JP2020204722A - 非磁性規制部及び二次規制部を有する画像形成システム - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置の現像装置には、トナー濃度を検出するトナー濃度センサと、トナー供給量を調整するトナー供給ローラと、を備えたものがある。このような現像装置は、トナー濃度センサにより検出されたトナー濃度に応じてトナー供給ローラを駆動することにより、現像剤のトナー濃度を調整する。【解決手段】現像剤を攪拌する攪拌部１０２と、前記現像剤を運ぶ回転可能な現像剤担持体１０４と、現像剤の厚さを規制する非磁性規制部１０６と、現像剤の厚さを更に規制する二次規制部１０５と、前記現像剤担持体から前記非磁性規制部と前記二次規制部との間隙を通って延びる余剰現像剤搬送路１２２と、トナーを前記攪拌部に供給するためのトナー供給路１２１と、前記トナー供給路と前記余剰現像剤搬送路とが合流する合流部１２３と、を備える、画像形成システム。【選択図】図２

Description

画像形成装置の現像装置には、トナー濃度を検出するトナー濃度センサと、トナー供給量を調整するトナー供給ローラと、を備えたものがある。このような現像装置は、トナー濃度センサにより検出されたトナー濃度に応じてトナー供給ローラを駆動することにより、現像剤のトナー濃度を調整する。

画像形成装置の一例の概略図である。 現像装置の一例の模式断面図である。 現像剤担持体、攪拌部、余剰現像剤搬送路、及びトナー落下口の位置関係の一例を説明するための模式断面図である。 現像剤担持体、攪拌部、余剰現像剤搬送路、及びトナー落下口の位置関係の他の例を説明するための模式断面図である。 現像剤担持体、非磁性規制部、及び二次規制部を示す模式断面図である。 図２に示す現像装置のトナー濃度が低い状態を示す模式断面図である。 図２に示す現像装置のトナー濃度が高い場合の状態を示す模式断面図である。 現像剤通過量とトナー濃度との関係を示すグラフである。 現像剤通過量とトナー濃度との関係を示すグラフである。 余剰現像剤量とトナー濃度との関係を示すグラフである。 余剰現像剤量とトナー濃度との関係を示すグラフである。 トナー落下口における滞留量とトナー濃度との関係を示すグラフである。 現像装置の他の例の模式断面図である。 図１３に示す現像装置のトナー濃度が低い状態を示す模式断面図である。 図１３に示す現像装置のトナー濃度が高い場合の状態を示す模式断面図である。 現像剤通過量とトナー濃度との関係を示すグラフである。 余剰現像剤量とトナー濃度との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、画像形成システムの一例について説明する。画像形成システムは、プリンタ等の画像形成装置であってもよく、画像形成装置等に用いられる現像装置であってもよい。本開示では、画像形成システムが画像形成装置である場合について説明する。なお、図面に基づいて説明するにあたり、同一する要素又は同一の機能を有す類似する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

まず、画像形成装置の一例の概略構成を説明する。図１に示す画像形成装置１は、マゼンタ、イエロー、シアン、ブラックの４色を用いてカラー画像を形成する装置である。画像形成装置１は、記録媒体である用紙Ｐを搬送する搬送装置１０と、静電潜像を現像する現像装置１００と、トナー像を用紙Ｐに二次転写する転写装置３０と、表面（周面）に静電潜像が形成される像担持体４０と、トナー像を用紙Ｐに定着させる定着装置５０と、用紙Ｐを排出する排出装置６０と、を備える。

搬送装置１０は、画像が形成される記録媒体としての用紙Ｐを搬送経路Ｒ１上で搬送する。用紙Ｐは、カセットＫに積層されて収容され、給紙ローラ１１によりピックアップされて搬送される。搬送装置１０は、用紙Ｐに転写されるトナー像が転写ニップ領域Ｒ２に到達するタイミングで、搬送経路Ｒ１を介して転写ニップ領域Ｒ２に用紙Ｐを到達させる。

現像装置１００は、各色に対応して４個設けられている。各現像装置１００は、トナーを像担持体４０に担持させる現像剤担持体１０４を備えている。現像装置１００では、現像剤として、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を用いる。つまり、現像装置１００では、トナーとキャリアを所望の混合比になるように調整し、さらに混合撹拌してトナーを均一に分散させ最適な帯電量を付与した現像剤が調整される。この現像剤を現像剤担持体１０４に担持させる。そして、現像剤担持体１０４の回転により現像剤が像担持体４０と対向する現像領域まで搬送されると、現像剤担持体１０４に担持された現像剤のうちのトナーが像担持体４０の周面上に形成された静電潜像に移動し、静電潜像が現像される。

転写装置３０は、現像装置１００で形成されたトナー像を用紙Ｐに二次転写する転写ニップ領域Ｒ２に搬送する。転写装置３０は、像担持体４０からトナー像が一次転写される転写ベルト３１と、転写ベルト３１を懸架する懸架ローラ３４，３５，３６，３７と、像担持体４０と共に転写ベルト３１を挟持する一次転写ローラ３２と、懸架ローラ３７と共に転写ベルト３１を挟持する二次転写ローラ３３と、を備えている。

転写ベルト３１は、懸架ローラ３４，３５，３６，３７により循環移動する無端ベルトである。懸架ローラ３４，３５，３６，３７は、それぞれの軸線周りに回転可能なローラである。懸架ローラ３７は、軸線周りに回転駆動する駆動ローラであり、懸架ローラ３４，３５，３６は、懸架ローラ３７の回転駆動により従動回転する従動ローラである。一次転写ローラ３２は、転写ベルト３１の内周側から像担持体４０を押圧するように設けられる。二次転写ローラ３３は、転写ベルト３１を挟んで懸架ローラ３７と平行に配置されて、転写ベルト３１の外周側から懸架ローラ３７を押圧するように設けられる。これにより、二次転写ローラ３３は、転写ベルト３１との間に転写ニップ領域Ｒ２を形成する。

像担持体４０は、静電潜像担持体、感光体ドラム等とも呼ばれる。像担持体４０は、各色に対応して４個設けられている。各像担持体４０は、転写ベルト３１の移動方向に沿って設けられている。像担持体４０の周上には、現像装置１００と、帯電ローラ４１と、露光ユニット４２と、クリーニングユニット４３と、が設けられている。

帯電ローラ４１は、像担持体４０の表面を所定の電位に均一に帯電させる帯電手段である。帯電ローラ４１は、像担持体４０の回転に追従して動く。露光ユニット４２は、帯電ローラ４１によって帯電した像担持体４０の表面を、用紙Ｐに形成する画像に応じて露光する。これにより、像担持体４０の表面のうち露光ユニット４２により露光された部分の電位が変化し、静電潜像が形成される。４個の現像装置１００は、それぞれの現像装置１００に装着されたトナータンクＮから供給されたトナーによって像担持体４０に形成された静電潜像を現像し、トナー像を生成する。各トナータンクＮ内には、それぞれ、マゼンタ、イエロー、シアン及びブラックのトナーが充填されている。クリーニングユニット４３は、像担持体４０上に形成されたトナー像が転写ベルト３１に一次転写された後に像担持体４０上に残存するトナーを回収する。

定着装置５０は、加熱及び加圧する定着ニップ領域に用紙Ｐを通過させることで、転写ベルト３１から用紙Ｐに二次転写されたトナー像を用紙Ｐに付着させ、定着させる。定着装置５０は、用紙Ｐを加熱する加熱ローラ５２と、加熱ローラ５２を押圧して回転駆動する加圧ローラ５４と、を備えている。加熱ローラ５２及び加圧ローラ５４は円筒状に形成されており、加熱ローラ５２は内部にハロゲンランプ等の熱源を備えている。加熱ローラ５２と加圧ローラ５４との間には接触領域である定着ニップ領域が設けられ、定着ニップ領域に用紙Ｐを通過させることにより、トナー像を用紙Ｐに溶融定着させる。

排出装置６０は、定着装置５０によりトナー像が定着された用紙Ｐを装置外部へ排出するための排出ローラ６２，６４を備えている。

続いて、図１に示す画像形成装置１による印刷工程について説明する。画像形成装置１に被記録画像の画像信号が入力されると、画像形成装置１の制御部は、給紙ローラ１１を回転させて、カセットＫに積層された用紙Ｐをピックアップして搬送する。そして、帯電ローラ４１により像担持体４０の表面を所定の電位に均一に帯電させる（帯電工程）。その後、受信した画像信号に基づいて、露光ユニット４２により像担持体４０の表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する（露光工程）。

現像装置１００では、静電潜像が現像されてトナー像が形成される（現像工程）。こうして形成されたトナー像は、像担持体４０と転写ベルト３１とが対向する領域において、像担持体４０から転写ベルト３１へ一次転写される（転写工程）。転写ベルト３１には、４個の像担持体４０上に形成されたトナー像が順次積層されて、１つの積層トナー像が形成される。そして、積層トナー像は、懸架ローラ３７と二次転写ローラ３３とが対向する転写ニップ領域Ｒ２において、搬送装置１０から搬送された用紙Ｐに二次転写される。

積層トナー像が二次転写された用紙Ｐは、定着装置５０へ搬送される。そして、定着装置５０は、用紙Ｐが定着ニップ領域を通過する際に、用紙Ｐを加熱ローラ５２と加圧ローラ５４との間で加熱及び加圧することにより、積層トナー像を用紙Ｐへ溶融定着させる（定着工程）。その後、用紙Ｐは、排出ローラ６２，６４によって画像形成装置１の外部へ排出される。

図２は、現像装置の一例の模式断面図である。図２に示す現像装置１００は、収容容器１０１と、攪拌部１０２と、回転可能な現像剤担持体１０４と、非磁性規制部１０５と、二次規制部１０６と、を備えている。

収容容器１０１は、トナー及びキャリアを含む現像剤を収容する。つまり、収容容器１０１は、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤収容室Ｈを形成している。収容容器１０１は、攪拌部１０２、現像剤担持体１０４、非磁性規制部１０５、及び二次規制部１０６を収容する。収容容器１０１は、現像剤担持体１０４が像担持体４０と対向する位置に開口を有しており、現像剤収容室Ｈ内のトナーは、この開口から像担持体４０に供給される。

図２〜図４に示すように、攪拌部１０２は、第一攪拌搬送部材１１１と、第二攪拌搬送部材１１２と、を備える。第一攪拌搬送部材１１１及び第二攪拌搬送部材１１２は、現像剤収容室Ｈ内において、現像剤を構成する磁性体のキャリアと非磁性体のトナーとを攪拌して、キャリアとトナーとを摩擦帯電させる。また、第一攪拌搬送部材１１１及び第二攪拌搬送部材１１２は、現像剤収容室Ｈ内で現像剤を攪拌しながら搬送する。第一攪拌搬送部材１１１は、現像剤収容室Ｈの底部に配置された第一搬送路１１３に配置されており、第二攪拌搬送部材１１２は、現像剤収容室Ｈの底部に配置された第二搬送路１１４に配置されている。第一搬送路１１３及び第二搬送路１１４は、現像剤担持体１０４の回転軸１０４Ａと平行な方向に延びている。第一搬送路１１３及び第二搬送路１１４の一方側の端部には、現像剤を第一搬送路１１３から第二搬送路１１４に供給するための第一供給口１１５が形成されている。第一搬送路１１３及び第二搬送路１１４の他方側の端部には、現像剤を第二搬送路１１４から第一搬送路１１３に供給するための第二供給口１１６が形成されている。そして、第一攪拌搬送部材１１１は、第一搬送路１１３の現像剤を攪拌しながら第一方向に搬送して、第一供給口１１５から第二搬送路に供給する。第二攪拌搬送部材１１２は、第二搬送路１１４の現像剤を攪拌しながら第一方向とは逆方向である第二方向に搬送して、第二供給口１１６から第一搬送路１１３に供給する。

現像剤担持体１０４は、像担持体４０との間に間隙が形成されるように像担持体４０と対向して配置されている。そして、現像剤担持体１０４は、回転することで攪拌部１０２で攪拌された現像剤を運ぶ。つまり、現像剤担持体１０４は、攪拌部１０２で攪拌された現像剤を表面に担持して回転する。なお、像担持体４０は、例えば、収容容器１０１に対して回転可能に支持されており、モータ等の駆動源（不図示）により回転駆動される。像担持体４０は、例えば、円柱状に形成されている。現像剤担持体１０４は、例えば、円柱状に形成されている。現像剤担持体１０４は、現像剤担持体１０４の回転軸１０４Ａと像担持体４０の回転軸とが平行となり、かつ、現像剤担持体１０４と像担持体４０との間隔が現像剤担持体１０４の回転軸方向において同じとなるように、配置されている。現像剤担持体１０４は、第一攪拌搬送部材１１１の上方に配置されている。そして、現像剤担持体１０４は、第一搬送路１１３の現像剤を表面に担持する。現像剤担持体１０４は、担持している現像剤を現像領域に搬送することで、像担持体４０の静電潜像を現像する。現像領域は、現像剤担持体１０４と像担持体４０との間に位置する領域であって、現像剤担持体１０４と像担持体４０とが対向している領域である。現像領域は、現像剤担持体１０４と像担持体４０とが最も接近している領域であってもよい。

現像剤担持体１０４は、現像剤担持体１０４の表層を形成する現像スリーブ１１７と、現像スリーブ１１７の内部に配置されたマグネットローラ１１８と、を備える。現像スリーブ１１７は、非磁性の金属からなる筒状部材である。現像スリーブ１１７は、回転軸１０４Ａを中心として回転可能である。現像スリーブ１１７は、例えば、マグネットローラ１１８に回転可能に支持されており、モータ等の駆動源（不図示）により回転駆動される。マグネットローラ１１８は、収容容器１０１に固定されおり、現像剤担持体１０４の周方向に配列された複数の磁極（不図示）を有している。現像剤は、マグネットローラ１１８の磁気力により、現像スリーブ１１７の表面に担持される。現像剤担持体１０４は、現像スリーブ１１７が回転することで、現像剤を現像スリーブ１１７の回転方向に搬送する。

現像スリーブ１１７上では、マグネットローラ１１８の各磁極の磁気力によって現像剤の穂立ちが形成される。現像剤担持体１０４は、現像領域において、磁極により形成された現像剤の穂立ちを、像担持体４０の静電潜像に接触または近接させる。これにより、現像剤担持体１０４に担持された現像剤のうちのトナーが、像担持体４０の周面上に形成された静電潜像に移動し、静電潜像が現像される。

図２及び図５に示すように、非磁性規制部１０５は、現像剤担持体１０４に担持される現像剤の厚さを規制し、二次規制部１０６は、現像剤担持体１０４に担持される現像剤の厚さを更に規制する。非磁性規制部１０５及び二次規制部１０６は、ドクターとも呼ばれる。

非磁性規制部１０５及び二次規制部１０６は、現像領域を基準として、現像スリーブ１１７の回転方向上流側に配置されている。非磁性規制部１０５及び二次規制部１０６の現像剤担持体１０４側の先端は、現像剤担持体１０４の回転軸１０４Ａよりも上方に位置している。二次規制部１０６は、現像剤担持体１０４の周囲の現像剤の搬送方向における非磁性規制部１０５の下流側に配置されている。非磁性規制部１０５は、現像スリーブ１１７から第一間隙Ｇ１で離間しており、二次規制部１０６は、現像スリーブ１１７から第二間隙Ｇ２で離間している。第二間隙Ｇ２は、第一間隙Ｇ１よりも小さい。つまり、第二間隙Ｇ２は、第一間隙Ｇ１未満である。但し、第二間隙Ｇ２は、第一間隙Ｇ１と同じで大きさであってもよい。このため、現像スリーブ１１７が回転することで、まず、非磁性規制部１０５が、現像スリーブ１１７の周面上に担持された現像剤の厚さを第一間隙Ｇ１に規制し、次に、二次規制部１０６が、現像スリーブ１１７の周面上に担持された現像剤の厚さを更に第二間隙Ｇ２に規制する。このため、非磁性規制部１０５と二次規制部１０６との間には、非磁性規制部１０５を通過して二次規制部１０６により規制された余剰現像剤が溜まる。

非磁性規制部１０５は、磁性を有しない規制部である。非磁性規制部１０５は、非磁性であれば、如何なる素材、形状、構造等であってもよい。例えば、非磁性規制部１０５の素材としては、ＳＵＳ３０４等のステンレス材や、ＡＢＳ等の樹脂材料などが用いられる。また、非磁性規制部１０５は、単一の部材により構成されていてもよく、複数の部材により構成されていてもよい。

二次規制部１０６は、如何なる素材、形状、構造等であってもよい。二次規制部１０６は、磁性を有していてもよく、磁性を有していなくてもよい。例えば、磁性を有する二次規制部１０６の素材としては、ＳＵＳ４３０等が用いられる。また、磁性を有さない二次規制部１０６の素材としては、ＳＵＳ３０４等を用いることができる。また、二次規制部１０６は、単一の部材により構成されていてもよく、複数の部材により構成されていてもよい。二次規制部１０６を磁性体とする場合、二次規制部１０６は、図５に示すように、非磁性部材１０７と磁性部材１０８とが接合された構成であってもよい。

図２に示すように、現像装置１００には、トナー供給路１２１と、余剰現像剤搬送路１２２と、合流部１２３と、が形成されている。

トナー供給路１２１は、現像装置１００に装着されたトナータンクＮから現像剤収容室Ｈの攪拌部１０２にトナーを供給するための供給路である。トナー供給路１２１は、トナータンクＮから攪拌部１０２に向けて延びている。

余剰現像剤搬送路１２２は、非磁性規制部１０５と二次規制部１０６との間隙に連通されて、余剰現像剤を搬送するための搬送路である。つまり、余剰現像剤搬送路１２２は、現像剤担持体１０４から非磁性規制部１０５と二次規制部１０６との間隙を通って延び、余剰現像剤を現像剤担持体１０４から搬送するための搬送路である。余剰現像剤搬送路１２２は、非磁性規制部１０５及び二次規制部１０６のみによって形成されていてもよく、収容容器１０１等の他部材との組み合わせにより形成されていてもよい。

合流部１２３は、トナー供給路１２１と余剰現像剤搬送路１２２とが合流する部分である。つまり、余剰現像剤搬送路１２２は、合流部１２３において、トナー供給路１２１と合流している。余剰現像剤搬送路１２２は、現像剤担持体１０４から上昇しながら離れる第一搬送路と、第一搬送路から下降して合流部１２３に至る第二搬送路と、を有する。合流部１２３は、現像剤担持体１０４の回転軸１０４Ａよりも下方に位置している。そして、合流部１２３は、後述するように、余剰現像剤搬送路１２２から受け取った余剰現像剤の少なくとも一部の量に基づいてトナー供給路１２１から攪拌部１０２へのトナーの供給を制御する。つまり、合流部１２３は、余剰現像剤搬送路１２２で搬送された余剰現像剤の量に基づいてトナー供給路１２１から攪拌部１０２に供給されるトナーの供給量を制御する。

図２〜図４に示すように、トナー供給路１２１には、合流部１２３よりも攪拌部１０２側かつ攪拌部１０２の上方に配置されたトナー落下口１２４が形成されている。トナー落下口１２４は、トナー供給路１２１から供給されたトナー及び余剰現像剤搬送路１２２から搬送された余剰現像剤を、攪拌部１０２に落下させるための開口である。

トナー落下口１２４は、例えば、図３及び図４に示すように、第一供給口１１５の上方に配置してもよい。攪拌部１０２では、現像剤は、第一攪拌搬送部材１１１及び第二攪拌搬送部材１１２により攪拌されて、第一搬送路１１３、第一供給口１１５、第二搬送路１１４、及び第二供給口１１６を循環する。そして、現像剤は、第一搬送路１１３で搬送されている途中で、現像剤担持体１０４に担持される。このため、トナー落下口１２４が第一供給口１１５の上方に配置されることで、トナー落下口１２４から落下したトナー及び余剰現像剤を、第二搬送路１１４において第二攪拌搬送部材１１２により十分攪拌した後、現像剤担持体１０４に担持させることができる。

また、トナー落下口１２４は、図３に示すように、現像剤担持体１０４の軸線方向において現像剤担持体１０４と重なる位置に配置されていてもよく、図４に示すように、現像剤担持体１０４の軸線方向において現像剤担持体１０４から外れる位置に配置されていてもよい。トナー落下口１２４が、現像剤担持体１０４の軸線方向において現像剤担持体１０４と重なる位置に配置されることで、現像装置１００をコンパクトにすることができる。トナー落下口１２４が、現像剤担持体１０４の軸線方向において現像剤担持体１０４から外れる位置に配置されることで、トナー落下口１２４から落下したトナー及び余剰現像剤が、十分に攪拌される前に現像剤担持体１０４に担持されるのを抑制することができる。

トナー落下口１２４は、余剰現像剤搬送路１２２よりも狭くなっている。このため、余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２３に搬送される余剰現像剤量が増加すると、トナー供給路１２１から攪拌部１０２に供給されるトナー量が減少する。更に、トナー落下口１２４の通過可能量よりも余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２３に搬送される余剰現像剤量が増加すると、合流部１２３に余剰現像剤が溜まって、トナー供給路１２１から攪拌部１０２にトナーが供給されなくなる。

余剰現像剤搬送路１２２には、合流部１２３よりも現像剤担持体１０４側に配置されたオーバーフロー口１２５が形成されている。オーバーフロー口１２５は、合流部１２３に溜まった余剰現像剤搬送路１２２を余剰現像剤搬送路１２２から攪拌部１０２に排出させるための開口である。合流部１２３に余剰現像剤が溜まり過ぎると、攪拌部１０２における現像剤量が不足して、画像不良を発生させる可能性がある。そこで、余剰現像剤搬送路１２２にオーバーフロー口１２５を形成し、合流部１２３に溜まった余剰現像剤搬送路１２２の一部を余剰現像剤搬送路１２２から攪拌部１０２に排出させることで、攪拌部１０２の現像剤量不足に起因する画像不良を抑制することができる。

ここで、本発明者は、現像装置１００について、規制部の磁性の有無と、現像剤におけるトナー濃度と、規制部を通過する現像剤の通過量との関係を調べるために、次の実験を行った。

実験１では、二次規制部１０６を取り外し、規制部として非磁性規制部１０５のみを設けた現像装置１００を用意した。非磁性規制部１０５として非磁性の規制部を用い、非磁性規制部１０５と現像剤担持体１０４との第一間隙Ｇ１を０．９ｍｍとし、１８．２ｍｍの外径を有する現像剤担持体１０４を４００ｒｐｍの回転速度で回転させた。現像剤のキャリアとしては、見かけ嵩密度が２．２８ｇ／ｃｍ^３、フローレートが３０．３ｓ／５０ｇ、平均粒径が３６．８μｍ、磁気特性が１．１ＭＡ／ｍ、飽和磁化が７９Ａｍ^２／ｋｇ、残留磁化が０．７Ａｍ^２／ｋｇ、保持力が０．８ｋＡ／ｍのものを用いた。

そして、現像剤担持体１０４の回転を止めた後、現像剤担持体１０４から、非磁性規制部１０５で規制された現像剤を回収し、現像剤のトナー濃度（％）と、非磁性規制部１０５を通過した現像剤通過量（ｇ／ｓ）と、を計測した。トナー濃度は、現像剤のキャリアに対するトナーの割合である。つまり、トナー濃度が高くなるほど、トナーの割合が増加して、キャリアの割合が減少する。一方、トナー濃度が低くなるほど、トナーの割合が減って、キャリアの割合が増加する。トナー濃度は、トレック・ジャパン株式会社製の吸引式小型帯電量測定装置（型番：２１０ＨＳ）を用いて計測した。現像剤通過量（ｇ／ｓ）の計測では、現像剤担持体１０４の外周面の所定面積に担持されている現像剤を回収し、回収した現像剤の単位面積当たりの重量（ｇ／ｃｍ^２）と、現像剤担持体１０４の単位面積当たりの面速度（ｃｍ^２／ｓ）を求めた。そして、現像剤の単位面積当たりの重量と現像剤担持体１０４の単位面積当たりの面速度とを掛け合わせることにより、現像剤通過量（ｇ／ｓ）を求めた。実験１の結果を図８に示し、現像剤通過量を重量（ｇ／ｓ）から体積（ｃｍ^３／ｓ）に換算した結果を図９に示す。

実験２では、非磁性規制部１０５を取り外し、規制部として二次規制部１０６のみを設けた現像装置１００を用意し、二次規制部１０６として、図５に示すように非磁性部材１０７と磁性部材１０８とが接合された規制部を用い、二次規制部１０６と現像剤担持体１０４との第二間隙Ｇ２を０．７ｍｍとした。その他は、実験１と同じ条件とした。そして、現像剤担持体１０４の回転を止めた後、現像剤担持体１０４から、二次規制部１０６で規制された現像剤を回収し、トナー濃度（％）と、二次規制部１０６を通過した現像剤通過量（ｇ／ｓ）と、を計測した。実験２の結果を図８に示し、現像剤通過量を重量（ｇ／ｓ）から体積（ｃｍ^３／ｓ）に換算した結果を図９に示す。

図８及び図９に示すように、二次規制部１０６の現像剤通過量は、トナー濃度が変わっても殆ど変わらないが、非磁性規制部１０５の現像剤通過量は、トナー濃度が所定範囲を超えると増加した。

このような現象が発生する理由は定かではないが、条件を変えて複数の実験を行ったところ、トナー濃度が所定範囲を超えると非磁性規制部１０５の現像剤通過量が増加するとの現象は、流動性の悪い現像剤を用いると顕著に発生し、また、二次規制部１０６と現像剤担持体１０４との第二間隙Ｇ２が広いと顕著に発生するとの傾向が表れた。このようなことから、現像剤担持体１０４（マグネットローラ１１８）の磁気拘束影響下では、キャリアがチェーン状に配列された状態で現像剤の穂立ちが非磁性規制部１０５にカットされることで、第一間隙Ｇ１を通過する現像剤量が少なく保たれる。しかしながら、トナー濃度が高くなると、キャリア同士の距離が離れて、現像剤担持体１０４の磁気拘束影響が小さくなるため、現像剤の穂立ちが非磁性規制部１０５を回り込むことで、第二間隙Ｇ２を通過する現像剤量が増加したのではないかと推察される。一方、第二間隙Ｇ２では、トナー濃度が高くなると、キャリア同士の距離が離れるが、二次規制部１０６の磁気拘束影響を受けることで、第一間隙Ｇ１を通過する現像剤量が少なく保たれたのではないかと推察される。

現像剤担持体１０４の外周面近傍では、現像剤担持体１０４の磁気拘束影響が大きい。このため、第二間隙Ｇ２が小さい場合は、二次規制部１０６として磁性を有しない規制部を用いても、トナー濃度が増加しても二次規制部１０６の現像剤通過量が殆ど増加しなかった。そして、第二間隙Ｇ２を０．６ｍｍ以下とすることで、二次規制部１０６として磁性を有しない規制部を用いても、トナー濃度が増加しても二次規制部１０６の現像剤通過量が増加するのを適切に抑制できた。

なお、第二間隙Ｇ２を通過する現像剤量が増加し始めるトナー濃度は、現像剤の流動性や第二間隙Ｇ２の大きさ等を変えることにより変えることができる。

このように、規制部として非磁性規制部１０５及び二次規制部１０６を設けた現像装置１００では、トナー濃度が所定範囲を超えると、余剰現像剤が増加する。このため、この余剰現像剤を合流部１２３に搬送することで、合流部１２３においてトナー供給量を自己調整することができる。なお、二次規制部１０６として磁性を有する規制部を用いることで、トナー供給量の自己調整を適切に行えるが、少なくとも第二間隙Ｇ２が０．６ｍｍ以下の場合は、二次規制部１０６として磁性を有しない規制部を設けても、同様にトナー供給量の自己調整を適切に行うことができる。また、トナー濃度が設定範囲以上である場合に、余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２３に搬送される余剰現像剤量がトナー落下口１２４の通過可能量を超えるように、トナー落下口１２４の開口面積又は開口形状を設定することで、トナー濃度を適切に所定範囲内に保つことができる。

次に、余剰現像剤量として、実験１（図８参照）において非磁性規制部１０５を通過した現像剤通過量（ｇ／ｓ）と実験２（図８参照）において二次規制部１０６を通過した現像剤通過量（ｇ／ｓ）との差分（ｇ／ｓ）を求めた。求めた差分を図１０に示し、この差分を重量（ｇ／ｓ）から体積（ｃｍ^３／ｓ）に換算した結果を図１１に示す。図１１では、トナー落下口１２４の通過可能量を破線で示している。

次に、実験３として、規制部として非磁性規制部１０５及び二次規制部１０６の双方を設けた現像装置１００を用意し、トナー落下口１２４の通過可能量を、トナー濃度が１１％である場合の余剰現像剤量とした。その他は、実験１及び２と同じ条件とした。そして、現像剤担持体１０４の回転を止めた後、合流部１２３に滞留した余剰現像剤の現像剤滞留量（ｃｍ^３／ｓ）を計測した。計測結果を図１２に示す。

図１１及び図１２に示すように、余剰現像剤は、トナー濃度が９％程度になると徐々に増加し始め、トナー濃度が１１％程度になると増加割合が急激に大きくなる。そして、トナー濃度が１１％を下回っている間は、合流部１２３に余剰現像剤が滞留せずに、トナー落下口１２４が開いた状態となった。そして、トナー供給路１２１からトナーが供給されて、トナー濃度が上昇した。一方、トナー濃度が１１％を上回ると、合流部１２３に余剰現像剤が滞留して、トナー落下口１２４が閉じた状態となった。そして、トナー供給路１２１からのトナーの供給が停止されて、トナー濃度が下降した。このようなトナー濃度の自己調整が行われることにより、トナー濃度が１１％程度に保たれた。

次に、図６及び図７を参照して、トナー濃度が低い場合及びトナー濃度が低い場合の、現像装置１００の動作を説明する。

図６に示すように、トナー濃度が低くなると、余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２３に搬送される余剰現像剤量が減少する。このため、余剰現像剤が余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２３に搬送されても、トナー落下口１２４は余剰現像剤によって閉ざされない。これにより、現像装置１００に装着されたトナータンクＮのトナーが、トナー供給路１２１、合流部１２３、及びトナー落下口１２４を通って、攪拌部１０２に供給される。これにより、現像剤のトナー濃度が上昇する。

図７に示すように、トナー濃度が高くなると、余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２３に搬送される余剰現像剤量が増加する。このため、余剰現像剤が余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２３に搬送されると、トナー落下口１２４を通過できるトナー量が減少する。これにより、トナー供給路１２１から攪拌部１０２に供給されるトナー量が減少して、現像剤のトナー濃度が低下する。更に、トナー濃度が高くなって、トナー落下口１２４の通過可能量よりも余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２３に搬送される余剰現像剤が増加すると、合流部１２３に余剰現像剤が溜まり、トナー落下口１２４が閉ざされる。これにより、トナー供給路１２１から攪拌部１０２にトナーが供給されなくなって、トナー濃度が更に低下する。

このように、図１に示す画像形成装置１では、トナー濃度が高くなると、余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２３に搬送される余剰現像剤量が増加して、合流部１２３に余剰現像剤が溜まる。これにより、トナーの供給が抑制又は停止されるため、トナー濃度が低くなる。一方、トナー濃度が低くなると、余剰現像剤搬送路１２２から合流部１２に搬送される余剰現像剤量が減少して、合流部１２３に余剰現像剤が溜まらなくなる。これにより、トナーの供給が行われるため、トナー濃度が高くなる。これにより、トナー濃度を自己調整することができる。

図１３に示す現像装置１００Ａは、基本的には図２に示す現像装置１００と同様であるが、トナー供給路、余剰現像剤搬送路、合流部等が一部相違する。このため、以下では、現像装置１００と相違する点のみ説明し、現像装置１００と同様の説明を省略する。

図１３に示す現像装置１００Ａは、収容容器１０１と、攪拌部１０２と、回転可能な現像剤担持体１０４と、非磁性規制部１０５と、二次規制部１０６と、を備えている。また、現像装置１００Ａには、トナー供給路１３１と、余剰現像剤搬送路１３２と、合流部１３３と、が形成されている。

トナー供給路１３１は、現像装置１００Ａに装着されたトナータンクＮから現像剤収容室Ｈの攪拌部１０２にトナーを供給するための供給路である。トナー供給路１３１は、トナータンクＮから攪拌部１０２に向けて延びている。

余剰現像剤搬送路１３２は、非磁性規制部１０５と二次規制部１０６との間隙に連通されて、余剰現像剤を搬送するための搬送路である。つまり、余剰現像剤搬送路１３２は、現像剤担持体１０４から非磁性規制部１０５と二次規制部１０６との間隙を通って延び、余剰現像剤を現像剤担持体１０４から搬送するための搬送路である。余剰現像剤搬送路１３２は、非磁性規制部１０５及び二次規制部１０６のみによって形成されていてもよく、収容容器１０１等の他部材との組み合わせにより形成されていてもよい。

合流部１３３は、トナー供給路１３１と余剰現像剤搬送路１３２とが合流する部分である。つまり、余剰現像剤搬送路１３２は、合流部１３３において、トナー供給路１３１と合流している。余剰現像剤搬送路１３２の少なくとも一部と合流部１３３とは、現像剤担持体１０４の複数の磁極１１９の少なくとも一つの磁気拘束影響下に配置されている。なお、図面では、複数の磁極１１９のうち、二次規制部１０６と対向する位置に配置された一つの磁極１１９のみを図示しており、残りの磁極１１９の図示を省略している。余剰現像剤搬送路１３２の少なくとも一部と合流部１３３とは、現像剤担持体１０４の複数の磁極１１９の少なくとも一つにより余剰現像剤を吸着可能な位置に配置されている。このため、現像剤担持体１０４の複数の磁極１１９の少なくとも一つは、余剰現像剤搬送路１３２の少なくとも一部と合流部１３３とにおいて、余剰現像剤の一部を吸着保持する。

このため、トナー濃度が低い場合は、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持される余剰現像剤量が少ないため、合流部１３３が開いた状態となる。これにより、トナー供給路１２１から攪拌部１０２にトナーが供給されて、トナー濃度が上昇する。一方、トナー濃度が高くなると、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持される余剰現像剤量が増加して、合流部１３３が狭くなる。これにより、トナー供給路１２１から攪拌部１０２に供給されるトナー量が減少する。このとき、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持されている余剰現像剤が合流部１３３を閉じると、トナー供給路１２１から攪拌部１０２へのトナー供給が停止する。

これにより、合流部１３３は、余剰現像剤搬送路１３２から受け取った余剰現像剤の少なくとも一部の量に基づいてトナー供給路１３１から攪拌部１０２へのトナーの供給を制御する。つまり、合流部１３３は、余剰現像剤搬送路１３２で搬送された余剰現像剤の量に基づいてトナー供給路１３１から攪拌部１０２に供給されるトナーの供給量を制御する。

ここで、本発明者は、現像装置１００Ａについて、規制部の磁性の有無と、現像剤におけるトナー濃度と、規制部を通過する現像剤の通過量との関係を調べるために、次の実験を行った。

実験４では、二次規制部１０６を取り外し、規制部として非磁性規制部１０５のみを設けた現像装置１００Ａを用意した。非磁性規制部１０５として非磁性の規制部を用い、非磁性規制部１０５と現像剤担持体１０４との第一間隙Ｇ１を０．９ｍｍとし、１８．２ｍｍの外径を有する現像剤担持体１０４を４００ｒｐｍの回転速度で回転させた。現像剤のキャリアとしては、見かけ嵩密度が２．２８ｇ／ｃｍ^３、フローレートが３０．３ｓ／５０ｇ、平均粒径が３６．８μｍ、磁気特性が１．１ＭＡ／ｍ、飽和磁化が７９Ａｍ^２／ｋｇ、残留磁化が０．７Ａｍ^２／ｋｇ、保持力が０．８ｋＡ／ｍのものを用いた。

そして、現像剤担持体１０４の回転を止めた後、現像剤担持体１０４から、非磁性規制部１０５で規制された現像剤を回収し、現像剤のトナー濃度（％）と、非磁性規制部１０５を通過した現像剤通過量（ｇ／ｓ）と、を計測した。トナー濃度は、トレック・ジャパン株式会社製の吸引式小型帯電量測定装置（型番：２１０ＨＳ）を用いて計測した。現像剤通過量（ｇ／ｓ）の計測は、実験１と同様に行った。実験４の結果を図１６に示す。

実験５では、非磁性規制部１０５を取り外し、規制部として二次規制部１０６のみを設けた現像装置１００Ａを用意し、二次規制部１０６として、図５に示すように非磁性部材１０７と磁性部材１０８とが接合された規制部を用い、二次規制部１０６と現像剤担持体１０４との第二間隙Ｇ２を０．８ｍｍとした。その他は、実験４と同じ条件とした。そして、現像剤担持体１０４の回転を止めた後、現像剤担持体１０４から、二次規制部１０６で規制された現像剤を回収し、トナー濃度（％）と、二次規制部１０６を通過した現像剤通過量（ｇ／ｓ）と、を計測した。実験５の結果を図１６に示す。

次に、余剰現像剤量として、実験４（図１６参照）において非磁性規制部１０５を通過した現像剤通過量（ｇ／ｓ）と実験５（図１６参照）において二次規制部１０６を通過した現像剤通過量（ｇ／ｓ）との差分（ｇ／ｓ）を求めた。求めた差分を図１７に示す。

図１６及び図１７に示すように、二次規制部１０６の現像剤通過量は、トナー濃度が変わっても殆ど変わらないが、非磁性規制部１０５の現像剤通過量は、トナー濃度が所定範囲を超えると増加した。

このように、規制部として非磁性規制部１０５及び二次規制部１０６を設けた現像装置１００Ａでは、トナー濃度が所定範囲を超えると、余剰現像剤が増加する。このため、この余剰現像剤を合流部１３３に搬送して現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持させることで、合流部１３３においてトナー供給量を自己調整することができる。なお、二次規制部１０６として磁性を有する規制部を用いることで、トナー供給量の自己調整を適切に行えるが、少なくとも第二間隙Ｇ２が０．６ｍｍ以下の場合は、二次規制部１０６として磁性を有しない規制部を設けても、同様にトナー供給量の自己調整を適切に行うことができる。また、トナー濃度が設定範囲以上である場合に、余剰現像剤搬送路１３２から合流部１３３に搬送される余剰現像剤量が、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着される余剰現像剤により合流部１３３を塞ぐ量となるように、現像剤担持体１０４の磁極１１９の吸着力、合流部１３３の配置等を設定する。これにより、トナー濃度を適切に所定範囲内に保つことができる。

次に、図１４及び図１５を参照して、トナー濃度が低い場合及びトナー濃度が低い場合の、現像装置１００Ａの動作を説明する。

図１４に示すように、トナー濃度が低くなると、余剰現像剤搬送路１３２から合流部１３３に搬送される余剰現像剤量が減少する。このため、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持される余剰現像剤量が減少するため、合流部１３３が開いた状態となる。これにより、現像装置１００Ａに装着されたトナータンクＮのトナーが、トナー供給路１３１、及び合流部１３３を通って、攪拌部１０２に供給される。これにより、現像剤のトナー濃度が上昇する。

図１５に示すように、トナー濃度が高くなると、余剰現像剤搬送路１３２から合流部１３３に搬送される余剰現像剤が増加する。このため、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持される余剰現像剤量が増加するため、合流部１３３の開口が狭くなる。これにより、トナー供給路１３１から攪拌部１０２に供給されるトナー量が減少して、現像剤のトナー濃度が低下する。更に、トナー濃度が高くなると、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持される余剰現像剤で合流部１３３が閉ざされる。これにより、トナー供給路１２１から攪拌部１０２にトナーが供給されなくなって、トナー濃度が更に低下する。

このように、図１３に示す現像装置１００Ａでは、トナー濃度が高くなると、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持される余剰現像剤量が増加して、合流部１３３の開口が狭くなる。これにより、トナー供給路１３１から攪拌部１０２に供給されるトナー量が減少して、トナー濃度が低下する。更に、トナー濃度が高くなって、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持される余剰現像剤で合流部１３３の開口が閉ざされると、トナー供給路１３１から攪拌部１０２にトナーが供給されなくなり、トナー濃度が更に低下する。一方、トナー濃度が低くなると、現像剤担持体１０４の磁極１１９により吸着保持される余剰現像剤量が減少して、合流部１３３の開口が広くなる。これにより、トナー供給路１３１から攪拌部１０２にトナーが供給されるため、トナー濃度が高くなる。これにより、トナー濃度を自己調整することができる。

本明細書に記載の全ての側面、利点及び特徴が、必ずしも、いずれかひとつの特定の例及び実施形態により達成される又は含まれるわけではないことは理解されたい。実際、本明細書において様々な例を記載し示したが、他の例もその配置及び詳細について修正することができることは明らかであるべきだ。ここに請求される保護主題の精神及び範囲に包含される全ての修正及び変形を請求する。

例えば、現像装置におけるトナー濃度の調整は、上述したような自己調整のみであってもよく、上述したような自己調整に他の調整機構を組み合わせたものであってもよい。他の調整機構としては、例えば、現像剤収容室Ｈにトナー濃度センサを設け、トナータンクＮにオーガー等のトナー搬送機構を設け、トナー濃度センサの検出値に基づいてトナー搬送機構を駆動するものとしてもよい。また、他の調整機構としては、例えば、現像剤収容室Ｈにトナー濃度センサを設け、現像装置に、オーガー等のトナー搬送機構を備えたトナーリザーバータンクを設け、トナー濃度センサの検出値に基づいてリザーバータンクのトナー搬送機構を駆動するものとしてもよい。

Claims (15)

1. 現像剤を攪拌する攪拌部と、
   前記攪拌部で攪拌された前記現像剤を運ぶ回転可能な現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体により運ばれる現像剤の厚さを規制する非磁性規制部と、
   前記現像剤担持体により運ばれる現像剤の厚さを更に規制する二次規制部と、
   前記現像剤担持体から前記非磁性規制部と前記二次規制部との間隙を通って延び、余剰現像剤を現像剤担持体から搬送するための余剰現像剤搬送路と、
   トナーを前記攪拌部に供給するためのトナー供給路と、
   前記トナー供給路と前記余剰現像剤搬送路とが合流し、前記余剰現像剤搬送路から受け取った余剰現像剤の少なくとも一部の量に基づいて前記トナー供給路から前記攪拌部へのトナーの供給を制御する合流部と、を備える、
   画像形成システム。
2. 前記二次規制部は、前記現像剤担持体の周囲の前記現像剤の搬送方向における前記非磁性規制部の下流側に配置されている、
   請求項１に記載の画像形成システム。
3. 前記二次規制部は、磁性を有する、
   請求項１に記載の画像形成システム。
4. 前記二次規制部は、非磁性部材と磁性部材とが接合されて構成される、
   請求項３に記載の画像形成システム。
5. 前記非磁性規制部は、前記現像剤担持体から第一間隙で離間しており、
   前記二次規制部は、前記現像剤担持体から前記第一間隙未満である第二間隙で離間している、
   請求項１に記載の画像形成システム。
6. 前記第二間隙は、０．６ｍｍ以下である、
   請求項５に記載の画像形成システム。
7. 前記トナー供給路には、前記合流部よりも前記攪拌部側かつ前記攪拌部の上方に配置されるトナー落下口が形成されている、
   請求項１に記載の画像形成システム。
8. 前記トナー落下口は、前記余剰現像剤搬送路よりも狭い、
   請求項７に記載の画像形成システム。
9. 現像剤のトナー濃度が設定範囲以上である場合に、前記余剰現像剤搬送路から搬送される現像剤の量が前記トナー落下口から落下する現像剤の量を超えるように、前記トナー落下口の開口面積が設定されている、
   請求項７に記載の画像形成システム。
10. 前記トナー落下口は、前記現像剤担持体の軸線方向における前記攪拌部の端部の上方に配置されている、
    請求項７に記載の画像形成システム。
11. 前記余剰現像剤搬送路には、前記合流部よりも前記現像剤担持体側に配置されたオーバーフロー口が形成されている、
    請求項７に記載の画像形成システム。
12. 前記現像剤担持体は、前記現像剤を担持するための複数の磁極を有し、
    前記合流部は、前記複数の磁極の少なくとも一つにより前記現像剤を吸着可能な位置に配置されている、
    請求項１に記載の画像形成システム。
13. 前記現像剤担持体は、前記現像剤担持体の表層を形成する回転可能な現像スリーブと、前記現像スリーブの内部に配置されて、前記現像剤担持体の周方向に配列された前記複数の磁極を有し、前記現像剤担持体の前記磁極が前記合流部で前記現像剤の少なくとも一部を吸着するマグネットローラと、を有する、
    請求項１２に記載の画像形成システム。
14. 前記トナー供給路には、前記合流部の前記攪拌部側かつ前記攪拌部の上方に配置されたトナー落下口が形成されている、
    請求項１２に記載の画像形成システム。
15. 現像剤を攪拌する攪拌部と、
    前記攪拌部で攪拌された前記現像剤を運ぶ回転可能な現像剤担持体と、
    前記現像剤担持体により運ばれる現像剤の厚さを規制する非磁性規制部と、
    前記現像剤担持体により運ばれる現像剤の厚さを更に規制する二次規制部と、
    前記現像剤担持体から前記非磁性規制部と前記二次規制部との間隙を通って延び、余剰現像剤を現像剤担持体から搬送するための余剰現像剤搬送路と、
    トナーを前記攪拌部に供給するためのトナー供給路と、
    前記トナー供給路と前記余剰現像剤搬送路とが合流し、前記余剰現像剤搬送路から受け取った余剰現像剤の少なくとも一部の量に基づいて前記トナー供給路から前記攪拌部へのトナーの供給を制御する合流部と、を備える、
    現像装置。

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