JP2001183893A

JP2001183893A - カラー画像形成装置

Info

Publication number: JP2001183893A
Application number: JP36471399A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tokimatsu; 宏行時松; Seiko Itagaki; 板垣　　整子; Satoru Haneda; 哲羽根田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2001-07-06

Abstract

(57)【要約】【課題】二成分現像剤を用いた複数の現像器でカラー
画像を形成するカラー画像形成装置で、サービスマンに
よる現像剤交換を行わないで長期に亘り良好な現像を可
能とする。【解決手段】各現像器１３へは、トナー補給手段３２
によって補給トナー収納部３１からトナーを、キャリア
補給手段３４によって補給キャリア収納部３３からキャ
リアを補給可能とし、トナーは画像形成に伴うトナー消
費量に応じて供給し、キャリアは現像器の合計された動
作時間に応じて供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式によ
ってカラー画像を形成するカラー画像形成装置に関し、
特に二成分現像剤を用いた複数の現像器によってカラー
画像を形成するカラー画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式による画像形成装置では、
一様に帯電した像形成体に像露光を行って潜像を形成
し、潜像を現像してトナー像としたのちトナー像を記録
紙等の転写材に転写することが行われる。トナー像を担
持した転写材が定着装置を通過することによりトナーは
転写材上に定着する。

【０００３】潜像を現像するに当たっては、現像性に優
れていることからトナーとキャリアとから成る二成分現
像剤が多く用いられる。トナーとキャリアとは現像器内
で撹拌されてトナーはキャリア外面に静電的に付着した
状態となり、現像領域へと搬送され現像バイアスが印加
された条件下でトナーはキャリアから離れて像形成体の
潜像部分に静電的に付着する。現像器内では現像によっ
てトナーが消費されるので、現像器内にはインダクスン
ス等を用いて現像剤中でのトナー量を検知するトナー濃
度検知手段が設けられていて、トナーが所定比率より低
下するとトナーホッパ等のトナー供給部からトナーを現
像器内に補充することがなされている。

【０００４】各現像器内のトナーは消費された新たなト
ナーによって不足した分の補充が行われるが、キャリア
は持続して使用される。キャリアは長期に渡って使用さ
れると、個々のキャリアの外周には１μｍに満たない微
小なトナーが付着し、これが原因となって現像性能が次
第に低下して来て良好なトナー像が得られないようにな
る。このために所定枚数の画像形成がなされた時点で像
形成体の周囲に近接配置した各々の現像器を取外して内
部の現像剤を交換し新規なキャリアと交換することによ
って再び良好な現像が行われるようなサービス業務がな
されていた。

【０００５】このようなところから、補給するトナーと
共に新しいキャリアを一定比率で加えて補給し、現像性
能の低下したキャリアを序々に新しいキャリアと交換し
て行くことによってサービス業務としての現像剤の交換
を必要としなくする提案、即ちトリクル現像と呼ばれる
提案が特公平２−２１５９１号公報によってなされてい
る。

【０００６】また、回転する像形成体の周縁部に複数の
Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ等トナー色を異にした現像剤を内蔵した
現像器を設け、像形成体上にトナー像を重ね合わせてカ
ラートナー像を形成後一括して転写材へ転写するカラー
画像形成装置が本出願人等によって提供されている。こ
の様式は像形成体周囲を帯電器や現像器やクリーナを余
分な空間を設けずに有効に配置することによりカラー画
像形成装置を小型化できる特徴を有している。かかるカ
ラー画像形成装置では、各現像器毎に内部のトナーの消
費を検知し、検知結果に基づいてトナー補給を行うこと
がなされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の提案されたトリ
クル現像ではトナー消費量に比例してトナーと一定比率
をもったキャリアの供給を行って来た。しかしこのよう
な現像剤の補給方法では画像形成装置の使用状況によっ
てキャリアの特性変化が顕著に現れ、現像されたトナー
画像にも差異が生じて来る。

【０００８】本発明は、像形成体の周囲に近接して複数
の現像器を配したカラー画像形成装置において、現像剤
交換という作業を必要としないで、過剰のキャリアを消
費することなく、各現像器が常に良好な現像条件が維持
されて、長期に亘って安定して良好なカラー画像の得ら
れる画像形成装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、カラートナ
ーと共通のキャリアから成る二成分現像剤を有する複数
の現像器を像形成体の周縁部に設けてカラー画像を形成
するカラー画像形成装置において、各現像器へ個別にカ
ラートナーとキャリアとを供給する手段と収納部とを有
し、カラートナーは画像形成に伴うトナー消費量に応じ
て供給し、キャリアは画像形成に伴う現像器の動作頻度
に応じて供給されることを特徴とするカラー画像形成装
置（請求項１の発明）及び、カラートナーと共通のキャ
リアから成る二成分現像剤を有する複数の現像器を像形
成体の周縁部に設けてカラー画像を形成するカラー画像
形成装置において、各現像器へ個別にカラートナーとキ
ャリアとを供給する手段と収納部とを有し、カラートナ
ーは画像形成に伴うトナー消費量に応じて供給し、キャ
リアは画像形成に伴って消費されるトナー消費量に反比
例して供給されることを特徴とするカラー画像形成装置
（請求項２の発明）によって達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の説明に先だ
って、本発明のカラー画像形成装置に用いられる現像器
について説明する。

【００１１】図１は現像器１３の１例についてその断面
構成を示したもので、矢示方向に回転する像形成体であ
る感光体ドラム１０に対向して設けられている。

【００１２】１３０はアルミニウムやステンレス鋼のよ
うな非磁性導電性材料から成り、回転軸を筐体１３６の
側壁に嵌入して矢印方向に回転する現像スリーブであ
る。現像スリーブ１３０には保護抵抗１３８を介して直
流電源と交流電源とを重畳したバイアス電源１３７によ
って電圧印加がなされる。

【００１３】１３１は現像スリーブ１３０内部に固定し
て周方向に複数のＮ，Ｓ磁極を配設した磁石体で、Ｎ，
Ｓ磁極は通常３００〜１５００ガウスの磁束密度に磁化
されており、その磁力により現像スリーブ１３０上に現
像剤を保持し現像剤の穂を形成する。

【００１４】１３２は現像スリーブ１３０上の現像剤層
厚を所定量に規制する棒状の磁性体からなる現像剤層厚
規制部材である。１３３は現像剤供給ローラで、現像ス
リーブ上に新しく撹拌された二成分現像剤を供給するロ
ーラである。１３４は現像剤撹拌スクリュ、１３５はト
ナー補給路で、後に説明する現像剤補給路１３５を通っ
てトナー及びキャリアを現像剤容量を保持する筐体１３
６内の現像剤溜まりへ供給する。

【００１５】トナー補給路１３５によって新たに供給さ
れたトナーは、現像剤撹拌スクリュ１３４によって既存
の現像剤と撹拌され、摩擦帯電によって所定の帯電（Ｑ
／Ｍ）に設定したのち、トナーは磁性キャリア表面に付
着した状態となって、現像剤供給ローラ１３３によって
現像スリーブ１３０に供給される。現像スリーブ１３０
周面上には内部の磁石体１３１によってトナーが表面に
付着した磁性キャリアが付着し、矢示方向に回転する。
現像スリーブ１３０の周面に付着した現像剤は、現像剤
層厚規制部材１３２によって現像剤の層厚が一様な薄層
となるよう規制がなされる。現像スリーブ１３０上の現
像剤の層厚を一様とする技術については本出願人による
特開平２−６４６７５号に詳しく記載されている。

【００１６】一様の層厚に規制された現像剤層は現像ス
リーブ１３０の回転に伴って、基体部を接地された感光
体ドラム１０に対向した現像領域に移動し、現像スリー
ブ１３０にバイアス電源１３７によって印加されたバイ
アス電圧によって、感光体ドラム１０と現像スリーブ１
３０との間では振動電界が生じて、それによって現像領
域における現像剤はトナーがキャリアと分離飛翔して感
光体ドラム１０上の潜像部分に付着し、潜像をトナー粒
子で顕像化する現像が行われる。

【００１７】磁石体１３１の磁極の配置関係と磁極の磁
束密度を適切に設定することにより、狭い現像間隙Ｄｓ
ｄを設定することができ、充分な現像電界が保持され、
また、磁性キャリアも強い磁気束縛力によって保持され
ていることから、トナーは非接触状態で容易に飛翔して
感光体ドラム１０の潜像部分には良好な画質のトナー像
が形成される。

【００１８】本発明のカラー画像形成装置に用いられる
現像装置は、非接触現像法によってカブリがなく画像濃
度の高い現像を容易に行うことができる優れた特長を有
しているが、カブリがなく鮮明な画像の現像を行う好ま
しい条件について以下さらに詳しく説明する。

【００１９】現像装置には、従来平均粒径が十数μｍの
非磁性トナーと平均粒径が数十〜数百μｍの磁性キャリ
アとから成る二成分現像剤が用いられている。しかし本
発明に用いる現像剤としては、振動電界によってトナー
の移行制御を効果的に行うことができるから、平均粒径
が１〜２０μｍ、好ましくは４〜１０μｍのトナーと平
均粒径１０〜６０μｍ、さらに好ましくは２０〜５０μ
ｍのキャリアとから成る二成分現像剤を用いることが好
ましい。この点について説明する。

【００２０】（キャリア）一般に磁性キャリア粒子は平
均粒径が大きいと、現像スリーブ１３０上に形成される
磁気ブラシの穂の状態が粗くなるために、電界により振
動を与えながら静電潜像を現像しても、トナー像にムラ
が現れ易く、穂におけるトナー濃度が低くなるので高濃
度の現像が行われない等の問題点がある。この問題点を
解消するには、磁性キャリア粒子の平均粒径ｄｃを小さ
くすればよく、実験の結果体積平均粒径ｄｃが１０〜６
０μｍ、好ましくは２０〜５０μｍであると上記問題点
は発生しないことが判明した。

【００２１】ｄｃが１０μｍ以下であると、キャリアを
十分に磁化させることが困難で、トナー粒子と共に像形
成体１０表面に付着するようになったり、飛散し易くな
る。

【００２２】また、ｄｃが６０μｍ以上になると、キャ
リアの比表面積が小さくなるため、トナーを十分に帯電
することができない。また、被覆率が高くなるためトナ
ー飛散も起こり易くなる。

【００２３】キャリアの磁化の強さ（最大磁化）は、５
〜６０ｅｍｕ／ｇ、好ましくは１０〜４０ｅｍｕ／ｇで
ある。この強さは現像スリーブ１３０上の磁束密度にも
よるが、現像スリーブ１３０の一般的な磁束密度の条件
下においては、５ｅｍｕ／ｇ未満では磁気的な束縛力が
働かずキャリア飛散の原因となる。また、６０ｅｍｕ／
ｇを超えるとキャリアの穂立ちが高くなり過ぎ、感光体
ドラム１０と非接触状態を保つことが困難になる。

【００２４】このような磁性キャリアは、磁性体として
従来の磁性キャリアにおけると同様の、鉄，クロム，ニ
ッケル，コバルト等の金属、あるいはそれらの化合物や
合金、例えば、四三酸化鉄，γ−酸化第二鉄，二酸化ク
ロム，酸化マンガン，フェライト，マンガン−銅系合
金、といった強磁性体の球形化された粒子、又はそれら
の球形磁性体粒子の表面をスチレン系樹脂，ビニル系樹
脂，エチレン系樹脂，ロジン変性樹脂，アクリル系樹
脂，ポリアミド樹脂，エポキシ系樹脂，ポリエステル系
樹脂，シリコン系樹脂、フッ素系樹脂等の単独、又は共
重合体で球形に被覆することで得られる。

【００２５】また、これらの樹脂の中に、磁性体微粒子
を分散して含有させた、いわゆる樹脂分散型キャリアも
用いることができる。

【００２６】（トナー）一般にトナー粒子は、平均粒径
が小さくなると、定性的に粒径の二乗に比例して帯電量
が減少し、相対的にファンデルワールス力のような付着
力が大きくなって、飛散し易くなり、カブリが発生し易
くなる。そして、平均粒径が１０μｍ以下になると、こ
の問題が顕著に現れるようになる。その点を本実施形態
の現像装置では現像を振動電界下で行うことで解消する
ようにしている。

【００２７】トナーの体積平均粒径Ｄ₅₀（μｍ）が大き
くなると、既に触れているように、画像の荒れが目立つ
ようになる。Ｄ₅₀が１０μｍ以下の微粒子化したトナー
を用いると、解像力は格段に向上して、濃淡差も忠実に
再現した鮮明な高画質画像を与えるようになる。Ｄ₅₀が
２０μｍ以上では、画質の低下を生じ、１μｍ以下にな
ると、帯電不良、飛散等が起こり易くなる。

【００２８】以上の理由からトナーの体積平均粒径Ｄ₅₀
は１〜２０μｍ、好ましくは３μｍ≦Ｄ₅₀≦１０μｍで
ある。

【００２９】Ｄ₅₀が１０μｍより大きい場合は粒径が大
きく解像力が不足し、Ｄ₅₀が３μｍより小さい場合は凝
集力が大きく、摩擦帯電不良となり易い。

【００３０】また、トナー粒子が電界に追随して動作す
るために、トナー粒子の帯電量の絶対値は、２成分現像
剤においては、特に３〜３０μＣ／ｇにするのが現像性
確保、カブリや飛散防止の観点から望ましい。特に粒径
の小さい場合は高い帯電量が必要である。

【００３１】このようなトナーのバインダー樹脂として
は、スチレン系樹脂，ビニル系樹脂，エチル系樹脂，ロ
ジン変性樹脂，アクリル系樹脂，ポリアミド樹脂，エポ
キシ樹脂，ポリエステル樹脂や、これらのスチレン−ア
クリル系樹脂等の共重合体樹脂又は混合した樹脂等が好
ましい。これらの樹脂にカラー顔料等の着色成分や、必
要に応じて帯電制御剤、ワックス等の離型剤等を加え
て、従来公知の粉砕造粒法，懸濁重合法，乳化重合法等
のトナー製造方法と同等の方法によって作ることができ
る。

【００３２】（現像剤）本発明に用いる現像装置に用い
る二成分現像剤としては、以上述べたような球状のキャ
リア粒子とトナーとが従来の二成分現像剤におけると同
様の割合で混合した現像剤が好ましく用いられるが、キ
ャリアとして、一般のコーティングキャリア（密度５〜
８ｇ／ｃｍ³）を使用した場合、現像剤中のトナー濃度
は２〜３０重量％、好ましくは５〜２０重量％である。

【００３３】２重量％より小であると、現像に必要なト
ナー数が確保できなく、被覆率が低下するため帯電過
剰、現像性低下を招く。

【００３４】３０重量％より大であると、被覆率が大と
なり、帯電不良、トナー飛散が起こり易くなる。

【００３５】ただし、現像剤中のキャリアとして前述し
たような密度の比較的軽い（２〜４ｇ／ｃｍ³）樹脂分
散型キャリアを用いた場合の現像剤中のトナー濃度は、
一般の樹脂被覆キャリアを用いる場合よりもやや高く、
５〜４０重量％、より好ましくは１０〜３０重量％とす
るのがよい。

【００３６】筐体１３６の内面で常に撹拌された現像剤
と接する位置には例えばインダクタンスによって現像剤
中のトナー濃度を検知するトナー濃度検知センサ１３９
が設けられていて、制御部（図示せず）はトナー濃度検
知センサ１３９によって検知したトナー濃度が予め設定
された設定トナー濃度よりも低くなったときは、現像に
よって消費されたトナーのトナー補給が行われる。本発
明においては後に説明するキャリアの補給も併せて行わ
れる。

【００３７】現像剤には、必要に応じて、粒子の流動滑
りをよくするための流動化剤や像形成体１面の清浄化に
役立つクリーニング剤等が混合される。流動化剤として
は、コロイダルシリカ、シリコンワニス、金属石鹸或い
は非イオン表面活性剤等を用いることができ、クリーニ
ング剤としては、脂肪酸金属塩、有機基置換シリコン或
いは弗素等表面活性剤等を用いることができる。

【００３８】以上が現像剤についての条件であり、次
に、このような現像剤で現像剤層を形成して感光体ドラ
ム１０上の静電潜像を現像する現像条件について述べ
る。

【００３９】現像スリーブ１３０と感光体ドラム１０の
間隙は５０〜１，０００μｍの間に設定されていること
が好ましい。この間隙が５０μｍよりも狭いと、均一に
現像作用する非接触の現像層の形成が困難となり、ま
た、十分なトナーを現像領域に供給することもできなく
なって、安定した現像が行われなくなる。逆に間隙が
１，０００μｍを超すようになると、対向電極効果が低
下して十分な現像濃度が得られないようになる。そし
て、間隙を５０〜１，０００μｍの範囲にすると、適当
な厚さの非接触の現像剤層を均一に形成できるようにな
る。そこで間隙と現像剤層の厚さを、非画像形成時振動
電界を生じさせていない状態の下で、現像剤層が感光体
ドラム１０の表面に接触せず、しかもできるだけ近接す
るような条件に設定することが行われる。それによっ
て、トナー像に掃き目が生じたり、またカブリが生じた
りすることが防止される。現像スリーブ１３０が感光体
ドラム１０に近接する位置は、トナー等の飛散防止上、
重力の方向が現像スリーブ１３０に向かうようになる位
置が好ましいが、勿論、それに限られるものではない。
また、現像スリーブ１３０は外径が１０〜３０ｍｍの間
が好ましく用いられ、現像スリーブ１３０の回転速度及
び回転方向は、トナー等の飛散防止の点からは、遅い速
度で方向が感光体ドラム１０の移動方向と反対が好まし
いが、現像剤層による画像再現性の点からは感光体ドラ
ム１０の移動方向と同方向で速度が殆ど同じかそれより
も早いことが好ましい。従って、現像スリーブ１３０の
周速を感光体ドラム１０の周速の１．５〜３．５倍以内
に抑え、方向は同方向とすることが好ましい。しかし、
これに限定されるものではない。

【００４０】振動電界下での現像は、現像スリーブ１３
０にバイアス電源１３７によって、カブリ防止及び現像
濃度に関係する直流電圧と、現像濃度及び階調性に関係
する交流電圧との重畳した電圧を印加して、それにより
現像領域に振動電界を生ぜしめて行うのが好ましい。直
流成分としては反転現像にあっては、バイアス電圧の直
流成分は感光体ドラム１０の非画像背景部における受容
電位と略等しい電圧に設定される。交流成分としては周
波数が１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚ、好ましくは１〜１０ｋ
Ｈｚ、振幅が１００〜５０００Ｖの範囲が用いられる。
以上の交流成分は正弦波に限らず、矩形波や三角波等で
あってもよい。交流成分の周波数は、低過ぎると、振動
のピッチが現像に表れるようになり、反対に高過ぎて
も、電界の振動に現像剤が追従できなくなって、現像濃
度が低下し、鮮明な高画質画像の再現ができなくなると
言う傾向が現れる。交流成分の振幅は、周波数も関係す
るが、大なる程現像剤層を振動させるようになって、そ
れだけ効果を増すことになるが、その反面、大なる程カ
ブリを生じ易くし、落雷現象のような絶縁破壊も起こり
易くする。しかし、現像剤のキャリア粒子が樹脂等によ
って絶縁化され、さらには球形化されていると、絶縁破
壊は防止されるし、カブリの発生も直流成分で防止でき
る。なお、現像スリーブ１３０の表面は樹脂や酸化被膜
によって絶縁乃至半絶縁被覆するようにしてもよいし、
表面に凹凸を設けて現像剤層の搬送性を向上するように
することもなされる。以上の現像剤及び現像条件を用い
ることによって、安定してカブリがなく、解像力に優れ
た鮮明な現像が行われる。

【００４１】本発明に用いられる現像器１３では、現像
剤撹拌スクリュ１３４に沿った筐体１３６の背面側の壁
部の現像剤界面近くに穴部１３６ａが設けられていて、
内部の現像剤量が所定の量を越えると越えた分の現像剤
は穴部１３６ａからあふれだし、あふれた現像剤は廃キ
ャリア回収部１３６ｂへと落下し、落下した現像剤は廃
キャリア回収用スクリュ１３６ｃによって廃トナーボッ
クスへと搬送される。

【００４２】従来のトリクル現像においては、補給する
トナーに一定比率の少量のキャリアを混合しておいて、
トナー濃度検知センサ１３９によって検知した筐体１３
６内のトナー濃度が予め設定された設定トナー濃度より
も低下すると、トナー補給に際して一定比率の少量のキ
ャリアをトナーと一緒に供給していた。本発明において
は、後に説明する複数の現像器を用いたカラー画像形成
装置について各現像器へ補給するトナー量と補給するキ
ャリア量とは独立に現像剤補給の制御を行うもので、次
の２つの実施の形態について説明する。

【００４３】（実施の形態１）本実施の形態のカラー画
像形成装置は、各現像器について個別に現像剤の補給を
行うが、この際カラートナーは画像形成に伴うトナー消
費量に応じて供給し、キャリアは画像形成に伴う現像器
の動作頻度に応じて供給されるよう制御がなされるもの
で、図２は現像剤の補給制御を示すブロック図で、図３
は現像器へ補給路を通って現像剤補給を行う状態を示す
説明図である。

【００４４】画像形成が開始されると、現像スリーブ１
３０は回転し、現像スリーブ１３０の周面上に付着した
現像剤は現像領域において現像が行われ、トナーが消費
される。筐体１３６内の現像剤はトナー濃度検知センサ
１３９によってトナー比率の検知がなされていて、トナ
ー比率が所定のトナー比率よりも低下したと検知する
と、制御部Ｔ１は供給ローラ等を用いたトナー補給手段
３２を作動させて、補給トナー収納部３１内のトナーを
現像剤補給路１３５を通って筐体１３６内へ補給する。
トナー補給によって筐体１３６内の現像剤のトナー比率
が所定のトナー比率まで回復したとトナー濃度検知セン
サ１３９が検知すると、制御部Ｔ１はトナー補給手段３
２を停止して、トナー補給を中止する。

【００４５】また、画像形成が開始されると、例えば現
像器１３の動作時間の積算やプリント枚数の積算等、現
像器１３の動作頻度検出手段３０Ａによって現像器１３
の動作時間やプリント枚数の計測が行われる。制御部Ｔ
１は動作頻度検出手段３０Ａによって所定の検出結果、
例えば１００枚のプリント枚数の現像動作がなされたと
検出すると、例えば供給ローラを用いたキャリア補給手
段３４を所定回転数だけ回転させ、補給キャリア収納部
３３から例えば２０ｇのキャリアを現像剤補給路１３５
を通って例えば約１ｋｇのキャリアを内蔵した筐体１３
６内へ補給する。かかるキャリアの補給はトナー補給と
は別個に行っても差し支えないが、例えば１００枚のプ
リントがなされた後の、トナー濃度検知センサ１３９の
検知に基づいて行われるトナー補給時に例えば２０ｇの
キャリアを合流し混合した形で現像剤補給路１３５を通
って筐体１３６内へ補給することが搬送性をよくして好
ましい。

【００４６】現像剤補給路１３５は中空のパイプで、重
力により或いは内部に設けた搬送スクリュを回転するこ
とによって、トナーやキャリアの搬送・補給が行われ
る。現像剤補給路１３５はトナー補給路に対してキャリ
アを途中から合流して搬送するようにした補給路であっ
ても、キャリア補給路に対してトナーを途中から合流し
て搬送するようにした補給路であっても差し支えない。
また、別に設けた補給路に対してトナーを合流しキャリ
アを合流するようにした搬送路であってもよい。

【００４７】現像剤は現像器１３の動作頻度によって次
第にキャリアの劣化が生じるので、本実施の形態におい
ては動作頻度に応じてキャリア補給を行うようにしたも
ので、図４は本発明の効果を示すグラフであって、横軸
にプリント数、縦軸にトナーの帯電量を示している。ト
ナー帯電量の低下は現像剤の劣化の指標をなすもので、
曲線ＣＴ２はキャリア補給をしない場合の平均的なトナ
ーの帯電量の低下を示すカーブで、曲線ＣＴ１は本実施
形態でのキャリア補給を行った場合のトナーの帯電量の
低下を示すカーブで、本実施の形態でのキャリア補給を
行った場合には、現像剤交換を行うことなく５万プリン
ト以上の画像形成に亘って良好な現像がなされて画質の
安定化が得られることを示している。なお、曲線ＣＴ３
は従来のトリグル方式によってトナー補給と一定比率を
もってキャリア補給を行った場合のトナーの帯電量の低
下を示すカーブである。

【００４８】（実施の形態２）本実施形態のカラー画像
形成装置は、各現像器について個別に現像剤の補給を行
うが、この際カラートナーは画像形成に伴うトナー消費
量に応じて供給し、キャリアは画像形成に伴って消費さ
れるトナー消費量に反比例して供給されるよう制御がな
されるもので、図５は現像剤の補給制御を示すブロック
図で、図６は現像器へ補給路を通って現像剤補給を行う
状態を示す説明図である。

【００４９】画像形成が開始されると、現像スリーブ１
３０は回転し、現像スリーブ１３０の周面上に付着した
現像剤は現像領域において現像が行われ、トナーが消費
される。筐体１３６内の現像剤はトナー濃度検知センサ
１３９によってトナー比率の検知がなされていて、トナ
ー比率が所定のトナー比率よりも低下したと検知する
と、制御部Ｔ２は供給ローラを回転することによってト
ナー補給を行うトナー補給手段３２を作動させて、補給
トナー収納部３１内のトナーを現像剤補給路１３５を通
って筐体１３６内へ補給する。トナー補給手段３２に
は、供給ローラの回転数を計測することによって補給ト
ナー量を検出する補給トナー量検出部Ｓ３２が設けられ
ていて、トナー補給時には補給トナー量の計測が行われ
る。

【００５０】トナー補給によって筐体１３６内の現像剤
のトナー比率が所定のトナー比率まで回復したとトナー
濃度検知センサ１３９が検知すると、制御部Ｔ２はトナ
ー補給手段３２を停止してトナー補給を中止する。

【００５１】また画像形成が開始されると、現像器１３
の動作時間の検出方法としてプリント枚数が用いられ、
プリント枚数を計測し積算するプリント枚数積算部３０
Ｂによってプリント枚数の計測が行われる。但し両面プ
リントの場合は２として計測する。制御部Ｔ２はプリン
ト枚数積算部３０Ｂが例えば１００枚のプリントを終え
たことを検知すると、その間に補給トナー量検出部３２
ａがどれだけの量トナー補給を行ったかの検出を行う。
本実施形態においては１００枚のプリントの間に消費さ
れるトナー量は１００枚のプリントの間に補給されたト
ナー量と等しいとして処理を行っている。

【００５２】制御部Ｔ２では１００枚のプリント終了時
点において補給トナー量の検出を行い、補給トナー量検
出部Ｓ３２で検出した補給トナー量が予め設定した標準
とする補給範囲にあるときは２０ｇのキャリア補給を行
う。また、補給トナー量検出部Ｓ３２で検出した補給ト
ナー量が予め設定した補給範囲以下のときには３０ｇの
キャリア補給を行う。また、検出した補給トナー量が予
め設定した補給範囲以上のときには１０ｇのキャリア補
給を行う。

【００５３】本実施形態においては、所定量の画像形成
中に消費するトナー消費量が少ない程現像剤は劣化する
ことから、キャリアを多く供給して現像剤の回復を促す
もので、図７は本発明の効果を示すグラフであって、横
軸にプリント数、縦軸に現像剤の劣化の指標としてトナ
ー帯電量を示している。曲線ＣＴ１１はキャリア補給を
行わないで現像を行い、画像形成に当たってトナー消費
量が多い場合のトナーの帯電量の低下を示すカーブで、
曲線ＣＴ１２はキャリア補給を行わないで現像を行い、
画像形成に当たってトナー消費量が少ない場合のトナー
の帯電量の低下を示している。本実施形態においては、
トナー消費量の少ないときはトナー消費量の多いときに
較べて多量のキャリア補給を行い、このことによって曲
線ＣＴ１０に示すようにトナーの帯電量は略一定状態に
維持される。本実施形態でのキャリア補給を行った場合
には現像剤交換を行わないで５万プリント以上の画像形
成が、総て良好な現像が行われることが認められた。

【００５４】次に上記説明を行った現像器１３を複数組
搭載してカラー画像形成を行うカラー画像形成装置の説
明を行う。図８は、本発明の現像装置を複数組搭載した
画像形成装置の一例であるカラープリンタの断面構成図
であり、図９はその像形成体の断面構成図である。

【００５５】図８または図９によれば、像形成体である
感光体ドラム１０は、例えばガラスや透光性アクリル樹
脂等の透光性部材によって形成される円筒状の基体の外
周に、透光性の導電層及び有機感光層（ＯＰＣ）の光導
電体層を形成したものである。

【００５６】感光体ドラム１０は、図示しない駆動源か
らの動力により、透光性の導電層を接地された状態で図
１の矢印で示す時計方向に回転される。

【００５７】本発明では、画像露光用の露光ビームは、
その結像点である感光体ドラム１０の光導電体層におい
て、光導電体層の光減衰特性（光キャリア生成）に対し
て適正なコントラストを付与できる波長の露光光量を有
していればよい。従って、本実施形態における感光体ド
ラムの透光性の基体の光透過率は、１００％である必要
はなく、露光ビームの透過時にある程度の光を吸収する
ような特性を有していてもよい。要は、適切なコントラ
ストを付与できればよい。透光性の基体の素材として
は、アクリル樹脂、特にメタクリル酸メチルエステルモ
ノマーを重合したものが、透光性、強度、精度、表面性
等において優れており好ましく用いられるが、その他一
般光学部材などに使用されるアクリル、フッ素、ポリエ
ステル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレー
トなどの各種透光性樹脂が使用可能である。また、露光
光に対して透光性を有していれば、着色していてもよ
い。透光性の導電層としては、インジウム錫酸化物（Ｉ
ＴＯ）、酸化錫、酸化鉛、酸化インジウム、ヨウ化銅
や、Ａｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌなどからなる透光性を維持
した金属薄膜が用いられ、成膜法としては、真空蒸着
法、活性反応蒸着法、各種スパッタリング法、各種ＣＶ
Ｄ法、浸漬塗工法、スプレー塗布法などが利用できる。
また、光導電体層としては各種有機感光層（ＯＰＣ）が
使用できる。

【００５８】光導電体層の感光層としての有機感光層
は、電荷発生物質（ＣＧＭ）を主成分とする電荷発生層
（ＣＧＬ）と電荷輸送物質（ＣＴＭ）を主成分とする電
荷輸送層（ＣＴＬ）とに機能分離された二層構成の感光
層とされる。二層構成の有機感光層は、ＣＴＬが厚いた
めに有機感光層としての耐久性が高く本発明に適する。
なお有機感光層は、電荷発生物質（ＣＧＭ）と電荷輸送
物質（ＣＴＭ）を１つの層中に含有する単層構成とされ
てもよく、該単層構成又は前記二層構成の感光層には、
通常バインダ樹脂が含有される。

【００５９】以下に説明する帯電手段としてのスコロト
ロン帯電器１１、画像書込手段としての露光光学系１
２、現像手段としての現像器１３は、それぞれ、イエロ
ー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒色
（Ｋ）の各色毎の画像形成プロセス用として準備されて
おり、本実施形態においては、図１の矢印にて示す感光
体ドラム１０の回転方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順
に配置される。

【００６０】帯電手段としてのスコロトロン帯電器１１
は像形成体である感光体ドラム１０の移動方向に対して
直交する方向（図１において紙面垂直方向）に感光体ド
ラム１０と対峙し近接して取り付けられ、感光体ドラム
１０の前述した有機感光体層に対し所定の電位に保持さ
れた制御グリッド（符号なし）と、コロナ放電電極１１
ａとして、例えば鋸歯状電極を用い、トナーと同極性の
コロナ放電とによって帯電作用（本実施形態においては
マイナス帯電）を行い、感光体ドラム１０に対し一様な
電位を与える。コロナ放電電極１１ａとしては、その他
ワイヤ電極や針状電極を用いることも可能である。

【００６１】各色毎の露光光学系１２は、それぞれ、像
露光光の発光素子としてのＬＥＤ（発光ダイオード）を
感光体ドラム１０の軸と平行に複数個アレイ状に並べた
線状の露光素子（不図示）と等倍結像素子としてのセル
フォックレンズ（不図示）とがホルダに取り付けられた
露光用ユニットとして構成される。円柱状の保持部材２
０に、各色毎の露光光学系１２が取付けられて感光体ド
ラム１０の基体内部に収容される。露光素子としてはそ
の他、ＦＬ（蛍光体発光）、ＥＬ（エレクトロルミネッ
センス）、ＰＬ（プラズマ放電）等の複数の発光素子を
アレイ状に並べた線状のものが用いられる。

【００６２】各色毎の画像書込手段としての露光光学系
１２は、感光体ドラム１０上での露光位置を、スコロト
ロン帯電器１１と現像器１３との間で、現像器１３に対
して感光体ドラム１０の回転方向上流側に設けた状態
で、感光体ドラム１０の内部に配置される。

【００６３】露光光学系１２は、別体のコンピュータ
（不図示）から送られメモリに記憶された各色の画像デ
ータに基づいて画像処理を施した後、一様に帯電した感
光体ドラム１０に像露光を行い、感光体ドラム１０上に
潜像を形成する。この実施形態で使用される発光素子の
発光波長は、通常Ｙ、Ｍ、Ｃのトナーの透光性の高い６
８０〜９００ｎｍの範囲のものが良好であるが、裏面か
ら像露光を行うことからカラートナーに透光性を十分に
有しないこれより短い波長でもよい。

【００６４】各色毎の現像手段としての現像器１３は、
内部にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）
若しくは黒色（Ｋ）の二成分の現像剤を収容し、それぞ
れ、例えば厚み０．５〜１ｍｍ、外径１５〜２５ｍｍの
円筒状の非磁性のステンレスあるいはアルミ材で形成さ
れた現像剤担持体である現像スリーブ１３０を備えてい
る。

【００６５】現像領域では、現像スリーブ１３０は、突
き当てコロ（不図示）により感光体ドラム１０と所定の
間隙、例えば１００〜１０００μｍをあけて非接触に保
たれ、感光体ドラム１０の回転方向と最近接位置におい
て順方向に回転するようになっており、現像時、現像ス
リーブ１３０に対してトナーと同極性（本実施形態にお
いてはマイナス極性）の直流電圧或いは直流電圧に交流
電圧ＡＣを重畳する現像バイアス電圧を印加することに
より、感光体ドラム１０の露光部に対して非接触の反転
現像が行われる。この時の現像間隔精度は画像ムラを防
ぐために２０μｍ程度以下が必要である。

【００６６】以上のように現像器１３は、スコロトロン
帯電器１１による帯電と露光光学系１２による像露光に
よって形成される感光体ドラム１０上の静電潜像を、非
接触の状態で感光体ドラム１０の帯電極性と同極性のト
ナー（本実施形態においては感光体ドラムは負帯電であ
り、トナーは負極性）により反転現像する。

【００６７】図９に示すように、感光体ドラム１０と保
持部材２０とは、装置背面側と前面側の端部において、
それぞれ感光体ドラム１０を回転可能に支持する支持部
材であるフランジ部材１０Ａ，１０Ｂと、保持部材２０
を支持するフランジ１２０Ａ，１２０Ｂとを圧入もしく
はネジ等の手段を介して一体的に構成されている。感光
体ドラム１０は、その支持部材であるフランジ部材１０
Ａならびにフランジ部材１０Ｂが、保持部材２０のフラ
ンジ１２０Ａの一体とする固定部材であるシャフト１２
１ならびにフランジ１２０Ｂに対して、それぞれベアリ
ングＢ１ならびにベアリングＢ２を介して回動自在に支
持されている。

【００６８】シャフト１２１は感光体ドラム１０を保持
する軸部１２１Ａを備えており、また背面側の装置基板
７０には係合穴１４０Ａを備えるシャフト１２１の保持
手段である支軸１４０が設けられている。係合穴１４０
ＡにはリニアベアリングＢ４が嵌入されており、受け部
材１４０ａを挟んで支軸１４０がネジ等により背面側の
装置基板７０に固定されている。支軸１４０は駆動歯車
Ｇ１に噛合する歯車Ｇ２の中心に位置され、歯車Ｇ２を
一体とする伝導部材１４１をベアリングＢ３を介して回
動自在に支持している。一方装置前面側の装置基板７０
には保持部材２０に固定される露光光学系１２を一体と
する感光体ドラム１０を挿脱可能とする開口部７０Ａが
開口されている。

【００６９】保持部材２０は背面側の装置基板７０に対
しては、シャフト１２１の軸部１２１Ａを支軸１３０に
設けられたリニアベアリングＢ４に挿入し、軸部１２１
Ａに挿通した係合ピン１２１Ｐを支軸１４０の係合部１
４０Ｂに形成したＶ字状の溝に係合することにより露光
光学系１２の角度関係位置を規制して取り付けられ、前
面側の装置基板７０に対しては、端部の一体とするフラ
ンジ１２０Ｃを緩衝材Ｋを挟み前蓋１２０Ｄを軸方向に
押圧した状態でネジ５２により固定することにより所定
の位置に装着される。

【００７０】感光体ドラム１０を支持する支持部材であ
るフランジ部材１０Ａの側面に取付けられる係合部材で
あるカプリング１０Ｃと、歯車Ｇ２を一体とする伝導部
材１４１の側面に取付けられる結合部材である駆動ピン
１４１Ａと、止めネジ５１とにより、フランジ部材１０
Ａと歯車Ｇ２との結合部が構成され、保持部材２０を一
体とする感光体ドラム１０の装着状態においては、フラ
ンジ部材１０Ａの側面に取付けられるカプリング１０Ｃ
が歯車Ｇ２を有する伝導部材１４１の側面に取付けられ
る駆動ピン１４１Ａに嵌込まれ、係合後、歯車Ｇ２を有
する伝導部材１３１とフランジ部材１０Ａを有する感光
体ドラム１０とが中心及び外周面を合わされた状態で、
感光体ドラム１０の側方から止めネジ５１を用いて駆動
ピン１４１Ａとカプリング１０Ｃとが固定され、フラン
ジ部材１０Ａと歯車Ｇ２とが結合、固定される。

【００７１】画像形成のスタートにより不図示の像形成
体駆動モータの始動により、駆動歯車Ｇ１の回転動力が
歯車Ｇ２により結合部を介して感光体ドラム１０に伝達
され、感光体ドラム１０が図８の矢印で示す時計方向へ
回転され、同時にＹのスコロトロン帯電器１１の帯電作
用により感光体ドラム１０に電位の付与が開始される。
感光体ドラム１０は電位を付与されたあと、Ｙの露光光
学系１２において第１の色信号すなわちＹの画像データ
に対応する電気信号による露光が開始され感光体ドラム
１０の回転走査によってその表面の感光層に原稿画像の
イエロー（Ｙ）の画像に対応する静電潜像が形成され
る。この潜像はＹの現像器１３により非接触の状態で反
転現像され、感光体ドラム１０上にイエロー（Ｙ）のト
ナー像が形成される。

【００７２】次いで、感光体ドラム１０は前記イエロー
（Ｙ）のトナー像の上に、Ｍのスコロトロン帯電器１１
の帯電作用により電位が付与され、Ｍの露光光学系１２
の第２の色信号すなわちマゼンタ（Ｍ）の画像データに
対応する電気信号による露光が行われ、Ｍの現像器１３
による非接触の反転現像によって前記のイエロー（Ｙ）
のトナー像の上にマゼンタ（Ｍ）のトナー像が重ね合わ
せて形成される。

【００７３】同様のプロセスにより、Ｃのスコロトロン
帯電器１１、露光光学系１２及び現像器１３によってさ
らに第３の色信号に対応するシアン（Ｃ）のトナー像
が、また、Ｋのスコロトロン帯電器１１、露光光学系１
２及び現像器１３によって第４の色信号に対応する黒色
（Ｋ）のトナー像が順次重ね合わせて形成され、感光体
ドラム１０の一回転以内にその周面上にカラーのトナー
像が形成される。

【００７４】このように、本実施の形態では、Ｙ、Ｍ、
Ｃ及びＫの露光光学系１２による感光体ドラム１０の有
機感光層に対する露光は、感光体ドラム１０の内部より
透光性の基体を通して行われる。従って、第２、第３及
び第４の色信号に対応する画像の露光は何れも先に形成
されたトナー像により遮光されることなく静電潜像を形
成することが可能となり、好ましいが、感光体ドラム１
０の外部から露光してもよい。

【００７５】一方、転写材としての記録紙Ｐは、転写材
収納手段としての給紙カセット１５より、送り出しロー
ラ（符号なし）により送り出され、給送ローラ（符号な
し）により給送されてタイミングローラ１６へ搬送され
る。

【００７６】記録紙Ｐは、タイミングローラ１６の駆動
によって、感光体ドラム１０上に担持されたカラートナ
ー像との同期がとられ、紙帯電手段としての紙帯電器１
５０の帯電により搬送ベルト１４ａに吸着されて転写域
へ給送される。搬送ベルト１４ａにより密着搬送された
記録紙Ｐは、転写域でトナーと反対極性（本実施形態に
おいてはプラス極性）の電圧が印加される転写手段とし
ての転写器１４ｃにより、感光体ドラム１０の周面上の
カラートナー像が一括して記録紙Ｐに転写される。

【００７７】カラートナー像が転写された記録紙Ｐは、
転写材分離手段としての紙分離ＡＣ除電器１４ｈにより
除電されて、搬送ベルト１４ａから分離され、定着装置
１７へと搬送される。

【００７８】定着装置１７はカラートナー像を定着する
ための上側のロール状の熱線定着用回転部材（上側の定
着部材）としての熱線定着ローラ１７ａと、下側の定着
部材としての加圧ゴムローラ４７ａとにより構成され、
熱線定着ローラ１７ａの内部には、光源によっては可視
光を含んだ赤外線或いは遠赤外線等の熱線を発光するハ
ロゲンランプ１７１ｇが熱線照射手段として配設され
る。

【００７９】熱線定着ローラ１７ａと加圧ゴムローラ４
７ａとの間で形成されるニップ部Ｎで記録紙Ｐが挟持さ
れ、熱と圧力とを加えることにより記録紙Ｐ上のカラー
トナー像が定着され、記録紙Ｐが排紙ローラ１８により
送られて、装置上部のトレイへ排出される。

【００８０】転写後の感光体ドラム１０の周面上に残っ
たトナーは、像形成体クリーニング手段としてのクリー
ニング装置１９に設けられたクリーニングブレード１９
ａによりクリーニングされる。残留トナーを除去された
感光体ドラム１０はスコロトロン帯電器１１によって一
様帯電を受け、次の画像形成サイクルに入る。

【００８１】現像器１３（Ｙ）、１３（Ｍ）、１３
（Ｃ）、１３（Ｋ）には、それぞれイエロー、マゼン
タ、シアン、黒のトナーを内蔵した補給トナー収納部３
１（Ｙ）、３１（Ｍ）、３１（Ｃ）、３１（Ｋ）と、キ
ャリア補給を行う共通の補給キャリア収納部３３が設け
られている。現像器１３（Ｙ）にはイエローのトナーが
補給トナー収納部３１（Ｙ）から、またキャリアについ
ては共通の補給キャリア収納部３３から、先に説明した
ところによって随時現像剤補給路１３５（Ｙ）を通って
供給される。現像器１３（Ｍ）、１３（Ｃ）、１３
（Ｋ）についても同様である。

【００８２】トナーとキャリアは混合して供給すると搬
送性をよくすることから、現像剤補給路１３５はキャリ
アの補給時にトナーを供給する方式の補給路（図８）で
あっても、またトナーの補給路にキャリアを供給する方
式の補給路であってもよい。更にまた現像剤補給路１３
５は現像器１３への供給路にトナーの供給及びキャリア
の供給がなされる方式であってもよい。何れの方式であ
っても、現像器１３に対してはトナーとキャリアとは合
流した形で現像剤補給路１３５から供給される。

【００８３】補給キャリア収納部３３からはキャリアの
供給がなされるが、キャリアにも流動滑りをよくするト
ナーに用いたと同じ流動化剤を混合することも有効であ
る。

【００８４】またキャリアは現像器１３の動作頻度等に
応じて供給を行っているが、環境変化や感光体の特性変
化によっても現像特性が変化して来ることから、環境温
湿度が所定値よりも高くなった時、或いは表面電位計に
よって測定された感光体の帯電電位が所定値よりも低く
なったとき、キャリアの供給量を増加して供給するよう
制御することによって、現像画質の安定化が更に図られ
ることとなる。

【００８５】

【発明の効果】請求項１及び請求項２の発明によるとき
は、現像装置内へ新しいキャリアが適切に供給されて、
良好な現像性能が安定して接続され、かかる現像装置を
使用したカラー画像形成装置では、サービスマンによる
現像剤交換を必要としないで、過剰のキャリアを消費す
ることもなく、高画質の画像が長期に亘って安定して得
られることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】現像器の断面構成図。

【図２】実施の形態１での現像剤の補給制御を示すブロ
ック図。

【図３】実施の形態１での現像剤補給を示す説明図。

【図４】実施の形態１での発明の効果を示すグラフ。

【図５】実施の形態２での現像剤の補給制御を示すブロ
ック図。

【図６】実施の形態２での現像剤補給を示す説明図。

【図７】実施の形態２での発明の効果を示すグラフ。

【図８】カラープリンタの断面構成図。

【図９】図８の像形成体の断面構成図。

【符号の説明】

１０感光体ドラム１１スコロトロン帯電器１２露光光学系１３現像器、現像装置３１補給トナー収納部３２トナー補給手段３３補給キャリア収納部３４キャリア補給手段１３５現像剤補給路１３９トナー濃度検知センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H005 AA21 CA21 FA01 2H030 AD16 BB04 BB25 BB36 2H077 AA28 AA39 AB02 AB18 AC02 AC04 AD06 AD13 AD24 AD36 BA01 CA19 DA10 DA22 DA42 DA54 DA78 DB02 EA03 EA16 GA13 GA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カラートナーと共通のキャリアから成る
二成分現像剤を有する複数の現像器を像形成体の周縁部
に設けてカラー画像を形成するカラー画像形成装置にお
いて、各現像器へ個別にカラートナーとキャリアとを供
給する手段と収納部とを有し、カラートナーは画像形成
に伴うトナー消費量に応じて供給し、キャリアは画像形
成に伴う現像器の動作頻度に応じて供給されることを特
徴とするカラー画像形成装置。
【請求項２】カラートナーと共通のキャリアから成る
二成分現像剤を有する複数の現像器を像形成体の周縁部
に設けてカラー画像を形成するカラー画像形成装置にお
いて、各現像器へ個別にカラートナーとキャリアとを供
給する手段と収納部とを有し、カラートナーは画像形成
に伴うトナー消費量に応じて供給し、キャリアは画像形
成に伴って消費されるトナー消費量に反比例して供給さ
れることを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項３】トナーとキャリアとは合流し、供給路を
通って各現像器へ供給されることを特徴とする請求項１
又は２に記載のカラー画像形成装置。
【請求項４】環境変化や像形成体特性が変動したとき
は、トナー補給と共に供給するキャリア量を変更して供
給可能としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１
項に記載のカラー画像形成装置。
【請求項５】各現像器には、撹拌スクリュ上部の現像
剤界面近傍の現像器外壁に、あふれた現像剤の排出を行
う排出口を設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れ
か１項に記載のカラー画像形成装置。