(57)【要約】【課題】劣化トナーを排出でき、安定した画像形成を可能とする現像装置を有する画像形成装置を提供すること。【解決手段】像担持体と、画像信号に基づいて前記像担持体上に静電像を書き込む露光手段と、前記像担持体上にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記像担持体を清掃する清掃手段とを備える画像形成装置において、前記現像手段は、複数の磁極を内部に配置した筒状の現像ローラと、当該現像ローラによって搬送される現像剤の搬送量を規制する規制部材とを有しており、前記像担持体上の通常画像領域前または後にトナー吐出し用のパターン画像を形成するに当たって、前記現像ローラと前記規制部材間の電位差を、前記パターン画像形成時には通常画像形成時よりも減少させることを特徴とする画像形成装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、画像信号に基づいて前記像担持体上に静電像を書き込む露光手段と、前記像担持体上にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記像担持体を清掃する清掃手段とを備える画像形成装置において、前記現像手段は、複数の磁極を内部に配置した筒状の現像ローラと、当該現像ローラによって搬送される現像剤の搬送量を規制する規制部材とを有しており、前記像担持体上の通常画像領域前または後にトナー吐出し用のパターン画像を形成するに当たって、前記現像ローラと前記規制部材間の電位差を、前記パターン画像形成時には通常画像形成時よりも減少させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記パターン画像形成時の前記現像ローラと前記規制部材間の電位差を、通常画像形成時の電位差に対して０．０５〜０．５倍に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】
前記パターン画像形成時の前記現像ローラと前記規制部材を同電位と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４】
前記パターン画像形成時の前記現像ローラ上の現像剤搬送量を、通常画像形成時の１．１〜２．０倍に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５】
前記現像ローラに印加するバイアスはＡＣを重畳するとともに、前記現像ローラと前記規制部材間にＡＣを重畳した電位差を設け、前記パターン画像形成時にはＡＣのピーク電圧もしくはＤＣ成分の少なくとも１つを減少させることを特徴とする請求項１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、電子写真複写機やレーザプリンタなどの静電転写プロセスを利用する画像形成装置に関し、特に、画質向上のため劣化（疲労）トナーを廃棄する処置が施された現像装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現像剤が長時間現像装置に滞留すると、現像剤（トナー）が疲労して、トナーの帯電特性が不安定になり画質不良の原因となる。また、帯電特性の低いトナーは飛散しやすく、トナー汚れの原因ともなる。
【０００３】
正常なトナーは、樹脂製の粒体外面にフッ素系またはシリカ系の離型剤被膜がほどこされているが、現像装置内に長時間滞留し、攪拌されると被膜が磨耗したり、樹脂体に破壊孔が発生し劣化トナーとなり、一部は消費されるが大方は現像装置内に滞留する。このような劣化トナーは物理的付着力が大きくなる。
【０００４】
この現象は、低印字率の画像形成を継続した場合に起こりやすい。
【０００５】
これを防止するために、図３に示すように、像担持体上で通常画像領域前または後のＤ領域に吐出し用のパターン画像ＰＡ等を所定のプリント数毎に形成し、当該パターン画像ＰＡを清掃手段にて清掃し、吐出しトナーとして廃棄している。
【０００６】
図３は、通常画像領域前後に形成された吐出しトナーのパターン画像を示す図である。
【０００７】
従来例として、内部パターン画像（吐き出し用のパターン画像）を形成して現像機内のトナーを強制的に吐き出し、劣化トナーを入替える方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−６２０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来は、劣化トナーの吐出し用のパターン画像作成時にも、通常画像形成時と同じ条件の現像剤搬送量で現像を行っていた。そのため、パターン画像形成時には劣化トナーと同時に、劣化度合いが少ないトナーも通常画像形成時と同じ比率で廃棄されてしまう。従って、所望の劣化トナーを廃棄するために、廃棄（吐出し）量全体を多く設定しなければならない不都合があった。
【０００９】
本発明は、劣化トナーを効率よく排出し、安定した画像形成を可能とする現像装置を有する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】
【００１０】
上記目的は、下記の構成によって達成される。
像担持体と、画像信号に基づいて前記像担持体上に静電像を書き込む露光手段と、前記像担持体上にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記像担持体を清掃する清掃手段とを備える画像形成装置において、前記現像手段は、複数の磁極を内部に配置した筒状の現像ローラと、当該現像ローラによって搬送される現像剤の搬送量を規制する規制部材とを有しており、前記像担持体上の通常画像領域前または後にトナー吐出し用のパターン画像を形成するに当たって、前記現像ローラと前記規制部材間の電位差を、前記パターン画像形成時には通常画像形成時よりも減少させることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【００１１】
現像剤搬送量の規制部材と現像ローラとの間の電位差を、トナー吐出し用のパターン画像現像時に通常画像形成時より弱くすることで現像剤の搬送量が増加するので、現像部で消費（廃棄）されるトナー中の劣化トナーの比率が高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態の一例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
なお、本発明における記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。
【００１４】
図１は、本実施の形態であるプリンタから成る画像形成装置の概略断面図である。
【００１５】
本実施の形態におけるプリンタは、転写紙Ｐを収納する給紙カセット２１、当該給紙カセット２１内の転写材Ｐを送り出す給紙ローラ２２、搬送経路２４、転写材Ｐと像担持体である感光体ドラム３１上のトナー像との同期をとるタイミングローラ２３、転写材Ｐを転写領域Ｓへ導く進入ガイド板２５、転写終了後感光体ドラム３１から分離した転写材Ｐを定着装置３７へ搬送する搬送ベルト３９等からなっている。
【００１６】
前記感光体ドラム３１は、制御手段である制御部Ｂ１の指令によって不図示の駆動部から回転力を得て矢示の方向に回転駆動される。この感光体ドラム３１の周囲には、上流側から順に、帯電手段３２、露光手段３３、後述する現像手段である現像装置３４、転写手段である転写器３５、分離手段３６および清掃手段であるクリーニング装置３８が配設されている。
【００１７】
前記感光体ドラム３１上に、帯電手段３２による帯電、露光手段３３による像露光が行われ（潜像形成）、現像手段３４による現像処理によってトナー像を形成する（顕像形成）。そして、転写領域Ｓでトナーと逆極性の電圧が印加された転写手段３５によって前記転写材Ｐ上にトナー像が転写される。
【００１８】
その後、分離手段３６によって転写材Ｐを感光体ドラム３１から分離する。分離された転写材Ｐは、空気吸引箱３９１を内側に設けた搬送ベルト３９にて搬送され定着装置３７へ向かう。その後、転写材Ｐは当該定着装置３７の一対のローラ（加圧ローラ３７Ａ、加熱ローラ３７Ｂ）によって加熱、加圧が付与され、これによりトナー像が転写材Ｐ上に定着される。一方、転写後の感光体ドラム３１は、クリーニング装置３８によってクリーニングされ、次の画像形成に備えられる。これら画像形成手段を構成する各手段３１〜３８の作動は、制御部Ｂ１によって制御される。
【００１９】
以下、本発明について説明する。
【００２０】
前述したが、現像剤が長時間現像装置に滞留すると、現像ローラ３４０等によるストレスで現像剤（トナー）が疲労して、トナーの帯電特性が不安定になり画質不良の原因となる。特に、低印字率の画像形成が継続した場合には、トナーの吐出し量が少ないため、現像装置内に帯電効率の悪い不安定な劣化トナーが残留しやすくなる。従来は、単に通常画像領域前後に吐出し用のパターン画像を形成して対応していたが、劣化度合の低いトナーも通常画像形成時と同じ比率で廃棄されてしまう不都合が生じていた。
【００２１】
そこで、劣化度合の高いトナーを選択的に消費させる現像装置を採用すれば、この画像不良を防止することができる。
【００２２】
以下、本実施の形態の現像装置について図２を基に説明する。
【００２３】
図２は、図１に示す現像装置を拡大した図である。
【００２４】
当該現像装置はトナーとキャリアを混合した現像剤を用いる２成分磁器ブラシ方式を採用している。すなわち、現像ローラ３４０で感光体ドラム３１との対向部へ現像剤を搬送し、前記現像ローラ３４０と前記感光体ドラム３１の間に図６に示すような現像電界を形成して現像を行う。
【００２５】
図６は、通常画像形成時およびパターン画像形成時に、像担持体と現像ローラに印加される現像バイアスを示す波形である。
【００２６】
図６において、現像バイアスはＤＣ成分（５００Ｖ）に矩形波のＡＣ成分（１０００Ｖ｛Ｐ−Ｐ｝、周波数５ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％）を重畳している。ＤＣ成分は、画像安定化制御によって決定されるが、標準的な値としては画像部電位との現像電位差が約４５０ＶとなるＤＣ電圧となる。
【００２７】
当該現像電界を形成するために、現像ローラ３４０に高圧電源ＨＶ１から現像バイアスが印加される。
【００２８】
さらに、本実施の形態においては、現像剤の搬送量を制御するために、現像ローラ３４０と規制部材３４１間には高圧電源ＨＶ２にて電位差（ＤＣ成分のみで５００Ｖ）が形成されている。
【００２９】
すなわち、制御部Ｂ１中のＣＰＵからの指示によって高圧電源ＨＶ２の出力値を切換えることができるように構成されている。前記電位差の切換え判断処理は図４に示す指令ルートに基づいて行われる。
【００３０】
図４は、規制部材に印加される電位差を切換えるアルゴリズムである。
【００３１】
図４において、ステップＳ１で、制御部Ｂ１内のＣＰＵは指示を出す。ステップＳ２で、印字対象が通常画像形成か、パターン画像形成かをＲＯＭによって判別する。ステップＳ３で、通常画像形成の場合は、規制部材と現像ローラとの間の電位差を高い電位差設定Ａにする。ステップＳ２で、吐出し用のパターン画像の場合は、規制部材・現像ローラ間の電位差を低い電位差設定Ｂにする。ステップ５で、共通の現像バイアスで画像形成をする。
【００３２】
次に、前記アルゴリズムに従って規制部材に印加される電位差を切換えることで現像剤搬送量の変化について図５を基に説明する。
【００３３】
図５は、現像ローラと規制部材との間を搬送される現像剤の磁気ブラシを示す図である。
【００３４】
図５（ａ）は現像ローラ３４０と規制部材３４１間が低電界で、図４（ｂ）は高電界の場合の現像剤搬送状況を示している。
【００３５】
現像剤は電界の電気力線に沿って磁気ブラシを形成し搬送される。磁気ブラシは現像ローラ３４０の回転によって上流側の現像剤が押されて来たときに反発力として働く。
【００３６】
電位差を小さくすると電気力線が弱くなって磁気ブラシによる反発力も弱くなる。このため、規制部材３４１を通過していく現像剤量（搬送量）が増加する（本実施の形態では搬送量は通常画像形成時は３００ｇ／ｍ2でパターン画像現像時は４５０ｇ／ｍ2であった。）。搬送量が多くなると像担持体と現像ローラとが対向する現像部Ｔにおける現像剤の密度が高くなり、像担持体（感光体ドラム）との摺擦力も増大する。そこで物理的付着力が高くなった劣化トナーはキャリアと離脱しずらくなっているが、劣化度合の高いトナーの方が像担持体との付着力が増加しているため、像担持体との接触時間を長くとることで像担持体に移動しやすく、つまり現像しやすくなる。
【００３７】
一般に、現像時にはトナーは物理的付着力の小さいものから選別されて現像されてゆく、所謂、選別現象が起る。
【００３８】
すなわち、周囲より劣化が進んでいるトナーは物理的付着力が高いので現像時において、キャリアと離脱しづらく現像されずに現像装置内に再度戻ってくる確率が高い。これらのトナーがさらに機械的なストレスを受けて、さらに劣化が進み現像されにくくなる。
【００３９】
すなわち、搬送量を多くして像担持体と摺擦され易くした結果、劣化度合の高いトナーを選択的に現像され易くすることができる。
【００４０】
なお、現像剤の搬送量を同じにする（通常画像形成時とパターン画像形成時が同電位差）と、現像部Ｔで、物理的付着力の小さなものから選別される選別現象が生じる。そこで規制部材と現像ローラとの間の電位差を、パターン画像形成時には通常画像形成時よりも減少させている。
【００４１】
具体的には、図３のパターン画像ＰＡ形成時の例を基に前記電位差の切替えについて説明すると、規制部材３４１の電位差を通常画像形成時とパターン画像ＰＡ形成時の電位をパターン画像ＰＡ形成時の電位をよりも通常画像形成時の方を低く（弱く）切替えることで現像剤の搬送量を増加させることができる。
【００４２】
実験によると搬送量については、パターン画像形成時には、通常画像形成時の１．１〜２．０倍（１０〜１００％増し）に増加させた場合に効果が大きく、２倍以上になると摺擦力が大きくなり過ぎるため、かぶりやキャリアの離脱等の不具合が生じやすくなる。また、また、現像ローラと規制部材間の電位差は通常画像形成時の０．０５〜０．５倍になるように設定すると効果が大きいことが判明した。
【００４３】
以上から搬送密度は低電界の方が高密度で搬送され、高密度で搬送されると像担持体との擦過力が高まり、劣化度の高いトナーが主体で消費されることがいえる。
【００４４】
以下、本実施の形態の現像装置を用いて低印字率で、比較例と実施例の耐久テストを行った。
【００４５】
その結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
比較例１
通常画像領域前後（Ｄ領域）にパターン画像形成を行わないように設定して、２％印字率相当の通常画像形成の条件で耐久テストを行ったところ、２５Ｋ（２５，０００）枚の時点でハーフトーン部分の画像アレが許容範囲外のレベルとなった。
【００４８】
現像装置内のトナーの表面を電子顕微鏡で観察したところ、表面の離型剤が離脱したり内部に埋没したトナーが多く存在しており、これによってトナーの流動性が低下していた。流動性が低下したトナーは物理的付着力が高くなり、キャリアと離脱しずらくなり現像性が悪化したものと考えられる。また、物理的付着力が高くなると転写材への転写性も悪化すると考えられる。低印字率の画像形成時には現像装置内でのトナーの滞留時間が長くなり、機械的なストレスを長時間受けるトナーが増えるために短期間でトナー劣化が進む。また、吐出しトナー量は転写残相当しか発生していないため、６０ｇでかなり少ない。
【００４９】
比較例２
現像装置内のトナーの入れ替わりを促進するため、Ｄ領域に印字率５％相当のパターン画像を作像する条件で耐久テストを行った。パターン画像を現像するときの現像ローラと規制部材間に形成される電位差は５００Ｖとした。画質レベルは、５０Ｋ枚時点でも維持されており、帯電量分布の変化もほとんどなかったが、パターン画像によるトナー消費量が増大し、吐出しトナー量は１６２０ｇで極めて多く、この方法は実用に適さないことが判明した。
【００５０】
比較例３
Ｄ領域に作成するパターン画像のトナー量を印字率２％相当に設定した条件で耐久テストを行った。パターン画像を現像するときの現像ローラと規制部材間に形成される電位差は５００とした。その結果、吐出しトナー量は６８０ｇで比較例２より１０００ｇ近く減少させることができ実用的なものになったが、画質レベルの低下は、比較例１に比較して、緩やかになったものの、ハーフトーン部分の画像アレが５０Ｋで許容範囲外のレベルとなった。
【００５１】
また、トナーの流動性は画像形成数の増大に従い、次第に低下した。
【００５２】
次に、本発明に係わる現像ローラと規制部材間に形成される電位差を切替えた実施例について説明する。
【００５３】
実施例１
Ｄ領域に作成するパターン画像のトナー量を印字率２％相当に設定した条件で耐久テストを行った。図４で示したアルゴリズムにより現像ローラと規制部材間に形成される電位差を切替えた。パターン画像を現像するとき、現像ローラと規制部材間に形成される電位差は、通常画像形成時がＤＣ５００Ｖに対して、ＤＣ２００Ｖに減少させた。
【００５４】
その結果、表１に示すように、現像ローラと規制部材間に形成される電位差に制御することによって、印字率２％相当のパターン画像でも１００Ｋまで画質レベルを維持することができた。
【００５５】
実施例２
Ｄ領域に作成するパターン画像のトナー量を印字率２％相当に設定した条件で耐久テストを行った。パターン画像現像時の現像ローラと規制部材間に形成される電位差を、通常画像形成時がＤＣ５００Ｖに対して、０Ｖにして、図４で示したアルゴリズムにより通常画像現像時とパターン画像現像時の現像ローラと規制部材間に形成される電位差を切り替えながら同様な耐久テストを行った。その結果、印字率２％相当のパターン画像でも１００Ｋまで画質レベルを維持することができた。
【００５６】
実施例３
図７に示すように、ＨＶ１とＨＶ２とを並列に接続した場合、現像ローラと規制部材間もお電位差を、通常画像形成時はＡＣ１０００Ｖ（Ｐ−Ｐ）＋ＤＣ５００Ｖにし、パターン画像形成時はＡＣ１０００（Ｐ−Ｐ）＋ＤＣ２００Ｖとして、図４で示したアルゴリズムにより通常画像現像時とパターン画像現像時の現像ローラと規制部材間に形成される電位差を切り替えながら同様な耐久テストを行った。その結果、印字率２％相当のパターン画像でも１００Ｋまで画質レベルを維持することができた。
【００５７】
図７は、現像装置に、高圧電源ＨＶ１とＨＶ２とを並列に接続した場合の図を示す。
【００５８】
実施例４
また、図７に示すように、ＨＶ１とＨＶ２とを並列に接続した場合、現像ローラと規制部材間の電位差を、通常画像形成時はＤＣ５００Ｖ＋ＡＣ１０００Ｖ（Ｐ−Ｐ）にし、パターン画像現像時は電位差ＤＣ５００Ｖ＋ＡＣ５００Ｖ（Ｐ−Ｐ）として、図４で示したアルゴリズムにより通常画像現像時とパターン画像現像時の現像ローラと規制部材間に形成される電位差を切り替えながら同様な耐久テストを行った。その結果、印字率２％相当のパターン画像でも１００Ｋまで画質レベルを維持することができた。
【００５９】
以上、現像ローラにはＡＣ成分を重畳したＤＣ電圧の現像バイアスを例にとって説明したが、現像ローラにＤＣ成分のみのバイアス電圧を印加し、規制部材に印加したＤＣバイアス電圧を通常画像現像時とパターン画像現像時とで切り替える方法でも同様な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施の形態であるプリンタから成る画像形成装置の概略断面図である。
【図２】図１に示す現像装置を拡大した図である。
【図３】通常画像領域前後に形成された吐出しトナーのパターン画像を示す図である。
【図４】規制部材に印加される電位差を切換えるアルゴリズムである。
【図５】現像ローラと規制部材との間を搬送される現像剤の磁気ブラシを示す図である。
【図６】通常画像形成時およびパターン画像形成時に、像担持体と現像ローラに印加される現像バイアスを示す波形である。
【図７】現像装置に、高圧電源ＨＶ１とＨＶ２とを並列に接続した場合の図を示す。
【符号の説明】
【００６１】
３１  感光体ドラム
３４  現像装置
３８  クリーニング装置
３４０  現像ローラ
３４１  規制部材
３４２  搬送撹拌スクリュー
ＨＶ１、ＨＶ２  高圧電源
ＰＡ  パターン画像
【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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