(57)【要約】【課題】  低カバレッジプリント状態が続く場合にも平均キャリア年齢の上昇を抑制または防止することができる画像形成装置の提供。【解決手段】  画像形成装置は、二成分現像剤が収容されるハウジングを有し、二成分現像剤は、撹拌作用を受ける実働現像剤と撹拌作用を受けない休止現像剤との間で相互に変換されるものであり、現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量に従って実働現像剤として補給用現像剤を補給すると共に、余剰の二成分現像剤を排出する現像装置を備え、現像装置には、ハウジング中における実働現像剤の比率を変更する実働現像剤比変更手段が備えられ、現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量が基準値未満である場合に、現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量が基準値以上である場合よりも、実働現像剤の比率が低くなるよう変更されることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に担持された静電潜像を現像するためのトナーおよびキャリアからなる二成分現像剤が収容されるハウジングを有し、
前記二成分現像剤は、撹拌作用を受ける実働現像剤と撹拌作用を受けない休止現像剤との間で相互に変換されるものであり、
現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量に従って実働現像剤としてトナーおよびキャリアからなる補給用現像剤を補給すると共に、前記実働現像剤から余剰の二成分現像剤を排出する現像装置を備え、
前記現像装置には、ハウジング中における実働現像剤の比率を変更する実働現像剤比変更手段が備えられ、
当該実働現像剤比変更手段においては、
現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量が基準値未満である場合に、現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量が基準値以上である場合よりも、実働現像剤の比率が低くなるよう変更されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記実働現像剤比変更手段が、前記ハウジング中における実働現像剤が存在する空間の一部を区画して撹拌作用が及ばない休止空間とすることにより、実働現像剤の比率を低く変更するものであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
像担持体上に担持された静電潜像を現像するためのトナーおよびキャリアからなる二成分現像剤が収容されるハウジングを有し、
前記二成分現像剤は、撹拌作用を受ける実働現像剤と撹拌作用を受けない休止現像剤との間で相互に変換されるものであり、
現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量に従って実働現像剤としてトナーおよびキャリアからなる補給用現像剤を補給すると共に、前記実働現像剤から余剰の二成分現像剤を排出する現像装置を備え、
前記現像装置には、ハウジング中における実働現像剤の比率を制御する実働現像剤比制御手段が備えられ、
当該実働現像剤比制御手段においては、
現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量が減少するほど、実働現像剤の比率が低くなるよう制御されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記実働現像剤比制御手段が、実働現像剤の一部を、前記ハウジング中に区画された撹拌作用が及ばない貯留空間に退避させることにより、実働現像剤の比率を低く制御するものであることを特徴とする請求項３に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、二成分現像剤を用いて現像を行う電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置として、従来から、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤（以下、単に「現像剤」ともいう。）を用い、キャリアとの撹拌により摩擦帯電されたトナーを現像領域に搬送し、トナーを像担持体上に形成された静電潜像に付着させることによりトナー像を形成する現像装置であって、さらに新たなトナーおよびキャリアを継続的または断続的に補給すると共に使用済みの現像剤を徐々に廃棄して、キャリアを少量ずつ入れ替えていく、いわゆるトリクル現像方式の現像装置が搭載された画像形成装置が知られている。
このようなトリクル現像方式の現像装置においては、補給用のトナーが収容されたトナーボトルもしくはトナーカートリッジ内に、予め一定量のキャリアを投入しておくことにより、トナーが補給されるときにキャリアも補給される構成が採用されている。
一般に、二成分現像剤は撹拌動作によってストレスを受け、トナーを構成するトナー粒子の表面に添加されている潤滑剤などの外添剤がトナー粒子から離脱したり、逆にトナー粒子に埋没したりしていき、その結果、現像剤の帯電性が低下してトナーの帯電量が低いものとなったり、現像剤の流動性が低下してキャリアとトナーとの間の摩擦係数が高いものとなってトナーがキャリアに付着するキャリア汚染の現象が起こったりするところ、このようなトリクル現像方式を採用することにより、新たなトナーが継続的または断続的に補給され、これによってキャリアも共に補給されるので、現像剤の過度な劣化が抑制される。
【０００３】
然るに、このようなトリクル現像方式の現像装置においては、文字原稿などの低い印字率（カバレッジ）の原稿をプリントする状態（以下、「低カバレッジプリント状態」ともいう。）が続くと、画像形成に供されるトナーが極めて少量であるために現像装置内のトナー濃度がほとんど低下せず、その結果、新たなトナーの補給が行われないためにキャリアの補給も行われずに、平均キャリア年齢が高くなってキャリアの劣化が進行し、形成される可視画像において現像剤の帯電性の低下に起因するかぶりやトナー飛散などが発生してしまう。
なお、本明細書において、「平均キャリア年齢」とは、現像装置内における個々のキャリア粒子の滞留時間の加重平均値をいう。
【０００４】
このような問題を解決するために、従来、低カバレッジプリント状態が続く場合に、像担持体上におけるトナー像とトナー像の間の非画像形成領域に、印字率の高い例えばベタ黒のトナー帯を形成し、これにより強制的にトナーを消費することが行われている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００５】
しかしながら、このような技術によっては、不必要なトナーおよびキャリアが消費されることとなる、という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２９４６号公報
【特許文献２】特開２００８−３０９９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の事情に基づいてなされたものであって、その目的は、低カバレッジプリント状態が続く場合にも平均キャリア年齢の上昇を抑制または防止することができ、長期間にわたってかぶりやトナー飛散などのない良好な画像を形成することのできる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の画像形成装置は、像担持体上に担持された静電潜像を現像するためのトナーおよびキャリアからなる二成分現像剤が収容されるハウジングを有し、
前記二成分現像剤は、撹拌作用を受ける実働現像剤と撹拌作用を受けない休止現像剤との間で相互に変換されるものであり、
現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量に従って実働現像剤としてトナーおよびキャリアからなる補給用現像剤を補給すると共に、前記実働現像剤から余剰の二成分現像剤を排出する現像装置を備え、
前記現像装置には、ハウジング中における実働現像剤の比率を変更する実働現像剤比変更手段が備えられ、
当該実働現像剤比変更手段においては、
現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量が基準値未満である場合に、現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量が基準値以上である場合よりも、実働現像剤の比率が低くなるよう変更されることを特徴とする。
【０００９】
この画像形成装置においては、前記実働現像剤比変更手段が、前記ハウジング中における実働現像剤が存在する空間の一部を区画して撹拌作用が及ばない休止空間とすることにより、実働現像剤の比率を低く変更するものであることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の画像形成装置は、像担持体上に担持された静電潜像を現像するためのトナーおよびキャリアからなる二成分現像剤が収容されるハウジングを有し、
前記二成分現像剤は、撹拌作用を受ける実働現像剤と撹拌作用を受けない休止現像剤との間で相互に変換されるものであり、
現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量に従って実働現像剤としてトナーおよびキャリアからなる補給用現像剤を補給すると共に、前記実働現像剤から余剰の二成分現像剤を排出する現像装置を備え、
前記現像装置には、ハウジング中における実働現像剤の比率を制御する実働現像剤比制御手段が備えられ、
当該実働現像剤比制御手段においては、
現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量が減少するほど、実働現像剤の比率が低くなるよう制御されることを特徴とする。
【００１１】
この画像形成装置においては、前記実働現像剤比制御手段が、実働現像剤の一部を、前記ハウジング中に区画された撹拌作用が及ばない貯留空間に退避させることにより、実働現像剤の比率を低く制御するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の画像形成装置によれば、トリクル現像方式の現像装置において、単位時間当たりのトナー消費量が基準値未満である場合すなわち低カバレッジプリント状態が続いている場合に、それが基準値以上である場合よりも実働現像剤の比率が低くされるために、あるいは、単位時間当たりのトナー消費量が減少するほど実働現像剤の比率が低くされるために、単位実働現像剤量当たりのキャリアの入れ替えの比率を高くすることができて平均キャリア年齢の上昇を抑制または防止することができ、一方、撹拌作用を受けない休止現像剤は平均キャリア年齢が休止されたときのまま維持されるために、全体として二成分現像剤の平均キャリア年齢の上昇が抑制または防止される。
従って、低カバレッジプリント状態が続く場合にも、不必要なトナーおよびキャリアを消費することなく、平均キャリア年齢の上昇を抑制または防止することができて全体としてキャリアの劣化が抑制され、その結果、長期間にわたって良好な帯電性が得られてかぶりやトナー飛散などのない良好な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の画像形成装置の構成の一例を示す説明図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態における現像装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図３】図２の現像装置のａ−ａ線断面図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態における現像装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図５】図４の現像装置のｂ−ｂ線断面図である。
【図６】現像剤の量が７５０ｇのときの実験例に係る平均キャリア年齢を示すグラフである。
【図７】現像剤の量が４５０ｇのときの実験例に係る平均キャリア年齢を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について具体的に説明する。
【００１５】
＜第１の実施の形態＞
本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置は、下記に詳述するトリクル現像方式の現像装置を備えるものである。
【００１６】
具体的には、本発明の画像形成装置は、例えば、図１に示されるように、４組の画像形成ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋが中間転写体である中間転写ベルト１７に沿って垂直方向に並ぶよう設けられた構成のタンデム方式のカラー画像形成装置とすることができる。
【００１７】
各画像形成ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋは、ローラ１７ａ〜１７ｉに外接して張架され、駆動源（図示せず）によって矢印で示す方向に循環移動する中間転写ベルト１７に従動し、接地された状態で反時計方向に回転される、像担持体である感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、スコロトロン帯電器よりなる、感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの回転軸に平行に配設されてトナーと同極性のコロナ放電によって、当該感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの表面に一様な電位を与える帯電手段１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋと、例えばポリゴンミラーなどによって感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの回転軸と平行に走査を行い、一様に帯電された感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの表面上に画像データに基づいて像露光を行うことにより静電潜像を形成させる露光手段１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋと、トナーを感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの表面に搬送して前記静電潜像を顕像化する現像装置２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋとを有する。
【００１８】
感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、アルミ材よりなる円筒状の金属基体の外周面上に、オーバーコート層（保護層）を設けた有機感光体層（ＯＰＣ）が形成されたものであり、例えばその外径は１００ｍｍとされる。
【００１９】
なお、図１において、１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋは、一次転写後に感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上に残留した残留トナーを回収するクリーニング手段である。
【００２０】
ここで、画像形成ユニット１００Ｙによればイエローのトナー像が形成され、画像形成ユニット１００Ｍによればマゼンタのトナー像が形成され、画像形成ユニット１００Ｃによればシアンのトナー像が形成され、画像形成ユニット１００Ｋによれば黒色のトナー像が形成される。
【００２１】
この画像形成装置は、印字する可視画像の元データとなるデジタル画像データのカバレッジを計測する印字率計測機構（図示せず）、および、一の可視画像についての印字枚数が入力される印字枚数入力機構（図示せず）が備えられたトナー消費量計測部（図示せず）を有している。印字率計測機構としては、例えばドットカウンタを用いることができる。このようなドットカウンタによれば、デジタル画像データをラスター展開した時点において印字されるドット数が判明するので、これに基づいてカバレッジが計算される。
印字する可視画像の元データとなるデジタル画像データとしては、原稿を光学的に走査して原稿画像を読み取り、濃度処理、フィルタ処理、変倍処理などの各種の画像処理がなされたものであってもよく、パーソナルコンピュータなどから直接または情報媒体を介して間接的に受信されたものであってもよい。
【００２２】
このような画像形成装置においては、デジタル画像データに従って、各画像形成ユニット１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋの感光体ドラム１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ上に形成された各色のトナー像が、循環移動する中間転写ベルト１７上に、例えば転写ローラよりなる一次転写手段１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋにより順次転写されて重ね合わせられることにより、カラートナー像が形成され、例えば転写ローラよりなる二次転写手段１８において、給紙トレイ（図示せず）から搬送された記録材Ｐ上に一括して転写され、図示しない定着装置において定着され、その後、機外に排出される。
【００２３】
記録材Ｐとしては、具体的には、薄紙から厚紙までの普通紙、上質紙、アート紙あるいはコート紙などの塗工された印刷用紙、市販されている和紙やはがき用紙、ＯＨＰ用のプラスチックフィルム、布などの各種を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
〔現像装置〕
そして、本発明の画像形成装置に備えられる現像装置２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋは、充填されるトナーの色が互いに異なること以外は同じ構成を有する。以下においては、代表して現像装置２０Ｙについて説明する。
この現像装置２０Ｙは、補給用の新たなトナーとキャリアからなる補給用現像剤が継続的または断続的に補給され、かつ、現像装置２０Ｙ内の余剰の現像剤が継続的または断続的に少しずつ排出されて廃棄されながら現像が行われるトリクル現像方式のものである。
補給用現像剤におけるキャリア濃度（トリクルレート）は、例えば１５％とされる。
【００２５】
現像装置２０Ｙは、像担持体である感光体ドラム１０Ｙ上に担持された静電潜像を現像するためのトナーおよびキャリアからなる現像剤が収容されるハウジング２１を有し、当該ハウジング２１内に収容された現像剤は、撹拌作用を受ける実働現像剤と撹拌作用を受けない休止現像剤との間で相互に変換されるものであり、現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量に従って補給用現像剤を実働現像剤として補給すると共に、当該実働現像剤から余剰の現像剤を排出するものであって、このハウジング２１中の実働現像剤の比率を変更する実働現像剤比変更手段（図示せず）が備えられてなるものである。
本発明において、「撹拌作用を受ける実働現像剤」とは、少なくとも後述する現像ローラ２２、供給回収スクリュー部材２４および撹拌スクリュー部材２３のいずれかによって撹拌作用を受け、静電潜像の現像に寄与する現像剤をいう。一方、「撹拌作用を受けない休止現像剤」とは、現像ローラ２２、供給回収スクリュー部材２４および撹拌スクリュー部材２３のいずれによる撹拌作用も受けず、静電潜像の現像に寄与しない現像剤をいう。
【００２６】
そして、この実働現像剤比変更手段によって、単位時間当たりのトナー消費量が基準値未満である場合に、単位時間当たりのトナー消費量が基準値以上である場合よりも実働現像剤の比率が低くなるよう変更される。
具体的には、実働現像剤比変更手段によって、ハウジング２１中における実働現像剤が存在する空間の一部が区画されて撹拌作用が及ばない休止空間とされることにより、休止空間における現像剤が実働現像剤から休止現像剤に変換され、これにより、実働現像剤の比率が低く変更される。
【００２７】
現像装置２０Ｙは、具体的には、図２および図３に示されるように、ハウジング２１内に、感光体ドラム１０Ｙと現像領域Ｒを介して対向し、当該現像領域Ｒにおいて感光体ドラム１０Ｙと逆方向に移動されるよう、矢印で示すように反時計方向に回転される現像ローラ２２と、例えば円柱状の軸部材の外周面の全周にわたって軸方向に均一な大きさのピッチで螺旋状に延びるよう形成された螺旋状の羽根を有するスクリュー形状を有し、反時計方向に回転されてその上側で現像剤を現像ローラ２２に供給すると共にその下側で現像ローラ２２から戻される現像剤を回収しながら軸方向（図２において右から左に向かう方向）に現像剤を搬送しながら混合・撹拌する供給回収スクリュー部材２４と、供給回収スクリュー部材２４と同様のスクリュー形状を有し、当該供給回収スクリュー部材２４と逆方向に回転されて当該供給回収スクリュー部材２４による搬送方向と逆方向に現像剤を搬送しながら混合・撹拌する撹拌スクリュー部材２３と、例えば円柱状の軸部材の外周面の全周にわたって軸方向に均一な大きさのピッチで円盤状の羽根が形成された形状を有し、軸方向と垂直方向に沿って撹拌スクリュー部材２３との間で相互方向に現像剤を搬送しながら混合・撹拌する楕円軸撹拌部材３０とが、それぞれが軸方向（図３における紙面に垂直な方向）に延び、互いに平行に前後方向（図３における左右方向）にこの順に並んで、それぞれ供給回収区域２１ｙ、撹拌区域２１ｘおよび楕円軸撹拌区域２１ｚに配置された状態で設けられている。
隣接する供給回収区域２１ｙと撹拌区域２１ｘとは、供給回収スクリュー部材２４および撹拌スクリュー部材２３の設置状態における高さよりも高い隔壁２９によって区画されている。一方、撹拌区域２１ｘと楕円軸撹拌区域２１ｚとの間には、撹拌スクリュー部材２３と楕円軸撹拌部材３０との間における現像剤の搬送を阻害する隔壁は設けられていない。
【００２８】
この例の現像装置２０Ｙにおいては、供給回収スクリュー部材２４および撹拌スクリュー部材２３は現像ローラ２２の駆動と同期して駆動されるよう構成されると共に、楕円軸撹拌部材３０は別個のモーターよりなる駆動源３５に接続されて独立して駆動されるよう構成されており、実働現像剤比変更手段によって当該駆動源３５がＯＮに制御されることにより、撹拌区域２１ｘおよび供給回収区域２１ｙ並びに楕円軸撹拌区域２１ｚによって、実働現像剤が楕円軸撹拌部材３０と撹拌スクリュー部材２３との間で軸方向と垂直方向に沿って相互方向に搬送されて入れ替わりながら、撹拌スクリュー部材２３と供給回収スクリュー部材２４とによって一方向に循環搬送される循環路（以下、「大循環路」ともいう。）が形成される。一方、実働現像剤比変更手段によって当該駆動源３５がＯＦＦに制御されることにより、大循環路であった区域の一部、すなわち楕円軸撹拌区域２１ｚが区画されて撹拌作用が及ばない休止空間とされ、当該楕円軸撹拌区域２１ｚにおける現像剤が実働現像剤から休止現像剤に変換されて淀んでほとんど動かない状態において、撹拌区域２１ｘおよび供給回収区域２１ｙのみによって、撹拌スクリュー部材２３と供給回収スクリュー部材２４とによって一方向に循環搬送される循環路（以下、「小循環路」ともいう。）が形成される。
【００２９】
この現像装置２０Ｙのハウジング２１に収容されるイエローに係る現像剤の総量は、例えば７５０ｇとされ、この場合、例えば、ハウジング２１内の撹拌区域２１ｘおよび供給回収区域２１ｙに４５０ｇ、楕円軸撹拌区域２１ｚに３００ｇが配分されている。すなわち、大循環路が形成された状態で現像動作が行われる場合は、７５０ｇの現像剤すべてが実働現像剤として現像に供され、小循環路が形成された状態で現像動作が行われる場合は、撹拌区域２１ｘおよび供給回収区域２１ｙに配分された４５０ｇの現像剤が実働現像剤として現像に供されると共に、楕円軸撹拌区域２１ｚに配分された３００ｇの現像剤が休止現像剤とされる。
【００３０】
実働現像剤比変更手段による実働現像剤の比率の変更に用いられる単位時間当たりのトナー消費量は、単位時間当たりのトナー消費量を反映する値として、例えばカバレッジで表され、その基準値は、例えばトナー消費量計測部の印字率計測機構から得られるカバレッジが２〜６％とされ、好ましくは４％とされる。
単位時間当たりのトナー消費量に係る基準値が過小である場合は、平均キャリア年齢の上昇を十分に抑制できないおそれがあり、一方、単位時間当たりのトナー消費量に係る基準値が過大である場合は、濃度傾斜（現像ローラ２２における軸方向のトナー濃度分布）が生じてしまい、十分な画質の可視画像を得ることができないおそれがある。
【００３１】
現像ローラ２２は、例えば、回転可能に設けられた例えばアルミニウムなどの非磁性材料からなる筒状の現像スリーブと、この現像スリーブの内部に周方向に離間するよう固定して設けられた、例えば複数の磁極を有する円柱状の磁石体とにより構成されている。この現像ローラ２２の外径は例えばφ３０ｍｍとされる。
また、撹拌スクリュー部材２３、供給回収スクリュー部材２４および楕円軸撹拌部材３０の外径は、例えばそれぞれφ２７ｍｍとされる。
なお、図３において、２８は、現像ローラ２２の外周面上に形成されるべき現像剤層の厚みを所定の大きさに規制するための、現像ローラ２２と所定の間隙を介して配置される例えば棒状あるいは板状の磁性材からなる現像剤層厚規制部材である。
【００３２】
この現像装置２０Ｙにおいては、ハウジング２１における撹拌スクリュー部材２３が設置された撹拌区域２１ｘの最上流位置には、補給用現像剤を実働現像剤に補給するための現像剤補給口２７が形成されている。
現像剤補給口２７が撹拌区域２１ｘの最上流位置に設けられていることによって、補給された補給用現像剤が既収容の現像剤と十分に撹拌されないまま現像ローラ２２に供給されることが抑止される。
【００３３】
また、現像剤補給口２７が形成された位置の直上流側の位置、すなわちハウジング２１における供給回収スクリュー部材２４が設置された供給回収区域２１ｙの最下流位置には、余剰の現像剤を排出する余剰現像剤排出口２６が形成されている。
余剰現像剤排出口２６が現像剤補給口２７が形成された位置の直上流側の位置に設けられていることによって、現像剤が既収容の現像剤と混合される前にすぐに排出されてしまうことが抑止される。
現像剤の排出方式としては、特に限定されず種々の方式を採用することができるが、具体的には、例えば、ハウジング２１の壁面の高さを余剰現像剤排出口２６の部分だけ所定量低くしておくことで、実働現像剤における余剰分を自動的にあふれさせる方式や、また例えば、供給回収スクリュー部材２４として、その最下流部分における螺旋状の羽根を部分的に逆巻きにさせたものを用いて実働現像剤の搬送を妨げ、ハウジング２１の壁面から、実働現像剤における余剰分を自動的にあふれさせる方式などが挙げられる。
【００３４】
以上のような現像装置２０Ｙにおいては、以下のように現像動作が行われる。
すなわち、ハウジング２１内に充填された現像剤のうちの実働現像剤が、下記に詳述するように混合・撹拌・供給動作が行われて供給回収スクリュー部材２４によって現像ローラ２２の外周面に運ばれた後、磁力により現像ローラ２２の外周面に付着され、さらに現像剤層厚規制部材２８によってその厚みが規制されて磁気ブラシによる現像剤層が形成され、これが現像領域Ｒに搬送され、当該現像領域Ｒにおいて、現像ローラ２２と感光体ドラム１０Ｙとの間に直流（ＤＣ）電圧に必要に応じて交流（ＡＣ）電圧が重畳された現像バイアス電圧が印加されることによって、反転現像が行われて感光体ドラム１０Ｙ上の静電潜像が顕像化される。
一方、静電潜像を顕像化しなかった実働現像剤は、磁石体の反発磁界の作用により現像ローラ２２から剥ぎ取られ、供給回収スクリュー部材２４により回収され、再度、混合・撹拌・供給動作に供される。
【００３５】
そして、以上の現像動作中においては、トナー消費量計測部の印字率計測機構から得られるカバレッジが基準値、例えば４％未満である場合には駆動源３５をＯＦＦに制御して小循環路が形成されてこの中で混合・撹拌・供給動作が行われ、当該カバレッジが４％以上である場合には駆動源３５をＯＮに制御して大循環路が形成されてこの中で混合・撹拌・供給動作が行われる。
以上のような実働現像剤比変更動作は、印字する可視画像について１枚ごとに行われてもよく、印字する可視画像について、トナー消費量計測部の印字率計測機構から得られるカバレッジが基準値未満であるものが所定の枚数、例えば１００枚継続した時点で、行われてもよく、また、トナー消費量計測部の印字枚数入力機構に入力された印字枚数に従って、トナー消費量計測部の印字率計測機構から得られるカバレッジが基準値未満であるものが所定の枚数、例えば１００枚継続することが判明した時点で、予め行われてもよい。
【００３６】
混合・撹拌・供給動作は、以下のように行われる。
すなわち、大循環路が形成された状態で現像動作が行われる場合、および、小循環路が形成された状態で現像動作が行われる場合のいずれにおいても、基本的に、実働現像剤が、撹拌区域２１ｘにおいて撹拌スクリュー部材２３によって軸方向に沿った一方向に搬送されながら混合・撹拌されて摩擦帯電されながら、供給回収区域２１ｙにおいて供給回収スクリュー部材２４によって撹拌スクリュー部材２３による搬送方向と逆方向に同等の大きさで搬送されながら混合・撹拌されることにより摩擦帯電されて現像ローラ２２へ供給され、そして、大循環路が形成された状態で現像動作が行われる場合は、さらに、楕円軸撹拌区域２１ｚおよび撹拌区域２１ｘにおいて楕円軸撹拌部材３０と撹拌スクリュー部材２３との間で軸方向と垂直方向に沿って相互方向に搬送されながら混合・撹拌されて摩擦帯電される。
【００３７】
さらに、現像により消費される単位時間当たりのトナー消費量に従って、補給用現像剤の補給動作が行われる。具体的には、トナー消費量計測部の印字率計測機構から得られるカバレッジから計算される単位時間当たりのトナー消費量に基づいて算出される実働現像剤におけるトナー濃度が、例えば６％に維持されるよう、例えば１秒間ごとに補給用現像剤が補給される。
【００３８】
以上説明した現像装置２０Ｙにおける制御は、画像形成ユニット１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋの現像装置２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの各々においても同様にして行われる。これらの現像装置２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋの各々における制御は、それぞれ独立に行われる。
【００３９】
〔二成分現像剤〕
本発明の画像形成装置において用いられる二成分現像剤を構成するトナーとしては、特に限定されずに公知の種々のものを使用することができるが、例えば体積基準のメジアン径が３〜９μｍであり、重合法によって得られたいわゆる重合トナーを用いることが好ましい。重合トナーを用いることにより、形成される可視画像において高い解像力および安定した画像濃度が得られると共にかぶりの発生が極めて抑制される。
【００４０】
また、本発明の画像形成装置において用いられる二成分現像剤を構成するキャリアとしては、特に限定されずに公知の種々のものを使用することができるが、例えば体積基準のメジアン径が３０〜６５μｍであり、磁化量が２０〜７０ｅｍｕ／ｇの磁性粒子からなるフェライトキャリアが好ましい。体積基準のメジアン径が３０μｍ未満のキャリアを用いた場合は、キャリア付着が発生して白抜け画像が生じるおそれがあり、また、体積基準のメジアン径が６５μｍよりも大きなキャリアを用いた場合は、均一な画像濃度の画像が形成されない場合が生じうる。
【００４１】
以上のような画像形成装置によれば、トリクル現像方式の現像装置において、単位時間当たりのトナー消費量が基準値未満である場合すなわち低カバレッジプリント状態が続いている場合に、それが基準値以上である場合よりも実働現像剤の比率が低くされるために、単位実働現像剤量当たりのキャリアの入れ替えの比率を高くすることができて平均キャリア年齢の上昇を抑制または防止することができ、一方、撹拌作用を受けない休止現像剤は平均キャリア年齢が休止されたときのまま維持されるために、全体として二成分現像剤の平均キャリア年齢の上昇が抑制または防止される。
従って、低カバレッジプリント状態が続く場合にも、不必要なトナーおよびキャリアを消費することなく、平均キャリア年齢の上昇を抑制または防止することができて全体としてキャリアの劣化が抑制され、その結果、長期間にわたって良好な帯電性が得られてかぶりやトナー飛散などのない良好な画像を形成することができる。
【００４２】
以上、本発明の画像形成装置の第１の実施の形態について説明したが、上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、実働現像剤比変更動作における大循環路と小循環路との切り替えは、楕円軸撹拌部材３０の駆動源３５がＯＮ／ＯＦＦされることのみによって行われることに限定されず、例えば、大循環路から小循環路への切り替えは、楕円軸撹拌部材３０の駆動源がＯＦＦにされると共に、楕円軸撹拌区域２１ｚが撹拌区域２１ｘおよび供給回収区域２１ｙから完全に区画されるよう、楕円軸撹拌区域２１ｚと撹拌区域２１ｘとの間に例えばシャッターなどが設けられて、この開閉状態の切り替えによって行われる構成とされてもよい。
【００４３】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置は、現像装置が、以下の構成を有し、実働現像剤比制御手段によって、単位時間当たりのトナー消費量が減少するほど実働現像剤の比率を低くする制御が行われることの他は、第１の実施の形態における画像形成装置と同様の構成を有するものである。
【００４４】
この例の現像装置は、具体的には、実働現像剤比制御手段によって、実働現像剤の一部を、ハウジング２１中に区画された撹拌作用が及ばない貯留空間に退避させることにより、実働現像剤の比率を低く制御するものであって、具体的には、図４および図５に示されるように、第１の実施の形態における楕円軸撹拌部材３０の代わりに、例えば供給回収スクリュー部材２４と同様のスクリュー形状を有し、正方向（図５における時計方向）および逆方向（図５における反時計方向）のいずれにも回転可能に退避スクリュー３１が設けられると共に、当該退避スクリュー３１が設けられた区域における軸方向に伸びる一部区域に撹拌区域２１ｘと完全に区画された貯留槽３３が設けられてなり、この貯留槽３３内が貯留空間とされる。
【００４５】
この例の画像形成装置における実働現像剤比制御手段においては、例えば、単位時間当たりのトナー消費量が基準値（例えばカバレッジ４％）未満である場合には退避スクリュー３１を正回転させて貯留槽３３の最大収容量の実働現像剤を当該貯留槽３３に退避させて休止現像剤に変換させ、一方、当該基準値以上である場合には退避スクリュー３１を逆回転させて休止現像剤を貯留槽３３からすべて搬出して実働現像剤に変換させるよう制御する、例えば２つのレベル量の状態の間で切り替え制御が行われる。
【００４６】
この例の現像装置においては、ハウジング２１の撹拌区域２１ｘおよび供給回収区域２１ｙ、並びに、退避スクリュー３１が設けられた区域における貯留槽３３が設けられていない残りの出入り口区域２１ｗにおいて、実働現像剤が循環搬送されている。
【００４７】
この現像装置のハウジング２１に収容されるイエローに係る現像剤の総量は、例えば７５０ｇとされ、貯留槽３３の最大収容量が例えば３００ｇとされ、すなわち、当該貯留槽３３に最大収容量の現像剤を退避させて休止現像剤に変換させた場合、実働現像剤の量は４５０ｇとされる。
【００４８】
以上のような現像装置においては、第１の実施の形態と同様に現像動作が行われ、その現像動作中においては、ハウジング２１内において、単位時間当たりのトナー消費量が基準値未満である場合には貯留槽３３の最大収容量（３００ｇ）の実働現像剤が当該貯留槽３３に退避されて休止現像剤に変換され、実働現像剤の量が４５０ｇである状態で混合・撹拌・供給動作が行われ、単位時間当たりのトナー消費量が基準値以上である場合には貯留槽３３から休止現像剤が搬出されて実働現像剤に変換され、実働現像剤の量が７５０ｇである状態で以下のように混合・撹拌・供給動作が行われる。
以上のような実働現像剤比制御動作は、印字する可視画像について１枚ごとに行われてもよく、印字する可視画像について、トナー消費量計測部の印字率計測機構から得られるカバレッジが基準値未満であるものが所定の枚数、例えば１００枚継続した時点で、行われてもよく、また、トナー消費量計測部の印字枚数入力機構に入力された印字枚数に従って、トナー消費量計測部の印字率計測機構から得られるカバレッジが基準値未満であるものが所定の枚数、例えば１００枚継続することが判明した時点で、予め行われてもよい。
【００４９】
混合・撹拌・供給動作は、以下のように行われる。
すなわち、実働現像剤が、出入り口区域２１ｗを含めた撹拌区域２１ｘにおいて撹拌スクリュー部材２３によって軸方向に沿った一方向に搬送されながら混合・撹拌されて摩擦帯電され、供給回収区域２１ｙにおいて供給回収スクリュー部材２４によって撹拌スクリュー部材２３による搬送方向と逆方向に同等の大きさで搬送されながら混合・撹拌されることにより摩擦帯電されて現像ローラ２２へ供給される。
【００５０】
以上のような画像形成装置によれば、第１の実施の形態の画像形成装置と同様の効果が得られる。
すなわち、トリクル現像方式の現像装置において、単位時間当たりのトナー消費量が基準値未満である場合すなわち低カバレッジプリント状態が続いている場合に、単位時間当たりのトナー消費量が減少するほど実働現像剤の比率が低くされるために、単位実働現像剤量当たりのキャリアの入れ替えの比率を高くすることができて平均キャリア年齢の上昇を抑制または防止することができ、一方、撹拌作用を受けない休止現像剤は平均キャリア年齢が休止されたときのまま維持されるために、全体として二成分現像剤の平均キャリア年齢の上昇が抑制または防止される。
従って、低カバレッジプリント状態が続く場合にも、不必要なトナーおよびキャリアを消費することなく、平均キャリア年齢の上昇を抑制または防止することができて全体としてキャリアの劣化が抑制され、その結果、長期間にわたって良好な帯電性が得られてかぶりやトナー飛散などのない良好な画像を形成することができる。
【００５１】
以上、本発明の画像形成装置の第２の実施の形態について説明したが、上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、実働現像剤比制御手段は、単位時間当たりのトナー消費量が減少するほど実働現像剤の比率が低くされる制御が行われれば２つのレベル量の状態のいずれかが選択されるよう制御するものであることに限定されず、例えば、３つ以上のレベル量の状態から選択されるように制御するものであってもよく、さらに、単位時間当たりのトナー消費量の減少分に比例して実働現像剤の比率が減少するよう制御するものであってもよい。
【００５２】
以上、本発明の画像形成装置について説明したが、上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明の画像形成装置は、カラー画像形成装置として構成されることに限定されず、モノクロ画像形成装置であってもよい。
【００５３】
＜実験例＞
以下、本発明の画像形成装置の現像装置について行った実験例について説明する。
それぞれ、図２および図３に示されるトリクル現像方式の現像装置（現像剤総量：７５０ｇ）が搭載された画像形成装置を用いて、カバレッジ３％、５％、１０％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚ずつ印字すると共に、現像剤総量が７５０ｇであるトリクル現像方式ではない現像方式の画像形成装置を用いて、カバレッジ５％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字する耐久試験を行った後、それぞれの平均キャリア年齢を測定した。結果を図６に示す。
なお、図６中においては、トリクル現像方式ではないカバレッジ５％のものを線（１）、トリクル現像方式のカバレッジ３％のものを線（２）、カバレッジ５％のものを線（３）、カバレッジ１０％のものを線（４）で示す。
【００５４】
また、それぞれ、図２および図３に示されるトリクル現像方式の現像装置（現像剤総量：４５０ｇ）が搭載された画像形成装置を用いて、カバレッジ３％、５％、１０％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚ずつ印字すると共に、現像剤総量が４５０ｇであるトリクル現像方式ではない現像方式の画像形成装置を用いて、カバレッジ５％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字する耐久試験を行った後、それぞれの平均キャリア年齢を測定した。結果を図７に示す。
なお、図７中においては、トリクル現像方式ではないカバレッジ５％のものを線（５）、トリクル現像方式のカバレッジ３％のものを線（６）、カバレッジ５％のものを線（７）、カバレッジ１０％のものを線（８）で示す。
【００５５】
現像装置内の平均キャリア年齢は、個々のキャリア粒子のトナーによるスペント量を定量化することによって測定した。具体的には、トリクル現像方式ではない現像方式の画像形成装置を用いて、現像剤７５０ｇで印字を行いながら、逐次キャリア１ｇ当たりのスペント量を測定することにより検量線を得、その検量線から平均キャリア年齢を求めた。なお、このトリクル現像方式ではない現像方式の画像形成装置においては、３５万枚以降ではかぶりが悪化し始め、６０万枚以降からはトナーこぼれが発生した。
【００５６】
図６および図７の結果より明らかなように、まず、トリクル現像方式ではない現像方式の画像形成装置を用いた場合の平均キャリア年齢と、トリクル現像方式の画像形成装置を用いた場合の平均キャリア年齢とを比較すると、前者は直線的に老化が進行し１２０万枚印字後の平均キャリア年齢は１２０万枚相当となるが、後者は長期的には平均キャリア年齢が飽和値にほぼ収束する挙動を示した。
【００５７】
一方、同じ現像剤量を用いた耐久試験において、カバレッジが低くなるほど平均キャリア年齢は高くなることが判明した。これは、カバレッジが低いとトナー消費量が少なく、連動する補給用現像剤の補給量も少なくなり、その結果、キャリアの入れ替え量が少なくなることによると考えられる。
そして、同じカバレッジのデジタル画像データを用いた耐久試験において、現像剤量が少量である方が平均キャリア年齢は低くなることが判明した。これは、単位時間当たりに補給されるキャリアは一定量であるため、現像剤量が少量である方がキャリアの入れ替えの比率が高くなるからであると考えられる。
以上から、トリクル現像方式の画像形成装置におけるキャリアは、そのキャリア年齢が分布を有するところ、その平均キャリア年齢は、低カバレッジプリント状態が続くほど高くなっていき、現像剤量が少ないほど低くなっていくことが示された。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
図２および図３に示される現像装置（現像剤総量：７５０ｇ）が搭載された画像形成装置を用いて、カバレッジ４％を基準値として大循環路および小循環路の切り替えを制御し、カバレッジ５％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字し、平均キャリア年齢を測定したところ、２５万枚相当であった。次いで、カバレッジ３％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字し、平均キャリア年齢を測定したところ、２５万枚相当であった。
なお、平均キャリア年齢の測定は、上記の実験例と同様の方法によって行った。
また、同じ画像形成装置を用いて、カバレッジ８０％のデジタル画像データに基づいて１００枚印字し、その時点の濃度傾斜（現像ローラにおける軸方向のトナー濃度分布）を調査したところ、その濃度傾斜はほぼ均一であった。
【００５９】
＜比較例１＞
常に大循環路を形成した状態で印字するように設定したことの他は実施例１と同様にして、カバレッジ３％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字し、平均キャリア年齢を測定したところ、４０万枚相当であった。また、トナーこぼれが発生した。
【００６０】
＜比較例２＞
常に大循環路を形成した状態で印字するように設定し、かつ、感光体ドラム上におけるトナー像とトナー像の間の非画像形成領域に、カバレッジ２％のトナーパッチを形成したことの他は実施例１と同様にして、カバレッジ５％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字し、平均キャリア年齢を測定し、次いで、カバレッジ３％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字し、平均キャリア年齢を測定した。カバレッジ５％に係る１２０万枚印字後の平均キャリア年齢は２０万枚相当であり、カバレッジ３％に係る１２０万枚印字後の平均キャリア年齢は２５万枚相当であった。
しかしながら、この方法においては、トナーパッチの形成によってトナー消費量が大きく、実用に適さないことが確認された。
【００６１】
＜比較例３＞
常に小循環路を形成した状態で印字するように設定したことの他は実施例１と同様にして、カバレッジ３％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字し、平均キャリア年齢を測定したところ、２５万枚相当であった。
しかしながら、カバレッジ８０％のデジタル画像データに基づいて１００枚印字し、その時点の濃度傾斜（現像ローラにおける軸方向のトナー濃度分布）を調査したところ、その濃度傾斜が生じてしまい、十分な画質の可視画像を得ることができなかった。
【００６２】
＜実施例２＞
図４および図５に示される現像装置（現像剤総量：７５０ｇ）が搭載された画像形成装置を用いて、カバレッジ４％を基準値としてそれ未満である場合には３００ｇの実働現像剤を貯留槽に退避させて実働現像剤の量を４５０ｇにし、当該基準値以上である場合には貯留槽からすべての現像剤を搬出して実働現像剤の量を７５０ｇにするよう制御し、カバレッジ５％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字し、平均キャリア年齢を測定したところ、２５万枚相当であった。次いで、カバレッジ３％のデジタル画像データに基づいて１２０万枚印字し、平均キャリア年齢を測定したところ、２５万枚相当であった。
なお、平均キャリア年齢の測定は、上記の実験例と同様の方法によって行った。
また、同じ画像形成装置を用いて、カバレッジ８０％のデジタル画像データに基づいて１００枚印字し、その時点の濃度傾斜（現像ローラにおける軸方向のトナー濃度分布）を調査したところ、その濃度傾斜はほぼ均一であった。
【００６３】
＜実施例３＞
実施例２において用いたものと同じ画像形成装置を用い、貯留槽に退避させる休止現像剤の量を、カバレッジ３％である場合に３００ｇ、カバレッジ４％である場合に１５０ｇ、カバレッジ５％である場合に０ｇとなるよう制御し、実施例２と同様にしてカバレッジ５％、４％および３％のデジタル画像データに基づいてそれぞれ１２０万枚印字し、平均キャリア年齢を測定したところ、いずれも２５万枚相当であった。
【００６４】
また、実施例１〜３および比較例１〜３において使用された画像形成装置を用い、下記のかぶり評価を行った。結果を下記表１に示す。
【００６５】
＜かぶり評価＞
かぶり評価は、カバレッジ３％の原稿（Ａ４サイズ）を１２０万枚印字する間において、３０万枚毎に、Ａ３のコート紙による白紙通紙を行い、下記式（１）で示されるかぶり面積率Ｋ（％）を測定した。かぶり面積率が１％未満であれば、実用上問題ない。
式（１）：Ｋ＝（コート紙への付着トナーの全ドット面積／コート紙の面積）×１００
【００６６】
【表１】
2011085726.tif 000003
【００６７】
表１の結果より、本発明に係る実施例１〜実施例３によれば、低カバレッジプリント状態が続く場合においても、平均キャリア年齢の上昇が抑制または防止されることにより、長期間にわたってかぶりのない良好な画像を形成することのできることが確認された。
【符号の説明】
【００６８】
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ  感光体ドラム
１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ  帯電手段
１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ  露光手段
１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ  一次転写手段
１６Ｙ、１６Ｍ、１６Ｃ、１６Ｋ  クリーニング手段
１７  中間転写ベルト
１７ａ〜１７ｉ  ローラ
１８  二次転写手段
２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ  現像装置
２１  ハウジング
２１ｘ  撹拌区域
２１ｙ  供給回収区域
２１ｚ  楕円軸撹拌区域
２１ｗ  出入り口区域
２２  現像ローラ
２３  撹拌スクリュー部材
２４  供給回収スクリュー部材
２６  余剰現像剤排出口
２７  現像剤補給口
２８  現像剤層厚規制部材
２９  隔壁
３０  楕円軸撹拌部材
３１  退避スクリュー
３３  貯留槽
３５  駆動源
１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋ  画像形成ユニット
Ｐ  記録材
Ｒ  現像領域
【図１】
2011085726.tif 000004
【図２】
2011085726.tif 000005
【図３】
2011085726.tif 000006
【図４】
2011085726.tif 000007
【図５】
2011085726.tif 000008
【図６】
2011085726.tif 000009
【図７】
2011085726.tif 000010