JP3975034B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置、及び、該画像形成装置に用いられる現像装置に係り、詳しくは、トナー及び磁性粒子を含む２成分現像剤を用い、現像剤担持体上の現像剤の量を現像剤規制部材で規制し、現像剤担持体上の現像剤のトナー濃度の変化に基づき現像剤のトナーの取り込み状態を変化させ、現像剤の動きでトナーを取り込むことによってトナー濃度を自己制御する現像装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の現像装置としては、内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体に担持されて搬送される２成分現像剤の量を第１の規制部材で規制し、規制された現像剤を現像剤収容部内に収容し、この現像剤収容部に隣接したトナー収容部から現像剤担持体上の現像剤にトナーを補給する現像装置で、第１の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に設けた第２の規制部部材が現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制して、規制された現像剤がトナーの取り込みを制御することにより、トナー濃度の調整を行うようにした現像装置が知られている（特開平９―１９７８３３号公報参照）。
【０００３】
上記現像装置においては、現像剤担持体上の現像剤にトナーが補給されてトナー濃度が上昇すると、現像剤の層厚が増加して第２の規制部材に掻き落とされて層状となった増加分の現像剤がトナー収容部からのトナー補給位置を塞ぎ、トナーの取り込みが停止する。逆に、トナーが消費されてトナー濃度が低下すると、現像剤の層厚が減少し、上記トナー補給位置を塞がなくなり、トナーが現像剤中に取り込まれるようになる。なお、以上の原理は、次のように言い換えることもできる。すなわち、現像剤の流動性が低下して上記第２の規制部材を通過できる量が減少して、トナー収容部からのトナー補給位置に現像剤溜まりが形成され、該現像剤溜まりの現像剤の表面がほとんど動かなくなってトナーの取り込みが停止し、トナー濃度が低下すると、現像剤の流動性が上昇し、現像剤溜まりが小さくなり、トナーが現像剤中に取り込まれるようになる。
以上のように、現像剤の動きによってトナーの取り込みを制御し、トナー濃度を常時一定に保つ。
【０００４】
そして、この種の現像装置によれば、トナー濃度に応じて変化する現像剤の嵩によって自動的に現像剤担持体上の現像剤にトナーを直接補給できるので、トナー濃度センサが必要なくなると共にトナー補給装置を簡素化できる。更に、従来の二成分現像方式に比較して磁性キャリアが少なくて済み、装置のトルクを大幅に減少できる。これらのことから、トナーと磁性キャリアの混合比を検知調整する手段を簡素化したり、パドル・スクリューなどの撹拌部材を省略したりでき、装置の小型化、低コスト化を図ることができるというメリットがある。さらに、トナー補給口と現像剤担持体との距離が近いため、トナーの消費に対するトナーの補給性に優れ、黒ベタ追従性が良いというメリットもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の現装置では、第２の規制部材と現像剤担持体との間の間隙は、現像剤担持体上の現像剤の通過を規制するために、現像剤担持体上に担持される現像剤の層厚よりも小さくなるように設定されている。一般に、現像剤担持体に担持される現像剤は、現像剤担持体の磁極に対応する部位では、その法線方向の磁力線の作用により磁性キャリアの穂立ち高さが大きく、層厚が大きくなる。これに対して、磁極と磁極の間では、磁力線の方向が現像剤担持体の接線方向になるため、磁性キャリアの穂立ち高さが小さく、現像剤の層厚が小さくなる。
【０００６】
このため、現像剤担持体の磁極配置によっては、第２の規制部材と対向する部位の現像剤層厚が小さくなる場合があり、この場合には、第２の規制部材と現像剤担持体との間の間隙を極めて小さく設定する必要が生じる。そして、該間隙を極めて小さく設定するためには、部品精度や組み付け位置精度の管理を厳しくしなければならず、これにより、部品の歩留まり低下やコストアップにつながってしまうという不具合があった。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像剤担持体と現像剤規制部材との間の間隙を精度良く管理することなく、現像剤の層厚を規制することにより、部品歩留まりの向上及び低コスト化を図ることのできる現像装置及び該現像装置を備えた画像形成装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、内部に磁界発生手段を有し、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される該現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を該第１の規制部材よりも該現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側で収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部よりも該現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側の位置で、該現像剤担持体上の現像剤の量を規制する第２の規制部材と、該現像剤担持体に供給するためのトナーを収容するトナー収容部と、該第２の規制部材と該第２の規制部材に対向する支持ケース対向面との間で該トナー収容部に連通するように形成され、該第２の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側で該トナー収容部内のトナーを該現像剤担持体上の現像剤に供給するためのトナー供給開口部とを備え、該第２の規制部材によって該現像剤担持体上から掻き落とされて上記第２の規制部材よりも上記搬送方向上流側で滞留するようになった現像剤からなる現像剤滞留部が形成され、上記トナー供給開口部が該現像剤滞留部に塞がれ得る大きさに設定され、該現像剤担持体上の現像剤がトナーの供給や消費に応じたトナー濃度の変化によって該現像剤担持体上での層厚を変化させるのに伴って現像剤滞留部の大きさが変化することで、該トナー供給開口部から該現像剤担持体上の現像剤へのトナー供給を停止させたり再開させたりする現像装置において、
上記現像剤担持体の磁極が、上記第２の規制部材と対向する部位に位置するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
この現像装置では、現像剤担持体の磁極が、第２の規制部材と対向する部位に位置するように構成されるので、該部位における磁性キャリアの穂立ちが大きくなり、現像剤の層厚が大きくなる。このため、第２の規制部材と現像剤担持体との間の間隙を比較的大きく設定することができるので、該間隙を精度良く管理することなく、現像剤の層厚を規制でき、部品歩留まりの向上及び低コスト化を図ることができる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記磁極によって生じる最大磁束密度の５０％以上の範囲内の領域に、上記第２の規制部材の先端が位置するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
この現像装置では、上記磁極によって生じる最大磁束密度の５０％以上の範囲内の領域に、上記第２の規制部材の先端が位置するように構成されるので、磁性キャリアの穂立ち効果を充分に得ることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記第２の規制部材が、磁性材料からなることを特徴とするものである。
【００１３】
この現像装置では、上記第２の規制部材が磁性材料からなるので、上記現像剤担持体から発する該第２の規制部材近傍の磁力線は該第２の規制部材へ集中し、第２の規制部材近傍での現像剤の層厚がより大きくなる。このため、第２の規制部材と現像剤担持体との間の間隙をさらに大きく設定することができる。
【００１４】
ここで、上記第２の規制部材を磁性材料で構成した場合、上記間隙の設定の自由度は大きくなるものの、磁気ヒステリシスにより、トナー濃度の変化に基づく上記現像剤溜まりの形成（成長）及び縮小のレスポンスが遅くなってしまう場合がある。このレスポンスが遅くなると、例えば、トナー消費の多い画像形成を開始したときに、すぐにトナーの供給が開始されず、画像濃度が低下してしまうおそれがある。また、その後トナー消費の少ない画像に切り替わったときにも、トナーの供給の停止が遅れ、地汚れが発生してしまうおそれがある。このような画像濃度の低下や地汚れは、特に、高速機において発生しやすい。
【００１５】
そこで、請求項４の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記第２の規制部材が、非磁性材料からなることを特徴とするものである。
【００１６】
この現像装置においては、上記第２の規制部材が、非磁性材料からなるので、磁気ヒステリシスよる現像剤溜まりの成長及び縮小のレスポンス遅れを回避できる。
【００１７】
請求項５の発明は、潜像担持体上に形成した潜像を現像装置を用いて現像して画像を形成する画像形成装置において、現像装置として、請求項１、２、３、又は４の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
【００１８】
この画像形成装置においては、請求項１、２、３、又は４の現像装置を用いることにより、、部品歩留まりの向上及び低コスト化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明による現像装置の好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施例を採用した画像形成装置の現像装置要部の概略構成図である。潜像担持体である感光体ドラム１の側方に配設された現像装置１３は、支持ケース１４、現像剤担持体としての現像スリーブ１５、現像剤収容部材１６、第１の現像剤規制部材としての現像ドクタ１７等から主に構成されている。
【００２０】
感光体ドラム１側に開口を有する支持ケース１４は、内部にトナー１８を収容するトナー収容部としてのトナーホッパ１９を形成している。トナーホッパ１９の感光体ドラム１側寄りには、トナー１８と磁性粒子であるキャリアとからなる現像剤２２を収容する現像剤収容部１６ａを形成する現像剤収容部材１６が、支持ケース１４と一体的に設けられている。また、現像剤収容部材１６の下方に位置する支持ケース１４には対向面１４ｂを有する突出部１４ａが形成されており、現像剤収容部材１６の下部と対向面１４ｂとの間の空間によって、トナー１８を供給するためのトナー供給開口部２０が形成されている。
【００２１】
トナーホッパ１９の内部には、図示しない駆動手段によって回動されるトナー供給手段としてのトナーアジテータ２１が配設されている。トナーアジテータ２１は、トナーホッパ１９内のトナー１８をトナー供給開口部２０に向けて攪拌しながら送り出す。また、トナーホッパ１９の感光体ドラム１と対向する側には、トナーホッパ１９内のトナー１８の量が少なくなった時にこれを検知するトナーエンド検知手段１４ｃが配設されている。
【００２２】
感光体ドラム１とトナーホッパ１９との間の空間には、現像剤担持体としての現像スリーブ１５が配設されている。図示しない駆動手段で図の矢印Ａ方向に回転駆動される現像スリーブ１５は、その内部に現像装置に対して相対位置不変に配設された、磁界発生手段としての磁石５を有している。
【００２３】
現像剤収容部材１６の、支持ケース１４に取り付けられた側と対向する側には、現像ドクタ１７が一体的に取り付けられている。現像ドクタ１７は、その先端と現像スリーブ１５の外周面との間に一定の隙間を保った状態で配設されている。
【００２４】
現像剤収容部材１６のトナー供給開口部２０の近傍に位置する部位には、第２の現像剤規制部材としてのプレドクタ２３が現像剤収容部材１６に固定配置されている。プレドクタ２３は、鉄、４００系ステンレス鋼等の磁性金属材料からなる板金をプレス、曲げ加工したものか、または押し出し加工したものを現像剤収容部材１６に固定して使用している。なお、プレドクタ２３を別部材で設けることなく、現像剤収容部材１６を現像スリーブ１５へ対向するように延在させ、現像剤収容部材１６がプレドクタ２３を兼用するように構成してもよい。
【００２５】
現像剤収容部１６ａは現像スリーブ１５の磁力が及ぶ範囲で、現像剤２２を循環させるに充分な空間を有するように構成されている。なお、対向面１４ｂはトナーホッパ１９側から現像スリーブ１５側に向けて下向きに傾斜するよう所定の長さにわたって形成されている。
【００２６】
次に、磁石５の磁極配置について説明する。
図２は、本実施形態に係る磁石５の磁極配置である。この磁石５は、Ｐ１極、Ｐ２極、Ｐ３極、およびＰ４極の４極の磁石を備えており、それぞれの磁性は、Ｎ、Ｓ、Ｎ，Ｓ（反対でも可）と交互の配置となっている。Ｐ１極は、感光体ドラム１と対向し現像を行う現像極であり、Ｐ２極は、現像スリーブ１５上に現像剤３を担持し続けながら搬送できるような搬送磁極である。また、Ｐ４極は、現像ドクタ１７に規制された現像剤２２を現像剤収容部１６ａ内で循環移動させるような循環磁極である。そして、Ｐ３極は、トナー濃度を制御する上で重要な役目を果たす磁極であり、プレドクタ２３と対向する部位に位置している。
【００２７】
上記構成により、トナーホッパ１９の内部からトナーアジテータ２１によって送り出されたトナー１８は、トナー供給開口部２０を通って現像スリーブ１５に担持された現像剤２２に供給され、現像剤収容部１６ａに運ばれる。そして、現像剤収容部１６ａ内の現像剤２２は、現像スリーブ１５に担持されて感光体ドラム１の外周面と対向する位置まで搬送され、トナー１８のみが感光体ドラム１上に形成された静電潜像と静電的に結合することにより、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。
【００２８】
ここで、上記トナー像形成時における現像剤２２の挙動を説明する。
現像装置１３に磁性キャリア２２ａからなるスタート剤が投入された状態で、現像スリーブ１５を回転させると、図２に示すように、磁性キャリア２２ａは現像スリーブ１５の表面に磁着されるものと現像剤収容部１６ａ内に収容されるものとに分かれる。現像剤収容部１６ａ内に収容された磁性キャリア２２ａは、Ｐ４極からＰ３極へ向かう磁力線と重力により矢印ｂ方向へ、１ｍｍ／ｓ以上の移動速度で循環する。なお、図中空洞で示した循環内部は、実際には、磁性キャリア２２ａでで満たされている。
一方、現像スリーブ１５の表面に磁着された磁性キャリア２２ａは、該スリーブ１５の矢印Ａ方向の回転に伴って搬送され、現像ドクタ１７により規制されて薄層化される。ここで、一般に、現像ドクタ１７を通過した磁性キャリア２２ａの層厚は、現像ドクタ１７と現像スリーブ１５との間の間隙にほぼ等しくなるが、図２に示すように、各磁極近傍においては、磁性キャリア２２ａが磁力線に沿って穂立ちする。このため、各磁極近傍においては、例外的に層厚が通常の２〜３倍程度大きくなる。
【００２９】
また、トナーホッパ１９に投入されたトナー１８が、現像スリーブ１５の回転に伴って、トナー供給開口部２０より現像スリーブ１５に担持された磁性キャリア２２ａに供給される。したがって、現像スリーブ１５は、トナー１８と磁性キャリア２２ａとの混合物である現像剤２２を担持することになり、現像剤収容部１６ａ内の矢印ｂで示す循環によって撹拌・帯電され均一化される。なお、トナー１８のトナーホッパ１９への投入は、磁性キャリア２２ａを現像スリーブ１５に担持させた後に行うことが望ましい。そして、現像剤２２のトナー濃度が上昇すると、現像剤２２の流動性は低下し、プレドクタ２３を通過できる量が減少して、現像剤滞留部Ｃが形成される。そして、トナー濃度の上昇に従って、現像剤滞留部Ｃが成長し、現像剤滞留部Ｃ’になると、該滞留部Ｃ’の現像剤の表面はほとんど動かなくなって、トナー１８の取り込みが停止する。なお、図示は省略したが、現像剤滞留部Ｃ’が形成された状態では、実際には図中Ｃ−Ｃ’間に現像剤２２が満たされている。逆に、トナー濃度が低くなると、現像剤２２の流動性が上昇し、現像剤滞留部Ｃが小さくなると、再び現像剤の表面が活発に動き出し、トナー１８の供給を再開する。
このようにトナー濃度をほぼ一定範囲内にコントロールできるので、トナー濃度センサ、現像剤の現像能力を知るために感光体ドラム１上に形成した基準トナー像の画像濃度を検知する光学的画像濃度センサ、トナー補給部材などを用いた複雑なトナー濃度制御機構が不要となる。
【００３０】
ここで、本実施形態の現像装置では、上述したように、磁石５の磁極の一つであるＰ３極が、プレドクタ２３と対向する部位に位置するように構成している。このＰ３極により、プレドクタ２３と対向する部位における磁性キャリア２２ａの穂立ちを大きくし、プレドクタ２３を通過する現像剤２２の層厚を大きくしている。これにより、プレドクタ２３と現像スリーブ１５の間の間隙を比較的大きく設定することができるので、該間隙を精度良く管理する必要がない。なお、プレドクタ２３の先端が、Ｐ３極によって生じる最大磁束密度の５０％以上の範囲内の領域に位置するように構成することが望ましく、これにより、磁性キャリア２２ａの穂立ち効果を充分に得ることができる。
また、本実施形態の現像装置では、上記プレドクタ２３を、鉄、４００系ステンレス綱等の磁性金属材料で構成することにより、Ｐ３極から発するプレドクタ２３近傍の磁力線をプレドクタ２３へ集中させ、プレドクタ２３近傍での現像剤２２の層厚をより大きくしている。これにより、プレドクタ２３と現像スリーブ１５の間の間隙をより大きく設定することができる。なお、プレドクタ２３は、フェライト、マグネタイト等の磁性粒子を配合した樹脂材料で構成することも可能である。
【００３１】
以上、本実施形態によれば、プレドクタ２３と現像スリーブ１５の間の間隙を精度良く管理することなく、現像剤２２の層厚を規制することにより、部品歩留まりの向上及び低コスト化を図ることができる。
また、上記間隙を精度良く管理することなく、確実に現像剤２２の層厚を規制することができるので、確実に活発な現像剤の循環が得られる。これにより、現像剤へのトナーへの取り込みムラを防止することができ、形成画像の濃度ムラの発生を防止することができる。
【００３２】
なお、上記プレドクタ２３を磁性材料で構成した場合、高速機においては、磁気ヒステリシスにより、トナー濃度の変化に基づく現像剤滞留部の成長及び縮小のレスポンスが遅くなってしまう場合がある。このため、高速機においては、プレドクタ２３を、非磁性材料で構成することが望ましく、例えば、アルミニウム等の非磁性金属材料からなる板金をプレス、曲げ加工したもの、又は押し出し加工したものなどを用いることができる。これにより、磁気ヒステリシスよる現像剤の動きのレスポンス遅れを回避できる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１乃至４の発明によれば、現像剤担持体と現像剤規制部材との間の間隙を精度良く管理することなく、現像剤の層厚を規制することにより、部品歩留まりの向上及び低コスト化を図ることができるという優れた効果がある。
また、確実に現像剤の層厚を規制することができるので、現像剤へのトナーへの取り込みムラを防止することができ、形成画像の濃度ムラの発生を防止することができるという優れた効果がある。
【００３４】
特に、請求項３の発明によれば、磁性キャリアの穂立ち効果を充分に得ることができるという優れた効果がある。
【００３５】
特に、請求項３の発明によれば、第２の規制部材と現像剤担持体との間の間隙をさらに大きく設定することができるので、より部品歩留まりの向上及び低コスト化を図ることができるという優れた効果がある。
【００３６】
特に、請求項４の発明によれば、高速機において顕著となる、磁気ヒステリシスよる現像剤溜まりの成長及び縮小のレスポンス遅れを回避できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を採用した画像形成装置の現像装置要部の概略構成図。
【図２】本発明の実施例における現像剤の挙動を説明する部分側断面図。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
５ 磁石
１３ 現像装置
１５ 現像スリーブ
１６ 現像剤収容部材
１６ａ 現像剤収容部
１７ 現像ドクタ
１８ トナー
１９ トナーホッパ
２０ トナー供給開口部
２１ トナーアジテータ
２２ 現像剤
２２ａ 磁性キャリア
２３ プレドクタ

Claims (5)

1. 内部に磁界発生手段を有し、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される該現像剤の量を規制する第１の規制部材と、該第１の規制部材により掻き落とされた現像剤を該第１の規制部材よりも該現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側で収容する現像剤収容部と、該現像剤収容部よりも該現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側の位置で、該現像剤担持体上の現像剤の量を規制する第２の規制部材と、該現像剤担持体に供給するためのトナーを収容するトナー収容部と、該第２の規制部材と該第２の規制部材に対向する支持ケース対向面との間で該トナー収容部に連通するように形成され、該第２の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側で該トナー収容部内のトナーを該現像剤担持体上の現像剤に供給するためのトナー供給開口部とを備え、
   該第２の規制部材によって該現像剤担持体上から掻き落とされて上記第２の規制部材よりも上記搬送方向上流側で滞留するようになった現像剤からなる現像剤滞留部が形成され、上記トナー供給開口部が該現像剤滞留部に塞がれ得る大きさに設定され、該現像剤担持体上の現像剤がトナーの供給や消費に応じたトナー濃度の変化によって該現像剤担持体上での層厚を変化させるのに伴って現像剤滞留部の大きさが変化することで、該トナー供給開口部から該現像剤担持体上の現像剤へのトナー供給を停止させたり再開させたりする現像装置において、
   上記現像剤担持体の磁極が、上記第２の規制部材と対向する部位に位置するように構成されていることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   上記磁極によって生じる最大磁束密度の５０％以上の範囲内の領域に、上記第２の規制部材の先端が位置するように構成されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２の現像装置において、
   上記第２の規制部材が、磁性材料からなることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１又は２の現像装置において、
   上記第２の規制部材が、非磁性材料からなることを特徴とする現像装置。
5. 潜像担持体上に形成した潜像を現像装置を用いて現像して画像を形成する画像形成装置において、
   現像装置として、請求項１、２、３、又は４の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

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