(57)【要約】【課題】トナーの帯電不良を防止することが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】本発明の画像形成装置１００は、回転可能に設けられる像担持体と、内部に複数の磁極からなるマグネットローラを有し、周面にキャリアとトナーとからなる現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する混合攪拌部と、混合攪拌部の現像剤にトナーを補給するトナー補給部と、を備える。トナー補給部は、補給するトナーをあらかじめ帯電する帯電部と、帯電部により帯電されたトナーを担持して混合攪拌部側へ当該トナーを搬送する補給ローラ４３０と、補給ローラ４３０と対向して非接触に設けられた電極４４５とを有する。補給ローラ４３０と電極４４５との間には、現像剤が搬送される混合攪拌部の現像剤搬送経路の少なくとも一部が設けられ、補給ローラ４３０と電極４４５との間には所定のバイアス電圧が印加される。【選択図】図１
2010128025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に設けられる像担持体と、
内部に複数の磁極からなるマグネットローラを有し、周面にキャリアとトナーとからなる現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給する混合攪拌部と、
前記混合攪拌部の現像剤にトナーを補給するトナー補給部と、
を備え、
前記トナー補給部は、
補給するトナーをあらかじめ帯電する帯電部と、
前記帯電部により帯電されたトナーを担持して前記混合攪拌部側へ当該トナーを搬送する補給ローラと、
前記補給ローラと対向して非接触に設けられた電極と、
を有し、
前記補給ローラと前記電極との間には、現像剤が搬送される前記混合攪拌部の現像剤搬送経路の少なくとも一部が設けられ、
前記補給ローラと前記電極との間には所定のバイアス電圧が印加される、画像形成装置。
【請求項２】
前記トナー補給部は、
前記補給ローラと接触して回転し、補給されるトナーを摩擦帯電させながら前記補給ローラに供給する供給ローラと、
前記補給ローラと前記供給ローラとの接触位置より前記補給ローラの回転方向下流側に前記補給ローラと接触して設けられるトナー層規制部材と、
をさらに備える、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記補給ローラと、前記供給ローラまたは前記トナー規制部材のうち少なくともいずれか一方との間に所定のバイアス電圧が印加される、請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記トナー補給部は、
補給されるトナーを帯電し、前記補給ローラへ搬送する帯電ローラと、
前記帯電ローラと接触して回転し、補給されるトナーを摩擦帯電させながら前記帯電ローラに供給する供給ローラと、
前記帯電ローラと前記供給ローラとの接触位置より前記帯電ローラの回転方向下流側に前記帯電ローラと接触して設けられるトナー層規制部材と、
を備え、
前記補給ローラと前記帯電ローラとは、接触または非接触に配置され、
前記補給ローラと前記帯電ローラとの間には所定のバイアス電圧が印加される、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記帯電ローラと、前記供給ローラまたは前記トナー規制部材のうち少なくともいずれか一方との間に所定のバイアス電圧が印加される、請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記電極は、複数の磁極からなる永久磁石と、前記永久磁石が挿通される円筒スリーブとからなり、
前記円筒スリーブは、現像剤の搬送方向に回転可能に設けられ、
前記永久磁石は、前記円筒スリーブ上の前記補給ローラとの近接位置に現像剤の磁気ブラシの穂立ちが形成されるように磁極が配置され、
前記円筒スリーブと前記補給ローラとの間に所定のバイアス電圧が印加される、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記永久磁石は、前記円筒スリーブに現像剤を補給する補給位置および前記円筒スリーブから現像剤を剥離する剥離位置が複数の同一磁極に挟まれるように配置され、水平方向または垂直方向の磁力のうち少なくともいずれか一方の磁力が±５０ガウス以下となる磁場を形成する、請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記電極は、複数の磁極からなる永久磁石と、前記永久磁石が挿通される円筒スリーブとからなり、
前記円筒スリーブは、現像剤の搬送方向に回転可能に設けられ、
前記永久磁石は、前記円筒スリーブ上の前記補給ローラとの近接位置を挟んで現像剤の磁気ブラシの穂立ちが形成されるように磁極が配置され、
前記円筒スリーブと前記補給ローラとの間に所定のバイアス電圧が印加される、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記補給ローラと前記電極との間に印加されるバイアス電圧は、ＤＣ電圧、ＤＣ電圧とＡＣ電圧との重畳電圧、またはＤＣ電圧と矩形波との重畳電圧のうちいずれか１つである、請求項１〜８のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記補給ローラと前記電極との間に印加されるバイアス電圧を変更してトナー補給量を調整するトナー補給量調整部をさらに備える、請求項１〜９のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記補給ローラの回転数を変更してトナー補給量を調整するトナー補給量調整部をさらに備える、請求項１〜１０のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、より詳細には、二成分現像装置におけるトナー補給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置は、一様に帯電した感光体ドラムの外周面に静電潜像を形成し、静電潜像をトナーによって可視化することにより画像を形成する装置であって、高速に画像形成することができるため、デジタル方式のプリンタや複写機などに用いられている。このような画像形成装置において、高画質化、高速化の要求を満たすため、近年では、主に二成分磁気ブラシ現像方法が採用されている。
【０００３】
二成分現像方法では、磁性体であるキャリアと非磁性または弱磁性を有するトナーとからなる二成分現像剤が使用される。二成分現像剤は、現像ユニットの攪拌器によってキャリアとトナーとが均一となるように混合されるとともに、トナーが摩擦帯電するように攪拌搬送される。
【０００４】
従来の画像形成装置１の攪拌器は、図７に示すように、攪拌槽５内に例えばシャフトに攪拌翼が設けられた２つのスクリュー６、７を平行に配置して、これらのスクリュー６、７を回転させることによりスクリュー６、７間で現像剤を循環させるように構成される。このような攪拌器では、スクリュー６、７の回転によって現像剤がシャフトに設けられた攪拌翼上を流れることにより搬送される。搬送された現像剤は、現像ローラ３と対向する領域において現像ローラ３に付着する。
【０００５】
現像ローラ３は、内部に複数の固定した磁石を有しその周りに非磁性体のスリーブを有する。スリーブは、例えば反時計回りに回転している。磁力によりスリーブ上に付着した現像剤は、ドクターブレード４で現像剤の量を一定に調整された後、現像領域に搬送される。現像領域では、感光体１上に形成された静電潜像に現像剤中のトナーのみが現像される。現像領域を通過した現像剤は、スリーブにより搬送され分離領域でスリーブから離れる。これは、分離領域に同極の複数の極を有し磁力的に現像剤を分離させるためである。分離された現像剤は、スクリュー６で混合攪拌、搬送される。
【０００６】
画像形成装置１は、消費されたトナーを補給するため、あらかじめ印刷により利用されたトナー量をビットカウントなどを用いて計測して予測したり、トナー濃度センサを用いて現像領域を通過した位置でのトナー濃度を測定したりする。そして、画像形成装置は、予測や測定値に基づいて不足分のトナーをトナー供給装置からトナー補給口８を介して供給する。
【０００７】
近年のＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｒｉｎｔｅｒ）やプリンタはデジタル化が進み、レーザスキャナなＬＥＤヘッドなどのデジタル露光装置により画像を形成するようになってきている。このため、描画量をデジタル的に把握して計算することができるので、時間的なトナー消費量を予測することができる。しかし、実際のトナー消費量は、使用状況である環境や電子写真部材の使用状況によって変化する。また、トナー補給装置も機構部品のため補給量が変化する。このためトナー濃度センサ等によって補給するトナー量を確認する必要がある。トナー濃度センサは、透磁率センサを用いることができ、かかるセンサ近傍のキャリア濃度を測定する。このように、キャリア存在量を計測することによりトナー濃度を測定している。
【０００８】
トナー補給装置は、トナーを定量的に補給するため、スポンジや溝を切ったシャフトから構成される補給ローラの狭い隙間を通過させて補給する。補給される補給トナーは、二次粒子以上が凝集した状態で現像機内の現像剤へ投入される。これは、トナータンク内でトナー同士が摩擦されてそれぞれ逆極性に帯電したり、放置や圧力により凝縮されたりするためである。投入されたトナー粒子群は、現像剤のキャリア表面と接触し、帯電してキャリアの表面に付着する。この過程でトナーがひとつひとつ適正に帯電されて、キャリア表面に担持されていく。投入されたトナー粒子群は、この状態で初めて現像可能な状態となる。
【０００９】
近年では、装置の小型化により現像剤の量を少なくする傾向にある。特に、高画質化、低コスト化からトナーの高顔料添加化とキャリアの小粒径化により少ない現像剤量でも画像濃度維持が可能となっている。
【００１０】
【特許文献１】特表平０４−５０３２６８号公報
【特許文献２】特開平０５−５３４４５号公報
【特許文献３】特開平０４−１０１７７２号公報
【特許文献４】特開２００５−１８１６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、二成分現像装置では、消費されたトナー量を正確に計量してキャリア中に不足分のトナーを投入し、攪拌帯電、分散させる必要がある。このためには十分な攪拌時間が必要である。攪拌時間が短いとトナーは十分に帯電されず、キャリア表面に担持されない状態で現像領域に搬送されてしまう。そうすると、画像を形成しない部分にトナーが現像してしまういわゆる地かぶりが増加したり、画像汚染や装置内汚染が発生する。
【００１２】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、トナーの帯電不良を防止することが可能な、新規かつ改良された画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、回転可能に設けられる像担持体と、内部に複数の磁極からなるマグネットローラを有し、周面にキャリアとトナーとからなる現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する混合攪拌部と、混合攪拌部の現像剤にトナーを補給するトナー補給部と、を備える画像形成装置が提供される。トナー補給部は、補給するトナーをあらかじめ帯電する帯電部と、帯電部により帯電されたトナーを担持して混合攪拌部側へ当該トナーを搬送する補給ローラと、補給ローラと対向して非接触に設けられた電極と、を有する。補給ローラと電極との間には、現像剤が搬送される混合攪拌部の現像剤搬送経路の少なくとも一部が設けられ、補給ローラと電極との間には所定のバイアス電圧が印加される。
【００１４】
本発明によれば、混合攪拌部にトナーを補給する前に、トナー補給部は、あらかじめトナーを帯電部により帯電させる。これにより、あらかじめ帯電されたトナーが混合攪拌部に補給されるので、トナーの帯電不良を防止することができる。また、補給ローラと電極との間にバイアス電圧を印加することで、帯電したトナーを攪拌搬送部側へ移動させ易くする。
【００１５】
ここで、トナー補給部は、補給ローラと接触して回転し、補給されるトナーを摩擦帯電させながら補給ローラに供給する供給ローラと、補給ローラと供給ローラとの接触位置より補給ローラの回転方向下流側に補給ローラと接触して設けられるトナー層規制部材と、をさらに備えることができる。ここで、供給ローラおよびトナー規制部材は、補給ローラとともにトナーを帯電させる帯電部として機能する。
【００１６】
また、補給ローラと、供給ローラまたはトナー規制部材のうち少なくともいずれか一方との間には所定のバイアス電圧を印加してもよい。
【００１７】
さらに、トナー補給部は、補給されるトナーを帯電し、補給ローラへ搬送する帯電ローラと、帯電ローラと接触して回転し、補給されるトナーを摩擦帯電させながら帯電ローラに供給する供給ローラと、帯電ローラと供給ローラとの接触位置より帯電ローラの回転方向下流側に帯電ローラと接触して設けられるトナー層規制部材と、を備えるようにしてもよい。ここで、供給ローラおよびトナー規制部材は、帯電ローラとともにトナーを帯電させる帯電部として機能する。このとき、補給ローラと帯電ローラとは、接触または非接触に配置され、補給ローラと帯電ローラとの間に所定のバイアス電圧が印加される。
【００１８】
また、帯電ローラと、供給ローラまたはトナー規制部材のうち少なくともいずれか一方との間に所定のバイアス電圧を印加してもよい。
【００１９】
さらに、電極は、複数の磁極からなる永久磁石と、永久磁石が挿通される円筒スリーブとから構成することができる。円筒スリーブは、現像剤の搬送方向に回転可能に設けられ、永久磁石は、円筒スリーブ上の補給ローラとの近接位置に現像剤の磁気ブラシの穂立ちが形成されるように磁極が配置される。このとき、円筒スリーブと補給ローラとの間に所定のバイアス電圧を印加する。永久磁石は、円筒スリーブに現像剤を補給する補給位置および円筒スリーブから現像剤を剥離する剥離位置が複数の同一磁極に挟まれるように配置され、水平方向または垂直方向の磁力のうち少なくともいずれか一方の磁力が±５０ガウス以下となる磁場を形成するように構成してもよい。
【００２０】
また、電極は、複数の磁極からなる永久磁石と、永久磁石が挿通される円筒スリーブとから構成することができる。円筒スリーブは、現像剤の搬送方向に回転可能に設けられ、永久磁石は、円筒スリーブ上の補給ローラとの近接位置を挟んで現像剤の磁気ブラシの穂立ちが形成されるように磁極が配置される。このとき、円筒スリーブと補給ローラとの間に所定のバイアス電圧を印加する。
【００２１】
補給ローラと電極との間に印加されるバイアス電圧は、ＤＣ電圧、ＤＣ電圧とＡＣ電圧との重畳電圧、またはＤＣ電圧と矩形波との重畳電圧のうちいずれか１つとすることができる。
【００２２】
また、補給ローラと電極との間に印加されるバイアス電圧を変更してトナー補給量を調整するトナー補給量調整部をさらに備えるようにしてもよい。さらには、補給ローラの回転数を変更してトナー補給量を調整するトナー補給量調整部を備えることもできる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、トナーの帯電不良を防止することが可能な画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
（第１の実施形態）
まず、図１および図２に基づいて、本発明の第１の実施形態にかかる画像形成装置のトナー補給ユニットの構成について説明する。なお、図１は、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０の構成を平面から示す部分断面図である。図２は、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０の構成を側面から示す断面図である。なお、図１では、感光体ドラム１０および現像ローラ２０が収容される筐体の記載は省略した。
【００２６】
＜画像形成装置の構成＞
本実施形態にかかる画像形成装置１００は、図１に示すように、感光体ドラム１０と、現像ローラ２０と、攪拌ユニット３０と、トナー補給ユニット４０を備える。
【００２７】
感光体ドラム１０は、周面に画像が形成される静電潜像担持体であり、例えばＯＰＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ  ＰｈｏｔｏＣｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなる。感光体ドラム１０の周方向には、感光ドラム１０を帯電する帯電ユニット（図示せず。）、帯電された感光体ドラム１０の周面を露光して静電潜像を形成する露光ユニット（図示せず。）、現像剤を攪拌する攪拌ユニット３０、感光体ドラム１０上に形成された静電潜像を現像する現像ローラ２０、感光体ドラム１０の周面をクリーニングするクリーニングユニット（図示せず。）、そして感光体ドラム１０の電位をリセットする除電ランプ（図示せず。）が配置されている。
【００２８】
現像ローラ２０は、感光体ドラム１０上に形成された静電潜像に対してトナーを供給する現像剤担持体である。現像ローラ２０は、例えば、マグネットローラと、現像スリーブとからなる。マグネットローラは、複数の磁極を有しており、例えば感光体ドラム１０と対向する領域、すなわち感光ドラム１０に形成された静電潜像を現像する現像領域まで及び現像領域から攪拌ユニット３０と対向する位置までは、異なる磁極を交互に配置して設けることができる。これは、現像剤が現像スリーブの回転に伴い現像スリーブ上で磁気力により搬送するためである。また、現像領域では、現像剤の磁気ブラシの穂を起てて、感光体ドラム１０の静電潜像に接触または近接させるため、現像領域に極位置または極間を配置することもできる。一方、攪拌ユニット３０と対向する位置には、同極性の磁極を周方向に隣接するように配置する。この同極性の磁極により、極間では、当該現像スリーブの回転方向に対する接線方向および法線方向の磁力が小さくなる。このため、現像剤は、現像スリーブの回転に伴って上記位置で現像スリーブから剥離される。
【００２９】
現像スリーブは、非磁性の金属からなる筒状部材である。現像ローラ２０では現像スリーブのみが回転し、現像スリーブ内に配置されたマグネットローラは筐体５０に固定されている。また、現像ローラ２０には、現像バイアスを印加する現像バイアス印加部（図示せず。）が設けられている。
【００３０】
攪拌ユニット３０は、現像剤を構成する磁性体のキャリアと非磁性体または弱磁性体のトナーとを攪拌して、キャリアとトナーとを帯電させるユニットである。攪拌ユニット３０は、例えば図１および図２に示すように、第１の攪拌搬送部３１０と第２の攪拌搬送部３２０とからなる。
【００３１】
第１の攪拌搬送部３１０は、第１の支持軸３１２と、第１の攪拌翼３１４とからなる。第１の支持軸３１２は、筐体５０の内壁にベアリング３１６を介して回転可能に設けられる。第１の攪拌翼３１４は、第１の支持軸３１２の外周面に設けられ、第１の支持軸３１２の長手方向に配置された螺旋状の傾斜面からなる。同様に、第２の攪拌搬送部３２０は、第２の支持軸３２２と、第２の攪拌翼３２４とからなる。第２の支持軸３２２は、筐体５０の内壁にベアリング３２６を介して回転可能に設けられる。第２の攪拌翼３２４は、第２の支持軸３２２の外周面に設けられ、第２の支持軸３２２の長手方向に配置された螺旋状の傾斜面からなる。
【００３２】
第２の攪拌搬送部３２０によって攪拌しながら搬送された現像剤は、第１の攪拌搬送部３１０により攪拌、搬送されながら現像ローラ２０の周面に移行する。本実施形態では、キャリアは正に帯電し、トナーは負に帯電する。第２の攪拌搬送部３２０には、トナー濃度を検出するためのトナー濃度センサ（図示せず。）が設けられており、搬送路内のトナー濃度が低下するとトナー補給ユニット４０から搬送路内に現像剤が供給される。
【００３３】
トナー補給ユニット４０は、搬送経路内のトナー濃度が低下した場合等にトナーを搬送経路内に補給するユニットである。本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０は、トナーを帯電させた後、帯電されたトナーを搬送経路に供給する。なお、トナー補給ユニット４０の詳細な構成および機能については後述する。
【００３４】
このような画像形成装置１００は、まず、帯電ユニットより感光体ドラム１０の周面が帯電され、感光体ドラム１０の周面の電位が、例えば約−６００Ｖとなる。帯電ユニットとしては、例えば接触ローラ帯電ユニット、スコロトロン帯電ユニットなどを用いることができる。接触ローラ帯電ユニットは、金属シャフトに半導電性ゴムを表面に備えた帯電ローラにＤＣ、ＡＣ＋ＤＣ、矩形波＋ＤＣを印加した電圧を感光体ドラム１０に対して印加し接触近傍領域で微小放電させ帯電させる。ＤＣ電圧として、例えば−１２００Ｖの電圧を印加する。また、金属製シールドケースとして、にタングステンワイヤーを張りタングステンワイヤーにＤＣ高電圧（約−５〜６Ｋｖ）を印加し、タングステンワイヤーと感光体ドラム１０の間にグリッドを配置したものを用いることができる。
【００３５】
次いで、帯電した感光体ドラム１０の周面を露光ユニットにより露光して静電潜像を形成する。露光ユニットとしては、例えば、半導体レーザを用いたレーザースキャニングユニットまたは、ＬＥＤを用いたＬＥＤ  Ｈｅａｄを用いることができる。感光体ドラム１０の周面のうち露光された部分は電位が低くなり、例えば約−１００Ｖまで下がる。さらに、感光体ドラム１０に形成された静電潜像を現像領域にて現像する。このとき、現像ローラ２０には約−５００Ｖの現像バイアスが印加されており、感光体ドラム１０との電位差によって負に帯電したトナーが現像ローラ２０から感光体ドラム１０の露光された部分に移行することによりトナー像が形成される。
【００３６】
トナー像が形成されると、感光体ドラム１０を回転させて、トナー像を転写ローラ（図示せず。）と感光体ドラム１０とが対向する領域に搬送する。転写ローラには転写バイアスが印加されており、転写ローラと感光体ドラム１０との電位差によってトナー像が転写ベルトに転写される。その後、感光体ドラム１０に残像した現像剤がクリーニングユニットによって回収されて、除電ランプにより感光体ドラム１０の電位がリセットされる。
【００３７】
以上、本実施形態にかかる画像形成装置１００の全体構成について説明した。本実施形態にかかる画像形成装置１００は、現像剤を帯電された状態で現像領域に搬送するため、トナー補給ユニット４０からトナーを補給する際にトナーをあらかじめ帯電させておく。これにより、トナーの帯電不良を防止することができる。以下、図１〜図５に基づいて、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０の構成および機能について詳細に説明する。なお、図３は、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０の原理を説明する説明図である。図４は、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０のバイアス電圧の印加例を示す説明図である。図５は、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０における現像剤の流れを示す説明図である。
【００３８】
＜トナー補給ユニットの構成＞
まず、図１および図２に基づいて、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０の構成について詳細に説明する。本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０は、図１および図２に示すように、中継トナータンク部４１０と、供給ローラ４２０と、補給ローラ４３０と、磁気ブラシローラ４４０、層規制部材４５０とから構成される。
【００３９】
中継トナータンク部４１０は、主トナータンク（図示せず。）から供給されるトナーを供給ローラ４２０へ搬送する部材である。中継トナータンク部４１０は、回転軸の周囲に攪拌翼が設けられたトナー補給フィンにより構成することができる。
【００４０】
供給ローラ４２０は、トナーを補給ローラ４３０へ供給する部材である。供給ローラ４２０は、例えば表面にウレタンやシリコンの発泡スポンジ層を有して構成される。供給ローラ４２０は、補給ローラ４３０に圧接して配置され、補給ローラ４３０との接圧部にてトナーを摩擦帯電しトナーを供給する。また、補給ローラ４３０上に残留するトナーを除去する。
【００４１】
補給ローラ４３０は、摩擦帯電されたトナーを磁気ブラシローラ４４０側へ搬送する部材である。補給ローラ４３０は、弾性を有する部材を用いてもよい。また、補給ローラ４３０には、例えば、サンドブラストを施した金属シャフトやパイプを用いてもよい。さらに、補給ローラ４３０は、表面に樹脂コート層を塗布したものを用いてもよい。この場合、樹脂コート層に導電剤であるカーボンや表面粗さを制御するために、無機および／または有機フィラーや帯電制御剤を添加してもよい。各材料の具体例としては、樹脂コート剤としてウレタン樹脂やアクリル樹脂、カーボンとしてケッチンブラック、フィラーとしてチタン酸ストロンチウム粉末、酸化チタン、シリカやＰＭＭＡ等がある。補給ローラ４３０は、上述したように供給ローラ４２０が圧接されており、供給ローラ４２０との圧接部分にて帯電されたトナーを周上に担持して搬送する。また、補給ローラ４３０の周上には、後述する層規制部材４５０が配置されている。そして、補給ローラ４３０は、担持して搬送するトナーを供給する磁気ブラシローラ４４０と対向して配置される。
【００４２】
磁気ブラシローラ４４０は、トナー濃度が低下したトナー搬送経路内の現像剤をトナー補給ユニット４０内に導き補給ローラ４３０上の帯電したトナーを前記現像剤の中に補給するため、補給ローラ４３０と対向配置される。また、磁気ブラシローラ４４０は、トナーが補給された現像剤をトナー搬送経路に戻すため、第１の攪拌搬送部３１０と対向して設けられる。磁気ブラシローラ４４０は、複数の磁極からなる永久磁石４４２と、永久磁石４４２が挿通された筒状のスリーブ４４４とからなる。
【００４３】
永久磁石４４２は、現像剤をスリーブ４４４上に保持するため磁極Ｓ３を有する。磁極Ｓ３と磁極Ｎ１間には、現像剤の量を規制する穂切りブレード４４８が設けられる。また、永久磁石４４２の補給ローラ４３０と対向する位置には、現像剤の穂を立たせて接触させるためにＮ１極が配置される。さらに磁極Ｓ１〜Ｓ２まで搬送極が配置される。永久磁石４４２のＳ２極およびＳ３極は、攪拌搬送部３１０付近に配置され、トナー補給された現像剤をスリーブ４４４上から攪拌搬送部３１０に戻す。
【００４４】
層規制部材４５０は、補給ローラ４３０上のトナーの層規制を行うとともに、トナーを帯電させる部材である。層規制部材４５０は、弾性材からなり、例えば、弾性を有する金属製のブレードやウレタンゴム、弾性ブレードの表面にウレタン等の弾性を有する樹脂、ゴムを塗布したものなどからなる。層規制部材４５０は、図２に示すように、供給ローラ４２０を基準として補給ローラ４３０の回転方向下流側に、補給ローラ４３０の周面に接触して設けられる。層規制部材４５０は、供給ローラ４２０との圧接部分にて帯電されて補給ローラ４３０の周面上に担持されたトナーを、数層が積層された状態となるように規制する。
【００４５】
以上、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０の構成について説明した。かかるトナー補給ユニット４０は、上述したように、あらかじめ帯電されたトナーを搬送経路に補給することにより、トナーの帯電不良を防止するものである。次に、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０の動作について説明する。
【００４６】
＜トナー補給ユニットの原理＞
まず、図３に基づいて、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０の動作原理について説明する。上述したように、補給ローラ４３０は、供給ローラ４２０との圧接部分において帯電された後、層規制部材４５０によって数層に層規制されたトナーＴを担持して、補給ローラ４３０の回転方向に搬送する。このとき、補給ローラ４３０に担持されるトナーＴが負の電荷を帯びているとすると、トナーＴは、正の電荷を帯びるキャリアＣに付着する。したがって、補給ローラ４３０が現像剤の流れと対向する領域では、補給ローラ４３０上のトナーＴは流れる現像剤のキャリアＣに付着する。
【００４７】
このとき、トナーＴをよりキャリアＣに付着させるために、図３に示すように、現像剤の流れを挟んで補給ローラ４３０と対向する位置に電極４４５を設けて、補給ローラ４３０と電極４４５との間に高電圧源（ＨＶＰＳ；Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）５００を用いてバイアス電圧を印加する。電極４４５側に補給ローラ４３０よりプラスの電圧を印加することにより電極４４５と補給ローラ４３０との間に電位差が生じ、電位の高い電極４４５側へ向かってトナーＴが移動するようになる。
【００４８】
補給ローラ４３０から電極４４５へ移動するトナーＴは、補給ローラ４３０に担持されていた状態と比較して、補給ローラ４３０と電極４４５との間に流れる現像剤のキャリアＣに接触または接近し易くなる。したがって、補給ローラ４３０上の帯電したトナーＴを効率的にキャリアＣに付着させることができる。
【００４９】
このような原理に基づいて、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０は、あらかじめ帯電したトナーを効率的に搬送経路に供給する。次に、図４および図５に基づいて、本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０の動作について説明する。
【００５０】
＜トナー補給ユニットの動作＞
本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０では、図４に示すように、供給ローラ４２０にＶ１、補給ローラ４３０にＶ２、磁気ブラシローラ４４０にＶ４のバイアス電圧が印加される。トナータンク（図示せず。）から供給されたトナーは中継トナータンク部４１０により攪拌・搬送されて供給ローラ４２０側へ搬送される。供給ローラ４２０側へ搬送されたトナーは、供給ローラ４２０と補給ローラ４３０との圧接部分にて負に帯電される。このとき、補給ローラ４３０に印加される電圧Ｖ２に供給ローラ４２０に印加される電圧Ｖ１よりも高い電圧を印加することにより、トナーは補給ローラ４３０側に付着しやすくなる。
【００５１】
帯電して補給ローラ４３０に担持されたトナーは、補給ローラ４３０の回転によって、層規制部材４５０により層規制された後、磁気ブラシローラ４４０と対向する領域に搬送される。磁気ブラシローラ４４０の表面には、正の電荷を帯びるキャリアが連結した磁気ブラシが形成されている。磁気ブラシローラ４４０の磁気ブラシは、補給ローラ４３０の周面と接触または近接している。したがって、補給ローラ４３０に担持されているトナーは、磁気ブラシと接触または近接することにより、磁気ブラシに向かって移動する。このとき、補給ローラ４３０に印加される電圧Ｖ２よりも磁気ブラシローラ４４０のスリーブ４４４に印加される電圧Ｖ４をプラスの電圧とすることにより、トナーは磁気ブラシに付着し易くなる。
【００５２】
トナーが補給された現像剤は、スリーブ４４４の回転により、第１の攪拌搬送部３１０と対向する領域に搬送される。そして、スリーブ４４４と第１の攪拌搬送部３１０と対向する領域にて、トナーが補給された現像剤が永久磁石４４２の磁極配置によりスリーブ４４４の表面から放出され搬送経路に戻る。
【００５３】
このようなトナー補給ユニット４０の動作により、画像形成装置１００内を流れる現像剤は、図５に示すように、現像領域を通過した後、第１の攪拌搬送部３１０の進行方向下流側からトナー補給ユニット４０へ搬送される。そして、現像剤の一部は、磁気ブラシローラ４４０を構成して帯電されたトナーが補給された後、第１の攪拌搬送部３１０へ戻される。これらの現像剤は、第１の攪拌搬送部３１０と第２の攪拌搬送部３２０との連結部を通過して、第２の攪拌搬送部３２０で攪拌された後、現像領域に搬送される。
【００５４】
このように、トナー補給ユニット４０によりあらかじめ帯電された状態でトナーを搬送経路に補給することにより、トナーの帯電不良を防止することができ、現像剤のトナー濃度を適切に維持することができる。また、攪拌ユニット３０の攪拌時間が短い場合や攪拌能力が低い場合にも、トナー補給ユニット４０から攪拌ユニット３０に補給されたトナーが帯電しているので、効率的にトナーをキャリアに付着させることができる。さらに、攪拌時間を短縮できることでキャリアの長寿命化を実現することができ、攪拌ユニットの構成の単純化やトルクの低減を図ることも可能となる。
【００５５】
ここで、補給ローラ４３０と磁気ブラシローラ４４０との間に印加されるバイアス電圧は、ＤＣ電圧、ＤＣ電圧とＡＣ電圧との重畳電圧、またはＤＣ電圧と矩形波との重畳電圧のうちいずれか１つとすることができる。
【００５６】
また、補給ローラ４３０と磁気ブラシローラ４４０との間に印加されるバイアス電圧を変更してトナー補給量を調整するトナー補給量調整部をさらに備えるようにしてもよい。トナー補給調整部は、さらに、補給ローラの回転数を変更してトナー補給量を調整するように構成することもできる。現像剤中のトナー量は、消費された画像により現像剤の場所によって大きく異なる。広範囲なソリッドを印刷した部分は大量にトナーを補給する必要があるが、全く印刷しない部分ではトナーを補給する必要はない。補給ローラ４３０上のトナーを安定的に帯電、数層に形成するためには、一定速度以上にトナー補給ユニット４０を駆動する必要がある。しかし、上記のように現像剤にトナーを補給する場合と補給しない場合が存在する。本実施形態によれば、トナー補給量を調整できるため、より細かく現像剤中のトナー濃度を安定に制御することが可能となる。
【００５７】
以上、本発明の第１の実施形態にかかる画像形成装置１００について説明した。本実施形態にかかるトナー補給ユニット４０は、あらかじめ帯電された状態でトナーを搬送経路に補給する。これにより、トナーの帯電不良を防止することができ、現像剤のトナー濃度を適切に維持することができる。
【００５８】
（第２の実施形態）
次に、図６に基づいて、本発明の第２の実施形態にかかるトナー補給ユニット６０の構成とその動作について説明する。本実施形態にかかるトナー補給ユニット６０は、第１の実施形態にかかる画像形成装置１００に対してトナー補給ユニット４０の代替として設けることができる。本実施形態にかかるトナー補給ユニット６０は、第１の実施形態にかかるトナー補給ユニット４０と比較して、補給ローラ４３０を帯電ローラ６３０と補給ローラ６６０との２つの部材から構成される点で相違する。以下、本実施形態にかかるトナー補給ユニット６０の構成および動作について説明する。この際、第１の実施形態と同一の構成および動作についての詳細な説明は省略する。なお、図６は、本発明の第２の実施形態にかかるトナー補給ユニット６０のバイアス電圧の印加例を示す説明図である。
【００５９】
＜トナー補給ユニットの構成＞
まず、図６に基づいて、本実施形態にかかるトナー補給ユニット６０の構成について詳細に説明する。本実施形態にかかるトナー補給ユニット６０は、図６に示すように、中継トナータンク部６１０と、供給ローラ６２０と、帯電ローラ６３０と、磁気ブラシローラ６４０、層規制部材６５０と、補給ローラ６６０とから構成される。
【００６０】
中継トナータンク部６１０は、トナータンク（図示せず。）から供給されるトナーを攪拌しながら供給ローラ６２０へ搬送する部材である。中継トナータンク部６１０は、第１の実施形態と同様に、例えば回転軸の周囲に攪拌翼を設けたトナー補給フィンにより構成することができる。
【００６１】
供給ローラ６２０は、トナーを帯電ローラ６３０へ供給する部材である。供給ローラ６２０は、例えば表面にウレタンやシリコンの発泡スポンジ層を有して構成される。供給ローラ６２０は、帯電ローラ６３０に圧接して配置され、帯電ローラ６３０との圧接部分にてトナーを摩擦帯電しトナーを供給する。また、帯電ローラ６３０上に残留するトナーを除去する。
【００６２】
帯電ローラ６３０は、摩擦帯電されたトナーを補給ローラ６６０側へ搬送する部材である。帯電ローラ６３０の少なくとも外周は弾性を有する部材から形成されている。帯電ローラ６３０は、上述したように供給ローラ６２０が圧接されており、供給ローラ６２０との圧接部分にて帯電されたトナーを周上に担持して搬送する。また、帯電ローラ６３０の周上には、後述する層規制部材６５０が配置されている。そして、帯電ローラ６３０は、担持して搬送するトナーを供給する補給ローラ６６０と対向して配置される。
【００６３】
磁気ブラシローラ６４０は、トナー濃度が低下したトナー搬送経路内の現像剤をトナー補給ユニット６０内に導き補給ローラ６６０上の帯電したトナーを前記現像剤の中に補給するため、補給ローラ６３０と対向配置される。また、磁気ブラシローラ６４０は、トナーが補給された現像剤をトナー搬送経路に戻すため、第１の攪拌搬送部３１０と対向して設けられる。磁気ブラシローラ６４０は、第１の実施形態と同様に、複数の磁極からなる永久磁石と、永久磁石が挿通された筒状のスリーブとからなる。磁気ブラシローラ６４０の構成は第１の実施形態の磁気ブラシローラ４４０と同一に構成することができる。
【００６４】
層規制部材６５０は、帯電ローラ６３０上のトナーの層規制を行うとともに、トナーを帯電させる部材である。層規制部材６５０は、弾性材からなり、例えば、弾性を有する金属製のブレードやウレタンゴム、弾性ブレードの表面にウレタン等の弾性を有する樹脂、ゴムを塗布したものなどからなる。層規制部材６５０は、図６に示すように、供給ローラ６２０を基準として帯電ローラ６３０の回転方向下流側に、帯電ローラ６３０の周面に接触して設けられる。層規制部材６５０は、供給ローラ６２０との圧接部分にて帯電されて帯電ローラ６３０の周面上に担持されたトナーを、数層が積層された状態となるように規制する。
【００６５】
補給ローラ６６０は、帯電ローラ６３０にて帯電されたトナーを受け取り、磁気ブラシローラ６４０へ供給する部材である。補給ローラ６６０には、弾性を有する部材を用いてもよい。また、補給ローラ６６０には、例えば、サンドブラストを施した金属シャフトやパイプを用いてもよい。さらに、補給ローラ６６０は、表面に樹脂コート層を塗布したものを用いてもよい。この場合、樹脂コート層に導電剤であるカーボンや表面粗さを制御するために、無機および／または有機フィラーや帯電制御剤を添加してもよい。各材料の具体例としては、樹脂コート剤としてウレタン樹脂やアクリル樹脂、カーボンとしてケッチンブラック、フィラーとしてチタン酸ストロンチウム粉末、酸化チタン、シリカやＰＭＭＡ等がある。このような補給ローラ６６０を設けることにより、弾性を有する帯電ローラ６３０の表面が磁気ブラシローラ６４０の磁気ブラシによって削られることを防止できる。補給ローラ６６０は、帯電ローラ６３０に圧接して設けられるとともに、帯電ローラ６３０を基準として補給ローラ６６０の回転方向下流側に磁気ブラシローラ６４０と対向するように設けられる。
【００６６】
＜トナー補給ユニットの動作＞
このようなトナー補給ユニット６０では、図６に示すように、供給ローラ６２０にＶ１、帯電ローラ６３０にＶ２、補給ローラ６６０にＶ３、磁気ブラシローラ６４０にＶ４のバイアス電圧が印加される。主トナータンク（図示せず。）から供給されたトナーは中継トナータンク部６１０により攪拌・搬送されて供給ローラ６２０側へ搬送される。供給ローラ６２０側へ搬送されたトナーは、供給ローラ６２０と帯電ローラ６３０との圧接部分にて負に帯電される。このとき、帯電ローラ６３０に印加される電圧Ｖ２に供給ローラ６２０に印加される電圧Ｖ１よりプラスの電圧を印加することにより、トナーは帯電ローラ６３０側に付着しやすくなる。
【００６７】
帯電して帯電ローラ６３０に担持されたトナーは、帯電ローラ６３０の回転によって、層規制部材６５０により層規制された後、補給ローラ６６０との圧接部分に搬送される。ここで、補給ローラ６６０に印加される電圧Ｖ３を帯電ローラ６３０に印加される電圧Ｖ２よりもプラスの電圧とすることにより、負に帯電されたトナーを補給ローラ６６０側へ容易に移動させることができる。補給ローラ６６０に担持されたトナーは、補給ローラ６６０の回転により磁気ブラシローラ６４０と対向する領域に搬送される。
【００６８】
磁気ブラシローラ６４０の表面には、正の電荷を帯びるキャリアが連結した磁気ブラシが形成されている。磁気ブラシローラ６４０の磁気ブラシは、補給ローラ６６０の周面と接触または近接している。したがって、補給ローラ６６０に担持されているトナーは、磁気ブラシと接触または近接することにより、磁気ブラシに向かって移動する。このとき、補給ローラ６６０に印加される電圧Ｖ３よりも磁気ブラシローラ６４０のスリーブに印加される電圧Ｖ４をプラスの電圧とすることにより、トナーは磁気ブラシに付着し易くなる。
【００６９】
トナーが補給された現像剤は、スリーブの回転により、第１の攪拌搬送部３１０と対向する領域に搬送される。そして、スリーブと第１の攪拌搬送部３１０と対向する領域にて、トナーが補給された現像剤が永久磁石の磁極配置によりスリーブの表面から放出され搬送経路に戻る。
【００７０】
このようなトナー補給ユニット６０の動作により、画像形成装置１００内を流れる現像剤は、現像領域を通過した後、第１の攪拌搬送部３１０の進行方向下流側からトナー補給ユニット６０へ搬送される。そして、現像剤の一部は、磁気ブラシローラ６４０を構成して帯電されたトナーが補給された後、第１の攪拌搬送部３１０へ戻される。これらの現像剤は、第１の攪拌搬送部３１０と第２の攪拌搬送部３２０との連結部を通過して、第２の攪拌搬送部３２０で攪拌された後、現像領域に搬送される。
【００７１】
このように、トナー補給ユニット６０によりあらかじめ帯電された状態でトナーを搬送経路に補給することにより、トナーの帯電不良を防止することができ、現像剤のトナー濃度を適切に維持することができる。また、攪拌ユニット３０の攪拌時間が短い場合や攪拌能力が低い場合にも、トナー補給ユニット４０から攪拌ユニット３０に補給されたトナーが帯電しているので、効率的にトナーをキャリアに付着させることができる。さらに、攪拌時間を短縮できることでキャリアの長寿命化を実現することができ、攪拌ユニットの構成の単純化やトルクの低減を図ることも可能となる。また、本実施形態のように、帯電ローラ６３０と磁気ブラシローラ６４０との間に補給ローラ６６０を設けることにより、磁気ブラシによる帯電ローラ６３０の劣化を防止することができる。
【００７２】
以上、本発明の第２の実施形態にかかる画像形成装置１００について説明した。本実施形態にかかるトナー補給ユニット６０は、あらかじめ帯電された状態でトナーを搬送経路に補給する。これにより、トナーの帯電不良を防止することができ、現像剤のトナー濃度を適切に維持することができる。
【００７３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７４】
例えば、上記実施形態では、現像ローラと磁気ブラシローラとは別部材としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、現像ローラと磁気ブラシローラとを同一部材から構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるトナー補給装置の構成を平面から示す部分断面図である。
【図２】本実施形態にかかるトナー補給装置の構成を側面から示す断面図である。
【図３】同実施形態にかかるトナー補給ユニットの原理を説明する説明図である。
【図４】同実施形態にかかるトナー補給ユニットのバイアス電圧の印加例を示す説明図である。
【図５】同実施形態にかかるトナー補給ユニットにおける現像剤の流れを示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかるトナー補給ユニットのバイアス電圧の印加例を示す説明図である。
【図７】従来の画像形成装置の構成を平面および側面から示す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０            感光体ドラム
２０            現像ローラ
３０            攪拌ユニット
４０、６０      トナー補給ユニット
５０            筐体
１００          画像形成装置
４１０、６１０  中継トナータンク部
４２０、６２０  供給ローラ
４３０、６６０  補給ローラ
４４０、６４０  磁気ブラシローラ
４５０、６５０  層規制部材
６３０          帯電ローラ
【図１】
2010128025.tif 000003
【図２】
2010128025.tif 000004
【図３】
2010128025.tif 000005
【図４】
2010128025.tif 000006
【図５】
2010128025.tif 000007
【図６】
2010128025.tif 000008
【図７】
2010128025.tif 000009