画像形成装置
【課題】複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置であって、現像剤担持体と像担持体とが対向した現像領域におけるトナーのストレスの軽減を図った現像装置を具備した画像形成装置の提供。
【解決手段】担持した現像剤中のトナーを像担持体２０に対向した現像領域ＤＡにおいて像担持体２０に供給するための磁界を形成する磁界形成手段５１ａを備えた現像剤担持体５１と、現像剤担持体５１によって像担持体２０の現像を行うことが不要の非現像時における、磁界形成手段５１ａによって現像領域ＤＡに形成される磁界の強さを、現像剤担持体５１によって像担持体２０の現像を行うことを要する現像時における同磁界の強さよりも弱まるように制御する磁界制御手段とを有する現像装置５０を具備した画像形成装置。
【解決手段】担持した現像剤中のトナーを像担持体２０に対向した現像領域ＤＡにおいて像担持体２０に供給するための磁界を形成する磁界形成手段５１ａを備えた現像剤担持体５１と、現像剤担持体５１によって像担持体２０の現像を行うことが不要の非現像時における、磁界形成手段５１ａによって現像領域ＤＡに形成される磁界の強さを、現像剤担持体５１によって像担持体２０の現像を行うことを要する現像時における同磁界の強さよりも弱まるように制御する磁界制御手段とを有する現像装置５０を具備した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置であって、担持した現像剤中のトナーを像担持体に供給して像担持体の現像を行う現像剤担持体を有する現像装置を具備した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを含む現像剤を用いて像担持体を現像する現像装置を備えた、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置が知られている（たとえば、〔特許文献１〕〜〔特許文献６〕参照）。
【０００３】
かかる現像装置は、一般に、像担持体をトナーで現像するために、トナーを帯電させる等の目的で、現像剤を攪拌するように構成されている。しかし、現像剤を攪拌すると、トナーが劣化する。トナーが劣化すると、非画像部にトナーが付着する地汚れ、トナー飛散などの不具合が発生することが知られている。このような不具合が発生するのは、トナーは、劣化すると、本来の帯電極性と逆の極性に帯電するためと考えられている。
【０００４】
そこで、従来においては、トナーの劣化が生じたときにトナーを吐き出して新規トナーを供給することでトナーによる現像性能を維持する技術（たとえば、〔特許文献１〕参照）、現像剤の攪拌によるトナーに対するストレスを軽減することでトナーの劣化を抑制し現像性能を維持する技術（たとえば、〔特許文献２〕参照）が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前者の技術では、トナーを吐き出すことによって、画像形成に実際に使用されるトナーの割合いわゆるトナーイールドを下げてしまうこととなり、ランニングコストや環境に影響を与えることとなる。そうすると、後者の技術のように、トナーに対するストレスを軽減することでトナーの劣化を抑制し現像性能を維持することが好ましい。
【０００６】
一方、発明者の鋭意研究の成果により、トナーに対するストレスは、現像剤を担持する現像剤担持体が像担持体に対向し、像担持体にトナーが供給され現像が行われる現像領域において、最も大きいことが分った。そうすると、かかる後者の技術では、トナーに対するストレスの軽減が十分とはいえない。
【０００７】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置であって、現像剤担持体と像担持体とが対向した現像領域におけるトナーのストレスの軽減を図った現像装置を具備した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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、担持した現像剤中のトナーを像担持体に対向した現像領域において像担持体に供給するための磁界を形成する磁界形成手段を備えた現像剤担持体と、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことが不要の非現像時における、前記磁界形成手段によって前記現像領域に形成される磁界の強さを、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことを要する現像時における同磁界の強さよりも弱まるように制御する磁界制御手段とを有する現像装置を具備した画像形成装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、担持した現像剤中のトナーを像担持体に対向した現像領域において像担持体に供給するための磁界を形成する磁界形成手段を備えた現像剤担持体と、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことが不要の非現像時における、前記磁界形成手段によって前記現像領域に形成される磁界の強さを、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことを要する現像時における同磁界の強さよりも弱まるように制御する磁界制御手段とを有する現像装置を具備した画像形成装置にあるので、現像領域におけるトナーのストレスの軽減およびかかるストレスによるトナーの劣化さらにはこの劣化に起因するたとえば地汚れやトナー飛散等の不具合の防止を図った画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の一実施例の概略正面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に備えられた複数の像担持体のうち１つの像担持体の周りに配設された現像装置等の構成を示す概略正面図である。
【図３】図２に示した現像装置に備えられた磁界形成手段及びこれを駆動する磁界駆動手段の概略斜視図である。
【図４】図２に示した磁界形成手段によって形成される磁界の、現像領域における強さが、現像時と非現像時とで変化することを示した概念図である。
【図５】図２に示した現像装置に採用されている構成によりトナーの劣化が抑制されることを説明するための概念図である。
【図６】図２に示した現像装置により現像剤を撹拌することでトナーの状態が良好になることを説明するための概念図斜視図である。
【図７】図６によってトナーの状態が良好になることが説明される根拠を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置１００は、カラー画像を形成可能であるカラーレーザプリンタであるが、他のタイプのプリンタ、ファクシミリ、複写機、複写機とプリンタとの複合機等、他の画像形成装置であっても良い。画像形成装置１００は、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。画像形成装置１００は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをも記録材であるシート状の記録媒体として画像形成を行なうことが可能である。
【００１２】
画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫを並設したタンデム構造を採用している。感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫは、画像形成装置１００の本体９９の内部のほぼ中央部に配設された無端のベルトである中間転写体としての記録材搬送部材である転写ベルト１１の外周面側すなわち作像面側に位置している。感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫがそうであるように、以下、符号の末尾にＹ、Ｃ、Ｍ、ＢＫが付されたものはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの単色トナー画像の画像形成を行うための構成であることを示すこととする。
【００１３】
中間転写ベルトとしての転写ベルト１１は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに対峙しながら反時計方向である矢印Ａ１方向に移動可能となっており、表面移動部材として機能する。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに形成された可視像である単色トナー画像すなわちトナー像は、矢印Ａ１方向に移動する転写ベルト１１に対しそれぞれ重畳転写されて合成カラー画像とされ、その後、記録媒体としての転写紙Ｓに一括転写されるようになっている。転写ベルト１１は、その下側の部分が各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに対向しており、この対向した部分が、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫ上のトナー像を転写ベルト１１に一旦転写する１次転写部９８を形成している。
【００１４】
転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに形成されたトナー像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに対向する位置に配設された中間転写ベルト転写手段としての１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。
【００１５】
各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫは、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像を形成するための、トナー像形成部たる画像形成ユニットである画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫに備えられている。このように、画像形成装置１００は、タンデム型のカラー画像形成装置となっている。
【００１６】
画像形成装置１００は、４つの画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫの上方に対向して配設され、転写ベルト１１を備えたユニットとしての転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする転写部材としての紙転写手段である２次転写ローラ５と、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫの下方に対向して配設された画像書込手段としての書込ユニットである露光装置たる光走査装置８とを有している。
【００１７】
画像形成装置１００はまた、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫと転写ベルト１１との間に向けて搬送される転写紙Ｓを積載した給紙ユニットとしての給紙部であるシート給送装置６１と、シート給送装置６１から搬送されてきた記録紙Ｓを、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間の２次転写ニップに向けて繰り出すレジストローラ対４と、転写紙Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサとを有している。
【００１８】
画像形成装置１００はまた、トナー像を転写された転写紙Ｓに同トナー像を定着させるためのベルト定着方式の定着ユニットとしての定着手段である定着装置６と、定着済みの転写紙Ｓを本体９９の外部に排出する排紙ローラ７と、転写ベルトユニット１０の上方に配設され、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のＮＥＷトナーすなわち新規トナーを充填された、本体９９に着脱される着脱部材としてのトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫと、本体９９の上側に配設され排出ローラ７により本体９９の外部に排出された転写紙Ｓを積載する排紙収納部としての排紙トレイ１７と、廃トナー等の不要物を収容する廃トナー収容容器としての廃トナータンク３８とを有している。
【００１９】
画像形成装置１００はまた、シート給送装置６１から送り出された転写紙Ｓがレジストローラ対４、２次転写ニップ、定着装置６、排紙ローラ７を経て排紙トレイ１７に至る、図中実線の矢印で示した紙搬送経路と、トナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫ内のトナーを画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫのそれぞれに備えられた、現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫに供給する図示しないトナー補給装置としてのトナー供給機構と、形成すべき画像を元に画像処理を行って、光走査装置８を駆動するための画像信号を生成する図示しない画像処理部と、画像形成装置１００全体の動作を制御する制御手段９７とを有している。
【００２０】
転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１の他に、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫと、転写ベルト１１を巻き掛けられた、駆動部材である駆動ローラ７２と、転写入口ローラ７３と、クリーニング対向ローラ７４と、クリーニング対向ローラ７４を転写ベルト１１の張力を増加する方向に付勢する付勢手段としてのばね７５とを有している。
【００２１】
転写ベルトユニット１０はまた、本体９９に着脱自在に支持され、駆動ローラ７２、転写入口ローラ７３、クリーニング対向ローラ７４、ばね７５等を保持し、転写ベルトユニット１０の筐体をなす中間転写ベルトケース１４と、中間転写ベルトケース１４と一体をなし、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置としてのクリーニング装置１３とを有している。
【００２２】
クリーニング対向ローラ７４は、ばね７５の作用により、転写ベルト１１に、転写に適した所定の張力を与える加圧部材としてのテンションローラたる機能を有している。
クリーニング装置１３は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト１１に対向し当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有しており、転写ベルト１１上の未転写トナーとしての転写残トナーである残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。このクリーニングにより生じた廃トナー等の不要物は、図示しない廃トナー搬送経路を経て廃トナータンク３８に収納されるようになっている。かかる異物には、プロセスコントロール用のパターン像を構成するトナーを含む。
【００２３】
クリーニング装置１３は、同図に示した位置に限らず、Ａ１方向において駆動ローラ７２より下流側且つ画像ステーション６０Ｙより上流側の位置であればどの位置に配設しても良い。クリーニング装置１３は後述するクリーニング装置４０Ｙと同様の構成としても良い。
【００２４】
転写ベルトユニット１０は本体９９に対して着脱自在に構成され、画像形成装置１００の図示しない筐体を構成している、同図紙面手前側に位置するカバーを開き、転写ベルトユニット１０を同図における紙面奥側から紙面手前側にスライドさせることで、本体９９から取り外すことが可能となっている。転写ベルトユニット１０を本体９９に装着するときはかかる取り外しの作業と逆の作業を行う。
【００２５】
シート給送装置６１は、本体９９の下部に配設されており、多数枚の転写紙Ｓを積載可能な２段の給紙カセット６１ａと、各給紙カセット６１ａに積載された転写紙Ｓのうち最上位の転写紙Ｓの上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ３とを有しており、何れかの給送ローラ３が反時計回り方向に回転駆動されることにより、給紙カセット６１ａに積載されている転写紙Ｓのうち最上位の転写紙Ｓをレジストローラ対４に向けて給送するようになっている。シート給送装置６１を除く画像形成装置１００の各構成は画像形成部を構成している。
【００２６】
各給紙カセット６１ａは、最大でＡ４縦サイズの転写紙Ｓを積載可能となっている。また、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫは、線速２００ｍｍ／ｓで回転駆動される。また、レジストローラ対４は、これを経た転写紙Ｓの後端と先端との間である紙間が２００ｍｍとなるように回転駆動される。このため、画像形成装置１００は、Ａ４−３０枚機となっている。
【００２７】
定着装置６は、ベルトユニット６２と、ベルトユニット６２に圧接された加圧ローラ６３とを有している。ベルトユニット６２は、無端状の定着ベルト６４と、定着ベルト６４を張架しながら無端移動させる定着ローラ６５と、定着ローラ６５とともに定着ベルト６４を巻き掛け内部に図示しない熱源を有する加熱ローラ６６とを有している
【００２８】
定着装置６は、トナー像を担持した転写紙をベルトユニット６２と加圧ローラ６３との圧接部である定着部に挟み込む態様で通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙の表面に定着するようになっている。
【００２９】
トナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫ内のイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の新トナーは、トナー供給機構により、所定の補給量だけ、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫにそれぞれ備えられた現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫに補給される。トナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫは、内部のトナーがなくなると交換される消耗品であり、トナーがなくなったとき等に本体９９に脱着され、交換される。
【００３０】
以下、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫについて説明するが、画像形成装置１００において、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫは互いに略同様の構成となっているため、適宜、符号の末尾のＹ、Ｃ、Ｍ、ＢＫは省略する。また、以下の説明において、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫに限らず、Ｙ、Ｃ、Ｍ、ＢＫの区別をとくに行う必要がない場合も同様に、符号の末尾のＹ、Ｃ、Ｍ、ＢＫを省略する。
【００３１】
図２に示すように、画像ステーション６０は、感光体ドラム２０の周囲に、図中時計方向であるその回転方向Ｂ１に沿って、１次転写ローラ１２と、クリーニング手段としてのクリーニング装置４０と、潤滑性物質供給手段としての潤滑剤塗布装置である潤滑性物質供給装置８０と、感光体ドラム２０上の残留電荷を除去して除電する図示しない除電手段としての除電装置と、帯電手段である帯電ユニットとしての帯電装置３０と、現像手段としての現像ユニットである現像装置５０とを有している。
【００３２】
感光体ドラム２０と、クリーニング装置４０と、潤滑性物質供給装置８０と、除電装置と、帯電装置３０と、現像装置５０とは一体化されており、プロセスカートリッジ９５を構成している。プロセスカートリッジ９５は本体９９に固定された図示しないガイドレールに沿って本体９９に対して、単独で、引き出し自在であるとともに、本体９９に押し込むことが可能であり、本体９９に対して着脱自在に設置されている。
【００３３】
プロセスカートリッジ９５は、本体９９に押し込むと、画像形成に適した所定の位置に装填され、位置決めされるようになっている。このようにプロセスカートリッジ化することは、サービスマンやユーザが着脱・交換部品として取り扱うことができるため、メンテナンス性が著しく向上し、大変好ましい。
【００３４】
プロセスカートリッジ９５は、感光体ドラム２０と、クリーニング装置４０と、潤滑性物質供給装置８０と、除電装置と、帯電装置３０と、現像装置５０とのうち、少なくとも感光体ドラム２０と現像装置５０とが、一体化されることによって構成され、本体９９に着脱自在に設置されるユニットである。プロセスカートリッジ９５は、本体９９から取り出した状態で、これを構成する感光体ドラム２０、クリーニング装置４０、その他潤滑性物質供給装置８０、除電装置、帯電装置３０、現像装置５０等が、それぞれ単独で新品と交換可能となっている。このことも、上述と同様にメンテナンス性を向上している。排トナータンク３８も、各プロセスカートリッジ９５のそれぞれに設けることが可能であり、この場合はこれも単独でプロセスカートリッジ９５に対して着脱・交換が可能であるとさらにメンテナンス性が向上する。
【００３５】
帯電装置３０は、感光体ドラム２０の表面に当接して従動回転する帯電ローラ３１と、帯電ローラ３１に当接し従動回転する帯電ローラクリーナとしてのクリーニングローラ３２とを有している。帯電ローラ３１には、直流に交流成分のバイアスを重畳印加する図示しない電圧印加手段が接続されており、感光体ドラム２０と対向する帯電領域において、感光体ドラム２０の表面を所定の極性に帯電するようになっている。
【００３６】
クリーニングローラ３２は帯電ローラ３１に従動回転することで帯電ローラ３１をクリーニングするようになっている。
このように、本形態では、接触ローラを用いた帯電システムを採用しているが、帯電システムは、近接ローラを用いたものであっても良いし、コロトロン方式を採用したものであっても良い。
【００３７】
１次転写ローラ１２には、図示しない電源を備えたバイアス印加手段とバイアス制御手段とによって１次転写に適した所定の電圧が印加されるようになっている。１次転写ローラ１２は、転写ベルト１１の外周面を感光体ドラム２０に弱圧接させている。
【００３８】
１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍは図示しない揺動機構によって感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍに接離する向きに一体で揺動されるようになっている。揺動機構は、カラー画像を形成するカラー画像形成時には１次転写ローラ１２ＢＫとともに１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍを転写ベルト１１に当接させた状態とする。揺動機構はまた、非カラー画像形成時すなわちモノクロ画像を形成するモノクロ画像形成時には１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍを感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍから離間する向きに揺動させ転写ベルト１１から離間させた状態とし１次転写ローラ１２ＢＫのみが転写ベルト１１に当接した状態を形成するとともに、転写ベルト１１が感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍから離間した状態を形成するようになっている。
【００３９】
図１に示した光走査装置８は、画像処理部によって各色の画像を形成するための画像形成用の画像信号に変換され、送信された各色信号に基づいて駆動される。図２に示すように、光走査装置８は、感光体ドラム２０における帯電領域と図４に示して後述する現像領域ＤＡとの間の領域に、かかる各色信号に対応した、画像情報に応じて光変調されたレーザー光Ｌを照射して帯電ローラ３１により帯電された後の感光体ドラム２０の表面を露光し、現像装置５０によって各色のトナー像として可視像化される静電潜像を光学的に形成するようになっている。
【００４０】
クリーニング装置４０は、感光体ドラム２０に対向する部分に開口部を有するクリーニングケース４３と、感光体ドラム２０に当接し感光体ドラム２０上の未転写トナーとしての転写残トナーである残留トナー、キャリア、紙粉等の不要な付着物すなわち不要物を掻き落としてクリーニングするためのブレードとしてのクリーニング部材であるクリーニングブレード４１とを有している。
【００４１】
クリーニング装置４０はまた、クリーニングケース４３に回転自在に支持され、クリーニングブレード４１によって掻き取られ、また除去されることによって生じた廃トナー等の不要物を廃トナータンク３８に向けて搬送するための図示しない廃トナー搬送経路の一部を構成する排出スクリュ４２と、クリーニングブレード４１を支持した支持部材としてのブレードホルダ４４とを有している。
クリーニング装置４０は上述したクリーニング装置１３と同様の構成としても良い。
【００４２】
潤滑性物質供給装置８０は、感光体ドラム２０の表面に対向する側のみ開口したケース８１と、ケース８１内に収容されバー状に成形された固形潤滑剤である潤滑剤としての潤滑性物質８２と、潤滑性物質８２及び感光体ドラム２０の両方に接触して潤滑性物質８２を感光体ドラム２０に塗布して供給するための塗布部材としてのファーブラシであるブラシローラ８３と、潤滑性物質８２をブラシローラ８３に押圧する弾性部材としての加圧バネであるバネ８４とを有している。
【００４３】
潤滑性物質供給装置８０はまた、Ｂ１方向においてブラシローラ８３の当接位置より下流側且つ帯電領域より上流側で感光体ドラム２０にその先端部が当接した塗布ブレード８６と、塗布ブレード８６をケース８１に対して支持した塗布ブレードホルダ８７とを有している。
【００４４】
このような構成の潤滑性物質供給装置８０は、ブラシローラ８３をその軸を中心に回転させて潤滑性物質８２を掻き削って一旦汲み上げ、掻き削った粉末状の潤滑性物質８２を感光体ドラム２０表面との当接位置まで担持搬送して感光体ドラム２０に塗布して供給し、感光体ドラム２０に供給された潤滑性物質８２は塗布ブレード８６によって感光体ドラム２０表面上で均され均一な厚さとされるようになっている。
【００４５】
経時で潤滑性物質８２がブラシローラ８３に掻き削られて減少しても、バネ８４が所定の圧力で潤滑性物質８２をブラシローラ８３に押圧しているので、潤滑性物質８２は微量となっても常に均一にブラシローラ８３に汲み上げられ、潤滑性物質８２は完全に消費されるまでブラシローラ８３に接触する。
【００４６】
潤滑性物質８２によって感光体ドラム２０表面に形成される皮膜は、近接放電による感光体ドラム２０表面の劣化を防止する機能を有しており、潤滑性物質供給装置８０は放電劣化防止手段として機能するものである。ここでいう劣化とは、放電による感光体ドラム２０の磨耗及びこの磨耗の加速、ならびに感光体ドラム２０表面の活性化の両方を指している。
【００４７】
また、かかる皮膜は、感光体ドラム２０とクリーニングブレード４１とが互いに摩擦しあうことによって生じる磨耗等の劣化も防止し、潤滑性物質供給装置８０は摩擦劣化防止手段として機能するものである。
このように、潤滑性物質供給装置８０は、潤滑性物質８２を感光体ドラム２０表面に塗布することにより、これら劣化のすべてを解消している。
【００４８】
かかる機能を良好に果たすために、潤滑性物質８２としては、例えば、オレイン酸鉛、オレイン酸亜鉛、オレイン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、リノレン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩類や、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロクロルエチレン、ジクロロジフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−オキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素系樹脂が挙げられるが、特に感光体ドラム２０の摩擦係数を低減する効果の大きいステアリン酸金属塩、さらにはステアリン酸亜鉛が一層好ましい。
【００４９】
現像装置５０は、感光体ドラム２０に対向する部分に開口部を有する現像ケース５５と、かかる開口部から感光体ドラム２０に臨むよう感光体ドラム２０に近接対向して配設された現像剤担持体としての現像ローラ５１と、現像ローラ５１上の現像剤を一定の高さに規制する規制部材としてのドクタである現像ブレード５２とを有している。
【００５０】
現像装置５０はまた、現像ケース５５の下部に互いに対向するように配設され、互いに逆方向に回転駆動されることで現像剤を攪拌するとともに現像ローラ５１に現像剤を供給するための現像剤供給部材としての供給・撹拌スクリュである第１搬送スクリュ５３及び第２攪拌スクリュ５４と、第１搬送スクリュ５３と第２搬送スクリュ５４との間に設けられた仕切り壁５７と、仕切り壁５７によって仕切られ第１搬送スクリュ５３、第２搬送スクリュ５４をそれぞれ収容した第１収容室５８、第２収容室５９とを有している。
【００５１】
現像装置５０はまた、トナー供給機構によりトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫ内の新規トナーを供給され一時的に蓄えるトナーホッパー３９と、第１収容室５８の底部に備えられ現像剤中のトナー濃度を測定するトナー濃度検知手段としてのＴセンサであるトナー濃度検知センサ５６と、直流成分の現像バイアスを印加する図示しないバイアス印加手段と、第１搬送スクリュ５３と第２搬送スクリュ５４とを互いに逆方向に回転駆動する搬送駆動手段としての現像剤供給駆動手段であるモータ８９とを有している。
【００５２】
現像装置５０はまた、図４に示して次に述べる、現像ローラ５１を構成したマグネットローラ５１ａを回転駆動する第１の駆動手段としてのステッピングモータである図３に示すモータ８５と、図４に示して次に述べる、現像ローラ５１を構成した現像スリーブ５１ｂを回転駆動する第２の駆動手段としての現像駆動手段である現像剤担持体駆動手段たるモータ８８とを有している。
【００５３】
図４に示すように、現像ローラ５１は、その内部に配設された磁界発生手段としてのマグネットローラ５１ａと、マグネットローラ５１ａを内包し、現像駆動手段により図中反時計方向であるＣ１方向に駆動される非磁性の現像スリーブ５１ｂとを有している。
【００５４】
マグネットローラ５１ａは、複数の磁極を着磁されている。これら複数の磁極は、現像ローラ５１具体的には現像スリーブ５１ｂに現像剤を担持させるための磁界を形成するとともに、現像スリーブ５１ｂに担持した現像剤中のトナーを、現像ローラ５１具体的には現像スリーブ５１ｂが感光体ドラム２０に対向した現像領域ＤＡにおいて感光体ドラム２０に供給するための磁界を形成するためのものである。
【００５５】
図２、４において、一点鎖線は、かかる複数の磁極によって形成された磁力分布を示している。各磁極によって形成される磁界により、現像スリーブ５１ｂの表面上の現像剤は、磁気穂状となる。なお、図２において、破線で示した各円は、次に述べる磁界の強さ、磁力分布の理解の容易のために、マグネットローラ５１ａの中心からの距離を示したものである。
【００５６】
図４において一点鎖線で示されている磁力分布は、複数の磁極によって形成された、マグネットローラ５１ａの法線方向すなわちマグネットローラ５１ａまたは現像スリーブ５１ｂの周面に垂直な方向における磁束密度を示している。よって、マグネットローラ５１ａまたは現像スリーブ５１ｂの周面から一点鎖線までの高さが、複数の磁極によって形成された磁界の法線成分の大きさとなっている。
【００５７】
かかる磁力分布において、かかる磁界の法線成分の大きさが最大となっている部分は、複数の磁極のうち最も強い磁力を持った主磁極によって形成されている。主磁極によって形成されている磁界は、現像領域ＤＡにおいて、現像スリーブ５１ｂに担持され穂立ちした現像剤に含まれているトナーを感光体ドラム２０に供給するための現像磁界となっている。この点、主磁極は、現像磁極となっている。
【００５８】
また、かかる法線方向に直交する接線方向すなわちマグネットローラ５１ａまたは現像スリーブ５１ｂの周面に沿ったＣ１方向に平行な方向おけるかかる磁界の成分は、かかる磁界の接線成分となっている。
【００５９】
マグネットローラ５１ａは、図３に示すように、モータ８５に連結された軸５１ｃを備えている。マグネットローラ５１ａは、モータ８５によって回転駆動されることにより、図４（ａ）に示す第１の姿勢と、図４（ｂ）に示す第２の姿勢とのいずれかに位置決めされる。このように、マグネットローラ５１ａの姿勢言い換えると位相あるいは角度が変更されることで、現像ローラ５１具体的には現像スリーブ５１ｂ上の磁力分布の位相言い換えると角度が変更される。
【００６０】
モータ８５は、現像ケース５５の背面側に設けられている。モータ８５は正逆回転可能であり、制御手段９７によって動作を制御されるようになっている。制御手段９７は、現像ローラ５１によって感光体ドラム２０の現像を行うことを要する現像時にマグネットローラ５１ａを第１の姿勢に位置決めし、現像ローラ５１によって感光体ドラム２０の現像を行うことが不要の非現像時にマグネットローラ５１ａを第２の姿勢に位置決めするように、モータ８５の駆動を制御する。この非現像時の詳細については後述する。
【００６１】
マグネットローラ５１ａがこのようにして第１の姿勢と第２の姿勢とのいずれかに位置決めされることにより、マグネットローラ５１ａによって現像領域ＤＡに形成される磁界の強さが、現像時と非現像時とで変化する。
【００６２】
図４（ａ）に示されているように、現像時において、現像磁界の法線成分の大きさは、マグネットローラ５１ａの中心から感光体ドラム２０の中心に向けた部分において極大となっている。
【００６３】
具体的には、図４から明らかなように、モードＡの現像時において現像領域ＤＡに形成される磁界の強さは、モードＢの非現像時において現像領域ＤＡに形成される磁界の強さよりも強い。
また、現像時において現像領域ＤＡに形成される磁界の法線成分は接線成分以上となり、非現像時において現像領域ＤＡに形成される磁界の法線成分は接線成分より小さくなるようになっている。
【００６４】
よって、現像時において、主磁極によって形成された磁気穂は、感光体ドラム２０に向いて穂立ちしており、磁気穂を構成しているキャリア及びトナーを感光体ドラム２０に接触させる。また、非現像時において、主磁極によって形成された磁気穂は、感光体ドラム２０に対して寝た状態となり、磁気穂を構成しているキャリア及びトナーが感光体ドラム２０に接触しにくくなる。
【００６５】
そのため、非現像時に感光体ドラム２０に接触するキャリアの個数は、現像時に感光体ドラム２０に接触するキャリアの個数よりも少ない。非現像時にはなるべく感光体ドラム２０に接触する現像剤量を減らしたいため、非現像時に感光体ドラム２０に接触するキャリアの個数は、理想的には０個である。これにより、感光体ドラム２０の劣化、たとえば感光体フィルミングが低減される。
【００６６】
モータ８５は、マグネットローラ５１ａを回転駆動することによって現像領域ＤＡに形成される磁界の強さを変化させる磁界駆動手段として機能する。モータ８５は、マグネットローラ５１ａの姿勢を、第１の姿勢、第２の姿勢の一方から他方へ瞬時に切り換え可能である。
制御手段９７は、モータ８５を駆動してマグネットローラ５１ａを回転させることにより、現像領域ＤＡに形成される磁界の強さを制御する磁界制御手段として機能する。
【００６７】
磁界制御手段として機能する制御手段９７は、マグネットローラ５１ａによって現像領域ＤＡに形成される非現像時における磁界の強さを、マグネットローラ５１ａによって現像領域ＤＡに形成される現像時における磁界の強さよりも弱まるように制御する。
【００６８】
また磁界制御手段として機能する制御手段９７は、現像領域ＤＡに形成される現像時における磁界の法線成分が接線成分以上となり、現像領域ＤＡに形成される非現像時における磁界の法線成分が接線成分より小さくなるように、マグネットローラ５１ａによって形成される磁界の強さを制御する。
【００６９】
現像スリーブ５１ｂは、現像ケース５５及びマグネットローラ５１ａに回転自在に支持されている。現像スリーブ５１ｂは、バイアス印加手段により感光体ドラム２０との間に適当な大きさの現像バイアスを印加される。現像スリーブ５１ｂの周面には、その幅方向に沿って図示しない凹凸が形成されている。現像領域ＤＡにおける現像スリーブ５１ｂと感光体ドラム２０とのギャップすなわち現像ギャップは、０．３±０．０５ｍｍとなるように設定されている。
【００７０】
モータ８８による現像スリーブ５１ｂの回転駆動言い換えると現像スリーブ５１ｂの表面である周面の移動は、現像時に行われ、非現像時に停止される。よって、現像剤は、現像ローラ５１に担持されても、Ｃ１方向に搬送されることで現像領域ＤＡに至ることはない。モータ８８のこの駆動は、制御手段９７によって制御される。この点、制御手段９７は、現像剤担持搬送制御手段として機能する。
【００７１】
現像剤は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤である。
キャリアは、芯材と、芯材表面に形成された樹脂被覆層とを有している。樹脂被覆層の層中には、基体粒子表面に二酸化スズ層と二酸化スズ層上に設けた二酸化スズを含む酸化インジウム層とからなる導電性被覆層を設けてなる導電性粒子が含有されている。
【００７２】
導電性粒子は、その吸油量が１０〜３００ｍｌ／１００ｇになるように形成されている。
なお、導電性粒子の吸油量は、ＪＩＳ−Ｋ５１０１「顔料試験方法」における「２１吸油量」に準じて測定したものである。
【００７３】
導電性粒子の基体粒子としては、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、二酸化ケイ素、硫化バリウム、酸化ジルコニウムのうち少なくとも１種類を用いることが可能である。導電性粒子の粉体比抵抗は、２００Ω・ｃｍ以下になるように形成されている。
樹脂被覆層の層中には、導電性粒子の他に、非導電性粒子が含有されている。
【００７４】
キャリアの体積固有抵抗は、１０〜１６Ｌｏｇ（Ω・ｃｍ）の範囲になるように形成されている。
キャリアは、基体粒子の表面に、二酸化スズ層、二酸化スズを含む酸化インジウム層を順次形成しているために、導電層が粒子表面に均一かつ強固に固定される。
【００７５】
樹脂被覆層中に含有された導電性粒子の吸油量が、１０ｍｌ／１００ｇ未満の場合には、被覆樹脂に対する相溶性が不充分になって密着性が低下して、分散性も低下するために、長期にわたりキャリアの抵抗調整をおこなうことができなくなるおそれがあり、３００ｍｌ／１００ｇを超える場合には、結着樹脂との密着性が強くなり過ぎて、導電性粒子表面を覆ってしまうために、抵抗調整を充分におこなうことができなくなってしまうおそれがあるが、本形態において、樹脂被覆層中に含有された導電性粒子は、その吸油量が１０〜３００ｍｌ／１００ｇになるように形成されているため、このようなことが防止される。
【００７６】
このように構成されたキャリアは、抵抗調整剤としてカーボンブラック等を含有させることなく経時においても安定的に抵抗調整がされて、キャリア付着等を防止するとともに経時においてトナー帯電量を安定させる。
【００７７】
キャリアの重量平均粒径は、２０〜６５μｍの範囲にすることが好ましく、本形態では３５μｍになるように形成されている。キャリアの重量平均粒径が２０〜６５μｍの範囲にすることが好ましいのは、２０μｍよりも小さいときには、キャリアの１個当たりに作用する磁力が小さくなるためにキャリア付着が生じてしまい、また、６５μｍよりも大きいときには、トナーが付着すべき潜像に対してトナーが忠実に付着しにくくなるために、出力画像の粒状性が低下してしまうからである。
【００７８】
トナーは、正規の帯電極性がマイナスである。よって、トナーは、キャリアとともに撹拌されると、本来的には、マイナスに帯電するようになっている。ただし、後述するように、劣化した場合などには、逆の極性であるプラスに帯電することがある。
【００７９】
現像剤中のトナー濃度は、トナー濃度検知センサ５６による検知に基づき、４〜１２重量％の範囲内で制御される。現像によるトナーの消費に伴ってトナー濃度が低下し、トナー濃度検知センサ５６が、トナー濃度が４％を下回ったことを検知したときに、トナーホッパー３９から第２収容室５９に所定量のトナーが補給されるものである。
【００８０】
第１搬送スクリュ５３、第２搬送スクリュ５４は、現像ローラ５１の幅方向言い換えると現像ローラ５１の長手方向である図２における紙面に垂直な方向に延在するように配設されている。
【００８１】
第１搬送スクリュ５３は、搬送駆動手段によって回転駆動されることで、第１収容室５８内の現像剤を図２における紙面奥側から手前側へと搬送しながら現像ローラ５１に供給する。この点、第１搬送スクリュ５３は現像剤供給部材としての現像剤供給スクリュとして機能する。第１搬送スクリュ５３によって第１収容室５８内の端部付近まで搬送された現像剤は、仕切り壁５７に形成された図示しない開口部を通って第２収容室５９内に進入する。
【００８２】
第２収容室５９内において、第２搬送スクリュ５４は、搬送駆動手段によって回転駆動されることで第１収容室５８から送られてくる現像剤を第１搬送スクリュ５３とは逆方向に搬送する。このとき、トナーホッパー３９からトナーが補給された場合には、補給されたトナーを現像剤中に攪拌混合しながら搬送を行う。第２搬送スクリュ５４によって第２収容室５９の端部付近まで搬送された現像剤は、仕切り壁５７に設けられたもう一方の図示しない開口部を通って第１収容室５８内に戻る。
【００８３】
よって、現像剤は、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって、第１収容室５８及び第２収容室５９内を循環し、トナーホッパー３９から供給されたトナーは、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって、現像剤と攪拌搬送されながら攪拌混合され、摩擦帯電され、現像ローラ５１に供給され担持される。
【００８４】
現像ブレード５２は、ＳＵＳ材料で形成されている。現像スリーブ５１ｂと現像ブレード５２とのギャップすなわちドクターギャップは、０．５±０．０４ｍｍとなるように設定されている。現像ブレード５２は、第１搬送スクリュ５３によって現像スリーブ５１ｂに供給されて担持され、周面に凹凸を有する現像スリーブ５１ｂの回転により搬送されている現像剤の量を一定量に規制する。具体的には、現像ブレード５２は、現像時において、現像領域ＤＡにおける現像スリーブ５１ｂ周面の単位面積当たりの現像剤量を４５ｍｇ／ｃｍ２となるように規制する。
【００８５】
現像ブレード５２は、非現像時において、マグネットローラ５１ａの、磁界が極小となっている部分にその先端が対向するようになっている。よって、非現像時に、現像剤は、現像スリーブ５１ｂの回転が停止すること及びマグネットローラ５１ａが第２の姿勢とされていることと相俟って、ドクターギャップを通過することがない。後述のようにかりに現像スリーブ５１ｂが回転するとしても、現像スリーブ５１ｂに担持された現像剤の大部分はドクターギャップにおいて現像ブレード５２によって現像スリーブ５１ｂから掻き落とされ、かりに現像領域ＤＡに至っても、マグネットローラ５１ａが第２の姿勢とされていることにより、現像スリーブ５１ｂ周面の単位面積当たりの現像剤量は４５ｍｇ／ｃｍ２よりも大きく低下するようになっている。
【００８６】
なお、その他、マグネットローラ５１ａの、磁界が極小となっている部分としては、図４に示すように、剤離れ位置ＳＡがある。剤離れ位置ＳＡは、Ｃ１方向において、現像領域ＤＡより下流側で、ドクターギャップよりも上流側の位置に、Ｃ１方向において比較的広い幅で形成されている。
【００８７】
現像時において、現像ブレード５２によって現像剤の担持量を規制され層厚を規制された現像ローラ５１は、現像スリーブ５１ｂの回転により、現像ブレード５２によって量を上述のように適量とされた現像剤を現像領域ＤＡに運ぶとともに、バイアス印加手段による現像バイアスにより、現像剤中の当該色のトナーを感光体ドラム２０の表面に形成された静電潜像に静電的に供給して、静電潜像を現像し、当該色のトナー像として可視像化するようになっている。
【００８８】
現像によりトナーを消費した現像剤、すなわち、キャリア及び現像に使用されなかったトナーは、現像ローラ５１の回転に伴って剤離れ位置ＳＡに至るとその自重及び現像スリーブ５１ｂの回転により、現像スリーブ５１ｂから離れて落下し、再度、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４による循環搬送を受ける。
本形態では、バイアス印加手段により直流成分の現像バイアスを印加しているが、現像バイアスは、交流成分であっても良いし、直流成分に交流成分を重畳したものであっても良い。
【００８９】
このように、現像装置５０においては、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって攪拌搬送された現像剤は、マグネットローラ５１ａの磁力により汲み上げられて現像スリーブ５１ｂに担持され、現像時においては感光体ドラム２０と対向する現像領域ＤＡまで搬送され、感光体ドラム２０上の潜像にトナーが供給されて現像すなわち可視像化が行われ、トナーによる可視化像が形成される。現像後のトナーを消費した現像剤は、現像スリーブ５１ｂ表面から第１収容室５８内に解放され、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４に戻されて第１収容室５８、第２収容室５９内の現像剤と攪拌され、再び現像スリーブ５１ｂ表面に汲み上げられるというサイクルを繰り返す。
【００９０】
現像装置５０は、非カラー画像形成時であるモノクロ画像形成時及びカラー画像形成時に動作してモノクロ現像を行うモノクロ現像装置である現像装置５０ＢＫと、カラー画像形成時に動作してイエロー、シアン、マゼンタの各色によるカラー現像を行うカラー現像装置である現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍとを含んでいる。モノクロ画像形成時には複数の現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫのうちモノクロ現像装置である現像装置５０ＢＫのみが現像時となって現像装置５０ＢＫによって感光体ドラム２０ＢＫの現像が行われ、他の現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍは非現像時となって感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍの現像を停止した状態とされる。
【００９１】
第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４による現像剤の撹拌動作及びこれに付随して行われる第１搬送スクリュ５３による現像剤の現像ローラ５１への供給動作は、非現像時にも行われる。言い換えると、モータ８９は、非現像時にも駆動される。ただし、現像剤は、第１搬送スクリュ５３によって現像ローラ５１に供給されても、現像領域ＤＡに至ることはない。モータ８９のこの駆動は、制御手段９７によって制御される。この点、制御手段９７は、現像剤撹拌制御手段、現像剤供給制御手段として機能する。
【００９２】
以上のような構成の各画像ステーション６０において、感光体ドラム２０は、プリント命令をトリガーに開始するＢ１方向への回転に伴い、帯電ローラ３１により表面を一様に帯電され、入力されたカラー画像データに対応して光変調された光走査装置８からのレーザー光Ｌの露光走査により各色に対応した静電潜像を形成され、この静電潜像を現像装置５０により当該色のトナーにより現像され、当該色のトナー像が得られる。このトナー像と逆極性の転写電圧が１次転写ローラ１２により印加され転写電界が形成されるとともに、同１次転写ローラ１２により転写ベルト１１を弱圧接することで１次転写ニップが形成され、これら転写電界と圧接力の作用によって、当該色のトナー像がＡ１方向に移動する転写ベルト１１に１次転写される。転写ベルト１１は、転写後に残留したトナーを含む不要物を後述するようにクリーニング装置４０により良好に除去され、除電装置による除電、帯電ローラ３１による帯電に供される。
【００９３】
各感光体ドラム２０において同様に当該色のトナー像が形成等され、形成された各色のトナー像は、１次転写ローラ１２により、Ａ１方向に移動する転写ベルト１１上の同じ位置に順次１次転写される。カラー画像形成時には、各色のトナー像が転写ベルト１１上に重ね合わされる。転写ベルト１１上のトナー像は、転写ベルト１１のＡ１方向の回転に伴い、２次転写ローラ５との対向位置である２次転写ニップまで移動し、トナー像と逆極性の転写電圧が２次転写ローラ５に印加されて形成された転写電界により転写紙Ｓに２次転写される。
【００９４】
転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間に搬送されてきた転写紙Ｓは、シート給送装置６１から給送ローラ３によって繰り出されてフィードされ、レジストローラ対４によって、センサによる検出信号に基づいて、転写ベルト１１上のトナー像の先端部が２次転写ローラ５に対向するタイミングで送り出されたものである。
【００９５】
転写紙Ｓは、この２次転写によってトナー像を担持すると、定着装置６に進入し、加圧ローラ６３とベルトユニット６２との間の定着部を通過する際、熱と圧力との作用によりトナー像を定着され、転写紙Ｓ上にカラー画像あるいはモノクロ画像が形成される。定着装置６を通過した定着済みの転写紙Ｓは、排紙ローラ７を経て、本体９９の上部の排紙トレイ１７上にスタックされる。一方、２次転写を終えた転写ベルト１１は、クリーニング装置１３に備えられたクリーニングブラシ及びクリーニングブレードによって掻き取られて除去されることでクリーニングされ、次の画像形成に備える。
【００９６】
このような画像形成工程において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーは、現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫにおいてそれぞれ消費されるため、消費に応じて、上述のように、トナー供給機構が、トナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫ内のイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを、所定の補給量だけ、それぞれ現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫに供給し、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって撹拌混合されるようになっている。
【００９７】
なお、画像形成装置１００においては、いわゆる吐き出しモードを行わないようになっている。吐き出しモードとは、一般に、低画像面積率の画像形成が連続したときに、紙間で像担持体上に画像を形成し、記録媒体に転写することなくクリーニングすることでトナーを消費し、また現像装置に消費分の新規トナーを補給することで、現像装置内のトナーの入れ換えを促し、現像装置内のトナーの経時劣化を抑制するために行われるものである。ここで、紙間とは、像担持体上のトナーが他の媒体に転写される転写タイミングと異なるタイミングに対応しており、たとえば、像担持体の移動方向において紙間位置に対応する、あるいはトナー像の形成位置相互間の間隔に対応する像担持体上の位置を意味している。なお、他の媒体には、転写紙Ｓのような記録媒体に限らず、転写ベルト１１のような中間転写体等の像担持体も含む。
【００９８】
トナーは消費されることなく現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫ内を移動するとキャリアとの摩擦等によって次第に劣化するが、トナー消費量が多い場合にはトナーは劣化が進む前に消費されるため、トナー劣化に起因する地汚れ、トナー飛散等の不具合は生じないか問題とならない程度に抑制される。しかし、低画像面積の画像形成が継続した場合や、画像形成が行われることなく撹拌が継続された場合には、かかる不具合が生じ得る。これは、劣化により、トナーが本来の帯電極性とは逆のプラスに帯電すること、すなわち逆帯電トナーが発生すること等に起因する。
【００９９】
従来から、トナーの劣化は、画像形成装置１００の構成を借りて説明すれば、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって撹拌混合されるとき、あるいは、ドクターギャップに至ったときに主に生じると考えられてきた。
ところが、発明者の鋭意研究の成果として、トナーの劣化は、画像形成装置１００の構成を借りて説明すれば、現像領域ＤＡにおいて、最も進行するという知見が得られた。
【０１００】
この知見は画像形成装置１００と同様の構成の画像形成を用いた次の実験によって裏付けられる。この実験を、画像形成装置１００の構成を借りて説明する。
【０１０１】
・実験１：現像剤劣化加速条件について
図５は、本実験の実験結果を示すものであって、現像装置５０ＢＫ内のトナーの帯電量分布の経時変化を示したものである。具体的に、同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）はそれぞれ、次に述べる互いに異なる各条件によりモノクロ画像形成を行い、新規トナーを、画像形成によって消費した分補給した後、現像装置５０ＢＫを駆動した際のトナーの帯電量分布の経時変化を示している。
【０１０２】
同図（ａ）は、従来の現像装置を想定したものであり、マグネットローラ５１ａの姿勢を、第１の姿勢に維持し、現像領域ＤＡにおいて現像剤が感光体ドラム２０ＢＫに接触した状態で画像形成を行った場合を示している。
同図（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）は、本発明の一実施例に係る現像装置を想定したものであり、マグネットローラ５１ａの姿勢を、現像時に第１の姿勢とし現像領域ＤＡにおいて現像剤が感光体ドラム２０ＢＫに接触した状態で画像形成を行い、非現像時に第２の姿勢とし現像領域ＤＡにおいて現像剤が感光体ドラム２０ＢＫに接触しないようにした状態言い換えると非接触の状態で画像形成を行った場合を示している。
【０１０３】
また、同図（ａ）、（ｂ−１）に示す場合では、画像面積率０％の画像を５０００枚分連続して形成する態様で、画像形成すなわち印刷を、現像装置５０ＢＫを非現像状態として行った後、画像面積率１００％の画像を２０枚出力する態様で、現像装置５０ＢＫにおいて現像を行い、画像形成を行った。
同図（ｂ−２）、（ｂ−３）に示す場合では、画像面積率０％の画像を２００００枚分連続して形成する態様で、画像形成すなわち印刷を、現像装置５０ＢＫを非現像状態として行った後、画像面積率１００％の画像を２０枚出力する態様で、現像装置５０ＢＫにおいて現像を行い、画像形成を行った。
よって、同図（ａ）、（ｂ−１）に示す場合と、同図（ｂ−２）、（ｂ−３）に示す場合とでは、後者の場合の方が、トナーの対するストレスが大きくなるため、トナーの劣化が進行しやすく、この点において厳しい条件による画像形成を行った場合となっている。
【０１０４】
同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）に示すすべての場合で、マグネットローラ５１ａが第１の姿勢であるときは、本形態の現像装置５０と同様に、現像磁界の法線成分は接線成分以上である。
しかし、マグネットローラ５１ａが第２の姿勢であるときは、同図（ｂ−１）、（ｂ−２）に示す場合は、本形態の現像装置５０と同様に、現像磁界の法線成分は接線成分を下回っているものの、同図（ｂ−３）に示す場合は、本形態の現像装置５０と異なり、現像磁界の法線成分と接線成分とが互いに等しくなっている。
【０１０５】
帯電分布の測定は、細川ミクロン社製Ｅ−ｓｐａｒｔアナライザーを用いて行った。
同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）のそれぞれにおいて、０ｓ、３０ｓ、３００ｓ、３６０ｓ、６６０ｓ、９６０ｓはそれぞれ、新規トナーを補給してからの現像装置５０ＢＫの駆動時間すなわち撹拌時間を示している。なお、現像スリーブ５１ｂは、同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）のすべての場合において、回転させ続けている。
【０１０６】
同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）の比較から次のことが分かる。
同図（ａ）と同図（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）とを比較すると、前者のほうが、新規トナー補給後しばらく撹拌したときに発生する、プラスに帯電した逆帯電トナーの量がかなり多くなっている。また、同図（ｂ−１）、（ｂ−２）の場合は、逆帯電トナーがほとんど発生せず帯電量分布の広がりも抑えられている。
【０１０７】
同図（ｂ−３）の条件が、マグネットローラ５１ａが第２の姿勢であるときの現像磁界の法線成分と接線成分とが互いに等しいというものであり、同図（ｂ−１）、（ｂ−２）の場合に比べて現像領域ＤＡに供給される現像剤量が多くなる条件であることを考慮すれば、現像剤は、現像領域ＤＡに供給されず、すなわち感光体ドラム２０に接触しなければ、長時間撹拌されても帯電量の安定性が維持されることが分かる。
【０１０８】
一方、この実験では、逆帯電トナーが発生しているとトナー飛散や地汚れが発生するのに対し、逆帯電トナーが発生していないとトナー飛散や地汚れが発生しないことも確かめた。
【０１０９】
そうすると、逆帯電トナーの発生は、トナー飛散や地汚れの原因となるトナーの劣化が発生したことを意味する。
このように、トナーの劣化が現像領域ＤＡにおいて主に生じることが確かめられた。
【０１１０】
よって、現像時と、非現像時すなわち画像面積率が０％の画像を現像するとき言い換えると非画像部とで、マグネットローラ５１ａの姿勢が第１の姿勢と第２の姿勢とで切り換えられる、言い換えると、現像ローラ５１上具体的には現像スリーブ５１ａ上の磁力分布が変化するように切り換えられる現像装置５０では、このような切り換えが行われない従来の現像装置と比べて、トナーの劣化及びこれに起因するトナー飛散や地汚れが大きく抑制されている。
【０１１１】
とくに、本形態の現像装置５０では、マグネットローラ５１ａが第２の姿勢であるときの現像磁界の法線成分が接線成分より小さく、磁気穂が感光体ドラム２０に対して寝た状態となるため、トナーの劣化抑制が高度に行われ、トナー飛散や地汚れが高度に抑制される。
【０１１２】
さらに、本形態の現像装置５０では、非現像時に現像スリーブ５１ｂの回転が停止するため、現像剤が現像領域ＤＡに至り、感光体ドラム２０に当接することによって劣化することが確実に回避されるようになっている。非現像時には、上述のように、磁気穂が感光体ドラム２０に対して寝た状態となるため、現像スリーブ５１ｂを回転させたとしても、現像剤が現像領域ＤＡで感光体ドラム２０に接触して劣化することが防止されることから、現像スリーブ５１ｂの回転の停止は必須ではないが、かかる接触による劣化を防止するために、かかる回転の停止は行ったほうが良い。
【０１１３】
・実験２：現像領域ＤＡにおける現像剤滞在時間の削減度について
実験１よりも画像形成装置の実際の使用条件に近い使用条件を想定したランニング試験を次のようにして行った。
すなわち、０．５％、５％、１００％の画像面積率のモノクロ画像、カラー画像をランダムに５０００枚出力した。
【０１１４】
このとき、現像領域ＤＡにおける現像剤滞在時間は、現像装置５０ＢＫで従来の現像装置の約１／２となり、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃで従来の現像装置の約１／４となった。
【０１１５】
よって、画像形成装置が実際に使用される状況において、現像装置５０の現像領域ＤＡにおける現像剤滞在時間は従来の現像装置のそれよりも大きく短縮されることが確認された。したがって、上述のように、画像形成装置が実際に使用される状況においても、吐き出しモードの実行なしに、トナーの劣化及びこれに起因するトナー飛散や地汚れが抑制される。
【０１１６】
また、モノクロ画像形成時には、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃが、画像面積率が０％の画像を現像するときに対応するため、非現像時とされることにより、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃの現像領域ＤＡにおける現像剤滞在時間が、モノクロ画像形成時にも現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃが現像時とされる場合よりも短くなることから、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃにおけるトナーの劣化及びこれに起因するトナー飛散や地汚れがより高度に抑制される利点がある。モノクロ画像形成すなわちモノクロ印刷の頻度は高いためこの利点は大きく得られる。
【０１１７】
また、カラー画像形成時であっても、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃのうち、色によっては作像の必要がない、すなわち、現像の必要がない、画像面積率が０％の画像を現像するときに対応する場合があり、この場合にも当該現像装置は非現像時とされる。これによっても、かかる利点が得られる。
【０１１８】
さらに、本実験により、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃにおいて、現像剤の流動性低下による汲み上げ不良が観察されなくなることも確認された。汲み上げ不良は現像ムラ等に起因する画質低下の原因となるものであるため、画像形成装置１００においては、吐き出しモードの実行によるトナーイールドの低下なしに、このような画質低下も抑制されることとなる。
【０１１９】
またさらに、非現像時には、現像領域ＤＡにおいて、磁気穂が感光体ドラム２０に対して寝た状態となるため、すでに述べたように、現像剤の当接による感光体ドラム２０の劣化たとえば感光体フィルミングも低減され、感光体ドラム２０が長寿命化される。
【０１２０】
・実験３：現像剤劣化回復条件について
図５（ａ）の場合に得られた現像剤を、現像装置５０において、非現像状態で撹拌し続けた。同図（ａ）の場合に得られた現像剤は、同図（ａ）から明らかなように、撹拌時間が長くなるに連れて、そのトナーの帯電量分布が、一旦、多くのピークを示すようになったが、その後も本実験において非現像状態で撹拌し続けると、図６に示すように、新規トナーの補給から６０００秒後には、トナーの帯電量分布は、１つのピークを持つ分布言い換えると１山となった。また、トナーの帯電量分布が１山の状態となった現像剤を用いた画像形成では、トナー飛散や地汚れが発生しなかった。
【０１２１】
この理由を調べるため、図５（ａ）の場合で新規トナー補給直後におけるトナーと、帯電量分布が１山の状態となったトナーとをＳＥＭで観察した。そうすると、図７（ａ）に示すように、新規トナー補給直後は、劣化トナーと新規トナーとでは、その性状に明確な差が生じている。この差は、トナーの外添剤の付着状況の差によって生じたものである。これに対し、帯電量分布が１山の状態となった場合には、劣化トナーと新規トナーとでは、その性状の差が分からなくなっていた。これは、現像剤の撹拌により、外添剤が新規トナーから劣化トナーに移動したためと予測される。
【０１２２】
よって、本実験から、感光体ドラム２０に現像剤が非接触の状態で現像剤を撹拌すると、劣化トナーと新規トナーとの状態が均され、劣化度合いが平均化されて、画像形成に有利となるという利点が得られることが分かった。
【０１２３】
すなわち、現像装置５０は、非現像時にも、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４による現像剤の撹拌動作及び第１搬送スクリュ５３による現像剤の現像ローラ５１への供給動作を行うため、かかる利点が得られやすいものとなっている。
【０１２４】
なお、現像剤の撹拌動作、供給動作を行うと現像剤量のバランスが内部で保たれなくなる構成の現像装置においては、非現像時にこれらの動作を停止することが望ましい。ただし非現像時にマグネットローラ５１ａが第２の姿勢とされていることにより、現像領域ＤＡにおける現像剤の劣化防止ないし抑制が十分に行われる場合には、かかる動作を行っても良い。
【０１２５】
以上の説明においては、非現像時を、
１．現像装置５０によって画像面積率が０％の画像を現像するときの、その現像装置５０におけるタイミングに対応するものとして説明したが、非現像時としては、他にも、
２．紙間に対応したタイミング
３．現像装置５０及び／又は画像形成装置１００のプロセスコントロール時に対応したタイミング
が挙げられ、画像形成装置１００は、これらすべてのタイミングを非現像時としている。
【０１２６】
これらのタイミングはすべて制御手段９７によって検出される。この点、制御手段９７は、非現像時検出手段として機能するようになっている。
なお、上記「１．」、「２．」、「３．」の少なくとも２つが、順を問わず、連続する場合には、画像形成装置１００は、マグネットローラ５１ａは第２の姿勢に維持することで、姿勢の変更に要するエネルギーや時間を節約するようになっている。
【０１２７】
以下、「２．」、「３．」のそれぞれについて説明する。
・「２．」について
モータ８５は、マグネットローラ５１ａの姿勢を、第１の姿勢、第２の姿勢の一方から他方へ瞬時に切り換え可能であるため、紙間を非現像時としてマグネットローラ５１ａの姿勢を変更することで、「１．」と同様に、現像剤が現像領域ＤＡにおいて感光体ドラム２０に当接する時間を短縮し、ストレスに起因するトナーの劣化を抑制するのに有効である。このように、こまめに現像剤を感光体ドラム２０から離せば、積算するとトナーの劣化が大幅に遅らせられるという利点がある。
【０１２８】
ただし、マグネットローラ５１ａの姿勢を第１の姿勢から第２の姿勢に変更した後、再度、現像領域ＤＡにおいて現像剤が感光体ドラム２０に接触するように、マグネットローラ５１ａの姿勢を第１の姿勢に変更した際には、感光体ドラム２０へのトナーの供給量を安定させる必要がある。試験したところ、この供給量が安定するまでに、現像スリーブ５１ｂを１〜２周回転させる必要があることが分かった。
【０１２９】
したがって、プロセス線速ａ［ｍｍ/ｓ］、紙間ｂ［ｍｍ］、スリーブ線速ｃ［ｍｍ/ｓ］、スリーブ径ｄ［ｍｍ］であるとすると、
紙間の時間：ｂ／ａ＞現像スリーブ５１ｂの１周にかかる時間：πｄ／ｃ［ｓ］×（１〜２[周]）
の関係が成立しない場合には、マグネットローラ５１ａの姿勢を第１の姿勢に変更した後に正常な現像が行われなくなる可能性がある。したがって、紙間が短い、もしくは、プロセス線速が早い画像形成装置では、かかる時間的な制約により、紙間で切り換えを行うことが難しい場合があることに配慮する必要がある。
【０１３０】
・「３．」について
プロセスコントロールは、現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫのそれぞれにおける現像剤中のトナー濃度の調整、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫのそれぞれにおける画像形成位置の調整等のために、画像形成装置１００の立ち上がり時、所定回数の画像形成後等のタイミングで、一般にユーザ指定の画像形成動作が停止された状態で行われる。
【０１３１】
また、一般に、プロセスコントロールの実施状況に応じて、画像形成位置の調整用のパターン像を形成する等のために現像装置５０による現像を行うべき場合と、現像装置５０による現像を行うべきでない場合とがある。
【０１３２】
たとえば、一般に、現像剤の立ち上げ時すなわちトナーの帯電量を現像に適した帯電量とするための撹拌時など、上記の前者の調整の際には現像装置５０による現像を行うべきでない。そのため、このようなとき、すなわち、現像装置５０及び／又は画像形成装置１００のプロセスコントロール時に対応したタイミングを、非現像時とすることで、「１．」や「２．」と同様に、現像剤が現像領域ＤＡにおいて感光体ドラム２０に当接する時間を短縮し、ストレスに起因するトナーの劣化を抑制するという利点がある。
【０１３３】
かかる現像剤の立ち上げを行うプロセスコントロールは、トナー濃度の調整時のみならず、画像形成装置１００の電源投入時等の立ち上げ時にも行われ、この場合にはプロセスコントロールに比較的長時間を要する。とくに、画像形成装置１００の朝一の電源投入時における現像剤の立ち上げに長時間を要する。そのため、この場合を非現像時とすることによる、かかる利点は大きい。
また、この朝一の電源投入は、毎日行われることが多い。よってこのタイミングで現像剤を感光体ドラム２０から離せば、積算するとトナーの劣化が大幅に遅らせられるという利点がある。
【０１３４】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１３５】
たとえば、上述の形態のように、磁界形成手段を回転させることにより現像剤担持体上の磁力分布の位相を変化させ、現像領域に形成される磁界の強さを現像時と非現像時とで切り換える構成では、構成が比較的容易であり、装置の大型化が比較的抑制されるという利点があるが、現像領域に形成される磁界の強さを現像時と非現像時とで切り換える構成としては、他に磁界形成手段を像担持体に近接、離間させる構成を採用することが可能である。この構成では、非現像時における像担持体からの磁界形成手段の距離が、非現像時におけるそれよりも大きくなるように、磁界形成手段を変位させることで、非現像時における現像磁界の強さを、現像時における現像磁界の強さよりも弱める。
この場合、磁界駆動手段としては、たとえば、現像剤担持体をそのように変位するためのソレノイド、または、モータ及びこのモータによって回転される偏心カム等を採用する。また、磁界制御手段としては、かかるソレノイド、モータ等の駆動源の駆動を制御するために、たとえば制御手段９７等の制御手段を採用する。
【０１３６】
本発明は、いわゆるタンデム方式の画像形成装置ではなく、１つの感光体ドラム上に順次各色のトナー像を形成して各色トナー像を順次重ね合わせてカラー画像を得るいわゆる１ドラム方式の画像形成装置にも同様に適用することができる。いずれのタイプの画像形成装置でも、中間転写体を用いず、各色のトナー像を転写紙等に直接転写しても良い。
また、カラー画像形成装置でなく、モノクロ画像形成装置にも適用することができる。この場合のように、現像装置は、複数具備されるに限らず、単数具備されていても良い。
【０１３７】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１３８】
１１ 他の媒体
２０、２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫ 像担持体
５０、５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫ 現像装置
５０、５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ カラー現像装置
５０、５０ＢＫ モノクロ現像装置
５１ 現像剤担持体
５１ａ 磁界形成手段
５３ 現像剤供給部材
８８ 現像剤担持体駆動手段
８９ 現像剤供給駆動手段
９７ 磁界制御手段
１００ 画像形成装置
ＤＡ 現像領域
Ｓ 他の媒体
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３９】
【特許文献１】特開２００３−０７６０７９号公報
【特許文献２】特開２００６−２５１４４０号公報
【特許文献３】特許第３１２７５９４号公報
【特許文献４】特開平１１−１６７２６０号公報
【特許文献５】特開２００５−１６４７３６号公報
【特許文献６】特許第４４７１３４１号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置であって、担持した現像剤中のトナーを像担持体に供給して像担持体の現像を行う現像剤担持体を有する現像装置を具備した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを含む現像剤を用いて像担持体を現像する現像装置を備えた、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置が知られている（たとえば、〔特許文献１〕〜〔特許文献６〕参照）。
【０００３】
かかる現像装置は、一般に、像担持体をトナーで現像するために、トナーを帯電させる等の目的で、現像剤を攪拌するように構成されている。しかし、現像剤を攪拌すると、トナーが劣化する。トナーが劣化すると、非画像部にトナーが付着する地汚れ、トナー飛散などの不具合が発生することが知られている。このような不具合が発生するのは、トナーは、劣化すると、本来の帯電極性と逆の極性に帯電するためと考えられている。
【０００４】
そこで、従来においては、トナーの劣化が生じたときにトナーを吐き出して新規トナーを供給することでトナーによる現像性能を維持する技術（たとえば、〔特許文献１〕参照）、現像剤の攪拌によるトナーに対するストレスを軽減することでトナーの劣化を抑制し現像性能を維持する技術（たとえば、〔特許文献２〕参照）が提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前者の技術では、トナーを吐き出すことによって、画像形成に実際に使用されるトナーの割合いわゆるトナーイールドを下げてしまうこととなり、ランニングコストや環境に影響を与えることとなる。そうすると、後者の技術のように、トナーに対するストレスを軽減することでトナーの劣化を抑制し現像性能を維持することが好ましい。
【０００６】
一方、発明者の鋭意研究の成果により、トナーに対するストレスは、現像剤を担持する現像剤担持体が像担持体に対向し、像担持体にトナーが供給され現像が行われる現像領域において、最も大きいことが分った。そうすると、かかる後者の技術では、トナーに対するストレスの軽減が十分とはいえない。
【０００７】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置であって、現像剤担持体と像担持体とが対向した現像領域におけるトナーのストレスの軽減を図った現像装置を具備した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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、担持した現像剤中のトナーを像担持体に対向した現像領域において像担持体に供給するための磁界を形成する磁界形成手段を備えた現像剤担持体と、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことが不要の非現像時における、前記磁界形成手段によって前記現像領域に形成される磁界の強さを、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことを要する現像時における同磁界の強さよりも弱まるように制御する磁界制御手段とを有する現像装置を具備した画像形成装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、担持した現像剤中のトナーを像担持体に対向した現像領域において像担持体に供給するための磁界を形成する磁界形成手段を備えた現像剤担持体と、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことが不要の非現像時における、前記磁界形成手段によって前記現像領域に形成される磁界の強さを、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことを要する現像時における同磁界の強さよりも弱まるように制御する磁界制御手段とを有する現像装置を具備した画像形成装置にあるので、現像領域におけるトナーのストレスの軽減およびかかるストレスによるトナーの劣化さらにはこの劣化に起因するたとえば地汚れやトナー飛散等の不具合の防止を図った画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の一実施例の概略正面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に備えられた複数の像担持体のうち１つの像担持体の周りに配設された現像装置等の構成を示す概略正面図である。
【図３】図２に示した現像装置に備えられた磁界形成手段及びこれを駆動する磁界駆動手段の概略斜視図である。
【図４】図２に示した磁界形成手段によって形成される磁界の、現像領域における強さが、現像時と非現像時とで変化することを示した概念図である。
【図５】図２に示した現像装置に採用されている構成によりトナーの劣化が抑制されることを説明するための概念図である。
【図６】図２に示した現像装置により現像剤を撹拌することでトナーの状態が良好になることを説明するための概念図斜視図である。
【図７】図６によってトナーの状態が良好になることが説明される根拠を説明するための概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置１００は、カラー画像を形成可能であるカラーレーザプリンタであるが、他のタイプのプリンタ、ファクシミリ、複写機、複写機とプリンタとの複合機等、他の画像形成装置であっても良い。画像形成装置１００は、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なう。画像形成装置１００は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをも記録材であるシート状の記録媒体として画像形成を行なうことが可能である。
【００１２】
画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に色分解された色にそれぞれ対応する像としての画像を形成可能な像担持体としての感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫを並設したタンデム構造を採用している。感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫは、画像形成装置１００の本体９９の内部のほぼ中央部に配設された無端のベルトである中間転写体としての記録材搬送部材である転写ベルト１１の外周面側すなわち作像面側に位置している。感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫがそうであるように、以下、符号の末尾にＹ、Ｃ、Ｍ、ＢＫが付されたものはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの単色トナー画像の画像形成を行うための構成であることを示すこととする。
【００１３】
中間転写ベルトとしての転写ベルト１１は、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに対峙しながら反時計方向である矢印Ａ１方向に移動可能となっており、表面移動部材として機能する。各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに形成された可視像である単色トナー画像すなわちトナー像は、矢印Ａ１方向に移動する転写ベルト１１に対しそれぞれ重畳転写されて合成カラー画像とされ、その後、記録媒体としての転写紙Ｓに一括転写されるようになっている。転写ベルト１１は、その下側の部分が各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに対向しており、この対向した部分が、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫ上のトナー像を転写ベルト１１に一旦転写する１次転写部９８を形成している。
【００１４】
転写ベルト１１に対する重畳転写は、転写ベルト１１がＡ１方向に移動する過程において、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに形成されたトナー像が、転写ベルト１１の同じ位置に重ねて転写されるよう、転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫに対向する位置に配設された中間転写ベルト転写手段としての１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫによる電圧印加によって、Ａ１方向上流側から下流側に向けてタイミングをずらして行われる。
【００１５】
各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫは、Ａ１方向の上流側からこの順で並んでいる。各感光体ドラム感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫはそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの画像を形成するための、トナー像形成部たる画像形成ユニットである画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫに備えられている。このように、画像形成装置１００は、タンデム型のカラー画像形成装置となっている。
【００１６】
画像形成装置１００は、４つの画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫと、各感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫの上方に対向して配設され、転写ベルト１１を備えたユニットとしての転写ベルトユニット１０と、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１に従動し、連れ回りする転写部材としての紙転写手段である２次転写ローラ５と、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫの下方に対向して配設された画像書込手段としての書込ユニットである露光装置たる光走査装置８とを有している。
【００１７】
画像形成装置１００はまた、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫと転写ベルト１１との間に向けて搬送される転写紙Ｓを積載した給紙ユニットとしての給紙部であるシート給送装置６１と、シート給送装置６１から搬送されてきた記録紙Ｓを、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫによるトナー像の形成タイミングに合わせた所定のタイミングで、転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間の２次転写ニップに向けて繰り出すレジストローラ対４と、転写紙Ｓの先端がレジストローラ対４に到達したことを検知する図示しないセンサとを有している。
【００１８】
画像形成装置１００はまた、トナー像を転写された転写紙Ｓに同トナー像を定着させるためのベルト定着方式の定着ユニットとしての定着手段である定着装置６と、定着済みの転写紙Ｓを本体９９の外部に排出する排紙ローラ７と、転写ベルトユニット１０の上方に配設され、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のＮＥＷトナーすなわち新規トナーを充填された、本体９９に着脱される着脱部材としてのトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫと、本体９９の上側に配設され排出ローラ７により本体９９の外部に排出された転写紙Ｓを積載する排紙収納部としての排紙トレイ１７と、廃トナー等の不要物を収容する廃トナー収容容器としての廃トナータンク３８とを有している。
【００１９】
画像形成装置１００はまた、シート給送装置６１から送り出された転写紙Ｓがレジストローラ対４、２次転写ニップ、定着装置６、排紙ローラ７を経て排紙トレイ１７に至る、図中実線の矢印で示した紙搬送経路と、トナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫ内のトナーを画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫのそれぞれに備えられた、現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫに供給する図示しないトナー補給装置としてのトナー供給機構と、形成すべき画像を元に画像処理を行って、光走査装置８を駆動するための画像信号を生成する図示しない画像処理部と、画像形成装置１００全体の動作を制御する制御手段９７とを有している。
【００２０】
転写ベルトユニット１０は、転写ベルト１１の他に、１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２ＢＫと、転写ベルト１１を巻き掛けられた、駆動部材である駆動ローラ７２と、転写入口ローラ７３と、クリーニング対向ローラ７４と、クリーニング対向ローラ７４を転写ベルト１１の張力を増加する方向に付勢する付勢手段としてのばね７５とを有している。
【００２１】
転写ベルトユニット１０はまた、本体９９に着脱自在に支持され、駆動ローラ７２、転写入口ローラ７３、クリーニング対向ローラ７４、ばね７５等を保持し、転写ベルトユニット１０の筐体をなす中間転写ベルトケース１４と、中間転写ベルトケース１４と一体をなし、転写ベルト１１に対向して配設され転写ベルト１１上をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置としてのクリーニング装置１３とを有している。
【００２２】
クリーニング対向ローラ７４は、ばね７５の作用により、転写ベルト１１に、転写に適した所定の張力を与える加圧部材としてのテンションローラたる機能を有している。
クリーニング装置１３は、詳細な図示を省略するが、転写ベルト１１に対向し当接するように配設されたクリーニングブラシとクリーニングブレードとを有しており、転写ベルト１１上の未転写トナーとしての転写残トナーである残留トナー等の異物をクリーニングブラシとクリーニングブレードとにより掻き取り、除去して、転写ベルト１１をクリーニングするようになっている。このクリーニングにより生じた廃トナー等の不要物は、図示しない廃トナー搬送経路を経て廃トナータンク３８に収納されるようになっている。かかる異物には、プロセスコントロール用のパターン像を構成するトナーを含む。
【００２３】
クリーニング装置１３は、同図に示した位置に限らず、Ａ１方向において駆動ローラ７２より下流側且つ画像ステーション６０Ｙより上流側の位置であればどの位置に配設しても良い。クリーニング装置１３は後述するクリーニング装置４０Ｙと同様の構成としても良い。
【００２４】
転写ベルトユニット１０は本体９９に対して着脱自在に構成され、画像形成装置１００の図示しない筐体を構成している、同図紙面手前側に位置するカバーを開き、転写ベルトユニット１０を同図における紙面奥側から紙面手前側にスライドさせることで、本体９９から取り外すことが可能となっている。転写ベルトユニット１０を本体９９に装着するときはかかる取り外しの作業と逆の作業を行う。
【００２５】
シート給送装置６１は、本体９９の下部に配設されており、多数枚の転写紙Ｓを積載可能な２段の給紙カセット６１ａと、各給紙カセット６１ａに積載された転写紙Ｓのうち最上位の転写紙Ｓの上面に当接する給紙ローラとしての給送ローラ３とを有しており、何れかの給送ローラ３が反時計回り方向に回転駆動されることにより、給紙カセット６１ａに積載されている転写紙Ｓのうち最上位の転写紙Ｓをレジストローラ対４に向けて給送するようになっている。シート給送装置６１を除く画像形成装置１００の各構成は画像形成部を構成している。
【００２６】
各給紙カセット６１ａは、最大でＡ４縦サイズの転写紙Ｓを積載可能となっている。また、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫは、線速２００ｍｍ／ｓで回転駆動される。また、レジストローラ対４は、これを経た転写紙Ｓの後端と先端との間である紙間が２００ｍｍとなるように回転駆動される。このため、画像形成装置１００は、Ａ４−３０枚機となっている。
【００２７】
定着装置６は、ベルトユニット６２と、ベルトユニット６２に圧接された加圧ローラ６３とを有している。ベルトユニット６２は、無端状の定着ベルト６４と、定着ベルト６４を張架しながら無端移動させる定着ローラ６５と、定着ローラ６５とともに定着ベルト６４を巻き掛け内部に図示しない熱源を有する加熱ローラ６６とを有している
【００２８】
定着装置６は、トナー像を担持した転写紙をベルトユニット６２と加圧ローラ６３との圧接部である定着部に挟み込む態様で通すことで、熱と圧力との作用により、担持したトナー像を転写紙の表面に定着するようになっている。
【００２９】
トナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫ内のイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の新トナーは、トナー供給機構により、所定の補給量だけ、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫにそれぞれ備えられた現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫに補給される。トナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫは、内部のトナーがなくなると交換される消耗品であり、トナーがなくなったとき等に本体９９に脱着され、交換される。
【００３０】
以下、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫについて説明するが、画像形成装置１００において、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫは互いに略同様の構成となっているため、適宜、符号の末尾のＹ、Ｃ、Ｍ、ＢＫは省略する。また、以下の説明において、画像ステーション６０Ｙ、６０Ｃ、６０Ｍ、６０ＢＫに限らず、Ｙ、Ｃ、Ｍ、ＢＫの区別をとくに行う必要がない場合も同様に、符号の末尾のＹ、Ｃ、Ｍ、ＢＫを省略する。
【００３１】
図２に示すように、画像ステーション６０は、感光体ドラム２０の周囲に、図中時計方向であるその回転方向Ｂ１に沿って、１次転写ローラ１２と、クリーニング手段としてのクリーニング装置４０と、潤滑性物質供給手段としての潤滑剤塗布装置である潤滑性物質供給装置８０と、感光体ドラム２０上の残留電荷を除去して除電する図示しない除電手段としての除電装置と、帯電手段である帯電ユニットとしての帯電装置３０と、現像手段としての現像ユニットである現像装置５０とを有している。
【００３２】
感光体ドラム２０と、クリーニング装置４０と、潤滑性物質供給装置８０と、除電装置と、帯電装置３０と、現像装置５０とは一体化されており、プロセスカートリッジ９５を構成している。プロセスカートリッジ９５は本体９９に固定された図示しないガイドレールに沿って本体９９に対して、単独で、引き出し自在であるとともに、本体９９に押し込むことが可能であり、本体９９に対して着脱自在に設置されている。
【００３３】
プロセスカートリッジ９５は、本体９９に押し込むと、画像形成に適した所定の位置に装填され、位置決めされるようになっている。このようにプロセスカートリッジ化することは、サービスマンやユーザが着脱・交換部品として取り扱うことができるため、メンテナンス性が著しく向上し、大変好ましい。
【００３４】
プロセスカートリッジ９５は、感光体ドラム２０と、クリーニング装置４０と、潤滑性物質供給装置８０と、除電装置と、帯電装置３０と、現像装置５０とのうち、少なくとも感光体ドラム２０と現像装置５０とが、一体化されることによって構成され、本体９９に着脱自在に設置されるユニットである。プロセスカートリッジ９５は、本体９９から取り出した状態で、これを構成する感光体ドラム２０、クリーニング装置４０、その他潤滑性物質供給装置８０、除電装置、帯電装置３０、現像装置５０等が、それぞれ単独で新品と交換可能となっている。このことも、上述と同様にメンテナンス性を向上している。排トナータンク３８も、各プロセスカートリッジ９５のそれぞれに設けることが可能であり、この場合はこれも単独でプロセスカートリッジ９５に対して着脱・交換が可能であるとさらにメンテナンス性が向上する。
【００３５】
帯電装置３０は、感光体ドラム２０の表面に当接して従動回転する帯電ローラ３１と、帯電ローラ３１に当接し従動回転する帯電ローラクリーナとしてのクリーニングローラ３２とを有している。帯電ローラ３１には、直流に交流成分のバイアスを重畳印加する図示しない電圧印加手段が接続されており、感光体ドラム２０と対向する帯電領域において、感光体ドラム２０の表面を所定の極性に帯電するようになっている。
【００３６】
クリーニングローラ３２は帯電ローラ３１に従動回転することで帯電ローラ３１をクリーニングするようになっている。
このように、本形態では、接触ローラを用いた帯電システムを採用しているが、帯電システムは、近接ローラを用いたものであっても良いし、コロトロン方式を採用したものであっても良い。
【００３７】
１次転写ローラ１２には、図示しない電源を備えたバイアス印加手段とバイアス制御手段とによって１次転写に適した所定の電圧が印加されるようになっている。１次転写ローラ１２は、転写ベルト１１の外周面を感光体ドラム２０に弱圧接させている。
【００３８】
１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍは図示しない揺動機構によって感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍに接離する向きに一体で揺動されるようになっている。揺動機構は、カラー画像を形成するカラー画像形成時には１次転写ローラ１２ＢＫとともに１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍを転写ベルト１１に当接させた状態とする。揺動機構はまた、非カラー画像形成時すなわちモノクロ画像を形成するモノクロ画像形成時には１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍを感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍから離間する向きに揺動させ転写ベルト１１から離間させた状態とし１次転写ローラ１２ＢＫのみが転写ベルト１１に当接した状態を形成するとともに、転写ベルト１１が感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍから離間した状態を形成するようになっている。
【００３９】
図１に示した光走査装置８は、画像処理部によって各色の画像を形成するための画像形成用の画像信号に変換され、送信された各色信号に基づいて駆動される。図２に示すように、光走査装置８は、感光体ドラム２０における帯電領域と図４に示して後述する現像領域ＤＡとの間の領域に、かかる各色信号に対応した、画像情報に応じて光変調されたレーザー光Ｌを照射して帯電ローラ３１により帯電された後の感光体ドラム２０の表面を露光し、現像装置５０によって各色のトナー像として可視像化される静電潜像を光学的に形成するようになっている。
【００４０】
クリーニング装置４０は、感光体ドラム２０に対向する部分に開口部を有するクリーニングケース４３と、感光体ドラム２０に当接し感光体ドラム２０上の未転写トナーとしての転写残トナーである残留トナー、キャリア、紙粉等の不要な付着物すなわち不要物を掻き落としてクリーニングするためのブレードとしてのクリーニング部材であるクリーニングブレード４１とを有している。
【００４１】
クリーニング装置４０はまた、クリーニングケース４３に回転自在に支持され、クリーニングブレード４１によって掻き取られ、また除去されることによって生じた廃トナー等の不要物を廃トナータンク３８に向けて搬送するための図示しない廃トナー搬送経路の一部を構成する排出スクリュ４２と、クリーニングブレード４１を支持した支持部材としてのブレードホルダ４４とを有している。
クリーニング装置４０は上述したクリーニング装置１３と同様の構成としても良い。
【００４２】
潤滑性物質供給装置８０は、感光体ドラム２０の表面に対向する側のみ開口したケース８１と、ケース８１内に収容されバー状に成形された固形潤滑剤である潤滑剤としての潤滑性物質８２と、潤滑性物質８２及び感光体ドラム２０の両方に接触して潤滑性物質８２を感光体ドラム２０に塗布して供給するための塗布部材としてのファーブラシであるブラシローラ８３と、潤滑性物質８２をブラシローラ８３に押圧する弾性部材としての加圧バネであるバネ８４とを有している。
【００４３】
潤滑性物質供給装置８０はまた、Ｂ１方向においてブラシローラ８３の当接位置より下流側且つ帯電領域より上流側で感光体ドラム２０にその先端部が当接した塗布ブレード８６と、塗布ブレード８６をケース８１に対して支持した塗布ブレードホルダ８７とを有している。
【００４４】
このような構成の潤滑性物質供給装置８０は、ブラシローラ８３をその軸を中心に回転させて潤滑性物質８２を掻き削って一旦汲み上げ、掻き削った粉末状の潤滑性物質８２を感光体ドラム２０表面との当接位置まで担持搬送して感光体ドラム２０に塗布して供給し、感光体ドラム２０に供給された潤滑性物質８２は塗布ブレード８６によって感光体ドラム２０表面上で均され均一な厚さとされるようになっている。
【００４５】
経時で潤滑性物質８２がブラシローラ８３に掻き削られて減少しても、バネ８４が所定の圧力で潤滑性物質８２をブラシローラ８３に押圧しているので、潤滑性物質８２は微量となっても常に均一にブラシローラ８３に汲み上げられ、潤滑性物質８２は完全に消費されるまでブラシローラ８３に接触する。
【００４６】
潤滑性物質８２によって感光体ドラム２０表面に形成される皮膜は、近接放電による感光体ドラム２０表面の劣化を防止する機能を有しており、潤滑性物質供給装置８０は放電劣化防止手段として機能するものである。ここでいう劣化とは、放電による感光体ドラム２０の磨耗及びこの磨耗の加速、ならびに感光体ドラム２０表面の活性化の両方を指している。
【００４７】
また、かかる皮膜は、感光体ドラム２０とクリーニングブレード４１とが互いに摩擦しあうことによって生じる磨耗等の劣化も防止し、潤滑性物質供給装置８０は摩擦劣化防止手段として機能するものである。
このように、潤滑性物質供給装置８０は、潤滑性物質８２を感光体ドラム２０表面に塗布することにより、これら劣化のすべてを解消している。
【００４８】
かかる機能を良好に果たすために、潤滑性物質８２としては、例えば、オレイン酸鉛、オレイン酸亜鉛、オレイン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、リノレン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩類や、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロクロルエチレン、ジクロロジフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−オキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素系樹脂が挙げられるが、特に感光体ドラム２０の摩擦係数を低減する効果の大きいステアリン酸金属塩、さらにはステアリン酸亜鉛が一層好ましい。
【００４９】
現像装置５０は、感光体ドラム２０に対向する部分に開口部を有する現像ケース５５と、かかる開口部から感光体ドラム２０に臨むよう感光体ドラム２０に近接対向して配設された現像剤担持体としての現像ローラ５１と、現像ローラ５１上の現像剤を一定の高さに規制する規制部材としてのドクタである現像ブレード５２とを有している。
【００５０】
現像装置５０はまた、現像ケース５５の下部に互いに対向するように配設され、互いに逆方向に回転駆動されることで現像剤を攪拌するとともに現像ローラ５１に現像剤を供給するための現像剤供給部材としての供給・撹拌スクリュである第１搬送スクリュ５３及び第２攪拌スクリュ５４と、第１搬送スクリュ５３と第２搬送スクリュ５４との間に設けられた仕切り壁５７と、仕切り壁５７によって仕切られ第１搬送スクリュ５３、第２搬送スクリュ５４をそれぞれ収容した第１収容室５８、第２収容室５９とを有している。
【００５１】
現像装置５０はまた、トナー供給機構によりトナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫ内の新規トナーを供給され一時的に蓄えるトナーホッパー３９と、第１収容室５８の底部に備えられ現像剤中のトナー濃度を測定するトナー濃度検知手段としてのＴセンサであるトナー濃度検知センサ５６と、直流成分の現像バイアスを印加する図示しないバイアス印加手段と、第１搬送スクリュ５３と第２搬送スクリュ５４とを互いに逆方向に回転駆動する搬送駆動手段としての現像剤供給駆動手段であるモータ８９とを有している。
【００５２】
現像装置５０はまた、図４に示して次に述べる、現像ローラ５１を構成したマグネットローラ５１ａを回転駆動する第１の駆動手段としてのステッピングモータである図３に示すモータ８５と、図４に示して次に述べる、現像ローラ５１を構成した現像スリーブ５１ｂを回転駆動する第２の駆動手段としての現像駆動手段である現像剤担持体駆動手段たるモータ８８とを有している。
【００５３】
図４に示すように、現像ローラ５１は、その内部に配設された磁界発生手段としてのマグネットローラ５１ａと、マグネットローラ５１ａを内包し、現像駆動手段により図中反時計方向であるＣ１方向に駆動される非磁性の現像スリーブ５１ｂとを有している。
【００５４】
マグネットローラ５１ａは、複数の磁極を着磁されている。これら複数の磁極は、現像ローラ５１具体的には現像スリーブ５１ｂに現像剤を担持させるための磁界を形成するとともに、現像スリーブ５１ｂに担持した現像剤中のトナーを、現像ローラ５１具体的には現像スリーブ５１ｂが感光体ドラム２０に対向した現像領域ＤＡにおいて感光体ドラム２０に供給するための磁界を形成するためのものである。
【００５５】
図２、４において、一点鎖線は、かかる複数の磁極によって形成された磁力分布を示している。各磁極によって形成される磁界により、現像スリーブ５１ｂの表面上の現像剤は、磁気穂状となる。なお、図２において、破線で示した各円は、次に述べる磁界の強さ、磁力分布の理解の容易のために、マグネットローラ５１ａの中心からの距離を示したものである。
【００５６】
図４において一点鎖線で示されている磁力分布は、複数の磁極によって形成された、マグネットローラ５１ａの法線方向すなわちマグネットローラ５１ａまたは現像スリーブ５１ｂの周面に垂直な方向における磁束密度を示している。よって、マグネットローラ５１ａまたは現像スリーブ５１ｂの周面から一点鎖線までの高さが、複数の磁極によって形成された磁界の法線成分の大きさとなっている。
【００５７】
かかる磁力分布において、かかる磁界の法線成分の大きさが最大となっている部分は、複数の磁極のうち最も強い磁力を持った主磁極によって形成されている。主磁極によって形成されている磁界は、現像領域ＤＡにおいて、現像スリーブ５１ｂに担持され穂立ちした現像剤に含まれているトナーを感光体ドラム２０に供給するための現像磁界となっている。この点、主磁極は、現像磁極となっている。
【００５８】
また、かかる法線方向に直交する接線方向すなわちマグネットローラ５１ａまたは現像スリーブ５１ｂの周面に沿ったＣ１方向に平行な方向おけるかかる磁界の成分は、かかる磁界の接線成分となっている。
【００５９】
マグネットローラ５１ａは、図３に示すように、モータ８５に連結された軸５１ｃを備えている。マグネットローラ５１ａは、モータ８５によって回転駆動されることにより、図４（ａ）に示す第１の姿勢と、図４（ｂ）に示す第２の姿勢とのいずれかに位置決めされる。このように、マグネットローラ５１ａの姿勢言い換えると位相あるいは角度が変更されることで、現像ローラ５１具体的には現像スリーブ５１ｂ上の磁力分布の位相言い換えると角度が変更される。
【００６０】
モータ８５は、現像ケース５５の背面側に設けられている。モータ８５は正逆回転可能であり、制御手段９７によって動作を制御されるようになっている。制御手段９７は、現像ローラ５１によって感光体ドラム２０の現像を行うことを要する現像時にマグネットローラ５１ａを第１の姿勢に位置決めし、現像ローラ５１によって感光体ドラム２０の現像を行うことが不要の非現像時にマグネットローラ５１ａを第２の姿勢に位置決めするように、モータ８５の駆動を制御する。この非現像時の詳細については後述する。
【００６１】
マグネットローラ５１ａがこのようにして第１の姿勢と第２の姿勢とのいずれかに位置決めされることにより、マグネットローラ５１ａによって現像領域ＤＡに形成される磁界の強さが、現像時と非現像時とで変化する。
【００６２】
図４（ａ）に示されているように、現像時において、現像磁界の法線成分の大きさは、マグネットローラ５１ａの中心から感光体ドラム２０の中心に向けた部分において極大となっている。
【００６３】
具体的には、図４から明らかなように、モードＡの現像時において現像領域ＤＡに形成される磁界の強さは、モードＢの非現像時において現像領域ＤＡに形成される磁界の強さよりも強い。
また、現像時において現像領域ＤＡに形成される磁界の法線成分は接線成分以上となり、非現像時において現像領域ＤＡに形成される磁界の法線成分は接線成分より小さくなるようになっている。
【００６４】
よって、現像時において、主磁極によって形成された磁気穂は、感光体ドラム２０に向いて穂立ちしており、磁気穂を構成しているキャリア及びトナーを感光体ドラム２０に接触させる。また、非現像時において、主磁極によって形成された磁気穂は、感光体ドラム２０に対して寝た状態となり、磁気穂を構成しているキャリア及びトナーが感光体ドラム２０に接触しにくくなる。
【００６５】
そのため、非現像時に感光体ドラム２０に接触するキャリアの個数は、現像時に感光体ドラム２０に接触するキャリアの個数よりも少ない。非現像時にはなるべく感光体ドラム２０に接触する現像剤量を減らしたいため、非現像時に感光体ドラム２０に接触するキャリアの個数は、理想的には０個である。これにより、感光体ドラム２０の劣化、たとえば感光体フィルミングが低減される。
【００６６】
モータ８５は、マグネットローラ５１ａを回転駆動することによって現像領域ＤＡに形成される磁界の強さを変化させる磁界駆動手段として機能する。モータ８５は、マグネットローラ５１ａの姿勢を、第１の姿勢、第２の姿勢の一方から他方へ瞬時に切り換え可能である。
制御手段９７は、モータ８５を駆動してマグネットローラ５１ａを回転させることにより、現像領域ＤＡに形成される磁界の強さを制御する磁界制御手段として機能する。
【００６７】
磁界制御手段として機能する制御手段９７は、マグネットローラ５１ａによって現像領域ＤＡに形成される非現像時における磁界の強さを、マグネットローラ５１ａによって現像領域ＤＡに形成される現像時における磁界の強さよりも弱まるように制御する。
【００６８】
また磁界制御手段として機能する制御手段９７は、現像領域ＤＡに形成される現像時における磁界の法線成分が接線成分以上となり、現像領域ＤＡに形成される非現像時における磁界の法線成分が接線成分より小さくなるように、マグネットローラ５１ａによって形成される磁界の強さを制御する。
【００６９】
現像スリーブ５１ｂは、現像ケース５５及びマグネットローラ５１ａに回転自在に支持されている。現像スリーブ５１ｂは、バイアス印加手段により感光体ドラム２０との間に適当な大きさの現像バイアスを印加される。現像スリーブ５１ｂの周面には、その幅方向に沿って図示しない凹凸が形成されている。現像領域ＤＡにおける現像スリーブ５１ｂと感光体ドラム２０とのギャップすなわち現像ギャップは、０．３±０．０５ｍｍとなるように設定されている。
【００７０】
モータ８８による現像スリーブ５１ｂの回転駆動言い換えると現像スリーブ５１ｂの表面である周面の移動は、現像時に行われ、非現像時に停止される。よって、現像剤は、現像ローラ５１に担持されても、Ｃ１方向に搬送されることで現像領域ＤＡに至ることはない。モータ８８のこの駆動は、制御手段９７によって制御される。この点、制御手段９７は、現像剤担持搬送制御手段として機能する。
【００７１】
現像剤は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤である。
キャリアは、芯材と、芯材表面に形成された樹脂被覆層とを有している。樹脂被覆層の層中には、基体粒子表面に二酸化スズ層と二酸化スズ層上に設けた二酸化スズを含む酸化インジウム層とからなる導電性被覆層を設けてなる導電性粒子が含有されている。
【００７２】
導電性粒子は、その吸油量が１０〜３００ｍｌ／１００ｇになるように形成されている。
なお、導電性粒子の吸油量は、ＪＩＳ−Ｋ５１０１「顔料試験方法」における「２１吸油量」に準じて測定したものである。
【００７３】
導電性粒子の基体粒子としては、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、二酸化ケイ素、硫化バリウム、酸化ジルコニウムのうち少なくとも１種類を用いることが可能である。導電性粒子の粉体比抵抗は、２００Ω・ｃｍ以下になるように形成されている。
樹脂被覆層の層中には、導電性粒子の他に、非導電性粒子が含有されている。
【００７４】
キャリアの体積固有抵抗は、１０〜１６Ｌｏｇ（Ω・ｃｍ）の範囲になるように形成されている。
キャリアは、基体粒子の表面に、二酸化スズ層、二酸化スズを含む酸化インジウム層を順次形成しているために、導電層が粒子表面に均一かつ強固に固定される。
【００７５】
樹脂被覆層中に含有された導電性粒子の吸油量が、１０ｍｌ／１００ｇ未満の場合には、被覆樹脂に対する相溶性が不充分になって密着性が低下して、分散性も低下するために、長期にわたりキャリアの抵抗調整をおこなうことができなくなるおそれがあり、３００ｍｌ／１００ｇを超える場合には、結着樹脂との密着性が強くなり過ぎて、導電性粒子表面を覆ってしまうために、抵抗調整を充分におこなうことができなくなってしまうおそれがあるが、本形態において、樹脂被覆層中に含有された導電性粒子は、その吸油量が１０〜３００ｍｌ／１００ｇになるように形成されているため、このようなことが防止される。
【００７６】
このように構成されたキャリアは、抵抗調整剤としてカーボンブラック等を含有させることなく経時においても安定的に抵抗調整がされて、キャリア付着等を防止するとともに経時においてトナー帯電量を安定させる。
【００７７】
キャリアの重量平均粒径は、２０〜６５μｍの範囲にすることが好ましく、本形態では３５μｍになるように形成されている。キャリアの重量平均粒径が２０〜６５μｍの範囲にすることが好ましいのは、２０μｍよりも小さいときには、キャリアの１個当たりに作用する磁力が小さくなるためにキャリア付着が生じてしまい、また、６５μｍよりも大きいときには、トナーが付着すべき潜像に対してトナーが忠実に付着しにくくなるために、出力画像の粒状性が低下してしまうからである。
【００７８】
トナーは、正規の帯電極性がマイナスである。よって、トナーは、キャリアとともに撹拌されると、本来的には、マイナスに帯電するようになっている。ただし、後述するように、劣化した場合などには、逆の極性であるプラスに帯電することがある。
【００７９】
現像剤中のトナー濃度は、トナー濃度検知センサ５６による検知に基づき、４〜１２重量％の範囲内で制御される。現像によるトナーの消費に伴ってトナー濃度が低下し、トナー濃度検知センサ５６が、トナー濃度が４％を下回ったことを検知したときに、トナーホッパー３９から第２収容室５９に所定量のトナーが補給されるものである。
【００８０】
第１搬送スクリュ５３、第２搬送スクリュ５４は、現像ローラ５１の幅方向言い換えると現像ローラ５１の長手方向である図２における紙面に垂直な方向に延在するように配設されている。
【００８１】
第１搬送スクリュ５３は、搬送駆動手段によって回転駆動されることで、第１収容室５８内の現像剤を図２における紙面奥側から手前側へと搬送しながら現像ローラ５１に供給する。この点、第１搬送スクリュ５３は現像剤供給部材としての現像剤供給スクリュとして機能する。第１搬送スクリュ５３によって第１収容室５８内の端部付近まで搬送された現像剤は、仕切り壁５７に形成された図示しない開口部を通って第２収容室５９内に進入する。
【００８２】
第２収容室５９内において、第２搬送スクリュ５４は、搬送駆動手段によって回転駆動されることで第１収容室５８から送られてくる現像剤を第１搬送スクリュ５３とは逆方向に搬送する。このとき、トナーホッパー３９からトナーが補給された場合には、補給されたトナーを現像剤中に攪拌混合しながら搬送を行う。第２搬送スクリュ５４によって第２収容室５９の端部付近まで搬送された現像剤は、仕切り壁５７に設けられたもう一方の図示しない開口部を通って第１収容室５８内に戻る。
【００８３】
よって、現像剤は、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって、第１収容室５８及び第２収容室５９内を循環し、トナーホッパー３９から供給されたトナーは、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって、現像剤と攪拌搬送されながら攪拌混合され、摩擦帯電され、現像ローラ５１に供給され担持される。
【００８４】
現像ブレード５２は、ＳＵＳ材料で形成されている。現像スリーブ５１ｂと現像ブレード５２とのギャップすなわちドクターギャップは、０．５±０．０４ｍｍとなるように設定されている。現像ブレード５２は、第１搬送スクリュ５３によって現像スリーブ５１ｂに供給されて担持され、周面に凹凸を有する現像スリーブ５１ｂの回転により搬送されている現像剤の量を一定量に規制する。具体的には、現像ブレード５２は、現像時において、現像領域ＤＡにおける現像スリーブ５１ｂ周面の単位面積当たりの現像剤量を４５ｍｇ／ｃｍ２となるように規制する。
【００８５】
現像ブレード５２は、非現像時において、マグネットローラ５１ａの、磁界が極小となっている部分にその先端が対向するようになっている。よって、非現像時に、現像剤は、現像スリーブ５１ｂの回転が停止すること及びマグネットローラ５１ａが第２の姿勢とされていることと相俟って、ドクターギャップを通過することがない。後述のようにかりに現像スリーブ５１ｂが回転するとしても、現像スリーブ５１ｂに担持された現像剤の大部分はドクターギャップにおいて現像ブレード５２によって現像スリーブ５１ｂから掻き落とされ、かりに現像領域ＤＡに至っても、マグネットローラ５１ａが第２の姿勢とされていることにより、現像スリーブ５１ｂ周面の単位面積当たりの現像剤量は４５ｍｇ／ｃｍ２よりも大きく低下するようになっている。
【００８６】
なお、その他、マグネットローラ５１ａの、磁界が極小となっている部分としては、図４に示すように、剤離れ位置ＳＡがある。剤離れ位置ＳＡは、Ｃ１方向において、現像領域ＤＡより下流側で、ドクターギャップよりも上流側の位置に、Ｃ１方向において比較的広い幅で形成されている。
【００８７】
現像時において、現像ブレード５２によって現像剤の担持量を規制され層厚を規制された現像ローラ５１は、現像スリーブ５１ｂの回転により、現像ブレード５２によって量を上述のように適量とされた現像剤を現像領域ＤＡに運ぶとともに、バイアス印加手段による現像バイアスにより、現像剤中の当該色のトナーを感光体ドラム２０の表面に形成された静電潜像に静電的に供給して、静電潜像を現像し、当該色のトナー像として可視像化するようになっている。
【００８８】
現像によりトナーを消費した現像剤、すなわち、キャリア及び現像に使用されなかったトナーは、現像ローラ５１の回転に伴って剤離れ位置ＳＡに至るとその自重及び現像スリーブ５１ｂの回転により、現像スリーブ５１ｂから離れて落下し、再度、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４による循環搬送を受ける。
本形態では、バイアス印加手段により直流成分の現像バイアスを印加しているが、現像バイアスは、交流成分であっても良いし、直流成分に交流成分を重畳したものであっても良い。
【００８９】
このように、現像装置５０においては、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって攪拌搬送された現像剤は、マグネットローラ５１ａの磁力により汲み上げられて現像スリーブ５１ｂに担持され、現像時においては感光体ドラム２０と対向する現像領域ＤＡまで搬送され、感光体ドラム２０上の潜像にトナーが供給されて現像すなわち可視像化が行われ、トナーによる可視化像が形成される。現像後のトナーを消費した現像剤は、現像スリーブ５１ｂ表面から第１収容室５８内に解放され、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４に戻されて第１収容室５８、第２収容室５９内の現像剤と攪拌され、再び現像スリーブ５１ｂ表面に汲み上げられるというサイクルを繰り返す。
【００９０】
現像装置５０は、非カラー画像形成時であるモノクロ画像形成時及びカラー画像形成時に動作してモノクロ現像を行うモノクロ現像装置である現像装置５０ＢＫと、カラー画像形成時に動作してイエロー、シアン、マゼンタの各色によるカラー現像を行うカラー現像装置である現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍとを含んでいる。モノクロ画像形成時には複数の現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫのうちモノクロ現像装置である現像装置５０ＢＫのみが現像時となって現像装置５０ＢＫによって感光体ドラム２０ＢＫの現像が行われ、他の現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍは非現像時となって感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍの現像を停止した状態とされる。
【００９１】
第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４による現像剤の撹拌動作及びこれに付随して行われる第１搬送スクリュ５３による現像剤の現像ローラ５１への供給動作は、非現像時にも行われる。言い換えると、モータ８９は、非現像時にも駆動される。ただし、現像剤は、第１搬送スクリュ５３によって現像ローラ５１に供給されても、現像領域ＤＡに至ることはない。モータ８９のこの駆動は、制御手段９７によって制御される。この点、制御手段９７は、現像剤撹拌制御手段、現像剤供給制御手段として機能する。
【００９２】
以上のような構成の各画像ステーション６０において、感光体ドラム２０は、プリント命令をトリガーに開始するＢ１方向への回転に伴い、帯電ローラ３１により表面を一様に帯電され、入力されたカラー画像データに対応して光変調された光走査装置８からのレーザー光Ｌの露光走査により各色に対応した静電潜像を形成され、この静電潜像を現像装置５０により当該色のトナーにより現像され、当該色のトナー像が得られる。このトナー像と逆極性の転写電圧が１次転写ローラ１２により印加され転写電界が形成されるとともに、同１次転写ローラ１２により転写ベルト１１を弱圧接することで１次転写ニップが形成され、これら転写電界と圧接力の作用によって、当該色のトナー像がＡ１方向に移動する転写ベルト１１に１次転写される。転写ベルト１１は、転写後に残留したトナーを含む不要物を後述するようにクリーニング装置４０により良好に除去され、除電装置による除電、帯電ローラ３１による帯電に供される。
【００９３】
各感光体ドラム２０において同様に当該色のトナー像が形成等され、形成された各色のトナー像は、１次転写ローラ１２により、Ａ１方向に移動する転写ベルト１１上の同じ位置に順次１次転写される。カラー画像形成時には、各色のトナー像が転写ベルト１１上に重ね合わされる。転写ベルト１１上のトナー像は、転写ベルト１１のＡ１方向の回転に伴い、２次転写ローラ５との対向位置である２次転写ニップまで移動し、トナー像と逆極性の転写電圧が２次転写ローラ５に印加されて形成された転写電界により転写紙Ｓに２次転写される。
【００９４】
転写ベルト１１と２次転写ローラ５との間に搬送されてきた転写紙Ｓは、シート給送装置６１から給送ローラ３によって繰り出されてフィードされ、レジストローラ対４によって、センサによる検出信号に基づいて、転写ベルト１１上のトナー像の先端部が２次転写ローラ５に対向するタイミングで送り出されたものである。
【００９５】
転写紙Ｓは、この２次転写によってトナー像を担持すると、定着装置６に進入し、加圧ローラ６３とベルトユニット６２との間の定着部を通過する際、熱と圧力との作用によりトナー像を定着され、転写紙Ｓ上にカラー画像あるいはモノクロ画像が形成される。定着装置６を通過した定着済みの転写紙Ｓは、排紙ローラ７を経て、本体９９の上部の排紙トレイ１７上にスタックされる。一方、２次転写を終えた転写ベルト１１は、クリーニング装置１３に備えられたクリーニングブラシ及びクリーニングブレードによって掻き取られて除去されることでクリーニングされ、次の画像形成に備える。
【００９６】
このような画像形成工程において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーは、現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫにおいてそれぞれ消費されるため、消費に応じて、上述のように、トナー供給機構が、トナーボトル９Ｙ、９Ｃ、９Ｍ、９ＢＫ内のイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナーを、所定の補給量だけ、それぞれ現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫに供給し、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって撹拌混合されるようになっている。
【００９７】
なお、画像形成装置１００においては、いわゆる吐き出しモードを行わないようになっている。吐き出しモードとは、一般に、低画像面積率の画像形成が連続したときに、紙間で像担持体上に画像を形成し、記録媒体に転写することなくクリーニングすることでトナーを消費し、また現像装置に消費分の新規トナーを補給することで、現像装置内のトナーの入れ換えを促し、現像装置内のトナーの経時劣化を抑制するために行われるものである。ここで、紙間とは、像担持体上のトナーが他の媒体に転写される転写タイミングと異なるタイミングに対応しており、たとえば、像担持体の移動方向において紙間位置に対応する、あるいはトナー像の形成位置相互間の間隔に対応する像担持体上の位置を意味している。なお、他の媒体には、転写紙Ｓのような記録媒体に限らず、転写ベルト１１のような中間転写体等の像担持体も含む。
【００９８】
トナーは消費されることなく現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫ内を移動するとキャリアとの摩擦等によって次第に劣化するが、トナー消費量が多い場合にはトナーは劣化が進む前に消費されるため、トナー劣化に起因する地汚れ、トナー飛散等の不具合は生じないか問題とならない程度に抑制される。しかし、低画像面積の画像形成が継続した場合や、画像形成が行われることなく撹拌が継続された場合には、かかる不具合が生じ得る。これは、劣化により、トナーが本来の帯電極性とは逆のプラスに帯電すること、すなわち逆帯電トナーが発生すること等に起因する。
【００９９】
従来から、トナーの劣化は、画像形成装置１００の構成を借りて説明すれば、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４によって撹拌混合されるとき、あるいは、ドクターギャップに至ったときに主に生じると考えられてきた。
ところが、発明者の鋭意研究の成果として、トナーの劣化は、画像形成装置１００の構成を借りて説明すれば、現像領域ＤＡにおいて、最も進行するという知見が得られた。
【０１００】
この知見は画像形成装置１００と同様の構成の画像形成を用いた次の実験によって裏付けられる。この実験を、画像形成装置１００の構成を借りて説明する。
【０１０１】
・実験１：現像剤劣化加速条件について
図５は、本実験の実験結果を示すものであって、現像装置５０ＢＫ内のトナーの帯電量分布の経時変化を示したものである。具体的に、同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）はそれぞれ、次に述べる互いに異なる各条件によりモノクロ画像形成を行い、新規トナーを、画像形成によって消費した分補給した後、現像装置５０ＢＫを駆動した際のトナーの帯電量分布の経時変化を示している。
【０１０２】
同図（ａ）は、従来の現像装置を想定したものであり、マグネットローラ５１ａの姿勢を、第１の姿勢に維持し、現像領域ＤＡにおいて現像剤が感光体ドラム２０ＢＫに接触した状態で画像形成を行った場合を示している。
同図（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）は、本発明の一実施例に係る現像装置を想定したものであり、マグネットローラ５１ａの姿勢を、現像時に第１の姿勢とし現像領域ＤＡにおいて現像剤が感光体ドラム２０ＢＫに接触した状態で画像形成を行い、非現像時に第２の姿勢とし現像領域ＤＡにおいて現像剤が感光体ドラム２０ＢＫに接触しないようにした状態言い換えると非接触の状態で画像形成を行った場合を示している。
【０１０３】
また、同図（ａ）、（ｂ−１）に示す場合では、画像面積率０％の画像を５０００枚分連続して形成する態様で、画像形成すなわち印刷を、現像装置５０ＢＫを非現像状態として行った後、画像面積率１００％の画像を２０枚出力する態様で、現像装置５０ＢＫにおいて現像を行い、画像形成を行った。
同図（ｂ−２）、（ｂ−３）に示す場合では、画像面積率０％の画像を２００００枚分連続して形成する態様で、画像形成すなわち印刷を、現像装置５０ＢＫを非現像状態として行った後、画像面積率１００％の画像を２０枚出力する態様で、現像装置５０ＢＫにおいて現像を行い、画像形成を行った。
よって、同図（ａ）、（ｂ−１）に示す場合と、同図（ｂ−２）、（ｂ−３）に示す場合とでは、後者の場合の方が、トナーの対するストレスが大きくなるため、トナーの劣化が進行しやすく、この点において厳しい条件による画像形成を行った場合となっている。
【０１０４】
同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）に示すすべての場合で、マグネットローラ５１ａが第１の姿勢であるときは、本形態の現像装置５０と同様に、現像磁界の法線成分は接線成分以上である。
しかし、マグネットローラ５１ａが第２の姿勢であるときは、同図（ｂ−１）、（ｂ−２）に示す場合は、本形態の現像装置５０と同様に、現像磁界の法線成分は接線成分を下回っているものの、同図（ｂ−３）に示す場合は、本形態の現像装置５０と異なり、現像磁界の法線成分と接線成分とが互いに等しくなっている。
【０１０５】
帯電分布の測定は、細川ミクロン社製Ｅ−ｓｐａｒｔアナライザーを用いて行った。
同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）のそれぞれにおいて、０ｓ、３０ｓ、３００ｓ、３６０ｓ、６６０ｓ、９６０ｓはそれぞれ、新規トナーを補給してからの現像装置５０ＢＫの駆動時間すなわち撹拌時間を示している。なお、現像スリーブ５１ｂは、同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）のすべての場合において、回転させ続けている。
【０１０６】
同図（ａ）、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）の比較から次のことが分かる。
同図（ａ）と同図（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）とを比較すると、前者のほうが、新規トナー補給後しばらく撹拌したときに発生する、プラスに帯電した逆帯電トナーの量がかなり多くなっている。また、同図（ｂ−１）、（ｂ−２）の場合は、逆帯電トナーがほとんど発生せず帯電量分布の広がりも抑えられている。
【０１０７】
同図（ｂ−３）の条件が、マグネットローラ５１ａが第２の姿勢であるときの現像磁界の法線成分と接線成分とが互いに等しいというものであり、同図（ｂ−１）、（ｂ−２）の場合に比べて現像領域ＤＡに供給される現像剤量が多くなる条件であることを考慮すれば、現像剤は、現像領域ＤＡに供給されず、すなわち感光体ドラム２０に接触しなければ、長時間撹拌されても帯電量の安定性が維持されることが分かる。
【０１０８】
一方、この実験では、逆帯電トナーが発生しているとトナー飛散や地汚れが発生するのに対し、逆帯電トナーが発生していないとトナー飛散や地汚れが発生しないことも確かめた。
【０１０９】
そうすると、逆帯電トナーの発生は、トナー飛散や地汚れの原因となるトナーの劣化が発生したことを意味する。
このように、トナーの劣化が現像領域ＤＡにおいて主に生じることが確かめられた。
【０１１０】
よって、現像時と、非現像時すなわち画像面積率が０％の画像を現像するとき言い換えると非画像部とで、マグネットローラ５１ａの姿勢が第１の姿勢と第２の姿勢とで切り換えられる、言い換えると、現像ローラ５１上具体的には現像スリーブ５１ａ上の磁力分布が変化するように切り換えられる現像装置５０では、このような切り換えが行われない従来の現像装置と比べて、トナーの劣化及びこれに起因するトナー飛散や地汚れが大きく抑制されている。
【０１１１】
とくに、本形態の現像装置５０では、マグネットローラ５１ａが第２の姿勢であるときの現像磁界の法線成分が接線成分より小さく、磁気穂が感光体ドラム２０に対して寝た状態となるため、トナーの劣化抑制が高度に行われ、トナー飛散や地汚れが高度に抑制される。
【０１１２】
さらに、本形態の現像装置５０では、非現像時に現像スリーブ５１ｂの回転が停止するため、現像剤が現像領域ＤＡに至り、感光体ドラム２０に当接することによって劣化することが確実に回避されるようになっている。非現像時には、上述のように、磁気穂が感光体ドラム２０に対して寝た状態となるため、現像スリーブ５１ｂを回転させたとしても、現像剤が現像領域ＤＡで感光体ドラム２０に接触して劣化することが防止されることから、現像スリーブ５１ｂの回転の停止は必須ではないが、かかる接触による劣化を防止するために、かかる回転の停止は行ったほうが良い。
【０１１３】
・実験２：現像領域ＤＡにおける現像剤滞在時間の削減度について
実験１よりも画像形成装置の実際の使用条件に近い使用条件を想定したランニング試験を次のようにして行った。
すなわち、０．５％、５％、１００％の画像面積率のモノクロ画像、カラー画像をランダムに５０００枚出力した。
【０１１４】
このとき、現像領域ＤＡにおける現像剤滞在時間は、現像装置５０ＢＫで従来の現像装置の約１／２となり、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃで従来の現像装置の約１／４となった。
【０１１５】
よって、画像形成装置が実際に使用される状況において、現像装置５０の現像領域ＤＡにおける現像剤滞在時間は従来の現像装置のそれよりも大きく短縮されることが確認された。したがって、上述のように、画像形成装置が実際に使用される状況においても、吐き出しモードの実行なしに、トナーの劣化及びこれに起因するトナー飛散や地汚れが抑制される。
【０１１６】
また、モノクロ画像形成時には、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃが、画像面積率が０％の画像を現像するときに対応するため、非現像時とされることにより、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃの現像領域ＤＡにおける現像剤滞在時間が、モノクロ画像形成時にも現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃが現像時とされる場合よりも短くなることから、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃにおけるトナーの劣化及びこれに起因するトナー飛散や地汚れがより高度に抑制される利点がある。モノクロ画像形成すなわちモノクロ印刷の頻度は高いためこの利点は大きく得られる。
【０１１７】
また、カラー画像形成時であっても、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃのうち、色によっては作像の必要がない、すなわち、現像の必要がない、画像面積率が０％の画像を現像するときに対応する場合があり、この場合にも当該現像装置は非現像時とされる。これによっても、かかる利点が得られる。
【０１１８】
さらに、本実験により、現像装置５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃにおいて、現像剤の流動性低下による汲み上げ不良が観察されなくなることも確認された。汲み上げ不良は現像ムラ等に起因する画質低下の原因となるものであるため、画像形成装置１００においては、吐き出しモードの実行によるトナーイールドの低下なしに、このような画質低下も抑制されることとなる。
【０１１９】
またさらに、非現像時には、現像領域ＤＡにおいて、磁気穂が感光体ドラム２０に対して寝た状態となるため、すでに述べたように、現像剤の当接による感光体ドラム２０の劣化たとえば感光体フィルミングも低減され、感光体ドラム２０が長寿命化される。
【０１２０】
・実験３：現像剤劣化回復条件について
図５（ａ）の場合に得られた現像剤を、現像装置５０において、非現像状態で撹拌し続けた。同図（ａ）の場合に得られた現像剤は、同図（ａ）から明らかなように、撹拌時間が長くなるに連れて、そのトナーの帯電量分布が、一旦、多くのピークを示すようになったが、その後も本実験において非現像状態で撹拌し続けると、図６に示すように、新規トナーの補給から６０００秒後には、トナーの帯電量分布は、１つのピークを持つ分布言い換えると１山となった。また、トナーの帯電量分布が１山の状態となった現像剤を用いた画像形成では、トナー飛散や地汚れが発生しなかった。
【０１２１】
この理由を調べるため、図５（ａ）の場合で新規トナー補給直後におけるトナーと、帯電量分布が１山の状態となったトナーとをＳＥＭで観察した。そうすると、図７（ａ）に示すように、新規トナー補給直後は、劣化トナーと新規トナーとでは、その性状に明確な差が生じている。この差は、トナーの外添剤の付着状況の差によって生じたものである。これに対し、帯電量分布が１山の状態となった場合には、劣化トナーと新規トナーとでは、その性状の差が分からなくなっていた。これは、現像剤の撹拌により、外添剤が新規トナーから劣化トナーに移動したためと予測される。
【０１２２】
よって、本実験から、感光体ドラム２０に現像剤が非接触の状態で現像剤を撹拌すると、劣化トナーと新規トナーとの状態が均され、劣化度合いが平均化されて、画像形成に有利となるという利点が得られることが分かった。
【０１２３】
すなわち、現像装置５０は、非現像時にも、第１搬送スクリュ５３及び第２搬送スクリュ５４による現像剤の撹拌動作及び第１搬送スクリュ５３による現像剤の現像ローラ５１への供給動作を行うため、かかる利点が得られやすいものとなっている。
【０１２４】
なお、現像剤の撹拌動作、供給動作を行うと現像剤量のバランスが内部で保たれなくなる構成の現像装置においては、非現像時にこれらの動作を停止することが望ましい。ただし非現像時にマグネットローラ５１ａが第２の姿勢とされていることにより、現像領域ＤＡにおける現像剤の劣化防止ないし抑制が十分に行われる場合には、かかる動作を行っても良い。
【０１２５】
以上の説明においては、非現像時を、
１．現像装置５０によって画像面積率が０％の画像を現像するときの、その現像装置５０におけるタイミングに対応するものとして説明したが、非現像時としては、他にも、
２．紙間に対応したタイミング
３．現像装置５０及び／又は画像形成装置１００のプロセスコントロール時に対応したタイミング
が挙げられ、画像形成装置１００は、これらすべてのタイミングを非現像時としている。
【０１２６】
これらのタイミングはすべて制御手段９７によって検出される。この点、制御手段９７は、非現像時検出手段として機能するようになっている。
なお、上記「１．」、「２．」、「３．」の少なくとも２つが、順を問わず、連続する場合には、画像形成装置１００は、マグネットローラ５１ａは第２の姿勢に維持することで、姿勢の変更に要するエネルギーや時間を節約するようになっている。
【０１２７】
以下、「２．」、「３．」のそれぞれについて説明する。
・「２．」について
モータ８５は、マグネットローラ５１ａの姿勢を、第１の姿勢、第２の姿勢の一方から他方へ瞬時に切り換え可能であるため、紙間を非現像時としてマグネットローラ５１ａの姿勢を変更することで、「１．」と同様に、現像剤が現像領域ＤＡにおいて感光体ドラム２０に当接する時間を短縮し、ストレスに起因するトナーの劣化を抑制するのに有効である。このように、こまめに現像剤を感光体ドラム２０から離せば、積算するとトナーの劣化が大幅に遅らせられるという利点がある。
【０１２８】
ただし、マグネットローラ５１ａの姿勢を第１の姿勢から第２の姿勢に変更した後、再度、現像領域ＤＡにおいて現像剤が感光体ドラム２０に接触するように、マグネットローラ５１ａの姿勢を第１の姿勢に変更した際には、感光体ドラム２０へのトナーの供給量を安定させる必要がある。試験したところ、この供給量が安定するまでに、現像スリーブ５１ｂを１〜２周回転させる必要があることが分かった。
【０１２９】
したがって、プロセス線速ａ［ｍｍ/ｓ］、紙間ｂ［ｍｍ］、スリーブ線速ｃ［ｍｍ/ｓ］、スリーブ径ｄ［ｍｍ］であるとすると、
紙間の時間：ｂ／ａ＞現像スリーブ５１ｂの１周にかかる時間：πｄ／ｃ［ｓ］×（１〜２[周]）
の関係が成立しない場合には、マグネットローラ５１ａの姿勢を第１の姿勢に変更した後に正常な現像が行われなくなる可能性がある。したがって、紙間が短い、もしくは、プロセス線速が早い画像形成装置では、かかる時間的な制約により、紙間で切り換えを行うことが難しい場合があることに配慮する必要がある。
【０１３０】
・「３．」について
プロセスコントロールは、現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫのそれぞれにおける現像剤中のトナー濃度の調整、感光体ドラム２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫのそれぞれにおける画像形成位置の調整等のために、画像形成装置１００の立ち上がり時、所定回数の画像形成後等のタイミングで、一般にユーザ指定の画像形成動作が停止された状態で行われる。
【０１３１】
また、一般に、プロセスコントロールの実施状況に応じて、画像形成位置の調整用のパターン像を形成する等のために現像装置５０による現像を行うべき場合と、現像装置５０による現像を行うべきでない場合とがある。
【０１３２】
たとえば、一般に、現像剤の立ち上げ時すなわちトナーの帯電量を現像に適した帯電量とするための撹拌時など、上記の前者の調整の際には現像装置５０による現像を行うべきでない。そのため、このようなとき、すなわち、現像装置５０及び／又は画像形成装置１００のプロセスコントロール時に対応したタイミングを、非現像時とすることで、「１．」や「２．」と同様に、現像剤が現像領域ＤＡにおいて感光体ドラム２０に当接する時間を短縮し、ストレスに起因するトナーの劣化を抑制するという利点がある。
【０１３３】
かかる現像剤の立ち上げを行うプロセスコントロールは、トナー濃度の調整時のみならず、画像形成装置１００の電源投入時等の立ち上げ時にも行われ、この場合にはプロセスコントロールに比較的長時間を要する。とくに、画像形成装置１００の朝一の電源投入時における現像剤の立ち上げに長時間を要する。そのため、この場合を非現像時とすることによる、かかる利点は大きい。
また、この朝一の電源投入は、毎日行われることが多い。よってこのタイミングで現像剤を感光体ドラム２０から離せば、積算するとトナーの劣化が大幅に遅らせられるという利点がある。
【０１３４】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１３５】
たとえば、上述の形態のように、磁界形成手段を回転させることにより現像剤担持体上の磁力分布の位相を変化させ、現像領域に形成される磁界の強さを現像時と非現像時とで切り換える構成では、構成が比較的容易であり、装置の大型化が比較的抑制されるという利点があるが、現像領域に形成される磁界の強さを現像時と非現像時とで切り換える構成としては、他に磁界形成手段を像担持体に近接、離間させる構成を採用することが可能である。この構成では、非現像時における像担持体からの磁界形成手段の距離が、非現像時におけるそれよりも大きくなるように、磁界形成手段を変位させることで、非現像時における現像磁界の強さを、現像時における現像磁界の強さよりも弱める。
この場合、磁界駆動手段としては、たとえば、現像剤担持体をそのように変位するためのソレノイド、または、モータ及びこのモータによって回転される偏心カム等を採用する。また、磁界制御手段としては、かかるソレノイド、モータ等の駆動源の駆動を制御するために、たとえば制御手段９７等の制御手段を採用する。
【０１３６】
本発明は、いわゆるタンデム方式の画像形成装置ではなく、１つの感光体ドラム上に順次各色のトナー像を形成して各色トナー像を順次重ね合わせてカラー画像を得るいわゆる１ドラム方式の画像形成装置にも同様に適用することができる。いずれのタイプの画像形成装置でも、中間転写体を用いず、各色のトナー像を転写紙等に直接転写しても良い。
また、カラー画像形成装置でなく、モノクロ画像形成装置にも適用することができる。この場合のように、現像装置は、複数具備されるに限らず、単数具備されていても良い。
【０１３７】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１３８】
１１ 他の媒体
２０、２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫ 像担持体
５０、５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０ＢＫ 現像装置
５０、５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ カラー現像装置
５０、５０ＢＫ モノクロ現像装置
５１ 現像剤担持体
５１ａ 磁界形成手段
５３ 現像剤供給部材
８８ 現像剤担持体駆動手段
８９ 現像剤供給駆動手段
９７ 磁界制御手段
１００ 画像形成装置
ＤＡ 現像領域
Ｓ 他の媒体
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３９】
【特許文献１】特開２００３−０７６０７９号公報
【特許文献２】特開２００６−２５１４４０号公報
【特許文献３】特許第３１２７５９４号公報
【特許文献４】特開平１１−１６７２６０号公報
【特許文献５】特開２００５−１６４７３６号公報
【特許文献６】特許第４４７１３４１号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
担持した現像剤中のトナーを像担持体に対向した現像領域において像担持体に供給するための磁界を形成する磁界形成手段を備えた現像剤担持体と、
前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことが不要の非現像時における、前記磁界形成手段によって前記現像領域に形成される磁界の強さを、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことを要する現像時における同磁界の強さよりも弱まるように制御する磁界制御手段とを有する現像装置を具備した画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記現像領域に形成される磁界の、前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう法線成分と、
前記現像領域に形成される磁界の、前記法線成分に直交する接線成分とについて、
前記磁界制御手段は、前記現像時における前記法線成分が前記接線成分以上となり、前記非現像時における前記法線成分が前記接線成分より小さくなるように、前記磁界の強さを制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の画像形成装置において、
前記磁界制御手段は、前記磁界形成手段を回転させることにより、前記磁界の強さを制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記現像剤担持体の表面を移動させる現像剤担持体駆動手段を有し、
この現像剤担持体駆動手段は、前記非現像時における前記表面の移動を停止することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記現像装置を複数具備していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記非現像時は、像担持体上のトナーが他の媒体に転写される転写タイミングと異なるタイミングに対応していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項５記載の画像形成装置において、前記複数の現像装置は、モノクロ現像を行うモノクロ現像装置と、カラー現像を行うカラー現像装置とを含み、
前記複数の現像装置のうち前記モノクロ現像装置のみによって現像を行うときに同モノクロ現像装置が前記現像時とされ前記カラー現像装置が前記非現像時とされることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記非現像時は、当該現像装置によって画像面積率が０％の画像を現像するときに対応していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記非現像時は、当該現像装置及び／又は画像形成装置のプロセスコントロール時に対応していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記現像装置は、現像剤を前記現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、この現像剤供給部材を駆動する現像剤供給駆動手段とを有し、
この現像剤供給駆動手段は、前記非現像時に前記現像剤供給部材を駆動することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
担持した現像剤中のトナーを像担持体に対向した現像領域において像担持体に供給するための磁界を形成する磁界形成手段を備えた現像剤担持体と、
前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことが不要の非現像時における、前記磁界形成手段によって前記現像領域に形成される磁界の強さを、前記現像剤担持体によって像担持体の現像を行うことを要する現像時における同磁界の強さよりも弱まるように制御する磁界制御手段とを有する現像装置を具備した画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記現像領域に形成される磁界の、前記現像剤担持体から前記像担持体に向かう法線成分と、
前記現像領域に形成される磁界の、前記法線成分に直交する接線成分とについて、
前記磁界制御手段は、前記現像時における前記法線成分が前記接線成分以上となり、前記非現像時における前記法線成分が前記接線成分より小さくなるように、前記磁界の強さを制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の画像形成装置において、
前記磁界制御手段は、前記磁界形成手段を回転させることにより、前記磁界の強さを制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記現像剤担持体の表面を移動させる現像剤担持体駆動手段を有し、
この現像剤担持体駆動手段は、前記非現像時における前記表面の移動を停止することを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記現像装置を複数具備していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記非現像時は、像担持体上のトナーが他の媒体に転写される転写タイミングと異なるタイミングに対応していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項５記載の画像形成装置において、前記複数の現像装置は、モノクロ現像を行うモノクロ現像装置と、カラー現像を行うカラー現像装置とを含み、
前記複数の現像装置のうち前記モノクロ現像装置のみによって現像を行うときに同モノクロ現像装置が前記現像時とされ前記カラー現像装置が前記非現像時とされることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記非現像時は、当該現像装置によって画像面積率が０％の画像を現像するときに対応していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記非現像時は、当該現像装置及び／又は画像形成装置のプロセスコントロール時に対応していることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記現像装置は、現像剤を前記現像剤担持体に供給する現像剤供給部材と、この現像剤供給部材を駆動する現像剤供給駆動手段とを有し、
この現像剤供給駆動手段は、前記非現像時に前記現像剤供給部材を駆動することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２５５８９２（Ｐ２０１２−２５５８９２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８５０９（Ｐ２０１１−１２８５０９）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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