JP5826997B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置及び画像形成装置に関し、所謂トリクル方式の現像装置の動作初期において新規キャリアが無駄に廃棄されるのを防止する技術に関する。

電子写真方式の画像形成装置において、感光体表面に形成された静電潜像を現像（顕像化）する現像装置には、トナーとキャリアとを含んだ二成分系現像剤を用いるものと、キャリアを含まない一成分系現像剤を用いるものとが知られている。
二成分系現像剤を用いる場合には、先ず、トナーとキャリアとを攪拌、混合してトナーを帯電させた後、感光体表面にトナーのみを供給して静電潜像に顕像化（現像）する。したがって、静電潜像の現像によって消費されるのはトナーのみであり、キャリアは消費されないので、キャリアをそのまま残して、トナーのみを補給する方式が考えられる。

しかしながら、画像形成を繰り返すと、トナーがキャリア表面に付着して、トナーを帯電させる性能が低下してしまうので、現像装置の長寿命化を図るために、帯電性能が劣化したキャリアを少しずつ廃棄しながら新しいキャリアを補給するトリクル方式が開発された。トリクル方式によれば、随時、新しいキャリアが補給されるので、キャリアの帯電性能を維持することができる（例えば、特許文献１を参照）。

このトリクル方式においては、装置構成の単純化のため、トナーとキャリアとを一定比率で混合した現像剤を収容した現像剤カートリッジから補給することによって、トナーとキャリアとを同時に補給する方式が考えられている。
しかしながら、記録シート１枚当たりのトナー消費量（以下、単に「トナー消費量」という。）は、形成すべき画像によって大きく異なる。例えば、文字文書はトナー消費量が少なくなる傾向にある一方、写真画像などではトナー消費量が多くなる傾向にある。一方、キャリアの劣化は、トナー消費量によらず、現像装置内での攪拌回数、すなわち画像形成の回数（記録シートの枚数）に依存する。

したがって、トナー消費量に応じて、トナーとキャリアとを一定比率で混合した現像剤を補給すると、トナー消費量が多い場合にはトナーを多く補給しなければならないので、キャリアが不必要に多く補給され、キャリアが無駄に廃棄されてしまう。逆に、トナー消費量が少ない場合にはトナーをあまり補給する必要がないので、キャリアの補給も少なくなって、キャリアの言わば新陳代謝が低下し、帯電性能が劣化するおそれがある。

このため、トナーとキャリアとを予め混合せず、別個に補給する技術が提案されている（特許文献２、３を参照）。この場合には所与の一定周期（所定の画像形成枚数又は現像駆動時間ごと）でキャリアが補給される。

特開昭５９−１００４７１号公報 特開２００１−１８３８９３号公報 特開２００３−３３７４６９号公報

しかしながら、工場出荷時のような初期状態では、現像装置内に収容されているキャリアはまったく劣化していないので、ある程度劣化したキャリアが収容されている場合と同じ周期でキャリアを補給すると、劣化していないキャリアが無駄に廃棄されてしまう。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、初期状態におけるキャリアの無駄な廃棄をなくすことができ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。

上記目的を達成するため、本発明に係る現像装置は、トナーとキャリアとからなる現像剤を収容する現像槽からトナーを供給することによって静電潜像を現像する現像装置であって、トナーのみを現像槽へ補給するトナー補給手段と、印字枚数１枚当たりＭグラムの割合でキャリアを現像槽へ補給するキャリア補給手段と、現像槽内の余剰の現像剤を廃棄する廃棄手段と、初期状態以後の印字枚数を記録する記録手段と、を備え、初期状態において、現像槽内に収容されているキャリアがＭ0グラムの新規キャリアのみであり、かつ、キャリア補給手段がキャリア補給を行わない状態に設定されていることを条件として、キャリア補給の開始は、記録手段が記録する印字枚数αが

に対して、

の範囲内にあるときに行われ、キャリア補給の開始後においては、前記トナー補給手段によるトナー補給量に関わらず、前記キャリア補給手段は、平均して前記割合になるように、所定の印刷枚数毎に所定量のキャリアを補給することを特徴とする。

このようにすれば、キャリアの帯電性能が劣化する前にキャリアを廃棄したり、キャリアの劣化が進んでかぶりが顕著になって以後も初期キャリアを使用し続けたりしないので、初期状態におけるキャリアの無駄な廃棄をなくすことができる。しかも、キャリアの補充を開始するタイミングが、一般的なパラメータを用いた数式で規定されており、換言すると、印字枚数１枚当たりのキャリア補給量と、初期状態において現像槽内に収容されている新規キャリア量と、のみから規定されているので、現像装置の仕様が異なっていても本発明を適用することができる。そのため、本発明は極めて汎用性が高く、現像装置の機種毎に制御プログラムを変更する必要がないので、プログラム開発のコストダウンを図ることができる。

なお、印字枚数と現像ローラの回転数とが比例しない場合には、トナーとキャリアとからなる現像剤を収容する現像槽から現像ローラを介してトナーを供給することによって静電潜像を現像する現像装置であって、トナーのみを現像槽へ補給するトナー補給手段と、現像ローラ１回転当たりＭグラムの割合でキャリアを現像槽へ補給するキャリア補給手段と、現像槽内の余剰の現像剤を廃棄する廃棄手段と、初期状態以後の現像ローラの回転数を記録する記録手段と、を備え、初期状態において、現像槽内に収容されているキャリアがＭ0グラムの新規キャリアのみであり、かつ、キャリア補給手段がキャリア補給を行わない状態に設定されていることを条件として、キャリア補給の開始は、記録手段が記録する回転数γが

に対して、

の範囲内にあるときに行われ、キャリア補給の開始後においては、前記トナー補給手段によるトナー補給量に関わらず、前記キャリア補給手段は、平均して前記割合になるように、所定の印刷枚数毎に所定量のキャリアを補給すれば良い。
この場合において、廃棄手段が現像槽から現像剤を廃棄するのを禁止する禁止手段を備え、キャリア補給手段がキャリアの補給を開始するのに合わせて、禁止手段が禁止を解除すれば、更に確実にキャリアの無駄な廃棄を無くすことができる。具体的には、現像槽に連通し、現像剤を排出する排出口を備えた排出部と、排出部の排出口を開閉するシャッタと、を備え、禁止手段は、前記シャッタを開閉することによって、現像剤廃棄の禁止とその解除を行えば良い。

また、現像槽に連通し、現像剤を排出する排出口を備えた排出部と、現像槽と排出部との連通口を開閉するシャッタと、を備え、禁止手段は、前記シャッタを開閉することによって、現像剤廃棄の禁止とその解除を行っても同様の効果を得ることができる。
また、キャリア補給手段は、キャリアの補給に併せてトナーも補給しても良い。
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る現像装置を特徴とする。このようにすれば、本発明に係る現像装置の効果をそのまま得ることができる。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。 作像部１１１Ｋの主要な構成を示す図である。 現像装置２０４の主要な構成を示す図である。 制御部１１２の主要な構成を示す図である。 制御部１１２によるキャリアの補給動作を示すフローチャートである。 評価条件Ａに関する評価結果を示す表である。 評価条件Ｂに関する評価結果を示す表である。 評価条件Ｃに関する評価結果を示す表である。 評価条件Ｄに関する評価結果を示す表である。 耐久枚数とキャリアの平均年齢との関係を示すグラフである。 キャリアの補給開始時期とキャリアの排出量との関係を示すグラフである。 本発明の変形例に係る現像装置２０４の主要な構成を示す図である。 本発明の変形例に係るキャリアの補給方法を説明するグラフである。 本発明の変形例に係る現像装置２０４の構成を示す図である。

以下、本発明に係る現像装置及び画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］ 画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１は、原稿読取部１００、画像形成部１１０及び給紙部１２０を備えている。原稿読取部１００は、原稿台トレイに載置された原稿を自動原稿搬送装置（ADF: Automatic Document Feeder）にて原稿を光学的に読み取って画像データを生成する。画像データは後述の制御部１１２に記憶される。

画像形成部１１０は作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋ、制御部１１２、中間転写ベルト１１３、２次転写ローラ対１１４、定着装置１１５、排紙ローラ対１１６、排紙トレイ１１７、クリーナ１１８及びタイミングローラ対１１９を備えている。また、画像形成部１１０にはＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）各色のトナーカートリッジ１０１Ｙ〜１０１Ｋ、並びにキャリアを収容したキャリアカートリッジ１０２が装着されている。

トナーカートリッジ１０１Ｙ〜１０１Ｋからトナーの供給を受け、またキャリアカートリッジ１０２からキャリアの供給を受けて、作像部１１１Ｙ〜１１１Ｋは、制御部１１２の制御の下、それぞれＹＭＣＫ各色のトナー像を形成し、これらのトナー像が重なり合うように中間転写ベルト１１３に静電転写（１次転写）する。中間転写ベルト１１３は無端状の回転体であって、矢印Ａ方向に回転し、１次転写されたトナー像を２次転写ローラ対１１４まで搬送する。

給紙部１２０は、それぞれ記録紙Ｐを紙サイズ毎に格納する給紙カセット１２１を備え、画像形成部１１０に記録紙Ｐを供給する。供給された記録紙Ｐは、中間転写ベルト１１３がトナー像を搬送するのに並行して、１枚ずつ搬出され、タイミングローラ対１１９を経由して、２次転写ローラ対１１４まで搬送される。タイミングローラ対１１９は１対のローラからなっており、記録紙Ｐが２次転写ローラ対１１４に到達するタイミングを調整する。

２次転写ローラ対１１４は電位差を有する１対のローラからなっており、このローラ対は互いに圧接して転写ＮＩＰ部を形成している。この転写ＮＩＰ部において中間転写ベルト１１３上のトナー像が記録紙Ｐ上に静電転写（２次転写）される。トナー像を転写された記録紙Ｐは定着装置１１５へ搬送される。また、２次転写後、中間転写ベルト１１３上に残った残留トナーは、更に矢印Ａ方向に搬送された後、クリーナ１１８によって掻き取られ、廃棄される。

定着装置１１５は電磁誘導加熱方式の定着装置であって、トナー像を加熱、溶融して、記録紙Ｐに圧着する。トナー像を融着された記録紙Ｐは排紙ローラ対１１６によって排紙トレイ１１７上に排出される。なお、制御部１１２は、上記を含む画像形成装置１の動作を制御する。また、制御部１１２は、パソコン（PC: Personal Computer）など、他の装置との間で画像データを送受信したり、プリントジョブを受け付けたりもする。

なお、トナー像を転写するに当たっては、転写ローラに代えて転写チャージャや転写ベルトを用いても良い。また、中間転写ベルト１１３上の残留トナーを除去する際に、クリーナ１１８（クリーニングブレード）に代えて、クリーニングブラシやクリーニングローラ等を用いても良い。定着装置１１５についても電磁誘導加熱方式に代えて、ハロゲンランプや抵抗発熱体を熱源に用いても良い。また、定着加熱体はローラ形状であってもベルト形状であっても良い。

［２］ 作像部１１１Ｋの構成
次に、作像部１１１Ｋの構成の構成について説明する。
図２は、作像部１１１Ｋの主要な構成を示す図である。図２に示されるように、作像部１１１Ｋは感光体ドラム２０１、帯電装置２０２、露光装置２０３、現像装置２０４及び清掃装置２０５を備えており、感光体ドラム２０１の外周に帯電装置２０２、露光装置２０３、現像装置２０４及び清掃装置２０５の順に配設されている。

感光体ドラム２０１は不図示の駆動手段によって回転駆動され、矢印Ｂ方向に回転する。帯電装置２０２はコロナ放電によって感光体ドラム２０１の外周面を一様に帯電させる。露光装置２０３は半導体レーザ素子を有しており、一様に帯電した感光体ドラム２０１の外周面上に、制御部１１２の制御下、レーザ光を照射することによって、感光体ドラム２０１の外周面上に静電潜像を形成する。

現像装置２０４は、トナーカートリッジ１０１Ｋからトナーホッパー２０９を経由してトナーの供給を受け、また、キャリアホッパー２１０を経由してキャリアの供給を受けると、これらトナーとキャリアとを攪拌スクリュー２１２にて攪拌してトナーを帯電させ、現像ローラ２０６まで搬送する。なお、攪拌スクリュー２１２は矢印Ｅ方向に、供給スクリュー２１１は矢印Ｄ方向にそれぞれ回転し、現像ローラ２０６は矢印Ｃ方向に回転する。したがって、供給スクリュー２１１は現像ローラ２０６に対してカウンタ方向に回転することになる。

現像ローラは、固定配置された磁石ローラを、回転自在なスリーブローラに内包した構造となっており、磁石ローラは矢印Ｃ方向に沿って順にＮ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２の５つの磁極を有している。これら５つの磁極のうち、主磁極Ｎ１は感光体ドラム２０１と対向する位置に配置されている。また、現像装置２０４の内部側に向いている磁極Ｎ２、Ｎ３は、スリーブローラ上の現像剤を剥離するために反発磁界を発生させる。

このような構成を備える現像ローラ２０６は、トナーとキャリアとを攪拌、混合した現像剤を磁気吸着する。規制板２１３は現像ローラ２０６に磁気吸着された現像剤の穂立ち高さを規制して、トナーのかぶりや飛散を防止する。その後、現像ローラ２０６は、感光体ドラム２０１の外周面上にトナーを供給し、静電潜像を現像（顕像化）する。現像装置２０４は、現像ローラ２０６を備えており、現像ローラ２０６は不図示の電源から現像バイアスが印加される。この現像バイアスによって静電引力が作用して、現像装置２０４から感光体ドラム２０１へトナーが供給される。

清掃装置２０５は、イレーサランプ２０７によって感光体ドラム２０１を露光することによって、感光体ドラム２０１の外周面を除電する。その後、ブレード２０８を感光体ドラム２０１の外周面に当接させることによって、１次転写後に感光体ドラム２０１の外周面上に残留するトナーを機械的に掻き取って清掃する。以上のような動作を繰り返すことによって、次々と作像が実行される。

なお、感光体ドラム２０１に代えて感光体ベルトを用いても良い。また、帯電装置２０２についても、コロナ放電方式に代えてローラ帯電方式や帯電ブレード、帯電ブラシ、近接帯電部材等を用いても良い。また、清掃装置２０５はブレード２０８に代えて、ブラシやローラ等を用いても良い。また、現像装置２０４を用いて残留トナーを回収しても良い。

［３］ 現像装置２０４の構成
次に、現像装置２０４の構成について説明する。
図３は、現像装置２０４の主要な構成を示す図である。図３に示されるように、現像装置２０４はハウジング３０１を備えている。ハウジング３０１の内部は隔壁３０２によって攪拌槽３０３と供給槽３０４とに区画されており、トナーとキャリアとを含む現像剤が収容されている。攪拌スクリュー２１２は攪拌槽３０３内に配設されており、トナーとキャリアとを矢印Ｆ方向に搬送しながら攪拌して、トナーを摩擦帯電させる。供給スクリュー２１１は供給槽３０４内に配設されており、帯電したトナーを含む現像剤を矢印Ｈ方向に搬送しながら、現像ローラ２０６に供給する。

供給スクリュー２１１も攪拌スクリュー２１２もシャフトのほぼ全域に亘って、所定のピッチの螺旋羽根が設けられたスパイラルスクリューになっている。また、現像ローラ２０６、供給スクリュー２１１及び攪拌スクリュー２１２は回転軸が互いに平行になるように配置されている。
攪拌槽３０３は現像剤の搬送方向（矢印Ｆ方向）における下流部で、供給槽３０４の現像剤搬送方向（矢印Ｈ方向）の上流部と連通しており、現像剤が矢印Ｇ方向へ搬送される。また、供給槽３０４は現像剤の搬送方向（矢印Ｈ方向）における下流部で、攪拌槽３０３の現像剤搬送方向（矢印Ｆ方向）の上流部と連通しており、現像剤が矢印Ｉ方向へ搬送される。これによって、現像剤がハウジング３０１内を循環するように搬送される。

攪拌槽３０３の現像剤搬送方向における上流側には現像剤流入部３０５が設けられている。現像剤流入部３０５はキャリア補給口３０６とトナー補給口３０８とを備えており、キャリアホッパー２１０を介してキャリアの補給を受けたり、トナーホッパー２０９を介してトナーの補給を受けたりする。トナーホッパー２０９並びにキャリアホッパー２１０は何れもその内部に貯留するトナーやキャリアのレベルを検出するレベルセンサ（図示省略）を備えており、貯留量が所定レベルを下回ったことを検出すると、トナーカートリッジ１０１Ｋやキャリアカートリッジ１０２からトナーやキャリアがトナーホッパー２０９やキャリアホッパー２１０に供給される。

供給槽３０４の現像剤搬送方向における下流側には現像剤排出部３０９が設けられている。現像剤排出部３０９は現像剤排出口３１０を備えており、余剰の現像剤が排出される。排出された現像剤は不図示の回収ボックスに回収される。なお、現像剤排出口３１０にはシャッタ（図示省略）が設けられており、制御部１１２の制御下、現像剤排出口３１０を開閉する。

攪拌槽３０３の底部には、トナー濃度を検出する透磁センサ３０７が設けられており、透磁センサ３０７の検出信号に基づいて、制御部１１２はトナーホッパー２０９内に設けられた補給用スクリュー（図示省略）を制御して、現像装置２０４にトナーを補給する。制御部１１２は、また、形成すべき画像に応じてトナーを補給する。更に、制御部１１２は、所定枚数の画像形成を実行する毎に所定量のキャリアを、キャリアホッパー２１０を介して現像装置２０４に補給する。

［４］ 制御部１１２の構成
次に、制御部１１２の構成について説明する。
図４は、制御部１１２の主要な構成を示す図である。図４に示されるように、制御部１１２はＣＰＵ（Central Processing Unit）４０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）４０３、不揮発性メモリ４０４及びＩ／Ｏインタフェース（Input/Output Interface）４０５を備えている。ＣＰＵ４０１は、電源投入時に自動的にリセットされた後、ＲＯＭ４０２からプログラムを読み出すと、ＲＡＭ４０３を作業用記憶領域として、当該プログラムに従って動作する。また、不揮発性メモリ４０４には電源オフ時にも保持すべきデータが記憶される。

また、この動作に際しては、Ｉ／Ｏインタフェース４０５を介して、感光体ドラム２０１や帯電装置２０２、露光装置２０３、現像装置２０４、清掃装置２０５等からセンサ入力を受け付けたり、動作制御を行ったりする。特に現像装置２０４では、キャリアホッパー２１０や現像剤排出口３１０を開閉するシャッタ４１０が制御対象となり、また、清掃装置２０５が備える除電ランプ２０７も制御部１１２によって点消灯される。

［５］ キャリアの補給動作
次に、制御部１１２によるキャリアの補給動作について説明する。
図５は、制御部１１２によるキャリアの補給動作を示すフローチャートである。図５に示されるように、制御部１１２は、電源投入後、不揮発性メモリ４０４に記憶されている初期状態フラグを参照して、初期状態フラグの値が「Ｔｒｕｅ」ならば（Ｓ５０１：Ｔｒｕｅ）、現像装置２０４には新規キャリアが格納されていると判断して、初期状態フラグの値を「Ｆａｌｓｅ」に変更し、不揮発性メモリ４０４に記憶させる（Ｓ５０２）。また、シャッタ４１０を制御して現像剤排出口３１０を閉じ（Ｓ５０３）、画像形成枚数の累計値である累積枚数を０枚に初期化する（Ｓ５０４）。

その後、画像形成を実行するたびに（Ｓ５０５）、画像形成枚数を累計して（Ｓ５０６）、累積枚数を所定の閾値αと比較する。累積枚数がα枚に達していなければ（Ｓ５０７：Ｎｏ）、現像装置２０４内のキャリアが未だ新しく、十分な帯電性能を有していると判断されるので、無駄に廃棄しないように、ステップＳ５０５に進んで上記の処理を繰り返す。一方、累積枚数がα枚に達した場合には（Ｓ５０７：Ｙｅｓ）、現像装置２０４内のキャリアの劣化が進んでいると判断されるので、シャッタ４１０を制御して現像剤排出口３１０を開く（Ｓ５０８）。また、電源投入後、初期状態フラグを参照して、その値が「Ｆａｌｓｅ」であった場合も（Ｓ５０１：Ｆａｌｓｅ）、現像剤排出口３１０を開く（Ｓ５０８）。

その後、制御部１１２は、キャリアホッパー２１０を操作して、現像装置２０４に新たなキャリアを補給するとともに（Ｓ５０９）、累積枚数を０枚に初期化する（Ｓ５１０）。そして、画像形成を実行するたびに（Ｓ５１１）、画像形成枚数を累計して（Ｓ５１２）、閾値αとは別の閾値βと累積枚数を比較する。累積枚数がβ枚に達していなければ（Ｓ５１３：Ｎｏ）、未だキャリアの補給時期に至ってはいないと判断されるので、ステップＳ５１１に進んで上記の処理を繰り返す。一方、累積枚数がβ枚に達した場合には（Ｓ５１３：Ｙｅｓ）、キャリアの補給時期であると判断されるので、ステップＳ５０９に進んでキャリアを補給し、累計枚数を再び０枚に初期化して（Ｓ５１０）、ステップＳ５１１からＳ５１３までの処理を繰り返す。

なお、初期状態フラグは画像形成装置１の出荷時に「Ｔｒｕｅ」となるように不揮発性メモリ４０４に記録される。また、保守作業などにおいて、一旦、現像装置２０４内のキャリアをすべて廃棄して、新規キャリアを充填し直した場合にも作業者などによって初期状態フラグが「Ｔｒｕｅ」に設定される。
［６］ 閾値αについて
次に、閾値αの決定方法について説明する。

閾値αを決定するに際して、現像装置２０４におけるキャリアの初期充填量とキャリアの補給量との組み合わせを変化させて画像形成を行い、出力された記録シートの白地部分におけるかぶり（本来、白地部分である箇所に対する不要なトナーの付着をいう。）を目視によって評価した。評価条件であるキャリアの初期充填量（グラム）と補給量（１，０００枚当たりのグラム数）との組み合わせは、以下の４通りである。

Ａ：初期充填量（５００ｇ）、補給量（２．５ｇ／ｋ枚）
Ｂ：初期充填量（２５０ｇ）、補給量（２．５ｇ／ｋ枚）
Ｃ：初期充填量（５００ｇ）、補給量（３．７５ｇ／ｋ枚）
Ｄ：初期充填量（２５０ｇ）、補給量（３．７５ｇ／ｋ枚）
図６から図９は、評価条件ＡからＤまでのそれぞれについて、キャリアの補給を開始する耐久枚数を変化させた場合の評価結果を示す表である。なお、何れの表においても、白地部分におけるかぶりが明らかに確認できる場合は「×」、かすかに確認できる場合は「△」、１０人の評価者のうち１人から２人しか確認できない場合は「○」、また、１０人の評価者のうち１人も確認できない場合は「◎」で表わされている。また、印字速度は１００ｐｐｍ、Ａ４サイズの記録シートに印字率１％で連続１，０００枚印字した後、印字率５０％で連続５０枚印字してかぶりを評価した。かぶりを評価するとき以外は印字率５％で印字を行った。

図６から図９までの何れの表からも分かるように、耐久枚数が少ない場合には、キャリアが劣化していないので評価結果は「◎」になる。そして、その後、キャリアの劣化が進んで帯電性能が低下すると、評価結果は「○」、「△」、「×」の順に変化する。評価結果が「◎」の場合にはキャリアを廃棄すると無駄になる一方、評価結果が「×」の場合には帯電性能の低下によるかぶりが著しく実用に耐えない。

そのような観点に立つと、図６から図９それぞれに示すように、期間Ｊより前に現像剤排出口３１０を開くと帯電性能が低下していないキャリアが廃棄されてしまう一方、期間Ｊよりも後まで現像剤排出口３１０を閉じているとキャリアの劣化が進み過ぎて十分な画質を維持することができない。従って、期間Ｊ中に現像剤排出口を開くのが望ましいことになる。

すなわち、条件Ａ（図６）では、耐久枚数が６０ｋ枚から２４０ｋ枚までの間に現像剤排出口３１０を開くのが望ましい。また、条件Ｂ（図７）では耐久枚数が３０ｋ枚から１２０ｋ枚までの間に、条件Ｃ（図８）では耐久枚数が４０ｋ枚から１６０ｋ枚までの間に、条件Ｄ（図９）では耐久枚数が２０ｋ枚から８０ｋ枚までの間に、現像剤排出口３１０を開くのが望ましい。

図１０は、耐久枚数とキャリアの平均年齢との関係を示すグラフである。図１０に示されるように、キャリアの初期充填量と補給量とが同じであれば、キャリア補給を開始する時期の如何に関わらず、キャリアの平均年齢は耐久枚数が多くなるに連れて同じ平均年齢（以下、「飽和年齢」という。）αsに収束する。図１０では、条件Ａの場合が示されており、飽和年齢αsは２００ｋ枚である。なお、飽和年齢αsは、キャリアの初期充填量と補給量とから次式により算出することができる。

飽和年齢に至るまでの間のキャリアの平均年齢は、補給を開始する耐久枚数と飽和年齢αsとの大小関係によって異なる経過を見せる。補給を開始する耐久枚数が飽和年齢αsよりも小さい場合には、現像装置２０４内のキャリアがあまり劣化しないうちにキャリア補給が開始されるので、平均年齢が飽和年齢αsよりも小さい期間が長くなる。一方、補給を開始する耐久枚数が飽和年齢αsよりも大きい場合には、現像装置２０４内のキャリアがある程度、劣化するまでキャリア補給が開始されないので、耐久枚数がαs枚のときに平均年齢が飽和年齢αsに達し、キャリア補給が開始されるまで平均年齢が増加し続ける。その後、キャリア補給が開始されると、平均年齢が低下して飽和年齢αsに達する。なお、画像形成装置１の稼働直後からキャリアを補給した場合には平均年齢が飽和年齢αsに到達するのに最も時間がかかる。

さて、トリクル現像方式においては現像剤が無作為的に排出されるので、現像装置内におけるキャリアの貯留量が多ければキャリアの排出量も多くなり、逆に、貯留量が少なければ排出量も少なくなる。また、キャリアの貯留量はキャリアの補給量に応じて増減する。このため、

となる。このため、耐久枚数がαs枚に達するまでに排出されるキャリアの量は、その間のキャリアの補給量に一致するので、キャリアの補給開始時期によって変化する。図１１は、キャリアの補給開始時期とキャリアの排出量との関係を示すグラフである。図１１に示されるように、画像形成装置１の稼働初期におけるキャリアの無駄な排出を少なくするためには、キャリアの排出を開始する時期を遅らせることが有効である。

また、上記の条件ＡからＤまでにおいてαsはそれぞれ２００、１００、１３３、６６［ｋ枚］であるところ、現像剤排出口３１０を開いても良い時期の先頭はそれぞれ６０、３０、４０、２０［ｋ］となっており、何れもαsの３／１０倍になっている。キャリアの補給開始時期を耐久枚数換算で（３／１０）αs枚にすれば、最初期からキャリアを補給する場合と比較して、キャリアの消費量を削減することができるというコストメリットがあり、劣化キャリアの排出量を削減することができるので環境に与える負荷を低減することもできる。更に、耐久枚数が（３／１０）αs毎を超えると、図６から図９に示されるように、耐久枚数が増加してもかぶりの評価が変化し難く、安定するので、ユーザが感じる画質の変化を早期に解消することができる。このような理由からも、キャリアの補給開始は、耐久枚数で（３／１０）αs枚以降とするのが望ましい。

また、図６から図９から、現像剤排出口３１０を開いても良い時期の末尾はそれぞれ２４０、１２０、１６０、８０［ｋ］となっており、何れもαsの６／５倍になっている。上述のように、耐久枚数で（６／５）αs以降にキャリア補給を開始すると、キャリアの劣化が進み過ぎてかぶりが顕著になる。したがって、耐久枚数で（６／５）αsまでにキャリア補給を開始するのが望ましい。

このように、耐久枚数αが、

の範囲内にある場合にキャリア補給を開始するのが望ましい。
なお、閾値βについては、例えば、特許文献４（特開２００３−３３７４６９号公報）のようにすれば良い。

［７］ 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）上記実施の形態においては、耐久枚数（印刷枚数）を監視することによってキャリア補給の時期を決定する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。

すなわち、印刷枚数と現像装置の駆動回数（現像ローラの回転回数の累計値）が比例している場合には、上記実施の形態のように、印刷枚数を監視してキャリア補給の時期を決定することができるが、印刷枚数と駆動回数が比例していない場合には、キャリアの劣化の程度は必ずしも印刷枚数と相関しないので、現像装置の駆動回数を監視してキャリア補給の時期を決定するのが望ましい。

具体的には、印刷枚数αが駆動回数γに比例している場合には、上記実施の形態において述べた不等式を駆動回数に読み替えることができるので、駆動回数γが、

の範囲内にある場合にキャリア補給を開始するのが望ましい。ただし、飽和年齢γsは、式

によって定義される。
（２）上記実施の形態においては、シャッタ４１０を用いて現像剤排出口を開閉する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。

図１２は、本変形例に係る現像装置２０４の主要な構成を示す図である。図１２に示されるように、本変形例に係る現像装置２０４は、上記実施の形態に係る現像装置２０４と概ね同様の構成を備える一方、供給槽３０４と現像剤排出部３０９との間における現像剤の流通を遮断するシャッタ１２０１を備えていることを特徴とする。このシャッタ１２０１を制御部１１２が制御することによって、現像剤排出部３０９からの現像剤の排出が制御される。このようにしても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施の形態において述べたように、キャリアの廃棄量がキャリアの補給量に一致する場合には、シャッタを用いなくてもキャリアが廃棄されない。従って、何らかの原因によって現像装置２０４が傾斜する等してキャリアが廃棄されるおそれがなければ、シャッタを設けなくても本発明の効果を得ることができる。したがって、シャッタ４１０、１２０１を設けるのは不確実な原因に左右されることなく本発明の効果を得るためである。

（３）上記実施の形態においては、キャリアの補給を開始した後、累計枚数がβ枚以上になるたびにキャリアを補給する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
すなわち、キャリア補給量Ｗ［ｇ／ｋ枚］は１，０００枚当たりに補給されるキャリアの量であれば良く、上記実施の形態にて説明した方法以外の方法で補給しても良い。図１３は、キャリアの補給方法を示すグラフである。図１３に示されるように、耐久枚数で５ｋ枚毎に５ｇずつキャリアを補給しても良い（破線のグラフ）。また、耐久枚数で１枚毎に同量のキャリアを補給しても良い（実線のグラフ）。更に、キャリアの補給量を耐久枚数の増加に合わせてなだらかに変化させても良い（１点鎖線のグラフ）。このように、キャリアの補給の仕方は異なっていても、平均的な補給量と初期充填量とからキャリアの補給を開始する時期を上述のように決定すれば、本発明の効果を得ることができる。

（４）上記実施の形態においては、キャリア補給口３０６においてキャリア補給のみを受ける場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて以下のようにしても良い。すなわち、図１４に示されるように、本変形例に係る現像装置２０４は補給部３０６にてトナーとキャリアとの両方の補給を受けても良い。このようにしても、本発明の効果は同じである。なお、上記実施の形態に係る現像装置２０４に対応する部材がある場合には同じ符号が付されている。

（５）上記実施の形態においては特に言及しなかったが、本発明に係る画像形成装置は複写機であっても良いし、プリンタ装置であっても良い。また、ファクシミリ装置や、これら複数の機能を兼ね備えたＭＦＰ（Multi Function Peripheral）であっても良く、電子写真方式を用いて画像形成を実行する装置であれば、本発明を適用して、その効果を得ることができる。

本発明に係る現像装置及び画像形成装置は、所謂トリクル方式の現像装置の動作初期において新規キャリアが無駄に廃棄されるのを防止する技術として有用である。

１………………………画像形成装置
１０１Ｙ〜１０１Ｋ…トナーカートリッジ
１０２…………………キャリアカートリッジ
１１０…………………画像形成部
１１１Ｙ〜１１１Ｋ…作像部
１１２…………………制御部
２０４…………………現像装置
２０６…………………現像ローラ
２０９…………………トナーホッパー
２１０…………………キャリアホッパー
２１１…………………供給スクリュー
２１２…………………攪拌スクリュー
３０１…………………ハウジング
３０２…………………隔壁
３０３…………………攪拌槽
３０４…………………供給槽
３０５…………………現像剤流入部
３０６…………………キャリア補給口
３０９…………………現像剤排出部
３１０…………………現像剤排出口
４０４…………………不揮発性メモリ
４１０…………………シャッタ

Claims (7)

1. トナーとキャリアとからなる現像剤を収容する現像槽からトナーを供給することによって静電潜像を現像する現像装置であって、
   トナーのみを現像槽へ補給するトナー補給手段と、
   印字枚数１枚当たりＭグラムの割合でキャリアを現像槽へ補給するキャリア補給手段と、
   現像槽内の余剰の現像剤を廃棄する廃棄手段と、
   初期状態以後の印字枚数を記録する記録手段と、を備え、
   初期状態において、
   現像槽内に収容されているキャリアがＭ0グラムの新規キャリアのみであり、かつ、キャリア補給手段がキャリア補給を行わない状態に設定されていることを条件として、
   キャリア補給の開始は、記録手段が記録する印字枚数αが
   

   

   に対して、
   

   

   の範囲内にあるときに行われ、
   キャリア補給の開始後においては、前記トナー補給手段によるトナー補給量に関わらず、前記キャリア補給手段は、平均して前記割合になるように、所定の印刷枚数毎に所定量のキャリアを補給する
   ことを特徴とする現像装置。
2. トナーとキャリアとからなる現像剤を収容する現像槽から現像ローラを介してトナーを供給することによって静電潜像を現像する現像装置であって、
   トナーのみを現像槽へ補給するトナー補給手段と、
   現像ローラ１回転当たりＭグラムの割合でキャリアを現像槽へ補給するキャリア補給手段と、
   現像槽内の余剰の現像剤を廃棄する廃棄手段と、
   初期状態以後の現像ローラの回転数を記録する記録手段と、を備え、
   初期状態において、
   現像槽内に収容されているキャリアがＭ0グラムの新規キャリアのみであり、かつ、キャリア補給手段がキャリア補給を行わない状態に設定されていることを条件として、
   キャリア補給の開始は、記録手段が記録する回転数γが
   

   

   に対して、
   

   

   の範囲内にあるときに行われ、
   キャリア補給の開始後においては、前記トナー補給手段によるトナー補給量に関わらず、前記キャリア補給手段は、平均して前記割合になるように、所定の印刷枚数毎に所定量のキャリアを補給する
   ことを特徴とする現像装置。
3. 廃棄手段が、現像槽から現像剤を廃棄するのを禁止する禁止手段を備え、
   キャリア補給手段がキャリアの補給を開始するのに合わせて、禁止手段が禁止を解除する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 現像槽に連通し、現像剤を排出する排出口を備えた排出部と、
   排出部の排出口を開閉するシャッタと、を備え、
   禁止手段は、前記シャッタを開閉することによって、現像剤廃棄の禁止とその解除を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 現像槽に連通し、現像剤を排出する排出口を備えた排出部と、
   現像槽と排出部との連通口を開閉するシャッタと、を備え、
   禁止手段は、前記シャッタを開閉することによって、現像剤廃棄の禁止とその解除を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
6. キャリア補給手段は、キャリアの補給に併せてトナーも補給する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
7. 請求項１〜６に記載の現像装置を備える
   ことを特徴とする画像形成装置。

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