(57)【要約】【課題】  トナー等の補給剤を現像剤に良好に攪拌混合するとともに現像剤にかかる機械的負荷を小さくした現像装置、この現像装置を有する画像形成装置、これらの装置を用いる画像形成方法の提供。【解決手段】  トナーとキャリアとの少なくとも一方を含む補給剤を攪拌搬送部材（５４）による現像剤の攪拌搬送領域に補給する補給手段（４２〜４４、４６、５０）と、補給剤を補給手段（同前）により前記攪拌搬送領域に補給するための補給口４０とを用い、補給手段（同前）が、補給剤を、補給口４０を通じて、前記攪拌搬送領域の下方から、攪拌搬送部材５４による現像剤の搬送方向の上流側部分に補給する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとを含有する現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材と、
トナーとキャリアとの少なくとも一方を含む補給剤を前記攪拌搬送部材による前記現像剤の攪拌搬送領域に補給する補給手段と、
前記補給剤を前記補給手段により前記攪拌搬送領域に補給するための補給口とを有し、
前記補給手段が、前記補給剤を、前記補給口を通じて、前記攪拌搬送領域の下方から、前記攪拌搬送部材による前記現像剤の搬送方向の上流側部分に補給する現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、前記補給手段が、前記補給口から前記補給剤を補給するための気流を形成する気流形成手段を有することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２記載の現像装置において、前記気流形成手段によって形成された気流の排気を行う排気口を有することを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項３記載の現像装置において、前記気流形成手段による流気経路が前記補給口と前記排気口とを通る閉じた経路であることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項２ないし４の何れか１つに記載の現像装置において、立ち上がり時に前記気流形成手段により気流のみを供給することを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項２ないし５の何れか１つに記載の現像装置において、前記気流形成手段により気流を常時供給することを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項２ないし６の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給剤を補給される現像剤の流動性に応じて前記気流形成手段によって形成する気流の量を制御する制御手段を有することを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給手段が、前記補給口から前記補給剤を補給するための補給剤搬送部材を有することを特徴とする現像装置。
【請求項９】
請求項８記載の現像装置において、前記補給剤搬送部材が前記補給口を塞ぐ形状をなしていることを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給口を開閉する開閉部材を有することを特徴とする現像装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の現像装置において、前記開閉部材が、前記補給口を、前記搬送方向の下流側に向く方向に開放することを特徴とする現像装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給口からの前記攪拌搬送領域に対する前記補給剤の補給方向が、前記搬送方向と非平行であることを特徴とする現像装置。
【請求項１３】
請求項１ないし１２の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給口に下方から接続された第1の部分とこの第1の部分の形成方向に非平行な方向から第1の部分に接続された第２の部分とを備え、前記補給手段によって前記補給剤を搬送される搬送経路を有することを特徴とする現像装置。
【請求項１４】
請求項１ないし１３の何れか１つに記載の現像装置を有する画像形成装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１３の何れか１つに記載の現像装置、または、請求項１４記載の画像形成装置を用いて画像形成を行う画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナーとキャリアとを含有する現像剤を用いて現像を行う現像装置、この現像装置を有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置、及び、これらの装置を用いる画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置において、感光体等の像担持体を、トナーとキャリアとを含有する２成分現像剤を用いて現像する現像装置が、たとえば〔特許文献１〕ないし〔特許文献９〕等に開示されているように、よく知られている。
このような２成分現像剤を用いた現像装置では、トナーが現像動作によって像担持体に付着することで消費されていく。そのため、良好な画像形成を行うため、現像剤にトナーを補給し、現像剤のトナー濃度が適正に保たれるようになっている。
【０００３】
補給されたトナーは、攪拌混合部材によって現像装置内に予め存在している現像剤と攪拌混合されるが、攪拌混合が不十分であると、補給されたトナーが十分に帯電されず、トナー飛散の原因となることがある。トナー飛散が発生すると、画像形成装置内がトナーで汚染され、またその程度が悪いときには飛散したトナーが感光体に付着し、画像を汚すことがある。また、攪拌混合が不十分であると、トナーが凝集体となったまま現像に供されることもあり、画像品質が低下することもある。
【０００４】
そこで、〔特許文献３〕、〔特許文献８〕、〔特許文献９〕等において、かかる攪拌混合を良好に行うための技術が提案されている。
〔特許文献３〕に記載の技術は、従来から用いられていた現像剤撹拌搬送部に加えて、トナー像形成に使用されトナー濃度が低下した現像剤の収容部を設け、そこにトナーを補給する構成を提案したものである。
【０００５】
〔特許文献８〕に記載の技術は、螺旋構造のスクリューに現像剤の流れを加速させる方向に傾く撹拌補助部材を設けることにより、撹拌補助部材が撹拌時に現像剤に及ぼす機械的負荷を軽減し、現像剤と補給トナーの撹拌混合性能を向上させることを図ったものである。
【０００６】
〔特許文献９〕に記載の技術は、補給トナーの凝集化を解消する目的で、現像剤撹拌搬送スクリューと同一軸上にトナー供給スクリューを設けるとともに、これらスクリューの間に攪拌部材を設けたものである。この技術によれば、補給トナーが、撹拌部材によりその凝集化が解消された状態で混合されるため、現像剤と混ざりやすくなる。また、現像剤の撹拌部材の軸方向からトナーを補給するため、現像剤上面からトナーを補給する場合に比べて、補給トナーと現像剤は混ざりやすくなる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３４７７２６号公報
【特許文献２】特開平１０−２８２７７６号公報
【特許文献３】特開２００２−１８２４６３号公報
【特許文献４】特開２００２−０１４５４１号公報
【特許文献５】特開２００２−０９１１２３号公報
【特許文献６】特開２０００−１３７３７６号公報
【特許文献７】特開平０５−１２７５２３号公報
【特許文献８】特開平０５−０１９６２１号公報
【特許文献９】特開２００２−１４８９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、〔特許文献３〕に記載の構成では、現像剤の撹拌搬送部に対して、新たに低トナー濃度の現像剤を収容する収容部を設けるため、装置を大型化させてしまう。また、現像剤の撹拌搬送部にさらに低トナー濃度現像剤と補給トナーの混合撹拌領域を設けるため、現像剤が、混合撹拌により撹拌部材から負荷を受ける時間が長くなり、全体として現像剤が必要以上に大きな負荷を受けてしまう可能性がある。また、かかる収容部にトナーを補給することにより、現像剤中でのトナー濃度の偏りは小さくなるが、トナーの補給方法、混合撹拌の方法は従来どおり、スクリューにより撹拌する方法である。そのため、補給トナーの上滑りや混合撹拌不足によるトナー濃度の偏りが部分的に生じてしまう可能性は完全には解消されていない。また、形成した画像の種類によって、かかる収容部の内部にトナー濃度の偏りが発生し、同収容部にトナーを補給してもそのトナー濃度の偏りが解消されない可能性がある。
【０００９】
また、〔特許文献８〕に記載の構成では、撹拌補助部材を設けるため、螺旋構造のみの撹拌部材からなるスクリュと比較すると、現像剤に及ぼす機械的負荷が大きくなってしまう。また、現像剤にかかる機械的負荷を軽減するため撹拌補助部材を現像剤の流れ方向に傾けたため、補給トナーを現像剤中へ取り込み、混合撹拌する能力も小さくなってしまい、この方法では必ずしも補給トナーの混合撹拌性を向上させるのに十分ではない。
また、〔特許文献９〕に記載の構成では、トナーの凝集化は防ぐことが出来るが、補給トナーは現像剤中へ完全には混合されず、現像剤粉面へ出てしまい、そのまま搬送されてしまう可能性がある。
【００１０】
このように、補給トナーの分散性を上げることを図った技術は提案されているが、分散性を上げると同時に現像剤にかかる機械的負荷を小さくした技術を提案するまでには至っていない。
すなわち、現像剤を構成しているトナーを帯電させるためにはキャリアとトナーを接触させる必要があるため、撹拌部材等による負荷はある程度必要であるものの、過剰な負荷がかかった場合や必要以上に長時間負荷がかかっている場合等には、トナーとキャリアの摩擦や衝突により、トナーの一部がキャリアへ付着したり、キャリアのコート層の剥がれ等が発生し、キャリアのトナーへの帯電付与能力が低下してしまう。
【００１１】
また、過剰な負荷がかかった場合や必要以上に長時間負荷がかかっている場合等には、キャリアだけでなくトナーも、過剰な負荷によりトナーに付与してある添加剤の埋没や離脱が起き、帯電能力が低下してしまう。同時に、トナーから離脱した添加剤やキャリアコート層の剥がれは、現像器内の現像剤中を漂うことになり、現像剤の帯電安定性を損なう危険性がある。
【００１２】
このように、現像剤の帯電不良が起きると、すでに述べたとおり、飛散トナーで画像形成装置内部を汚染してしまったり、地汚れやトナー飛散により画質を低下させたり、帯電が不安定となることにより画像濃度にムラやかすれが生じてしまう危険性もある。そのため、トナーの分散性を向上させても、現像剤にかかる負荷が大きくなってしまうと結果として、トナーの分散性が悪い場合と同じ不具合が生じてしまうのである。
【００１３】
さらに、現像剤に対する機械的負荷が大きい場合には、現像剤だけでなく、現像装置や画像形成装置全体に対しても、消費電力の増加、装置構成部品の磨耗が早くなる等の問題が生じる。消費電力の増加は、結果的には環境に対して悪影響となるし、装置構成部品の磨耗は、装置寿命の短縮やメンテナンス回数を増加させることとなり、ユーザーに対しても装置のダウンタイムの増加という結果につながりかねない。
【００１４】
これらのことから、補給トナーの混合撹拌性を上げ、トナーの上滑り等の不具合を完全に防止するためには、混合撹拌時の現像剤にかかる機械的負荷を従来以上に増やすことなく、トナーの分散性を上げる必要がある。そのためには、撹拌部材による分散性の向上よりも補給方法による分散性の向上が望ましい。特に、現像剤表面に補給するのではなく、底面に補給することにより、補給トナーが現像剤に取り込まれず、上滑りしてしまう状態は防止できると考えられる。
【００１５】
〔特許文献７〕においては、攪拌部材の下方からトナーを補給する技術が提案されており、この技術によればトナーの上滑りが防止されると考えられる。しかしながら、かかる技術では、攪拌部材による攪拌作用の生じる位置、態様とトナーの補給位置との関係が不明であり、攪拌混合性能が十分であるかどうか不明である。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑み、トナーとキャリアとを含有する現像剤を用いて現像を行う現像装置であって、トナー等の補給剤を現像剤に良好に攪拌混合するとともに現像剤にかかる機械的負荷を小さくした現像装置、この現像装置を有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置、及び、これらの装置を用いる画像形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トナーとキャリアとを含有する現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材と、トナーとキャリアとの少なくとも一方を含む補給剤を前記攪拌搬送部材による前記現像剤の攪拌搬送領域に補給する補給手段と、前記補給剤を前記補給手段により前記攪拌搬送領域に補給するための補給口とを有し、前記補給手段が、前記補給剤を、前記補給口を通じて、前記攪拌搬送領域の下方から、前記攪拌搬送部材による前記現像剤の搬送方向の上流側部分に補給する現像装置にある。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、前記補給手段が、前記補給口から前記補給剤を補給するための気流を形成する気流形成手段を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の現像装置において、前記気流形成手段によって形成された気流の排気を行う排気口を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の現像装置において、前記気流形成手段による流気経路が前記補給口と前記排気口とを通る閉じた経路であることを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の発明は、請求項２ないし４の何れか１つに記載の現像装置において、立ち上がり時に前記気流形成手段により気流のみを供給することを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の発明は、請求項２ないし５の何れか１つに記載の現像装置において、前記気流形成手段により気流を常時供給することを特徴とする。
【００２３】
請求項７記載の発明は、請求項２ないし６の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給剤を補給される現像剤の流動性に応じて前記気流形成手段によって形成する気流の量を制御する制御手段を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給手段が、前記補給口から前記補給剤を補給するための補給剤搬送部材を有することを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の現像装置において、前記補給剤搬送部材が前記補給口を塞ぐ形状をなしていることを特徴とする。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給口を開閉する開閉部材を有することを特徴とする。
【００２７】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の現像装置において、前記開閉部材が、前記補給口を、前記搬送方向の下流側に向く方向に開放することを特徴とする。
【００２８】
請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１１の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給口からの前記攪拌搬送領域に対する前記補給剤の補給方向が、前記搬送方向と非平行であることを特徴とする。
【００２９】
請求項１３記載の発明は、請求項１ないし１２の何れか１つに記載の現像装置において、前記補給口に下方から接続された第1の部分とこの第1の部分の形成方向に非平行な方向から第1の部分に接続された第２の部分とを備え、前記補給手段によって前記補給剤を搬送される搬送経路を有することを特徴とする。
【００３０】
請求項１４記載の発明は、請求項１ないし１３の何れか１つに記載の現像装置を有する画像形成装置にある。
【００３１】
請求項１５記載の発明は、請求項１ないし１３の何れか１つに記載の現像装置、または、請求項１４記載の画像形成装置を用いて画像形成を行う画像形成方法にある。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、トナーとキャリアとを含有する現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材と、トナーとキャリアとの少なくとも一方を含む補給剤を前記攪拌搬送部材による前記現像剤の攪拌搬送領域に補給する補給手段と、前記補給剤を前記補給手段により前記攪拌搬送領域に補給するための補給口とを有し、前記補給手段が、前記補給剤を、前記補給口を通じて、前記攪拌搬送領域の下方から、前記攪拌搬送部材による前記現像剤の搬送方向の上流側部分に補給する現像装置にあるので、補給剤の上滑りを防止し、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００３３】
前記補給手段が、前記補給口から前記補給剤を補給するための気流を形成する気流形成手段を有することとすれば、補給剤の上滑りを防止し、気流形成手段によって形成された気流によって現像剤をほぐして流動性を上昇させこの状態の現像剤に補給剤を補給することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００３４】
前記気流形成手段によって形成された気流の排気を行う排気口を有することとすれば、補給剤の上滑りを防止し、気流形成手段によって形成された気流によって現像剤をほぐして流動性を上昇させこの状態の現像剤に補給剤を補給することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させ、かつ排気口からの排気によって内圧の上昇を防止することによってトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００３５】
前記気流形成手段による流気経路が前記補給口と前記排気口とを通る閉じた経路であることとすれば、補給剤の上滑りを防止し、気流形成手段によって形成された気流によって現像剤をほぐして流動性を上昇させこの状態の現像剤に補給剤を補給することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させ、かつ排気口からの排気によって内圧の上昇を防止することおよび流気経路を閉じた経路としたことによってトナー飛散を良好に防止し、トナー汚染を良好に防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００３６】
立ち上がり時に前記気流形成手段により気流のみを供給することとすれば、補給剤の上滑りを防止し、気流形成手段によって形成された気流によって立ち上がり時に速やかに現像剤をほぐして流動性を上昇させこの状態の現像剤に補給剤を補給することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００３７】
前記気流形成手段により気流を常時供給することとすれば、補給剤の上滑りを防止し、気流形成手段によって形成された気流によって常時現像剤をほぐして流動性を上昇させこの状態の現像剤に補給剤を補給し、また常時供給される気流で補給口における現像剤の詰まり、逆流、滞留を防止することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００３８】
前記補給剤を補給される現像剤の流動性に応じて前記気流形成手段によって形成する気流の量を制御する制御手段を有することとすれば、補給剤の上滑りを防止し、現像剤の流動性に応じ気流形成手段によって量を調整された状態で形成された気流によって現像剤を適正にほぐして流動性を上昇させこの状態の現像剤に補給剤を補給することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００３９】
前記補給手段が、前記補給口から前記補給剤を補給するための補給剤搬送部材を有することとすれば、補給剤の上滑りを防止し、補給剤搬送部材で搬送された補給剤を補給口から補給することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００４０】
前記補給剤搬送部材が前記補給口を塞ぐ形状をなしていることとすれば、補給剤の上滑りを防止し、補給剤搬送部材で搬送された補給剤を補給口から補給し、また補給剤搬送部材で補給口における現像剤の詰まり、逆流、滞留を防止することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００４１】
前記補給口を開閉する開閉部材を有することとすれば、補給剤の上滑りを防止し、開閉部材で補給口における現像剤の詰まり、逆流、滞留を防止することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００４２】
前記開閉部材が、前記補給口を、前記搬送方向の下流側に向く方向に開放することとすれば、補給剤の上滑りを防止し、かかる方向に開く開閉部材で補給口における現像剤の詰まり、逆流、滞留を良好に防止することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００４３】
前記補給口からの前記攪拌搬送領域に対する前記補給剤の補給方向が、前記搬送方向と非平行であることとすれば、補給剤の上滑りを防止し、かかる方向に補給剤を供給して補給口における現像剤の詰まり、逆流、滞留を良好に防止することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００４４】
前記補給口に下方から接続された第1の部分とこの第1の部分の形成方向に非平行な方向から第1の部分に接続された第２の部分とを備え、前記補給手段によって前記補給剤を搬送される搬送経路を有することとすれば、補給剤の上滑りを防止し、かかる方向に配設された第１の部分と第２の部分とによって補給口、この近傍における現像剤の詰まり、逆流、滞留を良好に防止することで、補給剤をトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合することができ、トナー濃度を均一に保つことができ、またトナーを安定して十分に帯電させてトナー飛散を防止し、トナー汚染を防止することができるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷を小さくすることができ、経時的にも良好な現像を行うことができる現像装置を提供することができる。
【００４５】
本発明は、請求項１ないし１３の何れか１つに記載の現像装置を有する画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏する現像装置を有し、かかる現像装置において、補給剤の上滑りが防止され、補給剤がトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合され、トナー濃度が均一に保たれ、またトナーが安定して十分に帯電されてトナー飛散が防止され、トナー汚染が防止されるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷が小さくされ、経時的にも良好な現像が行われ、これによって経時的にも良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。
【００４６】
本発明は、請求項１ないし１３の何れか１つに記載の現像装置、または、請求項１４記載の画像形成装置を用いて画像形成を行う画像形成方法にあるので、上述の各効果を奏する現像装置または上述の効果を奏する画像形成装置を有し、かかる現像装置において、補給剤の上滑りが防止され、補給剤がトナーとキャリアとを含む現像剤に良好に攪拌混合され、トナー濃度が均一に保たれ、またトナーが安定して十分に帯電されてトナー飛散が防止され、トナー汚染が防止されるとともに、攪拌混合の際の現像剤にかかる機械的負荷が小さくされ、経時的にも良好な現像が行われ、これによって経時的にも良好な画像形成を行うことができる画像形成方法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】
【００４７】
図１に、本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置１００は、複写機、プリンタ、ファクシミリの複合機であって、外部から受信した画像情報に対応する画像信号に基づき画像形成処理を行なうことも可能である。これは画像形成装置１００がファクシミリとして用いられる場合も同様である。画像形成装置１００は、一般にコピー等に用いられる普通紙の他、ＯＨＰシートや、カード、ハガキ等の厚紙や、封筒等の何れをもシート状の記録媒体としてこれに画像形成を行なうことが可能である。
【００４８】
画像形成装置１００は、他のタイプの画像形成装置、すなわちたとえばプリンタ、ファクシミリ、複写機、複写機とプリンタとの複合機等であっても良い。
また画像形成装置１００は、単色画像を形成するものであるが、２色以上の画像、フルカラー画像を形成することが可能なものであっても良い。
【００４９】
画像形成装置１００は、画像形成を行う画像形成部４と、画像形成部４の上方に配設された排紙トレイ１５と、排紙トレイ１５の上方に配設された原稿読み取り部１６と、画像形成部４の下方に配設された給紙装置１７と、画像形成装置１００の動作の全般を制御するＣＰＵ、メモリ等を備えた図示しない制御手段と、ユーザーに対し所定の情報を表示する図示しない表示装置及びユーザーにより所定の情報の入力を可能とする図示しない入力装置を備えた図示しない操作パネルとを有している。
【００５０】
画像形成部４は、その中心に配設された、ドラム状の像担持体としての感光体ドラムである、図示しない駆動源によって図中矢印Ａで示す時計方向に回転駆動される感光体５と、感光体５の上方に配設され、感光体５に、原稿読み取り部１６によって読み取った画像情報または外部から入力された画像情報に応じた潜像を形成するための光走査装置１４とを有している。
【００５１】
画像形成部４はまた、感光体５の周囲に、回転方向Ａに沿って配設された、感光体５を帯電させる帯電手段としての帯電装置６と、感光体５にトナーを担持させて現像を行ない可視像を形成する現像手段としての現像装置８と、回転方向Ａにおける現像装置８の下流側に、感光体５に対向して配設され感光体５上のトナーの濃度を検知するトナー濃度センサとしての反射型濃度センサである画像濃度センサ１８とを有している。
【００５２】
画像形成部４はまた、感光体５の周囲に、回転方向Ａにおける画像濃度センサ１８の下流側に、感光体５に対向して配設され感光体５上のトナー像を図示しないシート状の記録媒体としての用紙に転写するとともにトナー像を転写された用紙を搬送するための転写装置２０と、転写装置２０によって転写が行われた後に感光体５上に残留している残留トナーを感光体５上から掻き取ってクリーニングを行うクリーニング手段としてのクリーニング装置２と、クリーニング装置２によってクリーニングされた感光体５上の残留電荷を除電により除く図示しない除電手段としての除電装置とを有している。
【００５３】
画像形成部４はまた、給紙装置１７から搬送されてきた用紙をトナー像の位置に合わせた所定のタイミングで感光体５と転写装置２０との対向位置に給紙するレジストローラ１９と、転写装置２０により感光体５上のトナー像を転写されトナー像を担持した用紙に、そのトナー像を定着するための定着手段としての定着装置１０とを有している。
【００５４】
感光体５は、アルミニウムの素管に感光性を有する有機感光体を塗布し、感光層を形成したものである。感光体５の径は３０ｍｍ、線速は１８５ｍｍ／ｓｅｃである。
給紙装置１７は、多段に配設されそれぞれ用紙を積載する給紙トレイ３１と、給紙トレイ３１の上方に配設され画像形成部４で片面に画像を形成された用紙を一旦積載するとともに画像形成部４に再度給紙する両面トレイ３２と、給紙トレイ３１、両面トレイ３２に積載された用紙を画像形成部４に向けて送り出す給紙ローラ３３と、給紙ローラ３３によって送り出された用紙の搬送を受け継いで画像形成部４に向けてさらに搬送する搬送ローラ３４とを有している。
【００５５】
画像濃度センサ１８は、図示しない発光素子と受光素子とを有し、感光体５上の、画像部以外の部分に付着する帯電不良トナーの付着量、言い換えると地汚れの発生の度合いを、発光素子によって発せられトナー像によって反射された光を受光素子で受けることで、反射濃度によって検出するようになっている。画像濃度センサ１８は、感光体５上の画像部に形成される基準トナー像におけるトナーの付着量すなわち画像濃度も検知するようになっている。
【００５６】
転写装置２０は、ゴム材料よりなる中抵抗のベルト２１と、ベルト２１を巻き掛けられ、ベルト２１の駆動を行うための駆動ローラ２２と、駆動ローラ２２とともにベルト２１を巻き掛けられた従動ローラ２３と、ベルト２１を感光体５に対し、転写に適した所定のタイミングで接離する図示しない接離手段とを有する、転写ベルト方式の転写装置である。
画像形成装置１００は、転写装置２０により、感光体５上に形成されたトナー像を、用紙に転写して画像を形成するようになっている。
【００５７】
定着装置１０は、発熱する加熱ローラ２５と、加熱ローラ２５に圧接した加圧ローラ２６とを有しており、用紙に担持されたトナー像を、加熱に溶融し圧接により圧着させることで、用紙に定着させる。
排紙トレイ１５は、画像形成装置１００の胴内に配設されている。画像形成装置１００は胴内排紙型の画像形成装置である。
【００５８】
光走査装置１４は、感光体５に対し、方向Ａにおける帯電装置６と現像装置８との間に形成すべき画像に対応したビームＬを照射し、原稿情報に応じた潜像を形成する。
よって、感光体５は、帯電装置６によって帯電された後、ビームＬによって潜像を形成され、現像装置８によって現像を行われる。
【００５９】
図２に示すように、現像装置８は、感光体５に対向する部分に開口部を有するケーシングとしての現像器である現像ケース５５と、かかる開口部から感光体５に臨むよう感光体ドラム５に近接対向して配設され矢印Ｅ方向に回転する現像部材としての現像剤担持体である現像ローラ５１と、現像ローラ５１上の現像剤を一定の高さに規制するドクターブレードである現像ドクタたる現像剤規制部材としての現像ブレード５２と、現像ケース５５の下部に互いに平行に配設され、現像剤を循環するように搬送しつつ攪拌する、搬送オーガたる第１の攪拌搬送部材としての第１搬送スクリュー５３及び搬送オーガたる第２の攪拌搬送部材としての第２攪拌スクリュー５４と、現像ケース５５内の現像剤中に含まれるトナーの濃度を検知するトナー濃度検知手段としてのトナー濃度センサ９０とを有している。
【００６０】
現像剤は、トナーとキャリアとを含有する２成分現像剤である。現像ケース５５内の現像剤量は２００ｇとされている。
キャリアは粒径２０〜２００μｍ程度の、従来公知の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂等の芯材にアミノ系樹脂、ポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、シリコン樹脂等で表面を被覆したものが用いられる。本形態において、キャリアの平均粒径は３５μｍとされている。
【００６１】
トナーは、結着樹脂、ワックス成分、着色剤、その他場合によっては荷電制御剤等をミキサー等を用いて混合し、熱ロール、エクストルーダー等の混練機を用い混練した後、冷却個化し、これをジェットミル等で粉砕し、その後分級し得られる粉砕トナーや、重合法を用いたトナー等従来公知のものが用いられ、粒径２〜１０μｍ程度である。本形態において、トナーの平均粒径は６μｍ、凝集度は１０、トナー濃度は８ｗｔ％とされている。
【００６２】
現像ローラ５１は、図示を省略するが、非磁性体を円筒形に形成したＥ方向に回転駆動される現像スリーブと、複数の磁極が着磁された固定のマグネットローラとを有しており、現像スリーブの内側にマグネットローラが配設されている。
現像スリーブはアルミニウム製であるが、非磁性体であれば、他に真鍮、ステンレス、導電性樹脂などによって構成することができる。現像スリーブの径は１８ｍｍである。
【００６３】
現像スリーブの表面には、サンドブラストもしくは数十〜数百μｍの深さを有する複数の溝を形成する処理を行ってある。現像スリーブは、図５に示して後述する、第１搬送スクリュー５３及び第２攪拌スクリュー５４の駆動機構と同様の図示しない駆動機構によって、Ｅ方向へ、線速２７８ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動される。
現像ブレード５２は、例えばアルミニウムの押し出し成型品やステンレス鋼などからなり、現像スリーブ表面から数百ミクロン程度の間隔を保って固定されている。
【００６４】
現像剤は現像ローラ５１内のマグネットローラのマグネットの磁力により現像スリーブ上に磁気ブラシとして磁気的に吸着され、現像スリーブの回転に伴って現像スリーブ表面の凹凸により現像スリーブ表面を運ばれ、現像ブレード５２で均一な厚さに均されてから、対向する感光体５の表面へ搬送される。搬送された現像剤のうち、トナーのみが感光体５の表面に形成された静電潜像へ静電的に付着して現像が行われる。感光体５に付着するのはトナーのみであり、現像に使用されなかったトナーおよびトナーを搬送してきたキャリアは現像スリーブの回転に伴い、再び現像装置８内へ運ばれ、現像スリーブから離れるように形成されたマグネットローラの磁力により、後述する現像剤撹拌搬送領域へ放出される。
【００６５】
本形態においては、上述のように感光体５の径を３０ｍｍ、線速を１８５ｍｍ／ｓｅｃ、現像スリーブの径を１８ｍｍ、線速を２７８ｍｍ／ｓｅｃとした。したがって、感光体５の線速に対する現像スリーブの線速の比は１．５であるが、線速比がこれより大きくなれば、より低いトナー濃度でも画像の欠落のない、なお且つ画像濃度の十分な画像を得ることが可能となる。
【００６６】
図３または図４に示すように、現像装置８はまた、現像ケース５５内に補給するためのトナー及びキャリアを含む補給剤を内部に収容した補給剤カートリッジ４１と、補給剤カートリッジ４１内の補給剤を現像ケース５５に導くための搬送経路を構成する補給剤輸送路４２と、補給剤輸送路４２と現像ケース５５とを連結し補給剤を補給剤輸送路４２から現像ケース５５内に導く補給剤補給部４４と、補給剤カートリッジ４１内部に配設され回転により補給剤カートリッジ４１内の補給剤を補給剤輸送路４２に送り出すための図示しない補給剤搬送スクリューとを有している。
【００６７】
現像装置８はまた、補給剤搬送スクリューを回転駆動して補給剤カートリッジ４１内の補給剤を補給剤輸送路４２に送る補給剤輸送用モータ４３と、補給剤搬送スクリューによって補給剤カートリッジ４１から送り出された補給剤を空気と混合してさらに送る気流形成手段としての吐き出し型の粉体ポンプ５０と、粉体ポンプ５０によって送り出された補給剤輸送路４２内の補給剤を現像ケース５５内に送るための気流を形成する気流形成手段としてのポンプ４６と、ポンプ４６によって現像ケース５５内に送られた気流を逃がして再度ポンプ４６に送るための排気部４５とを有している。
【００６８】
現像装置８はまた、現像ケース５５から排出された余剰の現像剤を収容して回収する図示しない現像剤回収容器と、現像ケース５５から排出された現像剤を現像剤回収容器に導くための、図２および図３において符号４８で示す現像剤輸送路と、回転により現像剤を現像剤回収容器に向けて搬送する、図２において符号６３で示す現像剤搬送スクリューと、現像剤搬送スクリュー６３を回転駆動するための図示しない現像剤輸送用モータと、現像ケース５５と現像剤輸送路４８とを連結する、図２および図３において符号４９で示す現像剤排出部とを有している。現像剤搬送スクリュー６２、現像剤輸送用モータは、必要に応じて配設されるものであって省略することも可能である。
【００６９】
図４に示すように、現像装置８はまた、補給剤補給部４４内に配設され現像ケース５５と補給剤輸送路４２とを連結する補給口４０と、排気部４５内に配設され現像ケース５５とポンプ４６とを連結しポンプ４６によって形成された気流の排気を行う排気口９１とを有している。ポンプ４６によって形成される流気の流気経路は、補給口４０と排気口９１とを有し、閉じた経路となっており、現像剤、補給剤の飛散が防止されている。
【００７０】
補給剤カートリッジ４１内の補給剤は、補給剤輸送路４２を介して、現像ケース５５内に少量ずつ補給される。補給剤の補給量は、補給剤輸送用モータ４３による、補給剤搬送スクリューの回転量を制御することによって調整される。ポンプ４６は、補給口４０から補給剤を補給する気流を形成するものである。ポンプ４６、粉体ポンプ５０は、補給剤輸送用モータ４３によって補給剤輸送路４２内に送り出された補給剤を現像ケース５５内に導くのに十分な圧力、量の気流を形成する。
【００７１】
補給剤輸送用モータ４３の回転およびポンプ４６、粉体ポンプ５０の駆動は、制御手段によって制御される。ポンプ４６と粉体ポンプ５０は基本的に同期して駆動されるが、後述するように現像剤の流動性を向上、維持するためにのみポンプ４６が駆動されるときには粉体ポンプ５０の駆動は行わない。
【００７２】
図２に示すように、現像ケース５５は、現像剤排出部４９に対応する部分に配設され、補給剤カートリッジ４１から補給剤が供給されることで総量が増加し余分となった現像剤を現像ケース５５外に排出するための開口である現像剤排出口６４を、第２搬送スクリュー５４側の側壁４７に有している。
現像剤回収容器には、後述するように、キャリアカートリッジ４４から現像ケース５５内に補給剤が供給されることでオーバーフローした現像剤が、現像剤排出口６４、現像剤排出部４９、現像剤輸送路４８を介して流入するようになっている。
【００７３】
補給剤カートリッジ４１内には、補給剤でなくトナーを収容してもよく、この場合、補給剤カートリッジ４１内には補給剤としてのトナーが収容されることとなる。同様の構成によりトナーとキャリアとを別々のカートリッジから供給することができる。ただし、トナーとキャリアとを含む補給剤を用いれば、成分比がもともと現像剤に近いため、補給剤補給後、混合し均一に分散されるまでの時間が短縮され、攪拌混合が速やかに完了する。トナーのみを供給する場合には、現像剤回収容器、現像剤輸送路４８、現像剤搬送スクリュー６３、現像剤排出口６４、現像剤輸送用モータおよび現像剤排出部４９は必ずしも必要でない。
現像剤回収容器、現像剤輸送路４８、現像剤搬送スクリュー６３、現像剤排出口６４、現像剤輸送用モータおよび現像剤排出部４９は回収手段を構成している。
【００７４】
補給剤カートリッジ４１、現像剤回収容器はそれぞれ、現像装置８本体に対して着脱自在、具体的には補給剤輸送路４２、現像剤輸送路４８に対して着脱自在とされ、それぞれ、内部に収容した、補給剤を使い切ったとき、現像剤が満杯になったときに交換される。
なお、トナー、キャリアまたは現像剤を輸送する方式は、本形態のような粉体を送るポンプ機構を用いた方式の他、後述するようなスクリューを用いた方式であっても良い。
【００７５】
現像ケース５５はまた、第１搬送スクリュー５３及び現像剤を収容した現像室５８と、第２搬送スクリュー５４及び現像剤を収容した攪拌室５９と、現像室５８と攪拌室５９とを仕切り、区画する仕切り板としての隔壁８１とを有している。
第１搬送スクリュー５３が現像ローラ５１に現像剤を供給するよう、現像ローラ５１に対向しているため、現像室５８と攪拌室５９とでは、現像室５８のほうが現像ローラ５１に近い方に位置している。
【００７６】
第１搬送スクリュー５３、第２搬送スクリュー５４はそれぞれ、回転中心をなす軸径５ｍｍの回転軸８３、８４と、回転軸８３、８４上に形成された螺旋状すなわちスパイラル状の突条によって構成された外径１２ｍｍのフィンとしてのスクリュー部８５、８６とを有している。第１搬送スクリュー５３と第２搬送スクリュー５４とは、互いに平行に配設されており、且つ現像ローラ５１に平行に配設されている。
【００７７】
第１搬送スクリュー５３、第２搬送スクリュー５４はそれぞれ、回転軸８３、８４を中心とする、互いに逆向きの矢印Ｂ、Ｃ方向への回転により、スクリュー部８５、８６の作用によって、その回転軸方向すなわち回転軸８３、８４が延在する図２における紙面と垂直な方向に、現像剤を搬送するようになっている。
【００７８】
第１搬送スクリュー５３、第２搬送スクリュー５４による現像剤の搬送方向はそれぞれ、具体的には、図２においては、紙面手前側から奥側、紙面奥側から手前側であり、図５においては、左から右方向、右から左方向であって、互いに逆向きである。また、隔壁８１は、第１搬送スクリュー５３、第２搬送スクリュー５４の両端部に対応する部分には配設されていない。したがって、現像剤は、第１搬送スクリュー５３、第２搬送スクリュー５４の回転により、図５において矢印Ｄで示すように一定方向に循環するように搬送され、この過程で攪拌されるようになっている。この、第１搬送スクリュー５３、第２搬送スクリュー５４の回転により現像剤が攪拌循環される領域を攪拌搬送領域という。
【００７９】
図５において、符号６５、６６はそれぞれ、現像装置８に備えられ、第１搬送スクリュー５３、第２搬送スクリュー５４を回転駆動するためのギヤを示している。ギヤ６５、６６は、現像ケース５５の外部に配設されており、図示しない駆動源としてのモータによって互いに逆向きに回転駆動され、回転軸８３、８４を回転駆動するようになっている。モータは、制御手段によって駆動を制御される。
【００８０】
このような構成の現像装置８においては、第１搬送スクリュー５３、第２搬送スクリュー５４に攪拌され、トナーの帯電が行われた現像室５８内の現像剤が、現像ローラ５１に担持され、その担持量は、現像ブレード５２によって規制される。現像ローラ５１上において規制され適量とされた層状の現像剤は、現像ローラ５１のＥ方向への回転により、現像ローラ５１と感光体５との間の現像領域に運ばれ、十分に帯電された現像剤中のトナーが感光体５の表面に形成された静電潜像に静電的に移行して、静電潜像をトナー像として可視像化するようになっている。
【００８１】
このように、現像装置８は、非磁性トナーである黒色のトナーと、磁性キャリアとを含有する２成分現像剤たる現像剤を用いて現像を行うものであるが、現像が行われるにつれ、現像剤中のトナー量が減少する。このため、補給剤カートリッジ４１から適宜トナーを補給して現像ケース５５内を循環する現像剤のトナー濃度を現像に適した状態に保つのであるが、そのために、トナー濃度センサ９０を用いたフィードバック制御を行う。フィードバック制御は、制御手段を用いて行われる。
【００８２】
トナー濃度とトナー濃度センサ９０の出力電圧とは、略線形の特性を示すものであって、トナー濃度が高くなると透磁率が低くなり、トナー濃度センサ９０の出力電圧は低くなり、トナー濃度が低くなると透磁率が高くなり、トナー濃度センサ９０の出力電圧は高くなるようになっている。すなわち、トナー濃度センサ９０の出力からトナー濃度が検知される。
【００８３】
このような特性を利用して、トナー濃度センサ９０の出力電圧が高くなると、現像剤中のトナー濃度が低くなったことが検知され、すなわちトナーの消費が進んだことが検知され、補給剤が補給剤カートリッジ４１から現像ケース５５内に供給される。この制御が制御手段によって行われる。
【００８４】
トナー濃度センサ９０は、このようにして現像剤の透磁率を確実に検知できるよう、図２に示されているように、トナー濃度センサ９０の検知部９０ａが攪拌室５９内を覗くよう、攪拌室５９の底部に配設されている。トナー濃度センサ９０による検知を良好に行うため、現像装置８は、トナー濃度センサ９０が検知する現像剤を収容した攪拌室５９に配設されている第２搬送スクリュー５４と一体であり、また図２に示すように、トナー濃度センサ９０の検知部９０ａに付着した現像剤を掻き取る掻き取り部材６７を備えている。
【００８５】
掻き取り部材６７は、第２搬送スクリュー５４の回転軸８４に、接着によって取り付けられたフィルム状の樹脂シートであって、柔軟性を有しており、第２搬送スクリュー５４が１回転する度に、検知部９０ａに接触し、摺擦するようになっている。なお、掻き取り部材６７は、テープで取り付けても良い。
【００８６】
スクリュー部８６と攪拌室５９との内壁面との間には、スクリュー部８６の回転に伴う現像剤との摩擦により、スクリュー部８６や攪拌室５９が劣化することを防止するべく、数ミリのクリアランスが設けてあるため、スクリュー部８６によって検知部９０ａに付着した現像剤を完全に拭い取ることは行われず、検知部９０ａに付着した現像剤が攪拌されずに残ってしまうおそれもあるが、かかる掻き取り部材６７を設けることで、検知部９０ａに付着した現像剤は良好に拭い取られ、攪拌も良好に行われる。
【００８７】
これによって、トナー濃度センサ９０は、現像剤中のトナー濃度を良好に検知する。特に、トナー濃度センサ９０の検知部９０ａの配設位置が、掻き取り部材６７が現像剤に干渉する空間である攪拌部５９の底部であるため、トナー濃度センサ９０はトナー濃度を確実且つ良好に検知する。
【００８８】
ここで、現像剤の透磁率は、環境変化や現像剤の嵩密度変化などによって変動するため、トナー濃度センサ９０の出力目標値は適宜補正される。具体的には、画像濃度センサ１８を用いて測定した、感光体５上に形成した基準トナー像の画像濃度の出力結果に応じてトナー濃度センサ９０の出力目標値が補正される。
【００８９】
現像ケース５５内に供給された補給剤は第１搬送スクリュー５３、第２搬送スクリュー５４によってもともと現像ケース５５内にあった現像剤と攪拌・混合される。
ここで、補給剤が上述のようにして適宜供給されることで、トナー濃度は適正に保たれるが、トナーとキャリアとの摩擦や衝突が繰り返されると、トナーの一部がキャリアに付着してキャリア表面が汚染されたり、キャリアのコート層が剥がれたりする等、キャリアの劣化が発生し、キャリアのトナーに対する帯電能力が徐々に低下し、画質を著しく低下させる原因となる。
【００９０】
したがって、キャリアの劣化が生じた場合にはキャリアを交換してトナーの帯電能力を維持することを要する。キャリアの交換は、新規キャリアを含む補給剤の補給に伴って、現像剤がオーバーフローすることにより、逐次行われる。
すなわち、かかる補給が行われると、現像ケース５５内の現像剤の量が増え、現像剤の上位の部分が、現像剤排出口６４の最下位の部分より高い位置を占め、この現像剤排出口６４の最下位の部分より高い位置を占める現像剤が、現像剤排出口６４から溢れ出て、すなわちオーバーフローして、現像剤排出部４９を経たのち、制御手段によって作動される現像剤輸送用モータによって回転駆動される現像剤搬送スクリュー６３により現像剤輸送路４８内を搬送され、現像剤回収容器に回収される。
【００９１】
このように、現像装置８は、現像ケース５５内の現像剤のレベル、すなわち高さによって排出が制御される構成となっており、新規のキャリアまたは現像剤が供給されると、この量に応じた現像剤が現像ケース５５外に排出され、これによってキャリアの交換が行われる。
【００９２】
かかるフィードバック制御の過程において、現像ケース５５内に供給された補給剤は、現像ケース５５内に元から存する現像剤と速やかに攪拌され分散される必要がある。攪拌混合が不十分であると、補給されたトナーが十分に帯電されず、トナー飛散の原因となることがあり、トナー飛散が発生すると、画像形成装置１００の機内がトナーによって汚染され、感光体５が汚染されて画像不良を生じることがあるためである。また、トナーが凝集体となったまま現像に供されることがあり、画像品質を低下させるためである。
【００９３】
しかしながら、かかる攪拌混合は、装置の大型化を抑制しつつ攪拌混合を良好に行う機構によって行うことが望ましく、また、攪拌混合によって現像剤に機械的負担が掛かることに起因する現像剤の劣化を防止するために攪拌混合の際に現像剤に掛かる機械的負担を抑制する必要がある。
【００９４】
そこで、現像装置８においては、補給剤が、補給口４０を通じて、攪拌搬送領域の下方から補給されるようになっている。そのため、補給口４０は、攪拌搬送領域の下方であって第２搬送スクリュー５４の下方の、現像ケース５５の底面に配設され、この底面から補給剤が補給される。
【００９５】
ここで、現像ケース５５の底面とは、図６において網掛けで示すように、現像ケース５５の隔壁８１、側壁４７に沿ってこれらの肉厚の中心において垂下した面Ｆ、Ｇと、現像ケース５５の最底部の肉厚の中心を含む水平面Ｈとの交線をそれぞれＩ、Ｊとしたとき、第２搬送スクリュー５４の回転中心と交線Ｉ、Ｊのそれぞれとを含む平面が、現像ケース５５とが交わる面によって挟まれた領域をいう。
【００９６】
本形態においては、補給口４０を現像ケース５５の最底部に形成している。これは、現像ケース５５内における現像剤の粉面言い換えると表面までの距離がもっとも大きくなり、攪拌混合が良好に行われるためであるが、補給口４０は、かかる底面に形成するのであれば、攪拌混合が担保されるため、図７に示すように、かかる最底部でない部分に形成してもよい。なお、補給剤の攪拌混合が良好に行われるのであれば、かかる底部でなく、現像剤の表面よりも重力方向下側位置となるように補給口４０を設けても良い。
【００９７】
補給剤は、かかる位置に配設された補給口４０から補給されるが、補給剤の攪拌混合が高効率で行われるよう、補給剤は、特に、図４に示すように、攪拌搬送領域内の、第２搬送スクリュー５４による現像剤の搬送方向の上流側部分において供給されるようになっており、そのため、補給口４０は、現像ケース５５の底部の、かかる搬送方向における上流側部分に配設されている。ここで、上流側部分とは、かかる搬送方向における、攪拌搬送領域を実質的に形成している攪拌室５９の上流側半分の部分をいい、補給剤の攪拌混合が十分に行われる位置であればどのような部分でもよいが、攪拌混合性をより考慮すれば上流側３分の１の部分とすることが望ましい。
【００９８】
補給剤輸送路４２と、補給剤補給部４４と、補給剤搬送スクリューと、補給剤輸送用モータ４３と、ポンプ４６と、粉体ポンプ５０とは、補給剤を、補給口４０を通じて、攪拌搬送領域の下方から、第２搬送スクリュー５４による現像剤の搬送方向の上流側部分に補給する補給手段を構成している。なお、粉体ポンプ５０は適宜省略することが可能である。
【００９９】
現像装置８において、かかる補給手段により補給口４０を経て現像ケース５５内に供給された補給剤は、現像剤の上方から補給された場合と異なり現像剤の表面を滑るようにして移動することがなく、現像剤と必ず攪拌混合される状態となり、第２搬送スクリュー５４によって攪拌混合が行われる。とくに、ポンプ４６によって形成された気流が補給口４０から供給されるから、補給口４０付近では現像剤がほぐされて流動性を増しており、この状態で補給剤が気流とともに現像ケース５５内に供給されるから、攪拌混合性が極めて高い。さらに、補給剤は、気流によって現像ケース５５内に供給されるため、トナーの凝集が生じにくい状態となっている。
【０１００】
これらの作用の相乗効果により、補給剤は、第２搬送スクリュー５４によって攪拌搬送され、さらに第１搬送スクリュー５３によって攪拌搬送され、この過程において極めて良好に現像剤と攪拌混合され、トナーの帯電も極めて良好に行われる。そして、現像ローラ５１に至るまでに、現像剤内に均一に分散されることとなるから、かかる供給によって現像ムラ等の不具合を生じることはなく、良好な現像が行われる。
【０１０１】
かかる気流の流入に応じて、排気口９１から排気が行われるため、現像ケース５５内の気圧が上昇することはなく、排気口９１から排出されたエアは上述のように閉じた経路によって再度ポンプ４６に流入するため、現像剤が現像ケース５５と現像ローラ５１との間から噴き出すことが防止され、現像剤が外部に飛散することがない。よって、画像形成装置１００内部の汚染によるサービスマンのメンテナンス時間や回数を減じることができ、画像形成装置１００が使用できなくなる時間を減じることができるから、画像品質に関する信頼性のみならずユーザーの信頼性が高い。
【０１０２】
ここで、補給口４０から流入した気流が現像剤をほぐす作用をより良好に行うよう、図４に示すように、排気口９１は現像ケース５５の上面であって、補給口４０の配設位置と反対側の位置、すなわち第２搬送スクリュー５４による現像剤の搬送方向でいえば下流側の位置に配設され、補給口４０と十分な距離が取られている。かかる位置に配設することにより、補給口４０から補給した補給剤が現像剤と十分に攪拌混合されることなく排気口９１から流出してしまうことも防止される。なお、現像剤が排気口９１から流出することを防止するために、排気口９１にフィルターを配設してもよい。
【０１０３】
攪拌混合性をさらに良好にするため、長時間の放置後、例えば画像形成装置１００の電源投入時や待機モードからの立ち上がり時等、現像装置８の立ち上がり時には、ポンプ４６と補給剤輸送用モータ４３とのうちポンプ４６のみを駆動して現像装置８に気流のみを供給し現像装置８内の現像剤の流動性を速やかに上げ、嵩密度が高くなった状態を解消することが望ましい。
【０１０４】
このように、現像剤の流動性は、補給剤の攪拌混合性に影響を与えることから、現像剤の流動性を保つために、現像剤の流動性に応じてポンプ４６の駆動を制御することが望ましい。そのため、補給口４０内あるいは近傍に圧力計を配設し、圧力計の出力値によって示される現像剤の流動性に応じて、制御手段がポンプ４６の駆動を制御するようにすることができる。かかる駆動の制御態様としては、ポンプ４６によって形成する気流の量を制御することが挙げられる。このような制御を行うことで、現像剤が経時的に劣化し嵩密度が変化した場合でも、現像剤の流動性が保たれ、補給剤の攪拌混合性が維持される。
【０１０５】
補給剤の量に対する気流の流量を上げれば攪拌混合性がさらに上昇することから、図８に示すように、ポンプ４６を常時駆動するとともに補給剤輸送法モータ４３を間欠的に駆動して、気流が常時現像ケース５５内に流入されるとともに補給剤が間欠的に少量ずつ供給されるようになっている。これらの作用は、上述したような、現像剤へのストレスの低減、現像剤の劣化の抑制、分散性向上による帯電性および画質の安定等の他、トナー濃度センサ９０の検知精度を向上させる利点もある。またこれにより短時間にトナー濃度が均一にされるため、トナー濃度の制御に要する時間が短縮される。なお、これらを達成できるのであればポンプ４６の駆動は適宜間欠的に行うようにしても良い。
【０１０６】
また、ポンプ４６を常時駆動することにより、補給口４０を開閉する部材を設けずとも現像剤が補給口４０や補給剤輸送路４２内で詰まることや現像剤が補給口４０や補給剤輸送路４２内に逆流、滞留することが防止され、補給剤の補給が所望のときにいつでも良好に行われる。
【０１０７】
ポンプ４６によるエアの流量は０．１ｌ／ｍｉｎないし２．０ｌ／ｍｉｎとすることが望ましく、本形態においては０．５ｌ／ｍｉｎないし１．０ｌ／ｍｉｎとされている。これは、流量が少なすぎると補給剤が搬送されず、補給剤輸送路４２内で詰まってしまい、流量が多すぎると補給剤は気流の勢いで現像ケース５５内の現像剤を突き抜けてしまう危険性があるためである。なお、かかる流量は現像ケース５５の大きさ、内部の現像剤量、現像剤の流動性によって適宜調整されるものである。
【０１０８】
現像剤の詰まりや逆流、滞留を防止するための構成として、現像装置８においては、補給口４０からの攪拌搬送領域に対する補給剤の補給方向が、現像剤の循環搬送方向に対して傾きを持ち、かかる方向と非平行となる構成を採用している。本形態におけるかかる構成は、図４、図９（ａ）に示すように、補給剤輸送路４２が、補給口４０に下方から傾斜を持って接続された第１の部分４２ａと、第１の部分４２ａの形成方向に非平行な方向、具体的には広角をなす方向から第１の部分４２ａに接続された第２の部分４２ａとを有している。
かかる構成によれば、特に第１の部分４２ａが補給口４０において傾斜して斜めに接続されているので、詰まり、逆流、滞留が良好に防止される。また、第２の部分４２ｂが第１の部分４２ａに対して傾斜していることによっても同様の機能が得られる。
【０１０９】
図９（ｂ）に示すように、同様の機能を得るため、第１の部分４２ａは補給口４０において垂直に接続されていても良い。また、同図９（ｂ）に示すように、同様の機能を得るため、第２の部分４２ｂは第１の部分４２ａに対して垂直に接続されていても良い。また、同様の機能を得られるのであれば、補給剤輸送路４２を、補給口４０に垂直に接続された第１の部分４２ａのみで構成しても良い。第１の部分４２ａと第２の部分４２ｂとが明確に区別される形状でなく、図１１に示すように、補給剤輸送路４２が緩やかに湾曲した形状をなしていても良い。
【０１１０】
図１０に示すように、現像剤の詰まりや逆流、滞留を防止するための構成として、補給口４０を開閉する開閉部材を配設しても良い。
図１０（ａ）に示した開閉部材５６は、現像剤の搬送方向に平行に移動し、スライドによって補給口４０を開閉するシャッター部材５６であり、図１０（ｂ）に示した開閉部材５７は、軸５７ａを中心にして搖動することによって補給口４０を開閉する押し開き式のスイングシャッターである。
【０１１１】
かかる開閉部材５６、５７は、補給剤が補給口４０から供給されるべきときのみ補給口４０を開放するよう、制御手段によって駆動される。ただし、補給剤が供給される状態でなくとも、ポンプ４６が作動するときには補給口４０を開放しても良い。制御手段によって開閉を駆動されるのでなく、気流の圧力によって開くように構成しても良い。
【０１１２】
開閉部材５６は、現像剤の搬送方向に平行な方向にスライドするため、駆動の負担が小さい。
開閉部材５７は、補給口４０を、現像剤の搬送方向の下流側に向く方向に開放するため、補給口４０への現像剤の流入が効果的に防止される。なお、この場合、開閉部材５７が現像ケース５５の内側に向かって開き、先端が第２搬送スクリュー５４に近接するため、第２搬送スクリュー５４への接触を防止するために、補給口４０の直上のスクリュー部８６の径は、他の部分に比して小さく形成され、開閉部材５７との接触を防止するように構成されている。
【０１１３】
以上ポンプ４６を有する現像装置８について説明したが、現像ケース５５内の現像剤量を２００ｇとし、軸径５ｍｍの回転軸８４および外径１２ｍｍのスクリュー部８６を有する第２搬送スクリュー５４を備え、トナー、キャリアそれぞれの平均粒径６μｍとし、エアの流量を０．５ｌ／ｍｉｎないし１．０／ｍｉｎとした本形態において、従来の現像装置に秘して補給剤の攪拌混合が良好に行われ上述の機能、作用、効果が良好に発揮された。
【０１１４】
粉体ポンプ５０は適宜省略することが可能である。図１１に示すように、吐き出し型の粉体ポンプ５０の代わりに、気流形成手段としての吸い込み型の粉体ポンプ７０を配設してもよい。粉体ポンプ７０は補給剤輸送路４２に連結された補給剤移送路４２’の途中に配設されている。このような構成では、次に述べるように補給剤輸送路４２を自由に配回することが可能となっており、補給剤カートリッジ４１の配設位置を自由に選択できるが、補給剤移送路４２’中の補給剤も粉体ポンプ７０の圧力で搬送されるため、補給剤移送路４２’も自由に配回することが可能であり、補給剤カートリッジ４１のみならず粉体ポンプ７０も現像ケース５５から離れた場所に配設でき、最も邪魔にならない位置に配設することができ、現像装置８、画像形成装置１００のレイアウトの自由度が大きくなるという利点がある。図１１に示した構成例では、補給剤輸送用モータ４３を省略した構成とされている。このように、補給剤輸送用モータ４３は適宜省略可能である。
【０１１５】
図１１に示した構成例では、補給剤輸送路４２、補給剤移送路４２’が、内径３ないし７ｍｍ程度で、フレキシブルかつ耐トナー性に優れた、ポリウレタン、ニトリル、ＥＰＤＭ、シリコン等のゴム材料、または、ポリエチレン、ナイロン等のプラスチック材料によって構成されている。そのため、補給剤輸送路４２を自由に配回することが可能となっており、補給剤カートリッジ４１の配設位置を自由に選択でき、最も邪魔にならない位置に配設することができ、現像装置８、画像形成装置１００のレイアウトの自由度が大きくなるという利点がある。補給剤輸送路４２を自由に配回しても、ポンプ４６の圧力により、補給剤は良好に補給剤輸送路４２を搬送され現像ケース５５内に供給される。トナーの凝集度が低いほうが補給剤の流動性が高く、上述した機能、作用、効果が得られるが、上述の各条件のうち凝集度を１０〜８０に代えた場合であっても、攪拌混合性は向上しており、上述した機能、作用、効果が得られた。
【０１１６】
図１２以下に、ポンプ４６の代わりに、あるいはポンプ４６とともに、補給口４０から補給剤を補給するための補給剤搬送部材を備え、これによって補給手段を構成した現像装置８を示す。以下の説明においては、上述の現像装置８の構成と同様の構成については同じ符号を付するに留める等して適宜説明を省略する。
【０１１７】
図１２ないし図１４に示す現像装置８においては、ポンプ４６の代わりに、補給剤搬送部材としてのトナー搬送オーガとしてのオーガ７１、７２を有しており、補給剤輸送用モータ４３によってこれらを駆動するようになっている。すなわち、現像装置８は、補給剤輸送用モータ４３と、補給剤輸送用モータ４３によって回転駆動されるギヤ７３と、ギヤ７３を一端に有しギヤ７３と一体で回転駆動されるオーガ７１と、オーガ７１の他端に配設されオーガ７１と一体で回転駆動される笠歯車７４と、笠歯車７４と噛合し笠歯車７４によって回転駆動される、笠歯車７４と径が異なる笠歯車７５と、笠歯車７５を一端に有し笠歯車７５と一体で回転駆動されるオーガ７２とを有している。排気部４５は備えられていない。
【０１１８】
各オーガ７１、７２はスクリュー形状をなしており、一定方向に回転することによって補給剤を一定方向に搬送するものである。補給剤輸送用モータ４３は制御手段によって駆動を制御され、回転駆動により、ギヤ７３によりオーガ７１を上記一定方向に回転駆動するとともに、さらに笠歯車７４、７５を介してオーガ７２を上記一定方向に回転駆動する。
【０１１９】
これにより、オーガ７１は、補給剤輸送用モータ４３によって補給剤カートリッジ４１から送り出された補給剤を、補給剤輸送路４２内において図１４における左方向に搬送し、オーガ７２は、オーガ７１によって搬送されてきた補給剤を補給剤輸送路４２内において図１４における上方向に持ち上げるように搬送し、補給口４０を通じて、攪拌搬送領域の下方から補給剤を補給する。この補給動作は上述したフィードバック制御によって行われる。
【０１２０】
本形態において、オーガ７２を配設した構成では、オーガ７２が補給口４０を塞ぐ形状をなしている。これによりオーガ７２のスクリュー部が補給口４０の蓋の役割を果たし、現像ケース５５内の現像剤が補給剤輸送路４２内に流入することがなく、補給剤が補給されないという現象や、現像剤が補給口４０や補給剤輸送路４２を塞ぐという現象が防止され、図９、図１０に示した構成と同様に現像剤の詰まり、逆流、滞留が防止される。これを良好に行うために、オーガ７２の駆動は、上述のポンプ４６の駆動タイミングと同様にして行われる。
【０１２１】
さらにこれを良好に行うためには、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、補給口４０の径ｄ１を、オーガ７２のスクリュー部の外径ｄ２と略同径の円形状とすることが望ましい。かかる詰まり、逆流、滞留を防止するには、少なくとも補給口４０の径ｄ１をｄ２と同径にすればよいのであって、図１５（ａ）に示すように補給口４０の径のみをかかる径とし、補給口４０に接続された部分の補給剤輸送路４２の径はｄ２より大きくても良いし、図１５（ｂ）に示すように補給口４０の径のみならず、補給口４０に接続された部分の補給剤輸送路４２の径もｄ２と略同径としてもよい。
【０１２２】
これに対し、図１５（ｃ）に示すように、径ｄ１を径ｄ２よりも大きくすると、かかる詰まり、逆流、滞留が発生するおそれがあるが、現像剤の粒子の大きさ、表面の形状、活性等の特性を考慮してギャップの大きさを適宜設定することで、かかる詰まり、逆流、滞留の発生を防止することが可能である。
【０１２３】
図１６に示すように、オーガ７１の代わりに粉体ポンプ７０を配設しても良い。オーガ７２はその一端に配設されたギヤ７３によって回転駆動される。ギヤ７３は補給剤輸送用モータ４３で回転駆動される。補給剤の補給は、制御手段により粉体ポンプ７０を駆動し、補給剤カートリッジ４１内の補給剤を搬送するとともに、補給剤輸送用モータ４３を駆動し、粉体ポンプ７０によって搬送されてきた補給剤を供給口４０から現像ケース５５内に供給する態様のもと、上述したフィードバック制御を行うことでなされる。オーガ７２の駆動タイミングは上述と同様である。排気部４５は必要に応じて配設される。
【０１２４】
図１７に示すように、オーガ７１の代わりにポンプ４６を配設し、ポンプ４６とオーガ７２とを組み合わせた構成としても良い。ポンプ４６はチューブ７６を介して補給剤輸送路４２に接続されており、チューブ７６を介して気流を補給剤輸送路４２内に流入させ、補給剤輸送路４２内を搬送されてきた補給剤がオーガ７２により補給口４０を通じて現像ケース５５内に供給される。
【０１２５】
チューブ７６の材質は図１１に示した補給剤輸送路４２、補給剤移送路４２’の材質と同様であるが、内径は２ないし７ｍｍ程度とされている。よってポンプ４６の配設位置を自由に選択でき、最も邪魔にならない位置に配設することができ、現像装置８、画像形成装置１００のレイアウトの自由度が大きくなる等の点は、図１１に示した例と同様である。排気部４５は備えられている。
【０１２６】
補給剤の補給は、制御手段によりポンプ４６を駆動し、補給剤カートリッジ４１内の補給剤を搬送するとともに、補給剤輸送用モータ４３を駆動し、ポンプ４６によって搬送されてきた補給剤を供給口４０から現像ケース５５内に供給する態様のもと、上述したフィードバック制御を行うことでなされる。オーガ７２の駆動タイミングは上述と同様である。
【０１２７】
これらオーガ７２を備えた構成にあっては、上述の開閉部材を設ける必要がなく、さらに図１６、１７に示す例では、１つのオーガ７２のみで足りる。
粉体ポンプ７０、ポンプ４６を備えた構成にあっては、これらの動作タイミングを図３に示した例と同様にすることにより、気流によって現像剤の詰まり、逆流、滞留を防止することができる。この場合、オーガ７２の外径は図（ｃ）に示した場合と同様にしても、かかる防止を行うことができる。
【０１２８】
以上、本発明を実施するための形態として、本発明を適用した現像装置、画像形成装置、画像形成方法について説明したが、本発明の適用は、上述の説明において特に限定を行っていない限り、上述の形態に限られるものではない。たとえば、攪拌搬送部材はスクリュー形状でなくパドル形状であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明を適用した画像形成装置の概略正面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置に備えられた現像装置の一部の概略正面図である。
【図３】図１に示した画像形成装置に備えられた現像装置の一部の斜視図である。
【図４】図１に示した画像形成装置に備えられた現像装置の側断面図である。
【図５】図１に示した画像形成装置に備えられた現像装置の一部の概略平面図である。
【図６】図２に示した現像装置の一部であって補給口の配設位置を説明するための概略正面図である。
【図７】図６に示した現像装置において補給口の異なる配設位置を示す概略正面図である。
【図８】図２に示した現像装置において気流形成手段の動作タイミングと補給剤の補給タイミングとの関係を示したタイミングチャートである。
【図９】図２に示した現像装置において現像剤の搬送経路の種々の構成態様を示す模式図である。
【図１０】図２に示した現像装置において補給口を開閉する開閉部材を配設する場合の配設態様を示す模式図である。
【図１１】図１に示した画像形成装置に備えられる別の構成の現像装置の側断面図である。
【図１２】図１に示した画像形成装置に備えられるさらに別の構成の現像装置の一部の斜視図である。
【図１３】図１２に示した現像装置の一部の概略正面図である。
【図１４】図１２に示した現像装置の一部の側断面図である。
【図１５】図１２に示した現像装置に備えられる補給剤搬送部材と補給口との種々の構成態様の組み合わせを示す模式図である。
【図１６】図１２に示した現像装置のさらに別の構成の側断面図である。
【図１７】図１２に示した現像装置のさらに別の構成の模式図である。
【符号の説明】
【０１３０】
８    現像装置
４０    補給口
４２    搬送経路
４２〜４４、４６、５０    補給手段
４２、４２’、４３、４４、４６、７０    補給手段
４２〜４４、７１〜７５    補給手段
４２〜４４、７０、７２、７３    補給手段
４２〜４４、４６、７２、７３、７６    補給手段
４２ａ    第１の部分
４２ｂ    第２の部分
４６    気流形成手段
５０    気流形成手段
５３、５４    攪拌搬送部材
５６    開閉部材
５７    開閉部材
７０    気流形成手段
７１、７２    補給剤搬送部材
９１    排気口
１００    画像形成装置
【図１】
2006259166.tif 000003
【図２】
2006259166.tif 000004
【図３】
2006259166.tif 000005
【図４】
2006259166.tif 000006
【図５】
2006259166.tif 000007
【図６】
2006259166.tif 000008
【図７】
2006259166.tif 000009
【図８】
2006259166.tif 000010
【図９】
2006259166.tif 000011
【図１０】
2006259166.tif 000012
【図１１】
2006259166.tif 000013
【図１２】
2006259166.tif 000014
【図１３】
2006259166.tif 000015
【図１４】
2006259166.tif 000016
【図１５】
2006259166.tif 000017
【図１６】
2006259166.tif 000018
【図１７】
2006259166.tif 000019