(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像が形成される像担持体と、
前記静電潜像を現像する現像装置と、
前記現像装置に非磁性一成分現像剤を補給する現像剤補給手段と、
前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を制御する制御手段と、
を備える画像形成装置において、
前記現像装置は、
非磁性一成分現像剤を担持搬送し、非磁性一成分現像剤を前記像担持体に接触させて前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体へ非磁性一成分現像剤を供給する現像剤供給手段と、
前記現像剤供給手段により供給された非磁性一成分現像剤を規制して前記現像剤担持体上に非磁性一成分現像剤の薄層を形成する現像剤規制手段と、
前記現像剤補給手段から補給された非磁性一成分現像剤と前記現像装置内の非磁性一成分現像剤を混合するために可動する現像剤攪拌手段と、
前記現像剤攪拌手段近傍の非磁性一成分現像剤の剤面高さを検知する剤面検知手段と、
前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段と前記現像剤規制手段とが配置されている現像室と、
前記現像剤攪拌手段が配置されている攪拌室と、
前記攪拌室から前記現像室へ非磁性一成分現像剤を通過させるために、前記現像室と前記攪拌室との間に設けられた開口部と、
を有し、
前記現像剤攪拌手段は、前記現像剤攪拌手段の可動範囲の上部かつ水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内へ前記現像剤補給手段によって非磁性一成分現像剤が補給されるように配置され、前記現像剤攪拌手段の可動範囲の鉛直方向下端が、前記現像剤供給手段の鉛直方向上端又は前記現像剤規制手段と前記現像剤担持体との接点のいずれか高い方よりも上方になるように配置され、
前記開口部は、前記攪拌室の下方であって前記現像室の上方に設けられ、水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内に配置されており、
前記現像剤攪拌手段の可動中心よりも下方において、前記攪拌室の内壁が前記現像剤攪
拌手段の可動範囲に近接して該可動範囲を挟むように配置され、
前記内壁は、水平方向において前記開口部に近づくにつれて低くなるように傾斜した傾斜部を有し、
前記開口部は、前記内壁の前記傾斜部のうち、前記現像剤攪拌手段の可動中心よりも下方における前記現像剤攪拌手段の可動方向の下流側に位置する傾斜部に設けられ、
前記開口部の鉛直方向上端は、鉛直方向において前記現像剤攪拌手段の可動中心よりも下方、水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内であり、
前記開口部の鉛直方向下端は、鉛直方向において前記現像剤供給手段の鉛直方向上端又は前記現像剤規制手段と前記現像剤担持体との接点のいずれか高い方よりも上方、水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内であり、
前記制御手段は、非磁性一成分現像剤の剤面高さを、前記現像剤攪拌手段の可動中心以上、且つ前記現像剤攪拌手段の可動範囲の鉛直方向上端以下の所定範囲に保つように、前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を制御する、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
静電潜像が形成される像担持体と、
前記静電潜像を現像する現像装置と、
前記現像装置に非磁性一成分現像剤を補給する現像剤補給手段と、
前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を制御する制御手段と、
を備える画像形成装置において、
前記現像装置は、
非磁性一成分現像剤を担持搬送し、非磁性一成分現像剤を前記像担持体に接触させて前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体へ非磁性一成分現像剤を供給する現像剤供給手段と、
前記現像剤供給手段により供給された非磁性一成分現像剤を規制して前記現像剤担持体上に非磁性一成分現像剤の薄層を形成する現像剤規制手段と、
前記現像剤補給手段から補給された非磁性一成分現像剤と前記現像装置内の非磁性一成分現像剤を混合するために可動する現像剤攪拌手段と、
前記現像剤攪拌手段近傍の非磁性一成分現像剤の剤面高さを検知する剤面検知手段と、
前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段と前記現像剤規制手段とが配置されている現像室と、
前記現像剤攪拌手段が配置されている攪拌室と、
前記攪拌室から前記現像室へ非磁性一成分現像剤を通過させるために、前記現像室と前記攪拌室との間に設けられた開口部と、
を有し、
前記開口部は、前記開口部の鉛直方向上端が、前記現像剤供給手段の鉛直方向上端又は前記現像剤規制手段と前記現像剤担持体との接点のいずれか低い方よりも下方になるように配置され、
前記現像剤攪拌手段は、前記現像剤攪拌手段の可動範囲の上部かつ水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内へ前記現像剤補給手段によって非磁性一成分現像剤が補給されるように配置され、前記現像剤攪拌手段の可動範囲の鉛直方向下端が、前記開口部の鉛直方向上端よりも上方になるように配置され、
前記開口部は、前記攪拌室の下方であって前記現像室の上方に設けられ、水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内に配置されており、
前記現像剤攪拌手段の可動中心よりも下方において、前記攪拌室の内壁が前記現像剤攪拌手段の可動範囲に近接して該可動範囲を挟むように配置され、
前記内壁は、水平方向において前記開口部に近づくにつれて低くなるように傾斜した傾斜部を有し、
前記制御手段は、非磁性一成分現像剤の剤面高さを、前記現像剤攪拌手段の可動中心以上、且つ前記現像剤攪拌手段の可動範囲の鉛直方向上端以下の所定範囲に保つように、前
記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を制御する、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記剤面検知手段は、少なくとも２つの剤面高さのレベルを検知可能であり、
前記制御手段は、画像形成動作により非磁性一成分現像剤の剤面高さが変化し、前記剤面検知手段が前記２つの剤面高さのレベルのうち低いレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段から単位時間辺り決められた一定の補給量で非磁性一成分現像剤の補給を開始し、前記剤面検知手段が前記２つの剤面高さのレベルのうち高いレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を停止するように制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像剤補給手段は、単位時間辺りの非磁性一成分現像剤の補給量を変化させる手段を有し、画像形成装置動作中において、単位時間辺り決められた一定の補給量で非磁性一成分現像剤を現像装置に補給可能であり、
前記剤面検知手段は、少なくとも２つの剤面高さのレベルを検知可能であり、
前記制御手段は、画像形成動作により非磁性一成分現像剤の剤面高さが変化し、前記剤面検知手段が前記２つの剤面高さのレベルのうち低いレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段からの単位時間当たりの非磁性一成分現像剤の補給量を増加させ、前記剤面検知手段が前記２つの剤面高さのレベルのうち高いレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段からの単位時間当たりの非磁性一成分現像剤の補給量を減少させるように制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像剤補給手段は、単位時間辺りの非磁性一成分現像剤の補給量を変化させる手段を有し、画像形成装置動作中において、単位時間辺り決められた一定の補給量で非磁性一成分現像剤を現像装置に補給可能であり、
前記剤面検知手段は、複数の剤面高さのレベルを検知可能であり、
前記制御手段は、画像形成動作により非磁性一成分現像剤の剤面高さが変化し、前記剤面検知手段がそれまでの剤面高さのレベルより高いレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段からの単位時間当たりの非磁性一成分現像剤の補給量を前記レベルに応じて順次減少させ、前記剤面検知手段がそれまでの剤面高さのレベルより低いレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段からの単位時間当たりの非磁性一成分現像剤の補給量を前記レベルに応じて順次増加させるように制御する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御手段は、画像形成動作により非磁性一成分現像剤の剤面高さが変化し、前記剤面検知手段が前記複数の剤面高さのレベルのうち最も高いレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を停止し、前記剤面検知手段が前記複数の剤面高さのレベルのうち最も高いレベル以外のレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を再開するように制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記制御手段は、画像形成動作により非磁性一成分現像剤の剤面高さが変化し、前記剤面検知手段が前記複数の剤面高さのレベルのうち最も低いレベルを検知した際に、画像形成装置に設けられた報知手段が、前記現像剤補給手段の異常、もしくは前記現像剤補給手段の現像剤無しを報知するように制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記単位時間辺り決められた一定の補給量の値を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記記憶手段は、前記一定の補給量の値を、前記剤面検知手段により検知された剤面高さのレベルに応じて新たな補給量の値に更新し記憶することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記記憶手段は、前記現像装置に設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記記憶手段は、前記現像剤補給手段に設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記非磁性一成分現像剤は、形状係数ＳＦ−１が１００〜１４０、形状係数ＳＦ−２が１００〜１２０であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか1項に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記非磁性一成分現像剤の一部又は全部が、重合方法により作製されることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の現像装置であって、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の現像剤補給手段であって、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする現像剤補給装置。
【請求項１６】
静電潜像が形成される像担持体と、請求項１乃至１３のいずれかに記載の現像装置と、が一体的に組み立てられ、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子写真方式或は静電記録方式を用いて像担持体上に形成した静電潜像を現像装置を用いて可視化して顕画像を形成し、その後この顕画像を記録材上に転写及び定着して永久画像を得る画像形成装置、画像形成装置にて用いられる現像装置、プロセスカートリッジ及び現像剤補給装置に関する。
【０００２】
ここで、電子写真方式の画像形成装置としては、例えば複写機、プリンタ（例えば、ＬＥＤプリンタ、レーザービームプリンタ等）、ファクシミリ装置、及び、ワードプロセッサ等が含まれる。
【０００３】
又、プロセスカートリッジとは、帯電手段、現像剤担持体又はクリーニング手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。あるいは、帯電手段、現像剤担持体、クリーニング手段の少なくとも一つと電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするものである。あるいは、少なくとも現像剤担持体と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするものをいう。
【背景技術】
【０００４】
従来、電子写真方式の画像形成装置にあって、現像剤たるトナーが使用され画像形成装置のトナーが消費された場合、画像形成装置に着脱可能な現像剤補給容器たるトナー補給容器を新たなトナー補給容器に交換することにより装置にトナーを補給する画像形成装置が知られている。
【０００５】
図９は、従来の画像形成装置の概略構成の一例を示す縦断面図である。図９に示すように、従来の画像形成装置のほぼ中心部には、像担持体としての例えばドラム状の電子写真感光体（以下、単に「感光ドラム」と呼ぶ。）、即ち、感光ドラム１００が矢印方向に回転可能に支持されている。
【０００６】
画像形成動作が開始すると、帯電手段２００は、感光ドラム１００の表面を一様に帯電する。その後、露光手段としての例えばレーザー照射手段３００は、画像情報に応じたレーザーにより帯電された表面を露光し、表面に静電潜像を形成する。現像装置４００は、形成された静電潜像を供給する現像剤により可視化し、所謂、トナー像を形成する。
【０００７】
このトナー像は、転写手段としての例えば転写ローラ６００によって感光ドラム１００と転写ローラ６００との間に形成される転写電界により静電的に記録材Ｐ上に転写される。その後、記録材Ｐ上の未定着トナー像は定着装置８００（加熱ローラ８００ａ、加圧ローラ８００ｂ）において熱及び圧力によって記録材Ｐ上に定着される。
【０００８】
又、トナー像の転写を終了した感光ドラム１００の表面に残留する転写残トナーなどは、例えば、ブレード状のクリーニング部材を備えるクリーニング装置７００により除去され、感光ドラム１００は引き続き画像形成を行える状態となる。
【０００９】
次に、上記従来の画像形成装置にて用いられる現像装置４００について更に説明する。
【００１０】
現像装置４００は、現像剤を感光ドラム１００へと搬送する、弾性体からなる現像剤担持体４０１を有する。そして、現像剤担持体４０１を感光ドラム１００の表面に接触させて静電潜像の現像を行う。このような構成は、いわゆる接触現像方式として知られている
。
【００１１】
また、現像装置に対し、現像室内のトナーの減少に応じて、逐次又は一括してトナーを補給する方式も知られている。現像装置４００は、現像剤として一成分現像剤を用いるものであり、特に、非磁性一成分現像剤を用いる。尚、以下、特に言及しない場合には、一成分現像剤を単に「トナー」と呼ぶ。
【００１２】
現像装置４００において、現像容器４０６にはトナーが収容されている。又、現像容器４０６は、感光ドラム１００と対向する側の一部が開口しており、この開口部から一部露出するようにして、現像剤担持体としての現像ローラ４０１が矢印Ｒ５方向に回転可能に支持されている。
【００１３】
現像容器４０６の開口部と反対側の奥部には、現像剤を攪拌及び搬送する手段である攪拌パドル４０４が、矢印Ｒ６方向に回転可能に設けられている。攪拌パドル４０４は、トナーを攪拌すると共に、現像ローラ４０１と後述の供給ローラ４０３との当接部近傍の領域Ｄへとトナーを搬送する。
【００１４】
現像剤供給手段としての供給ローラ４０３は、弾性体にて形成され、現像ローラ４０１に当接回転するように設けられている。攪拌パドル４０４によって搬送されたトナーは、供給ローラ４０３の矢印Ｒ７方向の回転に伴って、領域Ｄにおいて一度密な状態となることで均一化される。その後、互いにカウンター回転にて当接する現像ローラ４０１と供給ローラ４０３との摺擦に伴い、トナーには摩擦により電荷が付与される。ここで、カウンター回転とは、対向面（摺擦面）が互いに逆方向に進行する回転をいう。
【００１５】
現像ローラ４０１と供給ローラ４０３との摺擦域にて電荷を付与されたトナーは、この帯電電荷により鏡映力を受けて現像ローラ４０１上へと供給される。更に、現像容器４０６には、現像剤層厚規制部材としてのブレード４０２が現像ローラ４０１に押圧して設けられている。現像ローラ４０１上のトナーは、現像ローラ４０１の回転に伴ってブレード４０２との当接域を通り抜けることで層厚を規制されて現像ローラ４０１上に薄層状に塗布される。この際、トナーは、現像ローラ４０１及びブレード４０２との摩擦によって現像に十分な電荷を付与される。
【００１６】
その後、トナーは、現像ローラ４０１の回転に伴って、感光ドラム１００と現像ローラ４０１とが当接する現像領域（現像ニップ）Ｎへと搬送される。一方、感光ドラム１００と現像ローラ４０１との間には、電源（図示せず）から現像ローラ４０１へ電圧が印加され、現像電界が形成される。従って、現像ローラ４０１上のトナーは、この現像電界の作用によって感光ドラム１００上の静電潜像に転移し、トナー像が形成される。このとき、図９に示すように、例えば感光ドラム１００表面に現像ローラ４０１が当接回転する方式を採用する現像装置の場合、潜像に選択的に付着しトナー像を形成するトナー、即ち現像に寄与するトナーのみならず、現像ローラ４０１上に担持されたトナーは感光ドラム１００との摺擦を受けることになる。このような状態を、本明細書ではトナー（現像剤）を感光ドラム１００上に「接触」させた状態という。
【００１７】
現像ローラ４０１上に塗布されて現像ニップＮへと担持搬送されたトナーの内、現像に寄与せずに現像ローラ４０１上に残留したトナーは、供給ローラ（現像剤供給及び剥ぎ取り手段）４０３による摺擦で現像ローラ４０１上から剥ぎ取られる。剥ぎ取られたトナーの一部は新たに供給ローラ４０３に供給されたトナーと共に、再び供給ローラ４０３によって現像ローラ４０１上へと供給され、残りは現像容器４０６内へと戻される。
【００１８】
また、現像容器４０６上方には、取り外し可能なトナーホッパー５００が設けられてい
る。使用により現像容器４０６内のトナーが減少すると、画像形成装置はトナー容器の交換要求を出し、使用者が新しいトナー容器と交換し、更にトナーホッパー５００下方の開口にあるシール剤を除去することによりトナーが現像容器４０６に一括補給される。
【００１９】
新たなトナーの補給の方式としては、前記一括補給する方式とともに、図１０に示すような、現像ローラ等の現像剤担持体が内部に配置されている現像室の現像剤の量を検知又は推測し、逐次補給するものが提案されている（例えば、特許文献１〜５参照。）。
【００２０】
しかしながら、例えば上記従来の画像形成装置のように、トナーを像担持体に接触させた状態で現像を行う構成を有する画像形成装置では、以下のような問題点がある。
【００２１】
即ち、トナーは現像容器４０６から搬送される順に、供給ローラ４０３と現像ローラ４０１との間の摺擦、現像ローラ４０１とブレード４０２との間でトナーの層厚を規制される際の摺擦、及び感光ドラム１００と現像ローラ４０１との間で現像される際の摺擦をそれぞれ受けて現像に供される。更に、現像に寄与しなかったトナーは、現像ローラ４０１から剥ぎ取られて現像容器４０６に回収されるために、供給ローラ４０３による摺擦を再び受ける。
【００２２】
このように、画像形成動作に伴うこれら一連の動作は、いずれもトナーと部材との接触を伴うものであり、このような接触の度にトナーは負荷を繰り返し受ける。このような負荷により、現像容器４０６内のトナーの一部或は全部が損傷を受けて、トナー表面に外添されたシリカなどの添加剤がトナー粒子自体に埋め込まれたり、或は遊離したりする。そのため、トナーは現像剤として求められる流動性、帯電性などの性能が次第に劣化してくる。
【００２３】
本発明者らの検討によれば、このように劣化したトナーは、帯電性、流動性などが低下することにより、劣化していないトナーを補給した際に、相互のトナーによる凝集を引き起こし、画像上において濃度ムラ、カブリ、トナーボタ落ち（斑点上にトナー塊が画像上に落下する）が発生する場合があった。
【００２４】
特にこの現象は、近年の画像形成装置のプリントスピードの高速化、省エネルギー化に対する要求により、特に定着特性の観点から、トナー特性としてトナーの融点を低下させる技術傾向の中で現れてきた。また、シリカ等の外添剤により、トナー自体に流動性や帯電性等を大きく付与している場合にも顕著に現れてきた。
【００２５】
この問題点は、従来例で示した、現像装置内のトナーの減少を検知してトナーを一括して補給する方式、又は現像ローラを含む現像室とトナーを収容するトナーホッパーとを分け、現像室のトナーの量を検知して、画像形成に必要なトナー量を最低限保つように逐次トナーを補給する方式を用いたとしても発生する場合があった。これは劣化していない補給トナーが、現像室内の劣化したトナーと十分に混合される前に、現像剤担持体である現像ローラに供給されてしまうために起こってしまう。
【００２６】
これに対して、特許文献６に記載の画像形成装置のように３つの部屋を持ち、更にそれぞれに攪拌部材を持つ構成が提案されている。これは、補給時において中央の部屋の攪拌部材を停止することにより、補給口側の部屋で十分に劣化トナーと補給トナーの攪拌を行い、その後に中央の攪拌部材を駆動して、現像ローラ側の部屋にトナーを供給するものである。しかし、３つの部屋とそれぞれに攪拌部材を持つことにより構造が複雑になり、画像形成装置の小型化、低コスト化には不利である。
【特許文献１】特開平９−８０８９４号公報
【特許文献２】特開平１０−２０６４０号公報
【特許文献３】特開２０００−２９２９０号公報
【特許文献４】特開２０００−１５５４６８号公報
【特許文献５】特開２００２−４０７７６号公報
【特許文献６】特開平１１−１６０９８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明は上記の従来技術の課題を鑑みなされたもので、その目的とするところは、補給される現像剤と現像装置内にある現像剤との混合を適切に行い、画像不良を低減する事が可能な画像形成装置、現像装置、プロセスカートリッジ、現像剤補給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記目的を達成するために、本発明にあっては、
静電潜像が形成される像担持体と、
前記静電潜像を現像する現像装置と、
前記現像装置に非磁性一成分現像剤を補給する現像剤補給手段と、
前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を制御する制御手段と、
を備える画像形成装置において、
前記現像装置は、
非磁性一成分現像剤を担持搬送し、非磁性一成分現像剤を前記像担持体に接触させて前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体へ非磁性一成分現像剤を供給する現像剤供給手段と、
前記現像剤供給手段により供給された非磁性一成分現像剤を規制して前記現像剤担持体上に非磁性一成分現像剤の薄層を形成する現像剤規制手段と、
前記現像剤補給手段から補給された非磁性一成分現像剤と前記現像装置内の非磁性一成分現像剤を混合するために可動する現像剤攪拌手段と、
前記現像剤攪拌手段近傍の非磁性一成分現像剤の剤面高さを検知する剤面検知手段と、
前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段と前記現像剤規制手段とが配置されている現像室と、
前記現像剤攪拌手段が配置されている攪拌室と、
前記攪拌室から前記現像室へ非磁性一成分現像剤を通過させるために、前記現像室と前記攪拌室との間に設けられた開口部と、
を有し、
前記現像剤攪拌手段は、前記現像剤攪拌手段の可動範囲の上部かつ水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内へ前記現像剤補給手段によって非磁性一成分現像剤が補給されるように配置され、前記現像剤攪拌手段の可動範囲の鉛直方向下端が、前記現像剤供給手段の鉛直方向上端又は前記現像剤規制手段と前記現像剤担持体との接点のいずれか高い方よりも上方になるように配置され、
前記開口部は、前記攪拌室の下方であって前記現像室の上方に設けられ、水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内に配置されており、
前記現像剤攪拌手段の可動中心よりも下方において、前記攪拌室の内壁が前記現像剤攪拌手段の可動範囲に近接して該可動範囲を挟むように配置され、
前記内壁は、水平方向において前記開口部に近づくにつれて低くなるように傾斜した傾斜部を有し、
前記開口部は、前記内壁の前記傾斜部のうち、前記現像剤攪拌手段の可動中心よりも下方における前記現像剤攪拌手段の可動方向の下流側に位置する傾斜部に設けられ、
前記開口部の鉛直方向上端は、鉛直方向において前記現像剤攪拌手段の可動中心よりも下方、水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内であり、
前記開口部の鉛直方向下端は、鉛直方向において前記現像剤供給手段の鉛直方向上端又は前記現像剤規制手段と前記現像剤担持体との接点のいずれか高い方よりも上方、水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内であり、
前記制御手段は、非磁性一成分現像剤の剤面高さを、前記現像剤攪拌手段の可動中心以上、且つ前記現像剤攪拌手段の可動範囲の鉛直方向上端以下の所定範囲に保つように、前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を制御する、
ことを特徴とする。
あるいは、静電潜像が形成される像担持体と、
前記静電潜像を現像する現像装置と、
前記現像装置に非磁性一成分現像剤を補給する現像剤補給手段と、
前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を制御する制御手段と、
を備える画像形成装置において、
前記現像装置は、
非磁性一成分現像剤を担持搬送し、非磁性一成分現像剤を前記像担持体に接触させて前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体へ非磁性一成分現像剤を供給する現像剤供給手段と、
前記現像剤供給手段により供給された非磁性一成分現像剤を規制して前記現像剤担持体上に非磁性一成分現像剤の薄層を形成する現像剤規制手段と、
前記現像剤補給手段から補給された非磁性一成分現像剤と前記現像装置内の非磁性一成分現像剤を混合するために可動する現像剤攪拌手段と、
前記現像剤攪拌手段近傍の非磁性一成分現像剤の剤面高さを検知する剤面検知手段と、
前記現像剤担持体と前記現像剤供給手段と前記現像剤規制手段とが配置されている現像室と、
前記現像剤攪拌手段が配置されている攪拌室と、
前記攪拌室から前記現像室へ非磁性一成分現像剤を通過させるために、前記現像室と前記攪拌室との間に設けられた開口部と、
を有し、
前記開口部は、前記開口部の鉛直方向上端が、前記現像剤供給手段の鉛直方向上端又は前記現像剤規制手段と前記現像剤担持体との接点のいずれか低い方よりも下方になるように配置され、
前記現像剤攪拌手段は、前記現像剤攪拌手段の可動範囲の上部かつ水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内へ前記現像剤補給手段によって非磁性一成分現像剤が補給
されるように配置され、前記現像剤攪拌手段の可動範囲の鉛直方向下端が、前記開口部の鉛直方向上端よりも上方になるように配置され、
前記開口部は、前記攪拌室の下方であって前記現像室の上方に設けられ、水平方向において前記現像剤攪拌手段の可動範囲内に配置されており、
前記現像剤攪拌手段の可動中心よりも下方において、前記攪拌室の内壁が前記現像剤攪拌手段の可動範囲に近接して該可動範囲を挟むように配置され、
前記内壁は、水平方向において前記開口部に近づくにつれて低くなるように傾斜した傾斜部を有し、
前記制御手段は、非磁性一成分現像剤の剤面高さを、前記現像剤攪拌手段の可動中心以上、且つ前記現像剤攪拌手段の可動範囲の鉛直方向上端以下の所定範囲に保つように、前記現像剤補給手段からの非磁性一成分現像剤の補給を制御する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、画像不良を低減することが可能な画像形成装置、現像装置、プロセスカートリッジ、現像剤補給装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に図面及び実施例を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限り初めの説明と同様のものである。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。本実施例においては、黒単色の画像形成を行う画像形成装置について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、複数色の画像形成を行うカラー画像形成装置にも適用出来る。
【００３２】
本実施に係る画像形成装置Ｘは、静電潜像が形成される像担持体（以下、「感光ドラム」と称す）と、静電潜像を現像する現像装置と、現像装置に現像剤を補給する現像剤補給手段（以下、「トナーホッパー」と称す）と、現像剤補給手段からの現像剤の補給を制御する制御手段と、を備える。
【００３３】
画像形成装置Ｘは、そのほぼ中心部に、ドラム状の電子写真感光体、即ち、感光ドラム１１０を、矢印Ｒ１方向に回転可能に支持している。画像形成動作が開始すると、帯電手段２１０は、感光ドラム１１０の表面を一様に帯電する。その後、露光手段としてのレーザー照射手段３１０が、感光ドラム１１０表面を画像情報に対応したレーザー光により露光を行い、感光ドラム１１０上に静電潜像を形成する。
【００３４】
本実施例では、感光ドラム１１０の帯電電荷は負極性である。そして、画像情報に対応した静電潜像は、レーザー照射手段３１０からのレーザー光による露光によって、負極性の帯電電荷が減衰した部分に形成される。
【００３５】
その後、静電潜像は、感光ドラム１１０の回転に伴って、現像装置４１０が供給する現像剤の一種であるトナーにより可視化されて、感光ドラム１１０上にトナー像が形成される。
【００３６】
本実施例では、現像方式は反転現像方式である。そのため、帯電電荷と同極性（負極性）のトナーが、感光ドラム１１０上の負極性の帯電電荷が減衰した部分（画像部）に付着する。又、現像剤は、現像剤収容手段としてのトナーホッパー５１０から現像装置４１０へ補給される。
【００３７】
一方、不図示のカセットに収容された記録材Ｐは、給紙ローラ９１０によって感光ドラム１１０と転写手段としての転写ローラ６１０とが当接する転写領域へと、感光ドラム１１０上のトナー像が転写領域に至るのに同期して搬送される。
【００３８】
そして、感光ドラム１１０上のトナー像と記録材Ｐとが転写領域に至ると、転写ローラ６１０によって転写領域に形成される転写電界により、トナー像が記録材Ｐ上に転写される。その後、記録材Ｐに担持された未定着トナー像は、定着装置８１０の備える定着手段（ヒートローラ）８１０ａによる加熱、及び、加圧手段８１０ｂによる加圧を受けて、記録材Ｐ上に永久画像として定着される。
【００３９】
又、トナー像の転写を終了した感光ドラム１１０は、ブレード状のクリーニング手段を備えるクリーニング装置７１０によって、感光ドラム１１０表面に残留する転写残トナーが除去され、続く画像形成動作に備える。
【００４０】
次に、現像装置４１０、トナーホッパー５１０について更に説明する。図２は、本実施例に係る現像装置４１０、トナーホッパー５１０の概略構成を示す要部断面図である。
【００４１】
本実施例では、現像装置４１０は、現像剤を担持搬送し、現像剤を像担持体に接触させて静電潜像を現像する現像剤担持体（以下、「現像ローラ」と称す）と、現像剤担持体へ現像剤を供給する現像剤供給手段（以下、「供給ローラ」と称す）と、現像剤供給手段により供給された現像剤を規制して現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成する現像剤規制手段（以下、「ブレード」と称す）と、現像剤補給手段から補給された現像剤と前記現像装置内の現像剤を混合するために可動する現像剤攪拌手段（以下、「攪拌部材」と称す）と、現像剤攪拌手段近傍の現像剤の剤面高さを検知する剤面検知手段（以下、「トナー面検知手段」と称す）と、を有する。
【００４２】
また、現像装置４１０は、現像ローラ４１１を感光ドラム１１０に当接させ、現像剤を感光ドラム１１０と「接触」させた状態で現像を行う接触現像方式を採用している。
【００４３】
また、本実施例にて用いられる現像剤は、負帯電性の非磁性一成分現像剤（トナー）である。更に詳しくは、低軟化点物質を内包する内部構造を形成することで、定着装置における省エネルギー化を図ったトナーである。トナーの作製方法としては、例えば、特公昭６３−１０２３１号公報、特開昭５９−５３８５６号公報、特開昭５９−６１８４２号公報などに記載の懸濁重合方法による現像剤作製方法を用いることが出来る。
【００４４】
また、トナーは、体積平均粒径６μｍの球形トナーである。このトナーは、低軟化点物質を外殻樹脂で被覆した、所謂、コア／シェルの内部構造を有し、この構造中のシェル部分を重合法により形成したものである。
【００４５】
常温下或は加圧下での懸濁重合方式によれば、粒径が３〜８μの球形微粒子をシャープな粒度分布で、比較的容易に得られる。そのため、重量比電荷の分布もシャープなものとなり、現像コントラストに応じた一様な現像が行われる。
【００４６】
また、懸濁重合法以外にも、単量体は可溶で、重合して得られる重合体は不溶であるよ
うな水系有機溶剤を用いて直接トナーを生成する分散重合方法、又は水溶性極性重合開始剤の存在下で直接重合してトナーを生成する、ソープフリー重合方法に代表される乳化重合方法、などを用いて製造したトナーの使用が可能である。
【００４７】
尚、本実施例にて現像剤として使用するトナーは、その形状係数ＳＦ−１が１００〜１４０、形状係数ＳＦ−２が１００〜１２０の範囲にある実質的に球状形状である。ここで、形状係数ＳＦ−１及びＳＦ−２とは、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用いてトナー像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に入力して解析を行い、以下の式（１）、式（２）より算出して得られた値と定義する。即ち、
ＳＦ−１＝（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ×（π／４）×１００  式（１）
ＳＦ−２＝（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ×（１／４π）×１００  式（２）
ここで、ＡＲＥＡとはトナー投影面積、ＭＸＬＮＧは投影像の絶対最大長、ＰＥＲＩは投影像の周長を意味する。また、形状係数ＳＦ−１は球形度合いを示し、これが１４０より大きいと球形から除々に離れ不定形となる。一方、形状係数ＳＦ−２は凹凸度合いを示し、これが１２０より大きいと表面の凹凸が顕著となる。
【００４８】
また、本実施例においては、上記のトナーには、帯電性及び流動性などの特性改善のために、シリカなどの添加剤を外添している。あるいは、同様の機能を有するものであれば別種の添加剤、例えば、酸化アルミニウム、酸化スズ、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウムなどの金属酸化物、窒化ケイ素などの窒化物、炭化ケイ素などの炭化物及びカーボンブラック、グラファイトなどの炭素同素体、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどの金属塩、及び脂肪酸金属塩なども適宜選択可能である。
【００４９】
前述したように、コア／シェル構造を含む、内部構造を有するトナーは、画像形成動作に伴う負荷によってその構造が破壊されることがある。その場合、トナーは、その剛性が失われて、現像ローラ４１１及びブレード４１２などに融着し易くなる。
【００５０】
次に、現像装置４１０に配置されている各部材について説明する。
【００５１】
現像装置４１０は、現像容器４１６内にトナーを有している。現像容器４１６は、現像ローラ４１１と供給ローラ４１３とブレード４１２とが配置されている現像室４１６ａと、攪拌部材４１４が配置されている攪拌室４１６ｂと、攪拌室４１６ｂから現像室４１６ａへトナーが移動するために設けられた開口部４１６ｃ、を有する。ここで、攪拌室４１６ｂは、開口部４１６ｃを挟んで現像室４１６ａの上方に配置されている。
【００５２】
また、現像容器４１６は、感光ドラム１１０と対向する側の一部に開口部４１６ｄが設けられている。現像ローラ４１１は、開口部４１６ｄから一部露出し、かつ、矢印Ｒ２方向に回転可能なように現像容器４１６に支持されている。現像ローラ４１１は弾性体を含み所定の当接圧にて感光ドラム１１０に当接している。又、開口部４１６ｄには、現像ローラ４１１の下方からのトナーの飛散を防止するために、吹き出し防止シート４１７が設けられている。
【００５３】
現像ローラ４１１は、導電剤（カーボン等）を分散させた低硬度のゴム材（シリコーン、ウレタン等）或は発泡体、及びその組み合わせにより構成された半導電性弾性体ローラである。
【００５４】
攪拌部材４１４は、開口部４１６ｄと反対側の上部に、矢印Ｒ３方向に回転可能に設けられている。また、現像容器４１６内には、現像容器４１６内のトナーとトナーホッパー５１０から補給されるトナーを攪拌混合する攪拌領域Ｒが形成されている。
【００５５】
現像装置４１０は、攪拌領域Ｒのトナー面の高さを検知するための、発光部４１５ａ、透過窓４１５ｂ、受光部４１５ｃからなる光学方式を用いたトナー面検知手段４１５を備えている。発光部４１５ａ及び受光部４１５ｃは攪拌領域Ｒを挟んでそれぞれ反対側に設けられている。また、透過窓４１５ｂは、発光部４１５ａから発する光を攪拌領域Ｒに導き、更に、受光部４１５ｃに導くために、現像容器４１６に設けられている。その際、２つの透過窓４１５ｂは、発光部４１５ａと受光部４１５ｃとを結ぶ直線上に設けられている。このように配置されたトナー面検知手段４１５は、攪拌部材４１４の回転に伴ってトナーの剤面が変化するときの光の透過時間の割合を測定し、攪拌領域Ｒにおけるトナー面の高さを検知している。
【００５６】
攪拌領域Ｒの下方には、現像剤の供給及び回収を行う供給ローラ４１３が現像ローラ４１１に当接するように配置されている。供給ローラ４１３は弾性発泡体からなる弾性ローラであり、現像ローラ４１１に対し当接点において逆方向に回転している。
【００５７】
攪拌領域Ｒにおいて攪拌部材４１４により十分に攪拌され、その後、主に重力による移動により開口部４１６ｃを通過し、供給ローラ４１３により搬送され、現像ローラ４１１に供給される。
【００５８】
現像容器４１６には、現像剤の層厚を規制する規制部材としてのブレード４１２が、現像ローラ４１１を加圧するように設けられている。ブレード４１２は、板バネ状の金属薄板４１２ｂに現像ローラ４１１当接面側表面に絶縁層４１２ａを設けた弾性規制部材である。現像ローラ４１１上に供給されたトナーは、ブレード４１２によって層厚を規制され、且つ、塗布されて現像ローラ４１１上にトナーの薄層が形成する。更に、このときの現像ローラ４１１及びブレード４１２それぞれの表面との摩擦によって、トナーには現像に供するのに十分な電荷が付与される。
【００５９】
その後、現像ローラ４１１上のトナーの薄層は、現像ローラ４１１の回転に伴って、感光ドラム１１０と現像ローラ４１１とが当接する現像領域（現像ニップ）へと搬送される。そして、トナーは感光ドラム１１０に接触した状態で現像に供される。即ち、感光ドラム１１０と現像ローラ４１１との間に現像電界を形成するために、電源（図示せず）が接続されている。その結果、現像電界の作用により現像ローラ４１１上のトナーは感光ドラム１１０上に転移し、感光ドラム１１０表面の静電潜像に対応してトナー像を形成し、静電潜像を可視化する。
【００６０】
又、現像ローラ４１１上に塗布され、現像ニップへと担持搬送されたが、現像には寄与せず、現像ローラ４１１上に更に担持されたままのトナーは、供給ローラ４１３による摺擦で現像ローラ４１１上から剥ぎ取られる。その後、剥ぎ取られたトナーの一部は、新たに供給ローラ４１３上に供給されたトナーと共に再び供給ローラ４１３によって現像ローラ４１１上へと供給され、残りは現像容器４１６内へと戻される。
【００６１】
尚、本実施例では、供給ローラ４１３は、現像剤供給及び回収手段として２つの機能を兼ねているが、本実施例はこれに限定されるものではなく、現像剤供給手段と現像剤回収手段とを別個に設けることも可能である。
【００６２】
本実施例における画像形成装置のプロセススピードは１５０ｍｍ／ｓｅｃであり、これに対する、現像ローラ４１１の周速は２２５ｍｍ／ｓｅｃである。
【００６３】
また、現像装置４１０は画像形成装置Ｘに対し着脱可能に構成されており、所定の寿命（本実施例ではＡ４サイズ換算にて３万枚が印刷された時点）に達すると交換される。
【００６４】
各構成要素の配置において、攪拌部材４１４は、攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γが、供給ローラの鉛直方向上端α又はブレード４１２と現像ローラ４１１との接点βのいずれか高い方（本実施例ではブレード４１２と現像ローラ４１１との接点βである）よりも上方になるように配置されている。
【００６５】
また、画像形成装置Ｘに備えられた制御手段（不図示）は、トナー面検知手段４１５から得たトナー面の高さ情報から、トナーの剤面高さを、攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γより上方、且つ現像装置４１０の上面の容器壁δより下方の所定範囲に保つように、トナーホッパー５１０からのトナーの補給を制御する。具体的には、制御手段は、攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γから現像容器４１６の上面の容器壁の高さδ未満の範囲内の図中γ’からδ’の一定範囲にトナー面が保たれるように、トナーホッパー５１０からのトナーの補給を制御する。
【００６６】
ここで、制御手段としては、例えば、ＣＰＵや専用の電気回路を用いることが出来る。また、現像装置４１０の上面の容器壁とは、現像容器４１６の内壁のうち、最も高い場所に位置する内壁をいう。
【００６７】
トナーホッパー５１０内には、トナーホッパー５１０内のトナーをほぐすための攪拌部材５１４と、トナーホッパー５１０から現像装置４１０にトナーを補給するための補給ローラ５１３が配置されている。そして、補給ローラ５１３は、現像装置４１０からの補給指令により、所定駆動時間当たり一定量のトナーを現像装置４１０に補給する。
【００６８】
次に、トナー量の検出及びトナーの補給動作について説明する。
【００６９】
本実施例において、トナー面検知手段４１５は、少なくとも２つの剤面高さのレベル（本実施例においては、図２に示すγ’及びδ’）を検知可能である。
【００７０】
画像形成装置Ｘが備える制御手段は、画像形成動作によりトナーの剤面高さが変化し、トナー面検知手段４１５が前記２つの剤面高さのレベルのうち低いレベルγ’を検知した際に、トナー補給指令を発して補給ローラ５１３を一定速度で駆動させ、トナーホッパー５１０から単位時間辺り決められた一定の補給量でトナーの補給を開始するよう制御する。また、トナーホッパー５１０からの連続したトナーの補給により、トナー面検知手段４１５が前記２つの剤面高さのレベルのうち高いレベルδ’を検知した際に、トナー補給指令を停止して補給ローラ５１３の駆動を停止させ、トナーホッパー５１０からのトナーの補給を停止するように制御する。
【００７１】
これにより現像容器４１６内のトナー面の高さは、攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γから現像容器４１６の上面の容器壁の高さδ未満の範囲内の図中γ’からδ’の一定範囲に保たれるように制御される。
【００７２】
本実施例では、γ’は攪拌部材４１４の可動範囲の中心Ｑより高い位置、δ’は攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向上端δより低い位置に設定されている。
【００７３】
補給ローラ５１３は、攪拌領域Ｒの鉛直上方に配置されており、補給されたトナーが攪拌領域Ｒを確実に通過するように構成されている。
【００７４】
このような構成より、前記したように現像装置４１０内の攪拌領域Ｒにおいて、トナー面の高さは、攪拌部材４１４により現像装置内トナーと補給トナーとの混合攪拌が十分に行われる高さになるように制御されている。
【００７５】
また、補給されたトナーは、混合攪拌が十分なされた後に、攪拌領域Ｒと供給ローラ４１３、ブレード４１２の位置関係から画像形成によるトナー消費と主に重力による移動により供給ローラ４１３近傍にゆっくりと供給される。これにより、補給されたトナーが現像装置４１０内のトナーと十分に混合されない状態で現像ローラ４１１に供給されてしまうことがなく、濃度ムラ、カブリ、トナーボタ落ちの発生を防止することが出来る。
【００７６】
また、トナー面の高さは、現像容器４１６の上面の容器壁に当たらないように制御されるため、補給過剰により現像容器４１６内にトナーが満タン状態となりトナー圧力が上がることもない。そのため、トナー圧力の上昇によるトナー劣化の促進、トナー漏れ、駆動トルクのアップや、トナー圧力の上昇により発生するトナーコートの不均一に起因する濃度ムラ等の問題の発生も防止することが出来る。
【００７７】
本実施例の構成を用い、現像装置の耐久寿命である３万枚の耐久試験を行ったが、補給トナーの混合不良による濃度ムラ、カブリ、トナーボタ落ちは発生せず、良好な画像を維持することが出来た。
【００７８】
本発明の効果を有する各構成要素の位置関係に関しては、式（３）に示す本実施例の配置、
「供給ローラ４１３の鉛直方向上端α＜ブレード４１２と現像ローラ４１１との接点β＜攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γ・・・式（３）」
の他に、図３に示すように、供給ローラ４１３の鉛直方向上端αと、ブレード４１２と現像ローラ４１１との接点β、の鉛直方向の位置関係が逆の場合、攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γを、高い方である供給ローラ４１３の鉛直方向上端αに対して更に上方に設定すればよい。
【００７９】
この場合、各構成要素の位置関係を表す式（４）は、
「ブレード４１２と現像ローラ４１１との接点β＜供給ローラ４１３の鉛直方向上端α＜攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γ・・・（式４）」
となる。
【００８０】
また、図３に示すように、攪拌領域Ｒを含む攪拌室４１６ｂと、現像ローラ４１１と供給ローラ４１３を含む現像室４１６ａとが、開口部４１６ｃにより分けられている場合、開口部４１６ｃに対して、攪拌領域Ｒを上方に配置し、更に前記条件を満たすよう設定するのも有効である。
【００８１】
また、図４に示すように、攪拌領域Ｒを含む攪拌室４１６ｂと、現像ローラ４１１と供給ローラ４１３を含む現像室４１６ａとが、開口部４１６ｃにより分けられている場合、開口部４１６ｃは、開口部４１６ｃの鉛直方向上端κが、供給ローラ４１３の鉛直方向上端α、又はブレード４１２と現像ローラ４１１との接点βのいずれか低い方よりも下方になるように配置し、且つ攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γを、開口部４１６ｃの鉛直方向上端κよりも上方に配置するとよい。
【００８２】
このように配置することで、補給されたトナーは現像装置４１０内のトナーと十分に混合された上で、トナー消費と重力による移動により現像室４１６ａにゆっくりと供給され現像に使用される。そのため、補給されたトナーが現像装置４１０内のトナーと十分に混合されない状態で現像ローラ４１１に供給されてしまうことがなく、濃度ムラ、カブリ、トナーボタ落ちの発生を防止することが可能である。
【００８３】
この場合、各構成要素の位置関係を表す式（５）、式（６）は、
「開口部４１６ｃの鉛直方向上端κ＜ブレード４１２と現像ローラ４１１との接点β＜供給ローラ４１３の鉛直方向上端α、且つ開口部４１６ｃの鉛直方向上端κ＜攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γ・・・式（５）」
又は、
「開口部４１６ｃの鉛直方向上端κ＜供給ローラ４１３の鉛直方向上端α＜ブレード４１２と現像ローラ４１１との接点β、且つ開口部４１６ｃの鉛直方向上端κ＜攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γ・・・式（６）」
となる。
【００８４】
本実施例では、トナーの剤面高さが制御される所定範囲γ’〜δ’を、攪拌部材４１４の可動中心Ｑ以上、攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向上端以下に設定しているが、「攪拌部材４１４の可動範囲内にトナーが必ず存在し、且つトナーが現像容器４１６の上面に接しない」範囲である「攪拌手段４１４の可動範囲の鉛直方向下端γより上方、且つ現像装置４１０の上面の容器壁の高さδ未満」内であれば、攪拌部材４１４の形状、回転数、外径などにより攪拌効果が十分にある範囲と、トナー面検知手段４１５のトナー面の検知精度等の兼ね合いにより適宜設定すればよい。
【００８５】
回転する攪拌手段４１４を用いる場合などでは、前記所定範囲は、「攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向下端γより可動範囲の鉛直方向の高さの１／３高い位置以上、攪拌部材４１４の可動範囲の鉛直方向上端以下」とするとよい。更に望ましくは、本実施例のように「攪拌部材４１４の可動中心Ｑ以上、攪拌手段４１４の可動範囲の鉛直方向上端以下」とすることで攪拌手段の攪拌効果を有効に活用することが出来る。
【００８６】
本実施例では、トナー面検知手段４１５は、光学方式のものが採用されているが、例えば図４に示す圧電振動子センサ４１５ｄを用いても良い。また、本実施例で述べた所定範囲内に一定高さのトナー面が存在するか否かの識別が可能な検知手段としては、例えば歪みゲージ、加圧導電性シート、などを用いた任意の検出素子や、静電アンテナ方式の検知手段等で代替することが可能である。
【００８７】
補給ローラ５１３の攪拌領域Ｒに対する位置も、本実施例のように攪拌領域Ｒの鉛直上方だけでなく、現像容器４１６の壁等により補給されたトナーが攪拌領域Ｒに導かれ、確実に攪拌領域Ｒを通過する構成であれば斜め上方等にずらして配置することも可能である。
【実施例２】
【００８８】
次に本発明の他の態様である実施例２について説明する。
【００８９】
実施例２は、実施例１に対し、（１）現像装置が感光ドラム、帯電ローラ、クリーナーユニットと一体的に構成され、所定の耐久寿命に達すると、画像形成装置Ｘに対し交換可能とされているプロセスカートリッジとして構成されていること、（２）画像形成装置が、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のプロセスカートリッジが一列に並び、画像を形成するインラインフルカラー画像形成装置であること、（３）トナーホッパーの補給ローラが一定駆動時間あたりのトナー補給量を可変出来ること、（４）プロセスカートリッジが記憶手段であるメモリを有すること、などが異なる。
【００９０】
図５に示す画像形成装置Ｙはフルカラーレーザービームプリンタであり、感光ドラム上に形成された各色トナー像を多重転写しフルカラートナー像を形成する第二の像担持体である中間転写体６２０が配置されている。
【００９１】
また、実施例１と同形態の現像装置４２０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）は、感光ドラム１２０、帯電ローラ２２０、クリーナーユニット７２０と一体的にプロセスカートリッジＰＣを構成する。プロセスカートリッジＰＣは、所定の耐久寿命で画像形成装置Ｙに対し交換可能に構成されている。画像形成装置Ｙは、画像形成装置本体に着脱可能なイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーをそれぞれ収容した４つのプロセスカートリッジＰＣ（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）（図６にブラックのプロセスカートリッジを示す）を備えている。
【００９２】
各プロセスカートリッジＰＣ（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）内の感光ドラム、現像ローラ、帯電ローラ等の構成、動作等は実施例１と同じため説明を省略する。また、各色それぞれのプロセスカートリッジＰＣ（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）は、記憶手段としての不揮発性のメモリ４２９（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）を有する。本実施例では、現像装置４２０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）にそれぞれ設けられている。
【００９３】
尚、スペースやプロセスカートリッジの構成によっては、メモリ４２９を現像剤補給手段に設けてもよい。また、メモリ４２９は、単位時間辺り決められた一定の補給量の値を記憶することが出来る。
【００９４】
感光ドラム１２０表面に形成されたトナー像はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのプロセスカートリッジＰＣ（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の配置順に従い中間転写体６２０上にカラートナー像として多重転写される。中間転写体６２０上のカラートナー像は、給紙ローラ９２０により搬送される転写材に転写され、次いで不図示の定着装置によって加熱・加圧定着されフルカラー画像となって排出される。
【００９５】
また、図７に示すように、実施例１と同様のトナーホッパー５２０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）が、画像形成装置に着脱可能に設けられている。
【００９６】
トナーホッパー５２０内には、トナーホッパー５２０内のトナーをほぐすための攪拌部材５２４と、トナーホッパー５２０から現像装置４２０にトナーを補給するための補給ローラ５２３が配置されている。そして、補給ローラ５２３は、制御手段からの補給指令により、トナーを現像装置４２０に補給する。
【００９７】
本実施例では、トナーホッパー５２０は、単位時間辺りの現像剤補給量を変化させる手段として、補給ローラ５２３の回転スピードを可変制御する機構を有しており、画像形成装置動作中において、単位時間辺り決められた一定の補給量で現像剤を現像装置に補給可能である。また、後記する制御方法により「単位時間辺りのトナー補給量」を変化させ、トナー補給を行う。
【００９８】
メモリ４２９内には、初期状態として「単位時間辺りのトナー補給量Ａ」が記憶されている。画像形成装置Ｙは、プロセスカートリッジＰＣが装着されるとメモリ４２９からこの「単位時間辺りのトナー補給量Ａ」の値を読み取る。そして、この値に基づいて補給ローラ５２３の駆動回転数を設定し、画像形成動作中「単位時間辺りのトナー補給量Ａ」に相当するトナーを少しずつ現像装置４２０に補給する。
【００９９】
次に、現像装置４２０内の攪拌領域Ｒのトナー量の検出に基づいたトナーの補給動作について図８を用いて説明する。
【０１００】
実施例１と同様に、現像装置４２０の現像容器４２６内には攪拌部材４２４が矢印Ｒ４方向に回転可能に設けられている。また、現像容器４２６内には、現像容器４２６内のトナーとトナーホッパー５２０から補給されるトナーを攪拌する攪拌領域Ｒが形成されている。
【０１０１】
また、現像装置４２０は、攪拌領域Ｒのトナー面の高さを検知するための、発光部４２５ａ、透過窓４２５ｂ、受光部４２５ｃからなる光学方式を用いたトナー面検知手段４２５を備えている。トナー面検知手段４２５は、攪拌部材４２４の回転に伴ってトナーの剤面が変化するときの光の透過時間の割合を測定し、攪拌領域Ｒにおけるトナー面の高さを検知している。
【０１０２】
本実施例において、トナー面検知手段４２５は、少なくとも２つの剤面高さのレベル（本実施例においては、図８に示すγ”及びδ”）を検知可能である。
【０１０３】
画像形成装置Ｙが備える制御手段（不図示）は、画像形成動作によりトナーの剤面高さが変化し、トナー面検知手段４２５が前記２つのレベルのうち低いレベルγ”を検知した際に、トナーホッパー５２０からの単位時間辺りの現像剤の補給量を増加させ。すなわち、「単位時間辺りのトナーの補給量Ａ」を「単位時間辺りのトナー補給量Ｂ」に切り換え、画像形成装置Ｙは、この切り替えられた値に基づいて補給ローラ５２３の駆動回転数を増加させる。画像形成装置Ｙは、その後、画像形成動作中は「単位時間辺りのトナー補給量Ｂ」に相当するトナーを少しずつ現像装置４２０に補給する。このとき、「単位時間辺りのトナー補給量」の値は、Ａ＜Ｂであり、本実施例では、
Ｂ＝Ａ×５・・・式（７）
に設定している。
【０１０４】
画像形成装置Ｙは、「単位時間辺りのトナー補給量」をＡからＢに切り替えると同時に、プロセスカートリッジＰＣのメモリ４２９の記憶内容を「単位時間辺りのトナー補給量Ｂ」に更新記憶する。
【０１０５】
また、同様に画像形成装置Ｙが備える制御手段（不図示）は、画像形成動作によりトナーの剤面高さが変化し、トナー面検知手段４２５が前記２つのレベルのうち高いレベルδ”を検知した際に、トナーホッパー５２０からの単位時間辺りの現像剤の補給量を減少させる。すなわち、「単位時間辺りのトナーの補給量Ａ」を「単位時間辺りのトナー補給量Ｃ」に切り換え、画像形成装置Ｙは、この切り替えられた値に基づいて補給ローラ５２３の駆動回転数を減少させる。画像形成装置Ｙは、その後、画像形成動作中は「単位時間辺りのトナー補給量Ｃ」に相当するトナーを少しずつ現像装置４２０に補給する。このとき、「単位時間辺りのトナー補給量」の値は、Ａ＞Ｃであり、本実施例では、
Ｃ＝Ａ×０．２・・・式（８）
に設定している。
【０１０６】
画像形成装置Ｙは、「単位時間辺りのトナー補給量」をＡからＣに切り替えると同時に、プロセスカートリッジＰＣのメモリ４２９の記憶内容を「単位時間辺りのトナー補給量Ｃ」に更新記憶する。
【０１０７】
以後、トナー面検知手段４２５が前記２つのレベルのうち低いレベルγ”を検知した際に、「単位時間辺りのトナー補給量Ｃ」を「単位時間辺りのトナー補給量Ｂ」に切り替え、トナー面検知手段４２５が前記２つのレベルのうち高いレベルδ”を検知した際に、「単位時間辺りのトナー補給量Ｂ」を「単位時間辺りのトナー補給量Ａ」に切り替える。そして、それぞれその値に基づいて、補給ローラ５２３の駆動回転数を再設定し、画像形成動作中設定されている「単位時間辺りのトナー補給量」に相当するトナーを少しずつ現像装置４２０に補給する。
【０１０８】
これにより現像装置内のトナー面の高さは、攪拌部材４２４の可動範囲の鉛直方向下端γから現像容器４２６の上面の容器壁の高さδ未満の範囲内の図中γ”からδ”の一定範
囲に保たれるように制御される。
【０１０９】
また、このような構成により、実施例１と同様の効果を有すると共に以下の効果を有する。
【０１１０】
すなわち、実施例１が間欠的に少量を補給する構成であるのに対し、実施例２の構成では画像形成動作中は常に極少量を補給し、必要に応じて補給量を増やす構成となっている。そのため、平均的な単位時間あたりのトナー補給量を少なく出来る。これにより攪拌部材による現像装置内のトナーと補給トナーの混合攪拌時間を相対的に長く取れるようになり、現像装置内のトナーと補給トナーの混合をより良好に行うことが出来る。そのため画像形成における画質が向上する。
【０１１１】
また、プロセスカートリッジＰＣに設けられた記憶手段であるメモリ４２９に、現像装置４２０内の攪拌部材４２４近傍のトナー面の高さにより変更されている「単位時間辺りのトナー補給量」情報を記憶させることで、プロセスカートリッジＰＣを複数の画像形成装置に対して差し替えた場合においても、トナー面の検知結果を待たずに直ぐに適正な補給動作を行うことが可能である。
【０１１２】
本実施例では、補給ローラ５２３によるトナー補給量を可変するトナー面検知手段４２５によるトナー面のレベルを２段階としたが、トナー面検知手段の検知精度等により複数設定し、トナー面のレベルが高くなるほど補給量を順次少なく設定し、トナー面のレベルが低くなるほど補給量を順次多く設定する多段階制御を行うと、攪拌部材に対するトナー面の高さもより安定的に制御することが出来更に効果的である。
【０１１３】
また、画像形成動作により現像剤の剤面高さが変化し、トナー面検知手段が複数の剤面高さのレベルのうち最も高いレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段からの現像剤の補給を停止し、前記剤面検知手段が前記複数の剤面高さのレベルのうち最も高いレベル以外のレベルを検知した際に、前記現像剤補給手段からの現像剤の補給を再開するようにしてもよい。
【０１１４】
また、画像形成動作により現像剤の剤面高さが変化し、トナー面検知手段が複数の剤面高さのレベルのうち最も低いレベルを検知した際に、画像形成装置に設けられた報知手段が、トナーホッパーの異常、もしくはトナーホッパー内のトナー無しを報知し、プロセスカートリッジや現像装置の交換を促すようにしてもよい。
【０１１５】
本実施例においては、「単位時間当たりの現像剤の補給量」を可変させる制御方法は、補給ローラ５２３の駆動回転数を変化させることで行っているがこれに限るものではない。例えば、複数の補給部材を持ち、動作させる補給部材の数を可変させる補給面積制御、補給ローラを細かくＯｎ／Ｏｆｆ制御させ、そのＯｎ時間とＯｆｆ時間の比率を可変させる補給時間制御、等を行っても良い。
【０１１６】
本実施例においては、「単位時間当たりの現像剤の補給量」情報を記憶する手段をプロセスカートリッジに設けたが、現像装置自体が単独で画像形成装置に対し交換可能に構成された現像ユニットの場合、現像ユニットに設けても良い。
【０１１７】
また、実施例１のように「単位時間当たりの現像剤の補給量」が変化しないような場合などでは、記憶手段をトナーホッパーにつけて「単位時間当たりの現像剤の補給量」を記憶させてもよい。このようにすれば、補給手段の補給能力の製造バラツキやトナー変更等で最適補給量が変化してしまう場合でも、記憶手段の記憶内容を変更することで補正することが可能であり、適正なトナー補給が可能となる。
【０１１８】
また、記憶手段に記憶する内容も、「単位時間当たりの現像剤の補給量」に関連する情報であれば、トナー量そのもの、補給手段の回転数、回転Ｏｎ／Ｏｆｆの時間比率、複数の攪拌手段の駆動数、補給口の開口面積等適宜選択可能である。
【０１１９】
以上のような構成を採ることにより、トナーホッパーから現像装置にトナー補給する際にも、補給されたトナーは劣化した現像装置内のトナーと十分に混合される。そして、供給ローラと現像ローラとブレード近傍に、トナー消費と重力による移動によりゆっくりと供給され現像に使用される。そのため、補給トナーが十分に混合されない状態で現像ローラ近傍の供給されてしまうことで発生する補給時濃度ムラ、カブリ、トナーボタ落ちを防止することが出来た。
【０１２０】
また、トナー面の高さを、現像容器上面の容器壁に当たらないように制御するため、補給過剰により現像容器内にトナーが満タン状態となりトナー圧力が上がることもなく、それによるトナー劣化の促進、トナー漏れ、トナーコートムラ起因の濃度ムラ、駆動トルクのアップ等の問題の発生も防止することが出来た。また、前記効果を有する画像形成装置を小型且つ安価に提供することが出来た。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の実施例１に係る画像形成装置の概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る現像装置、トナーホッパーの要部断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る現像装置、トナーホッパーの要部断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る現像装置、トナーホッパーの要部断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る画像形成装置の概略断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係るプロセスカートリッジの概略断面図である。
【図７】本発明の実施例２に係るトナーホッパーの概略断面図である。
【図８】本発明の実施例２に係る現像装置、トナーホッパーの要部断面図である。
【図９】従来の画像形成装置の概略構成の一例を示す概略断面図である。
【図１０】従来の画像形成装置の概略構成の一例を示す概略断面図である。
【図１１】従来の現像装置、トナーホッパーの要部断面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１００、１１０、１２０  感光ドラム（像担持体）
２００、２１０、２２０  帯電ローラ（帯電手段）
３００、３１０  レーザー照射手段（露光手段）
４００、４１０、４２０  現像装置
４０１、４１１  現像ローラ（現像剤担持体）
４０２  ブレード
４０３  供給ローラ
４０４  攪拌パドル
４０６、４１６、４２６  現像容器
４１２  ブレード
４１３  供給ローラ
４１４、４２４  攪拌部材（攪拌手段）
４１５、４２５  トナー面検知手段（現像剤面検知手段）
４１５ａ、４２５ａ  発光部
４１５ｂ、４２５ｂ  透過窓
４１５ｃ、４２５ｃ  受光部
４１６ａ  現像室
４１６ｂ  攪拌室
４１６ｃ、４１６ｄ  開口部
４１７  吹き出し防止シート
４２９  メモリ
５００、５１０、５２０  トナーホッパー
５１３、５２３  補給ローラ
５１４、５２４  攪拌部材
６００、６１０  転写ローラ
６２０  中間転写体
７００、７１０、７２０  クリーニング装置（クリーニングユニット）
８００、８１０  定着装置
９１０、９２０  給紙ローラ
Ｐ  記録材
ＰＣ  プロセスカートリッジ
Ｘ、Ｙ  画像形成装置
【図１】
0004798946.tif 000002
【図２】
0004798946.tif 000003
【図３】
0004798946.tif 000004
【図４】
0004798946.tif 000005
【図５】
0004798946.tif 000006
【図６】
0004798946.tif 000007
【図７】
0004798946.tif 000008
【図８】
0004798946.tif 000009
【図９】
0004798946.tif 000010
【図１０】
0004798946.tif 000011
【図１１】
0004798946.tif 000012