(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、
現像剤担持体上に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第一の規制部材と、
第一の規制部材より掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容室と、
現像剤収容室の現像剤搬送方向上流側に隣接して現像剤担持体と対向するトナー補給口を有するトナーホッパとを備え、
更に第一の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配置された第二の規制部材を有し、
現像剤担持体上のトナー濃度の変化により、現像剤とトナーの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させる現像装置において、
現像剤収容室内に固定されていない現像剤攪拌部材を有し、
現像剤攪拌部材は、非磁性であり、比重がキャリアの比重よりも大きく、多面体又は球体の形状を有し、現像剤攪拌部材の最小幅が、第二の規制部材の先端と現像剤担持体の間隔よりも大きく、
第二の規制部材が現像剤収容室の底部を形成している
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の現像装置において、
現像剤攪拌部材の体積が、現像剤収容室の容積に対して１０％以上５０％以下であることを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
静電複写装置、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に用いる現像装置に関する、さらに詳細には、キャリアとトナーを用いる二成分現像剤でトナー濃度を簡易に制御する現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
少量の現像剤でトナー濃度自己制御をするシステムとは、トナー補給開口より現像剤担持体上の現像剤にトナーが補給されてトナー濃度が上昇すると、現像剤担持体上の現像剤に対する現像剤収容室内の現像剤が与える搬送抵抗が上昇し、現像剤搬送における玉突き現象が発生して第二の現像剤規制部材（以降、「プレドクター」と呼ぶ）部分に現像剤溜まりができ、トナー補給開口を塞ぎ、剤の嵩でトナー濃度を制御するシステムである。このシステムの現像装置は、現像剤収容室内に収容される磁性キャリアとトナーからなる二成分現像剤の量が少量であり、現像剤担持体の軸方向に均一に現像剤が担持されている。通常の二成分現像方式に比較して磁性キャリアが少なく、装置のトルクが大幅に減少し，磁性キャリアの動きによってトナーの取り込みを行うため，トナーとキャリアの混合比率(以降、「トナー濃度」と呼ぶ）を検知調整する手段を簡素化し，パドル・スクリュー等の攪拌部材を省略できる。つまり、小型化，低コスト化に有利である。このシステムにおいてトナー濃度は、初期の現像剤収容室内に収容される磁性キャリアの量を変化させる事で剤の嵩が変わりコントロールできる。
【０００３】
例えば、特開平９−２２１７８号公報には、トナー補給機構等を必要としない小型の現像装置で、ドクターで阻止された現像剤を現像剤収納室内に滞留させ、現像剤自身の内圧及び自重により、トナー補給用開口に移動させ、トナーを取り込む現像装置である。また、ここでは、ドクターブレード位置とトナー補給開口との間のほぼ中央から，補給開口までの領域の現像剤密度を規定している。また、特開平９−１９７８３３号公報では、部品点数を低減させ、機能の集約化を行うことで、小型化及び低コスト化を図る現像装置で、少量の現像剤でトナー濃度自己制御をするシステムで、現像剤収容室が、第１の規制部材よりも現像剤搬送方向の上流側に配設され、現像剤のトナー濃度が上昇して現像剤の層厚が増加する場合にこの増加分を規制すべく現像剤担持体との間隙が設定された第２の規制部材を有する現像装置である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した少量現像剤現像システムでは、第一現像剤規制部材の上流に位置する現像剤収納室内の現像剤がトナー濃度の増減で嵩が変化し、第二規制部材の手前に滞留している現像剤の嵩が変わり、その嵩の量によって、トナーホッパからトナーを補給し、トナー濃度制御を行っている。このため、このシステムでは、トナー濃度センサが簡略でき、トナー補給機構が簡素化できるために、小型化、低コスト化が可能である。
しかし、このシステムでは現像ローラ長手方向に対して、各規制部材のギャップ偏差や現像スリーブ上のキャリアセット量の長手方向の偏差や現像ローラへのトナーの補給圧の偏差によって、現像スリーブ上の現像剤はトナー濃度の偏差が生じてしまう。図４は、現像スリーブ上にトナー濃度偏差が生じている状態で、画像を出力した様子を示す図である。このように現像スリーブ上にトナー濃度の偏差が発生してしまうと、ハーフトーン画像で特に目立つが、画像上にも画像濃度に偏差が生じてしまう。特に偏差が極端にトナー濃度の偏差が大きくなってしまうと、画像上に帯状の地汚れが発生してしまう。このシステムは現像剤攪拌部材をもっていないため、一度現像ローラの長手方向にトナー濃度に偏差がついてしまうと、均一なトナー濃度に復帰しづらいという問題点がある。
【０００５】
そこで、現像剤収容室内に攪拌部材をいれることで、トナー濃度偏差をもった現像剤流を乱すことで、画像濃度ムラ及び帯状地汚れを解消することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明は、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、現像剤担持体上に担持されて搬送される現像剤の量を規制する第一の規制部材と、第一の規制部材より掻き落とされた現像剤を収容する現像剤収容室と、現像剤収容室の現像剤搬送方向上流側に隣接して現像剤担持体と対向するトナー補給口を有するトナーホッパとを備え、更に第一の規制部材よりも現像剤担持体上の現像剤の搬送方向上流側に配置された第二の規制部材を有し、現像剤担持体上のトナー濃度の変化により、現像剤とトナーの接触状態を変化させて、現像剤担持体上の現像剤のトナー取り込み状態を変化させる現像装置において、現像剤収容室内に固定されていない現像剤攪拌部材を有し、現像剤攪拌部材は、非磁性であり、比重がキャリアの比重よりも大きく、多面体又は球体の形状を有し、現像剤攪拌部材の最小幅が、第二の規制部材の先端と現像剤担持体の間隔よりも大きく、第二の規制部材が現像剤収容室の底部を形成している現像装置である。また、本発明は、上記現像装置において、現像剤攪拌部材の体積が、現像剤収容室の容積に対して１０％以上５０％以下である現像装置である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態である現像装置の構成を示す概略図である。この現像装置は複写機に用いられる潜像担持体である円筒状の感光体ドラム１の側方に配置され、この感光体ドラム１に向けて開口部が形成された現像ケーシング２の内部に、該開口部から一部が露出した、トナー及び磁性キャリアからなる現像剤３を表面に担持する現像剤担持体としての非磁性材質からなる現像スリーブ４、現像スリーブ４の内部に固定配置された磁界発生手段として現像ローラ５、現像スリーブ４上に担持されて搬送されている現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクタ６、現像剤収納ケース７、トナー収容部としてのトナーホッパ８等を備えている。現像剤収納ケース７は、現像スリーブ４との間に、感光体ドラム１との対向部の現像位置に供給されずにドクタ６で進行が阻止された現像剤を収容する現像剤収容室Ａを形成している。そして、現像剤スリーブ４の内部に固定配置されている現像ローラ５のうち、現像剤収容室Ａに対向する位置には、現像剤収容室Ａ内の現像剤３ａを現像スリーブ４上に担持させるための磁極５ａを配置している。また、トナーホッパ８は、現像剤搬送方向における現像剤収容室Ａの上流側に隣接して現像スリーブ４表面と対向するトナー補給口８ａを有し、このトナー補給口８ａに隣り合ったスペースには、符号ａで示したトナーホッパ８内のトナーをトナー補給口８ａに向けて攪拌しながら送り出すトナー攪拌部材としてのアジテータ９が配置されている。そして、このアジテータ９は、回転軸の位置、羽の長さが調節され、図中破線で示すように、アジテータの最外周軌道が現像剤に振れないように設定されている。
【０００８】
上記構成の現像装置において、現像スリーブ４上に担持された現像剤３ａは、図中矢印ａ方向に回転する現像スリーブ４の回転に伴ってスリーブ上をドクタブレード６側に搬送され、ドクタブレード６により規制されて薄層化される。薄層化された現像剤３ａは、図中矢印ｂ方向に回転している感光体ドラム１と対向する現像領域に搬送される。そして、現像領域では、感光体ドラム１上に形成されている静電潜像にトナーが接触あるいは非接触で供給され、該静電潜像の可視化が行われる。その後現像剤３は現像スリーブ４の回転に伴ってスリーブ上をトナー補給口８ａ側に搬送され、トナーホッパ８内のアジテータ８で送り出されてトナー補給口８ａから供給された新しいトナー１１を取り込んだあと、現像剤収容室Ａに戻る。そして、新しいトナー１１を含んだ現像剤３ａはドクタブレード６による規制部での内圧が増加し、現像剤３ａのトナーが摩擦帯電される。このように現像剤収容室Ａにおける現像剤の内圧により、現像スリーブ４上の現像剤３ａ中のトナーを帯電することができるので、現像剤を帯電あるいは攪拌するためのパドルやスクリュー等を用いた複雑な攪拌搬送機構が不要となる。
【０００９】
一方、上記現像領域に供給されずにドクタブレード６で進行が阻止された現像剤３ａの一部は、現像剤収容室Ａ内で現像剤３自身の内圧及び重力によって、トナーホッパ８のトナー補給口８ａに向かって移動する。トナー補給口８ａ付近まで移動してきた現像剤３ａは、磁極５ａの磁力により現像スリーブ４側に引き寄せられ、現像スリーブ４の回転に伴なって、ドクタブレード６側に搬送されることにより、現像剤収容室Ａ内を循環する。
また、上記構成の現像装置においては、現像剤３ａに補給されたトナーが多くなってトナー濃度が高まると、それに従って現像剤３ａの嵩が増加するため、現像剤３ａがトナー補給口８ａで現像剤収容室Ａ内からあふれ、トナー補給口８ａをふさぐ。このため、現像スリーブ４上の現像剤３ａへの取り込み量が少なくなる。このトナー取り込み量の減少により、現像剤３ａのトナー濃度が常に一定濃度以下に保たれる。逆に、現像剤３ａのトナー濃度が低くなると現像剤３ａの嵩が減少するため、現像剤３ａがトナー補給口８ａをふさがなくなるので、現像スリーブ４上の現像剤３ａへ所定量のトナーが取り込まれ、現像剤３ａのトナー濃度が常に一定濃度以上に保たれる。このようにトナー濃度をほぼ一定範囲内にコントロールできるので、トナー濃度センサや補給部材などを用いた複雑なトナー濃度制御が不要である。
【００１０】
しかし、ドクタ（第一規制部材）６およびプレドクタ（第二規制部材）１０とのギャップ偏差（Ｇ１、Ｇ２）やトナー補給圧の違いによって、現像スリーブ４上の現像剤のトナー濃度に偏差が生じることがある。前者の場合は、ギャップ偏差が小さくても、経時では徐々にトナー濃度の偏差が大きくなってしまい、後者においては、偏差はランダムに発生する。これらの偏差が合わさることで偏差は予想がつきにくい。図２は、攪拌部材を入れた現像剤収納室の現像剤流の状況を示す図である。そこで、図２のように現像剤収容室内Ａに攪拌部材１３をいれることによって、現像剤収容室内Ａの現像剤流を乱すことで偏差を拡散することが可能である。また、固定する必要がないために、コストをかけることなく画像濃度ムラＭ解消にすることができる。
【００１１】
以下に本現像システムの現像条件の実施例を示す。
（現像条件）
感光体線速                                ：１２０ｍｍ／ｓｅｃ
感光体と現像スリーブの線速比              ：２．５
現像スリーブ−感光体ギャップ（Ｇｐ）      ：０．２〜０．５ｍｍ
現像スリーブ−第一規制部材（ドクタブレード）ギャップ（Ｇ１）：０．３５〜０．４５ｍｍ
現像スリーブ−第二規制部材（プレドクタ）ギャップ（Ｇ２）：０．７〜１．１ｍｍ
ドクタブレード後汲み上げ量                  ：４０〜８０ｍｇ／ｃｍ２
帯電電位（Ｖｄ）                            ：８００〜９００Ｖ
現像バイアス（Ｖｂ）                        ：６００〜７５０Ｖ
（現像剤条件）
キャリアセット量                            ：５０ｇ
トナー濃度（ＴＣ）                          ：５〜１５ｗｔ％
初期剤のトナー濃度                          ：１０ｗｔ％
トナー帯電量（Ｑ／Ｍ）                      ：１０〜３０μＣ／ｇ
キャリア
材質                                ：マグネタイト系
平均粒径                            ：５０μｍ
真比重                              ：５．０ｇ／ｃｍ３
トナー
平均粒径                            ：６．０μｍ
磁性体量                            ：２３％
ＣＣＡ（荷電制御材）                ：１部
添加剤（シリカ）                    ：０．５ｗｔ％
凝集度                              ：２１％
【００１２】
現像剤攪拌部材１３は、非磁性体であることが望ましい。磁性体であると、現像剤収容室内Ａで、磁力によって、現像スリーブ４側に引き寄せられ、現像剤流によって、ドクタ６側に運ばれてしまう。そして、ドクタブレード６後の現像剤汲み上げ量に影響を与えてしまい、画像濃度ムラＭＭが発生してしまうことが考えられる。そこで、非磁性にすることで、プレドクタ側で存在し、攪拌作用が得られる。現状のドクタブレード後の汲み上げ量は４０から８０ｍｇ／ｃｍ２と考えている。よって、現像剤攪拌部材導入中においても、汲み上げ量がこの範囲内であれば、画像上問題がないものと考えている。その際、汲み上げ量が前記のような範囲では現像スリーブとドクタブレードのギャップは規定され、０．２から０．５ｍｍである。
【００１３】
また、キャリアよりも比重の大きい現像剤攪拌部材１３が望ましい。例えば、現在使用している磁性キャリアは平均粒径５０μｍのマグネタイト系キャリアであるので、比重５．０に対して、非磁性の重い金属であるＡｇ（１０．４９）、Ａｕ（１９．２６）、Ｃｒ（７．１９）、Ｃｕ（８．９３）、Ｐｂ（１１．３４）、Ｐｔ（２１．４５）、Ｓｎ（７．３）、Ｚｎ（７．１３）等であればよい。もし、現像剤の比重よりも小さい現像剤攪拌部材１３であれば、現像剤流にはじき出されてしまい、現像剤収容室内Ａの現像剤の外側に移動してしまい、攪拌作用が得られなくなってしまう。それに対して、比重が現像剤よりも大きい場合（上記金属部材の場合）は、現像剤中に存在でき、現像剤流を乱すことが可能である。
【００１４】
そして、現像剤攪拌部材１３の形状は、現像剤攪拌部材１３がどのような向きであっても、現像剤の流れに対して、同じような攪拌作用を得るために、多面体がよく、なるべく球状であることが望ましい。現像剤攪拌部材１３の最小径は、現像剤収容室内Ａから、外に出ないためには現像スリーブとプレドクタのギャップ（Ｇ２）より大きい必要がある。例えば、本方式では、Ｇ２が０．７から１．０ｍｍであるので、Ｇ２よりも大きな径の現像剤攪拌部材を用いる。また、第二規制部材下流の現像剤収容室壁と現像スリーブの間は３０ｍｍ程度であるので、現像剤攪拌部材１３が現像剤収容室内で自由に動けるように２０ｍｍ程度が現状の構成では限界であると考えている。
【００１５】
また、現像剤攪拌部材１３が現像剤に対して、有効に攪拌作用を得るためには、現像剤収容室Ａの容積に対して、１０％以上５０％以下がよい。図３は、現像剤収容室の体積比と画像濃度ムラＭランクとの関係を示すグラフである。図３では、当社で画像評価する際に画像濃度ムラＭを５段階で評価しており、画像品質上、規格内はランク４以上必要である。図３のグラフからわかるように、体積比が１０％以上５０％以下であることがわかる。１０％以下であれば、攪拌作用が小さく濃度ムラＭが解消できない。また、５０％以上では、現像剤の流れを妨げてしまい、感光体１側に現像に必要な現像剤を十分には供給できなくなってしまう。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の現像装置では、現像剤攪拌部材を現像剤収容室に入れることで、攪拌作用が得られるので、図面を変更することなく、コストをかけずに画像濃度ムラＭを解決することができる。現像剤攪拌部材の材質を非磁性にすることで、現像ローラ５の磁性に影響されることなく、プレドクタ下流側付近で攪拌作用を得ることができる。現像剤攪拌部材の比重を現像剤より大きくすることで、現像剤収容室内の現像剤剤中に存在でき十分に攪拌作用が得られる。現像剤攪拌部材の形状を、多面体から球体にすることで、現像剤攪拌部材がどのような向きであっても、同様の攪拌効果が得られる。現像剤攪拌部材の最小幅は現像スリーブとプレドクタのギャップ以上でないとギャップより、現像剤攪拌部材が出てしまう。また、現像剤流に対して乱すような効果を得るためには十分な面積が必要である。また、本発明の現像装置において、現像剤規制部材が収容室の体積比で１０％以下では、攪拌効果が得られなくて、５０％以下では、現像剤収容室内での現像剤の動きを妨げるために、体積比１０％から５０％において、攪拌効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である現像装置の構成を示す概略図である。
【図２】攪拌部材を入れた現像剤収納室の現像剤流の状況を示す図である。
【図３】現像剤収容室の体積比と画像濃度ムラＭランクとの関係を示すグラフである。
【図４】現像スリーブ上にトナー濃度偏差が生じている状態で、画像を出力した様子を示す図である。
【符号の説明】
１  感光体ドラム
２  現像ケーシング
３  現像剤
３ａ  現像剤
３ｂ  現像剤滞留部
４  現像スリーブ（現像剤担持体）
５  現像ローラ
５ａ  磁極
６  ドクタ（第一の規制部材）
７  現像剤収納ケース
８  トナーホッパー
８ａ  トナー補給口
９  アジテータ
１０  プレドクタ（第二の規制部材）
１１  新しいトナー
１３  現像剤攪拌部材
Ａ  現像剤収納室
Ｍ  画像濃度ムラ又は地汚れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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