JP2006091833A - 画像形成装置とカラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニング効率を上げて高画質を維持し、現像剤が劣化しても現像剤搬送力を確保して高画質を維持する。
【解決手段】本発明のカラー画像形成装置において、現像装置４の現像ローラ１１は、現像剤の供給極、搬送極、剥離極が適宜配置された固定された磁石ローラを内包し、外周の筒状ローラがアルミ等の導電性物質で形成されている。この筒状ローラは、表面に凹凸の加工が施されている。このように形成された現像ローラを用いて現像同時クリーニングを行うことにより、１００％のトナーが画像形成に寄与して廃トナーの発生を防ぎ、感光体上の残転写トナーが効率良く現像ローラに回収され、現像メモリのような画像不良の発生を防ぐことができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、非磁性２成分現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置とカラー画像形成装置に関する。

従来、現像装置の現像ローラ、あるいは像担持体上の残留トナーのクリーニング、あるいは現像装置内の現像剤劣化を原因とする画質劣化に対する種々の技術が公開されている。

例えば、磁性一成分トナーを十分に帯電させつつ搬送する手段として、現像ローラ表面にロ−レット加工を施し、溝部分に誘電体を埋めて誘電体部分と導電体部分を表面に分布させるようにした技術が開示されている（例えば特許文献１）。

しかしながら、これは磁性一成分トナーを用いたものであり、非磁性２成分現像剤を用いたものではない。

また、非磁性一成分現像方式のタンデム方式カラーレーザプリンタでクリーナレス方式を採用した技術が開示されている（例えば特許文献２）。現像剤が一成分の場合、現像電極を像担持体上の残留トナーに接触もしくは非常に近接させることが出来るので、クリーナレスプロセスの実現は比較的容易である。

しかしながら、電極が近いがゆえに現像ガンマが高くて階調性に乏しい。また、トナー粒子を均一帯電させるため、現像装置内部の構成部品である帯電付与部材とトナーとを摩擦させることが一般的である。だが、帯電付与部材の磨耗劣化等により帯電不良の発生や筋状画像むらが発生しやすく、高画質な画像を長期にわたって得ることが難しい。

また、転写残りトナーを一旦クリーニング部材によって回収し、搬送路を通じて現像装置まで搬送し、特定位置から現像装置に供給すると共に、該特定位置との相対的特定位置から現像剤を回収する技術が開示されている（例えば特許文献３）。

しかしながら、このようなリサイクル方式の場合、残転写トナーを搬送できる一定量以上蓄積後現像器に投入されるため、劣化トナーや紙粉その他のゴミ、不純物が現像器内に偏在し画像不良の原因となりやすい。
特開平５−１３４５３９号公報 特開２００１−１６６５５６号公報 特開２００１−１９４９０８号公報

この発明の目的は、クリーニング効率を上げて高画質を維持し、現像剤が劣化しても現像剤搬送力を確保して高画質を維持することのできる非磁性２成分現像剤を用いた画像形成装置とカラー画像形成装置画像形成装置を提供することである。

この発明の画像形成装置は、少なくとも非磁性の着色粒子と磁性粉子とで構成される２成分現像剤を用いる画像形成装置であって、静電潜像をその表面に担持する像担持体と、この像担持体と対向する位置にあって表面に凹凸が形成された現像剤担持体と、この現像剤担持体を用いて上記像担持体上に担持された静電潜像を上記２成分現像剤を用いて現像する現像手段と、上記現像剤担持体と上記像担持体とを異なる周速で移動させる制御を行う制御手段とから構成されている。

本発明の画像形成装置は、クリーニング効率を上げて高画質を維持し、現像剤が劣化しても現像剤搬送力を確保して高画質を維持することが可能となる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

FIG.１は、この発明の一実施例に係るカラー画像形成装置の制御系の構成を示すものである。本カラー画像形成装置は、装置全体の制御を司る主制御部１０１、各種設定を操作する操作パネル１０２、原稿上のカラー画像を読み取る画像読取手段としてのカラースキャナ部１０３、画像を形成する画像形成手段としてのカラープリンタ部１０４とから構成されている。

カラープリンタ部１０４は、全体の制御を司るＣＰＵ１１０、制御プログラムなどが記憶されているＲＯＭ１１１、データ記憶用のＲＡＭ１１２、図示しないレーザ光学系の半導体レーザ発振器を駆動するレーザドライバ１１３、図示しないポリゴンモータを駆動するポリゴンモータドライバ１１４、転写媒体としての紙の搬送を制御する搬送制御部１１５、図示しない帯電装置、現像ローラ、及び転写装置を用いて帯電、現像、転写を行うプロセスを制御するプロセス制御部１１６、及び図示しない定着装置を制御する定着制御部１１７によって構成されている。

FIG.２は、カラー画像形成装置における画像形成ユニットの概略構成を示すものである。

画像形成ユニットは、感光体１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、除電ランプ６、及びメモリ攪乱ブラシ７から構成されている。

現像装置４は、マグローラを内包した現像ローラ（磁気ブラシ）１０、層規制部材１１、現像剤攪拌オーガ１２、現像剤格納庫１３、及び補給現像剤ホッパ１４とから構成されている。

転写媒体Ｐは、給紙装置８により給紙され、転写ローラ５により感光体１上のトナーが転写され、定着器９によりトナーが定着される。

なお、本カラー画像形成装置は、電子写真２成分現像方式である。

トナーは、バインダー樹脂（ポリエステル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂等）、着色剤（カーボンブラック、縮合多環系顔料、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、無機顔料等公知の顔料、染料等）、定着補助剤としてワックス、帯電制御剤（ＣＣＡ）などによって構成され、その他、流動性改善用無機微粒子（シリカ等）、など公知の組成で、粉砕またはケミカル製法により製造されている。

キャリアは、フェライト、マグネタイト、酸化鉄、磁性粉を混入した樹脂粒子等の磁性キャリアであり、表面の全部または一部に樹脂コートが施されていても良い。

その他、本発明の趣旨を損なわない範囲で変更可能である。

感光体１は、静電潜像担持体（ベルト、ローラ等）であり、プラス帯電またはマイナス帯電のＯＰＣ，アモルファスシリコン等公知のもので、電荷発生層、電荷輸送層、保護層等が積層されても、１つの層が複数の働きを兼ね備えていても良い。

帯電装置２は、コロナ帯電器（チャージャワイヤ、櫛歯型チャージャ、スコロトロン等）、接触帯電ローラ、非接触帯電ローラ、固体チャージャ等公知のものである。帯電装置２は、感光体１を均一に所望の電位に帯電させる。

露光装置３は、レーザ、ＬＥＤ等公知の露光手段により、感光体１上に静電潜像を形成させる。

現像装置４は、現像ローラ１０を用いて２成分現像剤を搬送する磁気ブラシ現像により、感光体１の静電潜像に帯電トナーを供給して顕像化する。なお、現像ローラ１０には、トナーを静電潜像に付着させる電界を形成するための現像バイアスが印加される（ＤＣまたはＤＣ＋ＡＣ）。

転写装置５は、接触ローラ、コロナ帯電器、接触ブレード等公知の転写方式により給紙される紙等の転写媒体Ｐにトナー像を転写させる転写手段である。

転写媒体Ｐは、感光体１から剥離されて定着器９に搬送され、熱ローラ等公知の加熱・加圧定着方式によって定着され、装置外に放出される。

また、転写媒体Ｐにトナー像を転写した後、感光体１上の転写残りトナーは、除電、帯電、露光の次の作像工程を経て現像領域に再び搬送され、非画像部に残留したトナーが磁気ブラシ（現像ローラ１０）により現像装置４内に回収される。

なお、除電の前または後に、メモリ攪乱部材を配置しても良い。

また、残留トナーを一旦回収し、現像装置４に回収させるため、再び感光体１上に放出する一時回収部材を配置しても良い。

メモリ攪乱部材及び一時回収部材には、その機能を効率的に果たすために、プラス又は／及びマイナスの電圧が印加されても良い。

一方、現像装置４は、補給現像剤ホッパ１４内にキャリアとトナーからなる２成分現像剤が１００ｇ〜７００ｇ収められている。現像装置４内の２成分現像剤は、現像剤攪拌オーガ１２によって現像ローラ１０に搬送される。現像装置４内の２成分現像剤は、トナーの一部を現像によって失ったあとマグローラの剥離極位置で現像ローラ１０から離れ、攪拌オーガ１２で現像剤格納庫１３内に戻される。

本実施例の現像ローラ１０の表面には、凹凸が形成されている。この現像ローラ１０と感光体１とは、対向位置において異なる周速で移動（回転）している。ＣＰＵ１１０は、プロセス制御部１１６を介して現像ローラ１０と感光体１の回転を制御する。

現像剤格納庫１３には公知のトナー濃度センサが取り付けられている。濃度センサがトナー量の減少を検知した際、ＣＰＵ１１０は、補給信号を補給現像剤ホッパ１４に送ってＮｅｗトナーを補給する制御を行う。

なお、印字データの積算又は／及び感光体１上の現像トナー量の検知からトナー消費量を推定し、それをもとにＮｅｗトナーの補給を行うようにしても良い。

また、トナー濃度センサの出力と消費量推定の両方の手段を用いても良い。

FIG.３は、現像剤担持体としての現像ローラ１０の断面を示すものである。

現像ローラ１０は、現像剤の供給極、搬送極、剥離極が適宜配置された固定された磁石ローラ２０を内包し、外周の筒状ローラ２１がアルミ等の導電性物質で形成されている。この現像ローラ１０は、現像剤を担持し、その回転に伴って現像領域に現像剤を搬送する。

現像ローラ１０の表面には、本発明に係る凹凸２２が形成されている。

FIG.４は、FIG.３に示す現像ローラ１０における凹凸２２の断面形状の例を示すものである。実際にはローラ周面上に形成された断面であるので、凹凸２２の断面形状は曲線となるが、わかり易いように図は直線にしてある。溝ピッチ１／ａ cycle、溝深さｂ、溝幅ｃで表す。

FIG.５は、FIG.４と同様に図に表し、溝をＶ字形状にしたものである。同様に、溝ピッチ１／ａ cycle、溝深さｂ、溝幅ｃで表す。

FIG.６は、FIG.４と同様に図に表し、溝に対して山を曲面形状にしたものである。同様に、溝ピッチ１／ａ cycle、溝深さｂ、溝幅ｃで表す。

FIG.７は、FIG.４と同様に図に表し、溝と山とを波形にしたものである。同様に、溝ピッチ１／ａ cycle、溝深さｂ、溝幅ｃで表す。

FIG.８は、現像ローラ１０における外周の筒状ローラ２１の表面形状例を示すものである。本例では、回転軸に対して角度を設定して溝を切っている。

FIG.９は、現像ローラ１０における外周の筒状ローラ２１の表面形状例を示すもので、回転軸に対して角度を設け、綾状に溝を切っている。

FIG.１０は、現像ローラ１０における外周の筒状ローラ２１の表面形状例を示すもので、回転軸に対して角度を設け、FIG.８より溝ピッチを小さくして溝を切っている。

FIG.１１は、現像ローラ１０における外周の筒状ローラ２１の表面形状例を示すもので、回転軸と平行に溝を切っている。

次に、このような構成において第１実施例について説明する。

トナーは、ポエステル系樹脂９１重量％、ライスワックス４重量％、カーボンブラック５重量％を、混錬・粉砕・分級して体積平均粒径８μｍの粒子を製造し、シリカ、ＣＣＡを外添して得ている。現像剤は、球形のフェライト粒子表面にシリコン樹脂コートを施した体積平均粒径５０μｍのキャリアを９３重量％、トナーを７重量％の割合で混合して作成されている。

現像ローラ１０の外周は、筒状ローラ２１のアルミ製で、表面にランダムな凹凸の加工が施されている。凹部と凸部の高さ差ｂは平均２００μｍ、隣り合う凸間距離ａは４００〜８００μｍである。

また、現像器４の内部に配置された層規制部材１１と現像ローラ１０とのギャップは５００μｍ、現像ローラ１０と感光体１とのギャップは６５０μｍに設定されている。感光体１の表面は、帯電装置２により−５００Ｖに均一帯電され、６００ｄｐｉの露光装置３を用いて静電潜像が形成される。現像ローラ１０には、現像バイアスＤＣ−２８０Ｖが印加されている。

なお、感光体１の表面電位、現像バイアス等は、環境や現像剤経時変化等を検出してプロセス制御をかけることにより変化するものである。感光体１はプロセス速度１３０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ１０は感光体１との周速比２．０で対向位置において同方向（ｗｉｔｈ）に回転している。

感光体１と現像ローラ１０とからなる現像領域では、静電潜像がトナーによって現像される。感光体１と転写ローラ５とからなる転写位置においては、転写バイアスが転写ローラ５に印加されることにより転写媒体Ｐに転写される。

感光体１上のトナーは、その一部が転写できずに残り、除電の下流に配置されたメモリ攪乱ブラシ７により攪乱された後、帯電、露光を経て再び現像領域に突入する。

この時、新たに形成された静電潜像の非画像部に当たる部分に付着する残転写トナーは、感光体１の表面電位と現像バイアスとで形成され、現像ローラ１０の表面の凹凸により微妙に変化する電界の力により揺すぶられる。そして、この残転写トナーは、磁気ブラシでメカニカルに擦り落とされ、現像ローラ１０に向かう電界の力により現像ローラ側に回収される。

また、静電潜像の画像部に当たる部分に付着する残転写トナーは、そのまま感光体１上に残って更に新たなトナーが現像され、転写領域へと搬送される。

以上説明したように上記第１実施例によれば、現像ローラで現像同時クリーニングを行うことにより１００％のトナーが画像形成に寄与し、廃トナーを発生しないようにすることができる。なお、転写領域における転写効率は約９３％であり、通常のクリーニング装置を装着した方式ではトナー量の７％が廃トナーとして排出される。

また。本実施例のような構成にすることにより、残転写トナーが効率良く現像ローラに回収され、現像メモリのような画像不良が発生することを防ぐことができる。

次に、第２実施例について説明する。

上述した第１実施例のように、現像ローラ１０の表面に施したランダムな凹凸加工は、構造的に弱く、凸部がわずかな衝撃で潰れたり、ライフにより徐々に削られたりする。

そこで、本第２実施例では、FIG.１１に示すような現像ローラ１０の回転軸方向に平行なローレット加工（細溝加工）を施した。この現像ローラ１０は、溝の深さ２００μｍ、幅１５０μｍ、ピッチ８５０μｍである。

このような現像ローラ１０を用いて第１実施例と同様の方法で画像形成を行ったところ、現像ローラ１０で効率良く残転写トナーが回収され、メモリなどの画像不良は発生しなかった。

また、ライフ試験を行ったが１００,０００枚まで印字しても、残転写トナーの回収不良によるメモリの発生は無かった。

次に、第３実施例について説明する。

本第３実施例では、ローレット加工を、FIG.８に示すような現像ローラ１０の回転軸に対して２０度の傾きを持たせて施した。

その結果、第２実施例の回転軸に対して平行に溝を掘った現像ローラでは、均一大面積ハーフトーン画像にわずかに縞状の濃度変動が見られたが、溝に傾きを持たせることにより、大面積ソリッド画像も均一濃度で得られるようになった。

FIG.１２は、溝の回転軸に対する角度と、ソリッド部の画像濃度変動の目視評価結果、及び残転写トナーの現像領域での回収効率について測定した結果を示すものである。

画像濃度変動が生じた場合、視覚感度が高い濃度範囲内である１．０付近（Macbeth濃度計、ＳＰＩフィルタ）で、マゼンタ画像について調べたものである。

目視評価においては、下記の変動レベルとして点数化した。

変動レベル５は、濃度変動が全く知覚されない。

変動レベル４は、濃度変動がわずかに知覚されるが許容範囲である。

変動レベル３は、濃度変動がある。

変動レベル２は、濃度変動があって許容できない、
変動レベル１は、ひどい濃度変動がある。

溝の回転軸に対する角度が４５度より大きくなり、回収効率が９５％以下になるとポジメモリが発生する。画像濃度変動は、角度３０〜４５度程度が最適だが、角度０〜６０度が許容範囲である。この結果により、角度０〜４５度が最適と判断できる。

次に、第４実施例について説明する。

本第４実施例では、キャリア粒子に個数平均粒経１００μｍのフェライト粒子に樹脂コートを施した磁性粒子を用いた。また、現像ローラ１０の回転軸方向に対して３０度の傾きで現像ローラ表面にローレット加工を施し、その溝の幅が１００μｍ、深さ１００μｍ、凹凸ピッチ９００μｍとした。

その結果、印字動作を繰り返すうち、溝にはまり込んだキャリア粒子が固定化してしまって残転写トナーの回収効率が落ち、画像メモリが発生するという不具合が生じた。また、溝の幅が１００μｍより小さい場合も同様に、完全に残転写トナーを現像ローラ１０により回収することができなかった。

しかしながら、溝の幅が１５０μｍ以上では問題なく同時クリーニングが出来た。また、平均粒径が５０μｍのキャリア粒子を用いた場合には、溝の幅が１００μｍでも何ら問題は発生しなかった。

FIG.１３は、キャリア粒径による実験結果を示すものである。

キャリア粒径が溝幅より小さいとトナー回収効率は良好である。しかし、キャリア粒径と溝幅が同じ場合、初期は良好だが、５０００（５Ｋ）時間のライフ後では回収効率が落ちて画像メモリが発生した。また、キャリア粒径が溝幅より大きい場合は、初期から画像メモリが発生した。

このことから、溝幅は、キャリアの個数平均粒径より大きいことが望ましい。

なお、溝幅が広すぎても電界を微妙に変化させる効果を得ることが出来ず、効率良く回収することが出来ない。そのため、溝の回転軸に対して垂直方向の幅の広さは、現像ローラ１０の感光体１に対する周速比がｎのとき、おおむねｃ／ｎ≦２ｍｍであることが望ましい。

次に、第５実施例について説明する。

第５実施例は、少なくとも感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段からなる画像形成ユニットが色の数だけ有し、中間転写ドラム（またはベルト）または転写媒体搬送路に沿って画像形成ユニットが並列に配列されているカラー画像形成装置である。

FIG.１４は、第５実施例に係る中間転写方式のカラー画像形成装置の概略構成を示すものである。すなわち、このカラー画像形成装置は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのプロセス４色を備えたフルカラー印字装置である。すなわち、第１の画像形成ユニット３１はイエローを転写し、第２の画像形成ユニット３２はマゼンタを転写し、第３の画像形成ユニット３３はシアンを転写し、第４の画像形成ユニット３４はブラックを転写する。

第１の画像形成ユニット３１は、感光体４１から中間転写媒体３０にイエローのトナー画像を転写させる。その際、感光体４１は、残転写トナーを表面に付着させたまま次の画像印字のための静電潜像作像工程に入る。

なお、帯電の前に、残転写トナーの像構造を乱してメモリを起きにくくするメモリ攪乱部材、一旦回収し、しかるべきタイミングで再び感光体に吐出す一時回収部材、残転写トナーの帯電量を調整する帯電部材、紙粉その他の不純混合物を除去するための部材等が配置されていても良い。それらは、１つの部材が複数の働きを兼備しても良い。または、感光体帯電部材がそれらの一部または全部の働きを兼備しても良い。

感光体４１は、残転写トナーが付着した状態で次の画像の静電潜像が形成されて現像領域で次のように現像される。感光体４１の画像部の残転写トナーは、そのまま感光体４１に残存して新たに不足のトナーが現像される。感光体４１の非画像部の残転写トナーは、現像装置５１内の磁気ブラシの接触により現像ローラ６１側に引付けられ、現像ローラ６１の回転に伴い現像装置５１内に回収される。

一方、第２の画像形成ユニット３２は、イエローのトナーが未定着のまま画像状に付着した状態の中間転写媒体３０に、感光体４２上からマゼンタのトナー画像を転写させる。そのとき、マゼンタのトナーの転写効率は１００％ではなく、感光体４２上に残転写トナーが残存する。また、中間転写媒体３０上のイエロートナーが感光体４２の非画像部と接触した場合、イエロートナーの一部が感光体４２に引っ張られて逆転写する。

通常、単色画像印字装置の場合には、画像メモリ発生の危険性を最小限にするため、最も転写効率が高くなる転写条件を選択する。

FIG.１５は、転写条件と残転写率、逆転写率を示すものである。

図において、最も転写効率が高いのは、転写条件Ａである。

また、クリーニング部材を具備し、転写残りトナーを回収して排出するカラー画像形成装置においては、残転写によるトナー損失と逆転写によるトナー損失を合計して、最も損失率が低くなる転写条件が選択される。図においては、転写条件Ｂである。

しかし、クリーナレスのカラー画像形成装置においては、前工程の色のトナーが逆転写した場合、残転写トナーと一緒に異なる色の逆転写トナーも現像装置内に回収される。このため、トナーが混色して出力画像の色を制御できなくなる。従って、この場合の転写条件は、逆転写が起こらない転写条件Ｃが選択される。

このようにして、シアン、ブラックまでが、中間転写媒体３０上に重ねて転写される。そして、中間転写媒体３０は、第２転写手段４０により紙等の転写媒体Ｐに転写する。最後に定着装置５０は、熱及び／または圧力による定着手段によりトナー画像を紙等の転写媒体Ｐに定着し、排出する。

例えば、FIG.１５の転写条件Ｃが選択された際、逆転写はほとんど発生しないが、残転写率はこの実施例では約６．５％であり、転写条件Ａ（０．８％）、転写条件Ｂ（１．３％）と比較してかなり高くなる。そのため、現像ローラに凹凸のない従来の現像装置では、現像ローラによる現像同時回収が十分に行なわれず、画像メモリなどの画像不良を発生しやすい。

しかし、本実施例のように、現像ローラ表面に凹凸加工を施すことにより、残転写トナーが十分に回収されて画像不良は発生しなかった。凹凸加工を回転軸に対してほぼ平行な細溝構造にしたところ、ライフによりトナー回収効率が悪化することも無かった。さらに、回転軸に対して０度より大きく４５度以下の傾きを持たせて細溝加工を施したところ、ソリッド画像部の微小な濃度ムラが無くなり画質が向上した。

FIG.１６は、第５実施例に係る直接転写方式のカラー画像形成装置の概略構成を示すものである。第１の画像形成ユニット７１はイエローを転写媒体Ｐに直接転写し、第２の画像形成ユニット７２はマゼンタを転写媒体Ｐに直接転写し、第３の画像形成ユニット７３はシアンを転写媒体Ｐに直接転写し、第４の画像形成ユニット７４はブラックを転写媒体Ｐに直接転写する構成となっている。他の構成はFIG.１４と同じであり、上述した効果もFIG.１４と同じである。

次に、第６実施例について説明する。

第６実施例は、現像剤随時少量交換方式の現像装置４に関するものである。

現像装置４内には、少なくとも現像ローラ１０、現像剤攪拌オーガ１２、現像ローラ搬送現像剤量規制部材が具備され、非磁性トナーと磁性キャリアから成る２成分現像剤が格納されている。なお、現像装置４には、現像剤内のトナー含有比率を検出するための透磁率センサ、光センサ等公知の濃度センサが具備されていてもよい。また、画像印字率、感光体上の現像量等を検出して現像剤内トナー含有量を推定するメカニズムが設けられていても良い。

また、現像装置４内には、搬送路上に補給現像剤が補給されるような配置で、補給現像剤ホッパ１４が具備されている。補給現像剤ホッパ１４には、補給用トナーと補給用キャリアとが、現像装置４内の現像剤に比べてトナー含有率が多い割合で混合された補給用現像剤が格納されている。なお、現像装置４には、補給トナー用のトナーホッパと補給キャリア用のキャリアホッパとを別々に具備し、どちらも現像剤搬送路上に補給できるようにしても良い。

さらに、現像装置４から余分な現像剤が排出されるような排出口が設けられている。それは、嵩が増えた分だけ排出されるオーバーフロー方式、シャッターの開口により排出を制御するシャッター方式、劣化現像剤のみを排出する選別汲取り方式等、排出方式に限定されるものではない。

現像剤は、現像ローラ１０の回転に伴って現像領域に搬送され、トナーが感光体１上の静電潜像を現像する。トナーが減少した現像剤は、現像ローラ１０の回転に従って現像装置４内に回収され、内包する磁石ローラ２０の剥離極部で現像ローラ１０から剥離し、現像剤攪拌オーガ１２により戻されて他の現像剤と混合される。

現像剤中のトナー含有率が所定範囲より減少したと検知された際、補給現像剤ホッパ１４の供給口より一定量の現像剤が現像装置４内に補給される。なお、トナーとキャリアが別々のホッパに格納されている場合には、所定のタイミングによりキャリアもまた一定量補給される。増加分の現像剤は排出口から排出され、現像装置４の内部の現像剤量はほぼ一定に保たれる。

現像剤特性は、徐々に悪化するが、キャリア補給速度を調整することにより画質限界レベルより良好な特性で安定化させることができる。そのため、画質限界レベルを超えて悪化した場合のように現像剤全量を交換する必要が無く、現像剤交換に伴うマシンのダウンタイムを無くすことが出来る。

FIG.１７は、上述した現像剤特性状態の比較を示すものである。図において、従来の現像剤一括交換では「Ａ」で示すような現像剤特性劣化を示すが、本実施例では「Ｂ」で示す現像剤劣化レベルとなる。

FIG.１８，１９は、現像剤随時少量交換方式の現像装置４の構成例を示すものである。FIG.１８は現像剤随時少量交換方式の現像装置４の断面を示し、FIG.１９は現像剤随時少量交換方式の現像装置４を上から見たものを示している。

この現像装置４は、補給トナー用のトナーホッパと補給キャリア用のキャリアホッパとを別々に具備した構成である。この補給トナーと補給キャリアのホッパは、それぞれ所定のタイミングで現像装置４内に供給される。

FIG.１８において、現像剤随時少量交換方式の現像装置４は、現像ローラ１０、第１の現像剤攪拌オーガ１２ａ、第２の現像剤攪拌オーガ１２ｂ、第１の部屋としての現像剤の搬送供給部８０、現像ローラを有する第２の部屋８０、廃現像剤容器としての第３の部屋８１、排出開口部８２、補給トナーホッパ８３、トナー補給制御ローラ８４、補給キャリアホッパ８５、キャリア補給制御ローラ８６とから構成されている。

FIG.１９において、現像剤随時少量交換方式の現像装置４は、第２の部屋８０に排出口９０を有し、第１の現像剤攪拌オーガ１２ａに底上げ部９１を有し、第２の現像剤攪拌オーガ１２ｂに底上げ部９２とトナー補給口９３とキャリア補給口９４とを有する。

上述した現像剤随時少量交換方式の現像装置４を用いて、トナー消費量１００ｇにつきキャリア補給量１０ｇの条件でライフ試験を行った。

従来の表面がほぼ平滑な現像ローラを用いた場合、ライフが進むに従って現像ローラの現像剤搬送能力が低下し、初期の画像濃度１．５（Macbeth濃度計）であったものが、２００，０００枚時に画像濃度１．０まで低下した。

これに対して、上述した現像ローラ１０の表面に凹凸加工を施すことにより、画像濃度は初期の設定状態を保持しつづけることができた。

FIG.２０は、現像剤随時少量交換方式における現像ローラ１０を適用した場合の画像濃度のライフ状態（印字枚数）を示すものである。図において、曲線ＢはFIG.１７で示した本実施例の現像劣化レベルを示し、曲線Ｃは従来の画像濃度低下を示し、曲線Ｄは本実施例の画像濃度を示している。本実施例の曲線Ｄは、図に示すように安定している。

また、上述したように現像剤の搬送量を規制するための層規制部材を配置することにより、磁気ブラシの穂立ち高さを調整することが出来る。

次に、第７実施例について説明する。

第７実施例は、感光体１上の残転写トナーを回収して排出させるクリーニング装置を持たず、現像領域において現像同時クリーニングを行うクリーナレスプロセスである。

本実施例では、スチレン−アクリルモノマと顔料、ワックスを混合して重合・造粒させ、外添剤を添加して体積平均粒経６μｍの球形重合トナーを用いる。そして、現像剤は、マグネタイト粒子表面にシリコン系樹脂でコーティングを施した体積平均粒経４０μｍのキャリア粒子と前記重合トナーを重量比９３：７の割合で混合して作成したものである。

補給現像剤ホッパ１４は、トナー消費量１００ｇにつきキャリア補給量２０ｇの割合の補給用現像剤を格納し、トナーの消費に応じて補給用現像剤を補給する。そして、現像装置４は、余分な現像剤を排出開口部８２からオーバーフローさせることにより排出する現像剤随時少量交換現像を行った。

感光体１は、帯電装置２により−６００Ｖに均一帯電され、露光装置３により画像状に露光されて静電潜像が形成される。続いて、感光体１は、現像バイアス−４００Ｖが印加された現像ローラ１０上に形成された磁気ブラシからトナーが画像部に供給されてトナー画像が形成される。続いて、感光体１と転写ローラ５とにより、感光体1上のトナー像が転写媒体Ｐに転写される。現像ローラ１０は、その表面に回転軸に対して平行に、溝深さ２００μｍ、溝幅２００μｍ、溝ピッチ３００μｍのローレット加工を施したものである。

感光体１上に残った残転写トナーは、マイナス電圧を印加された導電性繊維製のメモリ攪乱ブラシ７によって像構造が乱される。感光体１は、再び、帯電、露光を経て現像領域に達する。新たに形成された静電潜像の非画像部に付着する残転写トナーは、現像装置４内に回収される。それは、現像装置４の現像ローラ１０が感光体１に対して周速比２で回転している。そのため、残転写トナーは、４cycle／ｍｍの周期で現像電界が微妙に振動して感光体１上で刺激を受け、磁気ブラシによってメカニカルにこすられ、現像ローラ１０方向に向かう電界に従って感光体１から剥離し、現像装置４内に回収される。

現像ローラ１０と感光体１の周速比×現像ローラ上の溝ピッチで計算できる電界振動周期は、１cycle／ｍｍ以上であることが望ましい。また、現像バイアスは、ＤＣのみでなくＡＣが重畳されていても良い。その他、ここに挙げた構成及び条件に限定されるものではなく、発明の趣旨を変えない範囲で他の構成及び条件が可能である。

以上説明したように上記第７実施例によれば、現像ローラ表面に凹凸加工を施すことによって摩擦抵抗が増大して現像剤搬送量が低下することが無いため、画像濃度の低下、画像メモリの発生等を防止することができる。

なお、本願発明は、上記（各）実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも１つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも１つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

この発明の一実施例に係るカラー画像形成装置の制御系の構成を示すブロック図。 カラー画像形成装置における画像形成ユニットの概略構成を示す断面図。 現像剤担持体としての現像ローラの断面を示す図。 現像ローラにおける凹凸の断面形状の例を示す図。 現像ローラにおける凹凸の断面形状の例を示す図。 現像ローラにおける凹凸の断面形状の例を示す図。 現像ローラにおける凹凸の断面形状の例を示す図。 現像ローラにおける外周の筒状ローラの表面形状例を示す図。 現像ローラにおける外周の筒状ローラの表面形状例を示す図。 現像ローラにおける外周の筒状ローラの表面形状例を示す図。 現像ローラにおける外周の筒状ローラの表面形状例を示す図。 現像ローラ表面に形成する溝の角度と効果を示す図。 キャリア粒径による実験結果を示す図。 第５実施例に係る中間転写方式のカラー画像形成装置の概略構成を示す図。 転写条件と残転写率、逆転写率を示す図。 第５実施例に係る直接転写方式のカラー画像形成装置の概略構成を示す図。 現像剤特性状態の比較を示す図。 現像剤随時少量交換方式の現像装置の構成例を示す図。 現像剤随時少量交換方式の現像装置の構成例を示す図。 現像剤随時少量交換方式における現像ローラを適用した場合の画像濃度のライフ状態（印字枚数）を示す図。

符号の説明

１…感光体、２…帯電装置、３…露光装置、４…現像装置、５…転写ローラ、６…除電ランプ、７…メモリ攪乱ブラシ、８…給紙装置、９…定着器、１０…現像ローラ（磁気ブラシ）、１１…層規制部材、１２…現像剤攪拌オーガ、１３…現像剤格納庫、１４…補給現像剤ホッパ、１０１…主制御部、１０２…操作パネル、１０３…カラースキャナ部、１０４…カラープリンタ部。

Claims (4)

1. 少なくとも非磁性の着色粒子と磁性粉子とで構成される２成分現像剤を用いる画像形成装置であって、
   静電潜像をその表面に担持する像担持体と、
   この像担持体と対向する位置にあって表面に凹凸が形成され、上記像担持体上に担持された静電潜像を上記２成分現像剤を用いて現像する現像剤担持体と、
   この現像剤担持体と上記像担持体とを異なる周速で移動させる制御を行う制御部と、
   を具備したことを特徴とする画像形成装置。
2. 少なくとも非磁性のトナー粒子と磁性粉子とで構成される２成分現像剤を用いるカラー画像形成装置であって、
   静電潜像をその表面に担持する像担持体と、
   この像担持体と対向する位置にあって表面に凹凸が形成され、上記像担持体上に担持された静電潜像を上記２成分現像剤を用いて現像すると同時に上記像担持体上の転写残りトナーを回収する現像剤担持体と、
   この現像剤担持体で現像された上記像担持体上のトナー画像を転写する転写部とから構成される画像形成ユニットを複数有し、
   上記現像剤担持体と上記像担持体とを異なる周速で移動させる制御を行う制御部と、
   を具備したことを特徴とするカラー画像形成装置。
3. 少なくとも非磁性の着色粒子と磁性粉子とで構成される２成分現像剤を用いる画像形成装置の制御方法であって、
   静電潜像を像担持体の表面に担持し、
   上記像担持体と対向する位置にあって表面に凹凸が形成された現像剤担持体で、上記像担持体上に担持された静電潜像を上記２成分現像剤を用いて現像し、
   上記現像剤担持体と上記像担持体とを異なる周速で移動させる制御を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置の制御方法。
4. 少なくとも非磁性のトナー粒子と磁性粉子とで構成される２成分現像剤を用いるカラー画像形成装置の制御方法であって、
   静電潜像をその表面に担持する像担持体と、
   この像担持体と対向する位置にあって表面に凹凸が形成され、上記像担持体上に担持された静電潜像を上記２成分現像剤を用いて現像すると同時に上記像担持体上の転写残りトナーを回収する現像剤担持体と、
   この現像剤担持体で現像された上記像担持体上のトナー画像を転写する転写部とから構成される画像形成ユニットを複数有し、
   上記現像剤担持体と上記像担持体とを異なる周速で移動させる制御を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置の制御方法。

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