(57)【要約】【課題】特別な構成の追加などを要しないでコストアップを招くことなく、現像剤の寿命を延ばすことができる構成を備えた現像装置を提供する。【解決手段】潜像担持体２１に形成された静電潜像をトナーとキャリアを含む二成分系現像剤により可視像処理する現像装置２０であって、前記現像装置２０に対してキャリアとは独立してトナーを補給可能なトナー補給手段１０２と、前記現像装置２０内のキャリアのスペント量を検知するキャリアスペント量検知手段１０１が入力側に接続され、出力側には前記トナー補給手段１０２の駆動部１０２Ａが接続されている制御部１００と、を備え、前記制御部１００は、前記キャリアのスペント量が所定の値以下に達した時点で前記トナー補給手段によるトナーの補給量を増加させることを特徴としている。【選択図】図８
2014240927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアを含む二成分系現像剤により可視像処理する現像装置であって、
前記現像装置に対してキャリアとは独立してトナーを補給可能なトナー補給手段と、
前記現像装置内のキャリアのスペント量を検知するキャリアスペント量検知手段が入力側に接続され、出力側には前記トナー補給手段の駆動部が接続されている制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記キャリアのスペント量が所定の値以下に達した時点で前記トナー補給手段によるトナーの補給量を増加させることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記キャリアスペント量検知手段には、現像装置での単位駆動時間あたりのトナー補給量を検知する補給量検知手段と、トナー濃度を検知するトナー濃度検知手段が含まれていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記キャリアスペント量検知手段による検知結果が所定以下に達した時点で前記トナーの補給量を増加させるタイミングとして、選択された枚数の画像形成が行われる１ジョブ中であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記キャリアスペント量検知手段による検知結果が所定以下に達した時点で前記トナーの補給量を増加させるタイミングとして、選択された枚数の画像形成が行われる１ジョブの開始前あるいは終了後を含む画像出力時以外を対象とすることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記キャリアスペント量検知のための画像を画像形成領域外に形成可能であることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記トナーの補給量を増加させる場合の補給量として、前記現像剤濃度が画像形成時よりも高くなる補給量を用いることを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一つに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
前記現像装置は、複数の色の画像形成を対象として複数設けられていることを特徴とする請求項７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、現像装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、二成分系現像剤の長寿命化に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置や印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体である感光体上に形成された静電潜像を現像装置により可視像処理し、可視像をシートなどに転写することにより記録出力を得ることができる。
【０００３】
現像に用いられる現像剤には磁性あるいは非磁性トナーのみの一成分系現像剤の他にトナーとキャリアとを混合した二成分系現像剤が知られている。
二成分系現像剤は、トナーとキャリアとを含み、攪拌混合時に生起される摩擦帯電作用により帯電されたトナーが感光体上の静電潜像に静電吸着される。
【０００４】
ところで、画像形成装置では、複写・印刷回数が増えるにつれて画像品質の劣化が顕著となる。この理由は、現像装置内に充填されている現像剤が経時で変化することにある。
二成分系現像剤に含まれるトナーは、静電潜像をトナーで顕像化する際に現像剤から除々に消費されるため新しいものに入れ替わるが、キャリアは消費されるものでないので、繰り返し現像装置内を循環する過程で劣化する。
【０００５】
キャリア劣化の別の理由として、トナーの外添剤がキャリア表面に被覆される現象を意味するスペントやキャリア表面の帯電制御用皮膜が削られてしまうことがある。
つまり、スペントは、高画像面積の画像出力時に主にトナーの外添剤がキャリアに付着することによって起こり、それによりキャリアの帯電能力が低下するため、トナー飛散、地汚れ等の問題を引き起こす。
キャリア表面の帯電制御用皮膜が削られる現象は、低画像面積の画像出力時に新しい外添剤が供給されない状態でキャリア同士が接触することにより引き起こされることが原因であり、キャリアの電気抵抗が低下してキャリア同士の付着などの問題を招く。
【０００６】
このようにして寿命となる現像剤に対しては、一般に画像形成装置サービス時期に合わせて現像剤の交換を行うことが普通であった。
しかし、近年では現像剤の交換に伴うダウンタイムの削減が求められており、さらには現像剤の交換そのものを廃止するためにキャリアの長寿命化も望まれている。
【０００７】
そこで、キャリアへのスペントを解消するための方法として、１ジョブ中のトナー像の画像面積比率等からトナー消費率を求めた結果に応じて１ジョブ終了時に現像装置のスリーブの駆動制御を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
この方法では、トナー消費量が一定量以上と多い場合には現像装置に装備されているスリーブを空転させることにより、キャリア同士の接触機会を増やしてスペントを削り取ることができる。
【０００８】
一方、キャリア表面の皮膜が削られる現象を防ぐ方法として、現像剤の劣化度合いに応じて補給される現像剤の量を制御する一方、劣化した現像剤を排出する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
この方法では、劣化した現像剤の排出と共に現像剤の補給量を制御してキャリアとトナーの接触機会を調整してスペントを生じさせることによりキャリアの皮膜が削られるのを抑えることができる。
【０００９】
また、上述したスペントや膜が削られて劣化したキャリアを含む現像剤そのものを新たな現像剤と交換する方法も提案されている（例えば、特許文献３）。
この方法では、現像剤の劣化度合いに応じて現像剤、特にトナーあるいはトナーおよびキャリアを含む現像剤自体を入れ替えることにより現像能力の回復が可能となる。
【００１０】
さらに、スペントの発生を抑える方法として、スペント量を検出した結果に応じて現像室内を循環する現像剤の量を制御する方法も提案されている（例えば、特許文献４）。
この方法では、現像槽内で撹拌された現像剤が現像室に流れる量を、スペント量の検出結果に応じて規制することにより現像室内に含まれる現像剤中のトナーとキャリアとの混合比率を適正化して現像剤でのスペントの発生を抑制することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、各特許文献に開示されている方法では、次のような問題がある。
特許文献１に開示されている方法では、スリーブを空転させることによりキャリア表面が削られる機械が増加するので、スペントは防止できるが、キャリアの皮膜が削られてしまうのを防止することはできない。これにより、キャリアの寿命を延ばすことは期待できない。
【００１２】
特許文献２に開示されている方法では、現像剤の補給機構に加えて現像剤の排出機構が必要となる。この結果、装置の構成が複雑となることやコストアップを招く。
特許文献３に開示されている方法では、特許文献２に開示された方法と同様に、現像剤の入れ替えのためにトナーあるいはトナーとキャリアの両方を対象とした排出機構が必要となる。このため、装置の構成が複雑となることやコストアップを招く虞がある。
【００１３】
特許文献４に開示されている方法では、スペントを抑制するために現像室に流れる現像剤の量を調整するための規制手段が必要となる。このため、特殊な構成を必要とし、コストアップを招く虞がある。しかも、現像剤の量は現像槽内での循環量を対象としていることから、現像剤に含まれるトナーとキャリアとの混合比率によって発生するキャリアの皮膜が削られる現象を防止することまでは期待できない。
【００１４】
本発明は、従来の現像装置の現像剤劣化を防止する構成における問題に鑑み、特別な構成の追加などを要しないでコストアップを招くことなく、現像剤の寿命を延ばすことができる構成を備えた現像装置および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】
【００１５】
この目的を達成するため、本発明は、潜像担持体に形成された静電潜像をトナーとキャリアを含む二成分系現像剤により可視像処理する現像装置であって、前記現像装置に対してキャリアとは独立してトナーを補給可能なトナー補給手段と、前記現像装置内のキャリアのスペント量を検知するキャリアスペント量検知手段が入力側に接続され、出力側には前記トナー補給手段の駆動部が接続されている制御部と、を備え、前記制御部は、前記キャリアのスペント量が所定の値以下に達した時点で前記トナー補給手段によるトナーの補給量を増加させることを特徴とする現像装置にある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、キャリアのスペント量が所定の値以下に達した時点でトナーの補給量を増加させることにより、キャリアスペントとキャリアの皮膜が削られる度合いとをバランスさせることができる。これにより、現像剤の排出機構などを要することなくキャリアの寿命を延ばして現像剤の延命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る現像装置が用いられる画像形成装置の構成を説明するための模式図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に用いられる現像装置を含む作像部の構成を説明するための模式図である。
【図３】図２に示した作像部に用いられるプロセスカートリッジの構成を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る現像装置に用いられる制御部の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】図４に示した制御部で用いられるキャリアスペント量を検知するための数式を説明するための図である。
【図６】図４に示した制御部で用いられる現像装置駆動時間とスペント発生量との関係を説明するための線図である。
【図７】キャリアスペント量検知手段により画像濃度に対するスペント量検知精度を確認するための実験結果を説明するための線図である。
【図８】図４に示した制御部の作用を説明するためのフォローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係る現像装置および従来構成の現像装置を対象としてキャリア付着とトナー飛散ランクの実験結果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を実施するための形態について説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る現像装置を用いる画像形成装置１０の全体構成が、そして図２には、画像形成装置１０に用いられる作像部の構成がそれぞれ示されている。
図１および図２に示す画像形成装置１０は、電子写真方式を用いる複数の作像部を１次転写体である転写ベルトの展張方向に沿って並置したタンデム方式のフルカラー画像形成装置（以下、単に画像形成装置と表現する場合もある）である。なお、図１中、符号１０Ａで示す装置は、画像形成装置１０に隣接して配置された後処理装置を示している。後処理装置１０Ａは、詳細を説明しないが、綴じ処理や折り加工等、用紙束を対象として後処理を行う装置である。また、図１において符号１で示す装置は、原稿自動給送装置（ＳＡＤＦ）を示している。
【００１９】
以下、図１および図２において構成および動作について説明する。
画像形成装置１０の画像書込部１２には、画像信号を元に画像形成装置１０の画像処理制御部で画像処理された画像信号が、画像形成用のイエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（ＢＫ）の各色信号に変換されて送信される。
画像書込部１２は、例えば、レーザ光源、回転多面鏡等の偏向器、走査結像光学系、及びミラー群などからなるレーザ走査光学系や、一次元もしくは二次元に多数のＬＥＤが配列したＬＥＤアレイと、結像光学系からなる、ＬＥＤ書込み系などで構成されている。
画像書込部１２では、上記の各色信号に対応した４つの書込光路１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋを有している。
この画像書込部１２は、図２に示すように、画像形成部１３に設けられた各色の４個の画像形成ユニットの潜像担持体である各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋに、各書込光路１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋを通して、各色信号に応じた画像の書込を行う。
【００２０】
作像部に相当する画像形成部１３には、図３に詳細を示すプロセスカートリッジ内に、イエロー（Ｙ）用、マゼンタ（Ｍ）用、シアン（Ｃ）用、黒（ＢＫ）用の各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋとしては、通常ＯＰＣ感光体が備えられている。なお、プロセスカートリッジは、各色の画像を形成する画像形成ユニットとして用いられている。
各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋの周囲には、図２及び図３（各作像部の一部が示されている）に示す装置が備えられている。
つまり、帯電装置１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋ、画像書込部１２からのレーザ光の露光部、イエロー，シアン，マゼンタ，黒の各色用の現像装置２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋおよびクリーニング装置３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋである。
【００２１】
各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋには、１次転写手段としての１次転写バイアスローラ２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋが中間転写体である中間転写ベルト２２を挟んで対向させて配置されている。
現像装置２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋには、トナーと磁性キャリアとを混合した二成分系現像剤が用いた磁気ブラシ現像方式が用いられている。
現像装置２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋにより可視像処理された、感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ上のトナー像は、中間転写ベルト２２に対して順次１次転写されて重畳画像とされる。従って、現像装置２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、複数色の画像形成を対象として複数設けられた装置ということになる。
【００２２】
一方、転写紙Ｐは、上記画像形成装置１０の給紙部１４、あるいは上記複写機の給紙バンク（図１参照）から給紙された後、図２に示すレジストローラ１７を介して、転写搬送ベルト５０に坦持される。
転写紙Ｐは、中間転写ベルト２２と転写搬送ベルト５０とが接触するところで、中間転写ベルト２２上に転写されたトナー像が、２次転写手段としての２次転写バイアスローラ６０により２次転写（一括転写）される。これにより、転写紙Ｐ上に各感光体で形成されたカラー画像が形成される。
このようにしてカラー画像が形成された転写紙Ｐは、転写搬送ベルト５０により定着装置１５に搬送される。そして、転写紙Ｐは、定着装置１５により、それに転写された画像が定着された後、プリンタ本体外に排出される。
【００２３】
２次転写時に転写紙Ｐに転写されずに中間転写ベルト２２上に残った残留トナーは、ベルトクリーニング装置２５によって中間転写ベルト２２から除去される。このベルトクリーニング装置２５の下流側には、潤滑剤塗布装置２６が配設されている。
潤滑剤塗布装置２６は、固形潤滑剤２６ａと、中間転写ベルト２２に摺擦して固形潤滑剤２６ａを塗布する導電性ブラシ２６ｂとで構成されている。
該導電性ブラシ２６ｂは、中間転写ベルト２２に常時接触して、中間転写ベルト２２に固形潤滑剤２６ａを塗布している。固形潤滑剤２６ａは、中間転写ベルト２２のクリーニング性を高め、フィルミィングの発生を防止し耐久性を向上させる作用がある。
【００２４】
上記各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋのそれぞれの表面は、画像の書き込みが行われる前に、各書込光路２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋの上流部位に設けられた各帯電装置１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋにより、約−７００Ｖに帯電されている。
本実施例に示す画像形成装置１０の帯電装置１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋとしては、導電性ゴムローラが用いられている。
この帯電装置１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋとしての各ゴムローラは、各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋに対して、５０μｍ程度の距離を維持して、非接触で帯電を行うように設置されている。また、各ゴムローラには、約１ｋＨｚ、ピーク間電圧２ｋＶの交流電圧が印加されており、その中心値が約−８００Ｖ程度になるように設定されている。これにより、各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋの表面が、およそ−７００Ｖに均一帯電される。
なお、各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋの表面を帯電させる帯電手段としては、上述のような非接触で帯電を行うものに限らない。
例えば、導電性のゴムローラを各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋに接触するように設置して帯電させる接触帯電、ＡＣ＋ＤＣ重畳帯電、ＡＣバイアスをかけずにＤＣバイアスのみを約−１４００Ｖ印加して各感光体を帯電するＤＣバイアスローラ帯電等がある。その他、従来からよく用いられるコロトロンやスコロトロンを用いたコロナ帯電、ブラシ帯電などの帯電手段を用いることもできる。
【００２５】
各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋの表面が帯電された後、各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋの表面に上記画像書込部１２から画像の書き込みが行われる。これにより、各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋの表面に、イエロー，シアン，マゼンタ，黒の各色画像に対応した静電潜像が形成される。これらの静電潜像は、イエロー，シアン，マゼンタ，黒の各色用の現像装置２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋによって現像される。
【００２６】
各現像装置２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、図３に示すように、現像ローラ２０１、ドクター２０２、２本のスクリュー２０３，２０４、トナー濃度センサ２０５、現像ケース２０６などで構成されている。
ここで、現像ローラ２０１とスクリュー２０３，２０４との位置関係は、現像ローラ２０１よりもスクリュー２０３，２０４が斜め下方向に位置するようになっている。また、２本のスクリュー２０３，２０４は、それぞれ水平方向に並列に配設されている。さらに、現像ケース２０６には、２本のスクリュー２０３，２０４の間を仕切る仕切り板２０６ａが設けられており、この仕切り板２０６ａによって、現像ケース２０６が２室に仕切られている。また、該仕切り板２０６ａの奥側と手前側は、現像ケース２０６の各室内の現像剤が、２本のスクリュー２０３，２０４により循環搬送されるように切り欠かれている。
【００２７】
現像ケース２０６の感光体と対面する部分には開口部２０６ｂが形成されており、この開口部２０６ｂから現像ローラ２０１の一部が露出している。
現像ローラ２０１、スクリュー２０３，２０４、ドクター２０２は、図３に示すように、現像ケース２０６のスクリューュ２０４の上部の空間が少し多めになるように配設されている。
各現像装置２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋの現像ケース２０６には、上記各色画像に対応した静電潜像を可視像処理（現像）するための黒，マゼンタ，イエロー，シアンの各色の現像剤が収容されている。
【００２８】
各現像装置２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋの現像剤は、互いに反対方向に回転する２本のスクリュー２０３，２０４により、上記仕切り板２０６ａの奥側と手前側の切り欠きを通して、現像ケース２０６の各室内を常時循環するように攪拌されながら搬送される。そして、この現像剤は、循環しながら攪拌搬送するスクリュー２０５によって、現像ローラ２０１に向けて供給される。
【００２９】
現像ローラ２０１は、磁界発生手段であるマグネットローラ２０１ａと、このマグネットローラ２０１ａの外周を覆うように回転自在に装着された非磁性の現像スリーブ２０１ｂとで構成されている。
現像ローラ２０１に供給された現像剤は、マグネットローラ２０１ａの磁力と現像スリーブ２０１ｂの回転とにより、現像スリーブ２０１ｂの表面に汲み上げられて磁気ブラシ状に保持される。現像スリーブ２０１ｂの表面に磁気ブラシ状に保持された現像剤は、現像スリーブ２０１ｂの回転に連れ回りしながら現像ケース２０６の開口部２０６ｂに向けて搬送される。そして、この現像剤は、開口部２０６ｂの手前で、ドクター２０２によって穂切りされて適正な量となるように計量された後、該開口部２０６ｂから露呈する現像ローラ２０１の表面と感光体の表面との間の現像領域へと送られる。
【００３０】
ドクター２０２により穂切りされて余剰となる現像剤は、現像スリーブ２０１ｂの表面に担持されている磁気ブラシ状の現像剤の外周に沿うようして、スクリュー２０５上に自重により落下して現像ケース２０６の循環搬送経路に戻される。この循環搬送経路に戻された現像剤は、２本のスクリュー２０３，２０４により再度攪拌搬送された後、スクリュー２０５によって再び現像ローラ２０１に供給される。
【００３１】
一方、上記現像領域に送られた現像剤は、感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ上に形成された静電潜像にトナーが移行することにより該静電潜像を可視像化（顕像化）して、該感光体上にトナー像を形成する。つまり、上記現像スリーブ２０１ｂ上には、２．２５ｋＨｚ、ピーク間電圧約１ｋＶの交流電圧からなる現像バイアスが、中心値を−５００Ｖとして印加されている。この現像バイアスにより、感光体上の露光領域（感光体電位約−１５０Ｖ）との電位差によって、現像スリーブ２０１ｂ上に保持されている現像剤中のトナーが感光体上に形成された静電潜像に移行する。
なお、上記静電潜像の顕像化の際に消費されなかったトナーとキャリアとからなる余剰の現像剤は、現像スリーブ２０１ｂ上に保持されたままの状態で現像ケース２０６内に戻される。そして、現像スリーブ２０１ｂの表面のマグネットローラ２０１ａの磁力が作用していない部分で現像スリーブ２０１ｂから離れて、スクリュー２０５上に自重により落下する。これにより、この余剰の現像剤は、現像ケース２０６の循環搬送経路に回収され、２本のスクリュー２０３，２０４により再度攪拌搬送された後、スクリュー２０５によって再び現像ローラ２０１に供給される。
【００３２】
このように、上記現像剤は、２本のスクリュー２０３，２０４により攪拌搬送されることにより、現像ケース２０６内を循環しながら、現像スリーブ２０１ｂに対する供給および回収が繰り返される。
ここで、上記感光体上の静電潜像を顕像化するための現像工程が繰り返し実行されて現像剤中のトナー消費が進行すると、現像ケース２０６内に収容されている現像剤のトナー濃度が次第に低下することになる。
そこで、各現像装置２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋにおいては、現像ケース２０６内に収容されている現像剤のトナー濃度をトナー濃度センサ２０５により検知されるようになっている。
トナー濃度センサ２０５の検知結果に基づき、現像ケース２０６内の現像剤のトナー濃度を制御しながら、図示しないトナー補給手段により該現像ケース２０６内に新規の補給用トナーを適時補給するように構成されている。
このようにして各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ上に形成された各色のトナー像は、１次転写バイアスローラ２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋにより、中間転写ベルト２２へ順次１次転写され、重畳画像が形成される。
つまり、中間転写ベルト２２を挟み込むように各感光体と対向して設けられた各１次転写バイアスローラ２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋにより、各感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋと中間転写ベルト２２との間の１次転写領域に転写電界が発生する。
１次転写領域に発生した転写電界によって、感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ上のトナー像が中間転写ベルト２２上に静電的に転写されることになる。なお、１次転写バイアスローラ２３Ｙ，２３Ｍ，２３Ｃ，２３Ｋに印加する転写バイアスは定電流制御が用いられている。
転写バイアスを定電流制御した場合は、１次転写バイアスローラ２３の電気抵抗が通電や温湿度環境で変動しても、それに従って印加電圧が変化するため、転写電界としては安定し、安定した転写性能を得ることができる。
【００３３】
１次転写バイアスローラ２３としては、導電性のスポンジローラが一般的に用いられる。導電性を持たせる手段としては、ゴム材料にイオン導電剤を混合する方法と、カーボンなどの電子導電剤を混合する方法がある。しかし、電子導電剤を使用したローラは一般的に抵抗ムラが大きく、良好な転写を行うためには適していない。
そこで、本実施例に示す現像装置では、イオン導電性発泡ＮＢＲゴム（ゴム硬度アスカーＣ・４０度，抵抗値・１０７Ω）からなる１次転写バイアスローラに転写バイアスを印加して転写電界を発生させている。
【００３４】
中間転写ベルト２２としては、様々な材質のものを使用することが可能である、しかし、耐久性に優れ、且つヤング率の高い材料として、ポリイミドが用いられ、表面平滑性に優れたＰＶＤＦを用いたベルトを用いることができる。
また、中間転写ベルト22に対しては、ポリウレタン樹脂層の上にポリウレタンゴム層を形成し、さらに該ポリウレタンゴム層上にフッ素成分を含有したコート層を形成して表面に弾性層を設けた多層構造ベルトなどを使用することが好ましい。
本発明では、中間転写体の製造方法と材料は限定するものではないが、本実施形態では材料として強度的に最も適しているポリイミド樹脂を用いた。表面抵抗率は１×１０１１Ω／□、体積抵抗率は１×１０９Ωｃｍであった。
ポリイミド製中間転写ベルトの成形は一般的な方法に従って、カーボンブラックを分散したポリマー溶液を円筒金型に注入し、１００〜２００℃に加熱しつつ円筒金型を回転させて遠心成形により無端フィルム状に成膜した。このようにして得られたフィルムを半硬化した状態で脱型して鉄芯に被せ、３００〜４５０℃でイミド化反応を進行させ硬化させて中間転写ベルトを得るようにした。このとき、カーボン量，焼成温度，硬化速度等を変更してベルトの特性を調整することができる。この方法で体積抵抗率と表面抵抗率も調整することができる。尚、体積抵抗率と表面抵抗率の測定には、三菱化学製ハイレスタ−ＵＰ（ＭＣＰ−ＨＴ４５０）高抵抗計を用い、プローブは同社のＵＲＳプローブ（ＭＣＰ−ＨＴＰ１４）を用いた。
【００３５】
以上の処理によって各感光体２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ上に形成された各色のトナー像が、中間転写ベルト２２の表面に順次重ね合わされて１次転写されることにより、該中間転写ベルト２２上に４色のトナーからなるフルカラートナー像が形成される。
そして、この中間転写ベルト２２上に形成されたフルカラートナー像は、上記レジストローラ１６により給紙されて上記転写搬送ベルト５０に坦持された転写紙Ｐ上に、２次転写バイアスローラ６０により２次転写（一括転写）される。
【００３６】
このようにしてフルカラー画像が２次転写された転写紙Ｐは、転写搬送ベルト５０により定着装置１５に搬送され、定着装置１５により２次転写画像が定着された後、プリンタ本体外に排出される。この２次転写時に中間転写ベルト２２上に残った残留トナーは、ベルトクリーニング装置２５によって中間転写ベルト２２から除去される。その後、上記画像形成部１３の各色のプロセスカートリッジによって次の画像形成が行われる。
【００３７】
次に、上記１次転写後の感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ上に残留したトナーを除去するためのクリーニング装置３０Ｙ，３０Ｍ，３０Ｃ，３０Ｋについて説明する。
本実施例に示す現像装置に用いられるクリーニング装置としては、図３に示すように、弾性体であるポリウレタンゴムのクリーニングブレード３０１と、導電性を有するファーブラシ３０２とを併用したものが用いられている。ファーブラシ３０２には、金属製の電界ローラ３０３が接触して配設されている。また、電界ローラ３０３にはスクレーパー３０４が接触して配設されている。
【００３８】
図３において、感光体２１Ｙ，２１Ｍ，２１Ｃ，２１Ｋ上に残留したトナーは、まず、感光体の回転方向とは逆方向（カウンタ方向）に回転しているファーブラシ３０２によって、感光体上から掻き落とされる。このとき、ファーブラシ３０２に付着したトナーは、このファーブラシ３０２に対してカウンタ方向に回転している電界ローラ３０３に付着して取り除かれる。
電界ローラ３０３に付着したトナーは、スクレーパー３０４により掻き落されて、クリーニングケース３０５内に集められる。
ここで、電界ローラ３０３にはクリーニングバイアスが印加されている。
クリーニングバイアスによる静電気力によって、感光体上の残留トナーがファーブラシ３０２から電界ローラ３０３へと移動し、スクレーパー３０４により電界ローラ３０３から掻き落とされる。
このようにしてクリーニングケース３０５内に集められたトナーは、回収スクリュー３０６により、図示しない廃トナーボトルに送られる。
また、クリーニング装置は、その回収スクリュー３０６の配設部位が、該クリーニング装置の下流側に隣接する画像形成ユニットの現像装置のスクリュー２０３の上側の現像ケース２０６の部分に対して重なるように、それぞれ配設されている。これにより、各プロセスカートリッジを互いに接近させて配置することが可能になり、画像形成装置本体の小型化が可能になる。
【００３９】
以上の構成からなる画像形成装置に用いられる現像装置を対象とした特徴について以下に説明する。
本実施例に示す現像装置の特徴は、現像剤に含まれるキャリアのスペント量が所定の値以下に達した時点でトナー補給手段によるトナーの補給量を増加させることにある。
つまり、キャリアスペント量の検知結果に応じてキャリアスペントとキャリアの皮膜が削られる度合いとをバランスさせることにより、キャリアの皮膜が削られてしまうのを防ぐと共にスペントの大量発生を防止することにある。
【００４０】
図４は、現像装置に用いられる制御部１００の構成を説明するためのブロック図であり、同図に示す制御部１００は、画像形成装置１０において画像形成実行時に用いられるシーケンスプログラムを実行する制御部が用いられている。
制御部１００には、その入力側にキャリアスペント検知手段１０１が接続され、出力側にはトナー補給手段１０２の駆動部１０２Ａが接続されている。
キャリアスペント量検知手段１０１には、現像装置での単位時間あたりのトナー補給量を検知する補給量検知手段１０１Ａおよびトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段であるトナー濃度センサ２０５（図３参照）が用いられている。
トナー補給手段は、現像装置２０とは独立してトナーを補給可能な手段として用いられる。
【００４１】
制御部１００では、次の方法によりキャリアスペント量が求められる。
キャリアスペント量を求めるにあたり、現像装置での単位時間あたりのトナー補給量およびトナー濃度を用いることになるが、前者は次の条件に基づき用いられる。
現像装置に装備されている現像ローラの単位駆動時間（本実施例では３０秒とした）あたりに現像装置に補給されるトナー量を、トナー補給速度（ｇ／ｓ）でカウントする。
そして、単位駆動時間あたりの平均トナー濃度を算出し、その値に応じてキャリアのスペント量を以下の漸化式により予測した。
Ａｔ＝Ａｔ−３０＋α×トナー補給速度×キャリアの表面積比−（Ａｔ−３０−Ａ０）        ×β×（１−キャリアへのトナー被覆率）２
ここで、Ａｔはｔ［ｓ］時点でのスペント量である。
【００４２】
また、上記式に用いられるキャリアの表面積比、キャリアへのトナー被覆率は、平均トナー濃度ＴＣに応じて図５に示す数式により求めることができる。
「α×トナー補給速度×キャリアの表面積比」の項が単位時間あたりのスペント量で、トナー補給により補給された（遊離）外添剤量がキャリアとトナーに分配されることによりキャリアがスペントすることを、
また、「（Ａｔ−３０−Ａ０）×β×（１−キャリアへのトナー被覆率）２」の項が単位時間あたりに削られる量で、キャリア同士が接触した際にスペントが削れられる、
ということを表している。
上記漸化式を用いて３０秒毎にスペント量を割り出すことにより、キャリアのスペント量の経時変化が予測できることになる。
【００４３】
なお、本実施例では、単位駆動時間に満たない時に現像装置の駆動がとぎれてしまった場合には、途切れる前後３０秒間分のトナー補給量から補給速度を、そしてトナー濃度から平均トナー濃度を求めて使用する。
【００４４】
漸化式に用いられる計数αおよびβは、現像装置の構成や現像剤種により変化するため、事前に実験により求めておく必要がある。
本実施例では、図６に示すように、低画像面積出力時および高画像面積出力時での駆動を行い、蛍光Ｘ線（外添剤の成分のＳｉ強度）の測定値に対する、経時のキャリアのスペント量を計算により見積もった。ＴＣは７ｗｔ％の標準で、低画像面積出力時の実験は予めスペントさせておいたキャリアを用いた。この２つの実験に上記計算がフィッティングするように、α＝０．０００４とβ＝０．１と求めた。
検知手段検証のため、他の画像出力時や他のトナー濃度でも実験し、スペント量を比較した。
図７に示す結果から、キャリアスペント量の経時変化に影響するトナー補給量およびトナー濃度を用いた実際の挙動を実験で再現できていることが確認できたといえる。
なお、キャリアスペント量が所定の値を下回るときに実行されるトナーの増量補給は、1ジョブの開始前あるいは終了後を含む画像出力時以外を対象とすることが可能である。
【００４５】
なお、スペント量に関しては、上述したトナー補給量とトナー濃度を用いた換算式により行うことに限らない。
例えば、現像剤抵抗測定やトナー濃度センサからの出力を用いて見積もることもできる。
この場合での現像剤抵抗測定は、現像装置に現像剤の抵抗測定手段を入れておき、現像剤の抵抗を測定する。スペントすると抵抗が上がる現象を利用して、抵抗値からキャリアスペント量を見積もることができる。また、トナー濃度センサの出力は、スペントするとトナー濃度センサの感度が悪くなることを利用して、その感度の変化からスペント量を見積もることができる。
さらに加えて、現像γ（現像バイアスと付着量の傾き）を用いることもでき、この現像γは、スペントするとトナー帯電量が低くなることによって変化することを利用して、現像γの変化からスペント量を見積もることができる。
【００４６】
本実施例では、制御部１００において割り出されたキャリアスペント量の検知量に応じて図８に示す手順によりトナーの補給量を制御することによりスペントの解消が図られる。
なお、手順を説明する前にこの手順に用いられる条件について説明すると次の通りである。
【００４７】
本実施例では、キャリアスペント量の検知結果に基づき、スペント量が所定の値以下に達した時点でトナー補給量を増加させる一方、スペント量が所定の値以上に達した時点には現像装置を空転動作させる。空転動作時間は、所定の値を超えた量に比例させた時間が選ばれる。
スペント量に関する所定の値は、図６に示した見積もり結果に順じた予測結果から、トナー飛散が起こり始めたスペント量の２／３を上限値(Ａ１)に決め、下限値(Ａ０)がは、スペントが全く生じていない場合として決めている。
【００４８】
一方、所定の値を下回った場合には、空転ではなく、現像処理を用いた作像が行われる。このときに使用されるトナー量は、作像に必要なトナー量に所定量(ａ＝６０ｍｇ／ｓ)を補給した量に決められている。
また、ジョブ終了時にもスペント量が下限値(Ａ０)を下回っているときには、ｂ＝３００ｍｇ／ｓの速度でトナーを補給する。ただし、補給だけを行うと、トナー濃度が上昇し、トナーの一部が飛散する虞もあるので、トナー濃度(ＴＣ)が１１ｗｔ％を超えないことを条件とする。補給時間は、下限値（Ａ０）を下回った量に比例させてあり、トナー濃度（ＴＣ）が標準７ｗｔ％に達するまで継続してトナーを消費させる。
【００４９】
以上の条件を踏まえて図８に示した手順を説明すると次の通りである。
なお、本実施例で用いられる現像装置を対象としたスペント解消のための処理は、画像形成装置の起動時や停止直後などに行うことも可能である。
図８において、現像装置の駆動が開示されると、漸化式に当てはめるための、単位時間（３０秒）あたりのトナーの補給量が求められると共に、その時点での平均トナー濃度が検知される（Ｓ１，Ｓ２）。
トナーの補給量およびトナー濃度を用いた漸化式によりスペント量（Ａｔ）が検知される（Ｓ３）。
漸化式によって求められたキャリアスペント量（Ａｔ）が下限値（Ａ１）と対比され（Ｓ４）、キャリアスペント量（Ａｔ）が下限値を超えた場合には、上限値（Ａ０）と対比される（Ｓ５）。
漸化式により求められたキャリアスペント量（Ａｔ）が下限値を超え、かつ、上限値以下である場合には、ジョブ処理中であるかが判断され（Ｓ６）、ジョブ処理中であれば、上述した対比手順が繰り返される。
【００５０】
ステップＳ４において、漸化式により求められたキャリアスペント量（Ａｔ）が下限値（Ａ１）に達していない場合あるいは下限値を下回った場合には、ジョブ処理中であるかが判別される（Ｓ７）。
ステップＳ７においてジョブ処理中と判断されると、これに乗じてトナー補給処理が実行される（Ｓ８）。
この場合のトナー補給処理は、ステップＳ４での判断に基づき、上記条件に従って、画像形成時よりも現像剤濃度が高くなるように、作像に必要なトナー量に所定量(ａ＝６０ｍｇ／ｓ)を補給した量のトナーが補給される。トナー補給処理は、ステップＳ７で決められた補給量を加えて印刷紙間に実行される（Ｓ９）。つまり、この場合に行われるトナーの増量補給のタイミングとしては、選択された枚数の画像形成（印刷）が行われる１ジョブ中である。
【００５１】
この手順が用いられることにより、キャリアスペント量が低下することによりキャリアの皮膜が削られやすくなるのを、トナーの補給によってトナーの外添剤供与により防止することができる。
【００５２】
ステップＳ７においてジョブ処理中でないと判断した場合には、ジョブ処理中と条件を異ならせてトナー補給処理が行われる（Ｓ１０）。この場合には、上記条件に従って、ｂ＝３００ｍｇ／ｓの速度でトナーを補給する。
トナー補給処理が行われている際に、トナー濃度の監視が継続され、トナー濃度（ＴＣ）が１１ｗｔ％を超えるような場合には、その超えた量に比例させてトナーを消費させる。
１１ｗｔ％を超える分を対象にトナーを消費させる際には、トナー濃度を継続して監視することにより、トナー濃度（ＴＣ）が７ｗｔパーセントに達するまでトナー消費を継続する（Ｓ１１）。
【００５３】
ステップＳ５においてキャリアスペント量が所定値である上限値に達した場合あるいは超えていると判断した場合には、ジョブ処理中であるかを判断し（Ｓ１３）、ジョブ処理中である場合には、超えた量に比例する時間を以て現像装置を空転させる（Ｓ１４）。
この手順を実行することにより、キャリアへのトナースペントが発生するのを抑制することができる。
なお、符号Ｓ１５で示すステップは、ステップＳ６においてキャリアスペント量が所定の値以上に達した時点でジョブ処理であるかどうかの判断を行うステップである。画像形成装置が停止されたかを判別し、この判断結果に応じて、ステップＳ１の手順への移行あるいは現像装置駆動の停止手順のいずれかが選択される。
また、キャリアスペント量の検知による現像剤の寿命判断に際しては、現像対象となる画像形成時とは別に、感光体２０の画像形成領域外が検知対象となる画像を形成可能としても良い。
【００５４】
以上の構成においては、キャリアスペント量が所定値と対比された結果に応じてトナーの補給およびトナーの消費を制御することで、キャリアスペントとキャリアの膜が削られるのを未然に防止することが可能となる。これにより、特別な現像剤排出機構などを要せずにコストアップを招くことなくキャリアを含む現像剤の寿命を延命化することができる。
【００５５】
本発明者は、上記の手順に従った場合とこのような手順を用いない従来の場合とでランダムな画像形成を行った際のキャリア付着量、トナー飛散量について比較実験したところ、図９に示す結果を得た。
同図に示したトナー飛散量に関する結果は、現像装置のスリーブ周辺に付着するトナー量を目視により観察した結果である。
この実験からも明らかなように、本実施例では、従来のものに比べて、キャリア付着量およびトナー飛散量いずれにおいても低くなることが確認できた。
【符号の説明】
【００５６】
１０  画像形成装置
２０  現像装置
２１  感光体
１００  制御部
１０１  キャリアスペント量検知手段
１０１Ａ  補給量検知手段
１０２  トナー補給手段
１０２Ａ  トナー補給手段の駆動部
２０５  トナー濃度センサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５７】
【特許文献１】特開２００９−１７５４１７号公報
【特許文献２】特開２００７−２８６５３８号公報
【特許文献３】特開２００４−１７０６６０号公報
【特許文献４】特開平１１−２５８８９４号公報
【図１】
2014240927.tif 000003
【図２】
2014240927.tif 000004
【図３】
2014240927.tif 000005
【図４】
2014240927.tif 000006
【図５】
2014240927.tif 000007
【図６】
2014240927.tif 000008
【図７】
2014240927.tif 000009
【図８】
2014240927.tif 000010
【図９】
2014240927.tif 000011