(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に沿って現像剤を搬送しつつ前記現像剤担持体に現像剤を供給する第１搬送路と、
前記第１搬送路の両端部に接続して前記第１搬送路と一体に現像剤の循環路を形成する第２搬送路と、
トナーとキャリアが混合された第１現像剤を前記循環路に補給する第１補給装置と、
前記第１現像剤よりもキャリアの重量比率が高い第２現像剤、もしくはキャリアのみからなる第２現像剤を前記循環路に補給する第２補給装置と、
現像装置内の余剰現像剤を前記循環路から排出する排出口と、を備え、
１個のキャリアの表面全体を最密状態でトナーが１層分覆うために必要なトナーの平均個数をＡとし、現像剤に含まれる１個のキャリアあたりのトナー個数をＢとして、前記第１現像剤のトナー余剰係数をＢ／Ａ＝Ｃ１と定義し、前記第２現像剤のキャリア余剰係数をＡ／Ｂ＝Ｃ２と定義するとき、
前記Ｃ２が前記Ｃ１より大きく設定されるとともに、前記現像装置内の現像剤搬送方向に関して、前記現像剤担持体の下流端部を通過してから前記現像剤担持体の上流端部に到達するまでの搬送路中において、前記第２補給装置の補給位置の方が前記第１補給装置の補給位置よりも上流側に配置されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
トナーとキャリアを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に沿って現像剤を搬送しつつ前記現像剤担持体に現像剤を供給する第１搬送路と、
前記第１搬送路の両端部に接続して前記第１搬送路と一体に現像剤の循環路を形成する第２搬送路と、
トナーとキャリアが混合された第１現像剤を前記循環路に補給する第１補給装置と、
前記第１現像剤よりもキャリアの重量比率が高い第２現像剤、もしくはキャリアのみからなる第２現像剤を前記循環路に補給する第２補給装置と、
現像装置内の余剰現像剤を前記循環路から排出する排出口と、を備え、
１個のキャリアの表面全体を最密状態でトナーが１層分覆うために必要なトナーの平均個数をＡとし、現像剤に含まれる１個のキャリアあたりのトナー個数をＢとして、前記第１現像剤のトナー余剰係数をＢ／Ａ＝Ｃ１と定義し、前記第２現像剤のキャリア余剰係数をＡ／Ｂ＝Ｃ２と定義するとき、
前記Ｃ１が前記Ｃ２より大きく設定されるとともに、前記現像装置内の現像剤搬送方向に関して、前記現像剤担持体の下流端部を通過してから前記現像剤担持体の上流端部に到達するまでの搬送路中において、前記第１補給装置の補給位置の方が前記第２補給装置の補給位置よりも上流側に配置されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記循環路を循環する現像剤のトナー比率を所定範囲に制御するトナー濃度制御手段を備え、前記第２現像剤は、トナー比率を前記所定範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
連続画像形成の時間当たりトナー消費量が所定値を割り込む場合に、前記第２補給装置を制御して、前記循環路に前記第２現像剤を補給するキャリア補給制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記キャリア補給制御手段は、前記時間当たりトナー消費量が少ないほど前記第２現像剤の補給量を増すことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記循環路の現像剤の搬送を停止させた状態で前記第２補給装置により前記第２現像剤を補給し、補給後に前記循環路の現像剤の搬送を開始させて、現像剤の一部を前記排出口から排出させるキャリア補給モードを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記キャリア補給モードは、前記搬送の停止、前記第２現像剤の補給、及び前記搬送の開始を複数回続けて実行することを特徴とする請求項６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、現像剤の循環路にトナーとキャリアを個別に補給する一方で、排出口を通じて劣化したキャリアを含む現像剤を排出する画像形成装置、詳しくはトナーとキャリアの混合性を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナー（非磁性）とキャリア（磁性）を含む現像剤（二成分現像剤）を用いて、感光体に形成した静電像を現像する画像形成装置が広く用いられている。特許文献１〜３には、第１搬送路と第２搬送路とで構成される循環路で、現像剤を撹拌しつつ搬送してトナーとキャリアを逆極性にそれぞれ摩擦帯電させる現像装置が示される。
【０００３】
帯電した現像剤は、現像剤担持体に磁気的に担持されたキャリアの磁気穂にトナーを静電的に担持させた状態で像担持体を摺擦して、静電像にトナーのみを移転させる。画像形成を続けていくと、現像剤中のトナーだけが消費されて減ってくるので、画像形成に伴うトナー消費を補うように、第１補給装置からトナーが補給される。
【０００４】
ここで、循環路を循環する現像剤は、トナーが補給によって新しいものに置換されていく一方で、キャリアは、現像装置内で撹拌と摩擦を受け続けて、次第に帯電性能が低下してしまう。このため、現像装置では、現像剤の循環路にキャリアを補給する一方で、循環路に設けた排出口から過剰になった現像剤を排出させて、キャリアも少しずつ新しいものに入れ替えている。
【０００５】
特許文献１には、トナーとキャリアを含む現像剤をスクリュー搬送部材によって攪拌しつつ搬送して帯電させる現像装置が示され、現像剤の循環路に１００％トナーと１００％キャリアとを個別に補給している。
【０００６】
特許文献２には、トナーにキャリアを一定比率（例えばキャリア重量比１０％）で混合した補給現像剤を用いて、現像剤の循環路に新しいキャリアを補給するようにした現像装置が示される。
【０００７】
特許文献２には、トナーの補給装置とは独立したキャリア専用の補給装置を設けて、現像剤の循環路に必要なだけ、新しいキャリアを随時補給できるようにした現像装置が示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５９−１００４７１号公報
【特許文献２】特開２０００−１１２２３８号公報
【特許文献３】特開２００７−０９３９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に示される画像形成装置では、補給現像剤を用いたトナー補給量とキャリア補給量とが一定比率で連動している。このため、１枚あたりトナー消費量が少ない画像形成が続いてトナー補給量が少ない状態が続くと、キャリア補給量も少ない状態が続いて、現像装置内におけるキャリア滞在時間が長くなる。この場合、現像装置内で摩擦を受け続けてキャリアがトナーに対する帯電付与性能を低下させるため、トナー帯電量Ｑ／Ｍが低下して画像濃度が高まったり、現像剤担持体からの飛散トナーが増えたりして画像品質が低下する可能性がある。
【００１０】
一方、１枚あたりトナー消費量が多い画像形成が続いてトナー補給量が多い状態が続くと、キャリア補給量も多い状態が続いて現像装置内におけるキャリア滞在時間が短くなる。この場合、キャリアがトナーに対する帯電付与性能を低下させる前に、次々に排出口から排出される状態となり、キャリアが無駄に廃棄されてしまう。
【００１１】
特許文献３に示される画像形成装置では、循環する現像剤中のキャリアの劣化状態を相殺するようにキャリアの補給量を調整するため、１枚あたりトナー消費量が少ない画像形成が続いても所定量のキャリア補給を継続できる。このため、特許文献２のような問題は生じない。
【００１２】
しかし、キャリアとトナーとを独立に補給する場合、補給したトナーやキャリアが、循環する現像剤中で塊状態のまま搬送されて現像剤中のトナー濃度、キャリア濃度、帯電量分布のばらつきが大きくなることが判明した。
【００１３】
比重と直径が大きく異なるキャリアとトナーを、特許文献１、３に示されるように、現像剤の搬送方向の同じ位置で供給した場合、キャリアとトナーが十分に混じり合わないまま現像剤担持体まで搬送されることが判明した。特に、画像比率の高い画像形成が続いて大量のトナーが補給される場合、トナーがキャリアと十分な摩擦帯電を受けることなく現像剤担持体に到達する割合が高くなることが判明した。比重が小さくてキャリアに比べて数が多いトナーは、凝集し易い上に、攪拌によって凝集がこわれにくく、摩擦帯電が不足した状態で現像剤担持体に到達し易いことが判明した。
【００１４】
そして、これにより発生するトナーの帯電量のばらつきは、静電像に付着するトナー量を部分ごとにばらつかせて画像の濃度ムラを引き起す。また、未帯電トナーが増えると現像剤担持体から飛散し易くなり、画像に付着して画像品質を低下させたり、周囲を汚したりする。
【００１５】
本発明は、補給されたキャリアとトナーとが現像剤中で十分に混じり合って、十分に帯電された状態で現像剤担持体に担持され、画像の濃度ムラやトナー飛散を抑制できる画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の画像形成装置は、トナーとキャリアを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に沿って現像剤を搬送しつつ前記現像剤担持体に現像剤を供給する第１搬送路と、前記第１搬送路の両端部に接続して前記第１搬送路と一体に現像剤の循環路を形成する第２搬送路と、トナーとキャリアが混合された第１現像剤を前記循環路に補給する第１補給装置と、前記第１現像剤よりもキャリアの重量比率が高い第２現像剤、もしくはキャリアのみからなる第２現像剤を前記循環路に補給する第２補給装置と、現像装置内の余剰現像剤を前記循環路から排出する排出口と、を備えるものである。そして、１個のキャリアの表面全体を最密状態でトナーが１層分覆うために必要なトナーの平均個数をＡとし、現像剤に含まれる１個のキャリアあたりのトナー個数をＢとして、前記第１現像剤のトナー余剰係数をＢ／Ａ＝Ｃ１と定義し、前記第２現像剤のキャリア余剰係数をＡ／Ｂ＝Ｃ２と定義するとき、前記Ｃ２が前記Ｃ１より大きく設定されるとともに、前記現像装置内の現像剤搬送方向に関して、前記現像剤担持体の下流端部を通過してから前記現像剤担持体の上流端部に到達するまでの搬送路中において、前記第２補給装置の補給位置の方が前記第１補給装置の補給位置よりも上流側に配置される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の画像形成装置では、第１現像剤にキャリアが混合されているため、１００％トナーを供給するよりも循環路における現像剤との攪拌混合性が著しく高まって（図７参照）、トナーとキャリアの流動性、攪拌性、既存の現像剤との混合性が改善される。その結果、塊状態のトナーとキャリアが攪拌によってほぐれ易くなり、現像剤のトナー濃度が一様に収束するまでの搬送距離及び時間が短くなる。また、トナーの摩擦帯電機会が平均化されて、現像剤担持体へ到達した際の現像剤中のトナーとキャリアの帯電量分布のばらつきが小さくなる。
【００１８】
従って、補給されたキャリアとトナーとが現像剤中で十分に混じり合って、十分に帯電された状態で現像剤担持体に担持され、画像の濃度ムラやトナー飛散を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】現像装置の構成の説明図である。
【図３】現像装置の平面図である。
【図４】現像装置の制御系のブロック図である。
【図５】トナー補給制御のフローチャートである。
【図６】補給現像剤のトナー濃度とトナー帯電量分布の関係の説明図である。
【図７】補給現像剤のトナー濃度と未帯電トナー比率との関係の説明図である。
【図８】キャリア補給制御のフローチャートである。
【図９】キャリア補給制御の効果の説明図である。
【図１０】実施例２の現像装置の平面図である。
【図１１】実施例４のキャリア補給制御のフローチャートである。
【図１２】実施例４の制御の効果の説明図である。
【図１３】実施例５のキャリア補給制御のフローチャートである。
【図１４】実施例５のキャリア補給制御の効果の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、第１現像剤に５％以下の重量比でキャリアが混合されている限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００２１】
従って、二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置であれば、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型／直接転写型の区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。
【００２２】
なお、特許文献１、２に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。
【００２３】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。
【００２４】
画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト５に一次転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５上のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に中間転写ベルト５上に順次重ねて一次転写される。
【００２５】
中間転写ベルト５に担持された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ一括二次転写される。四色のフルカラートナー像を二次転写された記録材Ｐは、中間転写ベルト５から曲率分離して定着装置１６へ送り込まれる。定着装置１６は、記録材Ｐを加熱加圧して表面にトナー像を定着させる。その後、記録材Ｐが機体外部へ排出される。
【００２６】
画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、ブラックの画像形成部Ｐｄについて説明し、他の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃについては、説明中の構成部材に付した符号の末尾のｄをａ、ｂ、ｃに読み替えて説明されるものとする。
【００２７】
画像形成部Ｐｄは、感光ドラム１ｄの周囲に、コロナ帯電器２ｄ、露光装置３ｄ、現像装置４ｄ、一次転写ローラ６ｄ、ドラムクリーニング装置７ｄを配置している。
【００２８】
感光ドラム１ｄは、帯電極性が負極性の感光層をアルミニウムシリンダの基体上に形成して構成され２７３ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。コロナ帯電器２ｄは、コロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム１ｄの表面を、負極性の暗部電位ＶＤに一様に帯電処理する。
【００２９】
露光装置３ｄは、ブラックの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、感光ドラム１ｄの表面に画像の静電像を書き込む。暗部電位ＶＤに帯電した感光ドラム１ｄの表面電位が露光を受けて明部電位ＶＬに低下することで、負極性に帯電したトナーが付着可能となる。なお、露光装置３ｄは、レーザービームスキャナに代えて、発光ダイオード素子アレイ等他の画素列発光体を用いることもできる。
【００３０】
現像装置４ｄは、後述するように、感光ドラム１ｄに形成された静電像を反転現像してトナー像を形成する。一次転写ローラ６ｄは、中間転写ベルト５の内側面を押圧して感光ドラム１ｄと中間転写ベルト５の間に一次転写部を形成する。一次転写ローラ６ｄに正極性の電圧を印加することにより、感光ドラム１ｄに担持されたトナー像が中間転写ベルト５へ一次転写される。
【００３１】
ドラムクリーニング装置７ｄは、感光ドラム１ｄにクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト５への一次転写を逃れて感光ドラム１ｄに残った転写残トナーを回収する。
【００３２】
中間転写ベルト５は、テンションローラ６１と駆動ローラ６３と対向ローラ６２に掛け渡して支持され、駆動ローラ６３に駆動されて２７３ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。
【００３３】
二次転写ローラ１０は、対向ローラ６２によって内側面を支持された中間転写ベルト５に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。記録材カセット１２から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ１３で１枚ずつに分離して、レジストローラ１４へ送り出される。レジストローラ１４は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト５のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを送り出す。
【００３４】
トナー像と重ねて記録材Ｐが二次転写部Ｔ２を挟持搬送される過程で、二次転写ローラ１０に正極性の直流電圧が印加されることにより、フルカラートナー像が中間転写ベルト５から記録材Ｐへ二次転写される。転写されずに中間転写ベルト５の表面に残った転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１８に回収される。
【００３５】
なお、感光ドラム１ｄは、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用することもできる。また、ベルト状の感光体を用いることも可能である。帯電方式、転写方式、クリーニング方式、定着方式に関しても、上記方式に限られるものではない。
【００３６】
＜現像装置＞
図２は現像装置の構成の説明図である。図３は現像装置の平面図である。
【００３７】
図２に示すように、現像装置４ｄは、感光ドラム１ｄ表面から所定の隙間を隔てて現像スリーブ２８が対向するように設置されている。現像装置４ｄは、トナーとキャリアを含む現像剤（二成分現像剤）を帯電させて、回転する現像スリーブ２８に担持させて、感光ドラム１ｄとの対向部へ搬送する。現像剤は、磁気ブラシ状態で感光ドラム１ｄの静電像を摺擦して、静電像にトナーを付着させて反転現像する。
【００３８】
図３に示すように、現像剤は、現像装置４ｄの現像容器２２内を撹拌を受けつつ矢印で示すように循環する過程で、トナーとキャリアが摩擦して、トナーが負極性に、キャリアが正極性にそれぞれ帯電する。現像容器２２の内部は、長手方向に延在する隔壁２７によって、ほぼ中央で現像室２３と撹拌室２４とに区画されている。現像室２３と撹拌室２４は、隔壁２７の長手方向の両端部の開口部１１、１２で連通している。
【００３９】
第１搬送路の一例である現像室２３には、搬送スクリュー２５が配置され、第１搬送路と一体に現像剤の循環路を形成する第２搬送路の一例である撹拌室２４には、搬送スクリュー２６が配置される。搬送スクリュー２５は、現像スリーブ２８に沿ってほぼ平行に配置され、図２に示すように、回転に伴って現像スリーブ２８に現像剤を供給する。搬送スクリュー２５は、矢印Ｒ５方向（時計回り方向）に回転する。時計回りとした理由は、現像スリーブ２８への現像剤の上向き供給という観点で有利だからである。
【００４０】
搬送スクリュー２６は、撹拌室２４内に搬送スクリュー２５とほぼ平行に配置され、搬送スクリュー２５と逆方向（半時計回り）に回転する。搬送スクリュー２５、２６は、隔壁２７を挟んで現像剤を長手方向の逆方向に搬送して、図３に示す隔壁２７の開口部１１、１２を通じて現像剤を受け渡すことにより、現像室２３と撹拌室２４とに現像剤を循環させる。
【００４１】
図２に示すように、現像容器２２の感光ドラム１ｄに対向した現像領域に相当する位置に開口部が設けられ、この開口部に、現像スリーブ２８が感光ドラム１ｄ方向に一部露出するように回転可能に配設されている。現像スリーブ２８は、アルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成されて直径は２０ｍｍ、感光ドラム１ｄの直径は８０ｍｍである。現像スリーブ２８と感光ドラム１ｄとが最近接する現像領域における対向間隔は、現像領域に搬送した現像剤を感光ドラム１と接触させた状態で現像が行なえるように、約４００μｍに設定されている。
【００４２】
現像スリーブ２８の内部にはキャリアを拘束する磁界形成部材であるマグネットローラ２８ｍが非回転状態に設置されている。マグネットローラ２８ｍは、感光ドラム１に対向させた現像極Ｓ２と、規制ブレード（穂切り部材）２９に対向させた磁極Ｓ１と、磁極Ｓ１、Ｓ２の間の磁極Ｎ１と、現像室２３に対向させた磁極Ｎ２、Ｎ３とを有する。
【００４３】
現像スリーブ２８は、現像時に、矢印Ｒ４方向（反時計方向）に回転し、規制ブレード２９による磁気ブラシの穂切りによって層厚を規制された現像剤を担持して、これを感光ドラム１ｄと対向する現像領域へ搬送する。現像領域では、現像極Ｓ２の磁界に応答して形成される二成分現像剤の磁気ブラシが感光ドラム１ｄ上に形成された静電像を摺擦しつつトナーを付着させて静電像を反転現像する。
【００４４】
この時、現像効率、つまり、静電像へのトナー付与率を向上させるために、現像スリーブ２８には、電源Ｄ４から直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した振動電圧が印加される。本実施形態では、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが１８００Ｖで周波数ｆが１２ｋＨｚの矩形波の交流電圧を−５００Ｖの直流電圧Ｖｄｃに重畳して用いた。しかし、直流電圧Ｖｄｃ値、交流電圧Ｖｐｐ、波形は、これに限られるものではない。
【００４５】
このような磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆に、画像の白地部にトナーが付着する白地かぶり画像が発生し易くなる。このため、現像スリーブ２８に印加する直流電圧Ｖｄｃと感光ドラム１ｄの帯電電位（白地部電位）との間に電位差（かぶり取りコントラスト）を設けて、白地かぶりを防止している。
【００４６】
磁気ブラシの穂切り部材である規制ブレード２９は、感光ドラム１ｄよりも現像スリーブ２８の回転方向上流側に配設されて、現像スリーブ２８の長手方向に沿って延在している。規制ブレード２９は、板状のアルミニウムなどで形成されて層厚を規制する非磁性部材２９ａと、キャリアを磁気的に緩く拘束して現像剤溜まりを形成するための鉄材のような磁性部材２９ｂとで構成される。
【００４７】
そして、規制ブレード２９の先端と現像スリーブ２８との間隙を、現像剤が通過して現像領域へと送られ、この間隙を調整することによって、現像スリーブ２８上に形成される磁気ブラシの穂切り量が規制されて、現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。規制ブレード２９と現像スリーブ２８は、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定される。本実施形態では、５００μｍに設定しており、規制ブレード２９によって、現像スリーブ２８上の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ２に規制している。
【００４８】
現像領域においては、現像スリーブ２８は、感光ドラム１ｄの表面の移動方向と順方向に回転し、周速比は、感光ドラム１ｄとの周速比で１．７５倍の周速で回転する。この周速比に関しては、０〜３．０倍の間で設定され、好ましくは、０．５〜２．０倍の間に設定されれば、何倍でも構わない。移動速度比は、大きくなればなるほど、現像効率がアップするが、大き過ぎると、トナー飛散、現像剤劣化等の問題が発生し易くなるので、上記の範囲内で設定することが好ましい。
【００４９】
＜二成分現像剤＞
現像剤は、トナー（非磁性）とキャリア（磁性）を含む二成分現像剤である。トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は４μｍ以上、１０μｍ以下が好ましい。より好ましくは８μｍ以下であることが好ましい。
【００５０】
また、キャリアは、例えば、表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。キャリアは、重量平均粒径が２０〜６０μｍ、好ましくは３０〜５０μｍであり、抵抗率が１０７Ωｃｍ以上、好ましくは１０８Ωｃｍ以上である。本実施形態では、１０８Ωｃｍのものを用いた。
【００５１】
トナーの体積平均粒径は、以下に示す装置及び方法にて測定した。測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を使用し、電解水溶液として一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液を使用した。
【００５２】
測定方法は、以下に示す通りである。すなわち、上記の電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１ｂｌ加え、測定試料を０．５〜５０ｍｇ加える。
【００５３】
試料を懸濁した電解水溶液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、上記のコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求めた。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得た。
【００５４】
キャリアの抵抗率は、測定電極面積４ｃｍ、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いて測定した。セルの片方の電極に１０Ｎ（１ｋｇ）の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。
【００５５】
これらのトナーとキャリアを、現像剤に含まれるトナーの重量比（以後Ｔ／Ｄ比）で８％の割合で混合したものを、標準現像剤として用いた。画像の品位を保つ観点からは、Ｔ／Ｄ比としては５〜２０％が適当であった。２０％を超えるとキャリア表面のトナーが過剰になり、キャリアと接触しないトナーが存在しはじめるが、このようなトナーはキャリアと接触しないのでトリボが極度に低く、また、キャリアとの静電付着が極度に小さくなるので、遊離してかぶり画像となりやすい。一方、５％以下ではトナーのトリボが極度に高く、キャリアとの静電付着力が大きくなるので、トナーが現像されるときに、トナーと共にキャリアも感光ドラム上に一緒に現像され、不良画像となりやすい。
【００５６】
＜現像剤補給装置＞
電子写真方式によってフルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置では、発色性や混色性といった観点から、トナーとキャリアを混合した二成分現像剤を使用している。そして、二成分現像方式において、安定した品質の画像を長期間維持するためには、安定したトナー帯電量Ｑ／Ｍ（トリボ）をトナーに付与していくことが重要である。そのためには、トナーに対するキャリアの帯電付与能力が画像形成を累積しても安定して高く保たれている必要がある。
【００５７】
しかし、実際には、トナーは、画像形成に伴って消費され、補給された新しいトナーに随時置き換わっていくのに対し、キャリアは消費されずに、現像装置内に停滞して撹拌され続ける。このため、長時間使用していくと、キャリアがトナーと長時間に渡って摩擦し続けることで、キャリア表面がトナーやトナーの外添剤の付着によって汚染される可能性が高まる。その結果、キャリアのトナーに対する帯電付与性能が下がって、トナー帯電量Ｑ／Ｍが低下し、トナー飛散やかぶり画像と言った画像品質の低下が発生し易くなる。
【００５８】
このようなキャリア劣化の問題に対する解決方法の１つは、耐久寿命を過ぎた劣化現像剤を、定期的なサービスメンテナンス時にサービスマンが新しい現像剤に全交換する方法である。しかし、この方法を採用すると、現像剤寿命がサービスメンテナンス間隔を決定付けて、頻繁なサービスメンテナンスが必要となり、画像形成装置のランニングコストを引き上げてしまう。サービスメンテナンス間隔は、サービスマンへの負担、コスト、更には画像形成装置のダウンタイムという観点からも、長く設定可能なほうが好ましい。
【００５９】
キャリア劣化の問題に対する別の解決方法は、長時間摩擦を続けても帯電付与性能が低下しない現像剤の開発や現像剤を劣化させない現像装置の運転方法の開発である。しかし、これらの対策を施しても、現状の現像剤寿命は、連続画像形成で３万枚から５万枚のあたりで停滞している。
【００６０】
そこで、特許文献２に示されるように、トナーにキャリアを一定割合（例えば重量比１０％）で予め混合した補給現像剤を現像装置へ補給して、余剰になった現像剤を現像装置から取り出す方法が提案されている。ここでは、新しい現像剤の補給装置を現像装置に設けて、いわゆるトリクル補給を行うことにより、キャリアの帯電付与性能の低下を抑制している。新しい現像剤の補給よって過剰になった現像剤は、現像容器の壁面に設けられた排出口よりオーバーフローさせて回収している。
【００６１】
トリクル補給−オーバーフロー方式では、現像剤の補給に伴って新しいキャリアの補給と、古くなった現像剤の排出とが逐次繰り返されて、現像装置内のキャリアが、新たに供給されたキャリアに随時置換されていく。このため、現像装置内の現像剤の帯電付与性能の低下が抑制されて現像剤の現像特性が一定に維持され、複写画質の低下が抑制される。その結果、現像剤の全交換を行うためのサービスメンテナンス間隔が延長され、或いは現像剤の全交換自体が不要となっている。
【００６２】
しかし、トリクル補給−オーバーフロー方式では、トナーとキャリアを一定割合で予め混合したものを補給剤としているため、キャリアの劣化状態に即した補給が行なえないという問題がある。
【００６３】
例えば、１枚あたりトナー消費量が少ない（画像比率が低い）画像形成が続いた場合、現像剤の補給が少ないため、キャリアの更新が進まない一方で、現像剤が撹拌され続けるため、キャリアの平均的な帯電付与性能は低下してしまう。キャリアの補給がほとんどされないまま現像装置が稼動する結果、キャリアへのトナーのスペントが生じ、トナー帯電量Ｑ／Ｍが低下する可能性がある。
【００６４】
一方、１枚あたりトナー消費量が多い（画像比率が高い）画像形成が続いた場合、現像剤の補給が多いため、必要以上にキャリアが供給されてしまい、帯電能力が劣化していないキャリアが排出されてしまう無駄が生じる。これは、キャリアを無駄に廃棄してランニングコストを押し上げることになる。
【００６５】
トリクル補給−オーバーフロー方式では、補給現像剤は、現像装置内の現像剤（５〜１２重量％）に比較してトナーの重量比率が極端に高い（９０重量％）。この重量比率は、平均的な画像比率の連続画像形成において、現像装置４ｄ内のキャリアの寿命に応じて、適切にキャリアが入れ代るように設定されている。
【００６６】
このような、極端にトナーが多い現像剤では、キャリアより比重が軽く、キャリアに捕捉していないトナーが多数存在するために、補給現像剤を蓄えるホッパー内でトナーとキャリアが均一に混ざらないことがある。
【００６７】
トナーとキャリアの混合状態が不均一だと、キャリアの供給が更に不正確になり、キャリアの劣化や、キャリアの無駄な消費が更に助長されてしまう問題がある。補給現像剤の補給容器内でトナーとキャリアを均一に混合するためには、補給容器を横長にしたり、補給容器に撹拌部材を設けなくてはならず、現像装置のレイアウトが制限されたり、補給容器のコストアップをもたらしていた。
【００６８】
このような課題を解決するために、特許文献３では、トナーを補給する第１補給装置とは独立させてキャリアを補給する第２補給装置を設ける構成が提案されている。ここでは、トナーとキャリアとが独立に供給されるので、トナーの消費量に左右されることなく、現像剤中のキャリアの劣化状態に即したキャリアの供給を行うことができる。例えば、画像比率によらず、現像装置の運転時間に応じてキャリアを供給する制御が可能である。また、現像剤中のキャリアの劣化度合いが現像装置の温度に感度があるなら、それも加味してキャリアの補給量を制御することができる。
【００６９】
しかし、現像装置にキャリアを独立に供給する場合、その構成によっては、供給したキャリアが循環している既存の現像剤と十分に混ざり合う前に現像スリーブに達して担持されてしまう。混合不十分で現像剤中のトナーとキャリアの分布にムラがある状態で現像が行なわれると画像濃度ムラとなることがあった。トナー飛散やカブリといった画像不良の要因にもなる。これはトナーの消費量が多い、すなわちトナーの補給量が多いほど顕著になる。
【００７０】
また、キャリアの供給によって現像剤の長寿命化を図るには、新しいキャリアの供給に伴って、劣化したキャリアだけが排出口からオーバーフローすることが理想である。しかし、実際には、現像装置内の現像剤の剤面は、供給したキャリアの拡散とともに上昇するので、供給したキャリアも排出されてしまうことは免れなかった。このため、現像装置のキャリア補給位置に制限が生まれ、現像装置の構成のレイアウトの自由度が減ってしまうことがあった。
【００７１】
また、排出口に関しても、その配置によっては、トナーの消費に対して現像剤面が安定せず、キャリアの補給に対して排出が反応良く行なわれず、その結果、現像剤の帯電能力の改善に遅れが生じる場合がある。この現象もトナーの消費量が多いほど顕著となる。
【００７２】
近年、画像形成装置では、画像出力の高速化と画像品質の安定化を両立する性能が強く求められており、トナーの急激な消費量変化に対しても安定して動作する現像装置が必要とされている。また、画像形成装置の小型化に伴って現像装置の小型化も求められており、スペースの制約がある中で高速化、安定化の性能を実現することが重視されている。
【００７３】
以下の実施例では、トナーに３％以上５％以下の重量比でキャリアを混合した第１現像剤とキャリアに所定の重量比でトナーを混合した第２現像剤を採用することで、循環路の現像剤に対する混合性能を改善している。また、第１現像剤の補給位置と第２現像剤の補給位置との位置関係を適正化することにより、循環路の現像剤に対する混合性能を相乗的に改善している。これにより、トナーとキャリアの帯電量のばらつきを減らして、画像の濃度ムラやトナー飛散を抑制している。
【００７４】
＜実施例１＞
図３に示すように、実施例１では、現像剤担持体（２８）の下流端部を通過してから現像剤担持体（２８）の上流端部に到達するまでの搬送路中において、第２補給装置（３１ｂ）の補給位置よりも上流側に第１補給装置（３１ａ）の補給位置が配置される。トナー補給用のホッパー３１ａとキャリア補給用のホッパー３１ｂとを独立して設け、各々のホッパー３１ａ、３１ｂにトナーとキャリアの混合物を収容している。ただし、トナー補給用の第１現像剤は、トナーの重量比率をキャリアより大きくしており、通常のトナー消費に伴ってトナー補給が必要な場合などに補給動作が行われる。一方、キャリア補給用の第２現像剤は、キャリアの重量比率をトナーよりも大きくしており、１枚あたりトナー消費が少ない（画像比率が低い）画像形成が連続して現像装置４ｄ内の現像剤の劣化が進行した場合などに補給される。
【００７５】
現像装置４の上部には、キャリアに対してトナーの重量比率の高い第１現像剤を収容した第１のホッパー３１ａと、トナーに対してキャリアの重量比率が高い第２現像剤を収容した第２のホッパー３１ｂとが備えられている。
【００７６】
トナー補給用のホッパー３１ａの下部には、補給量を制御する補給スクリュー３２ａが設けられ、補給スクリュー３２ａの一端が現像装置４ｄの補給口３３ａに接続されている。キャリア補給用のホッパー３１ｂの下部には、補給量を制御する補給スクリュー３２ｂが設けられ、補給スクリュー３２ｂの一端が現像装置４ｄの補給口３３ｂに接続されている。第１のホッパー３１ａと第２のホッパー３１ｂに収容された補給現像剤は、前述した現像剤のトナー、キャリアと同じものを混合して調製されているが、トナーとキャリアの混合比率が異なっている。
【００７７】
トナー補給用の第１のホッパー３１ａに収容した第１現像剤（混合供給剤）は、補給現像剤中に占めるトナーの重量比率（以下、Ｔ／Ｄ比）が５０％以上必要である。トナーを補給するのは、消費されたトナーを補って現像装置４ｄ内の現像剤のＴ／Ｄ比を安定させるためだが、トナーと一緒に大量にキャリアが補給されると、Ｔ／Ｄ比を安定させることが難しくなる。そのため、Ｔ／Ｄ比は、少なくとも５０％以上である必要がある。より好ましくは、さらに高い程よい。しかし、トナーの重量比があまりに高くなると、供給したトナーが現像装置４ｄ内の現像剤と十分混ざり合わずに現像スリーブ２８に達し、画像濃度ムラとなることがある。そこで、実施例１では、トナー補給用の補給現像剤のＴ／Ｄ比を９０％とした。
【００７８】
キャリア補給用の第２のホッパー３１ｂに収容した第２現像剤（混合供給剤）は、現像装置４ｄに初期充填した標準現像剤と同じＴ／Ｄ比（トナー濃度、重量比）８％に調製されている。トナー濃度制御によって調整されるトナー比率の所定範囲の中央に定めた所定比率に調製することで、現像装置４ｄに供給した際の既存の現像剤のトナー濃度の変動が最小限に抑制され、既存の現像剤への混合も速やかだからである。ただし、ホッパー３１ｂに収容する補給現像剤のＴ／Ｄ比は必ずしも標準現像剤と同じである必要は無く、３％〜２０％の範囲内であれば好適に用いることができる。
【００７９】
＜トナー補給制御＞
図４は現像装置の制御系のブロック図である。図５はトナー補給制御のフローチャートである。図６は補給現像剤のトナー濃度とトナー帯電量分布の関係の説明図である。図７は補給現像剤のトナー濃度と未帯電トナー比率との関係の説明図である。
【００８０】
画像形成に伴って消費されたトナーを埋め合わせるために、第１のホッパー３１ａから現像装置４ｄへＴ／Ｄ比の高い補給現像剤が補給される。補給現像剤は、補給スクリュー３２ａの回転に伴って第１のホッパー３１ａから補給路３０ａへ流れ込み、補給口３３ａを通して現像容器２２に補給される。トナーの補給量は、搬送部材３２ａの回転数によっておおよそ定められるが、この回転数は、制御部１１０が実行するトナー補給量制御によって定められる。
【００８１】
図４に示すように、制御部１１０は、４つの画像形成部（Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ：図１）のトナー補給部８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとキャリア補給部９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを制御する。
【００８２】
図５に示すように、制御部１１０は、ビデオカウント出力からトナー補給量を求め（Ｓ１１、Ｓ１２）、トナー濃度検出センサ４３の出力に基づいてそのトナー補給量を修正する（Ｓ１３、Ｓ１５）。
【００８３】
制御部１１０は、ビデオカウンタ１１３のビデオカウント出力に基づいて画像形成１枚ごとのトナー消費量を求め（Ｓ１１）、１枚前の画像形成でのトナー消費量に相当するだけ搬送部材３２ａを回転させてトナーを現像容器２２に補給する（Ｓ１５）。ビデオカウント出力は、露光装置３ｄを作動させるための画像信号を定量化したものであり、これをＣＰＵ１１２において画像１枚分積算することで、今回の画像の現像で現像装置４ｄから取り出されたトナー量が推定される（Ｓ１１）。
【００８４】
制御部１１０は、現像装置４ｄに付設されたトナー濃度検出センサ４３の出力を検出して、撹拌室２４を搬送される現像剤のトナー濃度（Ｔ／Ｄ比）を求める。トナー濃度検出センサ４３は、現像剤のインダクタンスを測定することによってトナー濃度を推測する方式のものであるが、現像剤の反射率を測定する光学式のものでもかまわない。
【００８５】
制御部１１０は、測定したトナー濃度が適正範囲であれば（Ｓ１３のＹＥＳ）、ビデオカウンタ１１３で求めたトナー補給量をそのまま用いる（Ｓ１５）が、適正範囲でなければ（Ｓ１３のＮＯ）、トナー補給量を補正する（Ｓ１４）。これにより、トナー濃度の適正範囲を逸脱しないように、ビデオカウンタ１１３で求めたトナー補給量を修正する（Ｓ１４）。
【００８６】
トナー濃度が適正範囲に満たない場合は、トナー補給量を割り増してトナー濃度を高める方向に誘導する。トナー濃度が適正範囲を超えている場合は、トナー補給量を割り引いてトナー濃度を下げる方向に誘導する。補給（Ｓ１５）後は、ビデオカウンタ１１３の積算値を０にリセットする（Ｓ１６）。
【００８７】
ところで、図２に示すように、第１のホッパー３１ａから現像装置４ｄへ補給される補給現像剤は、重量比で１０％のキャリアを含むため、毎回の補給現像剤の補給量の１０％ずつ現像装置４ｄ内の現像剤が増えてくる。補給現像剤に含まれるトナーは、画像形成に伴って再度消費されるが、補給現像剤に含まれるキャリアは通常消費されることはない。このため、画像形成を行うごとにキャリアが蓄積して現像装置４ｄ中の現像剤が増えてしまう。そこで、現像装置４ｄの壁面に現像剤排出用の排出口４０が設けられている。
【００８８】
補給に伴う循環路の余剰現像剤は、排出口４０からオーバーフローして現像装置４ｄから取り出され、これにより、現像装置４ｄ内の現像剤の総重量は、３５０〜３８０ｇ程度に維持される。現像剤が増加すると、増加量に応じて、現像剤は、排出口４０から溢れるように矢印Ｒｈ方向へ排出される。排出された現像剤は、回収スクリュー４１によって長手方向端部の回収現像剤貯蔵庫へ搬送される。
【００８９】
供給したトナーが現像剤と十分混ざり合っていることを確認するために、補給現像剤のＴ／Ｄ比を１００％（トナーのみ）から８０％まで１％きざみで変更して、補給されたトナーと現像装置４ｄ内の現像剤の混合状態を評価した。混合状態の評価方法は、現像装置４ｄの補給口３３ａよりトナー２ｇ相当の現像剤（１００％現像剤の場合は２ｇ、８０％現像剤の場合は２．５ｇ）を補給し、補給後に一定時間空回転させた。その後、現像スリーブ２８上の現像剤を回収して、トナー帯電量Ｑ／Ｍの分布を測定して、補給前のものと比較した。１回のトナー補給量は、最大でも１ｇ以下に抑えるのが通常だが、ここでは、差を明確にするために、補給量２ｇで実験した。
【００９０】
図６の（ａ）に示すように、Ｔ／Ｄ比が１００％の補給現像剤（トナーのみ）を補給した場合、補給後（実線）のトナー帯電量Ｑ／Ｍの分布は、補給前（破線）に比べて大きく崩れてしまう。補給現像剤の補給後、既存の現像剤との攪拌がうまくいかずに、トナー帯電量Ｑ／Ｍが十分に立ち上がっていないトナーが多数存在するため、トナー帯電量Ｑ／Ｍが０近傍にもピークができている。
【００９１】
図６の（ｂ）に示すように、Ｔ／Ｄ比が９７％の補給現像剤を補給した場合、補給後（実線）のトナー帯電量Ｑ／Ｍの分布は、補給前（破線）とほぼ一致しており、トナー１００％の補給現像剤と比較して、トナー帯電量Ｑ／Ｍが０近傍のピークが低い。キャリアが少量ながらもトナーと予め混合されていることによって、補給現像剤と既存の現像剤との混合がスムーズに行われている。
【００９２】
図６の（ｃ）に示すように、Ｔ／Ｄ比が９５％の補給現像剤を補給した場合、補給現像剤と現像剤の攪拌混合がさらにスムーズに行われ、トナー帯電量Ｑ／Ｍが０近傍のピークはほぼなくなっていた。また、実施例で用いるＴ／Ｄ比が９０％の補給現像剤で同様な実験を行ったところ、図６の（ｃ）に示したＴ／Ｄ比が９５％の場合とほぼ同じ分布であった。
【００９３】
これは、キャリアが物理的に間に入ることでトナー同士の凝集を防いでいるためと考えられる。キャリアがトナーに流動性を付与する役割をうまく担って、補給現像剤の流動性が、トナー１００％の場合よりも高くなっているためと考えられる。
【００９４】
Ｔ／Ｄ比を１％刻みで異ならせた補給現像剤でトナー帯電量Ｑ／Ｍが０近傍のピークに含まれるトナーの比率（帯電不良率）を評価した結果を図７に示す。ここでは、図６の（ａ）、（ｂ）に示すように、トナー帯電量Ｑ／Ｍが０近傍のピークに示した麓を結ぶ接線Ａ−Ｂで囲まれた領域の面積Ｓを求めて、そのＴ／Ｄ比ごとにプロットしている。横軸は補給現像剤のＴ／Ｄ比、縦軸は０近傍のピークの面積Ｓである。
【００９５】
図７に示すように、トナー中にキャリアを混入させることで、補給されたトナーの攪拌性が急激によくなって、トナー帯電量Ｑ／Ｍが０近傍のピークが急激に小さくなっていること分かる。そして、Ｔ／Ｄが９５％以下の場合は、ほぼ問題がないほど改善している。また、上記検討において、実際に画像形成を行って画像の濃度ムラを評価した結果を表１に示す。
【００９６】
【表１】
0005538935.tif 000002
【００９７】
表１に示すように、画像の濃度ムラもキャリアを混入させることで良化する傾向であり、トリボ分布における０近傍のピークが消えるＴ／Ｄ比が９５％以下で濃度ムラもほぼ解消している。以上から、Ｔ／Ｄは９５％以下であることが望ましいと言える。
【００９８】
Ｔ／Ｄが９５％以下であれば、補給後のトナー攪拌性に問題がない。しかし、トナーとともに補給されるキャリアの量が少なすぎると、キャリア自動交換方式の本来の目的であるキャリア交換が非常にゆっくり行われるので、場合によってはキャリア劣化の弊害が発生する可能性がある。
【００９９】
そこで、実施例１においては、第１のホッパー３１ａで補給する第１現像剤のＴ／Ｄ比を９０％とした。このような構成で、２万枚の画像形成を行ったが、トナーの攪拌ムラによる濃度ムラも、キャリア劣化による弊害も発生することがなかった。
【０１００】
＜キャリア補給制御＞
図８はキャリア補給制御のフローチャートである。図９はキャリア補給制御の効果の説明図である。
【０１０１】
排出口４０を通じて劣化キャリアを排出させるために、キャリアを所定量含む第１現像剤が第１のホッパー３１ａから補給される。しかし、上述したように、第１現像剤のみでキャリア補給を賄おうとすると、必要なときに必要なだけのキャリアを補給することが難しい。
【０１０２】
ここで言う必要なときとは、現像装置４ｄ内の現像剤量が減ってしまってキャリアを緊急に補給したい場合や、現像装置４ｄ内のキャリアの劣化が進行して入れ替えの速度を高めたい場合等である。このとき、トナー消費量の少ない画像形成（画像比率の低い画像）が続いてトナー補給が低調だと、必要なだけのキャリアを補給できない。
【０１０３】
そこで、実施例１では、キャリア自動交換を行うためのキャリア補給は、第１現像剤で行うが、上述したような別の理由でキャリアを補給する場合は、第２のホッパー３１ｂより、キャリアの重量比率が高い第２現像剤でキャリア補給を行う。これにより、トナー補給が低調でも、必要なだけのキャリアを機動的に補給できる。
【０１０４】
図２に示すように、キャリア補給部９ｄは、補給スクリュー３２ｂの回転量に応じた量の補給現像剤をホッパー３１ｂから取り出して現像装置４ｄの補給口３３ｂに補給する。補給によって現像装置４ｄ内で増加した現像剤が排出口４０を通じてオーバーフローする。
【０１０５】
第２のホッパー３１ｂに蓄積されたキャリアを主成分とする第２現像剤は、補給スクリュー３２ｂの回転力とキャリアの重力によって第２のホッパー３１ｂから補給路３０ｂを経由し補給剤補給口３３ｂを通して現像容器２２に補給される。
【０１０６】
図４を参照して図８に示すように、制御部１１０は、ビデオカウンタ１１３、タイマー１１４、ＣＰＵ１１２を用いてキャリア補給制御を実行する。ビデオカウンタ１１３は、先述のとおり、画像信号を定量化したものであり、これをＣＰＵ１１２において積算することで、画像形成における消費トナー量が推定される。タイマー１１４は、現像装置４ｄの運転時間の累積値を積算する。
【０１０７】
制御部１１０は、ビデオカウンタ１１３の出力を読み込んで消費トナー量を予測して積算するとともに現像装置４ｄの運転時間を積算する（Ｓ２１）。現像装置４ｄの運転時間の積算値が５分間に達すると（Ｓ２２のＹＥＳ）、制御部１１０は、消費トナー量の積算値を現像装置４ｄの運転時間の積算値で割って単位時間あたりの平均画像比率を求める（Ｓ２３）。そして、単位時間あたりの平均画像比率が５％以下の場合（Ｓ２３のＹＥＳ）、第２現像剤の補給を実行する（Ｓ２４）。補給後は、タイマー１１３及びビデオカウンタ１１１をリセットして（Ｓ２５）、次の５分間の測定を開始する。
【０１０８】
実施例１では、タイマー１１４で測定される運転時間が５分経過する毎に、ビデオカウントによる画像比率の積算値を現像装置４ｄの運転時間で割って単位時間あたりの平均画像比率を演算する。平均画像比率が低くてトナー消費量が少ない状態が５分間続くと、時間当たりトナー消費量が所定値を割り込み、通常のトナー補給制御によってはキャリアがあまり補給されないので、現像装置４ｄ中の現像剤が少なくなり易い。そして、平均画像比率が一定量以下（本実施例においては５％以下）であれば、第２現像剤つまりキャリアを補給するようにして、現像剤量の減少を防止している。
【０１０９】
実施例１では、第２現像剤の１回あたり補給量を１０ｇとした。これは、以下の検討結果をもとに算出したものである。まず、画像比率が０％の画像を５分間連続画像形成した後の現像容器２２中の現像剤量を測定した。次に、画像比率が０％の画像を５分間連続画像形成した後の現像容器２２中の現像剤量を測定した。そして、当該５分間における現像剤量の減少量を演算したところ、実施例１においては３ｇであった。このため、実施例１では、３ｇよりも多い１０ｇを１回あたりの補給量とした。このように１回あたりの補給量を決定すれば、画像比率が０％の画像形成が続いても現像容器２２内の現像剤量が減少することはない。
【０１１０】
また、キャリア補給制御を行うか否かの判定に際して、平均画像比率を指標とした理由は、単位時間辺りのトナー補給量が少ないと現像容器２２内の現像剤が劣化し易く、現像剤の流動性が悪化して、現像剤量が減り易くなるからである。また、現像剤量が減ってもキャリアが補われにくいことを反映させるためである。
【０１１１】
結果的に、トナー補給量が一定量以下の状態が５分間続くと、トナー補給制御とは独立にキャリア補給制御が実行されて第２現像剤が現像容器２２に補給される。これにより、現像装置４ｄの現像剤が少なくなる不具合が解消される。
【０１１２】
ここで、第２のホッパー３１ｂに収容した第２現像剤は、Ｔ／Ｄ比が５０％以下である。これは、第２現像剤の主な補給目的がキャリア補給のためだからである。キャリアと共にトナーが大量に補給されると、現像装置４中の現像剤のＴ／Ｄ比を安定させることが難しくなる。そのため、第２現像剤のＴ／Ｄ比は５０％以下とする必要がある。
【０１１３】
ただし、Ｔ／Ｄ比があまりに低くなると、供給したキャリアが現像容器２２内を循環する現像剤と十分混ざり合う前に現像スリーブ２８に達してしまい、画像濃度ムラとなることがある。しかし、第２現像剤が現像容器２２内を循環する現像剤に近いＴ／Ｄ比に調整されていれば、第２現像剤の供給に伴う濃度ムラを抑えることができる。
【０１１４】
現像容器２２内の現像剤のＴ／Ｄ比は必ずしも一定に制御されていないが、Ｔ／Ｄ比には適正範囲があり、通常はトナー濃度検出センサ４３の出力に基づいてＴ／Ｄ比の適正範囲を逸脱しないようにトナー補給制御が行なわれている。
【０１１５】
＜実験１＞
実施例１のキャリア補給制御を実行する場合と実行しない場合とで、連続大量の画像形成を行って運転時間の累積に伴う現像剤量の変化を比較した。実験では、画像比率が１％の試験画像を１０００枚連続画像形成する毎に現像装置４ｄを取り外して重量測定することにより現像剤量を求めた。平均画像比率が５％以下で第２現像剤が補給されるので、実施例１においては第２現像剤が５分ごとに毎回補給される。
【０１１６】
図９に示すように、実施例１では、比較例よりも運転時間の累積に伴う現像剤の減少が少なくなる。第２現像剤の補給が行われない比較例では、運転時間の累積と共に、徐々に現像容器２２内の現像剤量が減少していくのに対して、第２現像剤の補給が行われる実施例においては、現像装置中の現像剤量の減少が抑えられる。このことから、実施例１のキャリア補給制御によれば、現像装置の現像剤量が安定することが判明した。実験中、実施例１では、補給したトナーと現像剤の攪拌が不十分であるときに生じる画像濃度ムラが発生しなかったが、比較例１では運転時間の累積に伴って頻発した。これは、現像剤の劣化によって比較例では、現像剤の流動性及び補給トナーとの攪拌混合性が低下したためと考えられる。
【０１１７】
実施例１では、トナー消費量が少ない画像形成が続くと、キャリア補給制御を実行する。これにより、現像装置中の現像剤量を安定させると共に、補給したキャリアやトナーと現像剤の攪拌が不十分であるときに生じる画像濃度ムラを防止することができる。トナーとキャリアを独立に補給し、排出口より余剰の現像剤を排出する構成において、現像装置の現像剤量を安定させると共に、補給したキャリアやトナーと循環する現像剤との攪拌混合が不十分であるときに生じる画像濃度ムラを防止できる。
【０１１８】
実施例１では、補給用トナーに予めキャリアを混合、および、補給用キャリアに予めトナーを混合させる。これにより、現像装置の現像剤量を安定させると共に、補給したキャリアやトナーと循環する現像剤の攪拌混合が不十分であるときに生じる画像濃度ムラを防止することができる。
【０１１９】
実施例１では、トナーとキャリアを独立に補給し、排出口より余剰の現像剤の排出を行う構成において、供給したキャリアがすぐに排出されてしまうことを防ぎ、キャリア補給によって現像剤寿命を維持する効果を最大限に発揮させることができる。
【０１２０】
実施例１では、５％〜２０％の範囲でＴ／Ｄ比が制御されているため、第２現像剤も５％〜２０％にＴ／Ｄ比が設定されていれば、第２現像剤補給によって、現像容器２２内の現像剤のＴ／Ｄ比が適正範囲を逸脱することはない。実施例１では、現像装置４ｄに初期充填される標準現像剤のＴ／Ｄ比である８％を、第２現像剤のＴ／Ｄ比としている。両者のＴ／Ｄ比を等しくして共通に利用可能とすれば、Ｔ／Ｄ比の異なる現像剤を多数作る手間が省ける製造上のメリットがある。
【０１２１】
実施例１では、現像装置にキャリアを補給するための第２現像剤にトナーを３重量％以上含ませている。これにより、キャリアとキャリアとの間にトナーが介在して転がるため、キャリアの流動性、攪拌性、既存の現像剤との混合性が改善され、塊状態の第２現像剤が攪拌によってほぐれ易くなる。また、キャリア１００％の場合に比較して、循環する現像剤の組成（５〜１２％）に近いため、第２搬送路を搬送される過程で現像剤のトナー濃度が一様に収束するまでの搬送距離及び時間が短くなる。現像剤担持体へ到達した際の現像剤中のキャリアの濃度分布、帯電量分布のばらつきが小さくなる。
【０１２２】
なお、実施例１においては、２種類の補給現像剤を別々の補給口より補給している。これは、２種類の補給現像剤を一つの補給口より補給するためには、両者を搬送経路上で予め混合しておく構成を要するからである。そのような構成を追加する煩雑さを避けるためである。２種類の補給現像剤を別々に補給する場合には、実施例１のような順番に配置することで、より効果的に発明の効果を得ることが可能である。
【０１２３】
また、実施例１においては、第１現像剤としてトナーに３％以上５％以下の重量比率のキャリアを混合している。その理由は、図７及び表１を参照して説明したように、３％以上である程度の効果が得られることと、５％以上では、高画像比率の画像形成が連続した場合に排出口４０から排出される現像剤が想定以上となることである。しかし、５％の場合でも、従来の１０％の場合に比較すれば、排出口４０から過剰に排出される現像剤は飛躍的に減少する。
【０１２４】
また、実施例１においては、第２現像剤として、循環路を搬送される現像剤とほぼ等しいトナー比率が５％〜２０％のものを用いたが、トナー比率０％（キャリア１００％）の第２現像剤を使用してもよい。
【０１２５】
＜現像剤の攪拌混合性＞
実施例１では、第１補給装置の一例である第１のホッパー３１ａは、画像形成に伴うトナー消費を補うようにトナーを主成分とする第１現像剤を現像剤の循環路に補給する。第２補給装置の一例である第２のホッパー３１ｂは、運転に伴って劣化したキャリアを置き換えるためにキャリアを主成分とする第２現像剤を現像剤の循環路に補給する。そして、排出口４０は、第２搬送路の下流側に配置されて、第２現像剤の補給に伴って増加した現像剤を現像剤の循環路から排出する。制御部１１０は、循環路を循環する現像剤のトナー比率を所定範囲に制御するトナー濃度制御を実行する。第２現像剤は、トナー濃度制御によるＴ／Ｄ比の制御範囲である所定範囲内にトナー比率を設定されている。
【０１２６】
図３に示すように、実施例１では、第１のホッパー３１ａからトナー主体の第１現像剤を補給する補給口３３ａの下流側に、第２のホッパー３１ｂからキャリア主体の第２現像剤を補給する補給口３３ａを配置している。これは、第１現像剤のほうが第２現像剤に比べて現像容器２２内での攪拌混合性が低いため、均一混合されるまでに長い攪拌搬送距離を要するからである。第１現像剤と第２現像剤の攪拌混合性について以下に説明する。
【０１２７】
キャリアとトナー混ぜて補給する場合、その後の攪拌工程において最も適切な状態は、キャリアの表面全体をトナーが１層分、最密に覆った状態である。それよりトナーが多いと、キャリアを覆いきれない余剰トナーが生じてしまい、逆にキャリアが多いと、キャリアが余剰となってしまう。
【０１２８】
ここで、キャリアの表面全体をトナーが１層分、最密に覆った状態となるＴ／Ｄ比を求めるために、まず、キャリア１個をトナーが１層分最密に覆った場合のトナー個数Ａを求める。トナー半径をＲｔとし、キャリア半径をＲｃとすると、キャリア表面積Ｓｃは次式で求められる。
Ｓｃ＝４πＲｔ２
【０１２９】
球形のトナーが平面を最密に覆った場合、１辺がトナー直径２Ｒｔの正方形の中に１個のトナーを入れることができる。そこで、キャリア１個をトナーが１層分、最密に覆った場合のトナー個数Ａは次式で求められる。
Ａ＝Ｓｃ／（２Ｒｔ）２＝π（Ｒｃ／Ｒｔ）２  ・・式（１）
【０１３０】
次に、現像剤のＴ／Ｄ比（トナーの重量比率）がＸの場合のトナーとキャリアの個数比率Ｂ（キャリア１個あたりのトナーの個数）を求める。トナーの比重をＧｔ、キャリアの比重をＧｃとすれば、トナー１個の重さＭｔ、キャリア１個の重さＭｃはそれぞれ次式となる。
Ｍｔ＝（４／３）πＲｔ３×Ｇｔ
Ｍｃ＝（４／３）πＲｃ３×Ｇｃ
【０１３１】
これにより、トナーとキャリアの個数比率Ｂは次式のように表される。
Ｂ＝（トナー個数）／（キャリアの個数）＝｛Ｘ／Ｍｔ｝／｛（１−Ｘ）／Ｍｃ｝＝Ｘ／（１−Ｘ）×（Ｒｃ／Ｒｔ）３×（Ｇｃ／Ｇｔ）  ・・式（２）
【０１３２】
そして、キャリアの表面全体をトナーが１層分最密に覆った状態では、次式が成立する。
Ａ＝Ｂ  ・・式（３）
【０１３３】
式（１）、（２）、（３）が成立するＸを求めれば、それがキャリアの表面全体をトナーが１層分最密に覆った状態でのＴ／Ｄ比となる。
【０１３４】
実施例１では、トナーの平均半径Ｒｔ＝３μｍ（直径６μｍ）、キャリアの平均半径Ｒｃ＝１７．５μｍ（直径３５μｍ）、トナーの比重Ｇｔ＝１．０ｇ／ｍｌ、キャリアの比重Ｇｃ＝３．８ｇ／ｍｌである。ここから、Ｘ＝１４〜１５％と求まる。
【０１３５】
ここで、トナーの余剰を表す指数としてＢ／Ａを定義すると、Ｂ／Ａ＝１（つまりＡ＝Ｂ）の場合はトナーとキャリアの個数の釣り合いがとれている。しかし、Ｂ／Ａの値が１より大きくなると、その定義から、キャリアの表面全体を１層分覆う以上にトナーが余剰に存在しており、トナー余剰指数Ｂ／Ａの値が大きいほどトナーが余剰であることを示す。
【０１３６】
一方、キャリアの余剰を表す指数としてＡ／Ｂを定義すると、Ａ／Ｂ＝１（つまりＡ＝Ｂ）の場合はトナーとキャリアの個数の釣り合いがとれている。しかし、Ａ／Ｂの値が１より大きくなるとキャリアの表面全体を覆うほどには現像剤中にトナーが存在しておらず、Ａ／Ｂの値が大きいほどキャリアが余剰であることを示す。
【０１３７】
実施例１では、第１現像剤、第２現像剤は、それぞれの補給目的により、Ｔ／Ｄ比を１４〜１５％には設定できない。上述したように、第１現像剤は、そのＴ／Ｄ比が９０％で、トナーが余剰な状態である。一方、第２現像剤は、そのＴ／Ｄ比が８％で、キャリアが余剰な状態である。
【０１３８】
第１現像剤のトナー余剰指数Ｂ／Ａを計算すると、Ｂ／Ａ＝約５４となる。一方、第２現像剤のキャリア余剰指数Ａ／Ｂを計算すると、Ａ／Ｂ＝約２となる。トナーのみやキャリアのみの場合、余剰指数は∞となるので、それに比べれば値は小さく、各々理想的な状態に近付いているといえる。しかし、実施例１の場合は、第２現像剤の方が特に理想的な状態に近づいているため、補給時の攪拌混合性が第１現像剤よりも優れている。このため、第１現像剤の補給位置よりも下流に補給位置を設定して補給後の攪拌搬送距離を短くしても、トナー濃度ムラを引き起しにくい。
【０１３９】
トナー余剰係数Ｂ／Ａが５４である第１現像剤の補給位置を、キャリア余剰係数Ａ／Ｂが２である第２現像剤の補給位置よりも現像剤の搬送方向上流に配置して、それぞれの補給時の攪拌混合性性を確保している。図３に示すように、第１現像剤の補給後の攪拌搬送経路がなるべく長くなるように、現像スリーブ２８への現像剤供給位置２８ａを基準にして、上流側で第１現像剤の補給を行い、その下流側で第２現像剤を補給する構成とした。このような構成とすることで、補給後の現像剤の攪拌不十分に起因する濃度ムラを、より抑制することができる。
【０１４０】
そして、Ｔ／Ｄ比が異なる場合も、余剰指数を比較することで、余剰指数の値が大きな補給現像剤を上流側で補給する構成とすれば同様な効果が得られる。第１現像剤のトナー余剰係数Ｂ／Ａと第２現像剤のキャリア余剰係数Ａ／Ｂとを比較し、余剰係数値の大きな補給現像剤の補給位置が、余剰係数値の小さな補給現像剤の補給位置よりも搬送方向上流に配置する。これにより、補給後の補給現像剤の攪拌不十分に起因する濃度ムラを、より効果的に抑制できる。
【０１４１】
すなわち、１個のキャリアの表面全体を最密状態でトナーが１層分覆うために必要なトナーの平均個数をＡとし、それぞれの補給現像剤に含まれる１個のキャリアあたりのトナー個数をＢとする。そして、第１現像剤のトナー余剰係数をＢ／Ａ＝Ｃ１と定義し、第２現像剤のキャリア余剰係数をＡ／Ｂ＝Ｃ２と定義する。
【０１４２】
実施例１では、Ｃ１がＣ２より大きく設定されるとともに、第１現像剤の補給位置よりも搬送方向下流側に第２現像剤の補給位置が配置される。しかし、実施例２では、  Ｃ１がＣ２より大きく設定されるとともに、第１現像剤の補給位置よりも搬送方向下流側に第２現像剤の補給位置が配置される。
【０１４３】
＜実施例２＞
図１０は実施例２の現像装置の平面図である。実施例２では、第１現像剤のトナー余剰係数よりも第２現像剤のキャリア余剰係数のほうが大きい。そのため、図１０に示すように、現像装置４ｄは、第２現像剤の補給位置３３ｂを第１現像剤の補給位置３３ａよりも搬送方向上流側に配置している。それ以外の構成は実施例１と同様であるため、図１０中、実施例１と共通する構成には図３と共通の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１４４】
実施例２では、第１のホッパー３１ａには、実施例１と同様に、Ｔ／Ｄ比が５０％以上の第１現像剤を充填している。そして、実施例１と同様なトナー補給制御を実行しており、そのトナー補給に伴って所定比率のキャリア補充も実行される。そして、実施例１と同様に、連続画像形成において画像比率の低い画像形成が連続して、所定時間内のトナー消費量が所定値を割り込むと、第２のホッパー３１ｂを作動させてキャリアを主成分とする第２現像剤を現像容器２２に補給する。
【０１４５】
しかし、第２のホッパー３１ｂには、キャリア１００％の補給現像剤を充填してあるので、キャリア補給制御に伴って現像容器２２にキャリアのみが補給される。この場合、第２現像剤のキャリア余剰指数は∞であるので、補給後の混合攪拌が不十分になる可能性がある。
【０１４６】
そこで、実施例２においては、第２現像剤の補給位置３３ｂを、第１現像剤の補給位置３３ａよりも搬送方向上流側に設けて、補給されたキャリアの攪拌経路を長く確保している。第２現像剤の補給後、現像スリーブ２８に到達するまでの混合攪拌経路が長いほど、現像スリーブ２８に到達した際の現像剤のＴ／Ｄ比ムラが解消される。これにより、現像スリーブ２８に担持された現像剤の帯電量ムラが減って画像濃度ムラが軽減される。
【０１４７】
特許文献１に示されるように、トナー１００％の補給現像剤とキャリア１００％の補給現像剤とを個別に補給する場合、トナー補給、キャリア補給の双方で攪拌混合不良が気になる。しかし、トナー補給、キャリア補給の両方について攪拌搬送経路を長くしようとすると、現像装置４ｄが大型化し、構造も複雑化するため、コストや設置スペース面で制約が生じる可能性が高い。しかし、実施例２においては、キャリア補給時のみ攪拌混合不良が気になる構成なので、第１現像剤の補給位置３３ａはそれほど気にしなくても良い。
【０１４８】
＜実施例３＞
実施例３では、第１現像剤のトナー余剰係数よりも第２現像剤のキャリア余剰係数のほうが大きい。そのため、図３に示すように、現像装置４ｄは、第１現像剤の補給位置３３ａを第１現像剤の補給位置３３ｂよりも搬送方向上流側に配置している。
【０１４９】
実施例３では、第２のホッパー３１ｂには、実施例１と同様に、Ｔ／Ｄ比が５０％以下の第２現像剤を充填している。そして、第２のホッパー３１ｂからトナーを混入したキャリアが充填されることで、実施例１と同様に、キャリア補給に伴うＴ／Ｄ比ムラ、帯電量ムラ、出力画像の濃度ムラを軽減している。
【０１５０】
しかし、実施例３では、第１のホッパー３１ａには、トナー１００％の第１現像剤を充填しているため、この場合の第１現像剤のトナー余剰指数は∞となるため、補給後の攪拌混合が不十分になる懸念が残る。そこで、図３に示すように、実施例３では、トナーのみである第１現像剤の補給位置３３ａを、第２現像剤の補給位置３３ｂよりも搬送方向上流側に設けている。これにより、補給された第１現像剤の攪拌搬送経路がなるべく長くなるようにしている。
【０１５１】
＜実施例４＞
図１１は実施例４のキャリア補給制御のフローチャートである。図１２は実施例４の制御の効果の説明図である。
【０１５２】
図４に示すように、制御部１１０は、タイマー１１４、ＤＣコントローラー１１５、ＣＰＵ１１２からなる。タイマー１１４は、現像装置４ｄの回転時間の合計を積算するものである。実施例４では、現像装置４ｄの累積運転時間が５分に達するごとにキャリアを主成分とする第２現像剤を補給している。
【０１５３】
この理由は、以下の通りである。キャリアの帯電能が低下する原因として、様々な要因が考えられるが、そのうち最も大きいのは、トナーを構成する樹脂がキャリアの表面に融着するいわゆるトナースペントである。トナースペントが起きると、融着部分はトナーを摩擦帯電できないため、トナーに対するキャリアの帯電性能が低下する。トナースペントは、現像剤に圧力が加わった状態でトナーとキャリアが強くこすれ合うことで、トナーの樹脂が削り取られ、キャリアに付着するのが主原因と考えられている。
【０１５４】
実施例４の現像装置４ｄにおいて、現像剤に最も圧力が掛かるのは現像剤規制部である規制ブレード２９の上流近傍である。現像剤は、ここを通過した回数だけトナースペントが進行すると考えられる。現像剤は、全体がほぼ一定周期で現像装置４ｄ内を循環しているので、現像装置４ｄの累積運転時間がトナースペントのレベル、ひいてはキャリアの帯電能力に対応していると考えられる。
【０１５５】
さらに、トナースペントのレベルは、トナー消費量によっても影響される。一般的な傾向としては、トナーの消費量が少ない方が、多い場合に較べてトナースペントが進行し易い。この理由としては、トナー消費量が少ない方が、キャリア上のトナーが同じ場所に留まり易くトナースペントが進み易い。また、トナー消費量が多いと、キャリア上からトナーが除去される機会が多いために、同じ場所でのトナースペントが進み難いためと推測される。
【０１５６】
また、現像剤の帯電性能の低下要因としては、キャリアのトナーに対する帯電性能の低下だけではなく、攪拌継続に伴う現像剤の流動性の低下にも考えられる。実施例４のように、現像剤の排出口４０を備える現像装置４ｄにおいては、現像剤の流動性が低下すると局所的に現像剤の剤面が高くなって排出口４０を通じた排出量が多くなる傾向が出てくる。排出量が増えてしまうと、現像容器２２内を循環する現像剤の総量が減少してしまい、その結果として、現像スリーブ２８上に供給される現像剤の量が不足して、画像濃度が低下する場合も有る。
【０１５７】
そこで、実施例４では、ピデオカウンタにより予測された消費トナー量を現像装置の回転時間で割った値に応じて、補給剤を補給している。消費トナー量を現像装置の回転時間で割った値は単位時間あたりの平均画像比率を表す。この画像比率を稼働時間が5分経過するたびに確認し、画像比率に応じた量の補給剤を補給する。
【０１５８】
図２を参照して図１１に示すように、画像形成動作が開始すると、制御部１１０は、タイマー１１４を作動させて、現像装置４ｄの駆動時間を積算する（Ｓ３１）。現像装置４ｄの累積運転時間が５分に達したと判断すると（Ｓ３２）、過去５分間の平均画像比率を計算する（Ｓ３３）。
【０１５９】
制御部１１０は、計算した平均画像比率から、表２のテーブルを参照して補給量を決定する(Ｓ３４)。これにより、単純に、現像装置４ｄの累積運転時間が５分経過するごとに、第２のホッパー３１ｂから現像容器２２へ２０ｇのキャリアを補給する場合よりも第２現像剤の使用量が節約される。
【０１６０】
【表２】
0005538935.tif 000003
【０１６１】
制御部１１０は、計算した補給量を補給する（Ｓ３５）。制御部１１０からの信号に基づいて、第２のホッパー３１ｂに蓄積された補給現像剤は、補給スクリュー３２ｂの回転力とキャリアの重力によって第２のホッパー３１ｂから補給路３０ｂを経由し、補給口３３ｂを通じて現像容器２２に補給される。
【０１６２】
実施例４では、標準現像剤に近い組成の補給現像剤をキャリアの帯電能維持のために供給する。タイマー１１４を用いて判断したキャリアの劣化度合いに応じて、実施例１と同様に、最初に現像装置４ｄに充填される標準現像剤とほぼ同一組成、同一Ｔ／Ｄ比の補給現像剤を補給する。このため、供給した新しい補給現像剤が循環する現像剤と十分混ざり合わない状態で、現像スリーブ２８に達したとしても、補給現像剤は標準現像剤に近いＴ／Ｄ比に調製されているので濃度ムラが発生しにくい。
【０１６３】
現像装置４の壁面には、排出口４０が設けられており、排出口４０より劣化現像剤が矢印Ｒｈにしたがって排出される。補給現像剤の補給工程によって現像装置４ｄ内の現像剤が増加すると、増加量に応じて、現像剤は、排出口４０より溢れ出るように排出される。第１のホッパー３１ａからトナーを主成分とする補給現像剤が補給された場合にも、補給量に応じた現像剤が排出されることがある。排出された現像剤は、回収スクリュー４１によって長手方向端部の回収現像剤貯蔵庫へ搬送される。このようなメカニズムが作用することで、現像容器２２内の現像剤量はほぼ一定に保たれる。
【０１６４】
計算した補給量の補給後、制御部１１０は、５分に達したと判断した時点までの積算時間をリセットして（Ｓ３６）、５分に達したと判断した時点からの運転時間の積算を再び開始する（Ｓ３１）。
【０１６５】
図１２に示すように、実施例４のキャリア補給制御を行なった場合と、キャリア補給制御を行わなかった比較例１とで、トナー帯電量Ｑ／Ｍ（μＣ／ｇ）の推移を測定して比較した。実施例４のキャリア補給制御では、トナー帯電量Ｑ／Ｍの低下がほとんど無く、一定に保たれている事が分かる。
【０１６６】
実施例４によれば、キャリアの帯電性能維持の目的で供給した補給現像剤が、現像容器内を循環する現像剤との攪拌が不十分であるときに生じる画像濃度ムラを防止することができる。
【０１６７】
＜実施例５＞
図１３は実施例５のキャリア補給モードのフローチャートである。図１４は実施例５のキャリア補給モードの効果の説明図である。
【０１６８】
図２に示すように、実施例５では、第２現像剤を現像容器２２へ補給する際に、現像装置４ｄ内の搬送スクリュー２５、２６を停止して、一定量の第２現像剤を補給した後に再度搬送スクリュー２５、２６を駆動開始する。これにより、補給したばかりの第２現像剤が排出口４０から排出されにくくして、第２現像剤を効率良く活用してキャリアの帯電性能の低下を最小限に止めている。
【０１６９】
図２を参照して図１３に示すように、現像容器２２内を循環する現像剤のキャリアが劣化して帯電性能の回復が必要となった場合、制御部１１０は、画像形成の終了を待ってリフレッシュモードのシーケンスを実行する。
【０１７０】
制御部１１０は、リフレッシュモードを開始すると（Ｓ２１）、搬送スクリュー２５、２６を停止して（Ｓ２２）、第２のホッパー３１ｂから第２現像剤の供給を行なう。第２現像剤の補給量が８０ｇに達した時点で、第２現像剤の供給を停止し（Ｓ２３）、その後、搬送スクリュー２５、２６を回転させて補給現像剤の循環を再開する。このとき、補給によって余剰になった現像剤は、循環の再開後に排出口４０から排出される。
【０１７１】
図１４は、現像剤の循環状態を一次停止させて行う実施例４のキャリア補給制御と、現像剤の循環状態で行う比較例のキャリア補給制御とで補給現像剤の残留率を比較した実験結果である。実験方法としては、現像剤にはイエロートナー、補給現像剤としてマゼンタトナーで調製した。そして、上記２つのシーケンスで動作させた後の、現像装置４ｄ容器内の給剤補給箇所から現像排出口４０までの距離と、そこに存在する現像剤のマゼンタトナーの重量比率の関係を調べた。第２現像剤は、キャリアにマゼンタトナーをＴ／Ｄ比８％相当で混合して用いた。
【０１７２】
比較例では、搬送スクリュー２５、２６を回転させながら、８０ｇの第２現像剤を第２のホッパー３１ａから補給して、補給後、現像容器２２内の剤面高さが略均一になった時点で搬送スクリュー２５、２６を停止させた。そして、搬送スクリュー２６に沿った各位置で現像剤をサンプリングして、顕微鏡測定によりマゼンタ補給材の存在割合分布を測定した。
【０１７３】
実施例４では、搬送スクリュー２５、２６を止めた状態で８０ｇの第２現像剤を第２のホッパー３１ａから補給して、補給後、搬送スクリュー２５、２６を回転させて現像容器２２内の剤面高さが略均一になった時点で停止させた。そして、搬送スクリュー２６に沿った各位置で現像剤をサンプリングして、顕微鏡測定によりマゼンタ補給材の存在割合分布を測定した。
【０１７４】
リフレッシュモードの効果について説明する。図１４に示すように、実施例５のキャリア補給制御の場合、比較例に比較して排出口４０に到達した時点で、マゼンタトナー（補給現像剤）の存在比率が高くなる。実施例５のキャリア補給制御では、比較例に較べて、剤面高さが略均一になったときの排出口４０の位置でのマゼンタトナーの割合が少なかった。すなわち、実施例５のキャリア補給制御のほうが、比較例よりも、供給した補給現像剤の排出が少なくなる。剤面が略均一高さになるまでに排出口４０から排出された補給現像剤の割合が少なくて済むため、現像容器２２内に効率的に補給現像剤を残して、劣化した古い現像剤をより多く排出口４０から排出できる。
【０１７５】
補給現像剤を補給した後の現像容器２２内の剤面高さの変化を観察すると、通常モードである搬送スクリュー２５、２６回転時は、補給時には補給口３３ｂの近くで現像剤の剤面が最も高くなる。そして、補給現像剤が拡散するに従って全体の剤面が高くなり、やがて略均一な高さとなる。
【０１７６】
これに対して、実施例５のキャリア補給制御の場合、補給現像剤の拡散の速さと、剤面高さが均一になるまでのならし時間の差によって、多くの古い現像剤が補給現像剤が排出口４０へ到達する前に排出口４０から排出されている。
【０１７７】
搬送スクリュー２５、２６を回転させながらの補給では補給現像剤の拡散が速く、剤面が均一高さになるころには補給現像剤は広く拡散している。それに比べ、ある程度まとまった剤量で補給現像剤を小さい領域に溜めておいて、それから搬送スクリュー２５、２６を動作させると、補給現像剤が、既にある現像剤を押しのけながら拡散していく形となる。剤面高さが略均一になった時点でも、補給現像剤の拡散がそれほど進んでいないため、図１４に示す差が現れたと思われる。
【０１７８】
現像容器２２内の剤面が略均一に高くなると、現像剤は排出口４０から排出される。剤面が標準状態に戻った後の補給現像剤の割合を比較すると、実施例５のほうが比較例よりも補給現像剤の割合が高かった。このことは、実施例５のキャリア補給制御のほうが、補給量に対する現像剤の帯電性能の回復が効率良く行なわれ、同じ補給量に対して、現像剤をより長寿命化できることを示している。
【０１７９】
＜実施例６＞
実施例６では、実施例５のキャリア補給モードを複数回続けて実行して、現像容器２２内の現像剤をほぼ全量入れ替える。このモードシーケンスは、ある何らかのトラブルで予想外にトナー帯電量が下がった場合に有効な構成である。ユーザーが画像品質の低下を感じた場合に、操作パネルを通じてメンテナンス画面を開いて、選択実行実施できるようにしてある。
【０１８０】
現像容器２２内の現像剤をほぼ全量入れ替えるようなトラブルとは、機体内のエアーフローの異常による想定外の現像装置４ｄの温度上昇、規格外の設置環境で放置されたことによる想定外の機体温度上昇等がある。このような理由で、キャリアのトナースペントが異常に進行した場合、ユーザーまたはサービスマンが判断して、現像剤の全量を入れ替えるシーケンスを行なうことが望ましい。
【符号の説明】
【０１８１】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  感光ドラム（像担持体）
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  現像装置
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  トナー補給部
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ  キャリア補給部
２３  現像室、２４  撹拌室、２５  第１の搬送部材
２６  第２の搬送奉材、２７  隔壁、２８  現像スリーブ
２８ｍ  マグネットローラ、３３ａ  トナー補給口
３３ｂ  キャリア補給口、４０  排出口
４３  トナー濃度検出センサ
１１０  制御部（キャリア補給制御手段）、１１２  ＣＰＵ
１１３  ビデオカウンタ、１１４  タイマー、１１５
【図１】
0005538935.tif 000004
【図２】
0005538935.tif 000005
【図３】
0005538935.tif 000006
【図４】
0005538935.tif 000007
【図５】
0005538935.tif 000008
【図６】
0005538935.tif 000009
【図７】
0005538935.tif 000010
【図８】
0005538935.tif 000011
【図９】
0005538935.tif 000012
【図１０】
0005538935.tif 000013
【図１１】
0005538935.tif 000014
【図１２】
0005538935.tif 000015
【図１３】
0005538935.tif 000016
【図１４】
0005538935.tif 000017