(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる二成分現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体と、該トナー担持体に印加された現像バイアスによって表面の静電潜像の現像が行われる静電潜像担持体とを備えた画像形成装置であって、
前記トナー担持体は無端ベルトで構成された現像ベルトからなり、
該現像ベルトは、前記二成分現像剤担持体と前記静電潜像担持体の間に配設され、現像ベルトの回転方向において、少なくとも、前記静電潜像担持体に対向して配設された第１の導電性ローラと、前記二成分現像剤担持体に対向して配設された第２の導電性ローラと、前記現像ベルトの回転方向において前記第１の導電性ローラよりも下流側でかつ第２の導電性ローラよりも上流側に配設された第３の導電性ローラとによって張設され、前記第１および第２の導電性ローラのそれぞれに現像バイアスおよび搬送バイアスが印加されると共に、
前記現像ベルトを介して前記第３の導電性ローラに対向する位置で、かつ前記二成分現像剤担持体に対向する位置に、トナーを前記二成分現像剤担持体および/または前記現像ベルトに供給する機能と前記現像ベルトからトナーを回収する機能とを有するトナー供給／回収用磁気ローラを備え、
前記トナー供給／回収用磁気ローラと前記二成分現像剤担持体は、それらの対向位置の内部に互いに極性の異なる磁性部材を有しており、該磁性部材間の磁力により二成分現像剤が前記二成分現像剤担持体および前記トナー供給／回収用磁気ローラに分配され、分配されたそれぞれの二成分現像剤からトナーを前記現像ベルト上に供給するように構成されることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、磁気ブラシを形成し、磁気ブラシにより現像ベルト上にトナー薄層を形成させ、トナー薄層のトナーを静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした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において、乾式トナーを用いる現像方式としては、従来、一成分現像方式および二成分現像方式が知られている。
一成分現像方式は、キャリアを含まないため、キャリアおよびトナーから形成される磁気ブラシによって感光体の静電潜像が乱されることがなく、高画質化に適している。しかし、一成分現像方式は、トナーの帯電量を安定して維持することが難しい。また、カラートナーの場合、透過性が求められるため、非磁性トナーである必要がある。そのため、フルカラー画像形成装置においては、トナーを帯電および搬送する媒体としてキャリアを用いる二成分現像方式を採用する場合が多い。
【０００３】
二成分現像方式を用いた画像形成方法として、二成分現像剤を担持する現像剤担持体上に形成された磁気ブラシで、トナー担持体上にトナー薄層を形成させ、トナー担持体上のトナー薄層により静電潜像担持体上の静電潜像を現像して可視化する、所謂タッチダウン現像（ハイブリッド現像ともいわれる。）による画像形成方法が知られている。しかし、この現像方式は二成分現像方式と一成分現像方式を組み合わせており、静電潜像を現像する時のトナーの適正帯電量とトナー薄層を形成する時のトナーの適正帯電量に差があるという問題があり、トナー薄層のトナー量が少なく画像濃度不良が発生したり、または現像に寄与しなかったトナー薄層の剥ぎ取り不良による現像ゴースト等の問題が発生することがあった。
【０００４】
このような問題を解決するために、例えば特許文献１では現像ロールに直流バイアスを重畳させたデューティ比１０〜５０％の交流バイアスを印加して現像ゴースト、選択現像性を抑制する方法が提供されている。しかしながら、直流バイアスを重畳させた交流バイアスを印加することにより、静電潜像担持体との間に良好な現像性を得ることが可能となるが、上述したように、薄層形成時と現像時の最適なトナー帯電量が異なっているため、特許文献１の方法ではその対策が不十分な場合があった。
【０００５】
また、特許文献２では上記ゴーストを解決するため現像ローラ（Ｓ）と磁気ローラ（Ｍ）の対向面に異極の磁極を設けて、その間（ＭＳ間）の磁気ブラシの拘束力を高めることにより現像ローラのトナー回収能力の向上を図っている。しかしながら、現像ローラへのトナーの供給と回収を磁気ローラと最近接位置で対向する現像ローラの表面で同時に行うために、供給および回収の両方を同時に満足するのが困難な場合があった。
【０００６】
一方、特許文献３では、一成分現像方式において、通常トナー担持体上のトナーの帯電制御を該トナー担持体に接触するブレードやトナー供給ローラ等の接触部材により摩擦帯電で行われるが、現像ベルトを用いて該現像ベルト上に所定の帯電量を有するトナーを供給することによりトナーを摩擦帯電するための接触部材を設けることなく一成分現像を可能とする提案がなされている。しかしながら、現像ベルトの裏面側は導電性材料で形成されており、トナーの供給または回収時においてそれぞれ現像ベルトにバイアス電圧を印加することはできるが、トナーの供給および回収のバイアスを同時に印加することはできない。
【特許文献１】特開２００３−２８０３５７号公報
【特許文献２】特開２００５−２７４９２４号公報
【特許文献３】特開２００２−１８２４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の主たる課題は、タッチダウン現像方式の現像装置を具備する画像形成装置において、トナー担持体にバイアスを２箇所以上に印加することができ、かつそれぞれに異なるバイアスを印加することが可能な画像形成装置を提供することにある。
他の課題は、現像ゴーストおよびトナー担持体上へのトナー付着のない、安定した画像を得ることのできる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】
【０００８】
上記課題を解決するための画像形成装置は、以下の構成を有する。
（１）内部に磁性部材を配置しキャリアとトナーからなる二成分現像剤を磁気的に保持する二成分現像剤担持体と、該二成分現像剤担持体よりトナーを移送してその表面にトナー薄層を担持するトナー担持体と、該トナー担持体に印加された現像バイアスによって表面の静電潜像の現像が行われる静電潜像担持体とを備えた画像形成装置であって、前記トナー担持体は無端ベルトで構成された現像ベルトからなり、該現像ベルトは、前記二成分現像剤担持体と前記静電潜像担持体の間に配設され、現像ベルトの回転方向において、少なくとも、前記静電潜像担持体に対向して配設された第１の導電性ローラと、前記二成分現像剤担持体に対向して配設された第２の導電性ローラと、前記現像ベルトの回転方向において前記第１の導電性ローラよりも下流側でかつ第２の導電性ローラよりも上流側に配設された第３の導電性ローラとによって張設され、前記第１および第２の導電性ローラのそれぞれに現像バイアスおよび搬送バイアスが印加されると共に、前記現像ベルトを介して前記第３の導電性ローラに対向する位置で、かつ前記二成分現像剤担持体に対向する位置に、トナーを前記二成分現像剤担持体および/または前記現像ベルトに供給する機能と前記現像ベルトからトナーを回収する機能とを有するトナー供給／回収用磁気ローラを備え、前記トナー供給／回収用磁気ローラと前記二成分現像剤担持体は、それらの対向位置の内部に互いに極性の異なる磁性部材を有しており、該磁性部材間の磁力により二成分現像剤が前記二成分現像剤担持体および前記トナー供給／回収用磁気ローラに分配され、分配されたそれぞれの二成分現像剤からトナーを前記現像ベルト上に供給するように構成されることを特徴とする画像形成装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トナー担持体として現像ベルトを用い、該現像ベルトが張設された複数の導電性ローラを介してそれぞれ異なったバイアスを印加することができるので、前記トナー担持体へのトナー供給と前記トナー担持体からのトナー回収を良好に行うことができる。その結果、現像ゴーストおよびトナー担持体上へのトナー付着のない、安定した画像を得ることができる。また、ベルトを使用するので配置をフレキシブルに構成することができ、装置の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るタッチダウン現像方式の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。図２は図１の現像手段の一部を示す概略構成図である。
【００１１】
（画像形成装置）
本発明の画像形成装置は、磁性キャリア４とトナー５からなる二成分現像剤を用いて二成分現像剤担持体上に担持された二成分現像剤によりトナー担持体上にトナー薄層を形成し、トナー薄層のトナーを飛翔させて静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する、所謂タッチダウン現像方式による画像形成装置である。図１に示すように、該画像形成装置は、感光体３（静電潜像担持体）を備え、この感光体３の周囲には帯電手段８、露光手段１６、現像手段１８、一次転写手段２２、二次転写手段２５、定着手段２６およびクリーニング手段２４等が配置されている。
【００１２】
前記画像形成装置による画像形成は以下のようにして行われる。即ち、前記感光体３の表面が帯電手段８により均一に帯電され、この帯電された表面を露光手段１６により露光して静電潜像が形成される。得られた静電潜像には後述する現像手段１８からトナー５を付着させることによりトナー像として現像される。このトナー像は一次転写手段としての一次転写ローラ２２によって、中間転写ベルト２０上に感光体３から転写される。そして、複数色のトナー像を中間転写ベルト２０上に重ねて転写した後、二次転写手段としての二次転写ローラ２５により、給紙カセット２７から二次転写位置に搬送された被転写体にトナー像を転写する。この被転写体は定着手段としての定着ローラ２６に搬送されて、ここでトナー像が被転写体上に定着された後、例えば、排紙トレー（不図示）に排紙される。転写後に感光体３表面に残った未現像のトナーはクリーニング手段２４により除去される。
【００１３】
感光体３としては、セレン、アモルファスシリコン等の無機感光体、導電性基体上に電荷発生剤、電荷輸送剤、結着樹脂等を含有する単層または積層の感光層が形成された有機感光体（ＯＰＣ）等が挙げられる。帯電手段８としては、スコロトロン方式、帯電ローラ、帯電ブラシ等が挙げられる。露光手段１６は、露光光としてＬＥＤまたは半導体レーザー等が挙げられる。また、クリーニング手段２４としては例えばドクターブレード式等が挙げられ、それぞれ公知のものを用いることができる。
【００１４】
現像手段１８は、図２に示すように、内部に複数の磁性部材が固定して配設され、該磁性部材の外周部を回転するスリーブ状の磁気ローラ１（二成分現像剤担持体）と、少なくとも３つの導電性ローラで駆動されるベルト状の現像ベルト２（トナー担持体）と、トナーを現像ベルト２および／または磁気ローラ１に供給し、あるいは現像ベルト２からトナーを回収するトナー供給／回収用磁気ローラ１０とが配置されている。また二成分現像剤収容部４５から前記トナー供給／回収用磁気ローラ１０に供給された二成分現像剤を所定の厚みに規制するための規制ブレード７が配設されている。さらに、磁気ローラ１に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源１１ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ１）バイアス電源１１ｂと、現像ベルト２を搬送する複数の導電性ローラのそれぞれに印加する交流（ＡＣ）バイアス電源１２ａ〜１４ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ２〜４）バイアス電源１２ｂ〜１４ｂと、トナー供給／回収用磁気ローラ１０に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源１５ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ５）バイアス電源１５ｂとを備えている。また、これらバイアス電源１１〜１５を制御するための制御装置（不図示）を備え、これにより画像データ情報等に基づいてバイアス電源１１〜１５からそれぞれのローラに印加するバイアス電圧が制御される。
【００１５】
また、本発明の画像形成装置は、トナー５が収納されたトナーコンテナ(不図示)とハウジング４６とを備えている。該ハウジング４６内には磁気ローラ１、現像ベルト２、トナー供給／回収用磁気ローラ１０、攪拌スクリュー４０および攪拌スクリュー４４が納められている。攪拌スクリュー４０と攪拌スクリュー４４は前記トナーコンテナから二成分現像剤を収容する二成分現像剤収容部４５に供給されたトナー５を、キャリア４とともに攪拌し帯電させる。攪拌スクリュー４０と攪拌スクリュー４４は仕切板４２の両端部で連通し、その一端側を通って攪拌スクリュー４０から攪拌スクリュー４４に供給された二成分現像剤をトナー供給／回収用磁気ローラ１０へ供給し、攪拌スクリュー４４は他の一端側から攪拌スクリュー４０側へと二成分現像剤を循環させる。
【００１６】
本発明の画像形成装置は、図３に示すように、４つの感光体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄが中間転写ベルト２０上に配列されたタンデム式（間接転写タンデム方式）のカラー画像形成装置に好適に用いることができる。そこでは、上記した現像手段１８を用いて、マゼンタ、シアン、イエローおよびブラックの各トナーをそれぞれ収容した現像装置１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄにより前記感光体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ上の静電潜像が可視像化されトナー像がそれぞれ形成される。そして中間転写ベルト２０の表面に、前記感光体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ上に可視像化されたトナー像が、上流側の感光体３Ａから順に転写される。この中間転写ベルト２０上に転写されたフルカラー画像は、給紙カセット２７から搬送されてきた被転写体に二次転写ローラ２５により転写され、次いで定着ローラ２６で定着された後、この被転写体が排出される。
【００１７】
本発明の現像ベルト２は、感光体３と対向する位置に設けられた導電性ローラＤおよびＤ’と、磁気ローラ１と対向する位置に設けられた導電性ローラＳと、前記トナー供給／回収用磁気ローラ１０の対向する位置に設けられた導電性ローラＲと、によって張設されている。前記トナー供給／回収用磁気ローラ１０は前記現像ベルト２を介して前記導電性ローラＲと対向すると共に、前記磁気ローラ１とも対向する位置に配設されている。
なお、導電性ローラＤおよびＤ’は、導電性ローラＤ−Ｄ’の中心を結ぶ線分の垂直２等分線上に感光体３の中心が位置するように配設するのがよい。このとき導電性ローラＤ’に印加する電源はバイアス電源１２を共通に用いるのがよい。導電性ローラを２つ設けることにより、感光体３に近接して対向する現像ベルト２上のトナー薄層９の面積が広くなり、現像バイアスの印加時において感光体３へのトナーの供給を十分なものとすることができる。
【００１８】
また、図４に示すように、感光体３に対向する導電性ローラは近接する位置に導電性ローラＤを１つだけ設けてもよい。
【００１９】
前記現像ベルト２は、感光体３に対向する位置にある回転駆動する駆動ローラとしての導電性ローラＤ（またはＤ’）により駆動され、磁気ローラ１に対向する位置にある従動ローラとしての導電性ローラＳおよびトナー供給／回収用磁気ローラ１０に対向する位置にある従動ローラとしての導電性ローラＲを介して搬送される。なお、駆動ローラとして、磁気ローラ１側の従動ローラＳまたはトナー供給／回収用磁気ローラ１０側の従動ローラＲを駆動ローラとしてもよい。
【００２０】
前記現像ベルト２の回転方向は、感光体３の回転方向とはその対向位置で互いに同一の方向（感光体３とトレール回転）であるのがよい。また、磁気ローラ１の回転方向とはその対向位置で互いに同一の方向（磁気ローラ１とトレール回転）でもあっても、互いに逆方向の回転（カウンター回転）であってもよい。好ましくは、トレール回転である。また、トナー供給／回収用磁気ローラ１０の回転方向は、前記現像ベルト２の対向位置でトレール回転でもあっても、互いに逆方向の回転（カウンター回転）であってもよい。好ましくはカウンター回転である。カウンター回転とすることにより、現像ベルト２上のトナーをトナー供給／回収用磁気ローラ１０に回収しやすくなる。
【００２１】
前記現像ベルト２の周速（線速）は、磁気ローラ１の周速に比べて小さくするのがよく、そして、前記現像ベルト２の周速は、２００〜６００ｍｍ／ｓｅｃがよく、好ましくは２００〜４００ｍｍ／ｓｅｃである。前記トナー供給／回収用磁気ローラ１０の周速は、磁気ローラ１の周速と略同じにするのがよい。
【００２２】
前記現像ベルト２は、体積固有抵抗が１０6〜１０10Ω・ｃｍであるのがよい。体積固有抵抗が１０6Ω・ｃｍ未満であると、磁気ローラ１とトナー供給／回収用磁気ローラ１０あるいは後述のトナー回収ローラ１９に印加するバイアスが干渉するので好ましくない。１０10Ω・ｃｍを超えると、十分な電界が形成されないため好ましくない。          
【００２３】
前記現像ベルト２は、複数の層からなるのがよく、例えば最下層、中間層、および最上層が順に積層され、最下層と最上層とが現像ベルト２の表面に形成されているのがよい。最下層は、ベルトを補強するためのものであり、所定の体積固有抵抗を有する層として形成することができ、用いる絶縁性材料としては、例えばポリイミド（特に硬質ポリイミド）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などが挙げられ、所定の体積固有抵抗値に調整するための導電性材料としては、例えば導電性カーボンブラックなどが挙げられる。最下層の厚みは５０〜２００μｍ、好ましくは５〜１００μｍであるのがよい。中間層は、弾性を有する層であることが好ましい。具体的には、例えばクロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、ポリウレタン、シリコーンゴムなどが挙げられる。また、中間層の厚みは１００〜４００μｍ、好ましくは１００〜２００μｍであるのがよい。また最上層は、例えばフッ素やテフロン（登録商標）あるいはウレタンなどでコーティングされたＳｉなどからなる層を用いることができる。この最上層の体積固有抵抗値は、例えば導電性材料である導電性カーボンブラック等の添加量や、層厚などで調整することができる。最上層の厚みは、好ましくは３〜１０μｍである。
【００２４】
前記導電性ローラＤ，Ｄ’，Ｒ，Ｓは、半導電性ゴムを加熱し金属製のシャフトの外周にロール状に成形されたものであるのがよい。また、半導電性ゴムの母材にはシリコーンゴム、ウレタンゴム等を用い、半導電性を持たせるために成形前に行う混練時にカーボンブラック等の導電剤を添加するのがよい。従動ローラとして用いる場合は、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属ローラでも良い。
【００２５】
前記現像ベルト２の算術表面粗さＲａは６μｍ以下がよく、好ましくは３μｍ以下である。６μｍを超えると、磁気ローラ１と現像ベルト２間ギャップおよび感光体３と現像ベルト２間ギャップへの影響が大きくなり、現像ベルト２上のトナー薄層９が不均一となり、画像ムラが発生しやすくなる。
【００２６】
（現像方法）
以下に、図１および図２を参照して、現像方法について説明する。
二成分現像剤収容部４５内の二成分現像剤が攪拌スクリュー４４の攪拌によりトナー供給／回収用磁気ローラ１０に供給され、規制ブレード７により所定の現像剤量に規制される。磁気ローラ１とトナー供給／回収用磁気ローラ１０の対向位置にはそれぞれＳ１極（８０ｍＴ）、Ｎ２極（４０ｍＴ）の磁極がそれぞれのスリーブ内に固定して配置されており、トナー供給／回収用磁気ローラ１０に搬送された二成分現像剤は、磁気ローラ１とトナー供給／回収用磁気ローラ１０間で磁力により、磁気ブラシ６を介して磁気ローラ１とトナー供給／回収用磁気ローラ１０に分配される。磁気ローラ１には前記Ｓ１極の磁極の他に現像ベルト２へのトナー供給のための主極Ｎ１極（９０ｍＴ）が配置され、さらに搬送極、引き剥がし極等の固定マグネット（不図示）が配置されており、これらの固定マグネットで磁気的に拘束されたキャリア４（磁性体粒子）と、その表面と帯電保持しているトナー５とからなる磁気ブラシ６が、磁気ローラ１表面を回動し現像ベルト２へ搬送される。磁気ローラ１の表面はブラスト処理や溝加工を施したものを用いることで磁気ブラシ６の搬送をよりスムーズに行える。
なお、前記トナー５は、正および負の帯電極性を有したトナーのいずれも用いることができるが、以下では正帯電極性のトナーを用いた場合について説明する。
【００２７】
図２に示すように、磁気ローラ１に対向する導電性ローラＳには直流電圧（ＤＣ：Ｖｄｃ３）１３ｂに交流電圧（ＡＣ）１３ａを重畳させたバイアス電圧１３が印加され、磁気ローラ１には直流電圧（ＤＣ：Ｖｄｃ１）１１ｂに交流電圧（ＡＣ）１１ａを重畳させた搬送バイアス電圧１１が印加される。そして磁気ローラ１と導電性ローラＳとの間の電位差によって、搬送された磁気ブラシ６の帯電しているトナー５のみが現像ベルト２に移動しトナー層９を形成する。そして、感光体３に対向する導電性ローラＤおよびＤ’に印加する現像バイアス電圧１２により現像ベルト２上のトナー層９からトナー５が飛翔し感光体３上の静電潜像が現像される。なお、前記直流電圧Ｖｄｃは、面積中心電圧であり、ＤＵＴＹ比を変化させた際変化する。本発明において、ＤＵＴＹ比は矩形波の交流電圧１周期分において、正極性側に印加される継続時間Ｔ１、負極性側に印加される継続時間Ｔ２とするとＤＵＴＹ比（％）＝[Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）]×１００で表される。このとき正極性側に立ち上がる波形と負極性側に立ち上がる波形の面積が互いに等しくなる電圧を面積中心電圧という。必要に応じて直流電圧を重畳してもよく、直流電圧を重畳した場合はＶｄｃ＝直流電圧＋面積中心電圧となる。交流を印加しない場合のＶｄｃは単なる直流電圧である。
【００２８】
感光体３上の前記静電潜像は、感光体３の表面に帯電手段８により＋２５０〜８００Ｖに帯電したところへ、露光手段１６を用いて形成することができる。ＯＰＣ感光体を用いると、全露光で＋７０〜２２０Ｖが得られ、アモルファスシリコン感光体では１０〜５０Ｖの露光後電位が得られる。露光には、半導体レーザーおよびＬＥＤのどちらも用いることができる。
【００２９】
上述のようにして現像が行われると同時に、残留トナー層を有する現像ベルト２は現像剤層を有するトナー供給／回収用磁気ローラ１０との最近接の対向位置で導電性ローラＲとトナー供給／回収用磁気ローラ１０間に印加される回収バイアスによって、現像ベルト２上の残留トナー層が掻き取られる。それと同時に、一方では、導電性ローラＳと磁気ローラ１間に印加される搬送バイアスにより形成される電位差（つまり、電界）に応じて磁気ローラ１上の現像剤層からトナー５が現像ベルト２側に供給されることになる。
なお、現像ベルト２上の残留トナーはトナー供給／回収用磁気ローラ１０上の磁気ブラシによる機械的な力によって剥ぎ取ってもよい。この場合、剥ぎ取られるトナーにストレスがかかるので長期使用には向かない。
【００３０】
現像時、トナー薄層９の形成条件は、磁気ローラ１に＋１００〜３００Ｖを、導電性ローラＳに０〜＋１００Ｖを印加するのがよい。薄層形成の電位差としては、１００〜３００Ｖが適正でトナー５の帯電量とのバランスで調整すればよい。フィードバック制御等を用いることで、トナー薄層９の層厚をある程度一定にすることが可能である。また、交流バイアスを印加してよい。その場合、磁気ローラ１に印加する交流電圧は導電性ローラＳに印加されている交流電圧と同周波数、同周期で逆位相であることが好ましい。
【００３１】
トナー供給／回収用磁気ローラ１０により現像ベルト２上のトナー５を回収する際、トナー供給／回収用磁気ローラ１０の印加電圧（Ｖｄｃ５）は、トナー５を静電気的に引き付けてトナー供給／回収用磁気ローラ１０表面に付着させるために、現像ベルト２（導電性ローラＲ）よりもトナー供給／回収用磁気ローラ１０の方の電位を低めに印加する。その場合、トナー供給／回収用磁気ローラ１０の印加電圧（Ｖｄｃ５）は、磁気ローラ１と同じバイアスを印加し、対向する導電性ローラＲの印加電圧（Ｖｄｃ４）を２００〜４００Ｖ程度に設定するのがよい。また、同時に交流バイアスを印加してもよい。トナー供給／回収用磁気ローラ１０を用いて、現像ベルト２上のトナー５を回収することにより、効率よく残トナーを回収できると共に、現像ベルト２上における付着トナーを抑制することができる。
【００３２】
トナー供給／回収用磁気ローラ１０を用いて、現像ベルト２上への磁気ローラ１によるトナー５の供給に加えて、さらにトナー５を供給することができる。この場合、トナー供給／回収用磁気ローラ１０の印加電圧（Ｖｄｃ５）は、トナー５を現像ベルト２に静電気的に引き付けて現像ベルト２表面に付着させるには、現像ベルト２（導電性ローラＲ）よりもトナー供給／回収用磁気ローラ１０の方の電位を高めに印加する。その際、トナー供給／回収用磁気ローラ１０の印加電圧（Ｖｄｃ５）は、磁気ローラ１と同じバイアスを印加し、対向する導電性ローラＲの印加電圧（Ｖｄｃ４）を０〜＋１００Ｖ程度に設定するのがよい。また、同時に交流バイアスを印加してもよい。
トナー供給／回収用磁気ローラ１０を用いて、現像ベルト２上にトナー５を供給することにより、現像ゴーストを防止することができる。また、高濃度の連続印字等により前記現像ベルト２へのトナー供給が追いつかない場合、トナー供給用の磁気ブラシとしても用いることができる。すなわち、例えば所定値以上の印字率で所定枚数以上連続して印刷された場合、その画像データの情報に基づいてトナー供給／回収用磁気ローラ１０にバイアス電圧を印加し、現像ベルト２へのトナー供給を行う。
【００３３】
交流バイアス印加時の交流条件は、磁気ローラ１にＶP-P（ピーク交流バイアス）＝０．１〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝６０〜８０％を、前記磁気ローラ１に対向する導電性ローラＳには、Ｖｄｃ３＝０Ｖを印加するのが好ましい。ＶP-Pを高めると薄層形成がより瞬時に行われるが、反面耐リーク性が弱くなりノイズの発生原因になる。これらの点については、磁気ローラ１や現像ベルト２の表面にアルマイト処理等で絶縁性を高めることはマージンが広がるので好ましい。周波数については、トナー５の帯電量で調整すればよい。
【００３４】
感光体３に対向する導電性ローラＤおよびＤ’には、ＶP-P＝０．１〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝３０〜５０％を印加するのが好ましい。またトナー供給／回収用磁気ローラ１０には磁気ローラ１と同じ交流電圧を印加するのが好ましく、前記トナー供給／回収用磁気ローラ１０に対向する導電性ローラＲには、ＶP-P＝０．１〜２．０ｋＶ、周波数＝２〜４ｋＨｚ、ＤＵＴＹ比＝３０〜５０％を印加するのが好ましい。
【００３５】
トナー５は、上述したように、正および負の帯電極性を有したトナーのいずれも用いることができる。好ましくは正帯電極性のトナーである。その体積平均粒子径は４．０〜７．５μｍであるのがよい。４．０μｍ未満では非静電的な付着力の影響が大きくなり現像性、回収性が低下し、７．５μｍより大きいと画質の滑らかさなど高画質な画像が得られにくい。また、トナー５の帯電量は１０〜３０μＣ／ｇ程度が好ましい。これよりも低い帯電量では、磁気ブラシ６からトナー５が舞って周辺を汚してしまい、またこれよりも高いと薄層形成が弱くなる。
トナー体積平均粒子径はマルチサイザーIII（ベックマン・コールター社製）を用い、アパチャー径１００μｍ（測定範囲２．０〜６０μｍ）で測定することができる。また、トナー帯電量は、ＱＭメータ（ＴＲＥＫ社製、ＭＯＤＥＬ  ２１０ＨＳ）で測定することができる。
【００３６】
キャリア４は、公知のものを用いることができるが、好ましくはフェライトのコアを用いて表面に樹脂のコーティングを施したものを用いるのがよい。また、キャリア粒径（重量平均粒子径）は２５〜５０μｍのものを用いるのが好ましい。２５μｍ未満であると磁力による保持力が弱まるため、現像ベルト２やトナー供給／回収用磁気ベルト１０へキャリア４が移行してしまうキャリア飛び等が発生し、５０μｍを超えると、磁気ブラシ６の密さが適度でなく、またトナー薄層９の形成が滑らかではなく、比表面積が小さいためトナー５の回収性も低下する。さらにキャリア４の飽和磁化は３５〜９０ｅｍｕ／ｇのものが好ましい。飽和磁化が３５ｅｍｕ／ｇより低いと顕著にキャリア飛びが悪くなり、９０ｅｍｕ／ｇより高いと磁気ブラシ６が疎になり均一な薄層形成ができなくなる。
キャリア４の飽和磁化は、ＴＯＥＩ社製「ＶＳＭ−Ｐ７」を用いて、磁場７９．６ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）で測定することができる。
【００３７】
磁気ローラ１と現像ベルト２の最近接位置での距離（以下で、ギャップともいう。）は２００〜６００μｍ、好ましくは３００〜４００μｍである。ギャップは薄層形成を瞬時に行うために最も効果的な因子である。その幅が広いとその効率が低下し、現像ゴースト等の問題が生じる。また狭いとブレードギャップを通過する磁気ブラシ６がギャップを通過できずにトナー薄層９を乱してしまう等の問題が生じる。
また、磁気ローラ１とトナー供給／回収用磁気ベルト１０のギャップは、磁気ブラシ６がトナー供給／回収用磁気ベルト１０に接触する程度の間隔であり、磁気ローラ１と現像ベルト２のギャップと略同間隔とするのがよく、２００〜６００μｍ、好ましくは２００〜４００μｍである。
また、現像ベルト２とトナー供給／回収用磁気ベルト１０のギャップは、現像ベルト２と磁気ローラ１のギャップ以下であるのがよい。好ましくは磁気ローラ１とトナー回収ベルト１４のギャップと略同間隔とするのがよく、２００〜６００μｍ、好ましくは２００〜４００μｍである。
【００３８】
上記した一実施形態においては、現像剤の帯電変動にも柔軟に対応することが可能である。例えば、中間転写ベルト２０上に画像パッチを形成し、その画像濃度を検知する手段を設けることにより、画像パッチの画像濃度が低いと検知された場合はトナー帯電量が高くなったと判断し、前記磁気ローラ１に印加するバイアス電圧１１を高くし、前記現像ベルト２上のトナー薄層９をトナー濃度が十分となる層厚に補正することができる。さらにトナー帯電が高くなることにより現像ベルト２上から回収されにくくなった未現像トナーを回収するために、トナー供給／回収用磁気ローラ１０と対向する導電性ローラＲに印加するバイアス電圧１４を制御し、トナー供給／回収用磁気ローラ１０との電位差により未現像トナーがトナー供給／回収用磁気ローラ１０に回収される程度に電界を強めて、回収性を高めることができる。
【００３９】
（他の実施形態）
上記一実施形態で用いたトナー供給／回収用磁気ローラ１０に代えて、図５に示すように、トナー回収ローラ１９を用いてもよい。本実施形態では、二成分現像剤は二成分現像剤収容部４５から磁気ローラ１に供給され、規制ブレード７により所定の現像剤量に規制される。現像ベルト２上のトナー５を回収するために、トナー回収ローラ１９に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源３５ａおよび直流（ＤＣ：Ｖｄｃ６）バイアス電源３５ｂの印加電圧は、例えば使用するトナー５がプラス帯電トナーでは、それを静電気的に引き付けてトナー回収ローラ１９表面に付着させるために、現像ベルト２よりもトナー回収ローラ１９の方の電位を低めに、例えば−１００〜０Ｖ印加する。その際、トナー回収ローラ１９に対向する導電性ローラＲの印加電圧（Ｖｄｃ４）は０Ｖ程度に設定するのがよい。また、この場合、使用するトナー体積平均粒子径とキャリア重量平均粒子径に関して、４＜（キャリア重量平均粒径）／（トナー体積平均粒子径）＜１０を満たす範囲とすることが、よりトナー回収位置での剥ぎ取りを良好にするので好ましい。このようにして回収されたトナー回収ローラ１９上のトナーは、回収ブレード１７により剥ぎ取られ、二成分現像剤収容部４５に戻される。これにより現像に使用されるトナー５は常にリフレッシュされたトナー５が用いられ、長期使用においても良好な画像形成が可能となる。
【００４０】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【実施例１】
【００４１】
以下に示す仕様により、図４に示す本発明の画像形成装置を作製した。感光体３、磁気ローラ１、各導電性ローラＤ，Ｄ’，Ｒ，Ｓの外径は、下記の通りである。
感光体３：外径３０ｍｍ
磁気ローラ１：外径２５ｍｍ
導電性ローラＤ，Ｄ’，Ｒ，Ｓ：外径１０ｍｍ
トナー供給／回収用磁気ローラ１０：外径２０ｍｍ
感光体３ドラムにはアモルファスシリコンを使用し、磁気ローラ１およびトナー供給／回収用磁気ローラ１０のスリーブにはアルミニウムを使用した。導電性ローラＤ’，Ｒ，Ｓは従動ローラでアルミニウムを使用し、導電性ローラＤは駆動ローラとして、アルミニウムを使用し、その外周はロール状にシリコーンゴムを形成した。
現像ベルト２は、最下層にポリイミド樹脂（厚さ１００μｍ）、中間層にクロロプレンゴム層（厚さ１４０μｍ）、最上層は２層とし、下層にＳｉ層（厚さ５μｍ）、上層にＰＶＤＦを含有したウレタン層（厚さ１μｍ）からなるものを用いた。
前記現像ベルト２の体積固有抵抗は、三菱油化社製のＨＩＲＥＳＴＡ  ＵＰ（型式ＭＣＰ−ＨＴ４５０）を用いて測定し、１×１０6Ω・ｃｍが得られた。
現像ベルト２の算術表面粗さＲａは、東京精密社製ＳＵＲＦＣＯＭ  １５００ＤＸ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１-１９９４規格対応）を用いて、所定の測定条件（算出規格：ＪＩＳ−‘９４規格、測定種別：粗さ測定、測定長さ：４．０ｍｍ、カットオフ波長：０．８ｍｍ、測定速度：０．３ｍｍ／ｓ）で測定し、１．０μｍが得られた。
また、各ドラム、ローラあるいはベルトの周速（線速）は下記の通りである。
感光体３：１８０ｍｍ／ｓｅｃ
現像ベルト２：２７０ｍｍ／ｓｅｃ
磁気ローラ１：４０５ｍｍ／ｓｅｃ
トナー供給／回収用磁気ローラ１０：４０５ｍｍ／ｓｅｃ
【００４２】
上記で作製した画像形成装置を用いて、トナー供給／回収用磁気ローラ１０により現像ベルト２上のトナーを回収すると同時に磁気ローラ１から現像ベルト２にトナー供給を行う場合についての条件を下記に示した。
感光体表面電位：（非画像部）＋３００Ｖ、（画像部）＋２０Ｖ
現像剤中のトナーのＱ／ｍ：２５μＣ／ｇ  
トナー粒径（体積平均粒子径）：６．５μｍ
キャリア粒径（重量平均粒子径）：４５μｍ
感光体と現像ベルト間ギャップ：３００μｍ
現像ベルトと磁気ローラ間ギャップ：３００μｍ
トナー供給／回収用磁気ローラと現像ベルト間ギャップ：３００μｍ
導電性ローラＤ、Ｄ’印加電圧（現像バイアス）：Ｖｄｃ２＝１００Ｖ、ＶP-P＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝５０％
磁気ローラ印加電圧（搬送バイアス）：Ｖｄｃ１＝１００Ｖ、ＶP-P＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝６０％
導電性ローラＳ印加電圧：Ｖｄｃ３＝０Ｖ（直流電圧のみ印加）
導電性ローラＲ印加電圧：Ｖｄｃ４＝３００Ｖ、磁気ローラ１と同周期で逆位相のＶP-P＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝４０％
トナー供給／回収用磁気ローラ印加電圧（回収バイアス）：Ｖｄｃ５＝１００Ｖ、ＶP-P＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝６０％
【実施例２】
【００４３】
実施例１のトナー供給／回収用磁気ローラ１０に代えて、トナー回収ローラ１９を用い、トナー回収ローラ１９上のトナーを除去するための回収ブレード１７を配置した。トナー回収ローラ１９の外径は２０ｍｍ、スリーブにはアルミニウムを使用した。トナー回収ローラ１９の周速は４０５ｍｍ／ｓｅｃであった。前記した条件と下記の条件以外は、実施例１と同様にして画像形成を実施した。
【００４４】
画像形成時の条件は下記に示すとおりである。
感光体表面電位：（非画像部）＋３００Ｖ、（画像部）＋２０Ｖ
現像剤中のトナーのＱ／ｍ：２５μＣ／ｇ  
トナー粒径（体積平均粒子径）：６．５μｍ
キャリア粒径（重量平均粒子径）：４５μｍ
感光体と現像ベルト間ギャップ：３００μｍ
現像ベルトと磁気ローラ間ギャップ：３００μｍ
トナー回収ローラと現像ベルト間ギャップ：２５０μｍ
導電性ローラＤ、Ｄ’印加電圧（現像バイアス）：Ｖｄｃ２＝１００Ｖ、ＶP-P＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝５０％
磁気ローラ印加電圧（搬送バイアス）：Ｖｄｃ１＝１００Ｖ、ＶP-P＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝６０％
導電性ローラＳ印加電圧：Ｖｄｃ３＝０Ｖ（直流電圧のみ印加）
導電性ローラＲ印加電圧：Ｖｄｃ４＝０Ｖ（直流電圧のみ印加）
トナー回収ローラ印加電圧（回収バイアス）：Ｖｄｃ５＝−１００Ｖ、ＶP-P＝１．６ｋＶ，周波数ｆ＝３ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝５０％
【００４５】
上記のように、バイアスを２箇所以上に印加することができ、かつそれぞれに異なるバイアスを印加することが可能な現像ベルトを用いて、該現像ベルトへのトナー供給と該現像ベルトからのトナー回収を同時に行った結果、現像ゴーストおよび現像ベルト上へのトナー付着のない、安定した画像が得られることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係るタッチダウン現像方式の画像形成装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】図１の現像手段の一部を示す概略構成図である。
【図３】図１に示す現像手段を用いたタンデム式カラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】図２で感光体に対向する導電性ローラを１つ設けた場合の概略構成図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る現像手段の一部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      二成分現像剤担持体（磁気ローラ）
２      トナー担持体（現像ベルト）
３      静電潜像担持体（感光体）
４      キャリア
５      トナー
６      磁気ブラシ
７      規制ブレード
８      帯電手段
９      トナー薄層
１０    トナー供給／回収用磁気ローラ
１１ａ〜１５ａ  交流電源
１１ｂ〜１５ｂ  直流電源
１６    露光手段
２２    一次転写手段
２４    クリーニング手段
２５    二次転写手段
２６    定着手段
【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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