(57)【要約】【課題】二成分系現像剤を用いる現像装置において、補給トナーの現像剤への分散性を改良して、補給トナーの未帯電に起因する異常画像を防止する。【解決手段】潜像担持体１上に形成された静電潜像を、二成分系現像剤４ｆからなる磁気ブラシを用いて可視像処理する現像装置において、現像剤４ｆを収納した現像容器４ｅと、該現像容器にトナーを供給するトナーホッパ１２を有し、トナーホッパ１２のトナー出口部分に、２軸以上のシャフト１３ａ，１３ｂで懸架され所定の凹部１０ａを形成された可撓性を有する無端状の補給ベルト１０を設けると共に、トナーホッパ１２のトナー出口付近にはトナー層を介して補給ベルト１０に接触するようにトナー規制部材１１を配置した。これにより補給ベルト１０の凹部１０ａでトナーを搬送して広範囲に分散補給できるので、補給トナーが現像剤に均一に分散され易くなり、トナーの未帯電を防止できる。【選択図】図２
2007011079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体上に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを混合した二成分系現像剤からなる磁気ブラシを用いて可視像処理する現像装置において、
前記二成分系現像剤を収納した現像容器と、該現像容器に前記トナーを供給するトナーホッパを有し、
前記トナーホッパのトナー出口部分に、２軸以上のシャフトで懸架され所定の凹部を形成された可撓性を有する無端状の補給ベルトを設けるとともに、
前記トナーホッパのトナー出口付近には、トナー層を介して前記補給ベルトに接触するようにトナー規制部材を配置したことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
前記補給ベルトを駆動して前記トナーホッパ内のトナーを前記補給ベルトの凹部に充填し、前記トナー規制部材を通過させることにより所定の量のトナーを前記補給ベルトに保持させて搬送し、前記現像容器内の現像剤攪拌部上で前記補給ベルトの曲率を変え、重力によって凹部からトナーを落下させて現像剤攪拌部の現像剤にトナーを補給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、
前記トナー規制部材を通過する領域よりも、前記現像剤攪拌部上で曲率の小さい領域を設け、その部分で前記補給ベルトがトナーを開放して前記現像剤攪拌部の現像剤にトナーを供給することを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の現像装置において、
現像領域に近い部分に直径５０ｍｍ以下のシャフトを設け、トナーを搬送する補給ベルトを駆動させたことを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の現像装置において、
前記補給ベルトの移動速度によって補給量を変化させることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置において、
補給されるトナーは、現像剤攪拌領域の撹拌部材のある領域の全域に渡って補給可能であることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の現像装置において、
前記補給されるトナーは、平均円形度が９５％以上に設定されていることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
潜像担持体上に静電潜像を形成する手段と、前記潜像担持体上に形成された静電潜像を可視像処理する現像手段を備えた画像形成装置において、
前記現像手段として、請求項１乃至７のいずれか一つに記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項８記載の画像形成装置において、
潜像担持体と、その周囲に配設された帯電装置、現像装置、クリーニング装置のうちの少なくとも１つを共通のカートリッジ内に収納してプロセスカートリッジとし、該プロセスカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能に構成したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷等において、トナーを用いて潜像担持体の表面に形成された静電潜像を顕像化するための現像装置に係り、特に現像剤に補給するトナーの搬送方法に特徴を有する現像装置及び、その現像装置を備えた複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、印刷機、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、潜像担持体（例えば感光体）の表面に形成された静電潜像を、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いて現像して顕像化する現像装置は、現像剤中のトナーとキャリアとの混合状態が画像に影響することから、現像剤の攪拌・混合に関する提案が種々なされている。
例えば、特許文献１（特開平１０−６３０８１号公報）には、現像剤に過大な力を作用させずに、補給トナーを現像剤中に即時に分散させて適切な帯電量を付与することを可能とし、かつ現像剤収容部における現像剤のトナー濃度を均一化する能力を高めることを目的とした現像装置が開示されている。この現像装置の一例を図７（ａ）に示す。同図において、符号１０１は潜像担持体である感光体ドラム、１０４は現像装置、１１０は現像ローラ、１１１は円筒スリーブ、１１２は磁石ロール、１１３は層厚規制部材、１１４，１１５は現像剤搬送部材、１１６．１１７は現像剤搬送路である。
【０００３】
図７（ａ）に示すように、この現像装置１０４では、トナーとキャリアとを混合した二成分現像剤を収容する現像剤収容部に現像剤が循環移送される現像剤搬送路１１６，１１７を設け、現像剤搬送路内に送り螺旋状の翼体と翼体間に設けられたメッシュ状のスクリーン部材とを有する現像剤搬送部材１１４，１１５を設けている。
図７（ｂ）は、この現像装置１０４に用いられる現像剤搬送部材１１４の一例を示した図であり、１１９は現像剤搬送部材の中心軸、１２０は送り螺旋状の翼体、１２２はメッシュ状のスクリーン部材である。この現像剤搬送部材１１４が現像剤搬送路１１６内で回転することによって現像剤が搬送されるとともに、メッシュ状のスクリーン部材１２２を複数回通過し、現像剤の攪拌が行なわれるとともにトナーとキャリアとの摩擦によって適切な帯電が行なわれるように構成されている。
【０００４】
しかし、上記特許文献１に記載されている従来技術では、スクリーン部材１２２をパドル状に設けた場合、スクリーン部材１２２が鉛直方向下向きとなったときに現像剤に埋没するため現像剤から受ける反作用が大きくなり、スクリーン部材１２２の駆動トルクが平均トルクより大幅に高まる恐れがある。また、スクリーン部材１２２が現像ローラ１１０と最近接対向位置となったきにも、この対向部におけるスクリーン部材と現像ローラとの剤移送方向が異なることや、現像ローラ上に磁力で担持される現像剤からの反作用力が加わることなどによって、スクリーン部材の駆動トルクが平均トルクより大幅に高まる恐れがある。以上の理由により、トルク変動が大きく、駆動モータトルクに余裕が少ない状態が発生しやすくなる。そして駆動モータトルクに余裕が少なくなると、現像系の回転ムラが生じやすくなり、現像画像にピッチムラ、バンディング等の濃度ムラが発生し易い。従って、スクリーン部材の駆動トルクが平均トルクより大幅に高まっても駆動モータトルクの余裕が少なくならないように、予め駆動モータトルクの余裕を大きくとる必要があった。一方、翼体の一部又は全体をスクリーン部材で構成することも提案されているが、この場合はスクリーン部材の開き目の部分に現像剤を押し出す能力がないため、現像剤を軸方向に攪拌する能力が低下するという副作用がある。
【０００５】
上述したような従来技術の問題点に鑑みて、本出願人は先に、現像剤攪拌搬送部材に回転軸の周囲に形成された螺旋状羽根部材と、回転軸の軸方向に対して所定の角度をもって上記螺旋状羽根部材に固定された複数の線状部材とを設けた現像装置を提案した（特許文献２（特開２００４−１９１８８２号公報）、特許文献３（特開２００４−２０５５３５号公報）、特許文献４（特開２００４−２５８２３７号公報））。
この先願技術によれば、現像剤攪拌搬送部材が軸を中心に回転するのに伴い線状部材が現像剤中に入ったり出たりすることによって、トナーを現像剤攪拌搬送部材の回転軸方向への取り込みと軸から離れた方向へのはき出しとを行なう。これにより、トルクをあまり高めることなく、現像剤を効率よく、高速で剪断することが可能となり、補給トナーの現像剤への分散性・攪拌性を優れたものにすることができる。
【０００６】
ところが、上記先願技術のうち特許文献２で提案した現像装置では、回転軸に対する所定の角度として０度を採用し、線状部材を回転軸に対して平行に設けている。回転軸に平行な線状部材は、その一本一本が現像剤攪拌搬送部材の回転によって一気に現像剤中へ埋没し、一気に現像剤から出てくる。線状部材が現像剤中に埋没する瞬間や現像剤中を移動する間は線状部材にかかるトルクが大きくなり、線状部材が現像剤中から出ている間は線状部材にかかるトルクが小さくなる。このように、線状部材の現像剤中への埋没状態差によって現像剤攪拌搬送部材にかかる駆動トルクが変動する。特に線状部材が太いと線状部材の剤中への埋没状態差による駆動トルク変動によってピッチムラやバンディング等が発生し、その結果、画像濃度ムラが生じる恐れがある。また、現像剤攪拌搬送部材が現像剤担持体に近接対向して設けられている場合には、線状部材の現像剤担持体に対する近接対向状態差による駆動トルク変動によっても画像濃度ムラが生じる恐れがある。
【０００７】
そこで上記特許文献４に記載の技術では、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤収容部と、表面に静電潜像が形成される像担持体と対向するように配置され該現像剤の薄層を担持して該像担持体との近接位置に搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に対して平行に配置され該現像剤を攪拌して該現像剤担持体に搬送する現像剤攪拌搬送部材とを備え、該現像剤担持体と該像担持体との近接位置で該現像剤担持体上の該現像剤から該像担持体にトナーを転移させて該静電潜像を可視化する現像装置において、上記現像剤攪拌搬送部材が、回転軸と、該回転軸の周囲に形成された螺旋状羽根部材と、両端部又は該両端部近傍が該螺旋状羽根部材に固定され、少なくとも該回転軸に対して０度以外の角度をもつように設けられた単数又は複数の線状部材とからなることを特徴としている。上記「回転軸に対して０度以外の角度をもつように設ける」方法としては、回転軸芯から等距離の位置に螺旋状に設けたり、回転軸に対してねじれの位置に設けたり、その他種々の設け方がある。
【０００８】
上述した先願技術は、攪拌機構の改良に関してのものである。一方、トナーを補給する部分については、以下のようになっている。
通常の２成分現像装置のトナー補給は、例えば特許文献５（特開平１０−１４９０２７号公報）に開示された構成が代表的であり、トナーの補給位置が、螺旋状部材による現像剤の進行方向で考えたときに、現像スリーブから最も遠い位置に設けられている。このようにトナー補給位置が設けられるのは、補給されたトナーを充分現像剤と混ぜ、未帯電のトナーが現像スリーブに供給されるのを防止するためである。
しかし、補給量が多くなる時や、現像装置を小さくして現像剤量が少なくなってくると、攪拌の効率が下がってしまい、補給トナーが充分に混ざらないまま現像スリーブに供給され未帯電に起因する異常画像を防止できなくなってしまう。
【０００９】
また、特許文献６（実公平５−４６０３９号公報）には、トナーとキャリアの混合物からなる現像剤を保持する現像剤ケースに、補給用トナーを収納する筒状のトナーホッパを付設し、このトナーホッパの下部に、現像剤ケースの開口部を設け、この開口部に、常時はこの開口部を閉塞し、周面一部に計量凹部を有する計量軸を回転可能に設けるとともに、この計量凹部に、一部をこの計量凹部に固定し、一端部を計量軸より外方に突出する突出舌片とした弾性フィルムを沿わせて設け、この計量軸の回転により上記弾性フィルムの突出舌片を計量軸外に接触させた時に計量部のトナーを舌片の振動によって現像剤に落下させるようになっている。
このような構成は、計量軸外に接触したときにトナーのシール性が悪くなり、計量した量よりも多くのトナーが一度に補給されてしまうという欠点があり、また、舌片の耐久性にも問題がある。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−６３０８１号公報
【特許文献２】特開２００４−１９１８８２号公報
【特許文献３】特開２００４−２０５５３５号公報
【特許文献４】特開２００４−２５８２３７号公報
【特許文献５】特開平１０−１４９０２７号公報（段落［００３３］〜［００３８］）
【特許文献６】実公平５−４６０３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のような従来技術の問題を解決するため、本発明者らは先に、補給されるトナーの帯電量を十分なものとできることにより地汚れや不用意な飛散を防止することが可能な構成を備えた現像装置を提供することを課題として、「潜像担持体上に形成されている静電潜像を、二成分系現像剤からなる磁気ブラシを用いて可視像処理する現像装置において、現像剤担持体上の二成分系現像剤が潜像担持体に近接若しくは接触する現像領域を通過した後の位置で現像剤担持体に担持されている磁気ブラシに対してトナーを補給する構成を備えていることを特徴とする現像装置」を提案している（特願２００３−４２１２１８）。この現像装置では、現像領域を通過した後の磁気ブラシに対してトナーを補給するので、トナーが消費された磁気ブラシ中のキャリアに対してキャリアに残留するトナーと逆極性帯電状態を利用することにより、補給されるトナーを吸着させることができるので、補給されたトナーは磁気ブラシ中で帯電することができる。この結果、現像剤担持体に供給される現像剤を対象として撹拌混合することで行われる摩擦帯電とは別にキャリアへの静電付着を利用することによる帯電を行わせることで帯電に要する設備や時間を大げさなものとしないで済ませることが可能となる。
【００１２】
しかし、この先願技術では、現像装置のレイアウトの都合上で、トナーを磁気ブラシに供給することが困難な場合がある。例えば、ドクタブレードが現像剤担持体（現像スリーブ）の下側に設置され、ドクタブレード通過後の現像剤を、現像剤担持体でドクタブレードよりも上方の現像領域に搬送するような場合は、磁気ブラシにトナーを補給することができるが、ドクタブレードが現像剤担持体の上側に設置され、ドクタブレード通過後の現像剤を、現像剤担持体でドクタブレードよりも下方の現像領域に搬送するような場合は、現像領域通過後の現像剤担持体上の現像剤が離れる位置が現像剤の下になってしまい、剤離れ部が現像剤面より下になってしまうので、磁気ブラシに直接トナーを供給するのは難しい。従って、現像剤へのトナーの補給及び混合は、撹拌部側で行うほうが確実であり、撹拌部での補給トナーの現像剤への分散性を改良することが望ましい。
【００１３】
本発明は、以上の従来技術や先願の不具合を解消するためになされたものであり、その目的は。補給トナーの現像剤への分散性を改良して、補給トナーの未帯電に起因する異常画像を防止することのできる構成の現像装置と、この現像装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
より詳しくは、本発明は、現像剤撹拌領域にトナーを補給する際に、トナーを薄く散布して補給することができ、トナー補給機構から余計なストレスを与えずにトナーを現像剤撹拌領域に補給することができる構成の現像装置を提供すること、また、補給ベルトからトナーを確実に開放することができ、トナーの必要量に応じてトナーの補給量を変えることができ、現像剤と補給トナーを効率良く分散撹拌させることができ、球形トナーを現像剤中に分散し易くすることができる構成の現像装置を提供することを目的としており、さらには、その現像装置を備え、高画質な画像形成を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するため、本発明では以下のような技術的手段を採っている。
本発明の第１の手段は、潜像担持体上に形成された静電潜像を、トナーとキャリアを混合した二成分系現像剤からなる磁気ブラシを用いて可視像処理する現像装置において、前記二成分系現像剤を収納した現像容器と、該現像容器に前記トナーを供給するトナーホッパを有し、前記トナーホッパのトナー出口部分に、２軸以上のシャフトで懸架され所定の凹部を形成された可撓性を有する無端状の補給ベルトを設けるとともに、前記トナーホッパのトナー出口付近には、トナー層を介して前記補給ベルトに接触するようにトナー規制部材を配置したことを特徴とする（請求項１）。
【００１５】
本発明の第２の手段は、第１の手段の現像装置において、前記補給ベルトを駆動して前記トナーホッパ内のトナーを前記補給ベルトの凹部に充填し、前記トナー規制部材を通過させることにより所定の量のトナーを前記補給ベルトに保持させて搬送し、前記現像容器内の現像剤攪拌部上で前記補給ベルトの曲率を変え、重力によって凹部からトナーを落下させて現像剤攪拌部の現像剤にトナーを補給することを特徴とする（請求項２）。
また、本発明の第３の手段は、第１の手段の現像装置において、前記トナー規制部材を通過する領域よりも、前記現像剤攪拌部上で曲率の小さい領域を設け、その部分で前記補給ベルトがトナーを開放して前記現像剤攪拌部の現像剤にトナーを供給することを特徴とする（請求項３）。
【００１６】
本発明の第４の手段は、第１乃至第３のいずれか一つの手段の現像装置において、現像領域に近い部分に直径５０ｍｍ以下のシャフトを設け、トナーを搬送する補給ベルトを駆動させたことを特徴とする（請求項４）。
また、本発明の第５の手段は、第１乃至第４のいずれか一つの手段の現像装置において、前記補給ベルトの移動速度によって補給量を変化させることを特徴とする（請求項５）。
【００１７】
本発明の第６の手段は、第１乃至第５のいずれか一つの手段の現像装置において、補給されるトナーは、現像剤攪拌領域の撹拌部材のある領域の全域に渡って補給可能であることを特徴とする（請求項６）。
また、本発明の第７の手段は、第１乃至第６のいずれか一つの手段の現像装置において、前記補給されるトナーは、平均円形度が９５％以上に設定されていることを特徴とする（請求項７）。
【００１８】
本発明の第８の手段は、潜像担持体上に静電潜像を形成する手段と、前記潜像担持体上に形成された静電潜像を可視像処理する現像手段を備えた画像形成装置において、前記現像手段として、第１乃至第７のいずれか一つの手段の現像装置を備えたことを特徴とする（請求項８）。
また、本発明の第９の手段は、第８の手段の画像形成装置において、潜像担持体と、その周囲に配設された帯電装置、現像装置、クリーニング装置のうちの少なくとも１つを共通のカートリッジ内に収納してプロセスカートリッジとし、該プロセスカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能に構成したことを特徴とする（請求項９）。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る現像装置では、二成分系現像剤を収納した現像容器と、該現像容器にトナーを供給するトナーホッパを有し、前記トナーホッパのトナー出口部分に、２軸以上のシャフトで懸架され所定の凹部を形成された可撓性を有する無端状の補給ベルトを設けるとともに、前記トナーホッパのトナー出口付近には、トナー層を介して前記補給ベルトに接触するようにトナー規制部材を配置したことを特徴とし、前記補給ベルトを駆動して前記トナーホッパ内のトナーを前記補給ベルトの凹部に充填し、前記トナー規制部材を通過させることにより所定の量のトナーを前記補給ベルトに保持させて搬送し、前記現像容器内の現像剤攪拌部上で前記補給ベルトの曲率を変え、重力によって凹部からトナーを落下させて現像剤攪拌部の現像剤にトナーを補給することにより、トナーを広範囲に分散補給することができるので、補給トナーが現像剤に均一に分散され易くなり、トナー補給の未帯電が防止できる。
また、補給ベルトの屈曲によってトナーが離れるので、トナーの離脱を確実に行なうことができ、また、トナーを引き剥がす部材が不要となり、トナーに余計なストレスをかけることがない。
【００２０】
さらに本発明に係る現像装置では、現像領域に近い部分に直径５０ｍｍ以下のシャフトを設け、トナーを搬送する補給ベルトを駆動させることにより、補給ベルトからのトナーの離脱を安定して行なうことができる。
また、補給ベルトの移動速度によって補給量を変化させることにより、ベルトの移動速度（回転数）で補給量を制御でき、トナー必要量に応じてトナーの補給量を変えることができる。
【００２１】
さらに本発明に係る現像装置では、補給されるトナーは、現像剤攪拌領域の撹拌部材のある領域全域にわたって補給可能であることにより、補給トナーが現像剤担持体の撹拌部材のある領域全域にわたって供給可能であるので、局所的な補給と違って分布状態を長手方向で均一化することが容易となり、かつ、トナーと現像剤を攪拌する効率を高めることが可能となる。
また、補給されるトナーは、平均円形度が９５％以上に設定されているので、平均円形度が９５％以上の球形トナーを使用することにより、高画質でトナー飛散を低減することが可能な現像を行うことができる。
【００２２】
本発明に係る画像形成装置では、上記の構成及び効果の現像装置を備えることにより、高画質でトナー飛散を低減することが可能な現像を行うことができ、トナー飛散による潜像担持体の地汚れや、周辺部への汚染を防止でき、画像汚れや裏汚れのない高画質な画像形成を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の構成、動作及び作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００２４】
まず、本発明を適用した画像形成装置の一実施例として、電子写真方式のプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）の基本的な構成について説明する。
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施例を示すプリンタの概略構成図である。このプリンタは、潜像担持体たるドラム状の感光体１の周囲に、帯電装置２、光書込装置３、現像装置４、転写装置５、ドラムクリーニング装置６、除電装置７を備えている。また、転写装置５の図中左側方には定着手段である定着装置８が配設されている。
【００２５】
図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転駆動せしめられる感光体１は、アルミ等からなる素管の表面に有機感光層が形成されたものであり、回転に伴って帯電装置２により正又は負極性に一様帯電せしめられる。そして、図示しないパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像情報に基づいて光走査情報を構築する光書込装置３から発せられるレーザー光の走査によって露光部の電位が減衰せしめられる。これにより、露光部周囲の地肌部よりも電位の小さい静電潜像が形成される。この静電潜像は、感光体１の回転に伴って現像装置４との対向位置である現像位置（現像領域）を通過する際に、現像装置４の現像剤担持体４ａに担持されるトナーと磁性キャリアとを含有する二成分系現像剤の磁気ブラシに摺擦せしめられる。そして、この現像剤に含まれる例えば負極性のトナーが静電的に付着せしめられてトナー画像に現像される。
【００２６】
上記現像位置よりも感光体回転方向下流側には、感光体１と転写装置５とが対向する転写位置が形成されている。感光体１上で現像されたトナー画像は、感光体１の回転に伴ってこの転写位置に進入する際に、図示しない給紙手段によってタイミングを合わせて搬送されてくるシート状の転写紙Ｐに重ね合わされる。そして、感光体１の露光部と転写装置５との間に形成される転写電界の影響を受けて転写紙Ｐ上にトナー画像が静電転写される。この転写の際に感光体１に静電的に付着した転写紙Ｐは、紙の重さや剛性、あるいは紙を分離搬送するための部材（図示を省略）等の作用により感光体１から分離される。このようにしてトナー画像が静電転写せしめられた転写紙Ｐは、転写位置から定着装置８へと送られる。
【００２７】
上記定着装置８は、内部に図示しない熱源を有する加熱ローラ８ａと、これに押圧される加圧ローラ８ｂとの接触によって定着ニップを形成している。これらローラは、互いの接触部でそれぞれの表面を同方向に移動させるように回転駆動される。かかる構成の定着装置８に送られた転写紙Ｐは、定着ニップに挟み込まれてローラ表面移動方向に搬送される。この際、ニップ圧や加熱の影響によってトナー画像が定着せしめられる。定着後の転写紙Ｐは、図示しない排紙手段を経由して機外の排紙トレイ等へと排出される。
一方、上記転写位置を通過した感光体１の表面は、その回転に伴ってドラムクリーニング装置６との対向位置を通過する際に、転写残トナーがクリーニングされる。そして、除電装置７によって残留電荷が取り除かれた後、帯電装置２によって一様に帯電せしめられて初期状態に戻る。
【００２８】
なお、図１では、帯電装置２として、帯電バイアスが印加される帯電ローラ等のバイアス部材を感光体１に接触させる方式のものを図示したが、帯電チャージャ等の非接触方式のものを用いても良い。また、レーザー光の照射によって静電潜像を形成する光書込装置３を設けた例を示したが、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイからのＬＥＤ光によって光書込を行なうものを用いても良い。また、光書込ではなく、イオン噴射等によって静電潜像を形成するものでもよい。
【００２９】
また、転写装置５としては、転写バイアスが印加される転写ローラを感光体１に接触させるローラ接触方式のものを図示したが、ベルトを接触させるベルト接触方式のものや、転写チャージャなどの非接触方式のものを用いても良い。また、ドラムクリーニング装置６として、クリーニングブレードによる掻き取り方式のものを示したが、クリーニングバイアスが印加されるブラシやローラを接触させる静電回収方式のものを用いてもよい。また、潜像担持体としてドラム状の感光体１を設けた例について説明したが、ベルト状の感光体などを用いても良い。また、感光体１とその周囲の機器とを個別に設けたプリンタの例について説明したが、感光体１とその周囲の機器とを１つのユニットとして共通のカートリッジ内に収めたプロセスカートリッジとしてもよい。例えば感光体１と、その周囲に配設された帯電装置２、現像装置４、ドラムクリーニング装置６、除電装置７のうちの少なくとも１つ（あるいは全部）を共通のカートリッジ内に収納してプロセスカートリッジとし、プリンタ本体に対して着脱可能に構成する。
【００３０】
次に本実施例に係る現像装置の基本的な構成について説明する。図２は、本発明に係る現像装置４の構成例を示す概略断面図である。現像装置４は、現像容器を構成するケーシング４ｅ内に現像部と現像剤攪拌部とを有している。現像部には、ケーシング４ｅの開口から周面の一部を露出させた現像剤担持体４ａや、ドクタ４ｂなどが設けられている。現像剤担持体４ａは円筒状の現像スリーブからなり、この現像スリーブは、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体からなり、その表面がサンドブラスト等によって十点平均粗さＲｚで１０〜２０［μｍ］程度まで粗面化せしめられている。このような粗面化により、現像剤との摩擦抵抗を高めて所定の剤汲み上げ能力を発揮する。また、サンドブラスト等による粗面化に代えて、表面に数十〜数百［ｍｍ］の深さの溝を複数設けたものを使用していもよい。
【００３１】
図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられる現像剤担持体（以下、現像スリーブという）４ａの内部にはマグネットローラが現像スリーブ４ａに連れ回らないように固定されている。このマグネットローラは、その周方向に分かれた複数の磁極４ｇを有している。これら磁極４ｇの影響により、現像スリーブ４ａの周囲には、法線方向に延びる複数の磁界が形成される。なお、マグネットローラに代えて、複数の磁石を上記磁極の位置に配置してもよい。
【００３２】
現像装置４の現像剤攪拌部（現像剤撹拌領域）には、現像剤攪拌搬送部材としての２つの搬送スクリュウ４ｃ，４ｄや、図示しないトナー濃度センサ（以下、Ｔセンサという）などが設けられており、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤４ｆが収容されている。この現像剤４ｆは、磁性キャリアの表面に多数のトナーを付着させている。そして、現像剤４ｆは２つの搬送スクリュウ４ｃ，４ｄによって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられる。図中左側の第１搬送スクリュウ４ｃに攪拌搬送される現像剤４ｆは、現像スリーブ４ａの表面に対してその軸線方向に接触する。すると、現像スリーブ４ａから延びる磁界の影響を受けてスリーブ表面に担持されて攪拌部内から汲み上げられる。そして、現像剤は現像スリーブ表面に連れ回って搬送される。
【００３３】
上記ドクタブレード４ｂは、その先端と現像スリーブ４ａ表面との間に所定の間隙を保持するようにケーシング４ｅに固定されている。この間隙はドクタギャップと呼ばれ、本プリンタの現像装置４では、ドクタギャップは０．３〜０．７［ｍｍ］程度に設定されている。上記攪拌部から汲み上げられた現像剤４ｆは、スリーブ表面に連れ回ってこのドクタギャップを通過する際に、層厚が規制されて現像に好ましい量になる。具体的には、２０〜１００［ｍｇ／ｃｍ２］程度の量になる。そして、スリーブ表面の回転に伴って感光体１との対向位置である現像位置まで搬送される。また、現像位置にある主磁極上の、現像スリーブ表面における現像領域の出口における好適な法線方向の磁束密度は６０ｍＴ以上である。なお、図２の例では、マグネットローラの磁極数（または磁石数）は５個であるが、現像剤の汲み上げ性や、黒ベタ画像追従性を向上させるために、マグネットローラの磁極数（または磁石数）を更に増やした構成としてもよい。
【００３４】
このマグネットローラから発せられる法線方向の磁力線に沿うように、現像剤４ｆのキャリアが現像スリーブ上にチェーン状に穂立ちを起こし、このチェーン状に穂立ちを生じたキャリアに帯電トナーが付着されて、磁気ブラシが構成される。この磁気ブラシは現像スリーブ４ａの回転によって現像スリーブ４ａと同方向（図で見て反時計回り方向）に移送されることとなる。現像時、現像スリーブ４ａには、電源により現像バイアスとして直流電圧が印加され、電荷を持ったトナーが印加電圧に応じて現像スリーブ４ａ及びキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体１に飛翔し、感光体１の潜像に対応して付着する。現像によってトナーを消費した現像剤４ｆは、スリーブ表面に連れ回ってケーシング内に移動し、剤切り用の磁極の反発磁界の影響を受けてスリーブ表面から離脱して、攪拌部内に戻る。
【００３５】
上記磁性キャリアの体積平均粒径はトナーの平均体積粒径より大きく、磁化が３０乃至１０００［ｅｍｕ／ｃｍ３（１ｋＯｅ磁場中）］にすると現像時に感光体１へのキャリア付着を抑制する効果と、該現像剤４ｆからなる磁気ブラシの穂先端が感光体１に接触する場合の過剰接触圧防止によりざらつき感のない高品質画像を得ることができる。
【００３６】
本プリンタにおいて、上記現像位置における感光体１と現像スリーブ４ａとの間隔である現像ギャップは、０．３５［ｍｍ］に設定されている。現像ギャップは、現像剤４ｆの磁性キャリアの粒径が５０［μｍ］であれば、１０倍程度（０．５５［ｍｍ］）以下に設定するのが良い。現像ギャップをこれより広くすると、直流現像バイアス電圧の印加条件下では、望ましいとされる画像濃度が出にくくなる。
【００３７】
上記の現像装置４では、現像バイアスとして直流電圧を印加したが、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加しても良い。この場合、交互電界中で現像剤４ｆのトナーとキャリアが振動し、トナーが現像スリーブ４ａおよびキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体１に飛翔し、感光体１の静電潜像に対応して付着する。そして、この付着により、静電潜像がトナー画像に現像される。
【００３８】
なお、以上の図２に示す構成の現像装置では、ドクタブレード４ｂを現像スリーブ４ａの上側に設置し、ドクタブレード通過後の現像剤を、現像スリーブ４ａでドクタブレード４ｂよりも下方の現像位置に搬送する構成であるが、これとは別の例として、図４に示すように、ドクタブレード４ｂを現像スリーブ４ａの下側に設置し、ドクタブレード通過後の現像剤を、現像スリーブ４ａでドクタブレード４ｂよりも上方の現像位置に搬送する構成としてもよく、この場合には前述の先願（特願２００３−４２１２１８）と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
図２（または図４）に示す現像装置の現像剤攪拌部内においては、２つの搬送スクリュウ４ｃ、４ｄの間には仕切り壁４ｈが設けられている。この仕切り壁４ｈによって攪拌部内が２つに仕切られている。２つの搬送スクリュウ４ｃ，４ｄのうち、図中左側に配設されている第１搬送スクリュウ４ｃは、その回転駆動に伴って現像剤４ｆを例えば図中奥側から手前側へと搬送しながら現像スリーブ４ａに供給する。そして、図中手前端まで搬送された現像剤４ｆは、仕切り壁４ｈに設けられた開口を通って図中右側の第２搬送スクリュウ４ｄに受け渡される。そして、今度は図中手前側から奥側へと搬送されながら、補給ベルト１０から落下してくる補給トナー９を取り込んだ後、仕切り壁４ｈに設けられたもう一方の開口を通って図中左側の第１搬送スクリュウ４ｃ上に戻される。このようにして、現像剤４ｆは攪拌部内を循環搬送せしめられる。
このように複数本の搬送スクリュウ４ｃ，４ｄを使用する場合には、少なくとも一対の搬送スクリュウ４ｃ，４ｄの現像剤搬送方向が逆方向になるように配置している。
【００４０】
図３に現像装置４のトナー補給部を拡大したものを示す。トナー補給部は、トナー９を担持搬送する所定の凹部１０ａが形成された可撓性を有する無端状の補給ベルト１０と、補給トナー量を規制するトナー規制部材１１と、トナー９を収容したトナーホッパ１２と、補給ベルト１０を動かすための２軸の駆動シャフト１３ａ，１３ｂから成り、トナーホッパ１２内にはトナーをほぐしておく図示しないアジテータが設置されている。
【００４１】
補給ベルト１０はポリイミド、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネイト、ポリエステル等の樹脂、あるいはＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ等のフッ素系樹脂、イソプレン、ネオプレン、シリコーンゴム等のゴム系の樹脂、もしくはニッケル、銅、亜鉛等の金属箔、もしくはそれらの複合材料からなり、ベルト表面にはトナーを保持するための凹部１０ａが設けられている。補給ベルト１０の凹部１０ａにはトナー規制部材１１により一定量のトナーが充填される。この補給ベルト１０の凹部１０ａの深さは１［ｍｍ］以下が望ましく、凹部１０ａの深さかが大きくなるとトナー９を現像剤４ｆの上に分散して補給することが困難になる。
また、凹部１０ａの深さを１［ｍｍ］以下にすることによって、トナー９が現像剤４ｆに投入されるときに、広がって補給されるので、トナー９が現像剤４ｆと接触しやすくなり、補給トナーが速やかに現像剤中に分散される。
【００４２】
補給ベルト１０には、図５に示すように長方形の凹部１０ａが設けられている。この凹部１０ａは１［ｍｍ］から５［μｍ］（トナー径相当）の深さを持たせるが、０．２［ｍｍ］から０．４［ｍｍ］が好適である。凹部１０ａが１［ｍｍ］より深くなると、単位面積当りに供給されるトナーが増加するためトナーの撹拌性が低下し、補給トナーが充分に混ざらないまま現像スリーブ４ａに供給され、未帯電に起因する異常画像を防止できなくなってしまう。また、凹部１０ａが浅くなるとトナーが凹部１０ａに充填しにくくなり、さらにトナー径以下の凹部にするとトナーが規制部材１１を通過できなくなってしまい、供給ができない。
【００４３】
本実施例では、凹部１０ａの深さを０．２５［ｍｍ］で製作したところ、単位面積当たりのトナー重量が約１０［ｍｇ／ｃｍ２］となった。
また、凹部１０ａが深くなると、トナー９が固まって現像剤４ｆに落下し、現像剤の上のトナーが１［ｍｍ］以上の高さになるとトナーの分散ができなくなる部分が発生し、現像領域に未帯電のトナーが供給されてしまい、地汚れなどの異常画像になってしまう。
なお、本実施例では補給ベルト１０の凹部１０ａは長方形にしたが、凹部の平面形状は、長方形に限らず三角形の組み合わせにしたり、６角形にしたりすることも可能であり、凹部の平面的な形状に制限されるものではない。また、より小さな区画に分けて凹部を形成してもよく、この場合には、補給ベルト１０の耐久性の面から有利になる。
また、本実施例では補給ベルト１０を２本のシャフト１３ａ，１３ｂで懸架したが、トナーホッパ１２および、現像剤撹拌部の形状によっては３本以上のシャフトにすることも可能である。
【００４４】
トナー規制部材１１は、鋼、リン青銅等のバネ材、ポリウレタン、ポリカーボネイト、ポリエステル等の樹脂、もしくはそれらの複合材料で形成し、ホッパ側のシャフト１３ａ上で補給ベルト１０に当接し、トナーを補給ベルト１０の凹部１０ａに充填する。
トナー規制部材１１を補給ベルト１０に当接させる位置は、シャフト上でも別の場所でも良い。ただし、シャフト以外の場所では、補給ベルト１０のトナー規制部材１１の反対側にバックアップが必要になる。
【００４５】
トナー規制部材１１で、補給ベルト１０の凹部１０ａに充填されたトナーは、補給側のシャフト１３ｂの部分で現像剤上に分散して補給される。これは、凹部１０ａに拘束されていたトナーが、シャフト１３ｂの部分で補給ベルト１０の曲率が小さく変わったところで開放され、凹部１０ａから離脱するからである。
【００４６】
より詳しく説明すると、補給ベルト１０の凹部１０ａのトナー９は、互いに静電的付着力及び非静電的付着力（以下、付着力とする）で緩やかに集合体を形成している。トナー９にかかる付着力が重力より大きい場合は、トナーは拘束されたままで落下せず、現像容器（ケーシング）４ｅ内にトナー補給することができない。しかし、トナーにかかる重力よりトナーの付着力が小さくなれば、補給ベルト１０から開放され現像容器（ケーシング）４ｅ内にトナーを補給することができる。
また、曲率が変わるときに、補給ベルト１０の凹部１０ａの底面側よりは、補給ベルト１０の表面側が伸び、その凹部１０ａのトナー間の距離が大きくなる。そのため、トナー同士の付着力、或いはトナーと凹部の壁面との付着力が小さくなる。これは曲率が小さくなるほど表面側と底面側の長さが大きく変化し、トナー間距離が変わってトナー間の付着力が小さくなり、開放しやすくなるからである。
【００４７】
トナー開放領域のシャフト１３ｂは、断面が円形の形状だけでなく表面に凹凸を設けたり、硬質ブラシ、多孔質のスポンジ状を使用したり、シャフト３ｂに布を巻きつけたりして、補給ベルト１０の曲率を微小に変化させることにより同様の効果が得られる。
また、可撓性の補給ベルト１０に振動を与えてトナー９を落下させることでも同様の効果が得られる。振動させる方法としては、シャフト１３ｂに偏心したプーリを使用して振動を与える、シャフトに機械的に小さな衝撃を与える、超音波振動を加えるなどの方法がある。
【００４８】
図６は、凹部１０ａの深さを０．２５［ｍｍ］、開口長を１０［ｍｍ］として製作した補給ベルト１０と、体積平均粒径５［μｍ］の補給トナー９を使用したときの、ホッパ側のシャフト１３ａの径と付着力の関係を示したものである。このときはシャフト径を５０［ｍｍ］以下にすることにより、重力が付着力を上回り、トナーが補給ベルト１０の凹部１０ａからが開放され、トナー補給が可能になる。また、補給の安定性を考慮すると、シャフト径は３０［ｍｍ］以下が好ましい。
本実施例では、補給ベルト１０が水平の部分にトナー規制部材１１を設けたが、トナー規制する部分よりも開放する部分の曲率を小さくすればよい。つまり、図６のように、トナー同士の付着力が重力を上回るようにトナー規制部材１１を設け、重力が付着力を上回るように曲率を小さくして供給する様にすることができる。
【００４９】
前述のようにトナー補給量は、補給ベルト１０の凹部１０ａの深さ、面積によって一度に補給されるトナーが制限され、補給ベルト１０の回転速度、或いは回転時間によって制御できる。
また、補給ベルト１０を使用しているので、ベルトの幅を広げることによって第２スクリュ４ｄ上の全域に渡って、つまり、現像剤攪拌領域の撹拌部材のある領域全域にわたって補給することができる。このときは、局所的な補給と違って分布状態を長手方向で均一化することが容易となり、かつ、トナー９と現像剤４ｆを攪拌する効率を高めることが可能となる。
【００５０】
次に、本実施例に用いられる現像剤について説明する。
本実施例に用いられる現像剤４ｆのトナー９は、ポリエステル、ポリオール、ポリスチレン、アクリル等の樹脂に帯電制御剤及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．０１〜０．１［μｍ］の範囲である。
色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。また、トナーとしては、ワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することもできる。
【００５１】
上記トナーは、磁性体を含有させて磁性トナーとしても使用することもできる。具体的な磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属との合金，及びその混合物等が挙げられる。
これらの磁性体は平均粒径が０．１〜２［μｍ］程度のものが望ましく、このときの磁性体の含有量は、結着樹脂１００［質量部］に対して２０〜２００［質量部］、特に好ましくは結着樹脂１００［質量部］に対して４０〜１５０［質量部］である。
【００５２】
上記添加剤としては従来公知のものが使用できるが、具体的には、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｖ，Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等が挙げられ、特にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナが好適に用いられる。
また、このときの添加剤の添加量は、母体粒子１００［質量部］に対して０．５〜３［質量部］であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．５［質量部］である。
【００５３】
添加剤の添加量が０．５［質量部］未満であると、トナーの流動性が低下するため、十分な帯電性が得られず、また、転写性や耐熱保存性も不十分となり、また、地汚れやトナー飛散の原因にもなりやすい。
一方、添加剤の添加量が３［質量部］よりも多いと、流動性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等の感光体クリーニング不良や、トナーから遊離した添加剤による感光体１等へのフィルミングが生じやすくなり、クリーニングブレードや感光体ドラム等の耐久性が低下し、定着性も悪化する。また、細線部におけるトナーのチリが発生しやすくなり、特に、フルカラー画像における細線の出力の場合には、少なくとも２色以上のトナーを重ねる必要があり、付着量が増えるため、特にその傾向が顕著である。さらに、カラ―トナーとして用いる場合には、添加剤が多く含有されていると、透明シートに形成されたトナー画像をオーバーヘッドプロジェクターで投影した場合に投影像にかげりが生じ、鮮明な投影像が得られにくくなる。
【００５４】
上記添加剤の含有量の測定には種々の方法があるが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的である。すなわち、添加剤の含有量が既知のトナーについて、蛍光Ｘ線分析法で検量線を作成し、この検量線を用いて、添加剤の含有量を求めることができる。
さらに、本実施例に用いられる添加剤は、必要に応じ、疎水化、流動性向上、帯電性制御等の目的で、表面処理を施されていることが好ましい。
【００５５】
ここで、表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物等が好ましく、例えば、メチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等が挙げられる。
また、処理方法としては、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥させる方法等があるが、本実施例においては、いずれの方法も好適に用いることができる。
【００５６】
トナーの体積平均粒径は３〜１２［μｍ］の範囲が好適である。本実施形態で用いたトナーの体積平均粒径は６［μｍ］であり、１２００［ｄｐｉ］以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。また、本実施例では、帯電極性が負極性のトナーを使用しているが、感光体１の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
【００５７】
球形トナーは、例えば搬送スクリュウ４ｃ，４ｄを用いた攪拌では、トナー帯電が不安定になるが、本方式でトナー補給すると、補給トナーの帯電が安定する。さらに、円形度９５％以上の球形トナーを使用することにより、表面積のばらつきを不定形と比較して少なくできるので、均一な現像が可能になり、画質が向上する。つまり、円形度が９５％より低い場合には潜像担持体などの平滑性媒体への接触点が多くなり、接触する突起先端に電荷が集中することが多く、ファンデルワールス力や鏡像力が大きくなる。このため、不定形なトナー粒子となる円形度の低いトナー粒子が存在した場合には文字部や線画像部の抜けが生じるが、本発明では、このような円形度を規定することで不良画像の発生を防止することが可能となる。
【００５８】
以上のように、本発明の現像装置では、補給トナー９と現像剤４ｆが充分に攪拌され、トナーの帯電不足による飛散が原因する感光体１の地肌汚れや周辺部へのトナー汚染を確実に防止することができる。また、必要量のトナーを必要なだけ補給することができ、ホッパ内のトナーも有効に使いきることができる。
また、本発明の画像形成装置（例えば図１に示すプリンタ）では、以上の構成及び効果を有する現像装置４を備えているので、高画質でトナー飛散を低減することが可能な現像を行うことができ、トナー飛散による感光体１の地汚れや、周辺部への汚染を防止でき、画像汚れや裏汚れのない高画質な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例を示すプリンタの概略構成図である。
【図２】本発明に係る現像装置の構成例を示す概略断面図である。
【図３】図２に示す現像装置のトナー補給部を拡大して示す概略要部断面図である。
【図４】本発明に係る現像装置の別の構成例を示す概略断面図である。
【図５】本発明に係る現像装置に用いられる補給ベルトの構成説明図である。
【図６】凹部の深さを０．２５［ｍｍ］、開口長を１０［ｍｍ］として製作した補給ベルトと、体積平均粒径５［μｍ］の補給トナーを使用したときの、ホッパ側のシャフトの径と付着力の関係を示したグラフである。
【図７】従来技術の一例を示す現像装置の構成説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１：感光体（潜像担持体）
２：帯電装置
３：光書込装置
４：現像装置
４ａ：現像スリーブ（現像剤担持体）
４ｂ：ドクタブレード
４ｃ：第１搬送スクリュウ（現像剤攪拌搬送部材）
４ｄ：第２搬送スクリュウ（現像剤攪拌搬送部材）
４ｅ：ケーシング（現像容器）
４ｆ：現像剤
４ｇ：磁極（または磁石）
５：転写装置
６：ドラムクリーニング装置
７：除電装置
８：定着装置
９：トナー
１０：補給ベルト
１０ａ：凹部
１１：トナー規制部材
１２：トナーホッパ
１３ａ，１３ｂ：シャフト
【図１】
2007011079.tif 000003
【図２】
2007011079.tif 000004
【図３】
2007011079.tif 000005
【図４】
2007011079.tif 000006
【図５】
2007011079.tif 000007
【図６】
2007011079.tif 000008
【図７】
2007011079.tif 000009