JP2009069702A - 現像装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面に静電潜像が形成される像担持体と近接、又は、接触して設けられ、周面が周回可能に支持された現像剤担持体を備え、現像剤攪拌部から前記現像剤担持体上に吸着され、穂状となった２成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材とを備える現像装置において、画像形成装置の高速化に伴う現像剤の現像性能低下を防止し、また、トナーの低温定着化、小粒子径化の要請にも応えること。
【解決手段】層厚規制部材３５は、現像剤担持体２３のまわりを移動する現像剤の移動をさえぎることにより現像剤から圧力を受ける受圧部と、層厚を規定する層厚規定部３５ａとを有し、受圧部には現像剤を導き入れる開口Ｋ１、Ｋ２が形成され、該開口は現像剤攪拌部３２への還流径路３６に連通させた。
【選択図】図４

Description

本発明は、静電潜像現像方式による現像装置及び該現像装置を備えた電子写真式複写装置、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ、複合機、印刷装置等の画像形成装置に関する。

＜画像形成装置の高速化の要請＞
潜像担持体に形成した静電潜像に、トナー担持体を用いてトナーを供給して可視像化する画像形成装置が知られている。最近の画像形成装置は高画質でなおかつ高速化の方向に向かっている。それに伴い、トナー担持体表面や潜像担持体表面の高速移動、トナー担持体表面と潜像担持体表面間の距離の狭化が必須の条件となっている。また、画像形成速度の高速化により、トナー担持体に対してトナーを安定供給するために現像剤の攪拌・搬送を高速で行なう必要がある。

特に、トナーとキャリアからなる現像剤を用いる２成分現像装置では、トナーだけからなる現像剤を用いる１成分現像装置に比べて現像剤の攪拌・搬送を更に高速で行なっている。その結果、パドルやスクリュー等の現像剤攪拌搬送手段が高速回転することにより現像剤の摩擦発熱が発生する。これによって現像装置部を含む作像装置全体の温度上昇が大きくなり、動作上あるいは画像品質上の問題の原因となる。

現像剤はスクリューにより攪拌搬送されてトナー担持体に供給され、該供給された現像剤は層厚規制部材で所定の厚さに規制されたのち、潜像担持体との対向部へ移動して現像に供される。

これらの部材の中でも層厚規制部材付近では現像剤に大きな圧力がかかり、現像剤同士、あるいは現像剤と層厚規制部材との摩擦作用により摩擦熱が発生しやすい。また、現像剤搬送用のスクリューの部位でも、同じように現像剤同士、あるいは現像剤と上記スクリューとの摩擦作用により摩擦熱が発生しやすい。

また、層厚規制部材付近には現像剤が滞留しやすい。トナーに圧力および摩擦作用、また熱などのストレスが繰り返し加えられることによりトナー表面の外添剤がトナー内部に埋没あるいは表面から離脱し、キャリア表面にトナー成分が固着するなどの不具合を生じてしまう。

この不具合が生じると現像剤はトナーの帯電能力が低下し現像能力に安定性を欠いてしまうという問題がある。これは新しく補給されたトナーがキャリアに接触できず、もしくはトナー同士の接触による弱帯電、逆帯電を保持した状態のまま現像領域に搬送されてしまうこととなり、この様にして発生した弱帯電、逆帯電トナーは、現像剤から離脱し易いため、画像地肌汚れといった異常画像、またトナー飛散による機内汚染を引き起こすため好ましくない。

また、画像形成装置の転写方式として、前記潜像担持体としての感光体のトナー像をシート状媒体（以下、用紙という。）に転写して最終画像を得る１次転写方式、あるいは感光体から一旦中間転写体に転写し、さらに該中間転写材から用紙へ転写する２次転写方式があるが、何れの方式にしても上記の不具合があると、用紙へのトナー像転写の際に、転写率の低下を招き、画像粒状性の低下、ベタ画像の不均一化を起こすため、同様に好ましくない。

上記不具合を解消するために、現像剤担持体内部に配置された磁極を挟むように二つの層厚規制部材を設けることによって、規制部材と現像剤担持体間の間隙を広くして現像剤に過度のストレスを与えずに現像剤層を薄層に形成可能とすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、上記特許文献１の方法で規制部材と担持体間の間隙を広くすることはできても、現像剤は担持体に汲み上げられた後、現像領域に搬送されるまでに規制部材から２度のストレスを受けることになり、結果的にストレスを低減するには至っていない。

また別の方法として、摩擦熱で昇温した現像剤を冷却するために、現像ユニットの現像容器を樹脂から熱伝導性の良いアルミニウムなどの金属に変更して、現像容器を空冷する技術が多数提案されている。しかし、現像剤を効率良く冷却するには、その機能上から現像剤との接触機会の多い現像剤攪拌搬送手段を冷却することがより好ましい。

＜トナーの低温定着化、小粒子径化の要請＞
ところで、近年、画像形成装置の特にトナー定着過程における省エネルギー化が求められている。低温定着を実現するために融点やガラス転移温度の低いトナーを用いることが考えられる。

ところが、融点やガラス転移温度の低いトナーは機械的な強度が低下する傾向にあり、熱に対する耐性も低下し、低い温度で軟化する。ゆえに前述のトナー固着の問題がより発生しやすくなる。

また、近年、画像形成装置の出力画像向上のため用いられるトナーの小粒径化が進んでいる。トナーが小粒径となると現像剤は粒子間の空隙が少なくなり密度が増加する。これに伴い層厚規制部材付近での現像剤に関する摩擦はより増大する。摩擦作用により発生する摩擦熱もより増大するので影響はより顕著となる。

特開平１０−３３３４３１号公報

本発明は上述の事情の下になされたもので、画像形成装置の高速化に伴う現像剤の現像性能低下を防止し、また、トナーの低温定着化、小粒子径化の要請にも応えることのできる現像装置、画像形成装置を提供することを目的とする。

前記課題を達成するため請求項１に係る発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と近接、又は、接触して設けられ、周面が周回可能に支持された現像剤担持体を備え、現像剤攪拌部から前記現像剤担持体上に吸着され、穂状となった２成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材とを備える現像装置において、前記層厚規制部材は、前記現像剤担持体のまわりを移動する前記２成分現像剤の前記移動をさえぎることにより２成分現像剤から圧力を受ける受圧部と、層厚を規定する層厚規定部とを有し、前記受圧部には２成分現像剤を導き入れる開口が形成され、該開口は前記現像剤攪拌部への還流径路に連通していることとした。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の現像装置において、前記還流径路は、前記層厚規制部材の上部から下方へ湾曲して下方に位置する前記現像剤攪拌部に至るガイド部材で構成した。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の現像装置において、前記開口は前記現像剤担持体の表面から離れる方向に複数形成されていることとした。
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の現像装置において、前記層厚規制部材には前記開口に導入された前記２成分現像剤を冷却する冷却手段を備えることとした。
請求項５に係る発明は、請求項４記載の現像装置において、前記冷却手段がペルチェ素子であることとした。
請求項６に係る発明は、請求項４記載の現像装置において、前記開口部に、該開口への前記２成分現像剤の導入を促進するブラシローラを設けた。
請求項７に係る発明は、請求項４記載の現像装置において、前記開口部に、該開口への前記２成分現像剤の導入を促進するマグネットローラを設けた。
請求項８に係る発明は、画像形成装置において、請求項１乃至７の何れかに記載の現像装置を備えることとした。

請求項１、８の発明によれば、現像剤を導入する開口、還流径路を設けることで、層厚規制部材での滞留を解消しトナーに圧力および摩擦作用、また熱などのストレスが生じるのを回避して、画像形成装置の高速化に伴う現像剤の現像性能低下、劣化を防止し、また、トナーの低温定着化、小粒子径化の要請にも応えることができる。
請求項２の発明によれば、開口につながる還流径路は、前記層厚規制部材の上部から下方へ湾曲して下方に位置する前記現像剤攪拌部に至るガイド部材で構成したので、湾曲により、急激な進路変更がなく現像剤に与えるストレスが小さく、かつ高低の落差を利用することで、重力を利用することで省エネルギーにより現像剤の円滑な還流を図ることができる。
請求項３の発明によれば、現像剤を複数の開口で分流導入することで層厚規制部材での滞留を解消する。
請求項４の発明によれば、開口に導入された２成分現像剤を冷却手段で冷却し、融点やガラス転移温度の低いトナーなど低温定着用のトナーを含む現像剤を用いた現像を可能にする。
請求項５の発明によれば、ペルチェ素子を冷却手段として用いることで、大きい設置スペースを必要とせず、簡単に冷却性能を得る。
請求項６の発明によれば、ブラシローラにより開口への現像剤の導入を促進することができる。
請求項７の発明によれば、マグネットローラにより開口への現像剤の導入を促進することができる。

発明者は、表面に静電潜像が形成される像担持体と近接、又は、接触して設けられ、周面が周回可能に支持された現像剤担持体を備え、現像剤攪拌部から前記現像剤担持体上に吸着され、穂状となった２成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材とを備える現像装置において、現像剤担持体のまわりを移動する現像剤からの圧力がかかる層厚規制部材の受圧部に、現像剤還流経路と連通する開口を備えることにより上記課題を解消できることを見出した。

すなわち、受圧部に開口を設け、該開口を、現像剤還流経路と連通させることにより、現像剤に高圧の負荷がかかる現像剤担持体上の層厚規制部材前面部すなわち現像剤搬送方向上での上流部の圧力および摩擦熱の発生を緩和させることができた。またトナーが滞留するのを防止することができた。

これによりトナーへ付与されるストレスが低減し、トナー表面の添加剤が脱落や埋没しトナーがキャリアに固着するのが防止される。トナーのキャリアへの固着が防止されることでキャリアの劣化であるキャリアのトナーへの帯電付与能力の低下を防止することができ、異常画像である地汚れの発生が防止される。これにより、長期間、画質を維持することが可能になった。
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。

[１] ＜ 画像形成装置全体 ＞
本発明を適用した画像形成装置の要部を例示した図１において、画像形成装置１は、図示しない本体筐体内に、図１中、時計回りの向きに回転駆動されるドラム状をした像担持体（本例では、感光体）２が収納されている。像担持体２の周囲には、該像担持体２の回転方向順に、帯電部３、書込部（露光部）４、５、紙転写部７、クリーニング部１３、感光体除電部８があり、これら各機能部を画像形成プロセスにしたがって制御する制御装置（図示せず）、及び各機能部に所要の電圧を供給印加する電圧印加部（図示せず）等がある。

画像形成装置１は、図示しないが複数枚の記録紙を収納する給紙カセットを備えており、給紙カセット内の記録紙は、図示しない給紙ローラにより１枚ずつ図示しないレジストローラ対で送り出しのタイミングを調整された後、紙転写部７と像担持体２の間に送り出される。

画像形成装置１は、像担持体２を図１中時計方向に回転駆動して、像担持体２を帯電部３で一様に帯電した後、書込部４により画像データで変調されたレーザを照射して像担持体２に静電潜像を形成し、静電潜像の形成された像担持体２に現像装置５でトナーを付着させて現像する。

画像形成装置１は、現像装置５でトナーを付着してトナー画像を形成した像担持体２を、像担持体２と紙転写部７との間に搬送されてきたシート状媒体（以下、記録紙という。）記録紙に転写させ、こうしてトナー画像が転写された記録紙を定着部（図示せず。）に搬送する。

定着部は、内蔵ヒータにより所定の定着温度に加熱される定着ローラと、該定着ローラに所定圧力で押圧される加圧ローラとを備え、紙転写部７から搬送されてきた記録紙を加熱、加圧して、記録紙上のトナー画像を記録紙に定着させた後、図示しない排紙トレー上に排出する。

一方、画像形成装置１は、紙転写部７でトナー画像を記録紙に転写した像担持体２をさらに回転して、クリーニング部１３で像担持体表面に残留するトナーをブレード１３ａにより掻き落として除去した後、除電部８で除電する。画像形成装置１は、除電部８で除電した像担持体２を帯電部３で一様に帯電させた後、上記同様に、次の画像形成を行う。なお、クリーニング部１３は、ブレード１３ａで像担持体２上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシ１３ｂで像担持体２上の残留トナーを掻き落とすものであってもよい。

本発明を適用した別の画像形成装置の各例を図２、図３により説明する。図２はタンデム型のフルカラー画像形成装置、図３は、リボルバタイプのフルカラー画像形成装置である。

図２において、タンデム型の画像形成装置１０は、図示しない本体筐体内に、図２中時計方向に回転駆動される像担持体２０が収納されており、像担持体２０の周囲に該像担持体２０の回転方向順に、帯電部３０、書込部４０、現像装置５０、中間転写部６０ａ、紙転写部７０等がある。

画像形成装置１０は、図示しないが複数枚の記録紙を収納する給紙カセットを備えており、給紙カセット内の記録紙Ｐは、図示しない給紙ローラにより１枚ずつ図示しないレジストローラ対でタイミング調整された後、中間転写部６０ａと像担持体２０との間に送り出される。

画像形成装置１０は、像担持体２０を図２中、時計回りの向きに回転駆動されて、像担持体２０を帯電部３０で一様に帯電した後、書込部４０により画像データで変調されたレーザを照射して像担持体２０に静電潜像を形成し、静電潜像の形成された像担持体２０に現像装置５０でトナーを付着させて現像する。

画像形成装置１０は、現像装置５０で像担持体２０にトナーを付着してトナー画像を得、さらに該トナー画像を中間転写部６０ａで像担持体２０からベルト状をした中間転写体６０に転写させトナー画像を得る。この工程を中間転写体６０に沿って並ぶ４つの像担持体２０及びその付帯構成を用いて、各像担持体に対応し異なる色のＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の４色で行ない、カラーのトナー画像を形成する。

図３のリボルバタイプのフルカラー画像形成装置１００は、ドラム状をした像担持体２００のまわりに、帯電部３００、書込部（露光部）４００、異なる色のＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）の現像装置５００Ｃ、５００Ｍ、５００Ｙ、５００Ｋ等を有し、帯電、露光後において、これら現像装置の動作を切り替えることによって１つの像担持体上に順次複数色のトナーを現像していくのである。そして、中間転写部６００ａでトナー像を中間転写体６００に転写し、紙転写部７００で中間転写体６００上のカラートナー画像を記録紙Ｐに転写し、トナー画像の転写された記録紙Ｐを図示しない定着部に搬送し、定着画像を得る。

画像形成装置１００は、中間転写部６００ａでトナー画像を記録紙Ｐに転写した像担持体２００をさらに回転させて、クリーニング部１３０で像担持体表面に残留するトナーをブレードにより掻き落として除去した後、図示しない像担持体除電部で除電する。

画像形成装置１００は、像担持体除電部で除電した像担持体２００を帯電部３００で一様に帯電させた後、上記同様に、次の記録紙用の画像形成を行う。なお、クリーニング部１３０は、ブレードで像担持体２００上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシで像担持体２００上の残留トナーを掻き落とすものであってもよい。

[２] ＜ トナーの説明 ＞
２成分現像剤の成分を構成するトナーとしては、粒子に添加剤が含有せしめられたものを用いている。この添加剤としては、従来から公知のものを使用することができる。具体的には、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等である。特に、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナなどが好適である。添加剤の添加量は、母体粒子１００重量部に対して０．５〜１．８重量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．５重量部である。添加剤の添加量が、０．５重量部未満であると、トナーの流動性が低下するため、十分な帯電性が得られず、地汚れやトナー飛散の原因になり易い。また１．８重量部より多いと、流動性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等による像担持体クリーニング不良や、トナーから遊離した添加剤による像担持体等へのフィルミングが生じ易くなる。そして、クリーニングブレードや像担持体等の耐久性が低下し、定着性も悪化する。さらには、細線部におけるトナーのチリが発生しやすくなり、特に、フルカラー画像における細線の出力の場合には、少なくとも２色以上のトナーを重ねる必要性から、付着量の増加によって特にその傾向が顕著になる。また、カラートナーの場合には、添加剤が多く含有されていると、透明シートに形成されたトナー画像をオーバーヘッドプロジェクターで投影した場合に投影像にかげりが生じ、鮮明な投影像が得られ難くなる。なお、添加剤の含有量を測定する方法としては種々のものが知られているが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的である。添加剤の含有量既知のトナーについて、蛍光Ｘ線分析法で検量線を作成し、この検量線を用いて、添加剤の含有量を求める方法である。

また、トナーの経時での劣化を評価する方法としては、外添剤の剥れ、埋没について観察する方法がある。例えば、電子顕微鏡により、トナーの表面を観察することにより評価できる。より具体的には、現像ユニットから、トナーを約０．１ｇサンプリングし、導電性カーボンテープを用い、電子顕微鏡の試料台に、トナーを固定する。その後、観察倍率を１０,０００倍から５０,０００倍に設定し、約３０個のトナーをサンプリングして観察し、その外添剤の付着状態からランク付けをおこなうことにより評価することができる。

また、トナーとしては、処理剤を用いた表面処理を施したものを用いることが望ましい。かかる表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物などが好ましい。例えば、メチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシシラン類である。また、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等でもよい。表面処理方法としては、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥させる方法等が挙げられる。

また、トナーとしては、体積平均粒径の範囲が３〜７［μｍ］であるものを用いることが望ましい。

[３] ＜ キャリアの説明 ＞
２成分現像剤の成分を構成する磁性キャリアＣとしては、粒子径２０〜２００［μｍ］程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど、従来から公知のものを使用することができる。本プリンタでは、金属又は樹脂からなるコア中にフェライト等の磁性材料を含有し、且つ表層にシリコーン樹脂等による被覆が施された平均粒径５５［μｍ］のものを用いている。表層の被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。また、ポリビニル樹脂、ポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂等でもよい。また、スチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂などでもよい。また、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体などでもよい。また、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂などでもよい。なお、必要に応じて導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。かかる導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などを用いることができる。これらの導電粉としては、平均粒子径［１μｍ］以下のものが好ましい。平均粒子径が［１μｍ］よりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になるからである。

[４] ＜ 現像装置の実施形態例 ＞
以下では、前記した画像形成装置１における現像装置５について、本発明の各種変形実施形態例を説明する。これらの各変形実施形態例は前記した画像形成装置１０、１００における現像装置５０、５００Ｃ、５００Ｙ、５００Ｍ、５００Ｋ等に適用することができる他、表面に静電潜像が形成される像担持体と近接、又は、接触して設けられ、周面が周回可能に支持された現像剤担持体を備え、現像剤攪拌部から前記現像剤担持体上に吸着され、穂状となった２成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材とを備える現像装置において適用できる。

[実施形態例１]
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により現像装置５の概略構成を説明する。回転体からなる現像剤担持体２３は、非回転の磁石ロール２２ａと、該磁石ロール２２ａのまわりを回転する現像スリーブ２２ｂからなり、表面に静電潜像が形成される像担持体２と近接（又は、接触）して設けられ、周面が周回可能に支持されている。現像剤担持体２３のまわりであって略１２時の位置には、現像剤担持体上に吸着されて穂状となった２成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材３５が略直立状に配置されている。

スクリューコンベア或いはこれと同等の現像剤攪拌搬送機能を有する現像剤攪拌部材３０ａ、３０ｂは紙面を貫く方向に長さを有し、ホッパー３１内に並列状に配置されている。これら現像剤攪拌部材３０ａ、３０ｂは矢印方向に回転することにより、ホッパー３１内を循環搬送され、この循環搬送過程でトナーとキャリアとが攪拌される。これら現像剤攪拌部材３０ａ、３０ｂが配置されたホッパー３１の部分を現像剤攪拌部３２という。

トナーとキャリアを混合した現像剤は、現像剤撹拌部材３０ａ、３０ｂにより、撹拌されながら像担持体（感光体）２上に現像されるのに必要な帯電量をもつ。撹拌・帯電させられながら、搬送された現像剤は、現像剤攪拌部３２、特に現像剤担持体２３の斜め下方近傍に配置された現像剤攪拌部材３０ａから現像スリーブ２２ｂ上まで搬送される。現像剤は、現像スリーブ２２ｂ上に供給された後、現像スリーブ２２ｂの回転方向に沿って、像担持体２との対向位置（現像部Ｂ）に向けて搬送される。

現像剤担持体２３上に吸着され、穂状となって現像スリーブ２２ｂの回転に伴い移動を開始した２成分現像剤は、層厚規制部材３５によって層厚が規制される。本例において、層厚規制部材３５は現像剤担持体２３のまわりであって略１２時の位置で該像担持体の中心を通る法線方向に延びる部分であり、現像剤担持体２３のまわりを移動する２成分現像剤の移動をさえぎることにより２成分現像剤から圧力を受ける受圧部と、層厚を規定する層厚規定部とを有する。

層厚規制部材３５の最も現像剤担持体２３に近い端部は、現像スリーブ２２ｂとの間に、規定すべき層厚に応じた間隙を有し層厚を規定する層厚規定部３５ａとなっている。層厚規定部３５ａと現像スリーブ２２ｂの位置関係は、像担持体２との対向位置（現像部）に供給すべき現像剤量によって、決定され、その間隙（距離）は、０．１〜２ｍｍの範囲内にある。より厳密には、感光体、現像スリーブの線速、現像スリーブ径、現像剤中のトナー濃度によって決定される。

＜現像スリーブの説明＞
現像スリーブ２２ｂには、図示しない現像剤担持体バイアス電源よりＤＣ、もしくは、ＤＣ＋ＡＣバイアスが印加される。この装置例においては、ホッパー３１内の現像剤は、現像剤攪拌部材３０ａ、３０ｂの外周部に出た羽根状の現像剤搬送部材２１aにより現像スリーブ２２ｂ上に供給される。現像スリーブ２２ｂ上に供給された現像剤は、現像スリーブ２２ｂの回転方向に搬送される。

現像剤は、層厚規制部材３５の位置を通過することにより、画像出力に必要な量の現像剤薄層を形成する。その後、現像剤は像担持体２と現像スリーブ２２ｂとが対向する現像部まで搬送される。現像部では、像担持体２、現像スリーブ２２ｂ間のバイアス差により、現像スリーブ２２ｂ上の現像剤は像担持体２上に現像される。

＜マグネットロールの説明＞
マグネットロール２２ｂは材料としてＳｒフェライトないしＢａフェライトの磁性粉に、６ＰＡもしくは１２ＰＡ等のＰＡ（ポリアミド）系材料、ＥＥＡ（エチレン・エチル共重合体）またはＥＶＡ（エチレン・ビニル共重合体）等のエチレン系化合物、ＣＰＥ（塩素化ポリエチレン）等の塩素系材料、ＮＢＲ等のゴム材料の高分子化合物を混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることが多い。また、マグネット成型体は、現像ローラ軸方向に延びる棒状のブロックであり、幅が狭く且つ高い磁気特性を得るために、Ｂｒ＞０．５Ｔ（テスラ）の材料を用いることが望ましく、多くはＮｅ系（Ｎｅ・Ｆｅ・Ｂ等）又はＳｍ系（Ｓｍ・Ｃｏ、Ｓｍ・Ｆｅ・Ｎ等）の希土類マグネットもしくはこれらのマグネット粉を上記と同様の高分子化合物と混合したプラスチックマグネットもしくはゴムマグネットを用いることができる。

＜層厚規制部材の説明＞
層厚規制部材３５のうち、現像剤担持体２３のまわりを移動する２成分現像剤の移動をさえぎる部位（移動する２成分現像剤が最初にぶつかる部位：図４における層厚規制部材３５の右側面部）は移動する２成分現像剤から圧力を受けるので受圧部と称する。本例では、この受圧部に、２成分現像剤を導き入れる開口Ｋ１、Ｋ２を形成し、これら開口Ｋ１、Ｋ２を現像剤攪拌部３２への還流径路３８に連通させている。現像剤を複数の開口Ｋ１、Ｋ２で分流導入することで層厚規制部材３５での滞留を解消する。

このように、現像剤を導入する開口Ｋ１、Ｋ２を設けることで、層厚規制部材での滞留を解消しトナーに圧力および摩擦作用、また熱などのストレスが生じるのを回避して、画像形成装置の高速化に伴う現像剤の現像性能低下を防止し、また、トナーの低温定着化、小粒子径化の要請にも応えることができる。

すなわち、層厚規制部３５ａによって除かれた現像剤は還流径路３６を経て還流現像剤３７として現像剤攪拌部３２へ還流される。還流径路３８は現像剤攪拌部材３０ａの上方位置までが幅広の管状部３９で導かれている。開口Ｋ１、Ｋ２から導入された還流現像剤３７は還流径路３８を経て現像剤攪拌部材３０ａの上方位置に至り放出される。

開口Ｋ１と開口Ｋ２との間に介在するガイド部材３８は現像スリーブ２２ｂのまわりであって略１２時の位置を通る法線方向に沿う立面３８ｖ、接線方向と平行な横面３８ｈと、立面３８ｖと横面３８ｈとをつなぐ湾曲面３８ｒとを有する。還流径路３８を形成する幅広の管状部３９は湾曲した板状の内ガイド３９ａ、外ガイド３９ｂ及び図示しないが、紙面を貫く前後方向でこれら内ガイド３９ａ、外ガイド３９ｂにつながる板状の側ガイドからなる。

開口Ｋ１と開口Ｋ２につながる還流径路３６は、層厚規制部材３５の上部から下方へ湾曲して下方に位置する現像剤攪拌部３２に至るガイド部材で構成したので、湾曲により、急激な進路変更がなく現像剤に与えるストレスが小さく、かつ高低の落差を利用することで、重力を利用することで省エネルギーにより現像剤の円滑な還流を図ることができる。

図４（ｃ）において、散点模様で示した現像剤は層厚規制前においては、内ガイド３９ａに接する高さまで盛り上がることがある。かかる場合においても、内ガイド３９の湾曲部と横面３８ｈによる対向部間で対流するので滞留することなく、スムーズに開口Ｋ２から還流径路３６へ導かれる。また、立面３８ｖに沿って移動し開口Ｋ１より還流径路３６へ導かれる。

このように、現像スリーブ２２ｂ上に供給された現像剤は、現像スリーブ２２ｂの回転方向に沿って、現像部Ｂに向けて搬送され、搬送途中で、層厚規制部材３５により、現像スリーブ２２ｂ上の余剰な現像剤が規制され、層厚規制部材３５により、規制された余剰な現像剤は、現像スリーブ回転方向上流側から、搬送されてくる現像剤に押し出されることで、開口Ｋ１、Ｋ２を介して現像剤還流経路３６に至り、該現像剤還流経路３６に沿って、現像剤攪拌部材３０ａ近傍）に還流現像剤３７として還流搬送される。

層厚規制部材３５に現像剤をスムーズに搬送する還流経路３６を設けることによりトナーが滞留するのを防止する。これによりトナーへ付与されるストレスが低減し、トナー表面の添加剤が脱落や埋没しトナーがキャリアに固着するのを防止する。トナーのキャリアへの固着が防止されることでキャリアの劣化であるキャリアのトナーへの帯電付与能力の低下を防止することができ、異常画像である地汚れの発生を防止する。これにより、長期間、画質を維持することが可能になる。

[実施形態例２]
本例にかかる現像装置５の大まかな部材構成、現像の態様は実施形態例１で説明した内容と同じである。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に具体例を示すが前記図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により説明した内容と共通する部分もあるので、共通する部材については同じ符号を付している。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した例と異なるのは、ガイド部材３８の立面３８ｖ、横面３８ｈの形状、傾きである。横面３８ｈは、上凸に湾曲した内ガイド３９ａとの対向面が下凹に湾曲していて、これら部材間に導入された現像剤の対流を促進するようになっている。また、立面３８ｖは現像剤の移動方向に対して順方向に傾斜しており、直立した態様の前記図４における立面３８ｖに比べて現像剤をより開口Ｋ２に導きやすくしている。

このように、層厚規制部材３５が現像剤と接触する個所の形状を現像剤の進行方向に近い角度とすることで現像剤に加わる圧力が緩和し摩擦や摩擦熱により現像剤が受けるストレスの一部を低減できる。ゆえに、現像剤の劣化の進行を抑え、トナー成分の固着などの発生を抑えることが可能となる。

[実施形態例３]
本例にかかる現像装置５の大まかな部材構成、現像の態様は実施形態例１で説明した内容と同じである。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に具体例を示すが前記図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により説明した内容と共通する部分もあるので、共通する部材については同じ符号を付している。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した例と異なるのは、内ガイド３９ａの現像剤搬送方向上流側の端部に、湾曲形状を埋めるように第２ガイド４２を設けたこと、及びガイド部材３８の立面３８ｖ、横面３８ｈの形状、傾きを変更したことである。

第２ガイド４２は、開口Ｋ２近傍における内ガイド３９ａの湾曲を埋めていて、その下面が水平な平坦面３９ａ１からなる。また、該平坦面３９ａ１と内ガイド３９ａの内面とをつなぐ傾斜面３９ａ２を有する。

ガイド部材３８については、横面３８ｈが平坦面３９ａ１と対向して開口Ｋ２を形成し、立面３８ｖが傾斜面３９ａ２と略同じ傾向の勾配を有し、かつ、現像剤担持体２３の軸方向から見て平坦面３９ａ１の全域で対向しているのではなく、現像剤の入口側の開口部で平坦面３９ａ１の途中の部位で対向し、段差を生じている。この段差により平坦面３９ａ１が少しオーバーハング状に出ている。

かかる構成により、図６（ｃ）に示したように現像剤が内ガイド３９ａまで達した場合には、現像剤は内ガイド３９ａに沿って進み、その先方にある進行方向に近い角度で傾斜した傾斜面３９ａ２に沿って下降して開口Ｋ２に至り、また、その先方にある略同じ勾配で傾斜した立面３８ｖに沿って開口Ｋ１に至るというように、これらの面が現像剤のガイドを果たし、現像剤を滞留させにくい構成となっている。

このように、現像剤が滞留する可能性がある層厚規制部材３５における上流部の領域を第２ガイド部４２で減らしつつ、現像剤と接触する個所の形状を現像剤の進行方向に近い角度としている。これにより現像剤にストレスが加わる領域を減らしつつ現像剤に加わる圧力が緩和し摩擦や摩擦熱により現像剤が受けるストレスの一部を低減できる。ゆえに、現像剤の劣化の進行を抑え、トナー成分の固着などの発生を抑えることが可能となる。

[実施形態例４]
本例にかかる現像装置５の大まかな部材構成、現像の態様は実施形態例１で説明した内容と同じである。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に具体例を示すが前記図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により説明した内容と共通する部分もあるので、共通する部材については同じ符号を付している。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示した例と異なるのは、ガイド部材３８内に冷却手段４３を設けたことである。他の構成は図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示したのと同じである。

本例では、開口Ｋ１と開口Ｋ２との間に冷却手段３８を設け設けたことにより現像剤同士、あるいは現像剤とスクリュー、ドクターブレードとの摩擦作用により発生する摩擦熱を効率的に取り除くことができる。摩擦熱を取り除くことにより現像剤が受けるストレスの一部を低減できる。ゆえに、現像剤の劣化の進行を抑え、トナー成分の固着などの発生を抑えることが可能となる。融点やガラス転移温度の低いトナーなど低温定着用のトナーを含む現像剤を用いた現像を可能にする。現像剤担持体２３上の層厚規制部材３５前面部すなわち現像剤搬送方向の上流部にて圧力が高まり、また滞留することによって現像剤同士の摩擦により熱が発生するが、この摩擦熱により現像剤が劣化するのが低減される。

冷却手段３８としてはエアー、水などの熱を伝達する流体を層厚規制部材３５近傍に導くことにより層規制部材から熱を除去する機能を保持するものが良い。また、層厚規制部材３５から熱を除去する機能を持ちうるものであればそのほかの手段を用いることができる。層厚規制部材３５は摩擦熱により４０〜５０°Ｃまで容易に上昇するため、冷却手段は層規制部材３５を２０°Ｃ程度へ冷却し維持する能力を保持することが好ましい。
かかる冷却手段は３８を、前記した実施形態例１乃至３におけるガイド部材３８に設けることは勿論可能である。

[実施形態例５]
本実施形態例５では、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における冷却手段４３として、ペルチェ素子を用いる。ペルチェ素子を冷却手段として用いることで、大きい設置スペースを必要とせず、簡単に冷却性能を得る。ペルチェ素子の冷却能力は、層厚規制部材を０°Ｃ以下にできるものが望ましい。しかしながら、装置のトータルコストの制限がある場合は、安価な、もしくは、設置面積の小さいペルチェ素子を用い、層厚規制部材を２０°Ｃ以下の状態にすることが望ましい。通常、現像装置内の温度は４０〜５０°Ｃまで上昇するので、２０°Ｃ程度の冷却能力でも十分効果的である。現像剤担持体２３上の層厚規制部材３５前面部すなわち現像剤搬送方向の上流部にて圧力が高まり、また滞留することによって現像剤同士の摩擦により熱が発生するが、この摩擦熱により現像剤が劣化するのが低減される。ペルチェ素子からなる冷却手段を前記実施形態例１乃至３におけるガイド部材３８に設けることはもちろん可能である。

[実施形態例６]
本例にかかる現像装置５は、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に具体例を示すが実施形態例１で説明した内容におけるガイド部材３８に代えて、板状部材４４ａ、４４ｂを、層厚規定部３５ａとこれに対向する内ガイド３９ａの部位との間に、上下方向に間隔をおいて配置している。これにより、開口Ｋ１の上方に２つの開口Ｋ２を形成している。

このように、層厚規制部材３５に３つの開口Ｋ１、Ｋ２、Ｋ２を設けることでこれにつづく現像剤還流経路が三経路でき、現像剤が還流しやすくなることにより現像剤に加わる圧力が緩和し摩擦や摩擦熱により現像剤が受けるストレスの一部を低減できる。ゆえに、現像剤の劣化の進行を抑え、トナー成分の固着などの発生を抑えることが可能となる。

[実施形態例７]
本例にかかる現像装置５は、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に具体例を示すが実施形態例６で説明した内容におけるガイド部材４４ａに代えて、ブラシローラ４５を、板状部材４４ｂとこれに対向する内ガイド３９ａの部位との間に配置している。ブラシローラ４５の上部は内ガイド３９ａの端部に近接し、ブラシローラ４５の下部は板状部材４４ｂとの間に開口Ｋ２を形成している。ブラシローラ４５を図９において時計まわりの向きに回転駆動することにより、現像剤は開口Ｋ１への流れを促進されると共に還流径路３６の流れも促進される。

このように、開口Ｋ２及び還流経路３６にかけてブラシローラ４５を設けることにより開口Ｋ２を介してのブラシローラ４５による開口Ｋ２への現像剤の導入を促進することができる。これにより層厚規制部材３５付近の現像剤が還流経路へ流入しやすくなるため現像剤に加わる圧力が緩和し摩擦や摩擦熱により現像剤が受けるストレスの一部を低減できる。ゆえに、現像剤の劣化の進行を抑え、トナー成分の固着などの発生を抑えることが可能となる。

[実施形態例８]
本例にかかる現像装置５は、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に具体例を示すが実施形態例７で説明した内容におけるブラシローラ４４ａに代えて、マグネットローラ４６を、板状部材４４ｂとこれに対向する内ガイド３９ａの部位との間に配置している。マグネットローラ４６の上部は内ガイド３９ａの端部に近接し、マグネットローラ４６の下部は板状部材４４ｂとの間に開口Ｋ２を形成している。マグネットローラ４６を図１０において時計まわりの向きに回転駆動することにより、現像剤は開口Ｋ１への流れを促進されると共に還流径路３６の流れも促進される。

開口Ｋ２及び還流経路３６にかけてマグネットローラ４６を設けることにより開口Ｋ２を介して還流経路３６の現像剤の流れを促進する。これにより層厚規制部材３５付近の現像剤が還流経路へ流入し易くなるため現像剤に加わる圧力が緩和し摩擦や摩擦熱により現像剤が受けるストレスの一部を低減できる。ゆえに、現像剤の劣化の進行を抑え、トナー成分の固着などの発生を抑えることが可能となる。

[５] 各実施形態例にかかる現像装置の使用態様
前記した各実施形態例に係る現像装置は、特に、定着温度の低いトナーや粒子径の小さいトナーを用いるときに、より効果がある。環境負荷低減のために、定着温度の低いトナーや、高画質化のために、粒子径の小さいトナーを用いた場合、熱的、機械的ストレスに対する耐性が弱くなる。故に、添加剤の埋没やキャリア等への固着が進行しやすくなり、結果として、地汚れ等の画質不良が起こりやすくなる。そのようなトナーを長期間使いこなすために、本発明は有効である。

複写機、プリンタの総電力使用量を低減させるために、定着温度の低いトナーを使用したいという要求がある。しかし、トナーの定着温度が低いと現像装置内における搬送過程等の摩擦熱により、劣化が進行しやすい。このため、現像装置内でのトナーの熱劣化を防ぐ必要がある。

使用されるトナーの定着温度が１３０°Ｃ以下である定着温度の低いトナーを使用する現像装置に前記実施形態例を適用した場合、前記実施形態例では現像装置内でのトナーの熱劣化が防止されるため、かかる低温定着トナー使用時においても良好な画像出力を得ることができる。

これは、層厚規制部材前の還流径路および冷却手段により現像剤へ加えられる圧力、熱を低減できる。そのため、トナーの劣化を低減でき、ゆえに、長期間、画質を維持可能になるものと考えられる。

また、現像装置において、複写機、プリンタの高画質化のために、粒子径の小さいトナー、例えば、平均粒子径が６ｕｍ以下を使用したいという要求がある。しかし、トナーの粒子径が小さいと、トナーにかかる圧力（単位面積当たりのストレス）が大きくなり、機械的劣化が進行しやすい。また、トナーが受ける単位体積当たりの熱も大きくなり、熱劣化も進行しやすい。このため、現像装置内でのトナーの熱劣化を防ぐ必要がある。

使用されるトナーの平均粒子径が６ｕｍ以下である小粒径トナーを使用する現像装置に前記実施形態例を適用した場合、前記実施形態例では現像装置内でのトナーの熱劣化が防止されるため、かかる小粒径トナー使用時においても良好な画像出力を得ることができる。

これは、層厚規制部材前の還流径路および冷却手段により現像剤へ加えられる圧力、熱を低減できる。そのため、トナーの劣化を低減でき、ゆえに、長期間、画質を維持可能になるものと考えられる。

[６] 画像出力試験
実施形態例１乃至８の現像装置、比較例１（特許文献１に示される現像装置）をそれぞれ、画像形成装置（型式：ＩＰＳＩＯ ８１００ （株）リコー製）に搭載した。トナーには定着温度１３０°Ｃに調整した「ＩＰＳＩＯ ８１００」機用のトナーを使用した。この条件において画像出力実験を行った。画像出力動作時の条件を以下に示す。
実験環境：気温２３°Ｃ 湿度５５％
出力画像：画像面積５％チャート
表１に５万枚出力時の出力画像の評価を示す。さらに、表２に、定着温度１４０°Ｃに調整した「ＩＰＳＩＯ ８１００」機用トナーを用いた場合において５万枚出力時の出力画像の評価を示す。評価は、×→△→○の順によくなる。

以上のように、本発明にかかる実施形態例の現像装置を用いた画像形成装置は、定着温度１３０°Ｃ以下のトナーを用いた場合、特に良好な特性を示す。

本発明を適用した画像形成装置の要部を例示した概略構成図である。 本発明を適用した画像形成装置の要部を例示した概略構成図である。 本発明を適用した画像形成装置の要部を例示した概略構成図である。 （ａ）は本発明を適用した現像装置の要部を例示した概略構成図、（ｂ）は（ａ）における層厚規制部材及び現像剤還流径路部の部分斜視図、（ｃ）は現像剤の流れを説明した図である。 （ａ）は本発明を適用した現像装置の要部を例示した概略構成図、（ｂ）は（ａ）における層厚規制部材及び現像剤還流径路部の部分斜視図、（ｃ）は現像剤の流れを説明した図である。 （ａ）は本発明を適用した現像装置の要部を例示した概略構成図、（ｂ）は（ａ）における層厚規制部材及び現像剤還流径路部の部分斜視図、（ｃ）は現像剤の流れを説明した図である。 （ａ）は本発明を適用した現像装置の要部を例示した概略構成図、（ｂ）は（ａ）における層厚規制部材及び現像剤還流径路部の部分斜視図、（ｃ）は現像剤の流れを説明した図である。 （ａ）は本発明を適用した現像装置の要部を例示した概略構成図、（ｂ）は（ａ）における層厚規制部材及び現像剤還流径路部の部分斜視図、（ｃ）は現像剤の流れを説明した図である。 （ａ）は本発明を適用した現像装置の要部を例示した概略構成図、（ｂ）は（ａ）における層厚規制部材及び現像剤還流径路部の部分斜視図、（ｃ）は現像剤の流れを説明した図である。 （ａ）は本発明を適用した現像装置の要部を例示した概略構成図、（ｂ）は（ａ）における層厚規制部材及び現像剤還流径路部の部分斜視図、（ｃ）は現像剤の流れを説明した図である。

符号の説明

１、１０、１００ 画像形成装置
２、２０、２００ 像担持体（感光体）
３、３０、３００ 帯電部
４、４０、４００ 書込部
５、５０ 現像装置
７、７０、７００ 紙転写部
８ 除電部
１３ クリーニング部
１３ａ ブレード
１３ｂ ファーブラシ
２１a 現像剤搬送部材
２２ａ 磁石ロール
２２ｂ 現像スリーブ
２３ 現像剤担持体
３０ａ、３０ｂ 現像剤攪拌部材
３１ ホッパー
３２ 現像剤攪拌部
３５ 層厚規制部材
３５ａ 層厚規定部
３６ 還流径路
３７ 還流現像剤
３８ ガイド部材
３８ｖ 立面
３８ｈ 横面
３９ 管状部
３９ａ 内ガイド
３９ａ１平坦面３９ａ１
３９ａ２ 傾斜面
３９ｂ 外ガイド
３９ 管状部
４２ 第２ガイド部
４２ｖ 平面
４３ 冷却手段
４４ａ、４４ｂ 板状部材
４５ ブラシローラ
４６ マグネットローラ
６０、６００ 中間転写体
６０ａ、６００ａ 中間転写部
５００Ｃ、５００Ｍ、５００Ｙ、５００Ｋ 現像装置
Ｂ 現像部
Ｐ 記録紙
Ｋ１、Ｋ２ 開口

Claims (8)

1. 表面に静電潜像が形成される像担持体と近接、又は、接触して設けられ、周面が周回可能に支持された現像剤担持体を備え、現像剤攪拌部から前記現像剤担持体上に吸着され、穂状となった２成分現像剤の層厚を規制する層厚規制部材とを備える現像装置において、
   前記層厚規制部材は、前記現像剤担持体のまわりを移動する前記２成分現像剤の前記移動をさえぎることにより２成分現像剤から圧力を受ける受圧部と、層厚を規定する層厚規定部とを有し、
   前記受圧部には２成分現像剤を導き入れる開口が形成され、該開口は前記現像剤攪拌部への還流径路に連通していることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記還流径路は、前記層厚規制部材の上部から下方へ湾曲して下方に位置する前記現像剤攪拌部に至るガイド部材で構成されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２に記載の現像装置において、
   前記開口は前記現像剤担持体の表面から離れる方向に複数形成されていることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の現像装置において、
   前記層厚規制部材には前記開口に導入された前記２成分現像剤を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする現像装置。
5. 請求項４記載の現像装置において、
   前記冷却手段がペルチェ素子であることを特徴とする現像装置。
6. 請求項４記載の現像装置において、
   前記開口部に、該開口への前記２成分現像剤の導入を促進するブラシローラを設けたことを特徴とする現像装置。
7. 請求項４記載の現像装置において、
   前記開口部に、該開口への前記２成分現像剤の導入を促進するマグネットローラを設けたことを特徴とする現像装置。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images