JP2009223118A - 現像方法、現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間にわたる画像形成により凹部の状態が変化することに起因した、現像ローラのスリーブによる現像剤搬送の能力低下を防止することができる現像方法、現像装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像装置の現像槽に収容されているトナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を用いて潜像担持体上の静電潜像を現像し、トナー及びキャリアを含む補給用現像剤を現像槽へ補給するとともに、当該補給により現像槽内で過剰になった現像槽内現像剤を排出することを行う現像方法において、前記補給用現像剤のキャリアが、流動性に関して、現像槽の初期に収容されている初期現像剤のキャリアよりも優れているように構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を感光体上の静電潜像に供給して現像する現像方法、当該方法が用いられる現像装置、及び当該現像装置が組み込まれる画像形成装置に関する。

トナー及びキャリアを用いた二成分現像方式の画像形成装置は、キャリアとトナーとの間で生じる摩擦帯電によりトナーに電荷を付与し、電荷が付与されたトナーを静電潜像に対して静電的に付着させることによって画像を形成するものである。

画像形成装置において、高画質な画像形成を長期間にわたって安定的に提供するためには、現像剤担持体である現像ローラから、静電潜像の形成された感光体に対して適切な量の現像剤を長期間にわたって安定的に搬送することが重要である。

現像剤を長期間にわたって安定的に搬送するために、現像ローラのスリーブ表面に複数の凹部を形成することが一般的に行われている。例えば、スリーブの回転軸に沿って延在する溝上の凹部をスリーブ表面に複数個形成することや、スリーブ表面をサンドブラスト加工等を行うことによりスリーブ表面を粗面化すること等が知られている。

しかしながら、上記のような手法で現像ローラのスリーブ表面に複数の凹部を形成したとしても、長期間にわたって画像形成を行っている過程で、凹部の状態が変化して、現像剤の搬送力が低下してしまうという問題がある。すなわち、画像形成動作を繰り返し行うことに伴って、現像剤が凹部と擦れることにより凹部の形状や粗面が徐々に摩耗・変形し、凹部の粗面がツルツルとした研磨されたに近い状態になる。スリーブ表面が研磨されたに近い状態になってしまうと、現像剤の搬送力が低下し、画像濃度の低下や画像のかすれ等の画像形成品質の低下という問題が発生する。

ところで、特許文献１には、いわゆるトリクル方式を用いた二成分現像装置において長期にわたって安定した画質を得るために、補給用現像剤のキャリアとして、その帯電量がスタート用現像剤の初期収容キャリアの帯電量よりも高く、かつ、その電気抵抗値が初期収容キャリアの電気抵抗値に対して同等以下にしたものを使用することが開示されている。

また、特許文献２には、トリクル方式において長期にわたって安定的に良好な画質を得るために、スタート用の二成分現像剤に含まれる初期使用キャリアは、キャリア芯材の表面に金属酸化物を含むとともに体積電気抵抗が１０^７〜１０^１２Ω・ｃｍであり、補給用キャリアは、体積電気抵抗が１０^１０〜１０^１５Ω・ｃｍであってトナーに対する帯電付与能力が初期使用キャリアよりも高く構成することが開示されている。
特開平１１−２０２６３０号公報 特開２００４−２８７０７３号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された発明は、補給用キャリアの物性を初期のキャリアの物性に対して変更したものを用いることを特徴とするものであるが、具体的には、トナーに対する帯電付与能力に関して補給用キャリアが初期のキャリアよりも高く構成することを特徴とするものであって、凹部の状態変化に起因した、現像ローラのスリーブによる現像剤搬送の能力低下を防止するものに関するものではない。

したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、長期間にわたる画像形成により凹部の状態が変化することに起因した、現像ローラのスリーブによる現像剤搬送の能力低下を防止することができる現像方法、現像装置及び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および作用・効果

前記技術的課題を解決するために、本発明によれば、
現像装置の現像槽に収容されているトナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を用いて潜像担持体上の静電潜像を現像し、トナー及びキャリアを含む補給用現像剤を現像槽へ補給するとともに、当該補給により現像槽内で過剰になった現像槽内現像剤を排出することを行う現像方法において、
前記補給用現像剤のキャリアが、流動性に関して、現像槽の初期に収容されている初期現像剤のキャリアよりも優れているように構成されていることを特徴とする現像方法が提供される。

本発明の基本的な技術的思想は、消費によって減少したトナーを補給するとともに、現像槽内の劣化したキャリアを新しいキャリアに置き換えるようにしたいわゆるトリクル方式の現像方法において、補給用現像剤のキャリア（以下、補給キャリアという。）の流動性が、現像槽の初期に収容されている初期現像剤のキャリア（以下、初期キャリアという。）よりも優れているように構成されていることである。補給キャリアの流動性が向上することにより、キャリアひいては現像剤の嵩密度が向上する。

ところで、現像槽内に収容された現像槽内現像剤が現像剤担持体に担持搬送される搬送量は、現像槽に設けられた規制板と現像剤担持体との間に形成された規制ギャップによって規制されている。ある空間を有する規制ギャップを通過した現像槽内現像剤は、現像剤担持体へ担持搬送される。規制ギャップのある空間に含まれる現像槽内現像剤の量が多ければ多いほど、現像槽内現像剤の搬送量が多くなる。嵩密度の高い現像槽内現像剤は、規制ギャップの空間においてより多くの現像槽内現像剤を充填することができ、規制ギャップのある空間に含まれる現像槽内現像剤の量が増大する。したがって、流動性の向上した補給キャリアを用いることにより、長期間にわたる画像形成により現像剤担持体のスリーブの凹部の状態が変化して搬送量が低下した場合でも、搬送量の低下を補うことができ、長期間にわたって初期と同レベルで現像槽内現像剤を現像剤担持体に担持搬送することができる。その結果、高画質な画像形成を長期間にわたって安定的に提供することができる。

キャリアの流動性を向上させるための具体的な形態として、補給用現像剤のキャリアの粒径が、初期現像剤のキャリアの粒径よりも大きいように構成されている。

キャリアの流動性を向上させるための他の具体的な形態として、補給用現像剤のキャリアの円形度が、初期現像剤のキャリアの円形度よりも大きいように構成されている。

キャリアの流動性を向上させるための他の具体的な形態として、補給用現像剤のキャリアの表面エネルギーが、初期現像剤のキャリアの表面エネルギーよりも小さいように構成されている。

表面エネルギーを小さくするためのより具体的な形態として、補給用現像剤のキャリアの表面に対して潤滑剤による表面処理が行われている。

上述した現像方法は、
トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を収容する現像槽と、現像槽内の現像槽内現像剤を潜像担持体に担持搬送する現像剤担持体と、トナー及びキャリアを含む補給用現像剤を現像槽へ補給する補給装置と、当該補給により現像槽内で過剰になった現像槽内現像剤を排出する排出装置と、を有する現像装置において実行される。

上述した現像装置は、周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体をさらに備える画像形成装置に組み込んで使用される。

以下に、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を意味する用語（例えば、「上」、「下」、「左」、「右」、およびそれらを含む他の用語、「時計回り方向」、「反時計回り方向」）を使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明は限定的に解釈されるべきものでない。また、以下に説明する画像形成装置１及び現像装置３４では、同一又は類似の構成部分には同一の符号を用いている。

図１乃至３を参照しながら、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１及び当該装置に使用される現像装置３４について説明する。

〔画像形成装置〕
図１は、本発明に係る電子写真式画像形成装置１の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置１は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置１は、静電潜像坦持体である感光体１２を有する。実施形態において、感光体１２は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体１２は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印方向に回転するようにしてある。感光体１２の周囲には、感光体１２の回転方向に沿って、帯電装置２６、露光装置２８、現像装置３４、転写装置３６、およびクリーニング装置４０がそれぞれ配置されている。

帯電装置２６は、感光体１２の外周面である感光体層を所定の電位に帯電する。実施形態では、帯電装置２６は円筒形状のローラとして表されているが、これに代えて他の形態の帯電装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式帯電装置、ワイヤ放電式帯電装置）も使用できる。感光体１２の近傍又は感光体１２から離れた場所に配置された露光装置２８は、帯電された感光体１２の外周面に向けて、画像光３０を出射する。露光装置２８を通過した感光体１２の外周面には、画像光３０が投射されて電位の減衰した部分とほぼ帯電電位を維持する部分とからなる静電潜像が形成される。実施形態では、電位の減衰した部分が静電潜像画像部、ほぼ帯電電位を維持する部分が静電潜像非画像部である。現像装置３４は、後述する現像剤３を用いて静電潜像を可視像化する。現像装置３４の詳細は後に説明する。転写装置３６は、感光体１２の外周面に形成された可視像を紙やフィルムなどの用紙３８に転写する。図１に示した実施形態では、転写装置３６は円筒形状のローラとして図示されているが、他の形態の転写装置（例えば、ワイヤ放電式転写装置）も使用できる。クリーニング装置４０は、転写装置３６で用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残留する未転写トナーを感光体１２の外周面から回収する。実施形態では、クリーニング装置４０は板状のブレードとして図示されているが、代わりに他の形態のクリーニング装置（例えば、回転型又は固定型のブラシ式クリーニング装置）も使用できる。

このような構成を備えた画像形成装置１が画像を形成するとき、感光体１２はモータ（図示せず）の駆動に基づいて例えば反時計周り方向に回転する。このとき、帯電装置２６を通過する感光体１２の外周部分は、帯電装置２６で所定の電位に帯電される。帯電された感光体１２の外周部分は、露光装置２８で画像光３０が露光されて静電潜像が形成される。静電潜像は、感光体１２の回転と共に現像装置３４のところまで搬送され、現像装置３４によって可視像化される。可視像化されたトナー像は、感光体１２の回転と共に転写装置３６のところまで搬送され、転写装置３６により用紙３８に転写される。トナー像が転写された用紙３８は定着装置２０のところまで搬送され、用紙３８にトナー像が固定される。転写装置３６を通過した感光体１２の外周部分はクリーニング装置４０のところまで搬送され、用紙３８に転写されることなく感光体１２の外周面に残存するトナーが感光体１２から掻き取られる。

〔現像装置〕
現像装置３４は、非磁性トナー（以下、単にトナーという。）及び磁性キャリア（以下、単にキャリアという。）を含む２成分現像剤と、種々の部材を収容する現像槽６６と、を備えている。現像槽６６は感光体１２に向けて開放された開口部を備えており、この開口部の近傍に形成された空間に現像ローラ４８が設けられている。現像剤担持体としての現像ローラ４８は、円筒状の部材であり、感光体１２と平行に且つ感光体１２の外周面と所定の現像ギャップを介して、回転可能に枢支されている。

現像ローラ４８は、回転不能に固定された磁石体４８ａと、磁石体４８ａの周囲を回転可能に支持された円筒状のスリーブ４８ｂ（第一の回転円筒体）と、を有するいわゆるマグネットローラである。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの上方には、現像槽６６に固定され、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの中心軸と平行に延在する規制板６２が、所定の規制ギャップを介して対向配置されている。現像ローラ４８の内側にある磁石体４８ａは、スリーブ４８ｂの回転方向に沿って、Ｎ１、Ｓ２、Ｎ３、Ｎ２、Ｓ１という５個の磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、感光体１２と対向するように配置されている。スリーブ４８ｂの上の現像剤を剥離させるための反発磁界を発生させる同極のＮ２及びＮ３は、現像槽６６の内部に対向配置されている。現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは、感光体１の回転方向と逆向きに（カウンター方向に）回転する。

図２は、現像装置３４を上から見た模式的断面図である。図２に示すように、現像ローラ４８の背後には、現像剤攪拌搬送室６７が形成されている。現像剤攪拌搬送室６７は、現像ローラ４８の近傍に形成された第二搬送路７０と、現像ローラ４８から離れた第一搬送路６８と、第一搬送路６８及び第二搬送路７０を間仕切る隔壁７６と、を有する。第一搬送路６８の搬送方向の上流側の上方には、現像剤補給タンク８０が配設されていて、補給口８２を介して第一搬送路６８と連通している。現像剤補給タンク８０には、トナーを主成分としてキャリアを含有する補給用現像剤２が充填されている。補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは５乃至４０重量％であり、より好ましくは１０乃至３０重量％である。また、第二搬送路７０の搬送方向の下流側の下方には、現像剤回収タンク９０が配設されていて、回収口９２を通じて第二搬送路７０と連通している。

現像剤補給タンク８０の底部には、制御部１００によって駆動制御される現像剤供給ローラが配置されている。現像剤供給ローラが回転駆動されることによって、その駆動時間に応じた量の新規の補給用現像剤２が、流下して現像槽６６の第一搬送路６８に供給される。

第一搬送路６８には、現像剤３を攪拌しながら搬送する攪拌部材である第一スクリュー７２が回転可能に枢支されている。第二搬送路７０には、第一搬送路６８からの現像剤３を攪拌しながら現像ローラ４８に搬送する第二スクリュー７４が回転可能に枢支されている。この場合、第一搬送路６８及び第二搬送路７０の各端部に位置する隔壁７６の上部がそれぞれ切り欠かれることによって左右二つの連絡通路が形成されている。第一搬送路６８の搬送方向の下流側端部に到達した現像剤３が左側の連絡通路を介して第二搬送路７０へ送り込まれ、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部に到達した現像剤３が右側の連絡通路を介して第一搬送路６８に送り込まれる。その結果、現像剤３は、図２の矢印方向に従って現像剤攪拌搬送室内を循環する。

第一スクリュー７２及び第二スクリュー７４は、シャフトに所定のピッチで螺旋状の羽根が固定されたスパイラルスクリューである。

トナー濃度検出センサ７８は、例えば、コイルのインダクタンスの変化から、現像剤攪拌搬送室６７内で搬送される現像剤３の透磁率を検出する磁気センサである。トナー濃度検出センサ７８により検出された透磁率から、磁性体であるキャリアの量が検出されて、間接的に、現像剤３に対するトナーの比率、すなわちトナー濃度が求められる。例えば、現像剤３に含まれるキャリア量が少ない場合は、トナー比率が高いと検出される。一方、現像剤３に含まれるキャリア量が多い場合は、トナー比率が低いと検出される。そして、このトナー濃度検出センサ７８から出力された電圧信号は、制御部１００に入力され、この検出信号に基づいて、必要な補給量が算出されるとともに、現像剤補給タンク８０の現像剤補給ローラが駆動され、所定量の補給用現像剤２が現像槽６６内に補給される。

ここで、本願発明の一実施形態として説明している現像装置３４は、いわゆるトリクル方式を採用したものであるから、余剰の現像剤３を流出させるための流出部７５を有している。すなわち、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に位置する側壁の上部が部分的に切り欠かれた切欠７５を設けることによって、流出部７５が形成されている。第二スクリュー７４によって搬送される現像剤３は、通常の状態では逆スクリュー部によってせき止められることにより、第二搬送路７０から第一搬送路６８へと搬送される。現像槽６６内における現像剤３が増加して現像槽６６内の液面が上昇すると、逆スクリュー部のせき止め作用に抗して側壁の上部に設けられた流出部７５を現像剤３が乗り越えて、隣接する現像剤溜まり部７９に溢出する。現像剤溜まり部７９は、第二搬送路７０から排出された溜まり部内現像剤を一時的に蓄えることができるように、その内容積が比較的大容量に構成されている。現像剤溜まり部７９に溢出した余剰の現像剤３は、回収口９２まで搬送され、回収口９２を通じて現像剤回収タンク９０に回収（廃棄）される。

現像装置３４において、印字動作により、循環している現像剤３のトナー濃度が低下すると、トナーと少量のキャリアとを含有する補給用現像剤２が現像剤補給タンク８０から補給される。補給された補給用現像剤２は、すでに存在する現像剤３と混合・攪拌されながら、上記現像剤攪拌搬送室６７の第一搬送路６８及び第二搬送路７０に沿って搬送される。基本的には、トナーは感光体１２で消費されるのに対して、キャリアは現像装置３４内に蓄積されるが、キャリアの帯電性能は次第に低下する。補給用現像剤２にはトナーよりも嵩高いキャリアが少量含まれているので、補給用現像剤２の補給に伴って、現像装置３４内での現像剤３の量が徐々に増加する。そして、嵩の増加した現像剤３が現像剤攪拌搬送室６７を循環する。現像剤攪拌搬送室６７を循環しきれない余剰の現像剤３は、逆スクリュー部を乗り越えて、第二搬送路７０の搬送方向の下流側端部（右端部）に設けられた流出部７５から流出して、回収口９２を通じて現像剤回収タンク９０に回収される。

補給用現像剤２の補給量は、トナー濃度検出センサ７８によって検出された現像剤３のトナー濃度と、画像形成時の画像情報（ドットカウンタ）と、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比と、に基づいて決定される。現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比は、現像装置３４内でのキャリアの劣化を抑制するとともに、コストアップを招かない程度に調整される。トナーの補給動作に伴って、キャリアが少しずつ供給される。

図３は、画像形成装置１の現像装置３４に係る制御ブロック図を示している。

制御手段としての制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０６等から構成される。ＲＯＭ１０４内に格納されている各種処理プログラムやテーブルに従って、ＣＰＵ１０２は画像形成装置１での各種動作を集中的に制御する。ＲＯＭ１０４には、例えば、トナー濃度検出センサ７８から出力された電圧から現像剤３のトナー濃度に変換・算出するためのトナー濃度算出テーブルや、現実の現像剤３のトナー濃度と基準トナー濃度との間の差異から補給すべき現像剤量を算出するための現像剤補給用テーブル等が格納されている。ＲＡＭ１０６は、制御部１００により実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係るデータを一時的に記憶するワークエリアを形成している。

ＣＰＵ１０２には、現像装置３４や現像剤補給タンク８０やカウンタ１０８が接続されている。現像装置３４を構成する現像剤攪拌部材７２，７４、トナー濃度検出センサ７８、及び現像ローラ４８の各動作が、制御部１００のＣＰＵ１０２によって制御される。そして、トナー濃度検出センサ７８で検出された現像剤３のトナー濃度や、画像形成時の画像情報や、現像剤補給タンク８０内での補給用現像剤２に対するキャリア比等は、ＲＡＭ１０６に一時的に記憶されている。

〔現像剤〕
２成分現像剤は、トナーと、トナーを帯電させるためのキャリアと、を含んでいる。本発明においては、画像形成装置１において従来から一般的に使用されている公知のトナーが使用可能である。トナーの粒径は、例えば約３乃至１５μｍである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナーや、荷電制御剤や離型剤を含有するトナーや、表面に添加剤を保持するトナーも使用可能である。

トナーは、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等の公知の方法で製造される。

トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約８０乃至１６０℃の範囲であり、ガラス転移点が約５０乃至７５℃の範囲であることが好ましい。

着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂１００重量部に対して、２乃至２０重量部であることが好ましい。

荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。

離型剤は、従来から離型剤として使用されている公知のものを使用できる。離型剤の材料には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス、又はそれらを適宜組み合わせた混合物が用いられる。離型剤は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０．１乃至１０重量部の割合で用いることが好ましい。

さらに、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー１００重量部に対して、０．１乃至５重量部の割合で添加することが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は、９乃至１００ｎｍであることが好ましい。

キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約１５乃至１００μｍであることが好ましい。

バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、表面に正極性または負極性に帯電する微粒子又はコーティング層を有するものが使用できる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御できる。

バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。

バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。キャリアの形状は、粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０乃至９０重量％の量で添加することが適切である。

バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられる。これらの樹脂をキャリア表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、キャリアの電荷付与能力を向上できる。

バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与えることにより微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むことで行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部が磁性樹脂キャリア表面から突出するように固定される。帯電性微粒子には、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的に、有機系の絶縁性材料としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子がある。電荷付与能力および帯電極性は、帯電性微粒子の素材、重合触媒、表面処理等に調整できる。無機系の絶縁性材料としては、シリカ、二酸化チタン等の負極性に帯電する無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正極性に帯電する無機微粒子が用いられる。

コート型キャリアは、磁性体からなるキャリアコア粒子を樹脂で被覆したキャリアであり、バインダー型キャリア同様に、キャリア表面に正極性または負極性に帯電する帯電性微粒子を固着することができる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子の選択により調整できる。コーティング樹脂は、バインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

現像剤３のトナー及びキャリアの混合比は、所望のトナー帯電量が得られるように調整される。現像剤３のトナー比は、トナー及びキャリアの合計量に対して、好ましくは３乃至２０重量％であり、より好ましくは４乃至１５重量％である。また、現像剤補給タンク８０に充填されている補給用現像剤２は、トナー及び少量のキャリアを含有したものであり、補給用現像剤２のキャリア比は、好ましくは１乃至５０重量％であり、より好ましくは５乃至３０重量％である。

このように構成された現像装置３４の動作を説明する。

画像形成時、図示しないモータの駆動に基づいて、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂは矢印方向（反時計回り）に回転する。第一スクリュー７２の回転及び第二スクリュー７４の回転により、現像剤攪拌搬送室６７に存する現像剤３は、第一搬送路６８と第二搬送路７０とを循環搬送されながら、攪拌される。その結果、現像剤に含まれるトナーとキャリアとが摩擦接触し、互いに逆の極性に帯電される。実施形態では、キャリアは正極性、トナーは負極性に帯電されるものとする。本発明に用いるトナー及びキャリアの帯電性は、このような組み合わせに限定されるものでない。キャリアの外形寸法は、トナーに比べて相当大きい。そのため、正極性に帯電したキャリアの周囲に、負極性に帯電したトナーが、主として両者の電気的な吸引力に基づいて付着している。

帯電された現像剤３は、第二スクリュー７４によって第二搬送路７０に搬送される過程で現像ローラ４８に供給される。この現像剤は、現像ローラ４８内部の磁石体４８ａの磁力によってスリーブ４８ｂの表面側に保持され、スリーブ４８ｂと共に反時計周り方向に回転移動して、現像ローラ４８に対向して設けられた規制板６２で通過量を規制された後、感光体１２と対向する現像領域へと搬送される。そして、現像領域において、磁石体４８ａの主磁極Ｎ１の磁力によって穂立ち（磁気ブラシ）が形成される。現像領域では、感光体１２上の静電潜像と現像バイアスの印加された現像ローラ４８との間に形成された電界（直流に交流が重畳された電界）がトナーに与える力により、トナーが感光体１２上の静電潜像側へと移動して、この静電潜像が顕像へと現像される。現像領域でトナーを消費した現像剤は、現像槽６６に向けて搬送され、現像槽６６の第二搬送路７０に対向して設けられた磁石体４８ａのＮ３，Ｎ２の反発磁界によって現像ローラ４８上から剥離され、現像槽６６内へと回収される。回収された現像剤は、第二搬送路７０を搬送されている現像剤３と混合される。

次に、本発明の特徴部分である、補給キャリアの流動性が初期キャリアよりも優れているように構成されていることについて説明する。

まず、本発明の第一実施形態として、キャリアの粒径を変えた場合について説明する。

実施例１として、初期キャリアの平均粒径が約３０μｍに、補給キャリアの平均粒径が約３３μｍになるように調製した。また、比較例１として、初期キャリア及び補給キャリアの平均粒径は、いずれも約３０μｍになるように調製した。なお、キャリアの体積平均粒径は、湿式分散器を備えたレーザー回折式粒度分析装置「ＨＥＬＯＳ」（シンパテック株式会社製）により測定される体積基準の平均粒径である。

キャリアの流動性を定量的に評価する手法として、キャリアの嵩密度をＪＩＳＫ５１０１に従って測定した。その結果、実施例１の補給キャリアの嵩密度は、１．９ｇ／ｃｍ^３であった。また、実施例１の初期キャリアと、比較例１の初期キャリア及び補給キャリアの嵩密度とは、いずれも１．５ｇ／ｃｍ^３であった。

感光体１２と現像ローラ４８のスリーブ４８ｂとの間の最近接距離は、０．３ｍｍである。実施例１及び比較例１に対して、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂによる現像剤の搬送量を測定し、その結果を図４に示した。図４において、横軸が印刷（耐刷）枚数（×１０００枚）であり、縦軸が現像剤の搬送量（ｇ／ｍ²）である。

図４から明らかなように、実施例１（〇印）の場合には２０万枚の耐刷試験を行っても搬送量に大きな変化が無く、搬送量が大略２００ｇ／ｍ²という良好な結果が得られた。これに対して、比較例１（□印）の場合には初期の段階から搬送量が低下しはじめて、印刷（耐刷）枚数が２０万枚を超えたときには搬送量が大略１５０ｇ／ｍ²であり実施例１の場合よりも搬送量が低下しているという結果が得られた。したがって、本願発明の実施例１によれば、多数回の画像形成により現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの凹部の状態が変化した場合でも、長期間にわたって初期と同レベルで現像槽内現像剤３を現像ローラ４８に担持搬送することができ、高画質な画像形成を長期間にわたって安定的に提供することができた。

なお、平均粒径が２８乃至３０μｍであり、嵩密度が１．４乃至１．６ｇ／ｃｍ^３である初期キャリアと、平均粒径が３３乃至３７μｍであり、嵩密度が１．８乃至２．０ｇ／ｃｍ^３である補給キャリアとを用いて同様の実験を行った場合でも、実施例１と同様の良好な結果が得られた。

次に、本発明の第二実施形態として、キャリアの円形度を変えた場合について説明する。

実施例２として、初期キャリアの平均円形度が約０．９０に、補給キャリアの平均円形度が約０．９５になるように調製した。また、比較例２として、初期キャリア及び補給キャリアの平均円形度は、いずれも約０．９０になるように調製した。いずれのキャリアにおいても、平均粒径が約３５μｍである。なお、本発明で用いられるキャリア粒子は、下記式で規定される平均円形度（形状係数の平均値）の球形キャリアである。
形状係数＝（粒子像と同じ投影面積を有する円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）
また、平均円形度は、各粒子の円形度を足し合わせた値を全粒子数で除して算出した値である。上記形状係数の測定方法は限定されるものではないが、例えばキャリア粒子を電子顕微鏡で拡大した写真を撮影し、画像解析装置を使用し、所定個数のキャリアについて円形度を測定し、その算術平均値を求めることで、平均円形度を算出することができる。又、簡便な測定方法としては、「ＦＰＩＡ−１０００」（東亜医用電子社製）により測定することができる。

キャリアの流動性を定量的に評価する手法として、キャリアの嵩密度をＪＩＳＫ５１０１に従って測定した。その結果、実施例２の補給キャリアの嵩密度は、１．９ｇ／ｃｍ^３であった。また、実施例２の初期キャリアと、比較例２の初期キャリア及び補給キャリアの嵩密度とは、いずれも１．５ｇ／ｃｍ^３であった。

感光体１２と現像ローラ４８のスリーブ４８ｂとの間の最近接距離は、０．３ｍｍである。実施例２及び比較例２に対して、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂによる現像剤の搬送量を測定し、その結果を図５に示した。図５において、横軸が印刷（耐刷）枚数（×１０００枚）であり、縦軸が現像剤の搬送量（ｇ／ｍ²）である。

図５から明らかなように、実施例２（〇印）の場合には２０万枚の耐刷試験を行っても搬送量に大きな変化が無く、搬送量が大略２１０乃至２３０ｇ／ｍ²という良好な結果が得られた。これに対して、比較例２（□印）の場合には初期の段階から搬送量が低下しはじめて、印刷（耐刷）枚数が２０万枚を超えたときには搬送量が大略１５０ｇ／ｍ²であり実施例２の場合よりも搬送量が低下しているという結果が得られた。したがって、本願発明の実施例２によれば、多数回の画像形成により現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの凹部の状態が変化した場合でも、長期間にわたって初期と同レベルで現像槽内現像剤３を現像ローラ４８に担持搬送することができ、高画質な画像形成を長期間にわたって安定的に提供することができた。

なお、平均円形度が０．８９乃至０．９１であり、嵩密度が１．４乃至１．６ｇ／ｃｍ^３である初期キャリアと、平均円形度が０．９４乃至０．９６であり、嵩密度が１．８乃至２．０ｇ／ｃｍ^３である補給キャリアとを用いて同様の実験を行った場合でも、実施例２と同様の良好な結果が得られた。

次に、本発明の第三実施形態として、キャリアの表面エネルギーを変えた場合について説明する。

実施例３として、潤滑材としてのステアリン酸カルシウムで補給キャリアに対して表面処理を行った。補給キャリアに対して１００ｐｐｍ（重量比）のステアリン酸カルシウムで表面処理を行った。また、比較例３として、補給キャリアに対して何らの表面処理を行わなずに実験に供した。いずれのキャリアにおいても、平均粒径が約３５μｍであり、円形度が０．９５である。

キャリアの流動性を定量的に評価する手法として、キャリアの嵩密度をＪＩＳＫ５１０１に従って測定した。その結果、実施例３の補給キャリアの嵩密度は、１．９ｇ／ｃｍ^３であった。また、実施例３の初期キャリアと、比較例３の初期キャリア及び補給キャリアの嵩密度とは、いずれも１．５ｇ／ｃｍ^３であった。

感光体１２と現像ローラ４８のスリーブ４８ｂとの間の最近接距離は、０．３ｍｍである。実施例３及び比較例３に対して、現像ローラ４８のスリーブ４８ｂによる現像剤の搬送量を測定し、その結果を図５に示した。図６において、横軸が印刷（耐刷）枚数（×１０００枚）であり、縦軸が現像剤の搬送量（ｇ／ｍ²）である。

図６から明らかなように、実施例３（〇印）の場合には２０万枚の耐刷試験を行っても搬送量に大きな変化が無く、搬送量が大略２２０乃至２４０ｇ／ｍ²という良好な結果が得られた。これに対して、比較例３（□印）の場合には初期の段階から搬送量が低下しはじめて、印刷（耐刷）枚数が２０万枚を超えたときには搬送量が大略１３０ｇ／ｍ²であり実施例３の場合よりも搬送量が低下しているという結果が得られた。したがって、本願発明の実施例３によれば、多数回の画像形成により現像ローラ４８のスリーブ４８ｂの凹部の状態が変化した場合でも、長期間にわたって初期と同レベルで現像槽内現像剤３を現像ローラ４８に担持搬送することができ、高画質な画像形成を長期間にわたって安定的に提供することができた。

なお、潤滑材としてステアリン酸亜鉛で表面処理を行った補給キャリアを用いて同様の実験を行った場合でも、実施例３と同様の良好な結果が得られた。

なお、上記実施形態においては、具体的な数値を用いながら説明したが、当該数値によって本願発明が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び均等物によって画定される範囲を逸脱しない範囲で本願発明を様々に変形させることができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 図１に示した画像形成装置の現像装置を上から見た模式的断面図である。 図２に示した画像形成装置の現像装置に係るブロック図である。 第一実施形態に係る印刷枚数と現像剤の搬送量との関係を示すグラフである。 第二実施形態に係る印刷枚数と現像剤の搬送量との関係を示すグラフである。 第三実施形態に係る印刷枚数と現像剤の搬送量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１：画像形成装置
２：補給用現像剤
３：現像剤
１２：感光体
２０：定着装置
２２：定着ローラ
２６：帯電装置
２８：露光装置
３０：画像光
３４：現像装置
３６：転写装置
３８：用紙
４０：クリーニング装置
４８：現像ローラ（現像剤担持体）
４８ａ：磁石体
４８ｂ：スリーブ
６２：規制板
６６：現像槽
６７：現像剤攪拌搬送室
６８：第一搬送路
７０：第二搬送路
７２：第一スクリュー（攪拌部材）
７４：第二スクリュー（攪拌部材）
７５：切欠（流出部）
７６：隔壁
７８：トナー濃度検出センサ
７９：現像剤溜まり部
８０：現像剤補給タンク
８２：補給口
９０：現像剤回収タンク
９２：回収口
１００：制御部
１０２：中央演算処理装置（ＣＰＵ）
１０４：読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
１０６：読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）
１０８：カウンタ

Claims (7)

1. 現像装置の現像槽に収容されているトナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を用いて潜像担持体上の静電潜像を現像し、トナー及びキャリアを含む補給用現像剤を現像槽へ補給するとともに、当該補給により現像槽内で過剰になった現像槽内現像剤を排出することを行う現像方法において、
   前記補給用現像剤のキャリアが、流動性に関して、現像槽の初期に収容されている初期現像剤のキャリアよりも優れているように構成されていることを特徴とする現像方法。
2. 補給用現像剤のキャリアの粒径が、初期現像剤のキャリアの粒径よりも大きいように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の現像方法。
3. 補給用現像剤のキャリアの円形度が、初期現像剤のキャリアの円形度よりも大きいように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の現像方法。
4. 補給用現像剤のキャリアの表面エネルギーが、初期現像剤のキャリアの表面エネルギーよりも小さいように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の現像方法。
5. 表面エネルギーを小さくするために、補給用現像剤のキャリアの表面に対して潤滑剤による表面処理が行われていることを特徴とする、請求項４に記載の現像方法。
6. トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を収容する現像槽と、現像槽内の現像槽内現像剤を潜像担持体に担持搬送する現像剤担持体と、トナー及びキャリアを含む補給用現像剤を現像槽へ補給する補給装置と、当該補給により現像槽内で過剰になった現像槽内現像剤を排出する排出装置と、を有し、かつ、請求項１乃至５のいずれかに記載の現像方法により現像を行うことを特徴とする現像装置。
7. 周面に静電潜像を担持する回転可能な静電潜像担持体と、トナー及びキャリアを含む現像槽内現像剤を収容する現像槽と、現像槽内の現像槽内現像剤を潜像担持体に担持搬送する現像剤担持体と、トナー及びキャリアを含む補給用現像剤を現像槽へ補給する補給装置と、当該補給により現像槽内で過剰になった現像槽内現像剤を排出する排出装置と、を有し、かつ、請求項１乃至５のいずれかに記載の現像方法により現像を行うことを特徴とする画像形成装置。

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