JP2006047777A - 現像剤補給手段、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 トナーを補給する現像剤補給手段において、機構を極端に複雑化することなく、補給するトナー量の精度を大きく向上させた現像剤補給手段、画像の濃度や色調の変動が小さく画像品質に優れた画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】 メイン容器４１１と、サブ容器４０１と、サブ容器４０１に連通した搬送パイプ４０３と、搬送パイプ４０３の内に設けられ、トナーを搬送する搬送部材４０４と、を備え、搬送パイプ４０３を被補給器５０５内部に連通させることにより、搬送部材４０４の駆動により、トナーを被補給器５０５に補給する現像剤補給手段４０３において、サブ容器４０３は、搬送パイプ４０３内のトナー搬送方向から見たときの断面積が、１０ｃｍ²以下で且つ搬送パイプ４０３の断面積の２倍以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式又は静電記録方式を採用し、像担持体上に形成された静電潜像を現像剤にて現像する複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、現像動作を実行する現像器やプロセスカートリッジにトナーを補給する現像剤補給手段に関するものである。

従来、電子写真方式や静電記録方式にて、像担持体表面に現像剤にて現像剤像（トナー像）を形成し、該トナー像を転写材に転写、定着する画像形成工程を実行する画像形成装置においては、特に電子写真方式の画像形成装置においては、現像工程にて、現像剤担持体の表面に顕画剤としての乾式現像剤を担持し、静電潜像を担持した像担持体の表面近傍に現像剤を搬送供給し、像担持体と現像剤担持体の間に交互（交番）電界を印加しながら静電潜像を現像して顕像化する方法が広く知られており、その現像剤担持体として現像スリーブが、像担持体として感光ドラムが用いられることが一般的である。

現像方法としては、例えば、二成分系組成（キャリア粒子とトナー粒子）を有する現像剤（二成分現像剤）を用い、内部に磁石を配置した現像スリーブの表面に磁気ブラシを形成し、微小な現像間隙を保持して対向された感光ドラムに、この磁気ブラシを摺擦又は近接させ、現像スリーブと感光ドラム間（Ｓ−Ｄ間）に連続的に交互電界を印加することによってトナー粒子の現像スリーブ側から感光ドラム側への転移及び逆転移を繰り返し行わせて現像を行う所謂磁気ブラシ現像法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

又、二成分現像方式を採用した現像方法では、トナーのみが消費されるので、現像動作を実行する現像器内のトナー濃度（ＴＤ比）を一定に維持するため、消費されたトナーを補給するために、現像器において現像剤が収容されている現像容器と連結された補給用現像剤容器が設けられる。補給用現像剤容器は現像カートリッジとして、補給用のトナーが収容され、通常は着脱自在で、内部のトナーが消費されたら、交換するようになっている。そして、現像容器内現像剤ＴＤ比検知（以下、「トナー濃度検知」と称す。）による検出値が常に一定になるように、補給用現像剤容器より現像装置に補給するトナー量を決定する現像剤補給手段が実用化されている。

換言すると、上記の現像剤補給手段によって、トナー補給することにより、長期にわたる画像形成中のトナー帯電量の低下を、現像容器内の二成分現像剤中のトナー濃度を適宜低下させることにより防止して、長期にわたる画像形成中における画像濃度を一定に保っているのである。

以下、現像剤補給手段と、その被補給器とされる二成分磁気ブラシ現像用の現像器の構成を説明する。図６（ａ）は、一般的な感光ドラム１と現像器５と現像剤補給手段４の、感光ドラム１の軸方向を横切る方向の概略断面図であり、図６（ｂ）は、現像剤補給手段４を、感光ドラム１が配置されている位置に対して反対側から見た正面図である。

図６（ａ）に示すように、現像スリーブ５０１は感光ドラム１に対して近接配置され、感光ドラム１と逆方向又は同一方向に回転し、現像剤（ドットで図示）が感光ドラム１に対して接触する状態で現像できるよう設定されている。

そして現像器５の上方に、トナー受取孔５０５ａよりトナーを補給する、現像剤補給手段４が設けられている。

そして、この現像剤補給手段４は、大きく分けて、現像器５の上部のトナー受取孔５０５ａに連結されているサブ容器４２１と、このサブ容器４２１の上部に設けられ、補給トナーを収容するメイン容器４１０と、の２つの補給用現像剤容器で構成される。そして、メイン容器４１０に保存されている補給用トナーをサブ容器４２１内で攪拌して、サブ容器４２１に連通し、現像器５のトナー受取孔５０５ａに通じている搬送パイプ４２３を通して、現像器５の現像容器５０５に補給する。

ここで現像器５、現像剤補給手段４について詳しく説明する。

現像器５は、二成分現像剤を収容する現像容器５０５を有し、この感光ドラム１との対向部に設けられた開口部に感光ドラム１と平行に設けられた円筒状の現像スリーブ５０１が備えられ、現像スリーブ５０１中には固定配置されたマグネットローラ５０２が内蔵されている。

そして、現像容器５０５は、現像スリーブ５０１と平行に仕切られ、現像スリーブ５０１に現像剤を供給する現像室５０５ｂと、上部にトナー受取孔５０５ａが設けられた攪拌室５０５ｃに分かれている。現像室５０１には現像スクリュー５０３、攪拌室５０５ｃには撹拌スクリュー５０４が備えられ、現像室５０５ｂと攪拌室５０５ｃは、両スクリュー５０３、５０４の端部で連通し、現像剤は両者の間を循環しながら、混合攪拌されるようになっている。よって、攪拌室５０５ｃで、トナー受取孔５０５ａより補給されたトナーは、既に現像容器５０５内にあるトナーとキャリアを含む現像剤と混合され、均一にされた状態で、現像室５０５ｂに搬送され、現像スリーブ５０１に供給される。そして、現像スリーブ５０１が設けられた現像容器５０５の開口部で、現像スリーブ５０１回転方向上流側には、現像剤を現像スリーブ５０１の表面に薄層形成するために、それに対向する位置に規制ブレード５０６が配置されている。

そして、現像スリーブ５０１の回転によって、それに担持された現像剤は感光ドラム１表面へと搬送され、不図示の電源より現像スリーブ５０１に印加される現像バイアスにより、感光ドラム１上に形成されている静電潜像が現像される。

現像剤補給手段４について詳しく説明する。

補給用トナーが蓄えられているメイン容器４１０には、内部に回転自在に攪拌部材４１１が設けられており、駆動手段４１２の駆動を受けている。図６（ｂ）は、駆動手段４１２側から見た正面図である。攪拌部材４１１は、回転することによってメイン容器４１０内でトナーが固まることを防止するために、トナーをほぐす作用と、メイン容器４１０内のトナーをサブ容器４２１へ連通するトナー供給口４２２へ向かって長手方向（紙面に平行な方向）へ搬送する作用と、トナーをその供給口４２２から押し出してサブ容器４２１へ落下させる作用と、を実行する。攪拌部材４１１としては、例えば、ＰＥＴ等のシート材を用いることが一般的である。

メイン容器４１０に収容されたトナーを現像器５に補給する中間容器として、サブ容器４２１が設けられる。サブ容器４２１は、上部に、メイン容器４１０からトナーの供給を受けることが可能なトナー供給口４２２が形成されており、底部は、側面が略水平方向に突出し、円筒状に形成された、サブ容器４２１からトナーを搬送することが可能な搬送パイプ（図示Ｂ範囲）４２３を備えている。底部と上部の中央部には、動作自在に設けられた攪拌部材４２７が設けられており、攪拌部材４２７が回転又は回動の動作をすることによってトナーをほぐす作用が施されている。サブ容器４２１底部から搬送パイプ４２３内に渡って、螺旋面が形成された搬送部材である補給スクリュー４２４が回転可能に設けられ、その先端には、補給スクリュー４２４を回転駆動する駆動手段４２５が設けられている。尚、ここでは、サブ容器４２１とトナー搬送容器４２３の底部は連続しており、補給スクリュー４２４は、サブ容器４２１底部から、突出した搬送パイプ４２３内に亘って設置されているが、搬送パイプ４２３は、突出した部分である図示Ｂ範囲の領域であり、サブ容器４２４は、トナーを貯蔵し、攪拌部材４２７が存在する部分の領域（図示Ａ範囲）とする。そして、サブ容器４２１には、トナーの有無を電気的又は光学的に直接検知するトナーセンサ４２６が設けられている。

上記構成の現像剤補給手段４により、現像器５にて現像動作により消費されたトナーに見合った量のトナーが、補給用トナーが貯蔵されているサブ容器４２１から補給スクリュー４２４によって現像容器５０５の受取孔５０５ａを経て、撹拌スクリュー５０４が設けられた撹拌室５０５ｃへ落下補給される。現像容器５０５中にはトナー粒子と磁性キャリアが混合された現像剤が収容されており、トナー粒子と磁性キャリアの混合比（以後、Ｔ／Ｃ比と称す）は、現像容器５０５内のトナー濃度検知結果に応じて、上記現像剤補給手段４によりトナーを補給することによって一定に保たれている。このときの現像容器５０５中のトナー粒子と磁性キャリアの混合比の検知即ちトナー濃度検知及び濃度の維持方法としては従来から様々な方式が実用化されており、既知の方法から選択して行われる。

現像剤補給手段４においては、トナーセンサ４２６によって検知されたトナーの消費に伴ってサブ容器４２１のトナーが減少した時に、メイン容器４１０よりサブ容器４２１へトナーを補充する。サブ容器４２１内では、攪拌部材４２７が回転又は回動の動作によりトナーをほぐして、固まることを防止している。そして、このほぐされたトナーが、その下方のトナー搬送路４２３へ補給スクリュー４２４によって、パイプ４２３長手方向（紙面に平行な方向）へ、現像容器５０５と連通する孔５０５ａへ向かって搬送し、トナーを孔５０５ａから押し出して現像容器５０５へ落下させる。

ここで、トナーの有無は、サブ容器４２１内のトナーの固まりも考慮して判断される。即ち、トナーセンサ４２６がトナー無しを検出した後、所定時間、攪拌部材４２７を動作させ、更にトナーの無い状態が続いた場合に、トナーがサブ容器４２１内の一部に固まっているのではなく、トナーが無くなったと判断する。

こうして、トナーがサブ容器４０１内に無いと判断すると、メイン容器４１０内の攪拌部材４１１が回転することによって、トナーがメイン容器４１０からサブ容器４０１へ補充される。

そして、メイン容器４１０の攪拌部材４１１の回転は、トナーセンサ４２６がトナー有りを検出するまで継続し、トナー有りを検出した後は、引き続きサブ容器４２１から補給スクリュー４２４を経由してトナー補給が行われる。

尚、ここでは、トナーセンサ４２６がトナー無しを検出してから攪拌部材４１１が回転するものとしたが、攪拌部材４１１はシート材なので必要以上にサブ容器４２１内にトナーを押し込むことはない。従って、トナー無しを検出する前に、攪拌部材４１１を回転させても問題はない。

又、サブ容器４２１の攪拌部材４２７を所定時間回転させても、トナーセンサ４２６がトナー有りを検出しない時は、サブ容器４２１へトナーが補充されない。よって、攪拌部材４１１が長く攪拌してしてもトナーセンサ４２６がトナー無しを判断し続ける時は、メイン容器４１０にもトナーが無くなったと判断することができ、図示されていないオペレーションパネル等の表示手段を通じてトナー無しをユーザーへ知らしめる。

メイン容器４１０は着脱可能になっている場合と装置に固定されている場合がある。着脱可能になっている場合は、メイン容器４１０は一般にトナーカートリッジと呼ばれ、トナーが無くなった場合は４１０ごと交換することによってトナーを充填する。又、装置に固定されている場合は、メイン容器４１０へ別のトナー容器から直接トナーを充填する。

補給スクリュー４２４は駆動手段４２５によって回転され、現像器５が要求しているトナーの量に応じて、その回転回数又は回転時間が設定され、設定された回転回数又は回転時間に到達すると、回転を停止することによって現像器５が要求しただけのトナーを搬送し、現像容器５０５へトナーを補給する。

このとき、補給スクリュー４２４は、その大きさに応じて１回転当たり又は単位時間当たりのトナーの搬送量があらかじめ定数化されており、要求量に応じて回転回数又は回転時間を算出する制御が可能になっている。ここでスクリュー４２４によるトナーの搬送量は回転回数に比例するので、回転時間で設定するためには、駆動手段４２５によって、スクリュー４２４を常に一定の速度で回転するようにさせることが前提となる。又、この回転回数をカウントする手段を設けていれば、スクリュー４２４の回転速度は一定であってもなくても回転回数で設定することが可能である。

図６においては図を見やすくするために、感光ドラム１と現像容器５０５の長手方向を紙面と垂直な方向に、サブ容器４２１と補給スクリュー４２４とメイン容器４１０の長手方向を紙面と平行な方向に描いているが、実際にはこれらの長手方向は同一の方向となっていることが一般的である。

以上のように、従来の画像形成装置に備えられた現像剤補給手段４はメイン容器４１０から一度サブ容器４２１にトナーを移して、できるだけサブ容器４２１と搬送パイプ４２３内のトナーの単位体積当たりの重量を均一に保ち、搬送パイプ４２３内をスクリュー４２４の回転量に比例した量のトナーを搬送することによって、トナーを精度よく補給することを実現している。

しかしながら、上記現像剤補給手段４においては、前述のように画像形成装置が要求するトナー量に応じてスクリュー４２４が回転することによってトナーを補給しているが、トナーは粉体であることから単位体積当たりの重量が完全に均一ではないので、現像器５のトナー濃度検知結果からの要求量と実際の補給量の誤差を完全になくすことはできない。又、この誤差はトナーの流動性が悪く固まりになりやすいトナーの場合、更に大きくなる。

この誤差を小さくして現像器５のトナー濃度検知結果からの要求量に対する実際の補給量のばらつきを小さくすると、Ｔ／Ｃ比がより安定するので、画像の濃度や色調の変動が小さくなり、画像形成装置にとっては画像品質上の大きなメリットとなる。又、補給量のばらつきを更に小さくすると、トナーの使用量が正確に把握できるので、電気的なセンサの精度だけに頼ることなくトナーの残量を予測してユーザーに交換を促すことができるという消耗品の残量予測・空予測の精度向上というメリットもある。

このような現像剤補給手段４において、トナーの補給精度を向上させる、つまり設定された補給すべきトナーの重量と実際に補給されるトナーの重量の誤差をできるだけ小さくするための、第一の方法はスクリュー４２４の回転精度を向上させること、第二の方法は、サブ容器４２１と搬送パイプ４２３内の単位体積当りの重量を均一にすることである。

第一の方法、つまり補給スクリュー４２４の回転精度は起動時や停止時に時間遅れが少ないステッピングモータ等を利用することで、精度向上が見込めるが、高精度なステッピングモータは高コストとなる。しかしながら、第二の方法であるサブ容器４２１と搬送パイプ４２３内の単位体積当りの重量を均一に保つことはトナーが粉体であることから非常に困難であった。
特開昭５５−３２０６０号公報 特開昭５９−１６５０８２号公報 特開平６−１６７８８０号公報 特開平７−３０１９８３号公報

本発明の目的は、トナーを含む現像剤にて現像動作を行う現像器に、トナーを補給する現像剤補給手段において、機構を極端に複雑化することなく、又、高精度・高感度・高額なセンサを追加することなく、補給するトナー量の精度を大きく向上させた現像剤補給手段、及び、該現像剤補給手段を備え、画像の濃度や色調の変動が小さく画像品質に優れた画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。

上記目的は本発明に係る現像剤補給手段、画像形成装置及びプロセスカートリッジにて達成される。要約すれば、第１の本発明は、現像剤を、内部に貯蔵可能なメイン容器と、
該メイン容器から現像剤の供給を受けることが可能なサブ容器と、
該サブ容器に形成され、前記メイン容器から現像剤の供給を受けることが可能な供給口と、
前記サブ容器から突出した部材であり、前記サブ容器から現像剤を搬送する搬送パイプと、
該搬送パイプの内に設けられ、現像剤を搬送する搬送部材と、
該搬送部材を駆動する駆動手段と、
を備え、前記搬送パイプを被補給器に連通させることにより、前記搬送部材の動作により、現像剤を前記被補給器に補給する現像剤補給手段において、
前記サブ容器は、前記搬送パイプ内の現像剤搬送方向から見たときの断面積が、１０ｃｍ²以下で且つ前記搬送パイプの断面積の２倍以上であることを特徴とする現像剤補給手段を提供する。

第２の本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を、現像剤にて現像する現像器と、該現像器に現像剤を補給する第１の本発明の現像剤補給手段と、を有することを特徴とする画像形成装置を提供する。

第３の本発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を、現像剤にて現像する現像器と、該現像器に現像剤を補給する第１の本発明の現像剤補給手段と、を有し、画像形成装置に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジを提供する。

本発明の現像剤補給手段は、サブ容器と搬送パイプを小型に設計することによって、単位体積当りの重量を乱すことなく均一に現像剤を搬送できる構成を実現しており、機構を極端に複雑化することなく、又、高精度・高感度・高額なセンサを追加することなく、補給する現像剤量の精度を大きく向上させる。又、本発明の画像形成装置及びプロセスカートリッジは、この現像剤補給手段を備えることによって、画像の濃度や色調の変動が小さく画像品質に優れた画像形成を実現することができる。

以下、本発明に係る現像剤補給手段、画像形成装置及びプロセスカートリッジを図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
先ず、本発明が適用される現像剤補給手段やプロセスカートリッジが設けられる画像形成装置の一例について説明する。例えば、本実施例では、図４に示されるような構成の画像形成装置に適用される。この実施例では、画像形成装置は、直接転写方式を採用した、タンデム方式の電子写真方式の複写機或いはプリンタ等とされる画像形成装置とされ、複数の画像形成ユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＢｋが水平方向に配置され、それぞれが回転可能に配置された像担持体としての感光ドラム１を備えている。感光ドラム１の周囲には、帯電装置２、それぞれ画像形成ユニット毎に色を変えて、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー色の二成分現像剤が収容された現像器５、クリーニング装置１４等の画像形成手段が配置されている。尚、本発明は、他の構成の画像形成装置、例えば、現像剤の色や数はこれに限定されず、画像形成ユニットは１つでも良く、静電記録方式や中間転写方式を用いる画像形成装置でも良い。

そして、現像器５としては、トナーとキャリアを含む現像剤を収容した二成分接触現像器が用いられ、後に詳しく説明するような、本発明の特徴部分となる現像剤補給手段４によって、トナーが補給されている。

又、各感光ドラム１に対向するように、転写材Ｐを担持するベルト状の転写材担持体で
ある転写ベルト７が備えられている。転写ベルト７は２本のローラ７ａ、７ｂで巻架され、内側に、各感光ドラム１と対向する面の裏側の位置に転写部材である転写ローラ６が配置されている。

各画像形成ユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＢｋそれぞれにおいて、帯電器２によって一様帯電された感光ドラム１には、原稿の画像信号によるレーザ光Ｌがポリゴンミラー（不図示）等を介して投射され、静電潜像が形成され、この静電潜像が現像器５によって、現像剤像（トナー像）として可視化される。尚、現像器５の現像動作は、従来例に説明したものと同様に実施される。

感光ドラム１上に可視化されたトナー像は、転写ベルト７を挟んで転写ローラ６と対向する転写部ｔに到達すると、転写バイアスを印加した転写部材としての転写ローラ６によって、ベルト７に吸着され、タイミングを同期させて送られてきた転写媒体である転写材Ｐが、転写ベルト７の移動に伴って転写部に侵入してきた際に、各感光ドラム１から各色トナー像が重ねて直接転写される。最後に、転写ベルト７から分離した転写材Ｐは、定着装置１３によって定着される。

感光ドラム１上にそのまま残留した付着トナーは、クリーニング装置１４でクリーニングされる。

ここで、上記画像形成装置の各画像形成ユニットＵＹ、ＵＭ、ＵＣ、ＵＢｋにおいて、それぞれが有する感光ドラム１、帯電器２、現像器５、現像剤補給手段４、及びクリーニング装置１４が一体化されて、図５に示すようなプロセスカートリッジＣとして構成され、画像形成装置に着脱自在とされると、プロセスカートリッジＣを交換することによって、各色の画像形成手段の部材を一度に交換することができ、メンテナンス性に優れた画像形成装置が提供できる。尚、プロセスカートリッジＣには、感光ドラム１と現像器５と現像剤補給手段４が備えられ、他の画像形成手段は備えない場合もある。又、感光ドラム１を備えずにカートリッジとして、現像剤補給手段４のみで、或いは現像剤補給手段４と現像器５とが一体化されて画像形成装置に着脱自在とされる場合もある。

そして、本実施例においては、従来例と同様の構成を有し、同様の作像方法をとる現像器５を用い、同様に現像剤補給手段４によるトナー補給を受ける。即ち、現像器５の攪拌室５０１ｃの上部にトナー取付孔５０１ａが設けられ、これが現像剤補給手段４に連結されており、現像剤補給手段４は、図１（ａ）の断面図、図１（ｂ）の正面図に示されるように、メイン容器４１０とサブ容器４０１とで構成され、現像器５のトナー濃度検知結果に基づいて、メイン容器４１０からサブ容器４０１にトナーを移動させ、それを搬送パイプ４０３を通じて現像器５に補給する。ここで現像器５やメイン容器４１０の構成や、トナー補給制御の方法等は従来例と同様であるので説明を省略する。

本実施例では、従来の現像剤補給手段４のサブ容器４２１の構成を変更し、サブ容器４０１としたものである。尚、搬送パイプ４０３の構成は従来と変わらないが、サブ容器４０１から搬送パイプ４０３にトナー補給スクリュー４０４が連通しているので、ここでは搬送パイプ４２３を搬送パイプ４０３と示している。

図１に本実施例における感光ドラム１、現像器５、現像剤補給手段４の概略構成図を示す。図１において、サブ容器４０１における、図６に示す従来のサブ容器４２１との比較における違いは、奥行き（Ａ）、幅（Ｗ）、高さ（Ｈ）共に小型化されており、サブ容器４０１のトナーを蓄えられる内部を重力方向から見たときの形をほぼ正方形に保ったままで、搬送パイプ４０３の長手方向から見たときの面積（斜線部）が１０ｃｍ²以下とし、搬送パイプ４０３の断面積の２倍以上としたことである。

尚、サブ容器４０１の形状を特定した以外、基本的な動作や、内部各部材の役割等は、従来例に説明したものと同様である。即ち、サブ容器４０１は、上部のトナー供給口４０２よりメイン容器４１０からトナーの供給を受け、底部は、側面が略水平方向に突出し、円筒状に形成された搬送パイプ（図示Ｂ範囲）４０３を備えている。上部と底部の中央部には、攪拌部材４０７が設けられており、トナーをほぐす作用が施されている。サブ容器４０１底部から搬送パイプ４０３内に渡って、搬送部材として、螺旋面が形成された補給スクリュー４０４が回転可能に設けられ、その先端には、補給スクリュー４０４を回転駆動する駆動手段４０５が設けられている。そして、サブ容器４０１には、トナーの有無を電気的又は光学的に直接検知するトナーセンサ４０６が設けられている。

このような現像剤補給手段４のサブ容器４０１において、紛体を単位体積当たりの重量を均一に保ちながら搬送するためには、重力方向且つ搬送方向から見た経路や貯蔵空間の断面形状が正方形や円形のように縦横比が均一で対称性をもった形状が望ましく、鋭角な隅などがあったり、縦横比が大きい形状は避けるべきである。

具体的には、サブ容器４０１の重力方向を切った断面が図２（ａ）（ｂ）に示すようにな、鋭角な隅のある三角形（図２（ａ））や、縦横比が大きい帯状（図２（ｂ））の形状だと、図示の通り隅部と中央部で壁面からの抵抗が異なるため、単位体積当たりの重量が均一になりにくい。又、実際の製品では装置内の容積を効率良く使う必要があるため円形は採用できない。

従って、図２（ｃ）に示すような、正方形又はそれに近い長方形が望ましい形となる。ここで、図２（ｃ）に示す方形の横辺の寸法Ａは、図１（ａ）に示すサブトナー４０１のスクリュー４０４の軸方向の寸法Ａを示し、縦辺の寸法Ｗは、図１（ｂ）に示すサブ容器４０１の、スクリュー４０４を横切る方向の寸法Ｗを示す。つまり、サブ容器４０１のトナー搬送方向、ここでは、重力方向から見た断面は、図２（ｃ）に示すような略正方形であることが好適である。しかし、なるべく縦と横の間の角はとがってない方が良く、できるだけ円筒状に近い方がよい。

つまり、サブ容器４０１のトナー搬送方向から見た断面の寸法における最小長さに対する最大長さの割合は、１００％〜３００％であることが好適である。

又、トナーの挙動の特徴として、メイン容器４１０において、トナーを攪拌することで，容器４１０内でのトナー凝集を防止するとともに、空気を内包させることで流動性が向上し、サブ容器４０１と補給パイプ４０３を有するトナー搬送手段へのトナーの移動が容易になることが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

又、トナーに空気を内包することにより、トナーの嵩密度が変化することが知られており、特許文献４によれば、メイン容器４１０に攪拌を加えた前後で約０．４６ｇ／ｃｍ²から約０．２７ｇ／ｃｍ²に変化することが開示されている。

このように，メイン容器４１０内で適度に攪拌されたトナーは，空気を内包し，流動性をもった状態でサブ容器４０１に搬送される。この結果、サブ容器４０１内で空隙等ができずに、単位体積当たりの重量の均一性が確保される。

このとき、サブ容器４０１の容積が大きかったり、断面積が大きかったりすると、トナーの自重により，トナーが圧縮され，内包された空気が抜け，凝集状態に移行してしまい、単位体積当たりの重量が大きくなってしまい、従来例の補給スクリュー４２４と同様に設けられた補給スクリュー４０４の１回転当りで搬送されるトナーの重量が変動してしまい、補給量がばらつく原因となってしまう。

図３は、様々な条件でトナーの補給精度を評価した結果である。横軸はサブ容器４０１のトナーを蓄えられる内部を搬送パイプ４０３の長手方向から見たときの面積であり、縦軸は補給スクリュー４０４を一定角度回転させ、現像容器５０５へ落下したトナーを回収して実測することを繰り返した時のばらつきを標準偏差から換算した指標で百分率表示しており、数値が大きいほどばらつきが大きいことを示している。

図３より明らかなように、断面積を小さくするほどばらつきが小さい、つまり繰り返し精度が高いことを示している。これは、メイン容器４１０からサブ容器４０１へ移した後、早くスクリュー４０４へ到達することによって、密度のばらつきが生じにくいことや、容量が小さいため、トナーの粉体としての内圧むらが小さいことや、トナーの自重による影響が少ないことが要因となって、サブ容器４０１内のトナーの単位体積当りの重量が均一になり、補給するトナー量の精度が向上したと考えられる。

この結果から、（１）サブ容器４０１のトナーを蓄えられる部分の断面形状を、重力方向から見たときにほぼ正方形に保ったままで、（２）サブ容器４０１のトナーを蓄えられる部分を、搬送パイプ４０３の長手方向から見たときの断面積が１０ｃｍ²以下にするという非常に簡単な方法でトナー搬送の精度を向上させることが可能であることが分かる。

又、補給スクリュー４０４を配置して、その部分に確実にトナーを満たさなければならないことやトナーが凝集しないための攪拌部材４０７をサブ容器４０１内に設けることやトナーの有無を検出するセンサ４０６を設けることを考慮すると、断面積を搬送パイプ４０３の断面積の２倍以下にすることは、現実的にできない。

以上、説明した通りサブ容器４０１のトナーを蓄えられる部分の重力方向から見たときの断面形状をほぼ正方形に保ったままで、搬送パイプ４０３の長手方向から見たときの断面積が１０ｃｍ²以下搬送パイプ４０３の断面積の２倍以下にするという非常に簡単な方法で、トナー搬送の精度を向上させることが可能となる。

つまり、サブ容器４０１と搬送パイプ４０３を現実的に可能な範囲の限界まで小型に設計することによって、単位体積当りの重量を乱すことなく極めて均一にトナーを搬送できるという作用を実現している。

よって本発明の現像剤補給手段４によって、トナー補給制御を実行している図４に示すような画像形成装置、又は図５に示すようなプロセスカートリッジを備えた画像形成装置においては、被補給器である現像器５にトナーを精度良く補給できるので、現像器内のＴ／Ｃ比が安定し、画像の濃度や色調の変動が小さくなり、画像形成装置にとっては画像品質上の大きなメリットとなる。

以上、二成分磁気ブラシ現像用の現像器を被補給器とした構成を説明したが、現像方法としては、他にも一成分接触現像方式等さまざまな方法が実用化されている。

又、現像器の構成や、現像剤補給手段は必ずしも図１に示すような形状でなくとも良く、スクリュー類等のトナーの攪拌部材や搬送部材はトナーを搬送できれば図１に示されるような形状でなくとも良い。

本発明に係る現像剤補給手段及びその周囲を示す概略構成図である。 本発明に係るサブ容器の断面形状の比較例（図２（ａ）（ｂ））及び実施例（図２（ｃ））を示す説明図である。 サブ容器の断面積と現像器へのトナー補給量の分布を示すグラフである。 画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 プロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。 従来の現像剤補給手段及びその周囲を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
４ 現像剤補給手段
５ 現像器（被補給器）
４０１ サブ容器
４０２ トナー供給口
４０３ 搬送パイプ
４０４ 補給スクリュー（搬送部材）
４０５ 駆動手段
４０７ 攪拌部材
４１０ メイン容器
５０５ 現像容器

Claims (7)

1. 現像剤を、内部に貯蔵可能なメイン容器と、
   該メイン容器から現像剤の供給を受けることが可能なサブ容器と、
   該サブ容器に形成され、前記メイン容器から現像剤の供給を受けることが可能な供給口と、
   前記サブ容器から突出した部材であり、前記サブ容器から現像剤を搬送する搬送パイプと、
   該搬送パイプの内に設けられ、現像剤を搬送する搬送部材と、
   該搬送部材を駆動する駆動手段と、
   を備え、前記搬送パイプを被補給器に連通させることにより、前記搬送部材の動作により、現像剤を前記被補給器に補給する現像剤補給手段において、
   前記サブ容器は、前記搬送パイプ内の現像剤搬送方向から見たときの断面積が、１０ｃｍ²以下で且つ前記搬送パイプの断面積の２倍以上であることを特徴とする現像剤補給手段。
2. 前記サブ容器内部の現像剤搬送方向から見た断面寸法において、最小長さに対する最大長さの割合は、１００％〜３００％であることを特徴とする請求項１の現像剤補給手段。
3. 前記サブ容器内に動作可能な攪拌部材を有することを特徴とする請求項１又は２の現像剤補給手段。
4. 表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を、現像剤にて現像する現像器と、該現像器に現像剤を補給する請求項１、２又は３の現像剤補給手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
5. 前記現像器は、トナーとキャリアを含む現像剤を収容することを特徴とする請求項４の画像形成装置。
6. 表面に静電潜像が形成される像担持体と、前記静電潜像を、現像剤にて現像する現像器と、該現像器に現像剤を補給する請求項１、２又は３の現像剤補給手段と、を有し、画像形成装置に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 前記現像器は、トナーとキャリアを含む現像剤を収容することを特徴とする請求項６のプロセスカートリッジ。

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