JP2007322840A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電電位の差による潜像を、磁性キャリアとトナーとを混合した二成分現像剤を用いて可視化する現像装置において、トナーを補給するとともに磁性キャリアを現像装置内に適切に供給し、現像装置内の破壊された磁性キャリアの割合が増加するのを適切に抑制する。
【解決手段】現像装置４１内に現像剤補給カートリッジ６１からトナー６２を補給するとともに、所定の現像を行う毎に設定された量の磁性キャリア６３を供給する。これとともに余剰の二成分現像剤をハウジング４２から排出口６４を経て排出する。磁性キャリアの供給量は、所定枚数の現像を行ったときの磁性キャリアの破壊率を求め、この破壊率と、現像剤の交換時期つまり現像剤のライフまでの現像枚数とから、現像剤のライフとなるまで破壊された磁性キャリアの割合が所定値以下となるように設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機やレーザープリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において用いられ、像担持体上の静電潜像にトナーを付着させて可視化する現像装置に係り、特にトナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を用いる現像装置に関する。

複写機、プリンタなどの電子写真方式の画像形成装置では、像担持体上に静電潜像を形成し、これにトナーを選択的に転移して可視像とした後、このトナー像を記録用紙等に転写するように構成されている。このような画像形成装置において像担持体上に形成された静電潜像を可視化する現像装置としては、トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を用いるものが広く採用されている。

このような二成分現像剤は、現像装置のハウジング内で混合攪拌され、帯電性の着色粒子であるトナーと磁性粒子であるキャリアとが摺擦されて、それぞれが特定の極性に摩擦帯電される。そして、これらの帯電電荷により磁性キャリアとトナーとが互いに電気的に結びつけられている。

現像装置は、周方向に複数の磁極が設けられた現像ロールを備えており、この現像ロールの表面に磁性キャリアが磁気的に吸着される。磁性キャリアは現像ロールの表面上で穂状に連なった磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシを形成する磁性キャリアが帯電したトナーを保持しており、現像ロール上に二成分現像剤の層を形成する。この現像剤層はトリマなどの層厚規制部材により層厚が規制され、現像ロール上に所定量の現像剤がほぼ一様に吸着された状態となる。その後、現像ロールの回転により現像ロール上の磁気ブラシを像担持体に摺擦又は近接させ、現像ロールに印加されている現像バイアス電圧により、トナー粒子を像担持体上に転移する。これにより、像担持体上に形成された静電電位の差による潜像の画像部分にトナーが付着し、潜像が可視化される。一方、磁性キャリアは磁気的な力で現像ロール上に保持され、像担持体と対向する現像領域を通過する。そして、磁性キャリアと現像領域で消費されなかったトナーとがハウジングに回収され、ハウジング内に収容されている現像剤とともに再び攪拌されて現像に用いられる。したがって、現像動作時にトナーは消費されるが磁性キャリアは消費されず、現像装置内で繰り返し用いられる。

このように、現像動作で消費されない磁性キャリアは、現像装置内で繰り返し攪拌され、破損したり割れたりして劣化する。内部が帯電性の小さい材料から構成されているキャリアの場合、例えば、樹脂コートフェライトキャリアなどではキャリアが割れるとトナーを十分に保持できなくなり、像担持体上の画像部に適切にトナーを飛翔させることができず、画像劣化が生じる原因となる。また、トナーを帯電させる機能が低下し、現像された画像にかぶり等の欠陥を生ずることもある。

一方、二成分現像剤を用いる現像装置における他の問題点として、磁性キャリアの一部が像担持体に転移してしまうというものがある。
磁性キャリアはある程度の導電性を有するために、現像領域を通過するときに像担持体の表面電位との差を埋めるような電荷が注入され、その電荷によって像担持体上に転移して付着することがある。また、画像部とこれに隣接する非画像部との間に電界が生じ、トナーを現像に供した後の磁性キャリアがその電荷によって上記電界に捉えられ、像担持体上に付着してしまうことがある。このような磁性キャリアの付着が画像部で発生すると、転写部において記録シートがトナー像を介して像担持体に当接されたときに、磁性キャリアの粒径がトナーの粒径より大きくなっているために、付着した磁性キャリアの周辺部で記録シートと像担持体との間隔が広くなる。このためトナーが像担持体から記録シートへ転移するのが妨げられ、この部分で画像が転写されない、いわゆる白抜け状態となってしまうことがある。

これに対し、像担持体と現像ロールとが対向する現像領域で、現像ロールの周面が像担持体の周面の移動方向と逆方向に移動するいわゆるアゲインストモード（against mode）で現像ロールを駆動することによって、磁性キャリアの像担持体への転移を抑制することができる。これは次のように考えることができる。

穂状になって現像ロール上に保持された磁性キャリアは、現像領域を通過するときに、先端部分の磁性キャリアが像担持体と接触し、電荷が注入されたり、現像によってトナーが離脱して磁性キャリアの表面電荷が増加する。このため、二成分現像剤の搬送方向における現像領域の下流側で磁性キャリアが像担持体に転移しやすくなっている。このため、現像ロールの表面の移動方向と像担持体の表面の移動方向とが同じいわゆるウィズモード(with mode)であると、現像ロールから像担持体に磁性キャリアの転移が生じると、そのまま転移した磁性キャリアが現像領域から離脱し、像担持体上に維持されたまま搬送される。しかし、現像ロールの周面の移動方向が像担持体の表面の移動方向と逆方向となっていると、二成分現像剤の搬送方向における現像領域の下流側で像担持体上に転移した磁性キャリアは、像担持体上に保持されて逆方向に搬送され、再び現像領域内に持ち込まれる。このため、現像ロールの回転によってその後に現像領域に送り込まれた穂状の二成分現像剤と接触し、像担持体の表面から掻き取るように現像ロール上に戻される。このため、像担持体上に転移した磁性キャリアが像担持体上に維持されたまま現像領域を通過する確率は低下し、磁性キャリアの像担持体への転移が抑制される。

このように、現像ロールをアゲインストモードで駆動する現像装置では、磁性キャリアの像担持体への付着を抑制することができるが、新しいトナーに掻き取られた磁性キャリアは現像装置外には排出されず、ハウジング内に回収される。このため、ハウジング内の劣化キャリアの増加が早く生じ、記録媒体に転写される画像の粒状性を低下させる原因となる。つまり、現像剤を交換しなければならない時期である現像剤ライフが短くなる。

このような問題点に対しては、現像動作により消費されたトナーだけでなく新しいキャリアをハウジング内に補給するとともに、ハウジング内の現像剤の所定量をハウジングから排出して現像剤の劣化を抑制し、現像剤ライフを長くする、いわゆるトリックル方式を採用した現像装置が例えば特許文献１に提案されている。
この現像装置は、画像の現像濃度やトナーの帯電特性をセンサにより検知し、この検出値が基準よりも低下した場合に現像剤が劣化したと推定してトナーとキャリアとを補給するものであり、現像剤ライフを長くすることができる。
特開平９−２５８５５５号公報

しかしながら、上記のような現像装置では、現像濃度又はトナーの帯電性の検出値に基づいて磁性キャリアの劣化を判断し、現像剤を補給する時期を決定するので、構成が複雑となり、現像剤の劣化情報を得るための管理が難しくなる。このため、キャリアの補給量や補給時期が適切に設定できる装置が求められている。

本発明は、上記のような改善すべき点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成で磁性キャリアを適切に補給し、現像装置内の破壊された磁性キャリアの割合を所定の値以下に維持して、長期にわたり高画質の画像を安定して実現できる現像装置を提供することである。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、 静電電位の差による潜像が表面に形成される像担持体と対向するように配置された現像ロールと、 トナーと磁性キャリアとが混合された二成分現像剤を、前記現像ロールの表面へ供給可能に収容するハウジングとを有し、 前記現像ロール上に磁気的に吸着した前記二成分現像剤からトナーを像担持体に転移して前記潜像を可視化する現像装置であって、 前記磁性キャリアは、中核部分を構成する材料と帯電性が異なる材料からなる被覆層を有するものであり、 前記現像ロールは、前記像担持体と対向する位置で前記像担持体の表面の移動と反対方向に周面が移動するように駆動されるものであり、 前記ハウジング内にトナーと現像を行った枚数に対応した量の磁性キャリアとを供給するとともに、余剰の二成分現像剤を該ハウジングから排出し、 該磁性キャリアの供給量は、設定された現像剤の交換時期となる現像枚数に達するまで、該ハウジングに収容された二成分現像剤の磁性キャリアの破壊されたものの割合が所定の値以下に維持されるように設定されている現像装置を提供する。

この現像装置では、現像動作により消費された量のトナーとともに現像を行う枚数に応じて磁性キャリアの所定量を供給し、同時にハウジングに収容されている現像剤の一部を排出する。これにより、磁性キャリアが徐々に新しいものに交換され、現像剤のライフつまり交換が必要になる時期として設定された枚数の現像を行うまで、ハウジング内の破壊キャリアの割合を所定の量以下に維持することができる。したがって、現像剤のライフまで良好な現像を安定して行うことができ、現像剤のライフを延長することもできる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の現像装置において、 所定の枚数の現像を行う毎の磁性キャリアの破壊率と前記ハウジングに収容された二成分現像剤のすべてを交換する時期とによって、トナーとともに前記ハウジングに供給する磁性キャリアの量が設定されているものとする。

この現像装置では、現像枚数に対応した磁性キャリアの破壊率つまり所定枚数の現像を行う毎の磁性キャリアの破壊率と、現像剤を交換する時期つまり現像剤のライフとに基づいてハウジング内に供給する磁性キャリアの量を設定するので、現像を繰り返し行って現像剤の交換時期に至るまで良好な現像が可能となるように破壊キャリアの割合を維持することができる。そして、磁性キャリアを過剰に供給することなく、簡単な構成で補給する磁性キャリアの量及び時期を適切に設定することができる。例えば、現像枚数カウンターの信号をキャリア補給装置に送信するような簡易な方法により、磁性キャリアの適切な量を補給することができる。
ここで、現像枚数に対応した磁性キャリアの破壊率とは、所定枚数の現像を行ったときに、破壊されていなかった磁性キャリアの量に対して破壊されたキャリアとなったものの比率をいうものとし、破壊キャリアの割合とは、ハウジング内に収容されている総キャリア量に対して破壊されているキャリアの割合をいうものとする。以下、同様である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の現像装置において、 前記磁性キャリアの破壊率は、所定の枚数の現像を行った後に前記ハウジングから二成分現像剤を取り出し、測定された破壊率を用いるものであり、 該破壊率は、前記二成分現像剤からトナーと磁性キャリアとを分離する工程、 該磁性キャリアの画像を取り込んで、各磁性キャリアの粒子の形状係数を算出する工程、 前記形状係数の値に基づいて、破壊された磁性キャリアと破壊されていない磁性キャリアとを分別する工程、 前記破壊された磁性キャリアが、前記ハウジングから取り出した前記二成分現像剤全体に含まれる磁性キャリアに占める体積割合を求める工程、を経て得られたものとする。

磁性キャリアの破壊率は、使用する磁性キャリアの種類や現像装置の構造等によって大きく変動する。しかし、この現像装置では測定によって磁性キャリアの破壊率が検出されている。この磁性キャリアの破壊率に基づいて磁性キャリアの供給量が定められることにより、正確に適正な量の磁性キャリアの量を供給することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、 請求項２又は請求項３に記載の現像装置において、 前記ハウジング内の磁性キャリアの量をＺ、予め設定された所定枚数の現像を行う毎の磁性キャリアの破壊率をａ、前記所定枚数の現像を行う毎にトナーとともに補給する磁性キャリア補給量をｙ、最初の所定枚数を現像した後における破壊された磁性キャリアの量をＣ1、次の所定枚数を現像した後における破壊された磁性キャリアの量をＣ2、次の所定枚数を現像した後における破壊された磁性キャリアの量をＣ3、二成分現像剤の全ての交換を行う現像剤ライフに相当する、前記所定枚数の現像をｎ回繰り返した後における破壊された磁性キャリアの量をＣｎとしたときに、該Ｃｎを次式で演算するものとし、このＣｎの値がハウジング内の磁性キャリアの量の０．２以下となるように、前記磁性キャリア補給量ｙが設定されているものとする。
Ｃｎ＝（Ｃn-1＋（Ｚ−Ｃn-1）×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）

この現像装置では、現像剤ライフまでの現像枚数を所定の枚数毎に区分し、所定の枚数の現像を行う毎の破壊された磁性キャリアの割合が推定される。そして、これに基づいて現像剤のライフとなる現像枚数に至るまでの間、破壊キャリアの割合がハウジングに収容されている総磁性キャリアの量の２０％を超えないようにキャリアの補給量を設定することができる。これにより、キャリアの補給量を簡易かつ適切に設定することができ、現像剤のライフに至るまで良好な現像を行うことが可能となる

以上説明したように、本願発明によれば、簡単な構成で適切に磁性キャリアの補給量を設定し、現像剤の交換時期つまり現像剤のライフに至るまでの間、現像装置内の破壊された磁性キャリアの割合を良好な現像が可能な範囲に維持することができる。したがって、現像剤のライフとなるまで粒状性が良好で画像ムラのない現像を行うことができる。

以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願に係る発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成図である。
この画像形成装置は、導電性材料からなる円筒状部材の外周面に光導電性層が形成された感光体ドラム１を備えており、この感光体ドラム１の周囲に、感光体ドラム１の表面を一様に帯電させる帯電装置２と、帯電された感光体ドラム１に像光を照射して表面に潜像を形成する露光装置３と、感光体ドラム１上の潜像にイエロー、マゼンタ、シアン又はブラックのトナーを転移させてトナー像を形成する回転型の現像ユニット４と、感光体ドラム１と対向し、周面が周回可能に支持される無端ベルト状の中間転写体５と、トナー像が転写された後の感光体ドラム１に残留するトナーを除去するクリーニング装置６と、感光体ドラム１の表面を除電する除電露光装置７とを備えている。

また、上記中間転写体５の内側の感光体ドラム１と対向する位置には、感光体ドラム１上に形成されたトナー像を中間転写体５に一次転写する転写帯電器８が設けられ、中間転写体５は、二つの支持ロール９ａ、９ｂと二次転写を行うための転写対向ロール１０とによって周回可能に張架されている。転写対向ロール１０と中間転写体５を介して対向する位置には、中間転写体５上のトナー像を記録用紙に二次転写する転写ロール１１が配設されており、該転写対向ロール１０と転写ロール１１との圧接部に、用紙トレイ１５から記録用紙が送り込まれるようになっている。

転写対向ロール１０と転写ロール１１との圧接部の下流側には、記録用紙上の未定着トナー像を加熱溶融して記録用紙に圧着する定着装置１２と、記録用紙を装置外へ円滑に排出する排出ロール１３とが設けられている。そして、中間転写体５に沿った位置には、中間転写体５上に残留するトナーを除去するクリーニング装置１４が設けられている。

前記回転型の現像ユニット４は、回転可能に支持される回転ホルダ４０と、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナーを収容する４台の現像装置４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄとを有するものであり、回転ホルダ４０が回転駆動されることにより、各現像装置４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを感光体ドラム１との対向領域に選択的に配置するものとなっている。

各現像装置４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄには、図２に示すように、トナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤を収容するハウジング４２と、感光体ドラム１と近接対向するように配置された現像ロール４３と、二成分現像剤を攪拌するとともに軸線方向に搬送する第１のオーガ４４及び第２のオーガ４５とが備えられている。

上記ハウジング４２には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの内の１種類の二成分現像剤が収容されており、現像ロール４３にこの二成分現像剤を供給するようになっている。そして、感光体ドラム１に対向する位置が開口しており、この部分に現像ロール４３が感光体ドラム１と近接・対向するように配設されている。

上記現像ロール４３は、周方向に複数の磁極を有し、固定支持された磁石ロール４３ａと、その周囲で回転可能に支持された非磁性の中空円筒状のスリーブ４３ｂとからなり、スリーブ４３ｂの外周面に二成分現像剤を磁気的に吸着して搬送することができるようになっている。上記磁石ロール４３ａの周面付近に設けられた複数の磁極は、異なる極性の磁極が周方向に交互に配列され、現像領域の下流側で現像剤撹拌室４６の上方では同極性の磁極が隣り合うように設けられている。これにより二成分現像剤をスリーブ４３ｂ上に吸着して感光体ドラム１との対向位置に搬送するとともに、感光体ドラム１との対向位置を通過した位置では、反発磁界で二成分現像剤をスリーブ４３ｂ上から剥離し、現像剤撹拌室４６に戻すようになっている。
なお、上記スリーブ４３ｂは、図２中に示す矢印Ｂの方向に回転駆動されるものであり、矢印Ａの方向に回転する感光体ドラム１とは、対向位置で周面が逆方向に移動するようになっている。

一方、上記ハウジングの現像ロール４３が設けられた位置の背後には、２つの現像剤撹拌室４６，４７が設けられ、これらの間が隔壁４８によって仕切られている。上記第１のオーガ４４と第２のオーガ４５とは、これらの撹拌室内に設けられ、現像ロール４３と軸線が平行となるように支持されている。これらのオーガ４４，４５は、回転することによって現像剤を撹拌しながらこれらのオーガの軸線方向に搬送するものとなっており、上記第１のオーガ４４と第２のオーガ４５とが現像剤を互いに逆方向に搬送するものとなっている。そして、上記現像剤撹拌室４６，４７は両端部で連通しており、上記オーガ４４、４５で搬送される二成分現像剤はこれらの現像剤撹拌室４６、４７内で撹拌されるとともに、循環するように搬送されるものとなっている。

また、ハウジング４２には現像剤補給カートリッジ６１が取り付けられており、現像によってトナーが消費されるのにともない、これに対応するトナー６２が補充される。また、新しい磁性キャリア６３を補給するともに、トナー６２を所定の割合で補給して二成分現像剤中のトナー濃度を適切に維持することができるものとなっている。
上記トナーの補給は、トナーが消費されたり、新しい磁性キャリアが補給されても、トナー濃度が適切に維持されるように必要な量のトナーを適切なタイミングで補給するように制御される。また、磁性キャリアは、所定枚数の現像が行われる毎に、例えば５，０００枚の現像が行われる毎に予め定められた量を補給するように制御されるものである。
上記磁性キャリアの補給量については、後に詳述する。
なお、あらかじめ磁性キャリアとトナーを一定の割合で混合したものをトナー濃度の不足に応じて補給するようにしてもよい。

また、ハウジング４２には現像剤の排出口６４が設けられ、トナーと磁性キャリアとが上記のように補充されることによって過剰となる二成分現像剤を排出し、ハウジング４２内の二成分現像剤量がほぼ一定となるようにしている。これにより、ハウジング４２内の劣化した磁性キャリアの一部が現像装置４１外に排出され、上記新しい磁性キャリアが補給されることによって磁性キャリアの交換が行われる。

現像ロール４３と第１のオーガ４４とが対向する現像剤供給領域５０の下流にはスリーブ４３ｂ上に吸着した二成分現像剤の量を規制する層厚規制部材５１が、スリーブ４３ｂの表面と所定の間隔を開けて配置されている。この層厚規制部材５１は金属板からなり、スリーブ４３ｂ上に磁気的に吸着されて穂状となった磁性キャリアの通過を規制し、スリーブ４３ｂ上にほぼ均等に二成分現像剤が吸着された状態とするものである。

上記現像ロール４３と感光体ドラム１との間には、電源装置５２から現像バイアス電圧が印加されている。そして、感光体ドラム１と対向する位置で、これらの間に電界を形成し、この電界内で電荷を有するトナーを感光体ドラム１上の画像部分に転移するものとなっている。

上記現像装置４１のハウジング４２内に収容される二成分現像剤は、熱可塑性樹脂と色材とを混練したものを粉状にしたトナーと、フェライトと合成樹脂とを混練して形成された粒状体に被覆層を形成した磁性キャリアとを混合したものである。磁性キャリアの被覆層は合成樹脂からなる抵抗率が高いものであり、粒状体はこの被覆層より導電性の高いものとなっている。

次に、上記画像形成装置の動作について説明する。
画像形成動作を開始する信号が入力されると、感光体ドラム１が回転駆動され、帯電装置２によってその表面が負極性にほぼ一様に帯電される。つづいて感光体ドラム１に露光装置３からレーザー光が照射され、露光部分の電位が減衰して静電電位の差による潜像が形成される。そして、潜像は感光体ドラム１の回転により、現像ユニット４との対向位置に搬送される。現像ユニット４の回転ホルダ４０は回転駆動され、支持する現像装置４１の一つ、例えば、イエローの現像剤を収容した現像装置４１ａを感光体ドラム１と対向する位置に支持する。

現像装置４１内では、第１のオーガ４４及び第２のオーガ４５によって二成分現像剤が撹拌され、互いに逆極性に帯電した磁性キャリアとトナーとは現像ロール４３のスリーブ４３ｂ上に供給されて磁石ロール４３ａが形成する磁界によってスリーブ４３ｂ上に吸着される。この現像剤層は、磁性キャリアが穂状に連なった状態で保持され、トナーがこの磁性キャリアに電気的に付着した状態となっている。そして、スリーブ４３ｂの回転によって搬送され、層厚規制部材５１との対向位置を通過することによって所定の厚さに現像剤量が規制される。これにより、ほぼ均一な現像剤層となって感光体ドラム１と対向する現像領域５６に送り込まれる。

この現像装置４１の現像ロール４３と感光体ドラム１との間には電源装置５２から現像バイアス電圧が印加される。これにより現像ロール４３と感光体ドラム１との間には電界が生じており、スリーブ４３ｂ上に保持された二成分現像剤からイエロートナーが画像部分に転移され、トナー像が形成される。このトナー像は、転写帯電器８が形成する電界の作用によって中間転写体５上に静電的に一次転写される。

一方、一次転写後に感光体ドラム１上に残留するトナーはクリーニング装置６により除去され、感光体ドラム１の表面は除電露光装置７により電位的に初期化され、再び帯電装置２との対向位置に移動する。

以後、現像ユニット４の他の３つの現像装置４１ｂ、４１ｃ、４１ｄが順次感光体ドラム１と対向する位置に移動し、同様に２色目、３色目、４色目のトナー像が順次感光体ドラム１上に形成され、中間転写体５上に重ねて転写される。そして、中間転写体５上に重ね合わされたトナー像は、中間転写体５の周回移動により転写ロール１１と転写対向ロール１０との対向位置すなわち記録用紙への転写位置に搬送される。

トナー像を形成する動作と同時に、用紙トレイ１５からは、収容されている記録用紙が給紙ロール１５ａによって送り出され、搬送路１６を経て転写ロール１１と転写対向ロール１０との対向位置に至り、中間転写体５のトナー像が担持されている位置に当接される。転写ロール１１と転写対向ロール１０との間には転写用バイアス電圧が印加されており、トナー像は記録用紙上に二次転写される。
未定着のトナー像を担持した記録用紙は定着装置１２へ搬送され、トナー像は記録用紙上に溶融圧着された後、画像形成装置外へ搬出される。

一方、この画像形成装置では、現像ロール４３の周面は、感光体ドラム１との対向位置で該感光体ドラム１の周面と反対方向に移動するように回転駆動されており、これによって現像ロール４３から感光体ドラム１への磁性キャリアの転移が抑制される。
図３は、上記現像装置４１で複数の種類の磁性キャリアを用いて現像を行う実験を実施し、対向する現像ロール４３の周面と感光体ドラム１の周面とが同じ方向に駆動される場合（with mode）と、対向する現像ロール４３の周面と感光体ドラム１の周面とが逆方向に駆動される場合（against mode）とについて、磁性キャリアの感光体ドラム１への付着状況を対比したものである。実験は現像ロール４３の周速と感光体ドラム１の周速との比、及び現像バイアス電圧を変えて行い、二成分現像剤を現像装置４１に投入した後の初期の状態及び５０，０００枚の現像を行った後の状態について比較する。
なお、図３として示す表中の○×で示す欄の上段は初期の状態、下段は５０，０００枚の現像を行った後のデータを示すものである。また、表中Ｖdevは現像バイアス電圧（Ｖ）、Ｖ_CLNは現像ロール４３と背景部との電位差を示すものである。

この実験の結果から、現像ロール４３の周面が感光体ドラム１の周面との対向位置で逆方向に移動するように駆動する場合（against mode）は、同じ方向に移動する場合（with mode）より、明らかに磁性キャリアの感光体ドラム１への付着が少ないことが認められる。また、磁性キャリアは磁化が、２２０ｅｍｕ／ｃｍ³以上のものを用いたときに、磁性キャリアの感光体ドラム１への付着が少なくなることが認められる。

一方、この現像装置では、現像が繰り返し行われるのにともない、ハウジングには現像を行った枚数に応じて磁性キャリアが補給され、対応する量の磁性キャリアをハウジング４２から排出するので、ハウジング内に収容されている磁性キャリアが所定の割合で新しいものに交換される。これにより、劣化したキャリアの割合が増加するのを抑えられ、現像剤のライフとして設定された現像枚数、例えば１００，０００枚の現像が終了するまで、現像装置内の破壊された磁性キャリアの割合は所定値、例えば２０％以下に抑えられる。

上記のように破壊された磁性キャリアの割合の上限値は、例えば画像の粒状性が悪化しない範囲として定めることができる。
図４は、現像された画像の粒状性と現像装置内の破壊された磁性キャリアの割合との関係を実験により調査した結果を示すものである。粒状性は目視により評価したものであり、評価値０．５以下が許容範囲となっている。この表より、画像の粒状性が許容範囲となるためには、破壊された磁性キャリアの割合は現像装置内の磁性キャリア全体の０．２すなわち２０％以下であることが分かる。

次に、上記のように現像装置内の破壊された磁性キャリアの割合が所定値以下となるように現像枚数に応じて磁性キャリアを補給する量について説明する。
磁性キャリアの補給量は、所定枚数の現像を行う毎の現像装置内における磁性キャリアの破壊率と、二成分現像剤を交換する時期すなわちライフとなるまでの現像枚数の設定値と、二成分現像剤の交換時期となるまで維持すべき破壊された磁性キャリアの割合の上限値とによって決定することができる。つまり、磁性キャリアの破壊率は現像装置の特性や磁性キャリアの構成等によって変動するものであり、実験等によって測定された破壊率について、二成分現像剤を設定されたライフまで使用しても、破壊された磁性キャリアの割合が所定の上限値を超えないように、磁性キャリアの補給量を設定するものである。

上記二成分現像剤のライフは、画像形成装置全体の耐久性等の様々な要因を考慮して定められるものであり、例えば現像枚数が１００，０００枚に達したときと設定することができる。
また、破壊された磁性キャリアの割合の上限値は、上記のように磁性キャリアの劣化による画像欠陥が現れない限度として定めるのが望ましく、例えば上限値を０．２（２０％）とすることができる。
磁性キャリアの破壊率は、所定の枚数の現像を行ったときに、健全な状態であった磁性キャリアが破壊されたものとなる比率であり、例えば次のように実験によって測定することができる。

現像に適した標準濃度となる割合で磁性キャリアとトナーとを混合した二成分現像剤の所定量を現像装置４１に入れ、現像装置の現像ロール４３を駆動し、実際に現像を行うことなく回転させる。回転速度は、実際に現像を行うときと同じ速度とする。現像ロール４３の回転が５０００枚の画像の現像に相当する回転量に達したときに回転駆動を停止し、現像ロール４３上から無作為に現像剤を採取して、この現像剤からキャリアを分離する。

図５は、現像剤からキャリアを分離する方法を示したものである。
図５（ａ）に示すように、現像剤をマグネットチップ７１と界面活性剤の希釈液７２が入った容器７３に入れ、スターラ７４を回転させて容器７３内で二成分現像剤７５と界面活性剤の希釈液７２とを混合する。その後、図５（ｂ）に示すようにトナーと界面活性剤溶液が混じった混合液を除去し、容器７３の中に残ったキャリアを乾燥させ、キャリアだけを取り出す。

このようにして、現像剤から少なくとも１００個以上のキャリアを分離する。この分離したキャリアをSEM（電子顕微鏡）によって拡大観察するとともにその画像を取り込んで、キャリア粒子の投影部分を黒、その他の部分を白として２値化処理し、各キャリアの形状係数を導き出す。形状係数が１３５以上のキャリアを破壊されたキャリアとし、その断面積からそれぞれの破壊されたキャリア粒子が球形であると仮定した場合の半径を求め体積を算出する。一方、破壊されていないキャリア粒子に関しても同様の手順で体積を算出し破壊されたキャリアのキャリア全体に占める体積割合を求める。
この方法により、５０００枚の現像を行ったときの磁性キャリアの破壊率を求めることができる。

上記のように磁性キャリアの破壊率が測定され、二成分現像剤のライフ及びライフまでの破壊キャリアの割合上限値が設定されると、次のように磁性キャリアの補給量を設定することができる。
現像装置４１内の磁性キャリア量をＺ、５０００枚の現像を行ったときのキャリア破壊率をａ、５０００枚の現像を行う毎にトナーとともに補給するキャリアの量をyとすると、最初の５０００枚の現像を行った後における破壊された磁性キャリアの量Ｃ1、次の５０００枚の現像後における破壊された磁性キャリアの量Ｃ2、次の５０００枚の現像後における破壊された磁性キャリアの量Ｃ3、……は、
Ｃ1＝（Ｚ×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）
Ｃ2＝（Ｃ1＋（Ｚ−Ｃ1）×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）
Ｃ3＝（Ｃ2＋（Ｚ−Ｃ2）×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）……
となり、画像形成装置で設定された二成分現像剤のライフに相当するｎ回の５０００枚現像を繰り返した後における破壊された磁性キャリアの量Ｃnは、
Ｃｎ＝（Ｃn-1＋（Ｚ−Ｃn-1）×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）
となる。この破壊された磁性キャリアの量Ｃｎが、現像装置内の磁性キャリアの中で占める割合を、設定された上限値例えば０．２以下となるように磁性キャリアの補給量ｙを定める。

上記式により、５０００枚現像後における磁性キャリアの破壊率ａと、磁性キャリアの補給量ｙとを異なる値に設定して、多数枚の現像を繰り返した後における破壊された磁性キャリアの量Ｃｎを演算した結果を図６から図８までに示す。
これらの図は、ハウジング４２内に収容されている全キャリアの重量を２５０ｇとし、現像を繰り返した後の破壊された磁性キャリアの重量（ｇ）を示すものである。例えば、図７に示すように、５０００枚現像あたりの磁性キャリア破壊率が０．０５のとき、５０００枚の現像を行う毎に補給するキャリアの量を２５ｇとすると、約３００００枚の現像を行った後にハウジング内の破壊された磁性キャリアの割合は５０ｇつまり２０％を超える。また、図８に示すように、５０００枚現像あたりの磁性キャリア破壊率が０．０２のときには、５０００枚の現像を行う毎に補給するキャリアの量を１５ｇとすると、３００００枚現像したときの破壊キャリアの重量は約２５ｇであり、総キャリア重量の１０％となる。その後、現像を引き続き行い、通常の現像剤のライフとして設定された１００，０００枚の現像を行った後にも、破壊された磁性キャリアの割合は約５０ｇで２０％以下が維持されている。

図９は、図６から図８までに示されるデータから、１００，０００枚の現像を行った後に、現像装置内の破壊された磁性キャリアの割合を２０％以下とするために必要なキャリア補給量と磁性キャリアの破壊率との関係を示すものである。
磁性キャリアの破壊率が０．０２（２％）のときは、図８より磁性キャリアの補給量は２５０ｇに対して１５ｇ、すなわち６％となる。磁性キャリアの破壊率が０．０５（５％）のときは、図７より磁性キャリアの補給量は２５０ｇに対して５０ｇ、すなわち２０％となる。また、磁性キャリアの破壊率が０．１０（１０％）のときは、図６より磁性キャリアの補給量は２５０ｇに対して１００ｇ、すなわち４０％となる。
このような計算により、現像剤のライフとなるまで現像を繰り返し行ったときに、破壊された磁性キャリアの割合が設定された上限値以下となるように磁性キャリアの補給量を設定することができる。
また、トナーや磁性キャリアの製法として重合法を用いた場合にも本発明の有効性は損なわれるものではない。

本願に係る発明の一実施形態である現像装置が用いられる画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 図１に示す画像形成装置で用いられている現像装置であって、本願発明に係る現像装置の概略構成図である。 図２に示す現像装置で、現像ロールの回転方向と感光体ドラムへの磁性キャリアの付着との関係について行った実験の結果を示す図表である。 現像装置内に収容される二成分現像剤の破壊された磁性キャリアの割合と現像された画像の粒状性との関係を示す図である。 二成分現像剤から磁性キャリアだけを分離して取り出す方法を示す概略図である。 磁性キャリアの破壊率と現像枚数に対応して補給する磁性キャリアの量とを変化させて、多数枚の現像後における破壊キャリアの量を計算した結果を示す図である。 磁性キャリアの破壊率と現像枚数に対応して補給する磁性キャリアの量とを変化させて、多数枚の現像後における破壊キャリアの量を計算した結果を示す図である。 磁性キャリアの破壊率と現像枚数に対応して補給する磁性キャリアの量とを変化させて、多数枚の現像後における破壊キャリアの量を計算した結果を示す図である。 磁性キャリアの破壊率と現像枚数に対応して補給しなければならない磁性キャリアの比率の最少値との関係を示す図である。

符号の説明

１：感光体ドラム、 ２：帯電装置、 ３：露光装置、 ４：回転型の現像ユニット、 ５：中間転写体、 ６：クリーニング装置、 ７：除電露光装置、 ８：転写帯電器、 ９ａ、９ｂ：支持ロール、 １０：転写対向ロール、 １１：転写ロール、 １２：定着装置、 １３：排出ロール、 １４：中間転写体のクリーニング装置、 １５：用紙トレイ、 １６：記録用紙の搬送路、
４０：回転ホルダ、 ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ：現像装置、 ４２：現像装置のハウジング、 ４３：現像ロール、 ４３ａ：磁石ロール、 ４３ｂ：スリーブ、 ４４：第１のオーガ、 ４５：第２のオーガ、 ４６、４７：現像剤撹拌室、 ４８：隔壁、 ５０：現像剤供給領域、 ５１：層厚規制部材、 ５２：電源装置、 ５６：現像領域、
６１：現像剤補給カートリッジ、 ６２：トナー、 ６３：磁性キャリア、 ６４：現像剤の排出口、
７１：マグネットチップ、 ７２：界面活性剤の希釈液、 ７３：容器、 ７４：、スターラ、 ７５：二成分現像剤、

Claims (4)

1. 静電電位の差による潜像が表面に形成される像担持体と対向するように配置された現像ロールと、
   トナーと磁性キャリアとが混合された二成分現像剤を、前記現像ロールの表面へ供給可能に収容するハウジングとを有し、
   前記現像ロール上に磁気的に吸着した前記二成分現像剤からトナーを像担持体に転移して前記潜像を可視化する現像装置であって、
   前記磁性キャリアは、中核部分を構成する材料と帯電性が異なる材料からなる被覆層を有するものであり、
   前記現像ロールは、前記像担持体と対向する位置で前記像担持体の表面の移動と反対方向に周面が移動するように駆動されるものであり、
   前記ハウジング内にトナーと現像を行った枚数に対応した量の磁性キャリアとを供給するとともに、余剰の二成分現像剤を該ハウジングから排出し、
   該磁性キャリアの供給量は、設定された現像剤の交換時期となる現像枚数に達するまで、該ハウジングに収容された二成分現像剤の磁性キャリアの破壊されたものの割合が所定の値以下に維持されるように設定されていることを特徴とする現像装置。
2. 所定の枚数の現像を行う毎の磁性キャリアの破壊率と前記ハウジングに収容された二成分現像剤のすべてを交換する時期とによって、トナーとともに前記ハウジングに供給する磁性キャリアの量が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記磁性キャリアの破壊率は、所定の枚数の現像を行った後に前記ハウジングから二成分現像剤を取り出し、測定された破壊率を用いるものであり、
   該破壊率は、前記二成分現像剤からトナーと磁性キャリアとを分離する工程、
   該磁性キャリアの画像を取り込んで、各磁性キャリアの粒子の形状係数を算出する工程、
   前記形状係数の値に基づいて、破壊された磁性キャリアと破壊されていない磁性キャリアとを分別する工程、
   前記破壊された磁性キャリアが、前記ハウジングから取り出した前記二成分現像剤全体に含まれる磁性キャリアに占める体積割合を求める工程、を経て得られたものであることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記ハウジング内の磁性キャリアの量をＺ、予め設定された所定枚数の現像を行う毎の磁性キャリアの破壊率をａ、前記所定枚数の現像を行う毎にトナーとともに補給する磁性キャリア補給量をｙ、最初の所定枚数を現像した後における破壊された磁性キャリアの量をＣ1、次の所定枚数を現像した後における破壊された磁性キャリアの量をＣ2、次の所定枚数を現像した後における破壊された磁性キャリアの量をＣ3、二成分現像剤の全ての交換を行う現像剤ライフに相当する、前記所定枚数の現像をｎ回繰り返した後における破壊された磁性キャリアの量をＣｎとしたときに、該Ｃｎを次式で演算するものとし、このＣｎの値がハウジング内の磁性キャリアの量の０．２以下となるように、前記磁性キャリア補給量ｙが設定されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の現像装置。
   Ｃｎ＝（Ｃn-1＋（Ｚ−Ｃn-1）×ａ）×Ｚ／（Ｚ＋ｙ）
   
   

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