(57)【要約】【課題】静電電位の差による潜像に、磁性キャリアとトナーとを混合した二成分現像剤からトナーを転移して可視像を形成する画像形成装置において、簡単な構成で磁性キャリアの劣化情報を検出し、この劣化情報に基づいて二成分現像剤の交換時期を表示する。【解決手段】現像装置４１で用いる現像剤の磁性キャリアは、中核部分を構成する材料より抵抗率が大きい材料からなる被覆層を有するものとする。例えば合成樹脂とフェライトとを混練して磁性粒子を形成し、高抵抗の樹脂による被覆層を形成したものとする。また現像ロール４３と感光体ドラム１との間には現像バイアス電圧を印加し、これによって現像ロールと感光体ドラムとの間に生じる電流を電流計５３によって検知する。磁性キャリアが劣化し、破壊されたキャリアが増加していると大きな電流値が検出され、この検出値に基づいて、二成分現像剤の交換時期を表示装置５５に表示する。【選択図】  図２
2007322841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一様帯電後の像露光によって静電電位の差による潜像が表面に形成される像担持体と、
前記像担持体に像光を照射する露光装置と、
前記像担持体に電荷を有する粉状のトナーを転移して前記潜像を可視化する現像装置とを有する画像形成装置であって、
前記現像装置は、前記像担持体と近接対向する現像ロールと、トナーと磁性キャリアとが混合された二成分現像剤を前記現像ロールの表面上に供給可能に収容するハウジングとを有するものであり、
前記磁性キャリアは、中核部分を構成する材料より抵抗率が大きい材料からなる被覆層を有するものであり、
前記像担持体と前記現像ロールとの間に、前記トナーを転移させるための現像バイアス電圧を印加する電源装置と、
前記現像バイアス電圧の印加による前記現像ロールから前記像担持体への電流を検出する電流検知手段を備え、
該電流検知手段の検出値に基づいて、前記ハウジング内の二成分現像剤の交換時期に関する信号を出力するものであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像ロールは、前記像担持体と対向する位置で前記像担持体の表面の移動と反対方向に周面が移動するように駆動されるものであ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】
前記現像装置は、前記ハウジングにトナーと磁性キャリアとを供給する現像剤供給装置と、該ハウジングに収容された二成分現像剤の一部を排出する現像剤排出装置とを有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記電流検知手段の検出値に基づいて、前記現像剤供給装置による磁性キャリアの供給量を制御することを特徴とする請求項３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、複写機やレーザープリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に係り、特にトナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を用いる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタなどの電子写真方式の画像形成装置では、像担持体上に静電電位の差による潜像を形成し、これにトナーを選択的に転移して可視像とした後、このトナー像を記録用紙等に転写するように構成されている。このような画像形成装置において像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置としては、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を用いるものがある。
【０００３】
このような現像装置では、径が数μｍ程度の帯電性の着色粒子であるトナーと径が数十μｍ程度の磁性粒子であるキャリアとをハウジング内で混合攪拌し、キャリアとトナーとを特定の極性に摩擦帯電し、クーロン力によって互いに結びつけられた状態としている。この二成分現像剤は、現像装置が有する現像ロールの周面に供給され、周面上に担持されて像担持体と対向する現像領域に搬送される。
現像ロールは、一般に薄い円筒状のスリーブと、周方向に複数の磁極が形成された磁石ロールとを備えており、トナーを保持して穂状に連なった磁性キャリアがスリーブの表面に磁気的に吸着され磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシをトリマなどの層厚規制部材により規制してスリーブ上に所定量の現像剤を吸着させる。そして、スリーブの回転により磁気ブラシを搬送し、現像領域で像担持体に摺擦又は近接させ、現像ロールと像担持体との間に印加されている現像バイアス電圧により、像担持体上の画像部分にトナー粒子を転移させる。一方、キャリアは磁石ロールの磁気的吸引力に拘束されてスリーブ上に留まる。スリーブの回転によって現像領域を通過したキャリアと現像に使用されなかったトナーとはハウジング内に戻され、ハウジング内に収容されている現像剤とともに再び攪拌されてその後の現像に用いられる。したがって、現像によってトナー粒子は消費されるが、磁性キャリアはほとんど消費されない。
【０００４】
このように、現像動作で消費されないキャリアは繰り返し撹拌され、劣化を生じる。キャリアの劣化は、例えば表面にトナーの外添剤などトナー側の成分が付着したり、トナーと摩擦されたときの帯電性を保持するコート剤がはがれる等の現象が生じるものである。このような現象が生じると、キャリアのトナーを帯電する能力が低下するため、トナーの帯電量が不足し、現像された画像に背景かぶり等の欠陥を引き起こし易くなる。また、キャリアは破損したり割れたりして劣化する。内部が帯電性の弱い材料から構成されているキャリアの場合、キャリアが割れるとトナーの帯電が不十分になるとともに、キャリアの表面に十分な量のトナーを保持することができなくなる。このため、像担持体上の画像部に適切な量のトナーを飛翔させることができず、画像の粒状性が悪化する。
【０００５】
上記のようにキャリアに劣化が生じると現像剤を交換する必要が生じるが、画像の状態等から判断して現像剤の交換時期を定めることは難しい。このため、一定の枚数の現像を行ったときに現像剤を交換することが行われている。また、特許文献１には、基準画像を形成し、この基準画像の電位を測定して二成分現像剤の交換時期を判別する装置及び方法が提案されている。
【特許文献１】特開平９−２５８５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように一定の現像を行ったときに現像剤を交換するものでは、環境条件や使用状態によって現像剤、特にキャリアの劣化の進行が異なることがあり、適切な現像剤の交換を行うことができない。つまり、キャリアの劣化の進行が早いときには交換時期までに画像劣化が生じてしまう可能性がある。また、交換時期を早期に設定すると、現像剤交換の頻度が高くなり、画像形成のコストが嵩むことになる。
【０００７】
一方、特許文献１に記載されているように、現像された基準画像の電位を測定してトナーの帯電性能を推定し、現像剤の交換時期を判別することも考えられるが、画像の電位を正確に測定することが難しく、構成が複雑になるともに制御が難しくなる。つまり、トナーの帯電性能は相対湿度によって変動し、基準画像の現像濃度が異なるものとなるし、現像濃度は二成分現像剤中のトナー濃度によって敏感に影響され、これらの影響を除去しなければ、キャリアの劣化を検出することは難しい。また、基準画像の電位を測定するときに、この基準画像を担持する部材例えば像担持体上で電位を測定するときには像担持体が有する電位の影響を除去する必要が生じる。このため、基準画像の現像濃度を調整する必要が生じたり、二成分現像剤中のトナー濃度を正確に調整する必要が生じる。
【０００８】
本願発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な装置で現像剤の劣化情報を得ることができ、この劣化情報に基づいて二成分現像剤の交換時期を示す信号を適切に出力する画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、    一様帯電後の像露光によって静電電位の差による潜像が表面に形成される像担持体と、  前記像担持体に像光を照射する露光装置と、  前記像担持体に電荷を有する粉状のトナーを転移して前記潜像を可視化する現像装置とを有する画像形成装置であって、  前記現像装置は、前記像担持体と近接対向する現像ロールと、トナーと磁性キャリアとが混合された二成分現像剤を前記現像ロールの表面上に供給可能に収容するハウジングとを有するものであり、  前記磁性キャリアは、中核部分を構成する材料より抵抗率が大きい材料からなる被覆層を有するものであり、  前記像担持体と前記現像ロールとの間に、前記トナーを転移させるための現像バイアス電圧を印加する電源装置と、  前記現像バイアス電圧の印加による前記現像ロールから前記像担持体への電流を検出する電流検知手段を備え、  該電流検知手段の検出値に基づいて、前記ハウジング内の二成分現像剤の交換時期に関する信号を出力するものであることを特徴とする画像形成装置を提供する。
【００１０】
現像装置のハウジング内に収容された二成分現像剤は、繰り返し現像に供されると、磁性キャリアに劣化が生じる。本発明の画像形成装置で用いられている磁性キャリアでは、抵抗率が大きい材料からなる被覆層が剥がれて導電性の高い中核部分が表面に現れたり、磁性キャリアが割れて中核部分を構成する材料が露出する。このように導電性の高い材料が露出した磁性キャリアの量が増加すると、現像ロールと像担持体との対向位置で穂状となった磁性キャリアを介して導電路が形成され、現像バイアス電圧の印加によって像担持体との間の電流量が増加する。この電流量を電流検知手段によって検出することにより、磁性キャリアの劣化情報を得ることができ、これにより二成分現像剤の交換時期を表示することが可能となる。
【００１１】
また、磁性キャリアが上記のように破壊されたものの増加によって使用限界状態になる時期と、磁性キャリアの表面にトナーの外添剤等トナー側の成分が付着することにより使用限界状態となる時期とがほぼ同じになるように調整しておくことで、上記電流値の検出により的確に二成分現像剤の交換時期つまり現像剤のライフを表示することできる。
磁性キャリアの破壊による使用限界時期と外添剤等の付着による使用限界時期とをほぼ一致させることは、例えばフェライトキャリアでは、フェライト粒子と樹脂とを混合して粒状体を形成するときにフェライトと樹脂との混合割合を調整することや、形成された粒状体の表面にコーティングを施すときの層厚及び材料の適切な選択によって行うことができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、  前記現像ロールは、前記像担持体と対向する位置で前記像担持体の表面の移動と反対方向に周面が移動するように駆動されるものとする。
【００１３】
磁性キャリアはある程度の導電性を有するために、現像領域を通過するときに像担持体の表面電位との差を埋めるような電荷が注入され、その電荷によって像担持体上に転移して付着することがある。また、画像部とこれに隣接する非画像部との間に電界が生じ、トナーを現像に供した後の磁性キャリアがその電荷によって上記電界に捉えられ、像担持体上に付着してしまうことがある。このような磁性キャリアの付着が画像部で発生すると、転写部において記録シートがトナー像を介して像担持体に当接されたときに、磁性キャリアの粒径がトナーの粒径より大きくなっているために、付着した磁性キャリアの周辺部で記録シートと像担持体との間隔が広くなる。このためトナーが像担持体から記録シートへ転移するのが妨げられ、この部分で画像が転写されない、いわゆる白抜け状態となってしまうことがある。
【００１４】
これに対し、像担持体と現像ロールとが対向する現像領域で、現像ロールの周面が像担持体の周面の移動方向と逆方向に移動するいわゆるアゲインストモード（against mode）で現像ロールを駆動することによって、磁性キャリアの像担持体への転移を抑制することができる。これは次のように考えることができる。
【００１５】
穂状になって現像ロール上に保持された磁性キャリアは、現像領域を通過するときに、先端部分の磁性キャリアが像担持体と接触し、電荷が注入されたり、現像によってトナーが離脱して磁性キャリアの表面電荷が増加する。このため、二成分現像剤の搬送方向における現像領域の下流側で磁性キャリアが像担持体に転移しやすくなっている。このため、現像ロールの表面の移動方向と像担持体の表面の移動方向とが同じいわゆるウィズモード(with mode)であると、現像ロールから像担持体に磁性キャリアの転移が生じると、そのまま転移した磁性キャリアが現像領域から離脱し、像担持体上に維持されたまま搬送される。しかし、この周面の移動方向が像担持体の表面の移動方向と逆方向となっていると、二成分現像剤の搬送方向における現像領域の下流側で像担持体上に転移した磁性キャリアは、像担持体上に保持されて逆方向に搬送され、再び現像領域内に持ち込まれる。このため、現像ロールの回転によってその後に現像領域に送り込まれた穂状の二成分現像剤と接触し、像担持体の表面から掻き取るように現像ロール上に戻される。このため、像担持体上に転移した磁性キャリアが像担持体上に維持されたまま現像領域を通過する確率は低下し、磁性キャリアの像担持体への転移が抑制される。
【００１６】
このように磁性キャリアの像担持体への転移が防止されることによって、白抜け等の画像欠陥が防止される。また、破壊された磁性キャリアが像担持体上を経て消費されることが減少し、現像装置内で蓄積される。これにより破壊された磁性キャリアの増加が上記電流検知手段によって的確に検出され、二成分現像剤の交換時期を適切に表示することができる。
【００１７】
また、磁性キャリアの成分調整等によって破壊の生じやすさを適切に調整することにより、トナーの外添剤が付着して帯電性能が変化した場合等他の要因によって劣化した磁性キャリアが増加したときにも、これに対応して二成分現像剤の交換時期が表示されることになり、磁性キャリアの機能を適切に維持し、良好な画像形成をすることが可能となる。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、  前記現像装置は、前記ハウジングにトナーと磁性キャリアとを供給する現像剤供給装置と、該ハウジングに収容された二成分現像剤の一部を排出する現像剤排出装置とを有するものとする。
【００１９】
この画像形成装置では、現像装置のハウジングにトナーだけでなく磁性キャリアが供給されるとともにハウジング内の二成分現像剤の一部が排出され、現像装置内では収容された磁性キャリアの量及びトナー濃度が所定の値に維持される。そして、磁性キャリアの一部が新しいものに交換され、破壊された磁性キャリア及びその他の要因で劣化した磁性キャリアの増加が抑えられる。したがって、二成分現像剤を頻繁に交換することなく、長期間にわたって良好な現像を行うことができる。
【００２０】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の画像形成装置において、  前記電流検知手段の検出値に基づいて、前記現像剤供給装置による磁性キャリアの供給量を制御するものとする。
【００２１】
電流検知手段の検出値が、破壊された磁性キャリアの量が増加していることを示すときには、現像装置のハウジング内に供給する磁性キャリアの量及び排出される量を増加することにより、新しい磁性キャリアへの交換が促進され、破壊された磁性キャリアが現像装置内で増加するのが抑制される。これにより、良好な現像を行うことが可能な状態を維持することが可能となり、二成分現像剤の全部を交換する時期を遅らせることができる。また、供給量の調整によっては、現像装置内に収容されている二成分現像剤の全部を交換することを不要とすることもできる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本願に係る発明の画像形成装置では、電流検知手段の検出値により、現像装置のハウジング内に収容されている磁性キャリアが劣化して、破壊されたものの割合が増加していることを的確に表示することができる。したがって、磁性キャリアの劣化によって欠陥のある画像が出力されるのを防止することができるともに、劣化が進行した適切な時期に二成分現像剤を交換し、二成分現像剤を効率よく利用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】
【００２３】
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成図である。
この画像形成装置は、導電性材料からなる円筒状部材の外周面に光導電性層が形成された感光体ドラム１を備えており、この感光体ドラム１の周囲に、感光体ドラム１の表面を一様に帯電させる帯電装置２と、帯電された感光体ドラム１に像光を照射して表面に潜像を形成する露光装置３と、感光体ドラム１上の潜像にイエロー、マゼンタ、シアン又はブラックのトナーを転移させてトナー像を形成する回転型の現像ユニット４と、感光体ドラム１と対向し、周面が周回可能に支持される無端ベルト状の中間転写体５と、トナー像が転写された後の感光体ドラム１に残留するトナーを除去するクリーニング装置６と、感光体ドラム１の表面を除電する除電露光装置７とを備えている。
【００２４】
また、上記中間転写体５の内側の感光体ドラム１と対向する位置には、感光体ドラム１上に形成されたトナー像を中間転写体５に一次転写する転写帯電器８が設けられ、中間転写体５は、二つの支持ロール９ａ、９ｂと二次転写を行うための転写対向ロール１０とによって周回可能に張架されている。転写対向ロール１０と中間転写体５を介して対向する位置には、中間転写体５上のトナー像を記録用紙に二次転写する転写ロール１１が配設されており、該転写対向ロール１０と転写ロール１１との圧接部に、用紙トレイ１５から記録用紙が送り込まれるようになっている。
【００２５】
転写対向ロール１０と転写ロール１１との圧接部の下流側には、記録用紙上の未定着トナー像を加熱溶融して記録用紙に圧着する定着装置１２と、記録用紙を装置外へ円滑に排出する排出ロール１３とが設けられている。そして、中間転写体５に沿った位置には、中間転写体５上に残留するトナーを除去するクリーニング装置１４が設けられている。
【００２６】
前記回転型の現像ユニット４は、回転可能に駆動される回転ホルダ４０と、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナーを収容する４台の現像装置４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄとを有するものであり、回転ホルダ４０が回転駆動されることにより、各現像装置４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを感光体ドラム１との対向領域に選択的に配置するものとなっている。
【００２７】
各現像装置４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄには、図２に示すように、トナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤を収容するハウジング４２と、感光体ドラム１と近接対向するように配置された現像ロール４３と、二成分現像剤を攪拌するとともに軸線方向に搬送する第１のオーガ４４及び第２のオーガ４５とが備えられている。
【００２８】
上記ハウジング４２には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの内の１種類の二成分現像剤が収容されており、現像ロール４３にこの二成分現像剤を供給するようになっている。そして、感光体ドラム１に対向する位置が開口しており、この部分に現像ロール４３が感光体ドラム１と近接・対向するように配設されている。
【００２９】
一方、上記ハウジングの現像ロール４３が設けられた位置の背後には、２つの現像剤撹拌室４６，４７が設けられ、これらの間が隔壁４８によって仕切られている。上記第１のオーガ４４と第２のオーガ４５とは、これらの撹拌室内に設けられ、現像ロール４３と軸線が平行となるように支持されている。これらのオーガ４４，４５は、回転することによって現像剤を撹拌しながらこれらのオーガの軸線方向に搬送するものとなっており、上記第１のオーガ４４と第２のオーガ４５とが現像剤を互いに逆方向に搬送するものとなっている。そして、上記現像剤撹拌室４６，４７は両端部で連通しており、上記オーガ４４、４５で搬送される二成分現像剤はこれらの現像剤撹拌室４６、４７内で撹拌されるとともに、循環するように搬送されるものとなっている。
【００３０】
また、ハウジング４２にはトナー補給カートリッジ４９が取り付けられており、現像によってトナーが消費されるのにともない、これに対応するトナーを補充して二成分現像剤中のトナー濃度がほぼ一定となるように制御される。
【００３１】
上記現像ロール４３は、周方向に複数の磁極を有し、固定支持された磁石ロール４３ａと、その周囲で回転可能に支持された非磁性の中空円筒状のスリーブ４３ｂとからなり、スリーブ４３ｂの外周面に二成分現像剤を磁気的に吸着して搬送することができるようになっている。上記磁石ロール４３ａの周面付近に設けられた複数の磁極は、異なる極性の磁極が周方向に交互に配列され、現像領域の下流側で現像剤撹拌室４６の上方では同極性の磁極が隣り合うように設けられている。これにより二成分現像剤をスリーブ４３ｂ上に吸着して感光体ドラム１との対向位置に搬送するとともに、感光体ドラム１との対向位置を通過した位置では、反発磁界で二成分現像剤をスリーブ４３ｂ上から剥離し、現像剤撹拌室４６に戻すようになっている。
なお、上記スリーブ４３ｂは、図２中に示す矢印Ｂの方向に回転駆動されるものであり、矢印Ａの方向に回転する感光体ドラム１とは、対向位置で周面が逆方向に移動するようになっている。
【００３２】
現像ロール４３と第１のオーガ４４とが対向する現像剤供給領域５０の下流にはスリーブ４３ｂ上に吸着した二成分現像剤の量を規制する層厚規制部材５１が、スリーブ４３ｂの表面と所定の間隔を開けて配置されている。この層厚規制部材５１は金属板からなり、スリーブ４３ｂ上に磁気的に吸着されて穂状となった磁性キャリアの通過を規制し、スリーブ上にほぼ均等に二成分現像剤が吸着された状態とするものである。
【００３３】
上記現像ロール４３と感光体ドラム１との間には、電源装置５２から現像バイアス電圧が印加されている。そして、感光体ドラム１上の潜像を現像する時の電流量を電流計５３で検出するものとなっている。この検出信号は制御装置５４に入力され、制御装置５４は電流計５３の検出値に基づいて表示装置５５に二成分現像剤の交換時期を表示するものとなっている。
【００３４】
上記現像装置４１のハウジング４２内に収容される二成分現像剤は、熱可塑性樹脂と色材とを混練したものを粉状にしたトナーまたは重合法により作成された樹脂と色材からなる粉状のトナーと、フェライトと合成樹脂とを混練して形成された粒状体に被覆層を形成した磁性キャリアとを混合したものである。磁性キャリアの被覆層は合成樹脂からなる抵抗率が高いものであり、粒状体はこの被覆層より導電性の高いものとなっている。
【００３５】
次に、上記画像形成装置の動作について説明する。
画像形成動作を開始する信号が入力されると、感光体ドラム１が回転駆動され、帯電装置２によってその表面が負極性にほぼ一様に帯電される。つづいて感光体ドラム１に露光装置３からレーザー光が照射され、露光部分の電位が減衰して静電電位の差による潜像が形成される。そして、潜像は感光体ドラム１の回転により、現像ユニット４との対向位置に搬送される。現像ユニット４の回転ホルダ４０は回転駆動され、支持する現像装置４１の一つ、例えば、イエローの現像剤を収容した現像装置４１ａを感光体ドラム１と対向する位置に支持する。
【００３６】
現像装置４１内では、第１のオーガ４４及び第２のオーガ４５によって二成分現像剤が撹拌され、互いに逆極性に帯電した磁性キャリアとトナーとは現像ロール４３のスリーブ４３ｂ上に供給されて磁石ロール４３ａが形成する磁界によってスリーブ４３ｂ上に吸着される。この現像剤層は、磁性キャリアが穂状に連なった状態で保持され、トナーがこの磁性キャリアに電気的に付着した状態となっている。そして、スリーブ４３ｂの回転によって搬送され、層厚規制部材５１との対向位置を通過することによって所定の厚さに現像剤量が規制される。これにより、ほぼ均一な現像剤層となって感光体ドラム１と対向する現像領域５６に送り込まれる。
【００３７】
この現像装置４１の現像ロール４３と感光体ドラム１との間には電源装置５２から現像バイアス電圧が印加される。これにより現像ロール４３と感光体ドラム１との間には電界が生じており、スリーブ４３ｂ上に保持された二成分現像剤からイエロートナーが画像部分に転移され、トナー像が形成される。このトナー像は、転写帯電器８が形成する電界の作用によって中間転写体５上に静電的に一次転写される。
【００３８】
一方、一次転写後に感光体ドラム１上に残留するトナーはクリーニング装置６により除去され、感光体ドラム１の表面は除電露光装置７により電位的に初期化され、再び帯電装置２との対向位置に移動する。
【００３９】
以後、現像ユニット４の他の３つの現像装置４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが順次感光体ドラム１と対向する位置に移動し、同様に２色目、３色目、４色目のトナー像が順次感光体ドラム１上に形成され、中間転写体５上に重ねて転写される。そして、中間転写体５上に重ね合わされたトナー像は、中間転写体５の周回移動により転写ロール１１と転写対向ロール１０との対向位置すなわち記録用紙への転写位置に搬送される。
【００４０】
トナー像を形成する動作と同時に、用紙トレイ１５からは、収容されている記録用紙が給紙ロール１５ａによって送り出され、搬送路１６を経て転写ロール１１と転写対向ロール１０との対向位置に至り、中間転写体５のトナー像が担持されている位置に当接される。転写ロール１１と転写対向ロール１０との間には転写用バイアス電圧が印加されており、トナー像は記録用紙上に二次転写される。
未定着のトナー像を担持した記録用紙は定着装置１２へ搬送され、トナー像は記録用紙上に溶融圧着された後、画像形成装置外へ搬出される。
【００４１】
上記のように感光体ドラム１上に形成された潜像にトナーを転移して可視化するときに、現像ロール４３と感光体ドラム１との間の現像バイアス電圧によって生じる電流値が電流計５３によって検知される。この電流値は、二成分現像剤に含まれる磁性キャリアが健全で劣化していないときには小さな値として検出される。つまり、磁性キャリアが割れたり表面の被覆層が剥がれたりしていない状態では、現像領域で磁性キャリアが現像ロール４３から穂状に立ち上げられて感光体ドラム１と接触していても、それぞれの磁性キャリアの粒子が高抵抗の被覆層を有しているために、現像ロール４３と感光体ドラム１との間にはわずかしか電流が生じない。しかし、磁性キャリアが割れたり、被覆層が剥がれて導電性の中核部分が露出していると、穂状に連なった磁性キャリアが導電路を形成し、大きな電流値が検出されることになる。
【００４２】
図３は、ハウジング中の二成分現像剤における破壊された磁性キャリアの割合と電流計によって検出される電流値の関係を測定した例を示す図である。
この図は、多数枚の現像を繰り返し行い、電流値の検出を行うとともに、そのときの破壊された磁性キャリアの割合を測定したものであり、破壊された磁性キャリアの割合が小さいときには電流値は小さく、破壊された磁性キャリアの割合が２０％から３０％程度に達すると、急速に検出される電流値が増加することを示している。
なお、電流値の検出は、現像領域でトナーの転移が生じていないとき、つまり画像の背景部が通過しているときの電流値を検出したものである。
【００４３】
上記のように電流計５３による検出値と破壊された磁性キャリアの割合との関係を実験等によって明らかにしておくことにより、磁性キャリアが劣化して二成分現像剤の交換が必要となる時期を電流値によって設定することができ、検出値がこの値に達したときに制御装置５４は磁性キャリアが劣化して交換すべき時期に達した旨を表示装置５５に表示する。これにより操作者は、二成分現像剤を適切な時期に交換することができ、二成分現像剤を無駄にすることなく、常に良好な画像を得ることができる。
【００４４】
なお、上記表示は、ハウジング内の破壊された磁性キャリアの割合に対応して行われ、磁性キャリアの表面にトナーの外添剤等が付着することによる劣化については直接に検出するものではない。しかし、磁性キャリアは、例えば粒状体を形成するときのフェライトとこれと混合する合成樹脂の比率を調整すること等により、磁性キャリアの破壊率を調整することができる。したがって、トナーの外添剤が付着することによる劣化と破壊による劣化とがほぼ同じ現像枚数によって生じるようにしておくことによって、トナーの外添剤付着による劣化に対しても適切に対応することが可能となるものである。
【００４５】
一方、この画像形成装置では、現像ロール４３の周面は、感光体ドラム１との対向位置で該感光体ドラム１の周面と反対方向に移動するように回転駆動されており、これによって現像ロール４３から感光体ドラム１への磁性キャリアの転移が抑制される。
図４は、上記現像装置４１で複数の種類の磁性キャリアで現像を行う実験を実施し、対向する現像ロール４３の周面と感光体ドラム１の周面とが同じ方向に駆動される場合（with mode）と、対向する現像ロール４３の周面と感光体ドラム１の周面とが逆方向に駆動される場合（against  mode）とについて、磁性キャリアの感光体ドラム１への付着状況を対比したものである。実験は現像ロール４３の周速と感光体ドラム１の周速との比、及び現像バイアス電圧を変えて行い、二成分現像剤を現像装置４１に投入した後の初期の状態及び５０，０００枚の現像を行った後の状態について比較する。
なお、図４として示す表中の○×で示す欄の上段は初期の状態、下段は５０，０００枚の現像を行った後のデータを示すものである。また、表中Ｖdevは現像バイアス電圧（Ｖ）、ＶCLNは現像ロール４３と背景部との電位差を示すものである。
【００４６】
この実験の結果から、現像ロール４３の周面が感光体ドラム１の周面との対向位置で逆方向に移動するように駆動する場合（against  mode）は、同じ方向に移動する場合（with mode）より、明らかに磁性キャリアの感光体ドラム１への付着が少ないことが認められる。また、磁性キャリアは磁化が、２２０ｅｍｕ／ｃｍ3以上のものを用いたときに、磁性キャリアの感光体ドラム１への付着が少なくなることが認められる。
【００４７】
図５は、本願に係る発明の他の実施形態である画像形成装置で用いられる現像装置の概略構成図である。
図１及び図２に示す現像装置４１は、現像によって消費されたトナーをトナー補充カートリッジ４９から補給するものとなっているのに対し、この現像装置８１は、図５に示すように、トナーのみでなくトナー６２と磁性キャリア６３とを現像剤補充カートリッジ６１からハウジング４２内に供給することができるものとなっている。現像剤補充カートリッジ６１の内部では、トナー６２と磁性キャリア６３があらかじめ設定された割合で混合されていて一括に補給されるようになっていてもよい。また、ハウジング４２には現像剤の排出口６４が設けられ、トナーと磁性キャリアとが補充されることによって過剰となる二成分現像剤を排出し、ハウジング４２内の二成分現像剤量がほぼ一定となるようにしている。
【００４８】
上記現像剤補充カートリッジ６１から補給される磁性キャリアの量は、現像を行う枚数に対応して一定量を補給するものとなっており、これにともなって磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤がハウジング４２から排出される。このため、ハウジング内の二成分現像剤のトナー濃度をほぼ一定に保つためにトナーは磁性キャリアとの割合を適宜に調整して補給される。また、トナーは、現像によって感光体ドラム１に転移して消費されるため、これを補充するために補給量が調整される。なお、消費されたトナーの補充は、ハウジング内にトナー濃度センサを設けて二成分現像剤中のトナー濃度を検出し、この検出値に基づいて補給量を制御するものであってもよいし、基準画像（パッチ）を形成してこの現像濃度を測定し、測定値が所定の値となるようにトナーを補給するものであってもよい。
なお、上記画像形成装置の他の構成は、図１及び図２に示す画像形成装置と同じものである。
【００４９】
このような画像形成装置では、上記のように現像を行った枚数に応じて磁性キャリアを補給し、対応する量の磁性キャリアをハウジング４２から排出するので、ハウジング内に収容されている磁性キャリアが所定の割合で新しいものに交換される。これにより、劣化したキャリアの割合が増加するのを抑えることができる。したがって、上記のように電流計５３で検知された電流値に基づいて二成分現像剤の交換時期の表示がなされる頻度は少なくなるが、劣化した磁性キャリアが増加した時に適切に表示がなされる。
【００５０】
また、上記画像形成装置では、二成分現像剤の交換時期となったときに、その旨が表示装置５５に表示されるものであるが、これよりも小さい電流値が電流計５３によって検出されたときに、所定量の磁性キャリアとトナーとを現像剤補給カートリッジ６１からハウジング４２内に補充するように制御することもできる。このような磁性キャリアの補給は、現像枚数に対応した磁性キャリアの補給と併せて行うこともできるし、現像枚数に対応した補給に代えて行うこともできる。このように所定の電流値が検出されたときに磁性キャリアとトナーとを補給することによってハウジング４２内の破壊された磁性キャリアの割合が低減され、引き続き良好な現像が可能な状態となる。そして、継続してこのような制御を行うことによって、長期間にわたり良好な画像形成ができる。
【００５１】
次に、図５に示す現像装置を用いた画像形成装置において、現像枚数に応じて磁性キャリアを補給するときの補給量について説明する。
磁性キャリアの補給量は、所定枚数の現像を行ったときの現像装置内における磁性キャリアの破壊率と、二成分現像剤を交換する時期すなわちライフとなるまでの現像枚数の設定値と、二成分現像剤の交換時期となるまで維持すべき破壊された磁性キャリアの割合の上限値とによって決定することができる。つまり、磁性キャリアの破壊率は現像装置の特性や磁性キャリアの構成等によって変動するものであり、実験等によって測定された破壊率について、二成分現像剤を設定されたライフまで使用しても、破壊された磁性キャリアの割合が所定の上限値を超えないように、磁性キャリアの補給量を設定するものである。
【００５２】
上記二成分現像剤のライフは、画像形成装置全体の耐久性等の様々な要因を考慮して定められるものであり、例えば現像枚数が１００，０００枚に達したときと設定することができる。
また、破壊された磁性キャリアの割合の上限値は、磁性キャリアの劣化による画像欠陥が現れない限度として定められるものである。例えば、破壊された磁性キャリアの割合が増加すると画像の粒状性が悪化するため、破壊された磁性キャリアの割合の上限値は、０．２（２０％）程度とするのが望ましい。
磁性キャリアの破壊率は、所定の枚数の現像を行ったときに、健全な状態であった磁性キャリアが破壊されたとものとなる比率であり、例えば次のように実験によって測定することができる。
【００５３】
現像に適した標準濃度となる割合で磁性キャリアとトナーとを混合した二成分現像剤の所定量を現像装置４１に入れ、現像装置の現像ロール４３を駆動し、実際に現像を行うことなく回転させる。回転速度は、実際に現像を行うときと同じ速度とする。現像ロール４３の回転が５０００枚の画像の現像に相当する回転量に達したときに回転駆動を停止し、現像ロール４３上から無作為に現像剤を採取して、この現像剤からキャリアを分離する。
【００５４】
図６は、現像剤からキャリアを分離する方法を示したものである。
図６（ａ）に示すように、現像剤をマグネットチップ７１と界面活性剤の希釈液７２が入った容器７３に入れ、スターラ７４を回転させて容器７３内で二成分現像剤７５と界面活性剤の希釈液７２とを混合する。その後、図６（ｂ）に示すようにトナーと界面活性剤溶液が混じった混合液を除去し、容器７３の中に残ったキャリアを乾燥させ、キャリアだけを取り出す。
【００５５】
このようにして、現像剤から少なくとも１００個以上のキャリアを分離する。この分離したキャリアをSEM（電子顕微鏡）によって拡大観察するとともにその画像を取り込んで、キャリア粒子の投影部分を黒、その他の部分を白として２値化処理し、各キャリアの形状係数を導き出す。形状係数が１３５以上のキャリアを破壊されたキャリアとし、その断面積からそれぞれの破壊されたキャリア粒子が球形であると仮定した場合の半径を求め体積を算出する。一方、破壊されていないキャリア粒子に関しても同様の手順で体積を算出し破壊されたキャリアのキャリア全体に占める体積割合を求める。
この方法により、５０００枚の現像を行ったときの磁性キャリアの破壊率を求めることができる。
【００５６】
上記のように磁性キャリアの破壊率が測定され、二成分現像剤のライフ及びライフまでの破壊キャリアの上限値が設定されると、次のように磁性キャリアの補給量を設定することができる。
現像装置４１内のキャリア量をＺ、５０００枚の現像を行ったときのキャリア破壊率をａ、５０００枚の現像を行う毎にトナーとともに補給するキャリアの量をyとすると、最初の５０００枚の現像を行った後における破壊された磁性キャリアの量Ｃ1、次の５０００枚の現像後における破壊された磁性キャリアの量Ｃ2、次の５０００枚の現像後における破壊された磁性キャリアの量Ｃ3、……は、
Ｃ1＝（Ｚ×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）
Ｃ2＝（Ｃ1＋（Ｚ−Ｃ1）×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）
Ｃ3＝（Ｃ2＋（Ｚ−Ｃ2）×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）……
となり、画像形成装置で設定された二成分現像剤のライフに相当するｎ回の５０００枚現像を繰り返した後における破壊された磁性キャリアの量Ｃnは、
Ｃｎ＝（Ｃn-1＋（Ｚ−Ｃn-1）×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）
となる。この破壊された磁性キャリアの量Ｃｎが、現像装置内の磁性キャリアの中で占める割合を、設定された上限値例えば０．２以下となるように磁性キャリアの補給量ｙを定める。
【００５７】
上記式により、５０００枚現像後における磁性キャリアの破壊率ａと、磁性キャリアの補給量ｙとを異なる値に設定して、多数枚の現像を繰り返した後における破壊された磁性キャリアの量Ｃｎを演算した結果を図７から図９までに示す。
これらの図は、ハウジング４２内に収容されている全キャリアの重量を２５０ｇとし、現像を繰り返した後の破壊された磁性キャリアの重量（ｇ）を示すものである。例えば、５０００枚現像あたりの磁性キャリア破壊率が０．０５のとき、５０００枚の現像を行う毎に補給するキャリアの量を２５ｇとすると、図８に示すように３００００枚の現像を行った後に、ハウジング内の破壊された磁性キャリアの割合は５０ｇつまり２０％を超える。また、５０００枚現像あたりの磁性キャリア破壊率が０．０２のときには、５０００枚の現像を行う毎に補給するキャリアの量を１５ｇとすると、３００００枚現像したときの破壊キャリアの重量は約２５ｇであり、総キャリア重量の１０％となる。その後、現像を引き続き行い、通常の現像剤のライフとして設定された１００，０００枚の現像を行った後にも、破壊された磁性キャリアの割合は約５０ｇで２０％以下が維持されている。
このような計算により、現像剤のライフとなるまで現像を繰り返し行ったときに、破壊された磁性キャリアの割合が設定された上限値以下となるように磁性キャリアの補給量を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す画像形成装置で用いられている現像装置の概略構成図である。
【図３】現像装置内に収容される二成分現像剤の破壊された磁性キャリアの割合と現像バイアス電圧印加による電流値との関係を示す図である。
【図４】図２に示す現像装置で、現像ロールの回転方向と感光体ドラムへの磁性キャリアの付着との関係について行った実験の結果を示す図表である。
【図５】本願に係る発明の他の実施形態である画像形成装置で用いられる現像装置の概略構成図である。
【図６】二成分現像剤から磁性キャリアだけを分離して取り出す方法を示す概略図である。
【図７】磁性キャリアの破壊率と現像枚数に対応して補給する磁性キャリアの量とを変化させて、多数枚の現像後における破壊キャリアの量を計算した結果を示す図である。
【図８】磁性キャリアの破壊率と現像枚数に対応して補給する磁性キャリアの量とを変化させて、多数枚の現像後における破壊キャリアの量を計算した結果を示す図である。
【図９】磁性キャリアの破壊率と現像枚数に対応して補給する磁性キャリアの量とを変化させて、多数枚の現像後における破壊キャリアの量を計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１：感光体ドラム、    ２：帯電装置、    ３：露光装置、    ４：回転型の現像ユニット、    ５：中間転写体、    ６：クリーニング装置、    ７：除電露光装置、    ８：転写帯電器、    ９ａ、９ｂ：支持ロール、    １０：転写対向ロール、    １１：転写ロール、    １２：定着装置、    １３：排出ロール、    １４：中間転写体のクリーニング装置、    １５：用紙トレイ、      １６：記録用紙の搬送路、
４０：回転ホルダ、    ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ：現像装置、    ４２：現像装置のハウジング、    ４３：現像ロール、    ４３ａ：磁石ロール、    ４３ｂ：スリーブ、    ４４：第１のオーガ、    ４５：第２のオーガ、    ４６、４７：現像剤撹拌室、    ４８：隔壁、    ４９：トナー補給カートリッジ、    ５０：現像剤供給領域、    ５１：層厚規制部材、    ５２：電源装置、    ５３：電流計、    ５４：制御装置、    ５５：表示装置、    ５６：現像領域、
６１：現像剤補給カートリッジ、    ６２：トナー、    ６３：磁性キャリア、    ６４：現像剤の排出口、
７１：マグネットチップ、    ７２：界面活性剤の希釈液、    ７３：容器、    ７４：、スターラ、    ７５：二成分現像剤、
８１：現像装置、
【図１】
2007322841.tif 000003
【図２】
2007322841.tif 000004
【図３】
2007322841.tif 000005
【図４】
2007322841.tif 000006
【図５】
2007322841.tif 000007
【図６】
2007322841.tif 000008
【図７】
2007322841.tif 000009
【図８】
2007322841.tif 000010
【図９】
2007322841.tif 000011