JP2006309261A

JP2006309261A - 現像装置

Info

Publication number: JP2006309261A
Application number: JP2006175711A
Authority: JP
Inventors: Seiji Oka; 誠二岡; Yasushi Akiba; 康秋葉; Kiyonori Tsuda; 清典津田; Hajime Koyama; 一小山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JP3955079B2

Abstract

【課題】部品点数を低減させ、機能の集約化を行うことにより、小型化及び低コスト化を図りつつ品質の安定化を行うことができる現像装置を提供する。
【解決手段】トナー１８と磁性キャリアとを含む２成分現像剤２２を担持して搬送する現像剤担持体１５と、現像剤２２の量を規制する第１の規制部材１７と、現像剤２２を収容する現像剤収容部１６ａと、現像剤担持体１５にトナー１８を供給するトナー収容部１９とを備え、現像剤収容部１６ａは、第１の規制部材１７よりも現像剤２２の搬送方向上流側に配設された、現像剤担持体１５上の現像剤２２のトナー濃度が上昇して該現像剤２２の層厚が増加した場合にこの増加分の通過を規制すべく現像剤担持体１５との間隙が設定された第２の規制部材２３を有することを特徴とする現像装置１３。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置における２成分現像剤を用いる現像装置に関する。

従来、トナー濃度検知手段を必要とせず、現像剤の動きによってトナーを取り込む現像装置が知られている。しかし、この現像装置では、現像剤の動きが活発な箇所とそうでない箇所、あるいは現像剤の多い箇所と少ない箇所においてトナーの取り込み量が異なり、部分的にトナー濃度が不安定となって画像濃度ムラやかぶりが発生し易い。そこで、トナーホッパー内に２つのトナー供給部材を配設し、各トナー供給部材で形成される経路に現像剤を通過させることにより、装置長手方向における濃度ムラやかぶりを解決する技術が「特許文献１」に開示されている。

特開昭６３−４２８２号公報

しかし、「特許文献１」に開示された技術では、トナー供給部材を２つ使用するため、現像ユニットが大型化してしまうと共にコストアップしてしまうという問題点がある。

本発明は上記問題点を解決し、部品点数を低減させ、機能の集約化を行うことにより、小型化及び低コスト化を図りつつ品質の安定化を行うことができる現像装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、内部に磁界発生手段を有し、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持されて搬送される前記現像剤の量を規制する第１の規制部材と、第１の規制部材により掻き落とされた前記現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部に隣接し、前記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、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化により、該現像剤と前記トナーとの接触状態を変化させて、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させる現像装置であって、前記現像剤収容部は、第１の規制部材よりも前記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設された第２の規制部材を有し、第２の規制部材は、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、該現像剤の層厚が増加した場合に該現像剤の増加分の通過を規制すべく、前記現像剤担持体との間隙が設定されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、さらに前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に拘らず、前記現像剤収容部内の現像剤が同現像剤収容部内で移動することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の現像装置において、さらに前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が所定のトナー濃度となった際に、第２の規制部材により通過を規制された現像剤が前記現像剤担持体上の現像剤と前記トナーとの接触部に溜まり、該現像剤が前記接触部を塞ぐことにより前記現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を停止させることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１、請求項２または請求項３記載の現像装置において、さらに前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が所定のトナー濃度となった際に、前記現像剤収容部内での前記現像剤の移動速度が１ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４のうちの何れか１つに記載の現像装置において、さらに前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が、下式で決定されるキャリア被覆率が１００％のときに適正トナー濃度となることを特徴とする。
Ｔｎ＝(１００Ｃ√３)/(２π(１００−Ｃ)・(１＋ｒ/Ｒ)^２・(ｒ/Ｒ)・(ρ_ｔ/ρ_ｃ))
Ｔｎ：キャリア被覆率(％)、Ｃ：現像剤のトナー濃度(ｗｔ％)、Ｒ：キャリア粒径の半径(μｍ)、ｒ：トナー粒径の半径(μｍ)、ρ_ｔ：トナーの真比重◇
(ｇ/ｃｍ^３)、ρ_ｃ：キャリアの真比重(ｇ/ｃｍ^３)
請求項６記載の発明は、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持されて搬送される前記現像剤の層厚を規制する第１の規制部材と、第１の規制部材よりも前記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設された、前記現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部に隣接し、前記現像剤担持体上にトナーを供給するトナー供給開口部を有するトナー収容部とを具備し、前記トナー供給開口部が、所定の長さを有すると共に前記現像剤担持体と所定の間隙をもってそれぞれ配設された第２の規制部材及びこれと対向する対向面とから構成され、前記現像剤収容部と前記トナー収容部とを連通する現像装置であって、第１の規制部材で層厚を規制された前記現像剤担持体上の現像剤層よりも厚い現像剤層を前記トナー供給開口部に形成すべく、第２の規制部材と前記現像剤担持体との間隙及び前記対向面と前記現像剤担持体との間隙がそれぞれ設定されていることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の現像装置において、さらに前記トナー供給開口部に形成される前記現像剤層の層厚が、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変動に応じて変化することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項７記載の現像装置において、さらに前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変動に応じて前記トナー供給開口部に前記現像剤層を形成するときの、前記現像剤の移動速度が１ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項６記載の現像装置において、さらに前記現像剤担持体上の現像剤層の表面と、前記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向と反対方向に循環する前記現像剤収容室内の現像剤の表面とで界面部を形成し、該界面部における前記現像剤担持体上の現像剤の搬送力が、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて変動することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項２または請求項６記載の現像装置において、さらに第２の規制部材が、前記現像剤担持体の周辺に形成される現像剤の流れを妨げる向きに設けられていることを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項６記載の現像装置において、さらに前記対向面と前記現像剤担持体との間隙δ１と第２の規制部材と前記現像剤担持体との間隙δ２との関係が、δ２＜δ１であることを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を貯留する現像剤収容部と、潜像担持体と対向配置され、内部に磁界発生手段を備えた回動自在の現像剤担持体と、前記現像剤担持体上に担持された前記現像剤の層厚を規制する第１の規制部材と、内部に回動自在のトナー供給手段を有するトナー収容部とを具備し、前記現像剤収容部内における前記現像剤の移動により、前記現像剤と接触すべく前記トナー収容部内に貯留されたトナーを前記現像剤収容部内に取り込む現像装置において、前記現像剤収容部の内壁面から、この内壁面に対向する前記現像剤担持体表面までの最大距離が、前記現像剤担持体の半径よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項１２記載の現像装置において、さらに前記現像剤担持体表面までの距離が最大である前記現像剤収容部の内壁面の部位よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側の位置に、前記現像剤収容部内に入り込む前記トナーの量を規制する第２の規制部材を有することを特徴とする。

請求項１４記載の発明は、トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を貯留する現像剤収容部と、潜像担持体と対向配置され、内部に磁界発生手段を備えた回動自在の現像剤担持体と、前記現像剤担持体上に担持された前記現像剤の層厚を規制する第１の規制部材と、内部に回動自在のトナー供給手段を有するトナー収容部とを具備し、前記現像剤収容部内における前記現像剤の移動により、前記現像剤と接触すべく前記トナー収容部内に貯留されたトナーを前記現像剤収容部内に取り込む現像装置において、前記現像剤担持体表面までの距離が最大となる前記現像剤収容部の内壁面の部位よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側の位置に、前記現像剤担持体表面と対向すべく、前記現像剤収容部内に入り込む前記トナーの量を規制する第２の規制部材を配設し、第２の規制部材と前記現像剤担持体表面との間隔を、第１の規制部材と前記現像剤担持体表面との間隔の２〜６倍としたことを特徴とする。

請求項１５記載の発明は、トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を貯留する現像剤収容部と、潜像担持体と対向配置され、内部に磁界発生手段を備えた回動自在の現像剤担持体と、前記現像剤担持体上に担持された前記現像剤の層厚を規制する第１の規制部材と、内部に回動自在のトナー供給手段を有するトナー収容部とを具備し、前記現像剤収容部内における前記現像剤の移動により、前記現像剤と接触すべく前記トナー収容部内に貯留されたトナーを前記現像剤収容部内に取り込む現像装置において、前記現像剤担持体表面までの距離が最大となる前記現像剤収容部の内壁面の部位よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側の位置に、前記現像剤担持体表面と対向すべく、前記現像剤収容部内に入り込む前記トナーの量を規制する第２の規制部材を配設し、前記第２の規制部材の先端位置を、前記現像剤担持体の回転中心よりも上方に位置させたことを特徴とする。

請求項１６記載の発明は、請求項１２または請求項１３記載の現像装置において、さらに前記磁界発生手段は、前記潜像担持体と対応する位置に配置された第１極と、前記現像剤収容室と対応する位置に配置された第２極とを有し、第１極の磁力が第２極の磁力の１．２倍以上であることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、第２の規制部材が増加した現像剤の通過を規制し、規制された現像剤がトナーの取り込みを制御することにより、トナー供給を常時一定に自己制御することができるので、簡易な構成でトナー濃度の調整を容易に行うことができる。

請求項５記載の発明によれば、キャリア被覆率が１００％のときに適正トナー濃度とすることにより、キャリア表面を完全にトナーが覆うことにより、キャリアの膜削れを防止することができ、現像剤の寿命を延ばすことができる。

請求項７記載の発明によれば、トナー供給開口部において、トナー濃度に応じた層厚の現像剤層を形成することができるので、トナーの取り込みを自己制御することができ、小型で低コストの現像装置を提供することができる。

請求項８記載の発明によれば、トナー供給開口部に現像剤の層を形成する際の現像剤の循環移動速度を１ｍｍ／ｓ以上としたので、トナー取り込み部で常に現像剤の撹拌を行うことができ、トナーの帯電量の低下を防止して異常画像の発生を防止することができる。

請求項１２記載の発明によれば、現像剤収容室が現像剤の循環に十分なスペースを有するので、トナー濃度センサーを用いることなく、現像剤収容室内のトナー濃度を一定範囲内に維持することができる。

請求項１３記載の発明によれば、トナーの取り込み部に存在する現像剤を、第２の規制部材が現像剤担持体の軸方向において均一化させるので、トナーを均一に取り込むことにより画像ムラを防止することができる。

請求項１４記載の発明によれば、トナーの取り込み部に存在する現像剤を、第２の規制部材が現像剤担持体の軸方向において均一化させつつ、適量を現像剤収容室内に取り込むので、トナーを均一に取り込むことにより画像ムラを防止すると共に、適正なトナー濃度とすることができる。

請求項１５記載の発明によれば、第２の規制部材の先端位置を現像剤担持体の中心位置よりも上方に設けることにより、現像剤の自重による、取り込み部での現像剤の動きの制限を緩和し、磁力で保持できる現像剤の量によりトナー濃度をコントロールすることができる。

請求項１６記載の発明によれば、現像剤収容室内での現像剤の動きを活発化させつつ、キャリア付着しないように第１極の磁力を高くすることにより、現像剤担持体の軸方向においてムラのない良好な画像を得ることができる。

図１は、本発明の第１の実施形態を採用した画像形成装置の現像装置要部の概略構成図である。
潜像担持体である感光体ドラム１の側方に配設された現像装置１３は、支持ケース１４、現像剤担持体としての現像スリーブ１５、現像剤収容部材１６、現像剤規制部材としての第１ドクターブレード１７等から主に構成されている。

感光体ドラム１側に開口を有する支持ケース１４は、内部にトナー１８を収容するトナー収容部としてのトナーホッパー１９を形成している。トナーホッパー１９の感光体ドラム１側寄りには、トナー１８と磁性粒子であるキャリアとからなる現像剤２２を収容する現像剤収容部１６ａを形成する現像剤収容部材１６が、支持ケース１４と一体的に設けられている。また、現像剤収容部材１６の下方に位置する支持ケース１４には、対向面１４ｂを有する突出部１４ａが形成されており、現像剤収容部材１６の下部と対向面１４ｂとの間の空間によって、トナー１８を供給するためのトナー供給開口部２０が形成されている。

トナーホッパー１９の内部には、図示しない駆動手段によって回動されるトナー供給手段としてのトナーアジテータ２１が配設されている。トナーアジテータ２１は、トナーホッパー１９内のトナー１８をトナー供給開口部２０に向けて撹拌しながら送り出す。また、トナーホッパー１９の、感光体ドラム１と対向する側には、トナーホッパー１９内のトナー１８の量が少なくなったときにこれを検知するトナーエンド検知手段１４ｃが配設されている。

感光体ドラム１とトナーホッパー１９との間の空間には、現像スリーブ１５が配設されている。図示しない駆動手段で図の矢印方向に回転駆動される現像スリーブ１５は、その内部に、現像装置１３に対して相対位置不変に配設された、磁界発生手段としての図示しない磁石を有している。

現像剤収容部材１６の、支持ケース１４に取り付けられた側と対向する側には、第１ドクターブレード１７が一体的に取り付けられている。第１ドクターブレード１７は、その先端と現像スリーブ１５の外周面との間に一定の隙間を保った状態で配設されている。

現像剤収容部材１６の、トナー供給開口部２０の近傍に位置する部位には、規制部材としての第２ドクターブレード２３が配設されている。第２ドクターブレード２３は、その自由端が現像スリーブ１５の外周面に対して一定の隙間を保つべく、現像スリーブ１５の表面に形成される現像剤２２の層の流れを妨げる方向、すなわち、自由端を現像スリーブ１５の中心に向けて、基端を現像剤収容部材１６に一体的に取り付けられている。

現像剤収容部１６ａは、現像スリーブ１５の磁力が及ぶ範囲で、現像剤２２を循環移動させるに十分な空間を有するように構成されている。

なお、対向面１４ｂは、トナーホッパー１９側から現像スリーブ１５側に向けて下向きに傾斜するよう、所定の長さにわたって形成されている。これにより、振動、現像スリーブ１５の内部に設けられた図示しない磁石の磁力分布のむら、現像剤２２中の部分的なトナー濃度の上昇等が発生した際に、第２ドクターブレード２３と現像スリーブ１５の周面との間から現像剤収容部１６ａ内のキャリアが落下しても、落下したキャリアは対向面１４ｂで受けられて現像スリーブ１５側に移動し、磁力で現像スリーブ１５に磁着されて再び現像剤収容部１６ａ内に供給される。これにより現像剤収容部１６ａ内のキャリア量の減少を防止することができ、画像形成時における、現像スリーブ１５の軸方向での画像濃度むらの発生を防止することができる。対向面１４ｂの傾斜角度αとしては５゜程度が、また、所定の長さｌとしては、好ましくは２〜２０ｍｍ、さらに好ましくは３〜１０ｍｍ程度が望ましい。

上記構成により、トナーホッパー１９の内部からトナーアジテータ２１によって送り出されたトナー１８は、トナー供給開口部２０を通って現像スリーブ１５に担持された現像剤２２に供給され、現像剤収容部１６ａへ運ばれる。そして、現像剤収容部１６ａ内の現像剤２２は、現像スリーブ１５に担持されて感光体ドラム１の外周面と対向する位置まで搬送され、トナー１８のみが感光体ドラム１上に形成された静電潜像と静電的に結合することにより、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。

ここで、上記トナー像形成時における現像剤２２の挙動を説明する。
現像装置１３に磁性キャリア２２ａのみからなるスタート剤をセットすると、図２に示すように、磁性キャリア２２ａは現像スリーブ１５の表面に磁着されるものと現像剤収容部１６ａ内に収容されるものとに分かれる。現像剤収容部１６ａ内に収容された磁性キャリア２２ａは、現像スリーブ１５の矢印ａ方向への回転に伴い、現像スリーブ１５内からの磁力によって矢印ｂ方向へ、１ｍｍ／ｓ以上の移動速度で循環移動する。そして、現像スリーブ１５の表面に磁着された磁性キャリア２２ａの表面と現像剤収容部１６ａ内で移動する磁性キャリア２２ａの表面との境界部において界面Ｘが形成される。

次に、トナーホッパー１９にトナー１８がセットされると、トナー供給開口部２０より現像スリーブ１５に担持された磁性キャリア２２ａにトナー１８が供給される。従って、現像スリーブ１５は、トナー１８と磁性キャリア２２ａとの混合物である現像剤２２を担持することとなる。

現像剤収容部１６ａ内では、収容されている現像剤２２の存在により、現像スリーブ１５によって搬送される現像剤２２に対して、その搬送を停止させようとする力が働いている。そして、現像スリーブ１５に担持された現像剤２２の表面に存在するトナー１８が界面Ｘへ搬送されると、界面Ｘ近傍における現像剤２２間の摩擦力が低下して界面Ｘ近傍の現像剤２２の搬送力が低下し、これにより界面Ｘ近傍での現像剤２２の搬送量が減少する。

一方、合流点Ｙより現像スリーブ１５の回転方向上流側の現像剤２２には、上述の現像剤収容部１６ａ内のような、現像スリーブ１５によって搬送される現像剤２２に対して、その搬送を停止させるような力は作用しないので、合流点Ｙへ搬送されてきた現像剤２２と界面Ｘを搬送される現像剤２２との搬送量のバランスが崩れて現像剤２２の玉突状態が発生し、合流点Ｙの位置が上昇して界面Ｘを含む現像剤２２の層厚が増加する。また、第１ドクターブレード１７を通過した現像剤２２の層厚も徐々に増加し、この増加した現像剤２２が第２ドクターブレード２３によって掻き落とされる。

そして、第１ドクターブレード１７を通過した現像剤２２が所定のトナー濃度に達すると、図４に示すように、第２ドクターブレード２３に掻き落とされて層状となった増加分の現像剤２２がトナー供給開口部２０を塞ぎ、この状態でトナー１８の取り込みが終了する。このとき、現像剤収容部１６ａ内ではトナー濃度が高くなることにより現像剤２２の嵩が大きくなり、これにより現像剤収容部１６ａ内の空間が狭くなることによって、現像剤２２が図の矢印ｂ方向に循環移動する移動速度も低下する。

このトナー供給開口部２０を塞ぐように形成された現像剤２２の層において、第２ドクターブレード２３に掻き落とされた現像剤２２は、図４に矢印ｃで示すように、速度１ｍｍ／ｓ以上の移動速度で移動して対向面１４ｂで受けられるが、対向面１４ｂが現像スリーブ１５側に向けて角度αで下方に傾斜し、かつ、所定長さｌを有しているため、現像剤２２の層の移動による、トナーホッパー１９への現像剤２２の落下を防止することができ、現像剤２２の量を常に一定に保つことができるので、トナー供給を常時一定に自己制御することが可能となる。

このときの所定のトナー濃度としては、数々の実験、研究等の結果、下式１で示される、磁性キャリア２２ａの粒径等を考慮したキャリア被覆率の計算式を用い、キャリア被覆率が１００％となるトナー濃度を上限トナー濃度としたときに、地汚れやベタ部の白抜け等のない良好な画像が得られることが判明した。
被覆率（Ｔｎ）＝（ｎ個のトナーが占有する面積の和／キャリアの表面積）×１００…（式１）
ここで、トナー１個が占有する面積は２（√３）ｒ^２、キャリア１個の表面積は４π（Ｒ＋ｒ）^２であるので、キャリア被覆率（Ｔｎ）は下式２のように表される。◇

また、トナー濃度の値（ｗｔ％）はトナーの重さ／（トナーの重さ＋キャリアの重さ）×１００で表される。ここでは普遍性を持たせるため、図５（ａ），（ｂ）に示すように、キャリア及びトナーをそれぞれ球形とみなし、キャリア表面をトナーが隙間なく最密状態の斜方配置で覆ったときのトナー濃度を考え、すなわち、キャリア１個の表面をｎ個のトナーが１層の状態で完全に覆った状態を被覆率１００％とする。このときの１個のキャリア表面を隙間なく覆うトナー数を限界トナー数とする。このキャリア被覆率の計算には、従来、平面的近似と球面的近似とが提案されているが、本実施例では、実用的なトナー及びキャリアの半径比の実用的な範囲において、平面的近似によって計算する。

この平面的近似による計算は、図５（ａ）に示すように、トナー１８及び磁性キャリア２２ａの半径をそれぞれｒ，Ｒとし、図５（ｂ）に示すように、半径（ｒ＋Ｒ）の球の表面を１個の実質的占有面積である平行四辺形ＤＥＦＧの面積で除して限界トナー数Ｎを求めると、Ｎは下式３で示される。なお、この近似方法では、磁性キャリア２２ａの表面がトナー１８からみて平面とみなせる条件；Ｒ》ｒが必要である。

また、現像剤２２のトナー濃度Ｃ（ｗｔ％）をキャリア表面上のトナー数ｎを用いて表すと、キャリア１個の重さ；４πＲ^３ ρｃ／３、トナー１個の重さ；４πｒ^３ ρｔ／３であるので、下式４のようになる。ここで、ｒはトナー粒径の半径（μｍ）、Ｒはキャリア粒径の半径（μｍ）、ρｔはトナーの真比重（ｇ／ｃｍ^３）、ρｃはキャリアの真比重（ｇ／ｃｍ^３）である。

上記式２及び式４からｎを消去して整理すると、下式５を得る。

図６（ａ）は、キャリア被覆率が１００％のときのトナー濃度におけるトナー１８の付着状態をスケッチした図である。同図に示すように、キャリア被覆率１００％のときには、磁性キャリア２２ａの粒子表面にトナー１８が隙間なく１層で付着している。一方、図６（ｂ）は、キャリア被覆率が１６９％のときのトナー濃度におけるトナー１８の付着状態をスケッチしたものである。同図に示すように、キャリア被覆率１６９％のときには、磁性キャリア２２ａの粒子表面をトナー１８が幾重にも重なって覆っている。このようにキャリア被覆率が１００％を超えると、キャリア２２ａの表面をトナー１８が完全に覆ってしまうことが確認された。

ところで、キャリア被覆率が１００％を超えた状態で現像剤収容部１６ａに入った現像剤２２は、互いに摩擦を繰り返すこととなる。トナー１８は磁性キャリア２２ａとの摩擦によって帯電するが、キャリア被覆率が１００％を超える場合にはキャリア表面が露出しないため、既に磁性キャリア２２ａを覆っているトナー１８をさらにトナー１８が覆うこととなる。従って、トナー１８同士が擦れ合うことによって、正に帯電するトナーと負に帯電するトナーとが発生し、帯電状態が不均一となってしまう。ここで、例えば、キャリア２２ａとトナー１８との摩擦によってトナー１８が負に帯電されたとすると、トナー１８同士の摩擦によって正に帯電されたトナー１８は静電潜像への付着が正常に行われなくなり、地汚れ等の不具合を生じてしまう。

このように、式５に示す式を用いてキャリア被覆率が１００％を超えないようなトナー濃度を上限トナー濃度として決定し、この上限トナー濃度を実現できるキャリア量の現像剤を現像剤収容部１６ａにセットすることで、地汚れ等の不具合を発生させることなく、良好なトナー像を得ることができる。

現像領域でトナー１８が消費されると、界面Ｘ上のトナー濃度が減少することにより、界面Ｘでのトナー搬送力が増加する。この搬送力の増加に伴い、厚くなった現像剤２２の層を引き戻そうとする力が作用して、現像剤２２の状態が図４に示す状態から図３に示す状態へと変化する。図３に示す状態となると、トナー１８の取り込みが再び開始され、これが所定のトナー濃度となるまで行われる。

上述のように、現像剤収容部１６ａが、現像スリーブ１５の磁力が及ぶ範囲で現像剤２２を移動させるに十分な空間を有することにより、現像剤収容部１６ａ内の現像剤２２がトナー濃度の如何に拘らず１ｍｍ／ｓ以上の速度で常時循環が可能であり、第１ドクターブレード１７あるいは現像領域を通過した現像剤２２と現像剤収容部１６ａ内の現像剤２２との入れ替えが徐々に行われ、現像剤収容部１６ａ内にセットした現像剤２２を全て使用することができる。これにより、現像剤２２にかかるストレスを分散させることができ、磁性キャリアの膜削れの防止、あるいはトナースペント化の進行を遅らせることができる。すなわち現像剤２２の寿命を延ばすことができるため、小型でありながら画像形成枚数の多い高速域までもカバーすることが可能な現像装置を実現することができる。

第１の実施例において、図７に示すように、突出部１４ａと現像スリーブ１５との間隙δ１を第２ドクターブレード２３の先端と現像スリーブ１５との間隙δ２以上と構成することにより、現像スリーブ１５の表面上に形成された現像剤２２の層を薄層化した状態でトナー１８の供給を制御することができるため、画像面積の多い画像を形成した場合にも消費されたトナー１８を迅速に現像剤２２に供給することができ、何枚も連続で画像形成を行うことができる。

第１の実施形態の変形例として、図８に示すように、現像剤収容部材１６に代えて現像剤収容部材２４を用いてもよい。この現像剤収容部材２４は、第１ドクターブレード１７と対向する側の側壁２４ｂが現像スリーブ１５側に傾いて設けられている。この現像剤収容部材２４を用いることにより、第２ドクターブレード２３を設けることなく側壁２４ｂで現像剤２２の層圧を規制することができる。なお、現像剤収容部材２４内の現像剤収容部２４ａは、現像スリーブ１５の磁力が及ぶ範囲で、現像剤２２を循環移動させるに十分な空間を有するように構成されている。

図９は、本発明の第２の実施形態を採用した画像形成装置の現像装置要部の概略構成図である。
感光体ドラム１の側方に配設された現像装置２は、支持ケース３、現像剤担持体としての現像スリーブ４、現像剤収容部材５、規制部材としての第１ドクターブレード６等から主に構成されている。

感光体ドラム１側に開口を有する支持ケース３は、内部にトナー７を収容するトナーホッパー８を形成している。トナーホッパー８の感光体ドラム１側寄りには、トナー７と磁性粒子であるキャリアとからなる現像剤１１を収容する現像剤収容部５ａを形成する現像剤収容部材５が、支持ケース３と一体的に設けられている。また、現像剤収容部材５の下方には、部材３ａが支持ケース３と一体的に設けられており、現像剤収容部材５の下部と部材３ａの上部との空間によって、トナー７を供給するためのトナー供給開口部９が形成されている。

トナーホッパー８の内部には、図示しない駆動手段によって回動されるトナー供給手段としてのトナーアジテータ１０が配設されている。トナーアジテータ１０は、トナーホッパー８の内部のトナー７をトナー供給開口部９に向けて撹拌しながら送り出す。

感光体ドラム１とトナーホッパー８との間の空間には、現像スリーブ４が配設されている。図示しない駆動手段で図の矢印方向に回転駆動される現像スリーブ４は、その内部に、現像装置２に対して相対位置不変に配設された、Ｐ１極、Ｐ２極、Ｐ３極、Ｐ４極の４極の磁石を有している。Ｐ１極は感光体ドラム１の外周面に、Ｐ２極、Ｐ３極は支持ケース３と現像スリーブ４との間の現像剤通路に、また、Ｐ４極は現像剤収容部５ａにそれぞれ対応する位置に配設されている。

現像剤収容部材５の、支持ケース３に取り付けられた側と対向する側には、第１ドクターブレード６が一体的に取り付けられている。第１ドクターブレード６は、その先端と現像スリーブ４の外周面との間に一定の隙間を保った状態で配設されている。また、現像剤収容部材５の、トナー供給開口部９の近傍に位置する部位には、規制部材としての第２ドクターブレード１２が配設されている。第２ドクターブレード１２は、その自由端が現像スリーブ４の外周面に対して一定の隙間を保つべく、基端を現像剤収容部材５に一体的に取り付けられている。

上記構成により、トナーホッパー８の内部からトナーアジテータ１０によって送り出されたトナー７は、トナー供給開口部９を通って現像スリーブ４に担持された現像剤１１に供給され、現像剤収容部５ａ内へ運ばれる。そして、現像剤収容部５ａ内の現像剤１１は、現像スリーブ４に担持されて感光体ドラム１の外周面と対向する位置まで搬送され、トナー７のみが感光体ドラム１上に形成された静電潜像と静電的に結合することにより、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。

上記動作中、現像剤収容部５ａ内における現像剤１１は、図１０に示す矢印の方向に回転しており、第２ドクターブレード１２の先端と現像スリーブ４の外周面との間からトナー７を現像剤収容部５ａ内に取り込んでいるが、現像剤収容部５ａ内の現像剤１１の抗力（重力、嵩の増加）の影響により、トナー７の取り込みが左右される。そこで、現像剤収容部５ａの内壁面５ｂから現像スリーブ４の外周面までの最大距離Ｓを変化させ、そのときのトナー濃度を測定した結果、最大距離Ｓを現像スリーブ４の半径ｒ１よりも小さくすると、狙いのトナー濃度に達する前に現像剤収容部５ａ内の現像剤１１の嵩及び重力が増加し、抗力が増加するためにトナーの取り込み時間が少なくなり、狙いのトナー濃度に達する前に上限トナー濃度となってしまうため、最適領域のトナー濃度で使用できないことが判明した。

また、収容スペースを狭くした分、現像剤収容部５ａ内にセットする現像剤１１の量を少なくすると、Ｐ４極の磁力を弱めないと現像剤１１が動かなくなり、現像剤１１が動くまでＰ４極の磁力を弱めると、製造上、Ｐ１極の磁力もそれに付随して弱くなってしまい、キャリアが感光体ドラム１に付着してしまう等の問題が発生し、たとえＰ１極の磁力を維持できたとしても、第１ドクターブレード６を通過する現像剤１１の量が不安定となり、現像スリーブ軸方向でのムラのある画像となってしまうということが判明した。

また、現像剤収容部５ａ内へのトナー７の取り込み量は、図１１に示すように、第２ドクターブレード１２の先端と現像スリーブ４の外周面との間の隙間によって左右される。そこで、この隙間を変化させ、そのときのトナー濃度を測定した結果、この隙間を第１ドクターブレード６の先端と現像スリーブ４の外周面との間の隙間ＤＧの２倍以下とすると、第２ドクターブレード１２に塞き止められてかなりの量の現像剤１１が溢れ出し、トナー７も現像剤収容部５ａ内へ入りにくくなってトナー濃度が低下してしまうということが判明した。

また、第２ドクターブレード１２の先端と現像スリーブ４の外周面との間の隙間を隙間ＤＧの６倍以上とすると、現像剤収容部５ａ内へ取り込まれたときに現像スリーブ軸方向に現像剤１１の量ムラが発生し、部分的にトナー７を取り込み易い箇所と取り込みにくい箇所ができてしまい、画像ムラが発生してしまうということが判明した。

さらに、現像剤収容部５ａ内へのトナー７の取り込み量は、図１２に示すように、第２ドクターブレード１２の高さ方向の突き出し位置Ｘ１によっても左右される。この突き出し位置Ｘ１が現像スリーブ４の中心Ｏよりも下方に位置すると、トナー７の取り込み位置が下方寄りとなり、重力の影響によりトナー７を取り込みにくくなってしまう。

現像剤収容部５ａ内での現像剤１１の動きは、図１３に示すように、現像スリーブ４内の磁石の磁力によっても左右される。そこで、Ｐ２極、Ｐ３極、Ｐ４極の磁力を一定とし、Ｐ１極の磁力を変化させて実験を行った結果、Ｐ１極の磁力をＰ４極の磁力の１．２倍以上（例えばＰ４極の磁力が６０．０ミリテスラであれば、Ｐ１極の磁力は７２．０ミリテスラ以上）とすることにより、現像剤収容部５ａ内での現像剤１１の動きが活発化し、第１ドクターブレード６を通過する現像剤１１の量が安定化することが判明した。

図１４は、本発明に用いられる現像剤１１のキャリア量とトナー７の上限濃度との関係を示している。現像剤収容部５ａ内にセットされるキャリアの量が多いほど現像剤収容部５ａ内にトナー７を取り込む時間が減少してトナー濃度が低くなり、キャリアの量が少ないほどトナー濃度は高くなる。また、隙間ＤＧを広げると、上限トナー濃度を高く設定することができる。

本発明の第１の実施例を採用した画像形成装置の現像装置要部の概略構成図である。本発明の第１の実施例における現像剤の挙動を説明する部分側断面図である。本発明の第１の実施形態における現像剤の挙動を説明する部分側断面図である。本発明の第１の実施形態における現像剤の挙動を説明する部分側断面図である。本発明の第１の実施形態におけるキャリア被覆率を説明する模式図である。本発明の第１の実施形態における（ａ）キャリア被覆率１００％時のキャリアへのトナーの付着状態を示す図、（ｂ）キャリア被覆率１６９％時のキャリアへのトナーの付着状態を示す図である。本発明の第１の実施形態の変形例を説明する部分側断面図である。本発明の第１の実施形態の他の変形例を説明する部分側断面図である。本発明の第２の実施形態を採用した画像形成装置の現像装置要部の概略構成図である。本発明の第２の実施形態を説明する現像装置要部の部分側断面図である。本発明の第２の実施形態を説明する現像装置要部の部分側断面図である。本発明の第２の実施形態を説明する現像装置要部の部分側断面図である。本発明の第２の実施形態を説明する現像装置要部の部分側断面図である。本発明の第２の実施形態に用いられる現像剤のキャリア量とトナー上限濃度との関係を示す線図である。

符号の説明

１潜像担持体（感光体ドラム）
２，１３現像装置
４，１５現像剤担持体（現像スリーブ）
５ａ，１６ａ，２４ａ現像剤収容部
５ｂ内壁面
６，１７第１の規制部材（第１ドクターブレード）
７，１８トナー
８，１９トナー収容部（トナーホッパー）
９，２０トナー供給開口部
１０，２１トナー供給手段（トナーアジテータ）
１１，２２現像剤
１２，２３第２の規制部材（第２ドクターブレード）
２２ａ磁性キャリア
ｒ１現像剤担持体の半径
Ｓ最大距離
Ｘ界面部（界面）
Ｘ１第２の規制部材の先端位置

Claims

内部に磁界発生手段を有し、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に担持されて搬送される前記現像剤の量を規制する第１の規制部材と、
第１の規制部材により掻き落とされた前記現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記現像剤収容部に隣接し、前記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、
前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化により、該現像剤と前記トナーとの接触状態を変化させて、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させる現像装置であって、
前記現像剤収容部は、第１の規制部材よりも前記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設された第２の規制部材を有し、
第２の規制部材は、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が上昇し、該現像剤の層厚が増加した場合に該現像剤の増加分の通過を規制すべく、前記現像剤担持体との間隙が設定されていることを特徴とする現像装置。
請求項１記載の現像装置において、
前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に拘らず、前記現像剤収容部内の現像剤が同現像剤収容部内で移動することを特徴とする現像装置。
請求項１または請求項２記載の現像装置において、
前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が所定のトナー濃度となった際に、第２の規制部材により通過を規制された現像剤が前記現像剤担持体上の現像剤と前記トナーとの接触部に溜まり、該現像剤が前記接触部を塞ぐことにより前記現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を停止させることを特徴とする現像装置。
請求項１ないし３の何れか１つに記載の現像装置において、
前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が所定のトナー濃度となった際に、前記現像剤収容部内での前記現像剤の移動速度が１ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする現像装置。
請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の現像装置において、
前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度が、下式で決定されるキャリア被覆率が１００％のときに適正トナー濃度となることを特徴とする現像装置。
Ｔｎ＝(１００Ｃ√３)/(２π(１００−Ｃ)・(１＋ｒ/Ｒ)^２・(ｒ/Ｒ)・(ρ_ｔ/ρ_ｃ))
Ｔｎ：キャリア被覆率(％) Ｃ：現像剤のトナー濃度(ｗｔ％)
Ｒ：キャリア粒径の半径(μｍ) ｒ：トナー粒径の半径(μｍ)
ρ_ｔ：トナーの真比重(ｇ/ｃｍ^３) ρ_ｃ：キャリアの真比重(ｇ/ｃｍ^３)
トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に担持されて搬送される前記現像剤の層厚を規制する第１の規制部材と、
第１の規制部材よりも前記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設された、前記現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記現像剤収容部に隣接し、前記現像剤担持体上にトナーを供給するトナー供給開口部を有するトナー収容部とを具備し、
前記トナー供給開口部が、所定の長さを有すると共に前記現像剤担持体と所定の間隙をもってそれぞれ配設された第２の規制部材及びこれと対向する対向面とから構成され、前記現像剤収容部と前記トナー収容部とを連通する現像装置であって、
第１の規制部材で層厚を規制された前記現像剤担持体上の現像剤層よりも厚い現像剤層を前記トナー供給開口部に形成すべく、第２の規制部材と前記現像剤担持体との間隙及び前記対向面と前記現像剤担持体との間隙がそれぞれ設定されていることを特徴とする現像装置。
請求項６記載の現像装置において、
前記トナー供給開口部に形成される前記現像剤層の層厚が、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変動に応じて変化することを特徴とする現像装置。
請求項７記載の現像装置において、
前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変動に応じて前記トナー供給開口部に前記現像剤層を形成するときの、前記現像剤の移動速度が１ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする現像装置。
請求項６記載の現像装置において、
前記現像剤担持体上の現像剤層の表面と、前記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向と反対方向に循環する前記現像剤収容室内の現像剤の表面とで界面部を形成し、該界面部における前記現像剤担持体上の現像剤の搬送力が、前記現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に応じて変動することを特徴とする現像装置。
請求項２または請求項６記載の現像装置において、
第２の規制部材が、前記現像剤担持体の周辺に形成される現像剤の流れを妨げる向きに設けられていることを特徴とする現像装置。
請求項６記載の現像装置において、
前記対向面と前記現像剤担持体との間隙δ１と第２の規制部材と前記現像剤担持体との間隙δ２との関係が、δ２＜δ１であることを特徴とする現像装置。
トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を貯留する現像剤収容部と、
潜像担持体と対向配置され、内部に磁界発生手段を備えた回動自在の現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上に担持された前記現像剤の層厚を規制する第１の規制部材と、
内部に回動自在のトナー供給手段を有するトナー収容部とを具備し、
前記現像剤収容部内における前記現像剤の移動により、前記現像剤と接触すべく前記トナー収容部内に貯留されたトナーを前記現像剤収容部内に取り込む現像装置において、
前記現像剤収容部の内壁面から、この内壁面に対向する前記現像剤担持体表面までの最大距離が、前記現像剤担持体の半径よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする現像装置。
請求項１２記載の現像装置において、
前記現像剤担持体表面までの距離が最大である前記現像剤収容部の内壁面の部位よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側の位置に、前記現像剤収容部内に入り込む前記トナーの量を規制する第２の規制部材を有することを特徴とする現像装置。
トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を貯留する現像剤収容部と、
潜像担持体と対向配置され、内部に磁界発生手段を備えた回動自在の現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上に担持された前記現像剤の層厚を規制する第１の規制部材と、
内部に回動自在のトナー供給手段を有するトナー収容部とを具備し、
前記現像剤収容部内における前記現像剤の移動により、前記現像剤と接触すべく前記トナー収容部内に貯留されたトナーを前記現像剤収容部内に取り込む現像装置において、
前記現像剤担持体表面までの距離が最大となる前記現像剤収容部の内壁面の部位よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側の位置に、前記現像剤担持体表面と対向すべく、前記現像剤収容部内に入り込む前記トナーの量を規制する第２の規制部材を配設し、
第２の規制部材と前記現像剤担持体表面との間隔を、第１の規制部材と前記現像剤担持体表面との間隔の２〜６倍としたことを特徴とする現像装置。
トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤を貯留する現像剤収容部と、
潜像担持体と対向配置され、内部に磁界発生手段を備えた回動自在の現像剤担持体と、
前記現像剤担持体上に担持された前記現像剤の層厚を規制する第１の規制部材と、
内部に回動自在のトナー供給手段を有するトナー収容部とを具備し、
前記現像剤収容部内における前記現像剤の移動により、前記現像剤と接触すべく前記トナー収容部内に貯留されたトナーを前記現像剤収容部内に取り込む現像装置において、
前記現像剤担持体表面までの距離が最大となる前記現像剤収容部の内壁面の部位よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側の位置に、前記現像剤担持体表面と対向すべく、前記現像剤収容部内に入り込む前記トナーの量を規制する第２の規制部材を配設し、
前記第２の規制部材の先端位置を、前記現像剤担持体の回転中心よりも上方に位置させたことを特徴とする現像装置。
請求項１２または請求項１３記載の現像装置において、
前記磁界発生手段は、前記潜像担持体と対応する位置に配置された第１極と、前記現像剤収容室と対応する位置に配置された第２極とを有し、第１極の磁力が第２極の磁力の１．２倍以上であることを特徴とする現像装置。