(57)【要約】【課題】小粒径のキャリアを用いて形成される画像の画質が向上された画像形成装置を提供する。【解決手段】本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する感光体ドラム１１０と、感光体ドラム１１０と対向して設けられ、内部にマグネットローラ１５１を有し、周面にキャリアＣとトナーＴからなる現像剤を担持する現像ローラ１５０と、静電潜像を現像して形成された感光体ドラム１１０上のトナー像を転写ベルト３００に転写させる転写領域Ａ２に、感光体ドラム１１０と対向して設けられる転写ローラ２００とを備える。感光体ドラム１１０内の、転写ローラ２００と対向する領域に設けられたマグネット１１５は、少なくとも転写領域Ａ２を含む領域に、キャリアＣを感光体ドラム１１０に拘束するキャリア拘束磁場を形成し、少なくとも転写領域Ａ２より感光体ドラム回転方向下流側の領域に、キャリアＣを感光体ドラム１１０から開放するキャリア開放磁場を形成する。【選択図】図３
2008158311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周面に静電潜像を担持する静電潜像担持体と、
前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像領域に前記静電潜像担持体と対向して設けられ、内部に複数の磁極からなるマグネットローラを有し、周面にキャリアとトナーからなる現像剤を担持する現像剤担持体と、
を備える画像形成装置であって、
前記静電潜像担持体の内部には、該静電潜像担持体上のトナー像を転写媒体に転写させる転写領域に磁場発生部材が設けられ、
前記磁場発生部材は、少なくとも前記転写領域を含む領域に、キャリアを前記静電潜像担持体に拘束するキャリア拘束磁場を形成することを特徴とする、画像形成装置。
【請求項２】
前記磁場発生部材は、少なくとも前記転写領域より静電潜像担持体回転方向下流側の領域に、キャリアを前記静電潜像担持体から開放するキャリア開放磁場を形成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】
前記転写領域より静電潜像担持体回転方向下流側の領域に、前記静電潜像担持体上の残現像剤を除去するクリーニング部を備え、
前記キャリア開放磁場は、前記クリーニング部により前記静電潜像担持体の周面をクリーニングするクリーニング領域を含む領域に形成されることを特徴とする、請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記磁場発生部材は、複数の磁極を有するマグネットであり、
前記キャリア拘束磁場は、異なる磁極を前記静電潜像担持体の周方向に交互に隣接して配置することにより形成され、
前記キャリア開放磁場は、同一磁極を前記静電潜像担持体の周方向に隣接して配置することにより形成されることを特徴とする、請求項２または３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像剤担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス印加部と、
前記現像バイアス印加部を制御する現像バイアス制御部と、
を備え、
前記現像バイアス制御部は、前記静電潜像担持体を用いてキャリアを交換するときに、前記現像剤担持体に印加する現像バイアスが変化するように前記現像バイアス印加部を制御して、前記現像剤担持体から前記静電潜像担持体に移行するキャリアの量を変化させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記静電潜像担持体の周面を帯電する帯電部と、
前記帯電部を制御する帯電制御部と、
を備え、
前記帯電制御部は、前記静電潜像担持体を用いてキャリアを交換するときに、前記静電潜像担持体の周面電位が変化するように前記帯電部を制御して、前記現像剤担持体から前記静電潜像担持体に移行するキャリアの量を変化させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか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、画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２成分現像方式の画像形成装置では、トナーとキャリアから構成される現像剤を現像装置の現像ローラ内に配置されたマグネットによって現像ローラ上に磁気的に拘束しつつ供給搬送を行い、対向する感光体ドラム上の潜像との間の現像領域で現像を行う。現像に使用されるのは着色粒子であるトナーのみであって、磁性体であるキャリアは現像ローラ内のマグネットによって拘束されて感光体ドラム上を移行し難いように構成されている。しかし、状況によってはキャリアが感光体ドラム上を移行する現象が生じる。この現象をキャリア付着という。
【０００３】
キャリアが感光体ドラムの周面に付着すると、感光体ドラムに付着したキャリアが用紙に転写されて定着部まで進行してしまい、定着ローラの表面を粗面化してしまったり、定着不良を起こしたりするなどの問題が生じる。特にフルカラー機においては、磁性微粒子の混在によって出力画像が暗く濁った色調となってしまうほどの不具合を発生させる。
【０００４】
キャリア付着は、小粒径のキャリアほど発生しやすい。この現象を抑えるため、主極（現像極）の磁力を高くしたり、感光体ドラムの内側にマグネットを配置して反発磁界を形成することによりキャリア付着を軽減する方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特許第２５００８８７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、小粒径のキャリアは磁気的拘束力が働き難い傾向がある。このため、上述したような従来の技術では、キャリア付着を軽減することはできるものの、キャリア粒度において微粒子にあたるキャリアについてはキャリア付着に対する効果を十分に得ることができず、感光体ドラムに付着してしまう。特に、キャリアの平均粒径を約２０μｍまで小さくした場合や、この程度の大きさの粒子が多く混入していた場合など、キャリアが感光体ドラムに付着しやすくなる。
【０００７】
一方で、２成分現像方式の画像形成装置では、キャリアの粒子径が小さいほど緻密な現像電極を形成できるため、画質を向上できるという効果がある。しかし、上述した理由から、キャリアの粒子径は現状では約３０μｍが限界であり、さらに高画質な画像を提供するには、キャリアの粒子径を約３０μｍ以下とすることが要求される。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、小粒径のキャリアを用いて形成される画像の画質を向上させることの可能な、新規かつ改良された画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、周面に静電潜像を担持する静電潜像担持体と、静電潜像を現像してトナー像を形成する現像領域に静電潜像担持体と対向して設けられ、内部に複数の磁極からなるマグネットローラを有し、周面にキャリアとトナーからなる現像剤を担持する現像剤担持体と、を備える画像形成装置が提供される。かかる画像形成装置の静電潜像担持体の内部には、静電潜像担持体上のトナー像を転写媒体に転写させる転写領域に磁場発生部材が設けられる。磁場発生部材は、少なくとも転写領域を含む領域に、キャリアを静電潜像担持体に拘束するキャリア拘束磁場を形成することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、静電潜像担持体の内部に、静電潜像担持体に付着したキャリアをコントロールするための磁場を形成する磁場発生部材が設けられる。磁場発生部材は、キャリアが転写媒体に移行しないように静電潜像担持体の周面に拘束するキャリア拘束磁場を形成する。静電潜像担持体の静電潜像を現像するプロセスが行われる現像領域において静電潜像担持体に付着した磁性体であるキャリアは、静電潜像担持体の回転によって転写プロセスが行われる転写領域が近づくにつれて、静電潜像担持体内の磁場発生部材により形成されたキャリア拘束磁場から静電潜像担持体の周面に拘束される力を受ける。このように、磁場発生部材によって形成される磁場によって静電潜像担持体に付着したキャリアをコントロールすることにより、このようなキャリアが転写媒体に移行することを防止できる。
【００１１】
また、磁場発生部材により、少なくとも転写領域より静電潜像担持体回転方向下流側の領域に、キャリアを静電潜像担持体から開放するキャリア開放磁場を形成してもよい。ここで、静電潜像担持体回転方向下流側とは、基準位置からみて静電潜像担持体の進行方向側をいう。また、静電潜像担持体回転方向上流側とは、基準位置からみて静電潜像担持体の進行方向と反対側をいう。
【００１２】
キャリア開放磁場は、キャリアが静電潜像担持体の周面から離れ易くするために形成される。キャリア開放磁場をキャリア拘束磁場よりも静電潜像担持体回転方向下流側に形成することにより、転写領域においてキャリア拘束磁場から力を受けて静電潜像担持体の周面に拘束されたキャリアを、転写領域通過後に静電潜像担持体の周面から開放することができるようになる。
【００１３】
本発明にかかる画像形成装置は、転写領域より静電潜像担持体回転方向下流側の領域に、静電潜像担持体上の残現像剤を除去するクリーニング部を備える。このとき、キャリア開放磁場は、クリーニング部により静電潜像担持体の周面をクリーニングするクリーニング領域を含む領域に形成される。上述したように、キャリア開放磁場は、転写領域より静電潜像担持体回転方向下流側の領域に形成される。そこで、転写媒体へのトナー像の転写が行われた後、クリーニング部によって静電潜像担持体の周面からキャリアを回収し易くするために、クリーニング領域を含むようにキャリア開放磁場を形成してもよい。
【００１４】
磁場発生部材には、例えば複数の磁極を有するマグネットを用いることができる。そして、キャリア拘束磁場は、異なる磁極を静電潜像担持体の周方向に交互に隣接して配置することにより形成され、一方、キャリア開放磁場は、同一磁極を静電潜像担持体の周方向に隣接して配置することにより形成することができる。
【００１５】
また、本発明にかかる画像形成装置は、現像剤担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス印加部と、現像バイアス印加部を制御する現像バイアス制御部と、を備えることもできる。現像バイアス制御部は、静電潜像担持体を用いてキャリアを交換するときに、現像剤担持体に印加する現像バイアスが変化するように現像バイアス印加部を制御して、現像剤担持体から静電潜像担持体に移行するキャリアの量を変化させることができる。
【００１６】
キャリアの現像剤担持体から静電潜像担持体への移行のしやすさは、静電潜像担持体と現像剤担持体との電位差による。そこで、現像バイアスを変化させることにより、静電潜像担持体と現像剤担持体との電位差を変化させて、現像剤担持体から静電潜像担持体へのキャリア移行量を変化させることができる。本発明の画像形成装置では、例えばトナー像を形成する画像形成処理時以外において、現像バイアスを変化させることによりキャリアを積極的に静電潜像担持体に付着させる。そして、静電潜像担持体内の磁場発生部材が形成する磁場を利用してキャリアをクリーニング領域まで搬送し、クリーニング部によってキャリアを回収することにより、キャリアを効率よく交換することができる。
【００１７】
または、静電潜像担持体の周面を帯電する帯電部と、帯電部を制御する帯電制御部と、を備えてもよい。帯電制御部は、静電潜像担持体を用いてキャリアを交換するときに、静電潜像担持体の周面電位が変化するように帯電部を制御して、現像剤担持体から静電潜像担持体に移行するキャリアの量を変化させることができる。すなわち、静電潜像担持体と現像剤担持体との電位差を、静電潜像担持体の電位を変化させることにより、現像剤担持体から静電潜像担持体へのキャリア移行量を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、小粒径のキャリアを用いて形成される画像の画質を向上させることの可能な画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
＜画像形成装置の構成＞
まず、図１および図２に基づいて、本発明の実施形態にかかる画像形成装置の構成について説明する。なお、図１は、本実施形態にかかる画像形成装置の構成を示す概略図である。図２は、本実施形態にかかる感光体ドラム１１０を示す断面図である。
【００２１】
本実施形態にかかる画像形成装置は、図１に示すように、現像装置１００と、転写ローラ２００と、転写ベルト３００とから構成される。現像装置１００は、感光体ドラム１１０と、帯電ユニット１２０と、露光ユニット１３０と、攪拌ユニット１４０と、現像ローラ１５０と、クリーニングユニット１６０と、除電ランプ１７０とを備える。
【００２２】
感光体ドラム１１０は、周面に画像が形成される静電潜像担持体であり、その周囲に後述する帯電ユニット１２０、露光ユニット１３０、攪拌ユニット１４０、現像ローラ１５０、クリーニングユニット１６０、そして除電ランプ１７０が順に配置される。本実施形態にかかる感光体ドラム１１０は、その内部に磁場発生部材であるマグネット１１５を備えることを特徴とする。
【００２３】
より詳細に説明すると、感光体ドラム１１０は、図２に示すように、例えばＯＰＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ  ＰｈｏｔｏＣｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなり、感光体周面に静電潜像が形成される円筒部１１１と、円筒部１１１の内部に設けられ、マグネット１１５を支持するマグネットホルダー１１２と、マグネットホルダー１１２を支持する支持軸１１３と、支持軸１１３を回転可能に支持する軸受１１４と、円筒部１１１の一端面と接続されるとともに、円筒部１１１を回転するための駆動部（図示せず。）と接続されるドラムフランジ１１６とからなる。
【００２４】
マグネットホルダー１１２は、支持軸１１３を中心とした円筒形状の部材であり、例えば支持軸１１３から半径方向に等間隔に設けられた３つの支持部材によって支持されている。支持軸１１３の一端は、軸受１１４を介して筐体１０５に固定されている。一方、支持軸１１３の他端は筐体１０５には固定されず、軸受１１４に支持されている。この筐体１０５に固定されていない側の円筒部１１１の端面にはドラムフランジ１１６が設けられており、ドラムフランジ１１６を筐体１０５に対して回転可能に配置する。このように構成された感光体ドラム１１０によれば、ドラムフランジ１１６と接続された外部の駆動部を駆動することによって、支持軸１１３を中心として円筒部１１１を回転させることができる。このとき、支持軸１１３にマグネットホルダー１１２を介して固定されたマグネット１１５は回転せず、転写ローラ２００と対向する領域に配置された状態が保持される。
【００２５】
帯電ユニット１２０は、感光体ドラム１１０の表面を帯電させるユニットであり、帯電ローラ１２１と、クリーニングローラ１２３とからなる。帯電ローラ１２１は、感光体ドラム１１０の周面に圧接して設けられ、感光体ドラム１１０と接触回転する。帯電ローラ１２１には、帯電バイアスが印加されている。また、帯電ローラ１２１の、感光体ドラム１１０との接触部の反対側には、帯電ローラ１２１の表面汚れを除去するクリーニングローラ１２３が設けられている。
【００２６】
露光ユニット１３０は、帯電ユニット１２０によって帯電された感光体ドラム１１０の周面を露光する装置である。露光ユニット１３０は、例えばレーザ光源と、該レーザ光源から出射された光を偏光にする偏光器と、光を結像する結像素子（いずれも図示せず。）とからなる。レーザ光源から出射した光が、偏光器、結像素子を介して、感光体ドラム１１０の周面に結像することにより、感光体ドラム１１０が露光されて静電潜像が形成される。
【００２７】
攪拌ユニット１４０は、現像剤を構成する磁性体のキャリアと非磁性体のトナーとを攪拌して、キャリアとトナーとを帯電させるユニットである。攪拌ユニット１４０は、例えば図１に示すように、第１の搬送路１０６に配置された第１ミキサー１４１と、第２の搬送路１０７に配置された第２ミキサー１４３とからなる。キャリアとトナーとを第１の搬送路１０６を攪拌しながら通過させることにより、キャリアとトナーを帯電させる。本実施形態では、キャリアは正に帯電し、トナーは負に帯電する。第１ミキサー１４１の外周部には、第１の搬送路内のトナー濃度を検出するためのトナー濃度センサ１４５が設けられており、搬送路内のトナー濃度が低下すると現像剤供給部（図示せず。）から搬送路内に現像剤が供給される。
【００２８】
現像ローラ１５０は、感光体ドラム１１０上に形成された静電潜像に対してトナーを供給する現像剤担持体である。現像ローラ１５０は、マグネットローラ１５１と、該マグネットローラ１５１を内部に収容するスリーブ１５３とからなる。マグネットローラ１５１は、図１に示すように、例えば５極の磁極（磁極Ｓ１，Ｎ１，Ｓ２，Ｎ２，Ｎ３）を有しており、感光体ドラム１１０と対向する領域、すなわち感光体ドラム１１０に形成された静電潜像を現像する現像領域には異なる磁極が交互に配置される。一方、攪拌ユニット１４０の第２ミキサー１４３と対向する位置には、同じ磁極が隣接して配置されている。スリーブ１５３は、非磁性の金属からなる筒状部材である。本実施形態にかかる現像ローラ１５０ではスリーブ１５３のみが回転し、スリーブ１５３内に配置されたマグネットローラ１５１は筐体１０５に固定されている。また、現像ローラ１５０には、現像バイアスを印加する現像バイアス印加部（図示せず。）が設けられている。
【００２９】
クリーニングユニット１６０は、感光体ドラム１１０の静電潜像にトナーを付着して形成されたトナー像を転写ベルト３００に転写した後、感光体ドラム１１０の周面上に残留した現像剤を除去する部材であって、クリーニングブレード１６１と、排トナーオーガ１６３と、リカバリーブレード１６５とを備える。クリーニングブレード１６１は、例えば弾性ゴムブレードであって、感光体ドラム１１０に押圧して接触されることにより、感光体ドラム１１０の周面に残留した現像剤を機械的に剥ぎ取る。感光体ドラム１１０の周面から除去された現像剤は、スクリュー状の排トナーオーガ１６３によって搬送される。リカバリーブレード１６５は、クリーニングブレード１６１によって剥ぎ取られた現像剤が逆流しないようにするための部材である。
【００３０】
除電ランプ１７０は、帯電ユニット１２０によって帯電された感光体ドラム１１０の電位をゼロにしてリセットする。除電ランプ１７０は、例えば、ＬＥＤからなる。
【００３１】
転写ローラ２００は、感光体ドラム１１０に形成されたトナー像を転写媒体である転写ベルト３００に転写するための転写部材であって、感光体ドラム１１０と転写ベルト３００を介して接するように配置される。転写ローラ２００には、所定の転写バイアスが印加されている。また、本実施形態では、転写媒体として転写ベルト３００を用いるが、用紙を用いてもよい。
【００３２】
このような画像形成装置は、まず、帯電ユニット１２０により感光体ドラム１１０の周面を帯電させる。これにより、感光体ドラム１１０の周面は、例えば約−６００Ｖの電位を有するようになる。次いで、帯電した感光体ドラム１１０の周面を露光ユニット１３０により露光して、静電潜像を形成する。感光体ドラム１１０の周面のうち露光された部分は電位が低くなり、例えば約−１００Ｖまで下がる。さらに、感光体ドラム１１０に形成された静電潜像を現像領域にて現像する。このとき、現像ローラ１５０には約−５００Ｖの現像バイアスが印加されており、感光体ドラム１１０との電位差によって負に帯電したトナーが現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０の露光された部分に移行することによりトナー像が形成される。なお、粒子径の小さいキャリアを使用した場合、トナー像を形成する過程において、僅かではあるが負に帯電するキャリアが発生するため、感光体ドラム１１０へ付着する現象が生じる。
【００３３】
トナー像が形成されると、感光体ドラム１１０を回転させて、トナー像を転写ローラ２００と感光体ドラム１１０とが対向する領域に搬送する。転写ローラ２００には転写バイアスが印加されており、転写ローラ２００と感光体ドラム１１０との電位差によってトナー像が転写ベルト３００に転写される。その後、感光体ドラム１１０に残像した現像剤がクリーニングユニット１６０によって回収されて、除電ランプ１７０により感光体ドラム１１０の電位がリセットされる。
【００３４】
以上、本実施形態にかかる画像形成装置の構成について説明した。本実施形態にかかる画像形成装置では、上述したように、感光体ドラム１１０内に、転写ローラ２００と対向する領域にマグネット１１５を備えることを特徴とする。マグネット１１５を備えることにより、感光体ドラム１１０の周面に付着したキャリアが転写ベルト３００に転写するのを防止することができる。以下、図３および図４に基づいて、感光体ドラム１１０の周面に付着したキャリアのコントロールについて説明する。なお、図３は、本実施形態における感光体ドラム１１０上に付着したキャリアの動きを説明するための説明図である。図３において、Ｃはキャリア、Ｔはトナーを示す。図４は、キャリア粒子径とキャリア付着との関係を示すグラフである。また、以下の説明において、感光体ドラム回転方向下流側とは、基準位置からみて感光体ドラム１１０の進行方向側をいう。また、感光体ドラム回転方向上流側とは、基準位置からみて感光体ドラム１１０の進行方向と反対側をいう。
【００３５】
＜感光体ドラム上のキャリアのコントロール＞
２成分現像方式の画像形成装置では、通常、感光体ドラム１１０上に形成された潜像に応じてトナーのみを現像するが、上述したように、副次的に感光体ドラム１１０でのキャリア付着が発生する。この現象は、図４に示すように、キャリア粒子径の影響が大きい。マグネットローラ１５１の現像主極の高磁力化によってある程度キャリア付着の発生を軽減することは可能であるが、多くの微粒子キャリアに対してそれぞれに働く磁気的拘束力を確保するためには、現像主極の高磁力化だけでは対応できない。このため、約３０μｍ以下の粒子径を有する微粒子キャリアは、これよりも大きな粒子径を有するキャリアに比べて高い確率で感光体ドラム１１０に移行する。
【００３６】
感光体ドラム１１０に移行したキャリアは、その後転写プロセスにおいて転写ベルト３００に移行してしまい、さらに、二次転写プロセスを経て用紙にも転写されてしまう。この結果、現像装置１００により画像を形成する画像形成領域では色濁りが生じてしまう。また、転写ベルト３００に転写された画像を用紙に定着させるが画像定着領域（非画像形成領域）では、キャリアが定着ローラに回り込み、定着ローラの表面に付着したり粗面化を起こす要因となったりして定着不良を発生させる。
【００３７】
キャリアの粒子径が約３５μｍ程度で、かつ処理速度が約３００ｍｍ／ｓであれば、感光体ドラム１１０へのキャリア付着をある程度抑制することが可能であり、二次転写システムを採用することによる、上述したような不具合が深刻な状況で発生することはなかった。しかしながら、近年の高速化、高画質化の要求が高まる中で、キャリアの小粒径化を進めた結果、キャリア付着による問題が生じるようになった。
【００３８】
このような問題に対して、本実施形態にかかる画像形成装置では、感光体ドラム１１０内の転写ローラ２００と対向する領域にマグネット１１５を設ける。本実施形態にかかるマグネット１１５は、図３に示すように、感光体ドラム１１０の周方向に沿って配置される４極の磁極（磁極Ｎ１ｐ、Ｓ１ｐ、Ｎ２ｐ、Ｎ３ｐ）を有する。転写ローラ２００と対向する転写領域Ａ２には異なる磁極が交互に配置され、転写領域Ａ２より感光体ドラム回転方向下流側から感光体ドラム１１０のクリーニングが行われるクリーニング領域Ａ３には同一磁極が隣接して配置されている。このマグネット１１５は、現像ローラ１５０のマグネットローラ１５１と同様に機能する。
【００３９】
すなわち、転写領域Ａ２に位置するマグネット１１５の磁極Ｎ１ｐ、Ｓ１ｐ、Ｎ２ｐは、磁極Ｎ１ｐと磁極Ｓ１ｐ、磁極Ｓ１ｐと磁極Ｎ２ｐによって閉じた磁場（以下、「キャリア拘束磁場」とする。）が形成される。このため、磁性体であるキャリアは、キャリア拘束磁場の影響を受けて感光体ドラム１１０の周面に引き寄せられて拘束される。一方、転写領域Ａ２より感光体ドラム回転方向下流側からクリーニング領域Ａ３に位置するマグネット１１５の磁極Ｎ２ｐ、Ｎ３ｐは、同一磁極が配列されている。したがって、磁極Ｎ２ｐと磁極Ｎ３ｐとの間では、各磁極から出る磁力線が互いに離れるような磁場（以下、「キャリア開放磁場」とする。）が形成される。このため、感光体ドラム１１０上のキャリアは、キャリア開放磁場の影響を受けて感光体ドラム１１０の周面から離れ易くなり、開放される。
【００４０】
このように、キャリア拘束磁場とキャリア開放磁場が形成された画像形成装置を移動するキャリアの動きを、図３に基づいて説明する。まず、現像ローラ１５０は、現像剤供給部（図示せず。）から供給され、第１の搬送路１０６を攪拌されながら通過することにより所定の電荷に帯電された現像剤（トナーおよびキャリア）をスリーブ１５３上に保持して、現像領域Ａ１（現像ローラ１５０と感光体ドラム１１０とが対向する領域）まで現像剤を搬送する。スリーブ１５３は、上述したように、固定されたマグネットローラ１５１の周囲を回転する。帯電された現像剤は、スリーブ１５３の回転に応じて移動する。そして、現像ローラ１５０と感光体ドラム１１０とが最も接近する付近において、供給された現像剤は穂立ちを形成して感光体ドラム１１０に摺擦し、トナーを感光体ドラム１１０の周面に形成された静電潜像に付着させる（現像プロセス）。
【００４１】
ここで、現像プロセスにおいてスリーブ１５３から感光体ドラム１１０の周面に移行するのは現像剤のうちトナーのみであることが望ましい。しかし、粒子径が約３０μｍ以下の微粒子キャリアが現像ローラ１５０のスリーブ１５３上に多く集まって層形成している場合には、マグネットローラ１５１によって形成される磁場だけではキャリアを拘束しきれず、キャリアが感光体ドラム１１０の周面に移行してしまう（キャリア付着）。しかし、感光体ドラム１１０の周面に付着するキャリアの量は少量であり、現像ローラ１５０に多くのキャリアが層形成する場合と比べて、感光体ドラム１１０上のキャリアは磁場によるコントロールが行い易くなる。そこで、感光体ドラム１１０内にマグネット１１５を設けて、感光体ドラム１１０に付着したキャリアをコントロールする磁場（キャリア拘束磁場、キャリア開放磁場）を形成する。
【００４２】
感光体ドラム１１０に付着したキャリアは、感光体ドラム１１０の回転によって現像領域Ａ１から転写領域Ａ２に搬送される。このとき、キャリアは、マグネット１１５の、異極の磁極が感光体ドラム１１０の周方向に沿って交互に配置された部分によって形成されるキャリア拘束磁場の影響を受けるようになる。このため、感光体ドラム１１０と転写ローラ２００との間に形成される電界によって感光体ドラム１１０上のトナーは静電気力を受けて転写ローラ２００側へ引き付けられるが、キャリアはキャリア拘束磁場によって感光体ドラム１１０側に強く引き付けられているため転写ベルト３００へは移行せず、感光体ドラム１１０上に付着した状態が保持される。
【００４３】
そして、感光体ドラム１１０に拘束されたキャリアが感光体ドラム１１０の回転によってさらに搬送されると、このキャリアは、転写領域Ａ２よりも感光体ドラム回転方向下流側に形成されたキャリア開放磁場の影響を受けるようになる。すなわち、感光体ドラム１１０から離れるキャリアには感光体ドラム１１０に引き付ける力が働かず、感光体ドラム１１０から開放される。その後、感光体ドラム１１０上のキャリアはクリーニング領域Ａ３のクリーニングブレード１６１により感光体ドラム１１０から剥離されて回収されるが、キャリア開放磁場により回収し易くなる。
【００４４】
このように、感光体ドラム１１０内のマグネット１１５は、現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０に移行したキャリアを、転写領域Ａ２では感光体ドラム１１０に拘束するキャリア拘束磁場を形成し、転写領域Ａ２よりも感光体ドラム回転方向下流側からクリーニング領域Ａ３においては感光体ドラム１１０から開放するキャリア開放磁場を形成する。これにより、感光体ドラム１１０に付着したキャリアが転写ベルト３００に移行するのを防止することができ、画像形成領域での色濁りを防止することができる。さらに、キャリアの転写ベルト３００への転写を防止できることにより、定着ローラにキャリアが付着したり、定着ローラの表面が粗面化するのを防止できる。これにより、トナーの定着不良やオフセットを防止することができる。また、現像装置１００内へのキャリアの拡散を軽減することができるので、駆動ギアの磨耗や高電圧印加部位での電流リーク等を防止することができる。
【００４５】
ここで、転写領域Ａ２に形成されるキャリア拘束磁場における垂直磁場の強さがピークとなる位置に、転写ローラ２００を配置することが望ましい。感光体ドラム１１０に付着したキャリアは、感光体ドラム１１０と転写ローラ２００とが最も接近する位置で最も転写ベルト３００へ移行しやすくなる。そこで、キャリアを拘束する力が最も大きい垂直磁場の強さがピークとなる位置に転写ローラ２００を設けることにより、キャリアが転写ベルト３００へ移行するのを効果的に防止することができる。本実施形態において、キャリア拘束磁場における垂直磁場は、約１３０ｍＴ以上（ＡＤＳ表面ギャップ０．２ｍｍで測定）となるよう構成される。一方、本実施形態において、転写領域Ａ２より感光体ドラム回転方向下流側からクリーニング領域Ａ３にかけて形成されるキャリア開放磁場は、同極配置した磁極Ｎ２ｐ、Ｎ３ｐの合成磁場が約４０ｍＴ以下となるように構成される。
【００４６】
なお、本実施形態では、転写領域Ａ２にキャリア拘束磁場を形成したが、本発明はかかる例に限定されず、少なくとも転写領域Ａ２を含む感光体ドラム回転方向上流側に形成されればよい。例えば、現像ローラ１５０と感光体ドラム１１０とが対向する領域である現像領域Ａ１から転写領域Ａ２にかけてキャリア拘束磁場を形成することもできる。また、本実施形態では、キャリア開放磁場は、転写領域Ａ２より感光体ドラム回転方向下流側からクリーニング領域Ａ３にかけて形成したが、少なくとも転写領域Ａ２より感光体ドラム回転方向下流側に形成されればよい。キャリア開放磁場は、特に、転写領域Ａ２より感光体ドラム回転方向下流側からクリーニングブレード１６１のエッジより感光体ドラム回転方向上流側の間に形成されることが望ましい。
【００４７】
また、本実施形態において、マグネット１１５は４つの磁極を有していたが、本発明はかかる例に限定されず、３つ以上の磁極を有していればよく、感光体ドラム１１０の周方向に沿って配置される磁極の数やその大きさについては適宜変更可能である。
【００４８】
以上、本実施形態にかかる画像形成装置の動作について説明した。かかる構成の画像形成装置では、感光体ドラム１１０の内部にマグネット１１５を設けて感光体ドラム１１０の周面に付着したキャリアをコントロールできるようにし、感光体ドラム１１０上のキャリアが転写プロセスより後の処理に影響を与えないようにすることができる。かかる特性を用いて、本実施形態にかかる画像形成装置に現像剤交換モードを搭載することも可能である。
【００４９】
＜画像形成装置における現像剤交換＞
以下、図５〜図１０に基づいて、本実施形態にかかる画像形成装置を用いた現像剤交換モードについて説明する。なお、図５は、現像バイアスとキャリア移行量との関係を示すグラフである。図６は、印刷枚数とキャリア補給量との関係を示すグラフである。図７〜図９は、本実施形態にかかる画像形成装置による現像剤交換モードを行う際のバイアス制御を示すタイミングチャートであって、図７は１枚印刷終了時に実行する場合を、図８は１回のプリント処理終了時に実行する場合を、図９は所定数印刷終了時に実行する場合を示す。図１０は、従来の画像形成装置における現像剤交換モードを行う際のバイアス制御を示すタイミングチャートである。ここで、図５および図６に示すグラフは、キャリアとして真比重４．７ｇ／ｃｍ２、平均粒子径約４０μｍのＭｎ−Ｍｇフェライトを使用した場合を示す。
【００５０】
まず、画像形成装置の現像剤交換モードについて説明する。画像形成装置により画像を形成する回数が増加するにつれてキャリアは劣化する。このため、現像剤を定期的に交換する必要がある。本実施形態におけるキャリアの交換は、トナーカートリッジに含まれたキャリアをトナー補給と同時に定量が補給される従来からの方式を採用している。
【００５１】
感光体ドラム１１０の周面に形成された静電潜像に対して現像ローラ１５０からトナーが供給されるとき、僅かにキャリアも感光体ドラム１１０の周面に付着することがある。従来は、上述したように、感光体ドラムの内部にマグネットが設けられていなかったため、感光体ドラムに付着したキャリアを拘束または開放するようにコントロールすることはできなかった。また、図１０に示すように、メインモータが駆動している間は現像バイアスを下げる現像バイアス制御は行われていなかった。
【００５２】
一方、本実施形態にかかる画像形成装置では、感光体ドラム１１０内に設けられたマグネット１１５を利用して、感光体ドラム１１０に付着したキャリアをコントロールすることができる。そこで、本実施形態の画像形成装置では、キャリアを効率よく交換するために、印字モード（トナー像形成時）以外の期間において現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０に移行するキャリアの量を増加させてクリーニングユニット１６０にて回収し、回収された量のキャリアを現像剤供給部から供給する現像剤交換モードを実行する。現像剤交換モードを行うタイミングとしては、主に、１枚印刷終了時、１回のプリント処理終了時、そして所定数印刷終了時の３つが考えられる。
【００５３】
（１枚印刷終了時の現像剤交換）
まず、図７に基づいて、１枚印刷終了時に現像剤交換モードを実行する場合について説明する。ここでは、１回のプリント処理において２枚の用紙に画像を転写するものとする。まず、メインモータを駆動させた後、帯電ローラ１２１に帯電バイアスを印加して感光体ドラム１１０を帯電する。次いで、現像バイアス印加部（図示せず。）により現像ローラ１５０に現像バイアスを印加した後、感光体ドラム１１０を露光ユニット１３０によってレーザ露光する。そして、感光体ドラム１１０の周面を現像ローラ１５０のスリーブ１５３に形成された磁気ブラシによって摺擦することにより、感光体ドラム１１０に形成された静電潜像にトナーを付着させる。
【００５４】
そして、感光体ドラム１１０に形成されたトナー像を用紙または転写ベルト３００に転写するため、ペーパーフィードモータを駆動して現像装置１００と転写ローラ２００との間に用紙を供給し、転写ローラ２００に対して転写バイアスを印加して、転写プロセスを行う。なお、感光体ドラム１１０のトナー像を直接用紙に転写させずに、転写ベルト３００を介して用紙に転写させる場合には、ペーパーフィードモータは不要である。用紙１枚分の静電潜像の形成を終えると、レーザ露光を終了する。そして、ペーパーフィードモータの駆動を停止して、１枚目の印刷が終了した後、転写バイアスをオフにする。
【００５５】
ここで、２枚目の印刷に対する露光を開始するまでの間に、現像バイアス制御部（図示せず。）により現像バイアス印加部を制御して、現像バイアスをキャリア移行電圧に設定する。ここで、キャリア移行電圧は、現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０へキャリアを積極的に移行させるときの現像バイアスであり、本実施形態では、約２００Ｖ以下となるように設定する。これは、図５に示す現像バイアスと感光体ドラム１１０へのキャリア移行量との関係に基づく。図５に示すように、現像バイアスが約２００Ｖより大きいときには、感光体ドラム１１０へのキャリアの移動はほとんどないが、約２００Ｖ以下となるとキャリアの感光体ドラム１１０への移行量が急激に増加することがわかる。本実施形態では、例えば現像剤交換モードにおけるキャリアの交換量を約０．０１〜０．０５ｇ／ｓに設定するため、キャリア移行電圧を約１８０〜７０Ｖとした。このように１枚目と２枚目の印刷の間に現像バイアスをキャリア移行電圧、すなわち約２００Ｖ以下に設定して、キャリアを感光体ドラム１１０に移行させる。
【００５６】
感光体ドラム１１０に移行したキャリアは、上述したように、感光体ドラム１１０内に設けられたマグネット１１５によってコントロールされる。キャリアが感光体ドラム１１０に移行してから転写ローラ２００との接触部付近（転写領域Ａ２）を通過するまでは、マグネット１１５のうち異極の磁極により形成されるキャリア拘束磁場によって拘束される。そして、キャリアは、感光体ドラム１１０と転写ローラ２００との接触部を通過してクリーニング領域Ａ３に入ると、マグネット１１５のうち同極の磁極により形成されるキャリア開放磁場によって開放される。こうして、クリーニングユニット１６０により回収されやすくなったキャリアは残トナーとともに回収される。そして、回収したキャリアとほぼ同量の新しいキャリアを現像剤供給部から供給する。このようにして、キャリアの交換を行うことができる。
【００５７】
（１回のプリント処理終了時の現像剤交換）
次に、図８に基づいて、１回のプリント処理終了時に現像剤交換モードを実行する場合について説明する。この場合も、転写バイアスをオフとした後の処理以外は、１枚印刷終了時に現像剤交換モードを実行する場合と同様の処理を行う。用紙または転写ベルト３００へのトナー像の転写が終了すると、転写バイアスをオフにする。そして、現像バイアス制御部により現像バイアスをキャリア移行電圧に設定して、キャリアを現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０に移行させる。そして、所定量のキャリアを移行させると、現像バイアスをオフにして、メインモータの駆動を停止する。なお、帯電バイアスは、現像バイアスをキャリア移行電圧とした後、メインモータの駆動停止までの間にオフにされればよい。この場合にも、上記と同様、回収したキャリアとほぼ同量の新しいキャリアを現像剤供給部から供給して、キャリアの交換を行う。
【００５８】
（所定数印刷終了時の現像剤交換）
一方、例えば現像剤交換モードを実行せずに１回のプリント処理において１枚印刷することを繰り返した場合、図６に示すように、印刷枚数が増加するにつれて補給しなければならないキャリア量が増加する。したがって、所定数の印刷毎に現像剤交換モードを強制的に実行することが望ましい。この場合は画像形成処理は行われていないため、まず、メインモータを駆動開始後、帯電ローラ１２１に帯電バイアスを印加して感光体ドラム１１０を帯電し、現像バイアス印加部により現像ローラ１５０にキャリア移行電圧の現像バイアスを印加する。この帯電バイアスと現像バイアスが印加されている区間において、キャリアを現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０に移行させることができる。
【００５９】
例えば、キャリア移行量を約０．０１５ｇ／ｓとして、１００枚毎に１回、約２０秒間現像剤交換モードを実行すると、６万枚印刷したときには約１８０ｇのキャリアを交換したことになる。このように、定期的にキャリアを交換することにより、キャリア劣化による画質の低下を防止することができる。
【００６０】
以上、３つの現像剤交換モードのパターンを示したが、状況に応じて現像剤交換モードを実行させるタイミングを設定することができる。本実施形態では、現像バイアスを変化させることにより、特別に現像剤を交換するための装置を設けることなく現像剤の交換を自在に行うことができ、高画質化および現像剤ライフの延長を実現することができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、現像ローラ１５０に印加する現像バイアスを変化させることにより、現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０へのキャリア移行量を制御したが、例えば、感光体ドラム１１０の周面電位を変化させることによっても現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０へのキャリア移行量を制御することができる。すなわち、現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０へのキャリア移行量は、現像ローラ１５０と感光体ドラム１１０の周面との電位差による。したがって、現像ローラ１５０と感光体ドラム１１０のうち少なくともひとつの電位を変化させることにより、これらの間の電位差を変化させればよい。感光体ドラム１１０の周面電位を変化させるには、例えば感光体ドラム１１０を帯電させる帯電ユニット１２０を帯電制御部（図示せず。）により制御して、感光体ドラム１１０に帯電させる電位を変化させればよい。
【００６２】
以上、本発明の実施形態にかかる画像形成装置について説明した。かかる画像形成装置によれば、現像装置１００の感光体ドラム１１０内の、転写領域Ａ２と対向する領域にマグネット１１５を設けることを特徴とする。マグネット１１５により、現像ローラ１５０から感光体ドラム１１０へ移行したキャリアを、少なくとも転写領域Ａ２では感光体ドラム１１０に拘束し、転写領域Ａ２よりも感光体ドラム回転方向下流側からクリーニング領域Ａ３にかけては感光体ドラム１１０から開放するような磁場を形成して、感光体ドラム１１０に付着したキャリアをコントロールすることができる。これにより、感光体ドラム１１０へのキャリア付着による画質の低下や定着ローラの粗面化等を防止することができる。また、感光体ドラム１１０に付着したキャリアをコントロールできるようになったことにより、現像バイアスを変化させて現像剤を交換することも可能となる。これにより、現像剤の交換を自在に行うことができ、高画質化および現像剤ライフの延長を実現することができる。
【００６３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施形態にかかる画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】同実施形態にかかる感光体ドラムを示す断面図である。
【図３】同実施形態における感光体ドラム上に付着したキャリアの動きを説明するための説明図である。
【図４】キャリア粒子径とキャリア付着との関係を示すグラフである。
【図５】現像バイアスとキャリア移行量との関係を示すグラフである。
【図６】印刷枚数とキャリア補給量との関係を示すグラフである。
【図７】同実施形態にかかる画像形成装置による現像剤交換モードを行う際のバイアス制御を示すタイミングチャートであって、１枚印刷終了時に実行する場合を示す。
【図８】同実施形態にかかる画像形成装置による現像剤交換モードを行う際のバイアス制御を示すタイミングチャートであって、１回のプリント処理終了時に実行する場合を示す。
【図９】同実施形態にかかる画像形成装置による現像剤交換モードを行う際のバイアス制御を示すタイミングチャートであって、所定数印刷終了時に実行する場合を示す。
【図１０】従来の画像形成装置におけるバイアス制御を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１００    現像装置
１０５    筐体
１１０    感光体ドラム
１１５    マグネット
１２０    帯電ユニット
１３０    露光ユニット
１４０    攪拌ユニット
１５０    現像ローラ
１５１    マグネットローラ
１５３    スリーブ
１６０    クリーニングユニット
１７０    除電ランプ
２００    転写ローラ
３００    転写ベルト
Ａ１      現像領域
Ａ２      転写領域
Ａ３      クリーニング領域
【図１】
2008158311.tif 000003
【図２】
2008158311.tif 000004
【図３】
2008158311.tif 000005
【図４】
2008158311.tif 000006
【図５】
2008158311.tif 000007
【図６】
2008158311.tif 000008
【図７】
2008158311.tif 000009
【図８】
2008158311.tif 000010
【図９】
2008158311.tif 000011
【図１０】
2008158311.tif 000012