(57)【要約】【課題】  目標となるトナー濃度の規定範囲を正確に設定して、トナー濃度を常に適格に制御することが可能な現像装置を実現する。【解決手段】  キャリアおよびトナーが共に粒子径分布を有するものであり、かつ、上記キャリアの変動係数が４０％以上である二成分現像剤を用いる現像装置において、ケース１１内のトナー濃度をトナー濃度センサ１６に検知し、この検知結果に基づいて、中間ホッパー２から現像装置１へのトナー補給を制御し、ケース１１内のトナー濃度を調整する。この時、キャリアのトナー粒子による被覆率Ｃｒ（％）が５５〜１００％の範囲となるように、ケース１１内のトナー濃度を制御する。【選択図】  図１
2007078742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を使用する現像装置において、
上記キャリアおよびトナーが共に粒子径分布を有するものであり、かつ、上記キャリアの粒子径分布を示す標準偏差をキャリアの平均粒径で割った値として与えられる変動係数が４０％以上である場合、
キャリアの半径をＲｃ（ｍ）、キャリアの比重をγｃ、トナーの半径をＲｔ（ｍ）、トナーの比重をγｔとし、質量部Ｗｃ部のキャリアと質量部Ｗｔ部のトナーとからなる二成分現像剤のトナー濃度をＴＤ（％）とした場合、
【数１】
2007078742.tif 000021
で定められるキャリアのトナー粒子による被覆率Ｃｒ（％）が５５〜１００％の範囲となるように、トナーホッパーから現像槽内へのトナー補給が制御され、現像槽内のトナー濃度が調整されることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
像担持体を備え、この像担持体に形成される静電潜像を現像装置によって現像し、現像された上記像担持体上のトナー像を記録媒体上に転写・定着することによって画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置であって、
上記現像装置として、上記請求項１に記載の現像装置が用いられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
上記現像装置は、上記像担持体に対向して配置される現像スリーブを備えており、
上記現像スリーブと上記像担持体とのギャップが０．５〜０．６ｍｍの範囲に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に適用され、磁性体キャリアとトナーを混合した現像剤を攪拌し、現像剤中のトナーを画像形成装置に供給しつつ、現像剤のトナー濃度を制御するための現像方法、及び現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁性体キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を攪拌し、該二成分現像剤中のトナーを画像形成装置に供給する現像装置が知られている。この種の従来の現像装置としては、例えば特許文献１に開示されているものがある。
【０００３】
この現像装置は、図４に示すように、ホッパー１０１と、現像器１０２とによって構成されている。トナー１０３は、ホッパー１０１内に収納されており、トナー補給ローラ１０４の回転によりトナー１０３が補給口１０５から現像器１０２へと供給される。現像器１０２内の現像剤１０６は、磁性体キャリアとホッパー１０１から供給されたトナーとが混合されたものであり、攪拌羽１０７の回転により磁性体キャリアとトナーとが攪拌されて摩擦帯電され、これらに電荷が付与される。
【０００４】
マグネットローラ１０８は、棒状のマグネットを固定し、このマグネット周りに非磁性体（例えばアルミ）のスリーブ１０８ａを回転自在に支持したものである。マグネットローラ１０８では、マグネットの磁力により現像剤１０６がスリーブ１０８ａの外周に吸着され、スリーブ１０８ａの回転により現像剤１０６が感光体（図示せず）へと搬送される。ドクターブレード１０９は、その先端でスリーブ１０８ａ外周の現像剤層の厚みを規制する。
【０００５】
スリーブ１０８ａ外周の現像剤層のトナーは、攪拌羽１０７の攪拌により摩擦帯電されるに際し、感光体表面の静電潜像とは逆極性に帯電されることから、感光体表面の静電潜像に付着する。これにより感光体表面の静電潜像が可視像となる。
【０００６】
一方、マグネットローラ１０８による現像剤１０６の搬送量が多いと、余剰分のトナーは、トナー濃度センサ１１０とガイド板１１１の折曲部１１１ａとの間に流れ、ガイド板１１１上面を滑り落ち、攪拌羽１０７へと戻される。
【０００７】
トナー濃度センサ１１０は、現像器１０２内における現像剤１０６のトナー濃度を検出するために設けられている。すなわち、現像器１０２内の現像剤１０６は、感光体へのトナー供給に伴い、そのトナー濃度が低下する。このため、トナー濃度センサ１１０により検出されるトナー濃度が規定の範囲に収まるように、トナー補給ローラ１０４によりトナー１０３をホッパー１０１から現像器１０２へと供給する。
【０００８】
ところが、トナー濃度センサ１１０において実際のトナー濃度の測定が正確に行われたとしても、トナー濃度の規定の範囲に誤差があると、現像剤のトナー濃度が常に不適格になり、画像のカスレやカブリ等が発生する。
【０００９】
このため、例えば特許文献２では、キャリアおよびトナーの平均粒子径より理論的なキャリア被覆率（磁性体キャリア表面に対するトナーの被覆率：(1)式にて定義される）Ｔｎ（％）を計算し、この被覆率Ｔｎが１３０（％）以下となるようにトナー濃度を設定している。換言すれば、被覆率Ｔｎが１３０（％）以下となるトナー濃度の規定の範囲を設定して、現像剤のトナー濃度が規定の範囲に収まるようにしている。
Ｔｎ＝１００Ｃ√３／｛２π（１００−Ｃ）・（１＋ｒ／Ｒ）２｝・（ｒ／Ｒ）・
（ρｔ／ρｃ）｝      …（１）
但し、上記(1)式において、Ｃはトナー濃度（％）、ｒはトナーの半径（μｍ）、Ｒは磁性体キャリアの半径（μｍ）、ρtはトナーの真比重（ｇ／ｃｍ３）、ρcは磁性体キャリアの真比重（ｇ／ｃｍ３）である。
【００１０】
尚、特許文献２以外にも、トナーの径及び磁性体キャリアの径を用いて、トナー濃度の規定の範囲を設定する技術は開示されている。
【特許文献１】特開平１−２３７５７７号公報（公開日１９８９年９月２２日）
【特許文献２】特開平１０−３１２１０５号公報（公開日１９９８年１１月２４日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところが、上記従来の方法においては、キャリア被覆率Ｔｎを計算する際、トナーおよびキャリアの径として、それぞれの平均粒子経が用いられている。しかしながら、近年の二成分現像剤では、印刷速度を高速化した際に現像ローラからのキャリア欠落が顕著になることを防止するため、キャリアについては従来の平均粒子経を維持しながらキャリアの粒子経分布をブロードにしたものがある。また、トナーについては、画像の高精細化のためにトナーの平均粒子経を小粒経化するとともに、ハイライト部の階調性再現性を改善するためにトナーの粒子経分布をブロードにしたものがある。
【００１２】
そして、このような粒子経分布をブロードにした現像剤について、トナー濃度の検討を行ったところ、トナーおよびキャリアの粒子径分布の標準偏差が３０％以上のブロードな粒子径分布を持つ現像剤の場合、良好な画質を得るためのトナー濃度ＴＤ（％）が、上記(1)式から求められる理論トナー濃度ＴＤ（％）から大きくずれることがわかった。
【００１３】
したがって、従来のように、トナーの平均粒子径及び磁性体キャリアの平均粒子径を用いて、キャリア被覆率Ｔｎを計算し、このキャリア被覆率Ｔｎからトナー濃度の規定の範囲を設定したとしても、この規定の範囲が必ずしも正確なものであるとは言えず、このためにトナー濃度の適格な制御の再現性に問題があった。トナー濃度制御が正確になされていない場合、かぶり現象や濃度低下、細線再現性などが悪くなり、良好な画像が得られなくなる。
【００１４】
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、目標となるトナー濃度の規定範囲を正確に設定して、トナー濃度を常に適格に制御することが可能な現像方法及び現像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る現像装置は、上記課題を解決するために、キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を使用する現像装置において、上記キャリアおよびトナーが共に粒子径分布を有するものであり、かつ、上記キャリアの変動係数が４０％以上である場合、キャリアの半径をＲｃ（ｍ）、キャリアの比重をγｃ、トナーの半径をＲｔ（ｍ）、トナーの比重をγｔとし、質量部Ｗｃ部のキャリアと質量部Ｗｔ部のトナーとからなる二成分現像剤のトナー濃度ＴＤ（％）とした場合、
【００１６】
【数１】
2007078742.tif 000003
【００１７】
で定められるキャリアのトナー粒子による被覆率Ｃｒ（％）が５５〜１００％の範囲となるように、トナーホッパーから現像槽内へのトナー補給が制御され、現像槽内のトナー濃度が調整されることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明に係る画像形成装置は、上記現像装置が用いられていることを特徴としている。
【００１９】
上記の構成によれば、現像剤においてキャリアおよびトナーが粒子径分布を有し、キャリアの変動係数が４０％を超える場合であっても、現像槽内の現像剤におけるトナー濃度を、キャリアのトナー粒子による被覆率Ｃｒ（％）が５５〜１００％の範囲となるように制御することにより、高速印刷時にキャリアの欠落が改善でき、高精細で階調性が改善された画像を得ることが可能となる。
【００２０】
また、上記画像形成装置においては、上記現像装置は、上記像担持体に対向して配置される現像スリーブを備えており、上記現像スリーブと上記像担持体とのギャップが０．５〜０．６ｍｍの範囲に設定されていることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、現像スリーブと像担持体とのギャップは０．５〜０．６ｍｍに設定することで、現像剤搬送量を安定規制することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の現像装置は、以上のように、キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を使用する現像装置において、上記キャリアおよびトナーが共に粒子径分布を有するものであり、かつ、上記キャリアの変動係数が４０％以上である場合、キャリアの半径をＲｃ（ｍ）、キャリアの比重をγｃ、トナーの半径をＲｔ（ｍ）、トナーの比重をγｔとし、質量部Ｗｃ部のキャリアと質量部Ｗｔ部のトナーとからなる二成分現像剤のトナー濃度ＴＤ（％）とした場合、
【００２３】
【数１】
2007078742.tif 000004
【００２４】
で定められるキャリアのトナー粒子による被覆率Ｃｒ（％）が５５〜１００％の範囲となるように、トナーホッパーから現像槽内へのトナー補給が制御され、現像槽内のトナー濃度が調整される。
【００２５】
それゆえ、現像剤においてキャリアおよびトナーが粒子径分布を有し、キャリアの変動係数が４０％を超える場合であっても、現像槽内の現像剤におけるトナー濃度を、キャリアのトナー粒子による被覆率Ｃｒ（％）が５５〜１００％の範囲となるように制御することにより、高速印刷時にキャリアの欠落が改善でき、高精細で階調性が改善された画像を得ることができるという効果を奏する。また、画像濃度が低下する低温低湿環境下においても高濃度の画像が得られ、かぶりが発生しやすい高温高湿環境下においても現像剤の飛散がなく、良好な画像を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の一実施形態について図１ないし図３に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２７】
図１は、本実施の形態に係る現像装置１の概略構成を示す断面図である。現像装置１は、電子写真方式の画像形成装置に内蔵されるものである。現像装置１は中間ホッパー２に連結され、中間ホッパー２はトナーボトル３に連結されている。
【００２８】
トナーボトル３はトナーを収容するものであり、中間ホッパー２へとトナーを少しずつ補給したり、トナーの補給を停止したりすることができる。中間ホッパー２は、トナーボトル３から供給されたトナーを一時的に貯えると共に、トナーを現像装置１に供給する。
【００２９】
この中間ホッパー２では、攪拌部材２１を回転させて、該中間ホッパー２内のトナーを攪拌する。また、補給ローラ２２・２３を回転させて、中間ホッパー２内のトナーを現像装置１へのトナー補給路側に移動させている。可撓性帯状部材２４は、攪拌部材２１の一端に連結されており、その先端には被検出体２５を固定支持している。さらに、中間ホッパー２の底部には静電容量センサ２６が固定されており、静電容量センサ２６は該静電容量センサ２６と可撓性帯状部材２４先端の被検出体２５との間の静電容量を検出する。
【００３０】
ここで、中間ホッパー２内のトナーが減少している状態では、可撓性帯状部材２４先端の被検出体２５はトナー表面上を滑って移動する。そして、中間ホッパー２内でのトナーの減少に伴い、トナー表面の高さが低下すると、トナー表面を滑って移動する被検出体２５の位置も徐々に低下して、被検出体２５と静電容量センサ２６との間の離間距離が短くなる。そこで、被検出体２５が静電容量センサ２６の直上を移動するタイミングで、静電容量センサ２６により該静電容量センサ２６と被検出体２５との間の静電容量を検出する。この静電容量に対応する静電容量センサ２６と被検出体２５間の離間距離を求め、この離間距離に対応するトナーの残量が求められる。そして、このトナーの残量に応じて、トナーボトル３から中間ホッパー２へのトナー補給を行ったり、トナーボトルの交換を促す旨を報知する。
【００３１】
現像装置１は、磁性体キャリアとトナーとを混合した二成分現像剤をそのケース１１内に収容し、該現像剤中のトナーを画像形成装置の感光体ドラム５に供給する。これにより感光体ドラム８表面の静電潜像が現像され、感光体ドラム５表面に可視像が形成される。この現像装置１では、攪拌ローラ１２を回転させてケース１１内の現像剤を攪拌し、この攪拌により磁性体キャリアとトナーとを摩擦帯電して、磁性体キャリアとトナーとに電荷を付与する。
【００３２】
マグネットローラ１３は、棒状の多極着磁のマグネット１３ａを固定し、マグネット１３ａの周りに非磁性体（例えばアルミ）のスリーブ１３ｂを回転自在に支持したものである。現像装置１において、現像剤は、マグネット１３ａの磁力によってスリーブ１３ｂの外周に吸着され、スリーブ１３ｂの回転に伴って搬送される。このとき、スリーブ１３ｂ外周の現像剤の層厚は、先ずは第２規制部材１４によってある程度の層厚まで規制され、更に第１規制部材１５により所望の層厚まで規制される。層厚が規制されたスリーブ１３ｂ外周の現像剤層は、感光体ドラム５表面へと搬送されて接近する。
【００３３】
現像装置１内の現像剤中のトナーは、攪拌ローラ１２の攪拌によって摩擦帯電されるに際し、感光体ドラム５表面の静電潜像とは逆極性に帯電される。このため、スリーブ１３ｂ外周の現像剤層が感光体ドラム５表面に接近したときには、現像剤層のトナーが感光体ドラム５表面の静電潜像に付着し、この静電潜像が可視像化される。
【００３４】
また、第１規制部材１５の層厚規制においては余剰の現像剤が生じる。この余剰の現像剤は、第２規制部材１４の上方の還流口へと流れ、第２規制部材１４の上面を滑り落ちて攪拌ローラ１２側に戻される。
【００３５】
現像装置１のケース１１の底部には、周知のトナー濃度センサ１６が設けられている。このトナー濃度センサ１６は、例えば透磁率センサであり、現像剤の透磁率に対応するトナー濃度を検出する。本実施の形態における現像剤は、非磁性体のトナーを磁性体キャリアに混合したものであるため、現像剤の単位体積当たりのトナー量が多くなると、単位体積当たりの磁性体キャリア量が少なくなり、現像剤の磁気抵抗が大きくなる。逆に、単位体積当たりのトナー量が少なくなると、単位体積当たりの磁性体キャリア量が多くなり、現像剤の磁気抵抗が小さくなる。トナー濃度センサ１６は、そのような現像剤の磁気抵抗を検出し、この磁気抵抗に対応する単位体積当たりトナーの量、つまりトナー濃度を検出する。
【００３６】
図２は、トナー濃度センサ１６の構成を例示するブロック図である。ここで示すトナー濃度センサ１６は、差動トランス１６１、交流電源１６２、位相比較回路１６３、および平滑回路１６４を備えている。
【００３７】
差動トランス１６１は、一次コイル１６１ａと、二次側の直列接続された基準コイル１６１ｂ及び検知コイル１６１ｃとを備えており、交流電源１６２からの交流電圧が一次コイル１６１ａに印加される。また、基準コイル１６１ｂと検知コイル１６１ｃとは、略同一の巻数であって、かつ逆極性となっている。
【００３８】
一次コイル１６１ａと検知コイル１６１ｃとは、ケース１１内の現像剤の近傍に配置される。このため、現像剤が一次コイル１６１ａと検知コイル１６１ｃの磁心として作用し、現像剤の磁気抵抗により該各コイル１６１ａ、１６１ｃのインダクタンスが決まり、検知コイル１６１ｃの電圧信号が決まる。従って、検知コイル１６１ｃの電圧信号は、現像剤のトナー濃度に対応する。
【００３９】
位相比較回路１６３は、一次コイル１６１ａの電圧信号と検知コイル１６１ｃの電圧信号とを入力し、これらの電圧信号の排他的論理和を求めて、この排他的論理和を示す信号を出力する。平滑回路１６４は、この排他的論理和を示す信号を入力すると、この信号を平滑化して、直流電圧ＶＴを出力する。この直流電圧ＶＴは、トナー濃度を示しており、トナー濃度センサ１６の検出出力として出力される。
【００４０】
本実施の形態に係る現像装置１において、ケース１１内の現像剤のトナー濃度については、目標となる規定の範囲を予め設定しており、トナー濃度センサ１６により検出されたケース１１内の現像剤のトナー濃度が規定の範囲に収まるように制御される。すなわち、ケース１１内の現像剤のトナー濃度が規定の範囲より小さいことが検出された場合は、中間ホッパー２の補給ローラ２３を回転させて、中間ホッパー２から現像装置１のケース１１内へとトナーを補給する。
【００４１】
本実施の形態では、現像装置１において電子写真用二成分現像剤が用いられており、この現像剤のキャリアおよびトナーの特性は以下のように設定されている。
【００４２】
先ず、キャリアについては、個数平均粒径が８７．６μｍ、標準偏差が４６．９％、変動係数（標準偏差÷個数平均粒径）が５４％である。また、トナーについては、体積平均粒径が６．４μｍ、標準偏差が１５．５％である。上記現像剤では、キャリア粒子径の分布を考慮して計算された、キャリアのトナーの粒子による被覆率Ｃｒ（％）は、５５〜１００％である。本実施の形態において、上記被覆率Ｃｒを５５〜１００％に設定する理由は以下の通りである。
【００４３】
まず、被覆率Ｃｒが５５％未満の現像剤では、トナーの搬送量が減少するために、画像濃度が低下する傾向にある。また、被覆率Ｃｒが１００％以上となる現像剤では、キャリアに対してトナーが過剰に存在するようになり、キャリアとトナーとの接触回数が減るため、かぶり現象が起きやすい。
【００４４】
以下の表１は、トナー径を一定値とし、キャリア径を変化させた場合の被覆率の変化を示すものである。この表１では、キャリア径、トナー径、被覆率１００％の時のキャリア１個あたりのトナー数、被覆率１００％となるトナー濃度（理論Ｔ／Ｄ）、トナー濃度３．０％，３．５％，４．０％，５．０％の時の被覆率を示している。また、被覆率は、キャリア径、トナー径、トナー濃度の３つのパラメータにより決まる。
【００４５】
【表１】
2007078742.tif 000005
【００４６】
さらに、以下の表２は、キャリア径を一定値とし、トナー径を変化させた場合の被覆率の変化を示すものである。この表２でも、キャリア径、トナー径、被覆率１００％の時のキャリア１個あたりのトナー数、被覆率１００％となるトナー濃度（理論Ｔ／Ｄ）、トナー濃度３．０％，３．５％，４．０％，５．０％の時の被覆率を示している。
【００４７】
【表２】
2007078742.tif 000006
【００４８】
表１および表２に示すように、被覆率１００％となる場合のトナー濃度は、トナーおよびキャリアの粒径によって異なる。これは、トナーおよびキャリアの粒径が変化すると，これに伴ってキャリアの被覆率が変化するためである。
【００４９】
次に、以下の表３は、本発明の実施例１に係る現像剤（キャリアおよびトナー）を用いた場合と、比較例１として該実施例１における粒子径分布を無しとした現像剤を用いた場合とで、被覆率１００％の時のキャリア１個あたりのトナー数、被覆率１００％となるトナー濃度（理論Ｔ／Ｄ）、およびトナー濃度３．５％，４．０％の時の被覆率の比較を示すものである。
【００５０】
【表３】
2007078742.tif 000007
【００５１】
すなわち、上記実施例１に係る現像剤では、上述したように、キャリアについては、個数平均粒径が８７．６μｍ、標準偏差が４６．９％、変動係数（標準偏差÷平均粒径）が５４％である。また、トナーについては、体積平均粒径が６．４μｍ、標準偏差が１５．５％である。キャリアおよびトナーのそれぞれの粒子径分布は、図３（ａ），（ｂ）のグラフに示されている。一方、比較例１の現像剤では、キャリアの粒径が８７．６μｍ、トナーの粒径が６．４μｍであり、キャリア、トナー共に粒子径分布は無しとなっている。
【００５２】
上記実施例１の現像剤と上記比較例１の現像剤とを比べた場合、これらの現像剤ではキャリアおよびトナーの質量部比は同じであるが、一方（すなわち実施例１）はキャリアおよびトナーが粒子径分布を有しているのに、他方（すなわち比較例１）は粒子径分布を有さない。そして、表３に示されるように、現像剤におけるキャリアおよびトナーの粒径が同じであっても、その粒径分布がブロードである場合にはトナー濃度が異なってくる。つまり、キャリアおよびトナーに粒子径分布が存在する現像剤では、上述したようにそれぞれのトナーおよびキャリアの粒径が異なることでそれぞれのキャリアの被覆率が変化し、粒子径分布が存在しない現像剤と比べてトナー濃度の違いとなって現れる。
【００５３】
次に、以下の表４は、本発明の実施例２および３に係る現像剤（キャリアおよびトナー）において、被覆率１００％の時のキャリア１個あたりのトナー数、被覆率１００％となるトナー濃度（理論Ｔ／Ｄ）、およびトナー濃度３．５％，４．０％の時の被覆率の比較を示すものである。
【００５４】
【表４】
2007078742.tif 000008
【００５５】
上記実施例２に係る現像剤では、キャリアについては、個数平均粒径が８７．６μｍ、標準偏差が４１．２％、変動係数（標準偏差÷平均粒径）が４７％である。上記実施例３に係る現像剤では、キャリアについては、個数平均粒径が８７．６μｍ、標準偏差が３５．０％、変動係数（標準偏差÷平均粒径）が４０％である。また、トナーについては、実施例２および３の何れにおいても、体積平均粒径が６．４μｍ、標準偏差が１５．５％である。
【００５６】
次に、以下の表５は、参考例１として示す現像剤（キャリアおよびトナー）を用いた場合と、比較例２として該参考例１における粒子径分布を無しとした現像剤を用いた場合とで、被覆率１００％の時のキャリア１個あたりのトナー数、被覆率１００％となるトナー濃度（理論Ｔ／Ｄ）、およびトナー濃度３．５％，４．０％の時の被覆率の比較を示すものである。
【００５７】
【表５】
2007078742.tif 000009
【００５８】
すなわち、上記参考例１に係る現像剤では、上述したように、キャリアについては、個数平均粒径が５２μｍ、標準偏差が１４．３％、変動係数（標準偏差÷平均粒径）が２７％である。また、トナーについては、体積平均粒径が６．６μｍ、標準偏差が２．７％である。キャリアおよびトナーのそれぞれの粒子径分布は、図３（ａ），（ｂ）のグラフに示されている。一方、比較例２の現像剤では、キャリアの粒径が５２μｍ、トナーの粒径が６．６μｍであり、キャリア、トナー共に粒子径分布は無しとなっている。上記表４の結果においても、上記参考例は、上記比較例２に比べてその粒径分布がブロードであるがために、トナー濃度が異なっている。
【００５９】
また、以下の表６は、比較例３として、キャリアの粒径が実施例１〜３と同じくが８７．６μｍであり、キャリアの粒子径分布が無い現像剤において、被覆率１００％の時のキャリア１個あたりのトナー数、被覆率１００％となるトナー濃度（理論Ｔ／Ｄ）、およびトナー濃度３．５％，４．０％の時の被覆率の比較を示すものである。また、比較例３の現像剤では、トナーについては実施例１〜３と同じものを用いている。
【００６０】
【表６】
2007078742.tif 000010
【００６１】
さらに、上記実施例１と上記参考例１との結果について比較検討を行った結果について述べる。
【００６２】
上記実施例１と上記参考例１と比べた場合、キャリアの変動係数は実施例１で５４％であり、参考例１で２７％であることから、実施例１のほうが参考例１に比べて、より分布範囲の広いブロードな粒子径分布を有していることが分かる。また、このことは図３（ａ）のグラフからも読み取れる。
【００６３】
ここで、キャリア粒径の分布が実施例１よりも狭くなっている参考例１では、トナー粒径の分布が実施例１よりも広くなっているにも係わらず、単一粒径での被覆率（比較例２での結果）と粒子径分布を考慮した被覆率との差がトナー濃度４．０％の時、約１．３％と小さい。これに対し、キャリア粒径の分布が広くなっている実施例１では単一粒径での被覆率（比較例１での結果）と分布を考慮した被覆率との差が約１２．４％と顕著となっている。
【００６４】
すなわち、上記実施例１と上記参考例１との比較結果より、トナー粒径分布が狭い場合よりも、キャリア粒径分布が広い場合に、粒子径分布を考慮した被覆率を用いることが必要となることを示している。
【００６５】
次に、上記実施例１〜３と上記比較例３との比較を行った。この比較結果から分かるように、キャリアの粒子径分布が無い比較例３に比べて、実施例１〜３ではキャリアの粒子径分布が大きくなるほど（すなわちキャリアの変動係数が大きくなるほど）、比較例３との被覆率のずれが大きくなっている。特に、キャリアの変動係数が４０％以上である現像剤においては、該キャリアの粒子径分布を考慮することが必要となる。
【００６６】
本願発明者らの実験により、キャリアの変動係数が４０％以上となる現像剤においても、粒子径分布を考慮した下記の（２）式で表されるキャリア被覆率Ｃｒが５５％〜１００％となるようなトナー濃度の制御を行うことで、濃度低下やキャリア上がり、かぶりなどの問題がない画像を得られることが分かった。
【００６７】
【数１】
2007078742.tif 000011
【００６８】
ここで、トナー被覆率が５５％未満である場合は、現像剤中のトナー割合が低く、粒子の接触回数が減り、多くのトナーに短時間で帯電を与えることができない。逆にトナー被覆率が１００％を超える場合、トナーがキャリアに対し過剰となり、目的の帯電量を与えるのに時間がかかる。そして、トナー被覆率が５５〜１００％となる範囲では、トナーに対して効果的に目的の帯電量を与えることができるため、かぶり現象や濃度低下、細線再現性の悪化を防止し、良好な画像を得ることができる。
【００６９】
本実施の形態に係る現像装置においては、磁性体キャリアとトナーとを混合してなる二成分現像剤を攪拌し、現像剤中のトナーを供給しつつ、現像剤のトナー濃度ＴＤ（％）を測定し、測定されたトナー濃度ＴＤ（％）の低下に応じて、トナーを現像剤に補給する方法が採用される。そして、トナーを現像剤に補給するにあたっては、測定されたトナー濃度ＴＤ（％）が、上記（２）式により規定されるキャリア被覆率Ｃｒが５５％〜１００％の範囲、好ましくは５５〜８５％の範囲、さらに好ましくは５５〜７５％の範囲となるようなトナー濃度ＴＤ（％）範囲に収まるようにすることを特徴としている。また、上記（２）式は、以下の(A)〜(J)の考えに従って算出されたものである。
【００７０】
まず、上記二成分現像剤において、キャリアの半径をＲｃ（ｍ）、キャリアの比重をγｃ、トナーの半径をＲｔ（ｍ）、トナーの比重をγｔとし、該二成分現像剤は、質量部Ｗｃ部のキャリアと質量部Ｗｔ部のトナーとからなると仮定する。
(A) キャリア１個当たりの直径（平均直径）は、以下の(3)式で表される（キャリアの総数をｍとしている）。
【００７１】
【数２】
2007078742.tif 000012
【００７２】
(B) トナー１個当たりの直径（平均直径）は、以下の(4)式で表される（トナーの総数をｎとしている）。
【００７３】
【数３】
2007078742.tif 000013
【００７４】
(C) キャリア１個当たりの表面積Ｓcavは、以下の(5)式で表される。
【００７５】
【数４】
2007078742.tif 000014
【００７６】
(D) キャリア表面のトナー１個あたりの投影面積Ｓtavは、以下の(6)式で表される。
【００７７】
【数５】
2007078742.tif 000015
【００７８】
(E) 被覆率１００％のときキャリア１個当たりのトナー個数Ｎ１００は、以下の(7)式で表される。
【００７９】
【数６】
2007078742.tif 000016
【００８０】
(F) 比重γｃのキャリア１個の重量Ｗｃは、以下の(8)式で表される。
【００８１】
【数７】
2007078742.tif 000017
【００８２】
(G) 比重γｔのトナー１個の重量Ｗｔは、以下の(9)式で表される。
【００８３】
【数８】
2007078742.tif 000018
【００８４】
(H) 被覆率１００％のキャリア１個当たりに付着したトナーの総重量Ｗｔ１００は、以下の(10)式で表される。
【００８５】
【数９】
2007078742.tif 000019
【００８６】
(I) 理論トナー濃度ＴＤ１００（％）は、以下の(11)式で表される。
【００８７】
【数１０】
2007078742.tif 000020
【００８８】
(J) キャリア被覆率Ｃｒ（％）は、実動作状態でのトナー濃度ＴＤ（％）より、Ｃｒ＝ＴＤ／ＴＤ１００で求まり、本実施の形態において、その適正範囲は５５〜１００％の範囲である（すなわち、５５≦Ｃｒ≦１００）。キャリア被覆率Ｃｒは、Ｃｒ＝ＴＤ／ＴＤ１００
の式に、上記(11)式を代入することで、上述した(2)式で求められる。
【００８９】
上記説明では、キャリアの総数をｍ個、トナーの総数をｎ個としているが、キャリアおよびトナーの全ての半径が分からない場合でも、測定レンジごとに計算し、被覆率を求めることができる。この場合、測定レンジは狭いほうがより正確な値を得ることができる。
【００９０】
上記条件に設定することにより、キャリアの変動係数が４０％を超える粒径分布のキャリア、および、トナーにおいても、高速印刷時にキャリアの欠落が改善でき、高精細で階調性が改善された画像が得ることが可能となる。また、画像濃度が低下する低温低湿環境下においても高濃度の画像が得られ、かぶりが発生しやすい高温高湿環境下においても現像剤の飛散がなく、良好な画像を得ることができる。
【００９１】
また、粒径分布の規格が緩和されることにより、生産性が向上するとともに粒度分布の規格外で不良品として廃棄処分となるトナーおよびキャリアの量が削減され環境が改善される。
【００９２】
上記実施例および参照例での画像評価には、シャープ社製ＡＲ−７０５を用いた。尚、実施例および参照例に用いたキャリアの粒子径分布測定には、HORIBA LA-920 for Windows(登録商標)(TM)［WET(LA-920) Ver.3.02］を用い、実施例および参照例に用いたトナーの粒子径分布は粒子径分布測定器（Coulter Multisizer II）により測定した。
【００９３】
また、上記キャリアおよびトナーの粒子径分布は以下の方法によって調整することが可能である。先ず、トナーについて言えば、粉砕トナーでは粉砕後、分級機で粗粉と微粉がカットされる。そして、この分級の仕方によって標準偏差が制御される。キャリアについても、同様に分級により標準偏差の制御が可能である。また、平均径および分布の異なるトナーまたはキャリアをブレンドすることによっても粒子径分布を調整することは可能である。
【００９４】
また、本実施の形態に係る現像装置では、図１に示す構成において、マグネットローラ１３の径を４８ｍｍ〜５５ｍｍで設計し、感光体５と現像スリーブ１３ｂとのギャップは、０．５ｍｍ〜０．６ｍｍで管理することにより、下記高速システムにおいても粒状性、クレスト、後端かけ、濃度ムラ、濃度低下、かぶり現象を抑え、画質が良好になる。
【００９５】
感光体５と現像スリーブ１３ｂとのギャップを０．６ｍｍ以下というように狭化することにより、粒状性、クレスト等の画像品質についても改善できた。すなわち、上記ギャップを小さくすることにより、電界強度を高めることができ、ドット再現性も良くなり、粒状性も良くなる。また、上記ギャップを０．５ｍｍ以上としたのは、これより狭いと、現像領域で現像剤が溜まり過ぎて、現像スリーブにトナーが固着するなどの問題や現像スリーブ、感光体などへの傷の原因となるなどの不具合が生じやすくなるからである。また、ギャップを０．６ｍｍ以上に広げると、磁気ブラシの感光体に対する摺擦が弱くなり、トナー飛散がおきやすくなるため、かぶりなどの問題が発生しやすかった。
【００９６】
本実施の形態においては、高画質化のために小粒径かつシャープな分布を持つ粉砕トナーを用いている。トナーの小粒径化に伴い、キャリアも小粒径化する傾向にあるが、キャリアを小粒径化するとキャリア上がりが悪化する。そこでその防止のためにキャリアの粒子径は下げずにブロードな粒子径にすることでキャリア上がりをしない磁気ブラシを形成する大粒径粒子と高画質を達成するためにキャリアの総表面積を上げる小粒径粒子の両方を存在させるようにした。特にこのようにブロードな粒子径分布を持つキャリアにおいて被覆率の計算を行う場合に、分布を考慮しない場合と、考慮した場合で、大きな差が出ることが分かった。
【００９７】
以上のように、本実施の形態においては、トナーとして、体積平均粒径が６．４μｍであって、標準偏差が１５．３％であるものを用い、キャリアとして体積平均粒径が８７．６μｍであって、標準偏差が４６．９％であるものを用い、トナー濃度ＴＤ（％）を、粒径の分布を考慮して計算したキャリアのトナー粒子による被覆率Ｃｒ（％）が５５〜１００％であるように規定した電子写真用二成分現像剤を使用した。これにより、キャリア上がり、現像剤の飛散を改善することができるので、高画質化のために、トナーの小粒径化を行った場合にも、潜像担持体へのキャリア付着による画像上の白抜けや、かぶり現象を抑え、高画質な画像を安定して形成できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、現像装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】上記現像装置におけるトナー濃度センサの構成を例示するブロック図である。
【図３】図３（ａ）は表３，４の計算に用いたキャリアの粒子径分布を示すグラフであり、図３（ｂ）は表３，４の計算に用いたトナーの粒子径分布を示すグラフである。
【図４】従来の現像装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１    現像装置
２    中間ホッパー
５    感光体（像担持体）
１１    ケース（現像槽）
１３    マグネットローラ
１３ａ  マグネット
１３ｂ  スリーブ（現像スリーブ）
【図１】
2007078742.tif 000022
【図２】
2007078742.tif 000023
【図３】
2007078742.tif 000024
【図４】
2007078742.tif 000025