JP5430166B2 - 現像剤補給方法 - Google Patents

Description

本発明は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤を補給すると共に、過剰になる現像剤を回収しながら現像を行う現像方式の現像装置を適用して現像を行う、複写機、プリンタ等の画像形成装置における現像剤補給方法に関するものである。

従来、電子写真方式を用いた画像形成装置は、図１１に示すように、像担持体として一般的にドラム状とされている電子写真感光体（以下、「感光体ドラム」という。）１を備えている。この感光体ドラム１は、その表面を帯電器２により一様に帯電させ、帯電した感光体ドラム１を露光装置３によって画像情報に応じて露光し、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。感光体ドラム１に形成された静電潜像は、現像装置４を用いて現像剤のトナーによって可視像（トナー像）とする。そして、顕像化された画像は、転写装置５によって記録媒体Ｓへ転写される。その後、記録媒体Ｓ上に転写されたトナー像を定着装置６によって熱及び圧力で記録媒体Ｓへと溶融定着する。そして、上記転写プロセス後に感光体ドラム１上に残留したトナーをクリーニング装置７によって取り除き、更に、除電装置８によって感光体ドラム１上に残留した電荷を除去することで感光体ドラム１は、次回の画像形成プロセスに備える。

現像装置４としては、現像剤として非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）を含有する二成分現像剤を使用するものがある。特に、カラー画像形成装置においては、トナーに磁性体を含ませなくてもよいため、色味が良好であるなどの理由から広く用いられている。

例えば、二成分現像剤を用いる現像装置４は、一般的に図２、図３に示すような構成とされる。現像装置４は、現像剤を収容する現像容器４１を有する。現像容器４１は、垂直方向に延在する隔壁４１ｃによって現像室（現像剤搬送経路）４１ａと攪拌室（現像剤搬送経路）４１ｂとに分けられている。現像室４１ａと攪拌室４１ｂ内には夫々第１の現像剤搬送攪拌部材４２と第２の現像剤搬送攪拌部材４３が配されている。また、隔壁４１ｃの長手方向端部には、現像室４１ａと攪拌室４１ｂの間で現像剤の通過を許す受け渡し部（現像剤搬送経路）４１ｄ、４１ｅが設けられている。第１、第２の現像剤搬送攪拌部材４２、４３は、現像剤を攪拌しながら搬送して現像容器４１内を循環させる。現像容器４１の感光体ドラム１に対向する位置には、現像剤担持体としての現像スリーブ４４が回転可能に配置されている。現像スリーブ４４は、磁界発生手段としてのマグネット４５を内蔵する。

第１、第２の現像剤搬送攪拌手段４２、４３によって攪拌されながら搬送されて、摩擦帯電によりキャリアの表面にトナーが付着した状態にある二成分現像剤は、マグネット４５が発生する磁界によって現像スリーブ４４表面に引き付けられ担持される。そして、現像剤は、現像スリーブ４４の回転により現像剤層厚規制手段４６を通過して、現像スリーブ４４表面に薄層コートされて感光体ドラム１との対向部まで搬送される。該対向部では、マグネット４５が発生する磁界によって現像剤は鎖状の磁気穂を形成する。この磁気穂は、感光体ドラム１に近接若しくは接触し、現像スリーブ４４に印加される現像バイアスによりトナーのみが感光体ドラム１表面に形成された静電潜像に転移し、感光体ドラム１表面に静電潜像に応じたトナー像が形成される。

上述のように、電子写真方式の画像形成装置に使用される二成分現像剤を用いる現像装置４においては、その現像容器４１に収容されている二成分現像剤のトナーとキャリアを攪拌して摩擦帯電させる。その後、現像スリーブ等の現像剤担持体により感光体ドラム等の像担持体に供給することにより該像担持体上の潜像を現像する。この際、トナーは消費・供給されるのに対し、キャリアは消費も供給もされず現像容器内に残り、プリント一枚ずつ使用するにつれてその都度耐久劣化していく。劣化原因としては、例えば、トナーに付いている外添剤が遊離しキャリアに付着する、所謂、「外添剤付着」や、トナー自体がキャリアに固着してしまう、所謂、「トナースペント」などがあり、いずれもキャリア帯電能の劣化を引き起こす場合が多い。この結果、トナーの帯電量が下がるため、白地部トナーかぶりや現像容器外へのトナー飛散などの多種の問題が発生してしまう。

これら問題を回避するために、従来の現像装置においては上記かぶりやトナー飛散が発生する前に、例えば、プリント枚数４０ｋ枚で、二成分現像剤を交換して対応していた。しかし、当然交換作業の手間がかかり、さらに交換時のダウンタイム発生は避けられないため望ましい状況ではなかった。

そこで、トナーのみではなくキャリアも現像容器内に適宜補給すると共に、このキャリア補給により現像容器内で徐々に過剰となる二成分現像剤を回収する現像方法、所謂、「オートリフレッシュ」が特許文献１にて提案されている。この現像方法により、消費により減少するトナーを補充すると同時に、現像容器内の劣化したキャリアを、補給される新しいキャリアに置き換えることができる。

このオートリフレッシュを用いると、キャリアを含む二成分現像剤の補給と回収が行われることにより、トナーと共に、補給された新しい（Ｎｅｗ）キャリアと耐久キャリアが徐々に入れ替わる。そのために、キャリアの劣化はある一定レベルで飽和するようになる。

この飽和時の劣化レベルは、補給用現像剤のトナーとキャリアの混合比を変更することによって、任意に変更可能である。例えば、補給用現像剤のキャリア比率を高くすると、Ｎｅｗキャリアが現像容器内の劣化キャリアと交換する頻度が増えるために、キャリア劣化があまり進んでいない状態で飽和する。この混合比を適正値にすることで、キャリア劣化の飽和レベルが上記かぶり等の問題発生に至らないレベルで維持可能になるために、二成分現像剤交換不要、若しくは、現像剤の長寿命化が可能になることになる。

一方、オートリフレッシュ構成では、補給用現像剤としてトナーに加えてキャリアも補給及び排出しているため、ランニングコストアップに繋がるというデメリットも潜在的にもっており、可能な限り補給用現像剤のキャリア交換比率を下げることが望まれている。

しかしながら、従来のオートリフレッシュ構成では、キャリア劣化度合いとは関係なく、補給用現像剤としてのトナーとキャリア混合比を常に一定で補給しているために、本来交換不要の劣化が進んでいないキャリアまで無駄に交換している場合があり、ランニングコストの観点から改善の余地があった。

更に、従来のオートリフレッシュ構成では、徐々にキャリアを補給／排出を繰り返すことによりキャリア劣化抑制可能に設定しているが、一方で、徐々にキャリアの帯電能劣化が進むために、長期間にわたってトナー帯電量が不安定な状態になる問題がある。

この結果、長期間にわたっての濃度変動や、濃度変動を防止するための制御ダウンタイムが発生することになり、その観点からも望ましい状態とはいえなかった。

また、特許文献２には、トナー濃度を補正するために補給されるトナー補給量に対応してキャリアを補給する場合とは別に、画像形成枚数又は現像駆動時間に対応してキャリアの補給制御を行うことが提案されている。これにより、キャリアの劣化によるトナーの帯電能力の低下を未然に防止せんとしている。

特公平２−２１５９１号公報 特開２００３−３３７４６９号公報

しかしながら、通常、キャリアのトリボ付与能力は、耐久（使用時間）につれて変化する。そのため、特許文献２においても、画像濃度を安定させるためには、パッチ制御などによって安定化させる必要が生じてくる。

そこで、本発明の目的は、不必要なキャリア交換をなくすことによりランニングコストダウンを達成すると共に、長期にわたって濃度が安定した画質を得ることのできる現像剤補給方法を提供することにある。

上記目的は本発明に係る現像剤補給方法にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体と、前記像担持体に形成された潜像を、トナーとキャリアを有する現像剤を用いてトナー像に現像する現像装置と、前記現像装置に設けられ、現像剤を排出する排出口と、前記現像装置に補給用現像剤を補給する補給装置と、を有し、前記補給装置から前記現像装置に補給用現像剤を補給することで前記現像装置において過剰になった現像剤を前記排出口から排出する画像形成装置であって、前記補給装置は、補給用現像剤を収納した、前記画像形成装置に着脱可能なカートリッジから補給用現像剤が供給されるようになっている画像形成装置における現像剤補給方法において、新品の前記現像装置を使用開始するにあたり、使用初期の該現像装置には、補給用現像剤として第１の補給用現像剤を収納した前記カートリッジを前記画像形成装置に装着して該カートリッジから前記補給装置に供給した前記第１の補給用現像剤を補給し、該第１の補給用現像剤を補給し終えた後の使用後期の該現像装置には、補給用現像剤として第２の補給用現像剤を収納した前記カートリッジを前記画像形成装置に装着して該カートリッジから前記補給装置に供給した前記第２の補給用現像剤を補給し、前記第２の補給用現像剤は、所定のキャリア比率でトナーとキャリアを有し、前記第１の補給用現像剤は、前記第２の補給用現像剤よりも低い所定のキャリア比率でトナーとキャリアを有するか、又はトナーとキャリアのうちトナーのみを有し、前記第２の補給用現像剤の所定のキャリア比率は、前記第２の補給用現像剤を補給し続けた場合の前記現像装置内のキャリアのプリントで使用される平均回数を所定のレベルに維持するように設定されており、前記第１の補給用現像剤が前記現像装置に補給されることで増加した前記現像装置内のキャリアのプリントで使用される平均回数が、前記所定のレベルに至る前に、前記第２の補給用現像剤の前記現像装置への補給を始めることを特徴とする現像剤補給方法である。

本発明によれば、オートリフレッシュ構成において、不必要なキャリア交換をなくすことによりランニングコストダウンを達成すると共に、長期にわたって安定した画像濃度再現が可能である。

本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置における一実施例の現像装置の概略構成を示す断面図である。 本発明に係る画像形成装置における現像装置の概略構成を示す概略上面図である。 実施例１における、耐久時のプリント枚数に対するキャリア帯電量低下量（初期帯電量からの低下量）とキャリア平均プリント枚数を示す図である。 従来のオートリフレッシュ系の問題を説明する図である。 実施例１において、第１の補給用現像剤と第２の補給用現像剤を切り替えた場合の、キャリア平均プリント枚数の推移を示す図である。 実施例１において、第１の補給用現像剤と第２の補給用現像剤を切り替えた場合の、キャリア平均プリント枚数とキャリア帯電能低下の推移を示す図である。 実施例２のキャリア平均プリント枚数の推移を示す図である。 本発明に係る画像形成装置における他の実施例の現像装置の概略構成を示す断面図である。 本発明に係る画像形成装置における他の実施例の現像装置の概略構成を示す断面図である。 従来の画像形成装置の一例の概略構成図である。

以下、本発明に係る現像剤補給方法を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
［画像形成装置の全体構成及び動作］
先ず、本実施例の画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置の概略断面構成を示す。

本実施例の画像形成装置１００は、画像形成装置本体（装置本体）１００Ａに接続された原稿読み取り装置或いは装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像情報に従って、フルカラー画像を形成することができる。

つまり、本実施例の画像形成装置１００は、４連タンデム式の画像形成装置であり、複数の、本実施例では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色フルカラー画像を、電子写真方式を利用して形成することができる。

そこで、画像形成装置１００は、複数の像形成手段として、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する第１、第２、第３、第４の画像形成部（画像形成ステーション）Ｐ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋ）を有する。そして、転写装置５が備える中間転写体５１が図示矢印方向に移動して各画像形成部を通過する間に、中間転写体５１上に各画像形成部において各色の画像が重ねられる。そして、この中間転写体５１上で重ね合わされた多重トナー像を、記録材（記録用紙、プラスチックシート、布等）Ｓに転写することで記録画像が得られる。

本実施例では、各画像形成ステーションＰの構成は、現像色が異なる以外は実質的に同一とされる。従って、以下、特に区別を要しない場合は、何れかの画像形成ステーションＰに属する要素であることを示すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋは省略し、総括的に説明する。

画像形成ステーションＰは、像担持体としてのドラム状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム１を有する。感光体ドラム１の外周には、帯電手段としての帯電器２、露光手段としての露光装置（本実施例ではレーザー露光光学系）３、現像手段としての現像装置４が配置されている。更に、転写手段としての転写装置５、クリーニング手段としてのクリーニング装置７、除電手段としての除電装置８が設けられている。転写装置５は、中間転写体としての中間転写ベルト５１を有する。中間ベルト５１は、複数のローラに掛け回されて、図示矢印方向に回転（周回移動）する。又、中間転写ベルト５１を介して各感光体ドラム１に対向する位置には一次転写部材５２が配置されている。又、中間転写ベルト５１が掛け回されたローラのうち一つに対向する位置に二次転写部材５３が設けられている。

画像形成時には、先ず、帯電器２によって、回転する感光体ドラム１の表面を一様に帯電させる。次いで、帯電した感光体ドラム１の表面を、露光装置３により画像情報信号に応じて走査露光することによって、感光体ドラム１上に静電像を形成する。感光体ドラム１に形成された静電像は、現像装置４を用いて現像剤のトナーにより可視像（トナー像）として顕像化する。

感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト５１と感光体ドラム１とが当接する１次転写部（一次転写ニップ）Ｎ１において、一次転写部材５２に印加される一次転写バイアスの作用によって中間転写ベルト５１上に転写（一次転写）される。例えば、４色フルカラー画像の形成時には、第１の画像形成部ＰＹから順次に、各感光体ドラム１から中間転写ベルト５１上にトナー像が転写され、中間転写ベルト５１上に４色のトナー像が重ね合わされた多重トナー像が形成される。

一方、記録材Ｓは、記録材収容部としてのカセット９に収容されている。記録材Ｓは、ピックアップローラ、搬送ローラ及びレジストローラ等の記録材搬送部材によって、中間転写ベルト５１と二次転写部材５３とが当接する二次転写部（ニップ部）Ｎ２に、中間転写ベルト５１上のトナー像と同期がとられて搬送されてくる。そして、中間転写ベルト５１上の多重トナー像は、二次転写部Ｎ２において、二次転写部材５３に印加される二次転写バイアスの作用により、記録材Ｓ上に転写される。

その後、中間転写ベルト５１から分離された記録材Ｓは、定着装置６へと搬送される。記録材Ｓ上に転写されたトナー像は、定着装置６によって加熱、加圧されることによって溶融混合されると共に、記録材Ｓ上に定着される。その後、記録材Ｓは機外へ排出される。

一次転写工程後に感光体ドラム１上に残留したトナー等の付着物は、クリーニング装置７によって回収される。又、感光体ドラム１に残留した静電像は、除電器８によって消去される。これにより、感光体ドラム１は、次の画像形成工程に備える。又、二次転写工程後に中間転写ベルト５１上に残留したトナー等の付着物は、中間転写体クリーナ５４によって除去される。

尚、本実施例の画像形成装置１００は、例えばブラック単色の画像など、所望の単色又は４色のうちいくつかの色用の画像形成部を用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することも可能である。

［現像装置の基本構成］
次に、現像装置４について更に説明する。

現像装置４は、図２及び図３を参照して前に「背景技術」において説明したが、再度説明すると、非磁性トナーと磁性キャリアを含有する二成分現像剤を収容する現像剤収容部としての現像容器４１を有する。現像容器４１には、現像剤担持体としての現像スリーブ４４が回転可能に設置されており、現像スリーブ４４内には、磁界発生手段としてのマグネットロール（磁石）４５が固定して配置されている。また、現像スリーブ４４の表面には、現像剤の薄層を形成する現像剤量規制部材としての規制ブレード４６が近接又は当接して配置されており、現像容器４１内には、現像剤を攪拌し且つ搬送する第１、第２の現像剤搬送部材４２、４３が配置されている。

現像容器４１の内部は、垂直方向に延在する隔壁４１ｃによって現像室（現像剤搬送経路）４１ａと攪拌室（現像剤搬送経路）４１ｂとに区画されている。そして、現像室４１ａに第１の現像剤搬送部材４２が配置され、攪拌室４１ｂに第２の現像剤搬送部材４３が配置されている。隔壁４１ｃの長手方向両端部（図３中左側及び右側）には、現像室４１ａと攪拌室４１ｂとの間での現像剤の通過を許す連絡部（現像剤搬送経路）４１ｄ、４１ｅが設けられている。

本実施例では、第１、第２の現像剤搬送部材４２、４３は、いずれも、スクリュー状部材（以下、それぞれ「第１のスクリュー」、「第２のスクリュー」という。）である。

つまり、本実施例では、第１、第２のスクリュー４２、４３は、それぞれ、磁性体の軸（回転軸）４２ａ、４３ａの周りに、搬送部としての螺旋形状の羽根４２ｂ、４３ｂを設けて形成されている。

又、本実施例では、第２のスクリュー４３には、羽根４３ｂに加えて、軸４３ａからその半径方向に突出し、現像剤の搬送方向に所定の幅を有する攪拌リブ４３ｃをも有している。リブ４３ｃは、軸４３ａの回転に伴って現像剤を攪拌する。第１のスクリュー４２は、現像室４１ａ内の現像剤を攪拌し且つ搬送する。又、第２のスクリュー４３は、自動トナー補給制御（ＡＴＲ：Ａｕｔｏ Ｔｏｎｅｒ Ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｅｒ）のもとで、現像剤補給装置１０によって補給部に供給されたトナーと、既に攪拌室４１ｂ内にある現像剤とを攪拌し且つ搬送してトナー濃度を均一化する。

第１、第２のスクリュー４２、４３は、現像スリーブ４４の回転軸線方向（現像幅方向）に沿ってほぼ平行に配置されている。そして、第１のスクリュー４２と、第２のスクリュー４３とは、現像スリーブ４４の回転軸線方向に沿って互いに逆方向に現像剤を搬送する。こうして、現像剤は、第１、第２のスクリュー４２、４３によって、連絡部４１ｄ、４１ｅを介して現像容器４１内を循環させられる。

つまり、第１、第２のスクリュー４２、４３の搬送力により、現像工程でトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室４１ａ内の現像剤が、一方の連絡部４１ｄ（図３の紙面左側）を介して撹拌室４１ｂ内へ移動する。又、トナーが補給されて攪拌された攪拌室４１ｂ内の現像剤が他方の連絡部４１ｅ（図３の紙面右側）を介して現像室４１ａへ移動する。

現像装置４の現像室４１ａは、感光体ドラム１に対面した現像領域に相当する位置が開口しており、この現像容器４１の開口部に、一部露出するようにして現像スリーブ４４が回転可能に配置されている。本実施例では、現像スリーブ４４は非磁性材料で構成され、現像動作時には図示矢印方向に回転する。そして、現像スリーブ４４の内部には、磁界発生手段としての周方向に沿って複数の磁極を有するマグネットロール４５が固定されている。

現像室４１ａ内の現像剤は、第１スクリュー４２により現像スリーブ４４に供給される。現像スリーブ４４に供給された現像剤は、マグネットロール４５の発生する磁界により現像スリーブ４４上に所定の量が担持され現像剤溜まりを形成する。現像スリーブ４４上の二成分現像剤は、現像スリーブ４４が回転することによって、現像剤溜まりを通過して規制ブレード４６によって層厚が規制されると共に、感光体ドラム１と対向する現像領域へと搬送される。現像領域で、現像スリーブ４４上の現像剤は穂立ちして磁気穂を形成する。本実施例では、磁気穂を感光体ドラム１に接触させて、現像剤のトナーを感光体ドラム１に供給することで、感光体ドラム１上の静電像を可視像（トナー像）として現像する。又、現像効率、即ち、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、通常、現像スリーブ４４には電圧印加手段としての現像バイアス電源から、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。

感光体ドラム１にトナーを供給した後の現像スリーブ４４上の現像剤は、更に現像スリーブ４４が回転することによって現像室４１ａに戻る。上述の現像装置４は、攪拌室４１ｂの上流側に過剰の現像剤を排出するための、現像剤排出装置４８を有する。また、該現像剤排出装置４８は、排出口４８ａ、過剰現像剤搬送部材４８ｂ、過剰現像剤格納部（図示せず）で構成されている。現像容器内の現像剤面が所定の高さ以上になったときに、過剰現像剤が、排出口４８ａを乗り越えて排出され、排出された過剰現像剤が過剰現像剤搬送部材４８ｂによって搬送されて、過剰現像剤格納部に格納される。

更に、上述の現像装置４は、現像剤補給装置１０を有しており、補給用現像剤容器２０に連結している現像容器４１には初期現像剤としてトナーとキャリアが所定の比率、例えば、重量比がトナー８に対してキャリア９２で混合された初期現像剤が２２０ｇ充填されている。補給用現像剤容器２０は、画像形成装置本体に着脱可能なカートリッジ形式、即ち、補給剤カートリッジとすることもできる。

［補給系］
次に、本実施例の特徴とする補給形態について説明する。先ず、従来のオートリフレッシュ系の作用効果とその理由について、再度詳細に説明する。

オートリフレッシュ系では、上述したように、従来のトナーのみ補給と異なり、新しい（Ｎｅｗ）キャリアを含む二成分現像剤の補給と回収を行うことにより、キャリア劣化レベルを現像特性が満足できうる一定レベルに飽和させている。

画像形成動作によってトナーが消費されると、現像容器内部には、現像剤補給装置１０によって消費したトナー分だけ、トナーとキャリアの補給用現像剤が供給される。しかし、現像容器中の現像剤はキャリアの分だけ少しずつ増加していくため、現像剤が次第に過剰になる。現像剤が過剰になると、現像剤面の高さが高くなるため、上記排出口４８ａから溢れ出して排出される。この繰り返しにより、トナーと共に補給されたＮｅｗキャリアと、過剰現像剤として排出される現像容器内の劣化したキャリアが入れ替わることにより、キャリアの平均劣化レベルはある一定レベルに飽和することになる。

つまり、オートリフレッシュ系ではキャリア単体としての劣化を抑制するのではなく、Ｎｅｗキャリアと劣化キャリアを一定の確率で補給／排出を繰り返すことにより、全キャリアのプリントで使用される平均プリント回数（即ち、枚数）（以下、「キャリア平均プリント枚数」と呼ぶ。）を制限することにより、キャリア劣化を抑制している。

なお、キャリア平均プリント枚数とキャリア劣化度合いが略比例関係にあることを、以下に述べる検討結果によって裏づけしている。

本実施例では、キャリア劣化の度合いを表す物性値として「キャリア帯電能」を用いており、下記で説明する方法でキャリア帯電能を測定している。

先ず、一定プリント枚数耐久を行った二成分現像剤を、トナーとキャリアに分離する。分離する方法として、本実施例ではマグネットによって二成分現像剤を磁気拘束した状態で、トナー飛翔方向に電界をかけることによってトナーをキャリアから飛翔させることで分離させる、所謂、電界剥離法を用いた。そして、分離したキャリアを、再度Ｎｅｗトナーと所定重量比率、例えば、重量比８：９２で混合し一定時間攪拌を行った後に、Ｅ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＹＺＥＲ（ホソカワミクロン社製）でＮｅｗトナーの帯電量を測定する。

ここで、測定されるトナー帯電量は、所定プリント枚数時のキャリア単体の帯電能を示す。なお、本来耐久を行った場合のトナー帯電量は、トナーとキャリア双方の耐久劣化で決定される。しかし、上述したように耐久に使用した二成分現像剤から耐久トナーを分離して、Ｎｅｗトナーに置換した後のトナー帯電量のため、耐久時のキャリア単体としての帯電能を示すことになる。

なお、キャリア劣化度合いとして帯電能を用いた理由は、耐久時に顕著に発生する「白地部かぶり」や「トナー飛散」は、いずれもトナー帯電量が下がったときに起きる現象であるからである。

このキャリア帯電量を用いて、耐久時のプリント枚数に対するキャリア帯電量低下量（初期帯電量からの低下量）とキャリア平均プリント枚数を図４に示す。耐久プリント画像としては、一般によく用いられるＡ４サイズ１０％画像比率のものを用いている。

なお１０％画像比率とは、Ａ４全ベタ時のトナー使用量を１００％画像比率としており、本実施例ではＡ４全ベタ時のトナー使用量は約０．４ｇ、１０％画像比率時は約０．０４ｇとなっている。補給用現像剤として、
（１）トナーのみの補給用現像剤、
（２）重量比キャリア：トナー＝２０：８０の補給用二成分現像剤
を用いている。また、上記で説明した通り現像容器内の現像剤充填量は２２０ｇとしている。

次に、キャリア平均プリント枚数の算出法について説明する。

オートリフレッシュでは現像容器内の二成分現像剤にトナーとキャリアで構成された補給用現像剤が入ることで、トナーは消費されるので増減はないが、キャリア分の量が増えるために過剰現像剤量として排出される。即ち、キャリアプリント枚数０、即ち、新品のキャリアｄｇが補給され、平均プリント枚数Ｘ枚の二成分現像剤２２０ｇから、過剰分のｄｇが排出される。排出されなかった二成分現像剤（２２０−ｄ）ｇのキャリア平均プリント枚数は、Ｘ＋１枚となる。

これらを繰り返し計算することによりキャリア平均プリント枚数の曲線が得られる。なお、トナーのみ補給系の場合は、キャリアの入れ替わりがないためにプリント枚数とキャリア平均プリント枚数は同値となる。

この結果、上記補給用現像剤（１）、（２）共に、プリント耐久枚数に対して、キャリア平均プリント枚数とキャリア帯電能が略同様の傾向を示すことが分かった。つまり、オートリフレッシュ系ではＮｅｗキャリア／耐久キャリアの入れ替えによって、キャリアプリント枚数を一定レベル以下に抑えて、キャリア帯電能を維持していることが裏付けられた。

なお、本実施例で用いた現像構成において、キャリア平均プリント枚数が４０ｋになった時点、すなわちキャリア帯電量低下量が１６μＣ／ｇになった時点で、かぶり／トナー飛散が発生しており、上記（１）トナーのみ補給系では、この時点で現像剤の交換が必要となる。

ところで、従来のオートリフレッシュ系では、上記で説明したような作用効果があるものの、一方でオートリフレッシュ系の潜在問題である交換キャリア分のランニングコストについては最適化されているとは言えなかった。すなわち、従来のオートリフレッシュ系では、現像特性を維持するうえで、本来交換不要なキャリアまでも交換している場合がある。その理由は、従来のオートリフレッシュ系ではキャリア劣化度合いにかかわらず補給用現像剤のトナーとキャリア比率を一律同じにしていることに起因している。以下、図５を用いて説明する。

従来のオートリフレッシュ系では、キャリア平均プリント枚数を飽和レベル以下に維持するために一定キャリア比率の補給剤を用いている。そのため、図５の（１）の領域において、キャリア平均プリント枚数が飽和レベルに達する以前からキャリア交換を行わなければならなかった。極端な例でいえば、プリント枚数０枚時では、完全に新品キャリアと補給用現像剤の新品キャリアを入れ替えていることになる。すなわち、破線部におけるキャリア交換は、キャリア平均プリント枚数に飽和するまでのプリント枚数を延ばしているだけであって、現像特性を維持する観点では意味がないことになる。

更に、（１）の領域ではキャリアの帯電能劣化が徐々に進んでいる状態であって、それに併せてトナー帯電量も徐々に変動するため、長期間にわたって画像濃度が不安定な状態になっていることになる。この濃度変動は、例えば、二成分現像剤のトナーとキャリア混合比率を変更してトナー帯電量を一定に維持する公知のトナー濃度制御によって対応可能である。しかし、長期間にわたって制御のためにダウンタイムが発生することになり、ユーザービリティの観点から望ましい状態とは言えなかった。

上記問題を考慮して、本実施例では、二種類の補給用現像剤（第１の補給用現像剤、第２の補給用現像剤）を用いている。そして、現像容器内のキャリアの劣化状態によって、これら補給用現像剤を最適に使い分けることにより、白地部かぶりやトナー飛散等の現像特性を実使用上問題にならないレベルに維持しつつ、しかも無駄なキャリア交換を行わないことが可能になる。

二種の補給用現像剤の違いはトナーとキャリアの混合比率であって、少なくとも第１の補給用現像剤は、第２の補給用現像剤よりキャリア比率が低いこと（ゼロを含む）が重要である。本実施例では、一例として、第１の補給用現像剤はトナーのみ、即ち、トナーとキャリアの比率が重量比で１００：０とし、第２の補給用現像剤はトナーとキャリアの混合比率が、重量比で８０：２０としている。

なお、補給用現像剤に用いるトナーは、初期現像剤のトナーと同じものであり、負極性に帯電するトナーである。また、補給用現像剤に用いるキャリアは、予め現像装置内に収容している二成分現像剤のキャリアと同じものである。キャリアの種類は任意であって、例えば、本実施例では、結着樹脂中に磁性体微粒子を分散させてなるコア材を有し、該コア材表面を樹脂によりコートしてなる磁性体分散型キャリアを用いている。

次に、第１の補給用現像剤と、第２の補給用現像剤を用いた補給方法と効果について図６を用いて説明する。

本実施例では、図６の（１）領域のように「キャリア平均プリント枚数の飽和値」に至るまでは、第１の補給用現像剤を用い、プリント枚数がキャリア平均プリント枚数の飽和値に至る直前で、第２の補給用現像剤に切り替えている。即ち、使用初期よりも使用後期の方が現像剤に対するキャリアの比率が高くなるように補給する現像剤を切り替えている。

なお、キャリア平均プリント枚数の飽和値は、上記で説明した繰り返し計算によって約２２０００枚と見積もることができる。

なお、現像容器内の二成分現像剤量Ｗ（本実施形態では２２０ｇ）と、第２の補給用現像剤中のキャリア重量比率Ｔ（本実施形態では２０％）と、一枚当たりのプリントで使用される予想平均トナー量Ｄ（本実施形態では約０．０４ｇ）とする。この場合、上記飽和値は、二成分現像剤Ｗｇを１回の補給で用いられる補給用現像剤中のキャリア量（予想平均トナー量Ｄｇ×キャリア比率Ｔ／トナー比率１００−Ｔ）で割った、
キャリア平均プリント枚数＝Ｗ／（Ｄ×（Ｔ／（１００−Ｔ））
＝２２０／（０．０４×（２０／８０））＝２２０００
と同値である。

このような補給を行うと、図６の（１）領域では、キャリア入れ替わりがないためにプリント枚数に比例して、キャリア平均プリント枚数は増加していく。キャリア平均プリント枚数２２０００枚に至った時点で、トナー・キャリア比が８０：２０である第２の補給用現像剤に変更すると、図６の（２）領域に示すように、キャリア平均プリント枚数が一定状態に飽和する。

つまり、本実施例では初期〜キャリア平均プリント枚数までキャリア交換を行わなくとも、従来のオートリフレッシュ系と、同じキャリア平均プリント枚数、すなわちキャリア劣化度合いを維持することが可能になるのである。

図７は、第１の補給用現像剤と第２の補給用現像剤を上記したようにキャリア平均プリント枚数の飽和値で切り替えて、プリント耐久を行い、耐久枚数とキャリア帯電能変化を評価した結果を示す。比較データとして、従来の補給用現像剤のキャリア比率を変更していない耐久−帯電能変化も挙げている。この結果、図７から見て取れるように、キャリア平均プリント枚数と略同じ傾向で帯電能が変化しており、かぶり・トナー飛散の発生しない帯電能に維持していることが分かる。

また、従来のオートリフレッシュ制御に比べて、早くキャリア帯電能の安定状態に至るため良好な濃度安定性も実現できる。なお第１の補給用現像剤の充填現像剤量は、無駄なキャリア交換をなくすために、キャリア平均プリント枚数でちょうど第２の補給用現像剤に切り替わるように設定している。すなわち、本実施例では、上で述べたキャリア平均プリント枚数と、平均トナー使用量Ｄを掛け合わせた、
キャリア平均プリント枚数×平均使用トナー量
＝Ｗ／（Ｄ×（Ｔ／（１００−Ｔ））×Ｄ
＝Ｗ／（Ｔ／（１００−Ｔ））
＝２２０／（２０／８０）
＝８８０ （ｇ）
としている。

なお、ここで述べた第１の補給用現像剤量８８０ｇは、無駄なキャリア交換を一切なくすために設定した値である。しかし、第１の補給用現像剤量が８８０ｇ以下、例えば、従来のオートリフレッシュ系に比べては、上記で述べたようなキャリアランニングコストと濃度安定性の観点で一定のメリットがでる。例えば、小型製品のようにスペースの関係上、第１の補給用現像剤容器が上記で述べた８８０ｇを収容できない場合であって、その際の補給用現像剤容量が５００ｇであっても、少なくともトナー５００ｇ消費するまでは無駄なキャリア交換を避けられる。そのため、従来のオートリフレッシュ系に比べて上記で述べたメリットが発生することになる。

次に、第１の補給用現像剤と第２の補給用現像剤を切り替える方法について説明する。

例えば、製品に同梱している補給剤カートリッジに第１の補給用現像剤を収容して、装置の作動開始に際して、補給用現像剤容器２０に投入し、その後、第１の補給用現像剤を使いきった後の交換用の補給剤カートリッジには第２の補給用現像剤を収容するようにして用いることができる。勿論、補給用現像剤容器２０自体が、補給剤カートリッジとされる場合は、この第１の補給用現像剤を収容した補給剤カートリッジを補給用現像剤容器として装置本体に装着する。その後、第１の補給用現像剤を使いきった後、第２の補給用現像剤を収容した交換用の補給剤カートリッジを装置本体に装着する。

また、第１の補給用現像剤と第２の補給用現像剤を切り替える別の方法として、図９に示すように、収納部としての補給用現像剤容器（補給剤カートリッジ）２０の内部の補給剤排出口側に第１の補給用現像剤を充填し、補給剤排出口とは逆側に第２の補給用現像剤を充填して、補給時にはまず第１の補給用現像剤が消費され、そののちに第２の補給用現像剤に切り替わる構成を用いても良い。

また、第１の補給用現像剤と第２の補給用現像剤を切り替える別の方法として、図１０に示すように、補給用現像剤容器２０の内部には第２の補給用現像剤を充填し、補給用現像剤容器２０と現像装置４をつなぐホッパー部Ａに第１の補給用現像剤を充填しておいても良い。

以上説明したように、本実施例によれば、二種類の補給用現像剤（第１の補給用現像剤、第２の補給用現像剤）を用いており、現像容器内のキャリアの劣化状態、即ち、キャリア平均プリント枚数に応じて、これら補給用現像剤を使い分ける。この構成により、白地部かぶりやトナー飛散等の現像特性を実使用上問題にならないレベルに維持しつつ、しかも無駄なキャリア交換を行わないことが可能になる。更にまた、従来のオートリフレッシュ制御に比べて、早くキャリア帯電能の安定状態に至らせているため、良好な濃度安定性が実現できる。

実施例２
次に、本発明の画像形成装置他の実施例について説明する。画像形成装置の基本的な構成は、実施例１の画像形成装置１００と同じであるので、実施例１のものと実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳細な説明は省略し、本実施例特有の構成部分のみ、詳細に説明する。

実施例１では、第１の補給用現像剤をトナーのみとしたが、少なくとも第２の補給用現像剤よりキャリア比率（即ち、キャリア含有量）が低ければ、実施例１と略同等の効果が見込める。

例えば、第１の補給用現像剤をトナー／キャリア比率を９５：５、第２の補給用現像剤を実施例１と同様にトナー／キャリア比率を８０：２０として、キャリア平均プリント枚数２２０００枚で第１の補給用現像剤と第２の補給用現像剤を切り替えてもよい。

この場合、キャリア平均プリント枚数は、図８のような曲線を示す。図８の（１）領域までは、第１の補給用現像剤（Ｔ／Ｃ比＝９５：５）を使い続けた場合に飽和する枚数に向かって増加していく。しかし、キャリア平均プリント枚数２２０００枚になった時点で、第２の補給用現像剤に切り替えることにより、その後は、図８の（２）領域に示すように、キャリア平均プリント枚数が一定状態に飽和するため、実施例１で述べた通りの理由から、かぶり等の問題が発生することはない。

なお、ランニングコストを最適化するうえでは、耐久初期で無駄なキャリア交換が一切ない第１の補給用現像剤をトナー比率１００％にすることが望ましい。しかしながら、現像剤の種類によって、補給用現像剤中のキャリア比率を急激に変更すると、補給用現像剤の流動性が変動して補給性能が安定しない場合がある。この場合、ランニングコストダウンのメリットを多少損なっても、補給性能の安定化を優先させるほうが望ましい。

上記理由から、実施例２では第１の補給用現像剤のキャリア比率を、第２の補給用現像剤のキャリア比率に若干近づけている。

以上説明したように、本発明の実施例２によれば、実施例１と略同等の効果が得られ、且つ第１の補給用現像剤から第２の補給用現像剤に切り替わる際にも安定した補給性能を実現することが可能になる。

上記実施例では、本発明をタンデム式の中間転写方式カラー画像形成装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の原理は、当業者には周知の種々の画像形成装置に適用することができ、モノクロの画像形成装置であっても良い。

１ 像担持体（感光体ドラム）
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
１０ 現像剤補給装置
２０ 補給用現像剤容器
４１ 現像容器
４４ 現像スリーブ（現像剤担持体）
４５ マグネットロール
４８ 現像剤排出装置
４８ａ 排出口
４８ｂ 過剰現像剤搬送部材
１００ 画像形成装置
１００Ａ 画像形成装置本体

Claims (2)

1. 像担持体と、前記像担持体に形成された潜像を、トナーとキャリアを有する現像剤を用いてトナー像に現像する現像装置と、前記現像装置に設けられ、現像剤を排出する排出口と、前記現像装置に補給用現像剤を補給する補給装置と、を有し、前記補給装置から前記現像装置に補給用現像剤を補給することで前記現像装置において過剰になった現像剤を前記排出口から排出する画像形成装置であって、前記補給装置は、補給用現像剤を収納した、前記画像形成装置に着脱可能なカートリッジから補給用現像剤が供給されるようになっている画像形成装置における現像剤補給方法において、
   新品の前記現像装置を使用開始するにあたり、使用初期の該現像装置には、補給用現像剤として第１の補給用現像剤を収納した前記カートリッジを前記画像形成装置に装着して該カートリッジから前記補給装置に供給した前記第１の補給用現像剤を補給し、
   該第１の補給用現像剤を補給し終えた後の使用後期の該現像装置には、補給用現像剤として第２の補給用現像剤を収納した前記カートリッジを前記画像形成装置に装着して該カートリッジから前記補給装置に供給した前記第２の補給用現像剤を補給し、
   前記第２の補給用現像剤は、所定のキャリア比率でトナーとキャリアを有し、前記第１の補給用現像剤は、前記第２の補給用現像剤よりも低い所定のキャリア比率でトナーとキャリアを有するか、又はトナーとキャリアのうちトナーのみを有し、
   前記第２の補給用現像剤の所定のキャリア比率は、前記第２の補給用現像剤を補給し続けた場合の前記現像装置内のキャリアのプリントで使用される平均回数を所定のレベルに維持するように設定されており、
   前記第１の補給用現像剤が前記現像装置に補給されることで増加した前記現像装置内のキャリアのプリントで使用される平均回数が、前記所定のレベルに至る前に、前記第２の補給用現像剤の前記現像装置への補給を始めることを特徴とする現像剤補給方法。
2. 新品の前記現像装置に補給する補給用現像剤を前記補給装置に供給する１個目の前記カートリッジが前記第１の補給用現像剤を収納しており、該現像装置に補給する補給用現像剤を前記補給装置に供給する２個目以降の前記カートリッジが前記第２の補給用現像剤を収納していることを特徴とする請求項１に記載の現像剤補給方法。