(57)【要約】【課題】長期にわたる画像形成後においても、環境やキャリアの帯電量の影響を受けることなく、高メンテナンス性と高画質高安定を有しつつ、現像装置が収容する現像剤量の長期安定性を簡易な構成で実現した画像形成装置を提供する。【解決手段】現像装置１に補給する、現像剤カートリッジ５から現像装置１へトナー及びキャリアを含む補給現像剤の補給を行なう画像形成装置において、現像装置１に補給する現像剤量を予測する補給現像剤量予測手段と、画像形成時以外の像担持体２８と現像剤担持体３間のかぶり取り電位を、画像形成時より大きくし、現像装置１から像担持体２８表面へキャリアの排出を行ない、排出キャリア量検出手段１１がそのキャリア量を検出し、補給現像剤量予測手段による補給現像剤量予測値と、排出キャリア量検出手段１１の排出キャリア量検出値との差分から、現像装置１から像担持体２８上へ排出するキャリア量を変更する。【選択図】        図８
2004226658.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、トナーとキャリアを含む現像剤を前記像担持体へと搬送する現像剤担持体を備え、前記現像剤を収容して、前記静電潜像を現像する現像装置と、該現像装置に補給する、トナー及びキャリアを含む補給現像剤を収容した現像剤カートリッジと、該現像剤カートリッジから前記現像装置へ前記補給現像剤の補給を行なう補給機構と、を具備する画像形成装置において、
更に、前記現像剤カートリッジから前記現像装置に補給する現像剤量を予測する補給現像剤量予測手段と、
画像形成時以外の前記像担持体と前記現像剤担持体間のかぶり取り電位を、画像形成時の前記像担持体上の非画像部と前記現像剤担持体間のかぶり取り電位より大きくし、前記現像装置から前記像担持体表面へキャリアの排出を行なう機構と、前記画像形成時以外に前記現像装置から前記像担持体表面に排出したキャリア量を検出する排出キャリア量検出手段と、を有し、
前記補給現像剤量予測手段による補給現像剤量予測値と、前記排出キャリア量検出手段の排出キャリア量検出値との差分から、前記現像装置から前記像担持体上へ排出するキャリア量を変更することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式又は静電記録方式を用いた複写機やプリンタ及びファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像形成装置、その中でも特に有彩色の画像形成を行う画像形成装置において、電子写真方式にて、感光ドラム等の像担持体上に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像する現像剤として、非磁性トナーと磁性キャリアを混合して現像剤として使用する二成分現像方式が広く利用されている。
【０００３】
二成分現像方式は現在提案されている他の現像方式に比較して、画質の安定性、装置の耐久性等の長所を備えている一方、長期の耐久による現像剤の劣化、特にキャリアの劣化が不可避であったため、画像形成装置の長期使用に伴い、現像動作を行う現像装置に収容された現像剤の交換という作業を行う必要がある。
【０００４】
この問題に対する解決策として従来よりいくつかの方式が提案されている。例えば、特許文献１によると、「キヤリアとトナーを撹拌する撹拌手段と、同撹拌手段で撹拌された現像剤を感光ドラムへ供給する現像ロールとを備えた電子写真複写機用現像装置において、前記撹拌手段の上方にキヤリア補給装置とトナー補給装置とを分離しまたは一体化して設け、現像装置ハウジングの側壁に現像剤溢出部を設けたため、新しい現像剤を前記補給装置により少しづつ補給するとともに前記現像剤溢出部より排出することができ、前記現像装置ハウジング内の現像剤の特性を一定に維持させることができ、その結果、複写物の画質も一定に保持させることができる。また本発明においては、前記現像装置ハウジング内の古くなつた現像剤は前記現像剤溢出部より順次自動的に排出されるため、従来のもののように、現像装置を複写機より外し、同装置のハウジング内の古い現像剤を取出し、新しい現像剤を再充填した後、再び現像装置を取付けるといった面倒な現像剤交換作業が不必要となり、しかも現像剤飛散が防止されて衛生的である。」と記載されている。
【０００５】
つまり、現像装置内部において、収容されている現像剤のうち、劣化した現像剤（キャリア）を新しいものと徐々に入れ替えていくことで、見かけ上のキャリアの劣化進行が止まり、現像剤全体としては特性が安定する。これによって現像剤交換という作業を不要にし、メンテナンス性を向上させているのである。
【０００６】
一方、特許文献２によると、「長期の使用による現像剤の劣化は、キャリア表面にトナーが固着する所謂トナースペントと、トナーから離脱した外添剤がキャリア表面に付着する所謂外添剤付着の２つが大きな原因である。キャリアに比べてトナーの抵抗率は高いため、トナースペントが進行していくとキャリアの抵抗率は高くなる。キャリアはトナーと接触し摩擦帯電することで、トナーと逆極性に帯電するが、現像スリーブや空気中に放電することで徐々に減衰する。しかし、トナースペントが起こり抵抗率が高くなると減衰しづらくなるため、初期キャリアに比べてトリボが高くなる。トリボの高い劣化キャリアは初期キャリアより、かぶり取り電位（トナーに対し、感光ドラムから現像スリーブ側に力が働く電位：Ｖｂａｃｋ電位）によって感光ドラムに現像され易い。また、外添剤付着量が多いとスペーサー効果によって、キャリアはトナーや現像スリーブから離れやすい。従って現像剤を、現像スリーブから感光ドラム上に、かぶり取り電位によって現像することで、劣化現像剤を優先的に排出することができる。」と記載されている。
【０００７】
一般に、現像装置に設けられ、現像剤を担持搬送する現像手段としての現像剤担持体（現像スリーブ）には、現像剤を像担持体（感光ドラム）上の静電潜像に付着するために現像バイアスが印加されている。例えば、現像バイアスとして、直流電圧に重畳させて交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆に、画像の非画像部（白地部）にトナーが付着してしまう「かぶり」という現象が発生しやすくなるという危険も生じる。このため通常、現像剤担持体に印加する現像バイアスの直流電圧の電圧と像担持体上に形成される画像の、現像剤がのらない部分である非画像部（白地部）電位との間に適当な電位差を設けることにより、かぶり防止を実現している。そして、像担持体に形成された画像の白地部電位と現像バイアスの直流分の差がかぶり取り電圧となり、静電潜像の現像剤がのる部分（画像部）の電位と現像剤担持体に印加される現像バイアスの直流分の差が現像剤担持体から像担持体にトナー付着させるためのコントラスト電位となる。
【０００８】
つまり、トナーに対し像担持体から現像剤担持体側に力が働く電位、即ちかぶり取り電位によって劣化したキャリアが優先的に像担持体上に付着することを利用して、像担持体へのキャリアの排出を行う機構を設け、一方で、新しいキャリアと徐々に入れ替えていくことで現像剤交換という作業を不用にし、メンテナンス性が向上するばかりでなく、現像剤全体の特性が安定するレベルを高めているのである。
【０００９】
【特許文献１】
特公平２−２１５９１号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１９５４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年フルカラー複写機／プリンタの市場が拡大し、様々な機能が要求されている中で、例えば高画質高安定を追求した画像形成装置が多く製品化されており、今後も市場の主流のひとつになっていくと思われる。
【００１１】
しかし、特許文献１に記載された、現像装置内部において、収容されている現像剤のうち、劣化した現像剤（キャリア）を新しいものと徐々に入れ替えていく画像形成装置では、現像装置を構成する、現像剤が収容される現像容器（現像ハウジング）の側面に設けた現像剤溢出部から溢れた分の現像剤を排出するので、現像装置に収容される現像剤量は安定するものの、補給されたばかりでまだ劣化していないキャリアも一緒に排出してしまうため、現像装置内に収容されるキャリアは、長期の使用に従って著しく劣化したキャリアと軽微な劣化キャリアが混在した状態になる。よって、見かけ上のキャリアの劣化進行が止まり、現像剤全体としては特性が安定するとはいえ、安定するレベルが初期よりかなり悪化したレベルになってしまう。
【００１２】
つまり、現像剤の交換が不要になりメンテナンス性は向上するが、現像剤の特性としては低いレベルでの安定であり、高画質を維持するにはほど遠いものであった。
【００１３】
更に、現像剤の排出を行なうための、例えば、現像剤の排出経路等の画像形成には不必要な部材が必要となるため、画像形成装置の構造が複雑になり、コストが高くなっていた。
【００１４】
一方、特許文献２に記載された、劣化したキャリアを優先的に像担持体（感光ドラム）上に排出し、且つ、新しいキャリアを補給する構成の画像形成装置では、現像剤の特性は高いレベルで安定するものの、長期にわたる画像形成中における環境変動やキャリアの劣化による、キャリア帯電量の変動が考慮されてない。そのため、キャリア帯電量の変動によって、Ｖｂａｃｋ電位に対する像担持体上へのキャリア付着量が変動すると、現像装置に補給するキャリア量と現像装置から排出するキャリア量が同量とならなかった。
【００１５】
例えば、高湿環境下や長期にわたる画像形成後等のキャリアの帯電量が小さい、つまり、キャリアがＶｂａｃｋ電位に対して像担持体上に付着しにくい場合、補給キャリア量よりも排出キャリア量が少なくなる。このようなキャリアの過補給状態が続くと現像装置内の現像剤量は増加し、現像装置からの現像剤の漏れや現像剤の攪拌不良による白地部へのトナーかぶり等の問題が発生していた。
【００１６】
反対に、低湿環境下等のキャリアの帯電量が大きい、つまり、キャリアがＶｂａｃｋ電位に対して像担持体上に付着しやすい場合、補給キャリア量よりも排出キャリア量が多くなり、このようなキャリアの減補給状態が続くと、現像装置内の現像剤量は減少し、現像剤担持体上の現像剤量の低下やムラが生じ、エッジ強調や濃度低下、濃度ムラ等の画像欠陥が発生していた。つまり、劣化したキャリアを優先的に像担持体上に排出するため、現像剤は高いレベルの特性を維持するが、現像装置に収容される現像剤量を安定して維持することができず、画像濃度低下や画像濃度ムラ等の画質低下や、様々な問題を引き起こしていた。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、自動的に新しい現像剤が補給され、劣化した現像剤が排出される現像装置において、長期にわたる画像形成後においても、環境やキャリアの帯電量の影響を受けることなく、高メンテナンス性と高画質高安定を有しつつ、現像装置が収容する現像剤量の長期安定性を簡易な構成で実現した画像形成装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、下記の構成を特徴とする画像形成装置を提供する。
【００１９】
（１）表面に静電潜像が形成される像担持体と、トナーとキャリアを含む現像剤を前記像担持体へと搬送する現像剤担持体を備え、前記現像剤を収容して、前記静電潜像を現像する現像装置と、該現像装置に補給する、トナー及びキャリアを含む補給現像剤を収容した現像剤カートリッジと、該現像剤カートリッジから前記現像装置へ前記補給現像剤の補給を行なう補給機構と、を具備する画像形成装置において、
更に、前記現像剤カートリッジから前記現像装置に補給する現像剤量を予測する補給現像剤量予測手段と、
画像形成時以外の前記像担持体と前記現像剤担持体間のかぶり取り電位を、画像形成時の前記像担持体上の非画像部と前記現像剤担持体間のかぶり取り電位より大きくし、前記現像装置から前記像担持体表面へキャリアの排出を行なう機構と、前記画像形成時以外に前記現像装置から前記像担持体表面に排出したキャリア量を検出する排出キャリア量検出手段と、を有し、
前記補給現像剤量予測手段による補給現像剤量予測値と、前記排出キャリア量検出手段の排出キャリア量検出値との差分から、前記現像装置から前記像担持体上へ排出するキャリア量を変更することを特徴とする画像形成装置。
【００２０】
（２）前記排出キャリア量検出手段は、前記像担持体表面へ光を照射し、前記像担持体表面からの反射光量から、前記像担持体表面に排出されたキャリア量を検出することを特徴とする（１）の画像形成装置。
【００２１】
（３）前記補給現像剤量予測手段が、前記像担持体上に形成される前記静電潜像の画素数の積算値を検出するビデオカウント装置であることを特徴とする（１）又は（２）の画像形成装置。
【００２２】
（４）前記補給現像剤量予測手段が、前記現像剤補給容器から前記現像装置に現像剤を搬送する補給搬送部材の駆動時間を検出することを特徴とする（１）又は（２）の画像形成装置。
【００２３】
（５）前記画像形成時以外の前記像担持体と前記現像剤担持体間のかぶり取り電位を変更することにより、前記現像装置から前記像担持体上へ排出するキャリア量を変更することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００２４】
（６）前記現像剤担持体に印加する現像バイアス電位が可変であり、前記画像形成時以外の前記現像バイアス電位を変えることにより、前記画像形成時以外の前記像担持体と前記現像剤担持体間のかぶり取り電位を変更することを特徴とする（５）の画像形成装置。
【００２５】
（７）前記現像剤担持体に印加する現像バイアスを前記画像形成時以外は直流バイアスとすることを特徴とする（６）の画像形成装置。
【００２６】
（８）前記像担持体表面の帯電電位が自在に可変であり、前記画像形成時以外の前記像担持体表面の帯電電位を変えることにより、前記画像形成時以外の前記像担持体と前記現像剤担持体間のかぶり取り電位を変更することを特徴とする（５）の画像形成装置。
【００２７】
（９）更に、前記像担持体上に付着した現像剤を前記像担持体から除去して回収するクリーニング装置を有し、前記現像装置から前記像担持体上に排出したキャリアを、前記クリーニング装置で回収することを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００２８】
（１０）前記クリーニング装置は、磁気ブラシクリーニング装置であることを特徴とする（９）の画像形成装置。
【００２９】
（１１）少なくとも磁界発生手段を内包し、前記像担持体と所定間隔で対向する回収部材と、回収容器と、を有し、前記現像装置から前記像担持体上に排出したキャリアを、前記回収部材内の磁界発生手段の磁力により回収するキャリア回収装置が設けられることを特徴とする（１）〜（８）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００３０】
（１２）前記像担持体表面と前記回収部材間の電位差により、前記像担持体上のキャリアを回収することを特徴とする（１１）の画像形成装置。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３２】
実施例１
図８はこの現像装置を用いた画像形成装置を説明する図、又、図９は本実施例の現像装置１、そして、図１０は現像装置１に補給する現像剤を収容する現像剤カートリッジ５を説明する図である。
【００３３】
まず画像形成装置全体の動作について説明する。図８において、まず一次帯電器２１によって帯電された像担持体としての感光ドラム２８表面を露光手段であるレーザー２２によって露光することで感光ドラム２８上に静電潜像を形成し、この潜像を現像装置１によって現像して感光ドラム２８上に現像剤像（トナー像）を形成する。このトナー像が転写帯電器２３による転写バイアスによって、転写ベルト２４によって搬送される転写材である記録紙２７に転写された後、記録紙２７は転写ベルト２４から剥離され、定着器２５によって加圧／加熱され、永久画像を得る。転写後に感光ドラム２８上に残った残トナーはクリーナ２６により除去され、次の画像形成に備える。
【００３４】
次に、感光ドラム２８上に形成された静電潜像を現像する現像装置１について、図９を用いて詳しく説明する。
【００３５】
現像装置１には、現像容器２内に非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤が略２００ｇ収容されており、その混合比は重量比でおおよそ７：９３程度である。この比はトナーの帯電量、キャリア粒径、画像形成装置の構成等で適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければいけないものではない。
【００３６】
現像容器２は感光ドラム２８に対向した現像領域が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像剤担持体である現像スリーブ３が回転可能に配置されている。現像スリーブ３は、磁界発生手段である固定のマグネット４を内包する非磁性材料で構成され、現像動作時には図９の矢印方向に回転し、現像容器２内の二成分現像剤を層状に保持して現像領域に担持搬送し、感光ドラム２８と対向する現像領域に二成分現像剤を供給して、上記に説明した画像形成装置側の作用にて感光ドラム２８に形成されている静電潜像を現像する。
【００３７】
静電潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ３の回転に従って搬送され、現像容器２内に回収される。又、現像容器２には、攪拌搬送部材である、第１現像剤循環スクリュー２ａ（現像スリーブ３に近い側）、第２現像剤循環スクリュー２ｂ（現像スリーブ３から遠い側）が設置され、それらにより現像剤が現像容器２内を循環し、又、混合攪拌される。現像剤循環の方向は、本実施例では第１現像剤循環スクリュー２ａ側で図９の手前側から奥側に向かう方向、第２現像剤循環スクリュー２ｂ側では図９の奥側から手前側に向かう方向である。
【００３８】
現像装置１にて消費された現像剤は、現像剤カートリッジ５より補給される。その補給機構について説明する。現像剤カートリッジ５は図１０に示すように、略円筒形で画像形成装置本体から容易に脱着可能である。現像剤カートリッジ５を画像形成装置に手前側から挿入し、手前側の把手５ａを右側にひねることで回転し、現像剤補給口６が開口する。逆に、現像剤カートリッジ５を画像形成装置から離脱する際には把手５ａを左側にひねることで開口部が閉じ、内包する粉体が外部にもれることはない。又、現像剤カートリッジ５内には、補給される現像剤を攪拌するための攪拌部材７が内蔵されている。図１０に現像剤カートリッジ５の内部が一部示されているが、攪拌部材７はこれに示したように樹脂フィルム等をらせん状にしたものを剛体の軸で回転駆動するようにしたもので、適宜回転することで現像剤カートリッジ５内の現像剤を攪拌し、又、現像剤の補給を補助する。
【００３９】
画像形成によって消費された分の現像剤は、攪拌部材７の回転力と重力によって、現像剤カートリッジ５から現像剤補給口６を通過して、現像容器２に配設された補給搬送部材である補給スクリュー８へと搬送され、補給スクリュー８の回転に従い現像容器２内に補給される。現像容器２に補給された現像剤は、現像容器２内で前記に記載されたように、現像容器２内に設けられた第１及び第２の現像剤循環スクリュー２ａ、２ｂにより、既に現像容器２内に収容されている現像剤と混合攪拌されながら、循環する。
【００４０】
このような補給機構によって、現像剤カートリッジ５から現像装置１に現像剤が補給される。この補給現像剤のトナー及びキャリアの混合比は重量比で８：２程度であるが、特にこの数値に限定されるものではない。即ち現像容器２内の二成分現像剤の比に対してトナー量が圧倒的に多く、体積比を考えればトナー中にキャリアが微量混合されているものと考えることもできる。つまり、画像形成によって消費されたトナーを補う際に、微量のキャリアを徐々に補給していくことになる。
【００４１】
補給される現像剤のキャリアの比が多くなれば同じ量のトナー補給でキャリアの入れ替わり量が多くなり、現像装置１内の二成分現像剤はフレッシュな状態に近づくが、その分キャリアの消費量が多くなる。そのためそれぞれの装置において適当な混合比を別途定めるのが好ましい。
【００４２】
又、二成分現像剤の補給量は補給搬送部材である補給スクリュー８の回転数によっておおよそ定められるが、この回転数は図示しない現像剤補給量制御手段によって制御される。補給量は、補給現像剤量予測手段として設けられている後に詳しく説明するビデオカウント装置による補給現像剤量予測量と同量である。
【００４３】
次に、本実施例にて用いられる二成分現像剤について説明する。本実施例の二成分現像剤に含まれるトナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子と、を有している。そして、トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は５μｍ以上８μｍ以下が好ましい。本実施例では７．０μｍであった。
【００４４】
又、キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライト等が好適に使用化能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、キャリアは、重量平均粒径が２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであり、抵抗率が１０７Ωｃｍ以上、好ましくは１０８Ωｃｍ以上である。本実施例では１０８Ωｃｍのものを用いた。
【００４５】
尚、本実施例にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定した。
【００４６】
測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）、個数平均分布、体積平均分布を出力するためのインターフェース（日科機製）及びＣＸ−Ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン製）を使用し、電界水溶液として、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液を使用した。
【００４７】
測定方法は、上記の電界水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１ｍｌ加え、測定試料を０．５〜５０ｍｇ加え、試料を懸濁した電界水溶液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、上記のコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める方法を採用した。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得る。
【００４８】
又、本実施例にて用いられるキャリアの抵抗率は、測定電極面積４ｃｍ、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いて、片方の電極に１ｋｇの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。
【００４９】
上記のような二成分現像方式を採用した画像形成装置は、画質の安定性、装置の耐久性等のに優れているが、長期の耐久による現像剤の劣化、特にキャリアの劣化が不可避であったため、画像形成装置の長期使用に伴い、現像動作を行う現像装置に収容された現像剤の交換という作業を行う。
【００５０】
本発明の画像形成装置は、現像剤カートリッジ５から現像装置２に新しい現像剤を補給し、劣化したキャリアに関しては、従来にて説明したかぶり取り電位によって劣化したキャリアが優先的に感光ドラム２８上に付着することを利用して、感光ドラム２８へキャリアの排出を行う機構が設けられている。感光ドラム２８に排出されたキャリアはクリーニング装置２６によって回収される。
【００５１】
つまり、劣化したキャリアを感光ドラム２８表面に排出し、一方で、現像剤カートリッジ５から新しいキャリアと徐々に入れ替えていくことで、現像容器２内においての現像剤交換という作業を不用にした構成である。
【００５２】
こうした構成により常に安定した現像剤量を維持するため、本発明の画像形成装置では、現像装置１にて消費された現像剤量だけ補給するように、補給現像剤量予測手段、本実施例では図示しないビデオカウント装置と、感光ドラム２８表面に排出された排出キャリア量検出手段、本実施例では光学サンサー１１と、を具備している。
【００５３】
補給現像剤予測手段であるビデオカウント装置は、感光ドラム２８上に形成される画像の画素数の積算値を検出しており、その検出値から画像形成で消費されるトナー量が予測可能である。
【００５４】
排出キャリア量検出手段としての光学センサー１１は、図６（ａ）に示すように、ＬＥＤ１１ｃを備えた発光面１１ａとフォトダイオード１１ｄを備えた受光面１１ｂから構成され、図６（ｂ）のようにＬＥＤ１１ｃから照射されたレーザーは感光ドラム２８表面で反射し、反射光はフォトダイオード１１ｄで受光され、光電流へと変換される。尚、光学センサー１１は、図８に示すように、感光ドラム２８の周面に対向させて、感光ドラム２８表面から略２ｍｍ程度離間して備え付けられている。そして、その配置は現像装置１と転写ベルト２４対向面との間に設置されている。
【００５５】
そして、現像装置１の現像スリーブ３と感光ドラム２８との対向部つまり現像位置にて、現像スリーブ３から感光ドラム２８表面へキャリアが排出されて、排出されたキャリアが担持された面が光学センサー１１によって光が照射されて、その反射光量より排出キャリア量が検知される。
【００５６】
図７に、感光ドラム２８上の単位面積（ｍｍ２）当たりのキャリア量と光電流との関係を示す。本実施例で用いるキャリアは黒色であるため、感光ドラム２８上のキャリア付着量の増加に伴い、感光ドラム２８表面からの反射光量は減少し、そのため、光電流も減少する。
【００５７】
本実施例では、図６（ａ）（ｂ）に示した光学センサー１１を排出キャリア量検出手段として用いたが、排出キャリア量検出手段は特にこの光学センサー１１に限定されるものではなく、高精度で感光ドラム２８上のキャリア付着量を検出可能な方式を適宜選択すればよく、例えば、感光ドラム２８上の磁化量を検出する手法でもよい。
【００５８】
次に、現像剤の排出方法について図２、３を用いて詳しく説明する。図３は、図８の画像形成装置を上方向から示したもので、クリーニング装置２６と現像装置１との間に感光ドラム２８が配置されている様子を示したものである。
【００５９】
感光ドラム２８表面に、画像形成域２８ａと非画像形成域２８ｂが示されている。画像形成領域２８ａは、上記に説明した構成の各画像形成手段により、転写材である記録紙２７一枚分の画像が形成される領域であり、非画像形成領域２８ｂは、紙間領域等の画像形成がなされてない領域である。
【００６０】
図３では、非画像形成域２８ｂは画像形成域２８ａ間にあり、感光ドラム２８周方向の幅で略１５ｍｍである。キャリアの排出はこの非画像形成域２８ｂにのみ行なう。よって、画像形成域２８ａにはキャリア付着、白地部へのトナーかぶり等の現像剤排出に伴う画像不良は起こらない。
【００６１】
図２は、一次帯電器２１によって帯電された感光ドラム２８表面をレーザー２２によって露光した後の、感光ドラム２８回転方向の感光ドラム２８上電位と現像装置１に印加される現像バイアス電位を表している。
【００６２】
感光ドラム２８は一次帯電器２１によって−７００Ｖに一様に帯電され、画像形成域２８ａでは、画像部がレーザ２２によって露光され−２００Ｖになる。現像バイアスは直流成分に交流成分を重畳したバイアス（以下ＡＣ＋ＤＣ現像バイアス）で、交流成分の振幅は９００Ｖ、直流成分電位は−５５０Ｖであり、−２００Ｖと−５５０Ｖとの差である現像電位（Ｖｃｏｎｔ電位）の３５０Ｖでドラム２８上にトナーが現像され、非画像部（白地部）は−７００Ｖと−５５０との差であるかぶり取り電位（Ｖｂａｃｋ電位）の１５０Ｖでドラム２８上からかぶりトナーが現像スリーブ３側に引き戻される。
【００６３】
図４に示す、（ａ）ＡＣ＋ＤＣ現像バイアスにおけるＶｂａｃｋ電位とキャリア付着量の関係からわかるように、画像形成領域２８ａでの１５０ＶのＶｂａｃｋ電位では、キャリアに働く感光ドラム２８側に引き付ける静電気的な力が、現像スリーブ３の磁気力によって現像スリーブ３側に引き付ける力より弱いので、キャリアが感光ドラム２８上に付着することはない。
【００６４】
感光ドラム２８上の非画像形成域２８ｂでは、画像形成域２８ａと同様に感光ドラム２８は−７００Ｖに帯電しており、現像バイアスは電位が−３５０〜−５５０Ｖの範囲で可変である。
【００６５】
図４のように、この場合は、現像バイアスの電位がＶｂａｃｋを増加する方向に変化するので、Ｖｂａｃｋが２００Ｖを超えた時に、感光ドラム２８上へのキャリア付着が起こり、この際に感光ドラム２８上に付着するキャリアは劣化したキャリアが優先的である。又、感光ドラム２８上に付着したキャリアは感光ドラム２８上で搬送されてクリーニング装置２６で回収される。
【００６６】
長期の使用による現像剤の劣化は、キャリア表面にトナーが固着する所謂トナースペントと、トナーから離脱した外添剤がキャリア表面に付着する所謂外添剤付着の２つが大きな原因である。
【００６７】
キャリアに比べてトナーの抵抗率は高いため、トナースペントが進行していくとキャリアの抵抗率は高くなる。キャリアはトナーと接触し摩擦帯電することで、トナーと逆極性に帯電するが、現像スリーブ３や空気中に放電することで徐々に減衰する。
【００６８】
しかし、トナースペントが起こり抵抗率が高くなると減衰しにくくなるため、初期キャリアに比べてトリボが高くなる。トリボの高い劣化キャリアは初期キャリアより、かぶり取り電位Ｖｂａｃｋによって感光ドラム２８に現像され易い。
【００６９】
又、外添剤付着量が多いとスペーサ効果によって、キャリアはトナーや現像スリーブ３から離れやすい。つまり、所謂劣化したキャリアほどＶｂａｃｋ電位によって感光ドラム２８に現像されやすい。
【００７０】
一方、上記の現像剤排出を感光ドラム２８上の画像形成域２８ａに行なうことは白地部へのキャリア付着、トナーかぶり等の画質の観点から実質的に不可能であるため、現像剤の排出は、上記に説明したように、非画像形成域２８ｂにおいて行なう必要がある。この感光ドラム２８上の非画像形成域には、感光ドラム２８の長手方向の端部と回転方向の非画像域の２つがあるが、長手方向の端部に現像剤排出域を設けると、画像形成装置全体が大型化してしまい、画像形成装置自体のコストの増加を引き起こす。しかし、現像剤の排出を回転方向の非画像域で行なえば、上記の問題が解消される。
【００７１】
ところで、二成分現像方式では現像装置１に収容される二成分現像剤のトナー濃度を一定に保つことが重要である。そのため、毎画像形成後に画像形成で消費したトナー量と同量のトナーを補給する必要があり、トナーに微量のキャリアを混合した二成分現像剤を補給する場合では、現像装置１内に補給されるキャリア量はトナー消費量、つまり画像濃度に依存する。そこで、本発明における画像形成装置には補給現像剤量予測手段を設けており、その予測値から毎画像形成後に現像装置１に補給されるキャリア量を予測している。
【００７２】
そして、長期の画像形成時において現像装置１が収容する現像剤量を所定量に維持することは、画質の観点から非常に重要なことであるが、二成分現像剤を用いた画像形成装置において、現像剤量を安定させることは、補給されるキャリア量と排出するキャリア量を同量にすることと同義である。
【００７３】
従って、本発明においては感光ドラム２８上のキャリア量を検出する排出キャリア量検出手段により、現像装置１から感光ドラム２８上に排出されたキャリア量を検出し、その検出値と補給現像剤量予測手段から得られる、現像装置１へ補給されるキャリア量との差分量を求め、その差分量によりＶｂａｃｋ電位を適宜変え、現像装置から感光ドラム上へ排出するキャリア量が補給されるキャリア量と同量となるようにしている。
【００７４】
次に、本実施例における特徴な部分である、非画像形成域２８ｂを現像する際のＶｂａｃｋ電位の決定方法について説明する。
【００７５】
図１は、ビデオカウント装置の検出値と光学センサー１１の検出値から非画像形成域２８ｂのＶｂａｃｋ電位を決定する手順を示したものである。
【００７６】
ビデオカウント装置の検出値は感光ドラム２８上に形成される画像の画素数の積算値、つまり、画像濃度を示すものであり、この検出値からステップＳ３ａにて画像形成で消費されるトナー量の予測値を求める。ステップＳ４ａにて予測消費トナー量から予測補給現像剤量、ステップＳ５ａにて予測補給キャリア量（Ｗｓ）が予測される。そして、画像形成後には、消費されたトナーと同量のトナーを含んだ量の二成分現像剤が現像装置に補給される。
【００７７】
一方、画像形成装置の制御機構に記憶された、図７に示す光学センサー１１の検出値とキャリア付着量との関係より、ステップＳ２ｂにて光学センサー１１の検出値から排出キャリア量（Ｗｒ）が検出される。
【００７８】
そして、ステップＳ１ｃにて、ビデオカウント装置によりステップＳ５ａにて求められた予測補給キャリア量（Ｗｓ）と光学センサー１１によりステップＳ２ｂにて求められた排出キャリア量（Ｗｒ）の差分量（ΔＷ＝Ｗｓ−Ｗｒ）を求め、それから現像バイアス電位を適宜変えて（ステップＳ２ｃ）、Ｖｂａｃｋ電位を定めている（ステップＳ３ｃ）。
【００７９】
上記の動作を具体的に説明すると、上記の図８に示した画像形成装置による１枚目の画像形成動作開始から希望枚数までの画像形成動作終了までを１回の画像形成とするとき、画像形成装置が製造されてから複数回目の画像形成で、１枚目の画像形成において、１枚目の静電潜像が感光ドラム２８上に形成されて、その静電潜像よりビデオカウント装置によって、予測補給キャリア量Ｗｓが求められる。１枚目の静電潜像が現像される前の時点では、非画像形成時のキャリア排出におけるＶｂａｃｋは、前回の画像形成における設定値である。よって、１枚目の画像が現像される前に排出されるキャリア量は、前回の画像形成の時と同様であり、それがＷｒとして光学センサー１１によって検知される。そして、ここで求められたＷｒを元に１枚目の画像の下流の非画像形成部に排出されるキャリア量は、上記の制御により求められたΔＷより、改めてＶｂａｃｋ電位が定められ、今回の１枚分の画像形成により消費されるキャリアと同量のキャリアを排出することができる。尚、２枚以上の連続画像形成においては、各画像の紙間にてキャリア排出が行われるが、最終枚数目の画像形成後には、キャリア排出は行われず、来会の１枚目の画像形成前に今回の設定でキャリア排出がなされる。
【００８０】
又は、今回が工場から出荷されて最初の画像形成の場合はキャリアは排出されていないので、光学センサー１１により検知される排出キャリア量Ｗｒは０であり、ΔＷ＝Ｗｓとなるので、１枚目の画像形成後の非画像形成部に排出されるキャリアは、予測補給キャリア量Ｗｓに基づいて非画像形成時のキャリア排出時の現像バイアス電位を変更してＶｂａｃｋを定める。
【００８１】
こうして、現像装置１に補給されるキャリア量と同量のキャリアを感光ドラム２８上に排出することが可能となり、長期にわたる画像形成後においても、キャリア帯電量の変動の影響を受けることなく、現像装置内に収容される二成分現像剤量を初期と変わらず維持できる。
【００８２】
つまり、画像形成後に消費されたトナーと同量のトナーを含んだ量の二成分現像剤が現像装置に補給されるので、予測消費トナー量から予測補給現像剤量、そして予測補給キャリア量（Ｗｓ）が予測され、一方、光学センサー１１の検出値から排出キャリア量（Ｗｒ）が検出される。そして、上記の予測補給キャリア量（Ｗｓ）と排出キャリア量（Ｗｒ）の差分量（ΔＷ）から現像バイアス電位を適宜変えて、Ｖｂａｃｋ電位を定めている。そのため、現像装置に補給されるキャリア量と同量のキャリアを感光ドラム上に排出することが可能となり、長期にわたる画像形成後においても、キャリア帯電量の変動の影響を受けることなく、現像装置内に収容される二成分現像剤量を初期と変わらず維持できる。
【００８３】
ここで、長期にわたり画像形成を行なう際に、差分量ΔＷに基づいてＶｂａｃｋ電位を適宜変えてキャリアの排出量を変えた本実施例の画像形成装置と、Ｖｂａｃｋ電位を３２０Ｖの固定値として一定のキャリア量を排出する以外は本実施例と同構成の比較例の画像形成装置において、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に様々な環境における、現像装置１に収容される現像剤量の推移を示している。
【００８４】
常温常湿環境：図５（ａ）は、温度２０℃、湿度５０％の通常環境下において、Ａ４サイズで画像濃度が１５％の画像形成を長期にわたり行なった時の現像剤量の推移である。
【００８５】
画像形成時以外のＶｂａｃｋ電位を３２０Ｖの固定値で行なった比較例において、スタート時における現像装置１へのキャリア補給量と現像装置１からのキャリア排出量は実施例１と略同量である。しかし、画像形成枚数の増加に伴って、キャリアは劣化し、帯電量が低下するため、感光ドラム２８上に付着するキャリア量、つまり、排出キャリア量が減少し、現像装置１ではキャリアの過補給状態となる。そのため、現像装置１に収容される現像剤量は単調に増加し、特に、５０Ｋ枚を超えるとキャリアの帯電量が大幅に低下するため、現像剤量は大幅に増加し、１００Ｋ時には現像剤が５０ｇ増加する。この時、現像装置１から現像剤が溢れ始め、又、画像白地部へのトナーかぶりも目立つようになる。
【００８６】
しかし、本実施例においては、現像装置１に補給されるキャリア量と、現像装置１から排出されるキャリア量の差分量から、画像形成時以外のＶｂａｃｋ電位を適宜変える手法を用いることにより、現像装置１内の現像剤量の変化はほとんど起こらず、比較例のような現像剤溢出やトナーかぶり等の画像不良は起こらなかった。
【００８７】
高温高湿環境：図５（ｂ）はスタートから２０Ｋ枚までは前述の常温常湿環境下で、２０Ｋ枚から５０Ｋ枚までは温度３５度、湿度９０％の高温高湿環境下において、Ａ４サイズで画像濃度が１５％の画像形成を長期にわたり行なった時の現像剤量の推移である。
【００８８】
常温常湿環境下と比較して高温高湿環境下においては、キャリアの帯電量が大幅に低下するため、感光ドラム２８体上に付着するキャリア量、つまり、排出されるキャリア量が大幅に減少し、キャリアの過補給状態となる。そのため、５０Ｋ枚後には現像装置１に収容される現像剤量が５０ｇ増加する。この時、現像装置１から現像剤が溢れ始め、又、画像白地部へのトナーかぶりも目立つようになる。
【００８９】
しかし、本実施例のように、現像装置１に補給されるキャリア量と、現像装置１から排出されるキャリア量の差分量から、画像形成時以外のＶｂａｃｋ電位を適宜変える手法を用いることにより、上記のような現像剤量の変化は起こらず、上記のような現像剤溢出やトナーかぶり等の画像不良は起こらなかった。
【００９０】
低温低湿環境：図５（ｃ）はスタートから２０Ｋ枚までは前述の常温常湿環境下で、２０Ｋ枚から５０Ｋ枚までは温度１５度、湿度１０％の低温低湿環境下において、Ａ４サイズで画像濃度が１５％の画像形成を長期にわたり行なった時の現像剤量の推移である。
【００９１】
通常環境下と比較して低湿環境下においては、キャリアの帯電量が大幅に増加するため、感光ドラム２８上に付着するキャリア量、つまり、排出されるキャリア量が大幅に増加し、キャリアの減補給状態となる。そのため、５０Ｋ枚後には現像装置１に収容される現像剤量が５０ｇ減少した。この時、現像スリーブ３上の現像剤量は減少し、さらに、長手方向における現像剤量にムラが生じるため、エッジ強調、濃度低下、濃度ムラ等の画像不良が発生した。
【００９２】
しかし、本実施例のように、現像装置１に補給されるキャリア量と、現像装置１から排出されるキャリア量の差分量から、画像形成時以外のＶｂａｃｋ電位を適宜変える手法を用いることにより、上記のような現像剤量の変化は起こらず、エッジ強調、濃度低下、濃度ムラ等の画像不良は起こらなかった。
【００９３】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を用いて説明したように、本実施例の画像形成装置によって、周囲の環境に影響されずに、現像剤の交換が不要であるという高メンテナンス性と初期の画質を維持するという高画質高安定を有しつつ、長期にわたる画像形成後においても現像装置に収容される現像剤量が初期と変わらないという現像剤量の長期安定性を簡易な構成で実現することができる。
【００９４】
加えて、本発明はキャリアを感光ドラム上に排出する構成としているので、単色画像形成装置や、回転現像方式、タンデム方式等の様々な構成のフルカラー画像形成装置に適用することができる。
【００９５】
本実施例にて用いた感光ドラム上電位、現像バイアス、Ｖｃｏｎｔ電位、Ｖｂａｃｋ電位、非画像形成域幅等の値はこれらの値に限ったものではなく、現像剤や装置構成の違いによって適宜変わるものである。
【００９６】
本発明の構成によって、現像剤を自動交換してメンテナンス性を上げ、キャリアの排出を行なうための複雑な構成を必要とせず、長期にわたる画像形成後においても現像剤の状態を高いレベルで維持することができ、且つ、現像装置に収容される現像剤量を安定して維持可能な画像形成装置を提供することができる。
【００９７】
実施例２
次に本発明の実施例２について説明する。本実施例では、補給現像剤量の予測を補給搬送部材である補給スクリュー８の駆動時間を検出することによって行い、予測補給キャリア量Ｗｓを求め、画像形成時以外のＶｂａｃｋ電位の制御は、帯電電位を変えて、所定の大きさに設定することによって行う。その他の構成等は実施例１に記載した説明と同様である。
【００９８】
図１１は本実施例の特徴的な部分である、補給スクリュー８の駆動時間から画像形成時以外のＶｂａｃｋ電位を決定する手順を示したものである。
【００９９】
現像装置１への二成分現像剤の補給は、図示しない現像剤補給量制御手段によって現像剤補給量が決定され、補給スクリュー８が定められた回転数だけ回転することによって行なわれる。
【０１００】
このことから、本実施例では、図１１に示すステップＳ１ｂ〜Ｓ３ｂにて、補給スクリュー８の駆動時間として回転時間を検出しており、この検出値から、補給現像剤量は予測可能である。そして、ステップＳ４ｂにて、この予測補給現像剤量に含まれる予測補給キャリア量（Ｗｓ）と、実施例１と同様にステップＳ１ａ〜Ｓ２ａにて求められた光学センサー１１の検出値から得られる排出キャリア量（Ｗｒ）と、の差分量ΔＷから、ステップＳ１ｃ〜Ｓ３ｃにて、Ｖｂａｃｋ電位を適当な大きさに定めて、現像装置１に補給されるキャリア量と同量のキャリアを感光ドラム２８上に排出することが可能となる。
【０１０１】
そして、本実施例では帯電電位を変えることにより、所定のＶｂａｃｋ電位が得られるが、その方法について説明する。
【０１０２】
図１２は、図８に示される画像形成装置において、一次帯電器２１によって帯電された感光ドラム２８表面をレーザー２２によって露光した後の、感光ドラム２８回転方向の感光ドラム２８上電位と現像装置１の現像スリーブ３に印加される現像バイアス電位を表している。
【０１０３】
図１２によると、図３における画像形成域２８ａでは、一次帯電器２１によって−７００Ｖに一様に帯電され、画像部はレーザによって露光され−２００Ｖになる。現像バイアスはＡＣ＋ＤＣ現像バイアスで、交流成分の振幅は９００Ｖ、直流成分電位は−５５０Ｖであり、−２００Ｖと−５５０Ｖとの差である３５０Ｖの現像電位（Ｖｃｏｎｔ電位）で感光ドラム２８上にトナーが現像され、白地部は−７００Ｖと−５５０Ｖとの差である１５０Ｖのかぶり取り電位（Ｖｂａｃｋ電位）で感光ドラム２８上からかぶりトナーが現像スリーブ３側に引き戻される。
【０１０４】
図４に示す、（ａ）ＡＣ＋ＤＣ現像バイアスにおけるＶｂａｃｋ電位とキャリア付着量の関係からわかるように、１５０ＶのＶｂａｃｋ電位では、キャリアに働く感光ドラム２８側に引き付ける静電気的な力が、現像スリーブ３の磁気力によって現像スリーブ３側に引き付ける力より弱いので、キャリアが感光ドラム２８に付着することはない。
【０１０５】
そして、感光ドラム２８上の非画像形成域２８ｂにおける現像バイアスは画像形成域２８ａと同様であるが、帯電電位は−７００Ｖから−９００Ｖで可変である。すると、Ｖｂａｃｋは、−５５０Ｖとの差で、１５０Ｖから３５０Ｖとなる。つまり、実施例１においては現像バイアスを変更したところを本実施例では、帯電電位を変更することによって、Ｖｂａｃｋを調整している。
【０１０６】
図４に示される（ａ）ＡＣ電位＋ＤＣ電位現像バイアスにおけるＶｂａｃｋ電位とキャリア付着量からわかるように、この場合は、感光ドラム２８上へのキャリア付着が起こり、この際に感光ドラム２８表面に付着するキャリアは劣化したキャリアが優先的である。
【０１０７】
実施例１のようにビデオカウントによる補給現像剤量予測手段を用いた画像形成装置において、本実施例のような非画像形成時における帯電電位変更制御を行っても、本実施例のような、補給スクリュー８駆動時間検出による予測キャリア量検知を行う画像形成装置において、実施例１のような現像バイアス変更制御を行っても、同様の効果をあげることができる。
【０１０８】
上記の構成において、現像装置１に収容される現像剤量の安定性は実施例１と同等であり、その効果は図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した長期にわたる画像形成における現像剤量推移と同様である。
【０１０９】
本実施例にて用いた感光ドラム上電位、現像バイアス、Ｖｃｏｎｔ電位、Ｖｂａｃｋ電位、非画像形成域幅等の値はこれらの値に限ったものではなく、現像剤や装置構成の違いによって適宜変わるものである。
【０１１０】
以上説明したように、本発明の実施例２の画像形成装置によって、現像剤の交換が不要であるという高メンテナンス性と初期の画質を維持するという高画質高安定を有しつつ、長期にわたる画像形成後においても現像装置に収容される現像剤量が初期と変わらないという現像剤量の長期安定性を簡易な構成で実現することができる。
【０１１１】
実施例３
次に本発明の実施例３について説明する。本実施例では、実施例１の制御に加えて、更に非画像形成時における現像バイアスを直流バイアス（ＤＣ現像バイアス）に変更することで、現像装置１から感光ドラム２８上にキャリアの排出を行なっており、その他の構成は実施例１と同様である。
【０１１２】
図１３は本実施例において、帯電器２１によって帯電された感光ドラム２８表面をレーザー２２によって露光した後の、感光ドラム２８回転方向の感光ドラム２８上電位と現像装置１に印加される現像バイアス電位を表している。
【０１１３】
感光ドラム２８は一次帯電器２１によって−７００Ｖに一様に帯電され、画像形成域２８ａの画像部はレーザ２２によって露光され−２００Ｖになる。画像形成域２８ａを現像する時の現像バイアスはＡＣ＋ＤＣ現像バイアスで、交流成分の振幅は９００Ｖ、直流成分電位は−５５０Ｖであり、Ｖｃｏｎｔ電位が、その差をとって、３５０Ｖでドラム上にトナーが現像され、Ｖｂａｃｋ電位は−２００Ｖと−５５０Ｖとの差をとって１５０Ｖで感光ドラム２８上からかぶりトナーが現像スリーブ３側に引き戻される。
【０１１４】
図４に示す、（ａ）ＡＣ＋ＤＣ現像バイアスにおけるＶｂａｃｋ電位とキャリア付着量の関係からわかるように、１５０ＶのＶｂａｃｋ電位では、キャリアに働く感光ドラム２８側に引き付ける静電気的な力が、現像スリーブ３の磁気力によって現像スリーブ３側に引き付ける力より弱いので、キャリアが感光ドラム２８に付着することはない。
【０１１５】
感光ドラム２８上の非画像形成域２８ｂにおける現像バイアスは、ＤＣ現像バイアスであり、現像バイアス電位は−２００Ｖから−５５０Ｖで可変である。
【０１１６】
このとき、Ｖｂａｃｋ電位は１５０Ｖから５００Ｖの間で可変であり、図４（ｂ）ＤＣ現像バイアスにおけるＶｂａｃｋ電位とキャリア付着量の関係が示すように、この場合は、感光ドラム２８上へのキャリア付着が起こる。
【０１１７】
一方、ＡＣ＋ＤＣ現像バイアスで、Ｖｂａｃｋ電位によりキャリアを感光ドラム２８上に現像すると、交流成分の振幅電位が大きいほど、低抵抗のキャリア、つまり、補給されたばかりの劣化していないキャリアから感光ドラム２８上にに多くの電荷が注入されるため、感光ドラム２８上に付着しやすくなり、高抵抗の劣化したキャリアが感光ドラム２８上に付着する優先度があまり高くない。しかし、ＤＣ現像バイアスでＶｂａｃｋ電位によりキャリアを感光ドラム２８上に現像すると、低抵抗の劣化していないキャリアから感光ドラム２８上への電荷の注入量が激減するため、劣化していないキャリアの感光ドラム２８上への付着がほとんど起こらず、高抵抗のキャリア、つまり、劣化したキャリアのＶｂａｃｋ電位による静電的な感光ドラム２８上への付着が支配的となる。
【０１１８】
従って、少ないキャリア交換量でも、現像装置１に収容される現像剤は高いレベルの状態を維持することができ、ランニングコストの低減が可能となる。
【０１１９】
上記の構成によって、長期の画像形成中において現像装置１に収容される現像剤量は実施例１と同等の安定性有し、その効果は図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示される長期にわたる画像形成における現像剤量推移とほぼ同様である。
【０１２０】
図１４は温度２０℃、湿度５０％の通常環境下において、Ａ４サイズで画像濃度が１５％の画像形成を長期にわたり行なう際の、現像装置１に収容される二成分現像剤中のキャリア１ｇ当たりにスペントしたトナー重量の推移である。前述のようにキャリアへのトナースペントはトナーに対するキャリアの帯電能力の低下をもたらすため、トナースペント量が多いキャリアほど劣化している。
【０１２１】
図１４（ａ）キャリア交換なしのグラフからわかるように、長期にわたる画像形成中にキャリアの入れ換えを全く行なわない場合、キャリアへのトナースペント重量は単調に増加する。そのため、キャリアの帯電能力は低下し、トナーのトリボが低下するため、トナー飛散、白地部へのトナーかぶり、濃度アップ等の様々な問題が発生する。
【０１２２】
しかし、図１４に示すように、（ｂ）ＡＣ＋ＤＣ現像バイアスでＶｂａｃｋ電位により感光ドラム２８上に劣化したキャリアを優先的に排出することにより、現像装置１内のキャリアのトナースペント重量はキャリアの交換を行なわない場合に比べ少なく、やがて一定の重量に収束する。このキャリアへのトナースペント重量が収束した状態でのトナー飛散、白地部へのトナーかぶり、濃度アップは極めて軽微である。
【０１２３】
更に、図１４（ｃ）に示すように、ＤＣ現像バイアスでＶｂａｃｋ電位により感光ドラム２８上に劣化したキャリアをさらに優先的に排出することにより、現像装置１内のキャリアへのトナースペント重量は大幅に減少し、トナースペント重量が収束した状態でトナー飛散、白地部へのトナーかぶり、濃度アップは全く起こらなかった。
【０１２４】
本実施例にて用いた感光ドラム上電位、現像バイアス、Ｖｃｏｎｔ電位、Ｖｂａｃｋ電位等の値はこれらの値に限ったものではなく、現像剤や装置構成の違いによって適宜変わるものである。
【０１２５】
以上説明したように、本発明の実施例３の画像形成装置によって、現像剤の交換が不要であるという高メンテナンス性と初期の画質を維持するという高画質高安定を有しつつ、長期にわたる画像形成後においても現像装置に収容される現像剤量が初期と変わらないという現像剤量の長期安定性を簡易な構成で実現することができる。
【０１２６】
実施例４
次に本発明の実施例４について説明する。図１５に示すように、本実施例ではクリーニング装置を磁気ブラシクリーニング装置２６としたもので、その他の構成は実施例１での説明と同様である。
【０１２７】
磁気ブラシクリーニング装置２６は、キャリアを直接にマグネットに、あるいはマグネットを内包するスリーブ上に磁気的に拘束させて、磁気ブラシ部２６ａを形成したものであり、その磁気ブラシ部２６ａを停止あるいは回転させて感光ドラム２８上に接触させ、感光ドラム２８上のキャリアを回収し、感光ドラム２８上をクリーニングする。
【０１２８】
この方法では、感光ドラム２８上に付着したキャリアを磁気的に回収するため、キャリアと感光ドラム２８の摺擦力が少ないため、感光ドラム２８上に傷がつきづらい。
【０１２９】
このように、実施例１の構成に加えて、更に、クリーニング装置を磁気ブラシクリーニング装置とすることで、キャリアを回収時に、画像域にドラム傷が発生し画質を悪化させることを防止することができる。
【０１３０】
実施例５
次に本発明の実施例５について説明する。本実施例では図１６に示すように、現像装置１から感光ドラム２８上に排出したキャリアを回収するキャリア回収装置３０を現像部と転写部間に、且つ、光学センサー１１を現像装置１とキャリア回収装置３０間に設けており、その他の構成は実施例１と同様である。
【０１３１】
本実施例における特徴な部分である、キャリアの回収方法について詳しく説明する。図１６は本実施例の画像形成装置を説明する図、図１７は本実施例のキャリア回収装置を説明する図である。
【０１３２】
キャリア回収装置３０は感光ドラム２８から見て現像装置１と転写帯電器２３との間に設けられ、現像装置１から感光ドラム２８上の図３に示す非画像形成域２８ｂに排出されたキャリアの回収を行なう。キャリア回収装置３０は回収部材である回収スリーブ３１および回収容器３３から構成され、回収スリーブ３１は外径が１６ｍｍ、長さは感光ドラム２８の長手方向の長さと同長で、磁界発生手段であるマグネット３２を内包しており、感光ドラム２８とはＮ極で対向し、Ｎ極の磁束密度は１５００Ｇであり、回収スリーブ３１と感光ドラム２８との間隙が４００μｍとなるように配置されている。本実施例では１５００Ｇの磁束密度を得るために、希土類の磁界発生手段であるプラスチックマグネットをマグネット３２内に埋め込む構成としたが、これに限定されるものではない。
【０１３３】
上記の構成により、感光ドラム２８上のキャリアを回収スリーブ３１方向へ引き付ける磁力がキャリアと感光ドラム２８との静電気力を上回るので、感光ドラム２８上のキャリアは回収スリーブ３１上に付着する。Ｎ極で回収スリーブ３１上に回収されたキャリアは、回収スリーブ３１の回転に従って搬送され、隣接するＳ極同士による反発磁界によって、回収スリーブ３１から離れ、回収容器３３内に収容される。
【０１３４】
又、本実施例において、光学センサー１１は現像装置１とキャリア回収装置３０間に設けられており、現像装置１から感光ドラム２８上に排出されたキャリアがキャリア回収装置３０で回収される前に、感光ドラム２８上のキャリア量を検出している。
【０１３５】
図１８は、本実施例の画像形成装置において、キャリア回収装置３０でキャリアの回収を行なった場合（ａ）とクリーニング装置２６で回収を行なった場合（ｂ）で、長期にわたる画像形成中に感光ドラム２８上についた傷数を示している。
【０１３６】
図１８からわかるように、現像部と転写部間に設けたキャリア回収装置３０でキャリアを回収することによって、感光ドラム２８表面上に発生する傷数が大幅に減少する。これは、クリーニング装置２６でキャリアの回収を行なう場合では、転写部およびクリーニング部における感光ドラム２８表面への圧力により、キャリアによって多くの傷が発生するのに対して、キャリア回収装置３０による回収では転写部及びクリーニング部の上流でキャリアを回収するため、両部で傷つくことはなく、また、回収スリーブ３１の磁力によって、非接触でキャリアの回収を行なうためである。
【０１３７】
クリーニング装置２６でキャリアの回収を行なう場合は、転写紙２７上に形成される画像に感光ドラム３０表面上の傷と同型状のトナーかぶりが多数発生し、画質は劣化するが、上記構成のキャリア回収装置３０でキャリアの回収を行なう場合は、トナーかぶりはほとんど発生せず、画質は大幅に向上した。
【０１３８】
本実施例にて用いた回収スリーブ径、マグネットの磁束密度、および感光ドラムと回収スリーブ間の距離や感光ドラム上電位、現像バイアス、Ｖｃｏｎｔ電位、Ｖｂａｃｋ電位、非画像形成域幅等の値はこれらの値に限ったものではなく、現像剤や装置構成の違いによって適宜変わるものである。
【０１３９】
例えば、感光ドラム２８上のキャリアを回収する際に回収スリーブ３１に−９００Ｖ程度の回収バイアスを印加すると、キャリアには回収スリーブ３１方向に静電気力が働く。この場合では、キャリアを磁気力と静電気力によって回収するため、本実施例と比較してキャリアの回収能力が向上し、感光ドラム２８表面に形成される傷の個数も図１８（ｃ）に示すように大幅に減少する。
【０１４０】
以上説明したように、本発明の実施例１の画像形成装置にこの構成を加えることによって、現像剤を自動交換することで高いメンテナンス性を有し、長期の画像形成においても現像剤の状態を高いレベルで維持することができ、且つ、感光ドラム表面に傷がつくことがないので、長期にわたる画像形成においても初期と変わらない画質を維持する画像形成装置を提供することができる。
【０１４１】
以上、５つの実施例によって本発明の画像形成装置を説明したが、上記にあげた構成に限られるものではなく、本発明の提案に従ってさまざまな構成をとることが可能である。
【０１４２】
そのため、長期にわたる画像形成後でも、キャリア帯電量の変動に伴う、Ｖｂａｃｋ電位に対する排出キャリア量の変動の影響を受けることなく、現像装置に収容される二成分現像剤量を安定して維持することが可能となる。
【０１４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置は、トナーとキャリアを含む現像剤を像担持体へと搬送する現像剤担持体を備え、現像剤を収容して、静電潜像を現像する現像装置と、現像装置に補給する、トナー及びキャリアを含む補給現像剤を収容した現像剤カートリッジと、現像剤カートリッジから現像装置へ補給現像剤の補給を行なう補給機構と、を具備する画像形成装置において、更に、現像剤カートリッジから現像装置に補給する現像剤量を予測する補給現像剤量予測手段と、画像形成時以外の像担持体と現像剤担持体間のかぶり取り電位を、画像形成時の像担持体上の非画像部と現像剤担持体間のかぶり取り電位より大きくし、現像装置から像担持体表面へキャリアの排出を行なう機構と、画像形成時以外に現像装置から像担持体表面に排出したキャリア量を検出する排出キャリア量検出手段と、を有し、補給現像剤量予測手段による補給現像剤量予測値と、排出キャリア量検出手段の排出キャリア量検出値との差分から、現像装置から像担持体上へ排出するキャリア量を変更するので、現像剤の交換が不要であるという高メンテナンス性を有し、且つ初期の画質を維持するという高画質高安定を有しつつ、長期にわたる画像形成後においても現像装置に収容される現像剤量が初期と変わらないという現像剤量の長期安定性を簡易な構成で実現し提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＶｂａｃｋ制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係るＶｂａｃｋ制御による像担持体表面電位の変化の一例を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明に係る像担持体、現像装置、クリーニング装置部分を示す上方向からの正面図である。
【図４】像担持体へのキャリア付着量とＶｂａｃｋ電位との関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る画像形成装置による３つの環境における画像形成枚数に対する現像装置における現像剤量の変化を示すグラフである。
【図６】本発明に係るキャリア排出量検出手段の一例を示す正面図（図６（ａ））と、像担持体との位置関係を示す拡大図（図６（ｂ））である。
【図７】本発明に係る画像形成装置に備えられたキャリア排出量検出手段による検出値とキャリア付着量との検量線の一例を示すグラフである。
【図８】本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図９】本発明に係る現像装置の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明に係る現像剤カートリッジの一例を示す斜視図である。
【図１１】本発明に係るＶｂａｃｋ制御方法の他の例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係るＶｂａｃｋ制御による像担持体表面電位の変化の他の例を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明に係るＶｂａｃｋ制御による像担持体表面電位の変化の他の例を示すタイミングチャートである。
【図１４】現像バイアスの種類による画像形成枚数に対するトナースペント量の違いを示すグラフである。
【図１５】本発明に係る画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図１６】本発明に係る画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図１７】本発明に係るキャリア回収装置の一例を示す断面図である。
【図１８】本発明の画像形成装置における画像形成回数に対する像担持体表面の傷数の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１                    現像装置
２                    現像容器
３                    現像スリーブ（現像剤担持体）
５                    現像剤カートリッジ
１１                  排出キャリア量検出手段
２６                  クリーニング装置
２６ａ                磁気ブラシ部
２８                  感光ドラム（像担持体）
３０                  キャリア回収装置
３１                  回収スリーブ
３３                  回収容器
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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