JP2009116152A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、長期の使用により現像剤の帯電量、及び帯電量分布が画像形成の初期から大きく変化することなく維持され、長期にわたって安定した画質を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、感光ドラム１と、トナー及びキャリアから成る二成分現像剤を収容し、感光ドラム１の静電潜像にトナーを搬送してトナー像を形成する現像手段４と、を有する画像形成装置１００において、現像手段４に補給される補給用現像剤に含まれるキャリアの磁化の強さが、初期に予め現像手段４に収容されている初期現像剤のキャリアの磁化の強さより大きいことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャリアを含む二成分現像剤を補給するとともに過剰になる現像剤を回収しながら現像を行う複写機、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

従来、二成分現像剤をしようする画像形成装置において、二成分現像剤のうち、トナーは消費・供給されるのに対し、キャリアは消費も供給もされず現像容器内に残る。このため、キャリアはトナーに比べて現像容器内での攪拌頻度が多くなり、外添剤蓄積・ワックス付着・トナースペントなどに起因する帯電能の劣化が起こりやすい。これにより、現像剤搬送量が低下して現像剤の物理的な摺擦による帯電量が不足し、濃度むらや白地部かぶりなどの画像不良が発生してしまう。

そこで、従来、このキャリアの劣化を抑制するため、トナーのみではなくキャリアも現像容器内に適宜補給するとともに、このキャリア補給により現像容器内で徐々に過剰となる二成分現像剤を回収している（特許文献１参照）。これにより、消費により減少するトナーを補充すると同時に、現像容器内の劣化したキャリアを補給される新しいキャリアに置き換えている。

この現像方法によれば、キャリアを含む二成分現像剤の補給と回収が行われることにより、キャリアの劣化が抑制されて現像剤収容部内の二成分現像剤の現像特性が一定に維持されるようになり、現像剤の現像特性の変動による画質低下を抑えることができる。

また、特許文献２に記載の技術では、現像容器に補給前から収容されている二成分現像剤の初期充填キャリアの帯電量に対して、添加粒子などを変更した大きい帯電量の補給キャリアを使用している。また、補給するニ成分現像剤は、電気抵抗が等しく、トナーの融点を５０〜１１０℃の結晶性ポリエステル樹脂を主成分とし、結着樹脂と着色剤を含んでいる。

特公平２−２１５９１号公報 特開平２００４−２８７２６９号公報

しかしながら、特許文献１では、画像形成動作を繰り返し実施して行くと劣化キャリアが増加し、帯電不良のトナーが増加してしまうという課題があった。

特許文献２では、初期充填キャリアと補給キャリアの入れ替わりが一定の状態に達してキャリアの劣化状態がほぼ一定の状態になったとき、トナーの帯電量の中心値は初期の値とほぼ同等になる。しかし、トナーの帯電量分布は初期の帯電量分布より、帯電量が過剰な側と不足している側の裾が広がる分布になってしまい、画像形成を行うと濃度むらや白地部かぶりなどの画像不良を引き起こす可能性があるという課題がある。

図６はトナーの帯電量分布を示す図である。図６において、実線は、画像形成初期のキャリアが入れ替わっていないときのトナーの帯電量分布を示す。破線は、キャリアの劣化状態がある一定の状態に落ち着いたときの帯電量分布を示す。

破線（均衡状態）では、実線（初期）に比べて、帯電量分布の幅が大きくなる。これは、帯電付与能が高いキャリアを投入しても、劣化したキャリアの帯電付与能が向上することはなく、現像剤中には、入れたばかりのキャリアと平均的な劣化度合いのキャリアと初期に充填されていた劣化度合いの強いキャリアが混在しているためである。また、帯電量の中心値にあるトナーの個数が少なくなっているのは、トナーのサンプリング数を同じ個数で測定して、帯電量が高い側と低い側の個数が増加したためである。

そこで本発明は、長期の使用により現像剤の帯電量、及び帯電量分布が画像形成の初期から大きく変化することなく維持され、長期にわたって安定した画質を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、像担持体と、トナー及びキャリアから成る二成分現像剤を収容し、前記像担持体の静電潜像にトナーを搬送してトナー像を形成する現像装置と、を有する画像形成装置において、前記現像装置に補給される補給用現像剤に含まれるキャリアの磁化の強さが、初期に予め現像装置に収容されている初期現像剤のキャリアの磁化の強さより大きいことを特徴とする。

本発明によれば、長期の使用により現像剤の帯電量、及び帯電量分布が画像形成の初期から大きく変化することなく維持され、長期にわたって安定した画質を得ることができる。

[第一実施形態]
本発明に係る画像形成装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。

（画像形成装置１００）
図１は本実施形態の画像形成装置の構成図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、原稿読取装置等からの画像情報に従って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色フルカラー画像を記録媒体（記録用紙、プラスチックシート、布等）に形成する。

画像形成装置１００は、４連タンデム式の画像形成装置であり、複数の像形成手段として、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する第１〜第４の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを有する。各画像形成ステーション（画像形成部）ＰＹ〜ＰＫの構成は、現像色が異なる以外は実質的に同一である。

転写装置５の中間転写ベルト（中間転写体）５１が回動して各画像形成部ＰＹ〜ＰＫを通過する間に、中間転写体５１に各色の画像が重ねられる。中間転写体５１上で重ね合わされた多重トナー像は記録媒体Ｓに転写され、画像形成が行われる。

画像形成部Ｐは、像担持体としてのドラム状の感光体（感光ドラム）１を有する。感光体１の外周には、帯電器（帯電手段）３、露光装置（露光手段、レーザー露光光学系）２、現像装置（現像手段）４、転写装置（転写手段）５、クリーニング装置（クリーニング手段）７、除電装置（除電手段）８が設けられている。

中間ベルト５１は複数のローラに掛け回されて、図示矢印方向に回転（周回移動）する。中間転写ベルト５１を介して各感光体１Ｙ〜１Ｋに対向する位置には、一次転写部材５２が配置されている。中間転写ベルト５１が掛け回されたローラのうち一つに対向する位置に、二次転写部材５３が設けられている。

画像形成時には、先ず、帯電器３によって、回転する感光体１の表面を一様に帯電させる。次いで、帯電した感光体１の表面を、露光装置２により画像情報信号に応じて走査露光することによって、感光体１上に静電潜像を形成する。感光体１に形成された静電潜像は、現像装置４を用いて現像剤のトナーによりトナー像として顕像化する。感光体１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト５１と感光体１とが当接する１次転写部（一次転写ニップ）Ｎ１において、一次転写部材５２に印加される一次転写バイアスの作用によって中間転写ベルト７上に転写（一次転写）される。例えば、４色フルカラー画像の形成時には、第１の画像形成部ＰＹから順次に、各感光体１から中間転写ベルト５１上にトナー像が転写され、４色のトナー像が重ね合わされた多重トナー像が形成される。

一方、カセット（記録媒体収容部）９に収容されている記録媒体Ｓが、ピックアップローラ、搬送ローラ及びレジストローラ等の記録媒体搬送部材によって搬送される。搬送された記録媒体Ｓは、中間転写ベルト５１と二次転写部材５３とが当接する二次転写部（ニップ部）Ｎ２に、中間転写ベルト５１上のトナー像と同期がとられて搬送されてくる。そして、中間転写ベルト５１上の多重トナー像は、二次転写部Ｎ２において、二次転写部材５３に印加される二次転写バイアスの作用により、記録媒体Ｓ上に転写される。

その後、中間転写ベルト５１から分離された記録媒体Ｓは、定着装置６へと搬送される。記録媒体Ｓ上に転写されたトナー像は、定着装置６によって加熱、加圧されることによって溶融混合されると共に、記録媒体Ｓ上に定着される。その後、記録媒体Ｓは機外（排出トレイ１１）へ排出される。

一次転写工程後に感光体１上に残留したトナー等の付着物は、クリーニング装置７によって回収される。感光体１に残留した静電潜像は、除電装置８によって消去される。これにより、感光体１は、次の画像形成工程に備える。二次転写工程後に中間転写ベルト７上に残留したトナー等の付着物は、中間転写体クリーナ５４によって除去される。

尚、画像形成装置１００は、例えばブラック単色の画像など、所望の単色又は４色のうちいくつかの色用の画像形成部を用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することも可能である。

（現像装置４）
次に、現像装置４について説明する。図２は現像装置４の上面図である。図３は現像装置４の長手方向断面図である。

図２、図３に示すように、現像装置４は、非磁性トナーと磁性キャリアとを備える二成分現像剤を収容する現像容器４１を有する。現像容器４１は、現像スリーブ（現像剤担持体）４４、マグネットロール（磁石）４５、規制ブレード（現像剤量規制部材）４６、第１、第２の現像剤搬送部材４２、４３を有している。

マグネットロール４５は、現像スリーブ４４内に固定して配置された磁界発生手段であり、現像スリーブ４４の周方向に沿って複数の磁極を有する。規制ブレード４６は現像スリーブ４４の表面に現像剤の薄層を形成する。現像剤搬送部材４２、４３は、現像容器４１内の現像剤を攪拌し且つ搬送する第１、第２のスクリューである。

現像容器４１の内部は、垂直方向に延在する隔壁４１ｃによって現像室（現像剤搬送経路）４１ａと攪拌室（現像剤搬送経路）４１ｂとに区画されている。現像室４１ａに第１のスクリュー４２が配置され、攪拌室４１ｂに第２のスクリュー４３が配置されている。隔壁４１ｃの長手方向両端部（図２中左側及び右側）には、現像室４１ａと攪拌室４１ｂとの間での現像剤の通過を許す連絡部（現像剤搬送経路）４１ｄ、４１ｅが設けられている。

第１、第２のスクリュー４２、４３は、それぞれ、磁性体の軸（回転軸）４２ａ、４３ａの周りに、搬送部としての螺旋形状の羽根４２ｂ、４３ｂを有している。第２のスクリュー４３は、羽根４３ｂに加えて、軸４３ａからその半径方向に突出し、現像剤の搬送方向に所定の幅を有する攪拌リブ４３ｃを有している。リブ４３ｃは、軸４３ａの回転に伴って現像剤を攪拌する。

第１のスクリュー４２は、現像室４１ａ内の現像剤を攪拌、搬送する。第２のスクリュー４３は、自動トナー補給制御（ＡＴＲ：Auto Toner Replenisher）のもとで、現像剤補給装置１０によって補給部において供給されたトナーと、既に攪拌室４１ｂ内にある現像剤とを攪拌、搬送してトナー濃度を均一化する。

第１、第２のスクリュー４２、４３は、現像スリーブ４４の回転軸線方向（現像幅方向）に沿ってほぼ平行に配置されている。そして、第１のスクリュー４３と、第２のスクリュー４３とは、現像スリーブ４４の回転軸線方向に沿って互いに逆方向に現像剤を搬送する。これにより、現像剤は、連絡部４１ｄ、４１ｅを介して現像容器４１内を循環する。つまり、第１、第２のスクリュー４２、４３の搬送力により、現像工程でトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室４１ａ内の現像剤が、一方の連絡部４１ｄ（図２の紙面左側）を介して撹拌室４１ｂ内へ移動する。また、トナーが補給されて攪拌された攪拌室４１ｂ内の現像剤が他方の連絡部４１ｅ（図２の紙面右側）を介して現像室４１ａへ移動する。

現像装置４の現像室４１ａは、感光体１に対面した現像領域に相当する位置が開口しており、この現像容器４１の開口部に、一部露出するようにして現像スリーブ４４が回転可能に配置されている。現像スリーブ４４は非磁性材料で構成され、現像動作時には図示矢印方向に回転する。

現像室４１ａ内の現像剤は、第１スクリュー４２により現像スリーブ４４に供給される。現像スリーブ４４に供給された現像剤は、マグネットロール４５の発生する磁界により現像スリーブ４４上に所定の量が担持され剤溜まりを形成する。

現像スリーブ４４上の二成分現像剤は、現像スリーブ４４が回転することによって、剤溜まりを通過して規制ブレード４６によって層厚が規制されると共に、感光体１と対向する現像領域へと搬送される。現像領域で、現像スリーブ４４上の現像剤は穂立ちして磁気穂を形成する。磁気穂を感光体１に接触させて、現像剤のトナーを感光体１に供給することで、感光体１上の静電潜像をトナー像として現像する。また、現像効率（静電潜像へのトナーの付与率）を向上させるために、通常、現像スリーブ４４には電圧印加手段としての現像バイアス電源から、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。感光体１にトナーを供給した後の現像スリーブ４４上の現像剤は、更に現像スリーブ４４が回転することによって現像室４１ａに戻る。

現像装置４は、攪拌室４１ｂの上流側に余剰の現像剤を排出するための、現像剤排出装置４８を有する。現像剤排出装置４８は、排出口４８ａ、余剰現像剤搬送部材４８ｂ、余剰現像剤格納部４８ｃを有している。

現像容器内の現像剤面が所定の高さ以上になったときに、余剰現像剤が、排出口４８ａを乗り越えて排出され、排出された余剰現像剤を余剰現像剤搬送部材４８ｂによって搬送されて、余剰現像剤格納部４８ｃに格納される。

現像装置４は、現像剤補給装置１０を有しており、現像剤補給装置１０は補給用現像剤容器（不図示）に連結している。

現像容器４１には初期現像剤としてトナーとキャリアＡが所定の比率（重量比：トナー＜キャリア）で混合された初期現像剤が充填されている。補給用現像剤容器にはトナーとキャリアＢが所定の比率（重量比：トナー＞キャリア）で混合された補給用現像剤が充填されている。初期現像剤のトナーと補給用現像剤のトナーは同じものであり、負極性に帯電するトナーである。

キャリアＡ及びキャリアＢとして、結着樹脂中に磁性体微粒子を分散させてなるコア材を有し、コア材表面を樹脂によりコートしてなる磁性体分散型キャリアであり、粒径、帯電能、電気抵抗がほぼ同じに設定されているものを用いる。なお、磁性体分散型キャリアのほかに、単一の磁性体を樹脂でコートしたキャリアでもよいが、初期現像剤に使用するキャリアと補給用現像剤に使用するキャリアは同じ種類のものが好ましい。

画像形成動作によって、トナーのみが消費されると、現像容器内部には、現像剤補給装置１０によって補給用現像剤が供給されるが、現像容器中の現像剤はキャリアＢの分だけ少しずつ増加していくため、現像剤が次第に余剰になる。現像剤が余剰になると、現像剤面の高さが高くなるため、排出口４８ａから溢れ出して排出される。現像剤が供給、排出されることで、初期から充填されるキャリアＡがキャリアＢに入れ替わる速度は、補給用現像剤中の現像剤とキャリアの重量比（Ｃ／Ｄ）に関係する。Ｃ／Ｄは、キャリア／現像剤であり、現像剤中のキャリアの含有率である。

（実験１）
図７はキヤノン製の複写機（現像装置４）を用いて、Ａ４用紙に画像比率１０％の横帯画像を３０万枚まで画像形成したときの帯電量の推移を示す図である。図１１（ａ）は実験１の組み合わせＡの結果を示す図である。図１１（ｂ）は実験１の組み合わせＢの結果を示す図である。

図７、図１１に示すように、実験１では、キヤノン製の複写機（現像装置４）を用いて、Ａ４用紙に画像比率１０％の横帯画像を３０万枚まで画像形成する。そして、現像剤の帯電量や現像スリーブ４４上のＭ／Ｓ（ ／現像スリーブ）低下に起因する画像不良の有無を確認して比較した。

組み合わせＡは、初期キャリアと初期キャリアと磁化の強さが同じ補給キャリアの組み合わせである。組み合わせＢは、初期キャリアと初期キャリアより磁化の強さが約３０％強い補給キャリアの組み合わせである。

キャリアの磁化の強さは、マグネタイトとヘマタイトの重量比率を変化させて変えた。初期キャリア、組み合わせＡの補給キャリアは、マグネタイト：ヘマタイト＝７：３とした。組み合わせＢの補給キャリアは、マグネタイト：ヘマタイト＝９：１とした。

初期の現像剤の重量比（Ｔ／Ｄ：トナー／現像剤）を８％、補給用現像剤の重量比（Ｃ／Ｄ）を１０％とした。

使用したキャリアは、磁性体分散型キャリアである。このキャリアは、マグネタイトとヘマタイトの金属粒子を含有し、フェノール樹脂を結着樹脂に用いて製造したコアを使用する。プライマー剤、カップリング剤としてアミノシランを、キャリアコアのコート剤としてシリコーン樹脂を用いる。

なお、本発明において用いられる磁性体分散型キャリアのコアの金属粒子は、マグネタイトとヘマタイトに限らず、鉄、鋼、ニッケル、コバルトなどの磁性金属やその合金、フェライトなどの磁性酸化物等と種々の材料を使用可能であり、特に制限するものではない。また、結着樹脂やプライマー材料、カップリング剤、コート材料に関しても、上記の材料に限定するものではない。

キャリアを容器に詰めたバルクの状態で１０００Ｏｅの磁界を印加したときの磁化の強さをＶＳＭ（Vibrating Sample Magnetometer：理研電子製）で測定した。その結果、初期キャリアは４０ｅｍｕ／ｇ、組み合わせＢの補給キャリアは５２ｅｍｕ／ｇであった。なお、マグネタイト：ヘマタイト＝８：２の磁化の強さは約４６ｅｍｕ／ｇで初期キャリアより１５％強く、マグネタイト：ヘマタイト＝１０：０の磁化の強さは約５８ｅｍｕ／ｇでおよそ初期のキャリアより４５％強い磁化であった。

図７に示すように、組み合わせＡの場合、画像形成回数と共に帯電量は低下し、１０万枚を超えたあたりからほぼ一定に推移する結果となった。また、帯電量低下による画像不良を確認したところ、図１１（ａ）に示すように、帯電量が一定になった１０万枚程から画像に濃度ムラが見られるようになり、２０万枚からは若干かぶり画像がみられた。表中、○は問題ないレベル、△は発生しているが許容できるレベル、×は無視できないレベルを示す。

組み合わせＢ（補給キャリアの磁化の強さが大きい）の場合、帯電量は初期１万枚までは若干低下する傾向にあるが、徐々に回復して初期と同じ帯電量でほぼ一定の推移を示した。また、帯電量低下による画像不良を確認したところ、図１１（ｂ）に示すようにかぶり、画像濃度むらは共に発生しなかった。

また、初期キャリアと補給キャリアの磁化の強さに磁化の強いほうのキャリアを用いた場合、図６のグラフに対して、初期の帯電量が増加するが、画像形成が進むにつれて劣化して帯電量が低いキャリアが増加する。このため、組み合わせＡと同様に帯電量が低下し、帯電量分布が広くなり、帯電極性がポジまたはゼロ近傍の分布と強ネガに帯電した分布が増加することで、かぶりと濃度ムラの画像不良がみられた。

本発明では、キャリアの磁化が高いものを投入することでキャリア全体のトナーとの接触力を増加させることで図５のようにポジ側のトナーが発生することを防止しています。これに対し、上述の如く、帯電量が強いだけのキャリアを補給した場合、劣化キャリアの帯電能力は増加しないため、帯電量の絶対値は上がります。しかし、図６のように、分布の裾はゼロ近傍のトナーを含みかぶりや濃度ムラが発生してしまう。

（実験２）
初期キャリア（磁化の弱いキャリア）と補給キャリア（磁化の強いキャリア）のそれぞれのキャリアでＴ／Ｄ＝８％で現像剤を作成する。初期キャリアは、マグネタイト：ヘマタイト＝７：３とし、補給キャリアは、マグネタイト：ヘマタイト＝９：１とした。それぞれの現像剤を、現像装置４のみ単独で空回転動作させ、現像スリーブ上の現像剤の帯電量を測定した。帯電量は、Ｅ−ＳＰＡＲＴＡＮＡＬＹＺＥＲ（ホソカワミクロン社製）でトナーの帯電量を測定した。

図４は実験２における帯電量の推移を示す図である。図４に示すように、磁化の強い補給キャリアを用いた場合のほうが帯電量の立ち上がり、絶対値が高い。また、それぞれの現像剤で、現像スリーブ４４を取り外した状態で同様に空回転した場合、帯電量の立ち上がりや絶対値は殆んど変わらなかった。このことから、補給キャリアの磁化の強さを大きくすることで、トナーに対する帯電付与能を向上できることが確認された。

図５は実験２で画像形成回数が３０万枚のときのＥ−ＳＰＡＲＴで測定した帯電量分布と初期に測定した帯電量分布である。図５に示すように、３０万枚のときの帯電量分布は、若干ばらけるが、おおよそ初期の帯電量分布と同様の分布を得ることができた。これは、補給キャリアと既存のキャリアの間に発生する磁気相互作用の影響で補給キャリアの周囲に存在する現像剤にかかる帯電付与能の強さも向上するためである。

以下に、磁気相互作用について説明する。補給キャリアが補給され、第２のスクリュー４３によって現像剤中に均一になるように搬送される。キャリアは現像スリーブ４４に内包されたマグネットロール４５の磁界の影響を受けて磁化される。補給キャリアは、初期キャリアより磁化の強さが大きいため、補給キャリア自身が磁化されたときに発生する磁界は初期キャリアが発生する磁界より強くなる。そのため、補給キャリアが存在する周辺のキャリアは、より強い磁気力を受け、キャリアとトナーの物理的な接触力や接触面積が大きくなり、帯電付与能が向上する。そして、キャリアの入れ替えによって排出されていない、劣化の度合いが大きいキャリアの帯電付与能も向上するため、弱帯電トナーが少なくなる。

そのため、３０万枚画像形成を行ったときのトナーの帯電量分布はシャープになり、帯電が不十分なトナーが減少するため、画像濃度むらやかぶり画像の発生を防止することができる。

上述の如く、補給キャリアの磁化の強さを初期キャリアの磁化の強さより大きくすることによって、画像形成動作の経時によって現像スリーブ４４による現像剤の汲み上げ性が向上する。

そして、現像スリーブ４４上に剤溜まりを十分に形成されて、現像剤は規制ブレード４６を通過するときにトナーとキャリアの接触機会を十分に得ることで劣化した現像剤でも十分な帯電量を得ることができ、高画質な画像を提供することが可能となる。剤溜まり量が増えることで、トナーとキャリアの接触機会が増加して摺擦する機会が増えるが、現像剤が適宜交換されるため帯電量や画質の低下は見られない。

（実験３）
次に、実験１、２で使用した現像装置４に比べて、現像剤量を１．５倍多く積載可能な現像装置を用いて、実験１と同様の条件で実験を行った。現像剤が入れ替わる速さは現像容器内の現像剤量に影響を与える。

図８は実験３における帯電量の推移を示す図である。図８に示すように、現像剤量が多くなった場合（組み合わせＡ２）は、現像剤の劣化の速さやキャリアの入れ替わりの一定状態になるまでの時間が長くなったが、キャリア劣化の度合いなどに変化はなかった。また、本実施形態によれば、上述の実験１と同様に高画質な画像が得られた。

（実験４）
また、補給用現像剤の磁化の強さを変え、他の条件は実験１と同様の条件で、現像剤量は変更せずに、補給用現像剤の重量比Ｃ／Ｄは１０％として、画像形成を行った。キャリアの磁化の強さは、初期キャリアの磁化の強さを１００％としたとき、１１０％、１１５％、１３０％、１４０％、１４５％の磁化の強さをもった補給キャリアを用いた。

図９は実験４における帯電量の推移を示す図である。図９に示すように、磁化の強さが初期キャリアより３０％強い補給キャリアを使用した場合、図８の組み合わせＢに示したものと同じ結果である。磁化の強さが初期キャリアより１０％強い補給キャリアを使用した場合、図８の組み合わせＡの推移より帯電量低下はやや軽減された。磁化の強さが初期キャリアより４５％強い補給キャリアを使用したとき、初期の帯電量から徐々に帯電量が大きい値を示した。これは、図４に示したように、磁化の強さが大きいほど帯電量の立ち上がり、帯電量の絶対値が大きいためである。

図１２は磁化の強さが初期キャリアよりの１００％〜１４５％の補給キャリアについて、画像形成枚数の推移におけるかぶりレベルの推移を示す。図１２に示すように、キャリアの磁化の強さが１１０％のとき、１００％のものよりかぶりレベルは向上したが、３０万枚のときに若干かぶりが生じた。１１５％以上のＣ／Ｄではかぶりは改善が見られた。

（実験５）
補給用現像剤の磁化の強さを変え、他の条件は実験１と同様の条件で、現像剤量は変更せずに、補給用現像剤の重量比Ｃ／Ｄは１０％として、画像形成を行った。キャリアの磁化の強さは、初期キャリアの磁化の強さを１００％としたとき、１３０％、１４０％、１４５％の磁化の強さをもった補給キャリアを用いた。

図１３は補給キャリアの磁化を強くした場合の画像濃度低下のレベルを示す。図１３に示すように、１４５％のとき、画像形成枚数が約１０万枚で帯電量増加が飽和したところで、画像濃度が若干低下する傾向がみられた。このとき、現像剤のＴ／Ｄを増加させることで帯電量を一定に維持することができたが、現像剤中のトナー比率が増したため、白地部かぶりが発生した。

（実験６）
図１４は補給用現像剤のＣ／Ｄを変えたときの画像形成枚数に対するかぶりのレベルを示す。ここでは、かぶりのレベルの観点から、補給用現像剤のＣ／Ｄの上下限を評価した。

最初に、補給用現像剤のＣ／Ｄの下限を確認するため、前述の帯電能力が高い磁化の強さが１４０％と磁化の強さが弱い１１０％の補給キャリアを使用し、画像形成枚数に対する帯電量の推移とかぶりのレベルを確認した。補給キャリアに対する補給用現像剤のＣ／Ｄを４％、５％、６％と振って、確認した。

磁化の強さが１４０％のキャリアについて、Ｃ／Ｄを振って確認した。図１４に示すように、Ｃ／Ｄが４％の場合、帯電量が飽和する画像形成枚数が約２０万枚と長く、帯電量の飽和値は小さくなり、若干かぶりが発生した。Ｃ／Ｄが５％のときは、帯電量低下が飽和するまでの耐久枚数は１５０ｋ近くになったが、帯電量低下幅はＣ／Ｄが４％の場合より小さくなり、かぶりは発生しなかった。そして、Ｃ／Ｄが６％のときは、帯電量低下が飽和するまでの耐久枚数が１２０〜１３万枚となり、さらに帯電量の低下幅も小さくかぶりは発生しなかった。

磁化の強さが１１０％のキャリアについても、Ｃ／Ｄを振って確認した。図１４に示すように、Ｃ／Ｄが４％の場合、帯電量が飽和する画像形成枚数が約２０万枚と長く、帯電量の飽和値は小さくなり、かぶりが発生した。Ｃ／Ｄが５％のときは、帯電量低下が飽和するまでの耐久枚数は１５０ｋ近くになったが、かぶりはほとんど発生しなかった。そして、Ｃ／Ｄが６％のときは、帯電量低下が飽和するまでの耐久枚数が１２０〜１３万枚となり、かぶりは発生しなかった。

帯画像の画像濃度はどのキャリア、Ｃ／Ｄの組合せにおいてもほぼ一定の推移を示した。このことから、Ｃ／Ｄの下限は５％であると良いと判断できる。

次に、磁化の強さが１４０％、１１０％の補給キャリアを使用して、補給用現像剤のＣ／Ｄの上限を確認するために、Ｃ／Ｄが２０％、３０％、４０％の場合の画像形成枚数に対する帯電量の推移とかぶりのレベルを確認した。このとき、かぶりのレベルは、磁化の強さが１４０％と１１０％の両方のキャリアでＣ／Ｄ２０％〜４０％のいずれにおいても３０万枚まで良いレベルであった。また、補給用現像剤のＣ／Ｄが３０％以上では、キャリアの補給と排出による入れ替え速度に対する帯電能力の低下が飽和して、収束する帯電量には殆んど変化が無かった。また、Ｃ／Ｄが３０％以上の場合は、キャリアの磁化量に依らず殆んど帯電量の低下幅や帯電量が飽和するまでの画像形成枚数は殆んど同等になることが分かっている。また、廃現像剤の増加の観点からコストを抑えられるという利点もある。

上述の如く、補給用現像剤の磁化の強さを、初期現像剤キャリアの磁化の強さより１０〜４０％（１０％以上４０％以下）大きい範囲、Ｃ／Ｄの範囲は５％〜３０％（５％以上３０％以下）とする。これにより、現像装置４で回収したトナーを十分帯電することができ、かぶり画像が発生せず、高画質な画像が得られる。

[第二実施形態]
次に本発明に係る画像形成装置の第二実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１０は本実施形態の画像形成装置の構成図である。図１０に示すように、本実施形態の画像形成装置は、上記第一実施形態の画像形成装置１００からクリーナ装置７を無くし、帯電器（帯電ローラ）６３を使用したクリーナレス方式を採用したものである。

帯電器６３は、金属軸に主としてゴムから成る表層を設け、感光ドラム１に接触する帯電ローラ２を用いる。また、一次転写後に感光ドラム１上に残った転写残トナーを帯電するために帯電補助ブラシ３ａ、３ｂが配置される。

本実施形態における上記構成の画像形成動作について説明する。ただし、本実施形態の特徴的な構成の部分以外は省略して説明する。

画像形成時には、先ず、感光ドラム１に従動する帯電ローラ３によって、回転する感光ドラム１の表面を一様に帯電させる。次いで、帯電した感光体１の表面を、露光装置２により感光ドラム１上に静電潜像を形成する。そして、現像装置４を用いて静電潜像上にトナーを現像し、トナー像として顕像化する。感光ドラム１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト５１上に転写（一次転写）される。そして、中間転写ベルト５１上のトナー像は、二次転写部Ｎ２において、記録媒体Ｓ上に転写される。その後、記録媒体Ｓは定着装置６へと搬送され、定着装置６によって記録媒体Ｓ上に定着される。

一次転写後に感光ドラム１上に残った転写残トナーは、帯電補助ブラシ３ａ、３ｂ、更に、帯電ローラ２で所定の帯電を受け、適正な帯電量に調整された後、現像スリーブ４４によって感光ドラム１上から除去される。

本実施形態の効果を、本発明を用いなかった場合の結果と比較して、上記第一実施形態と同様の条件で画像形成動作を行って評価した。クリーナレス方式の画像形成装置においては、現像装置４で転写残トナーを取り込むと、現像装置４の内部で十分帯電されずに、再び現像動作に供されて画像の白地部に現像される「連れまわりかぶり」が発生することがある。そして、画像形成動作が進むに連れて、キャリアの帯電付与能が低下するため、連れまわりかぶりが顕著になる。

図１５に、本実施形態（磁化の強さを大きくした補給キャリア）と、比較例（初期現像剤と磁化の強さが同じ補給キャリア）を用いて、クリーナレス方式で画像形成を行ったときの連れまわりかぶりの結果を示す。比較例では、約１０万枚前後から連れまわりかぶりが発生した。本実施形態では、３０万枚でも連れまわりかぶりが発生しなかった。

以上より、本実施形態によれば、現像装置４で回収したトナーを十分帯電することができ、かぶり画像が発生せず、高画質な画像を得ることができる。

第一実施形態に係る画像形成装置の構成図である。 現像装置の上面図である。 現像装置の長手方向断面図である。 実験２における帯電量の推移を示す図である。 本実施形態のトナーの帯電量分布を示す図である。 従来例のトナーの帯電量分布を示す図である。 実験１における帯電量の推移を示す図である。 実験３における帯電量の推移を示す図である。 実験４における帯電量の推移を示す図である。 第二実施形態の画像形成装置の構成図である。 （ｂ）実験１の組み合わせＡの結果を示す図である。（ｂ）は実験１の組み合わせＢの結果を示す図である。 実験４における磁化の強さが初期キャリアよりの１００％〜１４５％の補給キャリアについて、画像形成枚数の推移におけるかぶりレベルの推移を示す図である。 実験５における補給キャリアの磁化を強くした場合の画像濃度低下のレベルを示す図である。 実験６における補給用現像剤のＣ／Ｄを変えたときの画像形成枚数に対するかぶりのレベルを示す図である。 第二実施形態（磁化の強さを大きくした補給キャリア）と、比較例（初期現像剤と磁化の強さが同じ補給キャリア）を用いて、クリーナレス方式で画像形成を行ったときの連れまわりかぶりの結果を示す図である。

符号の説明

Ｎ１ …一次転写ニップ
Ｎ２ …ニップ部
Ｐ …画像形成部
Ｓ …記録媒体
１ …感光体（像担持体）
２ …露光装置
２ａ、２ｂ …帯電補助ブラシ
３ …帯電器
４ …現像装置
５ …転写装置
６ …定着装置
７ …クリーニング装置
８ …除電装置
９ …カセット
１０ …現像剤補給装置
１１ …排出トレイ
４１ …現像容器
４１ａ …現像室
４１ｂ …攪拌室
４１ｃ …隔壁
４１ｄ、４１ｅ …連絡部
４２ …第１の現像剤搬送攪拌部材
４２ａ、４３ａ …回転軸
４２ｂ、４３ｂ …羽根
４３ …第２の現像剤搬送攪拌部材
４３ｃ …攪拌リブ
４４ …現像スリーブ
４５ …マグネットロール
４６ …規制ブレード
４８ …現像剤排出装置
４８ａ …排出口
４８ｂ …余剰現像剤搬送部材
４８ｃ …余剰現像剤格納部
５１ …中間転写体
５２ …一次転写部材
５３ …二次転写部材
５４ …中間転写体クリーナ
６２ …帯電ローラ
６３ …帯電器
１００ …画像形成装置

Claims (4)

1. 像担持体と、トナー及びキャリアから成る二成分現像剤を収容し、前記像担持体の静電潜像にトナーを搬送してトナー像を形成する現像装置と、を有する画像形成装置において、
   前記現像装置に補給される補給用現像剤に含まれるキャリアの磁化の強さが、初期に予め現像装置に収容されている初期現像剤のキャリアの磁化の強さより大きいことを特徴とする画像形成装置。
   
2. 前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段を有し、
   転写されずに像担持体に残ったトナーを前記現像装置によって回収するクリーナレス方式の画像形成装置であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
   
3. 補給用現像剤中のキャリアの含有率が５％以上３０％以下に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
   
4. 補給キャリアの磁化の強さが、初期キャリアの磁化の強さより１０％以上４０％以下、大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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