JP4045429B2 - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、磁性キャリアとトナーとを具備した二成分現像剤を用い、且つ、トナー濃度検知手段を用いずにトナー濃度を自律的に制御可能な現像装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像装置としては、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像剤にて可視像化するものが知られている。
この種の現像装置に用いられる現像方式としては、現像剤として着色剤粒子であるトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤として磁性体粒子と着色粒子であるトナーとを混合撹拌したものを用いる二成分現像方式とに大別される。
【０００３】
従来、二成分現像方式の現像装置としては、画質、コスト面や安定性など優れた点が多いことから、トナーを磁性キャリアに混合した現像剤を磁場によって搬送して現像する磁気ブラシ現像方法が広く用いられている。
この磁気ブラシ現像方法では、トナーと磁性キャリアとの摩擦で発生した静電気力により、トナーが磁性キャリアの表面に担持されるが、このトナーは、像担持体上の静電潜像に接近すると、この静電潜像にて形成される電界によって静電潜像上へ飛翔し、静電潜像を可視像化する。また、現像剤は、現像によって消費されたトナーを補充しながら反復使用される。
しかし、このような磁気ブラシ現像方法においては、トナー濃度（トナーと磁性キャリアの混合比）を一定範囲に保つ制御を行わないと、トナー濃度が上昇した場合には、トナー飛散やカブリが発生し、一方、トナー濃度が低下した場合には、濃度斑や画像抜けなどが発生してしまう。したがって、安定した画像を得るためにはトナー濃度を一定に保つ必要がある。
【０００４】
そこで、従来の磁気ブラシ現像方法では、安定した画像を得るためにトナー濃度センサやトナー補給部材を現像装置に搭載して、トナー濃度を一定にする制御を行っている。例えば、トナー濃度センサによりトナー濃度を検知し、この検知情報に基づいてトナー濃度が低下したと判断した後、トナー補給部材によりトナー補給が行われる。
しかし、この種の磁気ブラシ現像方法にあっては、トナー濃度センサやトナー補給部材が必要不可欠であり、現像装置の大型化、高コスト化が避けられない。また、検知対象の濃度パッチを作成する等、トナー濃度の検知システムが面倒であるという不具合がある。
【０００５】
このような不具合を解決する先行技術として、トナー濃度センサやトナー補給部材を用いずに、トナー濃度を一定に保つ現像装置が既に提案されている。
この現像装置は、二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、現像剤収容部と連通し且つトナーを収容するトナー収容部とを有し、現像剤担持体上の二成分現像剤量を規制部材で規制し、現像剤担持体上における二成分現像剤のトナー濃度変化によって、二成分現像剤のトナーの取り込みを自律的に制御することで、トナー濃度を調整するものである。
この自律的制御の方法は、現像剤担持体に担持搬送される現像剤移動層と、現像剤収容部内で現像剤が循環する現像剤循環層とを発生させ、現像剤収容部と連通しているトナー収容部からのトナーを取り込むというものである。
つまり、現像工程において、トナーが消費されると、現像剤収容部内に収容された現像剤の嵩が減少し、減少した嵩分のトナーがトナー収容部から現像剤収容部に補給されることで、現像剤収容部内の現像剤は、トナー濃度を保つということである。
【０００６】
上記現像装置の例として、特許文献１では、現像スリーブ上に磁性粒子層を形成し、容器内のトナー供給部においてこの磁性粒子層に接触するようにトナーを収容し、現像スリーブの回転に伴う磁性粒子層の磁性粒子の移動によって、上記トナー供給部で磁性粒子層内にその外側のトナー層からトナーを取り込み、トナーと磁性粒子とが混合された現像剤を規制部材で層厚規制して現像部に搬送することにより、トナーの過剰供給による帯電不足の防止を図っている。
【０００７】
また、特許文献２では、内部磁極を有する現像スリーブ回転型磁気ブラシ現像装置において、現像スリーブ表面に絶縁性層を設けるとともに、現像スリーブ近くにトナー供給ロールを配設し、トナー供給ロールと現像スリーブ間に交番電圧を印加することで、トナー濃度、トナー帯電の安定化を図っている。
【０００８】
更に、特許文献３では、現像剤を構成するトナーとして磁性トナーを用いることで、トナー帯電の安定化、トナー飛散の防止を図っている。
また、特許文献４では、現像剤担持体の搬送速度が最速のときにおいて、キャリア一個の表面に対してトナーが完全に覆った状態となる限界トナー濃度以下となるようにトナー濃度を構成することで、地汚れやトナー飛散の防止を図っている。
【０００９】
更に、特許文献５では、現像剤収容部において、現像剤担持体に担持搬送される現像剤量を規制する第一の規制部材よりも現像剤担持体の現像剤搬送方向上流側に第二の規制部材を設けることにより、トナー濃度調整の安易化を図っている。
【００１０】
【特許文献１】
特公平５−６７２３３号公報（第１−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平５−１１９６２５号公報（第１−５頁、図１）
【特許文献３】
特開平９−２２１７８号公報（第３−７頁、図１）
【特許文献４】
特開２０００−３５２８７７号公報（第３−６頁、図１）
【特許文献５】
特開平９−１９７８３３号公報（第６−１０頁、図１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の先行技術にあっては、いずれもトナー濃度変化に対応した現像剤の体積変化と現像剤の動きとによって、トナー濃度の制御をしているため、現像剤の体積変化や現像剤の動きを顕著にする必要がある。
このような要請下においては、通常の二成分現像方式と比較して、少ない現像剤量で且つ現像剤担持体周辺の現像剤収容部内の現像剤密度を高くする必要があるため、現像剤の循環が悪く、現像剤の動きが活発な箇所と活発でない箇所とが存在して、トナーの取り込みが均一に行われない。
また、現像剤量が少ないことから現像剤中に含まれるトナーの絶対量が少ないこと、現像剤密度が高いためトナー濃度が減少しても現像剤の体積変動は緩やかでありトナーの取り込みスピードが遅いことから、トナー消費の激しい高密度画像を連続で出力する際に現像剤担持体上へのトナーの供給が十分に行われず、所望の濃度が得られない。
【００１２】
更に、予め現像剤量を少なく設定しなければならないため、１つの磁性キャリアにかかるストレスが大きくなり、磁性キャリアの寿命が短くなる。
つまり、ランニングコストが上昇し、また、応答性が遅いため、高密度画像の濃度を確保できないといった課題が生じてしまう。
【００１３】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、トナー濃度センサやトナー補給機構を必要としない小型で低コストな現像装置であって、現像剤の仕込み量を予め多く設定することが可能で、トナーの取り込みを均一にすることによって高密度画像の連続出力に対応でき、ランニングコストを抑えた現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、図１に示すように、内部に複数の磁極１０が配列された磁界発生手段１を具備し且つトナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤２を搬送担持する現像剤担持体３と、現像剤担持体３の現像剤搬送方向が下から上に向かう側に隣接して二成分現像剤２を収容する現像剤収容部４と、現像剤収容部４を介して現像剤担持体３と連通して設けられ且つトナーを供給可能に収容するトナー収容部５と、現像剤収容部４とトナー収容部５との間に設けられ且つトナー収容部５側開口が現像剤収容部４側開口より上方に位置してトナーが供給されるトナー供給路と、現像剤担持体３に隣接して現像剤収容部４の上方に設けられ、現像剤収容部４内の現像剤を一時退避させ且つ退避された現像剤を現像剤収容部４に流出させるように、現像剤収容部４との間が現像剤担持体３から離間する仕切り部１２にて隔てられると共にトナー供給路の現像剤収容部４側開口付近の上方にて前記仕切り部１２の一部が現像剤収容部４に連通する現像剤退避部７と、現像剤担持体３の周方向における位置関係が前記仕切り部１２よりも現像剤搬送方向側で前記仕切り部１２と現像剤担持体３との間隙よりも狭い間隙をもって現像剤担持体３に対向配置され且つ現像剤担持体３により担持搬送される二成分現像剤２の一部が余剰現像剤としてせき止められるせき止め部１１を有し、現像剤担持体３の周方向における位置関係として前記せき止め部１１と前記仕切り部１２との間に前記磁界発生手段１の磁極１０を配置すると共に、磁性キャリアに対するトナー比率としてのトナー濃度に応じて現像剤収容部４又は現像剤退避部７に前記せき止め部１１でせき止められた余剰現像剤を分離する現像剤分離手段８と、前記現像剤収容部４内の前記現像剤担持体３に近接又は接触した部位で且つ前記トナー供給路よりも下方に設けられると共に、前記現像剤担持体３との対向部位にて当該現像剤担持体３と同一方向に回転し且つ現像剤収容部４内の現像剤のうちトナー供給路の現像剤収容部４側開口付近に位置する現像剤に対して前記回転方向に沿って撹拌搬送力を与える現像剤撹拌部材（図示せず）とを備え、前記現像剤分離手段８にて前記現像剤退避部７に余剰現像剤が分離退避されることに伴う現像剤収容部４内の現像剤の自重による位置低下によって、前記トナー供給路の現像剤収容部４側開口付近に引き込まれるトナー供給路からのトナーと前記現像剤退避部７から現像剤収容部４に戻される現像剤とを前記現像剤撹拌部材が混合撹拌しながら現像剤担持体３側へ搬送することを特徴とするものである。
【００１５】
このような技術的手段において、現像剤担持体３は、内部に磁界発生手段１を具備し、二成分現像剤２を搬送担持するものであれば適宜選定して差し支えなく、例えば、回転可能な非磁性スリーブと、この非磁性スリーブ内に固定的に配設され且つ磁界発生手段１が設けられた磁石部材とを具備した態様がある。
ここで、磁界発生手段１は、複数の磁極１０を有しているものであればよく、例えば、磁極１０の構成例としては、現像に寄与するための現像磁極１０ａや、現像剤を捕獲できる機能を備えたピックアップ磁極１０ｃや、現像剤を搬送する搬送磁極１０ｂ，１０ｄ等を備えたものが挙げられるが、これに限られるものではなく、適宜選定して差し支えない。
また、トナーは、磁性キャリアに付着するものであれば、磁性でも非磁性でもよい。
【００１６】
また、現像剤収容部４とトナー収容部５とは連通していればどのような位置関係にあってもよい。
この場合、二成分現像剤２に対してトナーを均一に取り込ませるためには、現像剤収容部４内に現像剤撹拌部材を設けることが必要である。
一方、トナー収容部５は、トナーを供給可能に収容していることが要件であるため、内部にトナー撹拌部材を設ける態様に限らず、例えば、トナー収容部５を現像剤収容部４よりも上方に配置し、自重によりトナーを下方にある現像剤収容部４へ移動させる態様をも含むものとする。
【００１７】
また、現像剤退避部７は、現像剤収容部４からの二成分現像剤２を一時的に収容し、現像剤収容部４における二成分現像剤２を一時的に不足させることにより、トナー収容部５からのトナーを現像剤収容部４に導くと共に、再び二成分現像剤２を現像剤収容部４へ戻す態様であればよい。この態様により、現像剤収容部４内の循環性が良くなり、現像剤退避部７に現像剤を退避させることでできる現像剤収容部４内のスペースに、トナーを補給することができ、現像剤収容部４内の現像剤全体の濃度を上げることができる。
更に、現像剤収容部４との間が現像剤担持体３から離間する仕切り部１２にて隔てられると共にトナー供給路の現像剤収容部４側開口付近の上方にて前記仕切り部１２の一部が現像剤収容部４に連通するため、現像剤収容部４と現像剤退避部７とは少なくとも二箇所で連通していることにより、現像剤収容部４からの二成分現像剤２が現像剤担持体３近傍から現像剤退避部７に進入し、再び現像剤収容部４へ戻る通路である循環路６が形成されるが、循環路６の位置及び大きさ等は適宜選定して差し支えない。
【００１８】
また、余剰現像剤は、現像剤担持体３により担持搬送された二成分現像剤２のうち、像担持体９側へ搬送されない二成分現像剤２のことである。
更に、現像剤分離手段８は、現像剤担持体３により搬送される二成分現像剤２を、トナー濃度（磁性キャリアに対するトナー比率）に応じて分離するものであればよい。
このとき、現像剤分離手段８は、トナー濃度に応じて二成分現像剤２の経路を異ならせる態様であるが、通常は、前記余剰現像剤のうち、低トナー濃度の二成分現像剤２を現像剤退避部７へ、高トナー濃度の二次成分現像剤２を現像剤収容部４へ分離する態様が採用されている。
【００１９】
また、現像剤担持体３により搬送担持された二成分現像剤２のうち余剰現像剤をせき止め、この余剰現像剤が像担持体９側へ搬送されないようにするために、例えば、現像剤分離手段８は、現像剤担持体３に対向配置されて余剰現像剤がせき止められるせき止め部１１を有することが必要である。
更に、現像剤分離手段８は、現像剤担持体３に設けられた磁界発生手段１である磁極１０（例えば搬送磁極１０ｂ）を含むことが必要である。
この場合、トナー濃度が低い二成分現像剤２では、磁性キャリアの表面を覆うトナー量が少ないため、外部磁界から受ける磁気吸引力は大きいが、一方、トナー濃度が高い二成分現像剤２では、磁性キャリアの表面を覆うトナー量が多いため、磁性キャリアの表面露出が少なく、外部から受ける磁気吸引力は小さいという性質を利用しているものである。
【００２０】
上述したように、せき止め部１１と磁極１０とを組み合せてなる現像剤分離手段８によれば、現像剤担持体３によって搬送された二成分現像剤２が低トナー濃度である場合、この低トナー濃度の二成分現像剤２は、せき止め部１１のせき止め力と搬送磁極１０ｂの磁気的拘束力によって滞留している二成分現像剤（低トナー濃度）２を押し出し、この押し出された低トナー濃度の二成分現像剤２は、現像剤退避部７へ移動する。
一方、現像剤担持体３によって搬送された二成分現像剤２が高トナー濃度である場合、この高トナー濃度の二成分現像剤２は、せき止め部１１によって滞留している二成分現像剤２まで到達することなく途中で落下し、現像剤収容部４へ戻る。この作動は、上述したトナー濃度の違いによる性質を利用したものである。
【００２１】
また、現像剤担持体３上における二成分現像剤２の穂立ち状態を多く形成し、二成分現像剤２をせき止め部１１でせき止めるという観点から、現像剤分離手段８は、現像剤担持体３の現像剤搬送方向に対して搬送磁極１０ｂの下流側に隣接配置されるせき止め部１１を有することが必要である。
このとき、現像剤分離手段８として、現像剤担持体３における磁界発生手段１である磁極１０の配設位置や磁界強度を変化させるようにすれば、現像剤収容部４又は現像剤退避部７へ分離される二成分現像剤２について、分離すべきトナー濃度の程度を可変設定することができる。
【００２２】
また、現像剤担持体３により搬送される二成分現像剤２の量を規制する規制部材を別に設けることなく、二成分現像剤２の層厚を規制するという観点から、せき止め部１１は、現像剤担持体３に担持される現像剤層が規制せしめられる規制部材を兼用することが好ましい。
【００２３】
また、現像剤退避部７における低トナー濃度の二成分現像剤２を、容易に現像剤収容部４へ誘導させるという観点から、現像剤退避部７と現像剤収容部４とを隔てる仕切り部１２は、現像剤退避部７内の二成分現像剤２を現像剤収容部４へと導くように傾斜していることが好ましい。
この仕切り部１２は、現像剤担持体３側が反対側の端よりも高く設定されていることが好ましいが、この態様に限らず、仕切り部１２の略中心を低く設定し、この部分に現像剤収容部４へ通じる循環路６を設ける等、適宜選定して差し支えない。
【００２４】
更に、現像剤担持体３に対する二成分現像剤２の供給量を確保するという観点から、現像剤退避部７及び現像剤収容部４間の仕切り部１２と現像剤担持体３との間隙は、せき止め部１１と現像剤担持体３との間隙よりも大きく設定されている。
なお、本件は上述した現像装置に限られるものではなく、これらの現像装置を使用した画像形成装置をも対象とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図２は、本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態１を示す。
同図において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像担持体であり、この静電潜像担持体２１はスコロトロンなどの帯電装置２２によって帯電され、レーザ書込み装置やＬＥＤアレイを有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この静電潜像は、光の当たった静電潜像担持体２１表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。
また、現像装置２４は、現像ハウジング３１内に着色粒子であるトナー及びキャリアからなる二成分現像剤を収容し、現像剤担持体３２に前記二成分現像剤を担持させ、この現像剤担持体３２にバイアス電源２５からの現像バイアスを印加することで、現像剤担持体３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。
更に、転写装置２６は、例えば静電潜像担持体２１に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源２７によって静電潜像担持体２１上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスを印加されることで、静電潜像担持体２１上のトナー像を記録材２８に転写させるようにしたものである。
また、静電潜像担持体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。
【００２６】
また、本実施の形態において、静電潜像担持体２１上のトナー像を転写された記録材２８は、定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によりトナー像は、記録材２８に定着される。定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることによりトナー像を記録材２８に定着するようになっている。
【００２７】
本実施の形態において、現像装置２４としては、例えば図３に示す態様のものが用いられる。
同図において、現像装置２４は、静電潜像担持体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面して現像剤担持体３２を配設し、前記現像ハウジング３１のうち、現像剤担持体３２に隣接した部位には二成分現像剤Ｇが収容される現像剤収容部３３と、現像剤担持体３２に隣接し、現像剤収容部３３に対して現像剤担持体３２の現像剤搬送方向下流側に設けられる現像剤退避部３４と、現像剤収容部３３を介して現像剤担持体３２に連通し且つトナーＴを収容するトナー収容部３５とを形成したものである。
なお、本実施の形態において、二成分現像剤Ｇは、トナーＴと磁性キャリアからなる現像剤であり、トナーＴは、例えば非磁性トナーを用いるが、磁性キャリアと磁気特性が異なるものであれば、磁性トナーを用いても差し支えない。
【００２８】
また、本実施の形態において、現像剤担持体３２は、回転可能な回転スリーブ３２１と、この回転スリーブ３２１の内部に固定的に配設された磁極ロール３２２とを備えている。
上記磁極ロール３２２は、例えば、ロール本体中心Ｏを通る水平面右側に合わせて搬送磁極（本例ではＳ２）を配設し、回転スリーブ３２１の回転方向（反時計回り）に対し、搬送磁極（Ｓ２）から下流側へ略３０°間隔で搬送磁極（本例ではＮ２）と、現像磁極（本例ではＳ１）とを配設する一方、搬送磁極（Ｓ２）から上流側へ略３０°間隔でピックアップ磁極（本例ではＮ１）と、搬送磁極（本例ではＳ３）と、搬送磁極（本例ではＮ３）とを配置したものである。
なお、本実施の形態において、現像磁極（Ｓ１）は、静電潜像担持体２１に対向し、ピックアップ磁極（Ｎ１）は、現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇを捕獲するようになっているが、夫々の磁極の配置や数は適宜選定して差し支えない。
一方、回転スリーブ３２１は、反時計回りに回転すると共に、磁極ロール３２２の現像磁極（Ｓ１）が配設される現像部において、静電潜像担持体２１と対向するようになっている。
【００２９】
また、本実施の形態において、現像剤収容部３３は二成分現像剤Ｇが収容されるスペースを有し、現像剤収容部３３内のうち現像剤担持体３２に近接（又は接触）した部位に現像剤撹拌部材３６が回転自在（時計回り）に配設されている。更に、現像剤収容部３３の底部形状は、現像剤担持体３２及び現像剤撹拌部材３６に沿った湾曲形状をしており、現像剤担持体３２、現像剤撹拌部材３６との間に所定間隔の現像剤搬送路を確保している。
【００３０】
また、本実施の形態において、上記現像剤撹拌部材３６は、例えばスパイラル状のオーガからなるが、磁性あるいは非磁性のロールでもよく、複数配設しても差し支えない。
この現像剤撹拌部材３６によって撹拌された二成分現像剤Ｇは、現像剤担持体３２のピックアップ磁極（Ｎ１）近傍で捕獲され、現像剤担持体３２の回転スリーブ３２１の回転により担持搬送されるようになっている。
【００３１】
更に、本実施の形態において、トナー収容部３５には、収容されるトナーＴが撹拌搬送せしめられるトナー撹拌部材３５１を有しており、このトナー撹拌部材３５１は、例えば回転体に弾性フィルムを付けたもので、トナー収容部３５の底壁面に沿ってトナーＴを掃き出すようにしたものである。
そして、このトナー収容部３５の底部形状は、トナー撹拌部材３５１の移動回転軌跡に沿う湾曲状を有しており、現像剤収容部３３とトナー収容部３５との間の連結部には、トナー供給口３７が設けられ、このトナー供給口３７の下端縁部は、トナー撹拌部材３５１の中心位置よりも僅かに高く設定されている。
一方、前記トナー供給口３７の上端縁部には、この上端縁部から現像剤撹拌部材３６へ向かって突出形成される突出部３８が配設され、この突出部３８は、トナー収容部３５からのトナーＴを現像剤収容部３３へ誘導する通路を形成している。
【００３２】
また、本実施の形態において、現像剤収容部３３と現像剤退避部３４との間をが、仕切り部３９にて隔てられている。
この仕切り部３９は、例えば図３に示すように、現像剤担持体３２と略同程度の幅で形成されたベースプレート３９ａを有し、このベースプレート３９ａは、現像剤担持体３２側が上方で、その反対側が下方となるように斜め下方に向かって傾斜配置されている。
そして、ベースプレート３９ａのうち、現像剤担持体３２側に位置する先端部３９ｂは、現像剤担持体３２内の搬送磁極（Ｎ２）の直上、あるいは搬送磁極（Ｎ２）から現像剤搬送方向上流側（時計回り方向側）の位置において、現像剤担持体３２の表面と数百μｍ〜数ｍｍの位置で対向している。
一方、先端部３９ｂの反対側である他端部３９ｃは、前述した突出部３８近傍へ配置されている。
なお、ベースプレート３９ａの傾斜角度は任意に設定して差し支えない。
【００３３】
また、本実施の形態において、仕切り部３９の他端部３９ｃと突出部３８との間及び、仕切り部３９の先端部３９ｂと現像剤担持体３２との間には、現像剤退避部３４と現像剤収容部３３とを連通している循環路４０が形成されている。
上記循環路４０は、例えば、現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇが先端部３９ｂ側から現像剤退避部３４に流入し、この流入した二成分現像剤Ｇが他端部３９ｃ側から現像剤収容部３３に流出する経路になっている。
【００３４】
更に、本実施の形態では、現像剤担持体３２内の搬送磁極（Ｎ２）から現像剤搬送方向下流側（反時計回り方向側）の位置において、搬送磁極（Ｎ２）と現像磁極（Ｓ１）との間には、現像剤担持体３２と対向するようにせき止め部４１が配設されている。
このせき止め部４１は、現像剤担持体３２と略同程度の幅を有し、一端を現像ハウジング３１により支持され、先端部を数十ｍｍ〜数百μｍ程度の間隙で現像剤担持体３２に近接させている。
なお、本実施の形態では、せき止め部４１に多くの二成分現像剤Ｇを供給するために、前記仕切り部３９の先端部３９ｂと現像剤担持体３２との間隙は、せき止め部４１と現像剤担持体３２との間隙よりも広く設定されている。
【００３５】
また、本実施の形態では、せき止め部４１は、現像剤担持体３２により担持搬送される二成分現像剤Ｇの層厚を規制する層厚規制機能を兼ねているが、層厚規制機能とは別にしてもよい。この場合、例えば、せき止め部４１と現像磁極（Ｓ１）との間に層厚規制部材４２を設ける態様が挙げられる。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について、現像装置を中心に説明する。
図３において、現像剤収容部３３における二成分現像剤Ｇは、現像剤撹拌部材３６により撹拌され、現像剤担持体３２内のピックアップ磁極（Ｎ１）によって捕獲される。
この後、捕獲された二成分現像剤Ｇは、ピックアップ磁極（Ｎ１）及び搬送磁極（Ｓ２）の磁気吸引力と現像剤担持体３２表面との摩擦力により、現像剤担持体３２（回転スリーブ３２１）の回転方向に搬送される。
この搬送された二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１の近傍に到達すると、搬送磁極（Ｎ２）により穂立ちを形成する。更に、この二成分現像剤Ｇの穂立ちは、せき止め部４１にて規制されることにより、現像剤層として現像剤担持体３２上に形成され、この現像剤層は、現像領域に搬送される。
更に、現像領域に搬送された二成分現像剤Ｇの現像剤層は、現像磁極（Ｓ１）の磁気吸引力により磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシを形成する二成分現像剤ＧにおけるトナーＴは、静電潜像担持体２１と現像剤担持体３２との間に形成される現像電界によって、静電潜像担持体２１上の静電潜像を可視像化する。
【００３７】
次に、せき止め部４１付近における二成分現像剤Ｇの挙動について説明する。まず、図４において、現像剤担持体３２により担持搬送される二成分現像剤Ｇのトナー濃度が低い場合を想定する。この二成分現像剤Ｇは、磁性キャリアの表面を覆うトナー量が少ないことから、比較的磁性キャリアの表面が多く露出している。
つまり、外部磁界（本例ではＮ２）から二成分現像剤Ｇが受ける磁気吸引力は大きくなるため、トナー濃度の低い二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１近傍まで確実に搬送される。
このせき止め部４１まで確実に搬送された二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１のせき止め力と搬送磁極（Ｎ２）の磁気拘束力によって、せき止め部４１近傍に滞留している滞留現像剤を押し出し、この押し出された滞留現像剤は、落下現像剤となって仕切り部３９上に落下し、図５に示すように、現像剤退避部３４を経て、その後、再び現像剤収容部３３へ戻る。
【００３８】
このとき、上記のようにトナー濃度の低い二成分現像剤Ｇが現像剤退避部３４に導びかれた場合、図５に示すように、現像剤収容部３３内にはその分だけスペースが作られることになる。その結果、トナー供給口３７から現像剤収容部３３に至るまでのトナー供給路４３にあった二成分現像剤Ｇは、現像剤撹拌部材３６の搬送力と二成分現像剤Ｇの自重により、上記スペースに速やかに引き込まれる。
これにより、トナー供給口３７は、トナー収容部３５からのトナーＴを受け入れ、このトナーＴは、トナー供給路４３を経て現像剤収容部３３へと速やかに供給される。
【００３９】
一方、現像剤担持体３２により担持搬送される二成分現像剤Ｇのトナー濃度が高い場合を想定すると、この二成分現像剤Ｇは、磁性キャリアの表面を覆うトナー量が多いことから、比較的磁性キャリアの表面露出が少ない。
つまり、図６に示すように外部磁界（本例ではＮ２）から二成分現像剤Ｇが受ける磁気吸引力は小さいため、トナー濃度の高い二成分現像剤Ｇの多くは、現像剤担持体３２の回転方向に対して仕切り部３９の先端よりも上流側の位置で落下してしまう。
この結果、この二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１近傍に滞留している滞留現像剤まで到達することなく、仕切り部３９上に落下しない。
このため、図７に示すように、この二成分現像剤Ｇは、仕切り部３９上に落下することなく、現像剤担持体３２の回転方向に対して仕切り部３９の先端部３９ｂより上流側の位置で落下し、直接現像剤収容部３３へ戻る。
このとき、前記トナー濃度が低い場合と異なり、現像剤収容部３３内にスペースが作られることなく、トナー供給口３７は、二成分現像剤Ｇによりふさがれている状態となっているため、トナー収容部３５からトナーＴを供給されない。
【００４０】
このように、本実施の形態に係るトナー補給メカニズムは、トナー濃度に応じた二成分現像剤Ｇの流動性変化、嵩変化に加えて磁気吸引力の変化を利用したものであり、トナー濃度が低い二成分現像剤Ｇに対してはトナー補給が行われ、トナー濃度が高い二成分現像剤Ｇに対してはトナー補給が行われない構成になっている。
そして、低トナー濃度の時には、二成分現像剤Ｇは、現像剤退避部３４へ一時的に誘導されることによって現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇの嵩変化が強調されることになり、その分、現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇは、トナー収容部３５内のトナーＴをすばやく取り込むことができ、高密度画像の連続出力に対応することができる。
なお、仕切り部３９上に落下し、現像剤退避部３４へ導かれる二成分現像剤Ｇのトナー濃度の範囲は、実施例において詳述する。
【００４１】
【実施例】
◎実施例１
本実施例は、実施の形態１に係る現像装置（図３参照）を用いて、磁極ロール３２２の搬送磁極（Ｎ２又はＳ２）を変化させたとき、仕切り部３９上に落下する二成分現像剤Ｇの流量とトナーの濃度範囲の関係を測定したものである。
本実施例において、現像装置を除いた画像形成装置の条件は次の通りである（図２参照）。
・静電潜像担持体２１：
φ８４の有機感光体を使用し、周速を６５ｍｍ／ｓ、画像部電位を−１５０Ｖ、非画像部電位を−６５０Ｖに設定した。
・帯電装置２２：
スコロトロンを使用し、スコロトロンワイヤを−４ｋＶ、グリット電圧を−６５０Ｖに設定した。
・露光装置２３：
６００ｄｐｉの密度で書き込み可能なＬＥＤアレイを使用した。
・転写装置２６：
φ１２の転写ロール（金属ロール上に導電性ゴム層を形成したもの）を使用し、周速を６５ｍｍ／ｓ、バイアス電源２７を１．２ｋＶの直流に設定した。
・クリーニング装置２９：
弾性ゴムブレードを使用し、突き当て圧力を１．５ｇ／ｍｍに設定した。
・定着装置５０：
加熱ロール５１としてφ２５の弾性ロール（電源ヒータを装備）と、加圧ロール５２としてφ２５の金属ロールを使用し、周速を６５ｍｍ／ｓ、定着温度を１８０℃に設定した。
【００４２】
また、本実施例における現像装置の条件は次の通りである（図３参照）。
・二成分現像剤Ｇ：
磁性キャリアとしては、平均３５μｍの半導電性粒径を使用し、トナーＴとしては、磁性体１５重量％含有し、粒径が平均６．５μｍの粒子を使用した。
また、イニシャルの二成分現像剤仕込み量を１００ｇとした。
・現像剤撹拌部材３６：
φ７０の円柱状磁性体を使用し、周速を８５ｍｍ／ｓ（時計回り方向に回転）に設定した。
・仕切り部３９：
仕切り部先端３９ｂが搬送磁極（Ｎ２）より現像剤搬送方向上流の位置で現像剤担持体３２表面と３ｍｍの間隙になるように設定した。
・せき止め部４１：
搬送磁極（Ｎ２）より現像剤搬送方向下流側で現像剤担持体３２表面と４００μｍの間隙になるように設定した。
・現像剤担持体３２：
現像剤搬送量を５８０ｇ／ｍ²、静電潜像担持体２１とのギャップを２５０μｍ、−５００Ｖの直流成分に、１．３ｋＶｐｐ、周波数３．５ｋＨｚの交流成分を重畳させた現像バイアス、周速を３４０ｍｍ／ｓに設定した。
・回転スリーブ３２１：
φ１８の金属スリーブを使用し、表面の十点平均表面粗さＲｚ＝７μｍに設定した。
・磁極ロール３２２：
現像磁極（Ｓ１）を１２０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ３）を６０ｍＴ、ピックアップ磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｎ３）を８０ｍＴに夫々設定し、搬送磁極（Ｓ２）と搬送磁極（Ｎ２）とを変化させた。
【００４３】
上記の条件で、搬送磁極（Ｎ２）を４０ｍＴに固定し、搬送磁極（Ｓ２）を変化（０〜３０ｍＴ）させたところ、図８に示すような測定結果が得られた。
同図によれば、搬送磁極（Ｓ２）の磁力を強くすると、高いトナー濃度の現像剤でも仕切り部３９上に落下し、現像剤退避部３４へ導かれることが理解される。
つまり、仕切り部３９上に落下する現像剤流量がゼロになるときのトナー濃度を高濃度に設定するためには、搬送磁極（Ｓ２）の磁力を強く設定すればよいことが分かる。
【００４４】
一方、搬送磁極（Ｓ２）を３０ｍＴに固定し、搬送磁極（Ｎ２）を変化（２０〜４０ｍＴ）させたところ、図９に示すような測定結果が得られた。
同図によれば、搬送磁極（Ｎ２）の磁力を強くすると、高いトナー濃度の現像剤でも仕切り部３９上に落下することが理解される。
つまり、仕切り部３９上に落下する現像剤流量がゼロになるときのトナー濃度を高濃度に設定するためには、搬送磁極（Ｎ２）の磁力を強く設定すればよいことが分かる。
以上の測定結果より、せき止め部４１近傍の磁極（本実施例ではＮ２）に限らず、搬送磁極（Ｎ２）よりも現像剤担持体３２の現像剤搬送方向上流側における磁極（本実施例ではＳ２）の強さを設定することにより、仕切り部３９上に落下するトナー濃度の範囲を制御できることが理解される。
【００４５】
◎実施例２
本実施例は、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置（現像装置Ａ）を比較例とし、この比較例と実施の形態１に係る現像装置２４（現像装置Ｂ）を具現化したものとを用いて高密度画像出力追従テストを行い、このときの画像濃度変化について測定したものである。
なお、現像装置を除いた画像形成装置は、実施例１で使用したものを共通に使用した（図２参照）。また、絵出しチャートは、１００％ベタ画像とした。
【００４６】
まず、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置（現像装置Ａ）について説明する（図１０参照）。
上記現像装置Ａは、静電潜像担持体２１に向かって開口する現像ハウジング６１を有し、この現像ハウジング６１の開口に面して現像剤担持体６２を配設し、現像ハウジング６１の開口上縁には現像剤担持体６２上の二成分現像剤Ｇの層厚が規制せしめられる規制部材６３を設け、前記現像ハウジング６１のうち、現像剤担持体６２に隣接した部位には、二成分現像剤Ｇが収容される現像剤収容部６４と、この現像剤収容部６４を介して前記現像剤担持体６２に連通し且つトナーＴが収容されるトナー収容部６５とを形成したものである。
【００４７】
また、上記現像剤担持体６２は、回転可能なスリーブ６２１と、このスリーブ６２１の内部に固定的に配設された磁極ロール６２２とを備えている。
そして、磁極ロール６２２にはロール本体の周囲に所定角度間隔で４極の磁極（現像磁極（Ｓ１）、搬送磁極（Ｓ２）、搬送磁極（Ｎ１）、搬送磁極（Ｎ２））
が配設されており、トナーＴ及びキャリアが含まれる二成分現像剤Ｇが現像剤担持体６２の外周に磁気的に付着するようになっている。
更に、トナー収容部６５には収容トナーＴが撹拌搬送せしめられる撹拌部材６５１を有している。
この現像装置Ａにおいて、現像によりトナー消費されると現像剤収容部６４内の二成分現像剤Ｇの占める体積が減少するため、現像剤収容部６４内に空隙ができる。この空隙にトナー収容部６５内のトナーＴが撹拌部材６５１の回転により補給され、トナー濃度制御が行われている。
【００４８】
次に、現像装置Ａの条件を以下に示す。
・現像剤担持体６２：
現像剤搬送量を５８０ｇ／ｍ²、静電潜像担持体２１とのギャップを２５０μｍ、−５００Ｖの直流成分に、１．３ｋＶｐｐ、周波数３．５ｋＨｚの交流成分を重畳させた現像バイアス、周速を８５ｍｍ／ｓに設定した。
・スリーブ６２１：
φ１８の金属スリーブを使用し、表面の十点平均表面粗さＲｚ＝７μｍに設定した。
・磁極ロール６２２：
現像磁極（Ｓ１）を１２０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ２）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｎ２）を９０ｍＴに夫々設定した。
【００４９】
一方、現像装置Ｂについては、実施の形態１で使用した現像装置を具現化したものであるため、詳細については省略し、夫々の条件は、現像剤担持体３２の周速を８５ｍｍ／ｓに変更した以外は実施例１と同様にする（図３参照）。
なお、現像装置Ａ及びＢで使用される二成分現像剤Ｇは、実施例１と略同様のものを使用する。
【００５０】
上記のような条件で、比較例に係る現像装置Ａ及び実施例に係る現像装置Ｂを動作させることにより、図１１に示すような測定結果が得られた。具体的には、１００％黒ベタ画像を現像装置Ａ及びＢの夫々で１０枚出力し、その画質について反射濃度計Ｘ−Ｒｉｔｅ４０４による濃度測定と目視により評価したものである。
同図によれば、現像装置Ａの場合、出力枚数１枚目と１０枚目との間において、Solid Area Density（ベタ画像濃度）が初期値の１．３５から０．０５ポイント程低下した。更に、出力枚数８枚目以降では、目視により白抜けが観測された（図中破線部分）。
一方、現像装置Ｂの場合、出力枚数１０枚目まで初期値１．３５を保っており、目視においても白抜け等の画質欠陥は見られなかった。
【００５１】
次に、トナー濃度の初期値を５重量％に設定し、各現像装置（Ａ及びＢ）のから回しを行なったときにおけるトナー濃度の復帰特性を測定し、図１２に示す結果が得られた。
同図によれば、現像装置Ａの場合、トナー濃度が１５重量％に復帰するまで約６０ｓ要したことが理解される。
一方、現像装置Ｂの場合、約１０ｓ程で１５重量％まで復帰した（図１２（ｂ）参照）。
以上の結果からトナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりも実施例の現像装置Ｂの方が、トナー取り込み性能が早いため、高密度画像の出力に対する追従性能が優れていることが理解される。
【００５２】
◎実施例３
本実施例は、実施例２と同様の現像装置（Ａ及びＢ）を用いて、ハーフトーン２０％画像を５ｋＰＶプリントし、この時のトナー帯電量を測定したものである。
図１３に示すように、現像装置Ａ（比較例）では、初期設定値５ｋＰＶプリント後のトナー帯電量は略５μＣ／ｇ以上落ち込んでいるのに対し、現像装置Ｂでは、トナー帯電量はほとんど落ち込まず、現像剤量の劣化の兆しは見られない。
よって、本実施例に係る現像装置Ｂは、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりもトナー取り込みが均一に行われ、現像剤に対するストレスも少ないことが理解される。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現像剤担持体によって搬送された二成分現像剤の一部を余剰現像剤としてせき止め、磁性キャリアに対するトナー比率としてのトナー濃度に応じて現像剤収容部又は現像剤退避部に分離する現像剤分離手段を備え、この現像剤分離手段にて現像剤退避部に余剰現像剤が分離退避されることに伴う現像剤収容部内の現像剤の自重による位置低下によって、現像剤収容部とトナー収容部との間に設けられたトナー供給路の現像剤収容部側開口付近に引き込まれるトナー供給路からのトナーと現像剤退避部から現像剤収容部に戻される現像剤とを現像剤撹拌部材が混合撹拌しながら現像剤担持体側へ搬送するようにしているため、低トナー濃度の二成分現像剤の場合は、現像剤退避部へ一時的に搬送することにより、現像剤収容部内の二成分現像剤の嵩変化を強調し、現像剤収容部内にトナー収容部からのトナーを速やかに供給することができる。
このため、トナーの取り込みスピードが格段に上がり、高密度画像の連続出力にも対応できる。
さらに、トナー収容部からトナーを供給する場合、二成分現像剤が現像剤退避部を経由するため、現像剤収容部内の二成分現像剤の循環が非常に活発になり、トナーの取り込みが均一に行われる。
また、トナー濃度に応じた二成分現像剤の嵩変化が非常に顕著になり、現像剤収容部内の現像剤密度を高める必要もなく且つ現像剤の仕込み量も増やすことが可能であるため、現像剤に対するストレスが軽減し、低ランニングコストを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図２】 本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。
【図３】 （ａ）は、実施の形態１に係る現像装置を示す説明図、（ｂ）は、仕切り部及びその周辺部の拡大図である。
【図４】 実施の形態１において、低トナー濃度の二成分現像剤が搬送担持されたときの説明図である。
【図５】 実施の形態１において、低トナー濃度の二成分現像剤とトナーの流れを示す説明図である。
【図６】 実施の形態１において、高トナー濃度の二成分現像剤が搬送担持されたときの説明図である。
【図７】 実施の形態１において、高トナー濃度の二成分現像剤とトナーの流れを示す説明図である。
【図８】 実施例１で搬送磁極（Ｎ２）の強さを固定したときにおける現像剤流量とトナー濃度範囲との関係を示す説明図である。
【図９】 実施例１で搬送磁極（Ｓ２）の強さを固定したときにおける現像剤流量とトナー濃度範囲との関係を示す説明図である。
【図１０】 従来の現像装置Ａを示す説明図である。
【図１１】 実施例２における画像密度変化を示す説明図である。
【図１２】 （ａ）は、実施例２におけるトナー濃度復帰特性を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）におけるトナー濃度復帰特性の詳細図である。
【図１３】 実施例３におけるトナー帯電量変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１…磁界発生手段，２…二成分現像剤，３…現像剤担持体，４…現像剤収容部，５…トナー収容部，６…循環路，７…現像剤退避部，８…現像剤分離手段，９…像担持体，１０…磁極，１０ａ…現像磁極，１０ｂ…搬送磁極，１０ｃ…ピックアップ磁極，１０ｄ…搬送磁極，１１…せき止め部，１２…仕切り部

Claims (5)

1. 内部に複数の磁極が配列された磁界発生手段を具備し且つトナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤を搬送担持する現像剤担持体と、
   現像剤担持体の現像剤搬送方向が下から上に向かう側に隣接して二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、
   現像剤収容部を介して現像剤担持体と連通して設けられ且つトナーを供給可能に収容するトナー収容部と、
   現像剤収容部とトナー収容部との間に設けられ且つトナー収容部側開口が現像剤収容部側開口より上方に位置してトナーが供給されるトナー供給路と、
   現像剤担持体に隣接して現像剤収容部の上方に設けられ、現像剤収容部内の現像剤を一時退避させ且つ退避された現像剤を現像剤収容部に流出させるように、現像剤収容部との間が現像剤担持体から離間する仕切り部にて隔てられると共にトナー供給路の現像剤収容部側開口付近の上方にて前記仕切り部の一部が現像剤収容部に連通する現像剤退避部と、
   現像剤担持体の周方向における位置関係が前記仕切り部よりも現像剤搬送方向側で前記仕切り部と現像剤担持体との間隙よりも狭い間隙をもって現像剤担持体に対向配置され且つ現像剤担持体により担持搬送される二成分現像剤の一部が余剰現像剤としてせき止められるせき止め部を有し、現像剤担持体の周方向における位置関係として前記せき止め部と前記仕切り部との間に前記磁界発生手段の磁極を配置すると共に、磁性キャリアに対するトナー比率としてのトナー濃度に応じて現像剤収容部又は現像剤退避部に前記せき止め部でせき止められた余剰現像剤を分離する現像剤分離手段と、
   前記現像剤収容部内の前記現像剤担持体に近接又は接触した部位で且つ前記トナー供給路よりも下方に設けられると共に、前記現像剤担持体との対向部位にて当該現像剤担持体と同一方向に回転し且つ現像剤収容部内の現像剤のうちトナー供給路の現像剤収容部側開口付近に位置する現像剤に対して前記回転方向に沿って撹拌搬送力を与える現像剤撹拌部材とを備え、
   前記現像剤分離手段にて前記現像剤退避部に余剰現像剤が分離退避されることに伴う現像剤収容部内の現像剤の自重による位置低下によって、前記トナー供給路の現像剤収容部側開口付近に引き込まれるトナー供給路からのトナーと前記現像剤退避部から現像剤収容部に戻される現像剤とを前記現像剤撹拌部材が混合撹拌しながら現像剤担持体側へ搬送することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   せき止め部は、現像剤担持体に担持される現像剤層が規制せしめられる規制部材を兼用することを特徴とする現像装置。
3. 請求項１記載の現像装置において、
   現像剤退避部と現像剤収容部とを隔てる仕切り部は、現像剤退避部内の二成分現像剤を現像剤収容部へと導くように傾斜していることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１記載の現像装置において、
   現像剤分離手段は、現像剤担持体における磁界発生手段である磁極の配設位置又は磁界強度を変化させることにより、現像剤収容部又は現像剤退避部へ分離される二成分現像剤について磁性キャリアに対するトナー比率としてのトナー濃度の程度を可変設定することを特徴とする現像装置。
5. 請求項１乃至４いずれかに記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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