JP2003330257A

JP2003330257A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2003330257A
Application number: JP2002135638A
Authority: JP
Inventors: Kouta Arimoto; 孝太有元; Tsuneji Masuda; 恒司桝田; Yuji Sakami; 裕二酒見; Keiko Igarashi; けい子五十嵐; Tomoyuki Sakamaki; 智幸坂巻
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】現像剤の交換作業が不要であるという高メン
テナンス性と高画質安定性を有しつつ、現像剤量の長期
安定性を簡易な構成で実現し、提供すること。【解決手段】２成分現像装置における、現像剤排出時
のかぶり取り電位を画像形成時の非画像部のかぶり取り
電位よりも大きくすることで、感光体上に劣化キャリア
を優先的に排出する現像剤交換方式おいて画像形成後に
現像装置に補給される現像剤量を予測する手段を設け、
その予測量から、現像剤排出時のかぶり取り電位を適宜
変えることで、補給キャリアと排出キャリアが同量とな
るので、長期にわたる画像形成後でも、現像装置内の現
像剤量を安定して維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機やプリンタな
どの画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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、非磁性トナーと磁性キャリアを混合して現像剤と
して使用する２成分現像方式が広く利用されている。２
成分現像方式は現在提案されている他の現像方式に比較
して、画質の安定性、装置の耐久性などの長所を備えて
いる一方、長期の耐久による現像剤の劣化、特にキャリ
アの劣化が不可避であったため、画像形成装置の長期使
用に伴い現像剤交換という作業を行う必要がある。

【０００３】この問題に対する解決策として従来よりい
くつかの方式が提案されている。例えば、特公平２−２
１５９１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または一体化して設け、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。また本発明においては、前記現像装置ハウ
ジング内の古くなつ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。

【０００４】つまり、劣化した現像剤（キャリア）を新
しいものと徐々に入れ替えていくことで、見かけ上のキ
ャリアの劣化進行が止まり、現像剤全体としては特性が
安定する。これによって現像剤交換という作業を不要に
し、メンテナンス性を向上させているのである。

【０００５】一方、特願２０００−１７２２５５による
と、「長期の使用による現像剤の劣化は、キャリア表面
にトナーが固着する所謂トナースペントと、トナーから
離脱した外添剤がキャリア表面に付着する所謂外添剤付
着の２つが大きな原因である。キャリアに比べてトナー
の抵抗率は高いため、トナースペントが進行していくと
キャリアの抵抗率は高くなる。キャリアはトナーと接触
し摩擦帯電することで、トナーと逆極性に帯電するが、
現像スリーブや空気中に放電することで徐々に減衰す
る。しかし、トナースペントが起こり抵抗率が高くなる
と減衰しずらくなるため、初期キャリアに比べてトリボ
が高くなる。トリボの高い劣化キャリアは初期キャリア
より、かぶり取り電位（トナーに対し、感光ドラムから
現像スリーブ側に力が働く電位：Ｖｂａｃｋ電位）によ
って感光ドラムに現像され易い。また、外添剤付着量が
多いとスペーサー効果によって、キャリアはトナーや現
像スリーブから離れやすい。従って現像剤を、現像スリ
ーブから感光体上に、かぶり取り電位によって現像する
ことで、劣化現像剤を優先的に排出することができ
る。」とある。

【０００６】つまり、かぶり取り電位によって劣化した
現像剤（キャリア）が優先的に感光ドラム上に付着する
ことを利用して排出を行い、一方で、新しい現像剤（キ
ャリア）と徐々に入れ替えていくことで現像剤交換とい
う作業を不用にし、メンテナンス性が向上するばかりで
なく、現像剤全体の特性が安定するレベルを高めている
のである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年フルカラー複写機
／プリンタの市場が拡大しさまざまな機能が要求されて
いる中で、例えば高画質高安定を追求した画像形成装置
が多く製品化されており、今後も市場の主流のひとつに
なっていくと思われる。

【０００８】しかし、特公平２−２１５９１の画像形成
装置では、現像ハウジングの側面に設けた現像剤溢出部
から溢れた分の現像剤を排出するので、現像装置に収容
されてる現像剤量は安定するが、補給されたばかりでま
だ劣化していないキャリアも一緒に排出してしまうた
め、現像装置内に収容されるキャリアは、長期の使用に
従って著しく劣化したキャリアと軽微な劣化キャリアが
混在した状態になるため、見かけ上のキャリアの劣化進
行が止まり、現像剤全体としては特性が安定するとはい
え、その安定するレベルが初期よりかなり悪化したレベ
ルになってしまう。

【０００９】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、高画質を維持するにはほど遠いもの
であった。また、現像剤の排出を行なうための、例え
ば、現像剤の排出経路などの画像形成には不必要な部材
が必要となるため、画像形成装置の構造が複雑になり、
コストが高くなっていた。

【００１０】また、特願２０００−１７２２５５の画像
形成装置では、補給されるキャリア量に関係ない、所定
量のキャリアを排出していた。従って、高濃度の画像形
成が連続して、排出するキャリア量よりも多くのキャリ
アが補給され続けると、現像装置内の現像剤量が増加
し、現像装置からの現像剤の漏れや、現像剤の攪拌不良
による白地部へのトナーかぶり等の問題が発生した。ま
た、反対に低濃度画像形成が連続して、補給されるキャ
リア量よりも多くのキャリアを排出し続けると、現像装
置内の現像剤量が減少し、長手方向における現像スリー
ブ上の現像剤量にムラが生じるため、長手方向で濃度ム
ラなどの画像欠陥が発生していた。

【００１１】つまり、劣化したキャリアを優先的に感光
体上に排出するため、現像剤は高いレベルの特性を維持
することができるので、長期にわたり高画質を維持する
ことが可能であるが、現像装置に収容される現像剤量を
安定して維持することは困難であった。

【００１２】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有しつつ、長期に
わたる画像形成後においても現像装置に収容される現像
剤量が初期と変わらないという現像剤量の長期安定性を
簡易な構成で実現し提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】（手段）上記の目的は、
以下に述べるような画像形成装置によって達成される。

【００１４】本発明の第１は、電子写真方式を用いた画
像形成装置に用いられ、感光体上の静電潜像を現像する
ための、トナ−とキャリアからなる２成分現像剤を収容
した現像装置であって、該現像装置に補給するためのト
ナー及びキャリアを収容した現像剤補給容器と、該現像
剤補給容器から該現像装置に補給される現像剤量を予測
する補給現像剤量予測手段を具備し、前記現像剤補給容
器から前記現像装置へ前記トナー及びキャリアの補給を
行なう手段と、画像形成時以外の感光体と現像スリーブ
間の電位差を、画像形成時の感光体上の非画像部と現像
スリーブ間の電位差より大きくすることによって、前記
現像装置から前記感光体上へ前記２成分現像剤の排出を
行なう機構を有し、前記補給現像剤量予測手段の予測値
によって、前記画像形成時以外の感光体と現像スリーブ
間の電位差を適宜変えることを特徴とする画像形成装
置。

【００１５】本発明の第２は、前記補給現像剤量予測手
段が、前記感光体上に形成される画像の画素数の積算値
を検出するビデオカウント装置であることを特徴とする
画像形成装置。

【００１６】本発明の第３は、前記補給現像剤量検出手
段が、前記現像剤補給容器から前記現像装置に現像剤を
搬送する補給スクリューの駆動時間を検出する装置であ
ることを特徴とする画像形成装置。

【００１７】本発明の第４は、前記現像剤排出時の現像
バイアスを直流バイアスとすることで、表層にトナーが
スペントして、抵抗値が高くなったキャリアを優先的に
前記感光体上に排出することを特徴とする画像形成装
置。

【００１８】本発明の第５は、前記排出されるキャリア
の抵抗率が、１０⁸Ω・ｃｍ以上、且つ、１０¹²Ω・ｃ
ｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。

【００１９】本発明の第６は、前記排出された現像剤
を、クリーニング装置で回収することを特徴とする請画
像形成装置。

【００２０】本発明の第７は、前記クリーニング装置
を、磁気ブラシクリーニング装置としたことを特徴とす
る画像形成装置。

【００２１】本発明の第８は、前記感光体を、アモルフ
ァスシリコン感光体としたことを特徴とする画像形成装
置。

【００２２】（作用）長期の使用による現像剤の劣化
は、キャリア表面にトナーが固着する所謂トナースペン
トと、トナーから離脱した外添剤がキャリア表面に付着
する所謂外添剤付着の２つが大きな原因である。キャリ
アに比べてトナーの抵抗率は高いため、トナースペント
が進行していくとキャリアの抵抗率は高くなる。キャリ
アはトナーと接触し摩擦帯電することで、トナーと逆極
性に帯電するが、現像スリーブや空気中に放電すること
で徐々に減衰する。しかし、トナースペントが起こり抵
抗率が高くなると減衰しずらくなるため、初期キャリア
に比べてトリボが高くなる。トリボの高い劣化キャリア
は初期キャリアより、かぶり取り電位（トナーに対し、
感光体から現像スリーブ側に力が働く電位：Ｖｂａｃｋ
電位）によって感光体に現像され易い。また、外添剤付
着量が多いとスペーサー効果によって、キャリアはトナ
ーや現像スリーブから離れやすい。つまり、所謂劣化し
たキャリアほどＶｂａｃｋ電位によって感光体に現像さ
れやすい。

【００２３】一方、直流バイアス（以下ＤＣ現像バイア
ス）に交流バイアス（以下ＡＣ現像バイアス）を重畳し
た現像バイアス（以下ＤＣ＋ＡＣ現像バイアス）によっ
て、画像形成を行なう方法が高画質現像に欠かすことが
できない技術の一つとなっており、今後も現像バイアス
の主流の一つなっていくと思われる。このＡＣ＋ＤＣ現
像バイアスで、Ｖｂａｃｋ電位によりキャリアを感光体
上に現像すると、交流成分の振幅電位が大きいほど、低
抵抗のキャリア、つまり、補給されたばかりの劣化して
いないキャリアから感光体に多くの電荷が注入され、感
光体上に付着しやすくなるので、高抵抗の劣化したキャ
リアが感光体上に付着する優先度があまり高くない。し
かし、ＤＣ現像バイアスでＶｂａｃｋ電位によりキャリ
アを感光体上に現像すると、低抵抗の劣化していないキ
ャリアから感光体上への電荷の注入量が激減するため、
劣化していないキャリアの感光体上への付着がほとんど
起こらず、高抵抗のキャリア、つまり、劣化したキャリ
アのＶｂａｃｋ電位による静電的な感光体上への付着が
支配的となる。このように、ＤＣ現像バイアスで感光体
上にキャリアを現像することによって、劣化したキャリ
アを優先的に感光体上に排出することができるため、少
ないキャリア交換量でも、現像装置に収容される現像剤
は高いレベルの状態を維持することができ、ランニング
コストの低減が可能となる。

【００２４】一方、上記の現像剤排出を感光体上の画像
形成域に行なうことは、白地部へのキャリア付着、トナ
ーかぶり等の画質の観点から実質的に不可能である。従
って、現像剤の排出は非画像形成域において行なう必要
がある。この感光体上の非画像形成域には、感光体の長
手方向の端部と回転方向の非画像域の２つがあるが、長
手方向の端部に現像剤排出域を設けると、画像形成装置
全体が大型化してしまい、画像形成装置自体のコストの
増加を引き起こす。しかし、現像剤の排出を回転方向の
非画像域で行なえば、上記の問題が解消される。

【００２５】ところで、２成分現像方式では現像装置に
収容される２成分現像剤のトナー濃度を一定に保つこと
が重要であるため、画像形成で消費したトナー量と同量
のトナーを補給する必要がある。しかし、トナーに微量
のキャリアを混合した現像剤を補給する場合では、毎画
像形成後に現像装置内に補給されるキャリア量がトナー
消費量、つまり画像濃度に依存する。そこで、本発明に
おける画像形成装置には、毎画像形成後に現像装置に補
給される現像剤量を予測する補給現像剤量予測手段を設
けており、その予測値によって、現像剤排出時のＶｂａ
ｃｋ電位を適宜変えて、現像装置から感光体上に排出す
る現像剤量を変えている。具体的には、補給現像剤量予
測手段はビデオカウント装置、もしくは、現像剤補給ス
クリューの駆動時間を検出する装置である。上記の手段
により、補給現像剤に含まれるキャリアと同量のキャリ
アを含む現像剤量を感光体上に排出することができ、如
何なる画像面積の長期にわたる画像形成後でも、現像装
置に収容される２成分現像剤量を安定して維持すること
ができる。

【００２６】さらに、感光体上に排出された現像剤の回
収を、クリーニング装置によって行なうため、現像剤の
排出および回収を行なうための特別な排出経路などが必
要ない、簡易な構成でよく、現像剤を感光体上に排出す
る構成としているので、単色画像形成装置や、回転方
式、タンデム方式などの様々な構成のフルカラー画像形
成装置に適用することができる。

【００２７】こららによって、現像剤を自動交換してメ
ンテナンス性を上げ、現像剤の排出を行なうための複雑
な構成を必要とせず、長期の画像形成においても現像剤
の状態を高いレベルで維持することができ、且つ、現像
装置に収容される現像剤量を安定して維持することがで
きる画像形成装置を提供することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）図１は本実施例
の現像装置を説明する図、また図２はこの現像装置を用
いた画像形成装置を説明する図である。

【００２９】まず画像形成装置全体の動作について説明
する。図２において、まず帯電器２１によって帯電され
た感光ドラム２８表面をレーザー２２によって露光する
ことで感光ドラム２８上に静電潜像を形成し、この潜像
を現像装置１によって現像することで感光ドラム２８上
にトナー像を形成する。このトナー像が転写帯電器２３
による転写バイアスによって、転写ベルト２４によって
搬送される記録紙２７に転写された後、記録紙２７は転
写ベルト２４から剥離され、定着器２５によって加圧／
加熱され、永久画像を得る。転写後に感光ドラム２８上
に残った残トナーはクリーナー２６により除去され、次
の画像形成に備える。また、画像形成装置には図示しな
いビデオカウント装置が具備されており、感光ドラム２
８上に形成される画像の画素数の積算値を検出を行な
う。

【００３０】次に図１によって、現像装置１について詳
しく説明する。

【００３１】現像装置１には、非磁性トナ−と磁性キャ
リアからなる２成分現像剤が収容されており、その混合
比は重量比でおおよそ７：９３程度である。この比はト
ナーの帯電量、キャリア粒径、画像形成装置の構成など
で適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数
値に従わなければいけないものではない。

【００３２】現像装置１は感光ドラム２８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１
の矢印方向に回転し、現像容器２内の２成分現像剤を層
状に保持して現像領域に担持搬送し、感光ドラム２８と
対向する現像領域に２成分現像剤を供給して、感光ドラ
ム２８に形成されている静電潜像を現像する。静電潜像
を現像した後の現像剤は、現像スリーブ３の回転にした
がって搬送され、現像容器２内に回収される。また現像
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）、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）により現像容器２内を循環し、
また混合攪拌される。現像剤循環の方向は、本実施例で
は第１現像剤循環スクリュー２ａ側で図１の手前側から
奥側に向かう方向、第２現像剤循環スクリュー２ｂ側で
は図１の奥側から手前側に向かう方向である。

【００３３】現像剤カートリッジ５は図３に示すよう
に、略円筒形で画像形成装置本体から容易に脱着可能で
ある。現像剤カートリッジ５を画像形成装置に手前側か
ら挿入し、手前側の把手５ｃを右側にひねることで回転
し、現像剤補給口６が開口する。なお現像剤カートリッ
ジ５を画像形成装置から離脱する際には把手５ｃを左側
にひねることで開口部が閉じ、内包する粉体が外部にも
れることはない。また現像剤カートリッジ５内には、補
給される現像剤を攪拌するための攪拌部材７が内蔵され
ている。図３に現像剤カートリッジ５の内部が一部示さ
れているが、攪拌部材７はこれに示したように樹脂フィ
ルムなどをらせん状にしたものを剛体の軸で回転駆動す
るようにしたもので、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、また現像剤の補給を補助
する。

【００３４】画像形成によって消費された分のトナー
は、攪拌部材７の回転力と重力によって、現像剤カート
リッジ５から現像剤補給口６を通過して、現像容器２に
配設された補給スクリュー８へと搬送され、補給スクリ
ュー８の回転に従い現像容器２内に補給される。

【００３５】こ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２成分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
キャリアを徐々に補給していくことになる。補給される
現像剤のキャリアの比が多くなれば同じ量のトナー補給
でキャリアの入れ替わり量が多くなり、現像器１内の２
成分現像剤はフレッシュな状態に近づくが、その分キャ
リアの消費量が多くなる。このためそれぞれの装置にお
いて適当な混合比を別途定めるのが好ましい。

【００３６】また、２成分現像剤の補給量は補給スクリ
ュー８の回転数によっておおよそ定められるが、この回
転数は図示しない現像剤補給量制御手段によって定めら
れる。現像剤補給量制御の方法としては２成分現像剤の
トナー濃度を光学的あるいは磁気的に検知するものや、
感光ドラム２８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などさまざまな方法が知られている
ので、いずれかの方法を適宜選択することが可能であ
る。

【００３７】次に、本実施例にて用いられる２成分現像
剤について説明する。

【００３８】トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必
要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロ
イダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着
色粒子とを有している。そして、トナーは、負帯電性の
ポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は５μｍ以
上、８μｍ以下が好ましい。本実施例では７．０μｍで
あった。

【００３９】又キャリアは、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
などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライト
などが好適に使用化能であり、これらの磁性粒子の製造
法は特に制限されない。そして、キャリアは、重量平均
粒径が２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであ
り、抵抗率が１０⁷Ωｃｍ以上、好ましくは１０⁸Ωｃｍ
以上である。本実施例では１０⁸Ωｃｍのものを用い
た。

【００４０】尚、本実施例にて用いられるトナーについ
て、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定し
た。

【００４１】測定装置としては、コールターカウンター
ＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）、個数平均分布、体積
平均分布を出力するためのインターフェース（日科機
製）及びＣＸ−Ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン
製）を使用し、電界水溶液として、一級塩化ナトリウム
を用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液を使用した。

【００４２】測定方法は以下に示す通りである。即ち、
上記の電界水溶液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ホン酸塩
を０．１ｍｌ加え、測定試料を０．５〜５０ｍｇ加え
る。

【００４３】試料を懸濁した電界水溶液は超音波分散器
で約１〜３分間分散処理を行ない、上記のコールターカ
ウンターＴＡ−ＩＩ型により、アパーチャーとして１０
０μｍアパーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度
分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた
体積平均分布より、体積平均粒径を得る。

【００４４】又、本実施例にて用いられるキャリアの抵
抗率は、測定電極面積４ｃｍ、電極間間隔０．４ｃｍの
サンドイッチタイプのセルを用いて、片方の電極に１ｋ
ｇの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃ
ｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵
抗率を得る方法によって測定した。

【００４５】本実施例においては、上記のキャリア及び
トナーを９３：７の比で混合した２成分現像剤の２００
ｇをスタート剤として用いている。キャリアとトナーの
混合比、現像剤量は画像形成装置や現像装置によって適
宜決めればよく、この値に限定されるものではない。

【００４６】次に、現像剤の排出方法について図４、５
を用いて詳しく説明する。

【００４７】図４は、図２の画像形成装置を上方向から
示したもので、感光ドラム２８上の画像形成域２８ａ、
非画像形成域２８ｂを示している。非画像形成域２８ｂ
は画像形成域２８ａ間にあり、回転方向の幅は略３０ｍ
ｍである。現像剤の排出をこの非画像形成域２８ｂにの
み行なうので、画像形成域２８ａにはキャリア付着、白
地部へのトナーかぶり等の現像剤排出に伴う画像不良は
全く起こらない。

【００４８】図５（ａ）は、帯電器２１によって帯電さ
れた感光ドラム２８表面をレーザー２２によって露光し
た後の、ドラム回転方向のドラム上電位と現像装置に印
加される現像バイアス電位を表している。

【００４９】感光ドラム２８は帯電器によって−７００
Ｖに一様に帯電され、画像形成域２８ａの画像部はレー
ザによって露光され−２００Ｖになる。画像形成域２８
ａを現像する時の現像バイアスはＡＣ＋ＤＣ現像バイア
スで、ＡＣ成分の振幅は９００Ｖ、ＤＣ成分電位は−５
５０Ｖであり、現像電位（Ｖｃｏｎｔ電位）＝３５０Ｖ
でドラム上にトナーが現像され、白地部はかぶり取り電
位（Ｖｂａｃｋ電位）＝１５０Ｖでドラム上からかぶり
トナーが現像スリーブ側に引き戻される。図６（ａ）に
示す、ＡＣ＋ＤＣ現像バイアスにおけるＶｂａｃｋ電位
とキャリア付着量の関係からわかるように、１５０Ｖの
Ｖｂａｃｋ電位では、キャリアに働くドラム側に引き付
ける静電気的な力が、現像スリーブの磁気力によって現
像スリーブ側に引き付ける力より弱いので、キャリアが
ドラムに付着することはない。

【００５０】感光ドラム上の非画像形成域２８ｂでは、
画像形成域と同様に感光ドラムは−７００Ｖに帯電して
おり、現像バイアスは電位が−２５０〜−４５０Ｖの範
囲で可変な、ＤＣ現像バイアスである。図６（ｂ）に示
す、ＤＣ現像バイアスにおけるＶｂａｃｋ電位とキャリ
ア付着量の関係からわかるように、この場合は、感光ド
ラム上へのキャリア付着が起こる。さらに、「課題を解
決するための手段および作用」で述べたように、この時
感光ドラム上に付着するキャリアは、劣化したキャリア
が優先的である。また、感光ドラム上に付着したキャリ
アは感光ドラム上で搬送されてクリーニング装置で回収
される。

【００５１】次に、本実施例における特徴な部分であ
る、現像剤排出時のＶｂａｃｋ電位の決定方法について
説明する。

【００５２】図７はビデオカウント装置の検出値から現
像剤排出時のＶｂａｃｋ電位を決定する手順を示したも
のである。ビデオカウント装置の検出値は感光体上に形
成される画像の画像数の積算値、つまり、画像濃度を示
すものであり、この検出値から画像形成で消費されるト
ナー量の予測値がわかる。画像形成後には、消費された
トナーと同量のトナーを含んだ量の２成分現像剤が現像
装置に補給されるので、消費トナー量の予測値から予測
補給現像剤量がわかる。図８に示す、非画像形成域の全
域におけるＶｂａｃｋ電位と排出キャリア量との関係か
ら、排出キャリア量が予測補給現像剤量に含まれるキャ
リアと同量となるように、Ｖｂａｃｋ電位を定めればよ
く、Ｖｂａｃｋ電位は現像バイアス電位を適当な電位と
することで自在に変えており、例えば、ビデオカウント
装置が検出した画像濃度が５％の時は現像装置に５ｍｇ
のキャリアが補給されるのでＶｂａｃｋ電位は３００
Ｖ、１５％の時は１５ｍｇにキャリアが補給されるので
３３０Ｖ、３０％の時は３０ｍｇのキャリアが補給され
るので３７０Ｖとしている。

【００５３】上記の構成にように、ビデオカウント装置
が検出した検出値に従って、現像剤排出時のＶｂａｃｋ
電位を適当な電位とすることで、現像装置に補給される
キャリア量と同量のキャリアを感光体上に排出すること
が可能となる。

【００５４】図１１は長期にわたり画像形成を行なう際
に、ビデオカウント装置の検出値からＶｂａｃｋ電位を
変えてキャリアの排出量を変える場合とＶｂａｃｋを３
２０Ｖの固定値として一定のキャリア量を排出する場合
での現像装置１に収容される現像剤量の推移を示してい
る。図１１（ａ）はＡ４サイズで画像濃度が２５％の高
画像濃度原稿の画像形成を長期にわたり行なった時の現
像剤量の推移である。この場合、現像剤排出時のＶｂａ
ｃｋを３２０Ｖとすると、毎画像形成後に現像装置１に
補給される現像剤に含まれるキャリア量が、感光ドラム
上に排出されるキャリア量よりも多いため、４０Ｋ後に
は現像剤が５０ｇ増加してしまう。この時、現像装置１
から現像剤が溢れ始め、また、白地部へのトナーかぶり
も目立つようになる。しかし、Ｖｂａｃｋ電位を適宜変
えることにより、このような現像剤量の変化は起こらな
くなり、上記のような問題は起こらない。次に図１１
（ｂ）はＡ４サイズで画像濃度が５％の低画像濃度原稿
の画像形成を長期にわたり行なった時の現像剤量の推移
である。現像剤排出時のＶｂａｃｋが３２０Ｖの固定値
の場合、毎画像形成後に現像装置１に補給される現像剤
に含まれるキャリア量が、感光ドラム上に排出されるキ
ャリア量よりも少ないため、４０Ｋ後には現像剤が５０
ｇ減少してしまう。この時、現像スリーブ上の長手方向
における現像剤量にムラが生じるため、画像の長手方向
で濃度ムラなどの画像不良が発生する。しかし、Ｖｂａ
ｃｋ電位を適宜変えることにより、このような現像剤量
の変化は起こらなくなり、上記のような問題は起こらな
い。

【００５５】本実施例にて用いた感光ドラム上電位、現
像バイアス、Ｖｃｏｎｔ電位、Ｖｂａｃｋ電位、非画像
形成域幅等の値はこれらの値に限ったものではなく、現
像剤や装置構成の違いによって適宜変わるものである。
例えば、本実施例においては現像剤排出時のＶｂａｃｋ
電位を現像バイアス電位によって変えているが、図５
（ｂ）に示すように、現像バイアス電位を画像形成時と
同電位とし、感光ドラム２８上の帯電電位を適当な電位
とすることで、Ｖｂａｃｋ電位を変える方式でも良い。

【００５６】以上説明したように、本発明の第１実施例
の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と初期の画質を維持するという高
画質高安定を有しつつ、長期にわたる画像形成後におい
ても現像装置に収容される現像剤量が初期と変わらない
という現像剤量の長期安定性を簡易な構成で実現するこ
とができる。

【００５７】（第２の実施例）次に本発明の第２の実施
例ついて説明する。

【００５８】本実施例では、補給現像剤量の予測を補給
スクリュー８の駆動時間を検出することによって行なっ
ており、その他の構成などは第１の実施例での説明と同
様である。

【００５９】図９は本実施例の特徴的な部分である、補
給スクリュー８の駆動時間から現像剤排出時のＶｂａｃ
ｋ電位を決定する方法を示したものである。本実施例で
は、図示しない現像剤補給量制御手段によって現像剤補
給量が決定され、補給スクリュー８が定められた回転数
だけ回転することによって、現像装置１に所定の現像剤
量を供給している。従って、本実施例では、補給スクリ
ュー８の駆動時間として回転時間を検出しており、この
検出値によって、補給現像剤量は予測可能である。そし
て、実施例１と同様に、図８に示すＶｂａｃｋ電位と排
出キャリア量との関係から、排出キャリア量が予測補給
現像剤量に含まれるキャリアと同量となるように、Ｖｂ
ａｃｋ電位を適当な電位にしている。

【００６０】上記の構成のように、補給スクリューの駆
動時間の検出値に従って、現像剤排出時のＶｂａｃｋ電
位を適当な電位とすることで、現像装置に補給されるキ
ャリア量と同量のキャリアを感光体上に排出することが
可能となる。

【００６１】補給スクリュー８の駆動時間の検出値から
Ｖｂａｃｋ電位を変えて現像剤の排出量を変えることに
よる現像装置１に収容される現像剤量の安定性は、実施
例１と同等であり、その効果は図１１に示される高画像
濃度および低画像濃度原稿を長期にわたり画像形成する
時の現像剤量推移の結果とほぼ同様である。

【００６２】本実施例にて用いた感光ドラム上電位、現
像バイアス、Ｖｃｏｎｔ電位、Ｖｂａｃｋ電位、非画像
形成域幅等の値はこれらの値に限ったものではなく、現
像剤や装置構成の違いによって適宜変わるものである。

【００６３】以上説明したように、本発明の第２実施例
の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と初期の画質を維持するという高
画質高安定を有しつつ、長期にわたる画像形成後におい
ても現像装置に収容される現像剤量が初期と変わらない
という現像剤量の長期安定性を簡易な構成で実現するこ
とができる。

【００６４】（第３の実施例）次に本発明の第３の実施
例ついて説明する。

【００６５】本実施例では、現像装置から感光体上にキ
ャリアを排出する時間を変えることによって、感光体上
に排出するキャリア量を変えており、その他の構成は実
施例１と同様である。

【００６６】図５（ｃ）は本実施例において、帯電器２
１によって帯電された感光ドラム２８表面をレーザー２
２によって露光した後の、ドラム回転方向のドラム上電
位と現像装置に印加される現像バイアス電位を表してい
る。

【００６７】感光ドラム２８は帯電器によって−７００
Ｖに一様に帯電され、画像形成域２８ａの画像部はレー
ザによって露光され−２００Ｖになる。画像形成域２８
ａを現像する時の現像バイアスはＡＣ＋ＤＣ現像バイア
スで、ＡＣ成分の振幅は９００Ｖ、ＤＣ成分電位は−５
５０Ｖであり、現像電位（Ｖｃｏｎｔ電位）＝３５０Ｖ
でドラム上にトナーが現像され、白地部はかぶり取り電
位（Ｖｂａｃｋ電位）＝１５０Ｖでドラム上からかぶり
トナーが現像スリーブ側に引き戻され、この時は、キャ
リアに働くドラム側に引き付ける静電気的な力が、現像
スリーブの磁気力によって現像スリーブ側に引き付ける
力より弱いので、キャリアがドラムに付着することはな
い。

【００６８】感光ドラム上の非画像形成域２８ｂでは、
感光ドラムは−７００Ｖに帯電しており、現像バイアス
は、現像剤の排出を行なわない時は画像形成域２８ａを
現像する時と同様のバイアスとし、現像剤の排出を行な
う時はＤＣ現像バイアスとし、現像バイアス電位は２５
０Ｖとしており、Ｖｂａｃｋ電位は４５０Ｖである。

【００６９】次に、本実施例の特徴的な部分である、現
像剤の排出時間を決定する方法について説明する。

【００７０】図１２は非画像形勢域２８ｂにおける現像
剤排出域２８ｃを示したものである。現像剤排出域２８
ｃは長手方向の長さが非画像形成域２８ｂと同じであ
り、回転方向の長さＬを（Ｌ≦３０ｍｍ）変えること
で、現像剤の排出面積を変えている。

【００７１】図１３は本実施例において、ビデオカウン
ト装置の検出値から現像剤の排出時間を決定する手順を
示したものである。ビデオカウント装置の検出値から、
毎画像形成後に現像装置１に補給されるキャリアの予測
量は実施例１と同様の方法によって決定する。図１３に
現像剤排出域２８ｃの長手方向の長さＬと現像剤排出量
との関係を示す。上記求めた補給キャリア予測量と同量
のキャリアを感光体上に排出するように、図１４の関係
から長さＬを決定しており、この長さＬは現像バイアス
電位を２５０ＶとしてＶｂａｃｋ電位を４５０Ｖとする
時間によって、適当に変えている。例えば、ビデオカウ
ント装置が検出した画像濃度が５％の時は５ｍｇのキャ
リアが補給されるのでＬが１．５ｍｍ、１５％の時は１
５ｍｇのキャリアが補給されるのでＬが４．５ｍｍ、３
０％の時は３０ｍｇのキャリアが補給されるのでＬが
９．０ｍｍととなるように、現像バイアス電位を２５０
Ｖとする時間を適宜決めている。

【００７２】上記の構成によって、長期の画像形成中に
おいて現像装置１に収容される現像剤量は実施例１と同
等の安定性有し、その効果は図１１に示される高画像濃
度および低画像濃度原稿を長期にわたり画像形成する時
の現像剤量推移の結果とほぼ同様である。

【００７３】本実施例にて用いた感光ドラム上電位、現
像バイアス、Ｖｃｏｎｔ電位、Ｖｂａｃｋ電位、非画像
形成域幅の現像剤排出域幅等の値はこれらの値に限った
ものではなく、現像剤や装置構成の違いによって適宜変
わるものである。

【００７４】以上説明したように、本発明の第３実施例
の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と初期の画質を維持するという高
画質高安定を有しつつ、長期にわたる画像形成後におい
ても現像装置に収容される現像剤量が初期と変わらない
という現像剤量の長期安定性を簡易な構成で実現するこ
とができる。

【００７５】（第４の実施例）次に本発明の第４の実施
例ついて説明する。

【００７６】図１０に示すように、本実施例ではクリー
ニング装置を磁気ブラシクリーニング装置２６としたも
ので、その他の構成や現像剤の排出方法などは第１の実
施例での説明と同様である。

【００７７】磁気ブラシクリーニング装置は、キャリア
を直接にマグネットに、あるいはマグネットを内包する
スリーブ上に磁気的に拘束させて、磁気ブラシ部を形成
したものであり、停止あるいは回転させて磁気ブラシ部
を感光体に接触させ、感光ドラム上の現像剤を回収し、
感光ドラム上をクリーニングする。

【００７８】この方法では、ドラム上に付着したキャリ
アを磁気的に回収するため、キャリアとドラムの摺擦力
が少ないため、ドラム上に傷がつきずらい。このよう
に、クリーニング装置を磁気ブラシクリーニング装置と
することで、キャリアを回収時に、画像域にドラム傷が
発生し画質を悪化させることを防止することができる。

【００７９】（第５の実施例）次に本発明の第５の実施
例ついて説明する。

【００８０】本実施例では、感光ドラム２８をアモルフ
ァスシリコンドラムとしたものであり、その他の構成や
現像剤の排出方法などは、第１又は第２の実施例での説
明と同様である。

【００８１】感光ドラム２８は、水素化アモルファスシ
リコンを感光層として用いている。周知のようにアモル
ファスシリコンドラムは、ビッカース硬度が１５００〜
２０００ｋｇ／ｃｍ²と機械的強度が極めて高く、キャ
リア回収によってドラム上に傷がつきずらい。

【００８２】このように、感光ドラムをアモルファスシ
リコンドラムとすることで、キャリアを回収する時に、
画像域にドラム傷が発生し画質を悪化させることを防止
することができる。

【００８３】以上、５つの実施例によって本発明の画像
形成装置を説明したが、上記にあげた構成に限られるも
のではなく、本発明の提案に従ってさまざまな構成をと
ることが可能である。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
電子写真方式を用いた画像形成装置に用いられ、感光体
上の静電潜像を現像するための、トナ−とキャリアから
なる２成分現像剤を収容した現像装置であって、該現像
装置に補給するためのトナー及びキャリアを収容した現
像剤補給容器と、該現像剤補給容器から該現像装置に補
給される現像剤量を予測する補給現像剤量予測手段を具
備し、前記現像剤補給容器から前記現像装置へ前記トナ
ー及びキャリアの補給を行なう手段と、画像形成時以外
の感光体と現像スリーブ間の電位差を、画像形成時の感
光体上の非画像部と現像スリーブ間の電位差より大きく
することによって、前記現像装置から前記感光体上へ前
記２成分現像剤の排出を行なう機構を有し、前記補給現
像剤量予測手段の予測値によって、前記画像形成時以外
の感光体と現像スリーブ間の電位差を適宜変えることを
特徴とする画像形成装置とすることで、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有しつつ、長期に
わたる画像形成後においても現像装置に収容される現像
剤量が初期と変わらないという現像剤量の長期安定性を
簡易な構成で実現し提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の現像装置を説明する図
である。

【図２】本発明の第１実施例の現像装置を用いた画像
形成装置を説明する図である。

【図３】本発明の第１実施例の現像剤カートリッジを
説明する図である。

【図４】本発明の第１実施例の感光体上の画像形成域
と非画像形勢域を詳しく説明する図である。

【図５】本発明の実施例の電位を詳しく説明する図で
ある。

【図６】本発明の第１実施例のかぶり取り電位とキャ
リア付着量を説明する図である。

【図７】本発明の第１実施例のかぶり取り電位を決定
するまでのフローチャートである。

【図８】本発明の第１実施例のかぶり取り電位とキャ
リア排出量を説明する図である。

【図９】本発明の第２実施例のかぶり取り電位を決定
するまでのフローチャートである。

【図１０】本発明の第４実施例の現像装置を用いた画
像形成装置を説明する図である。

【図１１】本発明の実施例の長期にわたる画像形成中
の現像剤量推移を説明する図である。

【図１２】本発明の第３実施例の感光体上の現像剤排
出域を詳しく説明する図である。

【図１３】本発明の第３実施例の現像剤排出時間を決
定するまでのフローチャートである。

【図１４】本発明の第４実施例の感光体上の現像剤排
出域の長手方向の長さとキャリア排出量を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１現像装置２現像容器２ａ第１現像剤循環スクリュー２ｂ第２現像剤循環スクリュー３現像スリーブ４マグネット５現像剤カートリッジ５ａ把手６現像剤補給口１０トナー濃度検出装置１１パッチ検センサー２１一次帯電器２２レーザー２３転写帯電器２４転写紙搬送ベルト２５定着装置２６クリーニング装置２７転写紙２８感光ドラム２８ａ画像形成域２８ｂ非画像形成域２８ｃ現像剤排出域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒見裕二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者五十嵐けい子東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者坂巻智幸東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H027 DA38 DA50 DB01 DD00 DE07 EA05 EC06 2H073 AA03 BA02 BA13 BA22 CA03 CA13 2H077 AA03 AB02 AC02 AD36 DA08 DA12 DA13 DA42 DB08 DB25 EA03 2H134 GA01 GB02 HC01 HC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子写真方式を用いた画像形成装置に用
いられ、感光体上の静電潜像を現像するための、トナ−
とキャリアからなる２成分現像剤を収容した現像装置で
あって、該現像装置に補給するためのトナー及びキャリアを収容
した現像剤補給容器と、該現像剤補給容器から該現像装
置に補給される現像剤量を予測する補給現像剤量予測手
段を具備し、前記現像剤補給容器から前記現像装置へ前記トナー及び
キャリアの補給を行なう手段と、画像形成時以外の感光体と現像スリーブ間の電位差を、
画像形成時の感光体上の非画像部と現像スリーブ間の電
位差より大きくすることによって、前記現像装置から前
記感光体上へ前記２成分現像剤の排出を行なう機構を有
し、前記補給現像剤量予測手段の予測値によって、前記画像
形成時以外の感光体と現像スリーブ間の電位差を適宜変
えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記補給現像剤量予測手段が、前記感光
体上に形成される画像の画素数の積算値を検出するビデ
オカウント装置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】前記補給現像剤量予測手段が、前記現像
剤補給容器から前記現像装置に現像剤を搬送する補給ス
クリューの駆動時間を検出する装置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４】前記現像剤排出時の現像バイアスを直流
バイアスとすることで、表層にトナーがスペントして、
抵抗値が高くなったキャリアを優先的に前記感光体上に
排出することを特徴とする請求項１、２又は３記載の画
像形成装置。
【請求項５】前記排出されるキャリアの抵抗率が、１
０⁸Ω・ｃｍ以上、且つ、１０¹²Ω・ｃｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載
の画像形成装置。
【請求項６】前記排出された現像剤を、クリーニング
装置で回収することを特徴とする請求項１ないし５いず
れかの項に記載の画像形成装置。
【請求項７】前記クリーニング装置を、磁気ブラシク
リーニング装置としたことを特徴とする請求項６記載の
画像形成装置。
【請求項８】前記感光体を、アモルファスシリコン
感光体としたことを特徴とする請求項１、２、３、４又
は６記載の画像形成装置。