(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
トナーとキャリアを含む２成分現像剤を前記像担持体に供給して静電潜像を可視像処理する現像装置と、を備える画像形成装置において、
前記現像装置は、現像剤を溜める上段のスペースと、トナーが補給され、かつ前記上段のスペースから現像剤が補給され、これらの合計量が定常量になるように保持する下段のスペースとを有し、
前記上段のスペースには、溜めた現像剤の量が上限を超えたことを検知する現像剤量上限検知手段が設けられ、前記溜めた現像剤は前記可視像処理に使用されずに回収された現像剤であり、
前記上段のスペースに溜めた現像剤量が上限を超えるまで前記下段のスペースの現像剤を排出せずに、前記下段のスペースへのトナーの補給、及び現像剤の循環を行い、前記上段のスペースに溜めた現像剤量が上限を超えたときに、前記下段のスペースの現像剤を排出すると同時に前記上段のスペースの現像剤を前記下段のスペースに補給する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像装置は現像ローラを備え、
前記上段のスペースから下段のスペースに現像剤を補給する際に、前記現像ローラに近い前記下段のスペースに現像剤補給量を制御する現像剤量検知手段を設ける
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記上段のスペースから前記下段のスペースに現像剤を補給するために、開閉可能な蓋つきの落下口を設け、上段から下段へ現像剤量検知手段をもとに出力された信号を受けて前記落下口を開閉させる
ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記上段のスペースに、現像剤排出中に、前記上段のスペースの現像剤量が下限を下回ったことを検知する現像剤量下限検知手段を設ける
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記開閉可能な蓋つきの落下口に、前記現像剤量検知手段に従って開閉可能なシャッタを設ける
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記現像剤量検知手段によってシャッタの開閉を調整し、前記下段のスペースの現像剤量を一定に保つ
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】
前記下段のスペースにトナー補給口を有し、現像剤搬送方向において前記トナー補給口の下流に現像剤の落下口を有する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記下段のスペースにトナー補給口を有し、現像剤搬送方向において前記トナー補給口の上流に現像剤の排出口を有する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の画像形成装置。
【請求項９】
像担持体及び現像装置が一体となって、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを形成している
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置及びこれに用いるプロセスカートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による画像形成装置では、一様に帯電した像形成体に像露光を行って潜像を形成し、潜像を現像してトナー像としたのちトナー像を記録紙等の転写材に転写することが行われる。そして、トナー像を担持した転写材が定着装置を通過することによりトナーは転写材上に定着する。  
【０００３】
また、潜像を現像するに当たっては、現像性に優れていることからトナーとキャリアとから成る２成分現像剤が多く用いられる。トナーとキャリアとは現像装置内で撹拌されてトナーはキャリア外面に静電的に付着した状態となり、現像領域へと搬送され現像バイアスが印加された条件下でトナーはキャリアから離れて像形成体の潜像部分に静電的に付着する。現像装置内では現像によってトナーが消費されるので、現像装置内にはインダクタンス等を用いて現像剤中でのトナー量を検知するトナー濃度検知手段が設けられていて、トナーが所定比率より低下するとトナーホッパ等のトナー供給部からトナーを現像装置内に補充することがなされている。
【０００４】
各現像装置内のトナーは消費された新たなトナーによって不足した分の補充が行われるが、キャリアは持続して使用される。したがって、キャリアが長期に渡って使用されると、個々のキャリアの外周には１μｍに満たない微小なトナーが付着し、これが原因となって現像性能が次第に低下してきて良好なトナー像が得られないようになる。このために所定枚数の画像形成がなされた時点で像形成体の周囲に近接配置した各々の現像装置を取り外して内部の現像剤を交換し新規なキャリアと交換することによって再び良好な現像が行われるようなサービス業務がなされていた。
【０００５】
そこで、従来、補給するトナーと共に新しいキャリアを一定比率で加えて補給し、現像性能の低下したキャリアを序々に新しいキャリアと交換して行くことによってサービス業務としての現像剤の交換を不要とする方法、即ちトリクル現像と呼ばれる方法がなされていた（特許文献１を参照）。
【０００６】
また、同様に、キャリヤ粒子の老化速度とハウジング室内のトナー粒子の所要帯電能との関数である速度でキャリヤ粒子をハウジング室内に加えることにより、ハウジング室内の現像剤の使用寿命が電子写真式印刷機の使用寿命に少なくとも等しくなることを保証した装置が開示されている（特許文献２を参照）。
【０００７】
画像濃度を安定させる課題に対しては、現像ローラ上でのトナー量を一定にすることを目的として、容器内の現像剤量を増加させる機能を持たせた装置が開示されている（特許文献３を参照）。この手法において現像剤が満杯になるまでは現像剤はオーバーフロー状態にはならないが、現像剤が満杯になると、現像剤はオーバーフロー状態になり、新しく供給された現像剤も排出される。
【０００８】
また、ゴミを排出する課題に対しては、機械の動作前、動作後のみに限って、現像剤の供給モードおよび排出モードを備えることが開示されている（特許文献４を参照）。しかしながら、この供給モードおよび排出モードはゴミを排出するために一気に現像剤を排出する機能をもたせているのみで、新しい現像剤が排出される課題に対しては対処がなされていない。
【０００９】
以上のように従来技術では、補給するトナーと共に新しいキャリアを一定比率で加えて補給し、現像性能の低下したキャリアを序々に新しいキャリアと交換して行くことによってサービス業務としての現像剤の交換を必要としなくすることは実現しているが、劣化現像剤の代わりに新しく補給された現像剤が、未使用のまま排出口からオーバーフローして排出され、新しい現像剤を無駄に排出してしまうといった課題が残されていた。
【００１０】
【特許文献１】特公平２−２１５９１号公報
【特許文献２】特公平７−１１１５９８号公報
【特許文献３】特開平１１−１６７２６９号公報
【特許文献４】特開２００１−２０９２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、新しく補給された現像剤が未使用で排出されるのを防止して、新しい現像剤を充分に活用しつつ、安定した濃度の画像出力を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の画像形成装置は、像担持体と、トナーとキャリアを含む２成分現像剤を前記像担持体に供給して静電潜像を可視像処理する現像装置と、を備える画像形成装置において、前記現像装置は、現像剤を溜める上段のスペースと、トナーが補給され、かつ前記上段のスペースから現像剤が補給され、これらの合計量が定常量になるように保持する下段のスペースとを有し、前記上段のスペースには、溜めた現像剤の量が上限を超えたことを検知する現像剤量上限検知手段が設けられ、前記溜めた現像剤は前記可視像処理に使用されずに回収された現像剤であり、前記上段のスペースに溜めた現像剤量が上限を超えるまで前記下段のスペースの現像剤を排出せずに、前記下段のスペースへのトナーの補給、及び現像剤の循環を行い、前記上段のスペースに溜めた現像剤量が上限を超えたときに、前記下段のスペースの現像剤を排出すると同時に前記上段のスペースの現像剤を前記下段のスペースに補給することを特徴とする。
【００１３】
具体的には本発明は、一循環現像攪拌構成のトリクル現像において、現像剤が基準量になるまで現像剤を排出せずに現像装置内で循環させ、補給した現像剤がある基準量に達した時に現像剤の排出を行うシステムで、排出口を完全に閉めて新しく補給した現像剤を循環および攪拌させることで新しく補給された現像剤が直接排出されることを防止し、現像剤を有効に活用することができる。この方式によって、従来よりも効率よく劣化した現像剤を排出することができるようになり、高品質画像の出力を実現することができるようになる。
【００１４】
本発明は、現像剤が基準量に達するまでは現像剤の補給のみを行い、排出を行わないシステムにおいて、現像装置内をいくつかのスペースに分けて、一方のスペースでは現像剤が定常量になるように保持し、もう一方のスペースでは現像剤を溜める空間配置にしておき、従来の現像装置を用いると現像装置が短時間で満杯になってしまうことが予想されるため、現像剤を溜めておくスペースの容積を増大させ、現像装置内に収容可能な現像剤量を増やすことで、現像剤を排出するタイミングのサイクルを長くし、新しい補給剤を長期間にわたって循環、攪拌してから排出することが可能となり、また、現像スリーブに近いスペースにおいては現像剤量が定常になるようにすることで安定な画像出力と高効率な現像剤使用を可能としたシステムとなる。
また、本発明は、現像剤を溜めておくスペースの現像剤量が上限を超えたこと検知する機能を有することにより、目的のタイミングで現像剤の排出の開始が行われることを実現可能としたシステムとなる。
【００１５】
本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像装置は現像ローラを備え、前記上段のスペースから下段のスペースに現像剤を補給する際に、前記現像ローラに近い前記下段のスペースに現像剤補給量を制御する現像剤量検知手段を設けることを特徴とする。
本発明は、現像剤を溜めておくスペースから他方のスペースに現像剤を補給する際に、現像ローラに近いスペースで現像剤量が定常になるように補給するために、現像ローラに近いスペースに補給量を制御するための現像剤量検知手段を設け、現像ローラ付近での現像剤の量を安定させることにより、現像スリーブに保持する現像剤量を安定させ、より安定した画像の出力を可能としたシステムとなる。
【００１６】
本発明の画像形成装置は、さらに、前記上段のスペースから前記下段のスペースに現像剤を補給するために、開閉可能な蓋つきの落下口を設け、上段から下段へ現像剤量検知手段をもとに出力された信号を受けて前記落下口を開閉させることを特徴とする。
本発明は、現像剤を溜めておくスペースからもう一方のスペースに供給するために、開閉可能な落下口を設け、現像剤を溜めるスペースから現像剤量が定常量に保たれたスペースへ現像剤量検知手段をもとに出力された信号を受けて落下口を開閉させ、現像剤を目的のタイミングで供給できるようにすることによって、現像ローラ付近のスペースで現像剤量を定常量に保つことが可能となり、より安定した画像の出力を可能としたシステムとなる。
【００１７】
本発明の画像形成装置は、さらに、前記上段のスペースに、現像剤排出中に、前記上段のスペースの現像剤量が下限を下回ったことを検知する現像剤量下限検知手段を設けることを特徴とする。
本発明は、現像剤の排出が行われている時に、現像剤を溜めておくスペースの現像剤量が下限を下回ったことを検知する機能を有することにより、目的のタイミングで現像剤の排出の終了が行われることを実現可能としたシステムとなる。
【００１８】
本発明の画像形成装置は、さらに、前記開閉可能な蓋つきの落下口に、前記現像剤量検知手段に従って開閉可能なシャッタを設けることを特徴とする。
本発明は、上段の現像剤を溜めておくスペースから下段のスペースに供給するための開閉可能な蓋つきの落下口にシャッタを有することで、前記現像剤量検知手段を用いた制御を行うシステムとなる。すなわち現像剤を溜めておくスペースの現像剤量の上下限を検知したタイミングでシャッタの開閉を行い、現像剤が満杯になった際にシャッタを開け、現像可能な最低の現像剤量になった際にシャッタを閉めるシステムとなる。
【００１９】
本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像剤量検知手段によってシャッタの開閉を調整し、前記下段のスペースの現像剤量を一定に保つことを特徴とする。
本発明は、前記下段のスペースに設けられた下段の現像剤量を一定に保つために設けられた現像剤量検知手段によって、前記シャッタの開閉調整機能を有することで、下段の現像剤が過度に排出されることを防止し、下段の現像剤量を一定に保ちながら現像剤を排出することを可能としたシステムとなる。
【００２０】
本発明の画像形成装置は、さらに、前記下段のスペースにトナー補給口を有し、現像剤搬送方向において前記トナー補給口の下流に現像剤の落下口を有することを特徴とする。
本発明は、現像剤搬送方向におけるトナー補給口の下流に現像剤の落下口を有することで、トナーを補給した後に、現像剤落下口より循環した現像剤を落下させることが可能となり、トナー補給口から落下させて補給されたトナーは現像装置内上面付近で搬送されやすいが、トナー補給の直後に上段から落下口を通じて循環現像剤が落下させることにより、上面付近で搬送されやすいトナーが現像剤と充分に混ざることを実現したシステムとなる。
【００２１】
本発明の画像形成装置は、さらに、前記下段のスペースにトナー補給口を有し、現像剤搬送方向において前記トナー補給口の上流に現像剤の排出口を有することを特徴とする。
トナー補給口の上流に現像剤の排出口を有することで、新しく補給された現像剤が直接排出されることを防止するシステムとなる。
【００２２】
本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体及び現像装置が一体となって、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを形成していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、上記解決するための手段によって、新しく補給された現像剤が未使用で排出されるのを防止して、新しい現像剤を充分に活用しつつ、安定した濃度の画像出力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】
【００２４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【００２５】
図１は、２成分現像装置を複数備えた画像形成装置１を示す概略断面図、図２は、図１に示した画像形成装置の感光体と現像装置付近を示す拡大断面図である。
この画像形成装置は作像時に像を担持する像担持体である感光体ドラム２Ａ〜２Ｄと、その感光体ドラム２Ａ〜２Ｄを帯電部材である帯電ローラ７により帯電する帯電装置２０と、その帯電装置２０により帯電された感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの表面に露光手段である書き込みユニット５により露光されて形成された静電潜像を現像剤２５により現像されて可視像（トナー像）とする現像装置４Ａ〜４Ｄと、その可視像が転写ベルト３を含む転写装置により転写材（転写紙）Ｐに転写された後に感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの表面に残留するトナー（転写残トナー）を感光体ドラム２Ａ〜２Ｄ上から除去するクリーニング装置３０とを備えている。
【００２６】
帯電ローラ７は、例えばＳＵＭ−Ｎｉメッキで形成した芯金の外周に、体積抵抗１×１０３〜１×１０８Ω・ｃｍとしたエピクロルヒドリンゴム等の導電性を有する弾性部材を設けている。
そして帯電ローラ７の両端部には例えばポリエステル又はポリエチレンテレフタレートからなる厚さ５０〜６０μｍの片面粘着性のシートフィルムを巻き付け、このフィルム材を介して感光体ドラム２Ａ〜２Ｄと、所定の加圧力で加圧されている。それにより、帯電ローラ７の帯電有効領域部分が感光体ドラム２Ａ〜２Ｄ表面と非接触の関係に保たれる。このため、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの摩耗が避けられるので、感光体長寿命化に役立っている。
また、帯電ローラ７は、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄと同一の線速としている。帯電ローラ７への電圧印加は、芯金部分に、例えばＤＣ＝−７００Ｖを定電圧で印加すると共に、ＡＣ電圧を定電流制御で印加している。
【００２７】
現像装置４Ａ〜４Ｄは、現像剤によりトナーを保持し、バイアスを印加することにより現像を行う２成分現像装置である。また感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの下方にはその一部のみを図示する両面ユニット６が配設してある。図中８は画像が転写された転写紙の画像を定着する定着装置である。
【００２８】
次に、本発明に用いる現像剤としてのキャリア粒子とトナーについて説明する。
キャリア粒子の芯材としては、銅亜鉛フェライト、マンガンを主成分とするフェライト等が挙げられ、具体的には、マンガンフェライト、マンガンマグネシウムフェライトなどがある。ビスマス（Ｂｉ）やジルコン（Ｚｒ）に代表される抵抗調整剤を加えたり、焼成工程とその後工程における温度、時間、雰囲気等の条件を適宜調整することで、高磁化で高抵抗の芯材が得られる。さらに、この強磁性体の粒子をアクリル系、ポリエステル系、シリコーン系、フッ素系等の樹脂で被覆してもよい。これらの樹脂は、キャリア粒子の電気抵抗、トナーとの帯電性を考慮して適宜選択することができる。また、このようなキャリア粒子の特性を調整するために、カーボンブラック、酸化アルミニウム、酸化チタン等の導電性物質、荷電制御剤等を樹脂に添加してもよい。この他、上記の樹脂中に磁性体粒子を分散させたものであってもよい。
【００２９】
キャリア粒子の重量平均粒径は、２５〜４５μｍの小粒径であることが好ましい。重量平均粒径を４５μｍ以下にすることで磁気ブラシを緻密にすることができ、階調性やベタ均一性の向上が図れる。一方、２５μｍ未満では、キャリア付着を起こすため好ましくない。
また、キャリア粒子の１ｋＯｅにおける磁化の強さは、６０〜８０ｅｍｕ／ｇであることが好ましい。特に、上記のようにキャリア粒子を小粒径化した場合は、磁化が小さくなり、キャリア付着等を引き起こす原因になるため、６０ｅｍｕ／ｇ以上とする。また、磁化の強さが８０ｅｍｕ／ｇを超えると、キャリア粒子に樹脂による表面被覆を施しても、形成される画像の画質は劣化するため好ましくない。なお、磁化の強さは芯材に添加する添加剤の種類、及び量で調整することができる。
【００３０】
トナーとしては、少なくとも熱可塑性の樹脂とカーボンブラック、銅フタロシアニン系、キナクリドン系、ビスアゾ系等の顔料を含んで構成されるものを用いる。樹脂としては、スチレン−アクリル系、ポリエステル系の樹脂が好ましい。この他に、定着助剤としてポリプロピレン等のワックス、トナー帯電量を制御するための含合金染料を内添することができる。さらに、表面処理したシリカ、アルミナ、酸化チタン等の酸化物、窒化物、炭化物等を外添してもよい。さらに、脂肪酸金属塩、樹脂微粒子等を併せて外添してもよい。
【００３１】
トナーの体積平均粒径は、高画質高精細の画像を得るために小粒径であることが好ましく、具体的には３〜８μｍが好ましい。体積平均粒径が上記範囲より小さい場合、二成分現像剤では現像装置における長期の攪拌においてキャリア粒子の表面にトナーが融着し、キャリア粒子の帯電能力を低下させるため好ましくない。また、体積平均粒径が上記範囲よりも大きい場合には、高画質で高精細の画像を得ることが難しくなるため好ましくない。
【００３２】
現像剤中のトナー濃度は、３〜１５ｗｔ％が好ましい。トナー濃度が低すぎると磁気ブラシによる現像スリーブから感光体表面への導通により、ハーフトーン画像にボソツキと呼ばれる異常画像が発生する。したがって、トナー濃度は３ｗｔ％以上必要である。また、トナー濃度を３ｗｔ％以上とすることで、十分な画像濃度を得ることができる。一方、トナー濃度が１５ｗｔ％を超えると画像に地肌カブリ等が生じ、高画質が得られなくなるため好ましくない。
【００３３】
クリーニング装置３０にはクリーニングブレード３１が具備されており、ブレード３１の先端部は、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄ上に残留したトナーを除去するために感光体ドラム２Ａ〜２Ｄ表面に対し、最適な角度及び接触圧にて接触している。また、クリーニングブレード３１の上流にはブラシローラ３２が具備されており、矢印Ｂ方向に、感光体の線速に対して×１．１倍で回転し、転写残トナーが感光体ドラム２Ａ〜２Ｄからクリーニングブレード３１に掻き取られやすくしている。
【００３４】
感光体ドラム２Ａ〜２Ｄは、アルミニウムからなる導電性基体上に下引き層（ＵＬ）を形成し、さらにその上に電荷発生層（ＣＧＬ）、電荷輸送層（ＣＴＬ）、表面保護層の順に塗工されたものである。この表面保護層は、高硬度粒子の微粉末、例えば金属酸化物の微粉末としてアルミナが分散されており、他にも炭化ケイ素、酸化クロム、窒化ケイ素、酸化チタン、α−酸化鉄、酸化ケイ素、炭化カルシウム、酸化亜鉛、α−Ｆｅ２Ｏ３、タルク、カオリン、硫酸カルシウム、窒化ホウ素、フッ化亜鉛、二酸化モリブデン、炭酸カルシウム、Ｓｉ（ＯＨ２）・ｎＨ２Ｏ、クレー、炭化ホウ素、酸化セリウム等が使用できる。また、ベンゾグアナミン系樹脂、メラミン系樹脂等の有機粉末や、各種合金等を使用することもできる。そして、その微粉末粒子の硬度は、モース硬度５以上とされ、平均粒径は１μｍ以下となっている。
【００３５】
各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄは同一の構成を有し、感光体ドラム２Ａはマゼンタ色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｂはシアン色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｃはイエロー色に対応する画像を形成し、感光体ドラム２Ｄはブラック色に対応する画像を形成するもので、それらを転写紙の搬送方向に間隔を置いて配置してある。また現像装置４Ａ〜４Ｄも同一の構成を有し、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄと近接または摺接する現像ローラ９と２本の平行な撹拌搬送スクリュー１０Ａ、１０Ｂを備え、使用するトナーの色のみが異なる。現像装置４Ａはマゼンタ、現像装置４Ｂはシアン、現像装置４Ｃはイエロー、そして現像装置４Ｄはブラックのようにそれぞれ異なる色のトナーを使用するようになっている。
【００３６】
この画像形成装置は、作像動作を開始させると、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄが図１中で時計回り方向にそれぞれ回転し、帯電ローラ７との間に電圧が印加されることにより表面が一様に帯電される。そして、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄの帯電面には書き込みユニット５により各色の画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、そこに各色に対応した潜像がそれぞれ形成される。各潜像は、各感光体ドラム２Ａ〜２Ｄが回転することにより現像装置４Ａ〜４Ｄの位置に達し、そこでマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各トナーにより現像されて各色のトナー像となる。 
そして、転写紙Ｐを転写ベルト３に吸着させて搬送しながら、図１で上側の面にイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック色の各トナー像を順次転写していき、感光体ドラム２Ｄを通過したときには４色を重ね合わせたフルカラーのトナー画像が形成される。画像が形成された転写紙Ｐには、定着装置８で熱と圧力を加えることによりトナー像を溶融定着させ、その後に排紙する。
【００３７】
次に、本発明の特徴部分である、現像剤の供給、排出機構および現像剤量検知手段について説明する。
図４ａと図４ｂは、感光体ドラムの横側方に配置する現像装置４Ａ〜４Ｄの模式図で、図４ａは図２のＹＹ断面図、図４ｂは図２のＺＺ断面図である。図４ａ中１５は仕切り板、１６はトナー濃度センサである。また、図２において、現像剤搬送手段であるスクリュー（またはローラ）中央に黒丸（●）を付したものは現像剤を図の奥側より手前側に向けて搬送することを表し、スクリュー中央に×印を付したものは現像剤を図の手前側より奥側に向けて搬送することを表す。
【００３８】
本発明に係る現像装置４Ａ〜４Ｄは、以下の構成よりなる。すなわち、現像剤担持体である現像ローラ９、現像剤回収搬送手段である回収ローラ１０Ｄ、第１の現像剤撹拌搬送手段である第１撹拌搬送スクリュー１０Ｃ、第２の現像剤撹拌搬送手段である第２撹拌搬送スクリュー１０Ｂ、現像剤供給搬送手段である供給搬送スクリュー１０Ａを有している。
【００３９】
現像装置本体４Ａ〜４Ｄには、現像ローラに隣接して回収ローラ１０Ｄおよび第１の現像剤撹拌搬送手段である第１撹拌搬送スクリュー１０Ｃを内蔵する現像剤回収室、兼第１現像剤撹拌搬送室（以下、回収／第1撹拌搬送室とも言う。）１０Ｃ’が設けられている。さらに、第２撹拌搬送スクリュー１０Ｂを内蔵する第２の現像剤撹拌搬送室である第２現像剤撹拌搬送室（以下第２撹拌搬送室とも言う。）１０Ｂ’が第１撹拌搬送室１０Ｃ’の下方に設けられ、供給搬送スクリュー１０Ａを内蔵する現像剤供給搬送室（以下供給搬送室とも言う。）１０Ａ’が第２撹拌搬送室１０Ｂ’と現像ローラ９に隣接して設けられている。
【００４０】
また、現像装置本体４Ａ〜４Ｄ内には、供給搬送室１０Ａ’と第２現像剤撹拌搬送室１０Ｂ’の間に設けられ、供給搬送室１０Ａ’より現像ローラ９に供給されることなく供給搬送室１０Ａ’内を最下流まで搬送された現像剤を第２撹拌搬送室１０Ｂ’に移送する第１の連通部である第１連通部１０ＡＢと供給搬送室１０Ａ’と第２現像剤撹拌搬送室１０Ｂ’の間に設けられ、第２撹拌搬送スクリュー１０Ｂにより搬送された現像剤を供給搬送室１０Ａ’に移送する第２の連通部である第２連通部１０ＢＡとを有している。
【００４１】
そして、第２現像剤撹拌搬送室１０Ｂ’には、トナー補給を行うトナー補給部１４が設けられており、トナー補給部１４の下流に、第１撹拌搬送スクリュー１０Ｃにより搬送された現像剤を第２現像剤撹拌搬送室１０Ｂ’に移送する落下口５７が設けられている。また、回収／第1攪拌搬送室１０Ｃ’内には現像剤を第２現像剤撹拌搬送室１０Ｂ’に移送する前述の落下口５７およびキャリア補給を行うキャリア補給口４３が設けられている。
【００４２】
本発明に係る現像装置４Ａ〜４Ｄでは、図４ａ及び図４ｂの矢印で示す様に、以下の様な現像剤の循環搬送が行われている。
先ず、現像ローラ９は筒状の導体で、回転可能な現像スリーブと、現像スリーブに内蔵される図示しない複数の磁極より構成され、現像ローラ９に隣接する現像剤供給搬送スクリュー１０Ａより供給されるトナーとキャリアよりなる２成分現像剤を用いて、感光体ドラム２Ａ〜２Ｄ上の静電潜像を現像する。
【００４３】
現像に使用された現像剤は、現像ローラ９内に配置されている複数の磁極のうち、釈放磁極と呼ばれる磁極からの反発磁界の作用で現像ローラ９より除去される。なお、本発明に係る現像装置では、画像形成に使用された現像剤を回収ローラによって、一旦現像ローラ９表面より完全に除去した後に供給スクリュー１０Ａより現像ローラ９表面に新しい現像剤供給を行う構成としている。回収ローラにより、現像ローラ９表面より除去された現像剤は、現像剤回収手段である回収ローラ１０Ｄにより回収され、回収ローラで回収された現像剤は回収／第１撹拌搬送室内１０Ｃ’の傾斜によって第１撹拌搬送スクリュー１０Ｃへ順次流れ落ちていく。図２では、現像剤の搬送方法の一例として回収および第一攪拌搬送室１０Ｃ’内の現像剤は、図４ｂに示す様に図の手前より奥側に向かって搬送されている。
【００４４】
次に、回収／第1攪拌搬送室１０Ｃ’内にはキャリア補給口を設けキャリアの補給を可能にしている。回収／第一攪拌搬送室１０Ｃ’内上流でキャリア補給をされた現像剤は、図４ｂに示す様に回収／第1攪拌搬送室１０Ｃ’の下流領域に設けられた落下口から落下して第２撹拌搬送室１０Ｂ’に移送される。図２は図４ａのＸＸ断面図にあたり、ちょうど落下口５７に当たる部分の断面図としている。なお、本発明に係る現像装置では、第２攪拌搬送室１０Ｂ’内の落下口より上流にトナー補給口１４を設け、トナー含有量（トナー濃度）の減少した現像剤へのトナー補給の実施を可能にしている。
【００４５】
第２撹拌搬送室１０Ｂ’では、第２撹拌搬送スクリュー１０Ｂにより補給トナーの添加された現像剤が撹拌、搬送される。図４ａに示す様に、第２撹拌搬送室１０Ｂ’では、前段階の回収搬送室４２における現像剤の搬送方向と逆方向に現像剤は搬送される。なお、搬送方向の一例として、第２撹拌搬送室内における現像剤の搬送方向は、図の奥側より手前側に向かって搬送することが図２で示されている。
【００４６】
第２撹拌搬送スクリュー１０Ｂ’により撹拌、搬送された現像剤は、図４ａに示す様に、第２撹拌搬送室１０Ｂの最下流領域で第２連通部１０ＢＡを経由して供給搬送室１０Ａ’に移送される。供給搬送室１０Ａ’では、現像剤は供給搬送スクリュー１０Ａにより供給搬送室１０Ａ’内を搬送しながら、供給搬送室１０Ａ’に隣接する現像ローラ９上に供給される。なお、供給搬送室における現像剤の搬送方向は、図２の手前側より奥側に向かって搬送される。
【００４７】
第１撹拌搬送スクリュー１０Ｃ及び第２撹拌搬送スクリュー１０Ｂは、現像剤を構成するトナーとキャリアとが均一分散する様に、そしてトナーに十分な帯電性を付与する様に撹拌、搬送を行っている。
【００４８】
なお、本実施例ではトナー補給口１４とキャリア補給口４３とは各々独立した形態で設けているが、本発明に係る現像装置ではトナーとキャリアとが混合状態で供給される場合の様に、１つの供給口を介して現像剤供給を行うものであってもよい。
【００４９】
本発明では、供給搬送室１０Ａ’の端部近傍まで搬送され、現像ローラ９に供給されることのなかった現像剤を、図４ａに示す様に、第1連通部１０ＡＢを経由して再度第２撹拌搬送室内に移送し、第２撹拌スクリュー１０Ｂにより再度撹拌、搬送して供給搬送室１０Ａ’に移送している。
【００５０】
この様に、本発明に係る現像装置では、供給搬送室１０Ａ’の最下流領域に第２撹拌搬送室に現像剤を移送する第1連通部を設け、供給搬送室１０Ａ’で現像ローラ９に供給されなかった現像剤を第２撹拌搬送室に戻し、短時間で再度現像ローラ９への供給の機会を増大させている。
【００５１】
本実施形態の現像装置４Ａ〜４Ｄでは、上述のように現像剤の循環搬送が行われ、現像ローラ９上では画像形成に使用された現像剤が一旦完全に除去された後、新たに現像剤供給が行われ、感光体ドラム上に形成された静電潜像を現像する。
【００５２】
図３は本発明に係る２成分現像装置４Ａ〜４Ｄのトナーを含む現像剤の補給・搬送の実施形態を示す断面図である。 
図中１７はトナーカートリッジで、その中に収納してあるトナーは、トナー補給口１４に取り付けたモーノポンプ１８により現像装置４Ａ〜４Ｄ内へ補給される。モーノポンプ１８の先端には電磁弁１９Ａ、１９Ｂを介してチューブ４０Ａ、４０Ｂが接続されており、一方のチューブ４０Ａの逆側はノズル４１に接続され、他方のチューブ４０Ｂの逆側は現像剤保持装置４２に接続されている。ノズル４１はトナーカートリッジ１７内に配置され、その中のトナーを吸引するようになっている。また現像剤保持装置４２はチューブ４３により現像装置４Ａ〜４Ｄに接続されている。図中４４はノズル４１用のエアポンプである。
【００５３】
モーノポンプ１８はクラッチにより図示しない現像用モータと接続可能で、クラッチの接続時間はトナー濃度を検出するためのトナー濃度センサ１６の信号、画素データにより計算された時間にわたってオンすることが可能とされている。また電磁弁１９Ａはクラッチがオンされたときのみ同時にオープンとなる。
【００５４】
現像剤保持装置４２には予め現像剤又はキャリア粒子のみがストックされている。古い現像装置が取り外されて新規の現像装置が設置されると、現像装置４Ａ〜４Ｄの図示しない現像用モータの回転数がＮＶＲＡＭ等のメモリに記憶され、この回転数が所定回数になると現像剤供給又はキャリア粒子の供給が開始される。現像剤供給モードが開始すると、トナー補給側の電磁弁１９Ａはクローズし、現像剤供給側の電磁弁１９Ｂがオープンされる。現像装置４Ａ〜４Ｄのモータをオンし、モーノポンプ１８のクラッチをオンとした状態で、現像装置４Ａ〜４Ｄからチューブ４３、現像剤保持装置４２、チューブ４０Ｂ、電磁弁１９Ｂ、モーノポンプ１８、現像装置４Ａ〜４Ｄという経路がオープンとなり、モーノポンプ１８による現像剤供給が可能となる。一定時間にわたって現像剤の搬送が行われたら、電磁弁１９Ｂ、クラッチをオフとする。なお、この動作は画像形成が行われていない間に実行させる。
【００５５】
以下は現像剤の排出方法についての説明である。
本実施例では現像剤上下限高さセンサを用いて現像剤量の上下限検知を行い、現像剤の排出制御を行う。図５は図４ａのＸ’Ｘ’断面図であり、ちょうど排出口にあたる部分の断面図を示し、現像装置に設置した回収容器５２、廃剤搬送ローラ５５および排出口に設けたシャッタ５１の拡大図である。シャッタ５１は図示しないシャッタ開閉用モータの駆動により上下可能となっている。図５において、現像剤排出口５０を覆うように回収容器５２が現像容器４Ａ〜４Ｄ下側に設置されている。排出口をトナー補給口および落下口の上流に設けることで、補給トナーおよびキャリアが直接排出されない配置となっている。回収容器５２に排出された現像剤は廃剤搬送スクリューによって図面奥方向に搬送され、図示しないチューブによって図示しない廃剤タンクで回収される。
【００５６】
前記シャッタ開閉用モータは、コントローラが制御するシャッタ開閉用モータ駆動回路により作動する。したがって、シャッタ開閉用モータが作動すると現像剤排出用シャッタ５1が上下に移動し、現像剤排出口５０から所定量の現像剤が排出され、あるいは現像剤の排出停止がなされる。前記現像容器４Ａ〜４Ｄ内の現像剤量の上下限検知は、前記現像容器４Ａ〜４Ｄの上段に設けられた現像剤上限高さセンサＳ１および現像剤下限高さセンサＳ２により現像剤の上面の上限高さおよび下限高さの検知により実現されている。なお、前記現像剤上限高さセンサＳ１および現像剤下限高さセンサＳ２から現像剤量検出手段を構成する。
【００５７】
図６において、コントローラは、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、Ｉ／Ｏ（入出力インタフェース）等を有するマイコンにより構成されている。前記コントローラＣには、ＵＩから入力されるコピースタート信号およびコピー設定枚数、現像剤上限高さ検出信号Ｓ１’、現像剤下限高さ検出信号Ｓ２’や、その他の入力信号が入力されている。前記コントローラは、入力された信号に応じて、補給用クラッチ作動回路、シャッタ開閉用モータ駆動回路６６、落下口蓋開閉用モータ駆動回路や、その他の作動回路の制御信号を出力している。
【００５８】
また、前記コントローラの前記ＲＯＭには、前記各入力信号に応じて作動するプログラムおよび必要なデータが記憶されている。前記プログラムにより作動するコントローラは、前記補給すべき現像剤量を算出する現像剤補給量決定手段、シャッタ制御手段、落下口蓋制御手段等の機能を有している。
【００５９】
本実施例では、現像器内上段で現像剤が０ｇから２００ｇまで増量可能である。図２において、現像剤下限高さセンサＳ２は落下口の斜め上方に設置し、現像剤上限高さセンサＳ１は現像器上段内の現像剤量が２００ｇになったときの高さに調整する。前記シャッタ制御手段は、前記現像剤の上面高さが前記現像剤上限高さセンサＳ1より高いことを検知すると前記シャッタ開閉用モータを駆動させて前記シャッタ５１を開く。同時に、前記落下口制御手段は、前記現像剤高さが現像剤上限高さセンサＳ１より高いことを検知すると前記落下口蓋開閉用モータを駆動させて落下口５７を開く。また、前記現像剤の上面高さが前記現像剤下限高さセンサＳ２より低いことを検知すると前記シャッタ開閉用モータを駆動させて前記シャッタ５１を閉鎖する。同時に、前記落下口制御手段は、前記現像剤高さが現像剤下限高さセンサＳ２より低いことを検知すると前記落下口蓋開閉用モータを駆動させて落下口５７を閉める。
【００６０】
また、供給搬送スクリュー１０Ａ側に現像剤高さセンサＳ３を設置し、前記落下口制御手段は、現像剤高さセンサＳ３より現像剤が少ないことを検知すると、前記モータを駆動させて落下口蓋５６を所定時間開き、現像剤を補充する。前記落下口制御手段は、所定時間経過後、前記モータを駆動させて前記落下口蓋５６を閉鎖する。前述の落下口蓋の開閉動作は現像剤高さセンサＳ３位置まで現像剤が満たされるまで繰り返される。ここで、前記シャッタおよび落下口が開いているときに現像剤上面高さが現像剤高さセンサＳ３より少ないことを検知すると、前記シャッタ制御手段は、前記モータを駆動させてシャッタを閉鎖する。前記シャッタ制御手段は所定時間経過後、前記モータを駆動させてシャッタを開く。前述のシャッタの開閉動作は現像剤高さセンサＳ３位置まで現像剤が満たされるまで繰り返される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】２成分現像装置を複数備えた画像形成装置１を示す概略断面図である。
【図２】図１に示した画像形成装置の感光体と現像装置付近を示す拡大断面図である。
【図３】本発明に係る２成分現像装置の現像剤の補給・搬送の実施形態を示す断面図である。
【図４ａ】図２のＹＹ断面図である。
【図４ｂ】図２のＺＺ断面図である。
【図５】図２のＸ’Ｘ’断面図であり、排出口付近の拡大図である。
【図６】本発明の実施例のブロック線図である。
【符号の説明】
【００６２】
２Ａ〜２Ｄ  感光体ドラム
４Ａ〜４Ｄ  現像装置
３      転写ベルト
５      書き込みユニット
６      両面ユニット
８      定着装置
７      帯電ローラ
９      現像ローラ
１０Ａ  供給搬送スクリュー
１０Ｂ  第２撹拌搬送スクリュー
１０Ｃ  第１撹拌搬送スクリュー
１０Ｄ  回収ローラ
１０Ａ’  供給搬送室
１０Ｂ’  第２撹拌搬送室
１０Ｃ’  回収／第１撹拌搬送室
１０ＡＢ  第１連通部
１０ＢＡ  第２連通部
１４    トナー補給口
１７    トナーカートリッジ
１５    仕切り板、
１６    トナー濃度センサ
２０    帯電装置
３０    クリーニング装置
３１    クリーニングブレード
３２    ブラシローラ
１８    モーノポンプ
１９Ａ  トナー補給側の電磁弁
１９Ｂ  現像剤供給側の電磁弁
４２    現像剤保持装置
４３    キャリア補給口
４４    ノズル４１用のエアポンプ
４０Ａ  チューブ
４０Ｂ  チューブ
５０    現像剤排出口
５１    現像剤排出用シャッタ
５２    回収容器
５５    廃剤搬送スクリュー
５６    落下口蓋
５７    落下口
Ｓ１    現像剤上限高さセンサ
Ｓ２    現像剤下限高さセンサ
Ｓ３    現像剤高さセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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