JP2004037907A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】いわゆる１．５成分現像方式でありながら、現像剤の帯電性低下を抑制し、現像剤の寿命を向上させた現像装置及びそれを用いた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】二成分系の現像剤Ｇを搬送担持する現像剤担持体３２と、現像剤量を規制する規制部材３３と、現像剤担持体３２に隣接しかつ現像剤Ｇを収容する現像剤収容部３４と、現像剤収容部３４を介して現像剤担持体３２と連通して設けられかつトナーＴを収容するトナー収容部３５とからなり、現像剤担持体３２近傍において現像剤Ｇがトナー収容部３５から供給されるトナーＴと接触しており、現像剤Ｇのトナー濃度の変化に応じて、現像剤Ｇとトナー収容部３５から供給されるトナーＴとの接触状態が変化することによって、トナーＴの取り込み量を自律的に制御する現像装置であって、トナー収容部３５に、トナーＴと共に磁性キャリアＣが含まれる現像装置及びそれを用いた画像形成装置である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体表面に形成される静電潜像をトナーにより可視像化する現像装置および画像形成装置に関し、特に、トナーとキャリアとが含まれる二成分系の現像剤を用い、かつ、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、およびこれを用いた画像形成装置に関する。
【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。
【０００３】
この種の現像装置には、現像剤として、トナーおよびキャリアが含まれる二成分現像剤を用いる態様、あるいは、トナーのみが含まれる一成分現像剤を用いる態様があるが、二成分現像剤を使用する態様にあっては、トナーの消費量が進むにつれてトナー濃度が低下するため、トナー濃度を維持する上で定期的にトナー補給が行われる。
このようなトナー補給は、例えばＡＤＣセンサやＴＣセンサのようなトナー濃度検知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ときに行われる。
【０００４】
ところが、この種の方式にあっては、トナー濃度検知センサによりトナー濃度を検知しなければならないため、トナー濃度検知センサやフィードバック機構が必要不可欠であるばかりか、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。
そこで、このような不具合を解決する先行技術として、トナー濃度検知センサを用いずに、現像剤の動きによってトナーを取り込み、トナー濃度を自律的に制御するようにした現像装置が既に提供されている。
【０００５】
この種の先行技術の代表的態様としては、例えば特公平５−６７２３３号公報（先行技術１）所載のものがある。
これは、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、トナーと磁性粒子の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現像装置である。
【０００６】
ここで、現像スリーブ内に固定された磁石は上記トナー供給部に対向する磁極を持たず、現像スリーブ回転方向に関して上記トナー供給部の下流側、かつ、上記規制部材の上流側に磁極を持ち、上記磁極の磁界が及ぶ範囲内の位置に現像スリーブと対向して設けられ、現像スリーブとの間に磁性粒子層の充満した領域を形成する遮蔽部材を有することを特徴としている。この現像装置は、トナー濃度の制御を必要としない。
【０００７】
また、先行技術２（特開平９−１９７８３３号公報）では、内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を担持搬送する現像剤担持体と、この現像剤担持体表面の現像剤量を規制する第１の規制部材と、第１の規制部材よりも上流側に設けられ且つトナー濃度の上昇に伴う現像剤層厚の増加分を通過させる第２の規制部材と、第１の規制部材と第２の規制部材との間に設けられる現像剤収容部と、この現像剤収容部に隣接し、現像剤担持体にトナーを供給するトナー収容部とを備え、現像剤担持体表面のトナー濃度の変化により、該現像剤とトナーとの接触状態を変化させ、現像剤担持体表面の現像剤のトナーの取り込み状態を変化させ、トナー供給を常時一定に自己制御する技術が開示されている。この現像装置は、小型化、低コスト化を図りつつ、トナー濃度の調整を容易に行うことができる。
【０００８】
更に、先行技術３（特開２００１−１１７３７０号公報）では、内部に磁界発生手段を有し、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面の現像剤量を規制する規制部材と、該規制部材で掻き取られた該現像剤を収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部に隣接し、該現像剤担持体表面の該現像剤に接触して取り込まれるようにトナーを収容するトナー収容部とを備え、更に、該現像剤収容部に、該現像剤担持体に接触または近接して該現像剤担持体と同一回転方向に回転する回転部材を備え、該回転部材を該現像剤収容部内の該現像剤担持体の表面移動方向で最も上流側の位置に配設し、上流側のトナー収容部からのトナー供給を安定化させる技術が開示されている。
【０００９】
更にまた、先行技術４（特開２０００−６６４９７号公報）では、現像剤担持体と、この現像剤担持体表面の現像剤量を規制する第１の規制部材と、この第１の規制部材の上流側に設けられて現像剤担持体表面に現像剤量を規制する第２の規制部材と、第１および第２の規制部材間に設けられて第１の規制部材で掻き落とされた現像剤を収納する現像剤収納部と、この現像剤収納部に隣接し、前記現像剤担持体に補給するトナーを収納するトナー収納部と、このトナー収納部と前記現像剤収納部とを連絡して、前記トナー収納部内のトナーを取り込んでトナー濃度を適正化する現像剤循環部を形成するトナー補給路と、そのトナー補給路に設けて前記現像剤循環部を攪拌する攪拌部材とを備え、トナー濃度による現像剤の嵩変動を利用し、トナー濃度の適性化を図る技術が開示されている。
【００１０】
また、先行技術５（特開２０００−２７５９３９号公報）では、現像剤担持体と、この現像剤担持体表面の現像剤量を規制する規制部材と、該規制部材で阻止された現像剤が滞留する現像剤滞留部と、この現像剤滞留部と連通する空間であるトナー補給口と、このトナー補給口を介して現像剤滞留部に隣接するトナー収容部とを備え、前記トナー補給口内にトナー攪拌部材を設け、現像剤中に安定的にトナーを供給する技術が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記先行技術１〜５に挙げられたトナーの供給方式は、１．５成分現像方式といわれるが、これら１．５成分現像方式では、従来の２成分現像装置（オーガーによる現像剤の循環系を有するタイプなど）に比べて、現像装置内に充填してあるキャリアが少なく、現像剤の劣化が早い。１．５成分現像方式では、仕込み現像剤の量が少ないうえに、トナー濃度が自律的に略一定に維持される結果、使用によりトナーの帯電量ＴＶが低下し、かぶりや過現像による文字のつぶれ等が発生したところで寿命と見なされる。現像性はトナーの帯電量ＴＶとの相関性が高く、現像剤中のトナー濃度ＴＣ％を一定にすることより、トナーの帯電量ＴＶを一定にすることが望ましいが、実際にはトナーの帯電量ＴＶは徐々に低下してしまい、現像性も変動していく。
【００１２】
したがって本発明は、トナー濃度検知センサやフィードバック機構等の複雑な装置機構を必要とせず低コストな、いわゆる１．５成分現像方式でありながら、現像剤の帯電性低下を抑制し、現像剤の寿命を向上させた現像装置、およびそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明により達成される。すなわち第１の本発明は、内部に磁界発生手段を具備しかつトナーおよび磁性キャリアが含まれる二成分系の現像剤を搬送担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面に搬送される現像剤量を規制する規制部材と、前記現像剤担持体に隣接しかつ規制部材の上流側にて現像剤を収容する現像剤収容部と、この現像剤収容部を介して前記現像剤担持体と連通して設けられかつトナーを供給可能に収容するトナー収容部とからなり、前記現像剤担持体近傍において現像剤がトナー収容部から供給されるトナーと接触しており、該現像剤のトナー濃度の変化に応じて、前記現像剤と前記トナー収容部から供給されるトナーとの接触状態が変化することによって、前記現像剤中への前記トナーの取り込み量を自律的に制御する、いわゆる１．５成分現像方式の現像装置であって、
前記トナー収容部に、トナーと共に磁性キャリアが含まれていることを特徴とする現像装置である。
【００１４】
また、第２の本発明は、内部に磁界発生手段を具備しかつトナーおよび磁性キャリアが含まれる二成分系の現像剤を搬送担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面に搬送される現像剤量を規制する規制部材と、前記現像剤担持体に隣接しかつ規制部材の上流側にて現像剤を収容する現像剤収容部と、この現像剤収容部を介して前記現像剤担持体と連通して設けられかつトナーを供給可能に収容するトナー収容部とからなり、前記現像剤担持体近傍において現像剤がトナー収容部から供給されるトナーと接触しており、該現像剤のトナー濃度の変化に応じて、前記現像剤と前記トナー収容部から供給されるトナーとの接触状態が変化することによって、前記現像剤中への前記トナーの取り込み量を自律的に制御する、いわゆる１．５成分現像方式の現像装置であって、
前記現像剤収容部および／または前記トナー収容部に、磁性キャリアを供給するキャリア収容部を備えることを特徴とする現像装置である。
【００１５】
いわゆる１．５成分現像方式の現像装置において、
▲１▼上記第１の本発明では、前記トナー収容部に、トナーと共に磁性キャリアを含ませることで、
▲２▼上記第２の本発明では、前記現像剤収容部および／または前記トナー収容部に、磁性キャリアを供給するキャリア収容部を別途備えることで、
走行（現像装置の稼動）に応じて、それぞれ現像剤中に磁性キャリアが供給される。すると、サンプキャリア量（現像剤中のキャリアの量）が徐々に増加し、現像剤中のトナーの帯電量ＴＶの低下が抑制され、現像剤の長寿命化を図ることができる。
【００１６】
第１の本発明の現像装置においては、トナー収容部が、現像装置本体と着脱可能に形成されたトナーカートリッジとして構成されており、該トナーカートリッジに、トナーと共に磁性キャリアが含まれていることが好ましい。
また、第２の本発明の現像装置においても、トナー収容部が、現像装置本体と着脱可能に形成されたトナーカートリッジとして構成されていることが好ましい。
【００１７】
一方、第３の本発明は、少なくとも、像担持体と、該像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体表面に形成された静電潜像を可視像化する現像手段と、を含む画像形成装置であって、
前記現像手段として、上記第１または第２の本発明の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、好ましい実施形態を挙げて、本発明を詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
第１の本発明の現像装置を用いた画像形成装置の一例としての、第１の実施形態の構成について説明する。
図１は、第１の実施形態の画像形成装置の概略を示す模式説明図である。
図１において、画像形成装置は、例えば電子写真方式を採用したものであって、感光体ドラム（像担持体）２０と、この感光体ドラム２０表面に形成された静電潜像を可視像化する現像装置（現像手段）３０とを備えている。なお、本実施形態の画像形成装置は、感光体ドラム２０表面に静電潜像を形成する潜像形成手段も具備するが、図示が省略されている。
【００１９】
本実施形態において、現像装置３０は、図１および図２に示すように、感光体ドラム２０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ロール（現像剤担持体）３２を配設し、現像ハウジング３１の開口上縁には現像ロール３２表面の二成分系の現像剤Ｇの層厚が規制せしめられる規制部材３３を設け、現像ハウジング３１のうち、現像ロール３２に隣接した部位には現像剤Ｇが収容される現像剤収容部３４と、この現像剤収容部３４を介して現像ロール３２に連通し且つトナーが収容されるトナー収容部３５とを形成したものである。
なお、本実施形態では、現像剤Ｇ中のトナーは、非磁性トナーを用いているが、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。
【００２０】
本実施形態において、現像ロール３２は、図２に示すように、回転可能な非磁性のスリーブ３２１と、このスリーブ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。スリーブ３２１は、その径が１６ｍｍφ、材質がアルミニウムで、十点平均表面粗さＲｚが２０μｍのものを用いた。
【００２１】
そして、磁極ロール３２２にはロール本体の周囲に所定角度間隔で複数の磁極（本例では４極：Ｓ１（現像極），Ｓ２（搬送極），Ｎ１（トリミング極），Ｎ２（搬送極））が配設されており、トナーおよびキャリア（磁性キャリア）が含まれる現像剤Ｇが現像ロール３２の外周に磁気的に付着するようになっている。なお、磁極構成は任意であり、現像剤収容部３４に対向する部位に反発磁極を設け、現像ロール３２上の現像剤層を一旦剥離するようにしてもよい。
更に、スリーブ３２１には所定の現像バイアスＶＢを印加するためのバイアス電源３２３が接続されている。
【００２２】
更に、規制部材３３は、例えばＳＵＳ３０４製の板材からなり、現像ロール３２との間が現像剤Ｇの層厚規制用ギャップｇ０（例えば３００〜６００μｍ）となるだけ離間して配置されている。
そして、この規制部材３３のレイアウトについては適宜選定して差し支えないが、本実施形態では、規制部材３３はトリミング極（本例ではＮ１）より僅かに下流側に配置されている。
【００２３】
また、現像剤収容部３４は現像剤Ｇが収容されるスペースを有し、現像剤収容部３４内のうち現像ロール３２に近接（または接触）した部位に磁性ロール４０が回転自在に配設されている。
そして、本実施形態では、現像剤収容部３４の底部形状は現像ロール３２および磁性ロール４０に沿った湾曲形状を有しており、現像ロール３２、磁性ロール４０との間に所定間隔の現像剤搬送路を確保している。
【００２４】
特に、本実施形態では、磁性ロール４０は、軟磁性体のＳＵＭ製で径７ｍｍφのロールであり、その表面粗さを例えば十点平均粗さＲｚで１０〜３０μｍ（本実施形態ではＲｚ２０μｍ）程度に粗面化した後、無電解Ｎｉメッキを施したものである。
【００２５】
そして、この磁性ロール４０は、現像ロール３２の現像極Ｓ１の略反対側に位置する搬送極Ｓ２に対向した部位に所定のギャップｇ１（例えば０．８〜１．２ｍｍ）だけ離間して配設されており、この磁性ロール４０の回転移動方向は、現像ロール３２（正確にはスリーブ３２１）の対向部にて現像ロール３２の回転移動方向と同一方向に設定されている。
【００２６】
更に、本実施形態において、現像剤収容部３４の底部のうち、磁性ロール４０の近傍で現像ロール３２の反対側には、例えばＳＵＳ３０４製の板材からなる補助規制部材５０が取り付けられており、磁性ロール４０と補助規制部材５０との間のギャップｇ２（例えば０．４〜０．８ｍｍ）は前記ギャップｇ１よりも狭く設定されている。
更にまた、磁性ロール４０には必要に応じて所定のバイアスを印加するためのバイアス電源４１が接続される。ここでいうバイアス電源４１とはトナーを現像ロール３２側に転移させるような電界が形成されるようなバイアスを意味する。
【００２７】
トナー収容部３５には、収容されたトナーＴが攪拌搬送せしめられるアジテータ３５１（図１参照）を有しており、このアジテータ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を掃き出すようにしたものである。
【００２８】
そして、このトナー収容部３５の底部形状はアジテータ３５１の移動回転軌跡に沿う湾曲形状を有しており、現像剤収容部３４とトナー収容部３５との間の連結部には連通口３６が設けられ、この連通口３６の下端縁はアジテータ３５１の中心軸位置より僅かに低く設定されている。
一方、前記連通口３６の上端縁付近には塞き止めブロック３７が設けられており、現像剤収容部３４の現像剤Ｇがトナー収容部３５側に混入する事態が有効に防止されている。
【００２９】
更に、現像ロール３２、磁性ロール４０およびアジテータ３５１の駆動系については適宜選定して差し支えないが、例えば図３に示すように、現像ロール３２およびアジテータ３５１は、第１の駆動モータ６１および駆動伝達系（伝達ベルト、プーリ、ギアなど）６２にて連動駆動されており、一方、磁性ロール４０は、第２の駆動モータ６３および駆動伝達系（伝達ベルト、プーリ、ギアなど）６４にて駆動されている。
【００３０】
次に、本実施形態の画像形成装置の作動を、現像装置を中心に説明する。
現像ロール３２表面の現像剤層のトナー濃度ＴＣが充分に高い場合を想定すると、現像ロール３２の回転に伴って現像剤Ｇが再び現像ハウジング３１に戻った場合、現像剤収容部３４中の現像剤Ｇはトナー濃度ＴＣが高いから、透磁率が低くなり、図４（ａ）および図５に示す現像剤挙動（流動性不良）を示す。図４（ａ）に示すように、磁性ロール４０近傍の現像剤溜まりのトナー濃度ＴＣが高い場合、透磁率が低下し、キャリアチェーンＣＣが短くなる。
【００３１】
このとき、磁性ロール４０は現像ロール３２内の磁極ロール３２２による磁界にて磁化され、その表面に現像剤Ｇが磁気的に吸着し、磁性ロール４０の回転方向に現像剤Ｇが搬送されるが、搬送／攪拌される現像剤の層厚が小さくなる。
すなわち、キャリアチェーンＣＣにおいては、図５に示すように、キャリアＣ相互間にあるトナーＴがコロの役目をし、剪断力が伝わり難いため、磁性ロール４０近傍の現像剤層（図５中ｍで示す内側に位置する現像剤層）は流動するが、この流動層Ｇ１の更に外側の現像剤層は磁力の影響を受けづらく搬送されない。これにより、トナー収容部３５近傍の現像剤Ｇが停滞して不動層Ｇ２となり、現像剤ＧとトナーＴが接触していてもトナーの取り込みが発生しなくなる。
【００３２】
また、トナー濃度ＴＣが高い場合、現像剤Ｇの嵩密度の上昇により現像剤Ｇの体積が上昇し、現像剤溜まり近傍空間を現像剤Ｇが埋め、トナーＴの供給を阻害する効果も手伝っている。
このため、磁性ロール４０の近傍に位置する現像剤Ｇが流動層Ｇ１として流動するが、その外側の多くの現像剤層が不動層Ｇ２として移動せず、現像剤溜まりが形成される。
それゆえ、トナー収容部３５からのトナーは現像剤Ｇ中に取り込まれることなく、現像剤溜まりのところに滞留している。
【００３３】
一方、トナーが急激に消費される場合を想定すると、現像ロール３２上の現像剤層のトナー濃度ＴＣが低くなるため、現像ロール３２の回転に伴って現像剤Ｇが再び現像ハウジング３１に戻った場合、現像剤収容部３４中の現像剤Ｇはトナー濃度ＴＣが低いから、透磁率が高くなり、図４（ｂ）および図６に示す現像剤挙動（流動性良好）を示す。図４（ｂ）に示すように、磁性ロール４０近傍の現像剤溜まりのトナー濃度ＴＣが低い場合には、現像剤Ｇの透磁率が上昇し、キャリアチェーンＣＣが長くなる。
【００３４】
このとき、磁性ロール４０は現像ロール３２内の磁極ロール３２２による磁界にて磁化され、その表面に現像剤Ｇが磁気的に吸着し、磁性ロール４０の回転方向に現像剤Ｇが搬送されるが、前記トナー濃度ＴＣが充分に高い場合に比べ、搬送／攪拌される現像剤Ｇの層厚が大きくなる。
【００３５】
すなわち、キャリアチェーンＣＣにおいては、図６に示すように、キャリアＣ相互間にあるトナーＴが少ないため、コロとしての役目が弱く、キャリアＣ相互間に剪断力が伝わり易い。このため、磁性ロール４０近傍のみならず、図６中ｍで示すように、磁性ロール４０からある程度離間した部位まで現像剤層は流動する。
【００３６】
ここで、現像剤Ｇのトナー濃度に応じ流動層Ｇ１が現像剤ＧとトナーＴ界面まで、および、図１および図２に示すトナー収容部３５近傍の現像剤Ｇは磁性ロール４０の回転方向に流動し、現像剤Ｇと接触するトナーＴが現像剤に取り込まれる。なお、流動層Ｇ１の外側の現像剤層は不動層Ｇ２である。
【００３７】
また、現像剤Ｇの嵩密度の低下により現像剤Ｇの体積が減少し、現像剤溜まり近傍空間が空き、空いた空間にトナーＴが供給され埋まり、トナーＴは取り込み易くなる効果も手伝っている。
このため、磁性ロール４０から離れた部分までの多くの現像剤層が流動層Ｇ１として流動するため、その外側に不動層Ｇ２が形成されない。
【００３８】
それゆえ、磁性ロール４０の周囲には現像剤Ｇに大きな回転搬送力が作用するため、トナー収容部３５からのトナーは回転搬送挙動の現像剤Ｇ中に逐次取り込まれることになり、磁性ロール４０の回転により搬送される現像剤Ｇ中のトナー濃度が直ちに上昇する。
【００３９】
このようにトナーが取り込まれた現像剤Ｇは磁性ロール４０の回転に伴って強制的に移動せしめられるが、このような回転搬送挙動の現像剤Ｇの中にトナーＴが順次拡散していき、キャリアチェーンＣＣの移動と共に充分に帯電され、現像ロール３２側へと搬送される。
【００４０】
それゆえ、トナー収容部３５から供給されたトナーＴは直ちに現像ロール３２側に搬送されるのではなく、充分に帯電されながら現像ロール３２側に移動していく。
よって、現像ロール３２上の現像剤層のトナー濃度は直ちに自律的に制御される。
【００４１】
特に、本実施形態では、磁性ロール４０に補助規制部材５０が配置されており、この補助規制部材５０にて磁性ロール４０上を搬送する現像剤Ｇは層規制される。
このため、規制部材（第１の規制部材）３３で掻き落とされた現像剤Ｇと補助規制部材５０（第２の規制部材）で掻き落とされた現像剤Ｇとは溜まりを形成しており、トナー収容部３５の連通口３６から供給されるトナーＴと接触する。
【００４２】
このように、補助規制部材５０は有効に現像剤溜まりを形成するほか、現像ロール３２と磁性ロール４０との間での現像剤のジャミングや現像剤劣化を抑える作用や、磁性ロール４０近傍の現像剤が磁性ロール４０の回転より搬送されるが、過剰なトナーは磁性ロール４０上の現像剤の穂立ちを規制することで掻き落とされるため、トナーが現像ロール３２に直ぐに運ばれないようにし、未帯電のトナーによる画質ムラを防ぐ作用をする。勿論、本発明において補助規制部材５０は必須ではない。
【００４３】
以上の本実施形態の構成において、トナー収容部３５に、トナーＴと共にキャリア（磁性キャリア）Ｃが含まれていることが特徴的である。本発明においては、このトナーＴとキャリアＣとのトナー収容部３５中における混合割合は、後述の＜キャリア供給の作用・効果＞に記載の内容を考慮して、適宜設定すればよいが、本実施形態においては、トナーＴの所定量３００ｇに対して、キャリアＣが１ｇ充填されている。これにより、トナーＴの消費に伴い、キャリアＣが少しずつ現像剤収容部３４に供給される。
【００４４】
なお、本実施形態において、トナー収容部３５は現像装置３０に一体で備えられているが、トナー収容部３５を含むトナーカートリッジを現像装置に着脱可能に装着する態様であっても構わない。この際、本実施形態と同様の構成であれば、トナーカートリッジ内には、トナーＴ：３００ｇに対してキャリアＣ：１ｇが充填される。
【００４５】
このように、本実施形態では、トナー収容部３５に、トナーＴと共にキャリアＣを含ませることで、走行に応じて、現像剤収容部３４における現像剤Ｇ中にキャリアＣが供給される。すると、サンプキャリア量（現像剤Ｇ中のキャリアＣの量）が徐々に増加し、現像剤Ｇ劣化によるトナーＴの帯電量ＴＶの低下が抑制され、現像剤Ｇの長寿命化を図ることができる。
キャリア供給の作用・効果については、後述の＜キャリア供給の作用・効果＞の項において詳述する。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
第２の本発明の現像装置を用いた画像形成装置の一例としての、第２の実施形態の構成について説明する。
図７は、第２の実施形態の画像形成装置の概略を示す模式説明図である。
【００４７】
図７において、画像形成装置は、第１の実施形態１と略同様（但し、規制部材３３の形状や現像ロール３２の磁極レイアウトは第１の実施形態と若干相違する。）の現像装置３０’を備えているが、この現像装置３０’は第１の実施形態と異なる塞き止めブロック３８を備え、更にトナー収容部３５の上部には、キャリア収容部７０が配されている。
なお、第１の実施形態と同様の構成要素については、第１の実施形態と同一の符号を付して、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４８】
塞き止めブロック３８は、規制部材３３に隣接して設けられているが、磁性ロール４０との間に所定のギャップを保持した状態で対向する突出部３８１を備えている。現像剤収容部３４での現像剤Ｇの挙動に着目すると、現像剤Ｇは磁性ロール４０の回転に伴って回転移動するほか、規制部材３３による現像剤Ｇの掻き取りに伴って移動する。
このとき、塞き止めブロック３８は、規制部材３３により掻き取られた現像剤Ｇがトナー収容部３５側へ移動していくのを塞き止め、現像剤収容部３４内の現像剤Ｇがトナー収容部３５に混入する事態は有効に回避される。
【００４９】
また、塞き止めブロック３８の突出部３８１は、規制部材３３により掻き取られた現像剤Ｇが磁性ロール４０側に移動していくのを塞き止める。
このため、磁性ロール４０周辺部の現像剤Ｇの挙動が、規制部材３３の掻き取りに伴う現像剤Ｇ挙動の影響で、不必要に活発化することはなくなり、トナー収容部３５からのトナーが現像剤収容部３４内の現像剤Ｇ中へ過剰に取り込まれることはなく、トナーの取り込み特性が極めて安定する。
【００５０】
また、本実施形態では、キャリア収容部７０に補給用のキャリアＣが充填されており、トナー収容部３５に、キャリアＣを供給することができる構成となっている。なお、本実施形態では、キャリア収容部７０は、トナー収容部３５に、キャリアを供給する構成となっているが、第２の本発明においては、現像剤収容部３４に直接、あるいはトナー収容部３５および現像剤収容部３４に、キャリアを供給する構成でも構わない。
【００５１】
キャリア収容部７０は、円筒状で軸が略水平に保たれた状態で配置された、補給用のキャリアＣを１５ｇ（スタート時）内部に収容する容器７１と、その容器７１の内部下方に、ロール状で軸が略水平に保たれた状態で配置されたキャリア供給用ロール７２と、中央部に所定間隔でスリットＳが穿孔されたパンチングメタル７３と、から構成される。
【００５２】
キャリア供給用ロール７２は、シャフト表面に例えばウレタン製発泡層が形成されてなり、パンチングメタル７３のスリットＳは、幅０．７５ｍｍ、長さ１０ｍｍで、容器７１やキャリア供給用ロール７２の軸と平行に複数、所定間隔で穿孔されたものである。
【００５３】
本実施形態では、現像装置３０’の走行により、キャリア供給用ロール７２がごく低回転数で回転し、パンチングメタル７３に摺擦され、キャリア供給用ロール７２の発泡層の凹部に入ったキャリアＣをパンチングメタル７３のスリットＳによってしごき出して、キャリアＣをトナー収容部３５に落とす構成となっている。キャリア供給用ロール７２の回転は、現像ロール３２からの駆動を利用して駆動し、その回転数は本実施形態においては約０．１ｒｐｍである。
【００５４】
このように、本実施形態では、トナー収容部３５にキャリアＣを供給するキャリア収容部７０を別途備えることで、トナー収容部３５にキャリアＣを供給し、トナーＴと共にキャリアＣを含ませることができ、走行に応じて、現像剤収容部３４における現像剤Ｇ中にキャリアＣが供給される。すると、サンプキャリア量（現像剤Ｇ中のキャリアＣの量）が徐々に増加し、現像剤Ｇ劣化によるトナーＴの帯電量ＴＶの低下が抑制され、現像剤Ｇの長寿命化を図ることができる。
【００５５】
キャリア供給の作用・効果については、後述の＜キャリア供給の作用・効果＞の項において詳述する。
本実施形態において、キャリア収容部７０は、現像装置３０’本体に一体化して組み込まれており、キャリア収容部７０のカートリッジ交換はできないようになっている。しかし、現像装置３０’の寿命が尽きるまでの間に必要十分な量の補給用のキャリアＣを容器７１に予め収容しておき、現像装置３０’の寿命が尽きるまでと容器７１に収容されたキャリアＣが空になるまでとが一致するように、キャリアＣを少しずつトナー収容部３５に落とす構成としておき、現像装置３０’の寿命が尽きた段階で、キャリア収容部７０を含む現像装置３０’ごと交換することとすれば問題ない。
【００５６】
本実施形態では、現像装置３０’の寿命は５０ｋＰＶ（ＰＶ＝Ｐｒｉｎｔ　Ｖｏｌｕｍｅ（プリント枚数）、ｋＰＶ＝×１０００枚）であり、容器７１に予め収容された１５ｇの補給用のキャリアＣは、１５ｇ／５０ｋＰＶ＝０．３ｇ／ｋＰＶの供給量でトナー収容部３５に供給され、５０ｋＰＶの稼動後に、空のキャリア収容部７０を含む、寿命を全うした現像装置３０’ごと交換する。勿論、キャリア収容部７０をカートリッジ状にして、現像装置３０’全体よりも短いインタバルで、あるいは異なるタイミングで交換する態様としても構わない。
なお、本実施形態において、トナー収容部３５は現像装置３０に一体で備えられているが、トナー収容部３５を含むトナーカートリッジを現像装置に着脱可能に装着する態様であっても構わない。
【００５７】
以上、本発明の現像装置および画像形成装置について、２つの実施形態を挙げて説明したが、本発明は、これら構成に限定されるものではなく、例えば既述の先行技術１〜５に記載されているような、いわゆる１．５成分現像方式の現像装置ないし画像形成装置であれば、問題なく本発明の構成を適用することができる。
【００５８】
＜キャリア供給の作用・効果＞
以下に、本発明によるキャリア供給の作用・効果について、具体例を挙げて説明する。
トナーの帯電量（トライボ）ＴＶは、
ＴＶ＝ａ／（ＴＣ％＋ｂ）・・・（式１）
で表すことができる。ここで、ａおよびｂは共に係数であり、ａは環境および現像剤の劣化状態により決まる劣化係数であるが、ｂは環境および現像剤の劣化に対し略一定値で推移するため、定数と考えて差し支えない。なお、ＴＣ％は、現像剤中におけるトナー濃度である。
【００５９】
上記（式１）中、ａは現像剤の劣化により低下するため、自律的に現像剤中におけるトナー濃度ＴＣ％を一定に保つと、現像剤の劣化と共にトナーの帯電量ＴＶが低下してしまう。現像剤の劣化は、キャリア表面がトナー成分により汚染され、帯電能力が低下するために主として引き起こされるので、消費されたトナー量に相関が高い。
【００６０】
本発明の現像装置においては、トナーの消費に伴い、少しずつキャリアが現像剤収容部に供給されるため、サンプキャリア量が上昇し、現像剤収容部内の現像剤の量（即ち体積）は徐々に上昇する。これにより現像剤中のトナー濃度ＴＣ％が低下し、現像剤の嵩が低下しても、上述の流動層と停滞層の界面（図５および図６におけるｍ）の位置が、サンプキャリア量が増えた分だけ、よりトナー収容部側にシフトしている（図６の状態）ため、トナー取り込みが開始されるトナー濃度ＴＣ％が、より低ＴＣ％側にシフトすることになる。即ち、自律的に制御されるトナーの濃度がサンプ量の増加に伴い、徐々に低下することになる。
【００６１】
したがって、上記手段により、現像剤の劣化状態に応じてトナー濃度ＴＣ％を低下させることができ、トナーの帯電量ＴＶの低下を防ぐことができる。
サンプキャリア量Ｗは、キャリア供給により増加するので、プリント枚数（ＰＶ）の関数で、Ｗ（ＰＶ）［ｇ］と表すことができる。
【００６２】
１ＰＶ当たりのキャリア供給量をｍ［ｇ］とおく。走行画像密度が平均的画像密度を想定して以下議論すれば、ｍはＰＶによらず一定値と見なされる。キャリア供給が無い状態で稼動した時の現像剤劣化係数をａとおくと、ａはプリント枚数（ＰＶ）の関数として、ａ（ＰＶ）［μＣ／ｇ／％］とおくことができる。キャリア供給がある状態で稼動した時の現像剤劣化係数をＡとおくと、Ａはプリント枚数（ＰＶ）の関数として、Ａ（ＰＶ）［μＣ／ｇ／％］とおくことができる。
このとき、１ＰＶごとに現像剤の履歴を追いかけると、下記表１のようになる。
【００６３】
【表１】

【００６４】
一方、飽和安定ＴＣ％（ｓａｔ）（走行により自律的に制御されて安定化するトナー濃度ＴＣ％）は、サンプキャリア量に対してリニアな特性がある。
ここで、キャリアとして体積平均粒径３５μｍのものを用い、トナーとして非磁性トナーで、体積平均粒径は８．５μｍのものを用い、現像剤の劣化が加速する条件である高温高湿（２８℃８５％ＲＨ）下で、プリント画像密度２０％（面積割合）で現像装置を稼動させた、具体的な一例を挙げてキャリア供給による作用・効果を説明する。勿論、これはあくまでも一例であり、本発明はこの例に限定されるものではない。
【００６５】
図８に、本例における飽和安定ＴＣ％（ｓａｔ）とサンプキャリア量Ｗの関係を示す。図８のグラフから、飽和安定ＴＣ％（ｓａｔ）とサンプキャリア量Ｗとの関係として、下記（式２）が求められる。
【００６６】
【数１】

【００６７】
プリント枚数ｎＰＶからサンプキャリア量Ｗ（ｎ）が求まり、このときの飽和安定ＴＣ％（ｓａｔ）が上記（式２）により求まり、飽和安定ＴＣ％（ｓａｔ）と現像剤劣化係数Ａ（ｎ）から上記（式１）によりトナーの帯電量ＴＶ（ｎ）が得られる。
【００６８】
図９は、スタート時のサンプキャリア量が６０ｇの場合における本例の現像装置を走行させた際の、プリント枚数とサンプキャリア量（ｇ）との関係を示すグラフであり、横軸にプリント枚数（ｋＰＶ）、縦軸にサンプキャリア量（ｇ）をプロットしたものである。
【００６９】
また、凡例に示す数値は、トナー収容部（トナーカートリッジである場合を含む）内における、トナー３００ｇ当たりのキャリア質量（単位：ｇ、以下、「キャリア供給量」と称する。）を示す（凡例について、以降のグラフにおいても同様。）。０ｇはキャリア供給無しのケースであり、像担持体へのキャリア転移等による目減りはほとんど無視できる程度であることから、当然ながらサンプキャリア量はほぼ一定となる。
【００７０】
図９のグラフ中の△印は、キャリア供給有りの加速テストにて得られたサンプキャリア量の推移データを加速係数分補正した、キャリア供給量１ｇに相当するプロットである。図９のグラフからわかるように、キャリア供給量が多いほど、走行により、サンプキャリア量が上昇して行く。
【００７１】
図１０は、スタート時のサンプキャリア量５５０ｇ、キャリア供給無しで、本例の現像装置とマグロール径および回転数の同じ２成分現像装置を走行させた際の、プリント枚数と現像剤劣化係数との関係を示すグラフであり、横軸にプリント枚数（ｋＰＶ）、縦軸に現像剤劣化係数をプロットし、かつ、その回帰曲線を表したものである。また、図１１は、同様にプリント枚数と現像剤劣化係数との関係を示すグラフであるが、スタート時のサンプキャリア量を６０ｇとし、キャリア供給量を０〜２．５ｇの間で振ったものである。
【００７２】
ただし、図１１のグラフは、補正を掛けることにより値を外挿して求めたものである。例えば、凡例のキャリア供給量０ｇのケースでは、図１０のグラフをもとに、サンプキャリア量６０ｇ相当に補正した、キャリア供給がない場合の劣化特性で、既述のａ（ＰＶ）曲線を意味する。サンプキャリア量が少ないときは同じ走行量であっても現像剤の劣化は加速され、サンプキャリア量５５０ｇに対して６０ｇでは、経験的に２．５倍に加速されることが分っており、２．５倍の補正が掛かっている。他はＡ（ＰＶ）曲線を示す。
図１１のグラフから、キャリア供給量が多いほど、走行により、現像剤の劣化が抑制されることがわかる。
【００７３】
図１２は、スタート時のサンプキャリア量を６０ｇとして走行を想定した際の、プリント枚数と飽和安定ＴＣ％との関係を示すグラフであり、横軸にプリント枚数（ｋＰＶ）、縦軸に飽和安定ＴＣ％をプロットしたものである。図１２のグラフから、キャリア供給量が多いほど、走行により、飽和安定ＴＣ％が減少していることがわかる。
【００７４】
図１３は、スタート時のサンプキャリア量を６０ｇとして走行を想定した際の、プリント枚数とトナーの帯電量（トライボ）との関係を示すグラフであり、横軸にプリント枚数（ｋＰＶ）、縦軸にトナーの帯電量ＴＶの関係をプロットしたものである。
【００７５】
なお、図１２および図１３中の○印は、加速テストで得られた現像剤劣化係数が３００の現像剤を用いて、サンプキャリア量７０ｇで得られた飽和安定ＴＣ％とトナーの帯電量ＴＶのデータであるが、図１１と図９のグラフから、劣化レベル１５ｋＰＶで、キャリア供給量２．５ｇに相当する条件に対応させ、プロットしてある。飽和安定ＴＣ％が低下した分、トナーの帯電量ＴＶの低下を防いでいることがわかる。
【００７６】
凡例のキャリア供給量０ｇのケースは、キャリアの供給がないときにおけるトナーの帯電量ＴＶの推移を示すが、現像剤の劣化とともに急速にトナーの帯電量ＴＶが低下し、かぶりや過現像による文字のつぶれ等の画質上のディフェクトが問題になる１５μＣ／ｇのレベルとの交点から、現像剤の寿命が、約１５ｋＰＶであることがわかる。
【００７７】
一方、キャリアの供給がある場合は、３００ｇトナーあたりのキャリア充填量が０．５ｇ、１．０ｇ、１．５ｇ、２．０ｇ、２．５ｇと増加するにしたがって、トナーの帯電量ＴＶの低下を防ぐ効果が見られる。ただし、キャリア供給量が多すぎると、現像装置内のサンプキャリア量が増加しすぎて張り詰めた状態（パンパンな状態）となってしまい、また自律的にトナーの混合割合の制御が行えるサンプキャリア量の範囲とすべきであることを考慮すると、本例ではサンプキャリア量８０ｇ以下の範囲で用いることが望ましい。このため、トナーの帯電量ＴＶの低下を防ぎつつ、上述の不具合を回避し得る設定としては、トナー３００ｇ当たり１ｇのキャリア供給が適切である。このとき、かぶりや過現像による文字のつぶれ等の画質上のディフェクトが問題になる１５μＣ／ｇのレベルとの交点から、現像剤の寿命が約３０ｋＰＶとなることがわかる。すなわち、現像剤、更にはそれを内包する現像装置の寿命が、約２倍に延長される。
【００７８】
このように、いわゆる１．５成分系である本例の現像装置において、ごく少量のキャリア供給でもって、現像装置の寿命を約２倍に延長することができ、枚あたりコストの低減が図れる。また、現像剤の劣化によるかぶり、モトル不良の改善が図れる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、トナー濃度検知センサやフィードバック機構等の複雑な装置機構を必要とせず低コストな、いわゆる１．５成分現像方式でありながら、現像剤の帯電性低下を抑制し、現像剤の寿命を向上させた現像装置、およびそれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の画像形成装置の概略を示す模式説明図である。
【図２】図１の画像形成装置における要部拡大図である。
【図３】図１の画像形成装置における現像装置の駆動系を示す説明図である。
【図４】（ａ）はトナー濃度が低く透磁率が高い状態における現像装置の磁性ロール周辺の現像剤の挙動を示す説明図、（ｂ）はトナー濃度が高く透磁率が低い状態における現像装置の磁性ロール周辺の現像剤の挙動を示す説明図である。
【図５】トナー濃度が高く流動性が悪い状態における磁性ロール周辺の現像剤の挙動を示す拡大説明図である。
【図６】トナー濃度が低く流動性が良い状態における磁性ロール周辺の現像剤の挙動を示す拡大説明図である。
【図７】第２の実施形態の画像形成装置の概略を示す模式説明図である。
【図８】キャリア供給の作用・効果を確認する具体例における、飽和安定ＴＣ％（ｓａｔ）とサンプキャリア量Ｗの関係を示すグラフである。
【図９】キャリア供給の作用・効果を確認する具体例であって、初期におけるサンプキャリア量が６０ｇの場合における現像装置を走行させた際の、プリント枚数とサンプキャリア量（ｇ）との関係を示すグラフである。
【図１０】キャリア供給の作用・効果を確認する具体例であって、スタート時のサンプキャリア量５５０ｇ、キャリア供給無しでマグロール径および回転数が同じ２成分現像装置を走行させた際の、プリント枚数と現像剤劣化係数との関係を示すグラフである。
【図１１】キャリア供給の作用・効果を確認する具体例であって、スタート時のサンプキャリア量を６０ｇとし、キャリア供給量を０〜２．５ｇの間で振って、現像装置の走行を想定した際の、プリント枚数と現像剤劣化係数との関係を示すグラフおよびテストデータのプロットである。
【図１２】キャリア供給の作用・効果を確認する具体例であって、スタート時のサンプキャリア量を６０ｇとしての走行を想定した際の、プリント枚数と飽和安定ＴＣ％との関係を示すグラフおよびテストデータのプロットである。
【図１３】キャリア供給の作用・効果を確認する具体例であって、スタート時のサンプキャリア量を６０ｇとしての走行を想定した際の、プリント枚数とトナーの帯電量との関係を示すグラフおよびテストデータのプロットである。
【符号の説明】
２０　感光体ドラム（像担持体）
３０　現像装置
３１　現像ハウジング
３２　現像ロール（現像剤担持体）
３３　規制部材
３４　現像剤収容部
３５　トナー収容部
３６　連通口
３７、３８　ブロック
４０　磁性ロール
４１　バイアス電源
５０　補助規制部材
６１、６３　駆動モータ
７０　キャリア収容部
７１　容器
７２　キャリア供給用ロール
７３　パンチングメタル
３２１　スリーブ
３２２　磁極ロール
３２３　バイアス電源
３５１　アジテータ
３８１　突出部

Claims (5)

1. 内部に磁界発生手段を具備しかつトナーおよび磁性キャリアが含まれる二成分系の現像剤を搬送担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面に搬送される現像剤量を規制する規制部材と、前記現像剤担持体に隣接しかつ規制部材の上流側にて現像剤を収容する現像剤収容部と、この現像剤収容部を介して前記現像剤担持体と連通して設けられかつトナーを供給可能に収容するトナー収容部とからなり、前記現像剤担持体近傍において現像剤がトナー収容部から供給されるトナーと接触しており、該現像剤のトナー濃度の変化に応じて、前記現像剤と前記トナー収容部から供給されるトナーとの接触状態が変化することによって、前記現像剤中への前記トナーの取り込み量を自律的に制御する現像装置であって、
   前記トナー収容部に、トナーと共に磁性キャリアが含まれていることを特徴とする現像装置。
2. トナー収容部が、現像装置本体と着脱可能に形成されたトナーカートリッジとして構成されており、該トナーカートリッジに、トナーと共に磁性キャリアが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 内部に磁界発生手段を具備しかつトナーおよび磁性キャリアが含まれる二成分系の現像剤を搬送担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体表面に搬送される現像剤量を規制する規制部材と、前記現像剤担持体に隣接しかつ規制部材の上流側にて現像剤を収容する現像剤収容部と、この現像剤収容部を介して前記現像剤担持体と連通して設けられかつトナーを供給可能に収容するトナー収容部とからなり、前記現像剤担持体近傍において現像剤がトナー収容部から供給されるトナーと接触しており、該現像剤のトナー濃度の変化に応じて、前記現像剤と前記トナー収容部から供給されるトナーとの接触状態が変化することによって、前記現像剤中への前記トナーの取り込み量を自律的に制御する現像装置であって、
   前記現像剤収容部および／または前記トナー収容部に、磁性キャリアを供給するキャリア収容部を備えることを特徴とする現像装置。
4. トナー収容部が、現像装置本体と着脱可能に形成されたトナーカートリッジとして構成されていることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 少なくとも、像担持体と、該像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体表面に形成された静電潜像を可視像化する現像手段と、を含む画像形成装置であって、
   前記現像手段として、請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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