JP2014106370A - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】トナー保持体1に対し供給部材2を介して現像剤としてのトナーを供給する態様であって、供給部材2のうち、トナー保持体1との接触域Nよりも回転方向下流側で且つトナー補給手段3による補給域Xよりも回転方向上流側に設けられ、接触域Nの下方にて当該接触域Nを通過するときに剥離された剥離トナーTdが受け止められ且つ受け止められた剥離トナーTdが供給部材2側に向かって案内される案内部材6を有し、供給部材2の周面と案内部材6の一部とを圧接させることで案内部材6にて受け止められた剥離トナーTdを供給部材2側に向かって移動させて供給部材2の周面に付着させる付着手段5を備える。
【選択図】図1
Description
特許文献1には、現像剤担持体と現像剤供給部材との対向部位より現像剤供給部材の回転方向下流側且つ現像剤供給部材に新たな現像剤が供給される部位までの間に、現像剤供給部材の形状に沿う接触域を形成し、現像剤供給部材表面の現像剤を剥離しながら均す均し部材を備える現像装置が開示されている。
特許文献2には、対向部位で互いに反対方向に回転する現像剤担持体と現像剤供給部材とでニップ域を形成し、このニップ域より現像剤供給部材の回転方向下流側で、新たな現像剤が供給される部位に対応して、現像剤供給部材に近接又は接触する現像剤返し部材を設けることで、現像剤供給部材上の現像剤をニップ域側(吸い込み部)に返すようにした現像装置が開示されている。
特許文献3には、現像ローラに現像剤を供給する供給ローラに対して摺接する帯電部材を設け、この帯電部材の材料として帯電系列が供給ローラよりも現像剤の帯電極性側になるものを採用し、供給ローラ上の逆帯電現像剤が現像ローラと供給ローラとの接触部位に供給されないようにした現像装置が開示されている。
特許文献4には、現像剤担持体に現像剤を供給しながら現像剤担持体上の現像剤を剥離させる現像剤供給部材に対し、現像剤担持体との接触部位より現像剤供給部材の回転方向下流側で現像剤供給部材に接触し、現像剤供給部材上の現像剤を除去する現像剤除去手段を備える現像装置が開示されている。
請求項3に係る発明は、請求項2に係る現像装置において、前記板状部材は現像剤が傾斜に沿って転動可能な平滑面を有していることを特徴とする現像装置である。
請求項4に係る発明は、請求項1ないし3いずれかに係る現像装置において、前記搬送手段及び供給手段は、両者の対向部位で異なる方向に回転するものであることを特徴とする現像装置である。
請求項5に係る発明は、請求項1ないし4いずれかに係る現像装置において、前記付着手段は導電性部材にて構成され、前記供給手段との間に現像剤が前記供給手段側に吸引可能な吸引電界が形成される吸引電界形成手段を備えることを特徴とする現像装置である。
請求項6に係る発明は、請求項1ないし5いずれかに係る現像装置において、前記供給手段に対する前記付着手段の接触力は、前記供給手段と前記搬送手段との接触域での接触力よりも小さく設定されていることを特徴とする現像装置である。
請求項7に係る発明は、請求項1ないし6いずれかに係る現像装置において、前記補給手段は、新規の現像剤が補給可能に収容される収容室と、前記供給手段及び前記搬送手段が配設される現像室との間を前記搬送経路を介して接続し、この搬送経路の現像室側開口が前記供給手段に面して配置され、前記搬送経路の収容室側開口よりも下方に位置することを特徴とする現像装置である。
請求項9に係る発明は、請求項8に係る画像形成装置において、更に、前記現像装置の現像剤の消費が制御可能な制御装置を備え、この制御装置は、予め決められた作像回数における消費された現像剤量を算出する算出部と、この算出部にて算出された現像剤量が予め定めた閾値以上であるか否かを判別する判別部と、この判別部にて判別された現像剤量が前記閾値未満である場合に現像装置内の現像剤を予め定めた量だけ像保持体側に吐き出す吐出部と、この吐出部にて吐き出された像保持体上の現像剤を清掃する清掃処理部と、を備えることを特徴とする画像形成装置である。
請求項2に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、簡単な構成で、供給手段に現像剤を付着させることができる。
請求項3に係る発明によれば、本構成を有しない態様に比べて、簡単な構成で、接触域で剥離された現像剤を供給手段に向かって移動させることができる。
請求項4に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、供給手段から搬送手段への現像剤の搬送動作、及び、供給手段からの現像剤の剥離動作を効率的に実現することができる。
請求項5に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、現像剤を供給手段に対してより積極的に付着させることができる。
請求項6に係る発明によれば、本構成を有さない態様に比べて、供給手段への現像剤の付着を安定させることができる。
請求項7に係る発明によれば、搬送手段を工夫することで、供給手段上での新旧現像剤の混在を防止することができる。
請求項8に係る発明によれば、必要な量の旧現像剤が供給手段の周面に付着している場合には、新現像剤が供給されない現像装置が組み込まれた画像形成装置を容易に構築することができる。
請求項9に係る発明によれば、現像剤の消費量が少ないことに起因して現像装置内に劣化した現像剤が生成されたと判断したときに、現像装置内の劣化した現像剤を強制的に吐き出すことができ、その分、劣化した現像剤による現像不良を未然に防止することができる。
図1(a)は本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態の概要を示す説明図である。
同図において、画像形成装置は、静電潜像を保持して循環移動する像保持体10と、この像保持体10に対向して配設され、前記像保持体10上の静電潜像を現像する現像装置11と、を備えている。
そして、本実施の形態で用いられる現像装置11は、図1(a)(b)に示すように、静電潜像を保持して循環移動する像保持体10に対向して回転可能に設けられ、像保持体10上の静電潜像を現像するように像保持体10に対向する現像域Mに向けて現像剤としての非磁性一成分トナーを保持して搬送する搬送手段としてのトナー保持体1と、弾性変形可能な弾性体の周面にトナーが捕捉可能な粗面2aを有し、トナー保持体1に弾性的に接触して回転可能に設けられ、トナー保持体1との接触域Nにてトナー保持体1にトナーを供給する供給手段としての供給部材2と、この供給部材2のうちトナー保持体1との接触域Nから離れた部位にある補給域Xに面して新規トナーを補給する補給手段としてのトナー補給手段3と、トナー保持体1のうち、供給部材2との接触域Nよりも回転方向下流側で且つトナー保持体1の現像域Mよりも回転方向上流側に設けられ、トナー保持体1に保持されるトナーを摩擦帯電すると共に現像に供されるトナー量を規制する規制部材4と、供給部材2のうち、トナー保持体1との接触域Nよりも回転方向下流側で且つトナー補給手段3による補給域Xよりも回転方向上流側に設けられ、接触域Nの下方にて当該接触域Nを通過するときに剥離された剥離トナーTdが受け止められ且つ受け止められた剥離トナーTdが供給部材2側に向かって案内される案内部材6を有し、供給部材2の周面と案内部材6の一部とを圧接させることで案内部材6にて受け止められた剥離トナーTdを供給部材2側に向かって移動させて供給部材2の周面に付着させる付着手段5と、を備えたものである。
また、供給部材2はトナー保持体1との対向部位にて逆方向に回転してもよいし、同方向に回転してもよい。ここで、同方向に回転するときには、供給部材2からトナー保持体1にトナーを供給する上で両者間に速度差を有することが必要である。更に、供給部材2は、周面にトナーが捕捉されるような粗面(凹凸)を備えていればよく、代表的態様としては発泡体が挙げられるが、例えば弾性ゴム等の周面に溝等の凹部が形成されたものであってもよい。また、発泡体は連続気泡、独立気泡のいずれでもよいが、柔らかさやコストの面から連続気泡のものが好適である。
更にまた、トナー補給手段3は供給部材2のうち予め決められた補給域Xに新規トナーTnを補給するものであれば適宜選定して差し支えなく、供給部材2に隣接した部位に新規トナーTnの収容室(図示せず)を設け、この収容室の新規トナーTnをトナー搬送経路3aを介して供給部材2の補給域Xに補給するようにすればよい。
ここで、トナー補給手段3による補給域Xは供給部材2とトナー保持体1との接触域Nから離れた部位に設定されているのは、トナー補給手段3による新規トナーTnが供給部材2とトナー保持体1との接触域Nに直接供給されると、供給部材2上に新旧トナーを積極的に混在させることになるのを回避するためである。
また、付着手段5としては案内部材6を有していればよい。この案内部材6は、図1(b)に矢印Aで示すように、接触域Nにて剥離された剥離トナーTdを受け止めること、図1(b)に矢印Bで示すように、受け止めた剥離トナーTdを供給部材2側に案内することを要件とするものであればよく、更に、供給部材2との間に一部が圧接していることを要する。この圧接部位6aの存在によって、受け止められた剥離トナーTdを移動させた後に、供給部材2に付着させることが可能になる。剥離トナーTdが供給部材2の表面に付着するときには、粗面2aの凹部内に埋まり、かつ、凹部外にも付着して略均一に均される。尚、図1(b)中、符号Taは供給部材2の粗面2aの凹部に残存する残トナーを示す。
よって、この種の案内部材6としては、板状部材、回転体など適宜選定して差し支えない。
先ず、付着手段5の代表的態様としては、案内部材6として弾性変形可能な板状部材を用い、この板状部材のうち剥離トナーTdの受け止め部位よりも供給部材2との圧接部位6aが下方に位置するように前記板状部材を傾斜配置したものが挙げられる。
本態様において、案内部材6としての板状部材は受け止められた剥離トナーTdが供給部材2側に向かって転動可能な平滑面を有している態様が好ましい。ここでいう‘平滑面’とは例えばRz≦0.6μm程度で足りる。
また、トナー保持体1と供給部材2との好ましい態様としては、トナー保持体1及び供給部材2は、両者の対向部位で異なる方向に回転する態様が挙げられる。この種のアゲインスト方式は、供給部材2に捕捉されていたトナーに剪断力を与えることで当該トナーを剥離する。このため、剥離されたトナーは、トナー保持体1側に供給すると共に、供給されなかったトナーは下方に落下する。また、接触域Nを通過した後に供給部材2の表面が弾性復帰することから、供給部材2の表面に捕捉されていたトナーも弾性復帰動作に伴って剥離する。
更に、案内部材6の別の好ましい態様としては、供給部材2に対する案内部材6の接触力は、供給部材2とトナー保持体1との接触域Nでの接触力よりも小さく設定されている態様が挙げられる。ここで、供給部材2と案内部材6との接触力が強すぎると、案内部材6によって供給部材2が大きく弾性変形し、案内部材6との圧接部位6aを通過したときの弾性復帰に伴う挙動により付着したトナーが再び剥離する懸念がある。
本態様では、トナー搬送経路3aには新規トナーTnが滞留した状態で充填されており、この新規トナーTnの滞留部が自重で供給部材2に面して配置されている。このため、新規トナーTnの滞留部と供給部材2の周面との間には界面が形成され、供給部材2の周面に旧トナーTcが捕捉されている箇所では新規トナーTnは供給部材2には供給されず、供給部材2の周面のうち旧トナーTcが捕捉されていない箇所にだけ新規トナーTnが捕捉されるという挙動を示すものと推測される。また、供給部材2に捕捉されている旧トナーTcは新規トナーTnの滞留部で押圧されることから、供給部材2に捕捉されていた旧トナーTcが新規トナーTnの滞留部側に混入していくという懸念も少ない。
この種の制御装置12としては、例えば予め決められた作像回数における消費されたトナー量を算出する算出部と、この算出部にて算出されたトナー量が予め定めた閾値以上であるか否かを判別する判別部と、この判別部にて判別されたトナー量が閾値未満である場合に現像装置11内のトナーを予め定めた量だけ像保持体10側に吐き出す吐出部と、この吐出部にて吐き出された像保持体10上のトナーを清掃する清掃処理部と、を備える態様がある。
本態様は、消費されたトナー量が少ない場合に、供給部材2上に旧トナーTcが消費されずに残存する状態が継続するため、トナーが劣化し易くなることに鑑み、このような劣化トナーを事前に把握し、これを取り除くことで現像品質を安定させることを企図したものである。
ここで、消費されたトナー量の算出部の代表的態様としては、画像密度に基づいて消費されたトナー量を算出する方式が挙げられる。作像回数としては、基準サイズに換算した記録材の出力枚数を計数してもよいし、現像装置11の駆動時間を計数する等適宜選定して差し支えない。また、判別に供する閾値は例えば現像不良に至らない限界値(下限許容値)として、事前に実験等で求めておけばよい。更に、吐出部は、現像不良に至る可能性の高い条件に至ったときに、供給部材2に捕捉されているトナーが劣化したものとみなし、現像装置11からトナーを強制的に吐き出すものであればよく、代表的には像保持体10に吐き出し用の静電潜像を形成し、これを現像する形でトナーの吐き出し動作を行う。尚、吐き出し動作に当たって形成される画像は、特に限定されず、ベタ画像であってもよいし、他の画像であってもよい。また、消費されたトナー量に合わせて異なる画像を用いるものであってもよい。但し、消費されたトナー量が少ない場合により多くのトナーを吐き出すことが必要である。また、清掃処理部としては、像保持体10側の清掃手段を利用する態様が一般的であるが、これに限られるものではなく、記録材に出力するようにしてもよいし、他の清掃部品を別途設けるようにしてもよい。
◎実施の形態1
−画像形成装置の全体構成−
図2は実施の形態1に係る画像形成装置の全体構成を示す説明図である。
同図において、画像形成装置20は、像保持体としてのドラム状の感光体21と、この感光体21を帯電する帯電装置22と、この帯電装置22で帯電された感光体21に静電潜像を光にて書き込む露光装置23と、感光体21上に書き込まれた静電潜像を現像剤(トナー)にて可視像化する現像装置24と、この現像装置24にて可視像化されたトナー像を転写媒体としての記録材28に転写する転写装置25と、この転写装置25にて転写された後に感光体21上に残留する残留トナーを清掃する清掃装置26と、を備えている。
そして、本例では、記録材28に転写された転写像は定着装置30にて定着された後に排出される。また、符号100は画像形成装置20の各構成部品を制御する制御装置である。尚、本例では、転写媒体としては記録材28が例示されているが、これに限られることなく、記録材28に転写する前に一時的にトナー像を保持する中間転写体をも含む。
また、帯電装置22は例えば帯電容器を有し、この帯電容器内に帯電部材として放電ワイヤを配設したものを示しているが、帯電装置22としてはこれに限られるものではなく、例えばロール状の帯電部材を用いるなど適宜選定して差し支えない。
更に、露光装置23としては、レーザ走査装置やLEDアレイなどが使用される。
更にまた、現像装置24としては、非磁性トナーを用いた一成分現像方式が採用されたものが用いられる。尚、現像装置24の詳細については後述する。
また、転写装置25としては、感光体21上のトナー像を記録材28側に静電転写させる転写電界を作用させるものであればよく、例えば転写電圧が印加されるロール状の転写部材が用いられるが、これに限られるものではなく、放電ワイヤを用いた転写コロトロンなど適宜選定して差し支えない。
また、清掃装置26としては、感光体21側が開口し且つ残留トナーが収容される清掃容器を有し、この清掃容器の開口のうち感光体21の回転方向下流側縁にブレードやスクレーパ等の板状清掃部材261を配設すると共に、この板状清掃部材261の感光体21の回転方向上流側にはブラシ状又はロール状の回転清掃部材262を配設したものが示されているが、これに限られるものではなく適宜選定して差し支えない。
尚、感光体21、帯電装置22、現像装置24及び清掃装置26の全部又は一部を画像形成組立体であるプロセスカートリッジとして予め組み付けておき、画像形成装置筐体に予め設けられた受部に対して着脱可能に装着するようにしてもよい。
本例において、現像装置24は、図2ないし図5に示すように、非磁性トナーTが収容され且つ感光体21に対向して開口する現像容器40を有し、この現像容器40の開口に面した部位には現像ロール41を配設すると共に、この現像ロール41の背面には当該現像ロール41に対し現像容器40内の非磁性トナーTが供給可能な供給ロール42を配設し、更に、現像ロール41のうち供給ロール42によるトナー供給部位よりもトナー搬送方向下流側には板状の帯電ブレード45を配設し、また、供給ロール42の背面には当該供給ロール42に対して非磁性の新規トナーTnが補給可能なトナー補給機構60を設けたものである。
尚、現像容器40の開口下縁には弾性部材からなるシール部材(図示せず)の一端が固定され、このシール部材の自由端が現像ロール41に弾性的に接触配置され、現像ロール41と現像容器40との間の隙間を塞ぐようになっている。
本例では、現像ロール41は感光体21との対向部位にて感光体21と同方向に回転するものであり、金属製の軸体41aの周りに予め定めた体積抵抗率の樹脂又はゴム製のロール本体層41bを形成し、このロール本体層41bの表面にはトナーが搬送可能な程度の表面粗さを持たせるようにしたものである。
また、供給ロール42は、現像ロール41との対向部位にて現像ロール41と反対方向に回転するもので、金属製の軸体42aの周りに予め定めた体積抵抗率の弾性変形可能な弾性層42bを形成したものである。この弾性層42bは例えばウレタン発泡スポンジゴムなどの発泡体にて構成され、その表面はトナーを十分捕捉できる程度の粗面42c(図5参照)になっている。
本例では、このような供給ロール42の弾性層42bは現像ロール41のロール本体層41bより十分軟らかくなっているため、現像ロール41と供給ロール42とは供給ロール42の弾性層42b側に現像ロール41が予め決められた食い込み量で食い込むように配置されている。このような配置によって、両者の間には接触域N(ニップ域)が形成され、本例では、現像ロール41と供給ロール42との接触域Nでは供給ロール42は上から下に向かう方向に回転し、現像ロール41は下から上に向かう方向に回転するようになっている。
このため、供給ロール42は、現像ロール41との接触域Nにて現像ロール41上の搬送トナーを剥離すると共に現像ロール41に対して供給ロール42側のトナーを供給する作用を奏するものである。そして、現像ロール41は供給ロール42から供給された非磁性トナーを保持して感光体21に対向する現像域Mへと搬送し、当該現像域Mにて現像に供するようになっている。
帯電ブレード45は、例えばりん青銅等の金属板にて構成され、一端が現像容器40の開口縁に固定され、現像ロール41の回転方向に対向する方向から突出するように延びて現像ロール41の表面に所定の押圧力にて圧接配置されている。このため、現像ロール41に保持されているトナーTは、帯電ブレード45と現像ロール41との圧接部位を通過することで摩擦帯電されると共に予め決められた所定の搬送量に規制されるようになっている。尚、帯電ブレード45は、現像容器40の開口縁にブラケット46を介して固定されている。
現像容器40は、現像ロール41及び供給ロール42が配設される現像室51を有しており、この現像室51に隣接した部位には現像室51に対して補給可能な新規トナーTnが収容される収容室52を有している。
本例において、現像容器40内には現像室51と収容室52とを区画するブロック状の区画部材53が現像容器40の底壁から離れて設置されており、また、現像容器40の底壁は下方に向かって張り出すように湾曲する二連の湾曲部40a,40bとして一体的にされており、各湾曲部40a,40bの境界部位に山型状の仕切り部54が形成されている。
−トナー補給機構−
本例において、トナー補給機構60は、現像容器40の収容室52に新規トナーTnを収容し、この収容室52と現像室51との間をトナー搬送経路61を介して接続すると共に、収容室52内には新規トナーTnが撹拌されながらトナー搬送経路61を通じて現像室51側に搬送される撹拌搬送部材としてのアジテータ62を配設したものである。
尚、現像容器40の底壁のうち収容室52に対応する湾曲部40bはアジテータ62の回転自由端の軌跡に沿う曲率に湾曲するように形成されている。
本例では、トナー搬送経路61は、区画部材53と現像容器40の底壁の一部である一方の湾曲部40bとの間に形成されている。
ここで、トナー搬送経路61は、図5に示すように、収容室側開口65が現像室側開口66よりも上方に位置し、かつ、収容室52から現像室51に向かって湾曲部40aに沿って湾曲した形状に形成されている。
また、トナー搬送経路61の現像室側開口66は供給ロール42に面して配置されており、現像室51への新規トナーTnの補給域Xになっている。
特に、本例では、トナー搬送経路61の現像室側開口66は、現像ロール41と供給ロール42との接触域Nから離れた部位(本例では約半周分離れた部位)に形成されており、供給ロール42の中心位置Cよりも下側に設けられると共に、現像室側開口66のうち供給ロール42の回転方向に沿う方向の幅寸法wは、供給ロール42側から見た投影面において供給ロール42の外径dより狭くなるように設定されている。
そして、本例では、収容室52内の新規トナーTnはアジテータ62によってトナー搬送経路61に搬送されることから、図5に一点鎖線で示すように、トナー搬送経路61には新規トナーTnが自重によって滞留した状態で充填されており、現像室側開口66を通じて供給ロール42を押圧するようになっている。
また、トナー搬送経路61の収容室側開口65は現像容器40の底壁の一部に一体的に形成された山型状の仕切り部54の頂部に対応した位置ysに設けられているが、少なくとも帯電ブレード45における現像ロール41との接触位置ybよりも下方に設定されることが好ましい。このような寸法関係に設定すれば、トナー搬送経路61内に新規トナーTnが滞留した状態で充填されていたとしても、現像室51内のトナーが新規トナーTnの滞留部による加圧によって帯電ブレード45における現像ロール41との接触位置ybまで押し上げられる懸念はなく、現像室51の帯電ブレード45位置にトナーが充填されることに伴って帯電ブレード45における現像ロール41への圧接状態が変化することは有効に回避される。
更に、本例では、区画部材53のうちトナー搬送経路61の現像室側開口66に隣接した部位には、供給ロール42に対向して間隙gを介して供給ロール42の周面に沿うように形成された湾曲状の規制面70が形成されている。ここで、間隙gは供給ロール42に捕捉すべきトナー層が規制可能な程度で選定されるものであれば適宜選定して差し支えないが、現像装置24における単位時間当たりのトナーの最大消費量を満たす程度の間隙として設定される。本例では0.5mm〜1.0mmの範囲で選定されている。この場合において、下限値(0.5mm)は、現像容器40内に区画部材53を取り付けるに当たり、取付公差を考慮して供給ロール42と非接触状態が保たれる上で必要な寸法が選定され、上限値(1.0mm)は、供給ロール42に捕捉すべきトナー層を規制する上で必要な寸法が選定されている。
本例では、現像ロール41には感光体21との間に現像電界を形成するための現像用電源81が設けられ、また、供給ロール42には非磁性トナーTを現像ロール41に供給する供給電界を形成するための供給用電源82が設けられている。
ここで、現像用電源81は、予め決められた直流成分に交流成分が重畳された現像電圧を現像ロール41に印加するようになっており、また、供給用電源82は、現像用電源81の直流成分に対して予め決められた電位差(‘0’も含む)の直流成分を有し、当該直流成分に現像用電源81の交流成分と同周期の交流成分が重畳された供給電圧を印加するようになっていればよい。
但し、現像ロール41と供給ロール42との間に供給電界を作用させなくても、両者間の接触域Nでのトナーの供給性が確保される場合には、供給用電源82として現像用電源81を共有する方式を採用し、両者間の電位差を略0にするようにしてもよいことは勿論である。
特に、本実施の形態では、現像容器40内の現像室51のうち、現像ロール41と供給ロール42との接触域Nの下方には付着機構90が設けられ、現像ロール41及び供給ロール42から剥離されたトナーを供給ロール42に付着させるようになっている。
本例における付着機構90は、図5に示すように、接触域Nを通過するときに剥離された剥離トナーTdが受け止められ且つ受け止められた剥離トナーTdが供給ロール42側に向かって案内される案内部材91を有し、供給ロール42の周面と案内部材91の一部とを圧接させることで案内部材91にて受け止められた剥離トナーTdを供給ロール42側に向かって移動させて供給ロール42の周面に付着させるものである。
本例では、案内部材91は弾性変形可能な弾性シート92からなり、現像容器40の底壁の一部に設けられた被取付部材95に弾性シート92の一端を固定し、弾性シート92のうち剥離トナーTdの受け止め部位よりも供給ロール42との圧接部位Sが下方に位置するように弾性シート92を水平に対して角度θ程度で傾斜配置したものである。
この種の弾性シート92としては、例えば熱可塑性ポリウレタンシート、ポリイミドシート、ポリエステルシート、PETシート等が用いられる。また、弾性シート92の傾斜角度θについては、下限値は剥離トナーTdが転動する上で必要な値(例えば10°)が選定される。一方、傾斜角度θが過大に大きくなった場合、剥離トナーTdを受け止める部位の体積が減少してしまうことが想定されるので、上限値は受け止め部位におけるトナーの圧力上昇による供給ロール42からの剥離不良を起こさない範囲(例えば45°)に選定される。
また、本例では、弾性シート92の圧接部位Sは弾性シート92の先端付近であり、供給ロール42に対する弾性シート92の接触力は、現像ロール41と供給ロール42との接触域Nでの接触力よりも小さく設定されている。具体的には、弾性シート92が弾性変形しないまっすぐな状態に対し、供給ロール42に圧接したときの弾性変形量を食い込み量と定義すれば、弾性シート92の弾性係数と食い込み量とによって接触力が算出されるので、これにより、弾性シート92の接触力を適宜選定するようにすればよい。
更に、本例では、弾性シート92の圧接部位Sは供給ロール42の最下部よりも接触域N側に変位しており、このため、弾性シート92の圧接部位Sでは弾性シート92の先端側に向かって接触力が徐々に増加するようになっている。
本実施の形態における現像装置24では、図3に示すように、供給ロール42はトナーTを捕捉した状態で回転し、現像ロール41との接触域Nまで搬送する。
本例では、現像ロール41と供給ロール42とは接触域Nでは互いに反対方向に移動するため、供給ロール42に捕捉されたトナーTが接触域Nを通過するときに、トナーTの一部は現像ロール41に供給され、残りの部分は供給ロール42に捕捉されたまま残存するか又は剥離されて下方に落下する。
このとき、現像ロール41に供給されたトナーTは現像ロール41の回転に伴って帯電ブレード45を通過し、この帯電ブレード45を通過するときに摩擦帯電されると共に、予め決められた量に規制された後、現像ロール41と感光体21との現像域Mに搬送され、感光体21上に形成された静電潜像に対して現像に供される。
そして、現像ロール41の現像域Mを通過した未使用残トナーTeは現像ロール41の回転に伴って現像ロール41と供給ロール42との接触域Nまで搬送され、この未使用残トナーTeの多くは前記接触域Nにて掻き取られて剥離する(図6(a)参照)。
また、現像ロール41と供給ロール42との接触域Nにて剥離された剥離トナーTd(図6(b)参照)は付着機構90を介して供給ロール42に付着され、供給ロール42に残存した残トナーTa(図6(b)参照)と共に捕捉された状態で供給ロール42の回転に伴って再搬送される。
更に、トナー補給機構60は供給ロール42の周面に捕捉されているトナーが不足気味になると、供給ロール42の周面に対し新規トナーTn(図7参照)を適宜補給する。
このようにして、現像装置24による一連の現像動作が実施される。
このような現像装置24の現像動作過程において、付着機構90によるトナーの挙動は以下のようである。
図6(a)に示すように、現像ロール41と供給ロール42との接触域Nでは、供給ロール42は例えば発泡体からなる弾性層42bを有しているため、現像ロール41の表面に沿う形で凹み、接触域Nを通過した後に弾性変形前の元の状態に復元する。このため、供給ロール42は接触域Nを通過した後の復元変形に伴って周面の線速が増加し、また、弾性層42bの復元に伴う反発力が生じ、これに伴って、供給ロール42の周面の粗面42cに捕捉されているトナーTの一部が剥離される。
一方、現像ロール41の現像域Mで現像に供されなかった未使用残トナーTeは現像ロール41の回転に伴って接触域Nに搬送されるが、接触域Nにおける現像ロール41の回転方向上流側(供給ロール42の回転方向下流側に相当)に位置する部分にて現像ロール41上に保持されている未使用残トナーTeが掻き取られて剥離する。
このようにして、接触域Nで剥離した剥離トナーTdは、図6(b)に矢印Aで示すように、下方に落下するが、付着機構90の要素である案内部材91としての弾性シート92上に受け止められて堆積する。
そして、弾性シート92の圧接部位Sでの接触力Pは、供給ロール42の周面の曲率によって弾性シート92の先端に向かって徐々に増加することから、弾性シート92の表面を移動してきた剥離トナーTdは、弾性シート92の圧接部位Sに至ると徐々に押圧され、弾性シート92と供給ロール42との間で摩擦帯電され、供給ロール42の周面の粗面42cに残存した残トナーTaと共に捕捉される。
このとき、弾性シート92の接触力Pは供給ロール42の軸方向に沿う圧接部位Sに亘って略均等に配分されることから、供給ロール42の周面でのトナー搬送量は弾性シート92によって安定的に決まり、かつ、軸方向に対して均される。このため、供給ロール42には、残トナーTaに加えて剥離トナーTdが弾性シート92による接触力Pにて押し付けられ、トナーの鏡像力によって供給ロール42の周面に吸着されて付着する。この結果、弾性シート92の圧接部位Sを通過すると、残トナーTa及び剥離トナーTdを含む旧トナーTcが供給ロール42の周面に捕捉され、供給ロール42の回転に伴って再搬送されることになる。
このように、剥離トナーTdはほとんどが供給ロール42の周面に付着することから、接触域Nの下方に位置する現像室51に剥離トナーTdが堆積される事態は回避される。
<補給域における新規トナー・旧トナーの挙動>
このようにして、供給ロール42は新規トナーTnではない旧トナーTcを再搬送し、図7(a)に示すように、トナー補給機構60による補給域Xに到達する。
本例では、トナー補給機構60は、収容室52と現像室51とが接続される湾曲状のトナー搬送経路61を有し、トナー搬送経路61の現像室側開口66を供給ロール42に面して配置し、かつ、トナー搬送経路61の収容室側開口65よりも現像室側開口66を下方に配置したものである。
このため、トナー搬送経路61には略一定量の新規トナーTnが滞留した状態で充填されることになり、現像室側開口66には新規トナーTnの滞留部(図7(a)中一点鎖線で示す部分)の自重による加圧力がかかり、現像室51内のトナーとの間に新規トナーTnの滞留部による界面が形成される。
尚、収容室52に収容されている新規トナーTnはアジテータ62によってトナー搬送経路61側に搬送されるが、トナー搬送経路61には既に新規トナーTnが滞留した状態で充填されているため、トナー搬送経路61内の滞留した新規トナーTnの充填量はほとんど変化しない。
一方、供給ロール42の周りには供給ロール42に捕捉された旧トナーTcの層が形成され、供給ロール42の回転に伴ってトナー搬送経路61の現像室側開口66に面して移動する。
そして、現像室側開口66に面した部位では、供給ロール42は下から上に向かってトナー搬送経路61に接近する方向に回転するため、トナー搬送経路61の現像室側開口66からの新規トナーTnによる押圧方向と供給ロール42の回転方向とが相対向する方向になり、供給ロール42によって再搬送されている旧トナーTcは、付着機構90によって平滑に付着した状態で再搬送されている。このため、現像室側開口66においては、トナー搬送経路61の新規トナーTnの滞留部の滞留部による界面に沿って新旧トナーの
混合が抑えられた状態で、供給ロール42上の旧トナーTcは移動する。
尚、供給ロール42の回転方向が逆方向(現像室側開口66に面した部位で上から下に回転する方向)である場合にも、新規トナーTnの滞留部の界面が供給ロール42の回転に引き込まれ、新規トナーTnが供給ロール42側に混入し易くなる虞れがある点で、本実施の形態が好ましいことが理解される。
このような状態において、図7(b)に示すように、供給ロール42に再搬送トナーである旧トナーTcが十分に捕捉されている場合には、供給ロール42の周面に余分なトナー捕捉スペースが存在しないことから、トナー搬送経路61に滞留している新規トナーTnが供給ロール42の周面に捕捉されにくくなっている。
また、トナー搬送経路61に滞留した新規トナーTnは供給ロール42の周面を押圧していることから、供給ロール42に捕捉されている旧トナーTcはトナー搬送経路61内に滞留した新規トナーTnの界面によってせき止められ、トナー搬送経路61内の新規トナーTnの中に混入する懸念は少ない。
一方、図7(c)に示すように、供給ロール42に捕捉されている再搬送トナーである旧トナーTcが不足気味になる場合には、トナー搬送経路61に滞留している新規トナーTnが自重によって供給ロール42の周面を加圧しているため、供給ロール42のうち旧トナーTcが捕捉されていない箇所に新規トナーTnが補給される。
このように、供給ロール42には旧トナーTcが十分に捕捉されている場合には新規トナーTnが補給されず、旧トナーTcが不足気味に至った場合に新規トナーTnが補給されるため、供給ロール42の周面において、旧トナーTcと新規トナーTnとが不必要に混在することはなく、旧トナーTcから優先的に消費されるようになっている。
また、本実施の形態では、供給ロール42の回転に伴って供給ロール42の周面には捕捉されている旧トナーTcに対し、周りのトナーが粘性などにより追従して移動する懸念はある。
しかしながら、本実施の形態では、トナー搬送経路61の現像室側開口66に隣接する区画部材53には所定の間隙gをもって供給ロール42の周面に沿う湾曲状の規制面70が形成されていることから、例えばトナー搬送経路61の現像室側開口66や現像容器40の底壁に面した部位で、供給ロール42の周囲に捕捉されているトナーの他に余剰なトナーが追従して移動しようとしたとしても、区画部材53の規制面70を通過するときに、供給ロール42の周面に捕捉されているトナーのうち余剰分は掻き取られ、供給ロール42に捕捉されるトナー量は必要な量に規制される。
次に、実施の形態1の現像装置の性能を評価するために、比較の形態1に係る現像装置を例に挙げてその性能を説明する。
図8は比較の形態1に係る現像装置を示す。
同図において、現像装置24’は、現像容器40’内に仕切り壁55’を設けることで、現像室51’と新規トナーTnの収容室52’とを仕切り、この仕切り壁55’の一部にトナー搬送孔56’を開設し、現像室51’には、現像ロール41’、供給ロール42’及び帯電ブレード45’配設する一方、収容室52’にはトナー補給機構60’としてのアジテータ62’を配設したものであって、実施の形態1に係る現像装置24で採用されていた要素として、‘規制面70を有する区画部材53’、‘新規トナー滞留型のトナー搬送経路61’、‘付着機構90’を採用しないものである。
本比較の形態にあっては、以下のような作用を奏する。
つまり、アジテータ62’によってトナー補給動作を開始すると、トナー搬送孔56’から現像室51’内に収容室52’内の新規トナーTnが補給され、現像室51’内のトナー量が増えてトナー搬送孔56’の高さを超えると、現像室51’内から旧トナーTcが収容室52’内に逆流する。
また、現像室51’内には現像ロール41’と供給ロール42’との接触域N’にて剥離した剥離トナーが次第に堆積し、消費されないまま供給ロール42’との摩擦ストレスを受け、新規トナーTnと混在した状態に至る。
更に、現像室51’内で新規トナーTnと旧トナーTcとが混在すると、旧トナーTcの外添剤が引き剥がされたり、外添剤がトナー粒子基体に埋まり込んでしまうため、新規トナーTnに比べて被覆レベルが大きく相違する。このため、両者が混在していると、帯電ブレード45’により相互の帯電が引き起こされ、新規トナーTn、旧トナーTcの帯電分布が大きく相違する。このため、帯電不良トナーが生じ易くなり、記録材の背景部などに帯電不良トナーが不必要に飛散するというかぶり現象が起こり易い。
このように、本比較の形態にあっては、供給ロール42’上での新旧トナーが不必要に混在する事態を抑制することができないのに対し、実施の形態1では、新規トナー滞留型のトナー補給機構60や付着機構90を採用することで、比較の形態1に係る現像装置の不具合を改善することは可能であることが理解される。
本実施の形態において、制御装置100は、消費されたトナー量が予め定めた規定量よりも少ない場合に、現像装置24内のトナーを強制的に吐き出すトナー吐出制御を実施するようになっている。
本例の現像装置24の構成(図3参照)においては、画像出力が少なく、トナーの消費量が少な過ぎる場合には、供給ロール42上のトナー又は現像ロール41上の未使用残トナーは現像ロール41と供給ロール42との接触域Nを繰り返し通過し、一部のトナーは剥離されるものの付着機構90を介して再び供給ロール42に付着されて再搬送されることから、新規トナー以外の旧トナーが消費されないまま現像ロール41上及び/又は供給ロール42上を循環する可能性がある。このような状態においては、トナーに対しては余分なストレスが加わり、例えばトナーの外添剤がトナーの内部に押し込められたり、外添剤がトナーから剥離したりするため、トナーの帯電特性が変化したり、トナーの流動性が変化する傾向が多くなる。トナーにこのような特性変化が生じると、トナーの帯電量が低下することで地肌かぶりが生じたり、トナーの流動性が低下することで帯電ブレード45へのトナーの固着による画像乱れ(例えば筋状画像乱れ)が発生する懸念がある。
トナー吐出制御を実施するには、図9に示すように、先ず、出力枚数が例えば500枚等の予め定めた規定枚数に達したか否かを判定する。規定枚数に達するまではこれを継続し、規定枚数に達したと判定されると、それまでの画像情報から、総ドットカウント数(1枚毎の画像部の総ドット数を累積したもの)を出力した総面積(1枚当たりの画像形成領域に対応する画像部及び非画像部を含む総ドット数と出力枚数との積)で除し、出力1枚当たりの平均印字率を算出する。
次に、算出された平均印字率が予め定めた閾値未満か否かを判別する。このとき、算出された平均印字率が閾値以上であると判別されれば、トナーの消費がある程度なされており、トナーの劣化の懸念がないものと判断し、トナー吐出制御を終了する。
一方、算出された平均印字率が閾値以上ではない、つまり、平均印字率が閾値未満であると判別された場合には、トナーの劣化が進行しているものと判断し、平均印字率に応じたトナー吐出量を算出する。このとき、トナー吐出量の算出方式としては、平均印字率が小さい場合には、平均印字率が大きい場合に比べて、より多くの吐き出し量となる方式を採用すればよく、平均印字率とトナー吐出量との関係を算出する計算式を事前に求めておき、この計算式に従って求めるようにしてもよいし、平均印字率を幾つかのグループに予め分けておき、各グループに対応した夫々のトナー吐出量を事前に決めておいてもよい。
そして、トナー吐出量を算出すると、帯電装置22、露光装置23、現像装置24、転写装置25を制御し、感光体21上に算出されたトナー吐出量に応じた吐き出し用の静電潜像を形成し、これを現像装置24で現像する形でトナーの吐出動作を実施するようにすればよい。このようなトナーの吐き出しによって、現像ロール41上のトナーのみならず、供給ロール42上に付着していたトナーも消費されるようになり、現像装置24内の劣化の虞れのある旧トナーが除去される。
また、感光体21上に吐き出されたトナーは清掃装置26によって清掃される。
例えば、現像装置24の稼働時間が予め定めた時間に達するまでに消費されたトナー量から単位時間当たりのトナー量を算出し、この単位時間当たりのトナー量が予め定めた閾値以上か否かでトナーの劣化度合を判断するようにしてもよい。この場合、単位時間当たりのトナー量が少ない場合に、トナーの吐出動作を行うようにすればよい。
また、1枚当たりの消費されたトナー量が予め定めた閾値未満である出力が、どの程度連続するかによって、トナーの劣化度合を判断するようにしてもよい。通常、写真画像出力と文字画像出力とが混在する画像出力では、平均印字率が写真画像出力に影響されて高くなる。そのため、例えば殆どの出力が文字画像で、写真画像が少し混じっている場合、印字率の小さい出力が連続することも想定される。したがって、出力枚数のうち消費されたトナー量の少ない出力が連続する状態を把握して、連続し過ぎる場合に、トナーに劣化の虞れがあるものと判断し、トナーの吐き出しを行うようにしてもよい。
更には、トナーの劣化度合に環境条件を加味するようにしてもよい。
本実施の形態では、付着機構90は、案内部材91として弾性シート92を用い、この弾性シート92の一端側を固定すると共に、その他端側を供給ロール42の周面に圧接させる方式を採用しているが、これに限られるものではなく、図10(a)〜(c)に示す変形の形態1−1〜1−3のように適宜設計変更しても差し支えない。
◎変形の形態1−1
図10(a)に示す付着機構90は、案内部材91として撓み変形可能なシート部材96を用い、このシート部材96の一端を被取付部材95に固定し、その自由端側を供給ロール42に圧接させ、更に、シート部材96の供給ロール42への圧接部位Sに対応した部分と現像容器40の内壁との間に、シート部材96を供給ロール42側に押し付ける方向に付勢する付勢部材97を設けたものである。ここで、付勢部材97としては弾性体や板ばねなどを用いるようにすればよい。
このような付勢部材97を用いることで、供給ロール42に対するシート部材96の圧接条件が略一定に維持される。これにより、シート部材96の圧接部位Sに到達した剥離トナーがより安定した接触力による作用で、供給ロール42に付着される。
尚、変形の形態1−1では、シート部材96は実施の形態1で用いた弾性シート92であっても差し支えないが、弾性シート92のように、それ自体が供給ロール42に圧接配置される必要は必ずしもなく、少なくとも、剥離トナーが転動可能な表面性を具備し、付勢部材97に押し付けられて撓み変形可能であれば、金属製(例えばSUS)の板ばねなど適宜選定して差し支えない。
また、図10(b)の付着機構90は、案内部材91として撓み変形可能なシート部材96を用い、供給ロール42と現像ロール41との接触域Nの下方領域から供給ロール最下部を挟んだ反対側領域まで及ぶように、供給ロール42に対向してシート部材96を配置し、現像容器40に設けられた被取付部材95(95a,95b)にシート部材96の両端付近を夫々固定し、供給ロール42の最下部付近にシート部材96の中間部を圧接させるようにしたものである。ここで、シート部材96による接触力を調整する方法としては、例えばシート部材96として面方向に弾性変形可能な素材を用い、被取付部材95に対するシート部材96の引張状態を調整する方法が挙げられる。
本態様においては、シート部材96は供給ロール42の最下部を跨がって設けられることから、シート部材96による供給ロール42への圧接部位Sは広く確保される。また、本態様では、シート部材96のうち供給ロール42の最下部より回転方向上流側部分は、現像ロール41と供給ロール42との接触域Nの下方に対応する剥離トナーの受け止め部位から供給ロール42の最下部に向かって斜め下方に傾斜配置されていることが必要である。これにより、シート部材96に受け止められた剥離トナーは、供給ロール42との圧接部位Sにて十分に圧接されて付着される。
図10(c)に示す付着機構90は、案内部材91として表面が平滑な回転ロール98を用い、現像ロール41と供給ロール42との接触域Nの下方に対応して供給ロール42の周面に圧接した状態で回転ロール98を配置し、供給ロール42の回転に追従して回転ロール98を従動回転させるようにしたものである。
本例では、回転ロール98の周面のうち、回転ロール98の最上部よりも供給ロール42側に位置する領域は、現像ロール41と供給ロール42との接触域Nから剥離される剥離トナーを受け止めることが可能な位置に配置されている。
本例では、回転ロール98は供給ロール42の回転に追従して回転することから、接触域Nから剥離された剥離トナーは回転ロール98の周面に落下すると、回転ロール98と供給ロール42との圧接部位Sに案内されて供給ロール42に付着される。
図11(a)は実施の形態2に係る現像装置の要部を示す。
同図において、現像装置24の基本的構成は、実施の形態1と略同様であるが、実施の形態1と異なる付着機構90を備えている。尚、実施の形態1と同様の構成要素には同様の符号を付し、ここではその詳細な説明は省略する。
本例の付着機構90は、実施の形態1と略同様に、案内部材91として片持ち支持構造の弾性シート92を用いたものであるが、更に、弾性シート92に導電性を付与すると共に、弾性シート92と供給ロール42との間に介在するトナーTが供給ロール42側に吸引可能な吸引電界を作用させるために、弾性シート92には吸引電界形成用の吸引電圧が印加可能な吸引用電源83を接続したものである。
本例では、弾性シート92としては、例えば導電性フィラーを分散することで予め決められた体積抵抗率に調整されたものを用いるようにすればよい。また、吸引電界については、供給ロール42に印加される供給電圧との兼ね合いを考慮し、供給ロール42と弾性シート92との間にて不必要な放電が生じない範囲で、トナーの吸着性をより促進させるという観点から適宜選定するようにすればよい。
図12(a)は実施の形態3に係る現像装置の要部を示す。
同図において、現像装置24の基本的構成は、実施の形態1と略同様であるが、トナー補給機構60のうちトナー搬送経路61の構造が実施の形態1と異なっている。尚、実施の形態1と同様な構成要素については、実施の形態1と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態において、トナー搬送経路61は、図12(a)(b)に示すように、収容室側開口65よりも現像室側開口66を下方に配置する点は実施の形態1と同様であるが、実施の形態1と形状が異なり、略鉛直方向に沿う縦方向に延びる縦通路611と、この縦通路611から屈曲して供給ロール42側に向かう横方向に延びる横通路612とを有するものである。
本例では、縦通路611の高さが高いほど新規トナーTnの滞留部による界面(一種の壁)での供給ロール42の周面への圧力を高めることが可能である。また、縦通路611の形状を上方に向かって横断面幅が拡開するようにすれば、当該縦通路611内に充填される新規トナーTnの容量が増加することから、このようにしても、新規トナーTnの滞留部による界面での圧力を増加させることは可能である。
また、横通路612は供給ロール42の周面に対向した部位に新規トナーTnの滞留部による界面を形成する上で、縦通路611から所望の方向に屈曲して延びるようにしたものである。
ここで、トナーの安息角とは流動性を示す指標であり、本態様では、横通路612の上壁の傾斜角度ηが水平方向に対して使用トナーの安息角以下に設定されているから、その分、横通路612に充填されている新規トナーTnの滞留部の各トナーは流動しにくくなり、縦通路611からの過剰な圧力を緩和させる作用があり、縦通路611の高さと横通路612の長さと傾斜角度ηの組み合わせによって新規トナーTnの供給ロール42に対する供給圧力を調整することが可能となる。
更に、本実施の形態では、区画部材53のうち縦通路611から横通路612との屈曲部613は角部をもった形状になっているが、縦通路611から横通路612への滞留した新規トナーTnの移動抵抗を少なく抑えるという観点からすれば、屈曲部613を湾曲状に形成してもよい。
図13は実施の形態4に係る現像装置の要部を示す。
同図において、現像装置24の基本的構成は、実施の形態1と略同様であるが、トナー補給機構60のトナー搬送経路61の構造が実施の形態1と一部異なっている。尚、実施の形態1と同様な構成要素については実施の形態1と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本例において、トナー搬送経路61は、実施の形態1と略同様に、区画部材53と現像容器40の底壁の一部である一方の湾曲部40aとの間に形成されており、収容室側開口65が現像室側開口66よりも上方に位置し、かつ、収容室52から現像室51に向かって湾曲部40aに沿って湾曲した形状に形成されている。
ここで、トナー搬送経路61の現像室側開口66のうち供給ロール42の回転方向に沿う方向の幅寸法w1は、供給ロール42側から見た投影面において供給ロール42の外径d(図5参照)より狭くなるように設定されているが、この現像室側開口66は、実施の形態1と異なり、供給ロール42の中心位置Cよりも上に及んで設けられている。但し、この現像室側開口66に隣接した区画部材53には、実施の形態1と同様に、供給ロール42に対向して間隙gを介して供給ロール42の周面に沿うように形成された湾曲状の規制面70が設けられている。
このような新旧トナーの接触現象が経時使用に伴って繰り返し起こると、トナー搬送経路61の現像室側開口66の下縁近傍には、新規トナーTnの滞留部と、供給ロール42に捕捉されている旧トナーTcとが合流する箇所が生ずる。この場合、新規トナーTnの滞留部の自重による加圧力が供給ロール42の周面に働き、一方、供給ロール42に捕捉されている旧トナーTcの回転力によって新規トナーTnの滞留部が押し付けられるため、両者の合流箇所では両トナーが次第に堆積してソフトブロッキング状に固まり、トナーによる略三角形状の堆積壁110(所謂デットトナー)が形成される。
このように、経時使用に伴って、トナー搬送経路61の現像室側開口66の下縁近傍にトナーによる堆積壁110が形成されると、供給ロール42に捕捉されている旧トナーTcが現像室側開口66に到達した直後に堆積壁110に突き当たることから、トナー搬送経路61側に旧トナーTcが逆流する事態はより有効に阻止される。
また、このようなトナーによる堆積壁110が形成されると、現像室側開口66の幅寸法がもともとw1であったものが堆積壁110の形成に伴って実質的にw2(w2<w1)に変化することになるため、トナーによる堆積壁110が形成される事態を想定して設計することが好ましい。
尚、トナーによる堆積壁110は経時使用に伴って形成されるものであるが、現像容器40内に新規トナーTnによる堆積壁110に相当する区画部材を別途設置してもよいことは勿論である。
特に、本例では、区画部材53に所定の規制面70が形成されていることから、仮に、供給ロール42の周面に捕捉されているトナーに余剰のトナーが追従しようとしても、当該余剰のトナーは区画部材53の規制面70によって除去されるため、供給ロール42の周面に捕捉されるトナー量は前記規制面70によって規制される。
図14(a)は実施の形態5に係る現像装置の要部を示す。
同図において、現像装置24の基本的構成は、実施の形態1と略同様であるが、トナー補給機構60及び現像室51の区画構造が実施の形態1と異なっている。尚、実施の形態1と同様な構成要素については実施の形態1と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本例において、現像容器40は、仕切り壁55を介して現像室51と新規トナーTnの収容室52とを仕切り、この仕切り壁55に開口55aを開設したものである。
そして、現像容器40内の現像室51のうち仕切り壁55の開口55a付近には、供給ロール42の回転方向下流側に下流側区画部材53a,また、供給ロール42の回転方向上流側に上流側区画部材53bが夫々設置されている。
ここで、上流側区画部材53bは、仕切り壁55の開口55aより上側に位置する部分に取り付けられ、開口55aに面して且つ供給ロール42に向かって突出配置されている。
一方、下流側区画部材53aは、仕切り壁55の開口55aの下側に位置する部分に取り付けられ、供給ロール42に面して且つ開口55a内に張り出すように配置されている。
ここで、現像室側開口66の供給ロール42の回転方向に沿う幅寸法は供給ロール42側から見た投影面において少なくとも供給ロール42の外径よりも狭く設定されており、現像室側開口66の形成位置は適宜選定して差し支えないが、本例では、供給ロール42の中心位置よりも僅かに上方寄りに設定されている。
また、各区画部材53a,53bの規制面70の形成領域は適宜選定して差し支えないが、本例では、下流側区画部材53aの規制面70は、トナー搬送経路61の現像室側開口66から供給ロール42の最上部付近まで及んで形成されており、一方、上流側区画部材53bの規制面70は、トナー搬送経路61の現像室側開口66から供給ロール42の最下部には至らずに当該最下部よりも供給ロール42の回転方向下流寄りまで及んで形成されている。
このため、本実施の形態においても、供給ロール42の周面には付着機構90により剥離トナーが付着されることから、供給ロール42は新規トナーTnではない旧トナーTcを捕捉した状態で再搬送する。この状態において、供給ロール42上で捕捉されている旧トナーTcがトナー搬送経路61の現像室側開口66に面した部位に至った場合には、実施の形態1と略同様に、トナー搬送経路61の新規トナーTnの滞留部が自重により供給ロール42の周面を加圧することから、トナー搬送経路61の新規トナーTnの滞留部による界面が一種の壁になり、供給ロール42に捕捉されている旧トナーTcは、トナー搬送経路61の新規トナーTnの中に混入することなく、供給ロール42の周面に沿って搬送される。また、供給ロール42の周面に旧トナーTcが十分に捕捉されている場合には、トナー搬送経路61から新規トナーTnは補給されず、供給ロール42の周面に捕捉される旧トナーTcが不足気味に至ると、トナー搬送経路61に滞留している新規トナーTnが供給ロール42の周面のうち旧トナーTcが捕捉されていない箇所に補給される。
このため、本例では、付着機構90により供給ロール42に付着して再搬送される旧トナーTcは上流側区画部材53bの規制面70によって量規制され、量規制された旧トナーTcが供給ロール42の回転に伴ってトナー搬送経路61の現像室側開口66に面して移動し、下流側区画部材53aの規制面70によって量規制される。このとき、現像室側開口66に面した部位で供給ロール42の周面に余剰な新規トナーTnが追従しようとしても、前記規制面70によって除かれる。
このように、本実施の形態では、現像室51内のトナー収容スペースが各区画部材53a,53bによって制限され、このトナー収容スペースとして、供給ロール42が搬送可能な量に略対応させて制限するようにすれば、現像室51内にはストレスを受けたトナーが拡散、堆積するスペースがなくなる。このため、新規トナーTnが補給されるにしても、供給ロール42の周囲には旧トナーTcが十分に捕捉されている限り、新規トナーTnが補給されることはないので、供給ロール42の周囲に新旧トナーが不必要に混合することはなく、新旧トナーの不必要な混合に起因する帯電ブレード45による帯電分布がブロード化する懸念はない。
図15は実施の形態6に係る現像装置の要部を示す。
同図において、現像装置24の基本的構成は、実施の形態5と略同様であるが、現像容器40の形状、トナー補給機構60及び規制面70の形成部材が実施の形態5と異なるものである。尚、実施の形態5と同様な構成要素については実施の形態5と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
本実施の形態では、現像容器40は、現像室51と、新規トナー収容される収容室52とを有しているが、実施の形態5と異なり、略鉛直方向から新規トナーを補給する構造になっている。
また、トナー補給機構60は、収容室52と現像室51との間をトナー搬送経路61を介して接続し、収容室52にはアジテータ62を配設したものである。
本例において、トナー搬送経路61は収容室側開口65から斜め下方に延びる第1の通路617と、この第1の通路617から屈曲して略鉛直下方に延びる第2の通路618とを有し、第1の通路617と第2の通路618との屈曲部には第1の通路617に搬送されてきた新規トナーが第2の通路618に搬送させられる搬送部材(本例では回転軸の周囲にらせん状の羽根部材を設けた構成)620を配設し、更に、第2の通路618の途中には撹拌用アジテータ621を配設し、第2の通路618の下部に現像室側開口66を開設したものである。
特に、本例では、通路形成部材622は、通路形成部40eとの間に現像室側開口66を確保するように通路形成部40eに対向して配置されている。本例では、現像室側開口66は、供給ロール42の最上部よりも回転方向上流寄りに対向した部位に形成されており、現像室側開口66の供給ロール42の回転方向に沿う幅寸法は供給ロール42側から見た投影面において供給ロール42の外径より狭く設定されている。
そして、通路形成部材622のうち現像室側開口66の供給ロール42の回転方向下流側には供給ロール42の周面に対向する対向壁623が一体的に形成され、この対向壁623には供給ロール42との間に供給ロール42に対向して間隙gを介して供給ロール42の周面に沿うように形成された湾曲状の規制面70が形成されている。
また、本例では、現像室側開口66の供給ロール42の回転方向上流側には供給ロール42の周面に対向する現像容器40の周壁の一部を対向壁40fとして利用し、この対向壁40fには供給ロール42との間に供給ロール42に対向して間隙gを介して供給ロール42の周面に沿うように形成された湾曲状の規制面70が形成されている。
ここで、間隙gは供給ロール42に捕捉すべきトナー層が規制可能な程度で選定されるものであれば適宜選定して差し支えないが、本例では0.5mm〜1.0mmの範囲で選定されている。尚、下限値、上限値の意義は実施の形態1のものと略同様である。
このため、本実施の形態においても、実施の形態5と略同様に、トナー搬送経路61の新規トナーの滞留部が自重により供給ロール42の周面を加圧することから、トナー搬送経路61の新規トナーの滞留部による界面が一種の壁になり、供給ロール42に捕捉されている旧トナーは、トナー搬送経路61の新規トナーの中に混入することなく、供給ロール42の周面に沿って搬送される。また、供給ロール42の周面に旧トナーが十分に捕捉されている場合には、トナー搬送経路61から新規トナーは補給されず、供給ロール42の周面に捕捉される旧トナーが不足気味に至ると、トナー搬送経路61に滞留している新規トナーが供給ロール42の周面のうち旧トナーが捕捉されていない箇所に補給される。
このため、本例では、付着機構90により供給ロール42に付着して再搬送される旧トナーは現像容器40の周壁の一部である対向壁40fの規制面70によって量規制され、量規制された旧トナーが供給ロール42の回転に伴ってトナー搬送経路61の現像室側開口66に面して移動し、通路形成部材622の規制面70によって量規制される。このとき、現像室側開口66に面した部位で供給ロール42の周面に余剰な新規トナーTcが追従しようとしても、前記規制面70によって除かれる。
このため、本実施の形態においても、実施の形態5と略同様に、現像室51内のトナー収容スペースが対向壁40f,623によって制限され、このトナー収容スペースとして、供給ロール42が搬送可能な量に略対応させて制限するようにすれば、現像室51内にはストレスを受けたトナーが拡散、堆積するスペースがなくなる。
図16(a)は実施の形態7に係る現像装置の要部を示す。
同図において、現像装置24の基本的構成は、実施の形態6と略同様であるが、トナー補給機構60と供給ロール42との間の構造が実施の形態6と異なるものである。尚、実施の形態6と同様な構成要素については、実施の形態6と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
同図において、トナー補給機構60は、略鉛直方向に沿う縦方向に延びるトナー搬送経路61を有し、収容室側開口65よりも現像室側開口66を下方に配置し、供給ロール42に対向して現像室側開口66を配置したものであり、図示外のアジテータで図示外の収容室の新規トナーをトナー搬送経路61に搬送し、このトナー搬送経路61に搬送された新規トナーを滞留した状態で充填するものである。
本例では、現像室側開口66は、供給ロール42の最上部付近から当該最上部付近よりも供給ロール42の回転方向上流側で供給ロール42の中心位置よりも上側に位置する部分に面して配置されており、現像室側開口66の供給ロール42の回転方向に沿う幅寸法は供給ロール42側から見た投影面において供給ロール42の外径より狭く設定されている。
更に、本実施の形態では、トナー搬送経路61の現像室側開口66の供給ロール42の軸方向に沿う縁部には弾性体からなる封止部材171,172が設けられ、供給ロール42の周面に弾性的に接触配置されている。本例では、供給ロール42の回転方向上流側に位置する第1の封止部材171は弾性ゴム等のブロック体を供給ロール42に圧接させたものであり、供給ロール42の回転方向下流側に位置する第2の封止部材172は例えば弾性シートからなり、区画部材532側に一端を固定すると共に自由端を供給ロール42の移動方向に沿うように圧接させたものである。但し、これらの封止部材171,172の接触力は供給ロール42に捕捉されるべきトナーを掻き落とさない程度に設定されることを要する。
先ず、比較の形態7−1に係る現像装置24’によれば、トナー補給機構60によりトナー搬送経路61を介して新規トナーを補給すると、図16(b)に矢印で示すように、新規トナーが現像室側開口66から現像ロール41と供給ロール42との接触域N、更には、現像ロール41と帯電ブレード45との接触域Jに直接供給される虞れがある。
これらの接触域N,Jは、トナーの入れ替わりが発生する箇所であって、トナーの流動活性が高いため、比較の形態7−1では、新規トナーと旧トナーとが混在する事態を促進することになり、帯電性の異なる新旧両トナーの混在に伴うトナーのかぶり現象が発生し易くなってしまう。
また、区画部材531と供給ロール42との間には間隙gがあるが、重力方向から新規トナーが補給されると、前記間隙gに新規トナーが直接入り込み易くなり、その分、供給ロール42に捕捉されている旧トナーと新規トナーとが混在し易くなるという懸念がある。
これに対し、本実施の形態では、封止部材171は区画部材531と供給ロール42との間の間隙gを塞いでいるため、重力方向から新規トナーが補給されるとしても、前記間隙gに直接入り込む虞れはない。
また、封止部材172は、現像室側開口66の供給ロール42の回転方向下流側の区画部材532と供給ロール42との間を塞ぐので、新規トナーが現像室側開口66から現像ロール41と供給ロール42との接触域N、あるいは、現像ロール41と帯電ブレード45との接触域Jに直接供給される虞れはなく、新規トナーと旧トナーとが不必要に混在する事態は回避される。
本実施例は、実施の形態1に係る現像装置24のトナー補給機構60の構成(新規トナー滞留型のトナー搬送経路61を具備)を単純化したものである。
つまり、本実施例に係る現像装置は、図17に示すように、現像容器40内に現像室51と収容室52とを仕切り壁55で仕切り、この仕切り壁55にトナー補給機構60のトナー搬送経路としてのトナー搬送孔56を開設し、供給ロール42の周面に対向する位置にトナー搬送孔56を配置すると共に、トナー搬送孔56の供給ロール42の回転方向に沿う幅寸法を、供給ロール42側から見た投影面において供給ロール42の外径よりも狭く設定したものであり、現像室51には実施の形態1と同様な現像ロール41、供給ロール42、帯電ブレード45及び付着機構90(案内部材91として片持ち支持の弾性シート92を使用)を設ける一方、収容室52にトナー補給機構60としてのパドル状のアジテータ62を配設したものである。尚、符号81,82は実施の形態1と同様な現像用電源、供給用電源である。
そして、本実施例に係る現像装置において、供給ロール42に対する弾性シート92の食い込み量を変化させたときの供給ロール42の周面における新旧トナーの捕捉状態を評価したものである。
本実施例の各要素の構成条件は次の通りである。
・現像ロール:φ5mmのシャフト(軸部)の周囲にシリコーンゴム層を有するφ12mmのもので、表面粗さRaが1.2μmのもの
・供給ロール:φ5mmのシャフトの周囲にウレタン発泡スポンジゴム層を有するφ11mmのもので、平均セル径が300μm、アスカーC硬度が20のもの
・印加電圧(現像電圧、供給電圧):現像ロール及び供給ロール共にDC−160Vを印加
・帯電ブレード材:板厚0.08mmのステンレス製で線圧が40mN/mm(≒4gf/mm)のもの
・弾性シート:厚さ180μmの熱可塑性ポリウレタンシート
・トナー:乳化重合によって作製した平均粒径6.5μmの負帯電トナー
このような測定を、弾性シートの食い込み量を変化させて繰り返すことで、弾性シートの食い込み量と混色比との関係を求めた。
同図によれば、供給ロールに対する弾性シートの食い込み量を徐々に増加させていくと、混色比は、初めはほぼ直線的に減少し、その後次第に収束する傾向が得られた。ここで、混色比が大きいということは、現像に供されるC色トナー(新規トナーに相当)の量が多くなっていることを意味する。つまり、弾性シートの食い込み量がほぼゼロの状態(図中αで示す部位)では、供給ロールに対する弾性シートの接触力が不足することで、供給ロールに対してM色トナーが十分付着されなかったり、その表面が十分均されなかったために、新規トナーの供給域(C色トナーが供給される部位)に至る供給ロールの表面にはM色トナー(旧トナーに相当)が捕捉されていない箇所が多くなっている。そのため、新規トナーの供給域ではC色トナー(新規トナーに相当)が多く供給されて付着する。これにより、出力される画像ではC色トナーが多くなる結果、混色比が大きくなる。
一方、供給ロールに対する弾性シートの食い込み量が大きくなると、付着機構の弾性シートによって、供給ロールにM色トナー(旧トナーに相当)が十分付着されると共にその表面も均される。このような表面の供給ロールに対し、新規トナーの供給域では、供給されるC色トナー(新規トナーに相当)の量は、弾性シートの食い込み量が小さい場合よりも少なくなる。これにより、出力される画像ではC色トナー(新規トナーに相当)が少なくなる結果、混色比が小さくなる。尚、図中βで示す部位は、弾性シートの食い込み量が約1mmの状態を示している。
この結果、供給ロールに対する弾性シートの食い込み量をある値以上にすれば、付着機構による旧トナーの付着動作が効果的に実施され、旧トナーを優先的に消費することができるとともに、新規トナーの供給量が抑えられて新規トナーの余分な消費が抑えられることが理解された。
本実施例は、図17に示す実施例1に係る現像装置の付着機構として、実施の形態3に係る態様(吸引電界を作用させる方式)を備えたものであり、弾性シート92と供給ロール42との間の電位差を変化させたときの供給ロール42の周面における新旧トナーの捕捉状態を評価したものである。尚、図17中、符号83は実施例2において設置された弾性シートへの吸引用電源である。
本実施例の各要素の構成条件は次の通りである。
・現像ロール:φ5mmのシャフト軸体の周囲にシリコーンゴム層を有するφ12mmのもので、表面粗さRaが1.2μmのもの
・供給ロール:φ5mmのシャフト軸体の周囲にウレタン発泡スポンジゴム層を有するφ11mmのもので、平均セル径が300μm、アスカーC硬度が20のもの
・印加電圧(現像電圧、供給電圧):現像ロール及び供給ロール共にDC−160Vを印加
・帯電ブレード:板厚0.08mmのステンレス製で線圧が40mN/mm(≒4gf/mm)のもの
・弾性シート:厚さ200μmのポリイミドシートで体積抵抗率が1.6×106Ω・cmのもの
・供給ロールに対する弾性シートの食い込み量:1mm
・弾性シートへの印加バイアス:供給ロール側がプラスとなる電圧を印加
・トナー:乳化重合によって作製した平均粒径6.5μmの負帯電トナー
測定結果は図18(b)に示す通りである。
同図に示す測定結果によれば、弾性シートと供給ロールとの電位差をゼロとする状態(図中γで示す部位)から電位差を大きくしていくと、混色比が収束する方向で緩やかに低下した。
ここで、弾性シートと供給ロールとの間に供給ロール側がプラスとなる電位差を設けると、弾性シート上のM色トナー(旧トナーに相当)が供給ロール側に静電的に吸引される力が作用し、結果的に弾性シート上のM色トナーを供給ロールに付着させ易くなる。また、弾性シートによってM色トナーの表面が均される結果、新規トナーの供給域からのC色トナー(新規トナーに相当)の供給量が少なくなり、混色比が小さくなる。このとき、電位差をゼロとする部位(図中γで示す部位)でも混色比が小さくなっているのは、本実施例では供給ロールに対する弾性シートの食い込み量を1mm程度としていることによる。
本件発明者らは、弾性シートとして、複数の体積抵抗率を有するものを用いて電位差の影響を更に評価した結果、弾性シートの体積抵抗率が106〜108Ω・cmであれば電位差としては300V(図中δで示す部位)程度が好ましいことが理解された。
Claims (9)
- 静電潜像を保持して循環移動する像保持体に対向して回転し、前記像保持体上の静電潜像を現像するように前記像保持体に向けて現像剤を搬送する搬送手段と、
回転する周面に現像剤が付着され、前記搬送手段に接触して前記搬送手段に現像剤を供給する供給手段と、
現像剤が収容される収容室と前記供給手段が配設される供給室との間を接続する搬送経路と、
前記供給手段に補給する現像剤を前記搬送経路に滞留させて、前記供給手段のうち前記搬送手段との接触域から離れた部位にある補給域に現像剤を補給する補給手段と、
前記搬送手段との接触域よりも回転方向の下流側で且つ前記補給手段による補給域よりも回転方向の上流側に設けられ、前記接触域の下方にて前記供給手段に対して現像剤を弾性力で付着させる付着手段と、
を備えた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、
前記付着手段は、弾性変形する板状部材であって、
前記板状部材は、前記供給手段の回転方向の下流側が下方に位置するよう傾斜して配置されたものであることを特徴とする現像装置。 - 請求項2記載の現像装置において、
前記板状部材は現像剤が傾斜に沿って転動可能な平滑面を有していることを特徴とする現像装置。 - 請求項1ないし3いずれかに記載の現像装置において、
前記搬送手段及び供給手段は、両者の対向部位で異なる方向に回転するものであることを特徴とする現像装置。 - 請求項1ないし4いずれかに記載の現像装置において、
前記付着手段は導電性部材にて構成され、前記供給手段との間に現像剤が前記供給手段側に吸引可能な吸引電界が形成される吸引電界形成手段を備えることを特徴とする現像装置。 - 請求項1ないし5いずれかに記載の現像装置において、
前記供給手段に対する前記付着手段の接触力は、前記供給手段と前記搬送手段との接触域での接触力よりも小さく設定されていることを特徴とする現像装置。 - 請求項1ないし6いずれかに記載の現像装置において、
前記補給手段は、新規の現像剤が補給可能に収容される収容室と、前記供給手段及び前記搬送手段が配設される現像室との間を前記搬送経路を介して接続し、この搬送経路の現像室側開口が前記供給手段に面して配置され、前記搬送経路の収容室側開口よりも下方に位置することを特徴とする現像装置。 - 静電潜像を保持して循環移動する像保持体と、
この像保持体に対向して配設され、前記像保持体上の静電潜像を現像する請求項1ないし7いずれかに記載の現像装置と、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項8記載の画像形成装置において、
更に、前記現像装置の現像剤の消費が制御可能な制御装置を備え、
この制御装置は、予め決められた作像回数における消費された現像剤量を算出する算出部と、
この算出部にて算出された現像剤量が予め定めた閾値以上であるか否かを判別する判別部と、
この判別部にて判別された現像剤量が前記閾値未満である場合に現像装置内の現像剤を予め定めた量だけ像保持体側に吐き出す吐出部と、
この吐出部にて吐き出された像保持体上の現像剤を清掃する清掃処理部と、
を備えることを特徴とする画像形成装置。
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