JP2018045179A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】トナーと磁性キャリアを含む現像剤の収容部にトナーが補給される補給口と隙間をあけて向き合って回転する回転体を備えた現像装置として、前記回転体が仮に外周面に溝が形成されない円筒部材を有するものであっても、その回転体の外周面に現像剤を保持させて補給口との隙間を塞ぐ機能を発揮させることができる現像装置等を提供する。【解決手段】現像装置は、トナーと磁性キャリアを含む現像剤の収容部を有する筐体と、前記筐体に設けられ、前記収容部にトナーを補給する補給口と、前記筐体の前記補給口の下方側に外周面が当該補給口と隙間をあけて配置され、前記収容部内の現像剤の上面が基準の高さを超えたときに前記現像剤を外周面に磁力で保持し搬送して前記隙間を塞ぐ回転体とを備え、前記回転体は、算術平均粗さ(Ra)がRa>4μmの外周面からなる円筒部材を有する。【選択図】図4
Description
この発明は、現像装置及び画像形成装置に関するものである。
本出願人は、以下に示すトナーの補給を自律的に制御して行う形式の現像装置等に関する提案を行っている。
その現像装置は、例えば、自軸中心に回転しトナーとキャリアとを含む現像剤を撹拌する攪拌部を収容し、補充口を通じて上方からトナーが補充される収容室と、その収容室の上方に設けられ、補充口に対向するとともに、収容室内の現像剤の上面が定められた高さ以上になっている場合、自軸中心に回転しながら現像剤を吸着して補充口内まで搬送して補充口内に滞留させることでトナーの収容室への補充を停止させる回転体とを備えたものである(特許文献1,2)。
その現像装置は、例えば、自軸中心に回転しトナーとキャリアとを含む現像剤を撹拌する攪拌部を収容し、補充口を通じて上方からトナーが補充される収容室と、その収容室の上方に設けられ、補充口に対向するとともに、収容室内の現像剤の上面が定められた高さ以上になっている場合、自軸中心に回転しながら現像剤を吸着して補充口内まで搬送して補充口内に滞留させることでトナーの収容室への補充を停止させる回転体とを備えたものである(特許文献1,2)。
また、従来においては、以下に例示する現像剤担持体(現像ロール)が知られている。
特許文献3には、基体とその基体上に形成する主として磁性材料及び結着樹脂からなる磁性層とを具備し、磁性層の表面が波長100〜370mmの光の1種又は2種以上を照射して平滑化された現像剤担持体が記載されている。
特許文献4には、ブラスト処理されたブラスト処理表面を有し、そのブラスト処理表面のピーク部に酸化物粉体が付着されている現像ロールが記載されている。
特許文献5には、トナーを搬送するためのほぼ一定の深さの窪み部を複数個表面に設けた金属製の現像ロールであって、その窪み部の内壁のほぼ全面に一部以上がほぼ球状もしくはほぼ円形の金属の結晶粒界を表出させた現像ロールが記載されている。
特許文献3には、基体とその基体上に形成する主として磁性材料及び結着樹脂からなる磁性層とを具備し、磁性層の表面が波長100〜370mmの光の1種又は2種以上を照射して平滑化された現像剤担持体が記載されている。
特許文献4には、ブラスト処理されたブラスト処理表面を有し、そのブラスト処理表面のピーク部に酸化物粉体が付着されている現像ロールが記載されている。
特許文献5には、トナーを搬送するためのほぼ一定の深さの窪み部を複数個表面に設けた金属製の現像ロールであって、その窪み部の内壁のほぼ全面に一部以上がほぼ球状もしくはほぼ円形の金属の結晶粒界を表出させた現像ロールが記載されている。
この発明は、トナーと磁性キャリアを含む現像剤の収容部にトナーが補給される補給口と隙間をあけて向き合って回転する回転体を備えた現像装置として、前記回転体が仮に外周面に溝が形成されない円筒部材を有するものであっても、その回転体の外周面に現像剤を保持させて補給口との隙間を塞ぐ機能を発揮させることができる現像装置を提供するとともに、その現像装置を用いた画像形成装置を提供するものである。
この発明(A1)の現像装置は、
トナーと磁性キャリアを含む現像剤の収容部を有する筐体と、
前記筐体に設けられ、前記収容部にトナーを補給する補給口と、
前記筐体の前記補給口の下方側に外周面が当該補給口と隙間をあけて配置され、前記収容部内の現像剤の上面が基準の高さを超えたときに前記現像剤を外周面に磁力で保持し搬送して前記隙間を塞ぐ回転体と
を備え、
前記回転体は、算術平均粗さ(Ra)がRa>4μmの外周面からなる円筒部材を有するものである。
この発明(A2)の現像装置は、上記発明A1の現像装置において、前記回転体の円筒部材は、合成樹脂で構成されているものである。
トナーと磁性キャリアを含む現像剤の収容部を有する筐体と、
前記筐体に設けられ、前記収容部にトナーを補給する補給口と、
前記筐体の前記補給口の下方側に外周面が当該補給口と隙間をあけて配置され、前記収容部内の現像剤の上面が基準の高さを超えたときに前記現像剤を外周面に磁力で保持し搬送して前記隙間を塞ぐ回転体と
を備え、
前記回転体は、算術平均粗さ(Ra)がRa>4μmの外周面からなる円筒部材を有するものである。
この発明(A2)の現像装置は、上記発明A1の現像装置において、前記回転体の円筒部材は、合成樹脂で構成されているものである。
また、この発明(B1)の画像形成装置は、静電潜像が形成される像保持体と、前記像保持体の静電潜像をトナーにより現像する上記発明A1又はA2の現像装置と、を備えているものである。
上記発明A1の現像装置によれば、トナーと磁性キャリアを含む現像剤の収容部にトナーが補給される補給口と隙間をあけて向き合って回転する回転体を備えた現像装置において、回転体が仮に外周面に溝が形成されない円筒部材を有するものであっても、その回転体の外周面に現像剤を保持させて補給口との隙間を塞ぐ機能を発揮させることができる。
また、上記発明A2の現像装置では、回転体が合成樹脂製の円筒部材を有するものであっても、その回転体の外周面に現像剤を保持させて補給口との隙間を塞ぐ機能を発揮させることができる。
また、上記発明A2の現像装置では、回転体が合成樹脂製の円筒部材を有するものであっても、その回転体の外周面に現像剤を保持させて補給口との隙間を塞ぐ機能を発揮させることができる。
上記発明B1の画像形成装置によれば、現像装置において回転体が仮に外周面に溝が形成されない円筒部材を有するものであっても、その回転体の外周面に現像剤を保持させて補給口との隙間を塞ぐ機能を発揮させることができる。
以下、この発明を実施するための形態(以下「実施の形態」という)について図面を参照しながら説明する。
[実施の形態1]
図1から図3は、実施の形態1に係る画像形成装置を示すものである。図1はその画像形成装置の構成を示し、図2はその画像形成装置が備える現像装置の構成を示し、図3はその現像装置の構成の一部を示している。図1等の各図面に記載の符号X,Y,Zを付した矢印は、各図面において想定した3次元空間の幅、高さ及び奥行の各方向を示す直交座標軸(の方向)である。
図1から図3は、実施の形態1に係る画像形成装置を示すものである。図1はその画像形成装置の構成を示し、図2はその画像形成装置が備える現像装置の構成を示し、図3はその現像装置の構成の一部を示している。図1等の各図面に記載の符号X,Y,Zを付した矢印は、各図面において想定した3次元空間の幅、高さ及び奥行の各方向を示す直交座標軸(の方向)である。
<画像形成装置の全体の構成>
画像形成装置1は、図1に示されるように、装置本体である筐体10の内部に、現像剤としてのトナーからなる像を形成して最終的に記録媒体の一例としての記録用紙9に転写する作像装置2、所要の記録用紙9を収容するとともに作像装置2の転写位置に供給する給紙装置3、記録用紙9に転写されたトナー像を定着する定着装置4等を備えている。筐体10は、構造部材、外装材等の各種部材で構成されている。図1等における符号11は、筐体10の上面部に設けられた、画像の形成が終了した後の記録用紙9が排出されて収容される排紙収容部である。
画像形成装置1は、図1に示されるように、装置本体である筐体10の内部に、現像剤としてのトナーからなる像を形成して最終的に記録媒体の一例としての記録用紙9に転写する作像装置2、所要の記録用紙9を収容するとともに作像装置2の転写位置に供給する給紙装置3、記録用紙9に転写されたトナー像を定着する定着装置4等を備えている。筐体10は、構造部材、外装材等の各種部材で構成されている。図1等における符号11は、筐体10の上面部に設けられた、画像の形成が終了した後の記録用紙9が排出されて収容される排紙収容部である。
作像装置2は、矢印Aで示す方向に回転駆動する像保持体の一例としての感光ドラム21と、感光ドラム21の外周面(像形成領域となる外周面部分)を所要の電位に帯電させる帯電装置22と、感光ドラム21の帯電後の外周面に画像情報(信号)に基づく光(点線矢印)を照射して静電潜像を形成する露光装置23と、その感光ドラム21上の静電潜像を現像剤としてのトナーにより現像してトナー像にする現像装置5と、その感光ドラム21上のトナー像を記録用紙9に転写させる転写装置25と、感光ドラム21の外周面に残留するトナー等の不要物を除去して清掃する清掃装置26とで主に構成されている。
このうち感光ドラム21は、例えば、円筒状の導電性基体の外周面に有機感光材料等からなる光誘電層を形成したものである。帯電装置22としては、感光ドラム21の外周面に接触する接触部材(従動回転する帯電用ロールなど)に図示しない電源装置から帯電電流等を供給して帯電を行う接触式の帯電装置を適用している。
露光装置23は、画像形成装置1に接続又は装備される原稿読取装置、外部接続機器、記憶媒体読取装置等の画像情報提供源から入力される画像情報を図示しない画像処理装置で所要の処理をした後に得られる画像信号に基づいた露光を行うものである。露光装置23としては、例えば、複数の発光ダイオードを感光ドラム21の回転軸の方向に沿うよう列状に配置してなる固定型の機器や、半導体レーザからの光を回転多面鏡等の複数種の光学部品を介して感光ドラム21の軸方向に沿って走査するよう露光させる走査型の機器が使用される。現像装置5の詳細については後述する。
転写装置25としては、感光ドラム21の外周面に接触して転写工程時に記録用紙9をその感光ドラム21の外周面に押し付けて通過させる押付部材(従動回転する転写用ロール、転写用ブラシなど)に、図示しない電源装置から転写電流等を供給して転写を行う接触式の転写装置を適用している。清掃装置26としては、感光ドラム21の外周面に板状の清掃部材等を接触させる方式のものを適用している。
給紙装置3は、画像の形成に使用する所要のサイズ、種類等からなる複数枚の記録用紙9を積載板32上に積み重ねた状態で収容する用紙収容体31と、その用紙収容体31に収容される記録用紙9を1枚ずつ送り出す送出装置33とを備えたものである。用紙収容体31は、筐体10に対して引き出した状態にできるよう取り付けられており、その利用する態様に応じて複数装備される。図1等における二点鎖線は、筐体10内における記録用紙9の主な用紙搬送路を示す。
定着装置4は、導入口及び排出口が設けられた筐体40の内部に、矢印で示す方向に回転駆動するとともに外周面温度が図示しない加熱手段により所要の温度に加熱されて保持されるロール形態、ベルト形態等の加熱用回転体41と、この加熱用回転体41の軸方向にほぼ沿うように所要の圧力で接触して従動回転するロール形態、ベルト−パット形態等の加圧用回転体42等を備えたものである。この定着装置4は、加熱用回転体41と加圧用回転体42とが接触する接触部が、未定着のトナー像が転写された記録用紙9を通過させて所要の定着処理(加熱及び加圧)を行う定着処理部として構成されている。
また、画像形成装置1においては、給紙装置3の送出装置33と作像装置2の転写位置(感光ドラム21の転写装置25と対向する部位)との間に給紙搬送路が設けられており、また作像装置2の転写位置と定着装置4の転写処理部との間に中継搬送路が設けられており、さらに定着装置4の転写処理部と筐体10の排紙収容部11との間に排紙搬送路が設けられている。
このうち給紙搬送路は、搬送ロール対34や図示しない複数の搬送案内部材で構成されている。搬送ロール対34は、回転停止した状態で給紙装置3から送り出された記録用紙9の先端9aの辺部を突き当てることにより記録用紙9全体の搬送時における傾き姿勢を矯正した後、転写タイミングに合わせて回転始動して記録用紙9を転写位置に導入するよう送り出す所謂レジロール(レジストロール)対として構成されている。中継搬送路は、図示しない複数の搬送案内部材で構成されている。排紙搬送路は、搬送ロール対35や図示しない複数の搬送案内部材で構成されている。搬送ロール対35は、定着後の記録用紙9を排紙収容部11に送り出す排出ロールとして構成されている。
そして、画像形成装置1による画像形成は、次のようにして行われる。ここでは、記録用紙9の片面に画像を形成するときの基本的な画像形成動作を例にして説明する。
画像形成装置1は、図示しない制御部が画像形成動作の開始指令を受けると、作像装置2において、回転始動する感光ドラム21の外周面が帯電装置22により所定の極性及び電位に帯電された後、その感光ドラム21の帯電した外周面に露光装置23により画像情報に基づく露光が行われて所要のパターンからなる静電潜像が形成される。続いて、感光ドラム21に形成された静電潜像が、現像装置5を通過する際に供給される所要の極性(本例ではマイナス極性)に帯電されたトナーにより現像されてトナー像として顕像化される。
しかる後、感光ドラム21上に形成されたトナー像は、感光ドラム21の回転により転写装置25と対向する転写位置まで搬送される。また、このトナー像の形成タイミングに合わせて給紙装置3から給紙搬送路を通して記録用紙9が作像装置2の転写位置まで供給される。これにより、転写位置において感光ドラム21上のトナー像は、転写装置25の転写作用を受けて記録用紙9の片面に主に静電的に転写される。この転写後の感光ドラム21の外周面は、清掃装置26により清掃される。
続いて、トナー像が転写された記録用紙9は、転写位置で感光ドラム21から剥離された後、中継搬送路を経由して定着装置4にむけて搬送される。次いで、記録用紙9は、定着装置4における加熱用回転体41と加圧用回転体42との間の定着処理部に導入されて通過する際に定着処理されることにより、その記録用紙9の片面にあるトナー像のトナーが加圧下で溶融されることで定着される。この定着が終了した後の記録用紙9は、定着装置4から排出されて排紙搬送路を経由して搬送され、最後に筐体10の排出口から排出されて排紙収容部11に収容される。
以上により、1枚の記録用紙9の片面に対して1色のトナーで構成される単色画像が形成され、基本的な画像形成動作が終了する。複数枚の画像形成動作を実行する指令が出された場合には、上記した一連の動作がその枚数分だけ同様に繰り返されることになる。
<現像装置の構成>
次に、現像装置5について詳しく説明する。
次に、現像装置5について詳しく説明する。
現像装置5は、図2、図3等に示されるように、各構成部材をそれぞれ配置して収容する筐体50を有しており、筐体50内には主に現像ロール53、層厚規制部材54、2つの攪拌搬送部材55,56等の構成部材が装備されている。
筐体50は、図1から図3等に示されるように、その全体が一方向に長い外観形状を有するものであり、現像剤16が収容される収容部51と、その収容部51のうち感光ドラム21の外周面と向き合う部分を開放する現像用開口部50aと、現像動作で消費される収容部51内のトナーの減少状態に応じて収容部51に補給される現像剤(実際にはトナー17)を受け入れるトナー補給部52等が形成された構造物である。この筐体50は、例えば、筐体50の下部側の構造部を構成する本体部(筐体下部)とその本体部の上部を塞ぐとともに筐体50の上部側の構造部を構成する蓋部(筐体上部)とに分割されている。現像剤16としては、着色(黒色など)された微粉体からなるトナー17と、磁性を有する粒子からなる磁性キャリアとを含む現像剤、いわゆる二成分現像剤が使用される。
筐体50の収容部51は、現像ロール53の軸方向と平行する2列の搬送路51a,51b(第1搬送路51aと第2搬送路51b)を有する形状に形成されている。
2列の搬送路51a,51bは、その隣り合う中央部が仕切り壁51cで仕切られており、またその搬送方向の上流側端部及び下流側端部で仕切り壁51cがなく互いをつなげる接続端部51d,51eによりつなげられて一巡する循環形式の通路になっている。また、2列の搬送路51a,51bのうち現像ロール53に近い側の第1搬送路51aが主に現像剤16を現像ロール53に実際に供給するための供給用搬送路として使用され、現像ロール53から遠い側の第2搬送路51bが主に現像剤16を攪拌するための攪拌用搬送路として使用される。
現像用開口部50aは、感光ドラム21の回転軸方向における像形成有効領域よりも少し広い寸法の長方形状で形成されている。図2における符号57A,57Bは、現像装置5と感光ドラム21との間の隙間や筐体50の現像用開口部50aと現像ロール53との間の隙間から現像剤16(主にトナー17)が漏れ出ることを防止するためのシール部材である。
2列の搬送路51a,51bは、その隣り合う中央部が仕切り壁51cで仕切られており、またその搬送方向の上流側端部及び下流側端部で仕切り壁51cがなく互いをつなげる接続端部51d,51eによりつなげられて一巡する循環形式の通路になっている。また、2列の搬送路51a,51bのうち現像ロール53に近い側の第1搬送路51aが主に現像剤16を現像ロール53に実際に供給するための供給用搬送路として使用され、現像ロール53から遠い側の第2搬送路51bが主に現像剤16を攪拌するための攪拌用搬送路として使用される。
現像用開口部50aは、感光ドラム21の回転軸方向における像形成有効領域よりも少し広い寸法の長方形状で形成されている。図2における符号57A,57Bは、現像装置5と感光ドラム21との間の隙間や筐体50の現像用開口部50aと現像ロール53との間の隙間から現像剤16(主にトナー17)が漏れ出ることを防止するためのシール部材である。
現像ロール53は、その外周面に収容部51内の現像剤16を保持して磁気ブラシ(穂立ち)を形成し、その磁気ブラシとして保持した現像剤16を感光ドラム21の外周面と所要の間隔をあけて向き合う位置(現像領域)まで搬送するものである。この現像ロール53は、図2等に示されるように、筐体50の内部において現像用開口部50aから一部露出した状態で回転するように設けられる円筒状のスリーブ531と、このスリーブ531の円筒空間内に固定された状態で設けられる磁石部材としての磁石ロール532とで構成されている。
スリーブ531は、ステンレス、アルミニウム等の非磁性材料からなる円筒状の部材であり、その両端部が磁石ロール532の軸部に回転自在に取り付けられている。また、スリーブ531は、その一方の端部に図示しないギヤが取り付けられており、そのギヤに図示しない回転駆動装置から伝達される回転動力を受けて矢印Cで示す方向に回転するようになっている。さらに、スリーブ531には、感光ドラム21との間に図示しない電源装置から現像電圧が供給される。一方、磁石ロール532は、スリーブ531の外周面に現像剤16の磁性キャリアを磁力線に沿って鎖状に連ねた磁気ブラシが形成されるように付着させる磁力を発生するための複数の磁極(S極及びN極)を配置した構造のものである。磁石ロール532は、例えば、その両端部からそれぞれ突出するよう形成された軸部が筐体50の側壁部に固定された状態で取り付けられている。
層厚規制部材54は、現像ロール53のスリーブ531に保持される現像剤(磁気ブラシ)の層厚をほぼ一定に保つよう規制するものである。
この層厚規制部材54は、現像ロール53のスリーブ531の外周面と現像剤の必要とする層厚に対応した所要の隙間(規制間隔)をあけた状態であってスリーブ531の軸方向に沿って向き合う状態に保たれるよう、筐体50の側壁部に固定した状態で取り付けられている。このような層厚規制部材54としては、例えば、現像ロール53(スリーブ531)の回転軸方向における有効現像領域の長さと同等の又はそれを超える長さからなる円柱状の部材が適用される。また、層厚規制部材54としては、例えばステンレス等の非磁性材料で製作される部材が適用される。
この層厚規制部材54は、現像ロール53のスリーブ531の外周面と現像剤の必要とする層厚に対応した所要の隙間(規制間隔)をあけた状態であってスリーブ531の軸方向に沿って向き合う状態に保たれるよう、筐体50の側壁部に固定した状態で取り付けられている。このような層厚規制部材54としては、例えば、現像ロール53(スリーブ531)の回転軸方向における有効現像領域の長さと同等の又はそれを超える長さからなる円柱状の部材が適用される。また、層厚規制部材54としては、例えばステンレス等の非磁性材料で製作される部材が適用される。
2つの攪拌搬送部材55,56は、図2、図3等に示されるように、筐体50の第1搬送路51aと第2搬送路51bとに分けて配置され、その各搬送路51a,51bに収容される現像剤を攪拌しながら二点鎖線の矢印で示す所定の方向にそれぞれ搬送するものである。
この攪拌搬送部材55,56としてはいずれも、回転軸55a,56aの外周面に搬送羽根55b,56bを螺旋状に巻きつけたように設けた構造のもの(所謂スクリューオーガー)が適用されている。また、攪拌搬送部材55,56は、その各回転軸55a,56aの両端部が筐体50の側壁面に設けられる図示しない軸受に対してそれぞれ回転自在に取り付けられるとともに、その各回転軸55a,56aの一方の端部に図示しないギヤが取り付けられて現像ロール53(スリーブ531)から分配される回転動力が伝達されて所要の方向に回転するようになっている。
この攪拌搬送部材55,56としてはいずれも、回転軸55a,56aの外周面に搬送羽根55b,56bを螺旋状に巻きつけたように設けた構造のもの(所謂スクリューオーガー)が適用されている。また、攪拌搬送部材55,56は、その各回転軸55a,56aの両端部が筐体50の側壁面に設けられる図示しない軸受に対してそれぞれ回転自在に取り付けられるとともに、その各回転軸55a,56aの一方の端部に図示しないギヤが取り付けられて現像ロール53(スリーブ531)から分配される回転動力が伝達されて所要の方向に回転するようになっている。
収容部51では、図3等に示されるように、第2搬送路51b内に収容されている図示しない現像剤が、攪拌搬送部材56により攪拌されながら二点鎖線の矢印で示す方向に一端部から他端部へ搬送された後に接続端部51dを通して第1搬送路51aに送り込まれる。また第1搬送路51a内に収容されている現像剤が、攪拌搬送部材56により攪拌されながら二点鎖線の矢印で示す方向に一端部から他端部へ搬送されるとともに現像剤の一部が現像ロール53側に供給されながら搬送された後に接続端部51eを通して第2搬送路51bに送り込まれる。このように収容部51では、現像剤が第1搬送路51aと第2搬送路51bとを順次繰り返して通過することで全体として循環するように搬送される。
トナー補給部52は、現像装置5の現像動作により現像ロール53から感光ドラム21へトナー17が供給されることにより収容部51内の現像剤16におけるトナー17が消費されて減少するため、その減少分を補うため新たなトナー17を収容部51に補給する動作が行われる部位である。そして、このトナー補給部52は、図2〜図4等に示されるように、筐体50の収容部51における第2搬送路51bの上方の部位に設けられて補給用のトナーを通過させて受け入れる補給口61と、補給口61の下方側において補給口61と隙間E(E1,E2)をあけて向き合った状態で回転するよう設けられる回転体65とで構成されている。
補給口61は、第2搬送路51bの上方の部位であって第2搬送路51bにおける現像剤16の搬送方向上流側に片寄った位置に、開口の平面形状が攪拌搬送部材56の回転軸方向に沿って長い長方形となる開口部として形成されている。また、補給口61は、筐体50の上部から所要の高さだけ突出して設けられる角筒状の突出部62の下端に存在するよう形成されている。
また、補給口61は、図1に示されるように、補給用のトナー17を収納しているトナー収納部70と接続されている。トナー収納部70は、補給用のトナー17が収納された収納容器71と、収納容器71内のトナー17を現像装置5のトナー補給部52(の補給口61)まで搬送する接続部材72とを備えている。
収納容器71は、例えば、画像形成装置1の筐体10に設けられる図示しない装着部に対して着脱自在に装着されるカートリッジ形式の容器が適用される。収納容器71には、収納している補給用のトナー17を図示しない排出口まで移動させるよう搬送するよう回転駆動する搬送部材73が設けられている。接続部材72は、収納容器71の排出口と現像装置5の補給口61(実際には補給口61の上記突出部62の上端開口)との間のトナー搬送路になる部材であり、例えば、補給用のトナー17が収納容器71の排出口から補給口61にむけて重力により滑って移動するように構成されている。
トナー収納部70は、現像装置5が作動中、補給用のトナー17を収納容器71から接続部材72を通して補給口61にむけて送り続ける。このため、補給口61では、その補給口61の内側の空間(実際には突出部62で囲まれる空間)にトナー17が貯留されてトナー溜まり17Xが形成されるようになる(図5等を参照)。
回転体65は、回転する円筒状の円筒部材66と、円筒部材66の内部空間に固定して配置される磁石部材67とで構成されている。
円筒部材66は、その外径が補給口61の平面形状の長方形における短辺の長さよりも長い寸法であり、その回転軸方向の長さも補給口61の平面形状の長方形における長辺の長さよりも長い寸法であるよう構成された円筒状の部材である。この円筒部材66は、図3、図4等に示されるように、その外周面の上方側の部分が補給口61の長辺に対して所定の隙間をあけて接近した状態になり、しかも、その回転軸方向の両端部に設けられた軸部66a,66bを介して筐体50の図示しない取付け支持部に回転自在な状態に取り付けられている。また、円筒部材66は、その一方の軸部66aの端部に図示しないギヤが取り付けられており、そのギヤに攪拌搬送部材56(の回転軸56a)から分配される回転動力が伝達されて所要の方向Dに回転するようになっている。
また、円筒部材66は、現像装置5の上方から見下ろしたとき、その外周面のうち回転方向Dの上流側において補給口61(を構成する筐体の後方壁面50c)と第1の隙間E1があけられた状態になり、また、その外周面のうち回転方向Dの下流側において補給口61(を構成する筐体の前方壁面50d)と第2の隙間E2があけられた状態になるよう配置されている。
このときの第1の隙間E1は、主に円筒部材66の外周面に吸着されて保持される現像剤16b(磁気ブラシ)が通過する空間となる。第2の隙間E2は、主に補給用のトナー17が収容部51(実際には第2搬送路51b)に補給されるときに通過する空間になる。また、第2の隙間E2は、例えば1mm程度に設定されるものであり、一般に第1の隙間E1の寸法(例えば2mm)よりも小さい値に設定される。ちなみに、第2の隙間E2は、第2搬送路51bの内壁面と攪拌搬送部材56の搬送羽根56bとの最小の隙間E3とほぼ同じ寸法に設定される。なお、図2、図4、図5等の図面においては、補給口61(の隙間E1、E2)を確認しやすくするため便宜上、その補給口61(の隙間E1、E2)を実際よりも大きな寸法の開口として誇張して描いている(この点は、他の実施の形態においても同様である。)。
さらに、円筒部材66は、合成樹脂を用いて外周面が所要の表面粗さからなる円筒部材として製作されている。
この円筒部材66の材質や表面粗さの詳細については後述する。
この円筒部材66の材質や表面粗さの詳細については後述する。
磁石部材67は、収容部51の少なくとも第2搬送路51bに収容されている現像剤16の上面(収容面又は剤面)16aが現像装置5において予め設定される基準の高さHよりも上側に存在する現像剤16を重力に対抗して吸い上げて円筒部材66の外周面に吸着させるための磁力を発生する第1磁極(ピックアップ極)67Aと、その第1磁極67Aで吸着した現像剤16b(図5(b))を円筒部材66の外周面に保持させるための磁力を発生する第2磁極(保持極)67Bを配置した部材である。
ここで、基準の高さHとは、収容部51の少なくとも第2搬送路51bに収容されている現像剤16がその高さHを超えたときに、回転体65が第2搬送路51b内の現像剤を磁力により保持し始めることになる高さである。この基準の高さHは、換言すれば、収容部51の全体(本例では第2搬送路51b)内に存在する現像剤におけるトナー濃度が、現像装置5として要求される所望の濃度範囲の上限値になるときの高さとほぼ対応するものでもある。
なお、この基準の高さHは、収容部51(本例では第2搬送路51b)内の底面からの高さ方向の物理的な長さを示す概念ではなく、回転体65に対する相対的な高さ方向の位置を特定するための概念である。
なお、この基準の高さHは、収容部51(本例では第2搬送路51b)内の底面からの高さ方向の物理的な長さを示す概念ではなく、回転体65に対する相対的な高さ方向の位置を特定するための概念である。
第2磁極67Bは、第1磁極67A(例えばN極)とは逆極性の磁極(例えばS極)になる。これにより、磁石部材67は、第1磁極67Aから第2磁極67Bへむかう磁力線の束(磁場又は磁界)を形成する。この磁場の形成により、図5(b)に例示するように、円筒部材66の外周面に吸着された現像剤16bが保持される。また、第2磁極67Bは、第1磁極67Aに対して円筒部材66の回転方向Dの下流側になる位置に配置される。第1磁極67Aの配置する位置は、例えば、基準の高さHにある現像剤16を磁力により円筒部材66の外周面に吸着して保持することが可能な距離等を基準にして設定される。一方の第2磁極67Bの配置する位置は、例えば、第1磁極67Aで円筒部材66の外周面に吸着して保持した現像剤16bを回転する円筒部材66の外周面に保持したまま所要の位置まで少なくとも搬送することが可能な距離等を基準にして設定される。
回転体65は、円筒部材66の内部空間に磁石部材67における第1磁極67Aと第2磁極67Bを存在させることにより、円筒部材66の外周面に現像剤16(実際には磁性キャリア)を吸引して保持するための磁力を発生する磁力発生域68が形成されるようになっている。
<現像装置の動作>
この現像装置5は、画像形成装置1による画像形成動作時等の動作時期になると、現像ロール53のスリーブ531と攪拌搬送部材55,56が回転し始めるとともに、現像ロール53のスリーブ531に現像バイアスが供給される。
この現像装置5は、画像形成装置1による画像形成動作時等の動作時期になると、現像ロール53のスリーブ531と攪拌搬送部材55,56が回転し始めるとともに、現像ロール53のスリーブ531に現像バイアスが供給される。
これにより、筐体50の収容部51に収容されている二成分の現像剤(16)が、回転する攪拌搬送部材55,56によって攪拌されながら収容部51における第1搬送路51aと第2搬送路51b内を図3の二点鎖線の矢印で示す方向にそれぞれ搬送され、全体として見ると循環するような状態で搬送される。この際、現像剤は、そのトナーが磁性キャリアと十分に攪拌されて摩擦帯電されるとともにそのキャリアの表面に静電的に付着した状態となる。
続いて、現像ロール53に近い側に配置された攪拌搬送部材55によって搬送される現像剤の一部が、現像ロール53のスリーブ531の外周面に磁力により吸着されるようにして保持される。この際、現像剤は、回転するスリーブ531の外周面に磁気ブラシを形成した状態で保持される。また、この保持された現像剤は、そのスリーブ531の矢印Cで示す方向への回転に伴って搬送される途中で層厚規制部材54との間に形成される所要の隙間(規制隙間)を通過する。これにより、スリーブ531の外周面に保持された現像剤は、その通過を一部規制されてほぼ一定の層厚(磁気ブラシの高さ)になるよう調整される。
続いて、層厚規制部材54を通過した現像剤は、スリーブ531の矢印Cで示す方向への回転により現像用開口部50aを通過した後に感光ドラム21と対向する現像領域まで搬送される。現像領域まで搬送された現像剤は、その磁気ブラシの先端部を感光ドラム21の外周面に接触させた状態で通過させられ、その通過の際に、スリーブ531に供給される交流電流を含む現像バイアスにより現像ロール53と感光ドラム21の間に形成される現像(交番)電界により、そのトナー17のみが現像ロール53と感光ドラム21の間で往復移動しつつ感光ドラム21上の静電潜像の部分に静電的に付着させられる。これにより、現像装置5による静電潜像の現像が行われてトナー像が形成される。
また、この現像工程に寄与せずに現像領域を通過した現像ロール53上の現像剤は、スリーブ531の外周面に磁力により保持された状態で現像用開口部50aを通過して筐体50の内部に搬送された後、原則、スリーブ531から剥離されて収容部51の内部(実際には第1搬送路51a)に戻される。この剥離されて戻された現像剤は、第1搬送路51a内で攪拌搬送部材55によって再び攪拌されながら搬送された後、第2搬送路51bを経て再び第1搬送路51aに戻されるよう循環搬送されて、再利用されることになる。
(トナーの補給動作)
一方、現像装置5では、この現像動作を行うことにより、現像剤16におけるトナー17が現像ロール53から感光ドラム21に供給されて消費されるので収容部51内の現像剤16におけるトナー17が減少する。このため、その減少分を補うため新たなトナー17がトナー収納部70からトナー補給部52を通して収容部51に補給される。なお、現像装置5は、その初期使用の段階で、収容部51内に基準の高さHを超える量の現像剤16が予め収容されている。
一方、現像装置5では、この現像動作を行うことにより、現像剤16におけるトナー17が現像ロール53から感光ドラム21に供給されて消費されるので収容部51内の現像剤16におけるトナー17が減少する。このため、その減少分を補うため新たなトナー17がトナー収納部70からトナー補給部52を通して収容部51に補給される。なお、現像装置5は、その初期使用の段階で、収容部51内に基準の高さHを超える量の現像剤16が予め収容されている。
実際、この現像装置5においては、その動作時期になると、トナー補給部52の回転体65も回転し始める。しかも、この回転体65の回転始動に合わせて、トナー収納部70における搬送部材73も始動する(例えば回転し始める)。
これにより、トナー収納部70から補給用のトナー17が搬送部材73によって送り出されて接続部材72を経由してトナー補給部52の補給口61にむけて送り続けられるので、図5(a)等に例示するように、その補給用のトナー17が補給口61やその手前側の部位(突出部62)の空間内に貯留されてトナー溜り17Xを形成するようになる。
そして、トナー補給部52では、図5(a)に例示するように、現像装置5の現像動作に伴いトナー17が消費されることで収容部51内に収容されている現像剤の上面16aが下降して基準の高さH以下の高さになることがある。
このときトナー補給部52では、その収容部51内の現像剤に対して回転体65の磁力発生域68(の第1磁極67A)による磁気的な吸引力が作用しないか、その吸引力が作用しても現像剤自体の重力等に対抗することができず、その現像剤が回転体65(円筒部材66)の外周面に吸着されず保持もされない。
つまり、収容部51内の現像剤の上面16aが基準の高さH以下の高さになった場合には、図5(a)に示されるように、その収容部51内の現像剤16が回転体65に保持されて補給口61に搬送されることなく、補給口61と回転体65の間における第2の隙間E2に現像剤16が滞留することもなくなるため、後述するように補給口61が現像剤16bで塞がれること(図15(b))がなく、特に第2の隙間E2が開いた状態になる。
つまり、収容部51内の現像剤の上面16aが基準の高さH以下の高さになった場合には、図5(a)に示されるように、その収容部51内の現像剤16が回転体65に保持されて補給口61に搬送されることなく、補給口61と回転体65の間における第2の隙間E2に現像剤16が滞留することもなくなるため、後述するように補給口61が現像剤16bで塞がれること(図15(b))がなく、特に第2の隙間E2が開いた状態になる。
これにより、トナー補給部52では、図5(a)に二点鎖線で例示するように、トナー溜り17Xとなったトナー17をはじめとしてトナー収納部70から搬送される補給用のトナー17が、重力と回転体65の回転による搬送力とを受けて補給口61における第2の隙間E2を通過し、収容部51の第2搬送路51b内に落下して補給される。
ちなみに、補給口61における第1の隙間E1からは、トナー溜り17Xとなったトナー17をはじめとする補給用のトナー17が落下されて補給されることがない。これは、第1の隙間E1やその周辺に存在することになるトナー溜り17Xのトナーが、矢印Dで示す方向に回転する回転体65の回転方向に沿う搬送力を受け続けて第2の隙間E2の側に移動させられるためである。
ちなみに、補給口61における第1の隙間E1からは、トナー溜り17Xとなったトナー17をはじめとする補給用のトナー17が落下されて補給されることがない。これは、第1の隙間E1やその周辺に存在することになるトナー溜り17Xのトナーが、矢印Dで示す方向に回転する回転体65の回転方向に沿う搬送力を受け続けて第2の隙間E2の側に移動させられるためである。
このトナー補給部52を有する現像装置5は、収容部51に収容する現像剤16における磁性キャリアが収容部51から排出されることや収容部51に補給されることがなく、その磁性キャリアの量が変動しないようになっている。このため、トナー補給部52からトナー17が補給されて収容部51内の現像剤全体の量が増加することで、現像剤におけるトナー濃度(TC:Toner Concentration)が上昇(回復)するようになっている。一方、この現像装置5では、現像動作によりトナー17が消費されて収容部51内の現像剤16におけるトナー17の量が減少することで、現像剤16におけるトナー濃度が低下するようになっている。
なお、現像剤16においてはトナー17と磁性キャリアとの間に斥力が生じることにより、収容部51内における現像剤16のみかけの体積が、現像剤16の実際の収容量(増加量)に比べて大きくなる場合がある。この場合は、トナー17の量が補給されて増加すると、その増加したトナー17の体積分よりも、現像剤の量(嵩)が高くなる。
なお、現像剤16においてはトナー17と磁性キャリアとの間に斥力が生じることにより、収容部51内における現像剤16のみかけの体積が、現像剤16の実際の収容量(増加量)に比べて大きくなる場合がある。この場合は、トナー17の量が補給されて増加すると、その増加したトナー17の体積分よりも、現像剤の量(嵩)が高くなる。
反対に、トナー補給部52では、図5(b)に例示するように、上述したトナー17の補給により収容部51内に収容されている現像剤の上面16aが上昇して基準の高さHを超える高さになる。
このときトナー補給部52では、その収容部51内の現像剤16に対して回転体65の磁力発生域68(の第1磁極67A)による磁気的な吸引力が作用し、その増加した現像剤の一部16bが回転体65(円筒部材66)の外周面に磁力で吸着されて保持される。
つまり、収容部51内の現像剤の上面16aが基準の高さHを超えた高さになった場合には、図5(b)に示されるように、収容部51内の現像剤の一部16bが回転体65に保持されて補給口61(実際には隙間E1,E2)を通過するように搬送され、最終的に補給口61と回転体65の間における第2の隙間E2に現像剤16bが滞留するよう(滞留する現像剤16c)になるため、補給口61(実際には隙間E1,E2の双方)が回転体65に保持されて搬送される現像剤16bで塞がれた状態になる。
つまり、収容部51内の現像剤の上面16aが基準の高さHを超えた高さになった場合には、図5(b)に示されるように、収容部51内の現像剤の一部16bが回転体65に保持されて補給口61(実際には隙間E1,E2)を通過するように搬送され、最終的に補給口61と回転体65の間における第2の隙間E2に現像剤16bが滞留するよう(滞留する現像剤16c)になるため、補給口61(実際には隙間E1,E2の双方)が回転体65に保持されて搬送される現像剤16bで塞がれた状態になる。
これにより、トナー補給部52では、トナー溜り17Xとなったトナー17をはじめとしてトナー収納部70から搬送される補給用のトナー17が、回転体65に保持されて搬送される現像剤16bによって塞がれた補給口61における第2の隙間E2を通過できなくなり、収容部51の第2搬送路51b内に補給されることが停止される。
(回転体の円筒部材の構成)
トナー補給部52に配置される回転体65を一部構成する円筒部材66は、前述したように合成樹脂を用いて製作される円筒部材を適用している。
この回転体65における円筒部材66としては、一般にアルミニウム等の非磁性の金属を用いて製作される円筒部材を適用することが考えられる。しかし、合成樹脂も一般に非磁性である。このため、合成樹脂は円筒部材66を形成する材料としての可能性がある。しかも、円筒部材66を形成する材料として合成樹脂を適用すれば、非磁性の金属材料を適用した場合に比べて部品コストの低下を図ることができる。
トナー補給部52に配置される回転体65を一部構成する円筒部材66は、前述したように合成樹脂を用いて製作される円筒部材を適用している。
この回転体65における円筒部材66としては、一般にアルミニウム等の非磁性の金属を用いて製作される円筒部材を適用することが考えられる。しかし、合成樹脂も一般に非磁性である。このため、合成樹脂は円筒部材66を形成する材料としての可能性がある。しかも、円筒部材66を形成する材料として合成樹脂を適用すれば、非磁性の金属材料を適用した場合に比べて部品コストの低下を図ることができる。
図6は、アルミニウム、導電性ポリアセタール(導電POM)及び(非導電性の)ポリアセタール(一般POM)の各材料からなる円筒部材66を、トナー補給部52の回転体65の一部として適用した現像装置5を用意して画像形成装置1(作像装置2)に搭載した後、テスト画像の形成等を行い、そのときの各円筒部材66に保持された現像剤16b(磁気ブラシ)におけるトナーの帯電分布の状態を調べた試験の結果を示すものである。
この試験では、円筒部材66として、外径が約8mm、軸方向の長さが約30mm、肉厚が約1mmの寸法条件からなるほぼ円筒形状の部材を適用した。また、このときの円筒部材66は、開口平面形状が4mm×14mmの長方形からなる補給口61との第1の隙間E1が約2mm、第2の隙間E2が約1mmとなるように配置した。さらに、このときの円筒部材66は、約42mm/sec程度の速度で矢印D方向に回転させた。
そして、円筒部材66の外周面については、平滑な面とした。導電POMは、通常のポリアセタールに導電剤を入れて導電性を付与したものである。
そして、円筒部材66の外周面については、平滑な面とした。導電POMは、通常のポリアセタールに導電剤を入れて導電性を付与したものである。
また、この試験では、円筒部材66の内部空間に、次の構成からなる磁石部材67を配置した。磁石部材67は、磁束密度が30mT程度のN極を円筒部材66の最上点から回転方向Dの下流側にむく中心角が約90°になる位置に第1磁極67Aとして配置し、磁束密度が30mT程度のS極を円筒部材66の最上点から回転方向Dの上流側にむく中心角が約30°になる位置に第2磁極67Bとして配置してなるものである。
さらに、この試験では、これらの円筒部材66を配置する現像装置5については、基準の高さHを、収容部51の第2搬送路51bに使用初期の段階で収容すべき初期収容量(例えば100g)だけ収容されているときの現像剤16の上面16aの位置とした。このときの基準の高さHは、第1磁極67Aの下端部との高さ方向の差が約3mmになるような高さに相当する。
現像剤16としては、平均粒径が約6.5μmの粉体粒子からなるトナー17と、平均粒径が約35μmの磁性キャリアを含むものを使用した。
また、この現像装置5は、試験に先立ち、収容部51内に収容した現像剤16の一部の現像剤16bによる磁気ブラシを円筒部材66の外周面に形成した後、その現像装置5を装備する画像形成装置1にてA4判サイズの記録用紙9のほぼ全面に黒色のベタ画像を形成することにより、現像装置5の収容部51内に収容されている現像剤の上面16aを基準の高さHよりも一旦下げた状態にしてから、トナー補給部52における円筒部材66の上方にある補給用のトナー17を収容部51内に補給した。これにより、現像装置5においては、その収容部51内における前記現像剤の上面16aを基準の高さHを超える高さにするとともに、円筒部材66の外周面に収容部51内の現像剤16を保持させて現像剤16bによる新たな磁気ブラシを形成した。最後に、この新たな磁気ブラシが形成された円筒部材66のみを一定の時間だけ回転させた。以上により、現像装置5を試験前の状態に整えた。
現像剤16としては、平均粒径が約6.5μmの粉体粒子からなるトナー17と、平均粒径が約35μmの磁性キャリアを含むものを使用した。
また、この現像装置5は、試験に先立ち、収容部51内に収容した現像剤16の一部の現像剤16bによる磁気ブラシを円筒部材66の外周面に形成した後、その現像装置5を装備する画像形成装置1にてA4判サイズの記録用紙9のほぼ全面に黒色のベタ画像を形成することにより、現像装置5の収容部51内に収容されている現像剤の上面16aを基準の高さHよりも一旦下げた状態にしてから、トナー補給部52における円筒部材66の上方にある補給用のトナー17を収容部51内に補給した。これにより、現像装置5においては、その収容部51内における前記現像剤の上面16aを基準の高さHを超える高さにするとともに、円筒部材66の外周面に収容部51内の現像剤16を保持させて現像剤16bによる新たな磁気ブラシを形成した。最後に、この新たな磁気ブラシが形成された円筒部材66のみを一定の時間だけ回転させた。以上により、現像装置5を試験前の状態に整えた。
そして、試験は、まず、上記試験前の状態にした現像装置5の円筒部材66の外周面に形成された現像剤16bによる新たな磁気ブラシ内のトナー帯電分布を、試験前の初期帯電量(Initial)として測定した。またこのとき、その磁気ブラシ内のトナー濃度について試験前の初期トナー濃度(Initial-TC)として測定した。
次に、この現像装置5を装備する画像形成装置1にて、A4判サイズの記録用紙9のほぼ全面に黒色のベタ画像(画像密度:Cin100%)を5枚の記録用紙9に形成する動作を行った後、同サイズの記録用紙9にトナー像を形成しないという白紙画像の形成動作(この際、現像装置5による現像動作も行われない)を繰り返して行って現像装置5の収容部51内にある現像剤におけるトナー濃度が初期トナー濃度(Initial-TC)になるまで行った。しかる後、トナー補給をしない条件下で上記白紙画像の形成動作を30枚分行ったとき、現像装置5における円筒部材66の外周面に形成されている現像剤16bによる磁気ブラシ内のトナー帯電分布を、試験終了時の最終帯電量(End)として測定した。またこのとき、その磁気ブラシ内のトナー濃度について試験終了時の最終トナー濃度(End-TC)として測定した。
次に、この現像装置5を装備する画像形成装置1にて、A4判サイズの記録用紙9のほぼ全面に黒色のベタ画像(画像密度:Cin100%)を5枚の記録用紙9に形成する動作を行った後、同サイズの記録用紙9にトナー像を形成しないという白紙画像の形成動作(この際、現像装置5による現像動作も行われない)を繰り返して行って現像装置5の収容部51内にある現像剤におけるトナー濃度が初期トナー濃度(Initial-TC)になるまで行った。しかる後、トナー補給をしない条件下で上記白紙画像の形成動作を30枚分行ったとき、現像装置5における円筒部材66の外周面に形成されている現像剤16bによる磁気ブラシ内のトナー帯電分布を、試験終了時の最終帯電量(End)として測定した。またこのとき、その磁気ブラシ内のトナー濃度について試験終了時の最終トナー濃度(End-TC)として測定した。
この試験は、温度22℃、湿度55%RHの常温常湿の環境下で行った。また、一般POMについては、常温常湿の環境に加えて温度10℃、湿度15%RHの低温低湿の環境下でも行った。
そして、現像剤16bにおけるトナーの帯電量については、帯電量・粒子径分布測定機(ホソカワミクロン社製:E-SPART ANALYZER)を用いて、そのトナーの電荷量(μC/g)及び帯電分布を測定した。
図6においては、各帯電極性の電荷量からなるトナーの粒子数の割合を縦軸に示している。横軸において先頭に「−」が付されている数値が正しい極性(マイナス)に帯電されているトナーの電荷量を示し、先頭に「+」が付されている数値が逆の極性(プラス)に帯電されているトナーの電荷量を示している。
そして、現像剤16bにおけるトナーの帯電量については、帯電量・粒子径分布測定機(ホソカワミクロン社製:E-SPART ANALYZER)を用いて、そのトナーの電荷量(μC/g)及び帯電分布を測定した。
図6においては、各帯電極性の電荷量からなるトナーの粒子数の割合を縦軸に示している。横軸において先頭に「−」が付されている数値が正しい極性(マイナス)に帯電されているトナーの電荷量を示し、先頭に「+」が付されている数値が逆の極性(プラス)に帯電されているトナーの電荷量を示している。
図6に示す結果から、材料の違いにかかわらず、円筒部材66の外周面に保持されるトナー17の帯電量(その変化)には差異がないことがわかる。
これにより、円筒部材66の形成材料としては、アルミニウムでなくても、ポリアセタールも適用可能であることがわかる。またこのことから、円筒部材66の形成材料としては、合成樹脂も適用の可能性があることが言える。
これにより、円筒部材66の形成材料としては、アルミニウムでなくても、ポリアセタールも適用可能であることがわかる。またこのことから、円筒部材66の形成材料としては、合成樹脂も適用の可能性があることが言える。
ちなみに、本発明者の研究によれば、円筒部材66の形成材料としては、ポリアセタール以外の合成樹脂として、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンの共重合体(ABS樹脂)、ポリカーボネート(PC)、高衝撃性ポリスチレン(HIPS)等の合成樹脂も適用可能であることが確認されている。
(円筒部材の外周面の表面粗さ)
次に、本発明者の研究によれば、円筒部材66として、例えば上記ポリアセタール(一般POM)からなる円筒部材を選択して現像装置5を構成した場合、次の知見が得られた。
すなわち、その円筒部材66の外周面66eを一様な状態の面(溝等のない平滑な面)にすると、トナー補給部52におけるトナー補給の停止時に、その円筒部材66の外周面66eに現像剤16bを保持搬送して補給口61との隙間E(特にE2)を塞ぐという機能が得られないときがあることが判明した。つまり、その円筒部材66の外周面66eに現像剤16bが安定して保持されないことや、その保持した現像剤16bが補給口61との隙間E2等まで十分に搬送されないことがある。トナー補給の停止時とは、前述したように現像装置5の収容部51内における現像剤の上面16aが基準の高さHよりも高くなった時期にほぼ相当する。
次に、本発明者の研究によれば、円筒部材66として、例えば上記ポリアセタール(一般POM)からなる円筒部材を選択して現像装置5を構成した場合、次の知見が得られた。
すなわち、その円筒部材66の外周面66eを一様な状態の面(溝等のない平滑な面)にすると、トナー補給部52におけるトナー補給の停止時に、その円筒部材66の外周面66eに現像剤16bを保持搬送して補給口61との隙間E(特にE2)を塞ぐという機能が得られないときがあることが判明した。つまり、その円筒部材66の外周面66eに現像剤16bが安定して保持されないことや、その保持した現像剤16bが補給口61との隙間E2等まで十分に搬送されないことがある。トナー補給の停止時とは、前述したように現像装置5の収容部51内における現像剤の上面16aが基準の高さHよりも高くなった時期にほぼ相当する。
そこで、一般POM製の円筒部材66として、その外周面66eの算術平均粗さ(Ra)で現わされる表面粗さが異なる円筒部材を複数用意し、その各円筒部材におけるトナー搬送量を測定した。
このときの測定結果を図7に示す。
このときの測定結果を図7に示す。
このときの円筒部材の寸法条件は、上記試験で採用した条件と同じとした。また、その円筒部材の外周面については、しぼ処理、研磨処理等の表面処理加工法により3種の算術平均粗さ(Ra)がRa≒0.1μm、2.4μm、4.1μmになるよう調整した。
また、このときのトナー搬送量は、上記試験で用いた現像剤16を保持させない状態の円筒部材をその後に回転駆動させて現像剤16の一部による磁気ブラシを形成させたときの搬送量を、その円筒部材から現像装置5の収容部51に流入(補給)されるトナー量として秤量計の測定器を用いて複数回測定し、その平均値として求めた。
なお、算術平均粗さ(Ra)は、例えば表面粗さ測定機(東京精密社製)で測定されるものでもある。
また、このときのトナー搬送量は、上記試験で用いた現像剤16を保持させない状態の円筒部材をその後に回転駆動させて現像剤16の一部による磁気ブラシを形成させたときの搬送量を、その円筒部材から現像装置5の収容部51に流入(補給)されるトナー量として秤量計の測定器を用いて複数回測定し、その平均値として求めた。
なお、算術平均粗さ(Ra)は、例えば表面粗さ測定機(東京精密社製)で測定されるものでもある。
一方、トナー補給部52におけるトナー補給の停止時に、円筒部材66の外周面66eに現像剤16bを保持搬送して補給口61との隙間(E1,E2)を塞ぐという機能が十分に得られるときのトナー搬送量は、トナー補給部52によるトナー補給機能を導入した現像装置5等を用いて行った実験結果から、約120mg/sec以上であることが確認されている。詳しくは、トナー補給機能を導入した現像装置5を備えた画像形成装置によりある一定の画像密度(例えば画像密度40%を想定)からなる画像の形成動作を連続して行った場合、その連続した画像形成動作を中断せずに続行させることができるときのトナー供給(補給)量(mg/sec)を調べ、その値を目標値とした。
このため、この試験では、トナー搬送量が約120mg/sec以上である場合を目標値に設定した。
このため、この試験では、トナー搬送量が約120mg/sec以上である場合を目標値に設定した。
図7に示す結果から、一般POM製の円筒部材66の場合は、その外周面66eの算術平均粗さ(Ra)が4μmよりも大きければ、目標値のトナー搬送量が得られることがわかる。
なお、算術平均粗さ(Ra)が0.1μmや2.4μmの一般POM製の円筒部材66をトナー補給部52の回転体65に適用した現像装置5を作動させたところ、以下のような結果になることが確認された。
つまり、そのときの各円筒部材66の外周面66eには、収容部51内の現像剤の一部16bが磁力により保持されるが、その保持直後に外周面から離脱してしまう現象や、補給口61との第2の隙間E2に至るまでの間に隙間E2を塞ぐために十分な磁気ブラシを形成できずその隙間E2を通して補給用のトナー17を供給してしまう不具合が発生した。このため、隙間E2が円筒部材66で保持搬送される現像剤16bで確実に塞がれることがなかった。
なお、算術平均粗さ(Ra)が0.1μmや2.4μmの一般POM製の円筒部材66をトナー補給部52の回転体65に適用した現像装置5を作動させたところ、以下のような結果になることが確認された。
つまり、そのときの各円筒部材66の外周面66eには、収容部51内の現像剤の一部16bが磁力により保持されるが、その保持直後に外周面から離脱してしまう現象や、補給口61との第2の隙間E2に至るまでの間に隙間E2を塞ぐために十分な磁気ブラシを形成できずその隙間E2を通して補給用のトナー17を供給してしまう不具合が発生した。このため、隙間E2が円筒部材66で保持搬送される現像剤16bで確実に塞がれることがなかった。
また、本発明者の研究によれば、ポリアセタール(一般POM)等の合成樹脂からなる円筒部材66を使用する場合、以下の事項についても判明している。
まず、その円筒部材66は、算術平均粗さ(Ra)が4μmよりも大きい外周面66eにするためには、例えば、梨地シボ、皮シボ、円形シボ等のシボ加工の表面処理を施せばよい。つまり、この場合は、円筒部材66を製作するプラスチック成型時に使用する金型の表面にしわ模様(シボ)を形成しておき、そのしわ模様を成形品(円筒部材)の表面に転写することで得られる。
また、その円筒部材66は、算術平均粗さ(Ra)が4μmよりも大きい外周面66eであれば、その外周面66eに例えば回転軸方向に沿って延びる平行する複数本の溝を設けても構わない。つまり、この場合は、その溝を構成する面や溝どうし間の(表面)面の算術平均粗さ(Ra)もそのいずれも4μmよりも大きい表面粗さになっていればよい。
さらに、回転体65における円筒部材66としては、その外周面66eに溝等を形成しないアルミニウム等の金属製の円筒部材を適用することも可能である。ただし、このような外周面が無垢の状態からなる金属製の円筒部材66は、その外周面66eに現像剤を保持させて補給口61との隙間(E1,E2)を塞ぐ機能を十分に発揮させることを可能にする観点から、算術平均粗さ(Ra)がRa>4μmの外周面66eからなるものであることが必要である。
まず、その円筒部材66は、算術平均粗さ(Ra)が4μmよりも大きい外周面66eにするためには、例えば、梨地シボ、皮シボ、円形シボ等のシボ加工の表面処理を施せばよい。つまり、この場合は、円筒部材66を製作するプラスチック成型時に使用する金型の表面にしわ模様(シボ)を形成しておき、そのしわ模様を成形品(円筒部材)の表面に転写することで得られる。
また、その円筒部材66は、算術平均粗さ(Ra)が4μmよりも大きい外周面66eであれば、その外周面66eに例えば回転軸方向に沿って延びる平行する複数本の溝を設けても構わない。つまり、この場合は、その溝を構成する面や溝どうし間の(表面)面の算術平均粗さ(Ra)もそのいずれも4μmよりも大きい表面粗さになっていればよい。
さらに、回転体65における円筒部材66としては、その外周面66eに溝等を形成しないアルミニウム等の金属製の円筒部材を適用することも可能である。ただし、このような外周面が無垢の状態からなる金属製の円筒部材66は、その外周面66eに現像剤を保持させて補給口61との隙間(E1,E2)を塞ぐ機能を十分に発揮させることを可能にする観点から、算術平均粗さ(Ra)がRa>4μmの外周面66eからなるものであることが必要である。
[他の実施の形態]
実施の形態1では、トナー補給部52を収容部51(厳密には第2搬送路51b)の上方の部位に配置した現像装置5について例示したが、現像装置としては、これ以外にも例えば図8から図10に例示するように、異なる位置に配置したトナー補給部52Bを採用した現像装置5Bを適用することもできる。
実施の形態1では、トナー補給部52を収容部51(厳密には第2搬送路51b)の上方の部位に配置した現像装置5について例示したが、現像装置としては、これ以外にも例えば図8から図10に例示するように、異なる位置に配置したトナー補給部52Bを採用した現像装置5Bを適用することもできる。
この現像装置5Bにおけるトナー補給部52Bは、図8や図9に示されるように、第2搬送路51bの一部において第1搬送路51aとは反対側に斜め上方にむけて突出するように張り出した張出部50fの上部に補給口61を設けるとともに、その配置位置が変更された補給口61に適応させるように回転体65を設けている。張出部50fは、第2搬送路51bの現像剤搬送方向の上流側に片寄った位置に形成されているが、その他にも例えば現像剤搬送方向の中央の位置に形成してもよい。
トナー補給部52Bにおける補給口61は、実施の形態1における補給口61と同様に、開口の平面形状が長方形となる開口部として形成されている。また、補給口61は、筐体50の上部から所要の高さだけ突出して設けられる角筒状の突出部62Bの下端に存在するよう形成されている。ただし、この突出部62Bは、その上部のうち第2搬送路51b寄りの部分が補給口61の短辺の寸法よりも短い寸法になるよう縮小された角筒状の形状になっており、その下部のうち第2搬送路51b寄りの部分が上記縮小された関係により回転体65(円筒部材66)の外周面にそって円弧状に曲がった曲面部63として形成されている。
トナー補給部52Bにおける回転体65は、その円筒部材66が回転軸方向の両端部に設けられた軸部66a,66bを介して張出部50fの側壁部に回転自在に取り付けられている。また、この回転体65における円筒部材66は、その一方の軸部66aの端部に図示しないギヤが取り付けられており、そのギヤに攪拌搬送部材56(の回転軸56a)から分配される回転動力が伝達されて所要の方向Dに回転するようになっている。
また、回転体65における円筒部材66は、現像装置5Bの上方から見下ろしたとき、図9等に示されるように、その外周面のうち回転方向Dの上流側において補給口61(を構成する筐体の後方壁面50c)と第1の隙間E1があけられた状態になり、また、その外周面のうち回転方向Dの下流側において補給口61(を構成する筐体の前方壁面50d)と第2の隙間E2があけられた状態になるよう配置されている。また、この円筒部材66の他の構成については、実施の形態1における円筒部材66と同じ構成になっている。
<現像装置の動作>
この現像装置5Bは、画像形成装置1による画像形成動作時等の動作時期になると、現像ロール53のスリーブ531と攪拌搬送部材55,56が回転し始めるとともに、現像ロール53のスリーブ531に現像バイアスが供給される。しかる後、現像装置5Bにおいても、実施の形態1に係る現像装置5の場合と同様にして現像動作が行われる。
この現像装置5Bは、画像形成装置1による画像形成動作時等の動作時期になると、現像ロール53のスリーブ531と攪拌搬送部材55,56が回転し始めるとともに、現像ロール53のスリーブ531に現像バイアスが供給される。しかる後、現像装置5Bにおいても、実施の形態1に係る現像装置5の場合と同様にして現像動作が行われる。
また、現像装置5Bにおいても、現像動作を行うことにより収容部51内の現像剤におけるトナー17が消費されて減少するため、その減少分を補うため新たなトナー17がトナー収納部70からトナー補給部52Bを通して収容部51に補給される。実際、この現像装置5Bにおいても、その動作時期になると、トナー補給部52Bの回転体65も回転し始める。しかも、この回転体65の回転始動に合わせて、トナー収納部70における搬送部材73も始動する(図1)。
そして、トナー補給部52Bでは、図11(a)に例示するように、収容部51内に収容されている現像剤の上面16aが基準の高さH以下になった場合、実施の形態1におけるトナー補給部52の場合と同様に、その収容部51内の現像剤16に対して回転体65の磁力発生域68(の第1磁極67A)による磁気的な吸引力が作用しないか、その吸引力が作用しても現像剤16自体の重力等に対抗できず、その現像剤16が回転体65(円筒部材66)の外周面66eに吸着されて保持されない。
この場合は、収容部51内の現像剤16が回転体65によって補給口61に搬送されることなく、補給口61と回転体65の間における第2の隙間E2に現像剤16bが滞留することもなくなるため、補給口61が現像剤16bで塞がれることがない。これにより、トナー補給部52Bでは、補給口61にトナー溜り17Xとなったトナー17をはじめとしてトナー収納部70から搬送される補給用のトナー17が、重力と回転体65の回転搬送力とを受けて曲面部63と円筒部材66の間の隙間を含む第2の隙間E2を通過して収容部51の第2搬送路51b内に落下するように補給される。
反対に、トナー補給部52Bでは、図11(b)に示するように、収容部51内に収容されている現像剤16の上面16aが基準の高さHを超えた場合、実施の形態1におけるトナー補給部52の場合と同様に、その収容部51内の現像剤16に対して回転体65の磁力発生域68(の第1磁極67A)による磁気的な吸引力が作用し、その増加した現像剤の一部16bが回転体65(円筒部材66)の外周面66eに吸着されて保持される。
この場合は、収容部51内の現像剤の一部16bが回転体65によって補給口61に搬送されて第1の隙間E1を通過し、最終的に補給口61と回転体65の間における第2の隙間E2に現像剤16bが滞留するよう(滞留する現像剤16c)になるため、補給口61(実際には隙間E1,E2の双方)が回転体65に保持されて搬送される現像剤16bで塞がれた状態になる。この結果、トナー補給部52Bでは、補給口61にトナー溜り17Xとなったトナー17をはじめとしてトナー収納部70から搬送される補給用のトナー17が、回転体65によって搬送される現像剤16bで塞がれた第2の隙間E2を通過することができなくなるので、収容部51の第2搬送路51b内へ補給されることが停止される。
また、実施の形態1では、現像装置5,5Bを1つ使用して単色画像を形成する形式の画像形成装置1を例示したが、画像形成装置1としては、実施の形態1に係る現像装置5や他の実施形態に係る現像装置5Bを複数使用して多色画像を形成する形式の画像形成装置であってもよい。
また、補給用のトナー17を収納するトナー収納部70は、実施の形態1に例示した位置に配置される場合に限らず、そのトナー17を現像装置5,5Bのトナー補給部52,52Bに送り出すことが可能であれば、他の位置に配置されていてもよい。ただし、トナー収納部70は、露光装置23から照射される光の光路を阻害しないように配置する。
1 …画像形成装置
5,5B…現像装置
16…現像剤
16a…現像剤の上面
17…トナー
21…感光ドラム(像保持体の一例)
50…筐体
51…収容部
52,52B…トナー補給部
61…補給口
65…回転体
66…円筒部材
66e…外周面
D …回転方向
E1,E2…隙間
H …基準の高さ
5,5B…現像装置
16…現像剤
16a…現像剤の上面
17…トナー
21…感光ドラム(像保持体の一例)
50…筐体
51…収容部
52,52B…トナー補給部
61…補給口
65…回転体
66…円筒部材
66e…外周面
D …回転方向
E1,E2…隙間
H …基準の高さ
Claims (3)
- トナーと磁性キャリアを含む現像剤の収容部を有する筐体と、
前記筐体に設けられ、前記収容部にトナーを補給する補給口と、
前記筐体の前記補給口の下方側に外周面が当該補給口と隙間をあけて配置され、前記収容部内の現像剤の上面が基準の高さを超えたときに前記現像剤を外周面に磁力で保持し搬送して前記隙間を塞ぐ回転体と
を備え、
前記回転体は、算術平均粗さ(Ra)がRa>4μmの外周面からなる円筒部材を有する現像装置。 - 前記回転体の円筒部材は、合成樹脂で構成されている請求項1に記載の現像装置。
- 静電潜像が形成される像保持体と、
前記像保持体の静電潜像をトナーにより現像する請求項1又は2に記載の現像装置と、
を備えている画像形成装置。
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- 2016-09-16 JP JP2016181561A patent/JP2018045179A/ja active Pending
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