(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二成分現像剤を用いてトルク現像を行う電子写真式の画像形成装置において、
数平均分子量１万〜２万の加水分解されたポリ乳酸樹脂を母材樹脂としたトナーとキャリアとを混合して成る二成分現像剤と、
該二成分現像剤を用いて感光体に現像を行う現像装置と、
該現像装置に前記二成分現像剤を補給する現像剤補給装置と、
前記現像装置から排出される廃現像剤を回収する廃現像剤回収装置と、
印字枚数を計数するカウンタと、
を有し、
前記二成分現像剤の補給量を測定する補給量測工程と、
補給キャリア量を演算により算出する補給キャリア量算出工程と、
該補給キャリア量算出工程が算出した補給キャリア量と、前記カウンタが計数した印字枚数とに基づいて前記現像装置内の新キャリア量を算出する新キャリア量算出工程と、
該新キャリア量算出工程が算出した新キャリア量に基づいて前記現像装置内に残留するキャリア全体に対する新キャリアの割合が規定値以下であるか否かを判別する判別工程と、
該判別により前記新キャリアの割合が前記規定値以下でないとき、印字と、現像剤補給と、補給キャリア量算出と、を繰り返し、
前記判別により前記新キャリアの割合が前記規定値以下であるとき、吐き出しパターンにより前記現像装置の前記二成分現像剤の一部を前記廃現像剤として前記廃現像剤回収装置に回収させる吐き出しパターン設定工程と、
該吐き出しパターン設定工程を、前記現像装置に残留する前記新キャリアの割合が前記規定値を超えるまで繰り返すよう制御する制御工程と、
を含んでいることを特徴とする二成分現像剤を用いる現像方法。
【請求項２】
前記キャリアの平均粒径は、２５μｍ〜６５μｍである、ことを特徴とする請求項１記載の二成分現像剤を用いる現像方法。
【請求項３】
前記二成分現像剤における前記トナーの濃度は、５％〜１０％である、ことを特徴とする請求項１記載の二成分現像剤を用いる現像方法。
【請求項４】
前記制御工程は、前記現像装置に残留する前記新キャリアの割合をＹ、前記印字枚数をＸとしたとき、
「Ｙ＝−３Ｅ−０９Ｘ↑２＋０．０００７Ｘ＋０．２」の値を超えるように制御する、ことを特徴とする請求項１記載の二成分現像剤を用いる現像方法。
【請求項５】
請求請１乃至４に記載のいずれか１項に記載の二成分現像剤を用いる現像方法により現像を行うことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真式の画像形成装置に係わり、更に詳しくは生分解性樹脂トナーとキャリアによる二成分現像剤を用いてトリクル現像を行う現像方法及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による画像形成は、静電荷像をトナーにより現像して可視化し、得られたトナー像を用紙に転写した後、熱と圧力により定着させることにより行う。このような画像形成に用いるトナーとしては、結着樹脂に着色剤や帯電制御剤などを配合した混合物を混練し、粉砕して所定の粒度分布に調整したものが使用される。
【０００３】
従来、トナーに用いる結着樹脂としては、スチレン・アクリル樹脂や、ポリエステル樹脂などの石油由来の樹脂が使用されている。しかし、近年、環境への配慮から、廃棄時に環境への負荷の少ない植物由来の生分解性樹脂をトナー用結着樹脂として用いる方法が提案されている。例として、結着樹脂に生分解性を有する微生物系の脂肪族ポリエステルを使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、このような微生物系の脂肪族ポリエステルをトナー用樹脂として使用しようとした場合、そのままでは、粉砕性が悪く、目的の粒度分布を得るのが困難である。例えば分子量低減処理が施されていない高分子量（１２０，０００）の市販の生分解性樹脂（ポリ乳酸ＲＥＶＯＤＥ１０１Ｂ）をそのまま用いた場合、粉砕できずトナー化できない。
【０００５】
また、分子量を７０，０００程度低減したものを用いた場合でも、同様に粉砕できずトナー化できない。また、粉砕できたとしても、これら高分子量の生分解性樹脂（ポリ乳酸）は、トナーとしての軟化温度が高いため、定着温度を高く設定しなくてはならないという問題がある。これらの問題を改善するため、生分解性樹脂に植物系のワックスを多量に添加して軟化温度を下げる提案がなされている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかし、ワックスを多量に添加することでトナーの軟化温度を下げることは可能となるが、ワックス成分によりトナーが凝集し易くなるため、分級効率の低下による生産性の悪化や、トナーの流動性が悪化することで現像機内でのトナー搬送性が劣るなどの問題が発生する。
【０００７】
また、低温定着性及び定着安定性を得るため、軟化点の異なる２種類の樹脂と生分解性樹脂を含有する結着樹脂を用いる提案がある（例えば、特許文献３参照）。この提案によると、低軟化点樹脂が高軟化点樹脂と生分解性樹脂のつなぎの役割を果たし、結着樹脂中に生分解性樹脂が均一に分散されるとしている。
【０００８】
しかしながら、この提案では、生分解性樹脂の結着樹脂中の配合率は１３質量％程度であり、多くても３３質量％に留まる。その理由は明確ではないが、原因の一つとして、生分解性樹脂の配合割合をこれ以上増やすと、生分解性樹脂の分散不良が起こり、帯電性能のバラツキにより現像性が低下するなどにより、耐久性が悪化するためと考えられる。
【０００９】
以上のように、生分解性樹脂をトナーの結着樹脂の主要な樹脂成分とするには課題が多く、結着樹脂の一部を生分解性樹脂で置き換えた場合でも、その配合量が限られており、結着樹脂としての特性を維持しつつ、より多くの生分解性樹脂をトナー用樹脂として配合できることが望まれている。
【００１０】
ところで、従来、電子写真方式の画像形成装置には、一成分現像剤（トナー）を用いる方式のものと、二成分現像剤を用いる方式のものとがある。一成分現像剤を用いる方式は、取り扱いと制御が比較的容易であるため、現像剤としては一成分トナーが主流を占めていた。
【００１１】
ところが近年のように、印刷（以下、印字ともいう）処理の高速化に対する要望が強まってくると、印刷処理の高速化には二成分現像材を用いる方式の方がよく対応できるため、更なる改良を加えた二成分現像剤が種々提案されるようになった。
【００１２】
上記の二成分系現像剤はトナーとキャリアで構成される。キャリアは現像器内でトナーと混合撹拌されてトナーに所定の電荷を与える。電荷を与えられたトナーはキャリアの表面に一時的に付着してキャリアの表面を被覆する。
【００１３】
キャリアは電荷を帯びたトナーを感光体上に運び、感光体上の静電潜像にトナーを転移させて、静電潜像上にトナー像を現像させる。表面のトナーを放出したキャリアは現像ローラ上に残り、再び現像器内に戻って新たなトナーと再び混合撹拌され、トナーに電荷を与え、そのトナーを感光体上に運ぶ、というように繰り返し使用される。
【００１４】
上記のような二成分現像剤においては、現像器内における攪拌によって、キャリア表面の樹脂被覆層の剥離や脱落が生じ、これによるキャリア抵抗変化が起こり、初期段階の画像に比べて経時的には画像濃度不足や画像のカブリ等の画像の劣化を招くという問題が生じる。
【００１５】
これに対して近年、キャリアに関して現像装置の長寿命化が要求されている。このような要望に応えて上記のような問題を解決するために、通常、キャリアには、磁性コアの表面に、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、又はフッ素系樹脂等をコート材とした表面コート加工が施されることが多くなっている。
【００１６】
このような表面コート加工の改善策に加えて、表面の樹脂被覆層の剥離や脱落が生じて機能が低下した古いキャリアを新しいキャリアと入替えて、トナーの被着性を再生させ、現像装置の長寿命化を図る方法として、一般にトリクル現像といわれている現像方法があり、その数例が提案されている。
【００１７】
例えば、補充用のトナーとキャリアを別容器に収容して個別に現像器に補充するようにし、現像器内の新しい現像剤は攪拌器前方の下方に集まり、劣化して古くなった現像剤は攪拌器後方の現像剤隘出部から自然に排出される構造のものが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１８】
また、例えば、補給用の現像剤のキャリアとトナーの割合を質量比でキャリア１部に対しトナー１〜１０部に設定し、そのキャリアが予め現像機に収容されているキャリアと電気抵抗は等しいが、より高い帯電量をトナーに付与するものであるように設定して、補給用現像剤を補給しながら現像を行う方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【００１９】
また、例えば、現像ローラへ現像剤を搬送する現像剤搬送ローラと２本の攪拌搬送スクリューと現像剤上限高さセンサと現像剤下限高さセンサとを備え、２本の攪拌搬送スクリュー内で補給現像剤が基準量に達した後に現像剤の排出を行うという方式が提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【００２０】
また、例えば、 設定された現像剤の所定値である使用時間Ｃ０に測定値Ｃが達したときに現像剤の劣化度合いを計測し、現像剤が劣化したと判断したときは現像剤の交換量（回収量と供給量）を決定し、回収量を現像器下部から排出したのち、回収量と同量の未使用現像剤を現像器に供給する方式が提案されている（例えば、特許文献７参照）。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平０４−１７９９６７号公報
【特許文献２】特許第２５９７４５２号公報
【特許文献３】特開２００６−０９１２７８号公報
【特許文献４】特公平０２−０２１５９１号公報
【特許文献５】特開平１１−２２３９６０号公報
【特許文献６】特開２００７−２４９１６３号公報
【特許文献７】特開平０９−３６９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、特許文献１〜３の生分解性樹脂を主要な樹脂成分とするトナーには上述したような種々の難点があって実際には実用化されるまでの段階に至っていないという課題がある。
【００２３】
また、特許文献４のトリクル現像方式は、補充用のトナーとキャリアが別容器に収容されていて、取り扱いが不便であることや、新しい現像剤の補給と劣化した古い現像剤の排出との関係が自然任せであり、何の制御もされていない点で現像剤の新旧交換の精度の点に疑問が残るという課題がある。
【００２４】
また、特許文献５のトリクル現像は、一つの補給用トナーカートリッジ内にトナーと一定割合のキャリアとを混合して収容している点は取り扱いが容易で便利であるが、トナーとキャリアの混合割合に主眼が置かれているため、二軸の攪拌搬送スクリュウによる現像剤の補給方法と排出方法が判然としないという課題がある。
【００２５】
また、特許文献６のトリクル現像は、これも一つの補給用トナーカートリッジ内にトナーと一定割合のキャリアとを混合して収容している点は取り扱いが容易で便利であるが、印字率に関係なく一定枚数ごとに現像剤が補給され、攪拌搬送部内の現像剤が基準量に達したとき現像剤の排出を行うのであるから、実際のキャリアの劣化度と無関係に現像剤が排出され、キャリアの劣化度に対応する排出タイミングの基準がないという課題が残されている。
【００２６】
また、特許文献７のトリクル現像は、補充用のトナーとキャリアが別容器に収容されていて、取り扱いが不便であることや、予め設定した時間と比較しながら使用時間を測定し、予め設置した値と比較しながら現像剤の劣化度合いを計測するという面倒な制御を伴う点に課題が残されている。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記の課題を解決するために、本発明の二成分現像剤を用いる現像方法は、二成分現像剤を用いてトルク現像を行う電子写真式の画像形成装置において、数平均分子量１万〜２万の加水分解されたポリ乳酸樹脂を母材樹脂としたトナーとキャリアとを混合して成る二成分現像剤と、該二成分現像剤を用いて感光体に現像を行う現像装置と、該現像装置に上記二成分現像剤を補給する現像剤補給装置と、上記現像装置から排出される廃現像剤を回収する廃現像剤回収装置と、印字枚数を計数するカウンタと、を有し、上記二成分現像剤の補給量を測定する補給量測工程と、補給キャリア量を演算により算出する補給キャリア量算出工程と、該補給キャリア量算出工程が算出した補給キャリア量と、上記カウンタが計数した印字枚数とに基づいて上記現像装置内の新キャリア量を算出する新キャリア量算出工程と、該新キャリア量算出工程が算出した新キャリア量に基づいて上記現像装置内に残留するキャリア全体に対する新キャリアの割合が規定値以下であるか否かを判別する判別工程と、該判別により上記新キャリアの割合が上記規定値以下でないとき、印字と、現像剤補給と、補給キャリア量算出と、を繰り返し、上記判別により上記新キャリアの割合が上記規定値以下であるとき、吐き出しパターンにより上記現像装置の上記二成分現像剤の一部を上記廃現像剤として上記廃現像剤回収装置に回収させる吐き出しパターン設定工程と、該吐き出しパターン設定工程を、上記現像装置に残留する上記新キャリアの割合が上記規定値を超えるまで繰り返すよう制御する制御工程と、を含んで構成される。
【００３０】
また、上記制御工程は、例えば、上記現像装置に残留する新キャリアの割合をＹ、印字枚数をＸとしたとき、「Ｙ＝−３Ｅ−０９Ｘ↑２＋０．０００７Ｘ＋０．２」の値を超えるように制御する。
【００３１】
また、上記の課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、上記の二成分現像剤を用いる現像方法により現像を行うように構成される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、耐久性が悪い植物由来樹脂を母材樹脂として使用したトナーを含む二成分現像剤による現像で、画像的に劣化の起きない初期と同等の画質を形成できる期間を通常よりも長く維持することができて現像装置の長寿命化が実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１に係る現像装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る現像装置を搭載した画像形成装置の制御装置を含む回路ブロック図である。
【図３】本発明の実施例１に係る現像装置の現像動作中における新キャリア増強のための吐き出しパターンによる現像剤の補給と排出の動作を模式的に示す図である。
【図４】ある印字率の印字パターンがある枚数印字されたときに補給される現像剤量から現像機内の新キャリアの割合を算出できるという本発明の考えに基づいて印字枚数を変えて印字試験を実施して得られたデータを示す図表である。
【図５】図４のデータに基づいて印字枚数を変更した時の新キャリアの割合をプロットして得られた３種類のグラフを示す図である。
【図６】本発明の理論に基づく実験結果から得られた演算式によってポリ乳酸樹脂を母材樹脂とするトナーを含む二成分現像剤に対して画像劣化が起こらないトリクル現像の現像剤補給と排出の処理方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００３５】
最初に、本例の電子写真式の画像形成装置の現像装置に用いられるトナーとして、主成分である結着樹脂を植物由来樹脂としながらも、良好な粉砕性と定着性が得られるトナーの製法について説明する。
【００３６】
先ず、数平均分子量約１０万のポリ乳酸を、９５℃以上の温水に浸漬させる高温高湿環境下で、所定時間放置することにより、その数平均分子量が１万〜２万になるまで加水分解させる。このように分子量の低減されたポリ乳酸樹脂は、軟化点が低下し、粉砕性が向上し、トナー用バインダー樹脂として最適な特性を示すようになる。
【００３７】
尚、植物由来樹脂としては、ポリ乳酸と限ることなく、例えば、微生物産生系として、ポリヒドロキシブチレート、ポリ（ヒドロキシブチレート／ヒドロキシヘキサノエート）、天然物系として、エステル化澱粉、酢酸セルロース、キトサン、化学合成系として、上記のポリ乳酸の他に、ポリカプラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリビニールアルコール、ポリグリコール酸などがある。
【００３８】
自然界には、エステル結合を切断する酵素（エステラーゼ）が広く分布していることから、ポリ乳酸は環境中でこのような酵素により徐々に分解されて、単量体である乳酸に変換され、最終的には二酸化炭素と水になる。上記のように高温高湿環境下では、比較的短時間で数平均分子量が１万〜２万まで分解させることができる。
【００３９】
また、ポリ乳酸の製造方法は、特に限定されないが、例えば原料となるとうもろこし等の澱粉を発酵させ、乳酸を得た後、乳酸モノマーから直接脱水縮合する方法や、乳酸から環状二量体ラクチドを経て、触媒の存在下で開環重合によって合成する方法がある。乳酸には光学異性体が存在し、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸があるが、これら単独または混合物のいずれの乳酸を使用しても良い。
【００４０】
なお、市販されているポリ乳酸は、耐熱性向上等のため、より高分子量が得られる開環重合法により合成されたものであり、その数平均分子量は１００，０００以上のものが主流である。このような高分子量のポリ乳酸では、軟化点が高すぎて定着性が悪く、また粉砕性も悪い。
【００４１】
本例では、手数をかけずに入手し易い市販品の高分子量のポリ乳酸樹脂を用い、上述したように、高温高湿環境下で加水分解させて、数平均分子量が１万〜２万の低分子量のポリ乳酸樹脂を得るようにしたものである。
【００４２】
そのようにして得たバインダー樹脂（メイン樹脂）と、着色剤、帯電制御剤、ＷＡＸ等とを混合した後、混練、粗粉砕してから更に微粉砕し、分級することにより質量平均粒径約７μｍのトナーを得る。得られたトナーに、流動性付与を目的としたシリカや、必要に応じてチタニア、アルミナ等の外添剤を添加する。
【００４３】
尚、上記のトナー製造工程は、ポリ乳酸を加水分解して分子量を下げた樹脂とする工程以外は、通常使用しているポリエステル樹脂、ポリスチレンアクリル樹脂等の石油系の樹脂をメイン樹脂としたトナー製造工程と変わるところのない一般的な工程である。
【００４４】
このようにして得られたトナーを、質量平均粒径３５μｍのフェライト粉をシリコーン系の樹脂でコーティングしたフェライトキャリアと、トナー濃度が質量％で１０％〜２０％の間になるように混合して、二成分現像剤とする。この二成分現像剤を用いる現像装置を電子写真式画像形成装置に搭載する。
【００４５】
図１は、本発明の実施例１に係る現像装置の構成を示す図である。本実施例１に係る現像装置１は、補給用の二成分現像剤（以下、単に現像剤という）を充填したトナーホッパー２、トナーホッパー２から現像剤を現像装置１に送り込むトナー補給装置３、現像装置１から排出された現像剤を溜める廃現像剤ホッパー４を外部に備えている。
【００４６】
また、現像装置１は、補給口５を有する現像剤撹拌搬送室上６、排出口７を有する現像剤撹拌搬送室下８、及び現像ローラ９を内部に備えている。現像剤撹拌搬送室上６と現像剤撹拌搬送室下８は、供給口１１及び戻り口１２で連通している。また、現像剤撹拌搬送室下８は、所定の位置に透磁率センサを含むトナー濃度検出部１３を備えている。
【００４７】
図２は、上記の現像装置１を搭載した画像形成装置１５の制御装置を含む回路ブロック図である。図２に示すように回路ブロックは、ＣＰＵ(central processing unit）１６を中心にして、このＣＰＵ１６に、それぞれデータバスを介してインターフェイスコントローラ（Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ）１７及びプリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）１８が接続されている。
【００４８】
このＰＲ＿ＣＯＮＴ１８にはプリンタ印字部１９が接続されている。そして、プリンタ印字部１９には、現像剤供給制御部２１と現像剤排出制御部２２が接続されている。
【００４９】
また、ＣＰＵ１６には、ＲＯＭ（read only memory）２３、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）２４、本体操作部の操作パネル２５、及び各部に配置されたセンサからの出力が入力されるセンサ部２６が接続されている。ＲＯＭ２３には、システムプログラムが記憶され、ＣＰＵ１６は、このシステムプログラムに従って各部を制御して処理を行う。
【００５０】
すなわち、各部において、先ず、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ１７は、例えばパーソナルコンピュータ等のホスト機器から供給される印字データをビットマップデータに変換し、フレームメモリ２７に展開する。フレームメモリ２７に展開されたデータはＰＲ＿ＣＯＮＴ１８に出力され、ＰＲ＿ＣＯＮＴ１８からプリンタ印字部１９に出力される。
【００５１】
プリンタ印字部１９は、エンジン部であり、ＰＲ＿ＣＯＮＴ１８からの制御の下で、機構的構成の図示を省略した画像形成装置１５の感光体、転写部ローラ、定着部ローラ等を含む回転駆動系、初期化帯電器、光書込ヘッド、転写部、定着部等を含む印加電圧系などのプロセス負荷への駆動出力を制御する。
【００５２】
更にプリンタ印字部１９は、後述する演算式による演算に基づいて、現像剤供給制御部２１及び現像剤排出制御部２２を介して、図１に示した補給口５と排出口７の開閉を制御する。
【００５３】
図３は、上記構成の現像装置１の現像動作中における新キャリア増強のための吐き出しパターンによる現像剤の補給と排出の動作を模式的に示す図である。本例の現像装置１は二成分現像装置であり、図３に示すようにトリクル現像を行うように制御される。
【００５４】
以下、このトリクル現像について簡単に説明する。
上記の構成において、図１に示したトナーホッパー２には、前述したポリ乳酸樹脂を結着樹脂とするトナーと、表面コートされたキャリアとが混合された二成分の現像剤が補給用現像剤として収容されている。
【００５５】
このトナーホッパー２の現像剤は、現像剤供給制御部２１により、詳しくは後述する適宜のタイミングで、トナー補給装置３から現像装置１の補給口５を介して現像装置１の現像剤撹拌搬送室上６に送り込まれる。
【００５６】
現像剤撹拌搬送室上６に送り込まれた補給用の現像剤は、現像装置１内の現像剤と混合されながら搬送され、供給口７を通して現像剤撹拌搬送室下８へ送られる。
【００５７】
現像剤撹拌搬送室下８に送られた現像剤は、現像剤撹拌搬送室下８に隣接して設置されている現像ローラ９に吸着され、図示しない静電潜像担持体上の静電潜像をトナーで現像する。
【００５８】
静電潜像の現像に対応する量のトナーを放出した現像剤（主としてキャリア）は、現像ローラ９から離脱して現像剤撹拌搬送室下８に収容され、戻り口１１方面に搬送され、戻り口１１に至り、戻り口１１を通って現像剤撹拌搬送室上６に戻る、ということを繰り返す。
【００５９】
現像剤撹拌搬送室下８のトナー濃度検出部１２は、現像装置１内部のトナー濃度を検出し、その検出されたトナー濃度があらかじめ定められたトナー濃度を下回ると、その検出結果がセンサ部２６を介してＣＰＵ１６に通知される。
【００６０】
ＣＰＵ１６は、トナー濃度が所定値以下になった上記の通知を受け取ると、現像剤供給制御部２１を介してトナー補給装置３を動作させ補給用の現像剤を現像装置１に補給させる。
【００６１】
補給用現像剤は、先に述べたように、トナーとキャリアがトナーの質量％で８５％前後に混合されており、トナー補給装置３の補給動作によって現像装置１に補給される。
【００６２】
このとき現像装置１内部の現像剤の総量が増加するため、現像剤は現像剤撹拌搬送室上６及び現像剤撹拌搬送室下８を循環する段階で、戻り口１２から現像剤撹拌搬送室上６に戻る他に、余分な現像剤は排出口７から排出され、廃現像剤ホッパー４に排出されることになる。
【００６３】
この余分な現像剤の排出によって、劣化したキャリアは一部のトナーと共に現像装置１外へ排出されるため、現像装置１内部の現像剤は徐々に新鮮なキャリアを含む現像剤に入れ替えられる。これにより、キャリア劣化が問題となる二成分現像装置の寿命を伸ばすことができるようになる。
【００６４】
ところで、上述したトリクル現像の基本工程が示すように、現像装置内部の現像剤の総量の増加によって余分な現像剤を排出口から排出するという単純な工程では、従来の石油系樹脂を使用したトナーの場合は、現像装置の寿命を伸ばすことに有効であるとしても、例えばポリ乳酸樹脂のような耐久性が悪い植物由来樹脂を使用したトナーでは、未使用トナーの排出ばかりが多くなって期待通りの現像装置の長寿命化が実現できない。
【００６５】
しかしながら、本発明者は鋭意検討した結果、数平均分子量１万〜２万の加水分解されたポリ乳酸樹脂を母剤樹脂としたトナーの場合、ある一定割合で現像装置内のキャリアが入れ替わって使用された場合、画像的に劣化の起きない初期と同等の画質を維持できることが見出された。
【００６６】
先ず着眼点としては、ある印字率の印字パターンが、ある枚数印字されたときに、トナー濃度制御により補給された現像剤の中の新キャリア量をＸとすると、前述したように補給による現像剤の増量分は排出されるから、排出されるキャリアの量もＸとなる。
【００６７】
当初に現像装置に充填されたキャリアの量をＡとすると、排出される新キャリアの量は全体のキャリア量に対する補給された新キャリアの割合だけ排出されるわけであるから、
Ｘ↑２／（Ａ＋Ｘ）となる。
【００６８】
これから残留する新キャリアの量は
Ｘ−Ｘ↑２／（Ａ＋Ｘ）＝ＡＸ／（Ａ＋Ｘ）
であり、残留する新キャリアの現像器内のキャリア全体に対する割合は
（ＡＸ／（Ａ＋Ｘ））＊（１／Ａ）＊１００＝（Ｘ／（Ａ＋Ｘ））＊１００
となる。
【００６９】
ここで言う新キャリア量とは、その枚数Ｘまで印字が進む間に補給された現像剤に含まれる補給キャリアの累計を意味する。
【００７０】
図４は、上記の考えに基づいて印字枚数を変えて印字試験を実施して得られたデータを示す図表である。
図５は、そのデータに基づいて印字枚数を変更した時の新キャリアの割合をプロットしたグラフである。
【００７１】
同図は横軸に連続印字した場合の印字枚数、縦軸に新キャリアの割合を示している。黒四角マークでプロットしたグラフ３１は５％印字率で連続印字したとき、白三角マークでプロットしたグラフ３２は２％印字率で連続印字したとき、及び黒菱形マークでプロットしたグラフ３３は１．７％印字率で２頁ずつの間欠印字をしたときの結果を連続に換算したときのグラフをそれぞれしめしている。
【００７２】
ここで、従来の石油系樹脂を使用した場合においてはどの場合の現像剤補給と排出方法においても画像の劣化は認められなかったが、本実施例に係るポリ乳酸樹脂を母材樹脂としたトナーを使用した場合は、画像劣化が起こらない限界は、２％印字率の連続印字で試験した場合であった。
【００７３】
つまり新キャリアの割合の近似式が新キャリアの割合をＹ、印字枚数をｘとした時、
Ｙ＝−３Ｅ−０９ｘ↑２＋０．０００７ｘ＋０．２
で与えられる場合以上の割合であれば、画像劣化が無く従来使用できなかった数平均分子量１万〜２万のポリ乳酸樹脂を母材樹脂として使用したトナーであっても、問題なく使用できることになる。
【００７４】
前述したように現像器内のキャリア全体に対する新キャリアの割合は、補給された現像剤の中のキャリア量と初期投入キャリア量だけで決定されるものであり、初期投入キャリア量は初期投入現像剤のトナー濃度割合から既知の値として得られ、また補給用現像剤のキャリア濃度も既知の値であるため、補給現像剤量がわかれば、これが前述した限界キャリア量かどうかは明らかになる。
【００７５】
図６は、本発明の上記の理論と実験結果から得られた演算式によってポリ乳酸樹脂を母材樹脂とするトナーを含む二成分現像剤に対して画像劣化が起こらないトリクル現像の現像剤補給と排出の処理方法を示すフローチャートである。
【００７６】
尚、この処理は、本例の画像形成装置１５において図２に示した制御装置を含む回路ブロックのＣＰＵ１６が、その制御の下に分担して動作する各部の機能を用いて行う処理である。
【００７７】
先ず、画像形成装置１の不図示の操作パネル又は外部のホスト機器から印字データと共に印字開始の指示が入力されると、ＣＰＵ１６は、印字処理を開始するとともに、印字枚数を計数する印字枚数カウンタをセットする（ステップＳ１）。
【００７８】
この処理は、印字開始の指示が来るまで休止していた印字枚数カウンタを駆動する処理であり、印字枚数カウンタは、現像装置１の交換が行われるまでは、計数した印字枚数を累計する。
【００７９】
続いて、ＣＰＵは、トナー補給装置３（図１参照）を監視しながら現像剤の補給量を測定する（ステップＳ２）。この処理では、トナー補給装置３の動作時間と現像剤の補給量の関係はあらかじめ定まっているので、トナー補給装置３の動作時間を知ることで現像剤補給量を把握することができる。
【００８０】
次に補給された現像剤量から補給された新キャリアの量を演算により算出する（ステップＳ３）。この処理は、前述した式
Ｘ−Ｘ↑２／（Ａ＋Ｘ）＝ＡＸ／（Ａ＋Ｘ）
から得られる「現像装置１内に残留する補給キャリアの量」と、式
（ＡＸ／（Ａ＋Ｘ））＊（１／Ａ）＊１００＝（Ｘ／（Ａ＋Ｘ））＊１００
から得られる「現像装置１内に残留する補給キャリアの現像装置１内のキャリア全体に対する割合」によって算出される。
【００８１】
上記に続いて、上記演算によって得られた新キャリアの量が規定値以下であるか否かを判別する（ステップＳ４）。この処理では、新キャリアの量が、前述したように、新キャリアの割合をＹ、印字枚数をｘとしたときの近似式
Ｙ＝−３Ｅ−０９ｘ↑２＋０．０００７ｘ＋０．２
で与えられる所定の値以下の割合であるか否かを判別する処理である。
【００８２】
そして、新キャリアの量が所定の値を超える割合であれば（Ｓ４がＮ）、ステップＳ２〜Ｓ４の処理を繰り返す。一方、新キャリアの量が所定の値以下の割合なら（Ｓ４がＹ）、吐き出しパターンの印字を行う（ステップＳ５）。
【００８３】
この処理では、印字とはいってもトナーが用紙に転写されるのではなく、現像ローラ９に対するバイアス電圧が操作されてトナーがキャリア込みで、つまり現像剤そのものが感光体にベタ現像される。このベタ現像された現像剤は、クーニング装置で感光体から除去され、廃現像剤ホッパー４に排出される。
【００８４】
このようにトナーを消費することで、トナー濃度検出部１３によるトナー濃度の制御により現像剤を、トナー補給装置３から補給させ、結果として、現像装置１内部のキャリア量を所定の値を超えるように制御する。
【００８５】
ここで、トナーホッパー２内の補給用現像剤のトナー濃度を低くしておけば、補給される新キャリアの量は多くなるので、吐き出しパターンの印字回数は減少する。逆に補給用現像剤のトナー濃度を高くすれば、吐き出しパターンの印字回数は増加することになる。
【００８６】
いずれにしても、本発明の二成分現像剤を用いるトリクル現像方法においては、補給用現像剤のトナー濃度や現像装置内のトナー濃度を限定するものではない。
【００８７】
また、キャリア粒径を３５μｍとして説明したが、キャリア粒径は２５μｍから６５μｍが望ましく、これ以上だと画質が荒れたものになり、これ以下だと感光体へのキャリア付着が増加し望ましくない。また、キャリア粒径に応じて、かぶり、画質の面からトナー濃度としては１０％〜５％が望ましい。
【００８８】
このように現像装置１内部の新キャリアの量をコントロールすることで、従来、耐久性が弱く使用できなかった数平均分子量のポリ乳酸樹脂を母材とするトナーを含む二成分現像剤を、画像劣化無く長期に使用できるようになる。
【００８９】
また、このように植物由来樹脂をトナーとして使用できるようになるので、近年問題にされているＣＯ2 の削減に貢献できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、二成分現像剤を用いてトリクル現像を行う画像形成装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１  現像装置
２  トナーホッパー
３  トナー補給装置
４  廃現像剤ホッパー
５  補給口
６  現像剤撹拌搬送室上
７  排出口
８  現像剤撹拌搬送室下
９  現像ローラ
１１  供給口
１２  戻り口
１３  トナー濃度検出部
１５  画像形成装置
１６  ＣＰＵ(central processing unit）
１７  インターフェイスコントローラ（Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ）
１８  プリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）
１９  プリンタ印字部
２１  現像剤供給制御部
２２  現像剤排出制御部
２３  ＲＯＭ（read only memory）
２４  ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）
２５  操作パネル
２６  センサ部
２７  フレームメモリ
３１、３２、３３  印字枚数と残留新キャリアの割合との関係を示すグラフ
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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