JP6111722B2 - キャリア補給装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の２成分現像装置用のキャリア補給装置、プロセスカートリッジ、及びこのキャリア補給装置またはプロセスカートリッジを備えた複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機などの画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写機やプリンタでは、感光体上にレーザー光で書き込んだ静電潜像に、現像装置で帯電したトナーを付着させることで可視化する。特に２成分現像方式の装置では、現像装置内でトナーとキャリアを混合、攪拌することでトナーを帯電させる。トナーは画像形成により消費され、その分がトナー収納容器から定期的に補給される。そのため、現像装置内のトナーは少しずつ入れ替わっていく。一方キャリアは基本的に現像装置内に残り続ける。そのため、長期間使用するとキャリアの表層が削れたり（膜削れ）、トナーに外添された無機微粒子がキャリアの表面に付着（スペント）したり、帯電能力が徐々に低下したりすることが知られている。

帯電能力が低下すると、感光体の非画像部へのトナー付着（地汚れ）や、トナー飛散などの不具合が発生する。これに対して、特許文献１ではトナーとキャリアを現像装置に補給し、そのぶん現像装置からあふれ出た劣化現像剤を回収し、現像剤を少しずつリフレッシュしていく方式が提示されている。

近年は省エネ性が重視されるようになり、定着ユニットでの消費電力を抑えるために低温で定着できるトナーが開発されている。しかし一般にトナーの定着温度を下げるほど、ガラス転移点Ｔｇが低下して耐熱保存性が悪化する。そのため、トナーカートリッジ内や現像装置内での凝集を防ぐためにトナーに外添する無機微粒子の量を増やす傾向がある。その結果、従来に比べてキャリアのスペントによる帯電低下量が大きくなり、問題になりやすくなっている。

キャリアのスペントは累積印刷枚数、画像面積率、環境、１ジョブあたりの印刷枚数など様々な条件によって、劣化の進み具合が変わる。特許文献１のように１種類の新品キャリアを補給する方式では、極端に現像剤の劣化が進む印刷条件で、現像装置内の劣化キャリアと補給された新品キャリアの帯電能力の差が大きくなる。そのため、帯電能力の平均値が回復してもバラツキが悪化してしまうという問題がある。局所的な帯電量の差は画像濃度ムラにつながるほか、帯電量の低い部分のトナーが地汚れやトナー飛散の原因となる。トナー濃度や現像バイアスなどの作像条件は帯電能力の平均値にあわせて調整されるため、キャリアの帯電能力のバラツキが悪化することで、かえって地汚れやトナー飛散が悪化することもある。

これに対して特許文献２では、抵抗値の異なる複数のキャリアを層状に重ねて充填したカートリッジを用意し、印刷枚数が増えるほど抵抗値の高いキャリアが補給されるような方式が提示されている。しかし前述した通り、キャリアの劣化の進み具合は印刷枚数以外の要因でも変動するため、劣化度合いが想定とずれた場合にはキャリア物性のバラツキが悪化してしまう。

また、特許文献３では帯電性の異なるキャリアを複数用意し、現像装置内のキャリアの劣化度合いを判定した上で最適なキャリアを補給する方式が提示されている。しかし複数のキャリアを別々の収納容器に用意すると、画像形成装置の大型化が避けられない。

本発明は以上の問題点にかんがみてなしたものであり、キャリアを補給前に無機微粒子と混合して適度に劣化させ、かつ無機微粒子と混合するか否かを切り替えられる構成を提案する。

本発明のキャリア補給装置は、トナーとキャリアからなる２成分現像剤を使用する２成分現像装置用のキャリア補給装置であって、２成分現像用のキャリアを収容する第１の容器と、無機微粒子または無機微粒子が外添された粉体を収容する第２の容器と、前記第１の容器に収容された２成分現像用のキャリアと、前記第２の容器に収容された前記粉体とを混合して混合物を生成する第３の容器と、前記第１の容器から前記２成分現像装置へ前記２成分現像用のキャリアを補給する第１の補給路と、前記第１の容器から前記第３の容器へ前記２成分現像用のキャリアを補給する第２の補給路と、前記第２の容器から前記第３の容器へ前記粉体を補給する第３の補給路と、前記第３の容器から前記２成分現像装置へ前記混合物を補給する第４の補給路と、前記第１の容器からのキャリアの補給に前記第１、第２の補給路のいずれを用いるかを切り替えるキャリア補給制御手段とを備え、前記キャリア補給制御手段は、前記第１の容器からの前記キャリアの補給に前記第１、第２の補給路のいずれを用いるかを、前記２成分現像装置についての複数の情報に基づいて切り替えることを特徴とする。

本発明によれば、補給キャリアの帯電能力を無機微粒子との混合で制御することで、どのような印刷条件でも最適な帯電能力のキャリアを補給することができ、キャリアの帯電能力のバラツキを抑えつつキャリアをリフレッシュすることができる。また１種類のキャリアで複数の帯電能力の状態が作り出せるため、キャリアの収納容器は１つで済み、画像形成装置の小型化が図れる。

本発明の実施対象となる画像形成装置の全体の概略図 画像形成ユニットの概略図 キャリア補給装置の実施形態を示す図 キャリア補給時にシリカと混合するかの判断条件を示す図 キャリアの平均帯電能力、帯電能力バラツキ、地汚れの推移（面積率２０％の場合）を示す図 面積率の違いによるキャリア帯電能力の推移の差を示す図 サブホッパー容量を可変とする場合の判断条件を示す図 サブホッパー容量を固定、可変でのキャリア帯電能力、帯電バラツキの比較を示す図

本発明の実施形態に係る２成分現像装置用のキャリア補給装置は、２成分現像用のキャリアを補給前に無機微粒子または無機微粒子が外添された粉体と混合して適度に劣化させる機構を持っている。また、キャリアをその機構を通すか新品のまま補給するかを累積印刷枚数、画像面積率の高低など２成分現像装置側の情報に応じて切り替える制御を行う。それにより、２成分現像装置内のキャリアの劣化度合いに応じて最適な帯電能力を持ったキャリアを補給する。キャリアの帯電能力のバラツキを抑え、画像濃度のムラや地汚れ、トナー飛散を防止しつつ、キャリアのリフレッシュを図るものである。またキャリアを１種類用意すれば済むようにして、収納容器のスペースが最低限で済み、コンパクトな画像形成装置とし得るものである。

なお本実施形態は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置に関するが、本発明が実施対象とする装置は図示のものには限定されない。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
＜画像形成装置全体の構成＞

図１は本発明の実施対象となる画像形成装置の全体の概略図である。図示の画像形成装置は、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（以下、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋと記す）のトナー像を生成するための４つの画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋを備えている。これらの画像形成ユニット１は互いに異なる色のＹトナー、Ｃトナー、Ｍトナー、Ｋトナーを用いるが、それ以外の構成は４色共通である。そこで特に色に言及する必要がなければ符号にＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋを付けずに記載する。ただし以下ではここではＹトナーの画像形成ユニット１Ｙを例にとって説明する。

画像形成ユニット１Ｙの概略図を図２に示す。画像形成ユニット１Ｙは感光体ユニット２Ｙと現像ユニット７Ｙで構成されており、画像形成装置の本体に対して一体的に着脱可能である。感光体ユニット２Ｙは、潜像担持体であるドラム状の感光体３Ｙ、ドラムクリーニング装置４Ｙ、帯電装置５Ｙなどを備えている。帯電装置５Ｙは非図示の駆動手段により図２で時計回り方向に回転している感光体３Ｙの表面を一様に帯電する（例えば−６９０Ｖ）。図２では感光体３Ｙに近接させた帯電ローラ６Ｙに帯電バイアスを印加することで感光体３Ｙの表面を帯電させる方式を描いた。しかし帯電ローラ方式以外にも、帯電ブラシ方式やスコロトロン方式を用いても良い。

図１で画像形成ユニット１の下部には光書き込みユニット２０が設けられている。光書き込みユニット２０は画像情報に基づきレーザー光Ｌを画像形成ユニット１の感光体３に照射する。光書き込みユニット２０の構成として、図１では光源から発したレーザー光Ｌをモータにより回転駆動されるポリゴンミラー２１で偏向させながら複数のレンズ、ミラーを介して感光体３に照射するものを記載した。しかしこのようなポリゴン走査方式以外にＬＥＤアレイ方式を用いることもできる。

図２に戻ると、感光体３Ｙはレーザー光Ｌで露光された領域のみ表面電位が低下し（例えば−５０Ｖ）、静電潜像が形成される。静電潜像は感光体３Ｙが回転することで、現像ユニット７Ｙの現像ローラ１２Ｙと対向する現像領域まで搬送される。現像ユニット７Ｙは、搬送スクリューと攪拌フィンからなる第１の搬送攪拌スクリュー８Ｙ、非図示のトナー補給口が設けられた第１の現像剤循環搬送通路９Ｙと、搬送スクリューと攪拌フィンからなる第２の搬送攪拌スクリュー１１Ｙ、透磁率センサからなるトナー濃度センサ１０Ｙ、現像ローラ１２Ｙ、ドクターブレード１３Ｙなどが設けられた第２の現像剤循環搬送通路１４Ｙを有している。現像剤循環搬送通路９Ｙ、１４Ｙは両端（図２の手前と奥の端）の連絡口でつながっており、マイナス帯電性のＹトナーと磁性キャリアからなる非図示のＹ現像剤が内包されている。

第１の搬送攪拌スクリュー８Ｙは非図示の駆動手段で回転し、第１の現像剤循環搬送通路９ＹにあるＹ現像剤を図２の奥側から手前側に搬送する。手前側に搬送されたＹ現像剤は手前側の連絡口で第２の現像剤循環搬送通路１４Ｙへ移動する。第２の搬送攪拌スクリュー１１Ｙも同様に回転し、第２の現像剤循環搬送通路１４Ｙに来たＹ現像剤を図２の手前側から奥側へ搬送する。搬送途中のＹ現像剤は第２の現像剤循環搬送通路１４Ｙの底部に固定されたトナー濃度センサ１０Ｙで、そのトナー濃度を検知される。

第２の現像剤循環搬送通路１４Ｙの上方には現像ローラ１２Ｙが第２の搬送攪拌スクリュー１１Ｙと平行に配置されている。現像ローラ１２Ｙは、図２で反時計回り方向に回転する非磁性の現像スリーブ１５Ｙと、現像スリーブ１５Ｙに内包された回転しないマグネットローラ１６Ｙで構成される。第２の現像剤循環搬送通路１４Ｙ内を搬送されるＹ現像剤の一部は、マグネットローラ１６Ｙの磁力により現像スリーブ１５Ｙの表面に汲み上げられる。現像スリーブ１５Ｙには微小な隙間を保持してドクターブレード１３Ｙが対向して設けられており、汲み上げられたＹ現像剤はドクターブレード１３Ｙを通過する際にその層厚（汲み上げ量）を規制される。

ドクターブレード１３Ｙを通過したＹ現像剤は感光体３Ｙと対向する現像領域まで搬送される。現像スリーブ１５Ｙに印加された現像電位（例えば−５５０Ｖ）と感光体３Ｙの露光部の表面電位（例えば−５０Ｖ）の電位差により、現像領域に搬送されたＹ現像剤中のＹトナーのみが感光体３Ｙの露光部のみに付着する。これにより感光体３Ｙ上にＹトナー像が形成される。

現像によりＹトナーを消費したＹ現像剤は第２の現像剤循環搬送通路１４Ｙに戻され、第２の搬送攪拌スクリュー１１Ｙで図２の奥側へ搬送され、奥側の連絡口で第１の現像剤循環搬送通路９Ｙに移動する。第１の現像剤循環搬送通路９Ｙに戻ったＹ現像剤は非図示のトナー補給口にてトナーを、非図示のキャリア補給口にてキャリアを新たに補給され、再び第１の搬送攪拌スクリュー８Ｙで図２の手前側に搬送される。キャリアも補給されることにより第１の現像剤循環搬送通路９Ｙの現像剤の量は増えるが、増加分はあふれて廃現像剤の回収経路７３から非図示の廃現像剤ボトルに回収される。

感光体３Ｙに形成されたＹトナー像は、図１の中間転写ベルト４１に中間転写される。中間転写後に感光体３Ｙの表面に残留した廃トナーは、ドラムクリーニング装置４Ｙが除去する。廃トナーが除去された感光体３Ｙは非図示の除電装置により除電され、次の画像形成を行うために帯電装置５Ｙへと向かう。

なお、本実施形態の構成で使用する作像温度センサは非図示である。現像剤循環搬送通路９Ｙ、１４Ｙ内の現像剤の温度と相関が高い温度検知が行える位置に設置することが好ましい。そのような位置は、現像ユニット７Ｙ内や画像形成装置の本体側の現像ユニット７Ｙ近傍などである。

図１で示した光書き込みユニット２０の下方には、第１の給紙カセット３１、第２の給紙カセット３２が設けられている。これらの給紙カセット内には記録紙ｐが複数枚重ねられた状態で収納されている。一番上の記録紙ｐには、それぞれ第一給紙ローラ３１ａ、第２給紙ローラ３２ａが当接している。これらの給紙ローラ３１ａ、３２ａが反時計回りに駆動することで、給紙カセット３１、３２内の一番上の記録紙ｐが給紙路３３に排出される。記録紙ｐは搬送ローラ対３４で上側へ搬送され、レジストローラ対３５の位置でいったん停止した後、適切なタイミングで２次転写ニップ（２次転写ローラ５０と２次転対向ローラ４６の接点）へと搬送される。

画像形成ユニット１の上方には、中間転写ベルト４１を反時計回りに回転させる中間転写ユニット４０が配置されている。中間転写ユニット４０は中間転写ベルト４１、ベルトクリーニングユニット４２、１次転写ローラ４５Ｙ、４５Ｃ、４５Ｍ、４５Ｋ、２次転対向ローラ４６、駆動ローラ４７などで構成される。中間転写ベルト４１は駆動ローラ４７により反時計回りに回転する。

４つの１次転写ローラ４５は中間転写ベルト４１を挟み込んで、各々対応する色の感光体３との間に１次転写ニップを形成している。１次転写ローラ４５は中間転写ベルト４１の内側に１次転写バイアスを印加する。１次転写ローラ４５と感光体３の電位差により、感光体３上のトナー像が１次転写ニップ部で中間転写ベルト４１に転写される。各色の１次転写ニップで、Ｙトナー像、Ｃトナー像、Ｍトナー像、Ｋトナー像が中間転写ベルト４１に順次転写され、中間転写ベルト４１には４色のトナー像を重ね合わせた４色トナー像が形成される。

２次転対向ローラ４６は２次転写ローラ５０と対向する位置に設けられ、両者が中間転写ベルト４１を挟み込むことで２次転写ニップを形成している。中間転写ベルト４１に形成された４色トナー像のタイミングにあわせて、レジストローラ対３５が記録紙ｐを２次転写ニップに搬送する。２次転対向ローラ４６と２次転写ローラ５０の間には２次転写バイアスが印加されており、その力で中間転写ベルト４１上の４色トナー像は記録紙ｐへと２次転写される。そして記録紙ｐの白色と相まって、フルカラーのトナー像となる。２次転写ニップを通過後に中間転写ベルト４１に残留した廃トナーはベルトクリーニングユニット４２が除去する。

２次転写ニップの上方には定着ユニット６０が設けられている。定着ユニット６０はハロゲンランプなどの発熱源を内包する加圧ローラ６１と、定着ベルトユニット６２で構成されている。さらに定着ベルトユニット６２は定着ベルト６４、ハロゲンランプなどの発熱源を内包する加熱ローラ６３、駆動ローラ６６などで構成されている。定着ベルト６４は駆動ローラ６６により反時計回りに回転し、加熱ローラ６３により加熱されて一定の温度（例えば１４０℃）に維持される。加圧ローラ６１も時計回りに回転し、内部の発熱源により加熱され一定の温度（例えば１２０℃）に維持される。定着ベルト６４と加圧ローラ６１は当接しており、定着ニップを形成している。２次転写ニップを通過し、フルカラーのトナー像をのせた記録紙ｐは、定着ユニット６０内の定着ニップに搬送される。定着ニップで加熱、加圧されることで、フルカラーのトナー像は記録紙ｐ上に定着する。トナー像が定着した記録紙ｐは、排紙ローラ対６７を通過して、機外の排紙スタック部６８に排紙される。

なお、中間転写ユニット４０の上方には、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ各トナーを各々収容する４つのトナーカートリッジ１００Ｙ、１００Ｃ、１００Ｍ、１００Ｋ、補給用キャリアを収容するキャリアカートリッジ７１、そしてシリカや酸化チタンなどの無機微粒子を収容するカートリッジ７２が設けられている。本実施形態の説明では無機微粒子としてシリカを用いたので、以下ではシリカカートリッジ７２と言う。トナー収納容器であるトナーカートリッジ１００内の各色トナー（トナーの補給に用いる通常トナー）は非図示のトナー補給路を経て、非図示のトナー補給口から現像ユニット７に補給される。またキャリアカートリッジ７１の補給用キャリアは、状況に応じて直接現像ユニット７に補給されたり、シリカカートリッジ内のシリカと非図示のサブホッパーで混合されたりしてから現像ユニット７に補給される。これらのトナーカートリッジ１００、キャリアカートリッジ７１、シリカカートリッジ７２は画像形成ユニット１とは独立して画像形成装置本体に対して着脱可能である。

＜キャリア補給装置＞
キャリア補給装置の実施形態を、図３を用いて説明する。

２成分現像用のキャリアを収容する第１の容器であるキャリアカートリッジ７１内には補給用のキャリア７４が収納されており、キャリア補給フィン７６でキャリア補給路へと投入される。キャリア補給路は、キャリアカートリッジ７１と現像ユニット７間の第１の補給路であるキャリア補給路７８と、キャリアカートリッジ７１とサブホッパー８２間の第２の補給路であるキャリア補給路８０の２方向に分岐している。詳細には、第１、第２の補給路であるキャリア補給路７８、８０の入口はキャリアカートリッジ７１に向けて設けてある。また出口は、キャリア補給路７８が２成分現像装置である現像ユニット７に、キャリア補給路８０は、キャリアカートリッジ７１に収容された補給用のキャリア７４と、後述する第２の容器に収容された粉体とを混合して混合物を生成する第３の容器であるサブホッパー８２に、と２方向でＹ字型をなすように向けて設けてある。それぞれの補給路の内部には、非図示の搬送用コイルスクリューが設けられており、このコイルスクリューを非図示の駆動装置で回転させることでキャリアが搬送される。非図示のキャリア補給制御手段は、「現像装置の累積印刷枚数Ｐ」（累積印刷枚数情報）と「単位印刷枚数あたりのトナー消費量（画像面積率）Ｄ」（画像面積率情報）という２つの情報をもとに、２つのキャリア補給路７８、８０のうち一方のコイルスクリューを駆動させ、キャリアを搬送する。

補給用のキャリアがキャリアカートリッジ７１と現像ユニット７間のキャリア補給路７８を経由して補給される場合、新品のキャリア７４がそのまま現像ユニット７に補給される。新品のキャリア７４が補給されることで現像ユニット７内の現像剤の嵩が増える。しかし、現像剤の嵩が増えた分、あふれた現像剤が現像ユニット７の廃現像剤の回収経路７３を介して回収され、現像ユニット７内の現像剤がリフレッシュされる。

一方、補給用のキャリアがキャリアカートリッジ７１とサブホッパー８２間のキャリア補給路８０を経由して補給される場合は、補給用のキャリア７４はまずサブホッパー８２に投入される。無機微粒子または無機微粒子が外添された粉体を収容する第２の容器であるシリカカートリッジ７２内にはシリカ７５が収納されている。このシリカ７５が、シリカ補給フィン７７で第３の補給路であるシリカ補給路８１へと投入され、シリカ補給路８１内の非図示の搬送用コイルスクリューでサブホッパー８２へと搬送される。今回は粉体として小粒径（例えば平均粒径３５ｎｍ）のシリカを使用したものとして以下説明する。サブホッパー８２内には、投入されたキャリアとシリカを混合する攪拌フィン８４がある。この攪拌フィン８４を非図示の駆動装置で回転させることで、キャリア７４とシリカ７５の混合物８３のスペントが進行する。スペントさせた混合物８３は第４の補給路である混合物補給路８５を経て、現像ユニット７に補給される。

＜キャリア補給制御＞
本発明の実施形態に係るキャリア補給の制御について説明する。なおキャリア補給制御手段としては具体的な図示は省略するがマイクロコンピュータなどの公知の制御装置を公知の態様で採用すればよい。もちろん、画像形成装置が備えるマイクロコンピュータの演算機能を制御手段として兼用することで構成してもよい。

図４はキャリア補給時にシリカと混合するかの判断条件を示し、キャリア補給の制御内容がまとめてある。まず、現在の現像装置で出力した全印刷画像の平均画像面積率Ｄを算出し、それが１５％以上ならば高画像ランモード、１５％未満ならば低画像ランモードと判断する。次に現在の現像装置で出力した累積印刷枚数Ｐを求める。高画像の場合は、Ｐが４万枚未満ならばまだキャリア劣化は進んでいないと判断して、新品キャリアを直接現像装置に補給し、帯電能力のリフレッシュを重視する。一方、４万枚以上ならば（キャリアを少しずつリフレッシュしているとはいえ）スペントが進んでしまっていると判断して、サブホッパー８２で予めシリカと混合して帯電能力を少し低下させたキャリアを補給する。低画像の場合は、累積印刷枚数Ｐの閾値を２０万枚に設定し、２０万枚までは新品キャリア、２０万枚を超えたらシリカ混合キャリアを補給するように制御する。

このように途中からシリカ混合キャリアを補給する効果を、画像面積率２０％（高画像）で印刷した場合を例にとって、図５で説明する。図５は、キャリアの平均帯電能力、帯電能力バラツキ、地汚れの推移（面積率２０％の場合）を示す図である。まずキャリア補給（リフレッシュ）を全くしない場合、帯電能力が初期は５０あるのに対して経時で１０まで低下してしまい、地汚れやトナー飛散が悪化してしまう。次に常に新品キャリアを補給してリフレッシュした場合、帯電能力が経時でも２２までしか低下しなくなり、地汚れやトナー飛散はやや改善する。しかし平均の帯電能力は高い反面、現像剤中のキャリア（帯電能力２２）と補給される新品キャリア（帯電能力５０）の帯電能力差が大きいため、キャリアの帯電能力のバラツキが悪化する。その結果、トナーの帯電量もバラツキき、地汚れやトナー飛散を完全には抑えきれない。一方、印刷量（印刷枚数）が４０ｋ枚以降ではシリカ混合キャリアを補給してリフレッシュした場合、経時での帯電能力の収束先は１８と新品キャリアを補給し続けるよりはやや低下する。しかしその反面、現像剤中のキャリア（帯電能力１８）とシリカ混合キャリア（帯電能力３０）の帯電能力差が小さくなり、キャリアの帯電能力のバラツキを大幅に抑えることができる。その結果、トナーの帯電量分布もシャープになり、地汚れやトナー飛散が全く問題ないレベルまで改善できた。

次に高画像、低画像での違いを図６で説明する。図６は、面積率の違いによるキャリア帯電能力の推移の差を示す図である。画像面積率５％（低画像）で印刷した場合を先程の２０％（高画像）と比較すると、低画像は帯電能力の収束先が２０であり、高画像ほどは帯電能力が低下しない。また低画像は収束するまでに印刷量２００ｋ枚と時間がかかり、高画像よりゆっくりとしたペースで帯電能力が低下する。ゆえにシリカ混合キャリア（混合物８３）の補給に切り替えるのは印刷量が２００ｋ枚で十分である。なお、グラフが煩雑になるため図６には記載していないが、他の面積率でも同様の評価を行い、面積率が高くなるほど帯電能力の収束先が低下し、収束にかかる枚数が少なくなる、という連続的な傾向があることは確認済みである。

サブホッパー８２内のシリカ混合キャリア（混合物８３）の量Ｍを変化させる実施例について説明する。図７は、サブホッパー８２内の混合物８３の量Ｍを可変とする場合の判断条件を示し、キャリア補給路の切り替えと、サブホッパー内の混合物８３の量Ｍを変化させる制御内容をまとめて示してある。まず高画像の場合には印刷量２５ｋ枚までは新品キャリア７４をそのまま補給するが、印刷量２５〜５０ｋ枚はサブホッパー８２内の混合物８３の残量５０ｇでシリカ混合キャリアである混合物８３を補給する。その量は小さいため、サブホッパー８２に投入されたキャリア７４とシリカ７５の混合物８３が混合物補給路８５に排出されるまでの時間は短く、スペントは極わずかしか進まない。印刷量５０ｋ〜１００ｋ枚では１００ｇ、１００ｋ枚以上では１５０ｇと徐々にサブホッパー８２内の混合物８３の量を増やす。そのことで、サブホッパー８２内での攪拌時間が増え、よりスペントが進行した混合物８３が補給される。つまり補給される混合物８３の帯電能力が徐々に低下していく。

図８は、サブホッパー８２内の混合物８３の量を固定あるいは可変とした場合のキャリアの帯電能力、帯電バラツキの比較を示す図である。このようにサブホッパー８２内の混合物８３の量Ｍを変化させることの効果をこの図８で説明する。印刷量２５ｋ枚からシリカ混合キャリアである混合物８３の補給に切り替え、印刷量５０ｋ枚、１００ｋ枚でサブホッパー８２内の混合物８３の量を増やすことで、補給されるキャリア７４の帯電能力は段階的に低下していく。その結果、現像剤中のキャリアとの帯電能力の差が極端に大きくならないまま寿命までリフレッシュを続けられる。そのため、現像剤中に含まれるキャリアの帯電能力のバラツキが一層抑えられ、トナー飛散や地汚れをさらに改善することができる。

以上述べたように、キャリアを補給前に無機微粒子と混合して適度に劣化させる機構を通すか新品のままのキャリアを補給するかを画像形成装置の累積印刷枚数情報、画像面積率情報に応じて切り替える制御を行う。このことで、現像装置内のキャリアの劣化度合いに応じて最適な帯電能力を持ったキャリアを補給できる。キャリアの帯電能力のバラツキが抑えられることで、画像濃度のムラや地汚れ、トナー飛散を防止しつつ、キャリアのリフレッシュを図ることができる。またキャリアを１種類用意すれば良いため、収納容器のスペースが最低限で済み、コンパクトな画像形成装置が提供できる。

印刷枚数Ｐが一定の閾値Ｐ０より多いときは現像装置内のキャリアの劣化が進んでいるため、サブホッパーで無機微粒子と混合してから補給することで帯電能力のバラツキが抑えられ、画像濃度のムラや地汚れ、トナー飛散が防止できる。画像面積率Ｄによってキャリアのスペントの進行速度が異なるため、補給キャリアを事前に無機微粒子と混合するのを始めるべき印刷枚数Ｐ０が変わる。画像面積率Ｄに応じて印刷枚数の閾値をＰＨ、ＰＤと切り替えることで、印刷が高画像、低画像両方の場合に帯電能力のバラツキを抑えられ、画像濃度のムラや地汚れ、トナー飛散が防止できる。画像面積率Ｄが高いほどキャリアのスペントの進行が速いため、ＰＨをＰＬより少ない枚数に設定することで、印刷が高画像、低画像両方の場合に帯電能力のバラツキを抑えられ、画像濃度のムラや地汚れ、トナー飛散が防止できる。キャリアと無機微粒子を補給前に混合する際の平均滞留時間Ｔを長くするほどキャリアの帯電能力は低下する。そのため、キャリアの帯電能力を「混合なし」、「短時間混合」、「長時間混合」と多段階に切り替えられるようになり、キャリア補給による帯電能力のバラツキをより精度良く抑えられ、画像濃度のムラや地汚れ、トナー飛散を一層防止できる。

印刷枚数Ｐが多いほどキャリアのスペントが進行するため、それに応じて徐々に平均滞留時間Ｔを長くして帯電能力の低いキャリアを補給することで、キャリア補給による帯電能力のバラツキをより精度良く抑えられる。画像面積率Ｄが高いほどキャリアのスペントの進行が速いため、同じ印刷枚数であれば画像面積率Ｄが高いほど平均滞留時間Ｔを長くして帯電能力の低いキャリアを補給することで、キャリア補給による帯電能力のバラツキをより精度良く抑えられる。そしてキャリアを補給前に適度に劣化させるために、無機微粒子を外添した補給用トナーを兼用することで、無機微粒子の収納容器を別途用意する必要がなくなり、画像形成装置のさらなる小型化を図ることができる。また無機微粒子単体と混合する場合に比べて、現像装置内のキャリアに近いスペント状態を作り出すことができ、帯電能力のバラツキをより精度良く抑えられる。さらに、キャリアを無機微粒子の外添量が多いトナーと混合することで、現像装置内のキャリアに近いスペント状態を短時間の混合で作り出すことができ、補給用のキャリアに求められる帯電能力の変化に柔軟に対応できる。

そして、上述してきた本発明のキャリア補給装置を含めてプロセスカートリッジの形態で提供することで、補給用キャリアや無機微粒子の補充が容易になり、メンテナンス性が向上する。また、画像形成装置に本発明のキャリア補給装置を備えることで、多種多様な印刷条件でもキャリアの帯電能力のバラツキを抑えつつキャリアのリフレッシュが図れる。そのため画像濃度のムラが少なく地汚れ、トナー飛散などの不具合が発生しない高品質かつ長寿命な画像形成装置とすることが可能になる。なおもちろん、判断に使用する情報が、累積印刷枚数情報や画像面積率情報に限定されるものではなく、画像形成装置や現像装置に関する種々の情報を適宜に採用できる。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ ：画像形成ユニット（プロセスカートリッジ）
３ ：感光体
４ ：ドラムクリーニング装置
５ ：帯電装置
６ ：帯電ローラ
７ ：現像ユニット
８ ：第１の搬送攪拌スクリュー
９ ：第１の現像剤循環搬送通路
１０ ：トナー濃度センサ
１１ ：第２の搬送攪拌スクリュー
１２ ：現像ローラ
１３ ：ドクターブレード
１４ ：第２の現像剤循環搬送通路
１５ ：現像スリーブ
１６ ：マグネットローラ
１８ ：帯電能力
２０ ：光書き込みユニット
２１ ：ポリゴンミラー
２２ ：帯電能力
３０ ：帯電能力
３１ ：第１給紙カセット
３１ ：給紙カセット
３１ａ ：給紙ローラ
３１ａ ：第一給紙ローラ
３２ ：第２給紙カセット
３２ａ ：第２給紙ローラ
３３ ：給紙路
４０ ：中間転写ユニット
４１ ：中間転写ベルト
４２ ：ベルトクリーニングユニット
４５ ：１次転写ローラ
４６ ：２次転対向ローラ
４７ ：駆動ローラ
５０ ：２次転写ローラ
５０ ：帯電能力
５０ｇ ：サブホッパー容量
６０ ：定着ユニット
６１ ：加圧ローラ
６２ ：定着ベルトユニット
６３ ：加熱ローラ
６４ ：定着ベルト
６６ ：駆動ローラ
６８ ：排紙スタック部
７１ ：キャリアカートリッジ（第１の容器）
７２ ：カートリッジ（第２の容器）
７３ ：回収経路
７４ ：補給用キャリア
７５ ：シリカ
７６ ：キャリア補給フィン
７７ ：シリカ補給フィン
７８ ：キャリア補給路（第１の補給路）
８０ ：キャリア補給路（第２の補給路）
８１ ：シリカ補給路（第３の補給路）
８２ ：サブホッパー（第３の容器）
８３ ：シリカ混合物
８４ ：攪拌フィン
８５ ：混合物補給路（第４の補給路）
１００ ：トナーカートリッジ
Ａ ：粉体
Ｂ ：混合物

特公平２−２１５９１号公報 特開平０８−２３４５５０ 特開２０１１−１６４５７２

Claims (10)

1. トナーとキャリアからなる２成分現像剤を使用する２成分現像装置用のキャリア補給装置であって、
   ２成分現像用のキャリアを収容する第１の容器と、
   無機微粒子または無機微粒子が外添された粉体を収容する第２の容器と、
   前記第１の容器に収容された２成分現像用のキャリアと、前記第２の容器に収容された前記粉体とを混合して混合物を生成する第３の容器と、
   前記第１の容器から前記２成分現像装置へ前記２成分現像用のキャリアを補給する第１の補給路と、
   前記第１の容器から前記第３の容器へ前記２成分現像用のキャリアを補給する第２の補給路と、
   前記第２の容器から前記第３の容器へ前記粉体を補給する第３の補給路と、
   前記第３の容器から前記２成分現像装置へ前記混合物を補給する第４の補給路と、
   前記第１の容器からのキャリアの補給に前記第１、第２の補給路のいずれを用いるかを切り替えるキャリア補給制御手段と、を備え、
   前記キャリア補給制御手段は、前記第１の容器からの前記キャリアの補給に前記第１、第２の補給路のいずれを用いるかを、前記２成分現像装置についての複数の情報に基づいて切り替えることを特徴とするキャリア補給装置。
2. 請求項１のキャリア補給装置において、
   前記キャリア補給制御手段は、前記２成分現像装置の累積印刷枚数情報及び単位印刷枚数あたりのトナー消費量である画像面積率情報の２つの情報のいずれか一方又は両方の情報に基づいて、前記キャリアの補給に前記第１、第２の補給路のいずれを用いるかを切り替えることを特徴とするキャリア補給装置。
3. 請求項２のキャリア補給装置において、
   前記キャリア補給制御手段は、前記２成分現像装置の累積印刷枚数情報から前記２成分現像装置の累積印刷枚数が一定の閾値より多いと判断されるとき、前記第２の補給路を用いて前記第３の容器へ前記２成分現像用のキャリアを補給し、前記第３の容器から第４の補給路を経由して前記２成分現像装置へ前記混合物を補給することを特徴とするキャリア補給装置。
4. 請求項２のキャリア補給装置において、
   前記キャリア補給制御手段は、前記画像面積率情報から得られる画像面積率の高低に応じて前記第３の容器を経由してキャリアを補給することになる前記２成分現像装置の累積印刷枚数の閾値を異ならせ、前記画像面積率が高いほど前記累積印刷枚数の閾値を低くすることを特徴とするキャリア補給装置。
5. 請求項２または３のキャリア補給装置において、
   前記キャリア補給制御手段は、前記第３の容器内の前記混合物の量を変化させることで、前記第３の容器内における前記混合物の平均滞留時間を制御するものであり、
   前記累積印刷枚数情報から前記２成分現像装置の累積印刷枚数が一定の閾値より多いほど、前記第３の容器内の前記混合物の量を多くするように制御することを特徴とするキャリア補給装置。
6. 請求項２または４のキャリア補給装置において、
   前記キャリア補給制御手段は、前記第３の容器内の前記混合物の量を変化させることで、前記第３の容器内における前記混合物の平均滞留時間を制御するものであり、
   前記画像面積率情報から得られる画像面積率が高いほど、前記第３の容器内の前記混合物の量を多くするように制御することを特徴とするキャリア補給装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかのキャリア補給装置において、
   前記第１、第２の補給路は、前記第１の容器の前記キャリアの補給出口で分岐していることを特徴とするキャリア補給装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかのキャリア補給装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
9. 請求項１乃至７のいずれかのキャリア補給装置、または請求項８のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９の画像形成装置において、
    前記２成分現像装置へ通常の前記２成分現像用のトナーを補給するトナー補給手段を有し、
    前記第２の容器に収容する粉体として、前記トナー補給手段から前記２成分現像装置へ補給される通常のトナーよりも無機微粒子の外添量が多いものを用いることを特徴とする画像形成装置。