(57)【要約】【課題】使用環境が変動しても常に良好な画像を形成するために適正帯電量を帯びたトナーの量を適正化する方法及び画像形成装置並びに現像剤を提供する。【解決手段】平均帯電量が２３μＣ／ｇである第１のキャリアＣ１と、平均帯電量が４１μＣ／ｇである第２のキャリアＣ２と、これら２種のキャリアとトナーを混合して現像剤Ｄを得る。この現像剤Ｄの現像に適正な帯電量は３０μＣ／ｇ近傍である。２５℃、５０％の常温常湿でトナーの帯電量分布の中央に適正帯電量のトナーが適正量存在し、１０℃、２０％の低温低湿の環境ではトナーの帯電量分布が高い方向に片寄るが、適正帯電量のトナーの量は適正量を保ち、３０℃、８０％の高温高湿の環境ではトナーの帯電量分布が低い方向に片寄るが、適正帯電量のトナーの量も適正量を保つ。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーと、単独で前記トナーと混合されることによって得られる混合物の単位重さあたりの第１の帯電量のトナー量が最も多くなる第１のキャリアと、単独で前記トナーと混合されることによって得られる混合物の単位重さあたりの、前記第１の帯電量とは異なる第２の帯電量のトナー量が最も多くなる第２のキャリアと、を混合することによって二成分現像剤を形成することを特徴とする二成分現像剤形成方法。
【請求項２】
前記第１のキャリアは、前記第２のキャリアよりも帯電性が弱いキャリアであり、
前記第１のキャリアと前記第２のキャリアと前記トナーが混合されることによって得られる混合物の、トナー量が最も多くなる単位重さあたりの第３の帯電量は、前記第１の帯電量より大きく且つ前記第２の帯電量より小さい、
ことを特徴とする請求項１に記載の二成分現像剤形成方法。
【請求項３】
常温常湿環境下においては、前記第３の帯電量が適正帯電量に対応する、
ことを特徴とする請求項２に記載の二成分現像剤形成方法。
【請求項４】
低温低湿環境下においては、
前記第１の帯電量と前記第２の帯電量と前記第３の帯電量は共に、常温常湿環境の場合に比べて、帯電量が大きくなり、
前記第１の帯電量が適正帯電量に対応する、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の二成分現像剤形成方法。
【請求項５】
高温高湿環境下においては、
前記第１の帯電量と前記第２の帯電量と前記第３の帯電量は共に、常温常湿環境の場合に比べて、帯電量が小さくなり、
前記第２の帯電量が適正帯電量に対応する、
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の二成分現像剤形成方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の二成分現像剤形成方法による二成分現像剤を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の二成分現像剤形成方法で形成されることを特徴とする現像剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成で用いられる二成分現像剤形成方法及び画像形成装置並びに現像剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置がある。この画像形成装置は、一般に感光体ドラムを一様に帯電させて初期化し、この感光体ドラムに光書込みによって静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー像化して、そのトナー像を直接または間接に用紙等の転写材に転写して定着器で定着させる。
【０００３】
このような電子写真方式の画像形成装置には、トナーのみから成る一成分現像剤を用いるものと、トナーとキャリアから成る二成分現像剤を用いるものとがある。近年、要望が強い印字（以下、印刷ともいう）処理の高速化に対処するには二成分現像剤を用いる方式の方がよく対応できる。
【０００４】
上記の二成分現像剤の磁性体粒子からなるキャリアは、現像器内でトナーと混合撹拌されてトナーに所定の摩擦電荷を与える。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。
【０００５】
磁性体の現像ローラに付着した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。
【０００６】
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現像器に補給される新たなトナーと再び混合撹拌され、トナーに摩擦電荷を与え、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。
【０００７】
現像器へのトナーの補給はトナー供給装置から行われる。トナー供給装置から現像器へのトナーの補給路には、コイルスクリューを内蔵したパイプや、更にはトナーの重力による自然落下経路を併用した補給路が用いられる。
【０００８】
ここで、現像器の現像剤中のトナー濃度が高すぎると地汚れ等が発生する。逆にトナー濃度が低すぎると高濃度な画像が得られない。したがって高画質な画像を得るためには、トナー像担持体に供給される現像器内の現像剤のトナー濃度を一定範囲内に制御することが必要である。
【０００９】
そこで、このような現像剤を使って画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置の現像器では、印字して消費したトナー量を測定するためのトナー濃度センサが設けられている。そしてトナー濃度が所定以下に低いことが検知されると現像器にトナーを補給するようにしている。
【００１０】
一般に、トナー濃度センサには透磁率を検知する磁気センサが使用される。このトナー濃度センサは、現像器の内壁面の一部に検知面を露出させ、この検知面周辺の現像剤中のキャリアからの透磁率の変化を検知する。すなわち、トナー濃度が高いと透磁率が下りセンサ出力は弱くなる。トナー濃度が低いと透磁率が上がりセンサ出力は強くなる。
【００１１】
そして補給基準電圧値（補給電圧閾値）よりもセンサ出力が上回った場合トナーを不足分だけ補給し、出力が基準電圧値よりも下回れば補給を停止する。この時のトナー量は補給される時間当たり定量の補給が好ましい。
【００１２】
トナー濃度の制御に関しては、トナー補給量に応じて適正な現像剤攪拌を行い、トナー帯電量を一定化し、それによって現像剤の過攪拌による画像濃度低下や現像剤の早期劣化を抑制するとともに、攪拌不足によるトナー飛散や下地カブリを減少させ、さらに、現像剤中のトナー濃度を正確に検出して安定したトナー濃度制御を行う二成分現像装置が提案されている。(例えば、特許文献１参照。）
【００１３】
ところで、トナーの帯電量は高ければ良いと言う訳ではない。高すぎると少ないトナー量で現像が終了し結果として低い画像濃度になってしまう。逆にトナーの帯電量が低すぎると多くのトナーが感光体ドラムに付着し過剰な画像濃度になって画像の再現性を損なうという問題がある。そこで、特許文献１に記載のようにトナー帯電量を一定化することが必要となる。
【００１４】
そこで、特許文献１では、２つの制御部を備え、一方は補給されたトナーを既存現像剤と攪拌する攪拌ローラの回転数をトナー補給量に応じて低速、高速に切り換え制御し、他方は現像剤がトナー濃度センサを備えた現像槽へ略一定の密度で供給されるように、当該センサへ現像剤を搬送するスパイラルローラの回転数を高速、低速に切り換え制御している。
【００１５】
また、上記以外にも、トナーの帯電量を適正な値に制御する方法として、トナーに帯電制御剤を内添したりキャリアの表面を樹脂コーティングする等のことが行われている。しかし、これだけでは、環境温湿度の変化には適用できない。
【００１６】
したがって、感光体に現像された又は転写ベルトに転写されたトナーの量を検出するための検出器を設け、その検出値に基づいて現像バイアス等を可変させるよう制御して、感光体に付着するトナーの量を制御する等の方法が実用化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平０５−００６０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献１のように、２つの制御部によって、攪拌ローラの回転数とスパイラルローラの回転数を個別に且つ高速、低速に切り換え制御するのは、面倒で高度な制御の論理が必要となり実現するのは容易ではない。
【００１９】
また、実用化されている現像バイアスを可変する方法は、例えば低湿環境下でトナー帯電量が上がり画像濃度が低下した場合に、画像濃度を確保するために現像バイアスを上げると、キャリア引きの問題が発生する。
【００２０】
したがって、現像バイアスを上げることに応じて感光体の初期化電位も上げる必要が出てくる。しかし、感光体の初期化電位を上げると露光部電位も上がる。そこで、露光部電位を下げるために光書込ヘッドの光量を上げなければならないという、複雑な制御を行う必要がでてくる。
【００２１】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、部材の回転数やバイアス出力値を変動させることなく、現像剤の構成を変更するだけで、使用環境が変動しても常に良好な画像を作成する現像に適正なトナーの帯電分布を適正化する二成分現像剤形成方法及び画像形成装置並びに現像剤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】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の二成分現像剤形成方法は、トナーと、単独で前記トナーと混合されることによって得られる混合物の単位重さあたりの第１の帯電量のトナー量が最も多くなる第１のキャリアと、単独で前記トナーと混合されることによって得られる混合物の単位重さあたりの、前記第１の帯電量とは異なる第２の帯電量のトナー量が最も多くなる第２のキャリアと、を混合することによって二成分現像剤を形成する、ように構成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、現像剤の構成を変更するだけで、使用環境が変動しても常に良好な画像を作成する現像に適正なトナーの帯電分布を適正化する二成分現像剤形成方法及び画像形成装置並びに現像剤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１に係るフルカラーの画像形成装置（プリンタ）の内部構成を説明する断面図である。
【図２】(a),(b)は実施例１に係るプリンタの現像器を感光体ドラムと共に示す拡大断面図である。
【図３】実施例１に係るプリンタの現像器を図２(b)の矢印ｇで示す方向に切断して内部構成と現像剤の還流経路とを示す断面図である。
【図４】実施例１に係るプリンタの制御装置を含む回路ブロック図である。
【図５】通常と同様の二成分現像剤におけるトナーの帯電量分布を測定した結果を示す図である。
【図６】(a),(b),(c)は、本発明の２種混合キャリアとトナーからなる現像剤の、各環境下における帯電量の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を説明するにあたって、重要な概念・用語の定義を与える。
飛翔式帯電量測定装置とは、内部に磁石を配置した金属の円筒と、さらにその外周に配置された金属の円筒間に電界を生じさせて、内側の円筒に乗せた現像剤を外側の円筒に飛翔させて、外側に付着したトナーの電荷量を測定できるようにした測定装置である。
常温常湿とは、日本工業規格においては、常温＝５〜３５℃、常湿＝４５〜８５％と規定されているが、本発明における画像形成装置を一般的に使用するオフィス環境としては、常温＝１５〜２５℃、常湿＝４５〜６０％とされており、日本薬局方の通則でも、医薬品などに関する常温は１５〜２５℃とされていることもあり、本発明においては、常温＝１５〜２５℃、常湿＝４５〜６０％と定義する。尚、以下の実施例の常温常湿、低温低湿、高温高湿の記載においては、値の幅を設けずに、それぞれ測定時の実際の値を明記する。即ち、常温常湿（２５℃・５０％）、低温低湿（１０℃・２０％）、高温高湿（３０℃・８０％）である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［実施例１］
【００２６】
図１は、本発明の実施例１に係るフルカラーの画像形成装置（以下、単にプリンタという）の内部構成を説明する断面図である。
【００２７】
図１に示す画像形成装置１は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部２、転写ベルトユニット３、トナー供給部４、給紙部５、ベルト式定着ユニット６、で構成されている。
【００２８】
上記画像形成部２は、転写ベルトユニット３の転写ベルト８の下部走行部表面８ａに接して同図の右から左へ４個の現像装置９（９ｙ、９ｍ、９ｃ、９ｋ）を多段式に並設した構成からなる。この画像形成部２は、図１に示す印刷実行時位置から、それより下方の保守位置に、昇降可能に画像形成装置１本体のフレームに保持されている。
【００２９】
上記４個の現像装置９のうち下流側（図の右側）の３個の現像装置９ｙ、９ｍ及び９ｃは、それぞれ減法混色の三原色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の色トナーによるモノカラー画像を形成し、現像装置９ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。
【００３０】
上記の各現像装置９は、画像を現像するトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下ブラック（Ｋ）のトナー用の現像装置９ｋを例にしてその構成を説明する。
【００３１】
現像装置９は、最上部に感光体ドラム１０を備えている。この感光体ドラム１０は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム１０の周面近傍を取り巻いて、クリーニングブレード１１、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３、及び現像器１４の現像ローラ１５が配置されている。
【００３２】
現像器１４は、現像ローラ１５の下方に位置する２つの現像槽内に、第１の攪拌搬送部材１６、及び第２の攪拌搬送部材１７を備えている。第１及び第２の攪拌搬送部材１６及び１７については詳しくは後述する。
【００３３】
転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右方向に扁平なループ状になって延在する無端状の上述した転写ベルト８と、この転写ベルト８を掛け渡されて転写ベルト８を図の矢印ａ及びｂで示す反時計回り方向に循環移動させる駆動ローラ１８と従動ローラ１９を備えている。
【００３４】
上記の転写ベルト８は、下方を循環移動するベルト表面に、ユニットと一体に組み込まれて転写ベルト８を介して感光体ドラム１０に圧接する一次転写ローラ２１によりトナー像を直接転写（一次転写）されて、そのトナー像を更に用紙に転写（二次転写）すべく用紙への二次転写部２３まで搬送する。
【００３５】
この転写ベルトユニット３には、駆動ローラ１８に掛け渡されている表面に、ベルトクリーナ２４のクリーニングブレード２５が当接して配置されている。ベルトクリーナ２４の下方には廃トナー回収容器２６が着脱自在に配置されている。
【００３６】
ベルトクリーナ２４は、クリーニングブレード２５が転写ベルト８の表面に当接して廃トナーを擦り取って除去し、その廃トナーを搬送部材により下方の廃トナー回収容器２６に送り込んでいる。
【００３７】
トナー供給部４は、転写ベルト８の上部走行部の上方に配置されている４個のトナーホッパー２７（２７ｙ、２７ｍ、２７ｃ、２７ｋ）で構成される。４個のトナーホッパー２７ｙ、２７ｍ、２７ｃ、２７ｋは、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーを収容している。
【００３８】
トナー供給部４は、同図にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ（以下、関連する記載を「ＹＭＣＫ」として表わす）で示すようにイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のいずれかのトナーを、不図示のトナー供給路を介して現像装置９の現像器１４に供給する。
【００３９】
給紙部５は、１個の給紙カセット２９を備えている。給紙カセット２９には多枚数の用紙３０が収容されている。給紙カセット２９の給紙口（図の右方）近傍には、用紙取出ローラ３１、給送ローラ３２、捌きローラ３３、待機搬送ローラ対３４が配置されている。
【００４０】
待機搬送ローラ対３４の用紙搬送方向（図の鉛直上方向）には、転写ベルト８を介して従動ローラ１９に圧接する二次転写ローラ３５が配設されて、前述した用紙３０への二次転写部２３を形成している。
【００４１】
この二次転写部２３と最下流の現像装置９ｙとの略中間位置で、転写ベルト８の下部走行部表面８ａに近接して、拡散反射型濃度センサ３６が配設されている。また、二次転写部の下流（図では上方）側にはベルト式熱定着ユニット６が配置されている。
【００４２】
ベルト式熱定着ユニット６の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式熱定着ユニット６から搬出する不図示の搬出ローラ対及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー３７に排紙する不図示の排紙ローラ対が配設されている。排紙トレー３７より右方に位置する本体上面端部はやや傾斜して操作パネル部３８が配置されている。
【００４３】
図２(a),(b)は、上記現像器１４を感光体ドラム１０と共に示す拡大断面図である。図２(a)に示すように、現像器１４は、外壁フレーム４１と内部隔壁４２とで仕切られる２つの現像槽４３（４３ａ、４３ｂ）を備えている。
【００４４】
上方の第１の現像槽４３ａには、前述した現像ローラ１５と第１の攪拌搬送部材１６が配置されている。現像ローラ１５には、ドクターブレード４４が当接している。下方の第２の現像槽４３ｂには前述した第２の攪拌搬送部材１７が配置されている。この現像槽４３ｂにはトナー濃度センサ４５がその検知面４６を槽内に露出して配置されている。
【００４５】
第１の攪拌搬送部材１６は、回転軸４７とこの回転軸４７に螺旋状に固設された螺旋状フィン４８とで構成されている。第２の攪拌搬送部材１７は、回転軸４９とこの回転軸４９に螺旋状に固設された螺旋状フィン５１とで構成されている。
【００４６】
もし、現像剤のトナー濃度が規定以下に薄くなっていれば、トナー濃度センサ４５がトナー濃度低下を検出する。トナー濃度低下が検出されると、トナー供給部４の当該現像器１４に対応するトナーホッパー２７から後述する補給口を介してトナーが補給される。
【００４７】
上記のトナー濃度センサ４５の検知面４６は槽内に露出して配置されているので、現像剤が検知面４６に滞留しやすい。現像剤が検知面４６に滞留するとトナー濃度センサ４５の検知精度が低下する。
【００４８】
このトナー濃度センサ４５の検知精度の低下を防止するために、現像槽４３ｂ内の第２の攪拌搬送部材１７の回転軸４９には、トナー濃度センサ４５の検知面４６に対向して回転する位置に、ブレード保持部５２とこのブレード保持部５２に保持された弾性体シート（ブレード）５３から成るクリーニングブレード５４が固設されている。
【００４９】
クリーニングブレード５４は、攪拌搬送部材１７の回転軸４９と共に回転し、図２(b)に示すように、トナー濃度センサ４５の検知面４６を弾性体シート５３により摺擦して、検知面４６に滞留しようとする現像剤を払い飛ばして、直後に搬送されてくる現像剤と入替える。これにより、トナー濃度センサ４５の検知面４６に現像剤が滞留することによって生じる虞のあるトナー濃度の誤検知を防止している。
【００５０】
図３は、上記の現像器１４を図２(b)の矢印ｇで示す方向に切断して内部構成と現像剤の還流経路とを示す断面図である。図３には、図２(a),(b)に示した構成と同一の構成部分には図(a),(b)と同一の番号を付与して示している。また、図３ではクリーニングブレード５４の図示は省略されている。
【００５１】
図３に示すように、現像ローラ１５の両端部は、回転軸５５を介し現像器１４の外壁フレーム４１の現像ローラ支持部４１ａ、４１ｂにより回転可能に支持されている。回転軸５５の一方（図３で左方）の端部は、現像ローラ支持部４１ｂよりも更に延び出して形成され、先端部にギア５６を備えている。
【００５２】
現像器１４の外壁フレーム４１は、現像ローラ１５の回転軸５５が現像ローラ支持部４１ｂよりも更に延び出して形成されているのと同様に左方に延び出して、延出外壁フレーム４１ｃを形成している。
【００５３】
延出外壁フレーム４１ｃで形成されるフレーム内部には、第１の循環口５７が形成されている。そして、現像槽４３ｂの第１の循環口５７の下方にはトナー補給口５８が連結されている。
【００５４】
トナー濃度センサ４５によりトナー濃度の低下が検出されると、この現像器１４に対応するトナー供給部４のトナーホッパー２７からトナー補給口５８を介してトナーが補給される。
【００５５】
上記第１の攪拌搬送部材１６の回転軸４７は、一方の端部を、現像ローラ支持部４１ａと同じ側の外壁フレーム４１に回転可能に支持され、他方の端部を延出外壁フレーム４１ｃによって回転可能に支持されている。
【００５６】
第１の攪拌搬送部材１６の回転軸４７の延出外壁フレーム４１ｃよりも外に出る外端部４７ａには駆動中継ギア５９が固設されている。また、第２の攪拌搬送部材１７の回転軸４９の延出外壁フレーム４１ｃよりも外に出る外部軸４９ａには、外部係合ギア６１と駆動伝達ギア６２が固設されている。
【００５７】
駆動伝達ギア６２は、プリンタ１本体装置側のモータ６３、その回転軸６４、その先端に固設された駆動ギア６５から構成される現像器回転装置６６の駆動ギア６５に係合して回転し、第２の攪拌搬送部材１７を回転させると共に外部係合ギア６１を回転させる。
【００５８】
外部係合ギア６１は第１の攪拌搬送部材１６の回転軸４７の駆動中継ギア５９に噛合して、駆動中継ギア５９に回転駆動を伝達する。駆動中継ギア５９は、第１の攪拌搬送部材１６を回転させると共に、外部係合ギア６１からの回転駆動をギア５６に中継する。ギア５６は現像ローラ１５を回転させる。
【００５９】
図３及び図２(a)において、第１の攪拌搬送部材１６は、図２(a)の矢印ｃで示すように図２(a)の反時計回り方向に回転し、現像槽４３ａ内の現像剤を螺旋状フィン４８で攪拌しながら図２(a)の矢印ｅで示すように図の紙面奥行き方向手前から向こう側（図３では矢印ｈ、ｉ、ｊで示す左側）へ搬送しながら、その現像剤を現像ローラ１５に供給する。
【００６０】
現像ローラ１５は、現像剤のトナーのみを図１及び図２(a),(b)に示す感光体ドラム１０に供給して、感光体ドラム１０周面上の静電潜像をトナー像化（現像）する。トナーのみを感光体ドラム１０に引き取られた現像ローラ１５上の現像剤のキャリアは、現像槽４３ａ内の現像剤に混合される。
【００６１】
現像剤は、図２(a),(b)の紙面奥行き方向向こう側（図３では左側）の第１の循環口５７から矢印ｋで示すように現像槽４３ｂに送り戻される。
【００６２】
この現像槽４３ｂ内の第２の攪拌搬送部材１７は、図２(a)の矢印ｄで示すように、反時計回り方向に回転し、現像槽４３ｂ内の現像剤を螺旋状フィン５１で攪拌しながら矢印ｆで示すように図２(a)の紙面奥行き方向向こう側から手前側（図３では矢印ｍ、ｎ、ｏで示す右側）へ搬送する。
【００６３】
第２の攪拌搬送部材１７は、現像剤を攪拌搬送しながら、図３(a),(b)の紙面奥行き方向手前側（図３では右側）の第２の循環口６７から、矢印ｐで示すように現像剤を現像槽４３ａに送り出す。このように、現像剤の還流とトナーの補給が繰り返されて、トナーによる現像が逐次進行する。
【００６４】
本例のプリンタ１は、図１では図示を省略したが、本体装置の左端後方部に電装部が配置されており、この電装部には、複数の電子部品からなる制御装置が搭載された回路基盤が装着されている。
【００６５】
図４は、上記のプリンタ１の制御装置を含む回路ブロック図である。図４に示すように回路ブロックは、ＣＰＵ（central processing unit)７０を中心にして、このＣＰＵ７０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）７１及びプリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）７２が接続されている。ＰＲ＿ＣＯＮＴ７２にはプリンタ印字部７３が接続されている。
【００６６】
また、ＣＰＵ７０には、ＲＯＭ（read only memory）７４、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）７５、本体操作部の操作パネル３８、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７６が接続されている。
【００６７】
ＲＯＭ７４には、システムプログラムが記憶され、ＣＰＵ７０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。
【００６８】
すなわち、各部において、先ず、Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ７１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７７に展開する。フレームメモリ７７は、ブラック（Ｋ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）ごとに記憶エリアが設定されており、各色のデータが対応するエリアに展開される。
【００６９】
フレームメモリ７７に展開されたデータはＰＲ＿ＣＯＮＴ７２に出力され、ＰＲ＿ＣＯＮＴ７２からプリンタ印字部７３に出力される。
【００７０】
プリンタ印字部７３は、エンジン部であり、ＰＲ＿ＣＯＮＴ７２からの制御の下で、図１に示した感光体ドラム１０、一次転写ローラ２１等を含む不図示の回転駆動系、帯電ローラ１２、光書込ヘッド１３等の被駆動部を有する画像形成部、転写ベルトユニット３の上下移動や転写ベルト８の回転を駆動する不図示の駆動部を備えている。
【００７１】
更に、プリンタ印字部７３は、ベルト式定着ユニット６のベルト駆動を行うベルト駆動部７８、現像器１４のモータ等を駆動するトナー供給部モータ駆動部７９、現像ローラ１５、一次転写ローラ２１、二次転写ローラ２４等に高電圧バイアスを印加する高圧ユニットを駆動する高圧ユニット駆動部８０を備えている。
【００７２】
また、プリンタ印字部７３は、用紙取出ローラ２２〜排紙ローラ対３１等の回転駆動される各部からなる搬送機構、発熱駆動及び回転駆動されるベルト式定着ユニット６などのプロセス負荷への駆動出力を制御する。
【００７３】
そして、ＰＲ＿ＣＯＮＴ７２から出力されたブラック（Ｋ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の各色の印字データは、プリンタ印字部７３からそれぞれ対応する図１に示した光書込ヘッド１３に供給される。
【００７４】
ところで、光書込ヘッド１３によって感光体ドラム１０に形成された静電潜像を現像器１４で現像するには、二成分現像剤が用いられる。二成分現像においては、キャリアおよびトナーが現像装置内での混合攪拌による摩擦によってトナーに所望の電荷を付与する。
【００７５】
付与される電荷は適正な帯電量である必要がある。適正な帯電量とはトナーが現像されるに必要な電荷量である。トナーはキャリアとの摩擦によってキャリアと逆極性の電荷を持ち、その電荷によりキャリアに付着している。その力はトナーの粒子径が同じであればトナーの帯電量の２乗に比例する。
【００７６】
一方、トナーが現像に寄与するためには、キャリアとの付着力に打ち勝つ力が必要がある。トナーをキャリアから引き離す力は、感光体ドラムの静電潜像と現像ローラからキャリアに印加される現像バイアスによる電界の強度とトナーの電荷に比例する。
【００７７】
つまりトナーの電荷が大きければ、トナーがキャリアから剥がれて現像される力は大きくなる。キャリアへの付着力はトナーの帯電量の２乗に比例し、トナーがキャリアからの離脱する力は、トナーの帯電量に比例する。
【００７８】
このことから、トナーが現像されるかどうかはトナーの帯電量の２次方程式で規定され解を求めると最も現像されやすいトナーの帯電量の値があることはすでに良く知られている。これが最も適正な帯電量であると考えられる。
【００７９】
図５は、通常と同様の二成分現像剤におけるトナーの帯電量分布を測定した結果を示す図である。この測定には、シリコン樹脂コートを施した平均粒径４０μｍのフェライトキャリア９２部と、平均粒径７μｍのトナー８部を予め混合攪拌して二成分現像剤としての現像剤を作成した。
【００８０】
この現像剤の一部をサンプルとして飛翔式帯電量測定装置に装着し、現像剤に印加される電界強度を可変しながらそのときの飛翔トナー量と電荷量を測定しその結果から帯電量分布を求めた。
【００８１】
なお、飛翔式帯電量測定装置とは、内部に磁石を配置した金属の円筒と、さらにその外周に配置された金属の円筒間に電界を生じさせて、内側の円筒に乗せた現像剤を外側の円筒に飛翔させて、外側に付着したトナーの電荷量を測定できるようにした測定装置である。内部の磁石は現像剤をほぐすように回転している。
【００８２】
図５は、このような測定装置で測定した結果を実線で示している。ここで、平均帯電量は、３０μＣ／ｇ程度であるが、測定の結果では、２０μＣ／ｇから４５μＣ／ｇまで広範囲の帯電量分布を持っていることが解る。
【００８３】
図５に示す破線は、この現像剤を現像装置に搭載し、１０００枚の印字を行った後に、現像装置内の現像剤の一部をサンプリングし飛翔式の帯電量測定装置にて帯電量分布を測定した結果を示したものである。
【００８４】
この曲線には、３０μＣ／ｇ近傍に曲線のへこみが見られ、全体に分布が広がってきていることが解る。これは、ある程度トナーが選択的に現像（使用）されていることを示している。この３０μＣ／ｇ近傍の帯電量部分がこの現像装置での適正な帯電量の範囲であると考えられる。
【００８５】
これまでも、このような効率的に現像されるトナーの帯電量が得られるようにトナーおよびキャリアの帯電量および帯電量分布の設計がなされてきている。ところがトナーの帯電量および帯電量分布は温湿度の影響を大きく受けることがある。
【００８６】
キャリアの樹脂コートはこの温湿度の影響を少なくするのに効果を発揮してきたが、まだ不十分であった。さらに近年盛んに開発されている水中分散で作成される重合トナーあるいは水酸基を多く含むような植物由来の樹脂を使うようなトナーにおいてはこの影響が顕著である。
【００８７】
環境の温湿度が変わることに関しては、低湿下ではトナーおよびキャリアの水分量が減少し帯電量は上昇し帯電量分布も広がる。逆に高湿下では水分の吸着が発生し帯電量は低下する。特に吸着サイトが多くなる重合トナーや植物由来の樹脂を使用したトナーは顕著である。
【００８８】
その結果帯電量分布は高い方向に移動したり低い方向に移動したりし、現像に必要とされる適正な範囲の帯電量のトナーが少なくなるといった結果になる。
【００８９】
例えば、ここで、感光体ドラム１０の初期化帯電電位を「−６５０Ｖ（ボルト）」、光書込ヘッド１３の露光により減衰した静電潜像の電位を「−５０Ｖ」、現像ローラ１５の現像バイアスを「−２５０Ｖ」とする。
【００９０】
静電潜像の「−５０Ｖ」と現像ローラ１５の「−２５０Ｖ」が形成する電界において、適正量のトナーが静電潜像に転移するためのトナーの帯電量は「３０μＣ／ｇ」前後であることが上述した測定試験で判明している。
【００９１】
また、この帯電量の値はトナー粒子の大きさに依存して異なるとことも良く知られている。トナー粒子に均一な粒径で均一な帯電量を持たせることは、その製造方法から不可能であるから、トナー全体としてみると、初期の帯電量の分布曲線は図５の実線のようにほぼ正規分布となって裾が左右に広がっている。
【００９２】
本発明はキャリアとトナーを混合して使う現像剤において、環境の変動にかかわらず適正な範囲の帯電量を持つトナーを確保しようとするものである。
【００９３】
具体的には、帯電機能の異なる２種類以上のキャリアを混合することで、広範囲の帯電機能を持つ現像剤を実現しようとするものである。一方のキャリアは低湿下で適正な帯電量範囲を持ち、他方のキャリアは高湿下で適正な帯電量範囲を持つもので構成される。
【００９４】
図６(a),(b),(c)は、本発明の２種混合キャリアとトナーからなる現像剤の、各環境下における帯電量の分布を示す図である。
【００９５】
図６(a)は、常温常湿（２５℃、５０％）での帯電量分布を表し、第１のキャリアＣ１は平均帯電量が２３μＣ／ｇである。第２のキャリアＣ２は平均帯電量が４１μＣ／ｇである。これら２種のキャリアとトナーを混合して現像剤Ｄを得た。
【００９６】
この現像剤Ｄの平均の帯電量は、図６(a)に示すように、およそ３０μＣ／ｇであった。この混合した現像剤Ｄを用いて印字を繰り返し実施したところ良好な画像が得られた。適正とされるトナーの帯電量の範囲は感光体ドラムの電位および現像バイアス等の装置の条件によっても異なってくるが、本例では３０μＣ／ｇ近傍が適正であると見られる。
【００９７】
図６(b)は、上記の現像剤Ｄを、１０℃、２０％の低温低湿の環境下に放置し、十分に乾燥させた後、帯電量分布を測定した図である。第１のキャリアＣ１は平均で１０μＣ／ｇほど高い帯電量になり、第２のキャリアＣ２は平均で１５μＣ／ｇほど高い値を示している。
【００９８】
この二つのキャリアを含む現像剤Ｄは、図６(b)に示すように、広い帯電量分布を示しており、適正と思われる３０μＣ／ｇの帯電量の範囲を包含している。この環境下でこの現像剤Ｄを使用して印字を繰り返したところ、若干画像の濃度が低いが十分実用に耐えうるものであった。若干の現像バイアス等の補正を加えることで更に良好な画像が得られるものであった。
【００９９】
図６(c)は、上記の現像剤Ｄを、３０℃、８０％の高温高湿の環境下に放置し、十分に含水させた後、帯電量分布を測定した図である。第１のキャリアＣ１は平均帯電量で１０μＣ／ｇまで低下しており、第２のキャリアＣ２の平均帯電量は３０μＣ／ｇまで低下している。
【０１００】
現像剤Ｄの適正な帯電量と考えられるトナーの帯電量３０μＣ／ｇ付近のトナーの量は少ないものの確保できているのが解る。この部分が選択的に消費されることで、高湿環境下における極端な画質低下を回避することができる。
【０１０１】
以上のように、本発明の現像剤Ｄによれば、いかなる環境下でも現像剤中に適正な帯電量のトナーを包含していることで画質の劣化を防止することができる。
【０１０２】
なお、キャリアの帯電能力は、キャリアにコーティングする樹脂の種類や、樹脂に帯電制御剤を混入させたり導電剤を混入させたりすることで容易かつ任意に制御することができる。また、トナーの帯電能力もトナーに用いられる樹脂の電気特性、色剤である顔料の電気特性および帯電制御剤の特性によって決定することができる。
【０１０３】
以上、説明したように、非磁性トナーと磁性キャリアを混合して使用する二成分現像剤において、低湿環境下でトナーに適正な摩擦帯電量を付与する第１の磁性キャリアと、高湿環境下でトナーに適正な摩擦帯電量を付与する第２の磁性キャリアを混合して使用することで、使用環境が変動しても現像に適正なトナーの帯電分布とさせることができるため、常に良好な画像を作成することができる。
【０１０４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[付記１]
【０１０５】
トナーと、単独で前記トナーと混合されることによって得られる混合物の単位重さあたりの第１の帯電量のトナー量が最も多くなる第１のキャリアと、単独で前記トナーと混合されることによって得られる混合物の単位重さあたりの、前記第１の帯電量とは異なる第２の帯電量のトナー量が最も多くなる第２のキャリアと、を混合することによって二成分現像剤を形成することを特徴とする二成分現像剤形成方法。
[付記２]
【０１０６】
前記第１のキャリアは、前記第２のキャリアよりも帯電性が弱いキャリアであり、
前記第１のキャリアと前記第２のキャリアと前記トナーが混合されることによって得られる混合物の、トナー量が最も多くなる単位重さあたりの第３の帯電量は、前記第１の帯電量より大きく且つ前記第２の帯電量より小さい、
ことを特徴とする付記１に記載の二成分現像剤形成方法。
[付記３]
【０１０７】
常温常湿環境下においては、前記第３の帯電量が適正帯電量に対応する、
ことを特徴とする付記２に記載の二成分現像剤形成方法。
[付記４]
【０１０８】
低温低湿環境下においては、
前記第１の帯電量と前記第２の帯電量と前記第３の帯電量は共に、常温常湿環境の場合に比べて、帯電量が大きくなり、
前記第１の帯電量が適正帯電量に対応する、
ことを特徴とする付記２または３に記載の二成分現像剤形成方法。
[付記５]
【０１０９】
高温高湿環境下においては、
前記第１の帯電量と前記第２の帯電量と前記第３の帯電量は共に、常温常湿環境の場合に比べて、帯電量が小さくなり、
前記第２の帯電量が適正帯電量に対応する、
ことを特徴とする付記２乃至４のいずれか一項に記載の二成分現像剤形成方法。
[付記６]
【０１１０】
付記１乃至５のいずれか一項に記載の二成分現像剤形成方法による二成分現像剤を用いることを特徴とする画像形成装置。
[付記７]
【０１１１】
付記１乃至５のいずれか一項に記載の二成分現像剤形成方法で形成されることを特徴とする現像剤。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明は、使用環境が変動しても常に良好な画像を作成する現像に適正なトナーの帯電分布を適正化する二成分現像剤形成方法及び画像形成装置並びに現像剤に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１  フルカラー画像形成装置（プリンタ）
２  画像形成部
３  転写ベルトユニット
４  トナー供給部
５  給紙部
６  ベルト式定着ユニット
８  転写ベルト
８ａ  下部走行部表面
９（９ｍ、９ｃ、９ｙ、９ｋ）  現像装置
１０  感光体ドラム
１１  クリーニングブレード
１２  帯電ローラ
１３  光書込ヘッド
１４  現像器
１５  現像ローラ
１６  第１の攪拌搬送部材
１７  第２の攪拌搬送部材
１８  駆動ローラ
１９  従動ローラ
２１  一次転写ローラ
２３  二次転写部
２４  ベルトクリーナ
２５  クリーニングブレード
２６  廃トナー回収容器
２７（２７ｍ、２７ｃ、２７ｙ、２７ｋ）  トナーホッパー
２９  給紙カセット
３０  用紙
３１  用紙取出ローラ
３２  給送ローラ
３３  捌きローラ
３４  待機搬送ローラ対
３５  二次転写ローラ
３６  拡散反射型濃度センサ
３７  排紙トレー
３８  操作パネル部
４１  外壁フレーム
４１ａ、４１ｂ  現像ローラ支持部
４１ｃ  延出外壁フレーム
４２  内部隔壁
４３  現像槽
４３ａ  第１の現像槽
４３ｂ  第２の現像槽
４４  ドクターブレード
４５  トナー濃度センサ
４５ｙ  Ｙトナー濃度センサ
４５ｍ  Ｍトナー濃度センサ
４５ｃ  Ｃトナー濃度センサ
４５ｋ  Ｋトナー濃度センサ
４６  検知面
４７  回転軸
４７ａ  外端部
４８  螺旋状フィン
４９  回転軸
５１  螺旋状フィン
５２  ブレード保持部
５３  弾性体シート（ブレード）
５４  クリーニングブレード
５５  回転軸
５６  ギア
５７  第１の循環口
５８  トナー補給口
５９  駆動中継ギア
６１  外部係合ギア
６２  駆動伝達ギア
６３  モータ
６４  回転軸
６５  駆動ギア
６６（６６ｙ、６６ｍ、６６ｃ、６６ｋ）  現像器回転装置
６７  第２の循環口
７０  ＣＰＵ（central processing unit)
７１  インターフェイスコントローラ（Ｉ／Ｆ＿ＣＯＮＴ）
７２  プリンタコントローラ（ＰＲ＿ＣＯＮＴ）
７３  プリンタ印字部
７４  ＲＯＭ（read only memory）
７５  ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable ROM）
７６  センサ部
７７  フレームメモリ
７８  ベルト駆動部
７９  トナー供給部モータ駆動部
８０  高圧ユニット駆動部
【図１】
2015108784.tif 000003
【図４】
2015108784.tif 000004
【図５】
2015108784.tif 000005
【図６】
2015108784.tif 000006
【図２】
2015108784.tif 000007
【図３】
2015108784.tif 000008