JP2011002620A - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】劣化した現像剤を選択的且つ効率的に除去することが可能な現像装置及びそれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】磁気ローラ２２の回転方向におけるＮ１極の下流側且つ現像剤の離脱位置Ｂの上流側には、磁気ローラ２２表面における第１攪拌スクリュー２１ａの現像剤搬送方向下流側端部に当接可能なスクレーパ３１を有する現像剤除去装置３０が設けられている。スクレーパ３１はシャフト３３から突設され、シャフト３３は連結部材３７を介して電磁ソレノイド３５と連結されており、電磁ソレノイド３５の作動及び作動停止よりシャフト３３が回転することによってスクレーパ３１が磁気ローラ２２に対して当接及び離間する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとを有する二成分現像剤を使用する現像装置に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上に形成されたトナー及びキャリアから成る現像剤チェーン（磁気ブラシ）により像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

一成分現像方式は、現像剤チェーンによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制するため、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下し、トナーの帯電量を安定して維持することが困難であった。また、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。

また、色重ねを行うカラー印刷の場合、カラートナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリアを用いてトナーを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。しかし、二成分現像方式は安定した帯電量を長期間維持できトナーの長寿命化に適している反面、前述した現像剤チェーンによる影響のため画質の面で不利であった。

これらの問題を解決する手段の一つとして、磁気ローラ（現像剤担持体）を用いて現像剤を像担持体に対して非接触に設置した現像ローラ（トナー担持体）上に移行させる際に、磁気ローラ上に磁性キャリアを残したまま現像ローラ上に非磁性トナーのみを転移させてトナー薄層を形成し、交流電界によって像担持体上の静電潜像にトナーを付着させる現像方式が提案されている。

このような二成分現像方式においては、現像剤中のトナー粒子は画像形成時に除々に消費されるのに対して、キャリア粒子は消費されず現像装置内を循環するため、経時的に疲労、劣化が進行していく。このため、一般に、画像形成装置のメンテナンスサービス時期に合わせて全ての現像剤の交換が行われている。現像剤の交換時期は、印字枚数や現像装置の駆動累計時間などを目安に、予め一律に決められていることが多い。

しかし、想定した画像濃度よりも薄い画像や、或いは濃い画像が多く印字されると、劣化程度が異なるキャリアを交換時期まで使い続けることになり、場合によっては、著しく劣化したキャリアを使用することが原因で、一定レベル以上の画像品質が保てなくなることもある。

キャリアの劣化状態を検知する方法として、キャリアの抵抗値や摩擦抵抗の変化を捉える方法が提案されている。例えば、特許文献１には、現像ロールから像担持体への電流の検出値に基づいて二成分現像剤の交換時期を通知することにより、劣化が進んだ適切な時期に二成分現像剤を交換する方法が開示されている。また、特許文献２には、劣化により表面の摩擦係数が大きくなったキャリアを円筒との摩擦により選択的に排出することにより、高メンテナンス性と高画質安定性を図る方法が開示されている。

また、近年のカラー画像の普及により、キャリア劣化を管理または抑制する必要性が今まで以上に高まっている。劣化した現像剤を入れ替えるメンテナンスを無くす方法として、少量のキャリアを含むトナーを補給すると共に現像剤を排出することにより、劣化した現像剤、特にキャリアを新しいものと除々に入れ替えていくトリクル現像方式が提案されている。このようなトリクル現像方式は、例えば上記した特許文献２に示すことができる。

特開２００７−５０１８３号公報 特開２００７−３３９８９号公報

しかし、特許文献１及び２には、磁気ローラから現像剤を掻き取って除去することに関し、何ら開示及び示唆はない。ここで、現像剤の劣化には、トナーの劣化とキャリアの劣化の２種類があるが、キャリアの劣化原因としては、（１）トナーへの荷電性を調整するためにキャリア表面に被覆されたコート層の磨耗、剥がれ、（２）キャリア表面へのトナー樹脂のスペント、（３）キャリア表面へのトナー外添剤であるシリカや酸化チタンのスペント、が考えられる。

キャリアの周りにはトナーが付着しているため、現像剤にストレスがかかると、トナー樹脂やトナー外添剤がキャリアに強く押し付けられて付着する。更に強く押し付けられると、キャリアのコート層にヒビが入り、部分的にコート層が剥がれてしまう。また、現像剤がせん断力を受けると、トナー外添剤のシリカや酸化チタンによってコート層が削られ、磨耗し、これらが進行するとコート層が減っていく。このように、キャリアの劣化には、現像剤へのストレスが大きく関与している。

上記したような、劣化した現像剤を順次入れ替えるトリクル現像方式においては、現像剤の入れ替え量を増やすとキャリアの劣化の進行を抑制することは可能となる。しかし、廃棄される現像剤量が増えるため、コストが高くなるばかりか、廃棄される現像剤を収容するための容器やスペースも必要になる。加えて、環境保護の観点からも、入れ替え量の増加は望ましくない。

磁気ローラ上に担持された現像剤は、ドクターブレードの通過時に磁気ローラとの間に生じた摩擦により強いストレスを受ける。ドクターブレードを通過後、磁気ローラから離脱した現像剤は、磁気ローラと並設された第１攪拌スクリューで攪拌搬送された後、第１攪拌スクリューとは反対方向に現像剤を攪拌搬送する第２攪拌スクリューによって攪拌搬送されて現像装置内で循環搬送される。しかし、離脱した現像剤が、第１攪拌スクリューで攪拌搬送される間に再び磁気ローラに担持される場合がある。

かかる場合、現像剤が入れ替わることなく磁気ローラ上でのドクターブレードの通過と第１攪拌スクリューによる攪拌搬送とが繰り返されるため、他の現像剤よりも強いストレスを受け、劣化が進行する。特に、磁気ローラ上における第１攪拌スクリューの現像剤搬送方向下流側端部に担持された現像剤は、強いストレスを受け、劣化の程度も大きい。従って、キャリアの入れ替え量を削減するためには、このように劣化程度が大きいキャリアを選択的に排出することが効果的である。

本発明は、上記問題点に鑑み、劣化した現像剤を選択的且つ効率的に除去することが可能な現像装置及びそれを備え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は、少なくともキャリア及びトナーを含む現像剤が用いられ、現像剤からトナーを離脱させるための主極を含む複数の磁極を内部に有する現像剤担持体と、現像剤を循環させながら攪拌搬送するための攪拌搬送部材であって、前記現像剤担持体と並設され、前記現像剤担持体のスラスト方向に現像剤を攪拌搬送する第１の攪拌搬送部材と、該第１の攪拌搬送部材と並設され、前記第１の攪拌搬送部材とは反対方向に現像剤を攪拌搬送する第２の攪拌搬送部材と、前記現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制部材と、を備えた現像装置において、前記現像剤担持体の回転方向に対し前記主極の下流側且つ現像剤の離脱位置の上流側に配置され、前記現像剤担持体表面における前記第１の攪拌搬送部材の現像剤搬送方向下流側端部に担持された現像剤を掻き取り可能な掻き取り部材を有する現像剤除去手段が設けられたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記現像剤除去手段は、前記現像剤担持体表面に対して前記掻き取り部材を当接及び離間可能であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記現像剤除去手段は、前記現像剤担持体に対する前記掻き取り部材の当接時間を可変可能であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記掻き取り部材の先端は、前記掻き取り部材と前記現像剤担持体との当接部から接線方向に沿って突出可能であり、前記現像剤除去手段は、前記当接部に対する前記先端の突出長さを可変可能であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の現像装置において、前記掻き取り部材は、前記現像剤担持体の長手方向に対し画像形成領域よりも外側に当接可能であることを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の現像装置において、前記第１及び第２の攪拌搬送部材に現像剤を補給可能な補給手段と、前記現像剤除去手段によって除去された現像剤を回収可能な回収部と、が設けられ、前記現像剤除去手段が、前記補給手段からの現像剤の補給量に応じて前記下流側端部からの現像剤の除去量を調整することを特徴としている。

また、本発明は、上記構成の現像装置を備えた画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、現像剤担持体の回転方向に対し主極の下流側且つ現像剤の離脱位置の上流側に配置され、現像剤担持体表面における第１の攪拌搬送部材の現像剤搬送方向下流側端部に担持された現像剤を掻き取り可能な掻き取り部材を有する現像剤除去手段を設けることにより、劣化程度の大きい現像剤を現像剤担持体から直接除去することができるため、劣化した現像剤を選択的且つ効率的に除去することができ、メンテナンス性やコスト性にも優れる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の現像装置において、現像剤除去手段が、現像剤担持体表面に対して掻き取り部材を当接及び離間可能とすることにより、より選択的に劣化した現像剤を除去することが可能となる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の現像装置において、現像剤除去手段が、現像剤担持体に対する掻き取り部材の当接時間を可変可能とすることにより、現像剤の除去量を詳細に調整することが可能となるため、より無駄なく効果的に現像剤を除去することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１〜第３のいずれかの構成の現像装置において、掻き取り部材の先端を、掻き取り部材と現像剤担持体との当接部から接線方向に沿って突出可能とし、現像剤除去手段が、当接部に対する先端の突出長さを可変可能とすることにより、現像剤の除去量をより詳細に調整することができるため、より無駄なく効果的に現像剤を除去することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１〜第４のいずれかの構成の現像装置において、掻き取り部材を現像剤担持体の長手方向に対し画像形成領域よりも外側に当接可能とすることにより、劣化の程度がより大きな現像剤を除去すると共に、画像形成に及ぼす影響を回避することができる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１〜第５のいずれかの構成の現像装置において、第１及び第２の攪拌搬送部材に現像剤を補給可能な補給手段と、現像剤除去手段によって除去された現像剤を回収可能な回収部と、を設け、現像剤除去手段が、補給手段からの現像剤の補給量に応じて下流側端部からの現像剤の除去量を調整することにより、現像剤の廃棄量を減らした効果的なトリクル現像が可能となる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第１〜第６のいずれかの構成の現像装置を備えた画像形成装置とすることにより、現像剤の劣化による影響を回避しつつ画像形成を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の全体構成を示す概略断面図 本実施形態の現像装置の構成を示す側面断面図 現像剤の循環状態を模式的に示す上面図 図２のＡ−Ａ’矢視部分断面図 電磁ソレノイドが作動したときのスクレーパの回動を示す図４の左側から見た図 電磁ソレノイドの作動が停止したときのスクレーパの回動を示す図４の左側から見た図 スクレーパが磁気ローラに当接した状態を示す部分側面断面図 スクレーパが磁気ローラから離間した状態を示す部分側面断面図 スクレーパの現像剤の掻き取り状態を模式的に示す図 スクレーパの突出長さが大きいときの現像剤の掻き取り状態を模式的に示す図 印字数量とトナー帯電量との関係を示す図 従来の現像装置を示す図であって、現像剤を除去できない現像装置の構成の一例を示す側面断面図 従来の現像装置を示す図であって、磁気ローラから現像剤を除去できない現像装置の構成の一例を示す側面断面図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る現像装置を備えた画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラー画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（像担持体）１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転し、各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラ９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーがキャリアと共に、それぞれ各色用の補給装置（補給手段）２７（図２参照）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、中間転写ローラ（一次転写ローラ）６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、本実施形態の現像装置の構成を示す側面断面図であり、図３は、現像剤の循環状態を模式的に示す上面図である。図１と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（現像剤、以下、単に現像剤と呼ぶ）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１攪拌室２０ｂと第２攪拌室２０ｃとに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃには補給装置２７から補給されるトナー及びキャリアを混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー（第１の攪拌搬送部材）２１ａ及び第２攪拌スクリュー（第２の攪拌搬送部材）２１ｂが回転可能に配設されている。

第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、図３に示すように、仕切壁２０ａに形成された現像剤通過路２０ｅを介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。

また、現像容器２０には、第２攪拌スクリュー２１ｂと対面して現像剤中のトナー濃度を検知する透磁率センサ５１が配置されている。透磁率センサ５１は、現像剤中のキャリアに対するトナー比（トナー濃度、Ｔ／Ｃ）を検知して出力信号を図示しない制御部に送信することにより、制御部は、補給装置２７からのトナー（現像剤）補給量を設定することができる。

第２攪拌スクリュー２１ｂの上方には、補給口２０ｄが形成されており、かかる補給口２０ｄを介して、補給装置２７から現像容器２０に現像剤が補給される。補給装置２７には、例えば重量比１：０．２５のトナー及びキャリアが混合されて成る現像剤が収容されている。また、トナーとして正帯電の非磁性トナー、キャリアとしてフェライトの表面にフッ素を含むコート層が被覆された磁性キャリアが用いられている。

また、図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第１攪拌スクリュー２１ａの上方には磁気ローラ（現像剤担持体）２２が配置され、磁気ローラ２２の左斜め上方には現像ローラ（トナー担持体）２３が対向配置されている。そして、現像ローラ２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３は図中時計回りに回転する。

磁気ローラ２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する固定マグネットローラ体２２ｂで構成されている。現像ローラ２３は、非磁性の現像スリーブから構成されており、磁気ローラ２２と現像ローラ２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０にはドクターブレード（規制部材）２５が磁気ローラ２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、ドクターブレード２５は、磁気ローラ２２の回転方向（図中時計回り）において、現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、ドクターブレード２５の先端部と磁気ローラ２２表面との間には僅かな隙間（規制ギャップＧ）が形成されている。

磁気ローラ２２及び現像ローラ２３には、不図示のバイアス回路から直流電圧及び交流電圧からなる現像バイアスが印加されるようになっている。前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第１攪拌スクリュー２１ａによって現像剤が磁気ローラ２２に搬送される。

磁気ローラ２２の固定マグネットローラ体２２ｂは、Ｎ１極（主極）、Ｎ２極、Ｎ３極と、Ｓ１極、Ｓ２極とから成る５つの磁極を有している。第１攪拌室２０ｂ内の現像剤は、固定マグネットローラ体２２ｂのＮ３極により磁界が付与されて回転スリーブ２２ａに担持される。回転スリーブ２２ａが図の時計回りに回転すると、Ｓ２極により引き合う磁界が付与されて、現像剤はドクターブレード２５に到達する。

ドクターブレード２５にはＳ２極が対向するため、ドクターブレード２５の先端にはＮ極が誘起され、規制ギャップＧには引き合う方向の磁界が発生する。この磁界により、ドクターブレード２５と磁気ローラ２２との間にキャリア及びトナーが連なった現像剤チェーン（磁気ブラシ）が形成される。そして、現像剤チェーンが規制ギャップＧを通過することにより所定層厚（現像剤量）に層厚規制される。一方、現像剤チェーンの形成に用いられなかった現像剤はドクターブレード２５の上流側の側面に沿って滞留する。

その後、回転スリーブ２２ａが図の時計回りに回転して現像剤チェーンが現像ローラ２３に対向する位置に移動すると、固定マグネットローラ体２２ｂのＮ１極により発生した磁界、及び磁気ローラ２２に印加される直流電圧と現像ローラ２３に印加される直流電圧との間の電位差によってトナーが磁気ローラ２２から離脱して移動し、現像ローラ２３上にトナー薄層（トナー層）が形成される。

現像ローラ２３上のトナー薄層は、現像ローラ２３の回転によって感光体ドラム１ａと現像ローラ２３との対向部分に搬送され、現像ローラ２３に印加される現像バイアスにより、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。現像に用いられずに現像ローラ２３上に残ったトナーは、再度現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２上の現像剤チェーンによって回収される。

現像ローラ２３上に形成されたトナー薄層の層厚は、現像剤の抵抗や磁気ローラ２２と現像ローラ２３との回転速度差等によっても変化するが、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との間の直流電位差（実効電位）によって制御することができる。実効電位を大きくすると現像ローラ２３上のトナー層は厚くなり、実効電位を小さくすると薄くなる。現像時における実効電位の範囲は一般的に２５０Ｖ〜４５０Ｖ程度が適切である。

トナー薄層の形成及び現像に使われなかった現像剤は、さらに回転スリーブ２２ａが時計回りに回転すると、今度はＳ１極により引き合う磁界が付与され、引き続きＮ２極により引き合う磁界が付与されて、第１攪拌スクリュー２１ａの上方に移動する。さらに回転スリーブ２２ａが時計回りに回転すると、Ｎ２極とＮ３極との境界において反発する磁界が付与されるため、現像剤は回転スリーブ２２ａから離脱する（離脱位置Ｂ）。

そして、離脱した現像剤は、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂにより攪拌、搬送され、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤とされる。その後、上記した様に、Ｎ３極による磁界が付与されて再び磁気ローラ２２上に担持され、現像剤チェーンを形成してドクターブレード２５を通過する。

ここで、上記した様に、磁気ローラ２２上の現像剤チェーンは、ドクターブレード２５を通過する際、規制ギャップＧで発生した磁界によってドクターブレード２５に引き付けられる。これにより、現像剤チェーンの移動速度は回転スリーブ２２ａの回転速度に対して一時的に低下し、現像剤チェーンは回転スリーブ２２ａ上を滑りながら規制ギャップＧを通過する。その結果、現像剤チェーンは、ドクターブレード２５を通過するときに回転スリーブ２２ａとの摩擦により多大なストレスを受ける。

ドクターブレード２５を通過した現像剤は、離脱位置Ｂで磁気ローラ２２から離脱した後、第１攪拌スクリュー２１ａによって第１攪拌室２０ｂ内の現像剤と混合されるだけでなく、さらに第２攪拌スクリュー２１ｂによって第２攪拌室２０ｃ内に補給された現像剤と混合、攪拌されることにより、現像容器２０内の現像剤全体としてストレスを緩和することができる。

しかし、磁気ローラ２２から離脱した現像剤が、第１攪拌スクリュー２１ａにより該スクリューの現像剤搬送方向下流側へと攪拌搬送される間に、第２攪拌スクリュー２１ｂへと移動することなく再び磁気ローラ２２に担持される場合がある。かかる現像剤が再びドクターブレード２５を通過することにより、さらに受けるストレスが大きくなる。

このように、ドクターブレード２５の通過と第１攪拌スクリュー２１ａによる現像剤搬送方向下流側への移動とが何度も繰り返されると、特に、図３のハッチング領域で示すように、磁気ローラ２２において第１攪拌スクリュー２１ａの現像剤搬送方向下流側端部にストレスを最も多く受けた現像剤が担持される。

そこで、本発明では、磁気ローラ２２の回転方向に対しＮ１極の下流側且つ現像剤の離脱位置Ｂの上流側に配置され、磁気ローラ２２表面における第１攪拌スクリュー２１ａの現像剤搬送方向下流側端部に担持された現像剤を掻き取り可能なスクレーパ３３を有する現像剤除去装置３０（現像剤除去手段）を設けることとした。

図４は、図２のＡ−Ａ’矢視部分断面図であり、図５は、電磁ソレノイドが作動したときのスクレーパの回動を示す図４の左側から見た図であり、図６は、電磁ソレノイドの作動が停止したときのスクレーパの回動を示す図４の左側から見た図であり、図７は、スクレーパが磁気ローラに当接した状態を示す部分側面断面図であり、図８は、スクレーパが磁気ローラから離間した状態を示す部分側面断面図であり、図９は、スクレーパの現像剤の掻き取り状態を模式的に示す図である。図１〜図６と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。

前述の図２及び図４に示すように、第１攪拌スクリュー２１ａの上方には、現像剤除去装置３０が設けられており、現像剤除去装置３０は、スクレーパ３１、シャフト３３、電磁ソレノイド３５、回収室（回収部）３８を備えている。スクレーパ３１は、矩形板状から成り、磁気ローラ２２における第１攪拌スクリュー２１ａの現像剤搬送方向下流側端部において、磁気ローラ２２の長手方向に沿って配置されたシャフト３３の一端部から突出している。

また、図４に示すように、スクレーパ３１の突出端は、磁気ローラ２２の長手方向（図の左右方向）に対し画像形成領域Ｒ（図のハッチング領域）よりも外側（図の左側）において、磁気ローラ２２の回転方向に対しカウンター方向から当接可能となっている（図２参照）。また、スクレーパ３１の先端が磁気ローラ２２と当接部Ｃ（図９参照）において当接するようになっている。スクレーパ３１は、例えばＰＥＴ等の樹脂製材料から形成することができるが、その材質は磁気ローラ２２上（表面）の現像剤を掻き取り可能であれば特に限定されるものではない。

かかる材質は、その他例えば金属材料等とする等、磁気ローラ２２との当接による損傷等も考慮して適宜設定することができる。また、スクレーパ３１の厚みは、例えば０．２ｍｍ、磁気ローラ２２の長手方向の幅は例えば１０ｍｍとすることができるが、これら厚み、幅、或いは磁気ローラ２２に対する圧接力等は、掻き取り性能や掻き取り領域等に応じて適宜設定することができる。

第２攪拌スクリュー２１ｂ（図２参照）の上方には、シャフト３３を覆うように箱状の回収室３８が設けられており、シャフト３３は、回収室３８に回転自在に支持されている。シャフト３３は、例えば金属材料から形成することができるが、スクレーパ３１を支持することが可能であれば、その材質は特に限定されるものではない。また、シャフト３３はスクレーパ３１と一体形成することもできる。

シャフト３３の長手方向におけるスクレーパ３１とは反対側の端部には、細長い板状の連結部材３７が突設されており、連結部材３７の先端は、吸引式の電磁ソレノイド３５のプランジャ３５ａの先端と回転自在に連結されている。図５に示すように、電磁ソレノイド３５が作動すると、没入するプランジャ３５ａに連結部材３７が引っ張られることにより、シャフト３３がスクレーパ３１と共に図の反時計回りに回転する。一方、図６に示すように、電磁ソレノイド３５の作動が停止すると、突出するプランジャ３５ａに連結部材３７が押圧されることにより、シャフト３３がスクレーパ３１と共に図の時計回りに回転する。

これにより、電磁ソレノイド３５が作動すると、図７に示すように、スクレーパ３１が磁気ローラ２２と当接し、図９に示すように、磁気ローラ２２上の現像剤Ｄを掻き取ることができる。また、電磁ソレノイド３５の作動が停止すると、図８に示すように、スクレーパ３１が磁気ローラ２２から離間して、磁気ローラ２２上の現像剤の掻き取りを停止することができる。

スクレーパ３１によって掻き取られた現像剤は、図２及び図４に示すように、回収室３８に除去される。回収室３８には、シャフト３３に沿って排出スクリュー３９が設けられており、排出スクリュー３９は、回収室３８内の現像剤をシャフト３３に沿ってスクレーパ３１とは反対側に搬送することができる。搬送された現像剤は、回収室３８の底部に形成された回収口３８ａから、現像装置３ａの外側に設けられた回収容器４３に排出（廃棄）される。

このように、磁気ローラ２２表面に対してスクレーパ３１を当接及び離間可能とすることにより、選択的に劣化した現像剤を除去することが可能となる。次に、現像剤除去装置３０による磁気ローラ２２上の現像剤の除去動作について説明する。例えば、補給装置２７には、上述したように、トナーとキャリアを重量比１：０．２５の比率で混合した現像剤が収容されている。

画像形成部Ｐａの画像印字動作により現像装置３ａ内のトナーが消費されると、透磁率センサ５１の出力値が予め設定された設定値から変化する。かかる透磁率センサ５１の検知結果に基づき、不図示の制御部によって設定値からの変化分（トナーの減少分）を補うために必要な現像剤量が算出され、かかる算出結果に基づいて、現像剤が補給装置２７から補給される。

補給装置２７から現像剤が補給されると、現像装置３ａ内の現像剤が増加するため、増加分を減らして現像装置３ａ内の現像剤量を略一定にする必要がある。そこで、補給による現像剤の増加分だけ、磁気ローラ２２上の劣化した現像剤を掻き取って除去することとした。すなわち、現像剤の増加分を除去するために必要な時間だけ、磁気ローラ２２に対してスクレーパ３１を当接させることとした。

例えば、磁気ローラ２２の現像剤搬送量を０．０２２ｇ/ｃｍ²、線速を２２．５ｃｍ/ｓに設定し、原稿濃度が２０％、１枚当たりのトナー消費量が０．０８ｇ/枚となるような画像について連続印刷を行う場合、約２０枚印字毎に一回の補給につき約２ｇの現像剤が補給装置２７から補給される。すなわち約１．６ｇのトナーと共に約０．４ｇのキャリアが補給される。

幅１０ｍｍ（１ｃｍ）のスクレーパ３１を用いた場合、磁気ローラ２２上から約０．４ｇの現像剤を掻き取るためには、磁気ローラ２２に対してスクレーパ３１を約０．８（＝０．４／２２．５／１／０．０２２）秒間当接させればよい。従って、補給装置２７からの現像剤の補給と略同時に、電磁ソレノイド３５を作動させてスクレーパ３１を磁気ローラ２２に当接させ、約０．８秒後に電磁ソレノイド３５の作動を停止してスクレーパ３１を磁気ローラ２２から離間させることができる。

これにより、増加した現像剤分だけ劣化した現像剤を除去することができる。なお、スクレーパ３１を磁気ローラ２２に当接させるタイミングは、特に限定されるものではないが、補給装置２７からの補給と略同時に行うことにより、補給装置２７から新たに補給した現像剤がスクレーパ３１によって掻き取られることを回避できる。また、現像剤の除去量も、補給量と同量にする必要はなく、装置構成や必要に応じて適宜設定することもできる。

また、スクレーパ３１の磁気ローラ２２に対する当接時間も、現像剤中のキャリア及びトナーの混合比、補給装置２７からの補給量、補給頻度、磁気ローラ２２の現像剤搬送性能や線速、スクレーパ３１の幅や掻き取り性能等に応じて適宜設定することができ、特に限定されるものではない。また、ここでは透磁率センサ５１を用いて補給装置２７からの補給量を調整したが、その他例えば、画像印字率等に基づいてトナー消費量を検知し、現像剤の補給量を適宜設定することもできる。

上記の通り、現像剤除去装置３０を設けることにより、劣化の著しいキャリアを磁気ローラ２２から直接除去することができるため、劣化した現像剤を選択的且つ効率的に除去することができ、メンテナンス性やコスト性にも優れる。また、磁気ローラ２２に対するスクレーパ３１の当接時間を可変することにより、現像剤の除去量を詳細に調整することが可能となるため、より無駄なく効果的に現像剤を除去することができる。

また、現像剤除去装置３０が、磁気ローラ２２表面に対してスクレーパ３１を当接及び離間可能とすることにより、より選択的に劣化した現像剤を除去することが可能となる。しかし、磁気ローラ２２に対してスクレーパ３１を常時当接する構成とすることも可能である。

さらに、現像剤除去装置３０が、補給装置２７からの現像剤の補給量に応じて現像剤の除去量を調整することにより、現像剤の廃棄量を減らした効果的なトリクル現像が可能となる。しかし、現像剤の除去量の調整方法は、上記した磁気ローラ２２に対するスクレーパ３１の当接時間に特に限定されるものではない。

図１０は、スクレーパの突出長さが大きいときの、現像剤の掻き取り状態を模式的に示す図である。例えば、図１０に示すように、スクレーパ３１と磁気ローラ２２との当接部Ｃにおける接線方向Ｘに対し、該当接部Ｃよりもスクレーパ３１の先端が突出する場合、先端の突出長さＬが大きくなる程、スクレーパ３１の下側（磁気ローラ２２側）に現像剤Ｄが潜り込む。このため、スクレーパ３１による現像剤Ｄの掻き取り量は減少する。さらに突出長さ大きくすると掻き取り量は略ゼロに近づく。

これに対し、前述した図９では、スクレーパ３１の先端の突出長さＬは略ゼロであるため、現像剤Ｄの潜り込みは極めて少ない。従って、例えばスクレーパ３１の先端の当接部Ｃに対する突出長さＬを可変することにより、スクレーパ３１の掻き取り量を可変することができる。かかる場合、例えばカム機構等により、シャフト３３自体を接線方向Ｘに対して磁気ローラ２２側に接近及び離間させることにより、スクレーパ３１の突出長さＬを可変することができる。

これにより、スクレーパ３１の掻き取り量を詳細に可変できるため、補給装置２７から現像剤が少量ずつ高頻度に補給されるように設定された場合等であっても、これに応じて劣化した現像剤を除去することができる。従って、現像剤の除去量をより詳細に調整することができ、より無駄なく効果的に現像剤を除去することができる。また、精度良く現像剤の補給量と排出量とのバランスをとることも可能となる。なお、かかる突出長さＬの調整は、上記したスクレーパ３１の磁気ローラ２２に対する当接時間の調整と併用することも可能である。

上記実施形態では、スクレーパ３１を磁気ローラ２２の幅方向に対し画像形成領域Ｒの外側に当接させたため、画像形成に及ぼす影響を回避できる。しかし、磁気ローラ２２対するスクレーパ３１の上記幅方向の当接位置は、上記実施形態に限定されるものではなく、画像形成状況や劣化した現像剤の除去性能等に応じて適宜設定することができる。その他例えば、スクレーパ３１を、磁気ローラ２２の画像形成領域Ｒに当接させること等もできる。

また、本実施形態では、スクレーパ３１を磁気ローラ２２の回転方向に対し、Ｓ１極の下流側且つＮ２極の上流側に当接させたが、磁気ローラ２２の回転方向に対するスクレーパ３１の当接位置は、Ｎ１極の下流側且つ離脱位置Ｂの上流側であれば、上記実施形態に限定されるものではない。但し、固定マグネットローラ２２ｂの磁界により現像剤チェーンが磁気ローラ２２から起立しているときには、スクレーパ３１によって掻き取り易くなる。

かかる観点を考慮すれば、スクレーパ３１を、固定マグネットローラ２２ｂのＮ２極やＳ１極と対向する位置に当接させることが好ましい。また、上記実施形態では、固定マグネットローラ２２ｂの磁極を５極としたが、かかる磁極の数量は特に限定されるものではなく、その他例えば３極、或いは７極等とすることもできる。

また、上記実施形態では、電磁ソレノイド３５を用いてスクレーパ３１を磁気ローラ２２に対して接触及び離間可能としたが、かかる接離方法は、本実施形態に特に限定されず、その他、連結部材３７を、正逆回転可能なモータに連結された偏心カムに連結させること等によってスクレーパ３１を磁気ローラ２２に対して接離可能とすることもできる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、補給装置２７にトナー及びキャリアを収容したが、その他、トナーとキャリアとを、別々の補給装置に収容し、これら補給装置から現像容器２０に別々に補給することもできる。これにより、トナーの無駄な廃棄を防止することが可能となる。

また、上記実施形態では、磁気ローラ２２と現像ローラ２３とを用いて感光体ドラム１ａ〜１ｄ上の静電潜像を現像したが、現像ローラ２３を用いることなく、磁気ローラ２２のみを用いて、磁気ローラ２２から感光体ドラム１ａ〜１ｄにトナーのみを移行させることもできる。

また、上記実施形態では帯電方向が正（プラス側）である正帯電トナーを用い、感光体表面の露光部にトナーを飛翔させる反転現像方式を例に挙げて説明したが、帯電方向が負（マイナス側）である負帯電トナーを用いる現像装置や、感光体表面の未露光部にトナーを飛翔させる正転現像方式の現像装置にも全く同様に適用可能である。

また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンタ及びロータリー現像式のカラープリンタ及びカラー複写機、ファクシミリ等、現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。

以下、本発明について実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

図２に示した本発明の実施形態に係る現像装置３ａ〜３ｄが搭載された画像形成装置１００を用い、４つの現像装置３ａ〜３ｄのうち現像装置３ａのみに現像剤除去装置３０を設けた。また、上記と同様に、トナーとキャリアを重量比１：０．２５の比率で混合させた現像剤を補給装置２７に収容し、磁気ローラ２２の現像剤搬送量を０．０２２ｇ/ｃｍ²、線速を２２．５ｃｍ/ｓに設定し、原稿濃度が２０％、１枚当たりのトナー消費量が０．０８ｇ/枚となるような画像について３０万枚の連続印刷を行った（耐刷安定性）。

そして、約２０枚印字ごとに、補給装置２７から一回の補給につき約２ｇの現像剤（約１．６ｇのトナーと約０．４ｇのキャリア）が補給されるように現像剤の補給を行い、補給と略同時に、幅１０ｍｍ（１ｃｍ）のスクレーパ３１を磁気ローラ２２に対して約０．８秒間当接させて、約０．４ｇの現像剤を掻き取った。

そして、上記連続印字を行ったときの、現像措置３ａ内のキャリアの劣化を評価した。ここでは、現像剤中のキャリアが劣化するとトナーへの荷電能力が低下することを考慮し、トナー帯電量を測定することによってキャリアの劣化程度を評価した。また、トナー帯電量が１２μＣ／ｇを下回ると、トナー飛散やカブリ画像が顕著になるため、キャリアの劣化程度が大きいと評価した。結果を図１１に示す。

比較例１

図１２は、従来の現像装置を示す図であって、現像剤を除去できない現像装置の構成の一例を示す側面断面図である。図２と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。図１２に示すように、現像容器２０内に現像剤除去装置３０が設けられておらず、現像容器２０から現像剤を除去できない現像装置３ａを用いた。そして、磁気ローラ２２からの現像剤の除去も現像容器２０からの現像剤の除去も行うことなく、上記実施例と同様にして、現像剤の補給を行いながら連続印字を行い、現像装置３ａ内のキャリアの劣化を評価した。結果を図１１に示す。

比較例２

図１３は、従来の現像装置であって、磁気ローラから現像剤を除去できない現像装置の構成の一例を示す側面断面図である。図２と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。図１３に示すように、現像容器２０からの現像剤の排出は可能であるが、現像剤除去装置３０が設けられておらず磁気ローラ２２からの現像剤の除去はできない現像装置３ａを用いた。

かかる現像装置３ａでは、現像容器２０内の現像剤量が一定以上になると現像剤を排出用仕切壁４３から溢れ出させ、排出用室４５に溢れ出た現像剤を回収スクリュー４７により現像装置３ａ外に排出することによって、現像装置３ａから現像剤を除去することができる。そして、磁気ローラ２２からの現像剤の除去を行うことなく、上記実施例と同様にして、現像剤の補給を行いながら連続印字を行い、現像装置３ａ内のキャリアの劣化を評価した。結果を図１１に示す。

図１１に示すように、現像剤を入れ替えない比較例１では、印字開始からトナー帯電量が下がり続け、画像カブリやトナー飛散が激しくなったため途中で連続印字を中止した。また、現像剤を仕切用排出壁４３からオーバーフローさせる比較例２では、印字開始からトナー帯電量が下がり続けた後、８万枚以降において下げ止まりするものの、トナー帯電量は実施例よりも２μＣ／ｇも低く推移した。しかも、８万枚以降のトナー帯電量は、１２μＣ／ｇを下回り、耐刷安定性は不十分なものであった。

これに対し、本発明に係る実施例では、トナー帯電量は、印字開始からは低下し比較例２と同様に下げ止まりするものの、その低下の程度は比較例２よりも小さかった。さらに、印字終了時までトナー帯電量は１２μＣ／ｇを上回っており、耐刷安定性は十分に実用に耐え得るものであった。従って、本発明に係る実施例では、比較例１及び比較例２よりもキャリアの劣化を抑制できることがわかった。

本発明は、現像剤担持体の回転方向に対し主極の下流側且つ現像剤の離脱位置の上流側に配置され、現像剤担持体表面における第１の攪拌搬送部材の現像剤搬送方向下流側端部に担持された現像剤を掻き取り可能な掻き取り部材を有する現像剤除去手段を設けたものである。

これにより、劣化した現像剤を選択的且つ効率的に除去することができるため、画像不良の発生時期の遅延や、環境保護を図ることもできる。また、現像剤除去手段が、現像剤担持体表面に対して掻き取り部材を当接及び離間可能とすることにより、より選択的に劣化した現像剤を除去することが可能となる。また、現像剤除去手段が、現像剤担持体に対する掻き取り部材との当接時間を可変可能とすることにより、より無駄なく効果的に現像剤を除去することができる。

また、掻き取り部材の先端を、掻き取り部材と現像剤担持体との当接部から接線方向に沿って突出可能とし、現像剤除去手段が、当接部に対する先端の突出長さを可変可能とすることにより、より無駄なく効果的に現像剤を除去することができる。また、掻き取り部材を、現像剤担持体の長手方向に対し画像形成領域よりも外側に当接可能とすることにより、劣化の程度がより大きな現像剤を除去すると共に、画像形成に及ぼす影響を回避することができる。

また、第１及び第２の攪拌搬送部材に現像剤を補給可能な補給手段と、現像剤除去手段によって除去された現像剤を回収可能な回収部と、を設け、現像剤除去手段が、補給手段からの現像剤の補給量に応じて下流側端部からの現像剤の除去量を調整することにより、現像剤の廃棄量を減らした効果的なトリクル現像が可能となる。また、上記構成の現像装置を備えた画像形成装置とすることにより、現像剤の劣化による影響を回避しつつ画像形成を行うことができる。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 現像装置
２１ａ 第１攪拌スクリュー（第１の攪拌搬送部材）
２１ｂ 第２攪拌スクリュー（第２の攪拌搬送部材）
２２ 磁気ローラ（現像剤担持体）
２２ａ 回転スリーブ
２２ｂ 固定マグネットローラ体
２３ 現像ローラ
２５ ドクターブレード（規制部材）
３０ 現像剤除去装置（現像剤除去手段）
３１ スクレーパ（掻き取り部材）
３３ シャフト
３５ 電磁ソレノイド
３７ 連結部材
３８ 回収室（回収部）
３９ 排出スクリュー
１００ 画像形成装置
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部

Claims (7)

1. 少なくともキャリア及びトナーを含む現像剤が用いられ、
   現像剤からトナーを離脱させるための主極を含む複数の磁極を内部に有する現像剤担持体と、
   現像剤を循環させながら攪拌搬送するための攪拌搬送部材であって、前記現像剤担持体と並設され、前記現像剤担持体のスラスト方向に現像剤を攪拌搬送する第１の攪拌搬送部材と、
   該第１の攪拌搬送部材と並設され、前記第１の攪拌搬送部材とは反対方向に現像剤を攪拌搬送する第２の攪拌搬送部材と、
   前記現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制部材と、を備えた現像装置において、
   前記現像剤担持体の回転方向に対し前記主極の下流側且つ現像剤の離脱位置の上流側に配置され、前記現像剤担持体表面における前記第１の攪拌搬送部材の現像剤搬送方向下流側端部に担持された現像剤を掻き取り可能な掻き取り部材を有する現像剤除去手段が設けられたことを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤除去手段は、前記現像剤担持体表面に対して前記掻き取り部材を当接及び離間可能であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤除去手段は、前記現像剤担持体に対する前記掻き取り部材の当接時間を可変可能であることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記掻き取り部材の先端は、前記掻き取り部材と前記現像剤担持体との当接部から接線方向に沿って突出可能であり、前記現像剤除去手段は、前記当接部に対する前記先端の突出長さを可変可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記掻き取り部材は、前記現像剤担持体の長手方向に対し画像形成領域よりも外側に当接可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置。
6. 前記第１及び第２の攪拌搬送部材に現像剤を補給可能な補給手段と、
   前記現像剤除去手段によって除去された現像剤を回収可能な回収部と、が設けられ、
   前記現像剤除去手段が、前記補給手段からの現像剤の補給量に応じて前記下流側端部からの現像剤の除去量を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の現像装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の現像装置を備えた画像形成装置。

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