JP2014041275A

JP2014041275A - 現像装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2014041275A
Application number: JP2012183935A
Authority: JP
Inventors: Yasutake Matsumoto; 泰岳松本
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2032-08-23
Also published as: JP5958179B2

Abstract

【課題】現像装置の使用開始初期において像保持体に転移するシリカの量を低減することと、現像装置の長期使用時において、像保持体上の画像部と非画像部との外添剤による摩耗量の差を低減すること、を両立させる。
【解決手段】現像装置２０の使用開始前に予め現像剤収容室２６，２７に収容しておく初期現像剤のキャリア粒径を補給用現像剤のキャリア粒径よりも大きくしておく。これにより遊離シリカの量を抑え、感光体ドラム１に付着するシリカ量を低減する。補給用カートリッジ３０ａから補給される補給用現像剤３３は、磁性キャリアの粒径を初期現像剤よりも小さくし、トナーに付着していない遊離シリカの量を調整する。これにより、感光体ドラムの非画像部へのシリカの転移量を維持し、クリーニングブレード６ｂの先端に堆積したシリカが感光体ドラムの表面を磨耗するときのムラを低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関する。

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、像保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保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、磁性キャリア及び外添剤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、磁性粒子であるキャリア及び外添剤の粒子が摺擦されて、それぞれの粒子を構成する材料の帯電列にしたがって摩擦帯電される。

一方、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。そして、磁性キャリアとともにトナー及び外添剤も現像ロールの表面上に保持され、二成分現像剤の層を形成して像保持体と対向する位置すなわち現像位置に搬送される。現像位置では、現像ロールに印加されている現像バイアス電圧により、トナーが像保持体上の静電潜像に転移し、トナー像が形成される。このとき、外添剤もトナーに付着して、又はトナーに付着することなく像保持体に転移する。

このように現像動作によってトナー及び外添剤が消費されるのにともない、トナー及び外添剤のみでなく、現像動作で消費されない磁性キャリアを含む現像剤を混合して供給するとともに余剰となった現像剤をハウジングから排出する現像装置が、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００５−１０７３７７号公報

本発明は、トナーの消費にともなって磁性キャリアを含む現像剤を供給する現像装置において、現像装置の使用開始初期において像保持体に転移する外添剤の量を低減することと、現像装置の長期間の使用において、像保持体上の画像部と非画像部との外添剤による摩耗量の差を小さくすることとの両立を可能とする現像装置及び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、請求項１に記載の発明は、静電電位の差による潜像が形成される像保持体と対向して配置され、周面に現像剤を保持して搬送する現像剤保持部材と、トナー、磁性キャリア及び前記トナーに付着させる外添剤を含む二成分現像剤が収容される現像剤収容室と、該現像剤収容室内で前記二成分現像剤を攪拌及び搬送する攪拌搬送部材と、使用開始前に予め前記現像剤収容室に収容されている初期現像剤である二成分現像剤の消費に応じて、該現像剤収容室内に補給用現像剤である二成分現像剤を補給する現像剤補給手段と、前記現像剤収容室内から二成分現像剤を回収する回収手段と、を備え、前記初期現像剤に含まれる磁性キャリアの体積平均粒径が、前記補給用現像剤に含まれる磁性キャリアの体積平均粒径よりも大きくなっていることを特徴とする現像装置を提供する。

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、前記初期現像剤に含まれる磁性キャリアの体積平均粒径は３０μｍ以上であり、前記補給用現像剤に含まれる磁性キャリアの体積平均粒径は３０μｍ未満であるものとする。

請求項３に記載の発明は、静電電位の差による潜像が無端状の周面に形成される像保持体と、該像保持体上の前記潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像を、搬送される記録媒体に直接転写するか、又は中間転写体に一旦転写した後、搬送される記録媒体に転写する転写装置と、前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着装置と、前記トナー像を転写した後の前記像保持体上に残るトナーを除去するクリーニング装置と、を有し、前記現像装置は、請求項１又は請求項２に記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置を提供する。

請求項１に係る現像装置では、現像装置の使用開始初期において像保持体に転移する外添剤の量を低減することと、現像装置の長期間の使用においては像保持体上の画像部と非画像部との外添剤による摩耗量の差を小さくすることとの両立が可能となる。

請求項２に係る現像装置では、本構成を有しない現像装置と比較して、現像装置の使用開始初期において像保持体に転移した外添剤による画像劣化が生じるおそれのある期間を短縮することと、現像装置の長期間の使用においては像保持体上の画像部と非画像部への外添剤の転移量の差を低減して像保持体の表面の摩耗量の差を低減すること、との両立が可能となる。

請求項３に係る画像形成装置では、現像装置の使用開始初期における像保持体に転移する外添剤の量を低減することと、現像装置の長期間の使用において、像保持体上の画像部と非画像部との外添剤による摩耗量の差を小さくすることとの両立を可能とし、像保持体上に残留したシリカに起因する画像劣化を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。本発明の一実施形態であって、図１に示す画像形成装置に備えられた現像装置の概略断面図である。図２に示す現像装置において、ゴーストの発生レベルについて行った実験の結果を示す図である。図２に示す現像装置において、像保持体の磨耗について行った実験の結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本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、４色のトナーを用いてカラー画像を形成する画像形成装置であり、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を出力する電子写真方式の画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、これらと対向する中間転写ベルト１１とを備えている。
中間転写ベルト１１は、回転駆動される駆動ロール１５と、中間転写ベルト１１の幅方向への偏りを調整する調整ロール１６と、対向ロール１７とに張架されている。そして、上記画像形成ユニット１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと対向するように配置され、図中に示す矢印Ａの方向に周面が周回駆動されるものである。

この中間転写ベルト１１の周回移動方向における上流側から順に、イエローのトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｙ、マゼンタのトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｍ、シアンのトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｃ、ブラックのトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｋが配列され、その下流側には、二次転写を行うための二次転写部材１２が中間転写ベルト１１と接触し、対向ロールと１７と対向するように配置されている。
この二次転写部材１２が中間転写ベルト１１と対向する二次転写位置１３には記録シート収容部８から搬送路９を経て、記録媒体である記録シートが送り込まれる。記録シートの搬送経路における二次転写位置１３の下流側には、トナー像が転写された記録シートの搬送装置１４及びトナー像を加熱及び加圧して記録シート上に圧着する定着装置７が設けられている。
さらに下流側にはトナー像が定着された記録シートを重ねて保持する排紙保持部（図示しない）が設けられている。

上記画像形成ユニット１０のそれぞれは、表面に静電潜像が形成されて像保持体として機能する感光体ドラム１を有しており、各感光体ドラム１の周囲に、該感光体ドラム１の表面を帯電する帯電装置２と、感光体ドラム１上に形成された潜像にトナーを選択的に転移させてトナー像を形成する現像装置２０と、感光体ドラム１上のトナー像を中間転写ベルト１１上に一次転写する一次転写ロール５と、転写後の感光体ドラム１上に残留したトナーを除去するクリーニング装置６と、を備えている。また、感光体ドラム１のそれぞれについて、画像信号に基づいて像光を発生する露光装置３が設けられており、この露光装置３から像光が各感光体ドラム１に照射されることにより、帯電された感光ドラム１に静電潜像を書き込むようになっている。本実施の形態では、感光体ドラム１は帯電装置２により−８００Ｖに帯電され、静電潜像が形成されたときの表面電位は、露光によって電位が減衰している画像部分は−４００Ｖとなるように設定されている。

上記感光体ドラム１は、無端状の周面を有した導電性の金属製基体上に感光層を積層して形成されており、周面が周回移動するものである。感光層は、電荷発生層と電荷輸送層とが順次積層された機能分離型となっており、露光装置３によってレーザ光線が照射されると、照射された部分の比抵抗が変化する性質を有している。

上記現像装置２０は、トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤を使用するものであり、この現像剤には外添剤として粉状のシリカが添加されている。そして、上記感光体ドラム１と対向する位置で、感光体ドラム１の表面の露光部分に二成分現像剤の内のトナーを転移させ、可視像としてトナー像を形成するものである。

上記クリーニング装置６は、感光体ドラム１の周面に対向して配置され、感光体ドラム１と対向する位置に開口を有するクリーナハウジング６ａを備えている。そして、このクリーナハウジング６ａに支持され、感光体ドラム１の周面と接触するようにクリーニングブレード６ｂが配設されている。
本実施の形態では、クリーニングブレード６ｂの先端のエッジ部が感光体ドラム１の表面に接触する、いわゆるブレード加圧方式を採用しており、一次転写後の感光体ドラム上に残留したトナー等を掻き取って除去するものとなっている。

上記対向ロール１７と中間転写ベルト１１を挟んで対向する位置に配置された二次転写部材１２は、二次転写ロール１２ａと、補助ロール１２ｂと、これらに張架された二次転写ベルト１２ｃとを有するものである。二次転写ベルト１２ｃは中間転写ベルト１１と重ね合わされた状態で対向ロール１７と二次転写ロール１２ａとの間に挟み込まれ、中間転写ベルト１１が周回駆動されるのにともなって周回移動するものとなっている。また、中間転写ベルト１１と二次転写ベルト１２ｃとの間に記録シートが送り込まれたときには、この記録シートを挟み込んで搬送する。そして、二次転写ロール１２ａと対向ロール１７との間に転写用の電界を形成するために、対向ロール１７には二次転写電圧が印加される。

上記定着装置７は、加熱源を内蔵した加熱ロール７ａと、この加熱ロール７ａに圧接される加圧ロール７ｂとを備えており、これらが接触するニップ部を形成している。トナー像が転写された記録シートは、上記ニップ部に送り込まれ、回転駆動される加熱ロール７ａと加圧ロール７ｂとの間で加熱されるとともに加圧され、トナー像が記録シート上に圧着されるものとなっている。

図２は、上記現像装置２０を示す断面図である。
この現像装置は、二成分現像剤を収容する現像剤収容室２６，２７を備えたハウジング２２と、上記感光体ドラム１と近接対向するように配置された現像剤保持部材である現像ロール２３と、上記ハウジング内で二成分現像剤を攪拌するとともに搬送し、攪拌搬送部材として機能する第１のオーガ２４及び第２のオーガ２５と、二成分現像剤を上記ハウジング内に補給する現像剤補給手段としての現像剤補給部３０と、ハウジング内の二成分現像剤を回収するための回収部３２と、上記現像ロール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２９と、を備えている。

上記ハウジング２２には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの内の１種類のトナーを含む二成分現像剤が収容されている。この現像装置２０の使用開始時は、予めハウジング内に初期現像剤として二成分現像剤が収容されており、使用開始初期には現像ロール２３にこの初期現像剤を供給して、現像動作を行うものとなっている。
また、ハウジング２２は、感光体ドラム１に対向する位置が開口しており、この部分で上記現像ロール２３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２３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２３ａ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２３ｂとを備えている。そして、スリーブ２３ｂの外周面に二成分現像剤を磁気的に吸着し、スリーブの回転駆動によって二成分現像剤を搬送することができるようになっている。

上記第１のオーガ２４と第２のオーガ２５は、上記ハウジング２２内の現像ロール２３が配設された位置の背後に設けられた二つの現像剤収容室２６，２７に備えられている。これらのオーガ２４，２５は、支持軸の周囲に螺旋状の翼体を有するものであり、現像ロール２３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２４，２５は、軸線回りに回転することによって二成分現像剤を撹拌しながら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２４と第２のオーガ２５とが二成分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、上記現像剤収容室２６，２７は、これらの間に設けられた隔壁２８で仕切られるとともに、両端部で連通しており、上記オーガ２４，２５で搬送される二成分現像剤はこれらの現像剤収容室２６，２７内で撹拌されるとともに、二つの現像剤収容室２６，２７を循環するように搬送されるものとなっている。

上記現像剤補給部３０は、上記ハウジング２２の上部に設けられた補給口２２ａと、この補給口２２ａに装着された補給用カートリッジ３０ａと、を含むものであり、補給用カートリッジ３０ａは補給口２２ａに離脱可能に取り付けられている。そして、現像動作を繰り返し行うのにともなって補給用カートリッジ３０ａに収容される補給用現像剤３３が、ハウジング内に供給されるようになっている。
なお、二成分現像剤の補給は、トナーの消費量、現像された画像量、ハウジング内のトナー濃度、磁性キャリアの帯電量等に応じて、必要な量を適切なタイミングで行うように制御することができる。

上記回収部３２は、ハウジング内の二成分現像剤をハウジング外に排出する排出口３２ａを備えており、排出された現像剤を収容する収容容器（図示せず）に連通するものとなっている。この回収部３２は、ハウジング２２内に二成分現像剤が補充されることによって過剰となった二成分現像剤をハウジング内から排出し、ハウジング２２内の現像剤量を調整することが可能となっている。
なお、現像剤の排出は、予め定められた高さより高く堆積した二成分現像剤を排出するものであっても良いし、補給用現像剤の補給と同様に、予め定められたタイミングで行うように制御されるものであっても良い。

上記層厚規制部材２９は、現像ロール２３と第１のオーガ２４とが対向する現像剤供給領域４１より該現像ロールの２３回転方向における下流側に備えられており、スリーブ２３ｂの表面と間隔を開けて配置されている。この層厚規制部材２９は金属板からなり、スリーブ２３ｂ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２３ｂ上に調整された量の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２３と感光体ドラム１との間には、電源装置４２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上の画像部に転移するものとなっている。

上記現像装置２０の使用開始時においてハウジング２２内に予め収容される初期現像剤は、次のようなものである。
この現像剤は、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、トナーの外添剤としてのシリカとを混合したものである。
トナーは粒径約３．８μｍ〜８μｍ、シリカは粒径約１００ｎｍ〜１５０ｎｍのものを使用することができ、本実施の形態では粒径約６μｍのトナー、粒径約１３０ｎｍのシリカを使用している。磁性キャリアは、体積平均粒径が３０μｍ以上のものが望ましく、本実施の形態では、体積平均粒径が約３５μｍのものを使用している。

一方、補強用カートリッジ３０ａに収容され、現像装置に補給される補給用現像剤３３は初期現像剤と異なるものであり、次のようなものが使用される。
トナー、磁性キャリア及び外添剤のそれぞれの材質は初期現像剤と同じものを使用している。そして、トナーと外添剤とは、粒径も同じものを使用している。補給用現像剤３３に含まれる磁性キャリアは、初期現像剤に含まれるものとは粒径が異なるものであり、体積平均粒径が３０μｍ未満のものが使用される。本実施の形態では、補給用現像剤３３に体積平均粒径が約２５μｍの磁性キャリアが使用されている。

次に、上記現像装置２０を備えた画像形成装置の動作について説明する。
感光体ドラム１が回転駆動され、帯電装置２によって表面が帯電された後に露光装置３から像光が照射されて感光体ドラム１上に静電電位の差による潜像が形成される。この静電潜像は、感光体ドラム１の回転により現像装置２０と対向する位置に搬送される。

現像装置２０のハウジング２２内には体積平均粒径が約３５μｍの磁性キャリアを含んだ初期現像剤が充填されており、第１のオーガ２４及び第２のオーガ２５によって撹拌される。これにより、磁性キャリアとトナーとは互いに摺擦されて逆極性に帯電する。また、シリカもマイナス極性に帯電する。
二成分現像剤は、第１のオーガ２４によって現像ロール２３に供給されると、磁性キャリアは磁石ロール２３ａが形成する磁界によってスリーブ２３ｂ上に穂状に連なった状態で吸着され、トナーがこの磁性キャリアに電気的に付着して磁気ブラシを形成する。そして、スリーブ２３ｂの回転によって搬送され、層厚規制部材２９と対向する位置で、磁気ブラシは予め定められた厚さに規制され、ほぼムラのない現像剤層となって感光体ドラム１と対向する現像領域４３に送り込まれる。

現像ロール２３と感光体ドラム１との間には電源装置４２から現像バイアス電圧が印加されており、スリーブ２３ｂ上に保持された二成分現像剤からトナーが画像部分に転移されトナー像が形成される。そして、トナーに付着したシリカはトナーとともに感光体ドラム１上に転移する。また、二成分現像剤には、トナーに付着しないで遊離したシリカが含まれており、このような遊離シリカは画像部分に多く転移するが、非画像部分にも付着する。

上記のように画像部にトナーが転移して形成されたトナー像は、一次転写ロール５と対向する位置で、電界の作用によって中間転写ベルト１１上に静電的に一次転写される。
このように、イエローのトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｙ、マゼンタのトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｍ、シアンのトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｃ、ブラックのトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｋにより形成されたそれぞれのトナー像は順次中間転写ベルト１１上に重ねて転写される。そして、中間転写ベルト１１上に重ね合わされたトナー像は、中間転写ベルト１１の周回移動により二次転写ロール１２ａと対向ロール１７との対向位置すなわち二次転写位置１３へ搬送される。

上記トナー像を形成する動作とともに、記録シート収容部８からは、収容されている記録シートＰが送り出され、搬送路９を経て二次転写ロール１２ａと対向ロール１７との対向位置に搬送される。そして、中間転写ベルト１１に重ね合わせて二次転写ロール１２ａと対向ロール１７との間に送り込まれる。二次転写ロール１２ａと対向ロール１７との間には二次転写用バイアス電圧が印加されており、トナー像は一括して記録シート上に二次転写される。
転写されたトナー像を保持した記録シートは定着装置７へ搬送され、トナー像は加熱及び加圧されて記録シート上に圧着された後、排紙保持部へ搬出される。

一方、一次転写後に感光体ドラム１上に残留するトナー及びシリカはクリーニング装置６との対向位置に搬送され、クリーニングブレード６ｂによりトナーと一部のシリカとが除去される。シリカはクリーニングブレード６ｂが感光体ドラム１に接触する位置の上流側で一部が滞留するが、小粒径であるためにクリーニングブレード６ｂが接触する位置をすり抜けやすい。そして、感光体ドラム１の表面に残留したまま、次の画像を形成するための工程、すなわち帯電装置２による帯電工程、像光を照射する露光工程、及びトナーの転移によって可視像とする現像工程が行われる。

上記のように画像を形成する工程で、現像装置２０の使用開始初期には、現像ロール２３に供給されて現像に用いられる二成分現像剤は、予め現像装置２０内に収容されている初期現像剤であって、磁性キャリアは体積平均粒径が約３５μｍとなっている。この磁性キャリアの粒径は、現像装置２０の繰り返し使用時に補給される補給用現像剤に含まれている磁性キャリアより粒径が大きくなっている。これによって現像装置の使用開始初期における画像劣化が、次に説明するように低減される。

現像装置２０の使用開始時に現像剤収容室２６，２７に収容されている初期現像剤は、攪拌混合が充分でないためにトナーと付着せずに遊離している遊離シリカが、現像装置２０を継続使用している時の二成分現像剤よりも多く含くまれている。

遊離シリカが多く存在している場合、感光体ドラム１と現像ロール２３とが対向する現像領域４３で、感光体ドラム１に付着するシリカの量が増加する。特に画像部分ではトナーとともに感光体ドラム上に転移するシリカの他にマイナス極性に帯電した遊離シリカが転移し、画像部分では他の部分より多くのシリカが付着する。このようなシリカはトナー像が一次転写位置で中間転写ベルト１１上に転移された後も感光体ドラム１上に残り、クリーニング装置６と対向する位置に搬送される。クリーニング装置６と対向する位置で残留するトナーはクリーニングブレード６ｂによって除去されやすいが、シリカは粒径が小さいので、クリーニングブレード６ｂと感光体ドラム１の表面との間をすり抜け易く、画像部分であった領域に他の部分より多くのシリカが残留することになる。

感光体ドラム１はこのようにすり抜けたシリカを保持した状態で帯電装置２との対向位置に移動し、帯電装置２により電荷が付与される。このとき、感光体ドラム１の表面に付着しているシリカは既に電荷を有しており、さらに電荷が付与される。そして、シリカが有する電荷をも含めて感光体ドラムの表面付近の電荷量がほぼ一様となるように帯電される。

現像領域４３では、感光体ドラム１上のシリカは、現像ロール２３上の磁気ブラシで摺擦され剥離されるので、シリカの有する電荷が除去され、感光体ドラム１の表面の電位が変化する現象が生じる。これにより、トナーの付着量が変動し、画像濃度にムラが生じるいわゆるゴーストが生じやすくなる。

このような現像装置２０の使用開始初期における画像劣化は、使用する二成分現像剤の磁性キャリアの粒径が大きいものと小さいものとを比較すると、大きいものを用いることによって低減される。つまり、磁性キャリアの粒径が大きくなると現像剤収容室２６，２７で攪拌されたときに磁性キャリアの粒子とトナー粒子とが強く擦り合わされ、これにともなってシリカの粒子もトナーに強く擦りつけられる。これによりトナーに一部が埋め込まれるようにシリカ粒子が付着し、磁性キャリアの粒径が小さいときよりも急速に遊離しているシリカの量が減少する。これにより、磁性キャリアの粒径を大きくするにしたがって、早期にゴーストの発生を抑制することが可能となるものである。
本実施の形態では、初期現像剤の磁性キャリアの体積平均粒径を３５μｍとしており、体積平均粒径が３０μｍ以下の磁性キャリアを用いたときより、早期にゴーストの発生が抑制される。このような効果については後に実験結果を示す。

その後、繰り返して画像形成動作が行われると補給用カートリッジ３０から補給用現像剤３３が供給されるとともに、回収部３２から二成分現像剤が排出される。これにより、現像装置内の現像剤収容室２６，２７にある現像剤に含まれる磁性キャリアは、体積平均粒径が３５μｍのものが徐々に減少し、補給用カートリッジ３０から補給される補給用現像剤３３に含まれている体積平均粒径が２５μｍの磁性キャリアが増加する。

このように画像形成動作が繰り返し行われると現像装置２０内で二成分現像剤が攪拌され、外添剤であるシリカはトナーの粒子に付着して、現像装置２０の使用開始初期より遊離シリカが減少する。しかし、現像装置２０内にある多くの磁性キャリアは体積平均粒径が２５μｍのものに置き替えられており、初期現像剤と同じ体積平均粒径が３５μｍの磁性キャリアを使い続けたときよりも、二成分現像剤に含まれる粒子間の擦り合わせる力が小さくなっている。このため、遊離シリカの量は体積平均粒径が３５μｍの磁性キャリアを使い続けたときよりも多くなっている。

このような二成分現像剤を用いて繰り返し画像形成動作を行うと、静電潜像の現像時にシリカは感光体ドラム１上の画像部のみでなく非画像部にも転移し、一次転写位置を通過した後も感光体ドラム１上に残留している。そして、クリーニング装置６が設けられている位置では、クリーニングブレード６ｂが感光体ドラム１の表面に接触している位置の上流側で滞留するとともに、クリーニングブレード６ｂの接触位置をすり抜ける。このとき、感光体ドラム１の表面層を徐々に摩耗させるが、クリーニングブレード６ｂの接触位置の上流側には画像部及び非画像部にかかわらずシリカが滞留しており、感光体ドラム１の表面層の摩耗はほぼ均一に生じる。これにより、繰り返し頻繁に画像部となる位置と画像部になる頻度が低い位置とで、感光体ドラム１の表面層の摩耗の程度に差が生じにくく、表面層の摩耗の差による画像濃度のムラが生じにくくなる。

これに対し、初期現像剤と同じ体積平均粒径が３５μｍの磁性キャリアを使い続けると、現像剤収容室２６，２７内における攪拌が繰り返し行われることによって二成分現像剤中の遊離シリカが、磁性キャリアを体積平均粒径が２５μｍのものに徐々に置き換えたときよりも減少し、現像時に感光体ドラム１上の非画像部に付着するシリカが減少する。このように非画像部に付着する遊離シリカの量が減少すると、感光体ドラム１の表面が一次転写位置を通過してクリーニングブレード６ｂの接触位置に到達したときに、クリーニングブレード６ｂの上流側にはシリカがほとんど滞留しない。一方、画像部には現像時にシリカがトナーとともに感光体ドラム１上に転移しており、一次転写後にも感光体ドラム上にシリカが残留してクリーニングブレード６ｂの上流側で滞留する。これにより、画像部では感光体ドラム１の表面層の摩耗は大きく、非画像部の摩耗は小さくなる。これが繰り返し行われると摩耗量の差によって画像の濃度ムラが生じる原因となる。

したがって、現像装置２０の使用開始初期には、体積平均粒径が３５μｍの磁性キャリアを含む二成分現像剤を使用して感光体ドラム１へのシリカの付着量を低減し、その後は磁性キャリアを体積平均粒径が２５μｍのものに徐々に置き換えて、感光体ドラム１上の非画像部へ転移するシリカの量を確保する。これにより、現像装置２０の使用初期におけるゴーストの発生を抑制することと、長期間にわたって繰り返し画像形成動作を行ったときの感光体ドラム表面の摩耗量に起因する画像の濃度ムラや面内色ムラが低減される。

図３は、現像装置の使用初期における、二成分現像剤に含まれる磁性キャリアの粒径と、感光体ドラムの表面に残留するシリカに起因するゴーストの発生レベルとの関係を調査した実験の結果を示す図である。
この実験は、体積平均粒径が約３５μm、約３０μｍ、約２５μｍの磁性キャリアを含む３種類の二成分現像剤を用いて、Ａ３サイズのゴースト評価チャートを現像し、生じたゴーストのレベルをΔL^*で評価したものである。なお、ΔL^*の値は小さいほどゴーストレベルが良好なことを示している。
この図が示すように、粒径３５μｍの磁性キャリアを使用した二成分現像剤でトナー像を形成した場合は、現像装置の使用開始時にはゴーストのレベルΔL^*が２であったが、画像の現像枚数を重ねることによってゴーストの発生レベルは急速に低減し、現像枚数が１０００枚（１ｋｐｖ）になると、ゴーストをほぼ認識できないレベルである０．５まで低下している。

一方、粒径が３０μｍの磁性キャリアを使用した場合は、現像装置の使用開始時にはゴーストのレベルΔL^*が２．５であり、約７０００枚（７ｋｐｖ）の現像を繰り返したときにゴーストのレベルΔL^*が０．５となる。
また、粒径２５μｍの磁性キャリアを使用した場合は、現像装置の使用開始時にはゴーストのレベルΔL^*が３であり、約１８０００枚の現像を行ったときにゴーストのレベルΔL^*が０．５になっている。
これにより、初期現像剤に含まれるキャリアの粒径が３０μｍ以上であれば、現像装置開始初期に発生するゴーストを急激に低下させることができ、粒径３５μｍ以上のキャリアを使用するのが望ましいことが分かる。

図４は、磁性キャリアの粒径と、感光体ドラムの磨耗レートとの関係について調査した実験の結果を示す図である。
この図が示すように、粒径が約３５μｍのキャリアを使用した二成分現像剤で現像を行った場合、感光体ドラムの画像部の磨耗レートは２０ｎｍ/ｋｃｙｃ（ｋｃｙｃは、感光体ドラムの１０００回転を示す）を超えているのに対し、非画像部では１５ｎｍ/ｋｃｙｃ以下である。したがって、画像部と非画像部との磨耗レートに大きな差が生じていることが分かる。
粒径約２５μｍの磁性キャリアを使用した場合は、画像部及び非画像部において、磨耗レートは２２〜２５ｎｍ/ｋｃｙｃとなっており、画像部及び非画像部での磨耗レートの差は、粒径が約３５μｍのキャリアを使用したときより小さくなっている。
これにより、２５μｍのキャリアを使用した二成分現像剤では、感光体ドラム表面の磨耗量の差を小さくでき、多数枚の現像を繰り返すことによって感光体ドラム表面の電位のムラが発生するのを抑制することが可能となる。

図３及び図４に示した実験結果から、現像装置の使用開始初期つまり現像装置に予め収容される初期現像剤には、磁性キャリアの粒径を体積平均粒径３０μｍ以上、望ましくは３５μｍ以上とした二成分現像剤を用いることによりゴーストの発生を抑制することができる。その後、補給用カートリッジから補給する補給現像剤は、磁性キャリアの粒径を体積平均粒径３０μｍ未満、望ましくは２５μｍ以下とすると、感光体ドラムの軸線方向の磨耗レートの差が小さくなり、画像の濃度むら又は面内色むらを解消することが可能となる。
したがって、二成分現像剤で使用する磁性キャリアの粒径を上記のように変えることにより、現像装置の使用開始初期のゴーストの発生を抑制することと、多数枚の現像を繰り返したときに濃度ムラが発生するのを抑制することとを両立させることが可能となるものである。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他の形態として実施することができる。

１：感光体ドラム、２：帯電装置、３：露光装置、５：一次転写ロール、６：クリーニング装置、６ａ：クリーナハウジング、６ｂ：クリーニングブレード、７：定着装置、８：記録シート収容部、９：搬送路、
１０：画像形成ユニット、１１：中間転写ベルト、１２：二次転写部材、１３：二次転写位置、１４：搬送装置、１５：駆動ロール、１６：調整ロール、１７：対向ロール、
２０：現像装置、２２：ハウジング、２２ａ：補給口、２３：現像ロール、２３ａ：磁石ロール、２３ｂ：スリーブ、２４：第１のオーガ、２５：第２のオーガ、２６，２７：現像剤収容室、２８：隔壁、２９：層厚規制部材、
３０：現像剤補給部、３０ａ：補給用カートリッジ、３２：回収手段、３２ａ：排出口、３３：補給用現像剤、
４１：現像剤供給領域、４２：電源装置、４３：現像領域、

Claims

静電電位の差による潜像が形成される像保持体と対向して配置され、周面に現像剤を保持して搬送する現像剤保持部材と、
トナー、磁性キャリア及び前記トナーに付着させる外添剤を含む二成分現像剤が収容される現像剤収容室と、
該現像剤収容室内で前記二成分現像剤を攪拌及び搬送する攪拌搬送部材と、
使用開始前に予め前記現像剤収容室に収容されている初期現像剤である二成分現像剤の消費に応じて、該現像剤収容室内に補給用現像剤である二成分現像剤を補給する現像剤補給手段と、
前記現像剤収容室内から二成分現像剤を回収する回収手段と、を備え、
前記初期現像剤に含まれる磁性キャリアの体積平均粒径が、前記補給用現像剤に含まれる磁性キャリアの体積平均粒径よりも大きくなっていることを特徴とする現像装置。
前記初期現像剤に含まれる磁性キャリアの体積平均粒径は３０μｍ以上であり、前記補給用現像剤に含まれる磁性キャリアの体積平均粒径は３０μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
静電電位の差による潜像が無端状の周面に形成される像保持体と、
該像保持体上の前記潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、
前記トナー像を、搬送される記録媒体に直接転写するか、又は中間転写体に一旦転写した後、搬送される記録媒体に転写する転写装置と、
前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着装置と、
前記トナー像を転写した後の前記像保持体上に残るトナーを除去するクリーニング装置と、を有し、
前記現像装置は、請求項１又は請求項２に記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。