(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性キャリア粒子とこの磁性キャリア粒子に静電的に吸着されるトナ−とを含む現像剤を用い、像担持体上に形成された静電潜像に前記トナ−を選択的に転移させて該静電潜像を可視化する現像装置において、
回転方向に複数の磁極が配置されて水平な回転軸のまわりに回転することにより交番磁界を発生させる交番磁界発生手段を備え、表面に現像剤を担持して搬送する、表面がロール状の現像剤搬送体と、
前記現像剤搬送体の、該現像剤搬送体により現像剤が下向きに搬送される部分に隣接した位置に、現像剤の一部を溜めて形成した現像剤溜り部と、
補給トナーを貯えて、該補給トナーを、前記現像剤溜り部を挟んだ、前記現像剤搬送体に対向した側から該現像剤溜り部に補給するトナー貯蔵部と、
下端が前記現像剤溜り部に位置するように立設され、前記トナー貯蔵部の補給トナーと前記現像剤溜り部の現像剤との接触を制限する仕切り板とを備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記仕切り板は、少なくとも下端部に磁性材料を含む部分を備えたものであることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記トナー貯蔵部が、前記現像剤溜り部の隣接部分に、該現像剤溜り部に向って補給トナーを滑落させるとともに、前記現像剤溜り部に供給された補給トナーの嵩が増加するに従って該補給トナーを前記交番磁界発生手段から離すための斜面を有するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
【請求項４】
前記現像剤搬送体が、円筒スリーブと、該円筒スリーブ内で回転する固定磁石とを有するものであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像剤搬送体が、表面に円周方向全周にわたって複数の磁極が形成された回転ロールであることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性キャリアとこの磁性キャリアに静電的に吸着されるトナ−とを含む現像剤を用い、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを選択的に転移させてその静電潜像を可視化する現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、トナ−および磁性キャリアからなる二成分現像剤を像担持体に供給してその像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置に関して、装置の小型化、低コスト化を図るために、トナ−濃度センサなどを有する複雑なトナ−濃度制御機構を設けずにトナ−濃度を制御する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特開昭６３−４２７８号公報には、現像剤搬送方向に対して、トナ−供給口より下流側で現像剤層厚規制部材の上流側に現像剤遮蔽部材を設け、現像剤層厚規制部材で規制されて溢れた現像剤を現像剤遮蔽部材で遮蔽することにより現像剤の体積を変化させ、この体積変化した現像剤でトナー供給口を覆うことによりトナーの取り込み量を制御してトナー濃度を安定して維持する技術が提案されている。
【０００４】
また、特開平８−１８５０５１号公報には、所定量の現像剤を滞留する現像剤滞留部を設け、その現像剤滞留部の、嵩変化する現像剤で、トナ−供給口を塞ぐことによりトナーの取り込みを調整して、トナー濃度を制御する技術が提案されている。
【０００５】
さらに、特開平９−３１１５５１号公報には、現像剤層厚規制部材で溢れてＵタ−ンする現像剤にトナ−を接触させ、重力を利用して一緒に搬送することで現像剤室にトナーを取り込み、その現像剤室の現像剤の体積変化に応じた濃度のトナ−を現像ロールに供給する技術が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６３−４２７８号公報に提案された技術では、取り込まれたトナ−は現像剤層厚規制部材手前までほとんど攪拌されずに搬送され、その現像剤層厚規制部材を通過する際に、強い圧力で攪拌、帯電が行なわれるため、トナーの均一な分散や適切な帯電が得られなかったり、現像剤がすぐに劣化してしまい、かぶりや濃度ムラ、トナ−汚れが発生するという問題がある。
【０００７】
また、特開平８−１８５０５１号公報に提案された技術では、嵩の増加により現像剤滞留部の入口は塞がれるものの、移動する磁気ブラシがトナ−と接触しているため、トナ−は現像剤層の移動と共に搬送される。従って、トナ−の取り込みは完全には停止せず、トナ−の消費がほとんど行なわれない画像が連続した場合にはトナ−濃度が高くなってかぶりが発生するという問題がある。
【０００８】
さらに、特開平９−３１１５５１号公報に提案された技術では、現像剤層厚規制部材で現像領域に進むことを阻止され押し戻されてＵタ−ンした現像剤にトナ−が補給される。Ｕタ−ンした現像剤の固まりは、地表プレ−トが移動するがごとくゆっくりと全体で移動するため、現像剤に乗って一緒に運ばれて取り込まれるトナ−は非常にゆっくりと取り込まれ、また搬送中はほとんど攪拌されることはなく、従ってトナ−が現像剤の隙間に固まりで入り込んだままの状態で搬送される。ようやく、現像ロ−ル表面の磁気ブラシに接触すると、トナ−の固まりを抱き込んだ状態で現像ロールを構成するスリ−ブ上を搬送されるが、磁気ブラシの上層部にはＵタ−ンした現像剤が乗っているため、下層部の現像剤は十分に攪拌されずに搬送される。そのため、スリ−ブ上のトナ−の減少に対して、レスポンスが遅く、濃度が回復するまでには時間がかかるという問題がある。さらに、磁性キャリアとの混合攪拌および帯電も不十分なため、濃度低下やかぶり、あるいはトナ−の固まりが直接現像されてしまうというような画像欠陥が発生する。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、複雑なトナー制御機構を用いることなく簡素な構成でトナー濃度を制御することができ、常に安定した画像濃度が得られる現像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の現像装置は、磁性キャリア粒子とこの磁性キャリア粒子に静電的に吸着されるトナ−とを含む現像剤を用い、像担持体上に形成された静電潜像に上記トナ−を選択的に転移させてその静電潜像を可視化する現像装置において、
回転方向に複数の磁極が配置されて水平な回転軸のまわりに回転することにより交番磁界を発生させる交番磁界発生手段を備え、表面に現像剤を担持して搬送する、表面がロール状の現像剤搬送体と、
上記現像剤搬送体の、その現像剤搬送体により現像剤が下向きに搬送される部分に隣接した位置に、現像剤の一部を溜めて形成した現像剤溜り部と、
補給トナーを貯えて、その補給トナーを、上記現像剤溜り部を挟んだ、上記現像剤搬送体に対向した側からその現像剤溜り部に補給するトナー貯蔵部と、
下端が上記現像剤溜り部に位置するように立設され、上記トナー貯蔵部の補給トナーと上記現像剤溜り部の現像剤との接触を制限する仕切り板とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記仕切り板が、少なくとも下端部に磁性材料を含む部分を備えたものであることが好ましい。
【００１３】
さらに、上記トナー貯蔵部が、上記現像剤溜り部の隣接部分に、その現像剤溜り部に向って補給トナーを滑落させるとともに、上記現像剤溜り部に供給された補給トナーの嵩が増加するに従ってその補給トナーを上記交番磁界発生手段から離すための斜面を有するものであることも好ましい形態である。
【００１４】
また、上記現像剤搬送体が、円筒スリーブと、その円筒スリーブ内で回転する固定磁石とを有するものであってもよい。
【００１５】
さらに、上記現像剤搬送体が、表面に円周方向全周にわたって複数の磁極が形成された回転ロールであってもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１実施形態の現像装置を用いた画像形成装置の概略構成図である。
【００１８】
図１に示す画像形成装置には、像担持体としての感光体ドラム１が備えられている。この感光体ドラム１は、導電性材料からなる円筒部材１ａと、その円筒部材１ａの表面に形成された薄層の感光体層１ｂから構成されている。感光体層１ｂとしては、例えば負帯電の有機感光体が用いられる。この感光体ドラム１は、図示しない駆動手段によって矢印Ａ方向に回転駆動される。
【００１９】
また感光体ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って、帯電器２と、露光手段３と、感光体ドラム１に対向して配置された円筒部材からなる現像ロ−ル２１を有する現像装置４と、転写前コロトロン５と、転写コロトロン６と、剥離コロトロン７と、クリ−ナ８と、光除電器９とが備えられている。現像装置４は、本発明の第１実施形態の現像装置であり、詳細は後述する。
【００２０】
このように構成された画像記録装置において、感光体ドラム１が矢印Ａ方向に回転駆動され、帯電器２によって感光体ドラム１の表面が所定の電圧に一様に帯電される。次いで、感光体ドラム１の表面に、露光手段３により画像に対応した露光が行なわれて静電潜像が形成される。感光体ドラム１の表面に形成された静電潜像は、現像装置４によってトナ−が現像され、顕像化される。その際、現像ロ−ル２１には、図示しない現像バイアス用の電源によって現像バイアスが印加される。
【００２１】
感光体ドラム１上に形成されたトナ−像は、必要に応じて転写前コロトロン５によって帯電を受け、次いで転写コロトロン６の帯電によって記録用紙１０上に転写される。さらに、この記録用紙１０は、剥離コロトロン７の帯電によって感光体ドラム１の表面から剥離される。次いで、この記録用紙１０は、図示しない定着器へと搬送され、記録用紙１０上にトナ−像が定着されて画像形成が終了する。
【００２２】
一方、トナ−像の転写および記録用紙１０の剥離工程が終了した感光体ドラム１の表面は、クリ−ナ８によって残留トナ−が清掃され、さらに光除電器９による露光を受けて残留電荷が除電され、次の画像形成工程に備えられる。
【００２３】
尚、露光手段３としては、画像情報に応じた露光が可能なものであれば任意の露光手段を使用することができ、例えばレ−ザ−書き込み装置、ＬＥＤアレイ、一様光源と液晶マイクロシャッタ−からなる液晶ライトバルブ等任意のものを目的に応じて使用することができる。また、この露光手段３は、画像部露光を行なうものであっても、非画像部(背景部)露光を行なうものでもあっても良く、必要に応じて適宜選択することができる。
【００２４】
次に、図１に示す画像形成装置を構成する本発明の第1実施形態の現像装置４について、図２を参照して説明する。
【００２５】
図２は、本発明の第１実施形態の現像装置の概略構成図である。
【００２６】
この現像装置４には、磁性キャリア粒子とこの磁性キャリア粒子に静電適に吸着されるトナーとを含む現像剤３６を収容するハウジング２０が備えられている。このハウジング２０内には、周面に現像剤３６を担持して感光体ドラム１との対向領域に搬送する現像ロ−ル２１と、その現像ロ−ル２１に近接して対向配置され現像領域を通過した現像剤３６を現像ロ−ル２１から回収する現像剤回収ロ−ル２２が備えられている。またハウジング２０内には、現像ロ−ル２１と所定間隔をおいて対向配置され、表面に現像剤３６を担持して現像ロ−ル２１と対向する位置に搬送する、表面がロ−ル状の層形成ロ−ル２３（本発明にいう現像剤搬送体の一例）が備えられている。さらにハウジング２０内には、層形成ロ−ル２３の、その層形成ロ−ル２３により現像剤３６が下向きに搬送される部分に隣接した位置に、現像剤３６の一部を溜めて形成した現像剤溜り部１００が備えられている。またハウジング２０内には、補給トナー３５を貯えて、その補給トナー３５を、現像剤溜り部１００を挟んだ、層形成ロ−ル２３に対向した側からその現像剤溜り部１００に補給するトナー貯蔵部３４も備えられている。このトナー貯蔵部３４は、現像剤溜り部１００の隣接部分に、その現像剤溜り部１００に向って補給トナー３５を滑落させるとともに、この現像剤溜り部１００に供給された補給トナーの嵩が増加するに従ってその補給トナーを、後述する磁界発生部材２３ｂから離すための斜面である現像剤溜り形成部材３２を有する。またこのトナー貯蔵部３４には、そのトナー貯蔵部３４の補給トナー３５を、現像剤溜り形成部材３２を介して現像剤溜り部１００に接触するように導くトナー搬送部材３３が備えられている。
【００２７】
またこの現像装置４には、下端が現像剤溜り部１００に位置するように立設され、トナー貯蔵部３４の補給トナー３５と現像剤溜り部１００の現像剤３６との接触を制限する仕切り板３１が備えられている。
【００２８】
図３は、図２に示す現像ロール周面の部分拡大断面図である。
【００２９】
現像ロ−ル２１は、図３に示すように、導電性基体２１ａと、その導電性基体２１ａ上に積層された磁気記録層２１ｂから構成されている。導電性基体２１ａには、図示しない現像バイアス電源により、現像バイアス電圧が印加される。また、磁気記録層２１ｂには、現像ロ−ル２１の全周にわたって磁性キャリアが一層程度しか保持できない微少ピッチでＳ極とＮ極とが交互に着磁されている。
【００３０】
磁気記録層２１ｂには、磁性材料としてγ−Ｆｅ2Ｏ3が、また結着樹脂としてポリウレタンが使用されており、この磁気記録層２１ｂの層厚は５０μｍである。
【００３１】
図４は、現像ロ−ルを構成する磁気記録層の着磁方法の一例を示す図である。
【００３２】
現像ロ−ル２１を構成する磁気記録層２１ｂの着磁は、図４に示すように、現像ロ−ル２１の周面に近接して配置された磁気記録用ヘッド２４によって行なわれる。
【００３３】
この磁気記録用ヘッド２４は、軟磁性材料からなる、両端部が所定の間隔を置いて並列配置された形状のコア部材２５と、このコア部材２５に巻回されたコイル２６とを有し、上記コア部材２５の両端部が現像ロ−ル２１の周面に近接するように配置される。コイル２６には、図示しない磁化信号発生装置を介して電源から磁化電流が供給されるようになっており、コイル２６に電流が流れると、コア２６内に磁束２７が発生する。この磁束２７はコア部材２５の先端から磁気記録層２１ｂ内を通過する。コイル２６へ供給される磁化電流は磁化信号発生装置を介して断続的または適宣電流の方向を変えて供給され、現像ロ−ル２１が図４に示す矢印Ａ方向に回転駆動されて磁気記録層２１ｂが所定の着磁パタ−ンに磁化される。尚、現像ロ−ル２１は表面に磁界が及んで磁性キャリアを保持しながら感光体ドラム１（図２参照）と電位差が設けられればよく、基体上に磁気記録層を積層した上に導電性材料の薄層を蒸着などにより形成したものでも構わない。
【００３４】
再び図２に戻って説明を続ける。図２に示す現像剤回収ロ−ル２２は、中空の一部が歪んだ形状を有する円筒状の非磁性導電性スリ−ブ２２ａと、その内側に位置する磁界発生部材２２ｂから構成される。この磁界発生部材２２ｂは、異なる極性の磁極が全周にわたって交互に着磁され、外側の固定されたスリ−ブ２２ａとは独立して回転することができるように設けられている。
【００３５】
また、層形成ロ−ル２３は、周回可能に支持された中空円筒状のスリ−ブ２３ａと，そのスリ−ブ２３ａ内で回転する磁界発生部材２３ｂとを有する。この磁界発生部材２３ｂは、本発明にいう交番磁界発生手段に相当するものであり、回転方向に複数の磁極が配置されて水平な回転軸のまわりに回転することにより交番磁界を発生する。この磁界発生部材２３ｂは、隣接する磁極間で形成される磁界によって現像剤３６の磁気ブラシをスリ−ブ２３ａ表面に形成する。層形成ロ−ル２３では、磁界発生部材２３ｂのみ、または磁界発生部材２３ｂとスリ−ブ２３ａとの双方が互いに異なる方向に回転することにより、スリ−ブ２３ａ表面に交番磁界を発生させてトナ−３５を磁性キャリアと均一に混合・摩擦帯電しながら磁気ブラシを層形成ロ−ル２３と所定間隔おいて配置された現像ロ−ル２１と対向する位置まで搬送してその磁気ブラシの先端を現像ロ−ル２１表面に接触させて現像剤層を形成する。層形成ロ−ル２３の磁極ピッチは、搬送・撹拌性能が良好な１〜６ｍｍ程度が好ましく、現像ロ−ル２１の磁極ピッチよりも大きい方がよい。本実施形態では、スリ−ブ２３ａとしては直径が１８ｍｍの部材が用いられ、また磁界発生部材２３ｂとしてはスリ−ブ２３ａ周面上で磁極間ピッチが約５ｍｍとなる間隔でＮ極とＳ極が交互に着磁された磁石ロ−ルが用いられる。各磁極ともスリ−ブ２３ａ上での垂直方向の磁束密度ピ−ク値は５０ｍＴであり、スリ−ブ２３ａと磁界発生部材２３ｂは、図示する方向にそれぞれ回転する。
【００３６】
現像剤溜まり形成部材３２は、先端部が層形成ロ−ル２３に所定間隔をおいて対向して配置されており、溜まった現像剤３６を、層形成ロ−ル２３上の現像剤嵩が少なくなった時に戻せる状態で保持する。この現像剤溜り形成部材３２は、先端部から斜度が設られて上方に向けてトナ−貯蔵部３４近くまで延びた形状であり、これによりその現像剤溜り形成部材３２に沿って現像剤溜り部１００が形成される。現像剤溜り形成部材３２の斜度は１５°〜６０°が好ましい。また、現像剤溜り形成部材３２が層形成ロ−ル２３と最も近接して現像剤溜り部１００を作り始めるポイント（位置）は、層形成ロ−ル２３の中心を通る水平な直線に対して上下に０°〜７５°の角度内に収まる位置が好ましく、さらに好ましくは０°〜４５°の角度内に収まる位置が良い。
【００３７】
仕切り板３１は、下端が層形成ロ−ル２３から所定距離離れた位置に、かつ所定の高さ位置で現像剤溜り部１００の現像剤に接触するように、また現像剤溜まり形成部材３２の先端部と所定の隙間をあけて上方に延びるように設けられており、下端近傍は層形成ロ−ル２３の磁界がおよぶ範囲内にある。具体的には、この下端は、層形成ロ−ル２３から４ｍｍ離れた位置に、現像剤溜り形成部材３２の先端部と２ｍｍ隙間をあけて設けられており、材料は例えば非磁性のリン青銅が用いられる。
【００３８】
トナ−搬送部材３３は、トナー貯蔵部３４内のトナ−３５を攪拌するとともに、現像剤溜り部１００近傍にトナ−３５を搬送するように針金状の回転部材が用いられる。
【００３９】
本実施形態の現像装置４は、層形成ロール２３と、現像剤溜り部１００と、トナー貯蔵部３４とを備えたものであり、この現像装置４では、現像領域を通過した現像剤３６により現像剤溜まり部１００が形成され、その現像剤溜り部１００の一部がトナ−貯蔵部３４のトナ−３４に接触する。トナ−３４に接触した現像剤３６は、トナ−濃度に応じて動きが制御される。例えば、トナ−濃度が低い場合には、磁界発生部材２３ｂの交番磁界が作用して、現像剤３６が磁気的に転がり移動するため、この現像剤３６に接触したトナ−３５は固まりであっても細かくほぐされ、現像剤３６の溜りの中に攪拌されながら取り込まれる。このとき、現像剤３６は少数の磁性キャリア単位で転がり移動するため、取り込まれたどのトナ−粒子も磁性キャリアの表面に接触する機会が多く、すぐに均一に分散し、現像に適したレベル近くまで帯電が立ち上がり、磁性キャリア表面に付着してトナ−補給された均一な現像剤になる。
【００４０】
一方、トナ−濃度が高くなってくると、トナ−３５に接触した現像剤３６に働く交番磁界が弱まってトナ−３５に接触した現像剤３６の動きが鈍くなり、トナ−３５の取り込みが少なくなり、ついにはトナ−３５に接触した現像剤３６に交番磁界が及ばなくなり、その現像剤３６の動きが停止するため、トナ−３５の取り込みが完全に停止する。この状態では、現像装置４が作動していてもトナ−３５は取り込まれないため、トナ−消費量がほとんどないような画像が続いてもトナ−濃度が上昇してかぶりを発生することがない。
【００４１】
この結果、トナ−消費量に応じてトナ−３５を現像剤３６に必要量だけ供給することができ、従ってトナ−濃度をほぼ一定に保つことができ、攪拌不足による帯電不良、かぶり、濃度むら、トナ−汚れといったことがなく、安定した画像が得られる。また、取り込み性、攪拌性が高く、現像剤３６に大きなストレスとなる圧力をかけることなくトナ−３５の取り込み、攪拌、帯電立ち上げを短時間にできるため、トナ−消費量の多い画像や、現像剤量をあまり多く使えない小型の現像装置では特に有効である。
【００４２】
また、本実施形態の現像装置４では、下端が現像剤溜り部１００に位置するように立設され、トナ−貯蔵部３４のトナ−３５と現像剤溜り部１００の現像剤３６との接触を制限する仕切り板３１が設けられており、仕切り板３１で仕切られた現像剤溜り部１００の、現像領域から遠い側の領域にトナ−３５が供給され、そのトナ−３５が現像剤溜り部１００に接触する。トナ−濃度が低い場合は、仕切り板３１の下端にちょうど接するかもしくは隙間ができる嵩で、現像剤溜り部１００の、仕切り板３１の下端近傍の現像剤３６が、交番磁界の影響を受けて、キャリア数粒単位で活発に転がり移動している。このため、現像剤３６に接触したトナ−３５は現像剤３６にほぐされ、混合攪拌されながら仕切り板３１の下端をすり抜けて一緒に搬送されて取り込まれ、十分に帯電され磁性キャリア表面に付着して、均一に分散する。
【００４３】
トナ−濃度が高くなると、現像剤溜り部１００の嵩が増加し、その現像剤溜り部１００と仕切り板３１の間にあった隙間が塞がれる。トナ−３５は現像剤溜り部１００と仕切り板３１の囲まれた領域のみに供給され、さらに嵩が増加すると仕切り板３１に沿ってトナ−３５と接触する位置が移動し、磁界発生部材２３ｂから離れていくため、現像剤３６に及ぶ交番磁界が仕切り板３１の下端よりも次第に弱くなり、ついには現像剤３６を磁気的に動かすことができない部分に現像剤３６とトナ−３５が接触する位置が移動すると、トナ−３５と接触する現像剤３６は全く動かなくなり、トナ−３５の取り込みが完全に停止する。
【００４４】
一方、トナ−３５の消費に伴い、トナ−濃度が低下してくると、再び現像剤溜り部１００の嵩が低下し、現像剤３６がトナ−３５と接触する位置が仕切り板３１の下端に近づき、磁界発生部材２３ｂに近づくため、現像剤３６に働く交番磁界も強まって、転がり移動を始め、トナ−３５の取り込みを再開する。
【００４５】
また、上記仕切り板３１が、少なくとも下端部に磁性材料を含む部分を備えていると、遮蔽効果により、仕切り板３１下端部以上に現像剤溜り部１００の嵩が増加した時に、現像剤に働く交番磁界が急激に減衰するため、トナーの取込み制御を敏感にすることができる。
【００４６】
さらに、本実施形態の現像装置４では、磁界発生部材２３ｂに所定間隔を置いて対向し、現像剤３６の一部をせき止めてそこから所定角度で磁界発生部材２３ｂから離れていくように延びた斜面である現像剤溜り形成部材３２が設けられている。このため、トナ−３５が取り込まれトナ−濃度が上昇し現像剤溜り部１００が増えるに従い、その現像剤溜り形成部材３２に沿って現像剤溜り部１００が広がり、磁界発生部材２３ｂから離れて交番磁界による現像剤３６の移動が起こらなくなる。現像剤３６の動きが止まれば、現像剤３６に接触しているトナ−３５は取り込まれなくなり、トナ−濃度は上昇しなくなる。一方、トナ−３５が消費されてトナ−濃度が低下すると、循環する現像剤３６全体の嵩が減少するため、磁界発生部材２３ｂから十分に離れて交番磁界で動くことのなかった現像剤３６は現像剤溜り形成部材３２に沿って磁界発生部材２３ｂに近づき、トナ−３５と現像剤３６との接触界面が移動する。すると、トナ−３５と接触している現像剤３６が、交番磁界で再び転がり移動しはじめるため、トナ−３５が取り込まれトナ−濃度が保たれる。
【００４７】
従って、本実施形態の現像装置４では、トナ−濃度が常に一定に保たれ、攪拌、帯電が不十分で濃度ムラやかぶりが発生することがなく、良好な画像を安定して得ることができる。
【００４８】
次に現像剤の流れについて説明する。
【００４９】
現像領域を通過して現像ロ−ル２１に担持された現像剤層は、現像剤回収ロ−ラ２２と対向する位置に搬送される。現像剤回収ロ−ル２２は、現像ロ−ル２１に対して近接対向して配置されており、現像剤回収ロ−ル２２内部の磁界発生部材２２ｂの強力な磁力により現像ロ−ル２１上のほとんどの現像剤が回収されて、現像剤回収ロ−ル２２上に移動する。現像剤回収ロ−ル２２上に移動した現像剤は、磁界発生部材２２ｂの回転にともなってスリ−ブ２２ａ上を時計方向に移動し、そのスリ−ブ２２ａの、磁界発生部材２２ｂからの距離が遠くなる部分に到達した際に磁気拘束力が弱まってスリ−ブ２２ａから落下し、現像剤回収ロ−ル２２の下に位置する層形成ロ−ル２３上に付着して搬送される。層形成ロ−ル２３上の現像剤３６は、磁界発生部材２３ｂとスリ−ブ２３ａの回転により反時計方向に搬送され、その現像剤３６の一部が現像剤溜り形成部材３２によってせき止められて現像剤溜り部１００を形成する。現像剤溜り部１００は、現像剤溜まり形成部材３２に沿って移動し、トナ−貯蔵部３４内のトナ−搬送部材３３によって運ばれてきた補給用トナ−３５に接触する。この時点では、現像剤溜り部１００表面の現像剤３６は層形成ロ−ル２３に十分近いため、層形成ロ−ル２３内の回転する磁界発生部材２３ｂによる交番磁界により転動しながらスリ−ブ２３ａ側に移動しており、現像剤溜り部１００に接触したトナ−３５は次々に取り込まれ、スリ−ブ２３ａ側に搬送されながら、磁性キャリアと混合・攪拌され、帯電付与される。
【００５０】
一方、現像剤溜り形成部材３２によってせき止められずに通過した他の現像剤は、スリ−ブ２３ａ上で磁界の変動とともに撹拌・帯電が行なわれながら現像ロ−ル２１と対向する領域に搬送されて現像ロ−ル２１と対向する近傍に到達する。現像ロ−ル２１と層形成ロ−ル２３は、層形成ロ−ル２３上の現像剤穂立ち(磁極上高さ)よりも若干狭い間隙をおいて対向して配置されており、現像ロ−ル２１と対向する近傍に搬送された現像剤層の先端が現像ロ−ル２１表面に接触する。ここで、層形成ロ−ル２３上の現像剤は、現像ロ−ル２１と対向する領域では、現像ロ−ル２１の搬送方向と異なる方向に搬送されるため、現像ロ−ル２１表面は層形成ロ−ル２３との最近接位置から離れる方向に移動する。従って、現像ロ−ル２１表面近傍だけに現像剤３６が吸着されて現像ロ−ル２１の表面の移動とともに搬送される。また、現像ロ−ル２１表面近傍に到達できなかった現像剤３６は、取り残され、層形成ロ−ル２３と現像ロ−ル２１が近接対向する手前の領域に滞留して、現像ロ−ル２１表面に接触する機会に備えられる。滞留して溜まりを形成し、現像ロ−ル２１表面に接触する機会が与えられた現像剤３６により、現像ロ−ル２１の表面は常に覆われるため、現像ロ−ル２１表面に形成する現像剤層が不足することはない。さらに、現像ロ−ル２１表面の磁気記録層２１ｂは着磁間隔が１００μｍと小さな間隔となっているので、過剰に供給された現像剤３６の内、現像ロ−ル２１表面近傍の現像剤３６だけに強い磁気拘束力が働き、その上層部の現像剤３６には磁気拘束力がほとんど働かない上、層形成ロ−ル２３により搬送された現像剤３６が現像ロ−ル２１上に供給され層形成される領域では、現像剤３６が現像ロ−ル２１から離れる方向に重力が働くので、現像ロ−ル２１の、磁性キャリアに働く磁気拘束力による現像剤３６のうち重力に打ち勝った磁気拘束力による現像剤３６だけが搬送される。従って、例えばしっかりと表面が現像ロ−ル２１表面に接している磁性キャリアは現像ロ−ル２１から離脱することなく搬送されるが、現像ロ−ル２１表面に直接接触できず磁性キャリア上に乗った状態の磁性キャリアは脱落して現像剤溜まり部１００に留まるか、または落下して層形成ロ−ル２３上に戻されるため、現像ロ−ル２１の移動とともに搬送される現像剤層は、磁性キャリアがほほ１層の均一な薄層となる。
【００５１】
現像ロ−ル２１上に形成された均一な現像剤薄層は、現像ロ−ル２１の回転に伴って、感光体ドラム１と対向する現像領域へと搬送され、磁性キャリアに付着したトナ−３５のみが感光体ドラム１上の静電潜像に転移して現像される。尚、現像剤層は感光体ドラム１に対して非接触状態に保持される。
【００５２】
次にトナ−補給機構について説明する。
【００５３】
現像によりトナ−３５が消費され、トナ−濃度が低下すると前述したようにしてトナ−３５が取り込まれるが、トナ−消費量が減ったりあるいは十分にトナ−３５が補給されてトナ−濃度が高くなると、現像剤溜り部１００の嵩が増加し、現像剤溜り部１００は仕切り板３１の下端に接触し補給トナ−３５は仕切り板３１と現像剤溜まり形成部材３２とで囲まれた領域に供給される。現像剤溜り部１００が仕切り板３１の下端にようやく接触する高さでは、現像剤溜り部１００表面の現像剤３６は層形成ロ−ル２３の交番磁界の影響で、転がり移動しており、一部の現像剤３６はトナ−３５を取り込み、仕切り板３１の下端をすり抜けてスリ−ブ２３ａ側に搬送される。さらに、現像剤溜り部１００の高さが上昇してくると、現像剤溜り部１００の表面は層形成ロ−ル２３から離れるため現像剤３６におよぶ交番磁界が弱くなり、現像剤３６の磁界による動きが鈍くなり、ついには全く動かなくなる。従って、現像剤３６の動きにより取り込まれていたトナ−３５は、現像剤溜り部１００表面の現像剤３６の動きとともに、取り込み量、取り込みスピ−ドが共に低下し、ついには全く取り込まれなくなる。
【００５４】
トナ−３５の取り込みが停止した状態で現像によりトナ−３５が消費されることでトナ−濃度が低下しはじめると、現像剤溜り部１００の嵩が減少して高さが低下して交番磁界の影響領域に入るため、再び現像剤３６が動きはじめて、トナ−３５の取り込みが再開される。従って、トナ−濃度センサなどを有する複雑なトナ−濃度制御機構を設けることなく簡素な構成でトナ−濃度を一定に保つことができる。
【００５５】
尚、本実施形態で用いられる二成分現像剤３６は、非磁性のポリエステル系トナ−とフェライト系磁性キャリアとを混合したものであるが、他の材料からなるトナ−と磁性キャリアを用いることもできる。トナ−は重合法によるものであってもよく、あるいは混連粉砕法によるものであってもよいが、流動性の高い球形形状の方が好ましい。トナ−の形状をほぼ球形とすることで、流動性が増し、現像剤としての流動性も向上し、トナ−供給部でのトナ−や現像剤の移動が均一性よく滑らかになるため、トナ−取り込みの制御を精度よく行なうことができる。
【００５６】
また、現像剤３６の磁性キャリアは１０6/(４π)Ａ／ｍの磁界中における磁化が４５ＫＡ／ｍ以上３６０ＫＡ／ｍ以下となるものを用いるのが望ましい。
【００５７】
また、仕切り板３１の形状はこれに限定されるものではなく、高さ方向に交番磁界が少なくとも一旦弱まる形状のものであればよい。
【００５８】
さらには現像方式も本方式に限定されるものではなく、トナ−供給部が同様の構成であれば通常の磁気ブラシ現像など他の現像方式にも適用できることは言うまでもない。
【００５９】
次に、本実施形態の現像装置４を用いて印字画像密度の異なる画像をそれぞれ連続してプリントした場合の濃度維持性についてテストした結果を示す。
【００６０】
印字パタ−ンは、前半が白紙で後半がベタ画像(像密度約５０％)のものと、前半が白紙で後半が文字(像密度約２％)のものとの２種類を用い、それぞれの印字パタ−ンで１００枚連続で印字した。この時の現像ロ−ル２１上のトナ−濃度推移を図５に示す。
【００６１】
図５は、本発明の第１実施形態の現像装置を用いて密度の異なる画像をそれぞれ連続してプリントした場合の現像ロ−ル上の現像剤のトナ−濃度変化を示す図である。
【００６２】
この現像装置４では、トナ−消費量に応じて消費した量のトナ−３５がすぐに補給されるため、図５に示すように、印字パタ−ンによらず、トナ−濃度が安定して一定に保たれ、両印字パタ−ンとも濃度低下や地肌かぶりが発生せず、良好な画質を安定して得ることができる。
【００６３】
尚、本実施形態の現像装置４では、本発明にいう現像剤搬送体は、円筒状のスリーブ２３ａと、そのスリーブ２３内で回転する磁界発生部材２３ｂとを有する層形成ロール２３の例で説明したが、これに限られるものではなく、本発明にいう現像剤搬送体は、表面に円周方向全周にわたって複数の磁極が形成された回転ロールであってもよい。
【００６４】
図６は、本発明の第２実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【００６５】
この現像装置４００には、交番磁界を発生させて現像剤を担持して搬送する現像剤担持ロ−ル４５（本発明にいう現像剤搬送体の一例）と、現像剤担持ロ−ル４５上を循環する現像剤の一部をせき止めて現像剤溜り部２００を形成する現像剤溜り形成部材４２と、現像剤溜り部２００の現像剤にトナ−を供給するようにトナ−を搬送するトナ−搬送部材４３と、補給トナ−を蓄えるトナ−貯蔵部４４と、トナ−搬送部材４３により搬送され、現像剤溜り部２００に接触するトナ−が現像剤溜り部２００と接触できる領域を制限する仕切り板４１とが備えられている。
【００６６】
現像剤担持ロ−ル４５は、Ｓ極とＮ極が交互に着磁され回転可能な磁石ロ−ル４５ｂを内蔵し、外側に非磁性スリ−ブ４５ａを回転可能に設けた構成であり、磁石ロ−ル４５ｂを回転することで、スリ−ブ４５ａ表面に交番磁界を発生させ、スリ−ブ４５ａ上に現像剤を担持して混合攪拌しながら搬送する。
【００６７】
現像剤溜り形成部材４２は、先端部が現像剤担持ロ−ル４５に所定間隔をおいて対向して配置されており、この先端部でせき止めた現像剤を現像剤溜り形成部材４２の面に沿って保持する。この現像剤溜り形成部材４２の形状は、図６に示すように、せき止めた現像剤がある程度の量貯蔵され、所定量以上の嵩に対して斜面に沿って現像剤担持ロ−ル４５から離れるように上昇していく形状である。
【００６８】
トナ−搬送部材４３は、トナ−貯蔵部４４内のトナ−を攪拌するとともに、現像剤溜り部２００近傍にトナ−を搬送するように針金状の回転部材が用いられている。
【００６９】
仕切り板４１は、非磁性板４１ａと、その非磁性板４１ａの片面に貼り付けられた磁性板４１ｂから構成されている。この仕切り板４１により、現像剤溜り部２００のうち、その仕切り板４１で仕切られてトナ−と接触する側の現像剤が受ける磁石ロ−ル４５ｂによる交番磁界を、現像剤の嵩が仕切り板４１の下端以上の場合に遮断または弱めることができ、従ってトナ−取り込みの制御を敏感に行なうことができる。現像剤量が少なく、トナ−濃度による現像剤溜り部２００の嵩の変化が小さい小型現像装置では特に有効である。
【００７０】
次に、この現像装置４００のトナ−補給部の作用について説明する。
【００７１】
トナ−濃度が十分に高い時には現像剤溜り部２００の表面は仕切り板４１の下端に接触しており、トナ−貯蔵部４４から供給されたトナ−は、仕切り板４１よりもトナ−貯蔵部４４側に達した現像剤のみに接触する。トナ−に接触する現像剤は仕切り板４１を挟んで交番磁界を発生する現像剤担持ロ−ル４５と対向しているため、仕切り板４１の磁性板４１ｂで交番磁界が遮断あるいは弱められ、交番磁界が及ばずほとんど動かないためトナ−は取り込まれない。
【００７２】
トナ−が消費されると、現像剤担持ロ−ル４５周りの全現像剤の嵩が減少するため、現像剤溜り形成部材４２によって形成された現像剤溜り部２００もトナ−の消費によって水位が低下する。現像剤溜り部２００とトナ−が接触する位置が仕切り板４１の下端近辺まで下がってくると、仕切り板４１に遮断されない強い交番磁界がトナ−と接触する現像剤に及ぶ様になり、トナ−に接触する現像剤が転がり移動するため、トナ−が取り込まれる。
【００７３】
トナ−の取り込みが続くと、現像剤溜り部２００の嵩が再び上昇するため、交番磁界が遮断される所定水位以上で現像剤の動きが急激に鈍くなってトナ−取り込みが停止してトナ−濃度が一定に保たれる。
【００７４】
この現像装置４００を用いて第１実施形態と同様の連続プリントを実施したところ、トナ−濃度が安定して一定に保たれ、濃度低下やかぶりのない良好な画質が安定して得られた。
【００７５】
図７は、仕切り板の各種形態を示す図である。
【００７６】
図７（ａ）には、前述した図６に示す仕切り板４１が示されている。また、図７（ｂ）には、非磁性板４６ａと、その非磁性板４６ａの先端に継ぎ足された磁性板４６ｂからなる仕切り板４６が示されている。さらに、図７（ｃ）には、全体が磁性板からなる仕切り板４７が示されている。このように、少なくとも下端部に磁性材料を含む部分を備えた仕切り板４６，４７を用いても、仕切り板４１を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
図８は、本発明の第３実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【００７８】
この現像装置５００におけるトナ−供給部には、図６に示す現像剤担持ロ−ル４５と同様、Ｓ極とＮ極が交互に着磁された磁石ロ−ル５５ｂを内蔵し、外側に非磁性スリ−ブ５５ａを回転可能に設けた構成の現像剤担持ロ−ル５５が備えられている。またこのトナ−供給部には、現像剤溜り形成部材５２と、その現像剤溜り形成部材５２の斜面に先端部が垂直に対向した仕切り板５１が備えられている。このような形状を有する仕切り板５１を備えることにより、その仕切り板５１と現像剤溜り形成部材５２との隙間変動が小さく抑えられ、ＴＣ（トナー濃度）制御を精度よく行なうことができる。即ち、仕切り板５１の下端部が、磁石ロ−ル５５ｂから離れる方向に設けられているため、トナ−と接触する現像剤の動きを現像剤嵩の増減に応じて細かく制御することができる。従って、トナ−濃度が目標レベルに対して、大幅に低い時にはトナ−と接触する現像剤が強い交番磁界の影響を受けて激しく動くため、トナ−を短時間に多く取り込むことができ、これによりトナ−濃度が上昇して、目標レベルに近づくに従い、トナ−と接触する現像剤の位置が上昇して徐々に交番磁界の影響が弱まるため、現像剤の動きも徐々に小さくなり、取り込むトナ−量も徐々に少なく制御される。その結果、目標トナ−濃度に対して精度よく、最小の時間でトナ−濃度を調整することが可能となる。
【００７９】
このようなトナ−供給部を有する現像装置５００を用いて第１実施形態と同様の連続プリントを実施したところ、トナ−濃度が安定して一定に保たれ、濃度低下やかぶりのない良好な画質が安定して得られた。
【００８０】
図９は、本発明の第４実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【００８１】
この現像装置６００におけるトナ−供給部には、図８に示す現像剤担持ロ−ル５５と同様、磁石ロ−ル６５ｂを内蔵し、外側に非磁性スリ−ブ６５ａを回転可能に設けた構成の現像剤担持ロ−ル６５が備えられいる。またこのトナ−供給部には、現像剤溜り形成部材６２と、その現像剤溜り形成部材６２の斜面側に傾いた方向に延びた構造の仕切り板６１が備えられている。このような形状を有する仕切り板６１を備えることにより、現像剤溜り部の嵩が増加してトナ−との接触位置が上昇するほど急激に交番磁界から遠ざかるため、トナ−取り込みを敏感に行なうことができる。
【００８２】
このようなトナ−供給部を有する現像装置６００を用いて第１実施形態と同様の連続プリントを実施したところ、トナ−濃度が安定して一定に保たれ、濃度低下やかぶりのない良好な画質が安定して得られた。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置によれば、複雑なトナ−濃度制御機構を設けずに簡素な構成でトナ−消費に応じた量のトナ−を取り込み、短時間で磁性キャリアと混合攪拌、帯電を行なうことができる。このため、濃度低下、濃度ムラ、かぶりのないトナ−濃度が安定した画質が得られ、特に現像剤の循環経路が短かい構成の小型の現像装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の現像装置を用いた画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の現像装置の概略構成図である。
【図３】図２に示す現像ロール周面の部分拡大断面図である。
【図４】現像ロ−ルを構成する磁気記録層の着磁方法の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態の現像装置を用いて密度の異なる画像をそれぞれ連続してプリントした場合の現像ロ−ル上の現像剤のトナ−濃度変化を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【図７】仕切り板の各種形態を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【図９】本発明の第４実施形態の現像装置における、トナ−供給部の概略構成図である。
【符号の説明】
１    感光体ドラム
１ａ    円筒部材
１ｂ    感光体層
２    帯電器
３    露光手段
４，４００，５００，６００    現像装置
５    転写前コロトロン
６    転写コロトロン
７    剥離コロトロン
８    クリ−ナ
９    光除電器
１０    記録用紙
２０    ハウジング
２１    現像ロ−ル
２１ａ    導電性基体
２１ｂ    磁気記録層
２２    現像剤回収ロ−ル
２２ａ，２３ａ，４５ａ，５５ａ，６５ａ    スリ−ブ
２２ｂ，２３ｂ    磁界発生部材
２３    層形成ロ−ル
２４    磁気記録用ヘッド
２５    コア部材
２６    コイル
２７    磁束
３１，４１，４６，４７，５１，６１    仕切り板
３２，４２，５２，６２    現像剤溜り形成部材
３３，４３    トナ−搬送部材
３４，４４    トナ−貯蔵部
３５    補給トナ−
３６    現像剤
４１ａ，４６ａ    非磁性板
４１ｂ，４６ｂ    磁性板
４５，５５，６５    現像剤担持ロ−ル
４５ｂ，５５ｂ，６５ｂ    磁石ロ−ル
１００，２００    現像剤溜り部
【図１】
0003692823.tif 000002
【図２】
0003692823.tif 000003
【図３】
0003692823.tif 000004
【図４】
0003692823.tif 000005
【図５】
0003692823.tif 000006
【図６】
0003692823.tif 000007
【図７】
0003692823.tif 000008
【図８】
0003692823.tif 000009
【図９】
0003692823.tif 000010