JP2006250959A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２成分現像方式で有色トナーと透明トナーを使用する場合において、トナーと共にキャリアをも自動的に補給することで、現像剤の交換のためのダウンタイムを大幅に低減し、しかも透明トナーを用いる現像器での現像剤の劣化によるトナー飛散、定着不良などの不具合が発生することを抑制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。
【解決手段】像担持体１に形成された静電像を有色トナーと透明トナーとを用いて現像するための少なくともトナーとキャリアと外添剤とを含む現像剤を収容した複数の現像容器４１と、複数の現像容器４１のそれぞれに少なくともトナーとキャリアとを含む補給現像剤を補給するための現像剤補給機構５０と、現像容器４１から現像剤を排出するための現像剤排出機構６０と、を有する現像装置８は、透明トナーを収容した現像容器４１に補給される補給現像剤のキャリアの重量比は、有色トナーを収容した現像容器４１に補給される補給現像剤のキャリアの重量比よりも高い構成とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、一般に、複写機やプリンタなどの画像形成装置にて用いられる現像装置及びその画像形成装置に関し、特に、２成分現像方式で有色トナーと透明トナーを使用する現像装置及び画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式を採用する画像形成装置、特に有彩色の画像形成を行う画像形成装置においては、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、現在行われている他の現像方式に比較して、画質の安定性、長期使用による装置の耐久性などの長所を備えている一方、使用による現像剤の劣化、特にキャリアの劣化によるトナーの帯電量（以下、「トリボ」という。）の低下が現像性の変化をもたらし、画像出力枚数の増加に伴い色味変動やトナー飛散といった画像不良等が発生する。そのため、画像形成装置の長期使用においては、現像剤を交換するためのダウンタイム（装置調整等のために画像出力を行うことのできない時間）と手間が必要であった。

そこで、特許文献１では、劣化した現像剤を少量ずつ回収し、その分の現像剤を新たに補給することにより、現像剤の性能をある程度維持しながら、現像剤の交換の手間を省く方法が提案された。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によって、見掛け上のキャリアの劣化進行が止まり、現像剤全体としての特性を安定させ、更に自動的に現像剤を交換することで現像剤交換という作業を不要にできる利点がある。

特に、近年、２成分現像方式を用いた電子写真においては、安定した画像を、ダウンタイムを極力少なくして出力する要望がＰＯＤ市場などで高まっており、特許文献１に提案されているようなダウンタイムを減らす技術が有用である。更に、現像剤の劣化をあるレベルで安定させることができるので、現像剤劣化による画質変動を防止することもできる。

キャリアの劣化とは、キャリアのトナーに対するトリボ付与能力の低下で表すことができる。具体的には、キャリアに被覆したコート剤の削れや、トナー・外添剤のキャリアの表面への付着によりトリボ付与能力が徐々に低下して、キャリアは劣化してく。

特許文献１に提案される技術によれば、現像器内のキャリアの劣化を抑えることが可能である。出力枚数あ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、キャリアの劣化レベルを変化させることができるためである。

簡単に述べれば、キャリアの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。ここで、画像比率によるキャリアの劣化レベルの差に関して更に説明する。

１個１個のキャリアが現像容器中で使用された時間を、Ａ４サイズの記録材による画像の出力枚数を単位として「年齢」と表現する。ここで、耐久試験における、ある画像出力枚数ｘでの、現像容器中のキャリアの平均年齢をＰ（ｘ）とし、現像容器中のキャリア総量をＷ（ｇ）とする。又、更に１枚画像が形成されたとき、トナーの消費に伴ってｄ（ｇ）の新しいキャリアが補給され、同じくｄ（ｇ）の現像容器内に存在した現像剤が排出されるものとする。

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枚の画像形成直後でキャリアの入れ替え直前のキャリアの平均年齢を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。

又、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）
式（２）と（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。

具体例として、現像容器内の現像剤量が３７５ｇ、現像容器内の現像剤のトナー濃度（全現像剤重量に占めるトナー重量の割合：以下「ＴＤ比」という。）が８％とした場合、キャリア量が３４５ｇとなる。そして、補給用の現像剤（以下「補給現像剤」という。）のキャリアの重量比（全現像剤重量に占めるキャリア重量の割合：以下「ＣＤ比」という。）は１５％とする。又、最大濃度を出力するためのトナーの載り量を０．７ｍｇ／ｃｍ^２とすると、画像比率が５％の場合、Ａ４サイズの記録材１枚あたり２１．３ｍｇのトナーが消費される。同時に、１枚あたりのキャリア入れ替え量は３．８ｍｇとなる。以上から計算した結果を図３に平均年齢推移グラフとして示した。

尚、図中の破線のデータは補給現像剤のＣＤ比が０％、つまりキャリア混入量が０である場合の結果であり、枚数とキャリアの平均年齢とが同じとなっている。更に、図３には、画像比率を１０％、５０％とした場合の結果も示した。

図３から明らかなように、ＣＤ比が１５％の補給現像剤を用いることで、画像比率５％で画像出力枚数が３００Ｋ枚（３０００００枚）の時点で、キャリアの平均寿命は９０Ｋ枚で飽和する。これに対し、ＣＤ比が０％の補給現像剤を用いる場合は、同時点でキャリアの平均年齢は３００Ｋ枚となり、現像剤交換を余儀なくされる。

このように、現像容器からキャリアを排出すると共に、トナーを補給する際にキャリアをも補給することで、現像容器内のキャリアの劣化レベルを抑えることができる。

一方、近年の高画質化への要求の高まりによって、例えばインクジェット方式の画像形成装置では５色以上のインクを用いた写真調画質の出力が一般的になっており、電子写真方式の画像形成装置においても、多色現像（５色以上の現像）によってハーフトーン部の階調性を高めたり、透明色のトナーを最上層へ定着することによって表面の光沢性を上げたりする高画質化のための技術が提案されている。

例えば、特許文献２によれば、作像領域全面に透明トナーによる現像を行うことによって、画像表面の光沢性を高め、銀塩写真に近い色調をもつカラー画像を提供できる技術が提案されている。

又、特許文献３、特許文献４及び特許文献５によれば、透明トナーによる現像を作像領域全面に行うことで光沢性を向上させるだけでなく、透明トナーの載り量を調整して表面性が均一な等肌な面を形成し、トナー隆積による凹凸の少ない、より銀塩写真に近いような画像を形成する方法が提案されている。

しかしながら、２成分現像方式で有色トナーと透明トナーを使用する場合、次のような問題があることが分かった。

それは、上記の透明トナーを用いたいずれの現像方式も、画像全域に透明トナーを用いてほぼベタ画像を現像している。そのため、画像を１枚出力する毎に、消費したベタ画像分の透明トナーを補給しなければならない。

そのため、例えば連続で画像を出力すると、大量のトナーが連続補給されるため、帯電付与が十分でないままトナーが現像に供されることがある。帯電付与が不十分であると、トナー帯電量（トリボ）が低下した状態であるため、機内でのトナー飛散やかぶりの悪化などの問題が生じる。この問題に対しては、現像器内で、現像剤の補給口から現像剤が現像に供されるまでの現像剤の攪拌経路を長くすることや、現像器内の現像剤の容量を大きくすることによって、現像剤を像担持体との対向部（現像領域）まで搬送する現像剤担持体に到達するまでに、現像器内に補給したトナーを十分に帯電付与させる方法が考えられる。しかし、斯かる方法では、現像器の大型化や、現像器の構成が複雑になることによるコストアップにつながる。それから、もう１つの問題として、画像比率が高く現像器内の現像剤の入れ替わりが早いと、外添剤の蓄積（キャリア表面への付着、遊離など）によってキャリアの劣化が促進され、トナートリボの低下や現像性の低下が顕著になる場合がある。現像性の変化は、色味変動やトナー飛散といった画像不良の発生につながる。

つまり、透明トナー用の現像器のように、画像比率の高い画像が連続で出力される場合、画像比率が低い画像に比べてトナー消費量が多く、トナー補給回数が増加する。このため、現像器内に補給されるキャリア量も増加することになる。そして、画像比率が高い場合には、外添剤の蓄積（キャリア表面への付着、遊離など）が顕著になる。

更に説明すると、図４は、ＣＤ比１０％の補給現像剤を用いて、画像比率を１０％と３０％としてキャリアの平均年齢の計算結果と実験結果とを同じグラフに載せたものである。画像比率１０％、３０％のどちらの場合も計算結果と実際の実験結果に相関があることが分かる。

しかしながら、図５は、ＣＤ比１０％の補給現像剤を用い透明トナーの実使用例に基づき画像比率７０％のほぼベタ現像を行った場合の、キャリアの平均年齢の計算結果と実験結果とを合わせて示したものであるが、同図から分かるように、この場合、計算結果と実験結果とがかけ離れたものになる。

ここで、実際のキャリアの平均年齢（実験結果）は、耐久を行ったキャリアとトナーを所定の条件で混合した際のトナーへの帯電付与能力を測定し、初期及び現像剤交換時のキャリアと比較することによって求めている。又、キャリアの表面に付着した外添剤の量や表面の傷や凹凸を、初期のキャリアと比較することによっても、キャリアの平均年齢を求めることができる。

画像比率７０％での耐久試験終了後に実験機内を確認すると、透明トナー用の現像器において現像剤が劣化したためか、機内に激しく透明トナーが飛散していた。又、耐久試験において画像出力枚数が１５０Ｋ枚を過ぎたあたりから、透明トナー用の現像器では、現像剤の劣化によってトナーのトリボが低下し、記録材上の透明トナーの載り量が過剰になり、定着不良や、搬送不良による記録材の詰まりなどが起こるようになった。

画像比率７０％での耐久試験を終了した透明トナー用の現像器内における現像剤の物性を調べると、初期のトナーのトリボが３７μＣ／ｇであったのに対して、耐久試験後のトナーのトリボは１８μＣ／ｇと、ほぼ半分になっていた。更には、現像器中の外添剤の量が初期に対して大幅に増加しており、キャリアの表面に付着したり、現像器中に遊離したりした状態にあることが分かった。

つまり、画像比率の高い画像が連続して出力される場合、画像比率が低い画像に比べトナー消費量が多く、トナー補給回数が増加することにより現像器内に補給されるキャリア量も増加する。その結果、現像器中のキャリアの平均年齢は低下するが、画像比率７０％程度に画像比率が高まると、キャリアの入れ替えによる若返り度よりも、外添剤の蓄積（キャリア表面への付着、遊離など）によるキャリア劣化が問題となるものと考えられる。

即ち、画像比率が低い時は、
キャリアの入れ替えによる若返り度＞外添剤の蓄積による劣化度
の関係にあり、図４に示すようにキャリアの平均年齢の計算結果と実験結果との相関がとれる。

しかしながら、上述の透明トナーのように画像比率が高い場合は、
外添剤の蓄積による劣化度＞キャリアの入れ替えによる若返り度
の関係にあり、現像剤は理論値よりも遙かに早く劣化し、図５に示すようにキャリアの平均年齢の計算結果と実験結果とはかけ離れてしまう。

そのため、画像比率が高い場合は、キャリアを入れ替えているにも拘わらず現像剤が劣化しているため、補給したトナーを十分に帯電付与できず、トナー飛散やかぶりが発生したり、記録材上のトナー載り量が過剰になることによる定着不良が発生したりする。

更には、かぶりトナーの増加によってクリーニング部材への負荷が増加し、クリーニング不良が生じることがある。或いは、光学センサーを用いて感光体や中間転写体からの反射光量を読み取る制御を行う場合には、かぶりによって反射光量が変動してしまうため、センサーの誤検知や誤動作を誘発してしまう。

そして、結局、上述のような弊害を避けるため、画像形成装置の長期使用においては、現像剤を交換するためのダウンタイムと手間が生じることが懸念される。
特公平２−２１５９１号公報 特開平４−２７８９６７号公報 特開平５−６０３３号公報 特開平５−１２７４３７号公報 特開２０００−１４７８６３号公報

本発明の目的は、２成分現像方式で有色トナーと透明トナーを使用する場合において、トナーと共にキャリアをも自動的に補給することで、現像剤の交換のためのダウンタイムを大幅に低減し、しかも透明トナーを用いる現像器での現像剤の劣化によるトナー飛散、定着不良などの不具合が発生することを抑制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。

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、像担持体に形成された静電像を有色トナーと透明トナーとを用いて現像するための少なくともトナーとキャリアと外添剤とを含む現像剤を収容した複数の現像容器と、前記複数の現像容器のそれぞれに少なくともトナーとキャリアとを含む補給現像剤を補給するための現像剤補給機構と、前記現像容器から現像剤を排出するための現像剤排出機構と、を有する現像装置において、透明トナーを収容した現像容器に補給される補給現像剤のキャリアの重量比は、有色トナーを収容した現像容器に補給される補給現像剤のキャリアの重量比よりも高いことを特徴とする現像装置である。

本発明の他の態様によると、像担持体と、前記像担持体に形成された静電像を現像する上記本発明の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明によれば、２成分現像方式で有色トナーと透明トナーを使用する場合において、トナーと共にキャリアをも自動的に補給することで、現像剤の交換のためのダウンタイムを大幅に低減し、しかも透明トナーを用いる現像器での現像剤の劣化によるトナー飛散、定着不良などの不具合が発生することを抑制することができる。

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。

実施例１
［画像形成装置の全体構成及び動作］
先ず、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１００の概略構成を示す。画像形成装置１００は、画像形成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などの外部機器から送信された画像情報信号に従って、電子写真方式により記録材、例えば記録用紙、ＯＨＰシート、布などにフルカラー画像を形成することのできる、フルカラーレーザービームプリンタである。

画像形成装置１００は、像担持体としてのドラム状の電子写真感光体、即ち、感光ドラム１を有する。感光ドラム１の周りには、帯電手段としての帯電器２、露光手段としてのレーザー露光装置３、クリーニング手段としてのクリーナー７、及び回転式現像装置８が配置されている。又、感光ドラム１に対向して、ローラ１１、１２、１３、１４にて張架された中間転写体としての中間転写ベルト５が配置されている。

回転式現像装置８は、感光ドラム１に対向して配置され、回転自在に支持された回転体（以下、「現像ロータリー」という。）８Ａを有する。この現像ロータリー８Ａには、複数の現像手段として、５色分の有色トナー用現像器、即ち、イエロートナー用現像器４Ｙ、マゼンタトナー用現像器４Ｍ、シアントナー用現像器４Ｃ、ブラックトナー用現像器４Ｋ、ライトブラックトナー用現像器４ＬＫが搭載され、更に透明トナー用現像器４Ｗが搭載されている。

例えば、フルカラー画像の形成時には、感光ドラム１は、先ず、その表面が帯電器２によって帯電される。次いで、帯電された感光ドラム１の表面にレーザー露光装置３から光像Ｅが照射されることによって感光ドラム１上に静電像（潜像）が形成される。この潜像は、回転式現像装置８により現像される。つまり、現像ロータリー８Ａが矢印方向に回転させられ、所定の現像器、例えば、現像器４ＬＫが感光ドラム１上と対向した現像部に移動させられる。そして、この現像器４ＬＫが作動されることで、感光ドラム１上に現像剤像、即ち、トナー像が形成される。

その後、感光ドラム１上に形成されたトナー像は、感光ドラム１と中間転写ベルト５との対向部（一次転写部）において、一次転写手段としての一次転写ローラ６に印加される一次転写バイアスの作用により、中間転写ベルト５上に転写される。

以上の動作を繰り返すことで、中間転写ベルト５上に、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー、ライトブラックトナー、及び透明トナーが順次重ね合わせられた多重トナー像が形成される。本実施例では、画像の光沢性、平滑性を向上するために、多重トナー像が略均一平面となるように、作像可能領域全面において、有色トナーの乗り量の多い部分にはそれに応じた少量の透明トナーが重ねられ、一方有色トナーの乗り量の少ない部分にはそれに応じた多量の透明トナーが重ねられるようになっている。この他、作像領域の全面に透明トナーを乗せた上に、略均一平面となるように有色トナー及び透明トナーを乗せてトナー像を形成するなどしてもよい。透明トナーを用いた画像形成方法自体は、本発明においては任意であり、利用可能な方法を適宜選択して用いればよい。

中間転写ベルト５上に形成された多重トナー像は、二次転写手段としての二次転写ローラ１５と中間転写ベルト５との対向部（二次転写部）において、二次転写ローラ１５に印加される二次転写バイアスの作用により、記録材Ｐに転写される。記録材Ｐは、中間転写ベルト５上の多重トナー像の先端が二次転写部に搬送されるタイミングに合わせて、図示しない記録材供給部から二次転写部に搬送されてくる。

トナー像が転写された記録材Ｐは、搬送ベルト１６ａ、１６ｂにより定着手段としてのローラ定着器９へと搬送される。記録材Ｐは、定着器９によって加圧／加熱され、その上にトナー像が永久画像として定着される。その後、記録材Ｐは、機外に排出される。

又、一次転写工程後に感光ドラム１上に残った一次転写残トナーは、クリーナー７により除去される。更に、二次転写工程後に中間転写ベルト５上に残った二次転写残トナーは、図示しない転写ベルトクリーナにより除去される。

［現像器］
次に、図２を参照して、現像器４（４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、４ＬＫ、４Ｗ）について詳しく説明する。本実施例では、各現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、４ＬＫ、４Ｗは、使用するトナーの色が異なることを除いて、実質的に同一の構成とされる。

現像器４は、現像容器４１を有し、現像容器４１内に非磁性トナー（トナー）と磁性キャリア（キャリア）とを備える２成分現像剤（現像剤）Ｔが収容されている。現像容器４１は、感光ドラム１に対向した領域に開口部４１ａを有しており、この開口部４１ａ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４２が回転可能に配置されている。現像スリーブ４２は、非磁性材料で構成され、その内部に磁界発生手段である固定のマグネット４３が配置されている。又、現像容器４１内には、撹拌スクリュー４５、４６が設けられている。現像容器４１内の現像剤Ｔは、撹拌スクリュー４５、４６によって撹拌されながら循環搬送される。

現像動作時には、現像スリーブ４２は図２の矢印方向に回転し、現像容器４１内の現像剤Ｔを担持する。現像スリーブ４２の回転に伴い、現像剤規制部材としてのブレード４４によりその量が規制されて層状とされた現像剤Ｔが、感光ドラム１と対向する現像領域Ａに搬送される。そして、現像領域Ａにおいて、静電像に応じて現像剤Ｔからトナーが感光ドラム１上に供給される。これにより、感光ドラム１に形成されている静電像がトナー像として現像される。静電像を現像した後の現像剤Ｔは、現像スリーブ４２の回転にしたがって搬送され、現像容器４１内に回収される。

現像スリーブ４２には、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスが図示しない現像バイアス発生手段から印加される。本実施例では、現像バイアスの交流成分の波形は矩形波であり、例えば、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４２と感光ドラム１との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。

現像剤について詳しく説明すると、有色トナーは、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。又、本実施例では、淡色トナーであるライトブラックトナーは、濃色トナーであるブラックトナーに対し含有させる顔料部数を少なくすることで作製した。

又、透明トナーは、光透過性が高く、着色剤の入らない樹脂からなる平均粒径１〜２５μｍもので、例えばスチレン等のスチレン系単量体とブチルアクリレート等のアクリル酸エステル類単量体及び／又はメチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル類単量体との共重合により得られるスチレン−アクリル系共重合体樹脂で、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、その他熱硬化性樹脂も用いられる。透明トナーは実質的に無色であり、少なくとも可視光を実質的に散乱することなく良く透過する。

更に、必要に応じて、任意の成分を添加することができる。例えば、ワックス類、脂肪酸、又は脂肪酸の金属塩を添加すると、透明トナーが定着時に熱溶融する際、均一被膜が形成されやすく、透明性が向上し、表面光沢に優れたカラー画像が得られる。又、熱ロールによる定着時には、オフセットを防止する効果を発揮することもできる。それ以外にも、トナーの流動性や帯電付与性を確保する目的でシリカ、アルミナ、チタニア（酸化チタン）、又は有機樹脂粒子等を外添剤として添加することができる。このような外添剤の添加量としては、トナーに対する重量比で０．０２％以上７．０％以下が望ましい。本実施例では、現像容器４１には、少なくともトナーとキャリアと外添剤とを備える現像剤が収容される。

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で、５０％粒径（Ｄ_５０）が４０μｍのものを用いる。

このようなトナーとキャリアとを重量比で約８：９２の割合で混合し、トナー濃度（ＴＤ比）８％の２成分現像剤として用いる。

［現像剤補給機構］
次に、本実施例の特徴的な部分について説明する。

本実施例では、現像装置８は、各現像器４の現像容器４１に補給現像剤として少なくともトナーとキャリアとを含む補給現像剤を補給するための現像剤補給機構を有する。又、現像装置８は、各現像器４の現像容器４１から現像剤を排出する現像剤排出機構を有する。

つまり、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槽５０から補給される。本実施例では、現像剤補給槽５０から補給される補給現像剤はトナーとキャリアとを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４１内に新しいキャリアが補給される。つまり、本実施例では、現像剤補給機構は、各現像器４毎に、現像剤補給槽５０と、現像剤補給槽５０から現像容器４１に設けられた補給口（図示せず）に向けて補給現像剤を搬送し、その補給口から現像容器４１内に補給現像剤を供給する補給部材（図示せず）とを有して構成される。補給部材は、本実施例では回転可能なスクリューとされ、画像形成に伴って決定された補給すべき補給現像剤量に応じて駆動されて、所定量の補給現像剤を現像容器４１内に供給する。こうして、現像剤補給機構は、少なくともトナーとキャリアとを所定の重量比で各現像器４に補給する。

補給すべき補給現像剤量は、如何なる方法によって決定してもよいが、例えば当業者には周知のインダクタンス検知ＡＴＲ（自動トナー補給装置）、光学検知式ＡＴＲ、パッチ検ＡＴＲ、ビデオカウントＡＴＲ、又はこれらの全て若しくはいずれかの組み合わせを好適に用い得る。インダクタンス検知ＡＴＲでは現像剤の透磁率を検知するインダクタンスセンサにより、又光学検知式ＡＴＲでは例えば反射型の光学センサにより、現像容器４１内の現像剤のトナー濃度を直接的に検知し、それに応じて補給現像剤の供給量を決定することができる。パッチ検ＡＴＲでは、感光体（又は中間転写体若しくは記録材担持体）に所定の基準トナー像（パッチ画像）を形成して、その画像濃度を例えば反射型の光学式センサによって検知し、間接的に現像容器４１内の現像剤のトナー濃度を検知し、それに応じて補給現像剤の供給量を決定することができる。ビデオカウントＡＴＲでは、形成する画像の画素毎の濃度情報の積算値によりトナー使用量を計算して、現像容器４１内の現像剤のトナー濃度を推測し、それに応じて補給現像剤の供給量を決定することができる。本発明においては、補給現像剤の補給制御方法自体は任意であり、利用可能なものを適宜選択して用いればよい。

一方、現像容器４１中に新しいキャリアが補給された分、現像容器４１内に存在する現像剤量が増加するが、その分は現像容器４１の壁面に設けられた現像剤排出口６０から排出される。現像剤排出口６０の位置は、現像容器４１内に現像剤が３７５ｇとなって安定するように調整されている。排出された現像剤は、現像ロータリー８Ａの中心に設けられた回収スクリュー（図示せず）に集められ、廃現像剤容器（図示せず）に集められる。つまり、本実施例では、現像剤排出機構は、現像剤排出口６０と、現像剤排出口６０から排出された現像剤を廃現像剤容器へと搬送する廃現像剤搬送手段（図示せず）を有して構成される。

以下、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、ライトブラックの各色のトナーを収容する各現像剤補給槽５０を「有色トナー用補給槽」、透明トナーを収容する現像剤補給槽５０を「透明トナー用補給槽」という。

そして、本実施例では、現像剤補給槽５０に充填する補給現像剤のキャリアの重量比、即ち、ＣＤ比（全現像剤重量に占めるキャリア重量の割合）を、有色トナー用補給槽と透明トナー用補給槽とで変え、透明トナー用補給槽において、有色トナー用補給槽よりも補給現像剤のＣＤ比を高くした。

具体的には、透明トナー用補給槽では補給現像剤のＣＤ比を２０％とし、有色トナー用補給槽では補給現像剤のＣＤ比を１０％とした。従って、現像剤補給槽５０内の補給現像剤の初期総重量を４００ｇとし、透明トナー用補給槽にはトナー３２０ｇ、キャリア８０ｇを充填し、又、各有色トナー用補給槽にはそれぞれトナー３６０ｇ、キャリア４０ｇ充填した。即ち、本実施例では、透明トナー用補給槽に充填された透明トナーの重量と、有色トナー用補給槽に充填された有色トナーの重量とは異なっており、透明トナー用補給槽に充填された透明トナーの重量は、有色トナー用補給槽に充填された有色トナーの重量より小さくなっている。

勿論、平均画像比率は、画像形成装置１００の使用者や環境に応じ変化するため、それらに応じて補給現像剤のＣＤ比を調整し、透明トナー用補給槽において有色トナー用補給槽よりも補給現像剤のＣＤ比を高くすることができる。

以下、検討結果を述べる。

ここで、画像の光沢性、平滑性を向上するために透明トナーを用いて画像を形成する場合、想定される通常の使われ方での透明トナーによる画像の平均画像比率は７０％程度で、有色トナーによる画像の平均画像比率は３０％程度である。

先ず、従来例として、透明トナー用補給槽と各有色トナー用補給槽とで補給現像剤のＣＤ比を全て揃えて１０％にし、透明トナーによる画像の画像比率を７０％とした時の、透明トナー用キャリアの平均年齢と画像出力枚数（Ａ４サイズの記録材）との関係は、前述の如く、図５のようになる。つまり、現像剤の入れ替え量に相当する外添剤量の入れ替えが行われないために、計算結果と実験結果が一致しなくなる。特に、これは、高画像比率の画像を連続して出力することで外添剤の蓄積や遊離が起こり易く、現像剤と共に排出される比率が減少したために、外添剤の蓄積による劣化度がキャリアの入れ替えによる若返り度を上回ってしまったためであると考えられる。これにより、現像剤は、キャリアの入れ替えの効果を僅かに発揮するものの、画像出力枚数に応じて劣化してしまった。

これに対し、本実施例では、透明トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比を２０％と、有色トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比である１０％に比べて高くした。この場合の実際の実験結果を図６に示す。

図６から分かるように、透明トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比を２０％とすることによって、計算結果と完全に合致はしないが、キャリアの入れ替えによる効果によって画像出力枚数が３００Ｋ枚の時点で、キャリアの平均年齢は３０Ｋ枚付近で飽和する傾向が見られた。

これは、透明トナー用補給槽と有色トナー用補給槽とで補給現像剤のＣＤ比が同一（１０％）の時は、
外添剤の蓄積による劣化度＞キャリアの入れ替えによる若返り度
であった関係が、透明トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比を有色トナー用補給槽における補給現像剤に比べて高くする（ＣＤ比２０％）ことによって、
キャリアの入れ替えによる若返り度＞外添剤の蓄積による劣化度
の関係になったために、現像剤の劣化を防止できたことによるものと考えられる。

又、現像剤の劣化が軽減されたので、補給されたトナーを十分に帯電することができるようになり、飛散やトリボの低下によって、透明トナーが過剰に現像されることにより定着不良が発生することを防止できた。

更に、補給現像剤のＣＤ比を１０％から２０％にすることによって、現像器に補給された現像剤自身のトリボを早く立ち上げることができるようになったことも、適正なトリボの状態を保つのに作用している。このように、現像器に補給された現像剤自身に対するトリボ付与が早めにできるようになったので、現像剤補給槽５０からの補給現像剤を現像器内に供給するために現像容器４１に設けられる補給口（図示せず）から現像スリーブ４２までの現像剤の攪拌経路を長くしたり、攪拌構成を複雑化したりせずに、簡易な構成で補給現像剤に対する十分なトリボ付与を行うことができる。

表１に、従来例と本実施例とにおける、画像出力枚数（Ａ４サイズの記録材）の増加に伴う機内でのトナー飛散レベルの推移を示す。トナー飛散は、主に、トナーのトリボの低下によって起こる現象であり、トナー飛散レベル＝キャリアの劣化レベルとみなすことができる。

尚、表１中、トナー飛散レベルは、飛散したトナー量を測定するためのシートを機内数箇所に設置し、１００Ｋ毎にそのシートに付着したトナー量を濃度として測定することによって評価した。又、評価基準は次の通りである。

××：シートに付着したトナー濃度０．２以上
×：シートに付着したトナー濃度０．２以下
△×：シートに付着したトナー濃度０．１５以上
△：シートに付着したトナー濃度０．１以上
○△：シートに付着したトナー濃度０．０５以上
○：シートに付着したトナー濃度０．０５以下

従来例では、１００Ｋ枚過ぎから、かぶりトナーの量の増加が確認された。そして、実験機においては、感光ドラム１の周りに配設された光学センサーを用いて感光ドラム１や中間転写ベルト５からの反射光量を読み取ることを行っていたが、かぶりトナーの増加により反射光量が変動したことにより、光学センサーの誤検知が発生することがあった。又、１５０Ｋ枚を過ぎたあたりからは、この感光ドラム１の周りに配設された光学センサーは、飛散したトナーによっても誤動作することがあった。更に、透明トナーが過剰に現像されることによる定着不良も幾度となく発生した。このため、実使用を考えると、２００Ｋ枚を待たずに現像剤の交換を余儀なくされる状態であった。

これに対して、本実施例の設定によれば、３００Ｋ枚まで感光ドラム１の周囲に配設された光学センサー等の誤動作や、定着不良が発生することは無かった。耐久試験の終了時において、現像器４の周りに若干の飛散したトナーが見られた程度であり、補給現像剤のＣＤ比を高くし、キャリアの入れ替え量を増やすことによって、外添剤の蓄積による現像剤の劣化が防止されていることが確認できた。尚、透明トナー及び有色トナーにおける補給現像剤のＣＤ比は、５〜５０％の範囲が適切である。５％を下回った場合には、キャリアの補給による入れ替え効果の効果が低くなってしまう。５０％を超えた場合には、現像に寄与すべきトナー量が少なくなり過ぎ、現像時の濃度追従性が劣ってしまう。

尚、上記で説明したような、透明トナーの外添剤による劣化は、有色トナーの現像器容量と透明トナーの現像容器の容量が大体同等である場合においては、透明トナーにより形成されるべき画像の平均画像比率が約６５％を超える状態において、起き易くなる。

以上、本実施例によれば、現像器の構成を複雑化すること無く、現像剤の交換によるダウンタイムをなくした上で、現像剤の劣化によるかぶり、トナー飛散、定着不良などの不具合が発生することを抑制することができる。

実施例２
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は実施例１のものと同じであるので、実施例１の画像形成装置と実質的に同一若しくは相当する機能を有する要素には同一符号を付して詳しい説明は省略する。

本実施例では、透明トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比で２０％にするだけでなく、有色トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比を１０％から５％へ変更して検討した。

有色トナーによる画像の平均画像比率３０％とすると、有色トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比を５％とした場合、飽和した時のキャリアの平均年齢は３０Ｋ枚付近になる。一方、実施例１にて説明したように、透明トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比を２０％とした場合、飽和した時のキャリアの平均年齢は３０Ｋ枚付近となる。

このように、透明トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比を２０％にし、更に有色トナー用補給槽における補給現像剤のＣＤ比を５％にすることにより、各有色トナー用現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ、４ＬＫと、透明トナー用現像器４Ｗとで、キャリアの平均年齢をほぼ同じにすることができる。

現像剤の劣化レベル（平均年齢）を揃えることによって、画像出力枚数の増加に伴うトナーのトリボの制御、トナー載り量の制御、或いは現像器中のトナーとキャリアとの重量比率の制御などを行い易くなる。又、本実施例では、有色トナー用補給槽に関しては、補給現像剤のＣＤ比を１０％から５％に変更することで、トナー入れ目量が２０ｇ増える。その結果、有色トナーによる画像の平均画像比率が３０％であるとして考えた場合、Ａ３サイズの画像で１００枚弱、トナーボトルの交換間隔を広げることが可能となる。

以上、本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られると共に、有色トナー用現像器と透明トナー用現像器とで、収容するキャリアの平均年齢を揃えることができ、それにより上述のような利点を得ることができる。

尚、本発明において、透明トナーを収容した現像容器に補給される補給現像剤のキャリアの重量比を、有色トナーを収容した現像容器に補給される補給現像剤のキャリアの重量比よりもどの程度高くするかは、画像出力枚数の増加に伴う有色トナー用と透明トナー用との現像剤の劣化度合い、かぶりやトナー飛散或いは定着不良の発生状況等に鑑みて、有色トナー用と透明トナー用とでキャリアの平均年齢が揃うように決定することが好ましい。

又、上述の実施例１において、有色トナー用の現像器における現像容器中のキャリア平均年齢を下げることを目的として、現像容器容量を小さくして現像剤の絶対量を少なくするように調整しても良い。これは、現像剤量を少なくすることで、現像剤の入れ替えを早くして、平均年齢の低下を狙おうとするものである。

例えば、使用状況として、有色トナーと透明トナー間で約８倍の使用比率差（透明トナーの方が有色トナーよりも約８倍多く使われるような画像比率）がある場合を想定する。その場合に、有色トナー用の現像器と透明トナー用の現像器の両者におけるキャリア比率が同等であり、外添剤による劣化度合い（外添剤による劣化度合いは、外添剤の種類や、現像器中の外添剤添加量や遊離した外添剤量、キャリアに付着した外添剤量などから決まる）については有色トナーを含む現像剤に対して透明トナーを含む現像剤の方が約１．２倍早く劣化する性質だったとする。このような場合には、現像容器内の現像剤量を、透明トナー用の現像器については約５００g、有色トナー用の現像器については約５０gとすることで、理論上の両者のキャリア平均年齢を、ほぼ同等にすることができる。

このような状況に鑑みると、透明トナー用の現像器と有色トナー用の現像器におけるキャリアの平均年齢を合わせるべく、使用比率の高い透明トナーを有する補給用現像剤のキャリア比率を、有色トナーを有する補給用現像剤のキャリア比率よりも大きくするという本発明の構成が有効であるのは、有色トナー用の現像容器内の現像剤量に対する透明トナー用の現像容器内における現像剤量の比率が、想定される平均画像比率における有色トナーに対する透明トナーの使用比率に対して外添剤による劣化度合いを乗算した値以内となる範囲である。

例えば、ある平均画像比率の時において、有色トナーに対する透明トナーの使用比率が約８倍であり、該条件下の外添剤による劣化度が約１．２倍だったとすると、有色トナー用の現像容器内の現像剤量に対する透明トナー用の現像容器内の現像剤量の比率が約１０倍以内の範囲であれば、本発明が有効となる。

以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上述の実施態様に限定されるものではない。

例えば、上述の実施例では、画像形成装置は、一つの感光体に対して複数の現像器を設ける方式を採用し、特に、回転式現像器を用いるものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、それぞれが感光体を備える複数の画像形成部（画像形成ステーション）を横方向又は縦方向に並列に配置し、それぞれの画像形成部で感光体上に形成したトナー像を記録材担持体上の記録材又は中間転写体の上に重ねて転写するタンデム型の画像形成装置が当業者には周知である。本発明は、斯かるタンデム型の画像形成装置であっても等しく適用可能である。或いは、一つの感光体に対して複数の現像器を設ける方式において、いずれか又は全部の現像器が感光体に対向して配置されており、所定のタイミングで所定の現像器を感光体に近接若しくは接触させることで、感光体上の静電像を所望の現像器により現像するようにしてもよい。

又、プロダクティビティ優先モードとして画像形成を４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）で画像形成を行う４色モードと、高画質モードや特殊モードとして６色（Ｗ、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ、ＬＫ）又は３色（Ｗ、Ｋ、ＬＫ）で画像形成を行うモードとを具備していてもよい。これにより、様々な使用者のニーズに合わせてトナー消費量と生産性の両立を図ることができる。更に、５色（Ｗ、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）で画像形成を行うモードを備えていてもよいし、或いは更に多くの淡色トナー、例えば、淡色のイエロー、マゼンタ、シアンを用いる現像器のいずれか又は全てを備えた画像形成装置とすることも当然可能である。

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。 図１の画像形成装置が備える現像器の概略構成図である。 キャリアの平均年齢を説明するためのグラフ図である。 低画像比率におけるキャリアの平均年齢の計算結果と実験結果とを示すグラフ図である。 高画像比率におけるキャリアの平均年齢の計算結果と実験結果とを示すグラフ図である。 本発明の効果を説明するためのキャリアの平均年齢を示すグラフ図である。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
４ 現像器
８ 回転式現像装置
４１ 現像容器
５０ 現像剤補給槽
６０ 現像剤排出口

Claims (6)

1. 像担持体に形成された静電像を有色トナーと透明トナーとを用いて現像するための少なくともトナーとキャリアと外添剤とを含む現像剤を収容した複数の現像容器と、前記複数の現像容器のそれぞれに少なくともトナーとキャリアとを含む補給現像剤を補給するための現像剤補給機構と、前記現像容器から現像剤を排出するための現像剤排出機構と、を有する現像装置において、
   透明トナーを収容した現像容器に補給される補給現像剤のキャリアの重量比は、有色トナーを収容した現像容器に補給される補給現像剤のキャリアの重量比よりも高いことを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤補給機構は、少なくともトナーとキャリアとを含む補給現像剤を収容した複数の現像剤補給槽を有し、透明トナーを収容した現像剤補給槽における補給現像剤のキャリアの重量比が、有色トナーを収容した現像剤補給槽における補給現像剤のキャリアの重量比よりも高いことを特徴とする請求項１の現像装置。
3. 前記現像剤補給槽に充填された透明トナーの重量と、前記現像剤補給槽に充填された有色トナーの重量とが異なることを特徴とする請求項２の現像装置。
4. 前記現像剤補給槽に充填された透明トナーの重量は、前記現像剤補給槽に充填された有色トナーの重量より小さいことを特徴とする請求項３の現像装置。
5. 前記複数の現像容器として、少なくとも有色トナーであるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーをそれぞれ収容した現像容器と、透明トナーを収容した現像容器とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の現像装置。
6. 像担持体と、前記像担持体に形成された静電像を現像する請求項１〜５のいずれかの項に記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。

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