(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に磁界発生手段を有し、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される上記現像剤の量を規制する第一の規制部材と、該第一の規制部材により掻き落とされた現像剤を収納する現像剤収納部と、上記第一の規制部材よりも上記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設された第二の規制部材と、上記現像剤収納部に隣接し、上記現像剤担持体にトナーを供給するトナー収納部とを備え、上記第二の規制部材と上記現像剤担持体との間隙を、上記現像剤担持体上のトナー濃度が上昇して上記現像剤の層厚が増加した場合に該増加分を規制すべく設定し、上記現像剤収納部内に上記現像剤担持体に接触または近接させることによって、上記現像剤担持体上に担持された現像剤とトナーを上記現像剤担持体上から剥離させるための独立した駆動入力手段を有する円柱状磁性部材を設けた現像装置であって、新品状態においては、シール部材により現像剤とトナーをそれぞれ密閉された状態で保持した現像装置において、初期インチング時に上記円柱状磁性部材の回転数を通常の回転数に比較して速くすることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、トナー残量検知センサを備え、該トナー残量検知センサの出力信号により上記円柱状磁性部材の回転数を変化させることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
感光体と現像手段を少なくとも一体にして画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段に請求項１または２の現像装置を用いてな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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置の現像部に用いられる現像装置並びにこの現像装置を備えたプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の現像装置としては、トナー濃度（現像剤に占めるトナーの重量百分率）の検知手段を必要とせず、磁性トナーを用いてトナー濃度を制御するものが知られている。このような現像装置は、現像剤の動きが活発な箇所とそうでない箇所、あるいは現像剤の多い箇所と少ない箇所においてトナーの取り込み量が異なり部分的にトナー濃度が不安定になって画像濃度ムラ（黒帯状濃度ムラ、波状濃度ムラ）が発生しやすい。
【０００３】
そこで、トナー取り込み部のメカニズムを改良することによりトナー濃度の安定化を図り、より安定的で均一な画像濃度を実現する試みがなされている。そのような現像装置の一例を図１に示す。
【０００４】
図示の現像装置においては、現像剤担持体１の内部に磁界発生手段を固定し、その周りを現像剤担持体１が回転可能に支持し、現像剤の層厚を規制する第一の現像剤規制部材２と第一の現像剤規制部材２により阻止された現像剤を収納する現像剤収納部３を形成する現像剤収納ケース４が現像剤規制部材２の上流（現像スリーブ回転方向）に配置されている。また現像剤収納ケース４に隣接してトナー５を収納するトナー収納部６を配置し、トナー収納部６と現像剤収納部３はトナー補給路７によって連絡している。トナー収納部６内にはトナーを攪拌しながら補給路７に向けて送り込む補給攪拌部材８を設ける。
【０００５】
現像剤収納ケース４の下端部には現像剤担持体１に近接した第二の現像剤規制部材９を形成し、現像剤のトナー濃度が適正範囲内にあるときはトナー補給路７に現像剤の滞留部１０を形成し、トナーと現像剤が接しているところでは現像剤とトナーが混ざり合わないためトナーを取り込まない。トナーが消費されると現像剤の嵩が減少し、現像剤滞留部１０内のトナーが減少することにより、第二の現像剤規制部材９の下側で現像剤の循環が起きる（以下、この部位を循環部１１という。）。そして循環部１１にトナーが接すると、トナーが循環している現像剤に取り込まれて嵩が増え、再び現像剤滞留部１０を形成してトナーの取り込みを中断する。
【０００６】
また、現像剤担持体１に担持搬送されている現像剤を現像剤担持体１に近接して設置した磁性材料性の現像剤剥離部材１３により剥離し、現像剤収納部３内の現像剤との混合、入れ替えを効率よく行う。この現像剤剥離部材１３は、図示しない独立駆動入力手段を備えており、回転方向は現像剤担持体１と同一方向である。
【０００７】
このような動作を実現するため現像剤担持体１の極配置、磁力、第二の現像剤規制部材９の位置、その手前側に形成する現像剤が循環するための空間の形状と位置、及びトナー補給路７の相対位置関係等の適正化を図り濃度ムラの低減を実現している。
【０００８】
ところが、このシステムにおいては現像剤担持体１上の現像剤は現像剤担持体１から剥離することなくそのまわりを連れ廻っており、現像剤循環部１１を形成する現像剤との入れ替わりがほとんど無いため、現像剤中のキャリアに対するストレスが非常に大きくなり、現像剤としての寿命が短くなるという問題点があった。そこで、現像剤収納ケース４内の現像剤担持体１近傍に回転する現像剤剥離部材１３を設けることにより現像剤を現像剤担持体１から意図的に剥離させ、現像剤循環部１１中の現像剤との入れ替えを行わせることにより上記不具合を解消する工夫がなされている。
【０００９】
また、現像剤剥離部材１３を独立駆動とし、光学系の書き込み信号における画像面積比率に応じて回転数を変化させることにより適正な現像システムを実現しているものもある。
【００１０】
また前述した従来技術においては、現像剤を予めセットしておくと、輸送時に振動を受けたりユニット全体が傾いたりした場合に現像剤の量に軸方向で偏差ができ、適正なトナー取り込みシステムが実現できない可能性がある。そこで現像剤収納ケース４上部に収納ケースとシール部材で仕切られセットする現像剤の体積とほぼ同等の大きさの現像剤プリセットケース１４を設け、適当なトナー濃度の現像剤をセットしておき、実際に現像動作を行わせる直前にシール部材を引き抜いて上部から現像剤収納ケース４内へ現像剤を落とす方式を採用することにより、現像剤のセット量に軸方向で偏差が付かないような工夫がなされている。
【００１１】
このような構成の場合、スペース、コスト等の関係から現像剤担持体１とトナー補給攪拌部材８の駆動が連動している構成であると、現像剤プリセットケース１４から現像剤収納ケース４内へと落とされて溜まっている現像剤が現像剤担持体１の回転とともに担持搬送されて本来トナー取り込みを適切に制御する役割を果たす循環部１１が形成される前に補給攪拌部材８によりトナー補給路７に向けてトナーが送り出される。このため現像剤収納ケース４内へと過剰なトナーが入り込み、トナー濃度が適正値以上となり、画像を形成した用紙上に地汚れ、ハーフトーン濃度ムラ等の不具合が発生する。さらに、現像剤担持体１の駆動入力とトナー補給攪拌部材８の駆動入力が連動していて初期インチングにより現像剤担持体１が回転し始めると、同時にトナーがトナー補給路７へと送り込まれようとする。その対策としてトナー補給攪拌部材８の一方に十分長いマイラを設けて初期状態で補給口を塞ぎ、収納ケース４に溜まっている現像剤が現像剤担持体１の回転とともに担持搬送されて本来トナー取り込みを適切に制御する役割を果たす現像剤循環部１１が形成されるまで補給開始しないよう対策が施されている。
【００１２】
しかし、上述のような対策はその効果が十分ではなく、適切なトナー取り込み状態に達する前（現像剤循環部１１が形成されていない状態）にトナー補給攪拌部材８によりトナーが補給路７に向かって送り出されるため、一時的にトナー濃度が上昇して地汚れなどの不良画像が初期的に発生していた。
【００１３】
また、トナー残量が少なくなると、補給攪拌部材８により攪拌されたトナーは残量が多い場合に比較してより多くの空気を取り込み、著しく流動性を増しているため、過剰なトナーが現像剤収納ケース４内へと流れ込むことになる。そのためトナー濃度が上昇してやはり地汚れ等の不良画像が発生する。この問題を未然に防ぐためトナー残量の多い状態でトナーエンドとすると、多くのトナーが未消費のまま残ってしまうため、コスト面で問題となり、従来は解決が困難であった。
【００１４】
そこで本発明は、現像ユニットインチング時に現像剤剥離部材の回転数を画像、トナー濃度制御性から最適化された値よりも速くすることにより、剥離部材上部に溜まった現像剤をより速く現像剤担持体と第一の現像剤規制部材との間隙から送り出し、第二の現像剤規制部材下部における現像剤の循環部の形成を早め、適切なトナー取り込みを実現することを目的とする。
【００１５】
また本発明は、トナーニアエンド時に現像剤剥離部材の回転数を落として現像剤循環部の状態を変化させ、現像剤収納部内へと入り込むトナー量を少なくすることにより、地汚れ等の不良画像の発生防止を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内部に磁界発生手段を有し、トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される上記現像剤の量を規制する第一の規制部材と、該第一の規制部材により掻き落とされた現像剤を収納する現像剤収納部と、上記第一の規制部材よりも上記現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配設された第二の規制部材と、上記現像剤収納部に隣接し、上記現像剤担持体にトナーを供給するトナー収納部とを備え、上記第二の規制部材と上記現像剤担持体との間隙を、上記現像剤担持体上のトナー濃度が上昇して上記現像剤の層厚が増加した場合に該増加分を規制すべく設定し、上記現像剤収納部内に上記現像剤担持体に接触または近接させることによって、上記現像剤担持体上に担持された現像剤とトナーを上記現像剤担持体上から剥離させるための独立した駆動入力手段を有する円柱状磁性部材を設けた現像装置であって、新品状態においては、シール部材により現像剤とトナーをそれぞれ密閉された状態で保持した現像装置において、初期インチング時に上記円柱状磁性部材の回転数を通常の回転数に比較して速くすることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１の現像装置において、トナー残量検知センサを備え、該トナー残量検知センサの出力信号により上記円柱状磁性部材の回転数を変化させることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明は、感光体と現像手段を少なくとも一体にして画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、上記現像手段に請求項１または２の現像装置を用いてなることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は本発明に係る現像装置の第１の実施形態を示す断面図である。なお以下では従来と共通する部分には共通する符号を付して説明する。すなわち、１は現像剤担持体、２は第一の現像剤規制部材、３は現像剤収納部、４は現像剤収納ケース、５はトナー、６はトナー収納部、７は補給路、８は補給攪拌部材、９は第二の現像剤規制部材、１０は現像剤滞留部、１１は循環部、１３は現像剤剥離部材、１４は現像剤プリセットケースである。また１２は像担持体である。図中でトナー収納部６内に記した矢印は補給攪拌部材８の回転方向を示す。
【００２０】
この実施形態装置においても、現像剤担持体１に担持搬送されて第二の現像剤規制部材９と現像剤担持体１との間隙を通過した現像剤は、現像剤剥離部材１３によりそのほとんどがブレーキ作用を受けるとともに、現像剤担持体表面より剥離されて新たに現像剤担持体１と第二の規制部材９の間隙を通過してきた現像剤と混ざりあって現像剤収納ケース４の内壁をせり上がり、現像剤担持体１の磁気力により磁化された現像剤剥離部材１３によって搬送されて第一の規制部材２と現像剤担持体１の間隙に向かう。
【００２１】
このような動作を実現する条件の一例を以下にのべる。
現像剤担持体１の内部には交互に磁極を配置し像担持体１２に対向する磁極をＰ１極とし反時計回りにＰ２、Ｐ３極を配置し現像剤収納部３に対向する位置にＰ４極を配置する。現像剤の循環部１１がトナーを取り込み、所定濃度に達したときにトナーと現像剤の接触部に現像剤の滞留部を出現させるためには、Ｐ３極及びＰ４極の配置と磁力、第二の現像剤規制部材９の位置、その手前側に形成する現像剤が循環するための空間の形状と位置、及びトナー補給路７の相対位置関係の適正化を図る必要がある。
【００２２】
本願発明者が行った実験結果に基づいてそれらの条件を図３に示す。
＜機構的条件＞
Ｐ３極：θ１＝１２７°
現像剤担持体面法線方向の最大磁束密度６１ｍＴ）
Ｐ４極：θ２＝３６°
現像剤担持体面法線方向の最大磁束密度５３ｍＴ）
第二現像剤規制部材角度：θ３＝１４°
第二規制部材の現像剤担持体との対向面が鉛直方向となす角度：θ４＝２４°
第二現像剤規制部材と現像剤担持体表面の間隔：ａ＝０．９
トナー補給路開口幅：ｂ＝５．４
現像剤担持体径：ｃ＝１６
現像剤剥離部材と現像剤担持体の間隔：ｄ＝０．４
現像剤剥離磁性部材径：ｅ＝７
なお長さの単位はｍｍである。
＜現像剤＞
キャリア：マグネタイトまたは鉄４０〜５０μｍ
トナー：磁性体量：１５〜４０ｗｔ％
シリカ量：０．５〜１．０ｗｔ％
トナーのキャリアに対する被覆率：５０〜１２０％
Ｑ／Ｍ：１０〜３０μｃ／ｇ
【００２３】
以上の条件設定にて上記の動作が可能であり、実験では現像剤のトナー濃度を安定させることが出来た。もちろん、これらの条件は組み合わせにより別の条件でも上記動作を再現することもできる。上記の条件はその一例である。
【００２４】
既述のように、従来の現像装置においては現像剤を予めセットしておくと種々問題があり、そこで新品状態では現像剤プリセットケース１４を設けて使用直前にシール部材を引き抜いて上部から収納ケース内へと現像剤を落として現像剤のセット量に軸方向で偏差が付かないような工夫がなされている。またトナー収納部６とトナー補給路７もシール部材で仕切られており、現像剤担持体１の周囲に現像剤が存在しない状態でトナーのみがトナー収納部６から補給路７に向かって送り出されることが無いような構成となっている。さらに、初期インチングの問題対策として、トナー補給攪拌部材８の一方に十分長いマイラを設けて初期状態で補給口を塞ぎ、トナー取り込みを適切に制御する役割を果たす現像剤循環部１１が形成されるまで補給を開始しないようにされているが、これらの対策は十分なものではなかった。
【００２５】
そこで本実施形態では、初期インチング状態で現像剤剥離部材１３を画像、トナー濃度制御性等により最適化された回転速度よりも速く回転させる。このことで、現像剤プリセットケース１４から落下するようにセットされ、剥離部材１３上部に溜まった現像剤を、より速く現像剤担持体１と第一の規制部材２との間隙から送り出し、現像剤循環部１１の形成を早め、短時間に適切なトナー取り込み状態を具現させ、地汚れ等の初期不良画像の発生を抑制している。インチングが終了すると、従来の現像装置と同様に最適化された回転数に戻るため、トナー取り込み過多、経時的な現像剤劣化等が起こる心配はない。
【００２６】
またこれも既述のように、トナー消費が進んで残トナー量が少なくなると流動性が非常に高くなることによって循環部１１にトナーを取り込みすぎてしまうため、トナーエンド間際にトナー濃度が上昇して地汚れなどが発生していたが、本実施形態では、トナー残量検知センサ１５をトナー収納部６内の側壁に設け、トナー残量検知センサ１５からの出力信号を検出したとき、すなわちトナー残量がある値を下回ったときに現像剤剥離部材１３の回転数を減少させるようにしている。現像剤剥離部材１３の回転数を減少させると、現像剤剥離部材１３が単位時間当たりに搬送する現像剤量が減少するため、現像剤担持体１と第二の規制部材９との間隙を通過してきた現像剤に対してのブレーキ作用が搬送作用に対して相対的に大きくなり、現像剤循環部１１の循環が不活発となり、その結果としてトナーを現像剤収納ケース４内へと取り込む動きが相対的に弱まる。このためトナーエンド付近においても過剰にトナーを取り込むことが無く、良好な画像を保証できるようになる。
【００２７】
図４は上述してきた本発明に係る現像装置の一実施形態を有するプロセスカートリッジの概略構成を示す断面図である。
図において、２０はプロセスカートリッジ全体を示し、２１は感光体、２２は帯電手段、２３は現像手段、２４はクリーニング手段を示す。本実施形態においては、感光体２１、帯電手段２２、現像手段２３及びクリーニング手段２４等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジ２０を複写機やプリンタ等の図示せぬ画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る現像装置及びこれを用いたプロセスカートリッジは、以上説明してきたように、初期インチング状態で現像剤剥離部材等の円柱状磁性部材の回転数を通常の回転数に比較して速くすることにより、現像剤担持体上のトナー濃度が上昇して現像剤の層厚が増加した場合の増加分を規制する第二の現像剤規制部材上に溜まった現像剤を、より速く現像剤担持体と第一の現像剤規制部材との間隙から送り出し、第二の現像剤規制部材下部の現像剤の循環部分の形成を早め、適切なトナー取り込みを実現することができるという効果がある。
【００２９】
本発明の請求項２に係る現像装置及びこれを用いたプロセスカートリッジは、上記共通の効果に加え、トナーニアエンド時に現像剤剥離部材等の円柱状磁性部材の回転数を落とし、第二の現像剤規制部材下部の現像剤の循環部分の状態を変化させ、現像剤収納部内へ入り込むトナー量を少なくすることにより、画像を形成した用紙上の地汚れ等の不良画像の発生を防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の現像装置の断面図である。
【図２】本発明に係る現像装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図３】現像剤担持体内の磁極配置と磁力、第二の現像剤規制部材の位置、現像剤が循環するための空間の形状と位置、及びトナー補給路の相対位置関係の適正化を図るための条件を示す断面図である。
【図４】本発明に係る現像装置の一実施形態を有するプロセスカートリッジの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  現像剤担持体
２  第一の現像剤規制部材
３  現像剤収納部
４  現像剤収納ケース
５  トナー
６  トナー収納部
７  補給路
８  補給攪拌部材
９  第二の現像剤規制部材
１０  現像剤滞留部
１１  循環部
１３  現像剤剥離部材
１４  現像剤プリセットケース
１５  トナー残量検知センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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