JP2009015067A - 現像装置、画像形成装置および現像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】劣化トナーをより効果的に消費することが可能な現像装置を提供すること。
【解決手段】感光体ドラムと対向配置される現像ローラと、現像ローラにトナーを供給する供給ローラを備え、負のトナーを正規帯電極性とする現像装置において、画像形成時以外のトナー強制消費時に、現像ローラに現像バイアス電圧が印加され、供給ローラに供給バイアス電圧が印加される。バイアス電圧と供給バイアス電圧は、同周波数、同デューティ比、位相が同じ矩形波であり、正側のピーク値が同じである。負側のピーク値は、現像バイアス電圧よりも供給バイアス電圧の方が２００Ｖ高くなっている。これにより、負に帯電した正規帯電トナーが供給ローラに集められ、正に帯電した逆帯電トナーが現像ローラに集められる。現像ローラに担持されたトナーは、現像により感光体ドラムに移り、感光体ドラム上においてクリーナで清掃される。
【選択図】図５

Description

本発明は、像担持体上に形成された潜像をトナーにより現像する現像装置および画像形成装置等に関し、特に劣化トナーを強制消費する技術の改良に関する。

画像形成装置の現像装置には、例えば現像ローラと、現像ローラ表面に接触して現像ローラ表面に付着されるトナー量を規制する規制ブレードを備え、トナーを規制ブレード等により摩擦帯電し、摩擦帯電されたトナーを現像ローラ表面に担持してそのトナーで感光体ドラム上の潜像を現像する方式がある。このような現像装置には、帯電特性が正規の状態のトナー（正規帯電トナー）だけでなく、摩擦による磨耗等によって帯電特性等が劣化したトナー（劣化トナー）が少なからず存在する。この劣化トナーには、帯電極性が正規極性とは逆極性のトナー（逆帯電トナー）が含まれる。劣化トナーは、正規帯電トナーに比べて現像に供され難く、そのため現像装置内に留まったままになり易い。現像装置内の劣化トナーの量が増えると現像に支障が生じ、画質劣化に繋がることになる。

そこで、特許文献１には、劣化トナーを強制的に消費する技術が開示されている。具体的には、例えば正規帯電トナーの帯電極性を負（マイナス）としたとき、現像ローラに直流のバイアス電圧（例えば、−３００Ｖ）を印加すると共に規制ブレードに直流のバイアス電圧（例えば、−５００Ｖ）を印加する。これにより、正規帯電トナーが現像ローラ表面に引き付けられ、逆帯電トナーが規制ブレードに引き付けられる。

この状態で現像ローラが回転すると、現像ローラ表面には、静電力による正規帯電トナーの層ができ、その上に、規制ブレードに引き付けられた逆帯電トナーの一部が付着して逆帯電トナーの層ができる。現像ローラ上の逆帯電トナーは、現像により感光体ドラムに移動して、感光体ドラム上においてクリーナにより清掃される。
特開２００４−１７０６５１号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、逆帯電トナーは静電力により規制ブレードに引き付けられているため、実際には現像ローラから感光体ドラムを介して排出される逆帯電トナーの量は一部に過ぎず、多くが現像装置内に残ってしまうという問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、劣化トナーをより効果的に消費することが可能な現像装置、これを備える画像形成装置および現像方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る現像装置は、周面上に担持されたトナーを用いて像担持体に形成された静電潜像を現像する現像ローラと、当該現像ローラにトナーを供給する供給ローラとを備え、現像ローラ上のトナーを強制消費させるために現像を行うトナー強制消費を実行する現像装置であって、現像ローラにバイアス電圧Ｖ１を、供給ローラにバイアス電圧Ｖ２を印加させる電圧印加手段と、トナー強制消費時において、バイアス電圧Ｖ１の単位時間当たりの平均値Ｓ１からバイアス電圧Ｖ２の単位時間当たりの平均値Ｓ２を差し引いた値がトナーの正規帯電極性と同極性の値になるように、前記電圧印加手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２は、それぞれが直流電圧成分に周期的に変化する電圧成分を重畳させた電圧であり、同周波数でかつ位相が同期しており、前記制御手段は、トナー強制消費時におけるバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２それぞれの１周期におけるトナーの正規帯電極性側のピーク電位をＶ１ａ、Ｖ２ａ、逆極性側のピーク電位をＶ１ｂ、Ｖ２ｂとしたとき、Ｖ１ａ〜Ｖ２ｂの大小関係が、Ｖ１ａからＶ２ａを差し引いた値がトナーの正規帯電極性と同極性の値になり、かつＶ１ｂ＝Ｖ２ｂになるように、印加電圧を制御することを特徴とする。

さらに、前記バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２は、それぞれが直流電圧成分に周期的に変化する電圧成分を重畳させた電圧であり、同周波数でかつ位相が同期しており、前記制御手段は、トナー強制消費時におけるバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２それぞれの１周期におけるトナーの正規帯電極性側のピーク電位をＶ１ａ、Ｖ２ａ、逆極性側のピーク電位をＶ１ｂ、Ｖ２ｂとしたとき、Ｖ１ａ〜Ｖ２ｂの大小関係が、Ｖ１ａからＶ２ａを差し引いた値およびＶ２ｂからＶ１ｂを差し引いた値がトナーの正規帯電極性と同極性の値になるように、印加電圧を制御することを特徴とする。

ここで前記バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２は、交流電圧であることを特徴とする。
さらに、前記バイアス電圧Ｖ１は、トナーの正規帯電極性と同極性の直流電圧成分と周期的に変化する電圧成分とを重畳させた電圧であり、前記バイアス電圧Ｖ２は、トナーの正規帯電極性と同極性の一定の直流電圧であり、前記制御手段は、トナー強制消費時におけるバイアス電圧Ｖ１の１周期におけるトナーの正規帯電極性側のピーク電位をＶ１ａ、逆極性側のピーク電位をＶ１ｂとしたとき、前記バイアス電圧Ｖ２がＶ１ａとＶ１ｂの間の電位になるように、印加電圧を制御することを特徴とする。

ここで前記バイアス電圧Ｖ１は、脈流または交流電圧であることを特徴とする。
また、前記制御手段は、所定条件に基づいて、トナー強制消費時における平均値Ｓ１とＳ２の差分の大きさを変更させることを特徴とする。
ここで前記所定条件は、自装置内または周辺の温度および／または湿度が、第１の値と、これよりも高い第２の値のいずれであるかということであり、前記制御手段は、温度および／または湿度が第１の値の場合には、前記差分を第１の大きさとし、第２の値の場合には、前記差分を第１の大きさよりも小さい第２の大きさとすることを特徴とする。

また、前記所定条件は、自装置の現在までの累積動作時間が、第１の時間と、これよりも長い第２の時間のいずれであるかということであり、前記制御手段は、前記累積動作時間が第１の時間の場合には、前記差分を第１の大きさとし、第２の時間の場合には、前記差分を第１の大きさよりも大きい第２の大きさとすることを特徴とする。
さらに、前記制御手段は、前記バイアス電圧Ｖ１および／またはＶ２が、直流電圧成分と周期的に変化する電圧成分とを重畳させた電圧である場合に、１周期におけるデューティ比を変えることで、平均値Ｓ１とＳ２の差分の大きさを変更させることを特徴とする。

本発明は、像担持体上の潜像をトナーにより現像する現像部を備える画像形成装置であって、前記現像部として、上記の現像装置を備えることを特徴とする。
本発明は、周面上に担持されたトナーを用いて像担持体に形成された静電潜像を現像する現像ローラと、当該現像ローラにトナーを供給する供給ローラとを備える現像装置において、現像ローラ上のトナーを強制消費させるために行われる現像方法であって、現像ローラにバイアス電圧Ｖ１を、供給ローラにバイアス電圧Ｖ２を印加させる電圧印加ステップと、トナー強制消費時において、バイアス電圧Ｖ１の単位時間当たりの平均値Ｓ１からバイアス電圧Ｖ２の単位時間当たりの平均値Ｓ２を差し引いた値がトナーの正規帯電極性と同極性の値になるように、前記電圧印加手段を制御する制御ステップと、を含むステップを実行することを特徴とする。

このように、現像ローラに印加するバイアス電圧Ｖ１と、供給ローラに印加するバイアス電圧Ｖ２を制御することにより、トナー強制消費時において、正規帯電極性とは逆極性に帯電した逆帯電トナーを静電力により現像ローラにより多く引き付けることができ、従来よりも劣化トナーの消費量の向上を図れる。

以下、本発明に係る現像装置および画像形成装置の実施の形態を、タンデム型カラーデジタルプリンタ（以下、単に「プリンタ」という。）を例に説明する。
〔実施の形態１〕
（１）プリンタ全体の構成
図１は、プリンタ１の全体の構成を示す図である。

同図に示すように、プリンタ１は、画像プロセス部１１、給送部１２、定着部１３、制御部１４および電源部１５を備えており、ネットワーク（例えばＬＡＮ）に接続されて、外部の端末装置（不図示）からの印刷（プリント）ジョブの実行指示を受け付けると、その指示に基づいてイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック色からなるカラー画像形成を実行する。以下、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各再現色をＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋと表す。

画像プロセス部１１は、Ｙ〜Ｋ色のそれぞれに対応する作像部２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ、光学部８、中間転写ベルト９、ホッパ１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋなどを備えている。
作像部２Ｙは、感光体ドラム３、その周囲に配設された帯電器４、現像器５、一次転写ローラ６、感光体ドラム３を清掃するためのクリーナ７などを備えており、感光体ドラム３上にＹ色のトナー像を作像する。このことは、他の作像部２Ｍ〜２Ｋについて同じである。同図では、符号を省略している。

光学部８は、レーザダイオードなどの発光素子を備え、各色用の感光体ドラム３を露光するためのレーザ光Ｌを出射する。
中間転写ベルト９は、無端状のベルトであり、駆動ローラ９１と従動ローラ９２に張架されて矢印Ａ方向に回転駆動される。
ホッパ１０Ｙ〜１０Ｋは、Ｙ〜Ｋ色の補充用のトナーを収容し、必要に応じて各色用の現像器５にトナーを供給する。

給送部１２は、記録シートとしての用紙Ｓを収容する給紙カセット１２１と、給紙カセット１２１内の用紙Ｓを搬送路１２３上に１枚ずつ繰り出す繰り出しローラ１２２と、繰り出された用紙Ｓを二次転写位置１２８に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対１２４と、二次転写ローラ１２５などを備えている。
制御部１４は、外部の端末装置からの画像信号をＹ〜Ｋ色用のデジタル信号に変換し、光学部８の発光素子を駆動させるための駆動信号を生成する。光学部８は、制御部１４からの駆動信号によりレーザ光Ｌを出射し、各色用の感光体ドラム３を露光走査させる。

この露光走査の前に、作像部２Ｙ〜２Ｋ毎に、感光体ドラム３は、帯電器４により所定の極性（例えば、負）の所定の電位（例えば、ＤＣ−４５０Ｖ）で一様に帯電される。レーザ光Ｌによる露光走査により、感光体ドラム３上に静電潜像が形成される。
各静電潜像は、各色用の現像器５により現像される。本実施の形態では、負を正規帯電極性とするトナーが用いられ、いわゆる反転現像により各色用の感光体ドラム３上にＹ〜Ｋ色のトナー像が作像される。

各色のトナー像は、一次転写ローラ６と感光体ドラム３間に作用する静電力により中間転写ベルト９上に順次一次転写される。この際、各色の作像動作は、そのトナー像が中間転写ベルト９上の同じ位置に重ね合わせて転写されるようにタイミングをずらして実行される。中間転写ベルト９上に重ね合わされた各色トナー像は、中間転写ベルト９の回転により二次転写位置１２８に移動する。

上記作像動作のタイミングに合わせて、給送部１２からは、タイミングローラ対１２４を介して用紙Ｓが給送されて来ており、その用紙Ｓは、回転する中間転写ベルト９と二次転写ローラ１２５の間に挟まれて搬送され、二次転写ローラ１２５と駆動ローラ９１間に作用する静電力により、中間転写ベルト９上のトナー像が一括して用紙Ｓ上に二次転写される。

二次転写位置１２８を通過した用紙Ｓは、定着部１３に搬送され、ここでトナー像が加熱、加圧されて用紙Ｓに定着された後、排出ローラ１２６を介して排出され、収容トレイ１２７に収容される。
電源部１５は、制御部１４からの指示により、作像部２Ｙ〜２Ｋの各現像器５に矩形波のバイアス電圧ＶＢを供給する。バイアス電圧ＶＢの詳細については、後述する。

画像プロセス部１１には、装置内の温湿度を検出する温湿度センサ１６が配置されている。温湿度センサ１６の検出信号は、制御部１４に送られる。
（２）現像器５の構成
図２は、現像器５の構成を示す断面図である。
同図に示すように、現像器５は、ハウジング５１、現像ローラ５２、供給ローラ５３、攪拌ローラ５４、５５、規制ブレード５６および除電シート５７などを備える。現像ローラ５２等の各ローラは、ハウジング５１に回転自在に保持されており、図示しない駆動機構による駆動力を受けて同図の矢印方向に回転する。以下、Ｙ色用の現像器５について説明する。

ハウジング５１には、現像剤としてのＹ色のトナー５０が充填されている。トナー５０には、同図に示すように正規帯電トナー、正規低帯電トナーおよび逆帯電トナーが含まれる。正規帯電トナーと逆帯電トナーとは、上記背景技術の項で説明したものと同じものである。正規低帯電トナーとは、正規帯電トナーと同極性であるが画質に支障が出る程度まで帯電量が低下しているトナーのことである。本実施の形態では、トナーの正規帯電極性が負なので、正規帯電トナーと正規低帯電トナーは負極正になり、逆帯電トナーは正極性ということになる。以下、正規低帯電トナーを低帯電トナーと略すと共に、低帯電トナーと逆帯電トナーを劣化トナーと称することとする。

現像ローラ５２は、感光体ドラム３に対向配置され、トナー５０を担持して現像位置５９に搬送する。現像ローラ５２上のトナー５０は、現像位置５９において感光体ドラム３上の露光された部分に移動し、これにより感光体ドラム３上にＹ色のトナー像が形成される（静電潜像が現像される）。現像ローラ５２としては、例えば金属製芯金上に所定の抵抗値を有する薄膜状の樹脂層を配したものを用いることができる。

供給ローラ５３は、現像ローラ５２と対向配置され、現像ローラ５２の表面に当接すると共に現像ローラ５２に対しカウンター方向に回転して、ハウジング５１内のトナー５０を現像ローラ５２に供給する。また、現像ローラ５２上の、除電シート５７を通過した後のトナー５０を現像ローラ５２から回収してハウジング５１内に戻す。供給ローラ５３としては、例えば金属製のローラ表面に発泡性弾性部材を被着したものを用いることができる。

規制ブレード５６は、その先端部近傍が現像ローラ５２表面に圧接して配置され、現像ローラ５２表面との間を通過するトナー量を規制して、現像ローラ５２上にトナー５０による均一な薄層を形成させる。
除電シート５７は、現像ローラ５２上の、現像位置５９を通過した後のトナー５０を除電するものであり、ハウジング５１内に戻る前に現像ローラ５２との静電的付着力を低下させてトナー５０が現像ローラ５２表面から離脱され易いようにする。また、除電シート５７は、トナー５０がハウジング５１の外部に噴出することを防止する噴煙防止部材としても機能する。

攪拌ローラ５４、５５は、ハウジング５１内のトナー５０を攪拌してトナーの固化を防ぐと共に流動性を保持する。
ハウジング５１には、ホッパ１０Ｙからの補充用のトナーを受け入れるための補給口（不図示）が設けられており、現像によりハウジング５１内のトナー５０が消費されると、ホッパ１０Ｙからトナー５０が補給され、ハウジング５１内のトナー量が略一定に維持されるようになっている。なお、上記では現像器５Ｙの構成を説明したが、他の現像器５Ｍ〜５Ｋについても同様の構成なので、その説明を省略する。

（３）制御部１４の構成
図３は、制御部１４の構成を示すブロック図である。
同図に示すように、制御部１４は、主な構成要素として、ＣＰＵ２０１、通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）部２０２、ＲＯＭ２０３、ＲＡＭ２０４、トナー消費量算出部２０５、累積トナー消費量記憶部２０６、累積印刷枚数記憶部２０７、バイアス電圧テーブル２０８、強制消費動作テーブル２０９およびバイアス電圧切換部２１０を備えており、各部はデータのやりとりを行えるようになっている。

通信Ｉ／Ｆ部２０２は、ＬＡＮカード、ＬＡＮボードといったＬＡＮに接続するためのインターフェースである。
ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０３から必要なプログラムを読み出して、画像プロセス部１１等の動作をタイミングを取りながら統一的に制御して円滑な画像形成を実行させる。また、外部からのプリントジョブに基づく画像形成以外の非画像形成時には、現像器５内の劣化トナーを外部に強制的に排出（消費）させるトナー強制消費を実行させる。

トナー強制消費は、作像部２Ｙ〜２Ｋ毎に実行される。例えば、作像部２Ｙの場合、現像ローラ５２表面に担持されたトナー５０を現像により感光体ドラム３に移動させることにより行われる。具体的には、トナー強制消費時に感光体ドラム３上に形成すべき画像のデータが予め記憶されており、そのデータに基づく露光走査を行うことにより感光体ドラム３上に当該画像の潜像を形成し、形成された潜像を現像する。一次転写ローラ６は、転写動作を行わないような電圧が印加またはオフされているため、現像ローラ５２から感光体ドラム３上に移ったトナー５０は、中間転写ベルト９に転写されることなく、クリーナ７により清掃される。この動作は、他の作像部２Ｍ〜２Ｋについて同様である。以下、プリントジョブに基づく画像形成の実行を画像形成モードの実行、トナー強制消費の実行をトナー強制消費モードの実行という。

ＲＯＭ２０３には、画像形成モードを実行するための制御プログラム、トナー強制消費モードを実行するためのプログラム等が格納されている。ＲＡＭ２０４は、ＣＰＵ２０１のプログラム実行時のワークエリアとして用いられる。
トナー消費量算出部２０５は、画像形成モードにおいて用紙１枚毎に画像形成の際に消費される各色のトナー量を算出する。具体的には、例えば各色用の感光体ドラム３を画素単位で露光して静電潜像を形成する際の当該露光される画素数を色毎に用紙１枚分についてカウントしてその合計を求める方法をとることができる。また、例えば色毎にホッパ１０Ｙ〜１０Ｋからのトナーの補給回数、補給時間等から消費されたトナー量を算出する方法をとることもできる。

トナー消費量算出部２０５は、算出された消費量を、色毎に、現に累積トナー消費量記憶部２０６に格納されている消費量に加算し、その加算後の値を新たな消費量として書き換える（更新する）。
累積トナー消費量記憶部２０６は、不揮発性のメモリ等からなり、現在のトナー消費量の累積値が格納される。

累積印刷枚数記憶部２０７は、不揮発性のメモリ等からなり、現在までに印刷された用紙の総枚数（累積枚数）が格納される。累積枚数は、１枚の用紙Ｓの印刷が終了する毎にＣＰＵ２０１により現在の累積枚数に「１」がインクリメントされることで更新される。
バイアス電圧テーブル２０８は、不揮発性のメモリ等からなり、トナー強制消費時におけるバイアス電圧に関する情報（バイアス電圧情報）が格納されている。また、強制消費動作テーブル２０９は、不揮発性のメモリ等からなり、トナー強制消費の動作に関する情報（強制消費動作情報）が格納されている。バイアス電圧情報と強制消費動作情報の詳細については後述する。

バイアス電圧切換部２１０は、電源部１５からのバイアス電圧ＶＢを、そのままスルーさせる回路と電圧変換する回路を備え、ＣＰＵ２０１からの指示により、作像部２Ｙ〜２Ｋ毎に、画像形成モード時には、スルーさせた電圧を供給ローラ５３に、変換後の電圧を現像ローラ５２に印加させる。トナー強制消費モード時には、スルーさせた電圧を現像ローラ５２に、変換後の電圧を供給ローラ５３に印加させる。バイアス電圧切換部２１０の構成については後述する。

（４）バイアス電圧の波形について
図４は、画像形成モード時のバイアス電圧の波形例を示す図であり、図５は、トナー強制消費モード時のバイアス電圧の波形例を示す図である。両図は、作像部２Ｙについてのものであるが、他の作像部２Ｍ〜２Ｋについても基本的に同じである。以下、両図を比較しながら各モードの電圧波形を説明する。

（４−１）画像形成モード
図４（ａ）は、現像ローラ５２に印加される現像バイアス電圧ＶＢ１の波形Ｗ１を示す図であり、図４（ｂ）は供給ローラ５３に印加される供給バイアス電圧ＶＢ２の波形Ｗ２を示す図であり、図４（ｃ）は、波形Ｗ１とＷ２を重ね合わせた場合の例を示す図である。図４（ｄ）は、現像バイアス電圧ＶＢ１と供給バイアス電圧ＶＢ２の印加タイミングを示している。

図４（ａ）に示すように、現像バイアス電圧ＶＢ１は、ＤＣ成分が−３２０［Ｖ］の直流電圧に、ＡＣ成分として−３２０［Ｖ］を基準に正側に８００〔Ｖ〕のピークを有し、負側に６００〔Ｖ〕のピークを有し、周波数が２［ｋＨｚ］（１周期Ｔ＝５００［μｓｅｃ．］）、デューティ比（Ｔ１／Ｔ）が０．３（Ｔ１＝１５０［μｓｅｃ．］）の矩形波が重畳された波形になっている。

図４（ｂ）に示すように、供給バイアス電圧ＶＢ２は、ＤＣ成分が−３２０［Ｖ］の直流電圧に、ＡＣ成分としてピークピーク値が１６００〔Ｖ〕、周波数が２［ｋＨｚ］、デューティ比が０．３の矩形波が重畳された波形になっている。
図４（ｃ）に示すように、現像バイアス電圧ＶＢ１と供給バイアス電圧ＶＢ２は位相が同期しており、正側のピーク値が同じで、負側のピーク値が、現像バイアス電圧ＶＢ１の方が供給バイアス電圧ＶＢ２よりも２００〔Ｖ〕高くなっている。このようにしているのは、Ｙ色の正規帯電トナーを現像ローラ５２により多く担持させるためである。

すなわち、正規帯電トナーは、負極性を有しているので、現像ローラ５２と供給ローラ５３間では、静電力により電位が高い方の現像ローラ５２に引き付けられる。一方、逆帯電トナーは、正極性を有しているので電位が低い方の供給ローラ５３に引き付けられる。低帯電トナーは、負極性であるが帯電量が低下しているので、正規帯電トナーよりも現像ローラ５２に引き付けられる力が弱い。そのため、正規帯電トナーよりも現像ローラ５２に集まり難く、現像ローラ５２に引き付けられる量が少ない。

現像ローラ５２には、多くの正規帯電トナーが強い静電力で引き付けられており、このような正規帯電トナーを押し退けてまで低帯電トナーが規制ブレード５６をすり抜けて現像ローラ５２表面に担持されることが生じ難くなる。
なお、現像ローラ５２上の正規帯電トナーの割合をより上げるものであり、バイアス電圧の値、トナー帯電特性、ローラ間距離などによる種々の現像条件の違いによって、劣化トナーがある程度の割合で混在する場合や、ほとんど混在しなくなる場合等がある。このことは、後述のトナー強制消費モード時に、より多くの劣化トナーを現像ローラ５２に担持させるとした場合に同様である。

図４（ｄ）に示すように、現像バイアス電圧ＶＢ１と供給バイアス電圧ＶＢ２は、画像形成モード時における現像の実行中に印加される。現像バイアス電圧ＶＢ１と供給バイアス電圧ＶＢ２の波形をＷ１、Ｗ２とすることにより、現像時に現像ローラ５２に担持されたトナー５０が、現像位置５９において感光体ドラム３上の露光部分に移動してトナー像が形成、すなわち現像が行われることになる。

（４−２）トナー強制消費モード
図５（ａ）は、現像ローラ５２に印加される現像バイアス電圧ＶＢ１１の波形Ｗ３を示す図であり、図５（ｂ）は、供給ローラ５３に印加される供給バイアス電圧ＶＢ２１の波形Ｗ４を示す図であり、図５（ｃ）は、波形Ｗ３とＷ４を重ね合わせた場合の例を示す図である。図５（ｄ）は、現像バイアス電圧ＶＢ１と供給バイアス電圧ＶＢ２の印加タイミングを示している。

図５（ａ）に示すように、現像バイアス電圧ＶＢ１１は、ＤＣ成分が−３２０［Ｖ］の直流電圧に、ＡＣ成分としてピークピーク値が１６００〔Ｖ〕、周波数が２［ｋＨｚ］、デューティ比が０．３の矩形波が重畳された波形になっている。これは、画像形成モードにおける供給バイアスＶＢ２の波形Ｗ２と同じである。
図５（ｂ）に示すように、供給バイアス電圧ＶＢ２１は、波形Ｗ３における負側のピーク値のみを２００［Ｖ］高い電圧（−９２０〔Ｖ〕）にシフトさせた波形になっている。これは、画像形成モードにおける現像バイアス電圧ＶＢ１の波形Ｗ１と同じである。

図５（ｃ）に示すように、波形Ｗ３とＷ４は位相が同期しており、画像形成モード時とは電圧の大小関係が逆、すなわち正側のピーク値（Ｖ１ｂとＶ２ｂ）が同じで、負側のピーク値が現像バイアス電圧ＶＢ１１の値（Ｖ１ａ）よりも供給バイアス電圧ＶＢ２１の値（Ｖ２ａ）方が２００〔Ｖ〕高くなっている。１周期のうち負側のみが異なるので、現像ローラ５２と供給ローラ５３間に２００〔Ｖ〕の電圧差が周期的に生じることになる。

このように、画像形成モード時に対し負側のピーク値の大小関係を逆にすることにより、トナー強制消費モード時には、Ｙ色の劣化トナーを現像ローラ５２により多く担持させることができる。これは、次の理由による。
すなわち、図２の選別イメージ（模式図）に示すように、負極性を有する正規帯電トナーは、現像ローラ５２と供給ローラ５３間では電位が高い方の供給ローラ５３に引き付けられ、正極性を有する逆帯電トナーは、電位が低い方の現像ローラ５２に引き付けられる。低帯電トナーは、負極性であるが帯電量が低下しているので、正規帯電トナーよりも供給ローラ５３に引き付けられる力が弱い。そのため、正規帯電トナーよりも供給ローラ５３に集まり難く、供給ローラ５３に引き付けられる量が少ない。

ハウジング５１内において逆帯電トナーの量が多い場合には、現像ローラ５２に多くの逆帯電トナーが強い静電力で引き付けられる。従って、低帯電トナーが逆帯電トナーを押し退けてまで規制ブレード５６をすり抜けて現像ローラ５２表面に担持されることは生じ難い。一方、逆帯電トナーが微量の場合には、現像ローラ５２に引き付けられる逆帯電トナーの量が少なくなるので、現像ローラ５２表面と規制ブレード５６の隙間に低帯電トナーが入り込む余地が生まれ易く、低帯電トナーがその隙間に入り込んで受動的に現像ローラ５２に逆帯電トナーと混じって担持されることが生じ易くなるからである。

なお、上記理論では、現像ローラ５２上に存在するトナーのほとんどが劣化トナーであることが望ましいことになるが、実際には劣化トナーは正規帯電トナーに比べて現像により感光体ドラム３に移動し難いことが解っている。そこで、後述のようにトナー強制消費モード時には、感光体ドラム３に移動し易い正規帯電トナーがある程度の割合で混ぜられるようにバイアスの電圧差の値やデューティ比等が決められることになる。

図５（ｄ）に示すように、現像バイアス電圧ＶＢ１１と供給バイアス電圧ＶＢ２１は、トナー強制消費の動作時間（例えば、ｔ１）中に印加される。感光体ドラム３には、上記のようにトナー強制消費用の画像の潜像が形成され、その潜像が現像ローラ５２に担持されたトナー５０により現像位置５９において現像される。これにより劣化トナーが現像器５から排出される。

図６は、画像形成モードとトナー強制消費モードにおけるトナー帯電量分布を実際に測定した結果を示す図である。同図のグラフは、現像ローラ２２上のトナーについて公知の計測器、本実施の形態ではホソカワミクロン社製のイースパートアナライザにより計測して得られたものである。同図に示すように、トナー強制消費を実行したときのトナー帯電量分布が、通常の画像形成を実行するときよりも全体的にプラス側にシフトしており、トナー選別が起きていることが判る。

なお、上記の図５では、トナー強制消費モードの現像バイアス電圧ＶＢ１１と供給バイアス電圧ＶＢ２１の例として、デューティ比を０．３、バイアスの電圧差を２００〔Ｖ〕、動作時間をｔ１とした場合の例を説明したが、これらデューティ比、電圧差、動作時間は、次項で説明するように所定条件に応じて可変される。
（５）バイアス電圧情報について
図７は、バイアス電圧情報２０８１の例を示す図である。

同図に示すように、バイアス電圧情報２０８１は、装置内環境とバイアスの電圧差が対応付けされてなり、バイアスの電圧差が所定条件としての装置内環境に応じて可変されることを示している。バイアス電圧情報２０８１は、各再現色について同じである。
装置内環境は、装置内温湿度のことであり、高温高湿（例えば、温度ｔ≧３０〔℃〕、湿度ｈ≧８５〔％〕ＲＨ）と、高温高湿時以外（例えば、温度ｔ＜３０〔℃〕、湿度ｈ＜８５〔％〕ＲＨ）の２つの場合に分けられている。

バイアスの電圧差は、高温高湿の方が高温高湿以外の場合よりも小さくなっている。これは、電圧差を大きくすると、例えば作像部２Ｙでは、Ｙ色の劣化トナーを現像ローラ５２に集め易くなるが、高温高湿環境では、現像ローラ５２と供給ローラ５３間でトナー５０を介してリークが発生し易くなり、リークが発生すると強制消費自体を行えなくなる場合があるからである。従って、バイアスの電圧差は、リークとの関係で適正な値が予め実験等から求められ、バイアス電圧テーブル２０８に格納されることになる。

上記では、高温高湿の場合と高温高湿以外の場合とで電圧差を変える例を説明したが、これに限られない。装置内温湿度の高低に応じて多段階に切り換える、または漸次増減させるとしても良い。また、バイアス電圧情報２０８１を各再現色について同じとしたが、色毎に当該色に応じた最適値を決めるとしても良い。
（６）強制消費動作情報について
図８は、強制消費動作情報２０９１の例を示す図である。

同図に示すように、強制消費動作情報２０９１は、累積印刷枚数、バイアス電圧のデューティ比および強制消費動作時間が対応付けされてなり、デューティ比と強制消費動作時間とが所定条件としての累積印刷枚数に応じて可変されることを示している。具体的には、累積印刷枚数が多くなると、デューティ比が小さくなり強制消費動作時間が長くなるようになっている。このようにしているのは、次の理由による。すなわち、累積印刷枚数の増加によりトナーの帯電量の低下と感光体ドラム３への飛翔力の低下が生じ、これにより劣化トナーの消費量が低減してしまうといったことを防止するためである。以下、具体的に説明する。

図９は、トナーの飛翔力と帯電量分布を示すグラフであり、（ａ）は新しいトナーについてのもの、（ｂ）は所定の累積枚数までプリントを実行した後におけるトナーについてのものである。トナーとしてはＹ〜Ｋ色について基本的に同様のグラフになるが、ここではＹ色の例を説明する。同図の飛翔力とは、クーロン力からファンデルワールス（ｖａｎ ｄｅｒ ｗａａｌｓ）力、鏡像力、付着力を差し引いたものである。この飛翔力を求める式は、公知の計算式であり、本実施の形態では、Ｒｉｃｏｈ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．２６（株式会社リコー 研究開発本部 ２０００年１１月３０日発行）のトナー付着力の研究に関する記載を参照した。また、トナー帯電量分布は、上記の計測器により計測されたものである。

なお、飛翔力のグラフでは、横軸がトナー帯電量、縦軸がトナーに作用する力を示している。トナー帯電量については、トナーの正規帯電極性の帯電量を負の値で示し、トナーに作用する力については、トナーが現像ローラ２２から感光体ドラム３に移動する方向の力を正の値、感光体ドラム３から現像ローラ２２に移動する方向の力を負の値で示している。

両図に示すように、新しいトナーに比べて所定の累積枚数までプリントした後の方が、飛翔力が全体的に低下し、帯電量分布が全体的にプラス側にシフトしていることが判る。
飛翔力が低下しているのは、累積のプリント枚数が多くなると、トナーがトナー同士や攪拌ローラとの摩擦等によって、流動性を持たせるために付されているシリカ等の外添剤がトナー粒子から離脱したり埋没したりするなどトナー粒子に磨耗や変形が生じ、ファンデルワールス力や付着力などが増大したからであると考えられる。また、トナー帯電量分布がプラス側へシフトしているのは、当該磨耗等によって劣化が進んだトナー粒子の割合が増加したからであると考えられる。

図９（ｂ）では、飛翔力の低下により、飛翔力が正の値のトナー（帯電量が２本の縦の破線間における範囲のトナー）の割合が少なくなっている。飛翔力が正の値のトナーは、現像により感光体ドラム３に移動し易いトナーであり、正規帯電トナーが多く含まれているといえ、一方で、飛翔力が負の値のトナーは、感光体ドラム３に移動し難いトナーであり、低帯電トナーと逆帯電トナーが多く含まれているといえる。

図９（ａ）では、正規帯電トナーの割合が多いので、トナー強制消費時にも、現像ローラ２２にはある程度の割合で正規帯電トナーが混在することになり、この正規帯電トナーが感光体ドラム３に移動する際に、正規帯電トナーと静電的、機械的などにより付着している劣化トナーを一緒に移動させることができる。
一方、図９（ｂ）では、正規帯電トナーが少なくなり、劣化トナーの割合が極端に多くなるので、トナー強制消費を図９（ａ）の場合と同条件にすると、現像ローラ２２には劣化トナーが多く担持され、感光体ドラム３に移動し難いトナーの割合が増えてしまい、現像されずに残ってしまうことが生じ易くなる。

そこで、累積印刷枚数が多くなるに連れて、デューティ比（Ｔ１／Ｔ）を下げる、すなわち周期Ｔをそのままで時間Ｔ１を短くして、現像ローラ２２に集まるトナーの、正規帯電トナーの割合を上げて（つまり劣化トナーの割合を下げて）、正規帯電トナーの量をある程度増やすことで、劣化トナーの消費量を向上させようとするものである。
また、累積印刷枚数が多くなるに連れて強制消費動作時間を長くすることにより、累積印刷枚数が多くなるに連れて増える劣化トナーをより多く消費できるようにしている。この強制消費動作情報２０９１は、予め実験等から色毎にまたは共通のものとして適正な値が決められる。

なお、トナーの感光体ドラム３への飛翔性は、温湿度などの環境によっても変わることがあるので、リークが発生しない範囲でバイアスの電圧差の大きさを変えることで正規帯電トナーの割合を増減させて、劣化トナーの消費量の向上を図ることもできる。具体的には、例えば高温高湿時に、高温高湿時以外の場合に比べてトナーの飛翔性が低下する場合には、バイアスの電圧差の大きさをより小さくして、正規帯電トナーの割合を増加させることが考えられる。

正規帯電トナーの割合としては、少なすぎると劣化トナーの強制消費の効率が低下し、多すぎると一緒に消費される正規帯電トナーの量が増えてしまうので、両者の兼ね合いで適した割合、例えば２０％以上になるようにバイアス電圧を変更することが望ましい。
具体的には、印刷枚数が少ない場合や通常環境下などでは、劣化トナーの量が少なく、正規帯電トナーの割合が２０％を越えることが多くなると想定されるので、正規帯電トナーの割合を低減させるためのバイアス電圧を印加して２０％に近づけ、逆に、印刷枚数が多くなると、劣化トナーの量が多く、正規帯電トナーの割合が少なくなるので、正規帯電トナーの割合を増加させるためのバイアス電圧を印加して２０％以上を確保できるようにする構成をとることが考えられる。各バイアス電圧の波形は、実験等から予め決めることができる。なお、正規帯電トナーの割合の適した値が上記のものに限られないことはいうまでもない。劣化トナーの消費をより効率良く行えるように、印刷枚数、環境、トナーの帯電特性等に応じて、最適な割合やバイアス電圧波形などが求められる。

（７）バイアス電圧切換部２１０の構成
図１０は、バイアス電圧切換部２１０の回路構成の例を示す図である。
同図に示すように、バイアス電圧切換部２１０は、スイッチ部２２１、２２２、電圧調整回路２３１、２３２を備える。
電圧調整回路２３１は、２つのツェナーダイオードを直列接続してなる回路であり、逆バイアスの電圧がかかったときに両端間に２００〔Ｖ〕の電圧差が生じるように構成されている。同様に、電圧調整回路２３２は、逆バイアスの電圧がかかったときに両端間に１００〔Ｖ〕の電圧差が生じるように構成されている。

スイッチ部２２２は、ＣＰＵ２０１からの切換信号２により、画像形成モード時には、接点を実線の位置に切り換え、トナー強制消費モード時には、実線、破線のいずれかの位置に切り換える。スイッチ部２２１は、ＣＰＵ２０１からの切換信号１により、画像形成モード時には、接点を実線の位置に、トナー強制消費モード時には、破線の位置に切り換える。

上記の切り換えにより、画像形成モード時には、作像部２Ｙ〜２Ｋの各供給ローラ５３に、電源部１５からのバイアス電圧ＶＢがスルーして供給され（図４（ｂ）のＶＢ２）、作像部２Ｙ〜２Ｋの各現像ローラ５２に、電圧調整回路２３１で矩形波の負側のピークだけが２００〔Ｖ〕高くされた状態の電圧が供給される（図４（ａ）のＶＢ１）。
一方、トナー強制消費モード時には、各現像ローラ５２に電源部１５からのバイアス電圧ＶＢがスルーして供給され（図５（ｂ）のＶＢ１１）、各供給ローラ５３に電圧調整回路２３１、２３２のうち、スイッチ部２２２により切り換えられた回路を経由した電圧が印加される。具体的には、電圧調整回路２３１に切り換えられた場合には、バイアス電圧ＶＢに対し、正側のピーク値はそのままで、負側のピーク値が２００〔Ｖ〕高くされた状態の電圧（正側が４８０〔Ｖ〕、負側が−９２０〔Ｖ〕の電圧）が印加される（図５（ｂ）のＶＢ２１）。電圧調整回路２３２に切り換えられた場合には、負側のピーク値が１００〔Ｖ〕高くされた状態の電圧（正側が４８０〔Ｖ〕、負側が−１０２０〔Ｖ〕の電圧）が印加される。なお、上記のようにバイアスの電圧差の大きさを多段階や漸次切り換える構成をとる場合には、切り換えに必要な分だけ電圧調整回路を設けるとしても良いし、電源部１５自体を、必要な電圧を可変させて出力する構成のものを用いるとしても良い。

（８）トナー強制消費モードの処理
図１１は、トナー強制消費モードの動作処理の例を示すフローチャートである。当該処理は、例えばプリントジョブ終了直後に、作像部２Ｙ〜２Ｋ毎に同じ動作が実行される。
同図に示すように、累積トナー消費量記憶部２０６に格納されている累積トナー消費量Ｒのデータを読み出す（ステップＳ１１）。

そして、読み出した累積トナー消費量Ｒが所定量Ｒ０以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。所定値Ｒ０は、トナー強制消費の実行の要否を判断するための値である。本実施の形態では、累積トナー消費量ＲがＲ０以上になると、現像器５Ｙ〜５Ｋ内におけるトナー粒子同士の摩擦等により劣化トナーの量が画質に影響を与える程度にまで増加しているとして、トナー強制消費を実行することにしている。所定値Ｒ０は、予め実験等により求められ、そのデータがＲＯＭ２０３等に格納される。なお、操作パネル等から適宜入力、修正、登録等を行えるとしても良い。

Ｒ＜Ｒ０の場合には（ステップＳ１２で「ＮＯ」）、そのまま当該処理を終了する。
一方、Ｒ≧Ｒ０の場合には（ステップＳ１２で「ＹＥＳ」）、装置内温湿度Ｅを検出する（ステップＳ１３）。この検出は、温湿度センサ１６による検出信号に基づいて行われる。続いて、累積印刷枚数記憶部２０７に格納されている累積印刷枚数Ｐを読み出す（ステップＳ１４）。

バイアス電圧テーブル２０８に格納されているバイアス電圧情報２０８１を参照し、装置内温湿度Ｅに対応するバイアスの電圧差を決定する（ステップＳ１５）。例えば、装置内温湿度Ｅが高温高湿以外の範囲にある場合には、バイアスの電圧差が２００〔Ｖ〕とされる。
次に、強制消費動作テーブル２０９に格納されている強制消費動作情報２０９１を参照し、累積印刷枚数Ｐに対応するバイアス電圧のデューティ比と強制消費動作時間を決定する（ステップＳ１６）。例えば、累積印刷枚数Ｐが５０００〔枚〕の場合には、バイアス電圧のデューティ比が０．３、強制消費動作時間がｔ１〔秒〕とされる。

ステップＳ１５とＳ１６で決定されたバイアスの電圧差、デューティ比および強制消費動作時間に基づいてトナー強制消費を実行する（ステップＳ１７）。具体的には、電源部１５に指示して、決定されたデューティ比のバイアス電圧ＶＢを出力させ、バイアス電圧切換部２１０のスイッチ部２２１の接点を図１０に示す破線の位置に切り換えると共に、決定されたバイアスの電圧差に応じてスイッチ部２２２の接点を切り換える。例えば、バイアスの電圧差が２００〔Ｖ〕と決定された場合には、スイッチ部２２１の接点が実線の位置に切り換えられる。

これと同期して、作像部２Ｙ〜２Ｋの感光体ドラム３、現像ローラ５２、供給ローラ５３等を回転駆動させると共に、各感光体ドラム３上に強制消費用の画像の潜像を形成し、その潜像を現像させる。決定された強制消費動作時間が経過すると、電源部１５に指示してバイアス電圧ＶＢの出力を停止させる。
トナー強制消費の実行後、累積トナー消費量記憶部２０６に現に格納されている累積トナー消費量Ｒの値をゼロにリセットして（ステップＳ１８）、当該処理を終了する。

以上説明したように、正規帯電極性が負のトナーを用いる場合に、トナー強制消費モード時には、現像バイアスＶＢ１の電位を供給バイアスＶＢ２の電位よりも低くしているので、劣化トナーが現像ローラ２２に集まり易くなる。従って、従来のように規制ブレードに集める構成に比べて、より多くの量の劣化トナーを直接、現像により感光体ドラム３に移動させることができ、劣化トナーをより効率良く消費することができる。

また、画像形成時とトナー強制消費時とで、現像ローラ２２と供給ローラ２３に印加する電圧を入れ換えるようにしている。トナー強制消費モードにおいて画像形成モード時のバイアス電圧と同じ波形の電圧を利用でき、トナー強制消費実行のために電源部１５を新たなものに変更する必要がなくなる。
上記では、トナー強制消費における現像バイアスＶＢ１１の負側ピーク値Ｖ１ａと、供給バイアスＶＢ２１の負側ピーク値Ｖ２ａの電圧差を１００〜２００〔Ｖ〕の範囲とした例を説明したが、電圧差がこれに限られないことはいうまでもない。

現像ローラ２２と供給ローラ２３間に、逆帯電トナーを現像ローラ２２に引き付けるための電界（第１の電界）が発生すれば良い。Ｖ１ａからＶ２ａを差し引いた値が負（トナーの正規帯電極性と同極性）になるようにバイアス電圧を設定すれば、第１の電界を発生させることができる。
第１の電界は、ある時間（単位時間）において、上記のように間歇的に発生するとしても良いし、後述のように逆帯電トナーを供給ローラ２３に引き付けるための電界（第２の電界）と交互に発生させるとしても良い。この場合、単位時間当たりにおいて、第１の電界が発生したときに逆帯電トナーに作用する力（現像ローラ２２に引き付けられる力）の積分値が、第２の電界に切り換わったときに逆帯電トナーに作用する力（供給ローラ２３に引き付けられる力）の積分値よりも大きくなるようにすれば、結果的に劣化トナーを現像ローラ２２に集めることができる。

逆帯電トナーに作用する力の積分値をとるということは、電圧の平均値をとることと同じといえる。ここで、平均値とは、電圧波形における単位時間当たりの波形部分の、０ボルトを基準に正側の面積から負側の面積を差し引いた値である。例えば、単位時間を１周期とすると、波形Ｗ３の場合には、４８０×０．７（正側）−１１２０×０．３（負側）になり、平均値Ｓ１＝０となる。同様に、波形Ｗ４の場合には平均値Ｓ２＝６０となる。

現像バイアスＶＢ１１の電圧波形Ｗ３における単位時間当たりの平均値をＳ１、供給バイアスＶＢ２１の電圧波形Ｗ４における単位時間当たりの平均値をＳ２としたとき、トナーの正規帯電極性が負の場合には、Ｓ１−Ｓ２＜０の関係を満たす（Ｓ１からＳ２を差し引いた値がトナーの正規帯電極性と同極性の値になる）ようにすれば、上記第１と第２電界の積分値の大小関係と同じになり、劣化トナーを現像ローラ２２に集めることができる。以下、実施の形態２以降において上記とは別の波形例を具体的に説明するが、いずれもＳ１−Ｓ２＜０の関係を満たすものである。

〔実施の形態２〕
上記実施の形態では、現像バイアス電圧ＶＢ１１と供給バイアス電圧ＶＢ２１双方の波形を矩形波とした場合の例を説明したが、本実施の形態では、トナー強制消費時において一方を直流としており、この点が異なっている。以下、説明の重複を避けるため、実施の形態１と同じ内容についてはその説明を省略し、同じ構成要素については、同符号を付すものとする。

図１２は、本実施の形態に係るトナー強制消費時におけるバイアス電圧の波形例を示す図である。
同図に示すように、現像バイアス電圧ＶＢ１１は、ＤＣ成分が−３２０［Ｖ］の直流電圧に、ピークピーク値が５００〔Ｖ〕、周波数が２［ｋＨｚ］、デューティ比（Ｔ１／Ｔ）が０．７の矩形波が重畳された波形（脈流電圧）になっている。一方、供給バイアス電圧ＶＢ２１は、−２２０［Ｖ］の一定の直流電圧になっている。

このような波形をとれば、現像ローラ２２と供給ローラ２３間では、上記第１の電界と第２の電界が交互に発生して、正規帯電トナーと逆帯電トナー等に電界の切り換わりに応じて正逆方向の力が交互に作用し、正規帯電トナーと劣化トナーの選別がより促進される。本実施の形態でも、上記実施の形態と同様に、装置内の温湿度と累積印刷枚数等に応じてバイアスの電圧差とデューティ比（上記平均値Ｓ１とＳ２の差分の大きさに相当）が決められる。このことは、後述の実施の形態について同じである。

なお、Ｓ１−Ｓ２＜０の関係を満たせば良く、例えば現像バイアス電圧ＶＢ１１を交流波形とすることもできる。
〔実施の形態３〕
図１３（ａ）は、本実施の形態に係るトナー強制消費時における現像バイアス電圧ＶＢ１１の波形Ｗ５を示す図であり、図１３（ｂ）は、トナー強制消費時における供給バイアス電圧ＶＢ２１の波形Ｗ６を示す図であり、図１３（ｃ）は、波形Ｗ５とＷ６を重ね合わせた場合の例を示す図である。

図１３（ａ）に示すように、現像バイアス電圧ＶＢ１１は、ＤＣ成分が−３２０［Ｖ］の直流電圧に、ＡＣ成分としてピークピーク値が１６００〔Ｖ〕、周波数が２［ｋＨｚ］、デューティ比が０．３の矩形波が重畳された波形になっている。
図１３（ｂ）に示すように、供給バイアス電圧ＶＢ２１は、ＤＣ成分が−３２０［Ｖ］の直流電圧に、負側のピーク値が−７２０〔Ｖ〕、正側のピーク値が＋３８０〔Ｖ〕、周波数が２［ｋＨｚ］、デューティ比が０．３の矩形波が重畳された波形になっている。

図１３（ｃ）に示すように、波形Ｗ５とＷ６は位相が同期しており、負側のピーク値が現像バイアス電圧ＶＢ１１よりも供給バイアス電圧ＶＢ２１の方が４００〔Ｖ〕高く、正側のピーク値が供給バイアス電圧ＶＢ２１よりも現像バイアス電圧ＶＢ１１の方が１００〔Ｖ〕高くなっている。１周期において、正側と負側の両方のピーク時にバイアスの電圧差が生じるので、正規帯電トナーと劣化トナーの選別をさらに促進することができる。

本発明は、現像装置に限られず、現像方法であるとしてもよい。さらに、その方法をコンピュータが実行するプログラムであるとしてもよい。また、本発明に係るプログラムは、例えば磁気テープ、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＭＯ、ＰＤなどの光記録媒体、フラッシュメモリ系記録媒体等、コンピュータ読み取り可能な各種記録媒体に記録することが可能であり、当該記録媒体の形態で生産、譲渡等がなされる場合もあるし、プログラムの形態でインターネットを含む有線、無線の各種ネットワーク、放送、電気通信回線、衛星通信等を介して伝送、供給される場合もある。

〔変形例〕
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施の形態では、装置内の温湿度を検出するとしたが、装置内に限られず、装置周辺の温湿度を検出するとしても良い。また、温度と湿度の両方に限られず、いずれか一方を用いて上記同様の制御を行うとしても良い。トナーは、温度や湿度などの環境変化により帯電等の特性に影響を受け易いからである。

さらに、上記では、温湿度、累積印刷枚数（現像器の累積動作時間に相当）を、バイアスの電圧差やデューティ比を変える（平均値Ｓ１とＳ２の差分の大きさを変える）変動条件としたが、静電力によるトナーの移動に何らかの影響を与えるものであれば、これらに限られることはない。例えば、気圧の高低を環境変動ととらえ変動条件の一つとすることもできる。また、印刷の休止時間（次の印刷（ジョブ）までの待ち時間）としても良い。休止時間が長くなると、短い場合よりもトナーの荷電の立ち上がりが悪くなって、低帯電、逆帯電トナーが発生し易くなる場合があるからである。

（２）また、変動条件を、例えば印字率（用紙１ページの面積に対する印字部分の面積の比率）が所定値よりも小さな原稿画像に対する印刷を所定枚数連続して実行した場合とすることもできる。印字率が低い場合、現像によりトナーが消費され難く、現像器内に残ったままとなったトナーが攪拌等により磨耗され続けると、帯電特性が劣化するトナーが多くなり易いからである。この場合、連続印刷を一旦停止して、トナー強制消費を実行し、その後、印刷を再開する方法や、連続印刷終了後に、自動的にトナー強制消費を実行する方法などをとることができる。また、印字率が小さい画像の印刷を連続して実行することをトナー強制消費の実行条件としても良い。

（３）上記実施の形態におけるバイアス電圧、周波数、デューティ比などは、トナーや感光体ドラムの帯電特性、トナー粒子の大きさや材質、質量などから適切な値が実験等から決められる。なお、バイアス電圧の電圧差は、当該電圧差が正規帯電トナーと劣化トナーの選別性に影響を与えていると考えられることから、１００〔Ｖ〕以上とすることが望ましい。また、リークの関係から最大で５００〔Ｖ〕までとすることが好ましい。さらに、周波数Ｈの値としては、小さすぎるとトナー粒子同士が一方のローラで凝集し易くなって好ましくなく、大きすぎるとトナー粒子が電圧の正負の切り換えに追随し難くなるので、例えば２≦Ｈ≦４〔ｋＨｚ〕とすることが望ましい。

（４）上記実施の形態では、トナー強制消費時における現像バイアス電圧Ｖ１１と供給バイアス電圧Ｖ２１の両方を矩形波としたが、矩形波に限られず、例えば正弦波や三角波などとしても良い。また、直流電圧成分に周期的に変化する電圧成分を重畳させた電圧の例として交流を用いるとしたが、Ｓ１−Ｓ２＜０の関係を満たせば良く、例えば脈流とすることもできる。

上記では、装置内温湿度等の応じてバイアスの電圧差やデューティ比等を変える構成例を説明したが、これに限られない。少なくともＳ１−Ｓ２＜０の関係を満たす構成とすることで、劣化トナーの消費量の向上を図ることが可能になる。
（５）上記実施の形態では、使用されるトナーの正規帯電極性が負の場合の例を説明したが、正の場合にも適用できる。トナーの正規帯電極性が正の場合には、上記実施の形態とは正負の関係が逆になり、Ｓ１−Ｓ２＞０の関係を満たすようにすれば、劣化トナーをより効率的に消費することができるようになる。

（６）上記実施の形態では、本発明の現像装置および画像形成装置をタンデム型カラーデジタルプリンタに適用した場合の例を説明したが、これに限られない。カラーやモノクロの画像形成に関わらず、感光体ドラム等の像担持体に形成された静電潜像をトナーを用いて現像する現像装置およびこれを備える画像形成装置であれば、例えば複写機、ＦＡＸ、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）等に適用できる。

また、上記実施の形態及び上記変形例は、それぞれ単独の制御について説明したが、これに限られることはなく、それぞれの実施の形態や変形例を組み合わせて実施するようにしても良いことはいうまでもない。

本発明は、トナーにより現像を行う現像装置および画像形成装置に広く適用することができる。

実施の形態１に係るプリンタの全体の構成を示す図である。 プリンタの現像器の構成を示す断面図である。 プリンタの制御部の構成を示すブロック図である。 画像形成モード時のバイアス電圧の波形例を示す図である。 トナー強制消費モード時のバイアス電圧の波形例を示す図である。 画像形成時とトナー強制消費時におけるトナー帯電量分布を実際に測定した結果を示す図である。 バイアス電圧情報の例を示す図である。 トナー強制消費動作情報の例を示す図である。 トナーの飛翔力と帯電量分布を示すグラフである。 バイアス電圧切換部の回路構成の例を示す図である。 トナー強制消費モードの動作処理の例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るトナー強制消費時のバイアス電圧の波形例を示す図である。 実施の形態３に係るトナー強制消費時のバイアス電圧の波形例を示す図である。

符号の説明

１ プリンタ
２Ｙ〜２Ｋ 作像部
３ 感光体ドラム
５ 現像器
１４ 制御部
１５ 電源部
１６ 温湿度センサ
５０ トナー
５２ 現像ローラ
５３ 供給ローラ
２０１ ＣＰＵ
２０５ トナー消費量算出部
２０７ 累積印刷枚数記憶部
２０８１ バイアス電圧情報
２０９１ 強制消費動作情報
ＶＢ１、ＶＢ１１ 現像バイアス電圧
ＶＢ２、ＶＢ２１ 供給バイアス電圧
Ｗ１〜Ｗ６ 波形

Claims (12)

1. 周面上に担持されたトナーを用いて像担持体に形成された静電潜像を現像する現像ローラと、当該現像ローラにトナーを供給する供給ローラとを備え、現像ローラ上のトナーを強制消費させるために現像を行うトナー強制消費を実行する現像装置であって、
   現像ローラにバイアス電圧Ｖ１を、供給ローラにバイアス電圧Ｖ２を印加させる電圧印加手段と、
   トナー強制消費時において、バイアス電圧Ｖ１の単位時間当たりの平均値Ｓ１からバイアス電圧Ｖ２の単位時間当たりの平均値Ｓ２を差し引いた値がトナーの正規帯電極性と同極性の値になるように、前記電圧印加手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする現像装置。
2. 前記バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２は、それぞれが直流電圧成分に周期的に変化する電圧成分を重畳させた電圧であり、同周波数でかつ位相が同期しており、
   前記制御手段は、
   トナー強制消費時におけるバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２それぞれの１周期におけるトナーの正規帯電極性側のピーク電位をＶ１ａ、Ｖ２ａ、逆極性側のピーク電位をＶ１ｂ、Ｖ２ｂとしたとき、
   Ｖ１ａ〜Ｖ２ｂの大小関係が、Ｖ１ａからＶ２ａを差し引いた値がトナーの正規帯電極性と同極性の値になり、かつＶ１ｂ＝Ｖ２ｂになるように、印加電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２は、それぞれが直流電圧成分に周期的に変化する電圧成分を重畳させた電圧であり、同周波数でかつ位相が同期しており、
   前記制御手段は、
   トナー強制消費時におけるバイアス電圧Ｖ１、Ｖ２それぞれの１周期におけるトナーの正規帯電極性側のピーク電位をＶ１ａ、Ｖ２ａ、逆極性側のピーク電位をＶ１ｂ、Ｖ２ｂとしたとき、
   Ｖ１ａ〜Ｖ２ｂの大小関係が、Ｖ１ａからＶ２ａを差し引いた値およびＶ２ｂからＶ１ｂを差し引いた値がトナーの正規帯電極性と同極性の値になるように、印加電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２は、
   交流電圧であることを特徴とする請求項２または３に記載の現像装置。
5. 前記バイアス電圧Ｖ１は、トナーの正規帯電極性と同極性の直流電圧成分と周期的に変化する電圧成分とを重畳させた電圧であり、
   前記バイアス電圧Ｖ２は、トナーの正規帯電極性と同極性の一定の直流電圧であり、
   前記制御手段は、
   トナー強制消費時におけるバイアス電圧Ｖ１の１周期におけるトナーの正規帯電極性側のピーク電位をＶ１ａ、逆極性側のピーク電位をＶ１ｂとしたとき、
   前記バイアス電圧Ｖ２がＶ１ａとＶ１ｂの間の電位になるように、印加電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
6. 前記バイアス電圧Ｖ１は、
   脈流または交流電圧であることを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
7. 前記制御手段は、
   所定条件に基づいて、トナー強制消費時における平均値Ｓ１とＳ２の差分の大きさを変更させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置。
8. 前記所定条件は、
   自装置内または周辺の温度および／または湿度が、第１の値と、これよりも高い第２の値のいずれであるかということであり、
   前記制御手段は、
   温度および／または湿度が第１の値の場合には、前記差分を第１の大きさとし、第２の値の場合には、前記差分を第１の大きさよりも小さい第２の大きさとすることを特徴とする請求項７に記載の現像装置。
9. 前記所定条件は、
   自装置の現在までの累積動作時間が、第１の時間と、これよりも長い第２の時間のいずれであるかということであり、
   前記制御手段は、
   前記累積動作時間が第１の時間の場合には、前記差分を第１の大きさとし、第２の時間の場合には、前記差分を第１の大きさよりも大きい第２の大きさとすることを特徴とする請求項８に記載の現像装置。
10. 前記制御手段は、
    前記バイアス電圧Ｖ１および／またはＶ２が、直流電圧成分と周期的に変化する電圧成分とを重畳させた電圧である場合に、１周期におけるデューティ比を変えることで、平均値Ｓ１とＳ２の差分の大きさを変更させることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の現像装置。
11. 像担持体上の潜像をトナーにより現像する現像部を備える画像形成装置であって、
    前記現像部として、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
12. 周面上に担持されたトナーを用いて像担持体に形成された静電潜像を現像する現像ローラと、当該現像ローラにトナーを供給する供給ローラとを備える現像装置において、現像ローラ上のトナーを強制消費させるために行われる現像方法であって、
    現像ローラにバイアス電圧Ｖ１を、供給ローラにバイアス電圧Ｖ２を印加させる電圧印加ステップと、
    トナー強制消費時において、バイアス電圧Ｖ１の単位時間当たりの平均値Ｓ１からバイアス電圧Ｖ２の単位時間当たりの平均値Ｓ２を差し引いた値がトナーの正規帯電極性と同極性の値になるように、前記電圧印加手段を制御する制御ステップと、
    を含むステップを実行することを特徴とする現像方法。

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