(57)【要約】【課題】  現像剤担持体に担持される２成分現像剤に含まれるトナーの濃度の低下を防止できる現像装置を提供する。【解決手段】  磁性キャリア及び非磁性トナーを含む現像剤を収容する現像容器１５、現像容器１５内で現像剤を循環させつつ攪拌する攪拌スクリュ１１，１２、攪拌スクリュ１１，１２の上方に位置し感光体ドラム４に形成された静電潜像を現像するために攪拌スクリュ１１，１２によって攪拌された現像剤を感光体ドラム４に供給する現像ローラ５、および攪拌スクリュ１１，１２によって現像ローラ５の下方を循環搬送される現像剤を振動させる振動発生部材１０を、現像装置１に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性キャリア及び非磁性トナーを含む現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器内で前記現像剤を循環させつつ攪拌する攪拌手段と、
前記攪拌手段の上方に位置するとともに、像担持体に形成された静電潜像を現像するために前記攪拌手段によって攪拌された前記現像剤を担持し前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記攪拌手段によって前記現像剤担持体の下方を循環搬送される現像剤を振動させる振動伝達手段と、
を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記振動伝達手段は、前記攪拌手段の下方に位置する前記現像容器の底部に配置されることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記振動伝達手段は、圧電素子と、この圧電素子を挟むように配置される２つの電極と、前記２つの電極に交流電圧を印加する振動用電源部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記２つの電極は上下方向に配置されており、上側の電極が弾性体で構成されることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像容器内の現像剤が、キャリア層とトナー層とに分離しないように、前記振動用電源部の交流電圧値が設定されることを特徴とする請求項３または４に記載の現像装置。
【請求項６】
前記振動伝達手段が動作中に、前記攪拌手段の動作を停止させる停止手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、像担持体に現像剤を供給する現像装置に関し、特に、２成分現像剤を用いる現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性キャリアと非磁性トナーを含む２成分現像剤は、トナーの帯電制御や現像剤の搬送が比較的容易であり、カラー化や高速化にも対応し易いというメリットがある。さらに、２成分現像剤において、粒径の小さい非磁性トナーを使用することにより、高解像度化にも対応可能あった。
【０００３】
ところが、トナーの粒径が小さくなると、トナー粒子どうしの結合や、トナーとキャリアとの結合が強くなり、現像剤の凝縮が発生し易くなるという不都合があった。
【０００４】
そこで、従来の現像装置の中には、現像剤担持体に対する間隔が現像剤の移動方向に沿って連続的に変化する電極を現像領域の上流側に設置し、現像剤担持体と電極との間に振動電圧を印加する電源回路を備えるものがある（例えば、特許文献１参照。）。この現像装置によれば、現像剤の粒径が小さい場合でも、現像剤の凝集を防止して現像剤の帯電制御を容易にし、良好な現像を実行できる、とされている。
【特許文献１】特開平３−５５５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に係る現像装置では、現像ローラを介して像担持体に供給される現像剤中のトナー濃度が低下する虞があった。このトナー濃度の低下は、現像ローラの周りにおけるトナー濃度に低下によって、現像ローラに引き付けられるトナー量が低下することによって発生する。このため、現像ローラの近くの現像剤におけるトナー濃度を高く維持することが重要である。
【０００６】
この発明の目的は、現像剤担持体に担持される２成分現像剤に含まれるトナーの濃度の低下を防止できる現像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る現像装置は、
磁性キャリア及び非磁性トナーを含む現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器内で前記現像剤を循環させつつ攪拌する攪拌手段と、
前記攪拌手段の上方に位置するとともに、像担持体に形成された静電潜像を現像するために前記攪拌手段によって攪拌された前記現像剤を担持し前記像担持体に供給する現像剤担持体と、
前記攪拌手段によって前記現像剤担持体の下方を循環搬送される現像剤を振動させる振動伝達手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る現像装置は、現像容器、攪拌手段、現像剤担持体、および振動伝達手段を備える。現像容器にはトナー補給口を介してトナーが補給される。現像容器に補給されたトナーは攪拌手段によって現像容器内を循環される間に磁性キャリアと混ぜ合わされる。攪拌手段によって攪拌された現像剤は磁力によって現像剤担持体に担持され、現像剤担持体を介して像担持体に供給される。
【０００９】
振動伝達手段は、現像剤担持体の下方に位置する現像剤を振動させる。現像剤を構成する磁性キャリアと非磁性トナーでは、通常、非磁性トナーの方が小粒径で比重が軽いため、現像剤が振動すると非磁性トナーが上方に移動し易くなる。この結果、現像剤担持体の近くにより多くの非磁性トナーが集められる。
【００１０】
（２）  （１）に記載の現像装置であって、
前記振動伝達手段は、前記攪拌手段の下方に位置する前記現像容器の底部に配置されることを特徴とする。
【００１１】
この構成においては、振動伝達手段が現像容器の底部に配置される。振動伝達手段を底部に配置することにより、現像容器の底部に滞留している現像剤にも振動が伝達し易くなる。この結果、現像容器の底部に滞留しているトナーが上方に移動し易くなり、現像剤担持体の近くに、より多くのトナーが集められる。
【００１２】
（３）  （２）に記載の現像装置であって、
前記振動伝達手段は、圧電素子と、この圧電素子を挟むように配置される２つの電極と、前記２つの電極に交流電圧を印加する振動用電源部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
この構成においては、圧電素子の両側に配置される電極に交流電圧を印加することにより圧電素子が振動し、その振動が現像剤に伝達される。振動用電源部から電極に印加される交流電圧値を変化させることにより、圧電素子の振動周波数が任意に設定される。
【００１４】
（４）  （３）に記載の現像装置であって、
前記２つの電極は上下方向に配置されており、上側の電極が弾性体で構成されることを特徴とする。
【００１５】
この構成においては、圧電素子が弾性体の電極を介して現像剤に接触する。このため、弾性体振動が圧電素子の振動に重畳される。
【００１６】
（５）  （３）または（４）に記載の現像装置であって、
前記現像容器内の現像剤が、キャリア層とトナー層とに分離しないように、前記振動用電源部の交流電圧値が設定されることを特徴とする。
【００１７】
この構成においては、圧電素子の振動が強過ぎると、現像容器内の現像剤がキャリア層とトナー層とに分離する虞があることを考慮して、振動用電源部から圧電素子に対して電圧が印加される。
【００１８】
（６）  （１）〜（５）のいずれかに記載の現像装置であって、
前記振動伝達手段が動作中に、前記攪拌手段の動作を停止させる停止手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１９】
この構成においては、振動伝達手段が現像剤を振動させている時には、攪拌手段によって現像が攪拌されない。停止手段を設けたのは、常に攪拌手段を動作させていると、振動伝達手段によって上方に移動したトナーが再度下方に押し下げられる虞があるからである。停止手段の代表例としては、攪拌手段と駆動源との間に配置されるクラッチが挙げられる。
【発明の効果】
【００２０】
（１）請求項１に係る発明によれば、現像剤担持体に担持される２成分現像剤に含まれるトナーの濃度の低下を防止できる。
【００２１】
（２）請求項２に係る発明によれば、より多くのトナーを現像剤担持体付近に集めることができ、現像剤担持体に担持される２成分現像剤に含まれるトナーの濃度の低下を防止できる。
【００２２】
（３）請求項３に係る発明によれば、振動手段が現像剤に与える振動の強弱の設定が容易になる。
【００２３】
（４）請求項４に係る発明によれば、現像剤を振動させる振動手段の振動効率を向上させることができる。
【００２４】
（５）請求項５に係る発明によれば、現像容器内において適正にキャリアとトナーとを混ぜ合わせることができ、画像形成装置における画像形成不良の発生が抑えられる。
【００２５】
（６）請求項６に係る発明によれば、トナーを現像剤担持体の近くに集め易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図を用いて本発明の現像装置の実施形態を説明する。
【００２７】
まず、図１および図２を用いて、現像装置１の概略構成を説明する。現像装置１は、現像容器１５の内部に、現像ローラ５、攪拌スクリュ１１、１２を備える。現像ローラ５は、本発明の現像剤担持体を構成する。現像ローラ５は、支持軸により固定支持されたマグネットローラ７と、マグネットローラ７の周面に沿って回転自在に支持された現像スリーブ６と、を備える。マグネットローラ７は、周面に沿って複数の磁極を備える。マグネットローラ７の周面は、感光体ドラム４の周面に対向するように配置される。本実施形態では、マグネットローラ７は２つのＳ極と３つのＮ極から構成され、現像剤を拘束しつつ搬送する。現像スリーブ６は、厚みが０．４ｍｍのステンレススチールからなる円筒状を呈しており、交流電源１３Ｂおよび直流電源１３Ａを有する現像用電源部１３に接続される。現像用電源部１３は、交流電圧に直流を重畳した直流重畳交流電圧を現像スリーブ６に印加する。
【００２８】
現像容器１５における現像ローラ５の上方に、現像ローラ５の周面に積層された現像剤層３の高さを調整する穂高規制部材２が配設される。現像ローラ５の下方には、本発明の攪拌手段を構成する攪拌スクリュ１１，１２が配置される。
【００２９】
攪拌スクリュ１１，１２は、モータ２０に接続されており、図示しないトナー収容器から現像剤供給口１９を介して供給される現像剤を循環搬送する。攪拌スクリュ１１と、攪拌スクリュ１２との間に、仕切り板２２が配置される。攪拌スクリュ１１，１２によって現像剤は、現像容器１５内における仕切り板２２の周りを循環する。現像剤の循環搬送の方向は、図２に示す矢印のようになる。
【００３０】
攪拌スクリュ１１の下方に位置する現像容器１５の底部に、振動発生部材１０が配置される。振動発生部材１０は、交流電源を有する振動用電源部１４に接続される。振動発生部材１０は、図３に示すように、積層型の圧電素子である。なお、圧電素子とは、電圧を印加することにより、機械的ひずみを生ずる素子である。振動発生部材１０は、２枚の金属電極１０Ａおよび１０Ｃと、その間に挟まれた振動子１０Ｂを備えたラジュバン型である。振動発生部材１０の金属電極１０Ａおよび１０Ｃは、振動用電源部１４から高周波電圧が印加される。
【００３１】
本実施形態では、振動子１０Ｂの材料として、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミック等のファインセラミックが使用される。ただし、振動子１０Ｂの材料として、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の単結晶、または酸化亜鉛スパッタ薄膜など、振動周波数や装置の寿命に応じて適宜用いることができる。
【００３２】
振動用電源部１４は、振動発生部材１０の発生する微小振幅振動周波数が１０ｋＨｚ以上の超音波域になるように、交流電圧を振動発生部材１０に印加する。このとき、振動用電源部１４は、振動発生部材１０の振動は、周波数１ＭＨｚ以下の正弦波になるようにする。これは、振動周波数が高くなると、金属電極１０Ａ，１０Ｃおよび振動子１０Ｂにおける発熱が無視できなくなり、振動の減衰の程度が大きくなるからである。本実施形態では、振動発生部材１０の振動が２０ｋＨｚの正弦波になるように、振動用電源部１４から現像ローラ５に対し周波数２０ｋＨｚ、２０Ｖｐｐの交番電圧が印加される。
【００３３】
図４は、現像装置１の概略構成を示すブロック図である。図４に示すように現像装置１は、マイコン８を備えており、マイコン８に現像用電源部１３、振動用電源部１４、モータ２０、濃度センサ１７、クラッチ２１、およびコネクタ１８が接続される。濃度センサ１７は、現像容器１５内のトナーの濃度を検出する。クラッチ２１は、モータ２０から現像スリーブ６または攪拌スクリュ１１，１２への動力伝達のオン／オフを切り換える。コネクタ１８は、画像形成装置と現像装置１の接続に用いられる。マイコン８は、現像装置１の各部の動作を総括的に制御する。
【００３４】
攪拌スクリュ１１，１２によって現像容器１５内部を循環搬送される現像剤は、マグネットローラ７の磁力にて磁気ブラシの状態で現像ローラ５の周面に担持される。現像ローラ５の周面担持された現像剤は、現像スリーブ６の回転に基づいて、感光体ドラム４との対向位置である現像領域に搬送される。現像ローラ５の周面に磁気ブラシの状態で保持された現像剤層は、穂高規制部材２によって穂切りされ、現像領域に搬送される現像剤量が適正に維持される。
【００３５】
ここで、マグネットローラ７の各磁極の作用を説明する。攪拌スクリュ１１によって循環搬送される現像剤は、汲み上げ極Ｓ２の磁力によって拘束される。続いて、現像スリーブ６の回転により拘束された現像剤が現像剤溜まり部３に搬送される。現像剤溜まり部３に搬送された現像剤は、カット極Ｎ２により十分に拘束される。穂高規制部材２によって穂切りされた現像剤は、搬送用磁極Ｓ１によって現像領域に搬送される。現像領域において現像剤は、現像極Ｎ１によって拘束される。現像用電源部１３を介して現像スリーブ６にバイアス電圧が印加されると、現像剤における非磁性トナーが感光体ドラム４側に移動し、感光体ドラム４の周面に形成された静電潜像が現像される。
【００３６】
本実施形態において、振動発生部材１０は、攪拌スクリュ１１により現像ローラ５のすぐ下を搬送される現像剤のトナー濃度を高めるために使用される。すなわち、振動発生部材１０は、攪拌スクリュ１１と現像ローラ５の間に、十分なトナー濃度を有する現像剤を供給するために使用される。
【００３７】
現像装置１の動作が開始すると、マイコン８は振動用電源部１４を制御し、振動用電源部１４から振動発生部材１０に対して、周波数２０ｋＨｚ、２０Ｖｐｐの交番電圧が印加させる。金属電極１０Ａに接続された厚さ１ｍｍ程度の振動子１０Ｂは、交番電極の印加により縦方向に振動する。振動子１０Ｂの振動は、金属電極１０Ｃを介して現像剤に伝達する。このとき、金属電極１０Ｃは弾性部材で構成させておけば、振動子１０Ｂの振動に、金属電極１０Ｃの弾性体振動が重畳されるため、振動効率が向上する。本実施形態では、現像容器１５内でキャリア層とトナー層とに分離しないように、振動発生部材１０の振動の大きさが調整される。
【００３８】
本実施形態によれば、現像容器１５内において現像剤を高周波で微小振動させることにより、現像剤のうち比重の小さいトナーが現像剤表面に上昇し易くなる。このため、現像ローラ５にトナー濃度が十分な現像剤を供給することが可能になる。
【００３９】
上述の実施形態では、振動発生部材１０が振動している時にも攪拌スクリュー１１，１２を駆動しているが、振動発生部材１０の振動中にマイコン８がクラッチ２１を制御して攪拌スクリュー１１，１２を停止するようにしても良い。このようにすることで、振動発生部材１０の振動により現像ローラ５の近くまで上昇していたトナーが、攪拌スクリュー１１によって再度現像容器１５の底部の方に押し下げられることがなくなる。
【００４０】
最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の現像装置の概略構成を示す側断面図である。
【図２】本発明の現像装置の概略構成を示す平断面図である。
【図３】本発明の振動伝達手段の構成の一例を示す図である。
【図４】本発明の現像装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１−現像装置
５−現像ローラ
６−現像スリーブ
７−マグネットローラ
１１，１２−攪拌スクリュ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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