(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含む二成分現像剤を貯留する現像剤収納部に、トナー収容部よりトナーを補給し、現像剤担持体にて該二成分現像剤を担持して像担持体との対向部に搬送して、像担持体上の静電潜像を現像する現像方法において、
予め下記式（１）〜（３）に基づいて、上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率Ｓｔ／Ｓｃが３０％以上、７０％以下となるようなトナー濃度を定めておき、当該トナー濃度を目標値としてトナー補給をおこなうことを特徴とする現像方法。
但し、上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率Ｓｔ／Ｓｃは、
Ｓｔ／Ｓｃ＝Ｃ・Ｇｔ/（１−Ｃ）・Ｇｃ×１００        （１）
Ｇｔ＝Σ（π（Ｒｔ／2）２×nｔ）／Σ（４／３π（Ｒｔ／２）３×σt×ｎｔ）        （２）
Ｇｃ＝Σ（4π（Ｒｃ／２）２×nｃ）／Σ（４／３π（Ｒｃ／２）３×σｃ×nｃ）        （３）
上記Ｇｔはトナー1gあたりの全投影面積、上記Ｇｃはキャリア1gあたりの全実表面積、上記Ｃはトナー濃度、上記Ｒｔはトナー粒径分布に区切ったヒストグラムデータの各チャンネル毎のトナー代表径、上記ｎｔは該各チャンネルの領域に含まれるトナーの個数、上記σtはトナーの密度、上記Ｒｃはキャリア粒径分布に区切ったヒストグラムデータの各チャンネル毎のキャリア代表径、上記ｎｃは該各チャンネルの領域に含まれるキャリアの個数、σｃはキャリアの密度を表す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置およびこれに用いられる現像方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて、像担持体上の静電潜像を現像する二成分現像装置が広く用いられている。二成分現像装置では、十分な画像濃度を得るために、ある程度トナー濃度を高くすることが必要とされる。しかしながら、トナー濃度が高くなるほど、キャリア表面に対してトナーが接触して摩擦帯電できる場所が小さくなり、トナーとキャリアとの摩擦帯電が不充分となる。このため、キャリアがトナーを保持する力が小さくなり、トナー飛散がおこりやすくなる傾向がある。特に、トナーを多量に補給した時は、キャリア表面に対してトナーが接触している部分の割合（以下、トナー被覆率という）が増加するため、トナーとキャリアとの安定した摩擦帯電が行われなくなり、トナー飛散がおこりやすい。
【０００３】
トナー飛散を低減させるために、トナーの平均帯電量を上昇させて、帯電が不充分な弱帯電トナー、あるいは逆帯電トナーの存在する確率を減らすことが考えられる。しかしながら、現像剤の平均帯電量を上げると、逆にキャリアのトナー保持力が適正以上に強まり、現像能力の低下する。このため、良質な画質を維持することが難しくなる。
【０００４】
また、トナー消費量が多く、トナー濃度が低くなった時には、トナー被覆率が低下し、摩擦帯電が適正以上に行われる。このため、トナーの帯電量が上がりすぎ、キャリアがトナーを保持する力が適正以上に強まる。そこで、現像能力が低下してしまい、良好な画像品質が得られない。良質な画像を得るためには、トナーとキャリアの摩擦により生じる帯電量を適正な値に保つことが重要となる。
【０００５】
このように、二成分現像装置においては、トナー飛散を低減し、かつ、現像能力を維持して良好な画質を得るためには、トナー濃度のみならず、トナーとキャリアとの被覆率に着目し、トナーとキャリアの摩擦により生じる帯電量を適正な値に保つことが必要と考えられる。そこで、キャリア表面のトナーの被覆率を規定範囲になるようトナー濃度を制御する二成分現像装置及び二成分現像剤が提案されている。
【０００６】
例えば、特開平１０−３１２１０５号公報では、現像剤攪拌質のトナー濃度を次式で表されるキャリア被覆率Ｔｎが１３０％以下になるよう設定し、該剤攪拌室におけるトナー濃度を制御する現像装置を提案している。
Ｔｎ＝１００Ｃ√３／｛２π（１００−Ｃ）・（１＋ｒ／Ｒ）２・（ｒ／Ｒ）・（ρｔ／ρｃ）｝
ここで、Ｃはトナー濃度、ｒはトナー半径、Ｒは磁性キャリアの半径、ρｔはトナーの真比重、ρｃは磁性キャリアの真比重である。この現像装置によれば、上記キャリア被覆率Ｔｎの範囲になるようトナー濃度を制御することで、トナー飛散を低減できる。
【０００７】
また、特開平１１−１９４５２５号公報では、トナーおよびキャリアの平均粒径で計算したキャリア表面上のトナーの被覆率を３０〜６５％とし、かつ導電性シリカ粒子を外添する現像剤が提案されている。これの現像装置によれば、経時で良好な現像能力を維持し、良質な画質を形成できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開平１０−３１２１０５号公報記載の現像装置では、トナーを多量に補給した時にトナー飛散が増大したり、トナーを多量に消費した時に画像品質が劣化したりすることがあった。これは、上記トナー被覆率になるようトナー濃度を制御しても、多量のトナー補給時、多量のトナー消費時では、不充分であることを示している。
【０００９】
ところで、従来の公報で示されるトナー被覆率は、トナー平均粒径およびキャリア平均粒径から算出されるものであり、トナーおよびキャリアの粒径分布を考慮したものではない。すなわち、トナー平均粒径およびキャリアの平均粒径を用いて算出した被覆率では、トナー粒径分布およびキャリアの粒径分布にかかわらず平均粒径が同値であれさえすれば同じ被覆率となる。よって、粒径分布を考慮したトナーおよびキャリアの実粒径による充填状態は考慮されていない。そこで、従来のトナー被覆率による制御では、同被覆率でもトナー飛散の多い場合や少ない場合があったり、現像能力に巾があり、充分な制御となっていないと考えられる。
【００１０】
本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、二成分現像装置において、より正確にキャリアのトナー被覆状態を把握してトナー補給を制御することで、トナーとキャリアとの摩擦帯電を安定した状態でおこなうことのできる現像方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤を貯留する現像剤収納部に、トナー収容部よりトナーを補給し、現像剤担持体にて該二成分現像剤を担持して像担持体との対向部に搬送して、像担持体上の静電潜像を現像する現像方法において、予め下記式（１）〜（３）に基づいて、上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率Ｓｔ／Ｓｃが３０％以上、７０％以下となるようなトナー濃度を定めておき、当該トナー濃度を目標値としてトナー補給をおこなうことを特徴とするものである。
但し、上記トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率Ｓｔ／Ｓｃは、
Ｓｔ／Ｓｃ＝Ｃ・Ｇｔ/（１−Ｃ）・Ｇｃ×１００        （１）
Ｇｔ＝Σ（π（Ｒｔ／2）２×nｔ）／Σ（４／３π（Ｒｔ／２）３×σt×ｎｔ）        （２）
Ｇｃ＝Σ（4π（Ｒｃ／２）２×nｃ）／Σ（４／３π（Ｒｃ／２）３×σｃ×nｃ）        （３）
上記Ｇｔはトナー1gあたりの全投影面積、上記Ｇｃはキャリア1gあたりの全実表面積、上記Ｃはトナー濃度、上記Ｒｔはトナー粒径分布に区切ったヒストグラムデータの各チャンネル毎のトナー代表径、上記ｎｔは該各チャンネルの領域に含まれるトナーの個数、上記σtはトナーの密度、上記Ｒｃはキャリア粒径分布に区切ったヒストグラムデータの各チャンネル毎のキャリア代表径、上記ｎｃは該各チャンネルの領域に含まれるキャリアの個数、σｃはキャリアの密度を表す。
【００１７】
請求項１の現像方法においては、トナー補給後にトナーの全実投影面積Ｓｔとキャリアの全実表面積Ｓｃの比率Ｓｔ／Ｓｃが３０％以上、７０％以下となるようにトナー補給をおこなう。ここで、トナーの全実投影面積Ｓｔとキャリアの全実表面積Ｓｃの比率Ｓｔ／Ｓｃは、キャリア全表面積に対するトナーの全被覆面積を表すものである。これは、従来のトナーおよびキャリアの平均粒径より算出するトナー被覆率とは異なり、トナーおよびキャリアの粒径分布を反映させ、実粒径による充填状態をは考慮したものである。このため、実際のトナー被覆状態をより正確に表すものと考えられる。
本発明者らは、キャリア上のトナーの被覆状態観察、トナー飛散、画像品質の評価などの実験を重ねた結果、上記Ｔｎを３０％以上、７０％以下の範囲とすることで、従来よりも精度よく、トナー飛散を低減するとともに、画像品質の低下を低減できることを見出した。すなわち、キャリア全実表面積を３０％以上、７０％以下トナーで被覆した状態でトナーとキャリアとの摩擦帯電を行うことにより、帯電量を適正な範囲内にすることができる。これより、上記Ｓｔ／Ｓｃが、トナー補給後に３０％以上、７０％以上となるように上記トナー補給部を制御することで、精度よく、トナー飛散を低減するともに、画像品質の低下を低減できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に適用した実施形態について説明する。
以下、本発明を、電子写真方式の画像形成装置に適用した実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る画像形成装置の全体的な構成について説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
図１に示すように、像担持体として、４つの感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋが設けられており、レジストローラ５側からイエロー（以下、「Ｙ」という）、マゼンタ（以下、「Ｍ」という）、シアン（以下、「Ｃ」という）、ブラック（以下、「Ｋ」という）に対応する各感光体ドラムが並列配置されている。各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは、それぞれに対して設けられた帯電手段としての帯電装置１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにより、その表面を例えば負極性に一様に帯電される。そして、帯電された各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋは、光書込ユニット２によって、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各カラー画像データの光書込が行われる。これにより、各感光体ドラム上に各画像データに対応した静電潜像が形成される。該静電潜像は、各感光体ドラムのそれぞれに対して設けられた現像手段としての現像装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋによって、負極性に帯電された各色トナーにより反転現像され、各感光体ドラムに各色のトナー像が形成される。
【００３１】
次いで、給紙部３，４からレジストローラ５を経て、各感光体ドラムと転写ユニット６との間に形成される転写材搬送経路の各転写領域に転写材が給紙される。転写ユニット６は、駆動ローラ、従動ローラ、テンションローラの複数個のローラに掛け渡されて転写材搬送方向（図中矢印Ａ方向）に循環移動する搬送ベルト６０を有している。
【００３２】
給紙部３，４から給紙された転写材は、該転写ベルト６０に静電的に吸着されて、該転写ベルト６０の循環移動により図中左方に向けて搬送される。このとき、転写材は、各感光体ドラムに形成された各色トナー像の先端が、搬送ベルト６０との対向点である各転写領域に回転搬送されてくるタイミングで、その印字開始位置が該対向点に一致するように搬送される。そして、各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ上に形成された各色トナー像は、各感光体ドラムと対向するように転写ベルト６０の裏面側にそれぞれ配置された転写手段としての転写ローラによって、順次、転写材上に重ね合わされて転写される。具体的には、各転写ローラによって、転写ベルト６０がトナーの極性と反対の極性（ここでは正極性）に帯電されることにより、各感光体ドラム上の負極性のトナーが転写ベルト６０側に静電力により引き寄せられて、転写材に転写される。
【００３３】
このようにして各色トナー像が転写された転写材は、転写ベルト６０から分離した後、定着装置７に搬送されて該転写材上に転写されたトナー画像が定着された後、カラー画像として機外に排出される。
【００３４】
一方、上記トナー像の転写材への転写後、各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ上に残留した転写残トナーは、各感光体ドラムに対して設けられたクリーニング手段としてのクリーニング装置８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋのクリーニング装置により除去される。このようにしてクリーニングされた各感光体ドラムは、それぞれの帯電装置１０Ｙ，１０Ｍ、１０Ｃ，１０Ｋによって再び帯電されて、次の画像形成工程に移行する。
【００３５】
次に、現像装置の構成について説明する。現像装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋは、収容される現像剤以外は、同一の構成を有し、同一の動作をするので、現像装置１２として説明する。図２は現像装置１２の概略構成図である。
現像装置１２は、トナー及び磁性キャリアよりなる二成分現像剤（以下、現像剤という）を用いるニ成分現像装置である。現像装置１２は、現像剤担持体としての、表面に多極の磁力を持つ多磁極現像ローラ１３と、多磁極現像ローラ１３に担持されて感光体ドラム１１との対向部に搬送される現像剤量を規制するドクタブレード１９と、多磁極現像ローラ１３に供給する現像剤を貯留する現像剤収容部１４と、該現像剤収容部１４内に設けられ、現像剤収容部１４内の現像剤を攪拌するアジテータ１５と、該現像剤収容部１４と連通する現像剤収容部１６と、該現像剤収容部１６内に設けられ、現像剤収容部１６内の現像剤を攪拌するアジテータ１７とを備えている。また、現像剤収容部１６は、トナー補給部としてのトナー補給ローラ１８を介して、トナーを収容するトナーカートリッジ１８ｂと連結されている。
【００３６】
上記構成の現像装置１２では、アジテータ１５，１７が回転することにより、現像剤収容部１４，１６内に収容されている現像剤が、撹拌されながら多磁極現像ローラ１３近傍へ搬送される。ここで、現像剤中のトナーは磁性キャリアとの撹拌によって摩擦帯電している。この現像剤は、多磁極現像ローラ１３の磁力により、多磁極現像ローラ１３上に汲み上げられる。そして、ドクタブレード１９で薄層化された後、現像位置まで搬送される。多磁極現像ローラ１３には図示しない現像バイアス電源によって現像バイアスが印加されており、多磁極現像ローラ１３と感光体ドラム１１との間に現像電界が形成されることで、多磁極現像ローラ１３上の帯電したトナーを感光体ドラム１１に向けて供給する。現像終了後の現像剤は多磁極現像ローラ１３によって搬送され、再び現像剤収容部１４内に戻される。
【００３７】
ところで、現像剤収容部１４，１６内の現像剤のトナー濃度は、感光体ドラム１１上に基準画像を形成し、この基準画像の光学濃度を光学濃度検出手段によって検出し、感光体ドラム１１地肌部の光学濃度との比をとり、この比に基づいて推測する。これに基づき、充分な画像濃度が得るため、トナー濃度が適当な範囲になるよう、トナー補給ローラ１８の回転時間を制御する。このトナー補給ローラ１８の回転により、トナーカートリッジ１８ｂよりトナーを現像剤収容部１６内の現像剤に補給する。
【００３８】
しかしながら、現像剤収容部１４，１６中セットされたキャリアの量が同じでも、キャリアの粒径によってキャリアのトナー被覆状態が異なり、トナーとキャリアとの安定した摩擦帯電が行われなくなる。このため、キャリアのトナー被覆状態を考慮したトナー補給が必要になる。
【００３９】
そこで、本実施形態の画像形成装置では、現像剤のトナー濃度を用いてトナー被覆状態を算出し、これが規定範囲になるようトナー補給を行うことで、トナーとキャリアとの安定した摩擦帯電をおこなう。以下、これについて詳細に説明する。
【００４０】
まず、キャリアのトナー被覆状態をあらわす方法について説明する。
従来、トナー被覆率は、トナーおよびキャリアの平均粒径のみを用いて算出されていた。この場合、トナーを細密充填した時の最大占有面積を考え、トナー粒径と同じ半径を持つ円の外接六角形の面積をトナー1個の占有面積として計算する。しかしながら、上記平均粒径のみを用いて算出したトナー被覆率では、トナーおよびキャリアの粒径分布に関わらず平均粒径が同値であれさえすれば、同じトナー被覆率となるため、粒径分布を考慮した実粒径の充填状態は計算しきれない。図３は、平均粒径からのトナー被覆率算出した場合の説明図である。図３に示すように、トナー粒子の粒径分布が広い場合を考える。平均粒径が同じでありながら、粒径の小さいトナーが多く含まれる領域ａと粒径の大きいトナーが多く含まれる領域ｂが、同個数で、ある所定の表面積を持つキャリアと混合された場合、粒径の小さいトナーが多く含まれる領域ａの全投影面積の方がキャリアの全表面積に占める比率が少なくなる。逆に、粒径の大きいトナーが多く含まれる領域ｂの全投影面積の方がその比率が大きくなる。比率が小さい領域では、キャリア表面のトナーを保持できる場所に余裕度があり、トナーとキャリアの安定した摩擦帯電が行われ、トナー飛散の低減を実現できる。しかしながら、比率が大きい領域では、キャリア表面ののトナーを保持できる場所に余裕度がないので、トナーとキャリアの安定した摩擦帯電が行われず、トナー飛散がおこりやすい。このように平均粒径が同じトナーでも、粒径分布によっては、トナー飛散がおこりやすい場合がある。このように、平均粒径のみを用いて算出したトナー被覆率を用いて、トナー補給を行っても、トナーとキャリアとの安定した摩擦帯電が行われずに、トナー飛散や画像品質の劣化がおこることがあり、その精度が問題視されていた。
【００４１】
そこで、本実施形態の画像形成装置では、トナー被覆状態を、トナーの粒径分布全て、およびキャリアの粒径分布全てを含んだ比率と考えて算出した。図４は、実粒径からのトナー被覆状態算出方法の説明図である。図４に示すように、トナーの粒径を所定の領域（図中波線出区切られた領域）に細分化して、それらの各領域でトナーの全投影面積を算出する。同様に、キャリアも粒径を所定の領域（図中波線出区切られた領域）に細分化して、それらの各領域でキャリアの全表面積を算出する。それらの各領域で算出したトナーの全投影面積、キャリアの全表面積の総和であるトナーの全実投影面積Ｓｔ、キャリアの全実表面積Ｓｃの比率Ｓｔ／Ｓｃを算出する。すなわち、Ｓｔ／Ｓｃ＝（トナーの全投影面積）/（キャリアの全表面積）×１００とする。
【００４２】
図４を用いて、Ｓｔ／Ｓｃについて詳細に説明する。
トナーの全投影面積を算出する。先ず、トナーの粒径をコールターカウンター等の粒度分布測定器を用いて測定し、細分化したトナー粒径分布に区切ったヒストグラムデータに集約する。それを各チャンネルとして、各チャンネル毎のトナー代表径Ｒｔ（チャンネルの上下端の粒径の平均値）とそのチャンネル領域に含まれるトナーの個数ｎtを用いて、代表粒径の球の投影面積×個数を求め、その値を全チャンネルの総和をｓ1とする。ｓ１＝Σ（π（Ｒｔ／2）２×nｔ）となる。次に各チャンネルの代表粒径の粒子質量×個数を求め、総和をw1とする。ｗ１＝Σ（４／３π（Ｒｔ／２）３×σt×ｎｔ）となる。ここでσtはトナーの密度を表す。これより、トナー1gあたりの全投影面積Ｇｔ＝ｓ1×（1ｇ／ｗ１）が導かれる。
【００４３】
同様にキャリアの全表面積を算出する。キャリアの粒径をコールターカウンター等の粒度分布測定器を用いて測定し、細分化したキャリア粒径分布に区切ったヒストグラムデータに集約する。それを各チャンネルとして、各チャンネル毎のキャリア代表径Ｒｃ（チャンネルの上下端の粒径の平均値）とそのチャンネル領域に含まれるキャリアの個数ｎｃを用いて、代表粒径の球の表面積×個数を求め、その値を全チャンネルの総和をｓ２とする。ｓ２＝Σ（４π（Ｒｃ／２）２×nｃ）となる。次に各チャンネルの代表粒径の粒子質量×個数を求め、総和をｗ２とする。ｗ２＝Σ（４／３π（Ｒｃ／２）３×σc×nｃ）となる。ここでσcはキャリアの密度を表す。これより、キャリア1gあたりの全表面積Ｇｃ＝ｓ２×（1g／ｗ２）が導かれる。
【００４４】
ここで、Ｓｔ／Ｓｃは、トナーの全質量Ｍｔ、キャリアの全質量Ｍｃとして、Ｓｔ／Ｓｃ＝Ｇｔ×Ｍｔ／Ｇｃ×Ｍｃで表される。また、トナー濃度をＣ％はＣ＝Ｍｔ／（Ｍｔ＋Ｍｃ）より、Ｍｔ／Ｍｃ＝Ｃ／（１−Ｃ）となる。
これらより、Ｓｔ／Ｓｃ＝Ｃ・Ｇｔ/（１−Ｃ）・Ｇｃ×１００...（1）
ここで、Ｇｔはトナー1gあたりの全投影面積、Ｇｃはキャリア1gあたりの全表面積、Ｃはトナー濃度である。
【００４５】
これは、トナーの粒径分布全て、およびキャリアの粒径分布全てを含んだ実粒径からの算出法であるので、より実際に近い充填状態を定量化した値を表しているといえる。そして、このＳｔ／Ｓｃを用いたトナー補給を行うことで、より確実に、トナーとキャリアとが安定した摩擦帯電をおこなえる状態にすることができる。
【００４６】
そして、本発明者らは、キャリア上のトナーの被覆状態観察、飛散量測定などの実験を重ねた結果、上記Ｓｔ／Ｓｃを７０％以下なるよう、トナー補給をおこなうと、従来よりも精度よく、トナー飛散が低減することを見出した。すなわち、Ｓｔ／Ｓｃを７０％以下なるようにすると、キャリア全実表面積に３０％以上、被覆されない余裕の部分（以下、サイトという）が残っていることになる。このような余裕があると、新たに補給されたトナーとキャリアとの摩擦帯電が確実に行われる。よって、キャリアのトナーの保持力を適当な範囲とすることができ、トナー飛散を低減することができる。一方で、Ｓｔ／Ｓｃが７０％以上になると、すでにキャリアの表面がトナーでほぼ満たされており、それ以上トナーがキャリア表面に直接付着するサイトが極めて少ない、飽和状態となっている。そこで、補給されたトナーはキャリアと接触して摩擦帯電するよりも、トナー同士のが接触して摩擦帯電をおこしやすくなる。このトナー同士の摩擦帯電はトナーとキャリアの摩擦帯電に比べて帯電性が悪く、また、弱帯電トナーあるいは逆帯電トナー等を発生させやすい。そこで、トナーとキャリア間の保持力が弱まり、これらが飛散トナーとなってしまう。また、これらのトナーは静電潜像への付着が正常に行われないので地汚れも生じ易い。
【００４７】
以上のことから、本実施形態の画像形成装置では、トナー飛散が最も起こり易い、トナー最大補給時において、Ｓｔ／Ｓｃが７０％以下になるようトナー補給をおこなう。これにより、精度よくトナー飛散を低減することができる。
【００４８】
このように、上記Ｓｔ／Ｓｃが低くなると、キャリア表面にトナーが付着できるサイトも増え、良好な摩擦帯電が行われ、トナー飛散の低減できる。しかしながら、連続全ベタ画像形成時のようにトナー消費量が多い場合には、上記比率が過剰に低下して、キャリア表面にトナーが付着できるサイトに余裕度がありすぎ、トナーとキャリアの接触摩擦が過剰に行われ、キャリアのトナー保持力が適正以上に強まる場合がある。このような場合、現像時にトナーがキャリアから離脱し難く、現像能力は低下し、画像濃度低下などの画像品質の劣化を生じることになる。
【００４９】
本発明者らは、キャリア上のトナーの被覆状態観察、画像品質の評価などの実験を重ねた結果、上記Ｓｔ／Ｓｃを３０％以下とすると、トナーとキャリアの接触摩擦が過剰に行われ、現像能力は低下し、画像品質の劣化することを見いだした。すなわち、キャリア全実表面積を３０％以上、トナーで被覆した状態でトナーとキャリアとの摩擦帯電を行うことにより、帯電量が適正な範囲以上にならないようにすることができ、現像能力を維持し、画像品質の低下を低減できるといえる。そこで、本実施形態の画像形成装置では、トナー補給後にＳｔ／Ｓｃが３０％以上となるよう上記トナー補給をおこなう。これにより、トナーが多く消費された場合でも、精度よく、画像品質の低下を低減できる。
【００５０】
また、常に、トナー補給後に、Ｓｔ／Ｓｃが、３０％以上、７０％以下となるようトナー補給を行ってもよい。これにより、常に、トナーとキャリアとが安定した摩擦帯電をおこなえる状態にすることができ、より確実にトナー飛散を低減するともに、画像品質の低下を低減できる。
【００５１】
ここで、上記画像形成装置に用いる二成分現像剤について説明する。
トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤、離型剤からなる混合物を、熱ロールミルで溶融混練した後、冷却固化せしめ、これを粉砕分級して得られる母体粒子に、添加剤をヘンセルミキサー等で混合付着させることによって得られる。この場合の結着樹脂、着色剤としては、従来からトナー用結着樹脂として利用されてきたものの全てが適用される。結着樹脂では軟化点９０〜１５０°Ｃ、ガラス転移温度５０〜７０°Ｃ、数平均分子量２０００〜６０００、重量平均分子量８０００〜１５００００を示すものが特に好ましい。又、着色剤のトナー粒子における含有量は２〜１２％程度が着色力、帯電性維持のバランスを考慮すると最適である。一方、離型剤としては、公知のもの全てが使用できるが、特にカルナウバワックス、モンタンワックス、及び酸化ライスワックスを単独、又は組み合わせで用いることが好ましい。離型剤の使用量としては、トナー樹脂成分に対して１〜１０％の範囲が良く、トナーバインダー中に分散させる前の離型剤の平均体積粒径は特に１０〜３００μｍが好ましい。
【００５２】
また、トナーの外添剤として無機微粒子を添加することが、トナー飛散の低減、および画像品質の維持に有効である。特にシリカ、酸化チタンの無機微粒子を選択的に添加するのが好ましい。このような外添剤により、トナーの流動性が良いくなり、補給されたトナーの分散性、帯電立ち上がり性が向上し、トナー飛散の低減、良好な画像品質の維持に効果を発揮する。
【００５３】
また、トナー粒子は平均粒径が１０μｍ以下のものを使用する。しかし、過度に小径すぎるとトナー飛散等の制御が難しくなるので、平均粒径が６〜８μｍのものが適当である。
【００５４】
キャリアは、磁性を有した核体粒子に必要に応じて被覆層を設けたものを用いる。核体粒子としては従来より公知の磁性体が使用され、例えば鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属やマグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の合金あるいは化合物が挙げられる。また、被覆層に用いられる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン；ポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、例えばポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアクリロニトル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル及びポリビニルケトン；塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体；スチレン／アクリル酸共重合体；オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコン樹脂のようなシリコン樹脂又はその変性品（例えばアルキド樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン等）；弗素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトポリカーボネート；アミノ樹脂、例えば尿素・ホルムアルデヒド樹脂；エポキシ樹脂等が挙げられる。
キャリア抵抗の調整等の目的で、被覆層中に微粉体を添加することができる。被覆層中に分散される微粉末は、０．０１〜５．０μｍ程度の粒径のものが好ましい。また該微粉末は被覆樹脂１００重量部に対して２〜３０重量部添加されることが好ましく、特に５〜２０重量部が好ましい。微粉末としては従来より公知のものが使用され、例えばシリカ、アルミナ、チタニア等の金属酸化物やカーボンブラック等の顔料が挙げれれる。
【００５５】
また、キャリア平均粒径は３０〜６０μｍの範囲のものを使用するのが良く、特に３５〜４０μｍの範囲のものを使用することが好ましい。このような、小粒径キャリアでは、６０μｍ以上のキャリアに比べて、同重量あたりに含まれるキャリア数が増えるので、キャリア比表面積が増えることになる。よって、キャリア表面に保持できるトナーの数が多くなる。すなわち、Ｓｔ／Ｓｃに余裕度が生じるため、トナー飛散を低減し易い。また、キャリア小粒径化によってキャリア付着が問題となるが、キャリア芯材の透磁率を高めに設定することで、改善することができる。これらの課題を完全に両立して解決するのは困難であるが、多の条件に対応し、両者のバランスをとった使いこなしによって、トナー飛散とキャリア付着の低減を同時に実現することができる。
【００５６】
また、キャリアの樹脂表面コートの膜厚を０．３〜０．６μｍの範囲とするとが、トナー飛散の低減および画像品質の維持に有効である。コートの膜厚が０．６μｍを超えるとキャリアの抵抗を下げることが困難となり、キャリア付着等の問題を生じるため、良好な画像品質の維持できなくなる。一方、０．３μｍ以下となると、長期間の連続複写においてコート膜が削れた場合にキャリア芯剤表面が露出しやすくなり、コートキャリアとしての耐久性が低下する問題がある。この要に、表面樹脂樹脂コート膜がキャリアの帯電性、抵抗などを制御する役割を持つことから、その膜厚の最適値が決められる。また、キャリア表面樹脂コート層の塗布方法としてはキャリア核体粒子の表面に浸漬法、または流動層式スプレー法などの手段が広く採用できる。中でも流動層式スプレー法が膜厚をできるだけ均一にさせて帯電性、抵抗などを制御するのに好ましいことが確認された。
【００５７】
以上述べたように、実粒径からの求めた比率Ｓｔ／Ｓｃを用いたトナー補給を行うことで、確実にトナーとキャリアとが安定した摩擦帯電をおこなえる状態にすることができる。よって、経時においても、トナー飛散の低減、良好な画像品質の維持を実現することが可能となる。特に、本実施形態のの多色画像形成装置においのては各トナーの混色、トナー飛散による装置機外汚染等の問題も防止できる。
【００５８】
以下、実施例を用いて、更に詳細に説明する。
なお、組成は全て重量基準である。
【００５９】
［実施例１，２，３、比較例１］
トナー
・スチレン-ｎ-ブチルアクリレート共重合体（共重合比８３／１７）  ９０部
（Ｍｎ＝１２０００、Ｍｗ／Ｍｎ＝２４、Ｔｇ＝５４℃）
・カーボンブラック                                              １０部
・フェノール誘導体（ボントロンＥ８９、オリエント化学社製）        ２部
・ポリプロピレンワックス（サンワックス６６０Ｐ、三洋化成社製）    ２部
これらの混合物をヘンシェルミキサー中で十分攪拌混合した後、ロールミルで約３０分間加熱溶融し、室温まで冷却後得られた混練物を粉砕分級し、６．８μｍの平均粒径の分級品を得た。この分級品１００部に対し、シリコーンオイル処理をしたシリカ微粒子０．８部と酸化チタン微粒子０．２部を添加混合し、トナーを得た。
【００６０】
キャリア
フェライトコア材に対し、シリコン樹脂溶液（信越化学社製）２００部、カーボンブラック（キャボット社製）３部をトルエン中にて溶解分散させたコート液を流動層式スプレー法にて塗布し、コア材表面を被覆した後、３００℃の電気炉で２時間焼成しシリコン樹脂コートキャリアを得た。
上記のトナーとキャリアをトナー濃度が２〜１５重量部となるように混合し、二成分現像剤を調整した。なお、トナー、キャリアの各粒径分布の測定は、コールターカウンターＴＡII型（米国コールターエレクトロニクス社）を使用した。
【００６１】
実験
まず、初期のトナー濃度より被覆率を任意に設定した上記の二成分現像剤を、実施形態の現像装置１３に供給し、これを搭載したRicoh製の従来複写機にて十分な画像出しを行った。この過程で画像面積率と連続通紙枚数の条件を変化させてトナー補給条件を変化させ、これにより被覆率を変動させた。なお、この際の被覆率は、最大トナー補給時の被覆率とみなせるように、ベタ画像連続通紙で０．５Ｋ以上画像出しを行わせている最中（トナー消費量が最大のためトナー補給量が最大となるプロセス条件）で、かつ、トナー補給部１８から現像剤収容部１６に供給されたトナーが初めて現像スリーブ上に汲み上げられた状態のトナー濃度を測定することにより算出した。
以上の各被覆率時の現像装置１３を画像形成装置より取りだし、以下の方法でトナー飛散量を評価した。また、各被覆率時の画像をもとに、以下の方法で画像品質、及びキャリア付着を評価した。なお、トナーの重量比、および帯電量の測定は従来より公知のブローオフ測定器を常温常湿の環境で測定した値を記載する。キャリア透磁率については、ＢＨＵ−６０型磁化測定装置（理研測定製）を用いて測定した値を記載する。
【００６２】
評価
（1）トナー飛散量
トナー飛散量は、図２の現像装置１２を電気モータに接続した現像単体試験機において評価を行った。評価は上記記載の各被覆率時の現像剤が供給された現像単体試験機の、６０ｓｅｃの空回し試験において、現像スリーブ上から離脱するトナーを、確実にトナーが乗るように現像器下に配置した薄版のシート部剤上（おＨＰシート等）に集め、試験後にシート部剤上に溜まった飛散トナーを吸引器具にて吸引して、その重量を測定した。測定は経時のトナー飛散量推移を確認するため、この評価をRicoh製の従来複写機にて０．５Ｋずつ画像を出しては逐次繰り返し、（評価を）２Ｋまで行った。その重量の実数値をもとにトナー飛散量レベルを○、×、△の3段階で評価した。
（2）画像品質
画像品質は、本実施形態において記述した画像形成装置を有するRicoh製の従来複写機にて１Ｋ〜２Ｋ枚の画像を出し、得られた画像について、マクベス濃度計にて画像濃度を、目視観察により異常画像を評価した。それを総合した最終的な画像品質を○、△、×の3段階で評価した。
（3）キャリア付着
キャリア付着は、上記と同様、本実施形態において記述した画像形成装置を有するRicoh製の従来複写機にて１Ｋ〜２Ｋ枚の画像を出し、連続複写後の白紙コピーのキャリア付着状態を目視観察して、レベル判断により、○、△、×の3段階で評価した。
上記3項目のいずれの評価項目においても、○、△を含むものを許容とし、×を含むものを非許容と判断した。
【００６３】
実施例１，２，３、比較例1における現像剤の条件は、トナー平均粒径６．８μｍ、キャリア平均粒径５０μｍ、キャリア表面の樹脂コート法は流動層式スプレー法、キャリア膜厚０．６μｍ、キャリア透磁率８５ｅｍｕ／ｇである。
これらの条件の現像剤が供給された画像形成装置において画像ランニングを行い、本発明で提案するトナー、キャリアの実粒径より導かれる比率である被覆率が３０、５０、７０、９０％となった場合において、上記の評価を行った。結果を表1に示す。
【００６４】
【表１】
0004326728.tif 000002
【００６５】
・被覆率Ｓｔ／Ｓｃが３０％では、画像品質△であり、３０％以下では良好な画像品質が得られないと判断した。
・被覆率Ｓｔ／Ｓｃが５０％、７０％では、トナー飛散レベル○、△であり、ともに許容範囲である。しかし、７０％以上ではトナー飛散が低減できないと 判断した。
・被覆率Ｓｔ／Ｓｃが９０％ではトナー飛散レベル×であった。
【００６６】
［実施例４，５，６、比較例２］
実施例４，５，６、比較例２では、キャリア粒径の影響を検討するために、キャリア平均粒径を３５μｍとした。現像剤の条件は、トナー平均粒径６．８μｍ、キャリア平均粒径３５μｍ、キャリア表面の樹脂コート法は流動層式スプレー法、キャリア膜厚０．６μｍ、キャリア透磁率８５ｅｍｕ／ｇである。
それ以外は、上記実施例１〜３と同様の方法で、現像剤を製造、実験、評価を行った。結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
0004326728.tif 000003
【００６８】
・キャリア平均粒径を５０μｍから３５μｍとすることで、被覆率Ｓｔ／Ｓｃが７０%の場合において、トナー飛散量レベルが△から○へと改善された。
【００６９】
［参考例１，２］
参考例１，２では、キャリア表面コート樹脂の膜厚の影響を検討するために、表面コート樹脂の膜厚を０．６μｍ、０．２５μｍの2水準とした。現像剤の条件は、トナー平均粒径６．８μｍ、キャリア平均粒径３５μｍ、キャリア表面の樹脂コート法は流動層式スプレー法、キャリア膜厚０．６μｍまたは０．２５μｍ、キャリア透磁率８５ｅｍｕ／ｇである。
それ以外は、上記実施例１〜３と同様の方法で、現像剤を製造、実験を行った。そして、上記現像剤を用いて画像ランニングを行い、被覆率Ｓｔ／Ｓｃが５０％となった場合において上記と同様の評価を行った。結果を表３に示す。
【００７０】
【表３】
0004326728.tif 000004
【００７１】
・キャリア表面樹脂コート膜厚が０．２５μｍから０．６μｍとすることで、トナー飛散レベルが△から○へと改善された。
【００７２】
以上述べたように、本実施形態の画像形成装置によれば、トナーの全実投影面積Ｓｔと上記キャリアの全実表面積Ｓｃとの比率Ｓｔ／Ｓｃを用いたトナー補給を行うことで、確実にトナーとキャリアとが安定した摩擦帯電をおこなえる状態にすることができる。よって、経時においても、トナー飛散の低減、良好な画像品質の維持を実現することが可能となる。
【００７３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、二成分現像装置において、より正確にキャリアのトナー被覆状態を把握してトナー補給を制御することで、トナーとキャリアとの摩擦帯電を安定した状態でおこなうことができる。
【００７６】
さらに、確実にトナー飛散を低減するともに、画像品質の低下を低減できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】現像装置の概略構成図。
【図３】従来の平均粒径からのトナー被覆率算出方法の説明図。
【図４】実施形態に係る実粒径からのトナー被覆状態算出方法の説明図。
【符号の説明】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ    画像形成ユニット
２      露光装置
３，４  給紙部
５      レジストローラ
６      転写装置
７      定着装置
８Ｙ，８Ｍ，８Ｃ，８Ｋ    クリーニング装置
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ  帯電装置
１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ    感光体ドラム
１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ    現像装置
１３    多磁極現像ローラ
１４，１６    現像剤収容部
１５，１７    アジテータ
１８    トナー補給ローラ
１８ｂ    トナーカートリッジ
１９    ドクタブレード
【図１】
0004326728.tif 000005
【図２】
0004326728.tif 000006
【図３】
0004326728.tif 000007
【図４】
0004326728.tif 000008