段７にトラップされた磁性キャリアと感光ドラム１の間に働く摩擦力）により、トラップされた磁性キャリアＣは再度除々に感光ドラム１表面に吐き出される。
【００７９】
このとき磁性キャリアＣの直径はトナーに比べて数倍大きく、個々の磁性キャリアＣの帯電量は十分大きい（約＋５０ｆＣ／個）。そのため、トナー帯電量制御手段７の負極の直流電圧で除電あるいは負極化されることはない。
【００８０】
以上のような過程を経て、現像装置４から感光ドラム１上に吐き出された磁性キャリアＣは回転している感光ドラムで搬送されて感光ドラム１と帯電ローラ２のニップ部ａに到達する。そして、帯電ローラ２の芯金２ａのマグネット（永久磁石）による磁気拘束力により帯電ローラ２の表面に付着して担持される。このときトナー帯電量制御手段７で磁性キャリアＣを一度トラップしてから徐々に帯電ローラ２に供給するため、帯電ローラ２の表面に均一かつ安定して磁性キャリアを担持することが可能となる。
【００８１】
ここで、帯電ローラ表面に過剰に磁性キャリアＣが付着することを防止するため、前述の磁性キャリア均し部材２ｆが設けられている。磁性キャリア均し部材２ｆが帯電ローラ表面に当接して往復運動することで、帯電ローラ表面に過剰に付着した磁性キャリアＣを感光ドラム１上にはぎ落とす役割をしている。
【００８２】
帯電ローラ２上に付着せずに感光ドラム１と帯電ローラ２の帯電ニップ部ａを通過した磁性キャリアＣ及び磁性キャリア均し部材２ｆで帯電ローラ２からはぎ落とされた磁性キャリアＣは、引き続く感光ドラム１の回転で現像ニップ部ｃに持ち運ばれる。そして、現像装置４で回収され、現像動作に使用される。よって、現像装置４から磁性キャリアＣの吐き出しを行なったとしても、現像装置４に例えばトナーと一緒に磁性キャリアを供給するような必要はない。
【００８３】
現像スリーブ４ｂより感光ドラム１上に吐き出された磁性キャリアＣが、帯電ローラ２表の面に付着するまでの動作は、磁性キャリア供給タイミングからおおよそ感光ドラム１周で完了される（図６中、慣らしタイミング）。本実施例では慣らしタイミングの時間を５．０ｓｅｃとした。
【００８４】
以上説明した帯電能力促進制御モードは、プリントスタート信号毎の毎回実施する必要はない。予め定めた所定のプリント枚数毎に行なえば十分である。本実施例ではプリント枚数１０００枚をカウントした後の新たなプリント動作実施時の立上げ動作後に実施している。また、制御手段部１０１により、上記帯電能力促進制御モードを実施するタイミングを、画像形成装置の使用量の情報により判断させるようにすることもできる。たとえば、帯電ローラ２の抵抗の上昇度合いを一定電圧印加時の電流量により測定し、あらかじめ決められた抵抗値の閾値以上になった時に本制御モードを開始することや、また実施頻度を変えることなどを行なっても良い。
【００８５】
（ｃ）帯電能力促進原理
次に帯電ローラ２の表面に付着した磁性キャリアの作用効果（帯電能力促進原理）について説明する。
【００８６】
帯電ローラ２などの接触帯電方式においては、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部ａで、帯電ローラ２から感光ドラム１へ必要十分な電荷が移動することにより感光ドラム１表面を帯電することが理想的である。ただし、感光ドラム１は一定速度（本実施例では１００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転しており、短時間の間で感光ドラム表面を目標とする電位まで帯電するだけの電荷の移動を行なうことができない。
【００８７】
この解決方法としては、帯電ローラ２の抵抗を下げることや帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部ａの面積を大きく採ることなどが考えられる。しかし、前者では、感光ドラム表面に突起が存在したときにピンフォールリークが発生する可能性があり、ある程度（約１０５Ωｃｍ）までしか下げることができないため十分ではない。後者の場合には、装置の大型化を余儀なくされるなどのデメリットがある。更に、実際は帯電ローラ２及び感光ドラム１の表面の形状に微細な凹凸が存在し、また部分的な抵抗ムラが存在するため、感光ドラム表面を均一に帯電することができない。
【００８８】
よって、以上のような理由により、帯電ローラ２などの接触帯電方式の場合においても、感光ドラム表面を必要十分かつ均一に帯電するうえで帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部ａの、感光ドラム面の移動方向に関して上下流側に形成される微小ギャップで発生する放電に依存している。
【００８９】
具体的には、直流電圧Ｖｄｃに交流電圧Ｖａｃを重畳した振動電圧を帯電ローラ２に印加する（ＡＣ帯電方式）ことで、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部ａの上下流に発生する所謂ＡＣ放電を利用する方法が一般的に用いられている。
【００９０】
図８の（ａ）は、帯電ローラ２の表面に磁性粒子を担持させていない場合における、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部ａ部分の拡大模式図である。（ｂ）は（ａ）の更なる拡大模式図である。
【００９１】
ＡＣ放電は、帯電ローラ２に印加する交流電圧Ｖａｃのピーク間電圧Ｖｐｐが帯電ローラ２の抵抗などにより決定されるしきい値を超えた場合に発生する。
【００９２】
図９の（ａ）は帯電ローラ２に印加する交流電圧Ｖｐｐを変化させたときに、帯電ローラ２から感光ドラム１へと流れる交流電流Ｉａｃについて示したものである（帯電ローラ２のＶｐｐ−Ｉａｃ特性）。図９に示すＶｐｐ−Ｉａｃ特性では、Ｖｐｐ１）を境にしてＶｐｐ−Ｉａｃカーブが上側に屈曲している。ここで、Ｖｐｐ１）が放電を開始するしきい値（放電開始点：本実施例では約１．２ｋＶｐｐ）である。Ｖｐｐ１）以上のＶｐｐ（例えばＶｐｐ２））において、Ｖｐｐ−Ｉａｃカーブ上のＩａｃ（Ｉａｃ１））から原点とＶｐｐ１）の点を結ぶ直線を延長したと仮定する。このときのＩａｃ（Ｉａｃ３））を引いた値（Ｉａｃ１）−Ｉａｃ３））がＡＣ放電による放電電流である。
【００９３】
ここで、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部分ａの上下流側の微小ギャップで発生するＡＣ放電は、そのすべてが感光ドラム１の帯電に作用しているわけでない。逆にオゾン（Ｏ３）や窒素酸化物（ＮＯＸ）などの帯電生成物を発生させる原因であることが知られている。つまり、帯電ローラ２と感光ドラム１のギャップが約５０μｍ以下の部分で発生するＡＣ放電については、帯電ローラ２の表面から放出されたフォトンが雰囲気中の酸素（Ｏ２）や窒素（Ｎ２）などと衝突して反応することなく感光ドラム１表面に移動する（帯電に寄与するＡＣ放電）。それ以上のギャップである場合には、雰囲気中の酸素（Ｏ２）や窒素（Ｎ２）などと衝突して反応するため、オゾン（Ｏ３）や窒素酸化物（ＮＯＸ）などの帯電生成物を発生させる原因（帯電に寄与しない放電）となる。
【００９４】
図８で領域１）に示す部分が帯電に寄与しないＡＣ放電である。領域２）に示す部分が帯電に寄与するＡＣ放電である。図９の（ａ）に示すＶｐｐ−Ｉａｃ特性についても同様である。
【００９５】
以上のことをから、領域２）のＡＣ放電を増やし、領域１）のＡＣ放電を減らすことが理想的である。しかし、図９の（ａ）に示すように、領域１）のＡＣ放電も、領域２）のＡＣ放電の帯電ローラ２に印加する交流電圧Ｖｐｐに対して共に正比例の関係である。そのため、交流電圧の大きさＶｐｐ，波形，周波数などの条件を変えても実現することは不可能である。
【００９６】
そこで本実施例では、先に述べたように帯電ローラ表面に磁性キャリアＣを付着させることにより、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部ａ内において、ギャップの大きさが約３０μｍ以下である微小ギャップを作り出す。これにより、帯電に寄与するＡＣ放電の量をふやすことが可能となった。
【００９７】
ここで、本実施例での磁性キャリアＣの大きさは、その一次個数平均粒径Ｄ１が約３０．０μｍであるため、帯電ローラ表面に付着した時に、感光ドラム表面との間で十分な微小ギャップを作り出すことが可能である。
【００９８】
磁性キャリアＣの大きさ（一次個数平均粒径Ｄ１）は、約１０．０μｍ以上、約５０．０μｍ以下であれば、所望の微小ギャップを作り出すことが可能である。
【００９９】
また、このときに帯電ローラ２の表面粗さが大きい場合には、磁性キャリアＣが帯電ローラ２に埋め込まれてしまい、微小ギャップを形成することができなくなる。そこで、帯電ローラ２の十点平均粗さ（Ｒｚ）が、１０．０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下であることが求められる。
【０１００】
図１０（ａ）に磁性キャリアＣが帯電ローラ２の表面に付着している場合における、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部ａ部分の拡大模式図である。（ｂ）は（ａ）の更なる拡大模式図である。
【０１０１】
図８の帯電ローラ２の表面に磁性粒子を担持させていない場合と比較して、接触部ａ内においても磁性キャリアＣが存在するためギャップが形成され、ＡＣ放電が発生する。そのため、帯電ローラ２に印加する交流電圧Ｖｐｐが同じである場合に、領域２）で発生する帯電に寄与するＡＣ放電が増加する。
【０１０２】
図９の（ｂ）は、磁性キャリアＣが帯電ローラ２に付着しているときのＶｐｐ−Ｉａｃ特性である。図９の（ａ）の磁性キャリアが帯電ローラ２の表面に存在しないときに比較して、同じ交流電圧Ｖｐｐを印加した場合に、領域２）に示す帯電に寄与するＡＣ放電の量が増加していることがわかる。
【０１０３】
ａ：磁性キャリアが帯電ローラ２の表面に存在しないとき
感光ドラム１の表面を均一に帯電するためには、図９の（ａ）に示すように、領域２）の帯電に寄与するＡＣ放電量がＩａｃ２）−Ｉａｃ３）（本実施例の画像形成装置を用いた場合約２５μＡ）の大きさとなるＶｐｐ２）（本実施例の画像形成装置を用いた場合約１．７ｋＶ）の交流電圧を帯電ローラ２に印加する必要がある。
【０１０４】
このときの領域１）の帯電に寄与しないＡＣ放電量はＩａｃ１）−Ｉａｃ２）（本実施例の画像形成装置を用いた場合約３５μＡ）の大きさで発生する。
【０１０５】
ｂ：磁性キャリアＣが帯電ローラ２の表面に付着しているとき
磁性キャリアＣにより形成された微小ギャップでの放電が発生する。そのため、図９の（ｂ）に示すように、前者と領域２）の帯電に寄与するＡＣ放電の大きさを同じにするため、Ｉａｃ２）−Ｉａｃ３）＝Ｉａｃ２）’−Ｉａｃ３）’に帯電ローラ２に印加する交流電圧Ｖｐｐの大きさはＶｐｐ２）よりも小さいＶｐｐ２）’（本実施例の画像形成装置を用いた場合約１．５ｋＶ）で十分となる。
【０１０６】
このときの領域１）の帯電に寄与しないＡＣ放電量Ｉａｃ１）’−Ｉａｃ２）’は前者Ｉａｃ１）−Ｉａｃ２）と比較して著しく小さくなる（本実施例の画像形成装置を用いた場合約１０μＡ）ことがわかる。
【０１０７】
つまり、本実施例の方式を用いることにより、帯電に寄与するＡＣ放電を維持したまま、帯電に寄与しないＡＣ放電を著しく小さくすることが可能となる。
【０１０８】
ここで、帯電ローラ２の表面に担持する磁性キャリアＣの量について説明する。図１１は帯電ローラ２の表面の単位面積あたりに対する磁性キャリアの被覆率がそれぞれ変化した時の模式図である。
【０１０９】
たとえば、図１１の（ａ）に示すように、帯電ローラ２の表面に担持された磁性キャリアＣの量が非常に少ないときには、磁性キャリア近傍には帯電性を向上させるための微小ギャップが存在するものの、他の部分では帯電ローラ表面と感光ドラム表面が接触してしまう。そのため、十分な効果を得ることができない。
【０１１０】
逆に、図１１の（ｄ）に示すように、帯電ローラ２の表面に担持された磁性キャリアＣの量が極端に多い場合には、帯電ローラ２の表面が磁性キャリアＣに完全に覆われてしまい、所望の微小ギャップを形成することができない虞がある。
【０１１１】
また、磁性キャリアＣが何重にも積層することで、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面のギャップの大きさが大きくなってしまうことで、帯電性を向上させるための放電を起こすことができない虞がある。
【０１１２】
このことから、理想的には図１１の（ｂ）に示すような場合が好ましく、磁性キャリア近傍はもちろんのこと、それ以外の部分でも所望の微小ギャップを形成することが可能となる。
【０１１３】
ここで、帯電ローラ２の表面に担持した磁性キャリアの被覆率の測定方法は以下のようにして実施した。まず上記シーケンスによって帯電ローラ２表面に磁性キャリアを付着させる。次に磁性キャリアの付着した帯電ローラ２表面を光学顕微鏡、レーザ顕微鏡等の顕微鏡により複数箇所観察する。そのときの観察画像を取り込み、画像処置により磁性キャリアの付着面積を割り出すことで被覆率を算出した。本実施例では磁性キャリアの付着した帯電ローラ２の表面をキーエンス製のレーザ顕微鏡ＶＫ‐８５００により主走査方向５点、周方向３点の計１５点を倍率３００倍、観察領域約１ｍｍ×１ｍｍの領域で観察した。その後本顕微鏡の画像データ処理ソフトを用い、磁性キャリアが付着している領域の面積を算出し、観察領域に占める割合を被覆率とした。
【０１１４】
図１２は帯電ローラ２の表面に担持した磁性キャリアＣの帯電ローラ表面に対する被覆率と、前述の帯電性に寄与する放電量との関係を示したものである。
【０１１５】
この測定に使用した帯電ローラ２としては、未使用の帯電ローラ及び４０ｋ枚プリント動作を行なった後の帯電ローラ２を用いた。ちなみに前者の帯電ローラ２の抵抗値は、２．０×１０６Ω・ｃｍであり、後者の帯電ローラ２の抵抗値は、１．２×１０７Ω・ｃｍである。図１２からわかるように、帯電ローラ２の表面に担持する磁性キャリアの被覆率が０％から約４０％までの間では、被覆量の増加に伴い放電電流量も増加している。約４０％以上になると被覆量の増加に伴い放電電流量が減少していることがわかる。更には１００％を超えた場合には、０％の時よりも放電電流量が低下する。
【０１１６】
ここで、感光ドラム１の表面を安定して帯電処理することができる放電電流量レベルから換算して、帯電ローラ２の表面に担持する磁性キャリアの被覆量は、約１０％から約５０％の範囲であることがわかる。より好ましくは、２０％から４０％であり、この場合には例えば今回の測定に使用した４０ｋ枚使用後の帯電ローラ２において、未使用の帯電ローラ２でキャリアを担持しない場合よりも帯電性に寄与する放電電流の量が大きいことがわかる。
【０１１７】
このように、帯電ローラ２の表面に担持する磁性キャリアの量を制御する手段としては、前述の磁性キャリア均し部材２ｆの効果に負うところが大きい。磁性キャリア均し部材２ｆが帯電ローラ２の回転方向に対してカウンター方向になるように帯電ローラ表面に当接されていることから、帯電ローラ表面に層状に積層したキャリアのうち上側の磁性キャリアをはぎ落とす効果を発揮する。また磁性キャリア均し部材２ｆは長手方向に一定の周波数で往復運動をしていることから、はぎ落とす効果と共に均一に均す効果も兼ねている。
【０１１８】
もちろん、前述のトナー帯電量制御手段７により、現像装置４から感光ドラム１上に供給された磁性キャリアを一時的にトラップし、徐々に帯電ローラ２の表面に供給することにより、より安定的に帯電ローラ表面に担持される磁性キャリアの量を適量にコントロールできる。
【０１１９】
更に、帯電ローラ２の表面に担持する磁性キャリアの量を制御するために、帯電ローラ表面の磁力を最適化することが望ましい。つまり、帯電ローラ２の一部を構成するマグネット、本実施例の場合には芯金２ａの磁力が大きすぎる場合には、磁性キャリア量をコントロールすることが難しくなる。
【０１２０】
図１３には、磁性キャリア均し部材２ｆを設けない場合に、帯電ローラ２の表面の磁力を変化させた時に、帯電ローラ表面に担持される磁性キャリアの被覆量の変化について示したものである。この時に使用した磁性キャリアＣの磁化量は２００ｅｍｕ／ｃｃである。この図からわかるように、帯電ローラ表面の磁力を上げるに従って、帯電ローラ表面に担持される磁性キャリアの被覆率は大きくなることがわかる。前述の磁性キャリアの被覆率と帯電性に寄与する放電電流の関係を合わせて考えることにより、帯電ローラ表面の磁力は１０ｍＴから７０ｍＴの範囲、より好ましくは２０ｍＴから６０ｍＴの範囲にすることが良い。
【０１２１】
このように、帯電ローラ２に上記の磁性キャリア均し部材２ｆを当接させて設け、また帯電ローラ表面の磁力を４０ｍＴに設定することで、帯電ローラ表面に担持する磁性キャリアの被覆量を２０％から４０％の範囲で安定して維持することができる。これにより、帯電ローラ２の感光ドラム１の表面に対する帯電性を向上させる放電電流を最大限持たすことが可能となった。
【０１２２】
本実施例と同じような効果を得る方法として、帯電ローラ２の表面粗さを大きくすることが考えられる。しかし、この場合、長期使用に伴い帯電ローラ２の表面が磨耗してしまうことや、トナーやトナーに外添されている微粒子が埋め込まれることにより帯電ローラ２の表面粗さが小さくなるため、長期間安定して効果を維持することが不可能である。
【０１２３】
また、クリーニング装置を有する画像形成装置においても、本実施例と同様の方法を用いることで、帯電ローラ２の帯電能力を促進することが可能である。しかし、クリーニング装置を有するがゆえに磁性キャリアを帯電ローラ２に供給する装置を新たに設ける必要があり、装置の大型化、複雑化などのデメリットが考えられる。
【０１２４】
以上、本実施例は、芯金２ａがマグネット（永久磁石）からなる帯電ローラ２の表面に、現像装置４のかぶり採りバイアスを変化させる制御を定期的に行なって感光体上に吐き出された磁性キャリアを供給する。そして、磁性キャリアを帯電ローラ表面に慣らし部材２ｆにより適量且つ均一に担持させる。これにより、磁性キャリアは帯電ローラと感光体の接触部に微小なギャップを作り出し、帯電ローラが感光体表面を帯電することを助ける帯電補助粒子としての役割を果たす。そのため、感光体表面の帯電に寄与しない放電を抑えながら帯電ローラの感光体への帯電能力を促進させることが可能となる。この結果より、オゾン（Ｏ３）や窒素酸化物（ＮＯＸ）などの帯電生成物の生成を抑えると共に、帯電ローラがトナーや外添剤などで汚染された場合にも感光体表面を十分に帯電できる能力を維持することが可能となる。そして、画像ナガレや帯電ムラなどの画像不良を使用プリント枚数に関わらず長期間にわたり防止することができる。
【０１２５】
《その他》
１）本発明において、帯電回転体は実施例のローラ体に限られない。回動ベルト体の形態のものにすることもできる。
【０１２６】
２）また本発明において、像担持体は実施例のドラム型に限られない。回動ベルト体の形態のものにすることもできる。また像担持体は実施例の電子写真感光体に限られない。静電記録誘電体にすることもできる。この場合の情報書き込み手段は、静電記録誘電体の帯電処理面を選択的に除電して静電潜像を形成する、除電針アレイ、イオン照射走査装置等が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を示す模型図である。
【図２】図１の画像形成装置が備える感光ドラム及び帯電ローラの層構成を示す模型図である。
【図３】現像装置の部分的拡大模型図である。
【図４】磁性キャリア均し部材の模式図（その１）である。
【図５】磁性キャリア均し部材の模式図（その２）である。
【図６】帯電ローラに現像装置内の磁性キャリアを付着させるモードを行なう、感光ドラム周りの作像手段の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】本発明に係る画像形成装置において、帯電ローラ表面に磁性キャリアが供給される過程を示す模型図である。
【図８】帯電ローラ表面に磁性キャリアが担持されていない場合の、帯電ローラと感光ドラムの接触部拡大模型図である。
【図９】（ａ）は帯電ローラに磁性キャリアが担持されていない状態での帯電交流電圧と帯電交流電流の関係を示す関係図、（ｂ）は帯電ローラに磁性キャリアが担持されている状態での帯電交流電圧と帯電交流電流の関係を示す関係図である。
【図１０】帯電ローラ表面に磁性キャリアが担持されている場合の、帯電ローラと感光ドラムの接触部拡大模型図である。
【図１１】帯電ローラに担持された磁性キャリアの量に対する帯電ローラと感光ドラム接触部のギャップ状態及び帯電ローラ表面の磁性キャリアの担持状態の模式図である。
【図１２】帯電ローラに担持された磁性キャリアの被覆率と、帯電に寄与する放電電流の量の関係を示す関係図である。
【図１３】帯電ローラ表面の磁力と帯電ローラ表面に担持された磁性キャリアの被覆率の関係を示す関係図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１・・感光ドラム（像担持体）、２・・帯電ローラ（帯電回転体）、２ｆ・・磁性キャリア均し部材、３・・レーザビームスキャナ（静電潜像書き込み手段）、４・・トナーと磁性キャリアからなる現像剤を用いた現像装置（二成分現像方式の現像手段）、５・・転写ローラ（転写手段）、６・・定着装置、７・・トナー帯電量制御手段、８・・残留トナー均一化手段、Ｃ・・磁性キャリア粒子
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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