(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非画像形成時に現像ローラ上のトナーを感光体に向けて飛翔させて強制消費する画像形成装置において、
前記強制消費時に現像ローラに現像位相と回収位相とからなる交流電圧を印加する手段を設け、
前記現像位相では、感光体と現像ローラの間の電位差を、現像ローラ上の正規帯電トナーを感光体に向けて飛翔させることができる値に設定し、
前記回収位相では、感光体と現像ローラの間の電位差を、飛翔した正規帯電トナーが現像ローラに戻ることができる値に設定し、
前記現像位相の時間が、現像ローラ上の正規帯電トナーが現像ローラと感光体との間の中間まで飛翔する時間より大きく、かつ、感光体に到達する時間よりも小さく、また前記回収位相の時間が、現像ローラと感光体との間の中間まで飛翔した正規帯電トナーが感光体に到着する時間と、感光体に到着した正規帯電トナーが現像ローラに戻る時間と、現像ローラに戻った正規帯電トナーにたたき出された逆帯電トナーが現像ローラから感光体に到着する時間とを加算した時間以上になるように、前記交流電圧の１周期に対する前記現像位相の割合を示す現像Dutyと前記交流電圧の周波数ｆを設定した、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像Dutyは下記数式（１）、（２）を満足し、前記交流電圧の周波数ｆは下記数式（３）、（４）、（５）を満足し、ここで、
ΔVmin［Ｖ］は、強制消費時の感光体表面電位と現像ローラに印加する交流電圧のうち現像電圧成分との電位差、
ΔVmax［Ｖ］は、強制消費時の感光体表面電位と現像ローラに印加する交流電圧のうち回収電圧成分との電位差、
Ｄｓ［m］は、感光体と現像ローラの最接近距離、
ｑ−［Ｃ］は、正規帯電トナーの平均電荷、
ｑ＋［Ｃ］は、逆帯電トナーの平均電荷、
ｍ［ｋｇ］は、トナー１個の平均質量、
vＢ［ｍｍ／ｓ］は、現像ローラの速度
であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
0004582147.tif 000024
【請求項３】
前記正規帯電トナーの平均電荷ｑ−、前記逆帯電トナーの平均電荷ｑ＋、前記トナー１個の平均質量ｍの少なくともいずれかは、印刷枚数又は印字比率に応じて変化させ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】
前記正規帯電トナーの平均電荷ｑ−、前記逆帯電トナーの平均電荷ｑ＋、前記トナー１個の平均質量ｍの少なくともいずれかは、温度及び湿度に応じて変化させることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記正規帯電トナーの平均電荷ｑ−、前記逆帯電トナーの平均電荷ｑ＋、トナー１個の平均質量ｍの少なくともいずれかと印刷枚数との対応関係を記憶する記憶手段と、
画像形成装置の印刷枚数をカウントするカウント手段とを有し、
前記カウント手段から得た印刷枚数に対応する前記記憶手段に記憶した値を前記正規帯電トナーの平均電荷ｑ−、前記逆帯電トナーの平均電荷ｑ＋、前記トナー１個の平均質量ｍとして使用す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６】
前記正規帯電トナーの平均電荷ｑ−、前記逆帯電トナーの平均電荷ｑ＋、トナー１個の平均質量ｍの少なくともいずれかと温度湿度状態との対応関係を記憶する記憶手段と、
画像形成装置の周囲の温度及び湿度を検出する温湿度センサとを有し、
前記温湿度センサから得た温度湿度状態に対応する前記記憶手段に記憶した値を前記正規帯電トナーの平均電荷ｑ−、前記逆帯電トナーの平均電荷ｑ＋、前記トナー１個の平均質量ｍとして使用することを特徴とする請求項２又は５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記感光体と現像ローラの間の距離を測定する距離測定手段を有し、
前記距離測定手段から得た距離を前記感光体と現像ローラの最接近距離Ｄｓとして使用することを特徴とする請求項２、５、６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、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に一成分現像方式で現像を行う現像装置の逆帯電トナーを効率的に消費できる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現像ローラ上に現像剤として一成分非磁性トナーを担持させ、該トナーを感光体上に形成された静電潜像に供給して現像する非接触現像方式では、現像ローラに矩形波交流電圧に直流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。この現像バイアス電圧は現像電圧と回収電圧とからなる。現像電圧によりトナーは現像ローラから感光体に向かう力を受け、回収電圧によりトナーは感光体から現像ローラの方向に引き戻される。この現像電圧と回収電圧が交互に印加されるトナーが感光体上の静電潜像に付着し、現像が行われる。
【０００３】
現像ローラ上の一成分非磁性トナーが現像ローラと該現像ローラに接触する規制ブレードや供給ローラとの間を通過する際に、一部のトナーは摩擦により帯電特性が劣化し、正規極性とは逆に帯電した逆帯電した逆帯電トナーとなる。逆帯電トナーは、現像に寄与せずに、非画像形成部に付着してカブリを引き起こし、また正規トナーの飛翔を妨げて画像濃度を低下させ、画像ムラを生じさせる等、画像欠陥の原因となる。特に、低印字率で印字する場合、画像欠陥が顕著になる。
【０００４】
そこで、特許文献１では、現像ローラの単位駆動時間当たり、又は現像ローラの単位回転数当たりのトナー消費量を求め、このトナー消費量が少ない場合、すなわち低印字率であると判断された場合には、現像ローラに担持されたトナーを強制的に感光体側に排出して消費させ、トナーのカブリや画像ムラの発生を防止している。
【０００５】
しかし、この特許文献１の構成では、強制消費の際に圧倒的に多い正規帯電トナーも同時に排出されるので、実際に消費させたい逆帯電トナーが排出される割合が少なく、非効率的である。また、現像性の高い正規帯電トナーも排出して廃棄するので、費用対効果が高く、ユーザにとって不利益である。
【０００６】
特許文献２では、現像剤消費量に基づいて像担持体上の非画像領域にて逆帯電トナーを強制消費することが提案されている。具体的には、正規現像の場合、感光体を帯電電位（−４５０Ｖ）に帯電し、黒字部となる部分を露光電位（−５０Ｖ）まで除電して静電潜像を形成する一方、現像スリーブに現像バイアス電圧（−３５０Ｖ）を印加して、現像スリーブ上の負極帯電したトナーを感光体上の静電潜像に向かって飛翔させる。また、逆帯電トナーを消費する所謂反転現像を行う場合は、非画像形成領域にて、感光体の帯電電位を−８００Ｖに変更し、感光体上の正極帯電したトナーをクーロン力により感光体上に強制的に飛翔させる。
【特許文献１】特開２００１−７５４３８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】
【０００７】
しかし、現像ローラ上のトナーには、クーロン力のほか、鏡像力、ファンデルワールス力といった現像ローラ方向の付着力が作用している。図１１（ａ）に示すように、クーロン力はトナー帯電量が大きくなるほど直線的に増加する。鏡像力はトナー帯電量が増加すると２次曲線的に増加するが、ファンデルワールス力はトナー帯電量に拘わらず一定であるから、鏡像力とファンデルワールス力を合わせた付着力もトナー帯電量に対して２次曲線的に増加する。このため、帯電量が小さくても大きくてもクーロン力が付着力より小さくなり、トナーは飛翔することができない。トナーが飛翔できる帯電量の範囲は限られている。また、図１１（ｂ）のトナーの帯電量分布から明らかなように、逆帯電トナーは一般に電荷量の絶対値が小さく、クーロン力も小さい。
【０００８】
前記特許文献２では、電界を強くすることでクーロン力をできる限り大きくして逆帯電トナーを飛翔させるものであるが、実際に付着力に打ち勝って感光体に到達することができる逆帯電トナーは数少ない電荷量の絶対値が大きいものだけである。このため、強制消費の効果は少ない。
【０００９】
そこで、本発明は、電荷量の小さい逆帯電トナーであっても感光体に向かって飛翔させて強制消費し、逆帯電トナーの蓄積により生じるカブリやムラなどの画像不良を防止することができる画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明者らは、図１に示すように、逆帯電トナー（＋）よりも帯電量が大きく現像ローラから自ら飛翔することができる正規帯電トナー（−）が、交流電圧により現像ローラと感光体との間を往復運動して、現像ローラに衝突するときに逆帯電トナー（＋）をたたき出し、回収電圧（逆帯電トナー（＋）にとっては現像電圧）で感光体に飛翔させる現象に着目した。
【００１１】
すなわち、本願発明は、
非画像形成時に現像ローラ上のトナーを感光体に向けて飛翔させて強制消費する画像形成装置において、
前記強制消費時に現像ローラに現像位相と回収位相とからなる交流電圧を印加する手段を設け、
前記現像位相では、感光体と現像ローラの間の電位差を、現像ローラ上の正規帯電トナーを感光体に向けて飛翔させることができる値に設定し、
前記回収位相では、感光体と現像ローラの間の電位差を、飛翔した正規帯電トナーが現像ローラに戻ることができる値に設定し、
前記現像位相の時間が、現像ローラ上の正規帯電トナーが現像ローラと感光体との間の中間まで飛翔する時間より大きく、かつ、感光体に到達する時間よりも小さく、また前記回収位相の時間が、現像ローラと感光体との間の中間まで飛翔した正規帯電トナーが感光体に到着する時間と、感光体に到着した正規帯電トナーが現像ローラに戻る時間と、現像ローラに戻った正規帯電トナーにたたき出された逆帯電トナーが現像ローラから感光体に到着する時間とを加算した時間以上になるように、前記交流電圧の１周期に対する前記現像位相の割合を示す現像Dutyと前記交流電圧の周波数ｆを設定した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、強制消費時に逆帯電トナーだけを効率的に感光体上に消費させることができ、逆帯電トナーの蓄積により生じるカブリ、ムラなどの画像不良の発生を防止することができる。また、逆帯電トナーだけを選択的に消費することができ、費用対効果を大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図２は、本発明に係る画像形成装置を示す。画像形成装置１は、矢印ａ方向に回転駆動可能な像担持体としての感光体ドラム（以下、単に感光体という。）２を備えている。感光体２の周囲には、感光体２を一様に帯電させる帯電装置３、画像データ信号に応じて感光体２の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置４、感光体２上の静電潜像をトナーを用いて現像しトナー画像を形成する現像装置５、感光体２に中間転写ベルト６（又は用紙）を介して圧接し感光体２上のトナー画像を中間転写ベルト６（又は用紙）に転写させる転写ローラ７、感光体２上に残留したトナーを回収して感光体２を清掃するクリーニング装置８とを備えている。
【００１４】
現像装置５は、現像剤として一成分非磁性トナーを収容する現像ケーシング５ａ内に、感光体２に対向し矢印ｂ方向に回転駆動可能で外周面にトナーを担持する現像ローラ９と、現像ローラ９に当接し感光体２と逆方向に回転駆動可能で現像ローラ９にトナーを供給する発泡性弾性材料からなる供給ローラ１０とが配設されている。現像ローラ９には、現像ローラ９に供給されたトナーを荷電させ、かつ、搬送量を規制する規制ブレード１１が現像ローラ９に接触するように配置されている。また、現像後のトナーの回収性を高めるために現像ローラ９上の残留トナーを除電させる除電シート１２が現像ローラ９に接触するように配置されることもある。現像ケーシング５ａ内にはさらに、トナーを循環させる上流スクリュ１３と下流スクリュ１４とが回転駆動可能に配設されている。現像ケーシング５ａには、図示しないトナー補給口が設けられ、トナーが少なくなるとそのトナー補給口から補給することができるようになっている。
【００１５】
現像ローラ９には、スイッチング回路１５を介して負の可変電圧電源回路１６、負の定電圧電源回路１７と、正の可変電圧電源回路１８に接続されている。スイッチング回路１５は、画像形成時には現像位相と回収位相からなる交流電圧を現像ローラ９に印加し、非画像形成時には負の低電圧を現像ローラ９に印加し、非画像形成時のトナー強制消費時には現像位相と回収位相からなる交流電圧を印加することができるように、制御装置１９により切替制御される。
【００１６】
なお、本明細書において、「画像形成時」とは感光体２上のトナー像を中間転写ベルト６（又は用紙）に転写して画像を形成する時点をいい、「非画像形成時」とは「画像形成時」以外の時点、すなわち画像形成の前後、画像形成時と画像形成時の間の像間を言う。「トナー強制消費時」とは、「非画像形成時」において、現像ローラ９上の逆帯電トナーを感光体側に飛翔させて排出する時点をいう。
【００１７】
次に、前記構成からなる画像形成装置１の動作を説明する。
【００１８】
画像形成時には、帯電装置３により感光体２の表面の電位Ｖｏを−４００Ｖに一様に帯電する。画像データに対応する画像信号に基づいて露光装置４は感光体２の表面を露光して静電潜像を形成する。静電潜像は感光体２の矢印ａ方向の回転により感光体２と現像ローラ９が対向する現像領域に移動する。現像ローラ９には、非画像形成時に感光体２と同じ−４００Ｖが印加されているが、画像形成時になると、図３（ａ）に示すように、現像位相の電圧成分Ｖｍｉｎを−１０００Ｖ、回収位相の電圧成分Ｖｍａｘを４００Ｖとした交流バイアス電圧を現像ローラ９に印加する。このときの現像Dutyは、３５％、周波数は２０００Ｈｚである。交流バイアス電圧のうち現像電圧より、現像ローラ９上の負に帯電した正規帯電トナーは感光体２に飛翔し、回収電圧により現像ローラ９に引き戻されるこれにより感光体２上の静電潜像は一様に現像されトナー像となる。感光体２上のトナー像は矢印ａ方向に転写部に移動し、転写ローラ７により中間転写ベルト６（又は用紙）に転写される。
【００１９】
非画像形成時には、所定のタイミングで強制的にトナーを消費する。このトナー強制消費時のタイミングは、画像形成枚数（印刷枚数）が１００枚（この値は状況に応じて５０枚、３００枚等適宜設定できる）終了する毎、感光体２の走行距離が１０００ｍｍ（この値も状況に応じて任意に設定できる）を越えたとき、ドットカウント数から無消費状態が一定時間続いた後、とすることができる。印刷枚数の検出は、トナー交換時からの印刷枚数をカウントするカウンタを使用することができる。ドットカウント数は、感光体２上に静電潜像を形成するための画像データから算出することができる。
【００２０】
トナー強制消費時には、画像形成時と同様に帯電装置３により感光体２の表面の電位Ｖｏを−４００Ｖに一様に帯電する。次に、図３（ｂ）に示すように現像位相の電圧成分Ｖｍｉｎを−１３００Ｖ、回収位相の電圧成分Ｖｍａｘを５００Ｖとした交流バイアス電圧を現像ローラ９に印加する。
【００２１】
ここで、感光体表面電位Ｖｏと現像電圧成分Ｖｍｉｎとの差、及び感光体表面電位Ｖｏと回収電圧成分Ｖｍａｘとの差は、感光体２と現像ローラ９間のリーク電圧付近まで大きく設定することが好ましい。つまり、ΔＶｍｉｎ（＝｜Ｖｍｉｎ−Ｖｏ｜）及びΔＶｍａｘ（＝｜Ｖｍａｘ−Ｖｏ｜）をリークが生じない程度に大きくして、クーロン力ができる限り大きくなるようにする。これにより、現像ローラ９方向に向かう付着力に打ち勝つトナーの数が増加するので、現像領域を移動するトナーの数が増加する。また、トナーの現像領域の往復運動の速度が速くなるので、逆帯電トナーのたたき出しの回数を増大することができる。
【００２２】
また、トナー強制消費時の現像Duty及び周波数ｆは、正規帯電トナーによる逆帯電トナーのたたき出し（「ポンピング」作用）が有効に行われるように設定する。
以下に、図４に示す現像領域モデルを参照しつつ、現像Dutyと周波数ｆを算出する手順について説明する。図４に示すモデルでは、現像ローラ９から感光体２への方向をｘ方向とし、左右方向は現像ＮＩＰ幅を示す。−は正規帯電トナー、＋は逆帯電トナーを示す。
【００２３】
現像位相のときの正規帯電トナーの加速度ａ１は、感光体表面電位Ｖｏと現像電圧成分Ｖｍｉｎとの差をΔＶｍｉｎ、及び感光体表面電位Ｖｏと回収電圧成分Ｖｍａｘとの差をΔＶｍａｘ、正規帯電トナーの平均電荷をｑ−、トナー１個の平均質量をｍ、感光体２と現像ローラ９の最接近距離をＤｓとすると、数１で表される。
【数１】
0004582147.tif 000002
【００２４】
同様に、回収位相のときの正規帯電トナーの加速度ａ２は、数２で表される。
【数２】
0004582147.tif 000003
【００２５】
正規帯電トナーが現像ローラ９から感光体２にギリギリに到達するためには、次の２つの条件を満足する必要がある。
条件１：感光体２に到達するときの速度は０
条件２：現像時間＋ｔ１でぴったり感光体２に到達する
【００２６】
正規帯電トナーが現像ローラ９から感光体２に飛翔するまでの間で、現像電圧が以下されている現像時間をｔ１，回収電圧が印加されている回収時間をｔ２とすると、条件１と条件２より、数３、数４が得られる。
【数３】
0004582147.tif 000004
【数４】
0004582147.tif 000005
【００２７】
数１〜数３より、数５が得られる。
【数５】
0004582147.tif 000006
【００２８】
数５を数４に代入することで、正規帯電トナーが現像ローラ９から現像ローラ９と感光体２の中間まで飛翔する時間ｔ１すなわち現像時間ｔＤ、及び正規帯電トナーが現像ローラ９と感光体２の中間から感光体２まで飛翔する時間ｔ２は、数６、数７のように得られる。
【数６】
0004582147.tif 000007
【数７】
0004582147.tif 000008
【００２９】
正規帯電トナーが感光体２から現像ローラ９に戻る時間ｔ３は、数８で得られる。
【数８】
0004582147.tif 000009
【００３０】
逆帯電トナーが現像ローラ９から感光体２に到達する時間ｔ４は、数９で得られる。
【数９】
0004582147.tif 000010
【００３１】
回収時間ｔＲは、数１０で得られる。
【数１０】
0004582147.tif 000011
【００３２】
現像Dutyは、交流電圧の１周期に対する現像時間の割合であるから、Dutycal＝tD/(tD+tR)×100より、数１１が得られる。
【数１１】
0004582147.tif 000012
【００３３】
周波数ｆの上限は、現像時間ｔＤと回収時間ｔＲによって制限する。すなわち、図５に示すように、現像Dutyが低い、又は周波数ｆが高いと、正規帯電トナーの加速時間を十分にとれない。このため、現像ローラ９から飛翔した正規帯電トナーは感光体２に到達せず、ポンピングが生じない。そこで、ｆ≦Duty/100・tDとし、これに数６を代入すると、数１２が得られる。
【数１２】
0004582147.tif 000013
【００３４】
また、図６に示すように、回収Dutyが低い、又は周波数ｆが高いと、ポンピングが生じても、正規帯電トナーにたたき出された逆帯電トナーは感光体２にたどり着けない。そこで、ｆ≦（１−Duty）/100・tＲとし、これに数６を代入すると、数１３が得られる。
【数１３】
0004582147.tif 000014
【００３５】
周波数ｆの下限は、以下のようにして設定する。現像領域のＮＩＰ幅を６ｍｍ、現像ローラの速度を４５０ｍｍ/ｓのとき、Duty３０％付近では周波数２．５ｋＨｚからポンピングが活性化することが本発明者らにより確認されている。このときの現像ＮＩＰ当たりの波数＝周波数×ＮＩＰ通過時間＝２．５×６／４５０＝３３である。したがって、周波数の下限は、波数/ＮＩＰ通過時間＝波数×現像ローラ速度/ＮＩＰ幅＝５．５×（現像ローラ速度）となり、数１４が得られる。
【数１４】
0004582147.tif 000015
【００３６】
数１１の現像Dutycalは、周波数上限のときに最適化された値である。周波数が下限のときは、ポンピングの効果がある（感光体への到達率が１００％である）現像Dutyの範囲は、現像時間×周波数×１００≦Duty≦（１−（回収時間×周波数））×１００まで広がり、これを図７に示す。これはトナーの帯電率が平均値のときのものである。しかし、実際のトナーの帯電量の分布は図８に示すように均一でない。そこで、実際の帯電量毎にDuty-感光体到達率のグラフを作成し、この到達率に帯電量の比率を掛け合わせて各帯電量の到達率を足し合わせたものを、図９に示す。この図９から、感光体到達率が５０％のときのDutyの範囲を数１５のように設定する。Dutyが（Dutycal−５）以下であれば、現像電圧の印加時間が短く、逆帯電トナーが感光体に到達する確立が５０％以下となり、ポンピングの効果が少ない。また、（Dutycal＋２０）以上であれば、現像電圧の印加時間が長いが、回収時間が短いので、やはり逆帯電トナーが感光体に到達する確立が５０％以下となり、ポンピングの効果が少ない。
【数１５】
0004582147.tif 000016
【００３７】
このようにして、現像Dutyは、前記数１１、数１５を満たすように算出することができる。また、周波数ｆは、前記数１２、数１３、数１４を満たすように算出することができる。
【００３８】
（トナーの平均電荷ｑ−、ｑ＋）
上記数１１、１２、１３において、正規帯電トナーの平均電荷ｑ−、逆帯電トナーの平均電荷ｑ＋は、粒子帯電量分布測定装置（大阪府枚方市のホソカワミクロン株式会社製イースパートアナライザー）を用いて−帯電成分と＋帯電成分の電荷の平均値からｑ−＝−０．９×１０−１５［Ｃ］、ｑ＋＝２．６×１０−１６［Ｃ］と設定した。
【００３９】
（トナーの平均質量ｍ）
また、トナーは微小な粒子で直接測定が困難であるため、フロー式粒子像分析装置（ホソカワミクロン株式会社製ＦＰＩＡ−２１００）を用いて平均粒径を測定し、この平均粒径から体積を算出して、その体積と比重から、トナーの平均質量ｍを１．２×１０−１３［ｋｇ］と設定した。
【００４０】
前記正規帯電トナーの平均電荷ｑ−、逆帯電トナーの平均電荷ｑ＋、及びトナーの平均質量ｍは、ＮＮ（常温常湿度）環境で新鮮トナーを用いる場合の数値である。しかし、実際の画像形成装置の使用環境は低温定湿（ＨＨ）や高温高湿（ＨＨ）であり、低画線比率（カバレッジ）で大量に印刷する等によりトナーが劣化していることもある。そこで、表１、表２、表３に示すように、予め、ＮＮ、ＬＬ、ＨＨの環境下での０枚印刷時（０Ｋ）、１０００枚印刷時（１Ｋ）、２０００枚印刷時（２Ｋ）のトナーのｑ−、ｑ＋、及びｍを測定し、また表４、表５に示すように、予め、０％、５％、１０％の印字比率での０枚印刷時（０Ｋ）、１０００枚印刷時（１Ｋ）、２０００枚印刷時（２Ｋ）のトナーのｑ−及びｑ＋を測定して、これらをテーブルとして記憶装置２０に記憶しておき、画像形成装置に設けた温湿度センサによる検出温度及び検出湿度と、印刷枚数又はドットカウンタから得た印字比率に基づき、前記テーブルからトナーのｑ−、ｑ＋、及びｍを設定する。
【００４１】
【表１】
0004582147.tif 000017
【００４２】
【表２】
0004582147.tif 000018
【００４３】
【表３】
0004582147.tif 000019
【００４４】
【表４】
0004582147.tif 000020
【００４５】
【表５】
0004582147.tif 000021
【００４６】
（感光体と現像ローラの距離Ｄｓ）
感光体と現像ローラの距離Ｄｓは、設計値例えば１３０μｍに設定することができる。しかし、感光体、現像ローラ、コロの摩耗や製品間のバラツキにより感光体と現像ローラの距離が設計値からずれることがある。そこで、強制消費時に透過型変位センサ２１を用いて感光体と現像ローラの距離を測定し、この測定値を使用してもよい。また、リーク検出器により感光体と現像ローラの間のリークを検出し、パッシェンの法則（放電開始電圧は電極間距離の関数となる）を利用して感光体２と現像ローラ９の距離Ｄｓを算出して、これを設定値としてもよい。
【００４７】
このようにして、ｑ−、ｑ＋、ｍ、Ｄｓを求め、これを数１〜数５に代入し、現像Dutyと周波数ｆを求めると、下記の値が得られる。本実施例では、現像Dutyを１８％、周波数ｆを３０００Ｈｚと設定した。
【００４８】
【数１６】
0004582147.tif 000022
【数１７】
0004582147.tif 000023
【００４９】
上記のような現像バイアスを現像ローラ９に印加することで、現像位相の現像電圧で現像ローラ９上の正規帯電トナーは、感光体２に向かって飛翔する。正規帯電トナーが現像領域の中間に至ると、回収位相に切り替わるが、正規帯電トナーは慣性により感光体２に到達する。感光体２に到達した正規帯電トナーは回収電圧で現像ローラ９に戻され、現像ローラ９上の逆帯電トナーに衝突し、この逆帯電トナーをたたき出す。すると、逆帯電トナーは、回収電圧（逆帯電トナーに対しては現像電圧となる）により感光体２に向かって飛翔し、感光体２に消費される。
【００５０】
図１０は、本発明による強制消費時の感光体上のトナーの帯電分布と、強制消費時も画像形成時と同じ現像バイアスを印加する従来の構成による感光体上のトナーの帯電分布を示す。これによると、従来の構成では、本来消費するべき逆帯電トナーの消費割合が少ないが、本発明では多くの逆帯電トナーを消費できていることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る画像形成装置の強制消費時の現像領域におけるトナーの作用を示すモデル図。
【図２】本発明に係る画像形成装置の概略図。
【図３】（ａ）は画像形成時に現像ローラに印加する交流電圧の波形図、（ｂ）はトナー強制消費時に現像ローラに印加する交流電圧の波形図。
【図４】トナー強制消費時におけるトナーの飛翔の計算モデルを示す図。
【図５】現像Dutyが低い又は周波数が高いときのトナーの飛翔状態を示す図。
【図６】回収Dutyが低い又は周波数が高いときのトナーの飛翔状態を示す図。
【図７】現像Dutyと逆帯電トナーの感光体への到達率の関係を示すグラフ。
【図８】トナーの帯電量の分布を示すグラフ。
【図９】トナーの帯電率を考慮したときの現像Dutyと逆帯電トナーの感光体への到達率の関係を示すグラフ。
【図１０】強制消費時の感光体上のトナーの帯電分布を本発明と従来の場合を比較して示すグラフ。
【図１１】正規帯電トナーに作用する力（ａ）とトナーの帯電分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５２】
１  画像形成装置
２  感光体ドラム
９  現像ローラ
１５  スイッチング回路
１６  負の可変電圧電源回路
１７  低電圧電源回路
１８  正の可変電圧電源回路
１９  制御回路
２０  記憶装置
２１  透過型変位センサ
【図１】
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【図２】
0004582147.tif 000026
【図３】
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【図４】
0004582147.tif 000028
【図５】
0004582147.tif 000029
【図６】
0004582147.tif 000030
【図７】
0004582147.tif 000031
【図８】
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【図９】
0004582147.tif 000033
【図１０】
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【図１１】
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