(57)【要約】【課題】現像剤の安定化を図り、像担持体や中間転写体の長寿命化を図ることが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】感光ドラム１ａ上の潜像を現像するための、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を収容した現像装置にトナー及びキャリアを収容した容器を備え、感光ドラム１ａ上の画像先端側又は後端側の非画像域におけるかぶり取り電位によって現像スリーブ２３ｄから感光ドラム１ａ上にキャリアを現像することで、劣化現像剤を優先的に排出し、感光ドラム１ａ上に排出された現像剤のキャリア成分を中間転写ベルト８１上に転写するための転写バイアスを印加することで、感光ドラム１ａ上のキャリアを中間転写ベルト８１上に回収する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光されることにより潜像が形成される像担持体とトナーを現像スリーブにより前記像担持体表面に供給する現像装置とを有する少なくとも１以上の画像形成部と、
前記画像形成部で形成されたトナー像が転写される中間転写体と、
該中間転写体上に形成されたトナー像を記録材に転写した後に、前記中間転写体上の転写残トナーをクリーニングするためのクリーニング装置とを備える画像形成装置において、
前記画像形成部のうちの少なくとも１つは、
前記現像装置が、
前記像担持体上の潜像を現像するためのトナーとキャリアとからなる２成分現像剤を収容し、
前記像担持体上の非画像域におけるかぶり取り電位によって前記現像スリーブから前記像担持体上にキャリアを付着させ、
該像担持体上に排出された現像剤のキャリアを前記中間転写体上に転写するための転写バイアスを印加することで、前記像担持体上のキャリアを前記中間転写体上に回収することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記２成分現像剤を収容する現像装置が、
前記２成分現像剤を収容する容器と、
前記容器の補給口から前記現像装置の現像容器に前記２成分現像剤を補給するための経路である補給路と、
前記補給路中の前記２成分現像剤を前記現像容器に補給する補給手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記キャリアは、樹脂と磁性体との混合体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記クリーニング装置に、
磁気をおびた微粒子を周囲にブラシ状に形成して磁気ブラシとするマグネットローラを配置することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記マグネットローラが、
前記中間転写体の表面に当接するクリーニングブレードよりも前記中間転写体の回転方向の上流側に配置されることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記画像形成部を複数備え、
該複数の画像形成部のうちの少なくとも１つの画像形成部におけるトナーが磁性トナーであり、
前記磁気ブラシへの磁性キャリアの供給の前または後に、該磁気ブラシへ前記磁性トナーを供給することを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記中間転写体は、電子導電性物質を分散した樹脂ベルトであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記トナーは、球形度に関する形状係数ＳＦ−１の値が１００≦ＳＦ−１≦１６０であり、かつＳＦ−２の値が１００≦ＳＦ−２≦１４０であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子写真方式の画像形成装置、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、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２成分現像方式が広く利用されている。
【０００３】
２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、装置の耐久性など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剤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が従来いくつか提案されている。例えば、特公平２−２１５９１号公報（特許文献１）によると、「キャリアとトナーを攪拌する攪拌手段と、同攪拌手段で攪拌された現像剤を感光体へ供給する現像ローラとを備えた電子写真複写機用現像装置において、前記攪拌手段の上方にキャ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った現像剤は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。」とある。
【０００５】
つまり、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】
【特許文献１】
特公平２−２１５９１号公報
【特許文献２】
特公昭５６−１３９４５号公報
【特許文献３】
特開昭５９−５３８５６号公報
【特許文献４】
特開昭５９−６１８４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した画像形成装置では、補給されたばかりでまだ劣化していないキャリアもいっしょに排出してしまうため、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ため、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、その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。
【０００８】
つまり従来の技術では、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。
【０００９】
そこで、劣化現像剤を優先的に排出する方法として、かぶり取り電位によって現像スリーブから前記感光体上にキャリアを現像することで達成する方法が考えられるが、この場合、前記排出された現像剤を、感光体のクリーニング装置で回収しなければならない。
【００１０】
実際、この時、感光体とクリーニング装置の間にキャリアが存在することによる感光体およびクリーニング装置のダメージが発生してしまうという問題が生じる。
【００１１】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、現像剤の安定化を図り、像担持体や中間転写体の長寿命化を図ることが可能な画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、露光されることにより潜像が形成される像担持体とトナーを現像スリーブにより前記像担持体表面に供給する現像装置とを有する少なくとも１以上の画像形成部と、前記画像形成部で形成されたトナー像が転写される中間転写体と、該中間転写体上に形成されたトナー像を記録材に転写した後に、前記中間転写体上の転写残トナーをクリーニングするためのクリーニング装置とを備える画像形成装置において、前記画像形成部のうちの少なくとも１つは、前記現像装置が、前記像担持体上の潜像を現像するためのトナーとキャリアとからなる２成分現像剤を収容し、前記像担持体上の非画像域におけるかぶり取り電位によって前記現像スリーブから前記像担持体上にキャリアを付着させ、該像担持体上に排出された現像剤のキャリアを前記中間転写体上に転写するための転写バイアスを印加することで、前記像担持体上のキャリアを前記中間転写体上に回収することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記２成分現像剤を収容する現像装置が、前記２成分現像剤を収容する容器と、前記容器の補給口から前記現像装置の現像容器に前記２成分現像剤を補給するための経路である補給路と、前記補給路中の前記２成分現像剤を前記現像容器に補給する補給手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記キャリアは、樹脂と磁性体との混合体であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記クリーニング装置に、磁気をおびた微粒子を周囲にブラシ状に形成して磁気ブラシとするマグネットローラを配置することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記マグネットローラが、前記中間転写体の表面に当接するクリーニングブレードよりも前記中間転写体の回転方向の上流側に配置されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記画像形成部を複数備え、該複数の画像形成部のうちの少なくとも１つの画像形成部におけるトナーが磁性トナーであり、前記磁気ブラシへの磁性キャリアの供給の前または後に、該磁気ブラシへ前記磁性トナーを供給することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記中間転写体は、電子導電性物質を分散した樹脂ベルトであることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る画像形成装置は、前記トナーは、球形度に関する形状係数ＳＦ−１の値が１００≦ＳＦ−１≦１６０であり、かつＳＦ−２の値が１００≦ＳＦ−２≦１４０であることを特徴とする。
【００２０】
このように、本発明では、例えば、電子写真方式を用いた画像形成装置に用いられ、感光体等の像担持体上の静電潜像を現像するための、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を収容した現像装置を用い、この現像装置は補給するためのトナー及びキャリアを収容した容器を備え、トナー及びキャリアを収容した容器から２成分現像剤の補給と、現像装置から２成分現像剤の排出とを行なう機構を有し、現像剤の排出は、かぶり取り電位によって現像スリーブから感光体等の像担持体上にキャリアを現像することで、劣化したキャリアを優先的に排出し、さらに劣化したキャリアを中間転写体上に転写する。
【００２１】
また、本発明では、例えば、排出されたキャリアを、中間転写体をクリーニングするためのクリーニング装置の直前に配置されたマグネットローラにより捕集する。
【００２２】
また、本発明では、例えば、感光体等の像担持体と現像装置とからなる画像形成部を複数有する画像形成装置で、そのうち少なくとも１つの画像形成部は樹脂トナーの中に磁性体が埋め込まれている磁性トナーを現像する画像形成部である。
【００２３】
（作用）
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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ずらくなるため、初期キャリアに比べてトリボが高くなる。かぶり取り電位（トナーに対し、感光ドラム等の像担持体（以下、単に感光ドラムともいう）から現像スリーブ側に力が働く電位：Ｖｂａｃｋ電位）が大きくなると、キャリアはトナーとは逆極性のため現像スリーブから感光ドラム側に「現像」される方向となるが、トリボの高い劣化キャリアは初期キャリアより、同じかぶり取り電位でも感光ドラムに現像され易くなる。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くなる。
【００２６】
従って現像剤を、現像スリーブから感光ドラム等の像担持体上に、かぶり取り電位によって現像することで、劣化したキャリアを優先的に排出することができる。この排出は、実際にトナー画像を形成していないとき、例えば、前後回転時や立ち上げ直後、連続動作時の画像形成の間（いわゆる紙間）に行われることが好ましい。
【００２７】
そして、この劣化キャリアはトリボが高いゆえに中間転写体上に転写されやすい。
【００２８】
キャリアの帯電はトナーとは逆極性であるから、中間転写体への転写手段は画像形成時とは逆極性の帯電ができるよう装置を構成しておかなければならない。
【００２９】
このように中間転写体上に捕集されたキャリアは中間転写体クリーニング装置へと運ばれるが、このクリーニング装置の中に、又は、好ましくは中間転写体の回転方向に対してクリーニングブレードよりも上流側に、マグネットローラを配置し、キャリアを捕集することができる。
【００３０】
中間転写体は感光ドラムに比べ、強度が強い材質を選ぶことが可能であり、例えば以下に説明する実施形態ではポリイミド（ＰＩ）を採用しているが、キャリアがクリーニング装置へ到達した時のダメージは感光ドラムより遙かに軽微なダメージになるように材料を選択することが可能である。例えば、中間転写体として、電子導電性物質を分散した樹脂ベルトを用いることができる。
【００３１】
加えて、従来の技術のように、複数の画像形成部を有する画像形成装置において、感光ドラムにダメージを与えずにキャリアを捕集する部材をそれぞれの画像形成部に持つのはスペース的にもコスト的にも不利である。このように本発明は劣化キャリアのより確実で、効果的な捕集方法を提案するものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００３３】
また、以下の図面において、既述の図面に記載された部品と同様の部品には同じ番号を付す。
【００３４】
（画像形成装置の第１の実施形態）
図１を用いて本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態の概略を説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態の全体構成図である。
【００３５】
図１に示されるように、本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態は、４色分の画像形成ステーションＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄを有し、各画像形成ステーションで形成された４色分の画像を中間転写ベルト上でフルカラー画像として形成する。
【００３６】
４色分のうち、最終ステーションである黒色画像形成部以外の３色分の現像装置は２成分接触現像を採用し、トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送し感光体に対して接触状態で現像する。２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、装置の耐久性など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剤交換という作業を行う必要がある。
【００３７】
次に、本実施形態の特徴的な部分である、現像剤の回収について詳しく説明する。
【００３８】
感光ドラムは帯電器によって−７００Ｖに一様に帯電されている。画像部はレーザーによって露光され−２００Ｖになる。画像部を現像する時の現像バイアスは−５５０Ｖであり、現像電位（Ｖｃｏｎｔ）＝３５０Ｖで感光ドラム上にトナーが現像される。
【００３９】
画像部の白地部電位は−７００Ｖなので、かぶり取り電位（Ｖｂａｃｋ）＝１５０Ｖで感光ドラム上からかぶりトナーが現像スリーブ側に引き戻される。図２に示すように、この時のＶｂａｃｋは１５０Ｖと小さいため、キャリアに働くドラム側に引き付ける電気的な力Ｆｄは、現像スリーブの磁気力によって現像スリーブ側に引き付ける力Ｆｓより弱いので、キャリアが感光ドラムに付着することはない。図２は、図１に示される画像形成装置における、Ｖｂａｃｋとキャリアの受ける力の関係を示すグラフ（図２の（ａ））及びキャリアに働く感光ドラムからの力Ｆｄと現像スリーブからの力Ｆｓとの関係（図２の（ｂ））を示す概念図である。
【００４０】
次に画像先端側及び後端側の非画像部Ａ，Ｂでは、画像部と同様に感光ドラムは−７００Ｖに帯電しているが、現像バイアスを−２５０ＶにすることでＶｂａｃｋを４５０Ｖとしている。
【００４１】
図２の（ａ）からわかるように、Ｖｂａｃｋを４５０Ｖにすると感光ドラム上にキャリアが付着する。
【００４２】
付着したキャリアは感光ドラム上で搬送されてクリーニング装置で回収される。
【００４３】
ただし、本実施形態にて用いた感光ドラム上電位、現像バイアス、Ｖｃｏｎｔ、Ｖｂａｃｋ等の値はこれら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。
【００４４】
この方法で排出されるキャリアは、上述の［課題を解決するための手段］で説明したように、劣化キャリアが優先的に排出されるので、新しいキャリアを現像装置に補給することで、長期に渡って現像剤の特性を初期に近い状態に維持することができる。
【００４５】
そして感光ドラム上に現像された劣化キャリアは初期のキャリアに比べ高い帯電量（トリボ）を持っているため転写部において中間転写ベルトなどの中間転写体（以下、単に中間転写体ともいう）に転写されやすい。この時キャリアの帯電はトナーとは逆極性であるから、中間転写体への転写手段は画像形成時とは逆極性の帯電ができるよう装置を構成しておかなければならない。
【００４６】
このように中間転写体上に捕集されたキャリアは中間転写体のクリーニング装置へと運ばれるが、このクリーニング装置の中、または中間転写体の表面に当接するクリーニングブレードよりも中間転写体の回転方向の上流側にマグネットローラを配置し、捕集することができる。
【００４７】
中間転写体は感光ドラムに比べ、強度が強い材質を選ぶことが可能であり、例えば本実施形態ではポリイミド（ＰＩ）を採用しているが、キャリアがクリーニング装置へ到達した時のダメージは感光ドラムより遙かに軽微なダメージになるように材料を選択することが可能である。例えば、中間転写体として電子導電性物質を分散した樹脂ベルトを用いることができる。
【００４８】
加えて、複数の画像形成部を有する画像形成装置において、感光ドラムにダメージを与えずにキャリアを捕集する部材をそれぞれの画像形成部に持つのはスペース的にもコスト的にも不利である。このように本実施形態は劣化キャリアのより確実で、効果的な捕集方法を提案するものである。
【００４９】
そしてさらにこのキャリアは樹脂と磁性体からなる、いわゆる樹脂キャリアであることが望ましい。
【００５０】
これは転写部におけるキャリアの回収が１００％でない場合、感光ドラムのクリーニング装置にいってしまうことがあるが、この時樹脂キャリアであると感光ドラムのダメージが少なくて済むからである。また同様に転写クリーナー部においてもよりダメージを軽減できるのでより望ましい。
【００５１】
樹脂キャリアについて詳しく下記に述べる。以下、少なくともバインダー樹脂と、磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物とから製造する方法について説明する。本発明において使用されるバインダー樹脂中に分散される金属酸化物について説明する。
【００５２】
磁性金属酸化物としては、ＭＯ・Ｆｅ２Ｏ３或いはＭＦｅ２Ｏ４の一般式で表される鉄系酸化物であるフェライトを好ましく用いることが出来た。ここで、Ｍは、２価又は１価の金属イオンである。Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｌｉ等が相当し、Ｍは単独或いは複数の金属として用いることが出来る。
【００５３】
例えば、マグネタイト、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｎ−Ｍｇ系フェライト、Ｌｉ系フェライト、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等を挙げることが出来る。中でも、安価で且つ鉄以外の種々の金属を含まないマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を用いることがより好ましい。
【００５４】
また、本発明で用いることが出来る他の金属酸化物としては、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｂａ、Ｐｂ等の金属を、単独或いは複数用いた磁性金属酸化物や、非磁性金属酸化物が挙げられる。
【００５５】
本発明において使用することのできる非磁性金属酸化物としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＣａＯ、ＴｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＣｒＯ５、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｒＯ、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２系等が挙げられる。
【００５６】
また、上記した金属酸化物を分散させて結着させるバインダー樹脂としては、ビニル系モノマーを重合して得られる全ての樹脂が挙げられる。ここで言うビニル系モノマーとしては、例えば、スチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−フェニルスチレン、ｐ−エチルスチレン、２，４−ジメチルスチレン、ｐ−ｎ−ブチルスチレン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルスチレン、ｐ−ｎ−ヘキシルスチレン、ｐ−ｎ−オクチルスチレン、ｐ−ｎ−ノニルスチレン、ｐ−ｎ−デシルスチレン、ｐ−ｎ−ドデシルスチレン、ｐ−メトキシスチレン、ｐ−クロルスチレン、３，４−ジクロルスチレン、ｍ−ニトロスチレン、ｏ−ニトロスチレン、ｐ−ニトロスチレン等のスチレン誘導体と、エチレン、プロピレン、プチレン、イソプチレン等のエチレン及び不飽和モノオレフィン類；ブタジエン、イソプレン等の不飽和ジオレフィン類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類；酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等のビニルエステル類；メタクリル酸及びメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸ｎ−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸−２−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類；アクリル酸及びアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ブロピル、アクリル酸ｎ−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸２−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸エステル類；マレン酸、マレイン酸ハーフエステル；ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエータル、ビニルイソプチルエーテル等のビニルエーテル類；ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロベニルケトン等のビニルケトン類、Ｎ−ビニルカルバゾール、Ｎ−ビニルインドール、Ｎ−ビニルピロリドン等のＮ−ビニル化合物；ビニルナフタリン類；アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等のアクリル酸若しくはメタクリル酸誘導体；アクロレイン類等が挙げられ、これらの中から１種又は２種以上使用して重合させたものが用いられる。
【００５７】
また、上記したビニル系モノマーから重合して得られる樹脂以外に、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェイール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等の非ビニル縮合系樹脂或いはこれらと前記ビニル系樹脂との混合物を用いることができる。
【００５８】
上記の材料によって本発明で使用する磁性キャリアを製造する方法としては、ビニル系、非ビニル系の熱可塑性樹脂、金属酸化物、その他、硬化剤等の添加剤を混合機により十分に混合してから、加熱ロール、ニーダー、エクストル−ダー等の混練機を用いて溶融、混練して、これを励起後、粉砕分級を行って磁性体が分散されている磁性キャリアとしてもよいが、本発明においては、以下に述べる重合法によって作製された磁性キャリアが好適に用いられる。
【００５９】
更に、本発明において使用する磁性キャリアは、以上の製造方法等で得られる磁性体がバインダー樹脂中に分散されているキャリアをそのまま用いてもよいが、該磁性キャリアをキャリアコアとして用い、絶縁性樹脂をコート剤とし、キャリアコア表面に被覆してコート磁性キャリアとして用いてもよい。その際に使用されるコート剤のコート量としては、０．５〜１５重量％の範囲であることが好ましい。
【００６０】
次に、本発明の画像形成装置に用いるトナー粒子について説明する。本発明で用いる非磁性トナーとしては、従来例で記した様に高転写効率を実現することが可能な重合法により生成された重合トナーを使用する。重合法によるトナーの製造方法としては、バインダー樹脂の構成原料となる重合性モノマー、染料、顔料等の着色剤、更に、帯電制御剤、ワックス等の離型剤等を用い、重合性モノマー中に溶解或いは分散させて重合性組成物とし、分散安定剤が含有されている水系連続相に分散装置を使用して分散させて微粒子の分散体とし、この分散体を重合開始剤存在下で重合させて固化する懸濁重合により、所望の粒径、組成を有するトナー粒子を得る方法がある。
【００６１】
更に、バインダー樹脂を構成する重合性モノマーは溶解するが該重合性モノマーによって得られるバインダー樹脂は溶解しない液媒体を用い、高分子分散安定剤を溶解した溶液中で粒子を製造する。所謂、分散重合を応用したトナー製造、或いは、水溶性極性重合開始剤の存在下で直接重合してトナーを生成するソープフリー重合方法に代表される乳化重合方法等が挙げられる。
【００６２】
本実施形態の画像形成装置の詳細について図１を参照して説明する。画像形成装置本体内には矢印Ｘ方向に走行する無端状の中間転写ベルト８１が配置されている。
【００６３】
この中間転写ベルト８１は、ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、ポリフッ化ビニリデン樹脂フィルム等のような誘電体樹脂によって構成されている。給紙カセット６０から取り出された記録材Ｐは、レジストローラ２１３を経て、同図左方に搬送される。中間転写ベルト８１は、電子導電性物質を分散した樹脂ベルトであっても良い。
【００６４】
中間転写ベルト８１の上方には、ほぼ同様の構成の４個の画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが直列状に配置されている。画像形成ステーションＰａを例にその構成を説明する。
【００６５】
画像形成ステーションＰａは、回転可能に配置されたドラム状の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という）１ａを備えている。また、他の画像形成ステーションＰｂ、Ｐｃ及びＰｄも、それぞれ、回転可能に配置されたドラム状の感光ドラム１ｂ、１ｃ及び１ｄを備えている。
【００６６】
画像形成ステーションＰａの感光ドラム１ａの周囲には、一次帯電器２２ａ、現像装置２３等のプロセス機器が配置されている。他の画像形成ステーションＰｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、画像形成ステーションＰａと同様の構成を備えており、同図には、これらの装置がそれぞれ感光ドラム１ｂ、１ｃ、１ｄの周りに同様に配置されている。
【００６７】
現像装置２３は、図１に示されるように、現像剤を収納する現像容器２３ａと、現像剤を攪拌し、現像剤を現像スリーブ２３ｄへと搬送する第１現像剤循環スクリュー２３ｂ及び第２現像剤循環スクリュー２３ｃと、現像剤を感光ドラム１ａへと供給する現像スリーブ２３ｄとを備える。
【００６８】
これら画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの異なる点は、それぞれがマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナー像を形成する点である。
【００６９】
原稿のマゼンタ成分色による画像信号がポリゴンミラー（不図示）等を介して感光ドラム１ａ上に投射されて静電潜像が形成され、これに現像器からマゼンタトナーが供給されて静電潜像がマゼンタトナー像となる。
【００７０】
このトナー像が感光ドラム１ａの回転に伴って、感光ドラム１ａと中間転写ベルト８１とが当接する転写部位に到来すると、第１の転写部材２４１ａによって、印加される第１の転写バイアスによって、マゼンタトナー像が中間転写ベルト８１へ転写される。マゼンタトナー像を担持した中間転写ベルト８１は、画像形成ステーションＰｂに搬送されると、このときまでに、画像形成ステーションＰｂにおいて、前記と同様の方法で感光ドラム１ｂ上に形成されたシアントナー像が、マゼンタトナー像上へ転移される。
【００７１】
同様に中間転写体上画像が画像形成ステーションＰｃ、Ｐｄに進行するにつれて、それぞれの転写部位において、イエロートナー像、ブラックトナー像が前述のトナー像に重畳転写された後、このときまでに、給紙カセット６０から取り出された記録材Ｐが転写部位に達し、転写部材に印加される転写バイアスによって上述の４色のトナー像は記録材Ｐ上に転写され、更に定着部９０に搬送される。定着部９０では熱と圧力によってトナーを記録材上に固着させる工程を有している。
【００７２】
トナー像が定着された記録材Ｐは排紙トレイ９１に排紙されるが、自動で両面画像を形成する場合には、記録材反転パス（不図示）を通過し、両面用カセットに収納され、両面画像形成時に給紙される。
【００７３】
その後、中間転写ベルト８１の、転写部位の下流位置に、中間転写ベルト８１をクリーニングするクリーニング装置７が配置され、中間転写ベルト８１に付着したトナー等を除去する。
【００７４】
以下、図３、図４及び図５を用いて説明を続ける。図３は、図１に示されるクリーニング装置７の断面図である。
【００７５】
クリーニング装置７のクリーニング容器１６には、中間転写ベルト８１の表面に当接されたクリーニングブレード１７が保持されており、クリーニング容器１６内のクリーニングブレード１７の上流側（中間転写ベルト８１の回転方向に対して上流側）には、図１の紙面垂直方向に長いマグネットローラ１８が中間転写ベルト８１との間に所定隙間を形成して設けられている。
【００７６】
尚、上記クリーニングブレード１７は厚さ２ｍｍのウレタンゴムで構成され、マグネットローラ１８は各磁束密度５００ガウスの８極の磁極を有する直径１８ｍｍのローラで構成されている。
【００７７】
而して、本実施形態においては、クリーニング容器１６内のマグネットローラ１８の近傍には、マグネットローラ１８の表面に形成されたトナー層の厚さを規制するための小径（直径８ｍｍ）のトナー層厚規制ローラ１９がマグネットローラ１８と平行に回転自在に配されており、このトナー層厚規制ローラ１９の表面には、ステイ２０の先部に取り付けられたスクレーバ２１が当接している。
【００７８】
また、クリーニング容器１６内の底部には、図１の紙面垂直方向に長い搬送スクリュー２２が設けられている。
【００７９】
次に、本実施形態のクリーニング装置７の作用を説明する。なお、以下の感光ドラム１は、図１に示される感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄのうちのいずれかを意味する。
【００８０】
マグネットローラ１８は、不図示の駆動手段によって中間転写ベルト８１に対して順方向（図１及び図３において時計方向）、且つ、中間転写ベルト８１よりも低速で回転駆動され、而して、転写ニップ部（感光ドラム１と不図示の転写分離帯電器との間の部位）において転写材Ｐに転写されないで感光ドラム１上に残った残留トナーは、感光ドラム１の回転につれてクリーニング装置７の位置に到達すると、クリーニング装置７のマグネットローラ１８に吸着されて搬送される。
【００８１】
中間転写ベルト８１上に回収されたキャリアはこのマグネットローラ１８に捕集され、磁気ブラシを形成するようになる。
【００８２】
そして、マグネットローラ１８の回転につれて、順次中間転写ベルト８１との対向位置に至って摺擦クリーニング作用を行い、中間転写ベルト８１の表面に付着した各種の異物を摺擦除去する。
【００８３】
尚、トナー厚規制ローラ１９から溢れたキャリアは、搬送スクリュー２２によって搬送され、不図示の廃トナー容器に回収される。
【００８４】
このようなマグネットローラ１８による磁気ブラシクリーニングを設けることにより、中間転写ベルト８１上に排出されたキャリアを捕集するたびに常に新しいキャリアを供給できるため、研磨能力を維持できる。
【００８５】
また、複数の画像形成部を有する画像形成装置においては、少なくとも１つの画像形成部のトナーを磁性トナーとし、磁性トナーをマグネットローラに供給して磁気ブラシを構成するとなお効果的である。
【００８６】
この場合、マグネットローラと中間転写ベルトの間にトナーたまりを形成し、これが磁気的なシールドの役目を果たし、確実に中間転写ベルト上のキャリアを捕集することができる。
【００８７】
そして、空回転や色トナー過多の画像を流された時でも、非画像形成時に濃度のこい黒トナー帯を印字する（この時、２次転写バイアスを０又は通常の転写時と逆極性を印加すると２次転写部の汚れが無く、良好である）ことにより、磁気ブラシ部に効果的に磁性微粒子である黒トナーを供給することが出来る。
【００８８】
また、本実施形態では黒トナーとして数μｍの直径の磁性微粒子を用いているため、非常に微細な研磨が可能となり、転写ベルト表面をＲｚで２ミクロン程度で研磨することが可能であり、表面劣化を防止しつつ、ベルトの耐久性、表面性を良好に維持することが可能となる。
【００８９】
次に図４によって、図１に示される現像装置２３について詳しく説明する。図４は、図１に示される現像装置２３の断面図である。なお、図１に示される画像形成ステーションＰａ以外の他の画像形成ステーションＰｂ、Ｐｃ、Ｐｄの現像装置についても、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤が収容される場合は、以下と略同様の説明が成り立つ。
【００９０】
現像装置２３には、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤が収容されており、その混合比は重量比でおおよそ１：９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など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。
【００９１】
図４に示されるように、本実施形態の現像装置２３は、主として、現像容器２３ａ、第１現像剤循環スクリュー２３ｂ、第２現像剤循環スクリュー２３ｃ、現像スリーブ２３ｄ及び現像剤カートリッジ５とから構成される。
【００９２】
現像装置２３には感光ドラム１ａ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スリーブ２３ｄが回転可能に配置されている。
【００９３】
磁界発生手段である固定のマグネット４を内包する現像スリーブ２３ｄは非磁性材料で構成され、現像動作時には図４の矢印方向に回転し、現像容器２３ａ内の２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１ａと対向する現像領域に２成分現像剤を供給して、感光ドラム１ａに形成されている静電潜像を現像する。
【００９４】
静電潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ２３ｄの回転にしたがって搬送され、現像容器２３ａ内に回収される。
【００９５】
また現像容器２３ａには第１現像剤循環スクリュー２３ｂ（現像スリーブ２３ｄに近い側）、第２現像剤循環スクリュー２３ｃ（現像スリーブ２３ｄから遠い側）が備えられている。
【００９６】
これらの２つのスクリューにより、現像剤は、現像容器２３ａ内を循環し、また混合撹幹される。
【００９７】
現像剤循環の方向は、本実施形態では第１現像剤循環スクリュー２３ｂ側で図４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２３ｃ側では図４の奥側から手前側に向かう方向である。
【００９８】
また、図４に示される現像剤カートリッジ５は、カートリッジ載置台６上に載置され、図５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。図５は、図４に示される現像剤カートリッジ５の斜視図である。
【００９９】
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５ｂを右側にひねることで回転させ、現像剤補給口５ａを開口させることができる。
【０１００】
なお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５ｂを左側にひねることで現像剤補給口５ａが閉じ、内包する現像剤が外部にもれることはない。
【０１０１】
また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１０が内蔵されている。
【０１０２】
図５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１０はこれに示したように樹脂フィルムなど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、また現像剤の補給を補助する。
【０１０３】
画像形成によって消費された分のトナーは、攪拌部材１０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５ａを通過して、現像装置２３に設けられた補給路９を介して、現像装置２３に設けられた補給スクリュー８へと搬送される。
【０１０４】
そして、現像剤は、補給スクリュー８の回転に従い現像容器２３ａ内に補給される。
【０１０５】
このようにして現像剤カートリッジ５から現像容器２３ａに現像剤が補給される。
【０１０６】
この補給される現像剤のトナー及びキャリアの混合比は重量比で９：１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２３ａ内の２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。
【０１０７】
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。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、現像容器２３ａ内の２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。
【０１０８】
こ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。
【０１０９】
また、トナー（及びキャリア）の補給量は補給スクリュー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トナー補給量制御手段によって定められる。
【０１１０】
トナー補給量制御の方法としては２成分現像剤のトナー濃度を光学的あるいは磁気的に検知するものや、感光ドラム１ａ上の基準潜像を現像してそのトナー像の濃度を検知する方法などさまざまな方法が知られているので、いずれかの方法を適宜選択することが可能である。
【０１１１】
このように、本実施形態の画像形成装置では、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。
【０１１２】
また、劣化したキャリアを感光ドラムから中間転写ベルト８１に付着させ、このキャリアをマグネットローラ１８により捕集しているため、感光ドラムや中間転写ベルト８１の長寿命化を図ることもできる。
【０１１３】
（画像形成装置の第２の実施形態）
次に、本発明に係る画像形成装置の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態の画像形成装置の構成及び動作は、前述の本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態の構成及び動作と略同様であるため、その詳細な説明を省略する。すなわち、本実施形態においても、前述の第１の実施形態のように、劣化したキャリアを感光ドラムに付着させ、さらにこの感光ドラム上のキャリアを中間転写ベルトに転写して、劣化したキャリアを優先的に排出する。
【０１１４】
本実施形態では重合法で作成したトナーを使用している。一般に重合法で作られたトナーは球形度が非常に高く、転写効率が９８％以上に保つことが比較的容易に出来る。
【０１１５】
また、中間転写方式を採用することにより、どのような条件でも比較的安定的な高転写効率を維持することが可能である。そのため、感光ドラムなどの感光体（以下、単に感光体ともいう）のクリーニング装置を省略し、僅かに存在する転写残トナーを現像装置内に回収するという構成を取ることが可能となる。
【０１１６】
感光体のクリーナーとして、広く採用されている方式としてウレタンゴムのような弾性体のブレードを感光ドラムに直接当接して感光体に残留するトナーを掻き落とす、いわゆるブレードクリーニング方式がある。
【０１１７】
しかしながら、感光体にメカ的に当接するクリーニング装置は、感光体の磨耗、劣化を引き起こす。特に劣化したキャリアを感光体上に吐き出す方式をとる本発明のような場合、そのほとんどを中間転写ベルトなどの中間転写体（以下、単に中間転写体ともいう）に回収すると言っても、僅かに感光体上に残留してしまうこともある。
【０１１８】
この時感光体のクリーナーブレードが存在すると、ブレードと感光体の当接部にキャリアが入り込み、感光体に傷をつけるという課題が発生し得る。
【０１１９】
そこで、本実施形態ではトナーの球形度を上げて転写効率を極限までに高めることにより、感光体のクリーニングレスを実現した装置を提案する。
【０１２０】
これによりキャリアを感光体上に吐き出しても、ブレードがないため、感光体を傷つけることがなくなる。
【０１２１】
以下に、本実施形態で用いるトナーについて説明する。トナーも球形度が悪いと、転写残トナー量が多くなってしまい、クリーニングレスシステムを採用することが難しくなってしまう。
【０１２２】
発明者らの検討によれば、クリーニングレスシステムを採用するには、球形度に関して画像解析装置で測定した形状係数ＳＦ−１の値が１００≦ＳＦ−１≦１６０であり、かつＳＦ−２の値が１００≦ＳＦ−２≦１４０であることが必要であることが分かった。
【０１２３】
形状係数を示すＳＦ−１、ＳＦ−２とは、例えば日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い１０００倍に拡大した２μｍ以上のトナー像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介して、例えばニコレ社製画像解析装置（ＬｕｚｅｘＩＩＩ）に導入し解析を行い下式より算出し得られた値を形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２と定義する。
【０１２４】
ＳＦ−１＝（（ＭＸＬＮＧ）２／（ＡＲＥＡ））×（π／４）×１００
ＳＦ−２＝（（ＰＥＲＩＭＥ）２／（ＡＲＥＡ））×（１／４π）×１００
（式中、ＭＸＬＮＧの粒子は絶対最大長、ＰＥＲＩＭＥは粒子の周囲長、ＡＲＥＡは粒子の投影面積を示す）
【０１２５】
形状係数ＳＦ−１はトナー粒子の丸さの度合いを示し、形状係数ＳＦ−２はトナー粒子の凹凸の度合いを示し、１００に近ければ近い程真球に近いことを示している。
【０１２６】
トナーのＳＦ−１が１６０を超えると、球形から離れて不定形に近づき、現像器内でトナーが破砕され易く、粒度分布が変動したり、帯電量分布がブロードになりやすく地かぶりや反転かぶりが生じやすい。
【０１２７】
上記のような球形度の高いトナーは以下のような重合法によって作ることができる。まずトナーであるが、特公昭５６−１３９４５号公報に記載のディスクまたは多流体ノズルを用い溶融混合物を空気中に霧化し球状トナーを得る方法や、特開昭５９−５３８５６号公報、特開昭５９−６１８４２号公報に述べられている懸濁重合方法を用いて直接トナーを生成する方法や、単量体には可溶で得られる重合体が不溶な水系有機溶剤を用い直接トナーを生成する分散重合方法又は水溶性極性重合開始剤存在下で直接重合しトナーを生成するソープスリー重合方法に代表される乳化重合方法等を用いトナーを製造することが可能である。
【０１２８】
特に懸濁重合方法が特に好ましい。さらに一旦得られた重合粒子に更に単量体を吸着せしめた後、重合開始剤を用い重合せしめるシード重合方法も本発明に好適に利用することができる。
【０１２９】
更にスチレンと（メタ）アクリル酸の共重合体、マレイン酸共重合体、飽和ポリエステル樹脂等の極性樹脂を添加せしめることも好ましい。
【０１３０】
更に本発明に於いて直接重合方法を用いる場合には、重合阻害性が無く水系への可溶化物の無い荷電制御剤が好ましい。
【０１３１】
本発明のトナー製造方法に直接重合方法を用いる場合に於いては、以下の如き製造方法によって具体的にトナーを製造する事が可能である。
【０１３２】
単量体中に低軟化物質からなる、離型剤、着色剤、荷電制御剤、重合開始剤その他の添加剤を加え、ホモジナイザー・超音波分散機等によって均一に溶解又は分散せしめた単量体系を、分散安定剤を含有する水相中に通常の攪拌機またはホモミキサー、ホモジナイザー等により分散せしめる。好ましくは単量体液滴が所望のトナー粒子のサイズを有するように攪拌速度・時間を調整し、造粒する。
【０１３３】
その後は分散安定剤の作用により、粒子状態が維持され、且つ粒子の沈降が防止される程度の攪拌を行えば良い。重合温度は４０℃以上、一般的には５０〜９０℃の温度に設定して重合を行う。
【０１３４】
このように本実施形態の画像形成装置では、前述本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態と同様の効果を得ることができると共に、転写効率を向上させることができる。
【０１３５】
なお、上記各実施形態では、カラー画像形成装置を例に説明したが、画像形成ステーションが１つの、いわゆる白黒の画像形成装置であっても本発明を適用可能であり、前述の各実施形態と同様の効果を得られることはいうまでもない。
【０１３６】
【発明の効果】
以上説明したように、現像剤の劣化キャリアを、現像スリーブから感光体などの像担持体上にかぶり取り電位によって現像することで、劣化したキャリアを優先的に排出し、この劣化したキャリアを中間転写体上に捕集するシステムを構築することにより、現像剤の品質を安定させ、感光体などの像担持体にダメージを与えずにキャリアを捕集でき、現像剤および感光体などの像担持体の長寿命化を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の第１の実施形態の全体構成図である。
【図２】図１に示される画像形成装置における、Ｖｂａｃｋとキャリアの受ける力の関係を示すグラフ（図２の（ａ））及びキャリアに働く感光ドラムからの力Ｆｄと現像スリーブからの力Ｆｓとの関係（図２の（ｂ））を示す概念図である。
【図３】図１に示されるクリーニング装置７の断面図である。
【図４】図１に示される現像装置２３の断面図である。
【図５】図４に示される現像剤カートリッジ５の斜視図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  感光ドラム（像担持体）
４  マグネット
５  現像剤カートリッジ（容器）
５ａ  現像剤補給口
５ｂ  把手
６  カートリッジ載置台
７  クリーニング装置
８  補給スクリュー（補給手段）
９  補給路
１０  攪拌部材
１６  クリーニング容器
１７  クリーニングブレード
１８  マグネットローラ
１９  トナー層規制ローラ
２０  ステイ
２１  スクレーバ
２２  搬送スクリュー
２２ａ  一次帯電器
２３  現像装置
２３ａ  現像容器
２３ｂ  第１現像剤循環スクリュー
２３ｃ  第２現像剤循環スクリュー
２３ｄ  現像スリーブ
６０  給紙カセット
８１  中間転写ベルト（中間転写体）
９０  定着部
９１  排紙トレイ
２４１ａ  第１の転写部材
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ  画像形成ステーション（画像形成部）
Ｐ  記録材
【図１】
2005049472.tif 000003
【図２】
2005049472.tif 000004
【図３】
2005049472.tif 000005
【図４】
2005049472.tif 000006
【図５】
2005049472.tif 000007