(57)【要約】【課題】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、簡易な構成で実現することができる画像形成装置を提供すること。【解決手段】現像室と攪拌室とで構成される現像容器と、像担持体と対向して回転する現像剤担持体と、現像剤を攪拌／搬送するために現像室内部に設置された第１の搬送部材と、前記攪拌室に設けられた第２の搬送部材と、を有する現像装置であって、更に、トナー及び／又は磁性キャリアが補給される現像剤補給口と、前記攪拌室に設けられた前記現像剤を排出するための現像剤排出口と、が設置された現像装置を備える画像形成装置において、前記現像剤排出口近傍に前記磁性キャリア同士の相互作用力を緩和するために、前記現像剤排出口近傍の前記現像剤の嵩密度が１．０ｇ／ｃｃ以下にならしめるための緩和手段と、且つ、前記現像剤排出口近傍に磁界発生手段とを配設する。【選択図】図１
2007041103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された静電潜像を現像する、トナーと磁性キャリアを含む現像剤を収容する、現像室と攪拌室とで構成される現像容器と、前記現像室に設置され、前記像担持体と対向して回転する現像剤担持体と、前記現像剤を攪拌／搬送するために、前記現像室内部に設置された第１の搬送部材と、前記攪拌室に設けられた第２の搬送部材と、を有する現像装置であって、更に、前記トナー及び／又は前記磁性キャリアが補給される現像剤補給口と、前記攪拌室に設けられた前記現像剤を排出するための現像剤排出口と、が設置された現像装置を備える画像形成装置において、
前記現像剤排出口近傍に前記磁性キャリア同士の相互作用力を緩和するために、前記現像剤排出口近傍の前記現像剤の嵩密度が１．０ｇ／ｃｃ以下にならしめるための緩和手段と、且つ、前記現像剤排出口近傍に磁界発生手段とを配設したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記磁力発生手段は、任意なタイミングで任意な磁束密度を発生することが可能な手段であ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】
前記磁力発生手段は、周期的に任意な磁束密度に変化させることが可能な手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記磁力発生手段は、前記現像剤を前記現像剤排出口に誘導する時に、その磁束密度が５０ｍＴ以上且つ２５０ｍＴ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記磁力発生手段は、電磁石であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記緩和手段は、前記現像剤排出口近傍部で前記第２の搬送部材に設けられたリブであ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７】
前記緩和手段は、前記リブに加え、その磁束密度を周期的に変化することが可能な磁力発生手段であることを特徴とする請求項１又は６記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記現像剤排出口の鉛直方向最下面は、前記第２の搬送部材の最上部高さ以下であり、且つ、前記第２の搬送部材の回転軸中心高さ以上であ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９】
前記現像剤排出口の鉛直方向最上面は、前記第２の搬送部材の最上部高さ以上あ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１０】
前記第２の搬送部材で搬送される前記攪拌室に収納された前記現像剤の剤面は、前記第２の搬送部材の最上部高さ以下であり、且つ、前記第２の搬送部材の回転軸中心高さ以上に維持され、且つ、前記現像剤排出口の最下面の高さ以下であることを特徴とする請求項１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、プリンタ、ファックス等に採用される電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものであり、詳しくは非磁性トナーと磁性キャリアを混合して使用する２成分現像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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は、像担持体上の静電潜像を顕像化するために、磁性キャリアと磁性キャリアに摩擦帯電的に付着する非磁性トナーとを一定比率で混合して成る現像剤を用いた２成分現像方式が広く使用されている。
【０００３】
２成分現像方式では、マグネットを内包した現像剤担持体としての現像スリーブにより現像装置内の現像剤を担持し、像担持体に対抗する位置へ搬送すると共に、像担持体に対抗する位置で磁気ブラシを形成して像担持体上の静電潜像の顕像化（現像）を行う。このような２成分現像方式を用いることにより、静電潜像に対して忠実に顕像化すること（高画質）が可能であり、又、安定性にも優れるといった長所がある。
【０００４】
上記２成分現像方式では、現像を行うと共に現像装置内の現像剤注のトナー濃度が低下する。そのために補給手段によって現像で使用された量と同じ量のトナーが現像装置内に補給され、磁性キャリアと混合・攪拌されることによる摩擦帯電で現像に適する帯電量になるよう制御される。
【０００５】
ここで、現像動作を長期に亘って繰り返すと、磁性キャリアが劣化するという問題が発生する。具体的には、磁性キャリア表面のコート剤の剥離や、磁性キャリア表面にトナー樹脂やトナーの外添剤が付着することで磁性キャリア表面が変質し、補給されたトナーに対して十分な帯電量を付与することができなくなる。
【０００６】
そのため、現像装置内の磁性キャリアを一定期間ごとに交換する必要がある。但し、この交換作業には専門のオペレーターが必要で且つ時間を要するといった問題があり、装置のダウンタイムの発生やランニングコストの増加に繋がる。又、磁性キャリア交換直後では非常に画質が良好且つ安定であるのに対して、次の交換までの間に徐々に磁性キャリアの劣化が進行するため、通常の使用上問題は無いものの初期の画質、安定性を維持することはできないといった問題がある。
【０００７】
この問題を解決するために、幾つかの解決策が既に提案されている。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体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又は一体化して設け、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ず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。又、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。」とある。
【０００８】
つまり、劣化した磁性キャリアを含む現像剤の一部を排出し、補給装置から補給されるトナーと共に磁性キャリアを補給することで、現像装置内の劣化した磁性キャリアを新しい磁性キャリアに入れ替え、見掛け上の磁性キャリア劣化の進行を抑制し、現像剤の特性を安定させる方法である。この方法によって上述した磁性キャリアの交換作業は不要となり、メンテナンス性は向上する。
【０００９】
しかしながら、上記の方法では下記に述べる２つの問題が残存する。
【００１０】
第１の問題点としては、上記の方法では補給されたばかりで未だ劣化していない磁性キャリアも一緒に排出されてしまう虞があり、その結果、現像装置内に格納される磁性キャリアは長期の使用に伴い劣化したものと比較的新しい劣化が軽微なものが混在した状態となるため、見掛け上は一定レベルで劣化の進行が止まり安定状態になるものの、初期の現像剤と比較して随分悪化したレベルとなってしまう。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、初期の現像剤レベルの高画質を維持することは不可能である。
【００１１】
次に、第２の問題点としては、上記の方法では補給された現像剤により現像装置内に格納された現像剤の量が増加することで現像装置内の現像剤の剤面が高くなり、現像装置内のハウジングに設けた排出口から、排出口の高さを超えた分の現像剤を排出する方法を採っているが、このような剤面の上昇に伴う漏れだしだけでは常に安定した排出を実現することは不可能である。つまり、現像剤の剤面は現像剤の状態（嵩密度）で大きく変化し、より具体的には、例えば低湿環境下では現像剤が静電的に反発するために嵩密度が小さくなり、剤面は高くなってしまう傾向にあるため、漏れ出しによる排出量は高湿環境下よりも多くなってしまう。このように安定した現像剤の排出ができない場合、現像装置内の現像剤のトナー濃度が不安定になる虞があり、画像濃度が変化するといった問題が発生する。
【００１２】
第１の問題を解決するために、例えば特許文献２が提案されている。この特許文献２にによると、「
トナ−と磁性キャリアから成る２成分現像剤を収容した現像装置において、現像装置に補給するためのトナー及び磁性キャリアを収容した容器を備え、トナー及び磁性キャリアを収容した容器から現像装置への現像剤の補給と、現像装置から現像剤の排出を像担持体上に行う機構を有し、像担持体上の静電潜像の画像形成時は、直流バイアスに交流バイアスを重畳した現像バイアスを現像装置に印加し、現像剤の排出時の現像バイアスは直流バイアスとし、バイアスの設定値として画像形成時の非画像部の像担持体と現像スリーブの電位差よりも大きい電位差にすることで、表面にトナー樹脂が付着して、抵抗値が高くなった磁性キャリアを優先的に排出する。」
とある。
【００１３】
つまり、画像形成時以外のタイミングで現像剤の排出タイミングを設け、像担持体上の暗電位と現像スリーブ表面電位の電位差（所謂かぶり取り電位）を画像形成時よりも大きくすることで、主にトナー樹脂が表面に付着することで抵抗値が上昇した劣化磁性キャリアのみを選択的に像担持体上に排出し、現像装置内に格納された現像剤を常時初期の現像剤と同等レベルにする方法である。この方法によって上述した補給されたばかりの新しい磁性キャリアを排出してしまうことを防止し、且つ、初期の現像剤と同等レベルの高画質を維持することができる。
【００１４】
しかしながら、上記の方法では像担持体上に磁性キャリアを排出するため、現像工程以降の例えば転写工程，クリーニング工程等の像担持体と接触する部材を有する工程において、像担持体との接触ニップで磁性キャリアを挟み込む等により、像担持体表面に傷を付ける虞がある。
【００１５】
この問題を解決するために、例えば特許文献３が提案されている。この特許文献３によると、特許文献２記載の方式に加え、現像装置と転写装置の間に像担持体に隣接して磁性キャリア回収手段を設ける方式が提案されている。この方式によって現像装置より排出された磁性キャリアは転写装置以降には搬送されることなく、磁性キャリア回収手段により回収されるため、上述した磁性キャリアによる像担持体の傷の発生を防止することが可能である。
【００１６】
しかしながら、このような手段を設けることで画像形成装置が大きくなり、特に像担持体周りに従来の装置に加え新たに追加することで像担持体の直径を従来よりも大きくしなければならないといった問題が生じる。
【００１７】
第２の問題を解決するために、例えば特許文献４が提案されている。この特許文献４によると、「
磁性キャリア及びトナーを含む現像剤で像担持体上の潜像を顕像化する現像器内に、磁性キャリアとトナーとを混合した補給用現像剤を所定のタイミングで補給し、現像器内の現像剤の量が一定量になるように現像器内の過剰な現像剤の一部を排出して回収する現像方法において、現像器内の過剰な現像剤を磁力により排出して回収することを特徴とするものである。この現像方法において、現像器内の過剰な現像剤を磁力により排出することにより、重力の向きに制約されることなく過剰な現像剤を排出することができる。更に、現像器内の現像剤の流動性やトナー消費量等に依存しない磁力を用いているので、現像剤の流動性などに依存することなく一定量の現像剤を排出して回収できる。」
とある。
【００１８】
つまり、排出口近傍に磁石を配設して、現像装置内に格納されている現像剤を磁力により排出することで、現像剤の状態によらず一定量の現像剤を排出することが可能となる。この方法によって、上述した排出量が不安定であることに起因するトナー濃度の変動を防止しすることができる。
【００１９】
しかしながら、上記の方法では第１の問題を解決することができず、初期の現像剤レベルの高画質を維持することは不可能である。
【特許文献１】特公平２−０２１５９１号公報
【特許文献２】特開２００３−３４５１３２号公報
【特許文献３】特開２００３−３４５１３１号公報
【特許文献４】特開２０００−０９８７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
近年のフルカラー複写機／プリンタ市場の拡大により様々な市場ニーズが要求される中で、特に高画質，高安定を追及した画像形成装置が多く製品化されている。今後もカラーイメージングへのニーズの広がりから、印刷市場のみならず一般オフィス市場でも高画質・高安定が必須となるものと予想される。よって、２成分現像方式を用いた画像形成装置においても、上述したように初期の現像剤を用いた場合の画像レベルを長期に亘って維持していく必要がある。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、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、簡易な構成で実現することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するため、本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を現像する、トナーと磁性キャリアを含む現像剤を収容する、現像室と攪拌室とで構成される現像容器と、前記現像室に設置され、前記像担持体と対向して回転する現像剤担持体と、前記現像剤を攪拌／搬送するために、前記現像室内部に設置された第１の搬送部材と、前記攪拌室に設けられた第２の搬送部材と、を有する現像装置であって、更に、前記トナー及び／又は前記磁性キャリアが補給される現像剤補給口と、前記攪拌室に設けられた前記現像剤を排出するための現像剤排出口と、が設置された現像装置を備える画像形成装置において、
前記現像剤排出口近傍に前記磁性キャリア同士の相互作用力を緩和するために、前記現像剤排出口近傍の前記現像剤の嵩密度が１．０ｇ／ｃｃ以下にならしめるための緩和手段と、且つ、前記現像剤排出口近傍に磁界発生手段とを配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、現像装置内の現像剤のうち劣化した磁性キャリアを多く含む現像剤のみを選択的に現像剤排出口より排出することが可能となり、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、簡易な構成で実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
＜実施の形態１＞
図３は本発明に係る画像形成装置の実施例の概略構成を示す。本実施の形態の画像形成装置１００は、二成分接触現像方式を採用した電子写真方式のレーザビームプリンタ（プリンタ）である。又、図２は本実施の形態の２成分現像方式を採用した現像装置を説明する図である。
（プリンタの全体構成）
先ず、図３を参照して本実施の形態のプリンタ１００の全体構成について説明する。
【００２６】
プリンタ１００は、像担持体として、回転ドラム型の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」と呼ぶ）を有する。本実施の形態において、感光ドラム２７は、帯電特性が負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）であり、外径３０ｍｍ、中心支軸を中心に１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって矢示の反時計方向に回転駆動される。
【００２７】
感光ドラム２７表面は、帯電装置２１により一様に帯電処理される。本実施の形態では、帯電装置２１としてコロナ帯電方式を採用している。コロナ帯電器２１は、主にシールドと放電ワイヤとグリッドにより構成されている。放電ワイヤとしては、直径４０〜１００μｍ程度のタングステンワイヤを使用している。放電ワイヤに印加する電圧（帯電バイアス）は、最大で１０ｋＶ、電流量として約１４００μＡが印加されて放電動作が行われる。グリッドとしては、直径５０〜２００μｍの導電部材（ＳＵＳ３０４、４３０）を用いている。但し、金属導電材料にエッジング加工によって網目等の特定のパターン形状を施したものを採用しても良い。このようなコロナ帯電器２１により、感光体２７表面は、２００〜８００Ｖ程度の範囲に帯電処理される。
【００２８】
コロナ帯電２１により、表面を一様に帯電処理された感光ドラム２７は、次工程の情報書き込み手段としての露光装置２２により静電潜像が形成される。本実施の形態において、露光装置２２は、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナである。レーザビームスキャナ２２は、画像読み取り装置（図示せず）等のホスト処理装置からプリンタ側に送られた画像信号に対応して変調されたレーザ光を出力して、一様に帯電処理された回転する感光ドラム２７の表面を、露光位置（露光部）においてレーザ走査露光（イメージ露光）する。このレーザ走査露光により、感光ドラム２７の表面のレーザ光で照射されたところの電位が低下し、回転する感光ドラム２７の表面には、画像情報に対応した静電潜像が順次に形成されていく。
【００２９】
レーザビームスキャナ２２により感光ドラム２７表面に形成された静電潜像は、次工程の現像装置１によりトナー像として顕像化される。本実施の形態の場合、感光ドラム１の表面の露光明部にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。現像装置１の詳細については後述する。
【００３０】
現像装置１により顕像化された感光ドラム２７表面のトナー像は、次工程の転写装置２３により記録材３０上に転写される。本実施の形態においては、転写装置２３は転写ローラである。転写ローラ２３は、感光ドラム２７に所定の押圧力をもって圧接され、その圧接ニップ部が転写部である。この転写部に記録材搬送ベルト２４により所定の制御タイミングにて記録材３０が搬送される。転写部に給送された記録材３０は、回転する感光ドラム２７と転写ローラ２３との間に挟持されて、その間転写ローラ２３にはトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス、本実施の形態では＋２ｋＶが印加される。これにより、転写部を記録材搬送ベルト２４により搬送されていく記録材３０の表面に感光ドラム２７の表面のトナー像が順次に静電転写されていく。
【００３１】
転写部を通ってトナー像の転写を受けた記録材３０は、次工程の定着装置２５へ搬送される。本実施の形態では、定着装置２５は熱ローラ定着装置であり、この定着装置２５により記録材３０はトナー像の定着処理を受けて画像形成物（プリント、コピー）として出力される。
【００３２】
一方、転写装置２３により記録材３０に転写されずに感光ドラム２７上に残留したトナー像（所謂転写残トナー）は、感光ドラム２７回転方向において転写装置２３の下流側に配設されたクリーニング装置２６により感光ドラム２７表面から除去される。本実施の形態では、板状のウレタンゴムから成るゴムブレードを、感光ドラム２７に対して所定の押圧力をもって圧接して成るブレードクリーニング方式である。クリーニング装置２６により表面から転写残トナーを完全に除去された感光ドラム２７は、前述の帯電装置２１から始める次の画像形成に備える。
（現像装置）
次に、図２を参照して現像装置１について詳しく説明する。
【００３３】
現像装置１には、非磁性トナ−と磁性キャリアから成る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、プリンタ１００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ならないものではない。
【００３４】
現像装置１は、感光ドラム２７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３が回転可能に配置されている。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３は、非磁性材料で構成され、現像動作時には図２の矢印方向に回転し、現像容器２内の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２７と対向する現像領域に現像剤を供給して、感光ドラム２７に形成された静電潜像をトナーにより現像する。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には第１現像剤循環スクリュー２ａ（現像スリーブ３に近い側、以下「
現像スクリュー」 と呼ぶ）、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、以下「 攪拌スクリュー」 と呼ぶ）により現像容器２内を循環し、再度混合攪拌される。現像剤循環の方向は、本実施の形態では、現像スクリュー２ａ側で図２の奥側から手前側に向かう方向、攪拌スクリュー２ｂ側では図１の手前側から奥側に向かう方向である。又、現像スクリュー２ａ及び攪拌スクリュー２ｂは、共に中心軸径が７ｍｍ、外径が１４ｍｍのものを使用した。
【００３５】
図４に現像剤カートリッジ５を示す。
【００３６】
現像剤カートリッジは略円筒の形状をしており、プリンタ１００本体から容易に脱着可能である。現像剤カートリッジ５をプリンタ１００に手前側から挿入することで、現像剤補給口６が開口する。尚、現像剤カートリッジ５をプリンタ１００から離脱する際には現像剤補給口６が閉じ、内包する現像剤が外部に漏れることはない。又、現像剤カートリッジ５内には、現像剤を攪拌且つ補給するための補給スクリュー７が内蔵されている。図４に現像剤カートリッジ５の内部が一部示されているが、補給スクリュー７は螺旋状の部材であり、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、適量の現像剤を補給する役目を担っている。つまり、画像形成によって消費された分のトナーは、補給スクリュー７の回転力と重力によって、現像剤カートリッジ５内から現像剤補給口６を通過して現像容器２内に補給される。
【００３７】
以上のようにして、現像剤カートリッジ５から現像装置１に補給現像剤が補給される。この補給現像剤のトナー及び磁性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２内の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磁性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、微量の磁性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磁性キャリアの比が多くなれば同じ量のトナー補給で磁性キャリアの入れ替わり量が多くなり、現像器１内の現像剤はフレッシュな状態に近づくが、その分磁性キャリアの消費量が多くなる。よって、それぞれのプリンタ１００が必要とする画質性能、ランニングコストに応じて適当な混合比を別途定めることが好ましい。
【００３８】
又、トナー（及び磁性キャリア）の補給量は補給スクリュー７の回転数によっておおよそ定められるが、この回転数はトナー補給量制御手段１３（図５中に記載）によって定められる。トナー補給量制御の方法としては現像剤のトナー濃度を光学的に検知するものや、感光ドラム２７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等、様々な方法が用いられているが、本実施の形態ではトナー補給量制御手段１３として、現像装置１内の現像剤のトナー濃度を磁気的に検知する方式を採用した。本方式を採用した理由としては、本方式が他の方式と比較してコストや安定性で優れるためであるが、他の方式でも大きな差はなく、プリンタ１００の構成に応じて別途定めることが好ましい。
【００３９】
次に、本実施の形態にて用いられる２成分現像剤について説明する。
【００４０】
トナーは、結着樹脂、着色剤、その他帯電制御剤、ワックス等の添加剤を含む着色樹脂粒子から成る。そして、流動性の改善、帯電量の調整等の必要に応じて、着色樹脂微粒子の表面には、例えばコロイダルシリカ、チタニア等の無機酸化物微粒子が外添されている。本実施の形態におけるトナーは、結着樹脂がポリエステル系樹脂から成り、抵抗値は約１０14Ωｃｍ，体積平均粒径Ｄ4 は約７. ０μｍである。
【００４１】
トナーの体積平均粒径Ｄ4 は、コールターカウンターＴＡ−II型（コールター社製）を使用する。測定法としては、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液から成る電解液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フォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前記コールターカウンターＴＡ−II型により１００μｍアパーチャーを用いて、２μｍ以上のトナーの体積を測定することにより体積分布を算出し、その測定結果から体積５０％のメジアン径をもって体積平均粒径とする。
【００４２】
磁性キャリアは、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可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。本実施の形態における磁性キャリアの抵抗値は１０10Ωｃｍ（１０8 Ωｃｍ〜１０12Ωｃｍ）であり、磁化量は２００ｅｍｕ／ｃｃ（１００ｅｍｕ／ｃｃ〜３００ｅｍｕ／ｃｃ）であり、体積平均粒径は約３０μｍである。
【００４３】
磁性キャリアの体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置ＨＥＲＯＳ（日本電子製）を用いて、体積基準で粒径０. ５〜３５０μｍの範囲を３２対数分割して測定し、それぞれのチャンネルにおける粒子数を測定し、その測定結果から体積５０％のメジアン径をもって体積平均粒径とする。
【００４４】
又、磁性キャリアの抵抗値は、測定電極面積１０ｃｍ2 、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用い、片方の電極に１ｋｇの荷重を加え、両電極間に印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加した時の電流値から、磁性キャリアの抵抗値を測定した。
【００４５】
次に、本実施の形態の特徴的な部分である現像剤の回収方法について詳しく説明する。
【００４６】
図２で示した現像装置１の現像容器２の攪拌スクリュー２ｂ近傍壁面には、現像剤排出口９が設けてある。現像装置１内に格納され、画像形成を繰り返すことでトナー樹脂等が表面に付着し、劣化した磁性キャリアを含む現像剤が現像剤排出口９より現像装置１外に排出される。排出される現像剤の量は、先に述べた現像剤カートリッジ５より現像装置１に補給された新しい現像剤と同じ量になるように制御される。
【００４７】
ここで、従来のこのような現像剤排出口９を持つ現像装置１（図１参照）では、現像剤カートリッジ９により補給される現像剤により、現像装置１内に格納された現像剤の剤面Ｌが補給される前に比べて上昇し、現像剤排出口の下面高さを超えた分が重力により現像装置１外に排出される仕組みであった。このような従来の方式では、前述したように現像剤カートリッジ５により補給されたばかりの殆ど劣化していない磁性キャリアを含む現像剤も他の劣化した磁性キャリアを含む現像剤と一緒になって現像剤排出口９より現像装置１から排出される場合があり、非常に非効率であった。
【００４８】
そこで、本実施の形態では、現像剤排出口９の上側近傍に磁力発生手段１０を設けた。本実施の形態では、磁力発生手段９として電磁石を使用した。本実施の形態で使用した電磁石は太さ６φの鉄芯の周りに線径０．４５ｍｍのエナメル線をコイル状に２００巻いたものを使用した。周知の通り電磁石はエナメル線に印加する電流量を調整することで所望の磁束密度を得ることができる。因に、本実施の形態で使用した電磁石では、１．２Ａの電流を流した時の磁束密度が約１７５ｍＴ、２．５Ａの電流を流した時の磁束密度が約３６５ｍＴであった。
【００４９】
画像形成を繰り返すことにより、表面にトナー樹脂等が付着した劣化磁性キャリアは、新たなトナーを摩擦帯電して所望の帯電量にする能力が著しく低下する。そのため、劣化キャリアは、その表面にトナーを担持することができなくなってしまう。
【００５０】
図９は磁性キャリアの画像形成枚数に対する磁性キャリア１個当たりのトナー担持平均個数の関係を示した関係図である。本関係図を導出するに当たり、プリンタ１００を用いて画像形成を繰り返し、所望の画像形成枚数に達した現像剤の一部をサンプリングしたものを走査型電子顕微鏡（日立製Ｓ−４７００）を用いて観察し、磁性キャリア１００個について表面に担持しているトナーの個数をカウントし、その平均値を求めたものである。勿論、この実験を行う時には磁性キャリアの逐次交換は行っていない。
【００５１】
図９に示す通り、画像形成枚数が２０ｋ枚以下と少ない場合には、磁性キャリア１個当たりが担持するトナーの個数は４５以上６０以下と多いのに対し、画像形成枚数が５０ｋ枚以上と多い場合には、磁性キャリア１個当たりが担持するトナーの個数は５以上１５以下と非常に少なくなる。
【００５２】
このように磁性キャリアに担持できるトナーの個数が少なくなった場合、現像剤としての見かけ上の磁化量が大きくなる。つまり、磁性キャリアの周りにはトナーが殆どなく、磁性キャリアは磁性キャリアで、トナーはトナーで現像装置１の内部で偏析しているためである。
【００５３】
図１０は磁性キャリアの画像形成枚数に対する、現像剤透磁率の変化の関係を示した関係図である。本関係図を導出するに当たり、プリンタ１００を用いて画像形成を繰り返し、所望の画像形成枚数に達した現像剤の一部をサンプリングして、トナー補給量制御手段１３と同じセンサーを用いて現像剤透磁率の変化を測定したものである。勿論、この実験を行う時には磁性キャリアの逐次交換は行っていない。図１０に示すように、画像形成枚数が多くなるに伴って、透磁率センサーの出力値は大きくなる。
【００５４】
以上のような理由により、画像形成を繰り返して劣化した磁性キャリアの現像剤中での見掛け上の磁化量が、初期の磁性キャリアよりも格段に大きくなることに注目し、磁力発生手段１０を現像剤排出口９近傍に配設することで、現像装置１内に格納された現像剤のうち、劣化した磁性キャリアを含む現像剤を選択的に現像剤排出口９に誘導、排出することが可能となる。
【００５５】
又、本実施の形態で用いた磁力発生手段１０の磁束密度は５０ｍＴ以上２５０ｍＴ以下、より具体的には２００ｍＴとした。５０ｍＴ未満では劣化した磁性キャリアでも十分に誘導することができず、２５０ｍＴより大きい場合は新しい磁性キャリアも一緒に誘導してしまう虞があるためである。
【００５６】
図１１に磁力発生手段１０の磁束密度により誘導された現像剤の新旧を判別するため、誘導された現像剤に担持されたトナーの平均帯電量を測定した関係図を示す。
【００５７】
トナーの平均帯電量はホソカワミクロン製Ｅスパートアナライザーを使用し、トナー３０００個の単位重量当たりの帯電量を平均したものを平均トナー帯電量として使用した。この結果によると、磁力発生手段１０の磁束密度が２５０ｍＴ以下の場合には、平均トナー帯電量は１０μＣ／ｇ以下であるのに対し、３００ｍＴ以上では平均トナー帯電量は磁束密度の増加に伴い上昇し、４００ｍＴ以上では現像装置１に格納された現像剤と殆ど変わらない３０〜４０μＣ／ｇの平均トナー帯電量を示した。この結果により、磁束密度が３００ｍＴ以上では、徐々に新しい磁性キャリアを含んだ現像剤が磁力発生手段１０により誘導されていることが分かり、磁性キャリアの選択性が落ちることを示している。
【００５８】
本実施の形態では、上記の磁力発生手段１０による劣化した磁性キャリアを選択的に排出する方法を、更に安定的に実現する手段を設けている。上記の手段のみでも或る程度劣化した磁性キャリアを選択的に排出させることは可能であるが、攪拌スクリュー２ｂで新しい磁性キャリアと劣化した磁性キャリアが攪拌、混合された現像剤の場合、磁性キャリア間の例えば非静電的な付着力等の粒子間に働く力（相互作用力）によって、劣化した磁性キャリアに新しい磁性キャリアが引っ張られる形で現像剤排出口９より排出される虞がある。
【００５９】
そこで、本実施の形態では、現像剤排出口１０近傍の攪拌スクリュー２ｂの一部に、現像剤の相互作用力を緩和するための緩和手段１１、より具体的にはリブ１１を設けた。
【００６０】
図５は本実施の形態の現像装置１の上断面図である。
【００６１】
トナー補給量制御手段１３の情報により現像剤カートリッジ９の現像剤が現像剤補給口６より補給され、撹拌スクリュー２ｂにより以前より現像装置１内に格納されていた現像剤と混合されながら図中の矢印方向に搬送される。そして、現像剤排出口１０近傍で、攪拌スクリュー２ｂに設けられた緩和手段１１としてのリブ１１により、現像剤の嵩密度を現像装置１の他の部分よりも下げて磁性キャリア同士に働く相互作用力を緩和すると共に、磁力発生装置１０に向かって跳ね上げ、磁力発生手段により劣化した磁性キャリアを含む現像剤のみを選択的に誘導，排出するようにしている。
【００６２】
ここで、攪拌スクリュー２ｂの現像剤排出口１０近傍に設けたリブ１１の形状は様々なものが考えられる。図６にその一部を示す。
【００６３】
本実施の形態では、（ａ）に示したものを用いたが、（ｂ）に示すようにリブが４枚あるもの、（ｃ）に示すように短いリブが現像剤搬送方向に多数並んだもの、（ｄ）に示すように攪拌スクリュー２ｂの回転方向に対して跳ね上げ効果を上げるよう浅い桶状になったもの、（ｅ）に示すように現像剤排出口１０近傍に対して現像剤搬送方向上流側に更に緩和手段としてのリブ１１を設けたもの等がある。
【００６４】
これら図６で示した緩和手段１１としてのリブ１１を設けた攪拌スクリューのうちどれを用いても構わないが、その性能としては現像剤の相互作用力を十分に緩和することが重要である。その指標の１つとして嵩密度が挙げられる。つまり、嵩密度が高い場合には相互作用力が大きいと判断できる。
【００６５】
図１２に緩和手段１１として攪拌スクリュー２ｂに設けたリブ１１近傍の現像剤の嵩密度と、そのときの磁力発生手段１０により誘導された現像剤に担持されたトナーの平均帯電量を測定した関係図を示す。
【００６６】
トナーの平均帯電量はホソカワミクロン製Ｅスパートアナライザーを使用し、トナー３０００個の単位重量当たりの帯電量を平均したものを平均トナー帯電量として使用した。この結果によると、リブ１１による緩和作用で嵩密度が１．０ｇ／ｃｃ以下の場合に、磁力発生手段１０で誘導された現像剤の平均トナー帯電量は５．０μＣ／ｇ以上１０．０μＣ／ｇ以下であるのに対し、嵩密度が１．２５ｇ／ｃｃ以上になると平均トナー帯電量が上昇していく傾向にある。これはリブ１１による現像剤の緩和作用、つまり現像剤間の相互作用力を十分に軽減することができなかったために、新しい磁性キャリアが劣化した磁性キャリアに引っ張られる形で磁力発生手段１０により誘導されたことを示している。
【００６７】
以上の結果より、緩和手段としてのリブ１１により、現像剤排出口９近傍の現像剤は、その嵩密度が１．０ｇ／ｃｃ以下になるように緩和手段１１の設計がなされることが必要であり、本実施の形態の構成では０．９ｇ／ｃｃであった。
【００６８】
以上説明したように、現像剤排出口９近傍に、磁力発生手段１０と共に攪拌スクリュー２ｂの一部に緩和手段１１としてのリブ１１を設けることにより、現像装置１に格納された現像剤のうち、劣化した磁性キャリアを含む現像剤のみを安定的に誘導、排出することが可能となる。これは、磁性キャリア１個当たりの透磁率は同じであるが、リブ１１により現像剤が跳ね上げられた瞬間に磁力が作用していると、現像剤のチェーンが形成するためである（図１７参照）。
【００６９】
磁性キャリアが劣化していない場合には、トナーが磁性キャリアの間に存在するために体積透磁率は高くならず、磁力発生装置１０の磁力によって現像剤排出口９に誘導されにくい。これに対して、劣化した磁性キャリアの場合には、トナーを殆ど担持していないため、磁性キャリア同士が引き付け合い、磁性キャリアの塊を形成する。この磁性キャリアの塊は体積透磁率が大きく、結果として磁力発生装置１０の磁力によって現像剤排出口９に誘導され、現像装置１外に排出される。
【００７０】
次に、本実施の形態での特徴的な部材の高さ方向の配置に関して図７を用いて説明する。
【００７１】
先ず、現像装置１に適正量格納された現像剤の剤面Ｌは、鉛直方向で攪拌スクリュー２ｂの軸中心高さ位置以上、攪拌スクリュー２ｂの最上端以下であることが、現像剤の搬送性、攪拌性の面から求められる。より詳細には、適正量の現像剤の剤面Ｌはプリンタ１００の使用環境、放置時間の有無により或る程度変動するが、剤面Ｌが最も高いときでも、鉛直方向で攪拌スクリュー２ｂの上端から攪拌スクリュー２ｂ外径の１０％よりも下であることが好ましく、且つ、剤面Ｌが最も低いときでも、鉛直方向で攪拌スクリュー２ｂの軸中心から攪拌スクリュー２ｂ外径の１０％よりも上であることが好ましい。
【００７２】
現像剤排出口９の下面位置であるが、鉛直方向で現像装置１に適正量格納された現像剤の剤面Ｌが最も高い位置よりも上であることが好ましく、且つ、攪拌スクリュー２ｂの最上端よりも下であることが好ましい。この条件の前半部分は現像剤排出の選択性を維持するためのものであり、後半部分は現像剤カートリッジ５から現像剤が異常に補給された場合、現像装置１に格納された現像剤の剤面Ｌを適正な高さまで自動修復させるためである。本実施の形態では、攪拌スクリュー２ｂの最上端よりも２ｍｍ下方に現像剤排出口９の下面位置を配設した。
【００７３】
現像剤排出口９の上面位置及び磁力発生手段１０の配設位置であるが、鉛直方向で攪拌スクリュー２ｂの最上端よりも上であることが好ましく、上限は磁力発生手段１０の磁束密度、磁性キャリアの磁化量等の物性値、緩和手段１１による嵩密度等の条件により調整する。本実施の形態では、以上の諸条件により、攪拌スクリュー２ｂの最上端よりも８ｍｍ上方に現像剤排出口９の上面位置及び磁力発生手段１０を配設した。
【００７４】
次に、本実施の形態における劣化した磁性キャリアを含む現像剤の選択排出について図８を用いて説明する。
【００７５】
図８（ａ）に示すように、比較的初期の磁性キャリアを多く含む現像剤では、磁力発生手段１０に磁力を発生させた場合においても、磁性キャリアの周りに多くのトナーを担持しているために現像剤の見かけ上の磁化量は小さく、よって磁力発生手段１０により誘導される現像剤は殆どない。
【００７６】
次に、（ｂ）に示すように、比較的劣化した磁性キャリアを多く含む現像剤では、磁性キャリアの周りに殆どトナーを担持しないために現像剤の見掛け上の磁化量が大きくなり、磁力発生手段１０に磁力を発生させた場合、現像剤の多くが磁力発生手段１０に誘導され、一部は現像剤排出口９から現像装置1 の外に排出され、一部は磁力発生手段１０に保持される。磁力発生手段１０が或る程度の現像剤を保持すると、現像剤排出口９を塞ぐようになるため、磁力発生手段１０の磁力を一時停止することで磁力発生手段１０に保持された現像剤を現像剤排出口９より現像装置１の外に排出する。
【００７７】
図１３に磁力発生手段１０の磁力のＯＮ／ＯＦＦタイミング図を示す。
【００７８】
本実施の形態では、現像装置１内の攪拌スクリュー２ｂが回転駆動している間、磁力発生装置１０による磁力の発生を５秒間、磁力の停止を２秒間とし、発生と停止を１セットとして繰り返し動作させている。こうすることによって、磁力発生装置１０が一部保持した現像剤により現像剤排出口９を塞ぐことを防止している。
【００７９】
図１６は本実施の形態の現像装置１と従来の現像装置１（図１参照）をそれぞれ用いた画像形成装置により画像形成を繰り返した時の、各画像形成枚数時における現像装置１内に格納された現像剤の平均トナー帯電量の変化推移を示す関係図である。
【００８０】
前述のように、磁性キャリア表面にトナー樹脂等が付着して劣化した場合には、トナーに対する摩擦帯電による帯電付与能力が低下する。トナーの帯電量は画像濃度を安定させるためには常に一定であることが望ましく、且つ、画像の階調性を維持するためには或る程度の大きさが必要である。従来の現像装置１を用いた画像形成装置では、画像形成枚数が初期から４０ｋ枚までの間で平均トナー帯電量が大きく変動しており、且つ、４０ｋ枚以上で平均トナー帯電量は安定しているものの初期に比べてその値が約半分程度となる。これは、補給される新しい磁性キャリアと劣化した磁性キャリアが現像装置１内で混在していき、４０ｋ枚以上でおよそ一定比率になることを示している。
【００８１】
一方、本実施の形態の現像装置１を用いた画像形成装置では、画像形成枚数に関わらず平均トナー帯電量は初期からおよそ同じ値であることが分かる。これは前述した本実施の形態の構成を採ることで劣化した磁性キャリアを選択的に現像装置１から排出することが可能となったためであり、その結果、平均トナー帯電量は初期から変化することなく、画像濃度も非常に安定化させることが可能であることを示している。
【００８２】
以上説明したように、本発明の実施の形態１による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、簡易な構成で実現することが可能となる。
【００８３】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２ついて説明する。
【００８４】
本実施の形態のプリンタ１００の基本構成は、実施の形態１のものと同様であり、詳細な説明を省略し、本実施の形態の特徴的な部分について以下に説明する。
【００８５】
本実施の形態の特徴は、実施の形態１のプリンタ１００で述べた磁力発生手段１０に改良を加えたものである。具体的には、磁力発生手段１０の磁力のＯＮ／ＯＦＦにおいて、磁力発生時の磁束密度を周期的に変化させているところである。
【００８６】
図１４に磁力発生手段１０の磁力のＯＮ／ＯＦＦタイミング図を示す。
【００８７】
現像装置１内の攪拌スクリュー２ｂが回転駆動している間、実施の形態１と同様に磁力発生装置１０による磁力の発生を５秒間、磁力の停止を２秒間とし、発生と停止を１セットとして繰り返し動作させている。ここで、磁力発生タイミングにおいて、実施の形態１では磁力発生手段１０による磁束密度が２００ｍＴと一定であったのに対し、本実施の形態では１００ｍＴ〜３００ｍＴの間を周期的に変化させている。このように磁力発生手段１０による磁束密度を周期的に変化させることで、現像剤排出口９近傍の現像剤の状態を、実施の形態１の緩和手段１１としてのリブ１１の効果に加え、より均一に緩和することが可能となり、磁力発生手段１０により劣化した磁性キャリアをより選択的に誘導、排出することが可能となる。
【００８８】
ここで、磁力発生手段１０による磁束密度を周期的変化させる方法としては、前述の磁力発生手段１０として用いている電磁石に流す電流量を周期的に変化させることで実現可能である。又、その周期は０．５Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下の範囲が好ましく、本実施の形態では１Ｈｚとした。０．５Ｈｚ未満の場合には現像剤排出口９近傍の現像剤に対する十分な緩和作用が認められず、又、１０Ｈｚより大きい場合では結果としての磁束密度の周期的な変化が認められないことによる。又、磁束密度の周期的な変化動作としては様々なものが考えられ、例えば図１５に示すような磁束密度の最小値と最大値で一定時間保持するようにしても良い。
【００８９】
以上説明したように、本実施の形態による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を有し、且つ、実施の形態１以上の安定性をもって、初期の画質を維持するという高画質、高安定を、簡易な構成で実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】従来の現像装置の概略構成を示す模型図である。
【図２】本発明に係る現像装置の一実施例の概略構成を示す模型図である。
【図３】本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を示す模型図である。
【図４】本発明に係る現像剤カートリッジの概略構成を示す模型図である。
【図５】本発明に係る現像装置の概略構成を示す上面模型図である。
【図６】本発明に係る現像装置において用いられる、緩和手段としての攪拌スクリュー上に設けられたリブを示す模型図である。
【図７】本発明に係る現像装置において、攪拌スクリュー、現像剤面、現像剤排出口、磁力発生手段の鉛直方向の高さ関係を示す模型図である。
【図８】本発明に係る現像装置において、現像装置に格納された現像剤が磁力発生手段により誘導、排出される様子を示す概念図である。
【図９】磁性キャリアの画像形成枚数に対する磁性キャリア１個当たりのトナー担持平均個数の関係を示した関係図である。
【図１０】磁性キャリアの画像形成枚数に対する現像剤透磁率の変化の関係を示した関係図である。
【図１１】磁力発生手段の磁束密度により誘導された現像剤の新旧を判別するため、磁束密度ごとに誘導された現像剤に担持されたトナーの平均帯電量を測定した関係図である。
【図１２】緩和手段として攪拌スクリューに設けたリブ近傍の現像剤の嵩密度と、そのときの磁力発生手段により誘導された現像剤に担持されたトナーの平均帯電量を測定した関係図である。
【図１３】磁力発生手段の磁力のＯＮ／ＯＦＦを示したタイミング図である。
【図１４】磁力発生手段の磁力のＯＮ／ＯＦＦを示したタイミング図である。
【図１５】磁力発生手段の磁力のＯＮ／ＯＦＦを示したタイミング図である。
【図１６】従来の現像装置と、本発明に係る現像装置の一実施例の現像器をそれぞれ用いた時の、各画像形成枚数時における現像剤の平均トナー帯電量の変化推移を示す関係図である。
【図１７】新しい磁性キャリアを含む現像剤と、劣化した磁性キャリアを含む現像剤それぞれに対する磁力発生手段による磁力の影響を示した概念図である。
【符号の説明】
【００９１】
１      現像装置
２      現像容器
２ａ    現像スクリュー
２ｂ    攪拌スクリュー
３      現像スリーブ
４      現像マグネット
５      現像剤カートリッジ
６      現像剤補給口
７      現像剤補給スクリュー
８      現像規制ブレード
９      現像剤排出口
１０    磁力発生手段
１１    現像剤緩和手段（リブ）
Ｌ      現像剤剤面
【図１】
2007041103.tif 000003
【図２】
2007041103.tif 000004
【図３】
2007041103.tif 000005
【図４】
2007041103.tif 000006
【図５】
2007041103.tif 000007
【図６】
2007041103.tif 000008
【図７】
2007041103.tif 000009
【図８】
2007041103.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2007041103.tif 000012
【図１１】
2007041103.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2007041103.tif 000015
【図１４】
2007041103.tif 000016
【図１５】
2007041103.tif 000017
【図１６】
2007041103.tif 000018
【図１７】
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