【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子写真方式、静電記録方式の複写機、プリンタなどとされる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置において、トナーと磁性キャリアを混合して現像剤として用いる２成分現像方式はよく知られており、特にカラー画像を形成する画像形成装置においてよく利用されている。
【０００３】
磁性キャリアは、通常、鉄粉、フェライト微粒子、或いは、樹脂中に磁性粉を分散した磁性樹脂粒子などを、樹脂コーティング等を施すことで抵抗調整したものが用いられる。このキャリアをトナーと適正な重量比で混合して２成分現像剤とし、これを、現像スリーブ（現像剤担持体）の内部に設けたマグネットから発生する磁力で現像スリーブ上に保持しながら像担持体である感光体に接触させる。
【０００４】
現像スリーブには感光体上の静電潜像に対して適当な量のトナーを付着させるために、バイアス電源によってバイアス電圧が印加される。バイアス電圧は、直流のみの場合や、直流に交流を重畳する場合などがある。バイアス電圧は、トナーを所定量感光体に付着させ、かつ、非画像部にはトナーを付着させないように、又、磁性キャリアが感光体に付着することがないように、設計されている。このため通常画像形成時には感光体に磁性キャリアが付着することはごく稀である。
【０００５】
しかしながら、使用条件や周囲の環境によっては感光体に磁性キャリアが付着してしまうことがあった。
【０００６】
例えば、絶対水分量が１ｇ／ｍ３を切るような低湿度環境では、トナーとキャリアの摩擦帯電が過剰になり、キャリア粒子自体のもつ電荷が高くなることによって、キャリアを拘束している磁力よりも現像バイアスによる電気力が大きくなり、感光体へのキャリア付着が生じる場合があった。感光体に付着したキャリアは、例えば、転写部においては点状の転写抜け等の不具合を引き起こすため、その付着量は実用上問題ない範囲に収めることが必要である。
【０００７】
このようなキャリア付着を防止するために、現像条件やキャリアの処方など様々な防止策が考えられているが、その中で特に有効と考えられているのが、キャリア中の微粉量を減ずることである。
【０００８】
これは、分級によって小粒径のものを取り除いたり、平均粒径が大きめになるような製造条件にすることで達成される。
【０００９】
しかし、キャリア中の微粉量が減少すると、同時にキャリアの表面積が減少するため、キャリア表面の磨耗、トナー樹脂や外添剤の付着などによる劣化に弱くなる。このため特に現像剤を長期使用した場合にトナーに適正な電荷を与えられなくなり、白地部へのかぶりを生じてしまうことがある。
【００１０】
かぶりの発生開始などはそれぞれの装置構成によって異なるが、一般に、同一構成の装置においてキャリアの表面積が少なくなるとキャリア劣化が早く、かぶりの発生が早くなる傾向にある。即ち、キャリア付着防止のための微粉量減が、かぶりによる耐久寿命の低下を招いてしまうため、現像剤の交換頻度が上がり、画像形成装置のメンテナンスの観点からも、ランニングコストの観点からも好ましくない。
【００１１】
メンテナンス性に関する解決策としては、例えば、特許文献１で提案された、「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」る構成が代表的である。
【００１２】
このような構成により、「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」となる。
【００１３】
ここで、この方式のもうひとつの作用である、「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」作用について考える。
【００１４】
この方式においては、出力枚数当たりどの程度の頻度でキャリアの補給／排出を行うかによって、現像剤特性の安定するレベルが変化する。
【００１５】
簡単に述べれば、交換頻度を多くすれば現像剤はよりフレッシュな状態で安定するかわりに、ランニングコスト的には不利になる。逆にランニングコストに有利な構成にするには、現像剤がより劣化の進んだ状態で安定するため、この状態での諸特性が画像性／機能性等の面から十分使用に耐え得るような構成にする必要がある。
【００１６】
つまり、特許文献１で提案された構成をとる場合でも、現像剤の劣化が早ければランニングコストの上昇につながってしまい、好ましくない。
【００１７】
また、キャリア付着、かぶりに対しては、クリーナーレス方式を用いた画像形成装置においては更に高いレベルの防止策が要求される。
【００１８】
クリーナーレス方式は、近年、画像形成装置の小型化・廃トナーの削減という課題に答えるべく開発されてきた方式であり、クリーナーを取り外し、感光体上の転写残トナーは現像手段によって「現像同時クリーニング」で被帯電体上から除去し現像手段に回収・再利用する構成である。
【００１９】
例えば本出願人による特許文献２によれば、帯電ローラによるクリーナーレスシステムの例があげられており、以下のように記載されている。
【００２０】
（従来例１）
現像時に現像装置から感光ドラム表面に付着されたトナーは、負極性に帯電している。このトナーは、転写時に転写ローラによって正極性に帯電され、転写材上に転写される。したがって、転写材上に転写されないで感光ドラム１表面に残った感光ドラム上残留物も、正極性に帯電していることになる。このように正極性に帯電している感光ドラム上残留物を現像時にバックコントラストによって回収するには、感光ドラム上残留物を負極性に帯電する必要がある。これを、帯電ローラによって感光ドラム表面を負極性に帯電するのと同時に行う。
【００２１】
また、本出願人による特許文献３によれば、磁気ブラシ帯電装置によるクリーナーレスシステムの例があげられており、以下のように記載されている。
【００２２】
（従来例２）
磁気ブラシ接触帯電方式・転写方式・クリーナーレスシステムの画像形成装置において、転写材に対するトナー像転写後の被帯電体に残留したトナー粒子は被帯電体の帯電部位に持ち運ばれて磁気ブラシ接触帯電装置の磁気ブラシ帯電部材の磁気ブラシ部に混入して一時的に回収され、その磁気ブラシ部に混入して一時的に回収されたトナー粒子は磁気ブラシ部から被帯電体に電気的に逐次に吐き出されて被帯電体の現像部位に持ち運ばれ、現像装置で現像同時クリーニングされる。
【００２３】
【特許文献１】
特公平２−２１５９１号公報
【特許文献２】
特開平１０−２４７０３６号公報
【特許文献３】
特開平１１−１０９８０９号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クリーナーレス方式においては、感光体に付着したキャリアはクリーナーで回収されず、そのまま帯電手段まで達してしまう。帯電手段として帯電ローラを用いている場合は、キャリアによって帯電ローラの表層が穿孔されるなどして不具合を引き起こす。また磁気ブラシを用いている場合、抵抗値の異なる現像剤のキャリアが磁気ブラシに混入することで帯電能が低下し、白地かぶりなどが発生し易くなる。また白地かぶりが発生すると、帯電ローラの場合はローラを汚し、また磁気ブラシに混入すれば抵抗値の上昇により、いずれの場合も帯電阻害を起こす。その結果また白地かぶりが発生し易くなるという悪循環を生む場合がある。
【００２５】
そこで、本発明の目的は、２成分現像方式を用いた画像形成装置、特に、クリーナーレス方式を用いた画像形成装置において、像担持体へのキャリア付着と白地かぶりとを共に抑制することで、転写抜けなどの画像弊害、更には、クリーナーレスシステムにおける帯電阻害などの弊害を防止しつつ、現像剤の長寿命化を達成することのできる現像装置及び画像形成装置を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る現像装置及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、下記の構成を特徴とする現像装置及び画像形成装置を提供する。
【００２７】
（１）像担持体に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを含む２成分現像剤で現像してトナー像とする現像装置において、
キャリアを含む補給現像剤を補給するための現像剤補給機構を備え、初期設置時に現像装置に収容されるキャリア中の微粉量が、前記現像剤補給機構によって現像装置に補給されるキャリア中の微粉量よりも少ないことを特徴とする現像装置。
【００２８】
（２）前記現像剤補給機構によって現像装置に補給されるキャリアの５０％粒径（Ｄ５０）をｄ（μｍ）としたとき、初期設置時に現像装置に収容されるキャリア中の、ｄ／２（μｍ）より小さいキャリア粒子の個数％をＮ１（％）、前記現像剤補給機構によって現像装置に補給されるキャリアのｄ／２（μｍ）より小さいキャリア粒子の個数％をＮ２（％）とすると、
Ｎ１＜１（％）、Ｎ２＞１．５（％）
であることを特徴とする上記（１）の現像装置。
【００２９】
（３）上記（１）又は（２）の現像装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【００３０】
（４）前記像担持体上に形成されたトナー像を被転写材に転写した後に前記像担持体上に残留する転写残トナーを前記像担持体から除去する手段として、転写残トナーを前記現像装置にて回収することを特徴とする上記（３）の画像形成装置。
【００３１】
（５）前記像担持体及び転写残トナーを帯電するための帯電手段を備え、前記帯電手段は、帯電ローラ又は磁気ブラシ帯電装置であることを特徴とする上記（４）の画像形成装置。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る現像装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３３】
実施例１
図１は、本発明に係る現像装置の一実施例を説明する概略構成図であり、又、図２は、本実施例の現像装置を用いた画像形成装置を説明する概略構成図である。
【００３４】
先ず、画像形成装置全体の構成及び動作について説明する。
【００３５】
本実施例において、図２に示すように、画像形成装置は、４つの画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを有している。各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれ、像担持体としての感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）を備えている。
【００３６】
感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の周りには、それぞれ、一次帯電装置１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）、露光装置１２（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）、現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）が配置されている。又、感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の下方には、中間転写装置２０が配置されている。中間転写装置２０は、中間転写体としての中間転写ベルト２１が、ローラ２２、２３、２４に張設されて、矢印方向に走行するように構成されている。
【００３７】
本実施例ではコロナ帯電装置とされる一次帯電装置１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）によって帯電された感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の表面をそれぞれ露光装置１２（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）によって露光することで感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）上に静電潜像が形成される。この潜像は、現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）によって現像することで感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）上にトナー像を形成する。
【００３８】
各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋで形成されたトナー像は、一次転写手段としての帯電ブレード１３（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）による転写バイアスによって、被転写材としての中間転写ベルト２１上に転写され重ね合わせられる。
【００３９】
中間転写ベルト２１上に形成された４色のトナー像は、ローラ２４と対向して配置された二次転写手段としての二次転写ローラ２５によって記録紙Ｐに転写される。トナー像が転写された記録紙Ｐは、定着ローラ３１、３２を備えた定着装置３０によって加圧／加熱され、永久画像を得る。
【００４０】
また、転写後に感光ドラム１０上に残った転写残トナーは、クリーナー１４（１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ）により除去され、次の画像形成に備える。
【００４１】
次に、図１を参照して現像装置１について詳しく説明する。
【００４２】
現像装置１は、現像容器２を備え、現像容器２には非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤が収容されている。
【００４３】
現像容器２は、感光ドラム１０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剤担持体としての現像スリーブ３が回転可能に配置されている。
【００４４】
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１０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１０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。
【００４５】
現像スリーブ３には直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスが不図示の現像バイアス発生手段から印加される。交流成分の波形は矩形波であり、周波数２ｋＨｚ、Ｖｐｐ２ｋＶである。この現像バイアスによって現像スリーブ３と感光ドラム１０間に交番電界を形成し、トナーをキャリアから電気的に剥離してトナーミストを形成することで、現像効率が向上する。
【００４６】
２成分現像剤について詳しく説明すると、トナーは、ポリエステルを主体とした樹脂バインダーに顔料を混錬したものを粉砕分級して得られる、体積平均粒径が８μｍ程度のものを用いる。キャリアは、フェライトを主とするコアにシリコン樹脂をコートしたものを用い、５０％粒径（Ｄ５０）は４０μｍのものを用いる。このようなトナーとキャリアを重量比で約８：９２の割合で混合し、トナー濃度（現像剤に対するトナーの重量％）８％の２成分現像剤として用いる。
【００４７】
画像形成によってトナーが消費されると、その分のトナーは、現像剤補給機構としての現像剤補給槽５から補給される。現像剤補給槽５から補給される補給現像剤は、トナーとキャリアを重量比で８５：１５の割合で混合したものであり、画像形成によって消費した分のトナーを補うと同時に現像容器２内に新しいキャリアが補給される。現像容器２中に新しいキャリアが補給された分、現像容器２内に存在する現像剤量が増加するが、その分は現像容器２の壁面に設けられた現像剤排出口６から排出される。現像剤排出口６の位置は、現像容器２内に２成分現像剤が３８０ｇとなって安定するように調整されている。
【００４８】
次に、本実施例の特徴的な部分について説明する。
【００４９】
初期状態において現像容器２に投入する初期キャリアＳは、現像剤補給槽５から補給される現像剤中の補給キャリアＲにさらに分級処理を施し、微粉量を減らしたものを用いる。微粉量の規定は、具体的には２０μｍより小さいキャリア粒子の個数％で行い、初期キャリアＳでは２０μｍより小さいキャリア粒子が０．８個数％、補給キャリアＲでは２０μｍより小さいキャリア粒子が２個数％である。
【００５０】
キャリアの粒度分布の測定装置としては、マイクロトラック粒度分析計（日機装株式会社）のＳＲＡタイプを使用し、０．７〜１２５μｍのレンジ設定で行って、キャリアの５０％平均粒径（Ｄ５０）及び粒度分布を求めた。
【００５１】
初期キャリアＳ、補給キャリアＲの初期帯電能に関して、それぞれを本実施例のトナーと混合した初期現像剤の状態にして、２水準の温湿度環境に２日間放置した後、トナー帯電量（単位はｍＣ／ｋｇ）を測定した。以下にその結果を示す。
【００５２】
初期キャリアＳ・・・２３℃５０％環境下で２７、１５℃１０％環境下で３５
補給キャリアＲ・・・２３℃５０％環境下で２６、１５℃１０％環境下で３７
これより初期の帯電能はほぼ同等であると考えられる。
【００５３】
なお、トナーの帯電量測定は、サンプル現像剤をエアで吸引して金属メッシュを通過させてトナーとキャリアを分離する際に移動する電荷量をクーロンメーターで測定することにより行った。
【００５４】
これらの初期キャリアＳ、補給キャリアＲをそれぞれ、現像剤の入れ替えのない形で画像形成耐久試験を行った。耐久試験における画像印字比率は、業界で一般的な値である５％にて行った。
【００５５】
先ず、温湿度が２３℃５０％の環境における試験の結果、初期キャリアＳの耐久試験においては、５００００枚以降は出力画像上に白地かぶりが発生した。補給キャリアＲにおいては、白地かぶりが発生したのは８００００枚以降であった。つまり、初期キャリアＳは、補給キャリアＲに比較して単位体積当たりの表面積が少ないため、トナーへの帯電付与能力の劣化が早いことが分かる。
【００５６】
また、温湿度が１５℃１０％の環境において同様の試験を行った際、初期キャリアＳでは転写抜けが生じなかったが、補給キャリアＲにおいて初期からキャリア付着起因の転写抜けが生じ、２０００枚画像を出力するまで許容できないレベルであった。これは、初期においてはキャリアの劣化があまり進んでいないため、低湿環境においてはキャリアの帯電量が高くなってしまうためである。キャリア帯電量に関しては初期キャリアＳでも同等であるが、微粉量減によりキャリア付着量が許容レベルとなっている。
【００５７】
ここで、本実施例で説明したとおり、初期の現像剤に用いるキャリアとして初期キャリアＳを用い、補給キャリアとして補給キャリアＲを用い、現像剤の自動交換をしながら画像形成耐久試験を行うと、初期においては現像容器２内のキャリアは大半が初期キャリアＳからなるため、１５℃１０％の環境においても転写抜けは発生しなかった。また、５００００枚の時点では初期キャリアＳと補給キャリアＲが混合している状態になっているため、初期キャリアＳ単独で耐久した場合に比べて帯電能低下が抑制され、白地かぶりを起こすことがない。さらに、８００００枚以降であるが、本実施例では後に説明するように、現像剤の入れ替え速度の調整により現像剤特性の安定点が丁度キャリアの入れ替え無しで７００００枚耐久した場合と同等になっているため、これ以降は現像剤の帯電付与能が不足してかぶりを引き起こすことがなくなる。
【００５８】
以上のようにして、本実施例の構成により、キャリアの帯電量が高い状態でのキャリア付着を微粉量減によって防止しつつ、耐久が進んで帯電能が低下した時期の白地かぶりを抑制するという、本発明の目的を達成することができる。
【００５９】
ここで、本実施例中で述べた、現像剤特性の安定点について詳しく説明する。
【００６０】
１個１個のキャリアが現像容器２中で使用された時間を、Ａ４画像１枚の出力を単位として「年齢」と表現する。ここで、耐久試験がある枚数ｘでの、現像容器２中のキャリアの平均年齢をＰ（ｘ）とする。
【００６１】
ここで、更に、１枚画像が形成されたとき、トナーの消費に伴なってｄ（ｇ）の新しいキャリアが補給され、同じくｄ（ｇ）の、現像容器２内に存在した現像剤が排出されるとする。計算のため、仮に画像形成とキャリアの入れ替えが時系列においてシリアルに行われるものとして、ｘ枚画像形成直後でキャリアの入れ替え直前のキャリア平均年齢をＰ（ｘ）、その直後のキャリアの平均年齢をＱ（ｘ）とすると、
Ｑ（ｘ）＝Ｐ（ｘ）×［（Ｗ−ｄ）／Ｗ］＋Ｐ（０）×［ｄ／Ｗ］ （１）
ここで、Ｐ（０）は初期剤の平均年齢であるからＰ（０）＝０であり、
Ｑ（ｘ）＝Ｐ（ｘ）×［（Ｗ−ｄ）／Ｗ］ （２）
となる。
【００６２】
また、平均年齢がＱ（ｘ）の状態から更に１枚画像を形成した状態がＰ（ｘ＋１）であり、この間キャリアは等しく画像形成に使用されたものとするので、
Ｐ（ｘ＋１）＝Ｑ（ｘ）＋１ （３）
上記式（２）、（３）より、
Ｐ（ｘ＋１）＝Ｐ（ｘ）×［（Ｗ−ｄ）／Ｗ］＋１ （４）
即ち、
Ｐ（ｘ）＝［１−（１−ｄ／Ｗ）ｘ］＊Ｗ／ｄ （５）
つまり、現像剤自動交換を行ったときのキャリアの平均年齢は、Ｗ／ｄ（＝現像容器２中のキャリア総量／１枚あたりのキャリア入れ替え量）に収束する。
【００６３】
本実施例においては、現像容器２内の現像剤量が３８０ｇ、トナー濃度が８％であるから、キャリア量が３５０ｇである。また、この画像形成装置の最大濃度を出力するためのトナー量は感光ドラム１０上で０．９ｍｇ／ｃｍ２であるので、印字比率５％の場合Ａ４用紙１枚あたり２８．１ｍｇのトナーを消費する。同時に、１枚当たりのキャリア入れ替え量は５ｍｇとなるので、キャリアの平均年齢は７００００枚となる。ここで、キャリアによるトナーへの帯電付与能や、そのときの白地かぶり量は、平均年齢推移と同様の傾向を示すことが実験によって確認されている。
【００６４】
実施例２
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
【００６５】
本実施例の画像形成装置は、実施例１の画像形成装置では設けられていた感光ドラム１０上の転写残トナーのためのクリーナー１４を備えておらず、帯電ローラークリーナーレス方式を採用したものである。装置全体の構成は実施例１に示したものとほぼ同様であるので、再度の説明は省略し、本実施例の特徴ある構成部分を図３を参照して説明する。
【００６６】
図３に示すように、本実施例では、画像形成装置の感光ドラム１０の一次帯電装置１１として、金属軸１１ａに主としてゴムからなる表層１１ｂを設け、感光ドラム１０に接触する帯電ローラを用いる。また、一次転写後に感光ドラム１０上に残った転写残トナーを帯電するために補助帯電ブラシ２６、２７が配置される。
【００６７】
上記構成とされる本実施例の画像形成装置の動作について説明する。
【００６８】
本実施例によれば、帯電ローラ１１には不図示の帯電バイアス発生手段から直流成分に交流成分を重畳した帯電バイアスが印加される。交流成分の波形は正弦波であり、周波数は１ｋＨｚ、Ｖｐｐ１．５ｋＶである。
【００６９】
このように、帯電ローラとされる一次帯電装置１１（１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃ、１１Ｋ）によって帯電された感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）の表面をそれぞれ露光装置１２（１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋ）によって露光することで感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）上に静電潜像が形成される。この潜像は、現像装置１（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ）によって現像することで感光ドラム１０（１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ）上にトナー像を形成する。これは、実施例１の場合と同様である。
【００７０】
又、実施例１と同様に、各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋで形成されたトナー像は、一次転写手段としての帯電ブレード１３（１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ）による転写バイアスによって、中間転写ベルト２１上に転写され重ね合わせられる。
【００７１】
中間転写ベルト２１上に形成された４色のトナー像は、ローラ２４と対向して配置された二次転写手段としての二次転写ローラ２５によって記録紙Ｐに転写される。トナー像が転写された記録紙Ｐは、定着ローラ３１、３２を備えた定着装置３０によって加圧／加熱され、永久画像を得る。
【００７２】
本実施例によると、一次転写後に感光ドラム１０上に残った転写残トナーは、補助帯電ブラシ２６、２７、更に、帯電ローラ１１で所定の帯電をうけ、適正な帯電量に調整されたのち現像スリーブ３によって感光ドラム１０上から除去される。
【００７３】
本実施例のトナーは、懸濁重合によって得られる球形トナーであり、体積平均粒径が８μｍ程度のものを用いる。球形のトナーを用いることで一次転写効率は９７〜９８％という高い数値を達成することができ、クリーナーレス方式において特にその効果を発揮する。
【００７４】
また、本実施例の初期キャリアＳの２０μｍより小さいキャリア粒子の割合は０．４個数％としてあり、実施例１における初期キャリアＳと比較してさらに微粉量を減少させてある。これは、本実施例のような帯電ローラークリーナーレス方式における帯電ローラ１１の表層の穿孔に対して許容できるレベルのキャリア付着量を達成させるためである。
【００７５】
その他の構成は実施例で１説明したものと同様であり、実施例１と同様の作用効果を達成し得る。
【００７６】
実施例３
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
【００７７】
本実施例の画像形成装置は、一次帯電装置１１として磁気ブラシ帯電装置を採用したクリーナーレス方式の画像形成装置である。装置全体の構成は実施例１、２に示したものとほぼ同様であるので、再度の説明は省略し、本実施例の特徴ある構成部分を図４を参照して説明する。
【００７８】
図４に示すように、本実施例では、画像形成装置の感光ドラム１０の一次帯電装置として、非磁性金属素管内にマグネットを配置した帯電スリーブ１１ａ上に、体積抵抗が１０４Ω・ｃｍ程度の磁性粒子１１ｂを保持し、磁力によって穂立ちさせた磁気ブラシを感光ドラム１０に接触する帯電磁気ブラシを用いる。
【００７９】
帯電スリーブ１１ａには不図示の帯電バイアス発生手段から直流成分に交流成分を重畳した帯電バイアスが印加される。交流成分の波形は矩形波であり、周波数は２ｋＨｚ、Ｖｐｐ６００Ｖである。
【００８０】
また、感光ドラム１０表層の樹脂中には磁気ブラシによる注入電荷を受け取るために酸化スズなどの金属酸化物が分散されており、感光ドラム１０表面を速やかに帯電することが可能となっている。
【００８１】
また、一次転写後に感光ドラム１０上に残った転写残トナーは、補助帯電ブラシ２８で所定の帯電をうけ、さらに帯電磁気ブラシ１１の磁性粒子１１ｂと混合されて摩擦帯電を受けることによって適正な帯電量に調整されて感光ドラム１０上に再び付着し、その後現像スリーブ３によって感光ドラム１０上から除去される。
【００８２】
本実施例における２成分現像剤について詳しく説明する。
【００８３】
トナーは、実施例２で述べたものと同じ物である。キャリアは、フェノール樹脂中に磁性体を分散したコアにシリコン樹脂をコートした磁性樹脂キャリアを用い、その体積抵抗は１０１３Ω・ｃｍ程度、５０％粒径（Ｄ５０）は４０μｍである。このようなトナーとキャリアを重量比で約８：９２の割合で混合し、トナー濃度（現像剤に対するトナーの重量％）８％の２成分現像剤として用いる。
【００８４】
本実施例では、微粉量の規定は２０μｍより小さいキャリア粒子の個数％で行った。また、キャリアの微粉量はそれぞれ、初期キャリアＳで２０μｍより小さいキャリア粒子が０．７個数％、補給キャリアＲで２０μｍより小さいキャリア粒子が２．２個数％である。
【００８５】
その他の構成は、実施例１、２で説明した画像形成装置と同様である。
【００８６】
以上のような構成により、磁気ブラシ帯電装置によるクリーナーレス方式を用いた画像形成装置においても、現像キャリアの磁気ブラシへの混入を抑制することができる。
【００８７】
以上、実施例１、２、３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。
【００８８】
例えば、キャリアの微粉量の規定に関して、上記実施例ではキャリアの５０％粒径（Ｄ５０）を４０μｍ、微粉量を規定する境界値を２０μｍとして、各微粉量を記載したが、補給キャリアＲの５０％粒径（Ｄ５０）をｄ（μｍ）としたとき、初期キャリアＳ中のｄ／２（μｍ）より小さいキャリア粒子の個数％をＮ１（％）、補給キャリアＲ中のｄ／２（μｍ）より小さいキャリア粒子の個数％をＮ２（％）とすると、
Ｎ１＜１（％）、Ｎ２＞１．５（％）
とすることで本発明の効果を得ることができる。
【００８９】
Ｎ１≧１（％）の場合は、初期状態で低湿環境におけるキャリア付着量が許容レベルを超えてしまう場合があった。また、Ｎ２＜１．５（％）とすると、キャリアＲのみでキャリア入れ替え無しの耐久を行った場合に、白地かぶりをおこすまでの枚数がキャリアＳの場合に近づき、本発明の効果を十分に得ることができなかった。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置及び画像形成装置は、現像装置が、像担持体に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを含む２成分現像剤で現像してトナー像とする構成であって、更に、キャリアを含む補給現像剤を補給するための現像剤補給機構を備え、初期設置時に現像装置に収容されるキャリア中の微粉量が、現像剤補給機構によって現像装置に補給されるキャリア中の微粉量よりも少ない構成とされるので、
（１）キャリアの帯電量が高い状態でのキャリア付着を防止しつつ、耐久が進んで帯電能が低下した時期の白地かぶりを抑制することができる。
（２）主として樹脂からなるような中間転写体を備えた画像形成装置においては、キャリア付着による転写抜けが目立ちやすい構成において特にその効果を発揮する。
（３）特に、像担持体上に形成されたトナー像を転写した後にその像担持体上に残留する転写残トナーを像担持体から除去する手段として、転写残トナーを帯電手段により再帯電した後に現像装置で回収するクリーナーレス方式を用いた画像形成装置において有効である。
【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現像装置の概略構成図である。
【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画像形成装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第２実施例の画像形成装置を説明する画像形成装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施例の画像形成装置を説明する画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 現像装置
２ 現像容器
３ 現像スリーブ（現像剤担持体）
４ マグネット（磁界発生手段）
５ 現像剤補給槽（現像剤補給機構）
６ 現像剤排出口
１０ 感光ドラム（像担持体）
１１ 一次帯電装置
１２ 露光装置
１３ 帯電ブレード（一次転写手段）
１４ クリーナー
２０ 中間転写装置
２１ 中間転写ベルト（中間転写体）
２５ 二次転写ローラ（二次転写手段）
２６、２７、２８ 補助帯電ブラシ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus, such as an electrophotographic or electrostatic recording type copying machine or printer.
[0002]
[Prior art]
In an electrophotographic image forming apparatus, a two-component developing method in which a toner and a magnetic carrier are mixed and used as a developer is well known, and is particularly often used in an image forming apparatus for forming a color image.
[0003]
As the magnetic carrier, iron powder, ferrite fine particles, or magnetic resin particles obtained by dispersing magnetic powder in a resin or the like, whose resistance is adjusted by applying a resin coating or the like, are usually used. This carrier is mixed with the toner at an appropriate weight ratio to form a two-component developer. The two-component developer is held on the developing sleeve by a magnetic force generated from a magnet provided inside the developing sleeve (developer carrying member) while holding the image on the developing sleeve. It comes in contact with the photoreceptor which is the body
[0004]
A bias voltage is applied to the developing sleeve by a bias power supply in order to attach an appropriate amount of toner to the electrostatic latent image on the photoconductor. The bias voltage may be DC only or AC may be superimposed on DC. The bias voltage is designed so that a predetermined amount of toner adheres to the photoreceptor, the toner does not adhere to the non-image portion, and the magnetic carrier does not adhere to the photoreceptor. For this reason, it is extremely rare that the magnetic carrier adheres to the photoconductor during normal image formation.
[0005]
However, depending on the use conditions and the surrounding environment, the magnetic carrier sometimes adheres to the photoconductor.
[0006]
For example, the absolute water content is 1 g / m 3 In a low-humidity environment, such as cutting off the toner, the frictional charge between the toner and the carrier becomes excessive and the charge of the carrier particles themselves increases, so that the electric force due to the developing bias becomes larger than the magnetic force constraining the carrier, In some cases, carrier adhesion to the photoreceptor occurred. Carriers adhering to the photoreceptor, for example, cause problems such as dot-like transfer omissions in the transfer portion, and therefore the amount of the carriers must be within a practically acceptable range.
[0007]
In order to prevent such carrier adhesion, various preventive measures such as development conditions and prescription of the carrier have been considered. Among them, the most effective method is to reduce the amount of fine powder in the carrier. It is.
[0008]
This can be achieved by removing small particles having a small particle size by classification or by making the production conditions such that the average particle size becomes large.
[0009]
However, when the amount of fine powder in the carrier is reduced, the surface area of the carrier is reduced at the same time, so that the carrier is less susceptible to deterioration due to abrasion of the carrier surface, adhesion of the toner resin and external additives, and the like. For this reason, especially when the developer is used for a long period of time, an appropriate charge cannot be given to the toner, and a fog may occur on a white background.
[0010]
The start of fogging, etc., differs depending on the configuration of each device. However, in general, when the surface area of the carrier is reduced in a device having the same configuration, carrier deterioration tends to be quick, and fog generation tends to be quick. That is, since the reduction in the amount of fine powder for preventing carrier adhesion causes a reduction in the durability life due to fogging, the frequency of replacement of the developer increases, which is preferable from the viewpoint of maintenance of the image forming apparatus and also from the viewpoint of running cost. Absent.
[0011]
As a solution for the maintainability, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. HEI 11-163873 proposes “a stirring means for stirring the carrier and the toner, and a developing roll for supplying the developer stirred by the stirring means to the photoreceptor. In a developing apparatus for an electrophotographic copying machine, a carrier replenishing device and a toner replenishing device are separately or integrally provided above the stirring means, and a developer overflow portion is provided on a side wall of the developing device housing. " It is.
[0012]
With such a configuration, the old developer in the housing of the developing device is automatically discharged sequentially from the overflowing portion of the developer, so that the developing device is detached from the copier as in the related art. It is not necessary to take out the old developer in the housing, refill it with new developer, and then mount the developing device again.
[0013]
Here, another operation of this method, that is, the operation "the characteristics of the developer in the developing device housing can be kept constant, and as a result, the image quality of the copy is also kept constant" will be considered.
[0014]
In this method, the level at which the developer characteristics are stabilized changes depending on how often the carrier is supplied / discharged per output sheet.
[0015]
To put it simply, if the frequency of replacement is increased, the developer stabilizes in a fresher state, but is disadvantageous in terms of running cost. On the other hand, in order to make the structure advantageous in running cost, the developer is stabilized in a state of further deterioration, so that various characteristics in this state can sufficiently withstand use in terms of imageability / functionality. Must be configured.
[0016]
That is, even when the configuration proposed in Patent Document 1 is adopted, if the deterioration of the developer is rapid, the running cost is increased, which is not preferable.
[0017]
Further, with respect to carrier adhesion and fogging, an image forming apparatus using a cleanerless system requires a higher level of prevention.
[0018]
In recent years, the cleaner-less method has been developed to respond to the issues of miniaturization of image forming apparatuses and reduction of waste toner. The cleaner is removed, and the transfer residual toner on the photoreceptor is removed by a developing unit. And removes from the member to be charged and collects and reuses it in the developing means.
[0019]
For example, according to Patent Literature 2 by the present applicant, an example of a cleanerless system using a charging roller is given, which is described as follows.
[0020]
(Conventional example 1)
The toner attached to the surface of the photosensitive drum from the developing device during the development is charged to a negative polarity. This toner is charged to a positive polarity by a transfer roller during transfer, and is transferred onto a transfer material. Therefore, the residue on the photosensitive drum 1 remaining on the surface of the photosensitive drum 1 without being transferred onto the transfer material is also positively charged. In order to recover the positively charged residue on the photosensitive drum by the back contrast during development, it is necessary to charge the negatively charged residue on the photosensitive drum. This is performed at the same time as the surface of the photosensitive drum is negatively charged by the charging roller.
[0021]
Further, according to Patent Document 3 by the present applicant, an example of a cleanerless system using a magnetic brush charging device is described, and is described as follows.
[0022]
(Conventional example 2)
In an image forming apparatus using a magnetic brush contact charging method, a transfer method, and a cleaner-less system, toner particles remaining on a member to be charged after transfer of a toner image to a transfer material are carried to a charged portion of the member to be charged and contact with a magnetic brush. The toner particles mixed into the magnetic brush portion of the magnetic brush charging member of the apparatus are temporarily collected, and the toner particles mixed into the magnetic brush portion and temporarily collected are electrically sequentially transferred from the magnetic brush portion to the member to be charged. It is discharged and carried to the developing site of the member to be charged, and is simultaneously cleaned by the developing device.
[0023]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 2-15991
[Patent Document 2]
JP-A-10-247036
[Patent Document 3]
JP-A-11-109809
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the cleanerless system, the carrier adhering to the photoreceptor is not recovered by the cleaner and reaches the charging means as it is. When a charging roller is used as the charging unit, a problem is caused such that a surface layer of the charging roller is perforated by a carrier. In addition, when a magnetic brush is used, the chargeability is reduced due to the carrier of the developer having a different resistance value mixed into the magnetic brush, so that a white background fog or the like is easily generated. In addition, when white background fogging occurs, in the case of a charging roller, the roller is soiled, and if mixed with a magnetic brush, the resistance value increases, and in any case, charging is hindered. As a result, a vicious circle in which white background fogging is likely to occur may also occur.
[0025]
Therefore, an object of the present invention is to suppress both carrier adhesion to an image carrier and white background fogging in an image forming apparatus using a two-component developing method, particularly, in an image forming apparatus using a cleaner-less method. An object of the present invention is to provide a developing device and an image forming apparatus that can achieve a longer life of a developer while preventing an adverse effect on an image such as a transfer omission and an adverse effect such as a charge inhibition in a cleanerless system.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by a developing device and an image forming apparatus according to the present invention. In summary, the present invention provides a developing device and an image forming apparatus characterized by the following configuration.
[0027]
(1) A developing device that develops an electrostatic latent image formed on an image carrier with a two-component developer containing a toner and a carrier to form a toner image,
A developer replenishing mechanism for replenishing the replenishing developer including the carrier, wherein the amount of fine powder in the carrier stored in the developing device at the time of initial installation is reduced by the fine powder in the carrier replenished to the developing device by the developer replenishing mechanism; A developing device characterized in that the amount is less than the amount.
[0028]
(2) 50% particle diameter (D) of the carrier supplied to the developing device by the developer supplying mechanism 50 ) Is d (μm), N1 (%) is the number% of carrier particles smaller than d / 2 (μm) in the carrier accommodated in the developing device at the time of initial installation, and the developing device is supplied by the developer supply mechanism. Assuming that the number% of carrier particles smaller than d / 2 (μm) of the carrier to be replenished is N2 (%),
N1 <1 (%), N2> 1.5 (%)
The developing device according to the above (1), wherein
[0029]
(3) An image forming apparatus comprising the developing device of (1) or (2).
[0030]
(4) As a means for removing the untransferred toner remaining on the image carrier after transferring the toner image formed on the image carrier to a transfer material from the image carrier, the transfer residual toner is developed by The image forming apparatus according to the above (3), wherein the image is collected by the apparatus.
[0031]
(5) The image forming apparatus according to (4), further including a charging unit for charging the image carrier and the transfer residual toner, wherein the charging unit is a charging roller or a magnetic brush charging device.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the developing device and the image forming apparatus according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0033]
Example 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating one embodiment of a developing device according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an image forming apparatus using the developing device of the present embodiment.
[0034]
First, the configuration and operation of the entire image forming apparatus will be described.
[0035]
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the image forming apparatus has four image forming stations Y, M, C, and K. Each of the image forming stations Y, M, C, and K includes a photosensitive drum 10 (10Y, 10M, 10C, 10K) as an image carrier.
[0036]
Around the photosensitive drum 10 (10Y, 10M, 10C, 10K), a primary charging device 11 (11Y, 11M, 11C, 11K), an exposure device 12 (12Y, 12M, 12C, 12K), and a developing device 1 ( 1Y, 1M, 1C, and 1K). An intermediate transfer device 20 is arranged below the photosensitive drum 10 (10Y, 10M, 10C, 10K). The intermediate transfer device 20 is configured such that an intermediate transfer belt 21 as an intermediate transfer member is stretched over rollers 22, 23, and 24 and travels in the direction of the arrow.
[0037]
In the present embodiment, the surfaces of the photosensitive drums 10 (10Y, 10M, 10C, 10K) charged by the primary charging devices 11 (11Y, 11M, 11C, 11K), which are corona charging devices, are respectively exposed to exposure devices 12 (12Y, 12M). , 12C, 12K), an electrostatic latent image is formed on the photosensitive drum 10 (10Y, 10M, 10C, 10K). The latent image is developed by the developing device 1 (1Y, 1M, 1C, 1K) to form a toner image on the photosensitive drum 10 (10Y, 10M, 10C, 10K).
[0038]
The toner image formed by each of the image forming stations Y, M, C, and K is transferred to the intermediate transfer belt 21 as a transfer material by a transfer bias by a charging blade 13 (13Y, 13M, 13C, 13K) as a primary transfer unit. It is transferred onto and superimposed.
[0039]
The four color toner images formed on the intermediate transfer belt 21 are transferred to the recording paper P by a secondary transfer roller 25 as a secondary transfer unit disposed opposite the roller 24. The recording paper P on which the toner image has been transferred is pressed / heated by the fixing device 30 having the fixing rollers 31 and 32 to obtain a permanent image.
[0040]
Further, the transfer residual toner remaining on the photosensitive drum 10 after the transfer is removed by the cleaner 14 (14Y, 14M, 14C, 14K) to prepare for the next image formation.
[0041]
Next, the developing device 1 will be described in detail with reference to FIG.
[0042]
The developing device 1 includes a developing container 2, and the developing container 2 contains a two-component developer containing a non-magnetic toner and a magnetic carrier.
[0043]
The developing container 2 has an opening in a developing region facing the photosensitive drum 10, and a developing sleeve 3 as a developer carrier is rotatably arranged so as to be partially exposed at the opening.
[0044]
The developing sleeve 3 containing a fixed magnet 4 serving as a magnetic field generating means is made of a non-magnetic material, and rotates in the direction of the arrow in FIG. 1 during the developing operation to hold the two-component developer in the developing container 2 in a layered manner. The developer is carried to and transported to the developing area, and a two-component developer is supplied to the developing area facing the photosensitive drum 10 to develop the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 10. The developer after developing the electrostatic latent image is transported according to the rotation of the developing sleeve 3 and is collected in the developing container 2.
[0045]
A developing bias in which an AC voltage is superimposed on a DC voltage is applied to the developing sleeve 3 from a developing bias generating unit (not shown). The waveform of the AC component is a rectangular wave having a frequency of 2 kHz and Vpp of 2 kV. An alternating electric field is formed between the developing sleeve 3 and the photosensitive drum 10 by the developing bias, and the toner is electrically separated from the carrier to form a toner mist, thereby improving the developing efficiency.
[0046]
The two-component developer will be described in detail. As the toner, a toner having a volume average particle diameter of about 8 μm obtained by pulverizing and classifying a mixture obtained by kneading a pigment with a resin binder mainly composed of polyester is used. As the carrier, a core obtained by coating a core mainly composed of ferrite with a silicon resin is used. 50 ) Is 40 μm. Such a toner and a carrier are mixed at a weight ratio of about 8:92, and used as a two-component developer having a toner concentration (weight% of the toner with respect to the developer) of 8%.
[0047]
When the toner is consumed by the image formation, the toner is replenished from a developer replenishing tank 5 as a developer replenishing mechanism. The replenishing developer supplied from the developer replenishing tank 5 is a mixture of toner and carrier at a weight ratio of 85:15, and supplements the toner consumed by image formation and at the same time enters the developing container 2. A new carrier is replenished. The amount of the developer present in the developing container 2 is increased by the amount of the new carrier replenished in the developing container 2, but the amount is discharged from the developer discharging port 6 provided on the wall surface of the developing container 2. The position of the developer outlet 6 is adjusted so that the amount of the two-component developer in the developing container 2 becomes 380 g and is stabilized.
[0048]
Next, a characteristic portion of the present embodiment will be described.
[0049]
As the initial carrier S to be charged into the developing container 2 in the initial state, a replenishing carrier R in the developer supplied from the developer replenishing tank 5 is further subjected to classification processing to reduce the amount of fine powder. Specifically, the amount of the fine powder is specified by the number% of the carrier particles smaller than 20 μm, the number of the carrier particles smaller than 20 μm is 0.8% by the initial carrier S, and the number of the carrier particles smaller than 20 μm is 2% by the replenishment carrier R. It is.
[0050]
As an apparatus for measuring the particle size distribution of the carrier, an SRA type of a Microtrac particle size analyzer (Nikkiso Co., Ltd.) is used, and the measurement is performed in the range of 0.7 to 125 μm, and the 50% average particle size (D 50 ) And the particle size distribution.
[0051]
Regarding the initial charging ability of the initial carrier S and the replenishment carrier R, each was placed in the state of the initial developer mixed with the toner of the present embodiment and left in a two-level temperature and humidity environment for two days. mC / kg). The results are shown below.
[0052]
Initial carrier S: 27 under 23 ° C 50% environment, 35 under 15 ° C 10% environment
Replenishment carrier R: 26 in a 23% 50% environment, 37 in a 15% 10% environment
From this, it is considered that the initial charging ability is almost the same.
[0053]
The charge amount of the toner was measured by measuring the amount of charge moving when the sample developer was sucked by air and passed through a metal mesh to separate the toner and the carrier, using a coulomb meter.
[0054]
Each of the initial carrier S and the replenishment carrier R was subjected to an image formation durability test without replacing the developer. The image printing ratio in the durability test was 5%, which is a common value in the industry.
[0055]
First, as a result of a test in an environment where the temperature and humidity are 23 ° C. and 50%, in the durability test of the initial carrier S, a white background fog occurred on the output image after 50,000 sheets. In the replenishment carrier R, white background fogging occurred after 80,000 sheets. That is, since the initial carrier S has a smaller surface area per unit volume than the replenishment carrier R, it can be seen that the ability to impart charge to the toner deteriorates quickly.
[0056]
When a similar test was conducted in an environment where the temperature and humidity were 15 ° C. and 10%, transfer loss did not occur in the initial carrier S, but transfer loss occurred due to carrier adhesion from the initial stage in the replenishment carrier R. Was unacceptable until the output of. This is because the carrier deteriorates little in the initial stage, and the charge amount of the carrier increases in a low humidity environment. The charge amount of the carrier is the same in the initial carrier S, but the amount of the adhered carrier is at an allowable level due to the decrease in the amount of fine powder.
[0057]
Here, as described in this embodiment, when the initial carrier S is used as the carrier used for the initial developer, the replenishment carrier R is used as the replenishment carrier, and the image forming durability test is performed while the developer is automatically replaced. In the initial stage, most of the carrier in the developing container 2 is made up of the initial carrier S, and therefore, transfer omission did not occur even in an environment of 15 ° C. and 10%. In addition, since the initial carrier S and the replenishment carrier R are in a mixed state at the time of 50,000 sheets, a decrease in the charging ability is suppressed as compared with a case where the initial carrier S is used alone, and a white background fog may occur. Absent. Further, although it is after 80000 sheets, in the present embodiment, as will be described later, the stability point of the developer characteristics is adjusted to the same level as the case where 70,000 sheets have been durable just without replacing the carrier by adjusting the replacement rate of the developer. Therefore, the fogging due to insufficient charging ability of the developer will not occur thereafter.
[0058]
As described above, according to the configuration of the present embodiment, it is possible to prevent the adhesion of the carrier in the state where the charge amount of the carrier is high by reducing the amount of the fine powder, and to suppress the white background fog at the time when the durability is advanced and the chargeability is reduced. The object of the present invention can be achieved.
[0059]
Here, the stable point of the developer characteristics described in the present embodiment will be described in detail.
[0060]
The time during which each carrier is used in the developing container 2 is expressed as “age” with the output of one A4 image as a unit. Here, the average age of the carrier in the developing container 2 for the number x of sheets having the durability test is P (x).
[0061]
Here, when a single image is formed, a new carrier of d (g) is replenished with the consumption of toner, and the developer of d (g) existing in the developing container 2 is discharged. Suppose that. For the calculation, assuming that image formation and carrier exchange are performed serially in time series, the average carrier age immediately after x image formation and immediately before carrier exchange is P (x), and the average age of the carrier immediately thereafter is P (x). Assuming Q (x),
Q (x) = P (x) × [(W−d) / W] + P (0) × [d / W] (1)
Here, since P (0) is the average age of the initial agent, P (0) = 0,
Q (x) = P (x) × [(W−d) / W] (2)
It becomes.
[0062]
Further, a state in which one more image is formed from the state in which the average age is Q (x) is P (x + 1), and during this time, the carriers are equally used for image formation.
P (x + 1) = Q (x) +1 (3)
From the above equations (2) and (3),
P (x + 1) = P (x) × [(W−d) / W] +1 (4)
That is,
P (x) = [1- (1-d / W) x ] * W / d (5)
That is, the average age of the carrier when the developer is automatically replaced converges to W / d (= total amount of carrier in developing container 2 / replacement amount of carrier per sheet).
[0063]
In this embodiment, since the amount of the developer in the developing container 2 is 380 g and the toner concentration is 8%, the amount of the carrier is 350 g. The amount of toner for outputting the maximum density of the image forming apparatus is 0.9 mg / cm on the photosensitive drum 10. 2 Therefore, when the printing ratio is 5%, 28.1 mg of toner is consumed per A4 sheet. At the same time, the carrier replacement amount per card is 5 mg, so that the average age of carriers is 70,000. Here, it has been confirmed by experiments that the ability of the carrier to impart charge to the toner and the amount of white fog at that time show the same tendency as the average age transition.
[0064]
Example 2
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0065]
The image forming apparatus of the present embodiment does not include the cleaner 14 for the transfer residual toner on the photosensitive drum 10 provided in the image forming apparatus of the first embodiment, and employs a charging roller cleanerless system. is there. Since the configuration of the entire apparatus is almost the same as that shown in the first embodiment, a repetitive description will be omitted, and the characteristic components of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0066]
As shown in FIG. 3, in this embodiment, as a primary charging device 11 of the photosensitive drum 10 of the image forming apparatus, a surface layer 11b mainly made of rubber is provided on a metal shaft 11a, and a charging roller that comes into contact with the photosensitive drum 10 is used. Further, auxiliary charging brushes 26 and 27 are arranged to charge the transfer residual toner remaining on the photosensitive drum 10 after the primary transfer.
[0067]
The operation of the image forming apparatus of the present embodiment having the above configuration will be described.
[0068]
According to this embodiment, a charging bias in which an AC component is superimposed on a DC component is applied to the charging roller 11 from a charging bias generation unit (not shown). The waveform of the AC component is a sine wave, the frequency is 1 kHz, and Vpp is 1.5 kV.
[0069]
In this manner, the surfaces of the photosensitive drums 10 (10Y, 10M, 10C, 10K) charged by the primary charging devices 11 (11Y, 11M, 11C, 11K) serving as charging rollers are respectively exposed to the exposure devices 12 (12Y, 12M, 12C, 12K), an electrostatic latent image is formed on the photosensitive drum 10 (10Y, 10M, 10C, 10K). The latent image is developed by the developing device 1 (1Y, 1M, 1C, 1K) to form a toner image on the photosensitive drum 10 (10Y, 10M, 10C, 10K). This is the same as in the first embodiment.
[0070]
Further, similarly to the first embodiment, the toner images formed by the image forming stations Y, M, C, and K are transferred by the transfer bias by the charging blade 13 (13Y, 13M, 13C, 13K) as the primary transfer unit. The image is transferred onto the intermediate transfer belt 21 and superimposed.
[0071]
The four color toner images formed on the intermediate transfer belt 21 are transferred to the recording paper P by a secondary transfer roller 25 as a secondary transfer unit disposed opposite the roller 24. The recording paper P on which the toner image has been transferred is pressed / heated by the fixing device 30 having the fixing rollers 31 and 32 to obtain a permanent image.
[0072]
According to the present embodiment, the transfer residual toner remaining on the photosensitive drum 10 after the primary transfer is subjected to predetermined charging by the auxiliary charging brushes 26 and 27 and the charging roller 11 to be adjusted to an appropriate charging amount and then developed. It is removed from the photosensitive drum 10 by the sleeve 3.
[0073]
The toner of this embodiment is a spherical toner obtained by suspension polymerization and has a volume average particle size of about 8 μm. By using a spherical toner, the primary transfer efficiency can achieve a high value of 97 to 98%, which is particularly effective in a cleanerless system.
[0074]
In addition, the ratio of the carrier particles smaller than 20 μm in the initial carrier S of this embodiment is set to 0.4% by number, and the amount of fine powder is further reduced as compared with the initial carrier S in the first embodiment. This is to achieve an acceptable level of carrier adhesion for perforation of the surface of the charging roller 11 in the charging roller cleanerless system as in this embodiment.
[0075]
Other configurations are the same as those described in the first embodiment, and the same functions and effects as those of the first embodiment can be achieved.
[0076]
Example 3
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0077]
The image forming apparatus of the present embodiment is a cleanerless type image forming apparatus employing a magnetic brush charging device as the primary charging device 11. Since the configuration of the entire apparatus is substantially the same as that shown in the first and second embodiments, the description thereof will not be repeated, and the characteristic components of this embodiment will be described with reference to FIG.
[0078]
As shown in FIG. 4, in this embodiment, as a primary charging device of the photosensitive drum 10 of the image forming apparatus, a volume resistance of 10 is provided on a charging sleeve 11a in which a magnet is arranged in a non-magnetic metal tube. 4 A charged magnetic brush that holds the magnetic particles 11b of about Ω · cm and makes the magnetic brush raised by magnetic force contact the photosensitive drum 10 is used.
[0079]
A charging bias in which an AC component is superimposed on a DC component is applied to the charging sleeve 11a from a charging bias generation unit (not shown). The waveform of the AC component is a rectangular wave, the frequency is 2 kHz, and Vpp is 600 V.
[0080]
In addition, metal oxides such as tin oxide are dispersed in the resin on the surface layer of the photosensitive drum 10 to receive charges injected by the magnetic brush, so that the surface of the photosensitive drum 10 can be quickly charged.
[0081]
Further, the transfer residual toner remaining on the photosensitive drum 10 after the primary transfer is subjected to predetermined charging by the auxiliary charging brush 28, and is further mixed with the magnetic particles 11b of the charging magnetic brush 11 and subjected to triboelectric charging, so that proper charging is performed. The toner is adjusted to an amount and adheres again on the photosensitive drum 10, and then is removed from the photosensitive drum 10 by the developing sleeve 3.
[0082]
The two-component developer in this embodiment will be described in detail.
[0083]
The toner is the same as that described in the second embodiment. As the carrier, a magnetic resin carrier obtained by coating a core in which a magnetic substance is dispersed in a phenol resin with a silicon resin is used. Thirteen Ω · cm, 50% particle size (D 50 ) Is 40 μm. Such a toner and a carrier are mixed at a weight ratio of about 8:92, and used as a two-component developer having a toner concentration (weight% of the toner with respect to the developer) of 8%.
[0084]
In this example, the amount of the fine powder was defined by the number% of the carrier particles smaller than 20 μm. Further, the fine powder amount of the carrier is 0.7 number% of the carrier particles smaller than 20 μm in the initial carrier S and 2.2 number% of the carrier particles smaller than 20 μm in the replenishment carrier R, respectively.
[0085]
Other configurations are the same as those of the image forming apparatuses described in the first and second embodiments.
[0086]
With the configuration described above, even in an image forming apparatus using a cleaner-less system using a magnetic brush charging device, it is possible to suppress the mixing of the developing carrier into the magnetic brush.
[0087]
As described above, the image forming apparatus of the present invention has been described with reference to the first, second, and third embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described configuration, and various configurations can be taken according to the proposal of the present invention.
[0088]
For example, regarding the definition of the amount of fine powder of the carrier, in the above embodiment, the 50% particle size (D 50 ) Is set to 40 μm and the boundary value defining the amount of fine powder is set to 20 μm, and the amount of each fine powder is described. 50 ) Is d (μm), the number% of carrier particles smaller than d / 2 (μm) in the initial carrier S is N1 (%), and the number of carrier particles smaller than d / 2 (μm) in the replenishment carrier R is When the number% is N2 (%),
N1 <1 (%), N2> 1.5 (%)
By doing so, the effect of the present invention can be obtained.
[0089]
When N1 ≧ 1 (%), the carrier adhesion amount in a low humidity environment in an initial state may exceed an allowable level. Further, when N2 <1.5 (%), when the durability is performed without replacing the carrier only with the carrier R, the number of sheets until the white background fogging approaches the case of the carrier S, and the effect of the present invention is sufficiently achieved. I couldn't get it.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the developing device and the image forming apparatus of the present invention, the developing device develops the electrostatic latent image formed on the image carrier with a two-component developer including a toner and a carrier to form a toner image. And a developer replenishing mechanism for replenishing a replenishing developer including a carrier, wherein the amount of fine powder in the carrier stored in the developing device at the time of initial installation is supplied to the developing device by the developer replenishing mechanism. Since it is configured to be smaller than the amount of fine powder in the carrier to be replenished,
(1) White fog at the time when the durability is advanced and the charging ability is reduced can be suppressed while preventing the carrier from adhering when the charge amount of the carrier is high.
(2) In an image forming apparatus provided with an intermediate transfer member mainly made of resin, the effect is particularly exhibited in a configuration in which transfer omission due to carrier adhesion is easily noticeable.
(3) In particular, as a means for removing the transfer residual toner remaining on the image carrier after transferring the toner image formed on the image carrier from the image carrier, the transfer residual toner is recharged by the charging means. This is effective in an image forming apparatus using a cleaner-less system that is collected later by a developing device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a developing device illustrating a developing device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the image forming apparatus illustrating an image forming apparatus using the developing device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus illustrating an image forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus illustrating an image forming apparatus according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Developing device
2 Developing container
3 Developing sleeve (developer carrier)
4 Magnet (magnetic field generating means)
5 Developer supply tank (developer supply mechanism)
6 Developer outlet
10 Photosensitive drum (image carrier)
11 Primary charging device
12 Exposure equipment
13 Charging blade (primary transfer means)
14 Cleaner
20 Intermediate transfer device
21 Intermediate transfer belt (intermediate transfer body)
25 Secondary transfer roller (secondary transfer means)
26, 27, 28 Auxiliary charging brush
