(57)【要約】【課題】現像剤の長期使用により、キャリアの抵抗値が低下することで発生する像担持体へのキャリア付着を、出力画像の画質低下を引き起こすことなく防止できる画像形成装置を実現する。【解決手段】本発明に係る画像形成装置１は、抵抗値判定部２２により、抵抗値測定部２１により測定された体積抵抗値が、規定抵抗値記憶部２３に記憶されている規定体積抵抗値を下回ったと判定された場合に、現像槽内の現像剤のトナー濃度が上昇するようにトナーホッパー４０を制御するトナー濃度制御部２４と、濃度判定部２５により、トナー濃度センサ１５により検出された検出トナー濃度が、規定濃度記憶部２６に記憶されている規定トナー濃度を上回ったと判定された場合に、ユーザに対して現像ユニットまたは現像剤を交換するように警告する表示制御部２７とを備えている。【選択図】図１
2008076568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像槽にトナーを供給するトナー供給手段と、
上記現像槽に設けられ、表面に上記トナーおよびキャリアを含む現像剤を保持する現像剤担持体、並びに上記現像槽内の上記現像剤におけるトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段を有し、上記現像剤担持体から上記像担持体に上記トナーを供給して上記静電潜像を顕像化する現像ユニットとを備えている画像形成装置において、
上記現像槽における上記現像剤の体積抵抗値を測定する抵抗値測定部と、
予め設定された規定体積抵抗値を記憶している規定抵抗値記憶部と、
上記抵抗値測定部により測定された測定体積抵抗値が上記規定体積抵抗値を下回ったか否かを判定する抵抗値判定部と、
上記抵抗値判定部により、上記測定体積抵抗値が上記規定体積抵抗値を下回ったと判定された場合に、上記現像槽内の現像剤のトナー濃度が上昇するように上記トナー供給手段を制御するトナー濃度制御部と、
予め設定された規定トナー濃度を記憶している規定濃度記憶部と、
上記トナー濃度検出手段により検出された検出トナー濃度が上記規定トナー濃度を上回ったか否かを判定する濃度判定部と、
上記濃度判定部により、上記検出トナー濃度が上記規定トナー濃度を上回ったと判定された場合に、ユーザに対して上記現像ユニットまたは現像剤を交換するように警告する警告手段とを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
上記現像ユニットは、上記現像剤担持体の表面における現像剤の層厚を規制し、導電性部材からなる現像剤規制部材を有し、
上記抵抗値測定部は、上記現像剤規制部材を上記現像剤担持体に対向する対向電極とし、上記現像剤像担持体と上記現像剤規制部材との間に電流を流すことにより、上記現像剤の体積抵抗値を測定す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】
上記抵抗値測定部は、上記現像剤担持体に対向する対向電極と上記現像剤像担持体との間に電流を流すことにより、上記現像剤の体積抵抗値を測定するものであり、
上記対向電極は、回転可能な導電性金属スリーブからなり、
上記導電性金属スリーブには、該導電性金属スリーブの表面に付着する上記キャリアまたはトナーを掻き落とすクリーニングブレードが設けられてい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４】
上記導電性金属スリーブは、上記現像剤担持体の回転方向に対して、上記現像剤規制部材よりも下流側、かつ上記現像剤担持体と上記像担持体との対向部よりも上流側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
上記現像剤担持体の電位Ｖｄと上記対向電極の電位Ｖｏとは、上記トナーの帯電極性が正の場合にはＶｏ＞Ｖｄの関係を、上記トナーの帯電極性が負の場合にはＶｏ＜Ｖｄの関係をそれぞれ満たすことを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。
【請求項６】
上記現像剤担持体上に保持される上記現像剤と上記像担持体との接触領域において、上記像担持体を導電性スリーブとし、上記現像剤担持体と上記導電性スリーブとの間に４００［Ｖ］の電位差を与えたときに測定される体積抵抗値をρ０、上記抵抗値測定部により測定される上記測定体積抵抗値をρ１、比例定数をａとしたときに成り立つ関係式ρ１＝ａρ０において、ρ０＝５．８×１０１０［Ω・ｃｍ］としたときに求められるρ１を、上記規定体積抵抗値とす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７】
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像槽にトナーを供給するトナー供給手段と、
上記現像槽に設けられ、表面に上記トナーおよびキャリアを含む現像剤を保持する現像剤担持体、並びに上記現像槽内の上記現像剤におけるトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段を有し、上記現像剤担持体から上記像担持体に上記トナーを供給して上記静電潜像を顕像化する現像ユニットとを備えている画像形成装置によって実現される画像形成方法において、
上記現像槽における上記現像剤の体積抵抗値を測定する抵抗値測定ステップと、
上記抵抗値測定ステップにおいて測定された測定体積抵抗値が、予め設定された規定体積抵抗値を下回ったか否かを判定する抵抗値判定ステップと、
上記抵抗値判定ステップにおいて、上記測定体積抵抗値が上記規定体積抵抗値を下回ったと判定された場合に、上記現像槽内の現像剤のトナー濃度が上昇するように上記トナー供給手段を制御するトナー濃度制御ステップと、
上記トナー濃度検出手段により検出された検出トナー濃度が、予め設定された規定トナー濃度を上回ったか否かを判定する濃度判定ステップと、
上記濃度判定ステップにおいて、上記検出トナー濃度が上記規定トナー濃度を上回ったと判定された場合に、ユーザに対して上記現像ユニットまたは現像剤を交換するように警告する警告ステップとを有することを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を、現像剤担持体上に保持された二成分現像剤のトナーにより現像、可視像化する電子写真技術を用いた画像形成装置およびその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザープリンタ、複写機等の電子写真技術を利用した画像出力機器では、像担持体上に形成された静電潜像を現像剤により現像し可視像を形成している。上記現像剤としては、トナーとキャリアとから成る二成分現像剤、またはトナー単体から成る一成分現像剤が用いられてきた。また、上記二成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式は、他の現像方式と比較して画質の面で優れており、カラー化も可能で、比較的安価であるため、これまでに幅広く利用されてきた。
【０００３】
従来の磁気ブラシ現像方式を用いた画像形成装置には現像剤担持体が備えられている。この現像剤担持体は、円筒形状の金属スリーブとマグネットローラとで構成される。マグネットローラは、上記金属スリーブ内部に備えられており、磁界を発生させる永久磁石のＮ極とＳ極とが交互に配設されている。画像形成装置では、この現像剤担持体の金属スリーブ表面に二成分現像剤を担持させ、マグネットローラを固定したまま金属スリーブのみを回転させることで、静電潜像が形成された像担持体と対向する現像領域へ二成分現像剤を搬送する。そして、現像剤担持体と像担持体との間に現像バイアスを印加することにより、帯電したトナーのみを像担持体に静電付着させ、可視像を形成する。
【０００４】
しかしながら、従来の磁気ブラシ現像方式を用いた画像形成装置では、現像剤担持体と像担持体との間に働く現像電界により、像担持体に帯電したトナーだけではなく、キャリアまでもが付着してしまう、所謂キャリア付着が生じる虞がある。このキャリア付着は、可視像を用紙に転写するときに画像欠陥を引き起こしてしまうため、大きな問題となる。具体的には、画像領域に対しては、一般にキャリアがトナーよりも大きいため、白抜けによる画像欠陥を引き起こす。一方、非画像領域に対しては、現像剤担持体上でキャリアに付着していたトナーが、キャリアとともに非画像領域に付着してしまう現象、所謂画像カブリを引き起こす。特に近年では、高画質化の要求に応えるため、トナーの小粒径化が進んでおり、これに伴い、キャリアも小粒径化される傾向にある。このキャリアの小粒径化に伴って、現像剤担持体へのキャリアの磁気拘束力が小さくなるため、像担持体へのキャリア付着に対する対策が益々必要性を増してきている。
【０００５】
像担持体へのキャリア付着は、キャリアの磁気特性、マグネットローラの磁束密度、キャリア粒径、現像剤の電気抵抗等、様々な制御因子に支配されているため、像担持体へのキャリア付着を軽減するための設計自由度は、比較的高いと言える。しかしながら、キャリアは、半導電性粒子（コア）の表面に絶縁樹脂層をコーティングしたものであるため、長期使用した場合に外的ストレスにより絶縁樹脂層が剥離してしまう。このため、キャリアの電気抵抗が低下し、その結果、外部電界によりキャリアに電荷が流入してしまう現象、所謂誘導帯電現象が生じ易くなってしまい、像担持体へのキャリア付着を誘発する虞がある。このように、キャリアの絶縁樹脂層の経時的変化により像担持体へのキャリア付着が増加する虞があるため、像担持体へのキャリア付着の防止には、初期設定のみでなく、経時的変化に対する対策も必要となる。
【０００６】
また、例えば特許文献１には、感光体ドラムと現像ローラとのバイアス電圧を小さくすると、像担持体へのキャリア付着が少なくなることが記載されている。この記載からは、現像剤担持体と像担持体との電位差が大きいほど、像担持体へのキャリア付着が顕著になることがわかる。従って、装置に適用される現像バイアス領域において、現像剤の電気抵抗は、画像欠陥が生じない程度に像担持体へのキャリア付着を抑制するように設定される必要がある。
【０００７】
図１３は、抵抗値の異なる２種類の磁性キャリアを含む二成分現像剤を用いた場合の、像担持体の表面におけるＡ４用紙１枚当りのキャリア付着個数との現像バイアス依存性を示したものである。ここで、現像剤に用いられている２種類のキャリアは、コアキャリアおよびコーティングキャリアである。コーティングキャリアは、コアキャリアに樹脂をコーティングし、樹脂層を形成したものであり、コアキャリアよりも高抵抗である。従って、現像剤にコーティングキャリアを用いた方が、コアキャリアを用いるよりも高抵抗であることがわかる。
【０００８】
また、現像バイアスは、像担持体の表面電位をＶｏｐｃ、現像剤担持体の金属スリーブに印加される電圧をＶｄｅｖとしたとき、Ｖｏｐｃ−Ｖｄｅｖで表される値である。本実験例では、負帯電性のトナーを用いているため、正バイアス領域は画像領域（黒ベタ画像領域）を示しており、負バイアス領域は非画像領域（背景領域）を示している。
【０００９】
図１３に示すように、画像領域、非画像領域のどちらの領域においても像担持体へのキャリア付着が見られる。これは、キャリアが、上述のように、正負両極性に誘導帯電していることに起因する。また、現像バイアスの増加に伴って、像担持体へのキャリア付着個数が増加していることがわかる。これは、現像バイアスの増加に伴って、現像剤中を流れる電流量が増えることによって、誘電電荷量が増加することに起因する。さらに、コーティングキャリアを用いた現像剤は、コアキャリアを用いた現像剤に比べて、像担持体へのキャリア付着が軽減されていることがわかる。
【００１０】
これにより、像担持体へのキャリア付着を防止するためには、現像剤を高抵抗とすることが有効である。しかしながら、現像剤にコーティングキャリアを用いて、現像剤を高抵抗にした場合であっても、樹脂層が剥離してしまうと、図１３に示すように、像担持体へのキャリア付着個数が増加してしまう。従って、コーティングキャリアの樹脂層の経時的変化により現像剤の抵抗は低下してしまうため、この経時的変化への対策として、現像剤を高抵抗とするだけでなく、現像剤の抵抗の管理、すなわち現像剤に流れ込む電流量を管理する必要がある。
【００１１】
次に、図１４の（ａ）および（ｂ）を用いて誘導帯電現象について説明する。図１４は、二成分現像剤を用いた従来の画像形成装置において、現像剤担持体と像担持体との間に作用する電界によって生じる誘導帯電現象を説明するための図である。なお、図１４の（ａ）は、画像領域における誘導帯電現象を説明する図であり、図１４の（ｂ）は、非画像領域における誘導帯電現象を説明する図である。
【００１２】
図１４において、キャリア（磁性キャリア）１５０およびトナー１５１から成る二成分現像剤１１１は、現像領域においては、マグネットローラ（図示せず）が内部に配設された現像剤担持体１１２の金属製スリーブ表面にて磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシが像担持体１３０と接している。この磁気ブラシが像担持体１３０と接触し、像担持体１３０上に形成された静電潜像に対して現像剤担持体１１２からトナー１５１が搬送される領域を、以降現像ニップ部と呼ぶ。
【００１３】
ここで、画像領域においては、図１４の（ａ）に示すように、金属スリーブには直流バイアス電圧として−４００［Ｖ］を印加し、像担持体１３０の金属基体を接地している場合、像担持体１３０の表面の帯電電荷はキャンセルされているため、表面電位は０［Ｖ］である。そして、現像ニップ部にて形成されている電界により、磁気ブラシ先端部のキャリア１５０には、現像剤担持体１１２の金属スリーブ側から負の誘導電荷が注入される。この誘導電荷により、磁気ブラシ先端部のキャリア１５０には、現像剤担持体１１２から像担持体１３０への方向にクーロン力が働き、このクーロン力が現像剤担持体１１２に対する磁気拘束力に打ち勝った場合には、像担持体１３０へのキャリア付着を引き起こしてしまう。このため、画像領域では、白抜け画像が発生してしまう。
【００１４】
一方、非画像領域においては、図１４の（ｂ）に示すように、像担持体１３０表面には負の帯電電荷が残存している。このときの像担持体１３０表面の電位を−６００［Ｖ］とすると、現像ニップ部にて形成されている電界により、磁気ブラシ先端部のキャリア１５０には、現像剤担持体１１２の金属スリーブ側から正の誘導電荷が注入される。この誘導電荷により、画像領域と同様、磁気ブラシ先端部のキャリア１５０には、現像剤担持体１１２から像担持体１３０への方向にクーロン力が働く。このクーロン力が現像剤担持体１１２に対する磁気拘束力に打ち勝った場合には、像担持体１３０へのキャリア付着を引き起こしてしまう。これにより、非画像領域では、キャリア１５０にトナー１５１が付着しているため、画像カブリが発生してしまう。
【００１５】
以上のように、経時的なキャリア抵抗の低下に伴う像担持体へのキャリア付着の増加は、長期にわたる出力画像の画質維持を阻害するものであるため、この課題を解決するための様々な試みが成されてきた。
【００１６】
例えば、特許文献１では、現像剤に流れる電流に応じて像担持体へのキャリア付着の有無や付着量を検出し、検出値に応じて像担持体と現像装置とのバイアス電圧を調整する技術が開示されている。像担持体へのキャリア付着は、現像剤抵抗値が小さいと発生し、さらに現像時のバイアス電圧を大きくすると増加する。このことから、特許文献１の技術を用いることにより、現像剤抵抗値の低下による像担持体へのキャリア付着の増加をバイアス電圧の減少によって相殺することで、このキャリア付着を抑制することができる。
【００１７】
また、特許文献２では、直流電源と交流電源を直列に接続した電源を用いた現像装置において、電源から二成分現像剤に流れる電流値を測定し、測定した電流値に基づいて算出される二成分現像剤の体積抵抗値と、予め確定されている体積抵抗値と、トナー混合比との関係からトナー混合比を予測し、これが予め設定された許容下限値を満たしていない場合に、現像バイアスの交流デューティー比を変更する技術が開示されている。この技術により、像担持体へのキャリア付着の生じ易い現像剤の抵抗においても、このキャリア付着の増加を抑えることができる。
【００１８】
また、特許文献３では、現像スリーブとドクタブレードとの間にバイアス電圧が印加されたときに、現像剤を流れる電流値に基づいて現像剤の劣化度を測定し、この測定により現像剤が劣化していると判断された場合には現像剤の入替えを行う技術が開示されている。なお、現像剤を流れる電流値が、基準となる電流値よりも小さくなった場合、すなわち現像剤の抵抗値が増加した場合に、現像剤が劣化していると判断される。この技術により、キャリアへのトナースペント等に起因してキャリアの帯電能力が低下し、トナーが十分に帯電されないことによって、画像濃度の低下、またはトナー飛散による機内汚染が発生する不都合を防止することができる。
【００１９】
さらに、特許文献４では、現像剤を介してドクターに流れる電流を測定することにより、現像剤の抵抗変化を検知し、現像剤の抵抗値に応じて、トナー濃度の規定値を変更する技術が開示されている。これにより、現像剤の抵抗変化を画像の変化防止のための情報として利用することができ、現像剤の劣化による画質の劣化をトナー濃度によって補うことができ、常時安定した画質を得ることができる。
【特許文献１】特開平４−３４５７３号公報（１９９２年２月５日公開）
【特許文献２】特開２０００−９８７３０号公報（２０００年４月７日公開）
【特許文献３】特開平４−８０７７７号公報（１９９２年３月１３日公開）
【特許文献４】特開平５−１８８７４７号公報（１９９３年７月３０日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、特許文献１の技術では、現像バイアスを小さくすることで像担持体へのキャリア付着を軽減しているが、現像剤担持体と像担持体上の画像領域との電位差が小さくなるため、画像領域に対するトナーの付着量が減少し、出力画像の濃度が低下する虞がある。
【００２１】
また、特許文献２の技術では、現像剤抵抗の低下を検知して、現像バイアスの交流デューティー比を変更することで、像担持体へのキャリア付着を軽減しているが、現像条件を変更することによって、画像濃度の変動や画像ムラの発生、解像度の低下等、画質劣化に繋がる虞がある。
【００２２】
また、特許文献３の技術では、現像剤の抵抗の低下を検知することはできないため、キャリア抵抗の低下による像担持体へのキャリア付着の発生を防ぐことができない。
【００２３】
さらに、特許文献４の技術では、トナー濃度の過上昇によるトナー帯電量の低下については考慮されていないため、このトナー帯電量の低下によって生じるトナー飛散を防止することはできない。
【００２４】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、現像剤の長期使用により、キャリア表面をコーティングしている樹脂層が剥離し、キャリアの抵抗値が低下することで発生する像担持体へのキャリア付着を、出力画像の画質低下を引き起こすことなく防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明に係る画像形成装置は、上記課題を解決するために、表面に静電潜像が形成される像担持体と、現像槽にトナーを供給するトナー供給手段と、上記現像槽に設けられ、表面に上記トナーおよびキャリアを含む現像剤を保持する現像剤担持体、並びに上記現像槽内の上記現像剤におけるトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段を有し、上記現像剤担持体から上記像担持体に上記トナーを供給して上記静電潜像を顕像化する現像ユニットとを備えている画像形成装置において、上記現像槽における上記現像剤の体積抵抗値を測定する抵抗値測定部と、予め設定された規定体積抵抗値を記憶している規定抵抗値記憶部と、上記抵抗値測定部により測定された測定体積抵抗値が上記規定体積抵抗値を下回ったか否かを判定する抵抗値判定部と、上記抵抗値判定部により、上記測定体積抵抗値が上記規定体積抵抗値を下回ったと判定された場合に、上記現像槽内の現像剤のトナー濃度が上昇するように上記トナー供給手段を制御するトナー濃度制御部と、予め設定された規定トナー濃度を記憶している規定濃度記憶部と、上記トナー濃度検出手段により検出された検出トナー濃度が上記規定トナー濃度を上回ったか否かを判定する濃度判定部と、上記濃度判定部により、上記検出トナー濃度が上記規定トナー濃度を上回ったと判定された場合に、ユーザに対して上記現像ユニットまたは現像剤を交換するように警告する警告手段とを備えている。
【００２６】
上記構成によれば、抵抗値判定部は、抵抗値測定部によって測定された測定体積抵抗値が、規定抵抗値記憶部に記憶されている規定体積抵抗値を下回ったか否かを判定する。この判定によって下回ったと判定された場合に、トナー濃度制御部は、現像槽内の現像剤のトナー濃度が上昇するようにトナー供給手段を制御する。また、濃度判定部は、トナー濃度検出手段により検出された検出トナー濃度が、規定濃度記憶部に記憶されている規定トナー濃度を上回ったかを判定する。この判定によって上回ったと判定された場合に、警告手段は、画像形成装置のユーザに対して現像ユニットまたは現像剤の交換を促す。
【００２７】
従って、上記画像形成装置では現像剤の体積抵抗値をモニタしており、キャリア劣化により測定体積抵抗値が規定体積抵抗値を下回った場合には、トナー濃度制御部がトナー供給手段を制御することにより、トナー濃度を上昇させて現像剤の体積抵抗値を増加させる。これにより、像担持体へのキャリア付着の増加を抑制することが可能となる。また、トナー濃度が規定トナー濃度値を上回った場合には、警告手段が現像ユニットまたは現像剤の交換を促す。これにより、トナー濃度の過上昇によるトナー帯電量の低下を抑制できるため、トナー飛散による画像形成装置の機内汚染を防止することが可能となる。
【００２８】
上記現像ユニットは、上記現像剤担持体の表面における現像剤の層厚を規制し、導電性部材からなる現像剤規制部材を有し、上記抵抗値測定部は、上記現像剤規制部材を上記現像剤担持体に対向する対向電極とし、上記現像剤像担持体と上記現像剤規制部材との間に電流を流すことにより、上記現像剤の体積抵抗値を測定することが好ましい。
【００２９】
上記構成によれば、現像剤規制部材が対向電極としても機能するため、新たに電極部材を設ける必要がない。このため、より簡易な構成で現像剤の体積抵抗値を測定することが可能となるため、画像形成装置のコストを抑制することが可能となる。
【００３０】
上記抵抗値測定部は、上記現像剤担持体に対向する対向電極と上記現像剤像担持体との間に電流を流すことにより、上記現像剤の体積抵抗値を測定するものであり、上記対向電極は、回転可能な導電性金属スリーブからなり、上記導電性金属スリーブには、該導電性金属スリーブの表面に付着する上記キャリアまたはトナーを掻き落とすクリーニングブレードが設けられていることが好ましい。
【００３１】
上記構成によれば、現像剤担持体上に保持された現像剤と接触する対向電極の接触面を常にクリーンな状態を維持できるため、安定的にかつ信頼性の高い体積抵抗値の測定を行うことが可能となる。
【００３２】
上記導電性金属スリーブは、上記現像剤担持体の回転方向に対して、上記現像剤規制部材よりも下流側、かつ上記現像剤担持体と上記像担持体との対向部よりも上流側に配置されていることが好ましい。
【００３３】
上記構成によれば、導電性金属スリーブを現像剤規制部材よりも下流側に配置することにより、現像剤担持体上の現像剤が一定量に規制されるため、現像剤の体積抵抗値を安定的に測定することが可能となる。また、導電性金属スリーブを現像剤担持体と像担持体との対向部よりも上流側に配置することにより、現像に用いられるトナー量の変動によって影響を受けた現像剤の抵抗値を用いて、現像剤の体積抵抗値を測定することがなくなる。これにより、現像剤の体積抵抗値を、さらに安定的に測定することが可能となる。
【００３４】
上記現像剤担持体の電位Ｖｄと上記対向電極の電位Ｖｏとは、上記トナーの帯電極性が正の場合にはＶｏ＞Ｖｄの関係を、上記トナーの帯電極性が負の場合にはＶｏ＜Ｖｄの関係をそれぞれ満たすことが好ましい。上記構成によれば、現像剤担持体から対極電極へのトナー移行が発生しないため、現像剤担持体は、像担持体に対して安定したトナー供給を行うことが可能となる。
【００３５】
上記現像剤担持体上に保持される上記現像剤と上記像担持体との接触領域において、上記像担持体を導電性スリーブとし、上記現像剤担持体と上記導電性スリーブとの間に４００［Ｖ］の電位差を与えたときに測定される体積抵抗値をρ０、上記抵抗値測定部により測定される上記測定体積抵抗値をρ１、比例定数をａとしたときに成り立つ関係式ρ１＝ａρ０において、ρ０＝５．８×１０１０［Ω・ｃｍ］としたときに求められるρ１を、上記規定体積抵抗値とすることが好ましい。上記構成によれば、規定体積抵抗値を定量化することで、キャリア劣化による像担持体へのキャリア付着を確実に防止することができる。
【００３６】
本発明に係る画像形成方法は、上記課題を解決するために、表面に静電潜像が形成される像担持体と、現像槽にトナーを供給するトナー供給手段と、上記現像槽に設けられ、表面に上記トナーおよびキャリアを含む現像剤を保持する現像剤担持体、並びに上記現像槽内の上記現像剤におけるトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段を有し、上記現像剤担持体から上記像担持体に上記トナーを供給して上記静電潜像を顕像化する現像ユニットと、予め設定された規定体積抵抗値を記憶している規定抵抗値記憶部と、予め設定された規定トナー濃度を記憶している規定濃度記憶部とを備えている画像形成装置によって実現される画像形成方法において、上記現像槽における上記現像剤の体積抵抗値を測定する抵抗値測定ステップと、上記抵抗値測定ステップにおいて測定された測定体積抵抗値が上記規定体積抵抗値を下回ったか否かを判定する抵抗値判定ステップと、上記抵抗値判定ステップにおいて、上記測定体積抵抗値が上記規定体積抵抗値を下回ったと判定された場合に、上記現像槽内の現像剤のトナー濃度が上昇するように上記トナー供給手段を制御するトナー濃度制御ステップと、上記トナー濃度検出手段により検出された検出トナー濃度が上記規定トナー濃度を上回ったか否かを判定する濃度判定ステップと、上記濃度判定ステップにおいて、上記検出トナー濃度が上記規定トナー濃度を上回ったと判定された場合に、ユーザに対して上記現像ユニットまたは現像剤を交換するように警告する警告ステップとを有する。
【００３７】
上記方法によれば、抵抗判定ステップでは、抵抗値測定ステップにおいて測定された測定体積抵抗値が、規定抵抗記憶部に記憶されている規定体積抵抗値を下回ったか否かを判定する。この判定によって下回ったと判定された場合に、トナー濃度制御ステップでは、現像槽内の現像剤のトナー濃度が上昇するようにトナー供給手段を制御する。また、濃度判定ステップでは、トナー濃度検出手段により検出される検出トナー濃度が、規定濃度記憶部に記憶されている規定トナー濃度を上回ったかを判定する。この判定によって上回ったと判定された場合に、警告ステップでは、画像形成装置のユーザに対して現像ユニットまたは現像剤の交換を促す。
【００３８】
従って、上記画像形成方法においては、現像剤の体積抵抗値をモニタしており、キャリア劣化により測定体積抵抗値が規定体積抵抗値を下回った場合には、トナー濃度制御ステップにおいてトナー供給手段が制御されることにより、トナー濃度を上昇させて現像剤の体積抵抗値を増加させる。これにより、像担持体へのキャリア付着の増加を抑制することが可能となる。また、トナー濃度が規定トナー濃度値を上回った場合には、警告ステップにおいて現像ユニットまたは現像剤の交換が促される。これにより、トナー濃度の過上昇によるトナー帯電量の低下を抑制できるため、トナー飛散による画像形成装置の機内汚染を防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の構成によれば、現像剤の体積抵抗値をモニタしており、キャリア劣化により測定体積抵抗値が規定体積抵抗値を下回った場合には、トナー濃度制御部がトナー供給手段を制御することにより、トナー濃度を上昇させて現像剤の体積抵抗値を増加させる。これにより、像担持体へのキャリア付着の増加を抑制することが可能となる。また、トナー濃度が規定トナー濃度値を上回った場合には、警告手段が現像ユニットまたは現像剤の交換を促す。これにより、トナー濃度の過上昇によるトナー帯電量の低下を抑制できるため、トナー飛散による画像形成装置の機内汚染を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の一実施形態について図１ないし図１２に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４１】
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の概略的な構成を示すブロック図である。画像形成装置１は、図１に示すように、現像ユニット１０、像担持体３０、およびトナーホッパー（トナー供給手段）４０を備えている。現像ユニット１０は、現像剤担持体１２と、現像剤規制部材（対向電極）１３と、攪拌スクリュー１４と、トナー濃度センサ（トナー濃度検出手段）１５とを備えている。また、現像ユニット１０内には、磁性キャリアと非磁性トナーとから成る二成分現像剤（現像剤）１１が、予め投入されている。具体的には、磁性キャリアは、半導電性粒子（コア）の表面にシリコン樹脂をコーティングして樹脂層を形成したものであり、体積平均粒径５０μｍ、密度４．７［ｇ／ｃｍ３］となっている。また、非磁性トナーは、粉砕法によって精製されており、体積平均粒径６．５μｍ、密度１．０［ｇ／ｃｍ３］となっている。なお、二成分現像剤１１のトナー濃度は、初期状態において５重量％と一定に保たれている。さらに、画像形成装置１は、現像ユニット１０内のトナー濃度の制御を行う抵抗／濃度判定部２０を備えている。抵抗／濃度判定部２０については、後で詳しく述べる。
【００４２】
本実施形態に係る画像形成装置１では、図１に示すように、まず、攪拌スクリュー１４によって、二成分現像剤１１を攪拌して安定した摩擦帯電が行われる。そして、現像剤担持体１２は、磁界を発生させる永久磁石が配設されているマグネットローラ（図示せず）を備えており、該マグネットローラの磁気拘束力によって、現像剤担持体１２の表面には、二成分現像剤１１が保持される。なお、本実施形態では、現像剤担持体１２は、５極のマグネットローラを備えている。また、現像剤担持体１２と像担持体３０とが対向する現像領域に１極のマグネットローラが位置している場合、現像領域に発生する磁束密度は、該マグネットローラの磁極の法線方向に１１０［ｍＴ］となる。さらに、現像剤担持体１２と現像剤規制部材１３とのギャップ、および現像領域における現像剤担持体１２と像担持体３０とのギャップは、ともに０．４５［ｍｍ］に設定されている。なお、これらの数値は単なる一例にすぎず、これらに限定されるものではない。
【００４３】
次に、現像剤担持体１２の表面に保持された二成分現像剤１１は、現像剤規制部材１３により一定層厚に規制され、現像剤担持体１２と像担持体３０との間に磁気ブラシを形成する。そして、帯電手段（図示せず）および露光手段（図示せず）を介して、像担持体３０の表面に形成された静電潜像にトナーのみを付着させることにより可視像を形成する。なお、本実施形態では、帯電手段は、像担持体３０の表面を負の電位に帯電させている。また、露光手段は、トナーを付着させる部分にのみ露光している。
【００４４】
また、現像剤担持体１２に印加される直流バイアス電圧Ｖｄｅｖは−４００［Ｖ］とし、像担持体３０の表面電位をＶｏｐｃとすると、可視像形成時における像担持体３０と現像剤担持体１２との電位差Ｖｏｐｃ−Ｖｄｅｖは、−１００［Ｖ］〜４００［Ｖ］となるように設定されている。
【００４５】
また、トナー濃度センサ１５は、可視像を形成するときに用いられるトナーの消費量を、現像剤重量に対するトナー重量比を表すトナー濃度の変化量として検知する。そして、トナーの消費分については、トナー濃度センサ１５が、予め定められたトナー濃度に到達することを検知するまで、トナーホッパー４０からトナーが補給される。これにより、現像ユニット１０内の二成分現像剤１１におけるトナー濃度は、略一定に保たれている。
【００４６】
二成分現像剤１１は、原則的に非磁性トナーのみ消費するため、磁性キャリアは長期にわたって現像ユニット１０内に留まっている。従って、磁性キャリアは、現像ユニット１０内において、現像剤規制部材１３、攪拌スクリュー１４、または像担持体３０等との摩擦、または磁性キャリア同士の衝突、または摺擦等による機械的ストレスを繰り返し受けることになる。このため、コア表面にコーティングされた樹脂層では、経時的に削れまたは剥れが発生するため、磁性キャリアの体積抵抗値が低下することになる。
【００４７】
ここで、図２に示す画像形成装置１ａは、磁性キャリアの抵抗値の経過時間依存性を調べるための画像形成装置１の実験用装置であり、画像形成装置１の抵抗／濃度判定部２０が定電圧源となっている点で異なっている他は画像形成装置１と同一の部材を有している。
【００４８】
図３は、画像形成装置１ａによって測定された、磁性キャリアの抵抗値の経過時間依存性を示したものである。この実験において、磁性キャリアの抵抗値は、現像剤担持体１２と像担持体３０との間に４００［Ｖ］の電圧を印加したときに流れる電流から求めている。なお、画像形成装置１ａにおいて、現像ユニット１０内には磁性キャリアのみが投入されており、像担持体３０には導電性のアルミスリーブが用いられている。また、現像剤担持体１２の周速を４５０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、像担持体３０の周速は２２５ｍｍ／ｓｅｃに設定している。すなわち、像担持体３０の周速に対する現像剤担持体１２の周速比を２としている。
【００４９】
この条件のもとで、現像剤担持体１２および像担持体３０を空転させ、磁性キャリアの抵抗値を任意の経過時間毎に測定する実験を行った。この結果、図３に示すように、磁性キャリアの抵抗値は、時間の経過に伴って減少していることがわかった。また、現像剤担持体１２および像担持体３０が空転を始める前の磁性キャリアと、１８０分空転後の磁性キャリアを、それぞれ電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）にて観察したところ、コーティングされたシリコン樹脂の剥れが顕著であることがわかった。
【００５０】
また、二成分現像剤１１を用いて同様の実験を行った結果、上述した磁性キャリアのみの場合と同様、二成分現像剤１１の抵抗値の減少と、磁性キャリア表面の剥れとを確認することができた。
【００５１】
以上のように、現像ユニット１０内において、二成分現像剤１１が長期にわたり攪拌されることによって、磁性キャリア表面にコーティングされた樹脂が剥離し、磁性キャリアの抵抗値が減少する。これにより、磁性キャリアの誘導帯電現象が引き起こされるため、像担持体３０に対してキャリア付着が発生し、このキャリア付着が、画像領域に対しては白抜けを発生させる一方、非画像領域に対しては画像カブリを引き起こす結果となる。従って、長期にわたり使用される磁性キャリアの劣化に伴う像担持体３０へのキャリア付着に対し、何らかの対策を講じる必要がある。
【００５２】
ここで、上記実験において、二成分現像剤１１のトナー濃度および抵抗値の関係に着目した場合、図４に示すように、二成分現像剤１１の抵抗値は、トナー濃度の上昇に伴って直線的に増加することがわかっている。この特性を利用して、本実施形態に係る画像形成装置１の抵抗／濃度判定部２０では、予め像担持体３０へのキャリア付着の発生限界値から規定体積抵抗値を定めている。これにより、抵抗／濃度判定部２０が、測定した体積抵抗値が規定体積抵抗値を下回った場合にトナー濃度を増加させることによって、二成分現像剤１１の体積抵抗値を増加させることができるため、像担持体３０へのキャリア付着の増加を未然に防止することが可能となる。
【００５３】
次に、本実施形態に係る画像形成装置１の抵抗／濃度判定部２０について、図１を参照して具体的に説明する。
【００５４】
抵抗／濃度判定部２０は、抵抗値測定部２１、抵抗値判定部２２、規定抵抗値記憶部２３、トナー濃度制御部２４、濃度判定部２５、規定濃度記憶部２６、表示制御部（警告手段）２７、および表示部２８を備えている。
【００５５】
抵抗値測定部２１は、電流計測部２１ａと定電圧源２１ｂとを備えている。抵抗値測定部２１は、電流計測部２１ａによって二成分現像剤１１を流れる電流値Ｉを計測することによって、二成分現像剤１１の体積抵抗値ρを測定する。二成分現像剤１１を流れる電流値Ｉは、具体的には、現像剤担持体１２と、対向電極との間に電位差を与えたときに、二成分現像剤１１を介して流れる電流の値である。なお、本実施形態に係る対向電極は、現像剤規制部材１３を導電性とすることにより実現している。これにより、新たに電極部材を設ける必要がないため、簡易な構成で二成分現像剤１１の体積抵抗値を測定することが可能となる。なお、体積抵抗値ρの測定方法については、後で詳しく述べる。
【００５６】
抵抗値判定部２２は、抵抗値測定部２１によって測定された体積抵抗値ρと、規定抵抗値記憶部２３に記憶されている、二成分現像剤１１の規定体積抵抗値とを比較する。そして、この比較によって、体積抵抗値ρが規定体積抵抗値を下回ったか否かを判定する。なお、規定抵抗値記憶部２３に予め記憶されている、上記規定体積抵抗値の導出方法については、後で詳しく述べる。
【００５７】
トナー濃度制御部２４は、抵抗値判定部２２によって、体積抵抗値ρが規定体積抵抗値よりも下回ったと判定された場合に、体積抵抗値ρが規定体積抵抗値以上となるまで、現像ユニット１０内の二成分現像剤１１のトナー濃度を増加させる。具体的には、トナー濃度制御部２４は、トナー濃度を増加させるために、トナーホッパー４０が現像ユニット１０内にトナーを供給するように制御する。
【００５８】
濃度判定部２５は、トナー濃度センサ１５によって検出された二成分現像剤１１のトナー濃度と、規定濃度記憶部２６に記憶されている二成分現像剤１１の規定トナー濃度とを比較する。そして、トナー濃度センサ１５によって検出されたトナー濃度が規定トナー濃度を上回ったかどうかを判定する。
【００５９】
ここで、トナー濃度制御部２４がトナーホッパー４０を制御することによって、二成分現像剤１１のトナー濃度が増加されると、非磁性トナーと磁性キャリアとの接触摩擦の頻度が低下する。このため、図５に示すように、トナー濃度の上昇に伴い、トナーの帯電量が低下する。これにより、トナーの帯電量分布は、図６に示すように、帯電量が多い側（実線）から帯電量が少ない側（点線）にシフトし、逆極性に帯電する非磁性トナーの個数が増加する。このため、非磁性トナーが磁性キャリアから離れる現象、すなわちトナー飛散が発生し、画像形成装置１内が汚染されてしまう。本実施形態に係る画像形成装置１では、図５に示すようなトナー濃度とトナー帯電量との相関関係から、トナー飛散を引き起こさないトナー濃度の上限を規定トナー濃度として規定濃度記憶部２６に設定している。
【００６０】
表示制御部２７は、濃度判定部２５によってトナー濃度センサ１５によって検出されたトナー濃度が規定トナー濃度を上回ったと判定された場合には、現像ユニット１０内の磁性キャリアが寿命であると判断する。この判断により、表示制御部２７は、画像形成装置１のユーザに対して現像ユニット１０または二成分現像剤１１の交換を促す警告を、表示部２８に表示させる。なお、表示部２８は、液晶ディスプレイ、液晶ディスプレイ、またはＬＥＤ（Light Emitting Diode）のランプ等によって構成される。また、上記警告は、表示部２８での表示に代えて、スピーカによる音声出力等にて行われるものであってもよい。
【００６１】
また、抵抗値測定部２１は、トナー濃度センサ１５から、二成分現像剤１１のトナー濃度値を示す濃度信号を受信しており、この濃度信号を複数回受信することによって、現像ユニット１０内におけるトナー濃度が安定し、かつ所定のトナー濃度に到達しているか否かを判定している。そして、所定のトナー濃度に到達していると判定した場合のみ、抵抗値測定部２１の電流計測部２１ａが計測を開始する。
【００６２】
例えば、トナーホッパー４０から現像ユニット１０へのトナー補給が行われた直後では、磁性キャリアに非磁性トナーが均一に混合されていないため、トナー濃度センサ１５によって検出されるトナー濃度は非常に不安定である。そのため、現像ユニット１０に対してトナー補給が行われた直後に抵抗値測定部２１が作動した場合に、非磁性トナーが十分に供給されていない領域で低いトナー濃度を検出すると、抵抗値判定部２２は、二成分現像剤の体積抵抗値ρを実際の値よりも低く算出する虞がある。この場合、体積抵抗値ρが規定体積抵抗値よりも小さく、磁性キャリアが劣化していないにもかかわらず、トナー濃度制御部２４によってトナー濃度が増加されてしまう虞がある。
【００６３】
本実施形態に係る画像形成装置１では、上述のように、抵抗値測定部２１がトナー濃度センサ１５からの濃度信号を複数回受信することによって、所定のトナー濃度に到達していると判定した場合のみ、抵抗値測定部２１の電流計測部２１ａが計測を開始する。これにより、抵抗値測定部２１が、磁性キャリアの劣化を誤検知することを防止することができる。
【００６４】
次に、抵抗／濃度判定部２０の処理について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６５】
まず、抵抗値測定部２１がトナー濃度センサ１５から出力される濃度信号を複数回受信し、現像ユニット１０内のトナー濃度が所定のトナー濃度に到達していると判定する。この判定結果により、抵抗値測定部２１の電流計測部２１ａは、現像ユニット１０内の二成分現像剤１１を流れる電流値Ｉを計測する。この測定結果に基づいて、抵抗値測定部２１は、体積抵抗値ρを測定する。抵抗値判定部２２は、抵抗値測定部２１によって測定された体積抵抗値ρと、規定抵抗値記憶部２３に記憶されている、二成分現像剤１１の規定体積抵抗値とを比較する（Ｓ７０）。また、抵抗値判定部２２は、この比較によって、体積抵抗値ρが規定体積抵抗値を下回ったか否かを判定している（Ｓ７１）。
【００６６】
抵抗値判定部２２によって、体積抵抗値ρが規定体積抵抗値を下回ったと判定された場合（Ｓ７１でＹｅｓ）、トナー濃度制御部２４は、体積抵抗値ρが規定体積抵抗値以上となるようにトナーホッパー４０を制御することにより、現像ユニット１０内の二成分現像剤１１のトナー濃度を増加させる（Ｓ７２）。
【００６７】
また、抵抗値判定部２２によって、体積抵抗値ρが規定体積抵抗値以上であると判定された場合（Ｓ７１でＮｏ）、濃度判定部２５は、トナー濃度センサ１５によって検出されたトナー濃度と、規定濃度記憶部２６に記憶されている、二成分現像剤１１の規定トナー濃度とを比較する（Ｓ７３）。また、濃度判定部２５は、この比較によって、トナー濃度センサ１５によって検出されたトナー濃度が規定トナー濃度を上回ったか否かを判定する（Ｓ７４）。
【００６８】
濃度判定部２５によって、トナー濃度センサ１５によって検出されたトナー濃度が規定トナー濃度を上回ったと判定された場合（Ｓ７４でＹｅｓ）、表示制御部２７は、現像ユニット１０内の磁性キャリアが寿命であると判断し、画像形成装置１のユーザに対して現像ユニット１０または二成分現像剤１１の交換を促すための警告を、表示部２８を介して行う（Ｓ７５）。なお、検出されたトナー濃度が規定トナー濃度以下の場合（Ｓ７４でＮｏ）、Ｓ７０に戻る。
【００６９】
以上のように、画像形成装置１は、抵抗／濃度判定部２０を備えているため、二成分現像剤１１の体積抵抗値が規定体積抵抗値よりも低い場合に、二成分現像剤１１のトナー濃度を増加させて体積抵抗値を増加させる。これにより像担持体３０へのキャリア付着の発生を抑制することができる。また、トナー濃度を規定トナー濃度以下で制御することにより、トナー飛散による画像形成装置１内の汚染を防止することができる。
【００７０】
また、トナー濃度を増加させた場合、図５に示すように、トナー帯電量は減少することとなるため、画像濃度が上昇するという問題が生じる。しかしながら、画像濃度の上昇は、現像剤担持体１２と像担持体３０との電位差（現像電位差）を小さくすることにより抑制することが可能である。
【００７１】
本実施形態に係る画像形成装置１では、像担持体３０の表面を非磁性トナーと同極性に帯電させ、像担持体３０の表面の露光部のみにトナーを付着させる方式、すなわちネガ現像方式を採用している。従って、画像形成装置１では、現像剤担持体１２に印加される直流バイアス電圧Ｖｄｅｖの絶対値を小さくすることによって、上記現像電位差を小さくすることが可能となる。また、露光手段によって像担持体３０に露光するときの露光エネルギー密度を小さくすることによって、または、帯電手段によって像担持体３０の帯電電位の絶対値を大きくすることによっても、上記現像電位差を小さくすることが可能となる。これにより、トナー濃度の増加によるトナー帯電量の低下が引き起こす画像濃度の上昇を抑制することが可能となる。なお、上記現像電位差を小さくする制御方法は、複数組み合わせて用いてもよい。
【００７２】
なお、画像形成装置１に対し、像担持体３０の表面を非磁性トナーと逆極性に帯電させ、像担持体３０の表面の非露光部のみにトナーを付着させる方式、すなわちポジ現像方式を採用した場合には、現像剤担持体１２に印加される直流バイアス電圧Ｖｄｅｖの絶対値を大きくすることによって、または帯電手段によって像担持体３０の帯電電位の絶対値を小さくすることによって、上記現像電位差を小さくすることが可能となる。
【００７３】
（体積抵抗値の測定方法）
次に、抵抗値測定部２１における体積抵抗値ρの測定方法について説明する。
【００７４】
抵抗値測定部２１の電流計測部２１ａによって現像剤担持体１２と現像剤規制部材１３との間の二成分現像剤１１を流れる電流値Ｉを計測する。次に、現像剤担持体１２の電位Ｖｄと対向電極すなわち現像剤規制部材１３の電位Ｖｏとの電位差Ｖ＝｜Ｖｄ−Ｖｏ｜、および上記電流値Ｉから、Ｒ＝Ｖ／Ｉにより現像剤担持体１２と現像剤規制部材１３との間の二成分現像剤１１の抵抗値Ｒを測定する。一方、現像剤担持体１２に保持されている二成分現像剤１１と、現像剤規制部材１３との接触面積Ｓは、図８に示すように、Ｓ＝ａ×ｂ［ｃｍ２］で表される。これにより、二成分現像剤１１の体積抵抗値ρは、現像剤担持体１２と現像剤規制部材１３とのギャップをｄ［ｃｍ］とした場合、抵抗値Ｒと接触面積Ｓとから、ρ＝Ｒ・Ｓ／ｄ［Ω・ｃｍ］によって測定される。
【００７５】
また、抵抗値Ｒの測定時において、画像形成装置１においては、現像剤担持体１２の電位Ｖｄと、対向電極である現像剤規制部材１３の電位Ｖｏとの関係は、トナーの帯電極性が正の場合にはＶｏ＞Ｖｄ、トナーの帯電極性が負の場合はＶｏ＜Ｖｄとなるように設定されている。これにより、現像剤担持体１２から現像剤規制部材１３へのトナー移行が発生しないため、現像剤担持体１２は、像担持体３０に対して安定したトナー供給を行うことができる。
【００７６】
ここで、画像形成装置１では、現像剤規制部材１３が対向電極として機能することにより電流値Ｉを計測していたが、導電性金属スリーブが対向電極として機能することにより電流値Ｉを計測する構成について、以下に説明する。なお、画像形成装置１と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、その説明は省略する。
【００７７】
図９は、画像形成装置２の概略的な構成を示すブロック図である。画像形成装置２は、図９に示すように、導電性金属スリーブ９０（対向電極）と、クリーニングブレード９１とを備えている。
【００７８】
導電性金属スリーブ９０は、回転可能な構成となっており、対向電極として実現されている。この点において、対向電極が現像剤規制部材１３を導電性とすることにより実現されている画像形成装置１とは異なる。また、クリーニングブレード９１は、クリーニングブレード９１の先端部が導電性金属スリーブ９０に当接するように、現像ユニット１０内に設けられている。
【００７９】
画像形成装置２では、対向電極が導電性金属スリーブ９０により実現されているため、現像剤担持体１２との対向部において、機械的摺擦によって微量の磁性キャリアまたは非磁性トナーが付着してしまう。このため、抵抗値測定部２１において、二成分現像剤１１の体積抵抗値を正確に測定することができない虞がある。そこで、クリーニングブレード９１が、導電性金属スリーブ９０の表面に磁性キャリアまたは非磁性トナーが付着することを防止する。これにより、抵抗測定時であっても、導電性金属スリーブ９０の表面をクリーンな状態に保つことが可能となる。
【００８０】
また、導電性金属スリーブ９０は、現像剤担持体１２の回転方向に対して、現像剤規制部材１３の下流側に備えられ、かつ現像剤担持体１２と像担持体３０との対向部よりも上流側に備えられている。
【００８１】
ここで、現像剤担持体１２と導電性金属スリーブ９０との対向部に供給される二成分現像剤１１は、現像剤規制部材１３を介するため、その量が均一になった状態で現像剤担持体１２の表面に保持されている。また、導電性金属スリーブ９０を、現像剤担持体１２と像担持体３０との対向部よりも下流側に備えた場合、任意量のトナーが消費された後であり、トナー濃度が変動している。このため、磁性キャリアのコーティング状態が同一である場合であっても、正確な体積抵抗値を測定することができない虞がある。
【００８２】
従って、画像形成装置２において、導電性金属スリーブ９０を上記位置に備えることにより、抵抗値測定部２１は、二成分現像剤１１の体積抵抗値を、正確にかつ安定的に測定することができる。これにより、画像形成装置１と同様、抵抗／濃度判定部２０によって、像担持体３０へのキャリア付着、およびトナー飛散による画像形成装置２内の汚染を防止することが可能となる。
【００８３】
また、抵抗値Ｒの測定時において、現像剤担持体１２の電位Ｖｄと、対向電極である導電性金属スリーブ９０の電位Ｖｏとの関係は、トナーの帯電極性が正の場合にはＶｏ＞Ｖｄ、トナーの帯電極性が負の場合はＶｏ＜Ｖｄとなるように設定されている。これにより、現像剤担持体１２から導電性金属スリーブ９０へのトナー移行が発生しないため、現像剤担持体１２は、像担持体３０に対して安定したトナー供給を行うことができる。
【００８４】
（規定体積抵抗値の導出方法）
続いて、規定抵抗値記憶部２３に予め記憶されている、二成分現像剤１１の規定体積抵抗値の導出方法について図１０ないし図１２を参照して説明する。
【００８５】
図１０は、抵抗値の異なる４種類の磁性キャリアを用いた各二成分現像剤に対する、像担持体３０の表面におけるＡ４用紙一枚当りのキャリア付着個数の現像バイアス依存性を示したものである。なお、本実験において、二成分現像剤１１のトナー濃度は、５重量％と一定に保たれている。
【００８６】
上記４種類の磁性キャリアのうちの１種類は、コート層を有しておらず、飽和磁化６５［ｅｍｕ／ｇ］のＭｇを含有した体積平均粒径５０［μｍ］のフェライトキャリアコア（以降、コアキャリアと称す）である。他の３種類の磁性キャリアは、コアキャリアに対し、コート１、コート２、コート３の樹脂をコーティングしたものであり、それぞれ、コート１キャリア、コート２キャリア、コート３キャリアとする。また、コート１〜３の材質は、何れもシリコン系樹脂であり、コート１の厚さは０．５μｍ、コート２およびコート３は１μｍである。
【００８７】
また、磁性キャリアの抵抗値の大きさは、コアキャリア＜コート１キャリア＜コート２キャリア＜コート３キャリアとなっている。すなわち、コート樹脂として同一のものを使用しているにもかかわらず、コート１キャリア、コート２キャリアおよびコート３キャリアにおいては抵抗値が異なっている。コート１キャリアの厚さは、コート２キャリアおよびコート３キャリアの厚さよりも薄いため、コート１キャリアの抵抗値は、コート２キャリアおよびコート３キャリアの抵抗値よりも小さくなっている。また、コート２キャリアの抵抗値よりもコート３キャリアの抵抗値が高くなっているのは、コート３キャリアのコート層がコート２キャリアのコート層よりも均一になっているためと考えられる。なお、本実験において、磁性キャリアへの樹脂コーティングには、浸漬法が用いられているが、これに限られたものではない。
【００８８】
図１０に示すように、抵抗値の高い磁性キャリアを現像剤に用いた方が、抵抗値の低い磁性キャリアを用いた場合よりも、像担持体３０へのキャリア付着が抑制されていることがわかる。また、コート２キャリアおよびコート３キャリアを現像剤に用いることによって、像担持体３０へのキャリア付着は急激に低減されていることがわかる。
【００８９】
ここで、上述したように、像担持体３０へのキャリア付着の増加は、像担持体３０と現像剤担持体１２との電位差Ｖｏｐｃ−Ｖｄｅｖの増加に伴い顕著になる。このことから、本実施形態に係る画像形成装置１および２において、この電位差が最大電位差４００［Ｖ］の場合の、像担持体３０へのキャリア付着特性を考える。図１１は、現像剤担持体１２と導電性金属スリーブ９０との電位差を４００［Ｖ］とした場合の、図１０に示す４種類の磁性キャリアを用いた二成分現像剤の体積抵抗値と、像担持体３０の表面におけるＡ４用紙一枚当りのキャリア付着個数との相関関係を示したものである。なお、コアキャリアに関しては、現像剤担持体１２と導電性金属スリーブ９０の電位差を４００［Ｖ］とした時、過電流が生じたために体積抵抗値を測定することができなかった。
【００９０】
なお、現像剤担持体１２上に保持される二成分現像剤１１と像担持体３０との接触領域、すなわち現像領域に電圧を印加して二成分現像剤１１の体積抵抗値を測定すべきである。しかしながら、像担持体３０は絶縁性を有しているため、電流計測部２１ａが像担持体３０を介して電流値Ｉを計測することができない。
【００９１】
従って、本実験では、画像形成装置２を用いて、現像剤担持体１２と導電性金属スリーブ９０との間に電圧を印加し、導電性金属スリーブ９０を介して流れる電流値Ｉを計測するすることにより、二成分現像剤１１の体積抵抗値を測定している。なお、現像剤担持体１２と導電性金属スリーブ９０とのギャップを０．４５［ｍｍ］とし、体積抵抗値の測定に用いられる接触面積Ｓ［ｃｍ２］を１５［ｃｍ２］としている。この条件のもとで、現像剤担持体１２と導電性金属スリーブ９０との間に４００［Ｖ］の電位差を与え、各キャリアを用いた場合の二成分現像剤１１の体積抵抗値を測定した。
【００９２】
本実験においても、図１１に示すように、コート２キャリアまたはコート３キャリアを二成分現像剤１１に用いることによって、像担持体３０へのキャリア付着が急激に低減されていることがわかる。また、図１１より、二成分現像剤１１の体積抵抗値を５．８×１０１０［Ω・ｃｍ］以上とすることが、像担持体３０へのキャリア付着低減に有効であることがわかる。なお、コート３キャリアを用いた二成分現像剤１１の体積抵抗値である６．４×１０１０［Ω・ｃｍ］以上とすると、さらに像担持体３０へのキャリア付着を低減させることができる。
【００９３】
なお、本実験では、現像剤担持体１２の周速を４５０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、像担持体３０の周速を２２５ｍｍ／ｓｅｃに設定している。すなわち、像担持体３０の周速に対する現像剤担持体１２の周速比を２としている。また、周速比を２として、像担持体３０の周速を１５０ｍｍ／ｓｅｃ、または３６０ｍｍ／ｓｅｃとした場合でも、定性的に本実験と同等の結果が得られた。
【００９４】
上記体積抵抗値は、画像形成装置２を用いたときの、現像剤担持体１２と導電性金属スリーブ９０との間で計測される電流値Ｉから測定される体積抵抗値ρ０である。ここで、規定抵抗値記憶部２３に予め記憶される規定体積抵抗値ρ１は、体積抵抗値ρ０を基準値として求められる。
【００９５】
体積抵抗値ρは、上述したように、二成分現像剤１１の対向電極との接触面積をＳ、現像剤担持体１２と対向電極とのギャップをｄとしたときに、ρ［Ω・ｃｍ］＝Ｒ・Ｓ／ｄの一次方程式により求められる。このため、体積抵抗値ρ０と規定体積抵抗値ρ１とは比例関係で表すことができる。すなわち、比例定数ａとすると、体積抵抗値ρ０と規定体積抵抗値ρ１との関係は、ρ１＝ａρ０と表すことができる。この式を用いて、画像形成装置２における規定体積抵抗値ρ１は、上記実験において求めた体積抵抗値ρ０＝５．８×１０１０［Ω・ｃｍ］を代入することにより求められるものとして定義する。
【００９６】
次に、図１２を参照することにより、画像形成装置１における規定体積抵抗値ρ１を求める。図１２は、二成分現像剤１１の体積抵抗値を測定するときの対向電極として、現像剤規制部材１３または導電性金属スリーブ９０を用いた場合の、現像剤担持体１２と対向電極との電位差と、測定される二成分現像剤１１の体積抵抗値との相関関係の一例を示している。なお、本実験に用いられる二成分現像剤１１には、コート２キャリアが用いられている。
【００９７】
対向電極として現像剤規制部材１３を用いた場合と、導電性金属スリーブ９０を用いた場合とでは、図１および図９からもわかるように、現像剤担持体１２に対する対向電極の位置は異なっている。図１２に示すように、現像剤担持体１２との対向位置によって体積抵抗値は異なり、対向電極として現像剤規制部材１３を用いた場合の方が、二成分現像剤１１の体積抵抗値が小さくなっていることがわかる。これは、対向電極の位置によって、現像剤担持体１２の表面の磁束分布に差異が生じ、二成分現像剤１１の磁気穂の密度が異なることに起因する。
【００９８】
ここで、図１２に示すように、現像剤担持体１２と対向電極との電位差を４００［Ｖ］での二成分抵抗の体積抵抗値は、現像剤規制部材１３を用いた場合で３．２×１０８［Ω・ｃｍ］、導電性金属スリーブ９０を用いた場合で４．８×１０１０［Ω・ｃｍ］である。上述したように、体積抵抗値ρ０を基準値として、規定体積抵抗値ρ１が定義されている。このため、規定体積抵抗値ρ１を３．２×１０８［Ω・ｃｍ］、基準の体積抵抗値ρ０を４．８×１０１０［Ω・ｃｍ］とすると、比例定数はａ＝ρ１／ρ０より、ａ＝６．７×１０−３となる。
【００９９】
従って、二成分現像剤１１にコート２キャリアを用いた場合、画像形成装置１における規定体積抵抗値ρ１は、画像形成装置２を用いて実験を行った場合の体積抵抗値ρ０を基準として、ρ１＝６．７×１０−３×ρ０により導出される。
【０１００】
なお、本発明に係る画像形成装置は、上記トナー濃度制御部により増加された上記トナー濃度に応じて、上記現像剤担持体に印加される電圧、上記像担持体の表面に上記静電潜像を形成する露光手段による露光エネルギー密度、または上記像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段による上記像担持体の帯電電位の何れかを制御することが好ましい。上記構成によれば、現像剤担持体と像担持体との電位差を小さくすることが可能となり、画像濃度の上昇を抑制することができる。これにより、トナー濃度の増加に伴うトナー帯電量の低下によって引き起こされる画像濃度の上昇を抑制することが可能となる。
【０１０１】
また、上記抵抗値測定部は、上記現像剤担持体に対向する対向電極と上記現像剤担持体との間において上記現像剤中を流れる電流値Ｉを計測する電流計測部を有し、上記現像剤担持体の電位Ｖｄと上記対向電極の電位Ｖｏとの電位差Ｖ＝｜Ｖｄ−Ｖｏ｜と、上記電流値Ｉとから、Ｒ＝Ｖ／Ｉにより抵抗値Ｒを測定するとともに、上記現像剤担持体の表面に保持された上記現像剤と上記対向電極との接触面積をＳ［ｃｍ２］、上記現像剤担持体と上記対向電極とのギャップをｄ［ｃｍ］としたときに、ρ＝Ｒ・Ｓ／ｄにより体積抵抗値ρ［Ω・ｃｍ］を測定することが好ましい。上記構成によれば、確実に体積抵抗値ρを算出することができる。
【０１０２】
さらに、上記トナー濃度検出手段は、さらに、上記トナー濃度の濃度値を示す濃度信号を上記抵抗値測定部に出力しており、上記抵抗値測定部は、上記濃度信号を複数回受信することによって、上記現像剤ユニット内のトナー濃度が安定し、かつ所定のトナー濃度に到達しているか否かを判定し、上記所定のトナー濃度に到達しているときに、上記現像剤の体積抵抗値を測定することが好ましい。上記構成によれば、抵抗値測定部は、所定のトナー濃度に到達しているときに、現像剤の体積抵抗値を測定するため、トナー濃度が実際よりも低く検出されることにより、現像剤の体積抵抗値が実際より低く測定されることがなくなる。これにより、キャリア劣化を誤検知してしまうことがなくなるため、安定的にかつ信頼性の高い体積抵抗値の測定を行うことが可能となる。
【０１０３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明に係る画像形成装置は、磁性キャリアを含む二成分現像剤を用いた電子写真式画像形成システムを適用した、例えば、レーザプリンタや複写機、複合機等に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の実験用装置を示す模式図である。
【図３】図２に示す実験用装置によって測定された、磁性キャリアの抵抗値の経過時間依存性を示す図である。
【図４】図２に示す実験用装置によって測定された、二成分現像剤のトナー濃度と抵抗値との相関関係を示す図である。
【図５】二成分現像剤のトナー濃度とトナー帯電量との相関関係を示す図である。
【図６】トナー帯電量の低下に伴うトナーの帯電量分布の変動の一例を示す図である。
【図７】図１に示す画像形成装置における、処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】図１に示す画像形成装置における、二成分現像剤の体積抵抗値を導出する過程を説明するための図である。
【図９】対向電極として導電性金属スリーブを用いた画像形成装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図１０】同一コアに対して異なるコーティングを施した磁性キャリアを用いた二成分現像剤について、像担持体の表面におけるＡ４用紙一枚当りのキャリア付着個数の現像バイアス依存性を示す図である。
【図１１】図１０に示す各二成分現像剤について、現像剤担持体と導電性金属スリーブとの電位差を４００［Ｖ］とした場合の、二成分現像剤の体積抵抗値と、像担持体の表面におけるＡ４用紙一枚当りのキャリア付着個数との相関関係を示す図である。
【図１２】二成分現像剤の体積抵抗値を測定するときの対向電極として、現像剤規制部材または導電性金属スリーブを用いた場合の、現像剤担持体と対向電極との電位差と、二成分現像剤の体積抵抗値との相関関係の一例を示す図である。
【図１３】抵抗値の異なる２種類の磁性キャリアを含む二成分現像剤を用いた場合の、像担持体の表面におけるＡ４用紙１枚当りのキャリア付着個数との現像バイアス依存性を示す図である。
【図１４】（ａ）および（ｂ）は、二成分現像剤を用いた従来の画像形成装置において、現像剤担持体と像担持体との間に作用する電界によって生じる誘導帯電現象を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１、２    画像形成装置
１０    現像ユニット
１１    二成分現像剤（現像剤）
１２    現像剤担持体
１３    現像剤規制部材（現像剤規制部材、対向電極）
１５    トナー濃度センサ（トナー濃度検出手段）
２１    抵抗値測定部
２２    抵抗値判定部
２３    規定抵抗値記憶部
２４    トナー濃度制御部
２５    濃度判定部
２６    規定濃度記憶部
２７    表示制御部（警告手段）
３０    像担持体
４０    トナーホッパー（トナー供給手段）
９０    導電性金属スリーブ（導電性金属スリーブ、対向電極）
９１    クリーニングブレード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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