以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[実施の形態1]
図1及び図2は、実施の形態1に係る現像装置を適用した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全体の概要を示し、図2はその画像形成装置における要部(作像装置など)を拡大して示している。
<画像形成装置の全体の構成>
実施の形態1に係る画像形成装置1は、例えばカラープリンタとして構成されたものである。この画像形成装置1は、現像剤を構成するトナーで現像されるトナー像を形成する複数の作像装置10と、各作像装置10で形成されたトナー像をそれぞれ保持して最終的に記録媒体の一例としての記録用紙5に二次転写する二次転写位置まで搬送する中間転写装置20と、中間転写装置20の二次転写位置に供給すべき所要の記録用紙5を収容して搬送する給紙装置50と、中間転写装置20で二次転写された記録用紙5上のトナー像を定着させる定着装置40等を備えている。なお、図中の1aは画像形成装置1の装置本体を示し、この装置本体1aは支持構造部材や外装カバー等で形成されている。また、図中の二点鎖線は、装置本体1a内において記録用紙5が搬送される主な搬送経路を示す。
作像装置10は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の4色のトナー像をそれぞれ専用に形成する4つの作像装置10Y,10M,10C,10Kで構成されている。これらの4つの作像装置10(Y,M,C,K)は、装置本体1aの内部空間において傾斜した状態で1列に並べた状態となるよう配置されている。
各作像装置10(Y,M,C,K)は、図1に示されるように、像保持体の一例としての静電潜像を保持して回転する感光体ドラム11を備えており、この感光体ドラム11の周囲に、次のようなトナー像形成手段の一例としての各装置が主に配置されている。主な装置とは、感光体ドラム11の像形成が可能な周面(像保持面)を所要の電位に帯電させる帯電装置12と、感光体ドラム11の帯電された周面に画像の情報(信号)に基づく光LBを照射して電位差のある各色用の静電潜像を形成する露光装置13と、その静電潜像を対応する色(Y,M,C,K)の現像剤のトナーで現像してトナー像にする現像手段の一例としての現像装置14(Y,M,C,K)と、その各トナー像を中間転写装置20に転写する一次転写手段の一例としての一次転写装置15(Y,M,C,K)と、一次転写後における感光体ドラム11の像保持面に残留して付着するトナー等の付着物を取り除いて清掃するドラム清掃装置16(Y,M,C,K)等である。
感光体ドラム11は、接地処理される円筒状又は円柱状の基材の周面に感光材料からなる光導電性層(感光層)を有する像保持面を形成したものである。この感光体ドラム11は、図示しない駆動装置から動力が伝達されて矢印Aで示す方向に回転するように支持されている。
帯電装置12は、感光体ドラム11に接触した状態で配置される接触型の帯電ロールで構成される。帯電装置12には帯電用電圧が供給される。帯電用電圧としては、現像装置14が反転現像を行うものである場合、その現像装置14から供給されるトナーの帯電極性と同じ極性の電圧又は電流が供給される。なお、帯電装置12としては、感光体ドラム11の表面に非接触状態で配置されるスコロトロン等の非接触型の帯電装置を用いてもよい。
露光装置13は、画像形成装置1に入力される画像の情報に応じて構成される光LBを、帯電された後の感光体ドラム11の周面に対して照射して静電潜像を形成するものである。この実施の形態では、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の4つの作像装置10Y,10M,10C,10Kに共通した1つの露光装置13を用いている。露光装置13には、潜像形成時になると画像形成装置1に任意の手段で入力され、図示しない画像処理部で画像処理された画像の情報(信号)が送信される。なお、露光装置13としては、各感光体ドラム11の軸方向に沿って配列された複数の発光素子としてのLED(Light Emitting Diode)により感光体ドラム11に画像情報に応じた光を照射して静電潜像を形成するLEDプリントヘッドからなるものを用いても良い。この場合、露光装置13は、各感光体ドラム11に対応してそれぞれ配置される。
現像装置14(Y,M,C,K)はいずれも、図2に示されるように、開口部と現像剤4の収容室が形成された装置ハウジング140の内部に、現像剤4を保持して感光体ドラム11と向き合う現像領域まで搬送する現像ロール141と、現像剤4を撹拌しながら現像ロール141を通過するように搬送する2つのスクリューオーガー等の供給搬送部材142及び撹拌搬送部材143と、現像ロール141に保持される現像剤4の量(層厚)を規制する層厚規制部材144などを配置して構成したものである。現像装置14には、現像ロール141と感光体ドラム11の間に現像用電圧が図示しない電源装置から供給される。また、現像ロール141や供給搬送部材142及び撹拌搬送部材143は、図示しない駆動装置から動力が伝達されて所要の方向に回転する。さらに、4色の現像剤4(Y,M,C,K)としては、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤が使用される。なお、現像装置14については、後に詳述する。
一次転写装置15(Y,M,C,K)は、感光体ドラム11の周囲に中間転写ベルト21を介して接触し回転するとともに一次転写用電圧が供給される一次転写ロールを備えた接触型の転写装置である。一次転写用電圧としては、トナーの帯電極性と逆の極性を示す直流の電圧が図示しない電源装置から供給される。
ドラム清掃装置16は、一部が開口する容器状の本体と、一次転写後の感光体ドラム11の周面に所要の圧力で接触するように配置されて残留トナー等の付着物を取り除いて清掃する清掃板と、清掃板で取り除いたトナー等の付着物を回収して図示しない回収システムに送り出すよう搬送するスクリューオーガー等の送出部材等で構成されている。
中間転写装置20は、図1に示されるように、各作像装置10(Y,M,C,K)の上方の位置に存在するよう配置される。中間転写装置20は、感光体ドラム11と一次転写装置15(一次転写ロール)の間となる一次転写位置を通過しながら矢印Bで示す方向に回転する中間転写ベルト21と、中間転写ベルト21をその内面から所望の状態に保持して回転自在に支持する複数のベルト支持ロール22〜25と、ベルト支持ロール25に支持されている中間転写ベルト21の外周面(像保持面)側に配置されて中間転写ベルト21上のトナー像を記録用紙5に二次転写させる二次転写手段の一例としての二次転写装置30と、二次転写装置30を通過した後に中間転写ベルト21の外周面に残留して付着するトナー、紙粉等の付着物を取り除いて清掃するベルト清掃装置26とで主に構成されている。
中間転写ベルト21としては、例えばポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の合成樹脂にカーボンブラック等の抵抗調整剤などを分散させた材料で製作される無端状のベルトが使用される。また、ベルト支持ロール22は図示しない駆動装置によって回転駆動される駆動ロールとして構成され、ベルト支持ロール23は中間転写ベルト21の走行位置などを保持する面出しロールとして構成され、ベルト支持ロール24は中間転写ベルト21に張力を付与する張力付与ロールとして構成され、ベルト支持ロール25は二次転写手段を構成するバックアップロールとして構成されている。
二次転写装置30は、図1に示されるように、中間転写装置20におけるベルト支持ロール25に支持されている中間転写ベルト21の外周面部分である二次転写位置において、中間転写ベルト21の周面に接触して回転するとともに二次転写用電圧が供給される二次転写手段を構成する二次転写ロール31を備えた接触型の転写装置である。二次転写装置30は、二次転写ロール31とバックアップロールとしてのベルト支持ロール25とから構成されている。また、二次転写ロール31又はベルト支持ロール25には、トナーの帯電極性と逆極性又は同極性を示す直流の電圧が二次転写用電圧として供給される。
ベルト清掃装置26は、一部が開口する容器状の本体と、二次転写後の中間転写ベルト21の周面に所要の圧力で接触するように配置されて残留トナー等の付着物を取り除いて清掃する清掃板と、清掃板で取り除いたトナー等の付着物を回収して図示しない回収システムに送り出すよう搬送するスクリューオーガー等の送出部材等で構成されている。
定着装置40は、表面温度が所要の温度に保持されるよう加熱手段によって加熱されるドラム形態又はベルト形態の加熱用回転体41と、この加熱用回転体41の軸方向にほぼ沿う状態で所定の圧力で接触して回転するドラム形態又はベルト形態の加圧用回転体42などを配置して構成されたものである。定着装置40は、加熱用回転体41と加圧用回転体42が接触する接触部が所要の定着処理(加熱及び加圧)を行う定着処理部となる。
給紙装置50は、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の作像装置10(Y,M,C,K)及び露光装置13の下方側の位置に存在するように配置される。給紙装置50は、所望のサイズ、種類等の記録用紙5を積載した状態で収容する単数(又は複数)の用紙収容体51と、用紙収容体51から記録用紙5を1枚ずつ送り出す送出装置52,53とで主に構成されている。用紙収容体51は、例えば、本体1aの正面(使用者が操作時に向き合う側面)側に引き出すことができるように取り付けられている。
記録用紙5としては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ等に使用される普通紙やOHPシート、あるいはトレーシングペーパーなどの薄紙が挙げられる。定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、記録用紙5の表面もできるだけ平滑であることが好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等の坪量が相対的に大きい所謂厚紙なども使用することができる。
給紙装置50と二次転写装置30との間には、給紙装置50から送り出される記録用紙5を二次転写位置まで搬送する単数(又は複数)の用紙搬送ロール対54や図示しない搬送ガイド等で構成される給紙搬送路55が設けられている。用紙搬送ロール対54は、例えば記録用紙5の搬送時期を調整するロール(レジストロール)として構成されている。また、装置本体1aに形成される記録用紙5の排出口に近い部分には、定着装置40から送り出される定着後の記録用紙5を装置本体1aの上部に設けられた用紙排出部56に排出するための用紙排出ロール対57が配置されている。
用紙排出ロール対57は、その回転方向が正転方向(排出方向)と逆転方向に切り替え可能に構成されている。記録用紙5の両面に画像を形成する場合には、片面に画像が形成された記録用紙5の後端が用紙排出ロール対57に保持されている間に、用紙排出ロール対57の回転方向を正転方向(排出方向)から逆転方向に切り替える。用紙排出ロール対57によって逆転方向に搬送される記録用紙5は、図示しない切替ゲートにより搬送経路が切り替えられ両面用搬送経路58を介して表裏が反転された状態で用紙搬送ロール対54へと再度搬送される。
図1中符号100は、画像形成装置1の動作を統括的に制御する制御装置を示している。制御装置100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)やROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、あるいはこれらCPUやROM等を接続するバス、通信インターフェイスなどを備えている。
<画像形成装置の動作>
以下、画像形成装置1による基本的な画像形成動作について説明する。
ここでは、前記4つの作像装置10(Y,M,C,K)を使用して、4色(Y,M,C,K)のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像を形成する動作について説明する。
画像形成装置1は、画像形成動作(プリント)の要求の指令情報を受けると、4つの作像装置10(Y,M,C,K)、中間転写装置20、二次転写装置30、定着装置40等が始動する。
そして、各作像装置10(Y,M,C,K)では、まず各感光体ドラム11が矢印Aで示す方向に回転し、各帯電装置12が各感光体ドラム11の表面を所要の極性(実施の形態1ではマイナス極性)及び電位にそれぞれ帯電させる。続いて、露光装置13が、帯電後の感光体ドラム11の表面に対し、画像形成装置1に入力される画像の情報を各色成分(Y,M,C,K)に変換して得られる画像の信号に基づいて発光される光LBを照射し、その表面に所要の電位差で構成される各色成分の静電潜像をそれぞれ形成する。
続いて、各作像装置10(Y,M,C,K)が、感光体ドラム11に形成された各色成分の静電潜像に対し、所要の極性(マイナス極性)に帯電された対応する色(Y,M,C,K)のトナーを現像ロール141からそれぞれ供給して静電的に付着させて現像を行う。この現像により、各感光体ドラム11に形成された各色成分の静電潜像は、その対応する色のトナーでそれぞれ現像された4色(Y,M,C,K)のトナー像として顕像化される。
続いて、各作像装置10(Y,M,C,K)の感光体ドラム11上に形成された各色のトナー像が一次転写位置まで搬送されると、一次転写装置15が、その各色のトナー像を中間転写装置20の矢印Bで示す方向に回転する中間転写ベルト21に対して順番に重ね合わされるような状態で一次転写させる。
また、一次転写が終了した各作像装置10では、ドラム清掃装置16が付着物を掻き取るように除去して感光体ドラム11の表面を清掃する。これにより、各作像装置10は、次の作像動作が可能な状態にされる。
続いて、中間転写装置20では、中間転写ベルト21の回転により一次転写されたトナー像を保持して二次転写位置まで搬送する。一方、給紙装置50では、作像動作に合わせて所要の記録用紙5を給紙搬送路55に送り出す。給紙搬送路55では、レジストロールとしての用紙搬送ロール対54が記録用紙5を転写時期に合わせて二次転写位置に送り出して供給する。
二次転写位置においては、二次転写装置30の二次転写ロール31が、中間転写ベルト21上のトナー像を記録用紙5に一括して二次転写させる。また、二次転写が終了した中間転写装置20では、ベルト清掃装置26が、二次転写後の中間転写ベルト21の表面に残留したトナー等の付着物を取り除いて清掃する。
続いて、トナー像が二次転写された記録用紙5は、中間転写ベルト21と二次転写ロール31から剥離された後に定着装置40まで搬送される。定着装置40では、回転する加熱用回転体41と加圧用回転体42との間の接触部に二次転写後の記録用紙5を導入して通過させることにより、必要な定着処理(加熱及び加圧)を施して未定着のトナー像を記録用紙5に定着させる。最後に、定着が終了した後の記録用紙5は、その片面への画像の形成を行うだけの画像形成動作のときは、用紙排出ロール対57により、装置本体1aの上部に設置された用紙排出部56に排出される。
また、記録用紙5の両面に画像を形成するときは、片面に画像が形成された記録用紙5を用紙排出ロール対57により用紙排出部56に排出せずに、用紙排出ロール対57が記録用紙5の後端を保持している間に当該用紙排出ロール対57の回転方向を逆転方向に切り替える。用紙排出ロール対57により逆転方向に搬送される記録用紙5は、両面用搬送経路58を介して表裏が反転された状態で用紙搬送ロール対54へと再度搬送される。用紙搬送ロール対54は、記録用紙5を転写時期に合わせて二次転写位置に送り出して供給し、記録用紙5の裏面に画像を形成して、用紙排出ロール対57により装置本体1aの上部に設置された用紙排出部56に排出する。
以上の動作により、4色のトナー像を組み合わせて構成されるフルカラー画像が形成された記録用紙5が出力される。なお、画像形成装置1では、ブラック(K)の作像装置10Kのみを用いて記録用紙5にモノクロの画像を形成しても勿論よい。
<現像装置の構成>
図3はこの実施の形態1に係る現像装置を示す断面構成図である。
現像装置14は、図3に示されるように、現像剤収容容器の一例としての装置ハウジング140を備える。装置ハウジング140は、大別して、現像装置14の下部に配置される下部ハウジング140aと、現像装置14の上部に配置される上部ハウジング140bとを有する。下部ハウジング140aと上部ハウジング140bからなる装置ハウジング140の内部には、二成分の現像剤4を収容する現像剤収容室150が形成されている。二成分の現像剤4は、磁性粒子からなるキャリアCAと非磁性トナーTから構成されている。キャリアCAは、非磁性トナーTより大きな粒径を有する。装置ハウジング140の感光体ドラム11と対向する領域には、開口部151が設けられている。また、装置ハウジング140の内部には、現像剤保持体の一例としての現像ロール141が開口部151に一部が露出するよう矢印C方向に沿って回転可能に配置されている。現像ロール141は、内部に固定して配置され、周方向に沿った所要の位置に所要極性の磁極が配置された磁界発生部材の一例としてのマグネットロール141aと、マグネットロール141aの外周に矢印C方向に沿って所要の回転速度で回転可能に配置される現像剤搬送部材の一例としての円筒状の現像スリーブ141bとを有している。現像スリーブ141bは、アルミニウム合金や非磁性ステンレス等からなる非磁性材料により円筒形状に形成されている。
この実施の形態では、現像スリーブ141bの回転方向が感光体ドラム11の回転方向と同方向に設定されている。すなわち、感光体ドラム11の回転方向は、図3に示されるように、時計回り方向に設定されている。また、現像スリーブ141bの回転方向も、時計回り方向に設定されている。その結果、現像スリーブ141bの外周面は、感光体ドラム11と対向する現像領域において、感光体ドラム11表面の移動方向と逆方向に移動する。なお、現像スリーブ141bの回転方向は、感光体ドラム11の回転方向と逆方向に設定しても良い。
装置ハウジング140の内部には、現像剤収容室150の内部に収容された現像剤4を汲み上げて現像ロール141に供給するスクリューオーガー(サプライオーガー)等からなる供給搬送部材142が現像ロール141の鉛直方向に沿った斜め下方に配置されている。供給搬送部材142は、図示しない駆動装置により時計回り方向に回転駆動される。また、装置ハウジング140の内部には、当該装置ハウジング140の内部に供給される現像剤4を撹拌しつつ搬送するスクリューオーガー(アドミックスオーガー)等からなる撹拌搬送部材143が供給搬送部材142の背面側に配置されている。撹拌搬送部材143は、図示しない駆動装置によって時計回り方向に回転駆動される。供給搬送部材142により現像ロール141の表面に供給された現像剤4は、円柱形状の層厚規制部材144によりその量(層厚)が規制される。
下部ハウジング140aには、供給搬送部材142及び撹拌搬送部材143を収容する供給室147及び撹拌室148が設けられている。供給室147及び撹拌室148は、下部ハウジング140aに設けられた仕切り壁152によって仕切られている。
仕切り壁152の長手方向に沿った両端部には、図4に示されるように、供給搬送部材142と撹拌搬送部材143との間で現像剤4を受け渡す第1及び第2の通路部153,154がそれぞれ設けられている。
ところで、この実施の形態に係る現像装置14は、トナー収容容器から現像装置の内部にトナーを供給するための専用の駆動モータを備えず、現像装置内部の現像剤表面の高さ(嵩密度)に応じてトナーを自律的に供給するトナー自律供給型の二成分現像装置として構成されている。現像剤4の嵩密度とは、図5に示されるように、現像剤4を構成するキャリアCA及びトナーT自体と、これらキャリアCA及びトナーTの間に形成される空隙を体積として考慮した場合の密度である。したがって、現像剤4の嵩密度(高さ)は、現像剤4を構成するキャリアCAの量が同じであっても、トナーTの量が変化すると、現像剤4を構成するキャリアCA及びトナーTの間に形成される空隙の体積に応じて変化する。また、現像剤4の嵩密度(高さ)は、現像剤4を構成するキャリアCAの量が変化した場合にも異なった値となる。
基本的に、現像装置14の装置ハウジング140の体積、現像剤4の重量、及びキャリアCAの量が同一であれば、装置ハウジング140内の現像剤表面の高さ(嵩密度)は、同一となる。しかしながら、装置ハウジング140内の現像剤表面の高さ(嵩密度)が同一であっても、装置ハウジング140内のキャリアCAの量が異なれば、現像剤4のトナーTの濃度が異なる。
現像装置14の背面側には、図3に示されるように、装置ハウジング140の内部に供給するトナーTを収容したトナー収容容器の一例としてのトナーカートリッジ160が配置されている。トナーカートリッジ160は、現像装置14の長手方向に沿って当該現像装置14の略全長にわたり配置されている。トナーカートリッジ160は、トナーカートリッジ本体161を備える。トナーカートリッジ本体161の内部には、トナーTが収容されている。また、トナーカートリッジ本体161の底部(下端部)には、収容されたトナーTを現像装置14の内部に供給する供給口162が開口されている。供給口162は、トナーカートリッジ本体161と一体的に形成され、後述する供給ロール165の回転方向に沿った上流側に位置する上流側壁部162aと、下流側に位置する下流側壁部162bとを有している。さらに、トナーカートリッジ本体161の内部には、収容されたトナーTを撹拌しつつ供給口162へと搬送するアジテーター等からなる搬送部材163が回転可能に装着されている。搬送部材163は、例えば、現像ロール141等を回転駆動する図示しない駆動モーター等からなる駆動装置により現像装置14の動作に同期して駆動される。
トナーカートリッジ本体161の供給口162には、装置ハウジング140内の現像剤4の高さ(嵩密度)に応じて、装置ハウジング140の内部にトナーTを自律的に供給する自律供給手段164が配置されている。
自律供給手段164は、装置ハウジング140内の現像剤4の高さ(嵩密度)に応じて供給口162からトナーTを装置ハウジング140の内部に供給する回転体の一例としての供給ロール165を備える。供給ロール165は、その一部が撹拌室148内の現像剤4の表面である予め設定された第1の高さ(値)L1より上方に位置するように配置されている。設定高さL1は、その高さよりも現像剤4が増加すると、後述する作用により供給ロール165が撹拌室148内の現像剤4を外周に保持し始める高さである。
供給ロール165は、アルミニウム合金や非磁性ステンレス等の金属により円筒形状に形成されている。供給ロール165は、図4に示されるように、その軸方向に沿った両端部に設けられた回転軸165a,165bを介して装置ハウジング140に回転自在に装着されている。供給ロール165は、トナーカートリッジ本体161の供給口162の開口長(図3の紙面に垂直な方向に沿った長さ)よりも長く設定されており、供給口162を覆っている。供給ロール165の外周面には、現像剤4を搬送するために軸方向に沿って直線状に形成された複数本の溝部165cが、周方向に沿って所定のピッチで全周にわたり形成されている。この実施の形態で用いる現像剤4は、キャリアCAの体積平均粒径が35μmとなっている。溝部165cの平均深さ及び平均幅は、キャリアCAの体積平均粒径よりも大きな値に設定されている。溝部165cは、例えば、平均深さが90μm、回転方向における平均幅が75μmとされる。
供給ロール165は、図3に示されるように、装置ハウジング140における撹拌室148の背面側において撹拌搬送部材143の斜め上方に対応した予め定められた高さ(撹拌室148の底面からの距離)を有する位置に配置されている。装置ハウジング140は、図4に示されるように、供給ロール165が配置される領域140cが背面側に拡張された拡張部となっている。供給ロール165の下方に位置する現像剤4表面の高さは、装置ハウジング140の撹拌室148内に収容された現像剤4表面の高さと常に一致している。また、供給ロール165は、撹拌搬送部材143の現像剤搬送方向に沿った上流側の端部に配置されている。図示の実施形態では、供給ロール165が第1の通路部153の現像剤搬送方向に沿った下流側直下に位置している。供給ロール165は、現像ロール141等を回転駆動する図示しない駆動モーター等の駆動装置から駆動力が伝達され、図3中時計回り方向に沿って現像装置14の動作に同期して所要の回転速度で駆動される。
また、供給ロール165は、図6に拡大して示されるように、トナーカートリッジ160に充填されているトナーTが通過する供給口162の下端部に対し、所要の間隙を介して離間した状態で対向している。更に説明すると、供給ロール165は、供給口162における上流側壁部162a及び下流側壁部162bの下端面に対して、微少隙間を介して対向するよう配置されている。この微少隙間は、現像剤4中のキャリアCAの体積平均粒径よりも大きな値(例えば、数100μm程度)に設定されている。
供給ロール165の内部には、図6に示されるように、円柱形状に形成された磁石(マグネットロール)166が固定した状態で配置されている。磁石166は、設定高さL1よりも上側に存在する現像剤4をその重力に対抗して吸引させて、当該現像剤4を供給ロール165の外周に吸着させる磁極N1(ピックアップ極)と、当該現像剤4を供給ロール165の外周に保持して搬送するための磁極S1(搬送極)とを有している。
供給ロール165の外周には、磁極N1から磁極S1へ向かう磁力線の束(磁場)が形成される。この磁場により、供給ロール165の外周に吸着された現像剤4が保持される。なお、磁極S1は、磁極N1に対する供給ロール165の回転方向下流側であって、供給口162の内部に位置するように配置されている。
供給ロール165は、磁石166の磁極N1に対応した位置が現像剤4を吸着する吸着領域A1となっている。また、供給ロール165は、磁石166の磁極S1よりも供給ロール165の回転方向に沿った下流側の位置が現像剤4を吸着する磁極S1の磁力よりも現像剤4の重力が大きくなり、現像剤4を剥離する剥離領域A2となっている。
これにより、供給ロール165は、撹拌室148内の現像剤4の表面の高さ(嵩密度)が設定高さL1以上に増加すると、その増加分を吸着領域A1によって供給ロール165の外周に保持し、且つ、供給ロール165の回転に伴って当該増加分を供給口162まで搬送して、供給ロール165の外周に保持された現像剤4により供給口162を閉塞させるようになっている。このように、供給ロール165の外周に保持された現像剤4によって供給口162を塞ぐことで、供給口162から撹拌室148の内部へのトナーTの供給が停止される。
なお、吸着領域A1によって供給ロール165の外周に保持された現像剤4の増加分は、供給口162を超えて搬送されると、自重により剥離領域A2において撹拌室148の内部に落下するようになっている。また、現像剤4の表面が設定高さL1より低い場合には、供給ロール165が吸着領域A1において撹拌室148内の現像剤4を吸着せず、供給口162から撹拌室148の内部にトナーTが供給される。
また、この実施の形態では、図6に示されるように、キャリアCAを収容し、装置ハウジング140の内部にキャリアCAを補給する補給口171を下端部に有するキャリア収容容器170を備えている。キャリア収容容器170は、例えば、円筒形状に形成されており、内部にキャリアCAが収容されている。キャリア収容容器170の上端部には、キャップ172が装着されている。また、キャリア収容容器170は、図4に示されるように、供給ロール165より撹拌搬送部材143の搬送方向に沿った上流側に配置されている。キャリア収容容器170は、撹拌搬送部材143と装置ハウジング140との間に位置している。キャリア収容容器170の底部(下端部)には、上述したように、平面円形状の補給口171が開口されている。キャリア収容容器170の補給口171には、図7に示されるように、撹拌室148内の現像剤4表面の高さが第1の値L1より低い第2の値L2以上になったとき、補給口171を閉じるよう作動する作動体の一例としての円板状の弁体173が図示しないヒンジ部材により開閉自在に装着されている。ここで、第2の値L2は、現像剤初期充填量が公差の最下限値である場合に対応した高さ、或いは現像装置14に許容されるトナー濃度の最下限値(例えば、5%)に対応した高さの少なくともいずれか一方に対応した値に設定される。
弁体173は、撹拌室148内の現像剤4表面の高さが第2の値L2以上になったとき、当該弁体173に作用する現像剤4の浮力により補給口171を閉じるように作動する。ただし、キャリア収容容器170の内部には、現像剤4よりも比重が大きいキャリアCAが収容されており、弁体173には、キャリア収容容器170内に収容されたキャリアCAの重量が作用している。そのため、弁体173に作用する現像剤4の浮力は、通常、キャリアCAの重量よりも小さく、そのままの状態では、撹拌室148内の現像剤4表面の高さが第2の値L2以上であって、キャリア収容容器170が現像剤4に埋設されている場合であっても、弁体173が開く方向に作動する。
そこで、この実施の形態では、撹拌室148内の現像剤4表面の高さが第2の値L2以上である場合、弁体173がキャリアCAの重量によって開くことがないように図示しないコイルスプリング等の付勢手段により閉じる方向に付勢されている。ただし、コイルスプリング等の付勢手段により付勢力が過大である場合には、撹拌室148内の現像剤4表面の高さが第2の値L2未満となって、弁体173に現像剤4の浮力が作用しなくなったときでも、弁体173が開かずキャリアCAが撹拌室148内に供給されない虞がある。そのため、コイルスプリング等の付勢手段は、撹拌室148内の現像剤4表面の高さが第2の値L2より低くなって、弁体173に現像剤4の浮力が作用しなくなったときに弁体173が開き、撹拌室148内の現像剤4表面の高さが第2の値L2以上となって、弁体173に現像剤4の浮力が作用した状態では、弁体173が閉じるように設定されている。なお、弁体173に作用するキャリアCAの重量は、キャリア収容容器170に収容されるキャリアCAの量によっても変動するが、キャリア収容容器170から撹拌室148内に補給されるキャリアCAの量は、通常、極僅かであるため、キャリア収容容器170内のキャリアCAの量は略一定とみなすことができる。そのため、撹拌室148内の現像剤4の高さに応じて弁体173が開閉し、当該撹拌室148の内部にキャリアCAを補給することが可能となる。なお、キャリア収容容器170としては、後述する実施の形態2に係るものを採用することにより、撹拌室148の内部にキャリアCAをより安定して補給することができる。
<現像装置の動作>
この実施の形態1に係る現像装置では、次のようにして装置ハウジングの内部にキャリアが補給される。
現像装置14は、図3に示されるように、現像動作が開始されると、現像ロール141が図示しない駆動モーターにより矢印C方向に沿って回転駆動される。そして、現像ロール141の回転に伴って供給搬送部材142、撹拌搬送部材143及び供給ロール165も、それぞれ矢印方向に沿って回転駆動される。感光体ドラム11の外周面に形成された静電潜像は、現像ロール141から供給される現像剤4のトナーTによってトナー画像として現像される。これにより、現像装置14では、現像されたトナー画像に相当する量のトナーTが消費される。
その間、現像ロール141に供給されずに供給室147に搬送された現像剤4は、図4に示されるように、第1の通路部153を介して撹拌室148(図3参照)へと搬送され、撹拌室148の内部に配置された撹拌搬送部材143によって軸方向に沿った下流側の端部まで搬送される。撹拌搬送部材143によって軸方向に沿った下流側の端部まで搬送された現像剤4は、第2の通路部154を介して供給室147(図3参照)へと搬送される。供給室147の内部へと搬送された現像剤4は、供給搬送部材142によって軸方向に沿った下流側へと搬送される間に現像ロール141へと供給される。
ところで、撹拌室148の内部に配置された供給ロール165は、図6に示されるように、供給口162と対向する領域に溜まったトナーTと接触しながら回転される。そして、供給口162と対向する領域を通過する供給ロール165の外周面には、その外周面に吸着された現像剤4を介してトナーTが静電的に付着される。供給ロール165の外周面に付着されたトナーTは、供給口162の下流側壁部162bにより規制されつつ、供給ロール165の回転に伴って剥離領域A2まで搬送される。剥離領域A2まで搬送されたトナーTは、主に重力に従い、現像剤4とともに、撹拌室148内に落下される。これにより、トナーカートリッジ160の供給口162から搬送されたトナーTが、現像装置14の内部に供給される。なお、供給口162と対向する領域で接触したトナーTは、供給ロール165の外周面に吸着した現像剤4を介して付着される場合に限らず、現像剤4を介さずに供給ロール165の外周面に直接付着されて搬送される場合も存在する。
次に、現像動作を行った結果、消費されたトナーTの総量が、供給口162から補充されたトナーTの総量よりも少ない場合について説明する。この場合、撹拌室148内の現像剤4の量は現像動作前よりも増加することになり、撹拌室148内の現像剤4の上面が所定の高さL1以上になることがあり得る。
この場合、撹拌室148内の現像剤4の上面が高さL1に達すると、撹拌室148内の現像剤4は、図6に示されるように、吸着領域A1において、磁石166により形成される磁力によって磁気吸引力を受ける。そして、供給ロール165の外周面に吸着され、供給口162内へと搬送される。供給口162内に搬送された現像剤4の一部は、供給ロール165に吸着された状態で、供給口162の下流側壁部162bにより規制されて、供給ロール165とともに、剥離領域A2まで搬送され撹拌室148内に落下される。一方、供給口162内に搬送された現像剤4の残りは、下流側壁部162bにより移動を制限され、供給口162内に滞留される。
したがって、撹拌室148内の現像剤4の上面が高さL1以上になっている限り、供給口162内のトナーTは、供給口162内に滞留される現像剤4により、供給ロール165の外周面への付着が阻害される。つまり、供給口162内のトナーTの撹拌室148内への供給が制限(停止)される。
また、この状態で現像動作が行われ、撹拌室148内の現像剤4の上面が高さL1より低くなると、撹拌室148内の現像剤4は、図7に示されるように、再び吸着領域A1(図6参照)で吸着されなくなる。すると、撹拌室148内の現像剤4は、供給口162内に搬送されることがないため、先に供給口162内で滞留していた現像剤4は、供給ロール165によって徐々に供給口162内から剥離領域A2まで搬送される。その後、供給口162内に滞留する現像剤4が供給口162内から減少されることに伴い、徐々に供給口162内のトナーTが供給ロール165の外周面によって搬送されるトナーTの量が増加される。このようにして、トナーカートリッジ本体161内のトナーTは、撹拌室148内に供給される。
ところで、上記の如く構成される現像装置14では、現像剤4の初期充填量の公差、装置ハウジング140の寸法公差、及び画像形成装置1を使用中における現像装置14からのキャリアの飛び出しなどにより、装置ハウジング140内のキャリアCAの量が変動して、装置ハウジング140内の現像剤4の嵩密度が変化し、収束するトナー濃度が変動する虞がある。
さらに説明すると、現像装置14では、図8に模式的に示されるように、初期的に、装置ハウジング140内に嵩密度がAg/ccとなるように二成分現像剤4が充填されているとする。この場合の現像剤4の総重量を100g、トナー濃度を8%とすると、トナー8gとキャリア92gが装置ハウジング140内に充填されている。そして、現像装置14では、ベタ画像の連続した現像工程等によりトナーTが急激に消費されて、トナー濃度が5%まで低下したとすると、トナーTの消費に伴って撹拌室148内の現像剤4の上面が低下することにより、供給ロール165の動作により撹拌室148の内部にトナーTが供給されて、撹拌室148内の現像剤4の上面が高さL1となる所定の現像剤量である元のトナー濃度8%までトナーが供給される。
これに対して、現像装置14では、製造時、装置ハウジング140の内部に初期的に充填される現像剤4の総量に公差などが存在し、現像剤4の初期充填量が本来の量よりも少ない場合がある。すると、装置ハウジング140の内部に初期的に充填される現像剤4のトナー濃度は一定(例えば、8%)であるため、結果的に、現像剤4の初期充填量が本来の量よりも少ない分だけ、装置ハウジング140の内部に存在する二成分現像剤4中のキャリアCAの量が減少する。
この場合には、上述した場合と同様に、トナーの消費に伴って撹拌室148内の現像剤4の上面が低下することにより、図8(b)に示されるように、現像剤4の嵩密度が所定の値(例えば、Bg/cc)まで減少すると、供給ロール165が作動して装置ハウジング140の内部にトナーが供給される。
しかしながら、この場合には、現像剤4の初期充填量の公差により二成分現像剤4中のキャリアCAの量が異なる(少ない)ため、現像剤4の嵩密度が同じB(g/cc)まで低下したときには、図8(c)に示されるように、例えばトナー濃度が正常な場合である5%よりも高い値、例えば8%となる。この状態で、供給ロール165が作動してトナーTが供給されると、装置ハウジング140内のトナー濃度は、図8(d)に示されるように、所定の値よりも上昇してしまい、供給ロール165によるトナーの供給が終了した時点で、トナー濃度が例えば12%というように高い値となる虞がある。そのため、現像装置14内のトナー濃度が高くなり過ぎ、感光体ドラム11の外周面に現像される画像にかぶり等の画質異常が発生する場合がある。
このような不具合は、現像剤4の初期充填量に公差がある場合に限らず、装置ハウジング140の寸法公差や画像形成装置1を継続して使用している間に現像装置4から感光体ドラム11上にキャリアCAが飛び出す所謂BCO(Beads Carry Over)などによっても同様に生じる。すなわち、装置ハウジング140のサイズ(容量)に寸法公差が存在すると、所定量の現像剤4を充填した場合であっても、容量の寸法公差に応じた分だけ現像剤4表面の高さが異なり、供給ロール165の回転に連動してトナーTを補給する際に、トナーTの補給量が変動し、トナー濃度にばらつきが生じることになる。
また、現像装置14を経時的に使用している間に、キャリアCAの劣化に伴い、図9に示されるように、現像装置4からキャリアCAが感光体ドラム上に飛び出すことなどによっても、装置ハウジング140の内部に存在するキャリアCAの量が同様に減少する。
この実施の形態では、図10に示されるように、装置ハウジング140の内部に存在するキャリアCAの量が減少すると、現像剤4のトナー濃度の低下に伴って、装置ハウジング140内の現像剤4表面の高さ(嵩密度)が、キャリアCAの量が適正である場合に比較して急激に低下する。
そのため、現像装置14では、図11に示されるように、装置ハウジング140の内部に存在するキャリアCAの量が減少し、ベタ画像などを多数枚連続して現像した場合など、装置ハウジング140内の現像剤4表面の高さ(嵩密度)が急激に低下する。そして、撹拌室148内の現像剤4表面の高さ(嵩密度)が第2の値L2未満となると、キャリア収容容器170の弁体173が開いて、撹拌室148の内部にキャリアCAが補給される。
撹拌室148の内部にキャリアCAが補給されると、図12(c)に示されるように、撹拌搬送部材143により撹拌室148内の現像剤4を撹拌する間に、撹拌室148内の現像剤4の嵩密度が増加して現像剤4表面の高さ(嵩密度)が第2の値L2以上となり、図7及び図12(d)に示されるように、弁体173によってキャリア収容容器170の補給口171(図7参照)が閉じられ、キャリアCAの補給が自律的に停止する。
そのため、装置ハウジング140内の現像剤4は、キャリアCAの量が増加して適正な値に近づくことにより、図10に示されるように、トナー濃度の変化に伴って撹拌室148内における現像剤4表面の高さ(嵩密度)の変動が大きくなり、現像工程に伴うトナーTの消費によって、撹拌室148内における現像剤4表面の高さ(嵩密度)が第1の値L1未満となることで、撹拌室148の内部に供給ロール165によってトナーTが供給される。その結果、現像装置14における装置ハウジング140内の現像剤4のトナー濃度は、適正な値に維持される。したがって、装置ハウジング140内の現像剤4のトナー濃度が高くなり過ぎ、感光体ドラム11の外周面に現像される画像にかぶり等の画質異常が発生することが抑制される。
[実施の形態2]
図13は、実施の形態2に係る現像装置を示す断面構成図である。
実施の形態2に係る現像装置14は、図13に示されるように、キャリア収容容器170の底部に補給ロール180を備えている。補給ロール180は、供給ロール165と同様に構成されている。
すなわち、補給ロール180は、アルミニウム合金や非磁性ステンレス等の金属により円筒形状に形成されている。補給ロール180は、図14に示されるように、その軸方向に沿った両端部に設けられた回転軸180a,180bを介して装置ハウジング140に回転自在に装着されている。補給ロール180は、キャリア収容容器170の補給口171の開口長よりも長く設定されており、補給口171を覆っている。補給ロール180の外周面には、現像剤4を搬送するために軸方向に沿って直線状に形成された複数本の溝部180cが、周方向に沿って所定のピッチで全周にわたり形成されている。
補給ロール180は、図13に示されるように、装置ハウジング140における撹拌室148の背面側において撹拌搬送部材143の斜め上方に対応した予め定められた高さ(撹拌室148の底面からの距離)を有する位置に配置されている。装置ハウジング140は、図14に示されるように、補給ロール180が配置される領域140dが背面側に拡張された拡張部となっており、補給ロール180が位置する現像剤4表面の高さは、装置ハウジング140の撹拌室148内に収容された現像剤4の表面高さと常に一致している。また、補給ロール180は、撹拌搬送部材143の現像剤搬送方向に沿った上流側の端部に配置されている。図示の実施形態では、補給ロール180が第1の通路部153の現像剤搬送方向に沿った下流側直下に位置している。また、供給ロール165は、撹拌搬送部材143の現像剤搬送方向に沿った下流側に配置されている。補給ロール180は、現像ロール141等を回転駆動する図示しない駆動モーター等の駆動装置から駆動力が伝達され、図13中時計回り方向に沿って現像装置14の動作に同期して所要の回転速度で駆動される。
また、補給ロール180は、図13に拡大して示されるように、キャリア収容容器170に充填されているキャリアCAが通過する補給口171の下端部に対し、所要の間隙を介して離間した状態で対向している。
補給ロール180の内部には、円柱形状に形成された磁石(マグネットロール)181が固定した状態で配置されている。磁石181は、設定高さL2以上に存在する現像剤4をその重力に対抗して吸引させて、当該現像剤4を補給ロール180の外周に吸着させる磁極N1(ピックアップ極)と、当該現像剤4を補給ロール180の外周に保持して搬送するための磁極S1とを有している。
補給ロール180の外周には、磁極N1から磁極S1へ向かう磁力線の束(磁場)が形成される。この磁場により、補給ロール180の外周に吸着された現像剤4が保持される。なお、磁極S1は、磁極N1に対する補給ロール180の回転方向下流側であって、補給口171の内部に位置するように配置されている。
このように、補給ロール180は、磁石181の磁極N1に対応した位置が現像剤4を吸着する吸着領域A1となっている。また、補給ロール180は、磁石181の磁極S1よりも補給ロール180の回転方向に沿った下流側の位置が現像剤4を吸着する磁極S1の磁力よりも現像剤4の重力が大きくなり、現像剤4を剥離する剥離領域A2となっている。
これにより、補給ロール180は、撹拌室148内の現像剤4の表面の高さ(嵩密度)が設定高さL2以上に増加すると、その増加分を吸着領域A1によって補給ロール180の外周に保持し、且つ、補給ロール180の回転に伴って当該増加分を補給口171まで搬送して、補給ロール180の外周に保持された現像剤4により補給口171を閉塞させるようになっている。このように、補給ロール180の外周に保持された現像剤4によって補給口171を塞ぐことで、補給口171から撹拌室148の内部へのキャリアCAの補給が停止される。
また、補給ロール180は、撹拌搬送部材143の軸方向に沿った供給ロール165の上流側に配置されているため、供給ロール165によってトナーTが供給される以前の撹拌室148内における現像剤4の表面の高さ(嵩密度)の変化に応じて、キャリアCAを撹拌室148内に補給することが可能となる。
このように、実施の形態2では、キャリア収容容器170の補給口171に補給ロール180を回転可能に設けることで、補給ロール180が供給ロール165と同様に作動し、撹拌室148内の現像剤4の表面の高さ(嵩密度)が設定高さL2以上に増加すると、キャリア収容容器170の補給口171を補給ロール180によって閉塞して確実にキャリアCAの補給を停止することができる。
なお、前記実施の形態では、画像形成装置としてイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(K)の4色のトナー像を形成するフルカラー画像形成装置について説明したが、モノクロの画像形成装置にも同様に適用することができることは勿論である。