(57)【要約】【課題】使用環境に適合して安定した画像形成を実現することができる現像装置を提供する。【解決手段】現像剤が充填された筐体１７と、筐体１７内に回転可能に配置されて像担持体９の表面に現像剤を供給する現像ローラ１９と、筐体１７内に充填された現像剤を現像ローラ１９に供給するスパイラル２０と、磁力によって筐体１７内の現像剤を強制的に担持し且つその担持した現像剤をスパイラル２０から現像ローラ１９へと供給された現像剤に接触させる電磁石２２と、電磁石２２によって発生する磁力を画像形成タイミングに応じて調整する制御回路２５と、を備えている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤が充填された筐体と、該筐体内に回転可能に配置されて像担持体の表面に現像剤を供給する現像剤担持体と、前記筐体内に充填された現像剤を前記現像剤担持体に供給する攪拌部材と、を備えた現像装置において、
磁力によって前記筐体内の現像剤を強制的に担持し且つその担持した現像剤を前記攪拌部材から前記現像剤担持体へと供給された現像剤に接触させる電磁石と、該電磁石によって発生する磁力を画像形成タイミングに応じて調整する制御回路と、を備えていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記筐体に配置されて前記現像剤担持体に供給された現像剤の層厚を規制する規制部材を備え、
前記電磁石は、前記攪拌部材から前記現像剤担持体へと現像剤が供給される位置から前記規制部材で現像剤の層厚が規制される間で現像剤を担持することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電潜像を可視化するために像担持体に現像剤を供給する現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複写機、プリンタ、ファクシミリ並びにこれらを組み合わせた複合機等の電子写真方式による画像形成装置には、像担持体の表面に形成された静電潜像を可視化するために、その像担持体に現像剤を供給する現像装置が周知である。
【０００３】
また、このような現像装置としては、現像剤が充填された筐体と、この筐体内に回転可能に配置されて像担持体の表面に現像剤を供給する現像剤担持体と、筐体内に充填された現像剤を攪拌しつつ現像剤担持体に供給する攪拌部材と、を備えた現像装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平０８−０１５９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の如く構成された現像装置にあっては、攪拌部材は、筐体内の現像剤を像担持体の幅方向に満遍なく供給するため、筐体内の現像剤を搬送・攪拌する機能としてスクリュー式やパドル式等の様々な形状のものが用いられているが、その形状（方式）に起因して像担持体の表面に形成されたトナー像等に画像ムラが発生することがある。
【０００５】
即ち、現像槽内において攪拌部材から現像剤担持体へと現像剤を供給する際、攪拌部材の形状（方式）によっては、現像剤が現像剤担持体上へと供給され易い領域と供給され難い領域とに別れるといったように、現像剤の供給量にムラが発生することがある。
【０００６】
そして、このような現像剤の供給量にムラが発生すると、現像剤担持体上での現像剤量も変動を受け、現像性の変化（画像ムラ）となって現れてしまう。
【０００７】
また、このような攪拌部材の形状（方式）に起因する現像性の変化は、画像上で撹拌部材のスクリュー形状あるいは攪拌羽根（フィン）形状に従った濃淡差として現れ、一般的には、攪拌部材の回転速度が現像剤担持体の回転速度よりも早いため、転写紙への転写画像上には、攪拌部材と現像剤担持体との回転速度差に従った角度で、斜め方向に濃淡ムラが発生することが一般的である。
【０００８】
これは攪拌ムラとも称され、主としてドット単位での現像性において差が顕著に現れることから、ハーフトーン画像で確認されることが多い。
【０００９】
このような攪拌ムラの発生を防ぐためには、現像剤の供給量にムラが発生しないような攪拌部材の形状とすることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、近年の画像形成装置の高速化等に伴い、線速の増加（高速化）や現像剤の諸環境における流動性の変動、更には、画像形成装置全体の小型化要求に伴う著しい現像装置の寸法制限、等の各種条件を満足しなければならない現状では、攪拌部材の形状のみによって上述したムラの発生を解決することは困難であるという問題が生じていた。
【００１１】
そこで、この解決策として、本願出願人は、現像剤担持体への現像剤の汲み上げが行われてから層規制部材を通過するまでの間にマグネットを配置し、そのマグネットに担持された現像剤を現像剤担持体上へ汲み上げられた現像剤の層に対して接触させることで供給量のムラを補う技術を提案した。
【００１２】
しかしながら、このようなマグネットを配置しただけでは、特に、現像槽内において流動性の悪化する高温高湿の環境下では、現像槽内のマグネットと現像剤担持体との間で現像剤の詰まりが発生する虞が生じていた。
【００１３】
これにより、現像剤担持体上の現像層が遮られ、層規制部材より上流側に現像剤による磁気ブラシを形成することが困難になり、画像上にスジや画像が白く抜けてしまう等の画像不具合が懸念される。
【００１４】
また、現像装置の使用状況によっても流動性の悪化は発生することがあるため、同様の現象が現像装置の長寿命化の妨げとなってしまうという問題も生じていた。
【００１５】
そこで、本発明は、上記事情を考慮し、使用環境に適合して安定した画像形成を実現することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の現像装置は、現像剤が充填された筐体と、該筐体内に回転可能に配置されて像担持体の表面に現像剤を供給する現像剤担持体と、前記筐体内に充填された現像剤を前記現像剤担持体に供給する攪拌部材と、を備えた現像装置において、磁力によって前記筐体内の現像剤を強制的に担持し且つその担持した現像剤を前記攪拌部材から前記現像剤担持体へと供給された現像剤に接触させる電磁石と、該電磁石によって発生する磁力を画像形成タイミングに応じて調整する制御回路と、を備えていることを特徴とする。
【００１７】
この際、前記筐体に配置されて前記現像剤担持体に供給された現像剤の層厚を規制する規制部材を備え、前記電磁石は、前記攪拌部材から前記現像剤担持体へと現像剤が供給される位置から前記規制部材で現像剤の層厚が規制される間で現像剤を担持するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の現像装置は、使用環境に適合して安定した画像形成を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明の一実施形態に係る現像装置について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施形態に係る現像装置を採用した画像形成装置としての複合機の説明図、図２は本発明の一実施形態に係る現像装置の断面図、図３は本発明の一実施形態に係る現像装置における要部の作用説明図である。
【００２１】
（複合機の全体構成）
図１において、１は複写機・プリンタ・スキャナ・ファクシミリ等の各機能を具備した画像形成装置としての複合機である。
【００２２】
複合機１は、装置本体２の前面から引き出し可能な給紙トレイ３と、装置本体２の側面に設けられた手差給紙トレイ４と、複写機・ファクシミリ・スキャナとして原稿を読み取るための自動原稿送り装置（ＡＤＦ）５と、給紙トレイ３又は手差給紙トレイ４から送られてきた転写紙（図示せず）の表面にトナー画像を形成する画像形成部６と、そのトナー画像を転写紙表面に定着する定着部７と、画像定着済みの転写紙を排出する排出部８とを備えている。
【００２３】
（画像形成部６の構成）
画像形成部６は、ドラム状の像担持体９を備えている。また、画像形成部６は、像担持体９の周囲に、像担持体９の表面を帯電する帯電デバイス１０と、自動原稿送り装置５を利用して読み取った原稿の読取データ又は図示を略するパーソナルコンピュータ等から出力された印刷データから生成された画像データに基づいて像担持体６の表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する露光デバイス１１と、像担持体９の表面に形成された静電潜像を現像剤（トナー）によって可視化するための現像装置１２と、像担持体９の表面に付着された現像剤を転写する転写デバイス１３と、転写後の像担持体９の表面に残存したトナー等を除去するクリーニングデバイス１４と、次の画像形成処理のために像担持体９の表面を除電する除電デバイス１５と、をこの画像形成処理プロセンス順に備えている。
【００２４】
（現像装置１２の構成）
現像装置１２には、補給コンテナ１６から補給用トナーが供給される。尚、この補給コンテナ１６は、装置本体２に対して着脱可能（交換可能）とされている。また、装置本体２の正面は、図示を略する正面カバーによって開閉可能とされ、この正面カバーを開放することによって補給コンテナ１６の着脱操作を行うことができる。さらに、現像装置１２は、内部にトナーを循環移動させつつ像担持体９にトナーを供給するもので、図２に示すように、トナーが充填されると共に補給コンテナ１６から補給されるトナーの補給口１７ａを備えた筐体１７と、筐体１７に設けられて筐体１７内のトナー濃度を検出するトナー濃度検知センサ１８と、筐体１７内に回転可能に配置されて像担持体９の表面にトナーを供給する現像剤担持体としての現像ローラ（マグネットローラ）１９と、筐体１７内に充填されたトナーを現像ローラ１９に供給する攪拌部材としての一対のスパイラル（攪拌ミキサー）２０，２１と、磁力によって筐体１７内のトナーを強制的に担持し且つその担持したトナーをスパイラル２０，２１から現像ローラ１９へと供給されたトナーに接触させる調整部材としての電磁石２２と、筐体１７に配置されて現像ローラ１９に供給されたトナーの層厚を規制する規制部材としての規制ブレード２３と、を備えている。
【００２５】
（現像ローラ１９の構成）
現像ローラ１９は、その周面が像担持体９の周面と対向するように配置されている。従って、現像ローラ１９に搬送されつつあるトナーは、現像ローラ１９を介して像担持体９の周面に供給され、これによって像担持体９の周面にトナー像が形成されることになる。
【００２６】
（撹拌搬送スパイラル２０，２１の構成）
螺旋状の羽根を設けた一対の撹拌搬送スパイラル２０，２１の間は、筐体１７に形成された隔壁１７ｂによって仕切られている。
【００２７】
隔壁１７ｂの両端（図２の紙面奥行き方向）は、筐体１７の外壁内面との間に隙間（図示せず）が形成されており、トナー搬送方向上流側（図２の右側）に配置されたスパイラル２１により隙間の一方へとトナーが攪拌搬送（往路）された後に、この一方側の隙間で折り返されてスパイラル２０により現像装置１２の他方へとトナーが攪拌搬送（復路）され、さらに、この他方側の隙間で再び折り返される循環経路が構成されている。尚、トナーの撹拌搬送部材としては、スパイラル形状以外にパドル形状や斜めフィン配置形状、あるいはそれらの組み合せでも良い。
【００２８】
（電磁石２２の構成）
電磁石２２は、スパイラル２０から現像ローラ１９へとトナーが供給される位置から規制ブレード２３でトナーの層厚が規制される間に配置され、その間に存在するトナーを磁力によって強制的に担持する。尚、電磁石２２は、本実施の形態では、筐体１７の内部に配置しているが、その磁力を筐体１７の内部にまで届かせることができれば筐体１７の外部に配置しても良い。また、電磁石２２は、現像ローラ１９の少なくとも最大画像形成幅以上（図２の紙面奥行き方向）に跨って配置され、その磁力によってトナーを強制的に担持する。
【００２９】
この際、電磁石２２は、ＲＯＭ２４に格納された制御プログラムに基づいて、制御回路２５によって、露光デバイス１１を含む画像形成処理の駆動系の画像形成タイミング（例えば、現像ローラの駆動開始・停止等）に連動して、その磁力が調整される。
【００３０】
従って、電磁石２２は、その磁力によって、現像ローラ１９の最大画像形成幅以上に跨って満遍なく（ムラ無く）トナーを強制的に担持することができる。
【００３１】
これにより、図３に示すように、例えば、電磁石２２が無いとした場合に、現像ローラ１９が担持し得るトナーＴ１の（例えば、層厚５ｍｍ）の一部に、電磁石２２が磁力によって強制的に担持した磁気ブラシとなるトナーＴ２を接触させることにより、電磁石２２よりも上流側で現像ローラ１９にムラが発生していたとしても、そのムラを解消するように電磁石２２で担持したトナーＴ２を現像ローラ１９に行き渡らせることができ、均一な層厚のトナーＴ１を現像ローラ１９に供給することができる。
【００３２】
尚、電磁石２２は、例えば、現像ローラ１９に磁力設定がなされている場合（例えば、現像極Ｎ１、汲上極Ｎ２、剥離極Ｎ３、搬送極Ｓ１、引込極Ｓ２等）、搬送極Ｓ１と汲上極Ｎ２との境界付近に対向した状態で現像ローラ１９の回転中心を通る放線が電磁石２２の対向面と略直交するように傾斜配置することにより、スパイラル２０で攪拌した直後の現像ローラ１９の表面に供給されたトナーに対して電磁石２２で担持したトナーを現像ローラ１９側に行き渡らせることができる。
【００３３】
また、画像形成時以外においては、制御回路２５により、電磁石２２に対する電力供給を停止することによって磁場の発生を停止し、磁場によって拘束されたトナーを開放することによって、使用環境や使用状況に拘らず、流動性の悪化したトナーの詰まりを防止することができる。
【００３４】
ところで、制御回路２５は、ＲＯＭ２４に格納した画像形成処理全般に係わる各種制御プログラムに基づいて、画像形成部６を制御する他、現像装置１２へのトナー補給や現像装置１２に印加する各種バイアス等の現像条件、露光デバイス１１から出射されるレーザ光のレーザパワー等の露光条件、除電デバイス１５のイレース光量、等のキャリブレーションを実行する。
【００３５】
また、ＲＯＭ２４には、本発明の電磁石２２の磁力制御に係わる制御プログラムも格納されており、この制御プログラムを実行する制御回路２５とでマイクロコンピュータを構成している。尚、画像形成処理を実行する際の画像データ等は、このＲＯＭ２４とは別のＲＡＭやＨＤＤ等の記憶部に一時的に記憶される。また、制御回路２５は、トナー濃度検知センサ１８からの検知結果に基づいて、トナー補給を行う。
【００３６】
（規制ブレード２３の構成）
規制ブレード２３は、筐体１７の上方寄り開口を塞ぐように配置され、現像ローラ１９の略全幅に跨って設けられている。また、規制ブレード２３の先端は、現像ローラ１９の表面から離間しており、現像ローラ１９の表面に供給されたトナーを、所定の層厚に均す機能を備えている。
【００３７】
この際、規制ブレード２３は、電磁石２２の磁力によって強制的に担持されたトナーが現像ローラ１９の表面に行き渡っているため、現像ローラ１９に担持されたトナーはムラ無く規制ブレード２３によって均されることとなる。
【００３８】
（実施例）
以下、本発明の現像装置１２の具体的な作用を説明する。
【００３９】
尚、本実施例では、現像装置１２の筐体１７内において、スパイラル２０，２１から現像ローラ１９へとトナーが攪拌搬送され、現像ローラ１９上に担持されたトナーが規制ブレード２３へと搬送されるまでの空間に電磁石２２を配置し、この電磁石２２の磁力（磁場）によって電磁石２２上に強制的に担持されたトナーを現像ローラ１９上のトナーに接触させることにより、トナーの供給ムラを規制し、現像ローラ１９上のトナー量を安定した状態にする。
【００４０】
従って、現像ローラ１９に担持されたトナーに対する供給ムラを抑制しているため、スパイラル２０，２１がどのような攪拌形式（スクリュー式・パドル式等）を採用していたとしても、攪拌ムラに起因する供給ムラを抑制することができる。また、トナーを均すための部材として直接トナーを用いていることから、金属や樹脂等の規制部材（均し部材）を用いた場合の過度なストレスによるトナーの劣化をも抑制することができる。
【００４１】
また、本発明における電磁石２２を用いた現像装置１２では、
現像ローラ１９：Ｖｐｐ＝４００Ｖ（交流ピーク間電圧）
Ｖｄｃ＝３５０Ｖ（直流電圧）
外径＝φ２０
周波数＝３．０ｋＨｚ
Ｄｕｔｙ（＋）＝６０％（逆波形）
トナー：体積平均粒子径７μｍの非磁性トナー
キャリア：質量平均粒子径４５μｍのフェライト粒子
電磁石２２：幅２２０ｍｍ×高さ４ｍｍ×厚さ２ｍｍ
磁力＝５０ｍＴ（表面磁力）
極性＝Ｎ極
ＯＮ＝画像形成動作（高圧出力）開始に同期
ＯＦＦ＝画像形成動作（高圧出力）終了に同期
とした。
【００４２】
ここで、現像ローラ１９に担持されるトナーＴ１と電磁石２２に担持されるトナーＴ２との接触幅をｈ、電磁石２２の表面と現像ローラ１９の表面との離間距離をＨとしたとき、接触幅ｈと攪拌ムラの発生との関係を図４に示す。
【００４３】
尚、現像ローラ１９に担持されているトナーＴ１の層厚を５ｍｍとしたときの、電磁石２２に担持されているトナーＴ２との接触幅ｈを１．５ｍｍとした場合と、接触幅ｈを２．５ｍｍとした場合と、電磁石２２を使用しなかった場合とで、攪拌ムラの発生を比較確認した。
【００４４】
その結果、現像ローラ１９上に存在する磁気ブラシを電磁石２２が担持する磁気ブラシによって均すことによって、トナー詰まりの発生が抑制できていることが判明した。
【００４５】
また、この磁場形成を、マグネットを用いた場合とＯＮ／ＯＦＦ制御した電磁石２２を用いた場合のそれぞれについて、常温常湿（室温２２℃，湿度５０％）の環境下並びに高温高湿下（室温３２℃，湿度８０％）の各環境下での関係を図５に示す。
【００４６】
その結果、電磁石２２の磁場形成をＯＮ／ＯＦＦで切り換え制御すると共に、電磁石２２上に担持された現像剤を開放することによって、常に現像剤を保持し続けるマグネット方式とは異なり、流動性の悪化した高温高湿環境で使用されるトナーであっても、トナー詰まりを発生させることなく、安定した画像を供給することが可能となることが判明した。
【００４７】
さらに、常温環境下における耐刷枚数におけるトナー詰まり関係を図６に示す。
【００４８】
その結果、耐刷枚数が多くなるとトナーの流動性が悪化するため、高温高湿環境の場合と同様に、マグネットを用いた磁場形成ではトナー詰まりが発生する一方、電磁石２２を用いた磁場形成ではトナー詰まりが発生することなく、ユニット寿命である３００ｋを満たすまで、安定した画像供給を実現し得ることが判明した。
【００４９】
この際、電磁石２２の出力（磁力）を、単にＯＮ／ＯＦＦで切り換え制御するのではなく、その出力を同時に調整制御することによって、例えば、耐刷枚数が少ない時等のように、現像剤の流動性が比較的良好なときには電磁石２２の表面磁力を弱く調整し、電磁石２２によって発生する磁場形成に伴う磁気ブラシの拘束力を弱めた状態でも、トナーの流動性に対する表面磁力設定を別途行うことによって、トナー詰まりの発生を抑制することができる。
【００５０】
このように、現像ローラ１９上に担持されているトナーを、現像装置１１に配置した電磁石２２に担持されているトナーと接触させることにより、現像ローラ１９上のトナーを均すことができ、濃度低下等の不具合を起こすことなく攪拌ムラの発生を防ぐことができるばかりでなく、画像形成時以外では電磁石２２による磁場形成を停止させることによって、トナーの詰まりを防止し、安定した高品質な画像を長期にわたって供給し続けることができる。
【００５１】
ところで、上記実施の形態では、本発明の現像装置１２を画像形成装置としての複合機１に適用して説明したが、例えば、複写専用機やプリンタ専用機等の画像形成装置全般に適用することができることは勿論である。
【００５２】
また、現像装置１２の周辺の温湿度を監視する温湿度センサを配置し、この温湿度センサの検出結果に応じて制御回路２５で電磁石２２の磁力制御を併用して行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係る現像装置を採用した画像形成装置としての複合機の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る現像装置の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る現像装置における要部の作用説明図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る現像装置におけるトナー接触幅に応じた攪拌ムラ発生有無の関係を示す図表である。
【図５】本発明の一実施形態に係る現像装置における使用環境下毎のトナー詰まり発生有無の関係を示す図表である。
【図６】本発明の一実施形態に係る現像装置における耐刷枚数毎のトナー詰まり発生有無の関係を示す図表である。
【符号の説明】
【００５４】
１…複合機（画像形成装置）
９…像担持体
１７…筐体
１９…現像ローラ（現像剤担持体）
２０…スパイラル（攪拌部材）
２１…スパイラル（攪拌部材）
２２…電磁石
２５…制御回路
【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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