JP2005031385A - Developing device and image forming apparatus using the same - Google Patents
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Images
Landscapes
- Magnetic Brush Developing In Electrophotography (AREA)
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置で用いられる現像装置に係り、特に、磁性キャリアとトナーとを具備した二成分現像剤を用い、且つ、トナー濃度検知手段を用いずにトナー濃度を自律的に制御可能な現像装置及びこれを用いた画像形成装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式等の画像形成装置で用いられる現像装置としては、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像剤にて可視像化するものが知られている。この種の現像装置に用いられる現像方式としては、現像剤として着色剤粒子であるトナーのみを用いる一成分現像方式と、現像剤として磁性体粒子と着色粒子であるトナーとを混合撹拌したものを用いる二成分現像方式とに大別される。
【０００３】
従来、二成分現像方式の現像装置としては、画質、コスト面や安定性など優れた点が多いことから、トナーを磁性キャリアに混合した現像剤を磁場によって搬送して現像する磁気ブラシ現像方法が広く用いられている。この磁気ブラシ現像方法では、トナーと磁性キャリアとの摩擦で発生した静電気力により、トナーが磁性キャリアの表面に担持されるが、このトナーは、像担体上の静電潜像に接近すると、この静電潜像にて形成される電界によって静電潜像上へ飛翔し、静電潜像を可視像化する。また、現像剤は、現像によって消費されたトナーを補充しながら反復使用される。
しかし、このような磁気ブラシ現像方法においては、トナー濃度（トナーと磁性キャリアの混合比）を一定範囲に保つ制御を行わないと、トナー濃度が上昇した場合には、トナー飛散やカブリが発生し、一方、トナー濃度が低下した場合には、濃度低下や濃度斑、画像抜けなどが発生してしまう。したがって、安定した画像を得るためにはトナー濃度を一定に保つ必要がある。
【０００４】
そこで、従来の磁気ブラシ現像方法では、安定した画像を得るためにトナー濃度センサを用いてトナー濃度を検知したり、現像パッチを作成してトナー現像量を検知し、その信号によってトナー補給部材を作動させることによりトナー濃度を一定にする制御を行っている。例えば、トナー濃度センサによりトナー濃度を検知し、この検知情報に基づいてトナー濃度が低下したと判断した後、トナー補給部材によりトナー補給が行われる。
しかし、この種の磁気ブラシ現像方法にあっては、トナー濃度センサや独立してＯＮ／ＯＦＦ駆動できるトナー補給部材が必要不可欠であり、現像装置の大型化、高コスト化が避けられない。また、検知対象の濃度パッチを作成する等、トナー濃度の検知システムが面倒であるという不具合がある。
【０００５】
このような不具合を解決する先行技術として、トナー濃度センサやトナー補給部材を用いずに、トナー濃度を一定に保つ現像装置が既に提案されている。この現像装置は、二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、現像剤収容部と連通し且つトナーを収容するトナー収容部とを有し、現像剤担持体上の二成分現像剤量を規制部材で規制し、現像剤担持体上における二成分現像剤のトナー濃度変化によって、二成分現像剤のトナーの取り込みを自律的に制御することで、トナー濃度を調整するものである。
この自律的制御の方法は、現像剤担持体に担持搬送される現像剤移動層と、現像剤収容部内で現像剤が循環する現像剤循環層とを発生させ、現像剤収容部と連通しているトナー収容部からのトナーを取り込むというものである。
つまり、現像工程において、トナーが消費されると、現像剤収容部内に収容された現像剤の嵩が減少し、減少した嵩分のトナーがトナー収容部から現像剤収容部に補給されることで、現像剤収容部内の現像剤は、トナー濃度を保つということである。
【０００６】
上記現像装置の例として、特許文献１では、現像スリーブ上に磁性粒子層を形成し、容器内のトナー供給部においてこの磁性粒子層に接触するようにトナーを収容し、現像スリーブの回転に伴う磁性粒子層の磁性粒子の移動によって、上記トナー供給部で磁性粒子層内にその外側のトナー層からトナーを取り込み、トナーと磁性粒子とが混合された現像剤を規制部材で層厚規制して現像部に搬送することにより、トナーの過剰供給による帯電不足の防止を図っている。
また、特許文献２では、内部磁極を有する現像スリーブ回転型磁気ブラシ現像装置において、現像スリーブ表面に絶縁性層を設けるとともに、現像スリーブ近くにトナー供給ロールを配設し、トナー供給ロールと現像スリーブ間に交番電圧を印加することで、トナー濃度、トナー帯電の安定化を図っている。
更に、特許文献３では、現像剤を構成するトナーとして磁性トナーを用いることで、トナー帯電の安定化、トナー飛散の防止を図っている。
また、特許文献４では、現像剤担持体の搬送速度が最速のときにおいて、キャリア一個の表面に対してトナーが完全に覆った状態となる限界トナー濃度以下となるようにトナー濃度を構成することで、地汚れやトナー飛散の防止を図っている。
更にまた、特許文献５では、現像剤収容部において、現像剤担持体に担持搬送される現像剤量を規制する第一の規制部材よりも現像剤担持体の現像剤搬送方向上流側に第二の規制部材を設けることにより、トナー濃度調整の安易化を図っている。
【０００７】
【特許文献１】
特公平５−６７２３３号公報（第１−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開平５−１１９６２５号公報（第１−５頁、図１）
【特許文献３】
特開平９−２２１７８号公報（第３−７頁、図１）
【特許文献４】
特開２０００−３５２８７７号公報（第３−６頁、図１）
【特許文献５】
特開平９−１９７８３３号公報（第６−１０頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の先行技術にあっては、いずれもトナー濃度変化に対応した現像剤の体積変化と現像剤の動きとによって、トナー濃度の制御をしているため、現像剤の体積変化や現像剤の動きを顕著にする必要がある。このような要請下においては、通常の二成分現像方式と比較して、少ない現像剤量で且つ現像剤担持体周辺の現像剤収容部内の現像剤密度を高くする必要があるため、現像剤の循環が悪く、現像剤の動きが活発な箇所と活発でない箇所とが存在して、トナーの取り込みが均一に行われない。さらに、帯電性能や磁化特性の劣化により磁性キャリアが現像装置本体から抜け出て現像剤収容部内の磁性キャリア量が減少すると、トナー濃度安定時において現像剤収容部内の磁性キャリア量に対するトナー量比率が大きくなる。結果、十分なトナー帯電が施されず地汚れやトナー飛散が起こる。
【０００９】
また、現像剤量が少ないことから現像剤中に含まれるトナーの絶対量が少ないこと、トナー濃度が減少しても現像剤の体積変動は緩やかでありトナーの取り込みスピードが遅いことから、トナー消費の激しい高密度画像を連続で出力する際に所望の濃度が維持できない。
更に、予め現像剤量を少なく設定しなければならないため、１つの磁性キャリアにかかるストレスが大きくなり、磁性キャリアの寿命が短くなる。つまり、ランニングコストが上昇し、また、応答性が遅いため、高密度画像の濃度を確保できないといった課題が生じてしまう。
【００１０】
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、トナー濃度センサやトナー補給機構を必要としない小型で低コストの現像装置を前提とし、トナーの帯電特性を向上させながら、トナーの取り込みを均一にすることによって高密度画像の連続出力に確実に対応でき、また、磁性キャリアの量が変化しても、安定したトナー濃度を保つと共にトナーの帯電不良による地汚れ、トナー飛散を有効に抑制でき、更に、現像剤の仕込み量を予め多く設定可能であることにより長寿命化を実現してランニングコストを抑えることができる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、図１に示すように、内部に固定された磁界発生手段１を具備し且つトナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤２を回転搬送担持する現像剤担持体３と、現像剤担持体３に隣接して二成分現像剤２を収容する現像剤収容部４と、現像剤収容部４にトナー補給路６を介して連通し且つトナー補給路６を通じてトナー及び二成分現像剤２を供給可能に収容するトナー収容部５と、現像剤担持体３に隣接し且つ現像剤担持体３の現像剤搬送方向下流側に設けられ、現像剤収容部４に連通する迂回路８が形成されると共にトナー収容部５に連通する連通路１３が形成される現像剤退避部７と、現像剤収容部４及び現像剤退避部７に対して現像剤担持体３の現像剤搬送方向下流側に設けられ、現像剤担持体３により担持搬送される二成分現像剤２の一部を余剰現像剤としてせき止め、トナー濃度に応じて現像剤収容部４又は現像剤退避部７に前記余剰現像剤を分離する現像剤分離手段９と、前記現像剤収容部４内に配設され、少なくとも表面が弾性材料にて構成されると共に現像剤担持体３に接触若しくは近接配置されて現像剤担持体３との間のニップ域で現像剤２を撹拌する弾性撹拌部材１４とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
このような技術的手段において、現像剤担持体３は、内部に磁界発生手段１を具備し、二成分現像剤２を搬送担持するものであれば適宜選定して差し支えなく、例えば、回転可能な非磁性スリーブと、この非磁性スリーブ内に固定的に配設され且つ磁界発生手段１が設けられた磁石部材とを具備した態様がある。
ここで、磁界発生手段１は、複数の磁極１０を有しているものであればよく、例えば、磁極１０の構成例としては、現像に寄与するための現像磁極１０ａや、現像剤を捕獲できる機能を備えたピックアップ磁極１０ｃや、現像剤を搬送する搬送磁極１０ｂ，１０ｄ等を備えたものが挙げられるが、これに限られるものではなく、適宜選定して差し支えない。また、トナーは、磁性キャリアに付着するものであれば、磁性でも非磁性でもよい。
【００１３】
また、現像剤収容部４は現像剤担持体３に隣接して二成分現像剤２を収容するものであればよく、トナー収容部５はトナー補給路６を介して現像剤収容部４に連通していればよい。
このとき、現像剤収容部４は現像剤担持体３に隣接して設けられるが、トナー収容部５は現像剤担持体３との間に現像剤収容部４を介在しているため、現像剤担持体３に隣接することはなく、トナー収容部５からのトナーが現像剤担持体３上の現像剤層に直接接触することはない。
そして、トナー収容部５は、トナー補給路６を通じてトナーを供給可能であればよく、内部にトナー供給部材５ａを設ける態様に限らず、例えばトナー収容部５を現像剤収容部４よりも上方に配置し、自重によりトナーを下方へ移動させる態様を含む。また、トナー収容部５は初期段階において、内部にトナーのみを収容する態様に限らず、キャリアが一部含まれる高トナー濃度の現像剤を収容するようにしてもよい。
【００１４】
更にまた、現像剤退避部７としては、現像剤収容部４からの二成分現像剤２が一時的に退避せしめられる迂回路８を備え、この迂回路８に二成分現像剤２を一時的に退避させる態様であればよい。このような態様によれば、現像剤収容部４における二成分現像剤２を一時的に不足または流動させることが可能になり、トナー収容部５からのトナー及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤を現像剤収容部４に導くことができる。すなわち、この態様により、現像剤収容部４内の循環性が良くなり、現像剤退避部７に現像剤を退避させることでできる現像剤収容部４内のスペースまたは二成分現像剤流動部分に、トナー及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤を補給することができ、現像剤収容部４内の現像剤全体の濃度を上げることができる。ここで、非常に高いトナー濃度の二成分現像剤２とは、現像剤退避部７からトナー収容部５に流出した二成分現像剤が該トナー収容部５内のトナーと撹拌混合され、磁性キャリアに対するトナー比率が非常に高い二成分現像剤のことである。
【００１５】
更に、迂回路８は、一例として、現像剤収容部４と現像剤退避部７とを少なくとも二箇所で連通していることにより、現像剤収容部４からの二成分現像剤２が現像剤担持体３近傍から現像剤退避部７に進入し、再び現像剤収容部４へ戻る通路であればよい。
特に、本発明においては、現像剤退避部７は連通路１３を介してトナー収容部５に連通しているため、迂回路８における現像剤流れ方向に対して上流側は現像剤収容部４と連通し、下流側は現像剤収容部４及びトナー収容部５と連通していることが必要である。このような態様であれば、現像剤収容部４からの二成分現像剤２が現像剤担持体３近傍から現像剤退避部７に進入すると、現像剤退避部７に進入した二成分現像剤２は現像剤収容部４に限らず、トナー収容部５にも流出する。尚、迂回路８の位置及び大きさ等は適宜選定して差し支えない。
ここで、トナー収容部５は、現像剤退避部７より流出する二成分現像剤２を収容することが要件であるため、その底面が現像剤退避部７との連通路１３よりも重力方向で下の位置関係にあることが好ましい。
【００１６】
また、現像剤分離手段９は、現像剤担持体３により搬送される二成分現像剤２の余剰現像剤を、トナー濃度（磁性キャリアに対するトナー比率）に応じて分離するものであればよい。このとき、現像剤分離手段９は、トナー濃度に応じて二成分現像剤２の経路を異ならせる態様であるが、通常は、前記余剰現像剤のうち、低トナー濃度の二成分現像剤２を現像剤退避部７へ、高トナー濃度の二成分現像剤２を現像剤収容部４へ分離する態様が採用されている。尚、余剰現像剤は、現像剤担持体３により担持搬送された二成分現像剤２のうち、像担持体１５との間の現像部位へ搬送されない二成分現像剤２を意味する。
【００１７】
更にまた、現像剤分離手段９は現像剤担持体３により搬送担持された二成分現像剤２のうち余剰現像剤をせき止め、この余剰現像剤が現像部位へ搬送されないようにするには、例えば、現像剤分離手段９に、現像剤担持体３に対向配置されて余剰現像剤がせき止められるせき止め部１１を具備させることが好ましい。更に、現像剤分離手段９には、現像剤担持体３に設けられた磁界発生手段１である磁極１０（例えば搬送磁極１０ｂ）を含むことが好ましい。この場合、トナー濃度が低い二成分現像剤２では、現像剤中のトナー量が少ないため、単位体積当たりの磁性キャリア密度が高く、外部磁界から受ける磁気吸引力は大きいが、一方、トナー濃度が高い二成分現像剤２では、磁性キャリアの表面を覆うトナー量が多いため、単位体積当たりの磁性キャリア密度が小さくなって現像剤の磁化が低下し、外部から受ける磁気吸引力は小さくなるという性質を利用しているものである。
【００１８】
特に、せき止め部１１と磁極１０（例えば搬送磁極１０ｂ）とを組み合わせてなる現像剤分離手段９にあっては、現像剤担持体３上における二成分現像剤２の穂立ち状態を多く形成し、二成分現像剤２をせき止め部１１でせき止めることが可能になる。この態様において、せき止め部１１によるせき止め効果を実効あるようにするには、現像剤分離手段９は、現像剤担持体３の現像剤搬送方向に対して搬送磁極１０ｂの下流側に隣接配置されるせき止め部１１を有することが好ましい。
上述したように、せき止め部１１と磁極１０とを組み合せてなる現像剤分離手段９によれば、現像剤担持体３によって搬送された二成分現像剤２が低トナー濃度である場合、現像剤担持体３内部に引き付けられる磁気吸引力が大きいために現像剤担持体３の回転による二成分現像剤２に対する搬送力が強くなり、せき止め部１１のせき止め力と搬送磁極１０ｂの磁気的拘束力によって滞留している二成分現像剤（低トナー濃度）２を押し出し、この押し出された低トナー濃度の二成分現像剤２は、現像剤退避部７へ移動する。
一方、現像剤担持体３によって搬送された二成分現像剤２が高トナー濃度である場合、現像剤担持体３内部に引き付けられる磁気吸引力が小さいために現像剤担持体３の回転による二成分現像剤２に対する搬送力が弱く、せき止め部１１に滞留している二成分現像剤２を押し出せない。よって、せき止め部１１によって滞留している二成分現像剤２まで到達することなく途中で落下し、現像剤収容部４へ戻る。この作動は、上述したトナー濃度の違いによる性質を利用したものである。
【００１９】
また、現像剤担持体３により搬送される二成分現像剤２の量を規制する規制部材を別に設けることなく、二成分現像剤２の層厚を規制するという観点から、せき止め部１１は、現像剤担持体３に担持される現像剤層が規制せしめられる規制部材を兼用することが好ましい。
更に、現像剤分離手段９により分離される現像剤のトナー濃度の程度を調整する場合には、現像剤分離手段９として、現像剤担持体３における磁界発生手段１である磁極１０の配設位置や磁界強度を変化させるようにすればよく、このようにすれば、現像剤収容部４又は現像剤退避部７へ分離される二成分現像剤２について、分離すべきトナー濃度の程度を可変設定することができる。
【００２０】
また、現像剤退避部７における低トナー濃度の二成分現像剤２を、容易に現像剤収容部４又はトナー収容部５へ誘導させるという観点からすれば、現像剤退避部７には現像剤収容部４との間を隔てる仕切り部１２を具備させ、この仕切り部１２としては、現像剤退避部７内の二成分現像剤２を現像剤収容部４又はトナー収容部５へと導くように傾斜していることが好ましい。
更に、現像剤担持体３に対する二成分現像剤２の供給量を確保するという観点から、現像剤退避部７には現像剤収容部４との間を隔てる仕切り部１２を具備させ、この仕切り部１２と現像剤担持体３との間隙がせき止め部１１と現像剤担持体３との間隙よりも大きく設定されていることが好ましい。
【００２１】
また、現像剤退避部７の連通路１３からトナー収容部５に二成分現像剤２が流出されるが、この二成分現像剤２はトナー収容部５を経て再び現像剤収容部４へと循環搬送され、この搬送過程においてトナー帯電がなされる。
更に、現像剤退避部７に退避された二成分現像剤２は現像剤収容部４、トナー収容部５の双方に流出されるが、その戻り現像剤量比については任意である。
但し、トナーの補給性及びトナーの帯電立ち上がり特性の向上を両立させるという観点からすれば、現像剤退避部７から現像剤収容部４に流出する現像剤量が現像剤退避部７からトナー収容部５に流出する現像剤よりも多く配分されていることが好ましい。
【００２２】
更にまた、現像剤退避部７とトナー収容部５とを連通する連通路１３の好ましい態様としては、連通路１３はトナー収容部５から現像剤収容部４へトナーを補給するトナー補給路６より上方に配置されていることが好ましい。この場合、連通路１３を通じた現像剤のトナー収容部５への供給動作と、トナー収容部５からのトナーの補給動作とが干渉するのを防止する上で好ましい。また、連通路１３とトナー補給路６とは分離形成されていてもよいが、相互に連通状態でも差し支えなく、機能的に両者が分かれていればよい。
【００２３】
また、本発明においては、現像剤収容部４内には弾性撹拌部材１４が配設されている。
この弾性撹拌部材１４は、少なくとも表面が弾性材料にて構成され、現像剤担持体３に接触若しくは近接配置されていればよい。このとき、弾性撹拌部材１４は現像剤担持体３に対し近接していてもよいが、少なくとも現像剤担持体３との間のニップ域で現像剤２を撹拌する作用を奏することが必要である。
ここで、弾性撹拌部材１４の働きについて補足する。
一般に、トナー収容部５からトナー補給路６を経て現像剤収容部４に取り込まれたトナーは弾性撹拌部材１４でキャリアと撹拌混合されるが、トナー補給路６から現像剤担持体３までの経路は短いため、充分な撹拌時間が得られない可能性がある。
【００２４】
しかしながら、弾性撹拌部材１４によって搬送される現像剤２は、現像剤担持体３とのニップ域で確実に撹拌される。すなわち、弾性撹拌部材１４との接触によるトナーの摩擦帯電が生ずるほか、前記ニップ域に充填された現像剤２には剪断力が作用し、この剪断作用によりトナーの摩擦帯電が生ずる。このため、前記ニップ部では現像剤２のトナーが撹拌作用により確実に摩擦帯電されることになり、充分な帯電量を保持するに至る。
この結果、画像密度の高いプリントが採られた場合には、トナーが急激にトナー収容部５から現像剤収容部４に急激に取り込まれるが、弾性撹拌部材１４により確実に帯電されることから、充分に摩擦帯電されずに、帯電量の低いあるいは逆極性トナーが現像剤担持体３に搬送され、プリントかぶりやクラウドを発生するという事態は有効に回避される。
【００２５】
特に、本発明に係る現像装置は、従前の二成分現像装置に比べて、予め仕込まれる現像剤量が少ないため、画像密度の高いベタ画像などを連続的に採取する場合には、画像濃度の低下を引き起こし易い傾向が見られる。
この種の不具合を解決する対策としては、トナー消費に対して現像剤中のトナー濃度変動（感度）を少なくするために、飽和トナー濃度（制御トナー濃度）を高く設定し、現像剤のトナー濃度低下を低減させ、高密度画像プリント時のプリント濃度低下を低減することはできる。
ところが、飽和トナー濃度が高い状態では、例えば図２に示すように、キャリアＣの周りの付着トナー量が多く、第１層目トナーＴ１がキャリアＣ表面を略隙間無く覆ってしまい、所謂被覆率が１に近い状態になり、第２層目トナーＴ２が弱くキャリアＣに静電的に拘束されている状態である。この状態において、トナーＴ（Ｔ１，Ｔ２など）で表面が覆われたキャリアＣ即ち現像剤粒子が撹拌混合されると、現像剤粒子表面のトナー同士が衝突する。このとき、パドルのような撹拌部材で現像剤粒子を撹拌混合したとしても、第１層目トナーＴ１が他の現像剤粒子上のトナーあるいは遊離トナーと入れ替わることができず、トナー−トナー間で摩擦耐電されるのみである。このようなトナー−トナー間での摩擦帯電では、一般的に一方の極性に帯電できず、両極性に帯電がなされるため、所謂逆極性トナーが発生し易く、この逆極性トナーによるプリントかぶりが発生する可能性がある。
ところが、本発明では、現像剤担持体３上の現像剤２は弾性撹拌部材１４と接触し、その接触による摩擦帯電を受けるほか、現像剤担持体３と弾性撹拌部材１４とのニップ域では現像剤２に剪断力が作用するため、第１層目トナーＴ１と他の現像剤粒子上のトナーあるいは遊離トナーとの入れ替わりが促進され、かつ、トナー−キャリア間で有効に摩擦帯電が行われる。
この結果、現像剤担持体３と弾性撹拌部材１４とのニップ域にて現像剤２のトナーは正規に帯電されることになり、現像剤担持体３の磁気力をもって現像領域へと供給される。従って、現像領域では、逆極性トナーの存在割合が少なくなり、かぶり等の少ない画像が得られる。
【００２６】
また、弾性撹拌部材１４の代表的態様としては、例えばロール状の支持部材の表面を発泡部材で被覆するものが挙げられる。この態様は、発泡部材の帯電特性を考慮することで、トナーの帯電性を簡単に促進させることができる点で好ましい。ここで、好ましい発泡部材としては、例えばウレタン発泡部材がある。
更に、弾性撹拌部材１４としては導電性を有することが好ましい。これは、絶縁性であると、電荷が蓄積してしまい、トナーの帯電性に影響を与える虞れがあることによる。
そして、導電性の弾性撹拌部材１４を使用する際には、弾性撹拌部材１４に帯電バイアスを印加するようにしてもよい。本態様によれば、帯電バイアスを印加することで、トナーの帯電性を更に向上させることができる。
【００２７】
また、弾性撹拌部材１４としては磁性体を有することが好ましく、磁性体を使用すると、弾性撹拌部材１４が磁化し、その分、現像剤の搬送能力を向上させることができる。
この態様において、弾性撹拌部材１４の代表的態様としては、弾性撹拌部材１４に磁性支持部材を具備させ、この磁性支持部材と現像剤担持体３との間の最近接距離を２ｍｍ以下に設定したものが挙げられる。本態様によれば、現像剤担持体３と接近配置することにより、弾性撹拌部材１４の磁化による現像剤の搬送性を確保し、かつ、ニップ域でのトナーの帯電性を良好に保つことができる点で好ましい。
【００２８】
また、弾性撹拌部材１４の回転方向の好ましい態様としては、現像剤担持体３との対向部で当該現像剤担持体３の回転方向と逆方向であるものが挙げられる。このように、弾性撹拌部材１４の回転方向を所謂アゲインストにすることにより、現像剤担持体３上の現像剤２を剥離し、弾性撹拌部材１４から搬送される現像剤２を現像剤担持体３側に供給でき、所謂現像ゴーストの低減効果を発揮することができる。
【００２９】
また、本件は上述した現像装置に限られるものではなく、これらの現像装置を使用し、像担持体１５上の静電潜像を可視像化するようにした画像形成装置をも対象とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態１
図３は本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態１を示す。
同図において、符号２１は、矢印方向に回転する有機感光体からなる静電潜像担持体であり、この静電潜像担持体２１はスコロトロンなどの帯電装置２２によって帯電され、レーザ書込み装置やＬＥＤアレイを有する露光装置２３によって静電潜像が書き込まれる。この静電潜像は、光の当たった静電潜像担持体２１表面電位が低下し、光の当たっていない高電位部分とのコントラストによる電位画像として形成される。また、現像装置２４は、現像ハウジング３１内に着色粒子であるトナー及び磁性キャリアからなる二成分現像剤を収容し、現像剤担持体（現像ロール）３２に前記二成分現像剤を担持させ、この現像ロール３２に現像バイアス電源２５からの現像バイアスを印加することで、現像ロール３２を静電潜像の高電位部と低電位部との中間電位に保持し、静電潜像の画像部を帯電されたトナーにて現像するようにしたものである。更に、転写装置２６は、例えば静電潜像担持体２１に接触配置される転写ロールにて構成され、転写バイアス電源２７によって静電潜像担持体２１上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスを印加されることで、静電潜像担持体２１上のトナー像を記録材２８に転写させるようにしたものである。また、静電潜像担持体２１上に残留したトナーは、例えばドクターブレード式のクリーニング装置２９によって除去される。
【００３１】
また、本実施の形態において、静電潜像担持体２１上のトナー像を転写された記録材２８は、定着装置５０に搬送され、この定着装置５０によりトナー像は、記録材２８に定着される。定着装置５０は、例えばヒートロール方式で、加熱ロール５１と加圧ロール５２とを有し、この加熱ロール５１と加圧ロール５２との間に記録材２８を通過させることによりトナー像を記録材２８に定着するようになっている。
【００３２】
本実施の形態において、現像装置２４としては、例えば図４（ａ）（ｂ）に示す態様のものが用いられる。
同図において、現像装置２４は、静電潜像担持体２１に向かって開口する現像ハウジング３１を有し、この現像ハウジング３１の開口に面して現像ロール３２を配設し、前記現像ハウジング３１のうち、現像ロール３２に隣接した部位には二成分現像剤Ｇが収容される現像剤収容部３３と、現像ロール３２に隣接し、現像剤収容部３３に対して現像ロール３２の現像剤搬送方向下流側に設けられる現像剤退避部３４と、現像剤収容部３３を介して現像ロール３２に連通し且つトナーＴ及び現像剤退避部３４から流出した二成分現像剤Ｇを収容するトナー収容部３５とを形成したものである。尚、本実施の形態において、二成分現像剤Ｇは、トナーＴと磁性キャリアからなる現像剤であり、トナーＴは、例えば非磁性トナーを用いるが、磁性キャリアと磁気特性が異なるものであれば、磁性トナーを用いても差し支えない。
【００３３】
また、本実施の形態において、現像ロール３２は、図４及び図５に示すように、回転可能な回転スリーブ３２１と、この回転スリーブ３２１の内部に固定的に配設された磁極ロール３２２とを備えている。上記磁極ロール３２２は、例えば、ロール本体中心Ｏを通る水平面右側に合わせて搬送磁極（本例ではＳ２）を配設し、回転スリーブ３２１の回転方向（反時計回り）に対し、搬送磁極（Ｓ２）から下流側へ所定角度（例えば３０°）間隔でトリミング磁極として作用する搬送磁極（本例ではＮ２）と、現像磁極（本例ではＳ１）とを配設する一方、搬送磁極（Ｓ２）から上流側へ所定角度（例えば３０°）間隔でピックアップ磁極（本例ではＮ１）と、搬送磁極（本例ではＳ３）と、搬送磁極（本例ではＮ３）とを配置したものである。尚、本実施の形態において、現像磁極（Ｓ１）は、静電潜像担持体２１に対向し、ピックアップ磁極（Ｎ１）は、現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇを捕獲するようになっているが、夫々の磁極の配置や数は適宜選定して差し支えない。一方、回転スリーブ３２１は、反時計回りに回転すると共に、磁極ロール３２２の現像磁極（Ｓ１）が配設される現像部において、静電潜像担持体２１と対向するようになっている。尚、図５中、符号２５は現像ロール３２の回転スリーブ３２１に現像バイアスＶＢを印加する現像バイアス電源である。
【００３４】
また、本実施の形態において、図５及び図６に示すように、現像剤収容部３３は二成分現像剤Ｇが収容されるスペースを有し、現像剤収容部３３内のうち現像ロール３２に接触又は近接した部位に現像剤撹拌ロール３６が回転自在に配設されている。
本実施の形態において、現像剤撹拌ロール３６は現像ロール３２との対向部で当該現像ロール３２の回転方向と逆方向（反時計回り方向）に回転するようになっており、例えばＳＵＭ材等の磁性体からなる金属製芯金３６１の表面をウレタン発泡樹脂等の発泡部材からなる弾性被覆材３６２で被覆した構成を備えている。
【００３５】
特に、本実施の形態では、金属製芯金３６１の表面は現像ロール３２の表面に対し２ｍｍ以下のギャップｇ１を有して配置されている。
また、現像剤撹拌ロール３６の弾性被覆材３６２の硬度は、現像ロール３２とのニップ域で現像剤Ｇに過剰なストレスを与えない程度であればよく、硬度としては、例えばＦ硬度で８７程度であればよい。更に、前記弾性被覆材３６２には導電性のカーボンブラック等の導電性フィラーを含浸させてもよく、金属製芯金３６１には必要に応じて帯電バイアス電源４６を接続するようにしてもよい。このとき、帯電バイアスとしては現像ロール３２への現像バイアスＶＢと同極性であればよく、また、現像バイアス電源２５を共用するようにしてもよい。
更に、現像剤収容部３３の底部形状は、現像ロール３２及び現像剤撹拌ロール３６に沿った湾曲形状をしており、現像ロール３２、現像剤撹拌ロール３６との間に所定間隔の現像剤搬送路を確保している。
【００３６】
また、本実施の形態において、トナー収容部３５には、収容されるトナーＴ及び現像剤退避部３４から流出する二成分現像剤Ｇが撹拌搬送せしめられるアジテータ３５１を有しており、このアジテータ３５１は、例えば回転体に弾性フィルムを付けたもので、トナー収容部３５の底壁面に沿ってトナーＴ及び現像剤退避部３４から流出する二成分現像剤Ｇを掃き出すようにしたものである。
そして、このトナー収容部３５の底部形状は、アジテータ３５１の移動回転軌跡に沿う湾曲状を有しており、現像剤収容部３３とトナー収容部３５との間の連結部には、トナー補給路３７が設けられている。
【００３７】
また、本実施の形態において、現像剤退避部３４は、現像剤収容部３３との間が隔てられる仕切り部３９を備えている。この仕切り部３９は、例えば図４（ａ）（ｂ）に示すように、現像ロール３２と同程度の幅で形成されたベースプレート３９ａを有し、このベースプレート３９ａは、現像ロール３２側が上方で、その反対側が下方となるように斜め下方に向かって傾斜配置されている。該ベースプレート３９ａの傾斜部長さは傾斜部上を流れる現像剤が現像剤収容部３３に流れ込むような値に設定されている。そして、ベースプレート３９ａのうち、現像ロール３２側に位置する先端部３９ｂは、現像ロール３２内の搬送磁極（Ｎ２）の直上、あるいは搬送磁極（Ｎ２）から現像剤搬送方向上流側（時計回り方向側）の位置において、現像ロール３２の表面と数百μｍ〜数ｍｍの位置で対向している。
一方、先端部３９ｂの反対側である他端部３９ｃは、前述したトナー補給路３７の上側壁面を形成するような形状となっている。尚、ベースプレート３９ａの傾斜角度は任意に設定して差し支えない。
【００３８】
また、本実施の形態において、仕切り部３９の先端部３９ｂと現像ロール３２との間、及びトナー補給路３７について、現像剤退避部３４と現像剤収容部３３とを連通している迂回路４０が形成されている。そして、この迂回路４０のうち、トナー補給路３７の上方部位にはトナー収容部３５に連通する連通路４５が形成されている。
上記迂回路４０は、例えば、現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇが先端部３９ｂ側から現像剤退避部３４に流入し、この流入した二成分現像剤Ｇが他端部３９ｃ側からトナー補給路３７を介し、現像剤収容部３３に流出する経路になっている。このとき、他端部３９ｃ側から流出する二成分現像剤Ｇは全てがトナー補給路３７を介し現像剤収容部３３に流出するのではなく、過剰分は前記連通路４５を介してトナー収容部３５へ流出するようになっている。
ここで、現像剤退避部３４から現像剤収容部３３又はトナー収容部３５に流出する現像剤量比については適宜選定されるが、本例では、現像剤収容部３３に流出する現像剤量がトナー収容部３５に流出する現像剤量よりも多く配分されるようになっており、現像剤収容部３３に流出する現像剤がトナー収容部３５からのトナーの取り込みを促進するように働く。
【００３９】
更に、本実施の形態では、現像ロール３２内の搬送磁極（Ｎ２）から現像剤搬送方向下流側（反時計回り方向側）の位置において、搬送磁極（Ｎ２）と現像磁極（Ｓ１）との間には、現像ロール３２と対向するようにせき止め部４１が配設されている。このせき止め部４１は、現像ロール３２と同程度の幅を有し、一端を現像ハウジング３１により支持され、先端部を数十ｍｍ〜数百μｍ程度の間隙で現像ロール３２に近接させている。尚、本実施の形態では、せき止め部４１に多くの二成分現像剤Ｇを供給するために、前記仕切り部３９の先端部３９ｂと現像ロール３２との間隙は、せき止め部４１と現像ロール３２との間隙よりも広く設定されている。
また、本実施の形態では、せき止め部４１は、現像ロール３２により担持搬送される二成分現像剤Ｇの層厚を規制する層厚規制機能を兼ねているが、層厚規制機能とは別にしてもよい。この場合、例えば、せき止め部４１と現像磁極（Ｓ１）との間に層厚規制部材４２を設ける態様が挙げられる。
【００４０】
更に、現像ロール３２、現像剤撹拌ロール３６及びアジテータ３５１の駆動系については適宜選定して差し支えないが、例えば図７に示すように、現像ロール３２及びアジテータ３５１は、第１の駆動モータ６１及び駆動伝達系（伝達ベルト、プーリ、ギアなど）６２にて連動駆動されており、一方、現像剤撹拌ロール３６は、第２の駆動モータ６３及び駆動伝達系（伝達ベルト、プーリ、ギアなど）６４にて駆動されている。
【００４１】
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について、現像装置を中心に説明する。
図４（ａ）において、現像剤収容部３３における二成分現像剤Ｇは、現像剤撹拌ロール３６により撹拌され、現像ロール３２内のピックアップ磁極（Ｎ１）によって捕獲される。この後、捕獲された二成分現像剤Ｇは、ピックアップ磁極（Ｎ１）及び搬送磁極（Ｓ２）の磁気吸引力と現像ロール３２表面との摩擦力により、現像ロール３２（回転スリーブ３２１）の回転方向に搬送される。この搬送された二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１の近傍に到達すると、トリミング磁極として作用する搬送磁極（Ｎ２）により穂立ちを形成する。更に、この二成分現像剤Ｇの穂立ちは、せき止め部４１にて規制されることにより、現像剤層として現像ロール３２上に形成され、この現像剤層は、現像領域に搬送される。そして更に、現像領域に搬送された二成分現像剤Ｇの現像剤層は、現像磁極（Ｓ１）の磁気吸引力により磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシを形成する二成分現像剤ＧにおけるトナーＴは、静電潜像担持体２１と現像ロール３２との間に形成される現像電界によって、静電潜像担持体２１上の静電潜像を可視像化する。
【００４２】
また、せき止め部４１付近における二成分現像剤Ｇの挙動について説明する。まず、図８において、現像ロール３２により担持搬送される二成分現像剤Ｇのトナー濃度が低い場合を想定する。この二成分現像剤Ｇは、現像剤中のトナー量が少ないことから、比較的単位体積当たりの磁性キャリア密度が大きくなっている。つまり、外部磁界（本例ではＮ２）から二成分現像剤Ｇが受ける磁気吸引力は大きくなるため、トナー濃度の低い二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１近傍まで確実に搬送される。このせき止め部４１まで確実に搬送された二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１のせき止め力と搬送磁極（Ｎ２）の磁気拘束力によって、せき止め部４１近傍に滞留している滞留現像剤を押し出し、この押し出された滞留現像剤は、落下現像剤となって仕切り部３９上に落下し、図９に示すように、現像剤退避部３４を経て、その後、現像剤収容部３３又はトナー収容部３５へ流れ込む。
【００４３】
このとき、上記のようにトナー濃度の低い二成分現像剤Ｇが現像剤退避部３４に導かれた場合、図９に示すように、現像剤収容部３３内にはその分だけスペースが作られることになる。その結果、トナー収容部３５から現像剤収容部３３に至るまでのトナー補給路３７にあった二成分現像剤Ｇは、現像剤撹拌ロール３６の搬送力と二成分現像剤Ｇの自重により、上記スペースに速やかに引き込まれ、トナー補給路３７付近の二成分現像剤Ｇが流動する。これにより、トナー補給路３７は、トナー収容部３５からのトナーＴ及び高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇを受け入れ、このトナーＴ及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇは、トナー補給路３７を経て現像剤収容部３３へと速やかに供給される。
【００４４】
この状態において、トナー補給路３７を経てトナーＴが現像剤収容部３３に取り込まれると、当該トナーＴはキャリアＣの表面部の周囲に静電的に付着し、キャリアＣ表面には第１層目トナーＴ１が略隙間無く覆われ、更に、第２層目トナーＴ２が弱く静電的に付着する（図２参照）。そして、現像剤Ｇ内のトナーＴは現像剤撹拌ロール３６に沿って現像ロール３２とのニップ域に搬送される。
この現像ロール３２と現像剤撹拌ロール３６とのニップ域では、現像ロール３２上の現像剤Ｇは現像剤撹拌ロール３６表面に接触し、現像剤撹拌ロール３６との接触部のトナーＴは正規な極性（本例では負極性）に帯電するほか、前記ニップ域では現像剤Ｇに剪断力が作用するため、第１層目トナーＴ１と他の現像剤粒子（キャリアＣ）上のトナーあるいは遊離トナーとの入れ替わりが促進され、かつ、トナー−キャリア間で有効に摩擦帯電が行われる。このため、現像剤撹拌ロール３６と現像ロール３２とのニップ域にて現像剤Ｇのトナーは正規に且つ十分に帯電されることになり、現像ロール３２にて層厚規制域を経た後現像領域へと搬送される。この結果、現像ニップ域には逆極性トナーや帯電不良トナーの存在割合が少なくなり、かぶり等の少ない画像が得られる。
【００４５】
特に、本実施の形態においては、現像剤撹拌ロール３６は、現像ロール３２に近接した部位に金属製芯金３６１を有しているため、この金属製芯金３６１が現像ロール３２の磁極ロール３２２により磁化され、芯金３６１の周りに磁気的に吸引する力が作用する。この結果、現像剤撹拌ロール３６の回転と共に、現像剤撹拌ロール３６に磁気的に吸引された現像剤Ｇが搬送され、その分、現像剤Ｇの搬送性が向上するほか、ニップ域での現像剤Ｇの撹拌性がより確保される。
【００４６】
また、本実施の形態では、現像剤撹拌ロール３６は、現像ロール３２との対向部で現像ロール３２の回転方向に対し逆方向に回転するように設定されているため、現像ロール３２上の現像剤Ｇが剥離され、現像剤撹拌ロール３６にて搬送される現像剤Ｇを現像ロール３２に供給することができる。よって、現像ロール３２の現像領域でトナー濃度が低下した現像剤Ｇが現像剤収容部３３の現像剤Ｇと入れ替わらずに再び現像領域に搬送される事態は有効に防止され、所謂現像ゴースト現象は効果的に低減される。
【００４７】
一方、現像ロール３２により担持搬送される二成分現像剤Ｇのトナー濃度が高い場合を想定すると、この二成分現像剤Ｇは、磁性キャリアの表面を覆うトナー量が多いことから、比較的単位体積当たりの磁性キャリア密度が小さい。つまり、図１０に示すように外部磁界（本例ではＮ２）から二成分現像剤Ｇが受ける磁気吸引力は小さいため、トナー濃度の高い二成分現像剤Ｇの多くは、現像ロール３２の回転方向に対して仕切り部３９の先端部３９ｂよりも上流側の位置で落下してしまう。この結果、この二成分現像剤Ｇは、せき止め部４１近傍に滞留している滞留現像剤まで到達することなく、仕切り部３９上に落下しない。このため、図１１に示すように、この二成分現像剤Ｇは、仕切り部３９上に落下することなく、現像ロール３２の回転方向に対して仕切り部３９の先端部３９ｂより上流側の位置で落下し、直接現像剤収容部３３へ戻る。このとき、前記トナー濃度が低い場合と異なり、現像剤収容部３３内にスペースが作られず、トナー補給路３７付近の二成分現像剤Ｇは流動しないので、二成分現像剤Ｇによりふさがれている状態となり、トナー収容部３５からトナーＴ及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇを供給されない。
このように、本実施の形態に係るトナー補給メカニズムは、トナー濃度に応じた二成分現像剤Ｇの流動性変化、嵩変化に加えて磁気吸引力の変化を利用したものであり、トナー濃度が低い二成分現像剤Ｇに対してはトナー補給が行われ、トナー濃度が高い二成分現像剤Ｇに対してはトナー補給が行われない構成になっている。
【００４８】
すなわち、本実施の形態では、低トナー濃度の時には、二成分現像剤Ｇは、現像剤退避部３４へ一時的に誘導されることによって現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇの嵩変化及び流動性が強調されることになり、その分、現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇは、トナー収容部３５内のトナーＴ及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇをすばやく取り込むことができ、高密度画像の連続出力に対応することができる。
さらに、前述のようなメカニズムにより、現像ロール３２上の飽和トナー濃度は二成分現像剤Ｇに働く磁気吸引力に依存するものであり、二成分現像剤Ｇの体積に依存しないので、経時で現像装置２４内の磁性キャリアの量が減少しても該飽和トナー濃度は安定した値に保たれる。そして、トナー収容部３５からトナーＴ及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇを供給する場合、二成分現像剤Ｇが現像剤退避部３４を経由するため、現像剤収容部３３内の二成分現像剤Ｇの循環が非常に活発になり、トナーＴ及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤Ｇの取り込みが均一に行なわれる。また、二成分現像剤Ｇの嵩変化及び流動性が強調されること、磁性キャリアが現像剤収容部３３及び現像剤退避部３４からトナー収容部３５へ流出しても構わない構成であることから、現像剤収容部３３内の現像剤密度を高める必要がなく且つ現像剤の仕込み量も増やすことが可能である。このため、現像剤に対するストレスが軽減し、現像剤の長寿命化、低ランニングコストを実現することができる。
尚、仕切り部３９上に落下し、現像剤退避部３４へ導かれる二成分現像剤Ｇのトナー濃度の範囲は、実施例において詳述する。
【００４９】
【実施例】
◎実施例１
本実施例は、実施の形態１に係る現像装置（図４参照）を用いて、磁極ロール３２２の搬送磁極（Ｎ２又はＳ２）を変化させたとき、仕切り部３９上に落下する二成分現像剤Ｇの流量とトナーＴの濃度範囲の関係を測定したものである。本実施例において、現像装置２４を除いた画像形成装置の条件は次の通りである（図３参照）。
・静電潜像担持体２１：φ８４の有機感光体を使用し、周速を６５ｍｍ／ｓ、画像部電位を−１５０Ｖ、非画像部電位を−６５０Ｖに設定した。
・帯電装置２２：スコロトロンを使用し、スコロトロンワイヤを−４ｋＶ、グリット電圧を−６５０Ｖに設定した。
・露光装置２３：６００ｄｐｉの密度で書き込み可能なＬＥＤアレイを使用した。
・転写装置２６：φ１２の転写ロール（金属ロール上に導電性ゴム層を形成したもの）を使用し、周速を６５ｍｍ／ｓ、転写バイアス電源２７を１．２ｋＶの直流に設定した。
・クリーニング装置２９：弾性ゴムブレードを使用し、突き当て圧力を１．５ｇ／ｍｍに設定した。
・定着装置５０：加熱ロール５１としてφ２５の弾性ロール（電源ヒータを装備）と、加圧ロール５２としてφ２５の金属ロールを使用し、周速を６５ｍｍ／ｓ、定着温度を１８０℃に設定した。
【００５０】
また、本実施例における現像装置の条件は次の通りである（図４参照）。
・二成分現像剤Ｇ：磁性キャリアとしては、平均３５μｍの半導電性粒径を使用し、トナーＴとしては、磁性体１５重量％含有し、粒径が平均６．５μｍの粒子を使用した。また、イニシャルの二成分現像剤仕込み量を１００ｇとした。
・現像剤撹拌ロール３６：φ７の円柱状磁性体を使用し、周速を８５ｍｍ／ｓ（時計回り方向に回転）に設定した。
・仕切り部３９：仕切り部３９の先端部３９ｂが搬送磁極（Ｎ２）より現像剤搬送方向上流の位置で現像ロール３２表面と３ｍｍの間隙になるように設定した。
・せき止め部４１：搬送磁極（Ｎ２）より現像剤搬送方向下流側で現像ロール３２表面と４００μｍの間隙になるように設定した。
・現像ロール３２：現像剤搬送量を５８０ｇ／ｍ２、静電潜像担持体２１とのギャップを２５０μｍ、−５００Ｖの直流成分に１．３ｋＶｐｐ、周波数３．５ｋＨｚの交流成分を重畳させた現像バイアス、周速を３４０ｍｍ／ｓに設定した。
・回転スリーブ３２１：φ１８の金属スリーブを使用し、表面の十点平均表面粗さＲｚ＝７μｍに設定した。
・磁極ロール３２２：現像磁極（Ｓ１）を１２０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ３）を６０ｍＴ、ピックアップ磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｎ３）を８０ｍＴに夫々設定し、搬送磁極（Ｓ２）と搬送磁極（Ｎ２）とを変化させた。
【００５１】
上記の条件で、搬送磁極（Ｎ２）を４０ｍＴに固定し、搬送磁極（Ｓ２）を変化（０〜３０ｍＴ）させたところ、図１２に示すような測定結果が得られた。
同図によれば、搬送磁極（Ｓ２）の磁力を強くすると、高いトナー濃度の現像剤でも仕切り部３９上に落下し、現像剤退避部３４へ導かれることが理解される。つまり、仕切り部３９上に落下する現像剤流量がゼロになるときのトナー濃度を高濃度に設定するためには、搬送磁極（Ｓ２）の磁力を強く設定すればよいことが分かる。
一方、搬送磁極（Ｓ２）を３０ｍＴに固定し、搬送磁極（Ｎ２）を変化（２０〜４０ｍＴ）させたところ、図１３に示すような測定結果が得られた。
同図によれば、搬送磁極（Ｎ２）の磁力を強くすると、高いトナー濃度の現像剤でも仕切り部３９上に落下することが理解される。つまり、仕切り部３９上に落下する現像剤流量がゼロになるときのトナー濃度を高濃度に設定するためには、搬送磁極（Ｎ２）の磁力を強く設定すればよいことが分かる。以上の測定結果より、せき止め部４１近傍の磁極（本実施例ではＮ２）に限らず、搬送磁極（Ｎ２）よりも現像ロール３２の現像剤搬送方向上流側における磁極（本実施例ではＳ２）の強さを設定することにより、仕切り部３９上に落下するトナー濃度の範囲を制御できることが理解される。
【００５２】
◎実施例２
本実施例は、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置（現像装置Ａ）を比較例とし、この比較例と実施の形態１に係る現像装置２４（現像装置Ｂ）を具現化したものとを用いて高密度画像出力追従テストを行い、このときの画像濃度変化について測定したものである。尚、現像装置を除いた画像形成装置は、実施例１で使用したものを共通に使用した（図３参照）。また、絵出しチャートは、１００％ベタ画像とした。
まず、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置（現像装置Ａ）について説明する（図１４参照）。上記現像装置Ａは、静電潜像担持体２１に向かって開口する現像ハウジング６１０を有し、この現像ハウジング６１０の開口に面して現像ロール６２０を配設し、現像ハウジング６１０の開口上縁には現像ロール６２０上の二成分現像剤Ｇの層厚が規制せしめられる規制部材６３０を設け、前記現像ハウジング６１０のうち、現像ロール６２０に隣接した部位には、二成分現像剤Ｇが収容される現像剤収容部６４０と、この現像剤収容部６４０を介して前記現像ロール６２０に連通し且つトナーＴが収容されるトナー収容部６５０とを形成したものである。
【００５３】
また、上記現像ロール６２０は、回転可能なスリーブ６２１と、このスリーブ６２１の内部に固定的に配設された磁極ロール６２２とを備えている。そして、磁極ロール６２２にはロール本体の周囲に所定角度間隔で４極の磁極（現像磁極（Ｓ１）、搬送磁極（Ｓ２）、搬送磁極（Ｎ１）、搬送磁極（Ｎ２））が配設されており、トナーＴ及び磁性キャリアが含まれる二成分現像剤Ｇが現像ロール６２０の外周に磁気的に付着するようになっている。更に、トナー収容部６５０には収容トナーＴが撹拌搬送せしめられる撹拌部材（アジテータ）６５１を有している。
この現像装置Ａにおいて、現像によりトナー消費されると現像剤収容部６４０内の二成分現像剤Ｇの占める体積が減少するため、現像剤収容部６４０内に空隙ができる。この空隙にトナー収容部６５０内のトナーＴが撹拌部材６５１の回転により補給され、トナー濃度制御が行われている。
【００５４】
次に、現像装置Ａの条件を以下に示す。
・二成分現像剤Ｇ：磁性キャリアとしては、平均３５μｍの半導電性粒径を使用し、トナーＴとしては、磁性体１５重量％含有し、粒径が平均６．５μｍの粒子を使用した。また、イニシャルの二成分現像剤仕込み量を４０ｇとした。
・現像ロール６２０：現像剤搬送量を５８０ｇ／ｍ２、静電潜像担持体２１とのギャップを２５０μｍ、−５００Ｖの直流成分に１．３ｋＶｐｐ、周波数３．５ｋＨｚの交流成分を重畳させた現像バイアス、周速を８５ｍｍ／ｓに設定した。
・スリーブ６２１：φ１８の金属スリーブを使用し、表面の十点平均表面粗さＲｚ＝７μｍに設定した。
・磁極ロール６２２：現像磁極（Ｓ１）を１２０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ２）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｎ２）を９０ｍＴに夫々設定した。
一方、現像装置Ｂについては、実施の形態１で使用した現像装置２４を具現化したものであるため、詳細については省略し、夫々の条件は、現像ロール３２の周速を８５ｍｍ／ｓに変更した以外は実施例１と同様にする（図４参照）。尚、現像装置Ａ及びＢで使用される二成分現像剤Ｇは、実施例１と同様のものを使用する。
【００５５】
上記のような条件で、比較例に係る現像装置Ａ及び実施例に係る現像装置Ｂを動作させることにより、図１５に示すような測定結果が得られた。具体的には、１００％黒ベタ画像を現像装置Ａ及びＢの夫々で１０枚出力し、その画質について反射濃度計Ｘ−Ｒｉｔｅ４０４による濃度測定と目視により評価したものである。
同図によれば、現像装置Ａの場合、出力枚数１枚目と１０枚目との間において、Ｓｏｌｉｄ Ａｒｅａ Ｄｅｎｓｉｔｙ（ベタ画像濃度）が初期値の１．３５から０．０５ポイント程低下した。更に、出力枚数８枚目以降では、目視により白抜けが観測された（図中破線部分）。
一方、現像装置Ｂの場合、出力枚数１０枚目まで初期値１．３５を保っており、目視においても白抜け等の画質欠陥は見られなかった。
【００５６】
次に、トナー濃度の初期値を５重量％に設定し、各現像装置Ａ及びＢのから回しを行なったときにおけるトナー濃度の復帰特性を測定し、図１６（ａ）（ｂ）に示す結果が得られた。同図によれば、現像装置Ａの場合、トナー濃度が１５重量％に復帰するまで約６０ｓ要したことが理解される。
一方、現像装置Ｂの場合、約１０ｓ程で１５重量％まで復帰した（図１６（ｂ）参照）。以上の結果からトナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりも実施例の現像装置Ｂの方が、トナー取り込み性能が早いため、高密度画像の出力に対する追従性能が優れていることが理解される。
【００５７】
◎実施例３
本実施例は、実施例２と同様の現像装置Ａ及びＢを用いて、ハーフトーン２０％画像を５ｋＰＶプリントし、この時のトナー帯電量を測定したものである。
図１７に示すように、現像装置Ａ（比較例）では、初期設定値５ｋＰＶプリント後のトナー帯電量は略５μＣ／ｇ以上落ち込んでいるのに対し、現像装置Ｂでは、トナー帯電量はほとんど落ち込まず、現像剤量の劣化の兆しは見られない。
よって、本実施例に係る現像装置Ｂは、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりもトナー取り込みが均一に行われ、現像剤に対するストレスも少ないことが理解される。
【００５８】
◎実施例４
本実施例は、実施例２と同様の現像装置Ａ及びＢを用いて、白紙画像を１０ｋＰＶプリントした時の地汚れレベルを評価したものである。この評価では地汚れレベル２．０以下がスペック許容範囲である。
図１８に示すように、現像装置Ａ（比較例）では、６ｋＰＶプリント時において地汚れレベル２．０を超えてしまう結果となった。一方、現像装置Ｂでは１０ｋＰＶまで地汚れレベルは２．０以下であった。
よって、本実施例から、現像装置Ｂはトナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりも現像装置寿命が長いことが明らかとなった。
【００５９】
◎実施例５
本実施例は、実施例２と同様の現像装置Ａ及びＢを用いて、イニシャルの現像剤仕込み量（現像装置Ａ：４０ｇ、現像装置Ｂ：１００ｇ）をそれぞれ１０％ずつ減らして、白紙画像を１ｋＰＶ出力しそのときの地汚れレベルを評価したものである。また、両現像装置ともイニシャルのトナー濃度は通常量現像剤仕込み時の飽和値１５％とした。
目視による評価の結果、現像装置Ａ（比較例）では１ｋＰＶ目の白紙画像では地汚れが顕著（地汚れレベル２．０以上）であったのに対し、現像装置Ｂでは１ｋＰＶまでの全ての白紙画像において地汚れは観測されなかった（地汚れレベル２．０未満）。
また、この時の現像ロール上における現像剤のトナー濃度変化を図１９に示す。現像装置Ａ（比較例）では、通常の現像剤量仕込み時の飽和トナー濃度が１５％程度であるのに対して、２０％以上の値で飽和しているのが分かる。一方、現像装置Ｂでは通常の現像剤量仕込み時の飽和トナー濃度と同じ１５％で安定していることが分かる。
【００６０】
ちなみに、現像剤仕込み量に対する飽和トナー濃度変動を図２０にまとめた。同図によれば、現像装置Ａ（比較例）は現像剤仕込み量が減少すると飽和トナー濃度が発散する傾向が見られるのに対し、現像装置Ｂは１５％付近を維持している。以上から、本実施例に関わる現像装置Ｂは現像剤仕込み量変動に対しても安定な飽和トナー濃度特性を示すことが明らかとなった。
したがって、経時による磁性キャリア量の減少に対しても、トナー濃度センサ及びトナー補給機構を具備しない従来公知の現像装置Ａよりも、地汚れやトナー飛散を起しにくく、安定した飽和トナー濃度特性を示すことが理解される。
【００６１】
◎実施例６
・実験方法
本実施例における現像装置Ｂ（図４参照）と比較例における現像装置Ｃ（現像装置Ｂの構成要素のうち、現像剤退避部３４にトナー収容部３５への連通路を備えていない態様）とを用いて、以下のような実験を行なった。但し、本実験では、現像装置Ｂ，Ｃ共に、現像剤撹拌ロール３６に代えてパドルを使用した。
現像装置Ｂの条件を以下に示す。
・二成分現像剤Ｇ：トナーＴとして磁性粉１５％を含有した体積平均粒径６．５μｍのものを使用した。磁性キャリアは体積平均粒径３５μｍの半導電性のものを使用した。現像装置Ｂへの仕込みは現像剤収容部３３にトナー濃度が１０重量％の現像剤を１１０ｇ（一部はトナー収容部３５に存在）、トナー収容部３５に４０ｇのトナーを収容した。
・現像ロール３２：回転スリーブ３２１の径はφ１８で表面粗さＲｚ＝７μｍであり、周速は３４０ｍｍ／ｓとした。回転スリーブ３２１に内包される磁極ロール３２２のパターンは現像磁極（Ｓ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ３）、搬送磁極（Ｎ３）を６０ｍＴ、ピックアップ磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ２）を３０ｍＴ、トリミング磁極（Ｎ２）を４０ｍＴと各々設定した。
・現像剤撹拌部材：φ７のパドル（非磁性）を用い、回転方向は時計周りで周速は１７０ｍｍ／ｓとした。
【００６２】
また、現像装置Ｃの条件を以下に示す。
・二成分現像剤Ｇ：トナーＴとして磁性粉１５％を含有した粒径６．５μｍのものを使用した。磁性キャリアは平均粒径３５μｍの半導電性のものを使用した。現像装置Ｃへの仕込みは現像剤収容部３３にトナー濃度が１０重量％の現像剤を７０ｇ、トナー収容部３５に４０ｇのトナーを収容した。
・現像ロール３２：回転スリーブ３２１の径はφ１８で表面粗さＲｚ＝７μｍであり、周速は３４０ｍｍ／ｓとした。回転スリーブ３２１に内包される磁極ロール３２２のパターンは現像磁極（Ｓ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ３）、搬送磁極（Ｎ３）を６０ｍＴ、ピックアップ磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ２）を３０ｍＴ、トリミング磁極 （Ｎ２）を４０ｍＴと各々設定した。
・現像剤撹拌部材：φ７のパドル（非磁性）を用い、回転方向は時計周りで周速は１７０ｍｍ／ｓとした。
【００６３】
以上の条件において現像装置Ｂ，Ｃを駆動させ、各駆動時間毎に現像ロール３２上の現像剤を採取してトナーの帯電量をブローオフ法により測定した。
ここで、ブローオフ法の詳細であるが、先ず約１６μｍのメッシュを具備した金属ゲージに現像剤を約０．２ｇ入れて重量を測る。その後、メッシュを通して窒素ガスによりゲージ内の現像剤をブローすることによりトナーはメッシュを通過し、キャリアはゲージ内に残ることでトナーとキャリアを分離する。また、ゲージ内のキャリアはトナーと逆極性で等価の電荷量Ｑを保持しているので、エレクトロメータにより電荷量Ｑを測定することができる。さらに、トナー分離後のゲージ重量を測定前の重量から差し引くことでトナー量が明らかになる。以上から、単位重量当たりのトナー帯電量を求めている。
【００６４】
以下に結果を示す。
トナーの帯電はキャリアとの接触による摩擦で施されるため、キャリアとの接触度合にしたがって帯電が高くなる。したがって、一般にトナー濃度が高くなる程、キャリアとの接触機会が減少し低い帯電量で飽和する傾向がある。
今、図２１に注目すると、現像装置Ｂ、現像装置Ｃ共に駆動開始と共にトナー帯電量が落ちこんでいくことが分かる。これは図２２に示すように、トナー濃度が上昇するのに伴うものである。
但し、現像装置Ｂについてはトナー濃度の上昇に応じて、徐々に帯電が下がり飽和傾向を示しているのに対し、現像装置Ｃでは駆動開始直後に一旦急激に帯電量が落ち込んでから、徐々に帯電飽和レベルまで回復する特性を示している。
現像装置Ｂではキャリア量が多くトナー収容部３５側にもキャリアが存在し、超高濃度現像剤としてトナー収容部３５から現像剤収容部３３へ供給される。具体的には、トナーが現像剤収容部３３へ供給されるときにはある程度帯電された状態となっており、仕切り部３９からの現像剤流れに巻き込まれるように入り込んでいくため、キャリアとの撹拌も促進される。結果的に、現像ロール３２上に到達した際には、その時のトナー濃度に対応した帯電飽和レベルに達しているので一時的な大幅帯電量減少は見られない。
【００６５】
一方、現像装置Ｃについては、トナー収容部３５にキャリアが存在しないために、現像剤収容部３３に供給される際にはほぼ帯電量がゼロの状態で供給される。また、仕切り部３９上の現像剤流れによって、空いたスペースにトナーが入り込み、そこから初めて帯電が開始されるため、現像ロール３２上に到達するまでの帯電経路としては現像装置Ｂに比べて短い。すなわち、図２１に示すように、現像装置Ｃが駆動し始めてから（トナー供給開始から）数秒間は、仕切り部３９上の現像剤流れが激しいためにトナー供給スピードが速く、その時点でのトナー濃度に対する帯電飽和レベルに達しないうちに現像ロール３２上に到達してしまう。その後、仕切り部３９上の現像剤流れが緩やかになり、トナー供給量が落ち着いてくると、供給されてから現像ロール３２上に到達するまでの時間が十分（キャリアとの接触が十分）となり、徐々にその時点でのトナー濃度に対応した帯電飽和レベルに近づいていく傾向を示している。
【００６６】
以上から、現像装置Ｂの方が現像装置Ｃに比べてトナー帯電の立ち上がりについて有利であることが分かる。
【００６７】
◎実施例７
本実施の形態における現像装置Ｂ（図４参照）と比較の形態における現像装置Ｄ（現像装置Ｂの構成要素のうち、現像剤撹拌ロール３６に代えて現像剤撹拌パドルを使用した態様）とを用いて、現像ロール３２上の現像剤Ｇのトナー帯電分布、トナー濃度に対する帯電レベル、更には、バックグラウンドのかぶりグレードについて実験を行なった。
現像装置Ｂの条件を以下に示す。
・二成分現像剤Ｇ：トナーＴとして磁性粉３０％を含有した体積平均粒径６．５μｍのもの（比重１．５５）を使用した。磁性キャリアは体積平均粒径３５μｍの半導電性のもの（比重５）を使用した。飽和安定トナー濃度ＴＣは２０．９％であり、このときの被覆率は１．０以上である。ここで、被覆率１．０とは、第１層目トナーＴ１がキャリアＣを隙間無く覆っている状態を指す。
・現像ロール３２：回転スリーブ３２１の径はφ１８で表面粗さＲｚ＝７μｍであり、周速は３４０ｍｍ／ｓとした。回転スリーブ３２１に内包される磁極ロール３２２のパターンは現像磁極（Ｓ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ３）、搬送磁極（Ｎ３）を６０ｍＴ、ピックアップ磁極（Ｎ１）を８０ｍＴ、搬送磁極（Ｓ２）を３０ｍＴ、トリミング磁極（Ｎ２）を４０ｍＴと各々設定した。
・現像剤撹拌ロール３６：金属製芯金３６１はＳＵＭ材に無電解ニッケルメッキを施しており、φ１０ｍｍで現像ロール３２と芯金３６１表面とのギャップｇ１は１ｍｍである。そして、芯金３６１の表面にウレタンフォームからなる弾性被覆材３６２が１．２５ｍｍ厚で被覆されている。この弾性被覆材３６２の硬度はＦ硬度で８７、密度は８０ｋｇ／ｍ３である。
更に、現像ロール３２に対する現像剤撹拌ロール３６の食い込み量は０．２５ｍｍである。更にまた、この現像剤撹拌ロール３６には現像ロール３２に印加される現像バイアスと同様な帯電バイアスが印加されている。また、現像剤撹拌ロール３６の回転方向は反時計周りで周速は１７０ｍｍ／ｓである。
【００６８】
一方、現像装置Ｄの条件は以下の通りである。
二成分現像剤Ｇ及び現像ロール３２については現像装置Ｂと略同様であるが、本例では、二成分現像剤Ｇの飽和安定トナー濃度ＴＣは２０．０％であり、現像剤撹拌部材としては、現像装置Ｂの現像剤撹拌ロール３６に代えて、φ７ｍｍのパドルを用い、回転方向は時計周りで周速は１７０ｍｍである。
【００６９】
このような条件下において、実施例７（現像装置Ｂ）及び比較例（現像装置Ｄ）を用い、現像ロール３２上のトナーＴの帯電分布を調べたところ、図２３、図２４に示す結果が得られた、尚、同図において、横軸ｑ／ｄは単位長さ当たりの電荷量（ｆｃ／μｍ）を示し、縦軸は各電荷量におけるトナー個数（％）を示す。また、図中点線のラインは電荷量０の基準線を示す。
同図によれば、実施例７の場合（図２３参照）、逆極性トナーの割合が１８％であるのに対し、比較例の場合（図２４参照）、逆極性トナーの割合が２３％であることが理解される。このことからすれば、実施例７の方が比較例に比べて、逆極性トナーの割合が低減していることが把握される。
更に、実施例７及び比較例におけるトナー濃度に対するトナー帯電レベル（ｑ／ｍ：単位重量当たりの帯電量）を調べたところ、図２５に示すように、略同様な傾向が見られた。
更にまた、実施例７及び比較例に関し、バックグラウンドのかぶりグレードを調べたところ、図２６に示すように、実施例７の方が比較例に比べて逆極性トナーの割合が少ない分、実施例はかぶりグレードがＯＫ領域にあることが確認された。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現像剤担持体によって搬送された二成分現像剤の一部を余剰現像剤としてせき止め、トナー濃度に応じて現像剤収容部又は現像剤退避部を備えているため、低トナー濃度の時には、二成分現像剤は、現像剤退避部へ一時的に誘導されることによって現像剤収容部内の二成分現像剤の嵩変化及び流動性が強調されることになり、その分、現像剤収容部内の二成分現像剤は、トナー収容部内のトナー及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤をすばやく取り込むことができる。このため、トナーの取り込みスピードが格段に上がり高密度画像の連続出力に対応することができる。
【００７１】
特に、本発明においては、現像剤退避部にトナー収容部への連通路を具備させ、前記現像剤退避部へ分離された二成分現像剤を現像剤収容部及びトナー収容部の両方に流出させるようにしたので、トナーの帯電立ち上がり特性を向上させることができ、その分、トナーの帯電性を安定させることができる。
更に、本発明においては、現像剤収容部内に現像剤担持体と接触若しくは近接配置され且つ現像ロールとのニップ域で現像剤が撹拌可能な弾性撹拌部材を配設するようにしたので、現像剤収容部にトナーが急激に取り込まれたとしても、弾性撹拌部材による撹拌作用に伴いトナーの摩擦帯電を確実に行うことができ、その分、逆極性トナーや帯電不足トナーの存在を低減させることが可能になり、現像剤担持体に対して供給される現像剤のトナーの帯電分布を安定させることができる。このため、急激なトナー消費後であっても、帯電不良トナーによるかぶりの少ない高品質画像を確実に得ることができる。
【００７２】
また、本発明においては、現像剤担持体上の飽和トナー濃度は二成分現像剤に働く磁気吸引力に依存するものであり、二成分現像剤の嵩に依存しないので、経時で現像装置内の磁性キャリアの量が減少しても該飽和トナー濃度は安定した値に保たれるほか、トナーの帯電性が安定することから、トナーの帯電不良に伴う地汚れ、トナー飛散を有効に抑制することができ、現像性能を良好に保つことができる。
更に、本発明においては、トナー収容部から現像剤収容部にトナー及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤を供給する場合、二成分現像剤が現像剤退避部を経由して戻されるため、現像剤収容部内の二成分現像剤の循環が非常に活発になり、その分、トナー及び非常に高いトナー濃度の二成分現像剤の取り込みが均一に行なわれる。
更にまた、二成分現像剤の嵩変化及び流動性が強調されること、磁性キャリアが現像剤収容部及び現像剤退避部からトナー収容部へ流出しても構わない構成であることから、現像剤収容部内の現像剤密度を高める必要がなく且つ現像剤の仕込み量も増やすことが可能である。このため、現像剤に対するストレスが軽減し、長寿命化、低ランニングコスト化を実現することができる。
【００７３】
また、このような現像装置を用いた画像形成装置によれば、トナー濃度センサやトナー補給機構を必要としない小型で低コストの現像装置にて、現像性能を良好に保ちながら、大量のトナー消費にも迅速且つ確実に対応できるようにしたので、簡単な構成で、現像品質の良好な画像形成装置を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る現像装置の概要を示す説明図である。
【図２】キャリア表面にトナーが付着した状態を示す模式図である。
【図３】本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態１を示す説明図である。
【図４】（ａ）は実施の形態１に係る現像装置を示す説明図、（ｂ）は仕切り部及びその周辺部の拡大図である。
【図５】実施の形態１で用いられる現像装置の要部拡大図である。
【図６】実施の形態１で用いられる弾性撹拌ロールの構成を示す説明図である。
【図７】実施の形態１で用いられる現像装置の駆動系を示す説明図である。
【図８】実施の形態１において、低トナー濃度の二成分現像剤が搬送担持されたときの説明図である。
【図９】実施の形態１において、低トナー濃度の二成分現像剤とトナーの流れを示す説明図である。
【図１０】実施の形態１において、高トナー濃度の二成分現像剤が搬送担持されたときの説明図である。
【図１１】実施の形態１において、高トナー濃度の二成分現像剤とトナーの流れを示す説明図である。
【図１２】実施例１で搬送磁極（Ｎ２）の強さを固定したときにおける現像剤流量とトナー濃度範囲との関係を示す説明図である。
【図１３】実施例１で搬送磁極（Ｓ２）の強さを固定したときにおける現像剤流量とトナー濃度範囲との関係を示す説明図である。
【図１４】比較例の現像装置Ａを示す説明図である。
【図１５】実施例２における画像密度変化を示す説明図である。
【図１６】（ａ）は実施例２におけるトナー濃度復帰特性を示す説明図、（ｂ）は（ａ）におけるトナー濃度復帰特性の詳細図である。
【図１７】実施例３におけるトナー帯電量変化を示す説明図である。
【図１８】実施例４における白紙画像地汚れレベルを示す説明図である。
【図１９】実施例５におけるトナー濃度変化を示す説明図である。
【図２０】実施例５における飽和トナー濃度変動を示す説明図である。
【図２１】実施例６におけるトナー帯電量変化を示す説明図である。
【図２２】実施例６におけるトナー濃度変化を示す説明図である。
【図２３】実施例７における現像ロール上の現像剤のトナー帯電分布を示すグラフ図である。
【図２４】比較例における現像ロール上の現像剤のトナー帯電分布を示すグラフ図である。
【図２５】実施例７、比較例におけるトナー濃度に対するトナーの帯電レベルを示す説明図である。
【図２６】実施例７、比較例におけるかぶりグレードを示す説明図である。
【符号の説明】
１…磁界発生手段，２…二成分現像剤，３…現像剤担持体，４…現像剤収容部，５…トナー収容部，５ａ…トナー供給部材，６…トナー補給路，７…現像剤退避部，８…迂回路，９…現像剤分離手段，１０…磁極，１０ａ…現像磁極，１０ｂ…搬送磁極，１０ｃ…ピックアップ磁極，１０ｄ…搬送磁極，１１…せき止め部，１２…仕切り部，１３…連通路，１４…弾性撹拌部材，１５…像担持体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a developing device used in an image forming apparatus such as a copying machine or a printer, and in particular, uses a two-component developer including a magnetic carrier and a toner, and does not use a toner concentration detecting unit. The present invention relates to a developing device capable of autonomously controlling the image and an image forming apparatus using the developing device.
[0002]
[Prior art]
In general, as a developing device used in an image forming apparatus such as an electrophotographic system, an electrostatic latent image formed on an image carrier such as a photosensitive drum is visualized with a developer. Yes. The developing system used in this type of developing device includes a one-component developing system that uses only toner that is colorant particles as a developer, and a mixture of magnetic particles and toner that is colored particles as a developer. It is roughly classified into the two-component development system used.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a two-component developing type developing device, there are many excellent points such as image quality, cost, and stability. Therefore, there is a magnetic brush developing method in which a developer in which toner is mixed in a magnetic carrier is conveyed and developed by a magnetic field. Widely used. In this magnetic brush development method, the toner is supported on the surface of the magnetic carrier by the electrostatic force generated by the friction between the toner and the magnetic carrier. When this toner approaches the electrostatic latent image on the image carrier, The electrostatic latent image is formed into a visible image by flying onto the electrostatic latent image by an electric field formed by the electrostatic latent image. Further, the developer is repeatedly used while replenishing the toner consumed by the development.
However, in such a magnetic brush developing method, if the toner concentration (mixing ratio of toner and magnetic carrier) is not controlled to be within a certain range, toner scattering and fogging occur when the toner concentration increases. On the other hand, when the toner density is reduced, density reduction, density spots, image omission, and the like occur. Therefore, it is necessary to keep the toner density constant in order to obtain a stable image.
[0004]
Therefore, in the conventional magnetic brush development method, in order to obtain a stable image, the toner density is detected using a toner density sensor, or a development patch is created to detect the toner development amount. Control is performed to keep the toner density constant by actuating it. For example, the toner density is detected by the toner density sensor, and after determining that the toner density has decreased based on the detection information, the toner supply is performed by the toner supply member.
However, in this type of magnetic brush developing method, a toner density sensor and a toner replenishing member that can be independently driven ON / OFF are indispensable, and an increase in the size and cost of the developing device cannot be avoided. In addition, there is a problem that the toner density detection system is troublesome, such as creating a density patch to be detected.
[0005]
As a prior art for solving such problems, there has already been proposed a developing device that maintains a constant toner concentration without using a toner concentration sensor or a toner replenishing member. The developing device includes a developer accommodating portion that accommodates a two-component developer, and a toner accommodating portion that communicates with the developer accommodating portion and accommodates toner, and the amount of the two-component developer on the developer carrier is set. The toner density is adjusted by regulating by the regulating member and autonomously controlling the toner intake of the two-component developer by changing the toner density of the two-component developer on the developer carrier.
This autonomous control method generates a developer moving layer carried and conveyed by a developer carrier and a developer circulation layer in which the developer circulates in the developer container, and communicates with the developer container. The toner is taken in from the toner container.
In other words, when the toner is consumed in the developing process, the volume of the developer stored in the developer container is reduced, and the reduced amount of toner is supplied from the toner container to the developer container. In other words, the developer in the developer container holds the toner concentration.
[0006]
As an example of the developing device, in
In
Furthermore,
Further, in
Further, in
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 5-67233 (page 1-3, Fig. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-5-119625 (page 1-5, FIG. 1)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-22178 (page 3-7, FIG. 1)
[Patent Document 4]
JP 2000-352877 A (page 3-6, FIG. 1)
[Patent Document 5]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-197833 (page 6-10, FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in each of the above prior arts, the toner concentration is controlled by the change in the volume of the developer corresponding to the change in the toner concentration and the movement of the developer. It is necessary to make the movement of Under such a demand, it is necessary to increase the developer density in the developer container around the developer carrier with a small amount of developer as compared with the normal two-component development method. The circulation is poor, and there are portions where the developer moves actively and portions where the movement of the developer is not active, so that the toner is not uniformly taken in. Furthermore, if the magnetic carrier comes out of the main body of the developing device due to the deterioration of the charging performance or the magnetization characteristic and the amount of the magnetic carrier in the developer accommodating portion decreases, the toner amount ratio with respect to the magnetic carrier amount in the developer accommodating portion becomes large when the toner concentration is stable. Become. As a result, sufficient toner charging is not performed, and background staining and toner scattering occur.
[0009]
In addition, since the amount of developer is small, the absolute amount of toner contained in the developer is small, and even if the toner concentration is reduced, the volume fluctuation of the developer is gradual and the toner intake speed is slow. The desired density cannot be maintained when continuous high-density images are output continuously.
Furthermore, since the developer amount must be set small in advance, the stress applied to one magnetic carrier is increased, and the life of the magnetic carrier is shortened. That is, the running cost increases and the response is slow, which causes a problem that the density of the high-density image cannot be secured.
[0010]
The present invention has been made to solve the above technical problems, and is based on the premise of a small and low-cost developing device that does not require a toner density sensor or a toner replenishing mechanism, and improves the charging characteristics of the toner. However, it is possible to reliably cope with continuous output of high-density images by making the toner uptake uniform, and even if the amount of magnetic carrier changes, it maintains a stable toner concentration and stains due to poor charging of the toner, Provided is a developing device that can effectively suppress toner scattering and that can be set in advance with a large amount of developer to realize a long life and reduce running costs, and an image forming apparatus using the same. To do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
That is, as shown in FIG. 1, the present invention comprises a
[0012]
In such technical means, the
Here, the magnetic field generating means 1 may be any one having a plurality of
[0013]
Further, the
At this time, the
The
[0014]
Furthermore, the
[0015]
Further, as an example, the
In particular, in the present invention, since the
Here, since the
[0016]
Further, the developer separating means 9 may be any device that separates the excess developer of the two-
[0017]
Furthermore, the developer separating means 9 dams up the excess developer of the two-
[0018]
In particular, in the developer separating means 9 formed by combining the damming portion 11 and the magnetic pole 10 (for example, the transport magnetic pole 10b), a large number of spiked states of the two-
As described above, according to the developer separating means 9 comprising the combination of the damming portion 11 and the
On the other hand, when the two-
[0019]
Further, from the viewpoint of regulating the layer thickness of the two-
Further, when adjusting the degree of toner concentration of the developer separated by the developer separating means 9, the arrangement position of the
[0020]
Further, from the viewpoint of easily guiding the two-
Further, from the viewpoint of securing the supply amount of the two-
[0021]
Further, the two-
Further, the two-
However, from the viewpoint of achieving both improvement in toner replenishment and toner charge rise characteristics, the amount of developer flowing from the
[0022]
Furthermore, as a preferable aspect of the communication path 13 that connects the
[0023]
In the present invention, an elastic stirring
The elastic stirring
Here, the function of the elastic stirring
Generally, the toner taken into the
[0024]
However, the
As a result, when a print with a high image density is taken, the toner is suddenly taken into the
[0025]
In particular, since the developing device according to the present invention has a smaller amount of developer charged in advance than the conventional two-component developing device, when continuously collecting a solid image having a high image density, the image density is reduced. There is a tendency to cause a decrease.
As a measure to solve this kind of problem, in order to reduce the toner density fluctuation (sensitivity) in the developer with respect to the toner consumption, the saturated toner density (control toner density) is set high, and the developer toner density It is possible to reduce the decrease in the print density at the time of high-density image printing.
However, in a state where the saturated toner concentration is high, as shown in FIG. 2, for example, the amount of toner adhering around the carrier C is large, and the first layer toner T1 covers the surface of the carrier C with almost no gap. Is close to 1, and the second-layer toner T2 is weak and electrostatically restrained by the carrier C. In this state, when the carrier C whose surface is covered with the toner T (T1, T2, etc.), that is, developer particles, is agitated and mixed, the toners on the surface of the developer particles collide with each other. At this time, even if the developer particles are stirred and mixed with a stirring member such as a paddle, the toner in the first layer T1 cannot be replaced with the toner on the other developer particles or the free toner. It is only friction resistant. In such triboelectric charging between the toner and the toner, generally, the toner cannot be charged to one polarity but is charged to both polarities, so that a so-called reverse polarity toner is likely to be generated. May occur.
However, in the present invention, the
As a result, the toner of the
[0026]
Moreover, as a typical aspect of the elastic stirring
Furthermore, the elastic stirring
When the conductive elastic stirring
[0027]
Further, the elastic stirring
In this embodiment, as a typical embodiment of the elastic stirring
[0028]
Moreover, as a preferable aspect of the rotation direction of the elastic stirring
[0029]
Further, the present invention is not limited to the above-described developing device, and an image forming apparatus that uses these developing devices and visualizes the electrostatic latent image on the
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 3 shows
In the figure,
[0031]
In the present embodiment, the
[0032]
In the present embodiment, as the developing
In the drawing, the developing
[0033]
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the developing
[0034]
In the present embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the
In the present embodiment, the
[0035]
In particular, in the present embodiment, the surface of the metal core 361 is disposed with a gap g1 of 2 mm or less with respect to the surface of the developing
Further, the hardness of the elastic coating material 362 of the
Further, the bottom shape of the
[0036]
Further, in the present embodiment, the
The bottom shape of the
[0037]
In the present embodiment, the
On the other hand, the
[0038]
Further, in the present embodiment, the
In the
Here, the ratio of the amount of developer flowing out from the
[0039]
Furthermore, in the present embodiment, at the position downstream of the developer conveying direction (counterclockwise direction side) from the conveying magnetic pole (N2) in the developing
In the present embodiment, the damming
[0040]
Further, the drive system of the developing
[0041]
Next, the operation of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described focusing on the developing device.
In FIG. 4A, the two-component developer G in the
[0042]
The behavior of the two-component developer G in the vicinity of the damming
[0043]
At this time, when the two-component developer G having a low toner concentration is guided to the
[0044]
In this state, when the toner T is taken into the
In the nip region between the developing
[0045]
In particular, in the present embodiment, the
[0046]
In the present embodiment, the
[0047]
On the other hand, assuming that the toner density of the two-component developer G carried and conveyed by the developing
As described above, the toner replenishment mechanism according to the present embodiment uses the change in magnetic attraction force in addition to the change in fluidity and bulk of the two-component developer G according to the toner concentration. The toner is supplied to the low two-component developer G, and the toner is not supplied to the two-component developer G having a high toner concentration.
[0048]
That is, in the present embodiment, when the toner density is low, the two-component developer G is temporarily guided to the
Further, due to the mechanism described above, the saturated toner concentration on the developing
The range of the toner concentration of the two-component developer G that falls on the
[0049]
【Example】
Example 1
In this example, the two-component developer that falls on the
Electrostatic latent image carrier 21: An organic photoconductor of φ84 was used, the peripheral speed was set to 65 mm / s, the image portion potential was set to −150 V, and the non-image portion potential was set to −650 V.
Charging device 22: A scorotron was used, the scorotron wire was set to -4 kV, and the grit voltage was set to -650 V.
Exposure device 23: An LED array capable of writing at a density of 600 dpi was used.
Transfer device 26: A transfer roll of φ12 (with a conductive rubber layer formed on a metal roll) was used, the peripheral speed was set to 65 mm / s, and the transfer
Cleaning device 29: An elastic rubber blade was used, and the abutting pressure was set to 1.5 g / mm.
Fixing device 50: A φ25 elastic roll (equipped with a power supply heater) was used as the
[0050]
Further, the conditions of the developing device in the present embodiment are as follows (see FIG. 4).
Two-component developer G: As the magnetic carrier, a semiconductive particle diameter of 35 μm on average was used, and as the toner T, particles containing 15% by weight of a magnetic material and having an average particle diameter of 6.5 μm were used. The initial two-component developer charge was 100 g.
Developer stirring roll 36: A cylindrical magnetic body with a diameter of 7 was used, and the peripheral speed was set to 85 mm / s (rotated clockwise).
Partition 39: The
Damping section 41: Set so as to be 400 μm from the surface of the developing
Developing roller 32: developer transport amount is 580 g / m 2 The gap with the electrostatic
-Rotating sleeve 321: A metal sleeve of φ18 was used, and the 10-point average surface roughness Rz of the surface was set to 7 μm.
Magnetic pole roll 322: The developing magnetic pole (S1) is set to 120 mT, the conveying magnetic pole (S3) is set to 60 mT, the pickup magnetic pole (N1) is set to 80 mT, the conveying magnetic pole (N3) is set to 80 mT, and the conveying magnetic pole (S2) and the conveying magnetic pole ( N2).
[0051]
Under the above conditions, the transport magnetic pole (N2) was fixed at 40 mT, and the transport magnetic pole (S2) was changed (0 to 30 mT). As a result, the measurement results shown in FIG. 12 were obtained.
As can be seen from the drawing, when the magnetic force of the transport magnetic pole (S2) is increased, even a developer having a high toner concentration falls onto the
On the other hand, when the transport magnetic pole (S2) was fixed at 30 mT and the transport magnetic pole (N2) was changed (20 to 40 mT), the measurement results shown in FIG. 13 were obtained.
As can be seen from the drawing, when the magnetic force of the transport magnetic pole (N2) is increased, even a developer having a high toner concentration falls onto the
[0052]
Example 2
In this embodiment, a comparatively known developing device (developing device A) that does not include a toner density sensor and a toner replenishing mechanism is used as a comparative example, and the developing device 24 (developing device B) according to the first embodiment is realized. A high-density image output follow-up test was performed using those obtained, and the change in image density at this time was measured. In addition, the image forming apparatus excluding the developing device was the same as that used in Example 1 (see FIG. 3). The picture chart was a 100% solid image.
First, a conventionally known developing device (developing device A) that does not include a toner density sensor and a toner replenishing mechanism will be described (see FIG. 14). The developing device A has a developing
[0053]
The developing
In this developing device A, when the toner is consumed by development, the volume occupied by the two-component developer G in the
[0054]
Next, the conditions of the developing device A are shown below.
Two-component developer G: As the magnetic carrier, a semiconductive particle diameter of 35 μm on average was used, and as the toner T, particles containing 15% by weight of a magnetic material and having an average particle diameter of 6.5 μm were used. The initial two-component developer charge was 40 g.
・ Developing roll 620: developer transport amount of 580 g / m 2 The gap with the electrostatic
Sleeve 621: A φ18 metal sleeve was used, and the surface ten-point average surface roughness Rz = 7 μm.
Magnetic pole roll 622: The developing magnetic pole (S1) was set to 120 mT, the conveying magnetic pole (S2) was set to 80 mT, the conveying magnetic pole (N1) was set to 80 mT, and the conveying magnetic pole (N2) was set to 90 mT.
On the other hand, since the developing device B embodies the developing
[0055]
The measurement results as shown in FIG. 15 were obtained by operating the developing device A according to the comparative example and the developing device B according to the example under the above conditions. Specifically, ten 100% black solid images are output by each of the developing devices A and B, and the image quality is evaluated by density measurement with a reflection densitometer X-Rite 404 and visual observation.
According to the figure, in the case of the developing device A, the solid area density (solid image density) decreased by 0.05 points from the initial value of 1.35 between the first and tenth output sheets. Further, white spots were visually observed after the eighth output sheet (the broken line portion in the figure).
On the other hand, in the case of the developing device B, the initial value of 1.35 was maintained up to the 10th output sheet, and no image quality defect such as white spots was observed visually.
[0056]
Next, the initial value of the toner density is set to 5% by weight, and the toner density recovery characteristics when the developing devices A and B are rotated are measured. The results shown in FIGS. was gotten. It can be understood from the drawing that in the case of the developing device A, it took about 60 seconds until the toner density returned to 15% by weight.
On the other hand, in the case of the developing device B, it returned to 15% by weight in about 10 seconds (see FIG. 16B). From the above results, the developing device B of the embodiment has a faster toner capturing performance than the conventionally known developing device A that does not include a toner density sensor and a toner replenishing mechanism, and therefore has excellent tracking performance for high-density image output. It is understood that
[0057]
Example 3
In this example, the developing devices A and B similar to those in Example 2 were used to print a 5 kPV half-tone image at 5 kPV, and the toner charge amount at this time was measured.
As shown in FIG. 17, in the developing device A (comparative example), the toner charge amount after the initial set value of 5 kPV printing has dropped by about 5 μC / g or more, whereas in the developing device B, the toner charge amount has almost dropped. There is no sign of deterioration in the developer amount.
Therefore, it can be understood that the developing device B according to the present embodiment performs uniform toner intake and less stress on the developer than the conventionally known developing device A that does not include the toner density sensor and the toner supply mechanism.
[0058]
Example 4
In this example, the background level when a white paper image was printed at 10 kPV using the developing devices A and B similar to those in Example 2 was evaluated. In this evaluation, the background level of 2.0 or less is the spec allowable range.
As shown in FIG. 18, in the developing device A (comparative example), the background level of 2.0 was exceeded during 6 kPV printing. On the other hand, in the developing device B, the background level was 2.0 or less up to 10 kPV.
Therefore, it has been clarified from this embodiment that the developing device B has a longer developing device life than the conventionally known developing device A that does not include the toner density sensor and the toner replenishing mechanism.
[0059]
Example 5
In this example, using the same developing devices A and B as in Example 2, the initial developer charge amount (developing device A: 40 g, developing device B: 100 g) was reduced by 10%, respectively, and a blank image was formed. The output is 1 kPV and the background dirt level at that time is evaluated. In both developing devices, the initial toner density was set to a saturation value of 15% when a normal amount of developer was charged.
As a result of visual evaluation, in the developing device A (comparative example), the 1 kPV blank paper image showed noticeable scumming (smudge level 2.0 or higher), whereas in the developing device B all blank papers up to 1 kPV were observed. No smudge was observed in the image (stain level less than 2.0).
Further, FIG. 19 shows changes in the toner density of the developer on the developing roll at this time. It can be seen that the developing device A (comparative example) is saturated at a value of 20% or more, while the saturated toner concentration at the time of normal developer amount charging is about 15%. On the other hand, it can be seen that the developing device B is stable at 15%, which is the same as the saturated toner concentration when a normal amount of developer is charged.
[0060]
Incidentally, FIG. 20 shows the saturation toner density variation with respect to the developer charging amount. According to the figure, the developing device A (comparative example) tends to diverge the saturated toner concentration as the developer charging amount decreases, while the developing device B maintains around 15%. From the above, it has become clear that the developing device B according to the present embodiment exhibits a stable saturated toner density characteristic even with respect to fluctuations in the amount of developer charged.
Therefore, even with a decrease in the amount of magnetic carrier over time, it is less likely to cause scumming and toner scattering than the conventionally known developing device A that does not include a toner concentration sensor and a toner replenishing mechanism, and has a stable saturated toner concentration characteristic. It is understood to show.
[0061]
Example 6
·experimental method
The developing device B in this embodiment (see FIG. 4) and the developing device C in the comparative example (a mode in which the
The conditions of the developing device B are shown below.
Two-component developer G: Toner T having a volume average particle diameter of 6.5 μm containing 15% of magnetic powder was used. The magnetic carrier used was a semiconductive one having a volume average particle diameter of 35 μm. In the developing device B, 110 g of a developer having a toner concentration of 10% by weight (a part is present in the toner storage unit 35) is stored in the
Developing roller 32: The diameter of the
Developer stirrer: A φ7 paddle (non-magnetic) was used, the rotation direction was clockwise, and the peripheral speed was 170 mm / s.
[0062]
The conditions of the developing device C are shown below.
Two-component developer G: Toner T having a particle size of 6.5 μm containing 15% of magnetic powder was used. A magnetic carrier having an average particle diameter of 35 μm was used. In the developing device C, 70 g of developer having a toner concentration of 10% by weight was stored in the
Developing roller 32: The diameter of the
Developer stirrer: A φ7 paddle (non-magnetic) was used, the rotation direction was clockwise, and the peripheral speed was 170 mm / s.
[0063]
Under the above conditions, the developing devices B and C were driven, the developer on the developing
Here, the details of the blow-off method will be described. First, about 0.2 g of a developer is put into a metal gauge having a mesh of about 16 μm, and the weight is measured. Thereafter, the developer in the gauge is blown with nitrogen gas through the mesh, whereby the toner passes through the mesh, and the carrier remains in the gauge to separate the toner and the carrier. Further, since the carrier in the gauge holds the equivalent charge amount Q with the opposite polarity to the toner, the charge amount Q can be measured by an electrometer. Further, the amount of toner becomes clear by subtracting the gauge weight after toner separation from the weight before measurement. From the above, the toner charge amount per unit weight is obtained.
[0064]
The results are shown below.
Since the toner is charged by friction due to contact with the carrier, the charge increases according to the degree of contact with the carrier. Therefore, generally, the higher the toner concentration, the smaller the chance of contact with the carrier and the lower the charge amount.
Now, paying attention to FIG. 21, it can be seen that both the developing device B and the developing device C decrease the toner charge amount with the start of driving. As shown in FIG. 22, this is accompanied by an increase in toner density.
However, as for the developing device B, the charging gradually decreases and shows a saturation tendency as the toner density increases, whereas in the developing device C, the charge amount decreases suddenly immediately after the start of driving and then gradually decreases. It shows the characteristic of recovering to the charge saturation level.
In the developing device B, there is a large amount of carrier, and there is also a carrier on the
[0065]
On the other hand, since the carrier is not present in the
[0066]
From the above, it can be seen that the developing device B is more advantageous than the developing device C with respect to the rise of toner charging.
[0067]
Example 7
The developing device B in the present embodiment (see FIG. 4) and the developing device D in the comparative embodiment (a mode in which a developer stirring paddle is used instead of the
The conditions of the developing device B are shown below.
Two-component developer G: Toner T having a volume average particle diameter of 6.5 μm containing 30% of magnetic powder (specific gravity 1.55) was used. A magnetic carrier (specific gravity 5) having a volume average particle diameter of 35 μm was used as the magnetic carrier. The saturated stable toner concentration TC is 20.9%, and the coverage at this time is 1.0 or more. Here, the coverage of 1.0 indicates a state in which the first layer toner T1 covers the carrier C without a gap.
Developing roller 32: The diameter of the
Developer stirrer roll 36: The metal core 361 has electroless nickel plating applied to the SUM material, and the gap g1 between the developing
Further, the amount of the
[0068]
On the other hand, the conditions of the developing device D are as follows.
The two-component developer G and the developing
[0069]
Under such conditions, the charge distribution of the toner T on the developing
According to the figure, in the case of Example 7 (see FIG. 23), the ratio of the reverse polarity toner is 18%, whereas in the case of the comparative example (see FIG. 24), the ratio of the reverse polarity toner is 23%. It is understood that there is. From this, it can be understood that the ratio of the reverse polarity toner is reduced in Example 7 as compared with Comparative Example.
Further, when the toner charge level (q / m: charge amount per unit weight) with respect to the toner concentration in Example 7 and the comparative example was examined, almost the same tendency was observed as shown in FIG.
Further, when the background fog grade was examined with respect to Example 7 and Comparative Example, as shown in FIG. 26, Example 7 has a smaller proportion of the toner of reverse polarity as compared with the Comparative Example. It was confirmed that the fogging grade was in the OK region.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a part of the two-component developer conveyed by the developer carrying member is damped as an excess developer, and the developer accommodating portion or the developer retracting portion is provided according to the toner concentration. Therefore, when the toner concentration is low, the two-component developer is temporarily guided to the developer retracting portion, thereby enhancing the bulk change and fluidity of the two-component developer in the developer containing portion. Accordingly, the two-component developer in the developer accommodating portion can quickly take in the toner in the toner accommodating portion and the two-component developer having a very high toner concentration. For this reason, the toner take-in speed is significantly increased, and it is possible to cope with continuous output of high-density images.
[0071]
In particular, in the present invention, the developer retracting portion is provided with a communication path to the toner accommodating portion, and the two-component developer separated to the developer retracting portion is allowed to flow out to both the developer accommodating portion and the toner accommodating portion. As a result, the charge rising characteristics of the toner can be improved, and the chargeability of the toner can be stabilized correspondingly.
Furthermore, in the present invention, an elastic stirring member that is in contact with or close to the developer carrier and capable of stirring the developer in the nip region with the developing roll is disposed in the developer container. Even if the toner is suddenly taken into the container, the toner can be reliably triboelectrically charged by the stirring action by the elastic stirring member, and accordingly, the presence of reverse polarity toner or insufficiently charged toner can be reduced. This makes it possible to stabilize the toner charge distribution of the developer supplied to the developer carrying member. For this reason, even after abrupt toner consumption, a high-quality image with little fogging due to poorly charged toner can be reliably obtained.
[0072]
In the present invention, the saturated toner concentration on the developer carrying member depends on the magnetic attractive force acting on the two-component developer and does not depend on the bulk of the two-component developer. Even if the amount of magnetic carrier is decreased, the saturated toner concentration is maintained at a stable value, and the chargeability of the toner is stabilized, so that the contamination due to poor charging of the toner and the toner scattering are effectively suppressed. And development performance can be kept good.
Furthermore, in the present invention, when supplying toner and a two-component developer having a very high toner concentration from the toner container to the developer container, the two-component developer is returned via the developer retracting part. The circulation of the two-component developer in the developer accommodating portion becomes very active, and accordingly, the toner and the two-component developer having a very high toner concentration are uniformly taken in.
Furthermore, since the bulk change and fluidity of the two-component developer are emphasized, and the magnetic carrier may flow out from the developer accommodating portion and the developer retracting portion to the toner accommodating portion, the developer. It is not necessary to increase the developer density in the housing portion, and the amount of developer charged can be increased. For this reason, the stress with respect to a developing agent can be reduced, and a long life and low running cost can be realized.
[0073]
In addition, according to the image forming apparatus using such a developing device, a large amount of toner is consumed while maintaining good development performance in a small and low-cost developing device that does not require a toner density sensor or a toner replenishment mechanism. Therefore, an image forming apparatus having a good development quality can be easily realized with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a developing device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state where toner adheres to a carrier surface.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a first embodiment of an image forming apparatus including a developing device to which the present invention is applied.
4A is an explanatory view showing the developing device according to
FIG. 5 is an enlarged view of a main part of the developing device used in the first embodiment.
6 is an explanatory view showing a configuration of an elastic stirring roll used in
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a drive system of the developing device used in the first embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram when a two-component developer having a low toner concentration is conveyed and carried in the first embodiment.
9 is an explanatory diagram showing a flow of toner and a two-component developer having a low toner concentration in the first embodiment. FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram when a two-component developer having a high toner concentration is conveyed and carried in the first embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a flow of toner and a two-component developer having a high toner concentration in the first embodiment.
12 is an explanatory diagram showing a relationship between a developer flow rate and a toner concentration range when the strength of the transport magnetic pole (N2) is fixed in
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a relationship between a developer flow rate and a toner concentration range when the strength of the conveyance magnetic pole (S2) is fixed in the first exemplary embodiment.
FIG. 14 is an explanatory view showing a developing device A of a comparative example.
15 is an explanatory diagram showing changes in image density in
FIGS. 16A and 16B are explanatory diagrams showing toner density recovery characteristics in Example 2, and FIG. 16B is a detailed diagram of toner density recovery characteristics in FIG.
17 is an explanatory diagram showing a change in toner charge amount in
FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating a blank image background smear level according to the fourth embodiment.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing changes in toner density in Example 5.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a change in saturated toner density in Example 5.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a change in toner charge amount in Example 6.
22 is an explanatory diagram showing a change in toner density in Example 6. FIG.
23 is a graph showing the toner charge distribution of the developer on the developing roll in Example 7. FIG.
FIG. 24 is a graph showing a toner charge distribution of a developer on a developing roll in a comparative example.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing a toner charge level with respect to toner density in Example 7 and Comparative Example.
FIG. 26 is an explanatory view showing a fog grade in Example 7 and a comparative example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (12)
現像剤担持体に隣接して二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、
現像剤収容部にトナー補給路を介して連通し且つトナー補給路を通じてトナーを供給可能に収容するトナー収容部と、
現像剤担持体に隣接し且つ現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に設けられ、現像剤収容部に連通する迂回路が形成されると共にトナー収容部に連通する連通路が形成される現像剤退避部と、
現像剤収容部及び現像剤退避部に対して現像剤担持体の現像剤搬送方向下流側に設けられ、現像剤担持体により担持搬送される二成分現像剤の一部を余剰現像剤としてせき止め、トナー濃度に応じて現像剤収容部又は現像剤退避部に前記余剰現像剤を分離する現像剤分離手段と、
前記現像剤収容部内に配設され、少なくとも表面が弾性材料にて構成されると共に現像剤担持体に接触若しくは近接配置されて現像剤担持体との間のニップ域で現像剤を撹拌する弾性撹拌部材とを備えたことを特徴とする現像装置。A developer carrying body having a magnetic field generating means therein and carrying and carrying a two-component developer containing toner and magnetic carrier;
A developer accommodating portion for accommodating a two-component developer adjacent to the developer carrying member;
A toner container that communicates with the developer container through a toner replenishment path and accommodates the toner through the toner replenishment path;
Development that is provided adjacent to the developer carrier and downstream of the developer carrier in the developer conveyance direction, forms a bypass route that communicates with the developer container, and forms a communication path that communicates with the toner container. An agent retracting part;
Provided on the downstream side of the developer carrying direction of the developer carrying member with respect to the developer containing portion and the developer retracting portion, and clogging a part of the two-component developer carried and carried by the developer carrying member as an excess developer, Developer separating means for separating the excess developer into a developer accommodating portion or a developer retracting portion according to toner concentration;
Elastic stirring that is disposed in the developer container and at least the surface is made of an elastic material and is in contact with or in close proximity to the developer carrier and stirs the developer in the nip region with the developer carrier. And a developing device.
弾性撹拌部材は、支持部材の表面を発泡部材で被覆したものであることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
The developing device, wherein the elastic stirring member is a member in which the surface of the support member is covered with a foam member.
弾性撹拌部材は、支持部材の表面をウレタン発泡部材で被覆したものであることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 2, wherein
The developing device characterized in that the elastic stirring member is a member in which the surface of the support member is covered with a urethane foam member.
弾性撹拌部材は導電性を有することを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
The developing device, wherein the elastic stirring member has conductivity.
弾性撹拌部材に帯電バイアスを印加することを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 4.
A developing device that applies a charging bias to an elastic stirring member.
弾性撹拌部材は磁性体を有することを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
The developing device, wherein the elastic stirring member has a magnetic material.
弾性撹拌部材は磁性支持部材を有し、この磁性支持部材と現像剤担持体との間の最近接距離が２ｍｍ以下であることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 6.
The developing device characterized in that the elastic stirring member has a magnetic support member, and the closest distance between the magnetic support member and the developer carrying member is 2 mm or less.
弾性撹拌部材の回転方向は現像剤担持体との対向部で当該現像剤担持体の回転方向と逆方向であることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
The developing device characterized in that the rotation direction of the elastic stirring member is opposite to the rotation direction of the developer carrying member at a portion facing the developer carrying member.
現像剤退避部からトナー収容部へ流出した現像剤が再び現像剤収容部へ供給されることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
A developing device characterized in that the developer that has flowed from the developer retracting portion to the toner accommodating portion is supplied again to the developer accommodating portion.
現像剤退避部から現像剤収容部へ流出する現像剤量が現像剤退避部からトナー収容部へ流出する現像剤量よりも多く配分されることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
A developing device characterized in that the amount of developer flowing out from the developer retracting portion to the developer accommodating portion is distributed more than the amount of developer flowing out from the developer retracting portion to the toner accommodating portion.
連通路は、トナー収容部から現像剤収容部へトナーを補給するトナー補給路より上方に配置されていることを特徴とする現像装置。The developing device according to claim 1,
The developing device, wherein the communication path is disposed above a toner supply path for supplying toner from the toner storage unit to the developer storage unit.
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