JP3692823B2 - 現像装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性キャリアとこの磁性キャリアに静電的に吸着されるトナ−とを含む現像剤を用い、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを選択的に転移させてその静電潜像を可視化する現像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、トナ−および磁性キャリアからなる二成分現像剤を像担持体に供給してその像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置に関して、装置の小型化、低コスト化を図るために、トナ−濃度センサなどを有する複雑なトナ−濃度制御機構を設けずにトナ−濃度を制御する技術が提案されている。
【0003】
例えば、特開昭63−4278号公報には、現像剤搬送方向に対して、トナ−供給口より下流側で現像剤層厚規制部材の上流側に現像剤遮蔽部材を設け、現像剤層厚規制部材で規制されて溢れた現像剤を現像剤遮蔽部材で遮蔽することにより現像剤の体積を変化させ、この体積変化した現像剤でトナー供給口を覆うことによりトナーの取り込み量を制御してトナー濃度を安定して維持する技術が提案されている。
【0004】
また、特開平8−185051号公報には、所定量の現像剤を滞留する現像剤滞留部を設け、その現像剤滞留部の、嵩変化する現像剤で、トナ−供給口を塞ぐことによりトナーの取り込みを調整して、トナー濃度を制御する技術が提案されている。
【0005】
さらに、特開平9−311551号公報には、現像剤層厚規制部材で溢れてUタ−ンする現像剤にトナ−を接触させ、重力を利用して一緒に搬送することで現像剤室にトナーを取り込み、その現像剤室の現像剤の体積変化に応じた濃度のトナ−を現像ロールに供給する技術が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭63−4278号公報に提案された技術では、取り込まれたトナ−は現像剤層厚規制部材手前までほとんど攪拌されずに搬送され、その現像剤層厚規制部材を通過する際に、強い圧力で攪拌、帯電が行なわれるため、トナーの均一な分散や適切な帯電が得られなかったり、現像剤がすぐに劣化してしまい、かぶりや濃度ムラ、トナ−汚れが発生するという問題がある。
【0007】
また、特開平8−185051号公報に提案された技術では、嵩の増加により現像剤滞留部の入口は塞がれるものの、移動する磁気ブラシがトナ−と接触しているため、トナ−は現像剤層の移動と共に搬送される。従って、トナ−の取り込みは完全には停止せず、トナ−の消費がほとんど行なわれない画像が連続した場合にはトナ−濃度が高くなってかぶりが発生するという問題がある。
【0008】
さらに、特開平9−311551号公報に提案された技術では、現像剤層厚規制部材で現像領域に進むことを阻止され押し戻されてUタ−ンした現像剤にトナ−が補給される。Uタ−ンした現像剤の固まりは、地表プレ−トが移動するがごとくゆっくりと全体で移動するため、現像剤に乗って一緒に運ばれて取り込まれるトナ−は非常にゆっくりと取り込まれ、また搬送中はほとんど攪拌されることはなく、従ってトナ−が現像剤の隙間に固まりで入り込んだままの状態で搬送される。ようやく、現像ロ−ル表面の磁気ブラシに接触すると、トナ−の固まりを抱き込んだ状態で現像ロールを構成するスリ−ブ上を搬送されるが、磁気ブラシの上層部にはUタ−ンした現像剤が乗っているため、下層部の現像剤は十分に攪拌されずに搬送される。そのため、スリ−ブ上のトナ−の減少に対して、レスポンスが遅く、濃度が回復するまでには時間がかかるという問題がある。さらに、磁性キャリアとの混合攪拌および帯電も不十分なため、濃度低下やかぶり、あるいはトナ−の固まりが直接現像されてしまうというような画像欠陥が発生する。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑み、複雑なトナー制御機構を用いることなく簡素な構成でトナー濃度を制御することができ、常に安定した画像濃度が得られる現像装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の現像装置は、磁性キャリア粒子とこの磁性キャリア粒子に静電的に吸着されるトナ−とを含む現像剤を用い、像担持体上に形成された静電潜像に上記トナ−を選択的に転移させてその静電潜像を可視化する現像装置において、
回転方向に複数の磁極が配置されて水平な回転軸のまわりに回転することにより交番磁界を発生させる交番磁界発生手段を備え、表面に現像剤を担持して搬送する、表面がロール状の現像剤搬送体と、
上記現像剤搬送体の、その現像剤搬送体により現像剤が下向きに搬送される部分に隣接した位置に、現像剤の一部を溜めて形成した現像剤溜り部と、
補給トナーを貯えて、その補給トナーを、上記現像剤溜り部を挟んだ、上記現像剤搬送体に対向した側からその現像剤溜り部に補給するトナー貯蔵部と、
下端が上記現像剤溜り部に位置するように立設され、上記トナー貯蔵部の補給トナーと上記現像剤溜り部の現像剤との接触を制限する仕切り板とを備えたことを特徴とする。
【0012】
また、上記仕切り板が、少なくとも下端部に磁性材料を含む部分を備えたものであることが好ましい。
【0013】
さらに、上記トナー貯蔵部が、上記現像剤溜り部の隣接部分に、その現像剤溜り部に向って補給トナーを滑落させるとともに、上記現像剤溜り部に供給された補給トナーの嵩が増加するに従ってその補給トナーを上記交番磁界発生手段から離すための斜面を有するものであることも好ましい形態である。
【0014】
また、上記現像剤搬送体が、円筒スリーブと、その円筒スリーブ内で回転する固定磁石とを有するものであってもよい。
【0015】
さらに、上記現像剤搬送体が、表面に円周方向全周にわたって複数の磁極が形成された回転ロールであってもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0017】
図1は、本発明の第1実施形態の現像装置を用いた画像形成装置の概略構成図である。
【0018】
図1に示す画像形成装置には、像担持体としての感光体ドラム1が備えられている。この感光体ドラム1は、導電性材料からなる円筒部材1aと、その円筒部材1aの表面に形成された薄層の感光体層1bから構成されている。感光体層1bとしては、例えば負帯電の有機感光体が用いられる。この感光体ドラム1は、図示しない駆動手段によって矢印A方向に回転駆動される。
【0019】
また感光体ドラム1の周囲には、その回転方向に沿って、帯電器2と、露光手段3と、感光体ドラム1に対向して配置された円筒部材からなる現像ロ−ル21を有する現像装置4と、転写前コロトロン5と、転写コロトロン6と、剥離コロトロン7と、クリ−ナ8と、光除電器9とが備えられている。現像装置4は、本発明の第1実施形態の現像装置であり、詳細は後述する。
【0020】
このように構成された画像記録装置において、感光体ドラム1が矢印A方向に回転駆動され、帯電器2によって感光体ドラム1の表面が所定の電圧に一様に帯電される。次いで、感光体ドラム1の表面に、露光手段3により画像に対応した露光が行なわれて静電潜像が形成される。感光体ドラム1の表面に形成された静電潜像は、現像装置4によってトナ−が現像され、顕像化される。その際、現像ロ−ル21には、図示しない現像バイアス用の電源によって現像バイアスが印加される。
【0021】
感光体ドラム1上に形成されたトナ−像は、必要に応じて転写前コロトロン5によって帯電を受け、次いで転写コロトロン6の帯電によって記録用紙10上に転写される。さらに、この記録用紙10は、剥離コロトロン7の帯電によって感光体ドラム1の表面から剥離される。次いで、この記録用紙10は、図示しない定着器へと搬送され、記録用紙10上にトナ−像が定着されて画像形成が終了する。
【0022】
一方、トナ−像の転写および記録用紙10の剥離工程が終了した感光体ドラム1の表面は、クリ−ナ8によって残留トナ−が清掃され、さらに光除電器9による露光を受けて残留電荷が除電され、次の画像形成工程に備えられる。
【0023】
尚、露光手段3としては、画像情報に応じた露光が可能なものであれば任意の露光手段を使用することができ、例えばレ−ザ−書き込み装置、LEDアレイ、一様光源と液晶マイクロシャッタ−からなる液晶ライトバルブ等任意のものを目的に応じて使用することができる。また、この露光手段3は、画像部露光を行なうものであっても、非画像部(背景部)露光を行なうものでもあっても良く、必要に応じて適宜選択することができる。
【0024】
次に、図1に示す画像形成装置を構成する本発明の第1実施形態の現像装置4について、図2を参照して説明する。
【0025】
図2は、本発明の第1実施形態の現像装置の概略構成図である。
【0026】
この現像装置4には、磁性キャリア粒子とこの磁性キャリア粒子に静電適に吸着されるトナーとを含む現像剤36を収容するハウジング20が備えられている。このハウジング20内には、周面に現像剤36を担持して感光体ドラム1との対向領域に搬送する現像ロ−ル21と、その現像ロ−ル21に近接して対向配置され現像領域を通過した現像剤36を現像ロ−ル21から回収する現像剤回収ロ−ル22が備えられている。またハウジング20内には、現像ロ−ル21と所定間隔をおいて対向配置され、表面に現像剤36を担持して現像ロ−ル21と対向する位置に搬送する、表面がロ−ル状の層形成ロ−ル23(本発明にいう現像剤搬送体の一例)が備えられている。さらにハウジング20内には、層形成ロ−ル23の、その層形成ロ−ル23により現像剤36が下向きに搬送される部分に隣接した位置に、現像剤36の一部を溜めて形成した現像剤溜り部100が備えられている。またハウジング20内には、補給トナー35を貯えて、その補給トナー35を、現像剤溜り部100を挟んだ、層形成ロ−ル23に対向した側からその現像剤溜り部100に補給するトナー貯蔵部34も備えられている。このトナー貯蔵部34は、現像剤溜り部100の隣接部分に、その現像剤溜り部100に向って補給トナー35を滑落させるとともに、この現像剤溜り部100に供給された補給トナーの嵩が増加するに従ってその補給トナーを、後述する磁界発生部材23bから離すための斜面である現像剤溜り形成部材32を有する。またこのトナー貯蔵部34には、そのトナー貯蔵部34の補給トナー35を、現像剤溜り形成部材32を介して現像剤溜り部100に接触するように導くトナー搬送部材33が備えられている。
【0027】
またこの現像装置4には、下端が現像剤溜り部100に位置するように立設され、トナー貯蔵部34の補給トナー35と現像剤溜り部100の現像剤36との接触を制限する仕切り板31が備えられている。
【0028】
図3は、図2に示す現像ロール周面の部分拡大断面図である。
【0029】
現像ロ−ル21は、図3に示すように、導電性基体21aと、その導電性基体21a上に積層された磁気記録層21bから構成されている。導電性基体21aには、図示しない現像バイアス電源により、現像バイアス電圧が印加される。また、磁気記録層21bには、現像ロ−ル21の全周にわたって磁性キャリアが一層程度しか保持できない微少ピッチでS極とN極とが交互に着磁されている。
【0030】
磁気記録層21bには、磁性材料としてγ−Fe2O3が、また結着樹脂としてポリウレタンが使用されており、この磁気記録層21bの層厚は50μmである。
【0031】
図4は、現像ロ−ルを構成する磁気記録層の着磁方法の一例を示す図である。
【0032】
現像ロ−ル21を構成する磁気記録層21bの着磁は、図4に示すように、現像ロ−ル21の周面に近接して配置された磁気記録用ヘッド24によって行なわれる。
【0033】
この磁気記録用ヘッド24は、軟磁性材料からなる、両端部が所定の間隔を置いて並列配置された形状のコア部材25と、このコア部材25に巻回されたコイル26とを有し、上記コア部材25の両端部が現像ロ−ル21の周面に近接するように配置される。コイル26には、図示しない磁化信号発生装置を介して電源から磁化電流が供給されるようになっており、コイル26に電流が流れると、コア26内に磁束27が発生する。この磁束27はコア部材25の先端から磁気記録層21b内を通過する。コイル26へ供給される磁化電流は磁化信号発生装置を介して断続的または適宣電流の方向を変えて供給され、現像ロ−ル21が図4に示す矢印A方向に回転駆動されて磁気記録層21bが所定の着磁パタ−ンに磁化される。尚、現像ロ−ル21は表面に磁界が及んで磁性キャリアを保持しながら感光体ドラム1(図2参照)と電位差が設けられればよく、基体上に磁気記録層を積層した上に導電性材料の薄層を蒸着などにより形成したものでも構わない。
【0034】
再び図2に戻って説明を続ける。図2に示す現像剤回収ロ−ル22は、中空の一部が歪んだ形状を有する円筒状の非磁性導電性スリ−ブ22aと、その内側に位置する磁界発生部材22bから構成される。この磁界発生部材22bは、異なる極性の磁極が全周にわたって交互に着磁され、外側の固定されたスリ−ブ22aとは独立して回転することができるように設けられている。
【0035】
また、層形成ロ−ル23は、周回可能に支持された中空円筒状のスリ−ブ23aと,そのスリ−ブ23a内で回転する磁界発生部材23bとを有する。この磁界発生部材23bは、本発明にいう交番磁界発生手段に相当するものであり、回転方向に複数の磁極が配置されて水平な回転軸のまわりに回転することにより交番磁界を発生する。この磁界発生部材23bは、隣接する磁極間で形成される磁界によって現像剤36の磁気ブラシをスリ−ブ23a表面に形成する。層形成ロ−ル23では、磁界発生部材23bのみ、または磁界発生部材23bとスリ−ブ23aとの双方が互いに異なる方向に回転することにより、スリ−ブ23a表面に交番磁界を発生させてトナ−35を磁性キャリアと均一に混合・摩擦帯電しながら磁気ブラシを層形成ロ−ル23と所定間隔おいて配置された現像ロ−ル21と対向する位置まで搬送してその磁気ブラシの先端を現像ロ−ル21表面に接触させて現像剤層を形成する。層形成ロ−ル23の磁極ピッチは、搬送・撹拌性能が良好な1〜6mm程度が好ましく、現像ロ−ル21の磁極ピッチよりも大きい方がよい。本実施形態では、スリ−ブ23aとしては直径が18mmの部材が用いられ、また磁界発生部材23bとしてはスリ−ブ23a周面上で磁極間ピッチが約5mmとなる間隔でN極とS極が交互に着磁された磁石ロ−ルが用いられる。各磁極ともスリ−ブ23a上での垂直方向の磁束密度ピ−ク値は50mTであり、スリ−ブ23aと磁界発生部材23bは、図示する方向にそれぞれ回転する。
【0036】
現像剤溜まり形成部材32は、先端部が層形成ロ−ル23に所定間隔をおいて対向して配置されており、溜まった現像剤36を、層形成ロ−ル23上の現像剤嵩が少なくなった時に戻せる状態で保持する。この現像剤溜り形成部材32は、先端部から斜度が設られて上方に向けてトナ−貯蔵部34近くまで延びた形状であり、これによりその現像剤溜り形成部材32に沿って現像剤溜り部100が形成される。現像剤溜り形成部材32の斜度は15°〜60°が好ましい。また、現像剤溜り形成部材32が層形成ロ−ル23と最も近接して現像剤溜り部100を作り始めるポイント(位置)は、層形成ロ−ル23の中心を通る水平な直線に対して上下に0°〜75°の角度内に収まる位置が好ましく、さらに好ましくは0°〜45°の角度内に収まる位置が良い。
【0037】
仕切り板31は、下端が層形成ロ−ル23から所定距離離れた位置に、かつ所定の高さ位置で現像剤溜り部100の現像剤に接触するように、また現像剤溜まり形成部材32の先端部と所定の隙間をあけて上方に延びるように設けられており、下端近傍は層形成ロ−ル23の磁界がおよぶ範囲内にある。具体的には、この下端は、層形成ロ−ル23から4mm離れた位置に、現像剤溜り形成部材32の先端部と2mm隙間をあけて設けられており、材料は例えば非磁性のリン青銅が用いられる。
【0038】
トナ−搬送部材33は、トナー貯蔵部34内のトナ−35を攪拌するとともに、現像剤溜り部100近傍にトナ−35を搬送するように針金状の回転部材が用いられる。
【0039】
本実施形態の現像装置4は、層形成ロール23と、現像剤溜り部100と、トナー貯蔵部34とを備えたものであり、この現像装置4では、現像領域を通過した現像剤36により現像剤溜まり部100が形成され、その現像剤溜り部100の一部がトナ−貯蔵部34のトナ−34に接触する。トナ−34に接触した現像剤36は、トナ−濃度に応じて動きが制御される。例えば、トナ−濃度が低い場合には、磁界発生部材23bの交番磁界が作用して、現像剤36が磁気的に転がり移動するため、この現像剤36に接触したトナ−35は固まりであっても細かくほぐされ、現像剤36の溜りの中に攪拌されながら取り込まれる。このとき、現像剤36は少数の磁性キャリア単位で転がり移動するため、取り込まれたどのトナ−粒子も磁性キャリアの表面に接触する機会が多く、すぐに均一に分散し、現像に適したレベル近くまで帯電が立ち上がり、磁性キャリア表面に付着してトナ−補給された均一な現像剤になる。
【0040】
一方、トナ−濃度が高くなってくると、トナ−35に接触した現像剤36に働く交番磁界が弱まってトナ−35に接触した現像剤36の動きが鈍くなり、トナ−35の取り込みが少なくなり、ついにはトナ−35に接触した現像剤36に交番磁界が及ばなくなり、その現像剤36の動きが停止するため、トナ−35の取り込みが完全に停止する。この状態では、現像装置4が作動していてもトナ−35は取り込まれないため、トナ−消費量がほとんどないような画像が続いてもトナ−濃度が上昇してかぶりを発生することがない。
【0041】
この結果、トナ−消費量に応じてトナ−35を現像剤36に必要量だけ供給することができ、従ってトナ−濃度をほぼ一定に保つことができ、攪拌不足による帯電不良、かぶり、濃度むら、トナ−汚れといったことがなく、安定した画像が得られる。また、取り込み性、攪拌性が高く、現像剤36に大きなストレスとなる圧力をかけることなくトナ−35の取り込み、攪拌、帯電立ち上げを短時間にできるため、トナ−消費量の多い画像や、現像剤量をあまり多く使えない小型の現像装置では特に有効である。
【0042】
また、本実施形態の現像装置4では、下端が現像剤溜り部100に位置するように立設され、トナ−貯蔵部34のトナ−35と現像剤溜り部100の現像剤36との接触を制限する仕切り板31が設けられており、仕切り板31で仕切られた現像剤溜り部100の、現像領域から遠い側の領域にトナ−35が供給され、そのトナ−35が現像剤溜り部100に接触する。トナ−濃度が低い場合は、仕切り板31の下端にちょうど接するかもしくは隙間ができる嵩で、現像剤溜り部100の、仕切り板31の下端近傍の現像剤36が、交番磁界の影響を受けて、キャリア数粒単位で活発に転がり移動している。このため、現像剤36に接触したトナ−35は現像剤36にほぐされ、混合攪拌されながら仕切り板31の下端をすり抜けて一緒に搬送されて取り込まれ、十分に帯電され磁性キャリア表面に付着して、均一に分散する。
【0043】
トナ−濃度が高くなると、現像剤溜り部100の嵩が増加し、その現像剤溜り部100と仕切り板31の間にあった隙間が塞がれる。トナ−35は現像剤溜り部100と仕切り板31の囲まれた領域のみに供給され、さらに嵩が増加すると仕切り板31に沿ってトナ−35と接触する位置が移動し、磁界発生部材23bから離れていくため、現像剤36に及ぶ交番磁界が仕切り板31の下端よりも次第に弱くなり、ついには現像剤36を磁気的に動かすことができない部分に現像剤36とトナ−35が接触する位置が移動すると、トナ−35と接触する現像剤36は全く動かなくなり、トナ−35の取り込みが完全に停止する。
【0044】
一方、トナ−35の消費に伴い、トナ−濃度が低下してくると、再び現像剤溜り部100の嵩が低下し、現像剤36がトナ−35と接触する位置が仕切り板31の下端に近づき、磁界発生部材23bに近づくため、現像剤36に働く交番磁界も強まって、転がり移動を始め、トナ−35の取り込みを再開する。
【0045】
また、上記仕切り板31が、少なくとも下端部に磁性材料を含む部分を備えていると、遮蔽効果により、仕切り板31下端部以上に現像剤溜り部100の嵩が増加した時に、現像剤に働く交番磁界が急激に減衰するため、トナーの取込み制御を敏感にすることができる。
【0046】
さらに、本実施形態の現像装置4では、磁界発生部材23bに所定間隔を置いて対向し、現像剤36の一部をせき止めてそこから所定角度で磁界発生部材23bから離れていくように延びた斜面である現像剤溜り形成部材32が設けられている。このため、トナ−35が取り込まれトナ−濃度が上昇し現像剤溜り部100が増えるに従い、その現像剤溜り形成部材32に沿って現像剤溜り部100が広がり、磁界発生部材23bから離れて交番磁界による現像剤36の移動が起こらなくなる。現像剤36の動きが止まれば、現像剤36に接触しているトナ−35は取り込まれなくなり、トナ−濃度は上昇しなくなる。一方、トナ−35が消費されてトナ−濃度が低下すると、循環する現像剤36全体の嵩が減少するため、磁界発生部材23bから十分に離れて交番磁界で動くことのなかった現像剤36は現像剤溜り形成部材32に沿って磁界発生部材23bに近づき、トナ−35と現像剤36との接触界面が移動する。すると、トナ−35と接触している現像剤36が、交番磁界で再び転がり移動しはじめるため、トナ−35が取り込まれトナ−濃度が保たれる。
【0047】
従って、本実施形態の現像装置4では、トナ−濃度が常に一定に保たれ、攪拌、帯電が不十分で濃度ムラやかぶりが発生することがなく、良好な画像を安定して得ることができる。
【0048】
次に現像剤の流れについて説明する。
【0049】
現像領域を通過して現像ロ−ル21に担持された現像剤層は、現像剤回収ロ−ラ22と対向する位置に搬送される。現像剤回収ロ−ル22は、現像ロ−ル21に対して近接対向して配置されており、現像剤回収ロ−ル22内部の磁界発生部材22bの強力な磁力により現像ロ−ル21上のほとんどの現像剤が回収されて、現像剤回収ロ−ル22上に移動する。現像剤回収ロ−ル22上に移動した現像剤は、磁界発生部材22bの回転にともなってスリ−ブ22a上を時計方向に移動し、そのスリ−ブ22aの、磁界発生部材22bからの距離が遠くなる部分に到達した際に磁気拘束力が弱まってスリ−ブ22aから落下し、現像剤回収ロ−ル22の下に位置する層形成ロ−ル23上に付着して搬送される。層形成ロ−ル23上の現像剤36は、磁界発生部材23bとスリ−ブ23aの回転により反時計方向に搬送され、その現像剤36の一部が現像剤溜り形成部材32によってせき止められて現像剤溜り部100を形成する。現像剤溜り部100は、現像剤溜まり形成部材32に沿って移動し、トナ−貯蔵部34内のトナ−搬送部材33によって運ばれてきた補給用トナ−35に接触する。この時点では、現像剤溜り部100表面の現像剤36は層形成ロ−ル23に十分近いため、層形成ロ−ル23内の回転する磁界発生部材23bによる交番磁界により転動しながらスリ−ブ23a側に移動しており、現像剤溜り部100に接触したトナ−35は次々に取り込まれ、スリ−ブ23a側に搬送されながら、磁性キャリアと混合・攪拌され、帯電付与される。
【0050】
一方、現像剤溜り形成部材32によってせき止められずに通過した他の現像剤は、スリ−ブ23a上で磁界の変動とともに撹拌・帯電が行なわれながら現像ロ−ル21と対向する領域に搬送されて現像ロ−ル21と対向する近傍に到達する。現像ロ−ル21と層形成ロ−ル23は、層形成ロ−ル23上の現像剤穂立ち(磁極上高さ)よりも若干狭い間隙をおいて対向して配置されており、現像ロ−ル21と対向する近傍に搬送された現像剤層の先端が現像ロ−ル21表面に接触する。ここで、層形成ロ−ル23上の現像剤は、現像ロ−ル21と対向する領域では、現像ロ−ル21の搬送方向と異なる方向に搬送されるため、現像ロ−ル21表面は層形成ロ−ル23との最近接位置から離れる方向に移動する。従って、現像ロ−ル21表面近傍だけに現像剤36が吸着されて現像ロ−ル21の表面の移動とともに搬送される。また、現像ロ−ル21表面近傍に到達できなかった現像剤36は、取り残され、層形成ロ−ル23と現像ロ−ル21が近接対向する手前の領域に滞留して、現像ロ−ル21表面に接触する機会に備えられる。滞留して溜まりを形成し、現像ロ−ル21表面に接触する機会が与えられた現像剤36により、現像ロ−ル21の表面は常に覆われるため、現像ロ−ル21表面に形成する現像剤層が不足することはない。さらに、現像ロ−ル21表面の磁気記録層21bは着磁間隔が100μmと小さな間隔となっているので、過剰に供給された現像剤36の内、現像ロ−ル21表面近傍の現像剤36だけに強い磁気拘束力が働き、その上層部の現像剤36には磁気拘束力がほとんど働かない上、層形成ロ−ル23により搬送された現像剤36が現像ロ−ル21上に供給され層形成される領域では、現像剤36が現像ロ−ル21から離れる方向に重力が働くので、現像ロ−ル21の、磁性キャリアに働く磁気拘束力による現像剤36のうち重力に打ち勝った磁気拘束力による現像剤36だけが搬送される。従って、例えばしっかりと表面が現像ロ−ル21表面に接している磁性キャリアは現像ロ−ル21から離脱することなく搬送されるが、現像ロ−ル21表面に直接接触できず磁性キャリア上に乗った状態の磁性キャリアは脱落して現像剤溜まり部100に留まるか、または落下して層形成ロ−ル23上に戻されるため、現像ロ−ル21の移動とともに搬送される現像剤層は、磁性キャリアがほほ1層の均一な薄層となる。
【0051】
現像ロ−ル21上に形成された均一な現像剤薄層は、現像ロ−ル21の回転に伴って、感光体ドラム1と対向する現像領域へと搬送され、磁性キャリアに付着したトナ−35のみが感光体ドラム1上の静電潜像に転移して現像される。尚、現像剤層は感光体ドラム1に対して非接触状態に保持される。
【0052】
次にトナ−補給機構について説明する。
【0053】
現像によりトナ−35が消費され、トナ−濃度が低下すると前述したようにしてトナ−35が取り込まれるが、トナ−消費量が減ったりあるいは十分にトナ−35が補給されてトナ−濃度が高くなると、現像剤溜り部100の嵩が増加し、現像剤溜り部100は仕切り板31の下端に接触し補給トナ−35は仕切り板31と現像剤溜まり形成部材32とで囲まれた領域に供給される。現像剤溜り部100が仕切り板31の下端にようやく接触する高さでは、現像剤溜り部100表面の現像剤36は層形成ロ−ル23の交番磁界の影響で、転がり移動しており、一部の現像剤36はトナ−35を取り込み、仕切り板31の下端をすり抜けてスリ−ブ23a側に搬送される。さらに、現像剤溜り部100の高さが上昇してくると、現像剤溜り部100の表面は層形成ロ−ル23から離れるため現像剤36におよぶ交番磁界が弱くなり、現像剤36の磁界による動きが鈍くなり、ついには全く動かなくなる。従って、現像剤36の動きにより取り込まれていたトナ−35は、現像剤溜り部100表面の現像剤36の動きとともに、取り込み量、取り込みスピ−ドが共に低下し、ついには全く取り込まれなくなる。
【0054】
トナ−35の取り込みが停止した状態で現像によりトナ−35が消費されることでトナ−濃度が低下しはじめると、現像剤溜り部100の嵩が減少して高さが低下して交番磁界の影響領域に入るため、再び現像剤36が動きはじめて、トナ−35の取り込みが再開される。従って、トナ−濃度センサなどを有する複雑なトナ−濃度制御機構を設けることなく簡素な構成でトナ−濃度を一定に保つことができる。
【0055】
尚、本実施形態で用いられる二成分現像剤36は、非磁性のポリエステル系トナ−とフェライト系磁性キャリアとを混合したものであるが、他の材料からなるトナ−と磁性キャリアを用いることもできる。トナ−は重合法によるものであってもよく、あるいは混連粉砕法によるものであってもよいが、流動性の高い球形形状の方が好ましい。トナ−の形状をほぼ球形とすることで、流動性が増し、現像剤としての流動性も向上し、トナ−供給部でのトナ−や現像剤の移動が均一性よく滑らかになるため、トナ−取り込みの制御を精度よく行なうことができる。
【0056】
また、現像剤36の磁性キャリアは106/(4π)A/mの磁界中における磁化が45KA/m以上360KA/m以下となるものを用いるのが望ましい。
【0057】
また、仕切り板31の形状はこれに限定されるものではなく、高さ方向に交番磁界が少なくとも一旦弱まる形状のものであればよい。
【0058】
さらには現像方式も本方式に限定されるものではなく、トナ−供給部が同様の構成であれば通常の磁気ブラシ現像など他の現像方式にも適用できることは言うまでもない。
【0059】
次に、本実施形態の現像装置4を用いて印字画像密度の異なる画像をそれぞれ連続してプリントした場合の濃度維持性についてテストした結果を示す。
【0060】
印字パタ−ンは、前半が白紙で後半がベタ画像(像密度約50%)のものと、前半が白紙で後半が文字(像密度約2%)のものとの2種類を用い、それぞれの印字パタ−ンで100枚連続で印字した。この時の現像ロ−ル21上のトナ−濃度推移を図5に示す。
【0061】
図5は、本発明の第1実施形態の現像装置を用いて密度の異なる画像をそれぞれ連続してプリントした場合の現像ロ−ル上の現像剤のトナ−濃度変化を示す図である。
【0062】
この現像装置4では、トナ−消費量に応じて消費した量のトナ−35がすぐに補給されるため、図5に示すように、印字パタ−ンによらず、トナ−濃度が安定して一定に保たれ、両印字パタ−ンとも濃度低下や地肌かぶりが発生せず、良好な画質を安定して得ることができる。
【0063】
尚、本実施形態の現像装置4では、本発明にいう現像剤搬送体は、円筒状のスリーブ23aと、そのスリーブ23内で回転する磁界発生部材23bとを有する層形成ロール23の例で説明したが、これに限られるものではなく、本発明にいう現像剤搬送体は、表面に円周方向全周にわたって複数の磁極が形成された回転ロールであってもよい。
【0064】
図6は、本発明の第2実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【0065】
この現像装置400には、交番磁界を発生させて現像剤を担持して搬送する現像剤担持ロ−ル45(本発明にいう現像剤搬送体の一例)と、現像剤担持ロ−ル45上を循環する現像剤の一部をせき止めて現像剤溜り部200を形成する現像剤溜り形成部材42と、現像剤溜り部200の現像剤にトナ−を供給するようにトナ−を搬送するトナ−搬送部材43と、補給トナ−を蓄えるトナ−貯蔵部44と、トナ−搬送部材43により搬送され、現像剤溜り部200に接触するトナ−が現像剤溜り部200と接触できる領域を制限する仕切り板41とが備えられている。
【0066】
現像剤担持ロ−ル45は、S極とN極が交互に着磁され回転可能な磁石ロ−ル45bを内蔵し、外側に非磁性スリ−ブ45aを回転可能に設けた構成であり、磁石ロ−ル45bを回転することで、スリ−ブ45a表面に交番磁界を発生させ、スリ−ブ45a上に現像剤を担持して混合攪拌しながら搬送する。
【0067】
現像剤溜り形成部材42は、先端部が現像剤担持ロ−ル45に所定間隔をおいて対向して配置されており、この先端部でせき止めた現像剤を現像剤溜り形成部材42の面に沿って保持する。この現像剤溜り形成部材42の形状は、図6に示すように、せき止めた現像剤がある程度の量貯蔵され、所定量以上の嵩に対して斜面に沿って現像剤担持ロ−ル45から離れるように上昇していく形状である。
【0068】
トナ−搬送部材43は、トナ−貯蔵部44内のトナ−を攪拌するとともに、現像剤溜り部200近傍にトナ−を搬送するように針金状の回転部材が用いられている。
【0069】
仕切り板41は、非磁性板41aと、その非磁性板41aの片面に貼り付けられた磁性板41bから構成されている。この仕切り板41により、現像剤溜り部200のうち、その仕切り板41で仕切られてトナ−と接触する側の現像剤が受ける磁石ロ−ル45bによる交番磁界を、現像剤の嵩が仕切り板41の下端以上の場合に遮断または弱めることができ、従ってトナ−取り込みの制御を敏感に行なうことができる。現像剤量が少なく、トナ−濃度による現像剤溜り部200の嵩の変化が小さい小型現像装置では特に有効である。
【0070】
次に、この現像装置400のトナ−補給部の作用について説明する。
【0071】
トナ−濃度が十分に高い時には現像剤溜り部200の表面は仕切り板41の下端に接触しており、トナ−貯蔵部44から供給されたトナ−は、仕切り板41よりもトナ−貯蔵部44側に達した現像剤のみに接触する。トナ−に接触する現像剤は仕切り板41を挟んで交番磁界を発生する現像剤担持ロ−ル45と対向しているため、仕切り板41の磁性板41bで交番磁界が遮断あるいは弱められ、交番磁界が及ばずほとんど動かないためトナ−は取り込まれない。
【0072】
トナ−が消費されると、現像剤担持ロ−ル45周りの全現像剤の嵩が減少するため、現像剤溜り形成部材42によって形成された現像剤溜り部200もトナ−の消費によって水位が低下する。現像剤溜り部200とトナ−が接触する位置が仕切り板41の下端近辺まで下がってくると、仕切り板41に遮断されない強い交番磁界がトナ−と接触する現像剤に及ぶ様になり、トナ−に接触する現像剤が転がり移動するため、トナ−が取り込まれる。
【0073】
トナ−の取り込みが続くと、現像剤溜り部200の嵩が再び上昇するため、交番磁界が遮断される所定水位以上で現像剤の動きが急激に鈍くなってトナ−取り込みが停止してトナ−濃度が一定に保たれる。
【0074】
この現像装置400を用いて第1実施形態と同様の連続プリントを実施したところ、トナ−濃度が安定して一定に保たれ、濃度低下やかぶりのない良好な画質が安定して得られた。
【0075】
図7は、仕切り板の各種形態を示す図である。
【0076】
図7(a)には、前述した図6に示す仕切り板41が示されている。また、図7(b)には、非磁性板46aと、その非磁性板46aの先端に継ぎ足された磁性板46bからなる仕切り板46が示されている。さらに、図7(c)には、全体が磁性板からなる仕切り板47が示されている。このように、少なくとも下端部に磁性材料を含む部分を備えた仕切り板46,47を用いても、仕切り板41を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【0077】
図8は、本発明の第3実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【0078】
この現像装置500におけるトナ−供給部には、図6に示す現像剤担持ロ−ル45と同様、S極とN極が交互に着磁された磁石ロ−ル55bを内蔵し、外側に非磁性スリ−ブ55aを回転可能に設けた構成の現像剤担持ロ−ル55が備えられている。またこのトナ−供給部には、現像剤溜り形成部材52と、その現像剤溜り形成部材52の斜面に先端部が垂直に対向した仕切り板51が備えられている。このような形状を有する仕切り板51を備えることにより、その仕切り板51と現像剤溜り形成部材52との隙間変動が小さく抑えられ、TC(トナー濃度)制御を精度よく行なうことができる。即ち、仕切り板51の下端部が、磁石ロ−ル55bから離れる方向に設けられているため、トナ−と接触する現像剤の動きを現像剤嵩の増減に応じて細かく制御することができる。従って、トナ−濃度が目標レベルに対して、大幅に低い時にはトナ−と接触する現像剤が強い交番磁界の影響を受けて激しく動くため、トナ−を短時間に多く取り込むことができ、これによりトナ−濃度が上昇して、目標レベルに近づくに従い、トナ−と接触する現像剤の位置が上昇して徐々に交番磁界の影響が弱まるため、現像剤の動きも徐々に小さくなり、取り込むトナ−量も徐々に少なく制御される。その結果、目標トナ−濃度に対して精度よく、最小の時間でトナ−濃度を調整することが可能となる。
【0079】
このようなトナ−供給部を有する現像装置500を用いて第1実施形態と同様の連続プリントを実施したところ、トナ−濃度が安定して一定に保たれ、濃度低下やかぶりのない良好な画質が安定して得られた。
【0080】
図9は、本発明の第4実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【0081】
この現像装置600におけるトナ−供給部には、図8に示す現像剤担持ロ−ル55と同様、磁石ロ−ル65bを内蔵し、外側に非磁性スリ−ブ65aを回転可能に設けた構成の現像剤担持ロ−ル65が備えられいる。またこのトナ−供給部には、現像剤溜り形成部材62と、その現像剤溜り形成部材62の斜面側に傾いた方向に延びた構造の仕切り板61が備えられている。このような形状を有する仕切り板61を備えることにより、現像剤溜り部の嵩が増加してトナ−との接触位置が上昇するほど急激に交番磁界から遠ざかるため、トナ−取り込みを敏感に行なうことができる。
【0082】
このようなトナ−供給部を有する現像装置600を用いて第1実施形態と同様の連続プリントを実施したところ、トナ−濃度が安定して一定に保たれ、濃度低下やかぶりのない良好な画質が安定して得られた。
【0083】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置によれば、複雑なトナ−濃度制御機構を設けずに簡素な構成でトナ−消費に応じた量のトナ−を取り込み、短時間で磁性キャリアと混合攪拌、帯電を行なうことができる。このため、濃度低下、濃度ムラ、かぶりのないトナ−濃度が安定した画質が得られ、特に現像剤の循環経路が短かい構成の小型の現像装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の現像装置を用いた画像形成装置の概略構成図である。
【図2】本発明の第1実施形態の現像装置の概略構成図である。
【図3】図2に示す現像ロール周面の部分拡大断面図である。
【図4】現像ロ−ルを構成する磁気記録層の着磁方法の一例を示す図である。
【図5】本発明の第1実施形態の現像装置を用いて密度の異なる画像をそれぞれ連続してプリントした場合の現像ロ−ル上の現像剤のトナ−濃度変化を示す図である。
【図6】本発明の第2実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【図7】仕切り板の各種形態を示す図である。
【図8】本発明の第3実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【図9】本発明の第4実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【符号の説明】
1 感光体ドラム
1a 円筒部材
1b 感光体層
2 帯電器
3 露光手段
4,400,500,600 現像装置
5 転写前コロトロン
6 転写コロトロン
7 剥離コロトロン
8 クリ−ナ
9 光除電器
10 記録用紙
20 ハウジング
21 現像ロ−ル
21a 導電性基体
21b 磁気記録層
22 現像剤回収ロ−ル
22a,23a,45a,55a,65a スリ−ブ
22b,23b 磁界発生部材
23 層形成ロ−ル
24 磁気記録用ヘッド
25 コア部材
26 コイル
27 磁束
31,41,46,47,51,61 仕切り板
32,42,52,62 現像剤溜り形成部材
33,43 トナ−搬送部材
34,44 トナ−貯蔵部
35 補給トナ−
36 現像剤
41a,46a 非磁性板
41b,46b 磁性板
45,55,65 現像剤担持ロ−ル
45b,55b,65b 磁石ロ−ル
100,200 現像剤溜り部
Claims (5)
- 磁性キャリア粒子とこの磁性キャリア粒子に静電的に吸着されるトナ−とを含む現像剤を用い、像担持体上に形成された静電潜像に前記トナ−を選択的に転移させて該静電潜像を可視化する現像装置において、
回転方向に複数の磁極が配置されて水平な回転軸のまわりに回転することにより交番磁界を発生させる交番磁界発生手段を備え、表面に現像剤を担持して搬送する、表面がロール状の現像剤搬送体と、
前記現像剤搬送体の、該現像剤搬送体により現像剤が下向きに搬送される部分に隣接した位置に、現像剤の一部を溜めて形成した現像剤溜り部と、
補給トナーを貯えて、該補給トナーを、前記現像剤溜り部を挟んだ、前記現像剤搬送体に対向した側から該現像剤溜り部に補給するトナー貯蔵部と、
下端が前記現像剤溜り部に位置するように立設され、前記トナー貯蔵部の補給トナーと前記現像剤溜り部の現像剤との接触を制限する仕切り板とを備えたことを特徴とする現像装置。 - 前記仕切り板は、少なくとも下端部に磁性材料を含む部分を備えたものであることを特徴とする請求項1記載の現像装置。
- 前記トナー貯蔵部が、前記現像剤溜り部の隣接部分に、該現像剤溜り部に向って補給トナーを滑落させるとともに、前記現像剤溜り部に供給された補給トナーの嵩が増加するに従って該補給トナーを前記交番磁界発生手段から離すための斜面を有するものであることを特徴とする請求項1又は2記載の現像装置。
- 前記現像剤搬送体が、円筒スリーブと、該円筒スリーブ内で回転する固定磁石とを有するものであることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項記載の現像装置。
- 前記現像剤搬送体が、表面に円周方向全周にわたって複数の磁極が形成された回転ロールであることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項記載の現像装置。
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