(57)【要約】【課題】劣化トナーを高効率で選択的に除去することが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置１００の電源１４は、制御装置５１によって制御され、現像バイアス電圧ＶＢとして、現像器１３から感光体１０にトナーを移動させるための負電圧ＶＤＣ１と、感光体１０から現像器１３にトナーを移動させるための正電圧ＶＤＣ２とを交互に出力する。非画像形成時に負電圧ＶＤＣ１が出力される時間は、画像形成時に負電圧ＶＤＣ１が出力される時間よりも長い。【選択図】図５
2019184749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その表面に静電潜像が形成される像担持体、帯電したトナーを用いて前記静電潜像を現像する現像器、前記現像器に現像バイアス電圧を印加する電源、前記像担持体表面のトナー画像を記録媒体に転写させる転写部材、および前記像担持体表面に残留したトナーを除去するクリーナーを含む印写部と、
前記印写部を制御する制御部とを備え、
前記現像バイアス電圧は、直流バイアス電圧に重畳された第１の交流電圧であって、前記現像器から前記像担持体にトナーを移動させるための第１の直流電圧と、前記像担持体から前記現像器にトナーを移動させるための第２の直流電圧とを含み、
前記制御部は、
前記電源を制御して前記第１および第２の直流電圧を交互に出力させ、
前記記録媒体に転写されるトナー画像を前記像担持体の表面に形成する画像形成時には、前記第１の直流電圧を第１の時間だけ出力させ、
前記画像形成時と異なる非画像形成時には、前記第１の直流電圧を前記第１の時間よりも長い第２の時間だけ出力させる、画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記画像形成時には前記第１および第２の直流電圧を第１の周波数で切換えさせ、前記非画像形成時には前記第１の周波数よりも低い第２の周波数で前記第１および第２の直流電圧を切換えさせる、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記非画像形成時には、前記第２の周波数よりも高い第３の周波数の第２の交流電圧を前記第２の直流電圧に重畳させる、請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第２の交流電圧のピーク間電圧は、前記第１の交流電圧のピーク間電圧よりも小さい、請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記第３の周波数は前記第２の周波数の３〜６倍である、請求項３または４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１および第２の直流電圧を一定周波数で切換えさせ、前記画像形成時には、前記第１の直流電圧の出力時間と一周期との比を第１の値に設定し、前記非画像形成時には、前記第１の直流電圧の出力時間と一周期との比を前記第１の値よりも大きな第２の値に設定する、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第２の値と前記第１の値との差に応じて、前記直流バイアス電圧と前記感光体の表面電位との差の電圧を増大させる、請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記第２の値は０．６〜０．６７８である、請求項６または７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記非画像形成時は、２枚の記録媒体に転写される２つのトナー画像の間の期間、前記画像形成装置を立ち上げる期間、前記画像形成装置を立ち下げる期間、および劣化したトナーを前記現像器から排除する排除モードの実行が指令された期間のうちの少なくともいずれか１つの期間である、請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は画像形成装置に関し、特に、電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置では、光導電性物質を有する像担持体の表面を帯電手段によって一様に帯電し、像担持体の表面を露光手段によって露光することにより、像担持体の表面に電位差を発生させて静電潜像を形成する。そして、その静電潜像を現像器によって現像してトナー画像を形成し、そのトナー画像を紙などの記録媒体に転写した後に熱や圧力などを用いて定着させて、記録媒体にトナー画像を形成する。
【０００３】
像担持体の帯電や除電は、コロナ帯電器または帯電ローラーに４５００〜６５００［Ｖ］程度の直流、交流の高電圧を印加することによって行なわれる。この種の画像形成装置では、さらに、記録媒体に転写されずに像担持体に残留したトナーをクリーニングするために、クリーニングブレード、クリーニングブラシ、クリーニングローラー等のクリーニング部材を像担持体の表面に当接させて、像担持体表面の残留トナーを掻き取る。クリーニング部材によって掻き取られた廃トナーは、搬送部材によって搬送されて廃トナーボックスに収容される。
【０００４】
一般的に、印字を行なうことによりトナーが劣化する。特に、ＣＷ（カラー／ホワイト）比が小さいときにトナーの劣化の程度が大きくなる。トナーが劣化すると、トナーの帯電量が低下し、かぶりトナー、こぼれトナーなどの画像ノイズが発生する。この対策として、ＣＷ比が小さい場合には、非画像形成時にパッチ画像を生成することによってトナーを強制的に消費し、トナーの劣化を抑制する方法がある。しかし、この方法では、劣化したトナーとともに劣化していないトナーも消費されるので、トナー消費量が大きくなり、コスト高になる。また、劣化したトナーを排出する効率が低い。
【０００５】
また、画像形成装置の小型化に伴って現像器も小型化され、現像器に投入される現像剤量が減少したので、耐刷に伴う現像剤の劣化の影響が大きくなり、かぶりへの影響がより大きくなってきている。さらには、近年の現像剤の小径化に伴って、トナーに作用する力として、電磁力以外の力（ファンデルワールス力等）の影響を無視できなくなってきている。このため、従来なら通常の現像バイアス電圧で移動していたトナーが、通常の現像バイアスでは移動し難くなってきている。
【０００６】
このような状況において、かぶり、濃度ムラ等の画像ノイズを無くすための技術が従来より提案されている。たとえば特開２０１２−０２７２８２号公報（特許文献１）には、非画像形成時における現像バイアス電圧の交流成分のピーク間電圧、周波数を画像形成時よりも高くすることにより、現像剤に含まれる研磨粒子の像担持体への供給量を増やす技術が開示されている。
【０００７】
また、たとえば特開２０１０−０７２５８０号公報（特許文献２）には、非画像形成時における現像バイアス電圧の直流成分の電圧を画像形成時よりも高くすることにより、帯電極性が反転したトナーを像担持体に吐き出す技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−０２７２８２号公報
【特許文献２】特開２０１０−０７２５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１では、研磨粒子を像担持体に供給することはできるが、劣化したトナーを像担持体に選択的に吐き出すことはできない。また、特許文献２では、帯電極性が反転したトナーを像担持体に吐き出すことはできるが、帯電極性が反転していない劣化トナーを像担持体に選択的に吐き出すことはできない。
【００１０】
それゆえに、この発明の主たる目的は、劣化トナーを高効率で選択的に除去することが可能な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】
【００１１】
この発明に係る画像形成装置は、その表面に静電潜像が形成される像担持体、帯電したトナーを用いて静電潜像を現像する現像器、現像器に現像バイアス電圧を印加する電源、像担持体表面のトナー画像を記録媒体に転写させる転写部材、および像担持体表面に残留したトナーを除去するクリーナーを含む印写部と、印写部を制御する制御部とを備えたものである。現像バイアス電圧は、直流バイアス電圧に重畳された第１の交流電圧であって、現像器から像担持体にトナーを移動させるための第１の直流電圧と、像担持体から現像器にトナーを移動させるための第２の直流電圧とを含む。制御部は、電源を制御して第１および第２の直流電圧を交互に出力させ、記録媒体に転写されるトナー画像を像担持体の表面に形成する画像形成時には、第１の直流電圧を第１の時間だけ出力させ、画像形成時と異なる非画像形成時には、第１の直流電圧を第１の時間よりも長い第２の時間だけ出力させる。
【００１２】
好ましくは、制御部は、画像形成時には第１および第２の直流電圧を第１の周波数で切換えさせ、非画像形成時には第１の周波数よりも低い第２の周波数で第１および第２の直流電圧を切換えさせる。
【００１３】
また好ましくは、制御部は、非画像形成時には、第２の周波数よりも高い第３の周波数の第２の交流電圧を第２の直流電圧に重畳させる、請求項２に記載の画像形成装置。
【００１４】
また好ましくは、第２の交流電圧のピーク間電圧は、第１の交流電圧のピーク間電圧よりも小さい。
【００１５】
さらに好ましくは、第３の周波数は第２の周波数の３〜６倍である。
また好ましくは、制御部は、第１および第２の直流電圧を一定周波数で切換えさせ、画像形成時には、第１の直流電圧の出力時間と一周期との比を第１の値に設定し、非画像形成時には、第１の直流電圧の出力時間と一周期との比を第１の値よりも大きな第２の値に設定する。
【００１６】
また好ましくは、制御部は、第２の値と第１の値との差に応じて、直流バイアス電圧と感光体の表面電位との差の電圧を増大させる。
【００１７】
さらに好ましくは、第２の値は０．６〜０．６７８である。
また好ましくは、非画像形成時は、２枚の記録媒体に転写される２つのトナー画像の間の期間、画像形成装置を立ち上げる期間、画像形成装置を立ち下げる期間、および劣化したトナーを現像器から排除する排除モードの実行が指令された期間のうちの少なくともいずれか１つの期間である。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る画像形成装置では、現像バイアス電圧は、現像器から像担持体にトナーを移動させる第１の直流電圧と、像担持体から現像器にトナーを移動させる第２の直流電圧とを含む。制御部は、電源を制御して第１および第２の直流電圧を交互に出力させ、画像形成時には第１の直流電圧を第１の時間だけ出力させ、非画像形成時には第１の時間よりも長い第２の時間だけ第２の直流電圧を出力させる。したがって、帯電量および電界応答性が低い劣化トナーは、非画像形成時に現像器から像担持体に吐き出される。よって、劣化トナーを高効率で選択的に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による画像形成装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１に示した現像器およびそれに関連する部分を示す断面図である。
【図３】画像形成時における現像バイアス電圧を示す図である。
【図４】非画像形成時における現像バイアス電圧を示す図である。
【図５】画像形成時における交流電圧の波形と非画像形成時における交流電圧の波形とを示すタイムチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２による画像形成装置の非画像形成時における現像バイアス電圧を示す図である。
【図７】図６に示した交流電圧ＶＡＣ２，ＶＡＣ３の波形を示すタイムチャートである。
【図８】この発明の実施の形態３による画像形成装置の非画像形成時における現像バイアス電圧を示す図である。
【図９】図６に示した直流バイアス電圧を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による画像形成装置１００の全体構成を示す図である。図１には、電子写真方式の画像形成装置１００としてカラープリンタが示されているが、画像形成装置１００は、カラープリンタに限定されず、たとえば、モノクロプリンタであってもよいし、ファックスであってもよいし、モノクロプリンタ、カラープリンタおよびファックスの複合機（ＭＦＰ：Multi-Functional  Peripheral）であってもよい。
【００２１】
図１において、画像形成装置１００は、中間転写ベルト３０、画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ、トナーボトル１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ、一次転写ローラー３１、二次転写ローラー３３、カセット３７、従動ローラー３８、駆動ローラー３９、タイミングローラー４０、クリーニングブレード４２、トレー４８、定着装置５０、および制御装置５１（制御部）を備える。
【００２２】
中間転写ベルト３０は、従動ローラー３８および駆動ローラー３９によって水平に張架されている。駆動ローラー３９はモーター（図示せず）に接続されている。中間転写ベルト３０および従動ローラー３８は、駆動ローラー３９に連動して回転する。図１では、中間転写ベルト３０が左回りに回転する場合が示されている。
【００２３】
画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、中間転写ベルト３０の下に設けられ、中間転写ベルト３０の回転方向に順次配置されている。トナーボトル１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋには、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、およびブラック（ＢＫ）のトナーが収容されている。
【００２４】
画像形成ユニット１Ｙは、トナーボトル１５Ｙからトナーの供給を受けてイエローのトナー画像を形成する。画像形成ユニット１Ｍは、トナーボトル１５Ｍからトナーの供給を受けてマゼンタのトナー画像を形成する。画像形成ユニット１Ｃは、トナーボトル１５Ｃからトナーの供給を受けてシアンのトナー画像を形成する。画像形成ユニット１Ｋは、トナーボトル１５Ｋからトナーの供給を受けてブラックのトナー画像を形成する。
【００２５】
画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの各々は、感光体１０（像担持体）、帯電器１１、露光部１２、現像器１３、およびクリーナー１７を含む。帯電器１１は、感光体１０の表面を一様に帯電する。露光部１２は、制御装置５１からの制御信号に応じて感光体１０にレーザー光を照射し、入力された画像パターンに従って感光体１０の表面を露光する。これにより、入力画像に応じた静電潜像が感光体１０の表面に形成される。
【００２６】
現像器１３は、現像ローラー１３ａを含む。現像ローラー１３ａの表面と感光体１０の表面との間には、微小なギャップが開けられている。現像器１３は、現像ローラー１３ａを回転させ、帯電されたトナーを含む現像剤を現像ローラー１３ａの表面に付着させる。
【００２７】
用紙Ｓ（記録媒体）に転写させるトナー画像を感光体１０の表面に形成する画像形成時には、現像ローラー１３ａに現像バイアス電圧ＶＢ１が印加され、帯電されたトナーが現像ローラー１３ａから感光体１０に飛翔し、静電潜像に応じたトナー画像が感光体１０の表面に形成される。
【００２８】
画像形成時と異なる非画像形成時には、現像バイアス電圧ＶＢ１と異なる現像バイアス電圧ＶＢ２が現像ローラー１３ａに印加され、現像剤に含まれる劣化トナーが現像ローラー１３ａから感光体１０に吐き出され、除去される。現像バイアス電圧ＶＢ１，ＶＢ２については、後で詳細に説明する。
【００２９】
非画像形成時とは、２枚の用紙Ｓに転写される２つのトナー画像の間の期間、画像形成装置１００を立ち上げる期間、画像形成装置１００を立ち下げる期間、および劣化したトナーを現像器１３から排除する排除モードの実行が指令された期間のうちの少なくともいずれか１つの期間である。排除モードの実行は、所定枚数の印刷がカウントされる毎に指令されてもよいし、操作部(図示せず)から指令されても構わない。
【００３０】
感光体１０と中間転写ベルト３０の表面とは、互いに接触している。一次転写ローラー３１は、各画像形成ユニット１に対応して設けられ、中間転写ベルト３０の裏面に当接されて回転可能に支持されている。一次転写ローラー３１と、それに対応する画像形成ユニット１の感光体１０とは、中間転写ベルト３０を挟むように設けられている。トナーと逆極性の転写電圧が一次転写ローラー３１に印加され、トナーが感光体１０から中間転写ベルト３０の表面に転写される。
【００３１】
クリーナー１７は、感光体１０に圧接されたクリーニングブレードを含み、感光体１０から中間転写ベルト３０へのトナーの転写後に感光体１０の表面に残留するトナーを回収する。
【００３２】
イエロー（Ｙ）のトナー画像、マゼンタ（Ｍ）のトナー画像、シアン（Ｃ）のトナー画像、およびブラック（ＢＫ）のトナー画像が順に重ねられて感光体１０から中間転写ベルト３０に転写される。これにより、カラーのトナー画像が中間転写ベルト３０の表面に形成される。
【００３３】
二次転写ローラー３３は、画像形成ユニット１Ｋの下流側の所定位置において、中間転写ベルト３０の表面に当接されて回転可能に支持されている。二次転写ローラー３３および駆動ローラー３９は、中間転写ベルト３０を挟むように設けられている。二次転写ローラー３３および中間転写ベルト３０は互いに接触しており、それらが接触している部分はニップと呼ばれる。中間転写ベルト３０が回転駆動されると、中間転写ベルト３０の表面のトナー画像が二次転写ローラー３３および中間転写ベルト３０間のニップに搬送される。
【００３４】
カセット３７には、多数の用紙Ｓ（記録媒体）がセットされる。各用紙Ｓは、カセット３７からタイミングローラー４０によって搬送経路４１に沿って、二次転写ローラー３３および中間転写ベルト３０間のニップに送られる。制御装置５１は、用紙Ｓが送り出されるタイミングに合わせて、二次転写ローラー３３に印加する転写電圧を制御する。
【００３５】
二次転写ローラー３３と中間転写ベルト３０表面のトナー画像との間に用紙Ｓが挿入されているときに、二次転写ローラー３３にトナー画像と逆極性の転写電圧が印加されると、トナー画像が中間転写ベルト３０から二次転写ローラー３３側に引き付けられ、用紙Ｓの表面に転写される。
【００３６】
二次転写ローラー３３への用紙Ｓの搬送タイミングは、中間転写ベルト３０上のトナー画像の位置に合わせてタイミングローラー４０によって制御される。その結果、中間転写ベルト３０上のトナー画像は、用紙Ｓの適切な位置に転写される。中間転写ベルト３０、一次転写ローラー３１、および二次転写ローラー３３は、感光体１０表面のトナー画像を用紙Ｓに転写させる転写部材を構成する。
【００３７】
トナー画像が転写された用紙Ｓは、上方の定着装置５０に送られる。定着装置５０は、自身を通過する用紙Ｓを加圧および加熱する。定着装置５０は、制御装置５１からの制御信号に従って、用紙の加熱度合いや、用紙に加える圧力などを制御する。定着装置５０が用紙Ｓを加熱および加圧することで、トナー画像が用紙Ｓに定着する。その後、用紙Ｓは、トレー４８に排紙される。
【００３８】
クリーニングブレード４２は、二次転写ローラー３３よりも下流側の所定位置において、中間転写ベルト３０に圧接されている。クリーニングブレード４２および従動ローラー３８は、中間転写ベルト３０を挟むように設けられている。クリーニングブレード４２は、中間転写ベルト３０から用紙Ｓへのトナー画像の転写後に中間転写ベルト３０の表面に残留するトナーを回収する。回収されたトナーは、搬送スクリュー（図示せず）によって搬送されて、廃トナー容器（図示せず）に貯められる。制御装置５１は、画像形成装置１００全体を制御する。
【００３９】
次に、画像形成装置１００の動作について説明する。画像形成時には、帯電器１１によって感光体１０の表面が所定電位に帯電され、露光部１２によって感光体１０の表面に画像パターンが露光されて、感光体１０の表面に静電潜像が形成される。現像ローラー１３ａに現像バイアス電圧ＶＢ１が印加され、現像ローラー１３ａから感光体１０の表面にトナーが飛翔し、静電潜像がトナーによって可視化される。
【００４０】
感光体１０の表面に形成されたトナー画像は、一次転写ローラー３１によって中間転写ベルト３０の表面に転写され、さらに、二次転写ローラー３３によって用紙Ｓに転写され、定着装置５０によって用紙Ｓに定着される。トナー画像が定着された用紙Ｓは、トレー４８に排出される。感光体１０の表面に残留したトナーはクリーナー１７によって除去され、中間転写ベルト３０の表面に残留したトナーはクリーニングブレード４２によって除去される。
【００４１】
また、非画像形成時には、帯電器１１によって感光体１０の表面が所定電位に帯電され、現像ローラー１３ａに現像バイアス電圧ＶＢ２が印加され、現像ローラー１３ａから感光体１０の表面に劣化トナーが吐き出される。感光体１０の表面に吐き出された劣化トナーの一部は中間転写ベルト３０の表面に付着するが、用紙Ｓには転写されず、クリーニングブレード４２によって除去される。また、感光体１０の表面に吐き出された劣化トナーの残りの部分はクリーナー１７によって除去される。
【００４２】
図２は、現像器１３およびそれに関連する部分を示す断面図である。図２において、現像器１３は、現像ローラー１３ａ、搬送部材１３ｂ，１３ｃ、および規制ブレード１３ｄを含む。この現像器１３では、トナーおよびキャリアを含む２成分現像剤が使用される。搬送部材１３ｂ，１３ｃの各々は、現像器１３の下部において回転自在に設けられ、現像剤を撹拌するとともに、現像器１３内を循環させる。
【００４３】
現像ローラー１３ａは、円筒状に形成され、搬送部材１３ｃと感光体１０の間において回転自在に支持されている。現像ローラー１３ａと感光体１０の間には、微小なギャップが開けられている。現像ローラー１３ａの内部には、現像剤を搬送するための複数の磁極が配置されている。現像ローラー１３ａは、現像ニップ部において感光体１０と同方向に回転駆動される。規制ブレード１３ｄは、所定の隙間を開けて現像ローラー１３ａの表面に対向して配置され、現像ローラー１３ａの表面における現像剤を所定量に規制する。
【００４４】
現像ローラー１３ａには、電源１４が接続されている。電源１４は、制御装置５１によって制御され、画像形成時には現像ローラー１３ａに現像バイアス電圧ＶＢ１を印加し、非画像形成時には現像ローラー１３ａに現像バイアス電圧ＶＢ２を印加する。感光体１０の回転軸は、接地されている。現像バイアス電圧ＶＢ１は、直流バイアス電圧ＶＤＣＢに重畳された交流電圧ＶＡＣ１を含む。現像バイアス電圧ＶＢ２は、直流バイアス電圧ＶＤＣＢに重畳された交流電圧ＶＡＣ２を含む。
【００４５】
なお、通常、直流バイアス電圧ＶＤＣＢは−２００Ｖ〜−９００Ｖに設定され、交流電圧ＶＡＣの周波数は３ｋＨｚ〜７ｋＨｚに設定され、交流電圧ＶＡＣのピーク間電圧Ｖｐｐは１ｋＶ〜３ｋＶに設定される。交流電圧ＶＡＣの波形は、矩形波または正弦波である。
【００４６】
図３は、画像形成時における現像バイアス電圧ＶＢ１と感光体１０の潜像電位との関係を示す図である。図３では、感光体１０の表面電位（暗部電位）Ｖ０は−５００Ｖであり、光が照射された部分の明部電位Ｖｉは−５０Ｖである。直流バイアス電圧ＶＤＣＢは、表面電位Ｖ０と明部電位Ｖｉの間の−４００Ｖに設定されている。直流バイアス電圧ＶＤＣＢに交流電圧ＶＡＣ１が重畳されている。
【００４７】
交流電圧ＶＡＣ１は、前半の半周期は−７００Ｖにされ、後半の半周期は＋７００Ｖにされ、矩形波状に変化する。したがって、交流電圧ＶＡＣのピーク間電圧Ｖｐｐは１．４ｋＶである。また、交流電圧ＶＡＣ１のデューティ比は、−７００Ｖにされる時間と、一周期との比であり、０．５である。なお、交流電圧ＶＡＣ１は、正弦波であっても構わない。
【００４８】
すなわち、電源１４（図２）は、画像形成時には、負極性のトナーを現像ローラー１３ａから感光体１０に移動（吐出）させるための負電圧（第１の直流電圧）ＶＤＣ１＝−４００Ｖ−７００Ｖ＝−１１００Ｖと、負極性のトナーを感光体１０から現像ローラー１３ａに移動（回収）させるための正電圧（第２の直流電圧）ＶＤＣ２＝−４００Ｖ＋７００Ｖ＝＋３００Ｖとを交互に出力する。
【００４９】
負極性に帯電されたトナーは、現像ローラー１３ａに負電圧ＶＤＣ１が印加されている期間には現像ローラー１３ａから吐き出され、現像ローラー１３ａに正電圧ＶＤＣ２が印加されている期間には現像ローラー１３ａに回収され、現像ローラー１３ａと感光体１０の間で往復動する。
【００５０】
トナーは、現像ローラー１３ａと感光体１０の間で移動している間に、感光体１０の明部電位Ｖｉ＝−１００Ｖと直流バイアス電圧ＶＤＣＢ＝−４００Ｖとの電位差（−１００Ｖ＋４００Ｖ＝＋３００Ｖ）に従って感光体１０の表面のうちの明部（光が照射された部分）に付着する。トナーは、感光体１０の表面電位Ｖ０＝−５００Ｖと直流バイアス電圧ＶＤＣＢ＝−４００Ｖとの電位差（−５００Ｖ＋４００Ｖ＝−１００Ｖ）に従って感光体１０の表面のうちの暗部（光が照射されていない部分）には付着しない。このようにして、感光体１０表面の静電潜像は、トナーによって可視化される。
【００５１】
なお、現像バイアス電圧ＶＢと感光体１０の静電潜像との間に発生する最大電位ギャップΔＶmax、すなわち明部電位Ｖｉ＝−５０Ｖと負電圧ＶＤＣ１＝−１１００Ｖとの電位差は上限値ＶＨ（たとえば１０５０Ｖ）以下に制限されている。最大電位ギャップΔＶmaxが上限値ＶＨを超えると、画像部リークが発生し、画像ノイズが現れる恐れがある。なお、上限値ＶＨの具体的な数値は、現像ローラー１３ａおよび感光体１０間のギャップのバラツキ、現像ローラー１３ａ上の現像剤の付着量、濃度、感光体１０の電位バラツキ等によって異なる。
【００５２】
図４は、非画像形成時における現像バイアス電圧ＶＢ２と感光体１０の表面電位Ｖ０との関係を示す図であって、図３と対比される図である。図４では、感光体１０の表面電位Ｖ０は−５００Ｖである。非画像形成時では、感光体１０は露光されないので、明部電位Ｖｉは発生しない。直流バイアス電圧ＶＤＣＢは、画像形成時と同じ値の−４００Ｖに設定されている。直流バイアス電圧ＶＤＣＢに交流電圧ＶＡＣ２が重畳されている。
【００５３】
図５（Ａ），（Ｂ）は、交流電圧ＶＡＣ１，ＶＡＣ２の波形を示すタイムチャートである。図５（Ａ），（Ｂ）において、非画像形成時における交流電圧ＶＡＣ２の周波数ｆ２は、画像形成時における交流電圧ＶＡＣ１（図３）の周波数ｆ１の１／２倍である。交流電圧ＶＡＣ１，ＶＡＣ２のピーク間電圧Ｖｐｐは、ともに１４００Ｖである。
【００５４】
図４に戻って、交流電圧ＶＡＣ２は、交流電圧ＶＡＣ１と同様に、半周期は−７００Ｖにされ、残りの半周期は＋７００Ｖにされ、矩形波状に変化する。したがって、交流電圧ＶＡＣのピーク間電圧Ｖｐｐは１．４ｋＶである。また、交流電圧ＶＡＣ１のデューティ比は、−７００Ｖにされる時間と、一周期との比であり、０．５である。なお、交流電圧ＶＡＣ２は、正弦波であっても構わない。
【００５５】
すなわち、電源１４（図２）は、非画像形成時には、負極性のトナーを現像ローラー１３ａから感光体１０に移動させるための負電圧（第１の直流電圧）ＶＤＣ１＝−４００Ｖ−７００Ｖ＝−１１００Ｖと、負極性のトナーを感光体１０から現像ローラー１３ａに移動させるための正電圧（第２の直流電圧）ＶＤＣ２＝−４００Ｖ＋７００Ｖ＝＋３００Ｖとを交互に出力する。
【００５６】
なお、現像バイアス電圧ＶＢ２と感光体１０の静電潜像との間に発生する最大電位ギャップΔＶmax、すなわち正電圧ＶＤＣ２＝＋３００Ｖと暗部電位Ｖ０＝−５００Ｖとの電位差は８００Ｖであり、上限値ＶＨ（たとえば１０５０Ｖ）以下に制限されている。したがって、画像部リークが発生して画像ノイズが現れることはない。
【００５７】
一般的に、トナーが劣化すると、トナーの帯電量が低下する。劣化トナーの割合が増加したトナーの帯電量分布を測定すると、負極性および正極性の弱帯電トナーの比率が増大する。そのため、トナーが劣化すると、現像バイアス電圧ＶＢに対する電界応答性（電界に対する追随性）が悪くなる。
【００５８】
劣化トナーの電界応答性が悪化する理由は、次のように考えられる。すなわち、トナーが劣化していない場合には、トナーの帯電量が大きいので、トナーに作用するファンデルワールス力がトナーに作用する静電気力と比べて微小であり、無視することが可能なレベルである。しかし、トナーが劣化してトナーの帯電量が低下すると、トナーに作用する静電気力が低下し、トナーに作用するファンデルワールス力が無視できないレベルになる。
【００５９】
本実施の形態１では、非画像形成時における交流電圧ＶＡＣ２の周波数ｆ２を画像形成時における交流電圧ＶＡＣ１の周波数ｆ１よりも小さくして交流電圧ＶＡＣ２の周期λ２を長くし、劣化トナーに電界を印加する時間を長くして劣化トナーでも電界に応答するような状態を作ることにより、劣化トナーの吐き出しを可能とする。
【００６０】
具体的には、非画像形成時における交流電圧ＶＡＣ２の周波数ｆ２を画像形成時における交流電圧ＶＡＣ１の周波数ｆ１の１／２倍にして、交流電圧ＶＡＣ２の周期λ２を交流電圧ＶＡＣ１の周期λ１の２倍に延長する。これにより、非画像形成時では、画像形成時と比べて２倍の長い時間、トナーに同じ電界が印加される。したがって、劣化トナーのように電界応答性（電界追随性）の低い弱帯電トナーでも、電界に追随することが可能となり、劣化トナーを選択的に感光体１０へと吐き出すことが可能となる。
【００６１】
現像バイアス電圧ＶＢ２が負電圧ＶＤＣ１である場合は、劣化トナーに含まれる負極性の弱帯電トナーが現像ローラー１３ａから吐き出され、現像バイアス電圧ＶＢ２が正電圧ＶＤＣ２である場合は、劣化トナーに含まれる正極性の弱帯電トナーが現像ローラー１３ａから吐き出される。
【００６２】
現像ローラー１３ａから吐き出された劣化トナーは、現像バイアス電圧ＶＢ２によって形成される電界に従って感光体１０に向かって移動する。劣化トナーが感光体１０の表面に到着すると、劣化トナーと感光体１０の表面との間に発生するファンデルワールス力によって感光体１０の表面に付着する。一度感光体１０の表面に劣化トナーが付着すると、静電気力よりもファンデルワールス力の方が大きいので、再び現像器１３に回収する方向の現像バイアス電圧ＶＢ２が印加されても、劣化トナーは現像器１３に回収されない。
【００６３】
これに対して、負極性に帯電された正常なトナーは、現像ローラー１３ａに負電圧ＶＤＣ１が印加されている期間には現像ローラー１３ａから吐き出され、現像ローラー１３ａに正電圧ＶＤＣ２が印加されている期間には現像ローラー１３ａに回収され、現像ローラー１３ａと感光体１０の間で往復動する。画像形成時には、正常トナーは、現像ローラー１３ａと感光体１０の間で移動している間に、感光体１０の表面のうちの明部（光が照射された部分）に付着する。しかし、非画像形成時には、感光体１０の表面は露光されないので、正常トナーは感光体１０に付着しない。したがって、正常トナーを吐き出すことなく、劣化トナーを高効率で選択的に吐き出すことができる。
【００６４】
以上のように、この実施の形態１では、非画像形成時における現像バイアス電圧ＶＢ２の交流電圧ＶＡＣ２の周波数ｆ２が、画像形成時における現像バイアス電圧ＶＢ１の交流電圧ＶＡＣ１の周波数ｆ１の１／２倍にされる。したがって、劣化トナーに含まれる弱帯電トナーを高効率で選択的に排除することができる。
【００６５】
[実施の形態２]
図６は、この発明の実施の形態２による画像形成装置の非画像形成時における現像バイアス電圧ＶＢ３を示す図であって、図４と対比される図である。図６を参照して、現像バイアス電圧ＶＢ３は、直流バイアス電圧ＶＤＣＢに重畳された交流電圧ＶＡＣ２と、交流電圧ＶＡＣ２が正電圧ＶＤＣ２である期間内において正電圧ＶＤＣ２に重畳される交流電圧ＶＡＣ３とを含む。
【００６６】
図７（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ交流電圧ＶＡＣ２，ＶＡＣ３の波形を示すタイムチャートである。図７（Ａ），（Ｂ）において、交流電圧ＶＡＣ２の波形は、図４で説明した通りである。交流電圧ＶＡＣ３の周波数ｆ３は、交流電圧ＶＡＣ２の周波数ｆ２よりも高い。好ましくは、ｆ３は、ｆ２の３〜６倍である。図７（Ａ），（Ｂ）では、ｆ３＝４×ｆ２である場合が示されている。交流電圧ＶＡＣ３のピーク間電圧Ｖｐｐは、交流電圧ＶＡＣ２のピーク間電圧Ｖｐｐ＝１４００Ｖよりも小さく、たとえば５００Ｖである。
【００６７】
図６に戻って、交流電圧ＶＡＣ３のピーク間電圧Ｖｐｐは、５００Ｖ以下に制限されている。現像バイアス電圧ＶＢ３の最高電圧Ｖｈは、ＶＤＣ２＝＋３００Ｖに交流電圧ＶＡＣ３のピーク間電圧５００Ｖの１／２倍の電圧（＋２５０Ｖ）を加算した電圧となり、＋５５０Ｖとなる。したがって、現像バイアス電圧ＶＢ３と感光体１０の表面電位Ｖ０との間に発生する最大電位ギャップΔＶmaxは、Ｖｈ−Ｖ０＝１０５０Ｖとなり、上限値ＶＨ（たとえば１０５０Ｖ）以下になっている。本実施の形態２では、交流電圧ＶＡＣ３のピーク間電圧Ｖｐｐを５００Ｖとしたので、画像部リークが発生して画像ノイズが現れることはない。
【００６８】
上述の通り、劣化トナーに含まれる弱帯電トナーの電界応答性は、正常なトナーの電界応答性よりも悪い。このため、弱帯電トナーは、交流電圧ＶＡＣ３に応答することができず、現像ローラー１３ａに回収されない。これに対して正常なトナーは、電界応答性が高いので、交流電圧ＶＡＣ３に応答することができ、現像ローラー１３ａに回収される。したがって、本実施の形態２では、実施の形態１よりも高い効率で、劣化トナーを選択的に排除することができる。
【００６９】
[実施の形態３]
図８は、この発明の実施の形態３による画像形成装置の非画像形成時における現像バイアス電圧ＶＢ４を示す図であって、図３と対比される図である。図８において、現像バイアス電圧ＶＢ４は、直流バイアス電圧ＶＤＣＢに重畳された交流電圧ＶＡＣ４を含む。本実施の形態３では、交流電圧ＶＡＣ４のデューティ比、すなわち負電圧ＶＤＣ１にされる時間と１周期との比は、０．５よりも大きな値、好ましくは０．６〜０．６７８に設定される。図８では、交流電圧ＶＡＣ４のデューティ比が５／８＝０．６２５である場合が示されている。
【００７０】
具体的には、交流電圧ＶＡＣ４は、１周期のうちの５／８の期間は−９２５Ｖにされ、残りの３／８の期間は＋４７５Ｖにされ、矩形波状に変化する。したがって、交流電圧ＶＡＣのピーク間電圧Ｖｐｐは１．４ｋＶである。また、交流電圧ＶＡＣ４のデューティ比は、−９２５Ｖにされる時間と、一周期との比であり、５／８＝０．６２５である。なお、交流電圧ＶＡＣ４は、正弦波であっても構わない。
【００７１】
図９（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ交流電圧ＶＡＣ１（図３）および交流電圧ＶＡ４の波形を示すタイムチャートである。図９（Ａ），（Ｂ）において、交流電圧ＶＡＣ１のデューティ比は０．５であり、負電圧（−７００Ｖ）にされる時間（４Ｔ）と正電圧（＋７００Ｖ）にされる時間（４Ｔ）が同じであるので、交流電圧ＶＡＣ１の直流成分Ｖｄｃは０Ｖである。図９（Ａ）中の領域Ａと領域Ｂの面積は同じになっている。交流電圧ＶＡＣ１は、直流バイアス電圧ＶＤＣＢ（−４００Ｖ）に重畳される。
【００７２】
これに対して交流電圧ＶＡＣ４のデューティ比は０．６２５であり、負電圧にされる時間（５Ｔ）は正電圧にされる時間（３Ｔ）の１．６７倍であるので、交流電圧ＶＡＣ４の直流成分Ｖｄｃは−１７５Ｖである。図９（Ｂ）中の領域Ｃと領域Ｄの面積は同じになっている。したがって、交流電圧ＶＡＣ４を直流バイアス電圧ＶＤＣＢ（−４００Ｖ）に重畳させると、実質的な直流バイアス電圧（ＶＤＣＢ＋Ｖｄｃ＝−５７５Ｖ）が過大になり、かぶりトナーが増大する。
【００７３】
そこで、本実施の形態３では、直流バイアス電圧ＶＤＣＢを−２２５Ｖとし、実質的な直流バイアス電圧（ＶＤＣＢ＋Ｖｄｃ）を−４００Ｖに維持している。このように、交流電圧ＶＡＣのデューティ比を０．５よりも大きくすると、大きくした値に応じて直流バイアス電圧ＶＤＣＢと暗部電位（−５００Ｖ）の差を大きくする必要がある。
【００７４】
図８に戻って、電源１４（図２）は、非画像形成時には、負極性のトナーを現像ローラー１３ａから感光体１０に移動させるための負電圧（第１の直流電圧）ＶＤＣ１＝−２２５Ｖ−７００Ｖ＝−９２５Ｖと、負極性のトナーを感光体１０から現像ローラー１３ａに移動させるための正電圧（第２の直流電圧）ＶＤＣ２＝−２２５Ｖ＋７００Ｖ＝＋４７５Ｖとを交互に出力する。
【００７５】
なお、現像バイアス電圧ＶＢ４と感光体１０の表面電位Ｖ０との間に発生する最大電位ギャップΔＶmaxは、ＶＤＣ２−Ｖ０＝９７５Ｖとなり、上限値ＶＨ（たとえば１０５０Ｖ）以下になっている。したがって、画像部リークが発生して画像ノイズが現れることはない。
【００７６】
ただし、交流電圧ＶＡＣ４のデューティ比を０．７に増大させると、交流電圧ＶＡＣ４の直流成分Ｖｄｃが−２８０Ｖとなり、最大電位ギャップΔＶmaxが１０８０Ｖとなって上限値ＶＨ（たとえば１０５０Ｖ）を超えてしまう。
【００７７】
また、交流電圧ＶＡＣ４のデューティ比を０．６７８に設定すると、交流電圧ＶＡＣ４の直流成分Ｖｄｃが−２４９．２Ｖとなり、最大電位ギャップΔＶmaxが１０４９．２Ｖとなって上限値ＶＨ（たとえば１０５０Ｖ）以下になる。したがって、交流電圧ＶＡＣ４のデューティ比は、０．５よりも大きな値、好ましくは０．６〜０．６７８に設定される。
【００７８】
実施の形態１で説明した通り、一般的に、トナーが劣化すると、トナーの帯電量が低下し、トナーの電界応答性が悪くなる。本実施の形態３では、非画像形成時における交流電圧ＶＡＣ４のデューティ比を画像形成時における交流電圧ＶＡＣ１のデューティ比よりも大きくし、負電圧ＶＤＣ１を印加する時間を長くすることにより、劣化トナーの吐き出しを可能とする。
【００７９】
具体的には、非画像形成時における交流電圧ＶＡＣ２のデューティ比を画像形成時における交流電圧ＶＡＣ１のデューティ比よりも大きな値（たとえば０．６２５）に設定する。これにより、非画像形成時では、画像形成時よりも長い時間、トナーに同じ電界が印加される。したがって、劣化トナーのように電界応答性の低い弱帯電トナーでも、電界に追随することが可能となり、劣化トナーを選択的に感光体１０へと吐き出すことが可能となる。
【００８０】
現像バイアス電圧ＶＢ４が負電圧ＶＤＣ１である場合は、劣化トナーに含まれる負極性の弱帯電トナーが現像ローラー１３ａから吐き出され、現像バイアス電圧ＶＢ２が正電圧ＶＤＣ２である場合は、劣化トナーに含まれる正極性の弱帯電トナーが現像ローラー１３ａから吐き出される。
【００８１】
現像ローラー１３ａから吐き出された劣化トナーは、現像バイアス電圧ＶＢ２によって形成される電界に従って感光体１０に向かって移動する。劣化トナーが感光体１０の表面に到着すると、劣化トナーと感光体１０の表面との間に発生するファンデルワールス力によって感光体１０の表面に付着する。一度感光体１０の表面に劣化トナーが付着すると、静電気力よりもファンデルワールス力の方が大きいので、再び現像器１３に回収する方向の現像バイアス電圧ＶＢ４が印加されても、劣化トナーは現像器１３に回収されない。
【００８２】
これに対して、負極性に帯電された正常なトナーは、現像ローラー１３ａに負電圧ＶＤＣ１が印加されている期間には現像ローラー１３ａから吐き出され、現像ローラー１３ａに正電圧ＶＤＣ２が印加されている期間には現像ローラー１３ａに回収され、現像ローラー１３ａと感光体１０の間で往復動する。画像形成時には、正常トナーは、現像ローラー１３ａと感光体１０の間で移動している間に、感光体１０の表面のうちの明部（光が照射された部分）に付着する。しかし、非画像形成時には、感光体１０の表面は露光されないので、正常トナーは感光体１０に付着しない。
【００８３】
以上のように、この実施の形態３では、非画像形成時における現像バイアス電圧ＶＢ４の交流電圧ＶＡＣ４のデューティ比が、画像形成時における現像バイアス電圧ＶＢ１の交流電圧ＶＡＣ１のデューティ比よりも大きな値（たとえば０．６２５）に設定される。したがって、劣化トナーに含まれる弱帯電トナーを高効率で選択的に排除することができる。
【００８４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８５】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ  画像形成ユニット、１０  感光体、１１  帯電器、１２  露光部、１３  現像器、１３ａ  現像ローラー、１３ｂ，１３ｃ  搬送部材、１３ｄ  規制ブレード、１４  電源、１５Ｙ，１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｋ  トナーボトル、１７  クリーナー、３０  中間転写ベルト、３１  一次転写ローラー、３３  二次転写ローラー、３７  カセット、３８  従動ローラー、３９  駆動ローラー、４０  タイミングローラー、４２  クリーニングブレード、４８  トレー、５０  定着装置、５１  制御装置。 
【図１】
2019184749.tif 000003
【図２】
2019184749.tif 000004
【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】
2019184749.tif 000009
【図８】
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【図９】
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