(57)【要約】【課題】トナーを多量に消費することなく，反転トナーや弱帯電トナーを選択的に排出して，トナーの帯電特性を良好な状態に保持することのできる現像装置および画像形成装置と画像形成方法を提供すること。【解決手段】本発明の現像装置１２は，振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上の交流成分を含むバイアス電圧を現像ローラ２１に印加する。さらにバイアス電圧を，画像形成時には感光体１１の潜像に現像剤を付与して現像する設定とし，非画像形成時には，面積中心電位と感光体１１の表面電位との差が，画像形成時の潜像部分における当該差に対して，現像剤の正規帯電極性と逆向きにシフトした値であり，感光体１１への現像剤の供給量が，画像形成時における感光体１１の潜像部分への現像剤の供給量より少なくなる設定とするものである。【選択図】図１
2008249821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電された非磁性１成分の現像剤を担持して，像担持体と空隙を介して対向する現像領域へ向けて現像剤を搬送する現像剤担持体と，前記現像剤担持体に交流成分を含むバイアス電圧を印加するバイアス電源部とを有し，像担持体の潜像を現像する現像装置において，前記バイアス電源部は，
画像形成時のバイアス電圧を，
交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，
像担持体の潜像に現像剤を付与して現像する設定とし，
非画像形成時の少なくとも一部期間のバイアス電圧を，
交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，
面積中心電位と像担持体の表面電位との差が，画像形成時の潜像部分における当該差に対して，現像剤の正規帯電極性と逆向きにシフトした値であり，
像担持体への現像剤の供給量が，画像形成時における像担持体の潜像部分への現像剤の供給量より少なくなる設定とすることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置において，前記バイアス電源部は，非画像形成時に，
バイアス電圧の交流成分の振幅を，画像形成時より大きくすることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の現像装置において，前記バイアス電源部は，非画像形成時に，
バイアス電圧の交流成分の現像側デューティ比を，画像形成時より小さくすることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の現像装置において，前記バイアス電源部は，非画像形成時に，
バイアス電圧の直流成分と像担持体の表面電位との差の絶対値を，画像形成時のバイアス電圧の直流成分と像担持体の潜像部分の表面電位との差の絶対値より小さくすることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
像担持体と，前記像担持体の表面を帯電させる帯電装置と，帯電された前記像担持体を露光する露光装置と，前記像担持体の潜像を現像する現像装置とを有し，前記現像装置は，帯電された非磁性１成分の現像剤を担持して，前記像担持体と空隙を介して対向する現像領域へ向けて現像剤を搬送する現像剤担持体と，前記現像剤担持体に交流成分を含むバイアス電圧を印加するバイアス電源部とを有する画像形成装置において，前記バイアス電源部は，
画像形成時のバイアス電圧を，
交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，
前記像担持体の潜像に現像剤を付与して現像する設定とし，
非画像形成時の少なくとも一部期間のバイアス電圧を，
交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，
面積中心電位と前記像担持体の表面電位との差が，画像形成時の潜像部分における当該差に対して，現像剤の正規帯電極性と逆向きにシフトした値であり，
前記像担持体への現像剤の供給量が，画像形成時における前記像担持体の潜像部分への現像剤の供給量より少なくなる設定とすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像形成装置において，前記バイアス電源部は，非画像形成時に，
バイアス電圧の交流成分の振幅を，画像形成時より大きくすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項５に記載の画像形成装置において，前記バイアス電源部は，非画像形成時に，
バイアス電圧の交流成分の現像側デューティ比を，画像形成時より小さくすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項５に記載の画像形成装置において，前記バイアス電源部は，非画像形成時に，
バイアス電圧の直流成分と前記像担持体の表面電位との差の絶対値を，画像形成時のバイアス電圧の直流成分と前記像担持体の潜像部分の表面電位との差の絶対値より小さくすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項８に記載の画像形成装置において，
前記バイアス電源部が，非画像形成時に，バイアス電圧の直流成分と前記像担持体の表面電位との差の絶対値を，画像形成時のバイアス電圧の直流成分と前記像担持体の潜像部分の表面電位との差の絶対値より小さくするにあたり，
前記帯電装置は，前記像担持体の表面を，画像形成時とは異なる表面電位に帯電させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の画像形成装置において，前記バイアス電源部は，非画像形成時に，
バイアス電圧の直流成分と前記像担持体の表面電位との差の絶対値を，画像形成時のバイアス電圧の直流成分と前記像担持体の潜像部分の表面電位との差の絶対値より小さくするにあたり，
バイアス電圧の直流成分を画像形成時とは異なる電圧に設定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
像担持体と空隙を介して対向する現像剤担持体に，帯電された非磁性１成分の現像剤を担持して現像領域へ向けて搬送し，現像剤担持体に交流成分を含むバイアス電圧を印加して像担持体の潜像を現像することにより画像を形成する画像形成方法において，
画像形成時のバイアス電圧を，
交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，
像担持体の潜像に現像剤を付与して現像する設定とし，
非画像形成時の少なくとも一部期間のバイアス電圧を，
交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，
面積中心電位と像担持体の表面電位との差が，画像形成時の潜像部分における当該差に対して，現像剤の正規帯電極性と逆向きにシフトした値であり，
像担持体への現像剤の供給量が，画像形成時における像担持体の潜像部分への現像剤の供給量より少なくなる設定とすることを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，帯電された現像剤によって像担持体上の静電潜像を現像する１成分現像方式の現像装置およびその現像装置を有する画像形成装置と画像形成方法に関する。さらに詳細には，画像形成時と非画像形成時とで，バイアス電圧と像担持体の表面電位との関係を異なるものとして，劣化したトナーを選択的に排出する現像装置および画像形成装置と画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１成分現像方式の現像装置では，現像剤を摩擦等を利用して帯電させるものがある。そして，規制板等によって所定の厚さに規制して，現像剤担持体の表面に担持させる。また，画像形成時には，像担持体は所定の電位に帯電され，そのうち一部が露光により電位レベルが変更される。この露光された部分が画像部であり，露光されなかった部分が背景部である。こうして形成された静電潜像は，次に現像装置によって現像される。その際，現像装置の現像剤担持体には，一般に，直流電圧と交流電圧との重畳電圧である現像バイアス電圧が印加される。
【０００３】
このような現像装置において，長時間の使用後には，トナーの劣化が生じることが知られている。特に画像部の比率の低い画像を多数印字した場合等では，この劣化が顕著に表れる。これは，繰り返し帯電されながら，使用されないことによって，トナーの帯電特性が悪化することによる。さらに，劣化したトナーを多く含む現像装置に，新しいトナーを投入して混合した場合には，劣化したトナーと新しいトナーとの帯電特性の差から，劣化したトナーがさらに劣化する場合がある。これらのことから，長時間使用後の現像装置では，帯電状態が通常より弱い弱帯電トナーや，帯電状態が逆極性となった反転トナーが含まれているのである。
【０００４】
従来，このような劣化トナーによる画質の低下を防止するために，非画像領域で現像剤を強制消費する画像形成装置が知られている（例えば，特許文献１参照）。この文献の装置では，劣化トナーが増加する条件が満たされたら，比較的多量のトナーを強制的に排出する。従って，全体としてのトナーの特性を良い状態に保持することができる。
【０００５】
また，特許文献２には，所定の条件下において，像担持体の非画像領域での背景部の電位と現像バイアス電圧の直流電圧との電位差を，像担持体の画像領域での画像部の電位と背景部の電位との電位差よりも大きくするようにした画像形成装置が提案されている。この文献によれば，現像装置内の反転トナーが強制的に排出され，画質の低下が防止されるとされている。
【特許文献１】特許第２７３７００９号公報
【特許文献２】特開２００４−２９１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら，前記した特許文献１の画像形成装置では，強制排出時に，劣化したトナーのみでなく，通常の状態のトナーも多量に廃棄してしまう。そのため，トナーの消費量が大きくなるという問題点があった。また，前記した特許文献２の画像形成装置では，逆極性となった反転トナーは排出できたとしても，弱帯電トナーの排出はできない。さらに，本発明者らの実験では，反転トナーも十分に排出されるとは言えなかった。
【０００７】
本発明は，前記した従来の現像装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，トナーを多量に消費することなく，反転トナーや弱帯電トナーを選択的に排出して，トナーの帯電特性を良好な状態に保持することのできる現像装置および画像形成装置と画像形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題の解決を目的としてなされた本発明の現像装置は，帯電された非磁性１成分の現像剤を担持して，像担持体と空隙を介して対向する現像領域へ向けて現像剤を搬送する現像剤担持体と，現像剤担持体に交流成分を含むバイアス電圧を印加するバイアス電源部とを有し，像担持体の潜像を現像する現像装置であって，バイアス電源部は，画像形成時のバイアス電圧を，交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，像担持体の潜像に現像剤を付与して現像する設定とし，非画像形成時の少なくとも一部期間のバイアス電圧を，交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，面積中心電位と像担持体の表面電位との差が，画像形成時の潜像部分における当該差に対して，現像剤の正規帯電極性と逆向きにシフトした値であり，像担持体への現像剤の供給量が，画像形成時における像担持体の潜像部分への現像剤の供給量より少なくなる設定とするものである。
【０００９】
本発明の現像装置によれば，現像剤担持体は，帯電された非磁性１成分の現像剤を担持して搬送するとともに，バイアス電源部によってバイアス電圧が印加される。このバイアス電圧は，交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上のものとされているので，空隙を介して対向する像担持体へとトナーを移動させることができる。この点については，画像形成時も非画像形成時も同様である。なお，本発明では，交流成分としては，波形にかかわらず正負電圧が交互に反復されるものをいうこととする。例えば，正弦波，矩形波，三角波等がこれに含まれる。
【００１０】
ここで，非画像形成時の少なくとも一部期間のバイアス電圧の面積中心電位は，面積中心電位と像担持体の表面電位との差が，画像形成時の潜像部分における当該差に対して，現像剤の正規帯電極性と逆向きにシフトした値に設定される。従って，このように設定された場合，通常の帯電量の現像剤のほとんどは，現像剤担持体に回収される。一方，反転トナーや弱帯電トナー等の劣化現像剤は，単独で空隙を超えるエネルギーが得られないため，選択的に像担持体上に残される。従って，トナーを多量に消費することなく，反転トナーや弱帯電トナーを選択的に排出して，トナーの帯電特性を良好な状態に保持することができる。
【００１１】
また，このようにすれば，画像形成時には，像担持体の潜像に現像剤を付与して現像する設定とすることができるので，良好な画像形成が可能である。そして，非画像形成時の少なくとも一部期間には，像担持体への現像剤の供給量が，画像形成時における像担持体の潜像部分への現像剤の供給量より少なくなる設定とされるので，トナーを多量に消費することはない。本発明では，非画像形成時に劣化現像剤を排出する際には，画像形成時の現像剤の潜像に対する供給量よりも十分少なく，約１００分の１程度以下の供給量となる。
【００１２】
さらに本発明では，バイアス電源部が，非画像形成時に，バイアス電圧の交流成分の振幅を，画像形成時より大きくすることが望ましい。このようにすれば，バイアス電圧のうち交流成分の振幅を設定するのみでも，バイアス電圧の面積中心電位を適切な値となるように調整することができる。さらに他の条件をも設定しても良い。
【００１３】
さらに本発明では，バイアス電源部が，非画像形成時には，バイアス電圧の交流成分の現像側デューティ比を，画像形成時より小さくすることが望ましい。このようにすれば，バイアス電圧のうち，現像側デューティ比を設定するのみでも，バイアス電圧の面積中心電位を適切な値となるように調整することができる。さらに他の条件をも設定しても良い。
【００１４】
さらに本発明では，バイアス電源部が，非画像形成時には，バイアス電圧の直流成分と像担持体の表面電位との差の絶対値を，画像形成時のバイアス電圧の直流成分と像担持体の潜像部分の表面電位との差の絶対値より小さくすることが望ましい。このようにすれば，バイアス電圧のうち，直流成分を設定するのみでも，バイアス電圧の面積中心電位を適切な値となるように調整することができる。さらに他の条件をも設定しても良い。
【００１５】
また，本発明は，像担持体と，像担持体の表面を帯電させる帯電装置と，帯電された像担持体を露光する露光装置と，像担持体の潜像を現像する現像装置とを有し，現像装置は，帯電された非磁性１成分の現像剤を担持して，像担持体と空隙を介して対向する現像領域へ向けて現像剤を搬送する現像剤担持体と，現像剤担持体に交流成分を含むバイアス電圧を印加するバイアス電源部とを有する画像形成装置において，バイアス電源部は，画像形成時のバイアス電圧を，交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，像担持体の潜像に現像剤を付与して現像する設定とし，非画像形成時の少なくとも一部期間のバイアス電圧を，交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，面積中心電位と像担持体の表面電位との差が，画像形成時の潜像部分における当該差に対して，現像剤の正規帯電極性と逆向きにシフトした値であり，像担持体への現像剤の供給量が，画像形成時における像担持体の潜像部分への現像剤の供給量より少なくなる設定とする画像形成装置にも及ぶ。
【００１６】
さらに本発明では，バイアス電源部が，非画像形成時に，バイアス電圧の交流成分の振幅を，画像形成時より大きくするようにしてもよい。あるいは，バイアス電圧の交流成分の現像側デューティ比を，画像形成時より小さくするようにしてもよい。あるいは，バイアス電圧の直流成分と像担持体の表面電位との差の絶対値を，画像形成時のバイアス電圧の直流成分と像担持体の潜像部分の表面電位との差の絶対値より小さくするようにしてもよい。
【００１７】
さらに本発明では，帯電装置が，非画像形成時に，像担持体の表面を画像形成時とは異なる表面電位に帯電させることにより，バイアス電圧の直流成分と像担持体の表面電位との差の絶対値を，画像形成時のバイアス電圧の直流成分と像担持体の潜像部分の表面電位との差の絶対値より小さくするようにしてもよい。このようにしても，バイアス電圧の面積中心電位と，像担持体の表面電位との関係を適切な範囲となるように，容易に調整することができる。
【００１８】
さらに本発明では，バイアス電源部が，非画像形成時に，バイアス電圧の直流成分を画像形成時とは異なる電圧に設定することにより，バイアス電圧の直流成分と像担持体の表面電位との差の絶対値を，画像形成時のバイアス電圧の直流成分と像担持体の潜像部分の表面電位との差の絶対値より小さくするようにしてもよい。このようにしても，バイアス電圧の面積中心電位と，像担持体の表面電位との関係を適切な範囲となるように，容易に調整することができる。
【００１９】
また，本発明は，像担持体と空隙を介して対向する現像剤担持体に，帯電された非磁性１成分の現像剤を担持して現像領域へ向けて搬送し，現像剤担持体に交流成分を含むバイアス電圧を印加して像担持体の潜像を現像することにより画像を形成する画像形成方法であって，画像形成時のバイアス電圧を，交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，像担持体の潜像に現像剤を付与して現像する設定とし，非画像形成時の少なくとも一部期間のバイアス電圧を，交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，面積中心電位と像担持体の表面電位との差が，画像形成時の潜像部分における当該差に対して，現像剤の正規帯電極性と逆向きにシフトした値であり，像担持体への現像剤の供給量が，画像形成時における像担持体の潜像部分への現像剤の供給量より少なくなる設定とする画像形成方法にも及ぶ。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の現像装置および画像形成装置と画像形成方法によれば，トナーを多量に消費することなく，反転トナーや弱帯電トナーを選択的に排出して，トナーの帯電特性を良好な状態に保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，１成分現像方式の現像装置を有する電子写真方式の画像形成装置に本発明を適用したものである。
【００２２】
本形態に係る画像形成装置１は，図１にその主要部分を示すように，感光体１１，現像装置１２，ホッパ１３を有している。また，感光体１１の周囲には，感光体１１の表面を所定の電位に帯電する帯電装置１４と，感光体１１の表面にレーザー光を照射して潜像を形成する露光装置１５，感光体１１上の残留トナーを回収するクリーナ１６も備えられている。なお，ここではホッパ１３が現像装置１２とは別に備えられた画像形成装置１を図示しているが，本発明は，ホッパが一体となった使い切り式の画像形成装置にも適用できる。
【００２３】
現像装置１２は，図１に示すように，現像ローラ２１，供給ローラ２２，攪拌ローラ２３，搬送ローラ２４，規制部材２５を有している。さらに，現像ローラ２１に現像バイアス電圧を印加するための電源２６が備えられている。そして，帯電装置１４と電源２６とを制御する制御部２７を有している。また，ホッパ１３内には，搬送部材３１および攪拌部材３２が設けられている。そして，ホッパ１３と現像装置１２との間には，トナーを搬送するための搬送路３３が設けられている。なお本形態では，トナーとして，負帯電性の非磁性１成分トナーを使用する。
【００２４】
現像装置１２には適量のトナーが収容され，画像形成に使用されるとともに，攪拌ローラ２３によって適宜攪拌されている。ホッパ１３内には新しいトナーが収容され，図１中矢印で示すように回転する攪拌部材３２によって攪拌されている。現像装置１２内のトナーが使用されて少なくなると，ホッパ１３から現像装置１２へトナーが供給される。その際には，搬送部材３１により，搬送路３３を介して現像装置１２へトナーが供給される。そして，現像装置１２では，搬送ローラ２４によって図中奥行き方向（感光体１１の軸方向）に搬送される。
【００２５】
画像形成時には，図１中に矢印で示すように，感光体１１，供給ローラ２２，現像ローラ２１がそれぞれ回転される。そして，供給ローラ２２によって現像ローラ２１の表面にトナーが供給される。供給されたトナーは，現像ローラ２１の回転に伴って，規制部材２５によって層厚規制されるとともに帯電される。
【００２６】
一方，感光体１１は，帯電装置１４によってその表面が一様に負に帯電され，露光装置１５によって部分的に露光されて，表面に静電潜像が形成される。なお，本形態の画像形成装置１では，帯電装置１４によって帯電されたままで露光されていない部分は背景部となる。この背景部は，トナーが付着しないべき部分であり，画像での白紙部分に相当する。一方，露光装置１５によって露光された部分は画像部である。すなわち，トナーが付着すべき部分であり，画像での着色部分に相当する。
【００２７】
こうして，静電潜像が形成された感光体１１の部分は，さらに回転されて，次に現像装置１２に対面する。このとき，現像ローラ２１には電源２６によって現像バイアス電圧が印加されている。この現像バイアス電圧としては，直流成分と交流成分との重畳電圧を用いる。ここでは，図２に太線で示すような矩形波形のものを用いる。なお，本形態では，現像ローラ２１と感光体１１とは接触しているものではなく，わずかな隙間を設けて平行に配置されている。現像ローラ２１のうち，感光体１１の現像可能な範囲内に対向している部分が現像領域であり，現像領域に対向している感光体１１の部分が被現像領域である。
【００２８】
なお，図２中の各符号は以下のものを表す。
ＧＮＤ：グランド（電位０Ｖ）
Ｖｉ：画像部電位（感光体１１の表面電位のうち，露光された箇所の電位）
Ｖｂ：背景部電位（感光体１１の表面電位のうち，露光されていない箇所の電位）
Ｖｄｃ：現像バイアス電圧の直流成分
Ｖｐｐ：現像バイアス電圧の交流成分のピークｔｏピーク電圧
Ｄｕｔｙ：現像バイアス電圧１波長中の現像側の割合
Ｖａｖ：現像バイアス電圧の面積中心電位（Ｖｄｃ，Ｖｐｐ，Ｄｕｔｙから算出）
【００２９】
このときの感光体１１の表面電位は，画像部と背景部とで異なる。背景部の表面電位は，帯電装置１４によって帯電された状態の負電位（Ｖｂ）である。また，画像部の表面電位は，背景部より正側の電位（Ｖｉ）となっている。ここで，現像ローラ２１に図２に示すような現像バイアス電圧を印加すると，負に帯電されたトナーは，その現像ローラ２１から電気的エネルギーを得る。負帯電トナーでは基本的に，図２中で上向きの力を受ける。
【００３０】
なお，現像バイアス電圧は，常に同じものというわけではなく，例えば画像濃度の設定等に応じて制御部２７によって制御される。例えば，現像バイアス電圧の直流成分（Ｖｄｃ），現像バイアス電圧の交流成分のピークｔｏピーク電圧（Ｖｐｐ），現像バイアス電圧１波長中の現像側の割合（Ｄｕｔｙ）はいずれも，条件に応じて変更できるようにされている。
【００３１】
ここで，画像形成装置１における画像形成時の感光体１１の表面電位と，現像バイアス電圧の一例を挙げると，以下のようなものがある。
感光体１１：Ｖｉ  ＝  −５０（Ｖ）
Ｖｂ  ＝  −５００（Ｖ）
現像バイアス電圧：Ｖｄｃ  ＝  −３２０（Ｖ）
Ｖｐｐ  ＝  １３００（Ｖ）
Ｄｕｔｙ  ＝  ３５（％）
Ｖａｖ  ＝  −１２５（Ｖ）
【００３２】
そして，現像バイアス電圧は，図２に示すように，正電圧と負電圧とが交互に反復される。そこで，現像バイアス電圧が負電圧のときに，トナーは現像ローラ２１から感光体１１へと，それらの間のギャップを飛び越えて飛翔する。飛翔したトナーの大多数は感光体１１のうちの画像部に付着し，静電潜像を現像する。また，現像バイアス電圧が正電圧のときに，主として背景部のトナーは感光体１１から現像ローラ２１へと飛翔し，回収される。
【００３３】
このようにして，感光体１１の画像部へはトナーが付着して現像され，背景部にはトナーが付着せず回収される。本発明者は，このときのトナーの挙動を詳細に観察し，現像バイアス電圧印加状態では，画像部であっても背景部であっても，感光体１１と現像ローラ２１との間を，トナーはある程度往復しているという事実を発見した。図３の左側に示すように，現像バイアス電圧によって飛翔力を得たトナーは，感光体１１と現像ローラ２１との間のギャップを飛び越え，これらの間を何回か往復するのである。
【００３４】
なお，トナーが感光体１１と現像ローラ２１との間のギャップを飛び越えることができるためには，現像電界が振幅９Ｖ／μｍ以上の交流成分を含むことが必要である。この振幅は，現像バイアス電圧の交流成分のピークｔｏピーク電圧（Ｖｐｐ）を現像ローラ２１と感光体１１との間のギャップ（最近接距離）で割った値で求められる。例えば，現像ローラ２１と感光体１１と最近接距離が１３５μｍの画像形成装置において，Ｖｐｐ＝１３００（Ｖ）とすると，振幅は約９．６Ｖ／μｍである。なお，この振幅の上限値は，現像ローラ２１と感光体１１との間で放電が起こらない値であり，現像バイアス電圧の直流成分（Ｖｄｃ）によって異なる値となる。
【００３５】
ここで，劣化により帯電状態が逆極性となった反転トナーや，帯電量が小さくなった弱帯電トナーは，いずれもその帯電量の絶対値は小さい。反転トナーは，帯電電位は反転しているものの，その帯電は弱いものである。そのため，通常の現像バイアス電圧では，このような劣化トナーが，単独で現像ローラ２１から離脱できるほどのエネルギーは得られないことも分かった。そのため，背景技術として記載した特許文献２の画像形成装置のように，逆極性の現像バイアス電圧を印加しても，反転トナーのほとんどは単独では飛翔できず，回収できる量は限られていた。
【００３６】
これらの劣化トナーは，図３の右側に示すように，通常の帯電量のトナーに付着して，その飛翔時に，ともに飛翔していることが分かった。そして，通常の帯電量のトナーとともに感光体１１へ衝突した時等には，その衝撃で劣化トナーが通常の帯電量のトナーから離脱する場合がある。離脱して単独となって感光体１１上に付着した劣化トナーは，現像バイアス電圧の回収側によっても，単独で感光体１１から離脱して回収されるだけのエネルギーは得られない。
【００３７】
そのため，単独となって感光体１１上に付着した劣化トナーは，感光体１１上に残ったままとなる。この現象は，感光体１１の背景部においても画像部においても同様に起きていた。このうち背景部に残ったトナーが，画像カブリの原因となっていた。このような単独となった劣化トナーは，たとえ，回収方向の現像バイアス電圧値を大きくしたとしても，容易には回収されないのである。
【００３８】
そこで，本形態の画像形成装置１では，非画像形成時に，図３の右側に示すような現象が起こりやすい状況を積極的に作る。すなわち，通常の画像形成時よりもさらに，通常の帯電量のトナーが往復して飛翔しやすい状況とする。その上で，最終的には，通常の帯電量のトナーのほとんどは，現像ローラ２１側に回収されていることが望ましい。その一方で，劣化トナーは単独では飛翔できず，通常の帯電量のトナーとともに飛翔する程度とすることが望ましい。このようにすれば，劣化トナーの多くの部分が感光体１１上に残るとともに，通常の帯電量のトナーはほとんど回収される。この後，感光体１１をクリーナ１６によってクリーニングすれば，劣化トナーの多くが選択的に除去される。
【００３９】
次に，この状況となるための感光体１１の表面電位と現像バイアス電圧との関係について説明する。本発明者は，各パラメータを振った現像バイアス電圧を，現像ローラ２１に印加し，所定の画像を印刷させたときの形成画像の画像濃度を調べた。その結果の一例を，図４と図５に示す。ここでの画像濃度とは，印刷された画像の濃度であり，これは像担持体上に供給されるトナー量に対応するものである。なお，図中で画像濃度が「０」として示されている領域は，画像濃度がほとんど得られなかったことを示し，トナー供給量が正確に０という意味ではない。
【００４０】
図４と図５の例に示すように，画像形成装置１では，現像バイアス電圧の各パラメータの変更に対し，「画像濃度が十分得られる領域」と「画像濃度がほとんど得られない領域」とが存在することが分かった。また，その境界では画像濃度が急激に変化することが分かった。
【００４１】
なお，「画像濃度がほとんど得られない領域」において，感光体１１に残るトナーの量は，画像形成時の現像剤の潜像に対する供給量よりも十分少なく，目視での確認が困難な量である。このトナー量は例えば，シアントナーを用いた場合には次のようにして測定できる。感光体上のトナーをブッカーテープで剥離し，コニカミノルタＪペーパーに貼り付け，コニカミノルタ製色彩色差計ＣＲ２４１でＣ＊を測定する。「画像濃度がほとんど得られない領域」において，感光体１１に残るトナーの量は，このように測定した場合の測定値が約５を示す程度の量である。
【００４２】
ここで，現像バイアス電圧の各パラメータと画像濃度との関係について説明する。図４に示しているのは，Ｖｐｐ＝１６００において，ΔＶ＝−２２０，−２７０，−３２０（Ｖ）の３種類について，Ｄｕｔｙを０〜５０％の範囲で変化させた例である。また，図５に示しているのは，ΔＶ＝−３２０（Ｖ）において，ＤｕｔｙおよびＶｐｐを変化させた例である。ここで，ΔＶは，以下の式で表される値である。
ΔＶ＝Ｖｄｃ−Ｖｉ
ただし，Ｖｐｐ，Ｄｕｔｙ，Ｖｄｃ，Ｖｉは，いずれも上記で説明したものである。
【００４３】
図４と図５から分かるように，ＶｐｐとΔＶを一定とした場合では，Ｄｕｔｙを所定値より小さくすることにより，「画像濃度がほとんど得られない領域」となる。あるいは，図４に示すように，ＶｐｐとＤｕｔｙが一定でもΔＶの絶対値を小さくすることにより，「画像濃度がほとんど得られない領域」となる場合もある。また，図５に示すように，ΔＶとＤｕｔｙが一定でもＶｐｐを大きくすることにより，「画像濃度がほとんど得られない領域」となる場合もある。
【００４４】
すなわち，「画像濃度が十分得られる領域」から，「画像濃度がほとんど得られない領域」に設定を変更するための条件としては，（１）Ｄｕｔｙを小さくする，（２）Ｖｐｐを大きくする，（３）ΔＶを大きく（絶対値を小さく）する，のいずれかが挙げられる。これらのうち，少なくとも１つの条件を満たすことが必要である。また，いずれかを満たすことにより，他の条件を逆に振ることも可能となる場合もある。
【００４５】
さらに，「画像濃度がほとんど得られない領域」でも，現像電界の振幅９Ｖ／μｍ以上に相当する交流成分を含む現像バイアス電圧を印加すれば，上記のようにトナーはギャップを飛び越えて飛翔することも分かった。特に，現像バイアス電圧が，感光体１１の表面電位をまたいで正側と負側とに振れていれば，トナーは現像ローラ２１と感光体１１との間を往復するのである。従って，この領域の現像バイアス電圧を印加すれば，劣化トナーの多くが選択的に感光体１１に残るとともに，通常の帯電量のトナーはほとんど現像ローラ２１に回収される。
【００４６】
そこで，本形態の画像形成装置１では，非画像形成時に「画像濃度がほとんど得られない領域」となるように現像バイアスを通常のものから変更する。これにより，非画像形成時に，劣化トナーを選択的に回収することができる。一方で，画像形成時には「画像濃度が十分得られる領域」を使用するので，良好に画像が形成される。
【００４７】
ここで，上記のように，Ｖｐｐ，Ｄｕｔｙ，ΔＶを変化させても「画像濃度が十分得られる領域」と「画像濃度がほとんど得られない領域」とが存在することが確認された。このことから，非磁性１成分現像剤を用いて，空隙を介して対向する現像ローラ２１と感光体１１との間に振幅が９Ｖ／μｍ以上の現像電界を印加し，感光体１１上の潜像を現像する画像形成装置において，次のことが言える。すなわち，交流成分の振幅を９Ｖ／μｍに相当する値以上に保ちながら，Ｖｐｐ，Ｄｕｔｙ，ΔＶのうちの１つ以上を現像時とは異なる設定にして，感光体１１に対する現像剤供給量が画像形成時の潜像に対する供給量よりも十分少ない状態にある場合には，その時のＶｐｐ，Ｄｕｔｙ，ΔＶの設定は，「画像濃度がほとんど得られない領域」にある。
【００４８】
次に，非画像形成時における，劣化トナーを回収するための現像バイアス電圧の条件について説明する。まず，感光体１１と現像ローラ２１との間をトナーが往復する必要があるので，現像バイアス電圧は，画像形成時と同様に直流成分と交流成分との重畳電圧とする。そして，その交流成分の振幅は９Ｖ／μｍ以上に相当することが必要である。そして，現像バイアス電圧の最大値と最小値との間に，感光体１１の電位がある。非画像形成時には，画像を形成しないので，感光体１１の電位には画像部と背景部とを設けず，一様の電位状態とすればよい。
【００４９】
つまり，非画像形成時における劣化トナーの回収時には，感光体１１の電位は現像バイアス電圧との関係によってのみ設定される。すなわち，その値そのものはどのようなものでもよく，従って，帯電装置１４によって帯電した後に露光を行っても行わなくてもよい。この状態の感光体１１の表面電位を以下ではＶｐｃと表記する。Ｖｐｃは，画像形成時のＶｂあるいはＶｉと等しいものとは限らず，所定の条件に従って設定される。
【００５０】
さらに，本形態では劣化トナー回収のために，非画像形成時に，画像形成時と比較して直流成分Ｖｄｃ，ピークｔｏピーク電圧Ｖｐｐ，Ｄｕｔｙのうちの１つ以上を変更する。その結果当然，面積中心電位Ｖａｖも変更される。変更後の各値は，元の表記の末尾にｒを付けて示す。すなわち，
Ｖｄｃｒ：非画像形成時の現像バイアス電圧の直流成分
Ｖｐｐｒ：非画像形成時の現像バイアス電圧の交流成分のピークｔｏピーク電圧
Ｄｕｔｙｒ：非画像形成時の現像バイアス電圧１波長中の現像側の割合
Ｖａｖｒ：非画像形成時の現像バイアス電圧の面積中心電位
である。
【００５１】
そして，本形態では非画像形成時に，現像バイアス電圧の面積中心電位Ｖａｖｒと感光体１１の表面電位との差を，画像形成時における現像バイアス電圧の面積中心電位Ｖａｖと感光体１１の画像部の表面電位Ｖｉとの差と比較して，トナーの帯電極性の逆向きにシフトした値とする。本形態では，負帯電性のトナーを使用しているので，トナーの帯電極性の逆向きとは，正側に相当する。すなわち，本形態の画像形成装置１では，非画像形成時に，Ｖａｖｒが以下の式１に示す関係を満たす現像バイアス電圧を印加する。
Ｖａｖｒ  −  Ｖｐｃ  ＞  Ｖａｖ  −  Ｖｉ      …（式１）
【００５２】
上記の式１を満たすためには，Ｖｐｃ＝Ｖｉとした場合には，Ｖａｖｒ＞Ｖａｖとすればよい。そのためには，上記の例のような現像バイアスを使用する画像形成装置１では，非画像形成時に印加する現像バイアス電圧を，画像形成時の現像バイアス電圧に比較して，（１）Ｄｕｔｙを小さくする（２）Ｖｐｐを大きくする，（３）Ｖｄｃを大きく（正側にシフト）する，のいずれかとすればよい。
【００５３】
例えば，感光体１１の表面電位Ｖｐｃは，Ｖｉと等しいものとし，Ｄｕｔｙを小さくする。すなわち，
Ｄｕｔｙｒ  ＜  Ｄｕｔｙ
とする。このようにすれば，図６に示すように，Ｖａｖｒは，上記の式１を満たすようにすることができる。
【００５４】
あるいは，感光体１１の表面電位Ｖｐｃは，Ｖｉと等しいものとし，Ｖｐｐを大きくする。すなわち，
Ｖｐｐｒ  ＞  Ｖｐｐ
とする。このようにすれば，図７に示すように，Ｖａｖｒは，上記の式１を満たすようにすることができる。
【００５５】
あるいは，感光体１１の表面電位Ｖｐｃは，Ｖｉと等しいものとし，Ｖｄｃを大きく（正側にシフト）する。すなわち，
Ｖｄｃｒ  ＞  Ｖｄｃ  （あるいは，｜Ｖｄｃｒ｜  ＜  ｜Ｖｄｃ｜）
とする。このようにすれば，図８に示すように，Ｖａｖｒは，上記の式１を満たすようにすることができる。なお，このようにすると，ΔＶを大きくしたこととなる。これは，ΔＶは画像形成時に（Ｖｄｃ−Ｖｉ）であり，ここでは（Ｖｄｃｒ−Ｖｐｃ）であるからである。
【００５６】
あるいは，上記の式１を満たすために，現像バイアス電圧を変化させることなく，感光体１１の表面電位Ｖｐｃを，Ｖｉとは異なる表面電位にする方法もある。ここでは，負帯電トナーを使用しているため，感光体１１の表面電位は，画像部，背景部ともに負電位としている。そのため，現像バイアス電圧を変化させることなく上記の式１を満たすためには，
Ｖｐｃ  ＜  Ｖｉ
とする。このようにすれば，図９に示すように，上記の式１を満たすようにすることができる。
【００５７】
さらに，本発明者は，上記の各条件を組み合わせることによって，さらに良好に劣化トナーの排出が可能な現像バイアス電圧の例を得た。次に，その実験について説明する。ここではまず，図１０に示すようなイメージングユニット４１を用いて，意図的に劣化トナーを作り，劣化トナー排出実験を行った。このイメージングユニット４１は，ホッパ４２とバッファ部４３とが一体的に形成されている使い切り式のものである。そのため，ホッパ４２のみの交換やホッパ４２へのトナーの追加等はできない。バッファ部４３の形状は異なるが，基本的な構成は図１に示した現像装置１２と同様である。そこで，現像装置１２と同様の部材については，同じ符号を付して，説明を省略する。
【００５８】
本実験ではまず，イメージングユニット４１をコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製プリンタｍａｇｉｃｏｌｏｒ２５００に搭載し，現像条件を以下の設定として画像形成の途中で停止させた。そして，このときの感光体１１上の潜像部にトナーが供給されていることを目視で確認した。なお，この実験で用いたイメージングユニット４１は，感光体１１の径がφ３０（ｍｍ），現像ローラ２１の径がφ１６（ｍｍ），感光体１１と現像ローラ２１との最近接距離は１３５（μｍ）のものである。
画像形成時現像条件：Ｖｉ  ＝  −５０（Ｖ）
Ｖｂ  ＝  −４５０（Ｖ）
Ｖｄｃ  ＝  −３２０（Ｖ）
Ｖｐｐ  ＝  １４００（Ｖ）
Ｄｕｔｙ  ＝  ３５（％）
Ｖａｖ  ＝  −１１０（Ｖ）
Ｖａｖ  −  Ｖｉ  ＝  −６０（Ｖ）
【００５９】
次に，バッファ部４３に適量のトナーが収納され，ホッパ４２からバッファ部４３へのトナーの供給が行われない状態とした。そして，感光体１１を取り除いた状態で，上記の現像バイアスを印加しながら，現像ローラ２１を３０分間連続駆動させた。これにより，バッファ部４３内に収容されているトナーは，弱帯電トナーや反転トナーを多く含む劣化トナーとなった。この状態で，この劣化トナーの帯電量分布を測定しておいた。その結果を図１１に破線で示す。なお，この帯電量分布の測定，および以下の同様の帯電量分布の測定には，ホソカワミクロン製：Ｅ−ｓｐａｒｔ  Ａｎａｌｙｚｅｒを用いた。
【００６０】
次に，この劣化トナーによって現像ローラ２１に薄層を形成させ，その現像ローラ２１を取り出す。さらに，規制部材２５や供給ローラ２２等が周りに設けられていない実験用の装置を用い，現像ローラ２１と感光体１１を所定の位置間隔に配置した。さらに，現像ローラ２１に本発明の現像バイアス電圧を印加しつつ，現像ローラ２１と感光体１１を回転させる。その後，現像ローラ２１上のトナーの帯電量分布を測定した。
【００６１】
例えば，実施例１として以下の現像バイアス電圧を使用して行った実験結果を，図１１に示す。この図中に太線で示しているのが，本実施例の現像バイアス電圧印加後に，現像ローラ２１上に残ったトナーの帯電量分布である。
実施例１：Ｖｐｃ  ＝  −５０（Ｖ）
Ｖｄｃｒ  ＝  −３２０（Ｖ）
Ｖｐｐｒ  ＝  １４００（Ｖ）
Ｄｕｔｙｒ  ＝  ２０（％）
Ｖａｖｒ  ＝  １００（Ｖ）
Ｖａｖｒ  −  Ｖｐｃ  ＝  １５０（Ｖ）
【００６２】
劣化トナーでは弱帯電トナーや反転トナーの割合が多い。そのため，図１１に破線で示すように，全体として山が低くなだらかであった。それに対し，本実施例の現像バイアス電圧を印加した後も現像ローラ２１に残ったトナーの帯電量分布は，弱帯電トナーや反転トナーの割合が減少し，通常の帯電量のトナーの割合が大きいシャープな山となった。さらにこのときの，感光体１１上に残ったトナーの帯電量分布も測定した。その結果を図１２に示す。この図に示すように，感光体１１上には，弱帯電トナーや反転トナーを多く含む劣化トナーが選択的に残されていた。
【００６３】
これらの結果から，本発明の現像バイアス電圧によって，弱帯電トナーや反転トナーの多くは感光体１１上に残ったまま，通常の帯電量のトナーは現像ローラ２１に回収されたことが確認された。そこで，本発明の現像バイアス電圧によって感光体１１上に残ったトナーを，クリーナ１６によって回収すれば，ユニット全体のトナーの帯電特性を改善することができる。
【００６４】
なお，この回収量は，従来の強制排出によるトナー排出量と比較して，かなり少ないものである。さらに本発明者は，本発明の現像バイアス電圧を印加することにより，本発明を行わないで，通常の現像バイアス電圧による印刷のみを連続して行った場合より，全体としてのトナー使用量が減少することも確認した。通常の現像バイアス電圧による印刷のみを連続して行うと，画像のカブリによるトナー使用量が耐久とともに増加する。これに対し本発明によれば，画像のカブリが防止でき，その分トナーの使用量も減少させることができた。
【００６５】
本発明の現像バイアス電圧を印加するタイミングとしては，非画像形成時であれば，常に行うようにしても良いし，非画像形成時の一部の期間のみに行っても劣化トナー排出の効果を得ることができる。また，追加補給方式のイメージングカートリッジ（図１に示したようなタイプ）では，ホッパからバッファ部へのトナー補給が行われた後ごとに，１分間程度行うことが望ましい。また，所定枚数の印刷後や画像濃度の低い画像データの印刷後等にも行うようにすると良い。また，非画像形成時のうち本発明の現像バイアス電圧を印加しない期間には，現像バイアス電圧を印加しない状態としてもよいし，さらに現像ローラ２１の駆動を停止しておいてもよい。
【００６６】
さらに，本発明者は，上記の図１１に示した実施例１以外の現像バイアス電圧についてもいくつか実験を実施し，本発明の効果を確認した。以下にその例を示す。実施例２の現像バイアス電圧は以下の通りである。また，その結果を図１３に示す。図中破線が劣化させたトナーの帯電量分布である。その後，上記の実施例１と同様の手順で以下の現像バイアス電圧を印加することにより，現像ローラ２１上のトナーは図中太線で示す帯電量分布となった。
実施例２：Ｖｐｃ  ＝  ０（Ｖ）
Ｖｄｃｒ  ＝  −２７０（Ｖ）
Ｖｐｐｒ  ＝  １６００（Ｖ）
Ｄｕｔｙｒ  ＝  ２０（％）
Ｖａｖｒ  ＝  １６０（Ｖ）
Ｖａｖｒ  −  Ｖｐｃ  ＝  １６０（Ｖ）
【００６７】
実施例３の現像バイアス電圧は以下の通りである。また，その結果を図１４に示す。図中破線が劣化させたトナーの帯電量分布である。その後，上記の実施例１と同様の手順で以下の現像バイアス電圧を印加することにより，現像ローラ２１上のトナーは図中太線で示す帯電量分布となった。
実施例３：Ｖｐｃ  ＝  −２００（Ｖ）
Ｖｄｃｒ  ＝  −４７０（Ｖ）
Ｖｐｐｒ  ＝  １６００（Ｖ）
Ｄｕｔｙｒ  ＝  ２５（％）
Ｖａｖｒ  ＝  ８０（Ｖ）
Ｖａｖｒ  −  Ｖｐｃ  ＝  ２８０（Ｖ）
【００６８】
また，以下の現像バイアス電圧によっても，同様に効果が得られることを確認した。
実施例４：Ｖｐｃ  ＝  −５０（Ｖ）
Ｖｄｃｒ  ＝  −３２０（Ｖ）
Ｖｐｐｒ  ＝  １６００（Ｖ）
Ｄｕｔｙｒ  ＝  ２０（％）
Ｖａｖｒ  ＝  １６０（Ｖ）
Ｖａｖｒ  −  Ｖｐｃ  ＝  ２１０（Ｖ）
【００６９】
また，以下の現像バイアス電圧によっても，同様に効果が得られることを確認した。
実施例５：Ｖｐｃ  ＝  −４００（Ｖ）
Ｖｄｃｒ  ＝  −６７０（Ｖ）
Ｖｐｐｒ  ＝  １６００（Ｖ）
Ｄｕｔｙｒ  ＝  ２０（％）
Ｖａｖｒ  ＝  −１９０（Ｖ）
Ｖａｖｒ  −  Ｖｐｃ  ＝  ２１０（Ｖ）
【００７０】
なお，以上の実施例１〜５に示した現像バイアス電圧の設定を，ｍａｇｉｃｏｌｏｒ２５００に適用したところ，感光体１１上に供給されるトナー量は画像形成時の画像部に対するものよりも十分に少なかった。感光体１１上のトナーの存在が肉眼では確認できず，光学顕微鏡を用いて確認できる量であった。つまり，実施例１〜５に示した現像バイアス電圧の設定は，「画像濃度がほとんど得られない領域」であることを確認した。
【００７１】
以上詳細に説明したように，本形態の画像形成装置１によれば，非画像形成時の少なくとも一部期間に，劣化トナー排出用の現像バイアス電圧に設定される。すなわち，交流成分の振幅が９Ｖ／μｍに相当する値以上であり，面積中心電位Ｖａｖｒと感光体１１の表面電位Ｖｐｃとの差が，画像形成時の潜像部分における当該差に対して，正側（トナーの帯電極性の逆）とされる。さらに，感光体１１へのトナーの供給量が，画像形成時における感光体１１の潜像部分へのトナーの供給量より少なくなる設定とされる。
【００７２】
これにより，通常の帯電量のトナーは，現像ローラ２１と感光体１１との間を何度も往復する。そして，劣化トナーは通常の帯電量のトナーとともに感光体１１まで飛翔し，そこで通常の帯電量のトナーから離脱すると単独では戻ることができない。さらに，通常の帯電量のトナーのほとんどは，現像バイアス電圧によって最終的には現像ローラ２１に回収される。これにより，劣化トナーの多くのみが選択的に感光体１１上に残ることとなる。従って，トナーを多量に消費することなく，反転トナーや弱帯電トナーを選択的に排出して，トナーの帯電特性を良好な状態に保持することができる。
【００７３】
なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，図示した画像形成装置の構成は一例であり，現像ローラと感光体とが接触していないものであればよく，この構成に限るものではない。また，上記実施例ではいずれも，負帯電トナーを利用して説明しているが，正帯電トナーを使用する現像装置であっても適用可能である。その場合には，現像バイアス電圧等の極性をいずれも上記の逆のものとすればよい。また，本発明は，モノクロまたはカラーのコピー機，プリンタ，ＦＡＸ等の画像形成装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本形態に係る画像形成装置の主要部分を示す断面図である。
【図２】現像バイアス電圧の例を示す電圧波形図である。
【図３】現像バイアス電圧によってトナーが飛翔する様子を示す模式図である。
【図４】現像バイアス電圧のパラメータと画像濃度との関係を示すグラフ図である。
【図５】現像バイアス電圧のパラメータと画像濃度との関係を示すグラフ図である。
【図６】非画像形成時の現像バイアス電圧の例を示す電圧波形図である。
【図７】非画像形成時の現像バイアス電圧の例を示す電圧波形図である。
【図８】非画像形成時の現像バイアス電圧の例を示す電圧波形図である。
【図９】非画像形成時の現像バイアス電圧の例を示す電圧波形図である。
【図１０】本形態に係る現像装置の例を示す断面図である。
【図１１】現像ローラ上のトナーの帯電量分布の変化を示すグラフ図である。
【図１２】実験後の感光体上のトナーの帯電量分布を示すグラフ図である。
【図１３】現像ローラ上のトナーの帯電量分布の変化を示すグラフ図である。
【図１４】現像ローラ上のトナーの帯電量分布の変化を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  画像形成装置
１１  感光体
１２  現像装置
１４  帯電装置
１５  露光装置
２１  現像ローラ
２６  電源
【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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【図１４】
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