JP2006064729A - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー補給路を介して現像剤収容部に流入する二成分現像剤がトナー収容部からのトナー補給を妨げることを防止して、より速やかなトナー補給を可能とし、これにより、高密度画像の連続形成時においてもトナー濃度変動の少ない良質な画像を得ることができる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像剤担持体３２と、現像剤収容部３３と、トナー収容部３５と、現像剤退避部３４と、現像剤分離手段と、仕切り部材３９とを有し、現像剤収容部３３のトナー濃度に応じて、仕切り部材３９により現像剤退避部３４に導入された二成分現像剤Ｇがトナー収容部３５から補給されたトナーを取り込みながら現像剤収容部３３に流入する現像装置において、仕切り部材３９には、その表面３９ｓ上を流動する二成分現像剤の滞留時間を長くする迂回流路４５が形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置に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、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する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。

特公平５−６７２３３号公報 特開平５−１１９６２５号公報 特開平９−２２１７８号公報 特開２０００−３５２８７７号公報 特開平９−１９７８３３号公報

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であるキャリア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。

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、像担体上の静電潜像に接近すると、静電潜像担持体と現像剤担持体との間に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、濃度低下や濃度斑、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。

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を用いてトナー濃度を検知したり、現像パッチを作成してトナー現像量を検知し、その信号によってトナー補給部材を作動させることによりトナー濃度を一定に保つ制御が行われている。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された場合、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独立してＯＮ／ＯＦＦ駆動できる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。

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や制御方法が既に提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。こうした現像装置は、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。

また、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。すなわち、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ものである。

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その層厚を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。

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。

さらに、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。

さらにまた、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、トナー濃度調整の簡易化を図っている。

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、特に、現像剤担持体周辺の現像剤仕込量を少なくして、その体積変化等を顕著に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。さらに、帯電性能や磁化特性の劣化により磁性キャリアが現像装置本体から抜け出て現像剤収容室内の磁性キャリア量が減少すると、トナー濃度安定時において現像剤収容部内の磁性キャリア量に対するトナー量比率が大きくなる。この結果、十分なトナー帯電が施されず地汚れやトナー飛散が生じるという問題が生じていた。

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、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所望の濃度が維持できないといった問題が生じていた。

さらに、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問題が生じていた。

こうした問題を解決するために、本出願人は以下のような現像装置を既に提案している。

この特願２００３−１８５４９９号に係る現像装置は、内部に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、この現像剤担持体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トナーを供給可能に収容するトナー収容部と、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を余剰現像剤としてせき止めるせき止め部と、このせき止め部に対して現像剤の搬送方向上流側に傾斜配置された仕切り部材とを備え、トナー濃度に応じた二成分現像剤の流動性変化、嵩変化に加えて磁気吸引力の変化を利用して、トナー濃度が低い二成分現像剤を仕切り部材上に流出させて、仕切り部材回りの現像剤の流れを生成することによりトナー補給を行なって、自律的にトナー濃度を維持するようにしたものである。

しかしながら、上記特願２００３−１８５４９９号に係る現像装置の場合には、例えば、高密度画像を連続形成すると仕切り部材上に流れ出す二成分現像剤の流量が増大し、仕切り部材上を経由して、トナー補給路に流入する低濃度の二成分現像剤の流量も増大する。これにより、トナー収容部からトナー補給路を介して現像剤収容部に流入するトナーの流れを妨げることになり、トナー収容部から補給されるトナー流量が減少し、トナー濃度が低下するという問題が生じていた。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、仕切り部材上を流れる二成分現像剤の滞留時間を長くすることにより、トナー補給路を介して現像剤収容部に流入する二成分現像剤がトナー収容部からのトナー補給を妨げることを防止して、より速やかなトナー補給を可能とし、これにより、高密度画像の連続形成時においてもトナー濃度変動の少ない良質な画像を得ることができる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の現像装置は、トナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤を磁力により担持搬送する現像剤担持体と、現像剤担持体に隣接して二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、現像剤収容部にトナー補給路を介して連通し、このトナー補給路を通じてトナーを供給可能に収容するトナー収容部と、現像剤収容部に隣接し現像剤収容部と連通して設けられる現像剤退避部と、現像剤収容部及び現像剤退避部に対して現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に設けられ、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を余剰現像剤としてせき止め、トナー濃度に応じて現像剤収容部又は現像剤退避部に余剰現像剤を分離する現像剤分離手段と、現像剤分離手段により分離された前記余剰現像剤を現像剤収容部又は現像剤退避部に導入すると共に互いを仕切る仕切り部材とを有し、現像剤収容部のトナー濃度に応じて、仕切り部材により現像剤退避部に導入された二成分現像剤がトナー収容部から補給されたトナーを取り込みながら現像剤収容部に流入する現像装置において、前記仕切り部材には、その表面上を流動する二成分現像剤の滞留時間を長くする迂回流路が形成されていることを特徴とする。

このように構成した本発明に係る現像装置は、現像剤担持体と、現像剤収容部と、トナー収容部と、現像剤退避部と、現像剤分離手段と、仕切り部材とを有し、現像剤収容部のトナー濃度に応じて、仕切り部材により現像剤退避部に導入された二成分現像剤がトナー収容部から補給されたトナーを取り込みながら現像剤収容部に流入する現像装置において、仕切り部材には、その表面上を流動する二成分現像剤の滞留時間を長くする迂回流路が形成されているので、二成分現像剤の仕切り部材上での滞留時間が長くなり、これにより仕切り部材上を経由して現像剤収容部に流入する二成分現像剤がトナー収容部からのトナー補給を妨げることを防止して、より速やかなトナー補給を可能とし、高密度画像の連続形成時においてもトナー濃度変動の少ない良質な画像を得ることができる現像装置を提供することができる。

ここで、前記迂回流路は、仕切り部材の表面に形成された凹凸により構成されていてもよい。

この場合は、迂回流路が、仕切り部材の表面に形成された凹凸により構成されているので、仕切り部材上の二成分現像剤の滞留時間を長くする遅延流路を簡易な構成で実現することができる。

また、前記凹凸は、軸方向に延在する傾斜面を有する山形に形成されており、かつ、該傾斜面と水平面とのなす傾斜角度が現像剤の安息角よりも小さい傾斜面を有してもよい。

この場合は、迂回路を形成する凹凸が、軸方向に延在する傾斜面を有する山形に形成されており、該傾斜面と水平面とのなす傾斜角度が現像剤の安息角よりも小さい傾斜面を有するので、現像剤が該傾斜面に捕捉されることにより流れが遅くなり、仕切り部材上での現像剤の滞留時間を長くすることができる。

ここで、傾斜面と水平面とのなす傾斜角度とは、水平面から時計回りに測定した方向を正（＋）方向とし、この傾斜角度が現像剤の安息角よりも小さいとは、−９０°＜傾斜角度＜安息角であることを意味する。ただし、傾斜角度が負（−）となる場合には、隣接する傾斜面により形成される谷部に現像剤が入り込むと、この現像剤が仕切り部材から脱出することができなくなるため、０°＜傾斜角度＜現像剤の安息角であることがより好ましい。

また、前記凹凸は、その表面粗さＲａがトナーの直径よりも大きく、キャリアの直径よりも小さくてもよい。

この場合は、凹凸の表面粗さＲａがトナーの直径よりも大きく、キャリアの直径よりも小さいので、キャリアに付着したトナーが表面の凹凸に引っかかり滞留時間増大の効果が生じ始めてから、この効果が飽和するまでの所定の表面粗さを有する好適な仕切り部材を提供することができる。

また、前記凹凸は、現像剤の流れる方向に沿って、逆Ｖ字状の傾斜面を有する部材で形成されていてもよい。

この場合は、凹凸が、現像剤の流れる方向に沿って、逆Ｖ字状の傾斜面を有する部材で形成されているので、逆Ｖ字状に形成された傾斜面に沿って二成分現像剤が導かれることにより仕切り部材上の迂回流路が増大し、仕切り部材上に二成分現像剤を滞留させる効果を簡易な構成で増大させることができる。

以上において、前記トナーは、重合法により製造された球形トナーであってもよいし、前記トナーの重量平均径は、４〜１２μｍであってもよい。

この場合は、重合法により製造された球形トナー等を用いた場合には、トナー粒度のバラツキや、選択現像などによる粒径の経時変動が少なく、現像剤の流動性変化が少ないことから長期に亘り安定した画像形成が可能となる。

また、本発明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用いて、像担持体上の静電潜像を可視像化する画像形成装置をも対象とする。

本発明によれば、仕切り部材上を流動する二成分現像剤の滞留時間を長くすることで、仕切り部材を経由して現像剤収容部に流入する二成分現像剤が、トナー収容部からのトナー補給を妨げることを防止し、より速やかなトナー補給を可能とする現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
＜実施の形態＞

まず、本発明に係る現像装置を含む画像形成装置の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施の形態を示す概略構成図である。

図１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。さらに、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。

さらに、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。

次に、本実施の形態に係る現像装置の構成について、図２を参照して説明する。図２は本実施の形態に係る現像装置の概要を示す構成図である。

図２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、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及び現像剤退避部３４から流出した二成分現像剤Ｇ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、磁性キャリアと帯電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。

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Ｓ３）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（Ｓ３）から下流側へ所定の間隔で搬送磁極（本例ではＮ１）と、現像磁極（本例ではＳ１）とを配設する一方、搬送磁極（Ｓ３）から上流側へ所定の間隔でピックアップ磁極（本例ではＮ３）と、搬送磁極（本例ではＳ２）と、搬送磁極（本例ではＮ２）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（Ｎ３）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。もちろん、磁極パターンについてはこの限りでなく、各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。

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（反時計回り）に配設されている。さらに、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。

また、本実施の形態において、現像剤撹拌部材３６は、例えば磁性あるいは非磁性のロールからなるが、現像剤担持体３２の軸方向における撹拌性を向上させるためにスパイラル状のオーガやロールの円周上に羽根を設けたブレンダーにしてもよく、複数配設しても差し支えない。

さらに、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及び現像剤退避部３４から流出する二成分現像剤Ｇ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及び現像剤退避部３４から流出する二成分現像剤Ｇ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、トナー補給路３７が設けられている。

また、本実施の形態では、現像剤担持体３２内の搬送磁極（Ｎ１）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（Ｎ１）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μｍ〜数百μｍ程度の間隙で現像剤担持体３２に近接させている。そして、本実施の形態においては、このせき止め部４１と、せき止め部４１よりも回転方向上流側に配置された搬送磁極（Ｎ１）により、現像剤分離手段が構成されている。

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を設ける態様が挙げられる。

さらに、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との間は、仕切り部材３９にて隔てられている。

この仕切り部材３９は、例えば図３に拡大して示されるように、現像剤担持体３２と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。このベースプレート３９ａの傾斜部長さは傾斜上を流れる現像剤が現像剤収容部３３に流れ込むような長さに設定されており、傾斜上を流れる現像剤の内、一部が現像剤収容部３３へ余剰分がトナー収容部３５へ流出する。しかし、この傾斜部の長さは傾斜板上を流れる現像剤全てがトナー収容部３５へ流れ込むような値に設定してもよい。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（Ｎ１）の直上、あるいは搬送磁極（Ｎ１）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。なお、本実施の形態では、前述したせき止め部４１に多くの二成分現像剤Ｇを供給するために、仕切り部材３９の上端部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。

一方、先端部３９ｂの反対側である下端部３９ｃは、前述したトナー補給路３７の上側壁面を形成するような形状となっている。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。

さらに、本実施の形態において、仕切り部材３９の傾斜表面３９ｓには、仕切り部材３９上に流出した二成分現像剤の該仕切り部材３９上の滞留時間を長くする迂回流路４５形成されている。なお、この仕切り部材３９上に形成された迂回流路４５の詳細については、実施例として後述する。

次に、本実施の形態に係る現像装置の作動について、再び図２を参照して説明する。

図２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（Ｎ３）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（Ｎ３）及び搬送磁極（Ｓ３）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（Ｎ１）により穂立ちを形成する。さらに、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。さらに、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。

次に、このように構成した現像装置２４における二成分現像剤Ｇの流れについて、図４及び図５を参照して説明する。

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、現像剤中のトナー量が少ないことから、比較的単位体積当たりの磁性キャリア密度が大きくなっている。つまり、外部磁界（本例ではＮ１）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（Ｎ１）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材３９上に落下し、現像剤退避部３４を経て、その後、現像剤収容部３３又はトナー収容部３５へ流れ込む。

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に導かれた場合、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、トナー補給路３７内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トナー補給路３７付近の二成分現像剤が流動する。これにより、トナー補給路３７は、トナー収容部３５からのトナーＴ及び高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇを受け入れ、このトナーＴ及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇは、トナー補給路３７を経て現像剤収容部３３へと速やかに供給される。

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、比較的単位体積当たりの磁性キャリア密度が小さい。つまり、図５に示されるように、外部磁界（本例ではＮ１）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材３９の先端３９ｂ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、仕切り部材３９上に落下しない。このため、この二成分現像剤Ｇは、仕切り部材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材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ず、トナー補給路３７付近の二成分現像剤Ｇは流動しないので、二成分現像剤Ｇによりふさがれている状態となり、トナー収容部３５からトナーＴ及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇを供給されない。

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の嵩変化及び流動性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及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤をすばやく取り込むことができ、連続画像出力に対応することができる。さらに、前述のようなメカニズムにより、現像剤担持体３２上の飽和トナー濃度は二成分現像剤に働く磁気吸引力に依存するものであり、二成分現像剤の体積に依存しないので、経時で現像装置内の磁性キャリアの量が減少しても飽和トナー濃度は安定した値に保たれる。そして、トナー収容部３５からトナー及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤を供給する場合、二成分現像剤Ｇが現像剤退避部３４を経由するため、現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇの循環が非常に活発になり、トナー及び非常に高い濃度の二成分現像剤の取込みが均一に行なわれる。また、二成分現像剤Ｇの嵩変化及び流動性が強調されること、磁性キャリアが現像剤収容部３３及び現像剤退避部３４からトナー収容部３５へ流出しても構わない構成であることから、現像剤の仕込み量を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、現像剤の長寿命化、低ランニングコストを実現することができる。

ところで、このような補給メカニズムを有する現像装置２４において、高密度画像を連続形成した場合には、仕切り部材３９上に流出する二成分現像剤Ｇの流量が増大し、この二成分現像剤Ｇがトナー補給路３７を介して現像剤収容部３３へと流入することにより、トナー収容部３５からのトナー補給が妨げられ、連続形成枚数の増加に伴って、トナー濃度が低下するという現象が生じていた。

そこで、本実施の形態に係る現像装置においては、前述したように仕切り部材３９の傾斜表面３９ｓに迂回流路４５が形成されているので、仕切り部材３９上に流出した二成分現像剤の仕切り部材３９上の滞留時間が増大する。これにより、仕切り部材３９を経由してトナー補給路３７へと流入する二成分現像剤の単位時間当たりの流量が減少し、トナー収容部３５からのトナー補給を妨げることがなく、より速やかなトナー補給を実現することができるので、高密度画像を連続形成した場合でも、安定した画像濃度を維持することができる現像装置を提供することが可能となる。

次に、このような迂回流路４５の具体的な構成を実施例として、以下に例示する。

本実施例における迂回流路４５は、図６に示されるように、仕切り部材３９の傾斜表面３９ｓに形成された凹凸により構成されている。

この凹凸は、仕切り部材３９の傾斜方向に沿って形成されており、例えば、図６（ａ）に示されるような断面が矩形状の凹凸であってもよいし、（ｂ）に示されるような断面が三角形状の凹凸であってもよい。

なお、三角形状の凹凸の場合には、図７（ａ）に示されるように、該凹凸を形成する斜面Ｓ１，Ｓ２の傾斜角度θ１が現像剤の安息角θよりも小さい斜面Ｓ１を有することが好ましい。

ここで、傾斜角度θ１とは、水平面から時計回りに測定した方向を正（＋）方向とし、傾斜角度θ１が現像剤の安息角θよりも小さいとは、正方向の傾斜角度が安息角θより小さい場合のみならず、負（−）方向の角度も含むものとする。具体的には、−９０°＜傾斜角度θ１＜安息角θであることを意味する。

このように断面が三角形状の斜面Ｓ１，Ｓ２の傾斜角度が、現像剤の安息角θよりも小さい傾斜面を有することにより、例えば、仕切り部材３９の配置上の制約等により、仕切り部材３９全体の傾斜角度θ２（図７（ｂ）参照）を現像剤の安息角θ（図７（ｃ）参照）よりも大きく設定する必要がある場合でも、図７（ａ）に示されるように、三角形状の斜面Ｓ１の傾斜角度θ１が安息角θよりも小さくなるように傾斜面を形成することにより、この傾斜面にトナーが捕捉されて、現像剤の流れを遅くして、仕切り部材３９上での現像剤の滞留時間を長くする効果を得ることができる（図７（ｄ）参照）。

なお、図７（ａ）では、斜面Ｓ１が略水平に図示されているが、この斜面Ｓ１は、水平である必要はなく、例えば、図７（ｅ）に示されるように、水平面から時計回りに測定した傾斜角度θ１が、安息角θよりも小さくなればよい。ただし、傾斜角度θ１が負となる場合には、隣接する傾斜面により形成される谷部に現像剤が入り込むと、この現像剤が仕切り部材３９上から脱出する（傾斜表面３９ｓを流動する）ことができなくなるため、０°＜傾斜角度θ１＜現像剤の安息角θであることがより好ましい。

このように仕切り部材３９の傾斜表面３９ｓに、上述のような凹凸を形成することにより、仕切り部材３９上に流出した二成分現像剤の滞留時間を長くする迂回流路４５を簡易な構成で実現することができる。

本実施例における迂回流路４５は、仕切り部材３９の傾斜表面３９ｓに所定の表面粗さを有する粗面を形成したものである。この粗表面は、例えば、サンドブラスト法などにより直接形成してもよいし、仕切り部材３９を型成型する際に、型表面を粗くして成型することにより形成してもよい。

ここで、この粗表面の表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１に準拠）は、トナーの直径（５μｍ〜８μｍ）よりも大きく、キャリアの直径（３５μｍ〜５５μｍ）よりも小さいことが好ましい。

これは、表面粗さＲａがトナーの直径より大きくなると、キャリアに付着したトナーが凹凸表面に引っ掛かり始め、二成分現像剤の流速を低減（滞留時間を増大）する効果が生じ始めると共に、こうした効果は、表面粗さＲａがキャリアの直径より大きくなると飽和するためである。

このような表面粗さＲａとトナー濃度との関係を実測した結果を図８に示す。図８は、記録材１００枚に画像を連続形成した場合に、１枚目と１００枚目との黒部の画像の反射濃度差と表面粗さとの関係を示す図である。

図８から理解されるように、表面粗さＲａが大きくなるにつれて、１枚目と１００枚目との画像の反射濃度差が小さくなる。具体的には、表面粗さＲａがトナーの直径（本例の場合は、約７μｍ）より大きくなると、許容範囲である反射濃度差０．１以下となり、表面粗さＲａがキャリアの直径（本例の場合は、約５０μｍ）より大きくなると一定の反射濃度差（約０．０２）に収束することがわかる。

本実施例における迂回流路４５は、仕切り部材３９の傾斜表面３９ｓに、軸方向に沿って延在する複数の逆Ｖ字状の傾斜部４６を設けたものである。

具体的には、図９（ａ）に示されるように、仕切り部材３９の傾斜表面３９ｓに傾斜下方に向かって開口するような逆Ｖ字状の傾斜部４６を複数設けることにより、該表面を流動する二成分現像剤の流路を長くしたものである。ここで、この傾斜部４６の幅Ｗは、キャリア直径の１０〜１００倍程度の大きさに設定されている。

なお、この幾何学形状は、逆Ｖ字状に限定されるものではなく、図９（ｂ）に示されるように、製作の容易性等を考慮して、同様な傾斜部４６を有する矩形状に形成してもよい。

さらに、大きさについても、多量の二成分現像剤が仕切り部材３９上に流出しても対応可能なように、キャリア直径の１００〜４００倍程度の大きさに設定してもよい。

以上のような、仕切り部材３９上に迂回流路４５を形成した本発明に係る現像装置と、このような迂回流路４５を有しない従来構成の現像装置を用いて、高密度画像を連続形成した際のそれぞれの反射濃度を検証した結果を図１０に示す。

図１０に示されるように、従来構成の現像装置の場合は、記録材全面に画像を形成するような高密度画像を連続形成した場合には、４０枚程度の連続画像形成で若干の濃度低下が生じ、以降、連続形成枚数の増加に伴って濃度低下が増大するが、本発明に係る現像装置を用いた場合には、１００枚以上の連続的な画像形成を行なった場合でも、濃度低下が生じないことが理解される。

また、本発明の現像装置に好適なトナーとしては、乳化重合法や懸濁重合法により生成された球形トナー（特に、重量平均径が４〜１２μｍの範囲にあるもの）が挙げられる。

これは、本発明においては、現像剤の流動性を安定した状態に保つことが好ましく、このようなトナーを用いることで、現像剤の流動性を安定化させ、これにより、長期に亘り安定した画像形成が可能となるからである。なお、本発明に好適なトナーとしては、粉砕法により製造したものを分級したものでもよいが、乳化重合法や懸濁重合法などの重合法により製造されたものの方が、分級処理や球形化処理などの後処理の手間が少なく、より好ましい。

本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の一実施の形態を示す説明図である。 本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。 本発明に係る仕切り部材周辺の拡大図である。 低トナー濃度時における二成分現像剤とトナーの流れを示す説明図である。 高トナー濃度時における二成分現像剤とトナーの流れを示す説明図である。 迂回流路の実施例１を説明する図である。 傾斜角度が安息角よりも小さい傾斜面を有する凹凸の例を模式的に示す図である。 迂回流路の実施例２における表面粗さＲａと反射濃度差の関係を示す図である。 迂回流路の実施例３を説明する図である。 本発明に係る現像装置と従来構成の現像装置とを用いて、反射濃度とプリント枚数との関係を比較検証した結果を示す図である。

符号の説明

２１：静電潜像担持体、２２：帯電装置、２３：露光装置、２４：現像装置、２５：バイアス電源、２６：転写装置、２７：バイアス電源、２８：記録材、２９：クリーニング装置、３１：現像ハウジング、３２：現像剤担持体、３３：現像剤収容部、３４：現像剤退避部、３５：トナー収容部、３６：現像剤撹拌部材、３７：トナー補給路、３９：仕切り部材、３９ａ：ベースプレート、３９ｂ：上端部、３９ｃ：下端部、３９ｓ：傾斜表面、４１：せき止め部、４５：迂回流路、４６：逆Ｖ字状傾斜部、５０：定着装置、５１：加熱ロール、５２：加圧ロール、３２１：回転スリーブ、３２２：磁極ロール、３５１：トナー撹拌部材、Ｓ１，Ｓ２：斜面、θ：安息角、θ１：斜面の傾斜角度、θ２：仕切り部材の傾斜角度

Claims (9)

1. トナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤を磁力により担持搬送する現像剤担持体と、現像剤担持体に隣接して二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、現像剤収容部にトナー補給路を介して連通し、このトナー補給路を通じてトナーを供給可能に収容するトナー収容部と、現像剤収容部に隣接し現像剤収容部と連通して設けられる現像剤退避部と、現像剤収容部及び現像剤退避部に対して現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に設けられ、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を余剰現像剤としてせき止め、トナー濃度に応じて現像剤収容部又は現像剤退避部に余剰現像剤を分離する現像剤分離手段と、現像剤分離手段により分離された前記余剰現像剤を現像剤収容部又は現像剤退避部に導入すると共に互いを仕切る仕切り部材とを有し、現像剤収容部のトナー濃度に応じて、仕切り部材により現像剤退避部に導入された二成分現像剤がトナー収容部から補給されたトナーを取り込みながら現像剤収容部に流入する現像装置において、
   前記仕切り部材には、その表面上を流動する二成分現像剤の滞留時間を長くする迂回流路が形成されていることを特徴とする現像装置。
2. 前記迂回流路は、仕切り部材の表面に形成された凹凸により構成さ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. 前記凹凸は、軸方向に延在する傾斜面を有する山形に形成されており、かつ、該傾斜面と水平面とのなす傾斜角度が現像剤の安息角よりも小さい傾斜面を有することを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記凹凸は、その表面粗さＲａがトナーの直径よりも大きく、キャリアの直径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
5. 前記凹凸は、現像剤の流れる方向に沿って、逆Ｖ字状の傾斜面を有する部材で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
6. 前記トナーは、球形トナーであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記球形トナーは、重合法により製造されたトナーであることを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
8. 前記トナーの重量平均径は、４〜１２μｍであることを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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