JP2006171037A - 現像剤補給装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】現像容器に補給される現像剤と、現像容器内に既に存在している現像剤との攪拌能力を向上することを可能とする現像剤補給装置、及びこれを備える画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像剤を収容する現像容器41と、現像容器41内の現像剤を現像容器41内で搬送する現像剤搬送部材43と、を有する現像装置4に対して、補給用の現像剤を補給する現像剤補給装置10は、現像装置4内の現像剤搬送経路中の現像剤補給部Rに配置される、現像剤搬送部材43の鉛直方向上端部より上、且つ、周囲の現像剤表面より下の位置に開口部11aを備えた現像剤補給部材11を有し、開口部11aから補給用の現像剤が排出される構成とする。
【選択図】図5
【解決手段】現像剤を収容する現像容器41と、現像容器41内の現像剤を現像容器41内で搬送する現像剤搬送部材43と、を有する現像装置4に対して、補給用の現像剤を補給する現像剤補給装置10は、現像装置4内の現像剤搬送経路中の現像剤補給部Rに配置される、現像剤搬送部材43の鉛直方向上端部より上、且つ、周囲の現像剤表面より下の位置に開口部11aを備えた現像剤補給部材11を有し、開口部11aから補給用の現像剤が排出される構成とする。
【選択図】図5
Description
本発明は、電子写真方式或いは静電記録方式の画像形成プロセスにて用いられる現像装置に現像剤を補給する現像剤補給装置、及びこれを備える画像形成装置に関するものである。
従来、例えば電子写真方式を用いた複写機、プリンタなどの画像形成装置では、図13に示すように、像担持体としての一般にドラム状とされる電子写真感光体(感光体)1の表面を帯電器2により略一様に帯電させ、帯電した感光体1を露光装置3によって画像情報に応じて露光して、感光体1上に静電像(潜像)を形成する。感光体1に形成された静電像は、現像装置4を用いて現像剤のトナーによってトナー像として顕像化する。トナーによって顕像化した画像は、転写装置5によって記録材Sに転写する。その後、定着装置6によって、記録材S上に転写されたトナー像を、熱若しくは圧力で記録材Sに定着させる。そして、転写工程後に感光体1に残留したトナーは、クリーニング装置7によって取り除く。更に、感光体1に残留した電荷を除電装置8で除去することにより、感光体1は繰り返し画像形成に供される。
現像装置4としては、現像剤として非磁性トナー粒子(トナー)と磁性キャリア粒子(キャリア)とを備えた2成分現像剤を使用するものがある。特に、カラー画像形成装置においては、トナーに磁性体を含ませなくてもよいため、色味が良好であるなどの理由から広く用いられている。
例えば、2成分現像剤を使用する現像装置4は、一般に、図14に示すような構成とされる。現像装置4は、現像剤を収容する現像容器41を有する。現像容器41の内部は、垂直方向に延在する隔壁41cによって現像室(現像剤搬送経路)41aと攪拌室(現像剤搬送経路)41bとに区画されており、現像室41a、攪拌室41b内にそれぞれ第1の現像剤搬送部材42、第2の現像剤搬送部材43が配置されている。隔壁41cの長手方向両端部には、現像室41aと攪拌室41bとの間での現像剤の通過を許す連絡部(現像剤搬送経路)が設けられている。第1、第2の現像剤搬送部材42、43は、現像剤を攪拌しながら搬送して、現像容器41内を循環させる。現像容器1の感光体1に対向する位置には、現像剤担持体としての現像スリーブ44が回転可能に配置されている。現像スリーブ44は、磁界発生手段としてのマグネットロール45を内蔵する。
第1、第2の現像剤搬送手段42、43によって攪拌されながら搬送されて、摩擦帯電によりキャリアの表面にトナーが吸着された状態の2成分現像剤は、マグネットロール45が発生する磁界によって現像スリーブ44上に引きつけられる。そして、現像スリーブ上の現像剤は、現像スリーブ44の回転に伴って現像剤規制部材46との間を通過し、感光体1と対向する現像領域まで搬送される。現像領域では、マグネットロール45が発生する磁界によって現像剤は穂立ちし、磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシは感光体1に対し接触又は近接され、又現像スリーブ44に現像バイアスが印加される。これにより、現像剤中のトナーが、静電像に応じて感光体1へと転移し、感光体1上の静電像はトナー像として現像される。
2成分現像剤を使用する現像装置4では、感光体1にトナーを供給して現像装置4内の現像剤のトナー濃度が減少した場合、新規にトナーを補給して、現像容器41内の現像剤のトナー濃度(トナー及びキャリアの総重量に対するトナーの重量の割合。)を最適な状態にする必要がある。又、補給したトナーは、補給部から現像スリーブ44に達するまでに、現像装置4内に既に存在する現像剤と十分に攪拌され、帯電されていなければならない。現像によって消費された分に相当するトナーと共に、キャリアをも補給することもある。
従来、現像剤補給方法として、図14に示すように、現像容器41の上部に現像剤補給手段としてホッパ20を設け、このホッパ20から現像容器41内の現像剤の表面Aに直接、補給用現像剤として例えばトナー(補給用トナー)を落下させる方法がある。或いは、図15に示すように、現像容器41の上部のホッパ20から、現像容器41内の現像剤に向けて補給されるトナーの落下経路を規制するガイド21を設け、このガイド21を介してトナーを落下させる方法がある。これら何れの方法も、現像容器41内の現像剤の表面Aの上にトナーを供給して、そのトナーを現像容器41内に既に存在する現像剤と攪拌し、搬送するものである。
上述のように現像容器41内の現像剤の表面Aの上にトナーを供給する方法では、次のような問題がある。つまり、斯かる方法においては、補給されたトナーの一部が、現像容器41内に既に存在している現像剤と混合されずに、現像剤の表面Aを浮遊するように搬送されることがある。又、未帯電のトナーが現像剤の表面Aを搬送されるため、トナーが飛散し、現像装置或いは画像形成装置内を汚染する可能性がある。又、現像スリーブ44に供給されるときに、現像容器41内に既に存在している現像剤と補給されたトナーとの攪拌状態が不十分で、トナーの帯電状態が十分であると、感光体1上の静電像を現像した場合に画像の色味が変動することがある。更に、補給部より現像剤搬送方向下流側のトナー濃度が、搬送経路の長手方向で均一でなくなることがある。
特許文献1は、現像容器41内の現像剤の表面Aの上にトナーを供給する方法において、補給されたトナーが十分にキャリアと攪拌されないまま搬送されること防止するために、補給部より現像剤搬送方向下流の現像剤の上層部に、板状の部材などの現像剤搬送量規制部材を設けることを開示する。この他、図16に示すように、現像容器41内の第2の現像剤搬送部材43の上流部に前攪拌部22、前攪拌補給口23を設ける方法、予めキャリアとトナーとを十分に混合させたものを補給する方法などがある。
しかしながら、特許文献1に記載されるような、補給部の現像剤搬送方向下流において、現像剤搬送部材の最上点近傍の高さに、帯電不十分なトナー及び現像剤の下流側への移動を規制する現像剤搬送量規制部材を設ける方法では、補給されるトナーの量が多い場合に、現像剤搬送部材による攪拌性能を保証できなくなることが懸念される。又、この方法では、補給されたトナーを現像容器内に既に存在する現像剤の内部に攪拌して混合する速度を制御すること、現像剤搬送経路の長手方向におけるトナー濃度分布を均一に与えることは難しい。
又、図16のように現像装置4に前攪拌部22を設ける方法、或いは予めトナーとキャリアとを十分に混合させた現像剤を補給する方法では、現像容器41内の現像剤と補給されたトナーとの攪拌状態は比較的良好であるが、本来の現像装置4に加えて前攪拌部分、又はトナーとキャリアとを攪拌させる構成が必要となる。このため、現像装置4が大きくなり、延いては複写機などの画像形成装置の小型化が難しくなる。
特開平9−114243号公報
本発明の目的は、現像容器に補給される現像剤と、現像容器内に既に存在している現像剤との攪拌能力を向上することを可能とする現像剤補給装置、及びこれを備える画像形成装置を提供することである。
本発明のより詳細な目的の一つは、現像容器に補給される現像剤の一部が、現像容器内に既に存在している現像剤の表面を浮遊しながら搬送されることを大幅に抑制することのできる現像剤補給装置、及びこれを備える画像形成装置を提供することである。
本発明のより詳細な目的の一つは、現像容器内への現像剤の補給部より現像剤搬送方向下流側における現像剤のトナー濃度分布を、より均一にすることができる現像剤補給装置、及びこれを備える画像形成装置を提供することである。
本発明のより詳細な目的の一つは、現像容器に補給される現像剤を、現像容器内に既に存在している現像剤に攪拌する速度を制御し、多量の補給用現像剤をより短時間で現像容器内に既に存在する現像剤に混合することができる現像剤補給装置、及びこれを備える画像形成装置を提供することである。
本発明のより詳細な目的の一つは、現像容器内に補給される現像剤に対する攪拌及び搬送プロセスをより安定して行うことのできる現像剤補給装置、及びこれを備える画像形成装置を提供することである。
上記目的は本発明に係る現像剤補給装置及び画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器内の現像剤を前記現像容器内で搬送する現像剤搬送部材と、を有する現像装置に対して、補給用の現像剤を補給する現像剤補給装置において、前記現像装置内の現像剤搬送経路中の現像剤補給部に配置される、前記現像剤搬送部材の鉛直方向上端部より上、且つ、周囲の現像剤表面より下の位置に開口部を備えた現像剤補給部材を有し、前記開口部から補給用の現像剤が排出されることを特徴とした現像剤補給装置である。
本発明の他の態様によると、像担持体と;現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器内の現像剤を前記現像容器内で搬送する現像剤搬送部材と、を有し、前記像担持体に現像剤を供給する現像装置と;前記現像装置に対して補給用の現像剤を補給する上記本発明の現像剤補給装置と;を有することを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明によれば、現像容器に補給される現像剤と、現像容器内に既に存在している現像剤との攪拌能力を向上することが可能となる。本発明により奏し得るより詳細作用効果の一つは、現像容器に補給される現像剤の一部が、現像容器内に既に存在している現像剤の表面を浮遊しながら搬送されることを大幅に抑制し得ることであり、他の一つは、現像容器内への現像剤の補給部より現像剤搬送方向下流側における現像剤のトナー濃度分布を、より均一にし得ることであり、又他の一つは、現像容器に補給される現像剤を、現像容器内に既に存在している現像剤に攪拌する速度を制御し、多量の補給用現像剤をより短時間で現像容器内に既に存在する現像剤に混合し得ることであり、更に、他の一つは、現像容器内に補給される現像剤に対する攪拌及び搬送プロセスをより安定して行い得ることである。
以下、本発明に係る現像剤補給装置及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
実施例1
[画像形成装置の全体構成及び動作]
先ず、本実施例の画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。図1は、本実施例の画像形成装置の概略断面構成を示す。本実施例の画像形成装置100は、画像形成装置本体(装置本体)に接続された原稿読み取り装置或いは装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像情報に従って、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色フルカラー画像を、電子写真方式を利用して記録材(記録用紙、プラスチックシート、布等)に形成することができる。
[画像形成装置の全体構成及び動作]
先ず、本実施例の画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。図1は、本実施例の画像形成装置の概略断面構成を示す。本実施例の画像形成装置100は、画像形成装置本体(装置本体)に接続された原稿読み取り装置或いは装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像情報に従って、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色フルカラー画像を、電子写真方式を利用して記録材(記録用紙、プラスチックシート、布等)に形成することができる。
本実施例の画像形成装置100は、4連タンデム式の画像形成装置であり、複数の像形成手段として、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する第1、第2、第3、第4の画像形成部PY、PM、PC、PKを有する。そして、転写装置5が備える中間転写体51が図示矢印方向に移動して各画像形成部を通過する間に、中間転写体51上に各画像形成部において各色の画像が重ねられる。そして、この中間転写体51上で重ね合わされた多重トナー像を記録材Sに転写することで記録画像が得られる。
本実施例では、各画像形成ステーションの構成は、現像色が異なる以外は実質的に同一とされるので、以下、特に区別を要しない場合は、何れかの画像形成ステーションに属する要素であることを示すために符号に与えた添え字Y、M、C、Kは省略し、総括的に説明する。
画像形成ステーションPは、像担持体としてのドラム状の感光体(感光ドラム)1を有する。感光体1の外周には、帯電手段としての帯電器2、露光手段としての露光装置(本実施例ではレーザー露光光学系)3、現像手段としての現像装置4、転写手段としての転写装置5、クリーニング手段としてのクリーニング装置7、除電手段としての除電装置8が設けられている。転写装置5は、中間転写体としての中間転写ベルト51を有する。中間ベルト51は複数のローラに掛け回されて、図示矢印方向に回転(周回移動)する。又、中間転写ベルト51を介して各感光体1に対向する位置には一次転写部材52が配置されている。又、中間転写ベルト51が掛け回されたローラのうち一つに対向する位置に二次転写部材53が設けられている。
画像形成時には、先ず、帯電器2によって、回転する感光体1の表面を一様に帯電させる。次いで、帯電した感光体1の表面を、露光装置3により画像情報信号に応じて走査露光することによって、感光体1上に静電像を形成する。感光体1に形成された静電像は、現像装置4を用いて現像剤のトナーによりトナー像として顕像化する。感光体1上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト51と感光体1とが当接する1次転写部(一次転写ニップ)N1において、一次転写部材52に印加される一次転写バイアスの作用によって中間転写ベルト7上に転写(一次転写)される。例えば、4色フルカラー画像の形成時には、第1の画像形成部PYから順次に、各感光体1から中間転写ベルト51上にトナー像が転写され、中間転写ベルト51上に4色のトナー像が重ね合わされた多重トナー像が形成される。
一方、記録材収容部としてのカセット9に収容されている記録材Sが、ピックアップローラ、搬送ローラ及びレジストローラ等の記録材搬送部材によって、中間転写ベルト51と二次転写部材53とが当接する二次転写部(ニップ部)N2に、中間転写ベルト51上のトナー像と同期がとられて搬送されてくる。そして、中間転写ベルト51上の多重トナー像は、二次転写部N2において、二次転写部材53に印加される二次転写バイアスの作用により、記録材S上に転写される。
その後、中間転写ベルト7から分離された記録材Sは定着装置10へと搬送される。記録材S上に転写されたトナー像は、定着装置6によって加熱、加圧されることによって溶融混合されると共に、記録材S上に定着される。その後、記録材Sは機外へ排出される。
一次転写工程後に感光体1上に残留したトナー等の付着物は、クリーニング装置7によって回収される。又、感光体1に残留した静電像は、除電器8によって消去される。これにより、感光体1は、次の画像形成工程に備える。又、二次転写工程後に中間転写ベルト7上に残留したトナー等の付着物は、中間転写体クリーナ54によって除去される。
尚、本実施例の画像形成装置100は、例えばブラック単色の画像など、所望の単色又は4色のうちいくつかの色用の画像形成部を用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することも可能である。
[現像装置]
次に、図2及び図3を参照して現像装置4について更に説明する。
次に、図2及び図3を参照して現像装置4について更に説明する。
現像装置4は、トナーとキャリアとを備える2成分現像剤を収容する現像容器41を有する。現像容器41には、現像剤担持体としての現像スリーブ44、現像スリーブ44内に固定して配置された磁界発生手段としてのマグネットロール(磁石)45、現像スリーブ44の表面に現像剤の薄層を形成する現像剤量規制部材としての規制ブレード46、現像容器41内の現像剤を攪拌し且つ搬送する第1、第2の現像剤搬送部材42、43が配置されている。
現像容器41の内部は垂直方向に延在する隔壁41cによって現像室(現像剤搬送経路)41aと攪拌室(現像剤搬送経路)41bとに区画されている。そして、現像室41aに第1の現像剤搬送部材42が配置され、攪拌室41bに第2の現像剤搬送部材41bが配置されている。隔壁41cの長手方向両端部(図2中手前側及び奥側)には、現像室41aと攪拌室41bとの間での現像剤の通過を許す連絡部(現像剤搬送経路)41d、41eが設けられている。
本実施例では、第1、第2の現像剤搬送部材42、43はいずれもスクリュー状部材(以下、それぞれ「第1のスクリュー」、「第2のスクリュー」という。)である。つまり、本実施例では、第1、第2のスクリュー42、43は、それぞれ、磁性体の軸(回転軸)42a、43aの周りに、搬送部としての螺旋形状の羽根42b、43bを設けて形成されている。又、本実施例では、第2のスクリュー43には、羽根43bに加えて、軸43aからその半径方向に突出し、現像剤の搬送方向に所定の幅を有する攪拌リブ43cをも有している。リブ43cは、軸43aの回転に伴って現像剤を攪拌する。
第1のスクリュー42は、現像室41a内の現像剤を攪拌し且つ搬送する。又、第2のスクリュー43は、自動トナー補給制御(ATR:Auto Toner Replenisher)のもとで、後述する現像剤補給装置10によって補給部Rにおいて供給されたトナーと、既に攪拌室41b内にある現像剤とを攪拌し且つ搬送してトナー濃度を均一化する。
第1、第2のスクリュー42、43は、現像スリーブ44の回転軸線方向(現像幅方向)に沿ってほぼ平行に配置されている。そして、第1のスクリュー43と、第2のスクリュー43とは、現像スリーブ44の回転軸線方向に沿って互いに逆方向に現像剤を搬送する。こうして、現像剤は、第1、第2のスクリュー42、43によって、連絡部41d、41eを介して現像容器41内を循環させられる。つまり、第1、第2のスクリュー42、43の搬送力により、現像工程でトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室41a内の現像剤が、一方の連絡部41d(図2の紙面手前側)を介して撹拌室41b内へ移動する。又、トナーが補給されて攪拌された攪拌室41b内の現像剤が他方の連絡部41e(図2の紙面奥側)を介して現像室41aへ移動する。
現像装置4の現像室41aは、感光体1に対面した現像領域に相当する位置が開口しており、この現像容器41の開口部に、一部露出するようにして現像スリーブ44が回転可能に配置されている。本実施例では、現像スリーブ44は非磁性材料で構成され、現像動作時には図示矢印方向に回転する。そして、現像スリーブ44の内部には、磁界発生手段としての周方向に沿って複数の磁極を有するマグネットロール45が固定されている。
現像室41a内の現像剤は、第1スクリュー42により現像スリーブ44に供給される。現像スリーブ44に供給された現像剤は、マグネットロール45の発生する磁界により現像スリーブ44上に担持される。現像スリーブ44上の2成分現像剤は、現像スリーブ44が回転することによって、規制ブレード46によって層厚が規制されると共に、感光体1と対向する現像領域へと搬送される。現像領域で、現像スリーブ44上の現像剤は穂立ちして磁気ブラシを形成する。本実施例では、磁気ブラシを感光体1に接触させて、現像剤のトナーを感光体1に供給することで、感光体1上の静電像をトナー像として現像する。又、現像効率、即ち、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、通常、現像スリーブ44には電圧印加手段としての現像バイアス電源から、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。感光体1にトナーを供給した後の現像スリーブ44上の現像剤は、更に現像スリーブ44が回転することによって現像室41aに戻る。
[現像剤補給装置]
上述のようにして感光体1にトナーが供給されると、現像剤のトナー濃度が減少する。このため、色味変動などの問題が発生しないように、現像動作により消費して減少した分のトナーを新しく補給する。
上述のようにして感光体1にトナーが供給されると、現像剤のトナー濃度が減少する。このため、色味変動などの問題が発生しないように、現像動作により消費して減少した分のトナーを新しく補給する。
本実施例では、現像剤補給部(補給部)Rの現像剤搬送方向上流において、攪拌室41bの側面に、現像剤のトナー濃度を検知するための濃度検知手段としてのインダクタンスセンサ47が設置されている。そして、インダクタンスセンサ47によって検知された現像剤の透磁率から現像剤のトナー濃度変動が算出され、補給すべきトナー量が決定される(インダクタンス検知ATR)。
本実施例では、現像容器41内に補給用現像剤を供給する補給部Rは、第2のスクリュー43による攪拌室41b内の現像剤搬送方向の上流端近傍に設けられている。詳しくは以下説明するようにして、補給部Rにおいて攪拌室41bに補給されたトナーは、第2のスクリュー43によって攪拌室41b内の現像剤と十分に攪拌、混合した後に現像室41aに移送される。本実施例では、補給用現像剤としてトナー(補給用トナー)を補給部Rから現像容器41内に補給する。
そして、本実施例では、前述のような従来の現像剤補給方法における問題点を解決するために、現像剤補給装置10は、次のような基本構成を有する。
つまり、本発明に従い、現像剤補給装置10は、現像装置4内の現像剤搬送経路中に補給部Rを有する。この補給部Rに、現像剤搬送経路の幅(現像剤搬送方向と略直交する方向の長さ)より小さい開口部11aを備える現像剤補給部材であるところの筒状体(筒状補給部材)11が配置される。本実施例では、筒状体11は鉛直方向上方に延在する。又、筒状体11は、任意の断面形状を有していてよい。そして、筒状体11の開口部11aは、現像剤搬送部材(ここでは第2のスクリュー43)と干渉しないように現像剤搬送部材の鉛直方向上端部(ここでは第2のスクリュー43の羽根43bの上端部)より上、且つ、その周囲の現像剤の表面Aより下の位置に配置される。この開口部11aを介してトナーが筒状体11から排出されて、現像容器41内の現像剤に供給される。
筒状体11と現像剤搬送部材(ここでは第2のスクリュー43)との干渉を防ぐための手段として、好ましくは、現像容器41内の筒状体11を配置する補給部Rにおける現像剤の表面Aの高さを、現像剤搬送経路におけるそれ以外の部分、即ち、補給部Rではない部分における現像剤の表面Aの高さより高くする。より詳細には、図4に示すように、上記干渉を防ぐための手段として、筒状体11の開口部11aの下に配置される現像剤搬送部材の径、つまり、現像剤搬送部材の回転軸方向と略直交する方向の径(軸方向にみて、半径方向最外周が描く円の径:ここでは第2のスクリュー43の羽根43bの径)をその他の部分よりも小さくすることができる。これにより、補給部Rにおける現像剤の搬送速度を下げる。即ち、補給部Rにおける現像剤の搬送速度を、現像剤搬送経路におけるその他の部分より遅くすることによって、補給部Rにおける現像剤の表面Aをその他の部分よりも高くし、筒状体11の開口部11aを現像剤の表面Aより下に配置するための空間を形成する。
又、上記干渉を防ぐ手段として、筒状体11の開口部11aの直下にある現像剤搬送部材(ここでは第2のスクリュー43)に設ける攪拌リブ43cを、他の部分より多く付加することができる。即ち、現像剤搬送経路に沿った所定範囲内に設けられるリブ43cの数を、補給部Rの開口部11aの下において、現像剤剤搬送経路におけるその他の部分より多くする。これによっても、現像剤の表面Aをその他の部分よりも高くすることができる。
本実施例では、上述のように補給部Rにおける第2のスクリュー43の羽根43bを小径にし、更に補給部Rの直下の第2のスクリュー43に設けられる攪拌リブ43cをその他の部分よりも多くすることによって補給部Rの現像剤の表面Aの高さを制御し、断面正方形の筒状体11の開口部11aを、第2のスクリュー43の羽根43aの上端から3mm未満の上方位置で、且つ、現像剤の表面Aより下(即ち、攪拌室41b内の現像剤の内部)に配置した。
本実施例では、トナーの供給速度は、筒状体11内のトナーの充填量によって制御する。トナーの供給速度には、筒状体11に充填されたトナーの自重が大きく影響する。トナーの供給速度と、筒状体11内のトナーの充填量とには、図7に示すような関係がある。
本実施例の構成では、トナーの供給速度は最大では0.7g/sec以上であり、従来技術の数倍の速度で供給することが可能である。しかし、筒状体11内のトナーの充填量が少ない場合、トナーの供給速度は極めて遅くなる。従って、上述の基本構成だけでも、補給されたトナーはすべて攪拌室41b内の現像剤の内部に攪拌、混合され、現像剤の表面Aを浮遊しながら搬送される現象は防止することができるが、より安定してトナーを供給できるように、本実施例の現像剤補給装置10は、更に以下の構成を有する。
図5、図6を参照して、本実施例では、現像剤補給装置10には、筒状体11の開口部11aからのトナーの排出(供給)を規制する規制手段を設ける。より詳細には、本実施例では、上記規制手段として、図5に示すように筒状体11の開口部11a付近に、磁界発生手段として、発生する磁界の強弱を切り替え可能な電磁石12を設置する。電磁石12は、本実施例では、筒状体11の開口部11a付近の外周上(現像剤の搬送方向に沿う2つの外側面上)に設置される。電磁石12が設けられた高さの筒状体11の内部には、攪拌室41a内を搬送されるキャリアを含む2成分現像剤が侵入している。これにより、非補給時に、開口部11a付近の筒状体11の内側に現像剤の磁気穂を形成してトナーの供給量を規制する。
又、本実施例では、現像剤補給装置10には、筒状体11内に充填されたトナーの高さを検知するための手段として、筒状体11内のトナーを検知する検知手段を設ける。より詳細には、本実施例では、上記検知手段として、図5に示すように、筒状体11の、筒状体11内に充填されるトナーの所望の高さ位置の上下に、トナーが充填される部分を挟んで光源13aと受光部13bとを一組ずつ配置する。つまり、トナーの所望の供給速度を実現する筒状体11内のトナー界面の位置の上下に、光源13aと受光部13bとを備える光学式センサ13A(図中下側)、13B(図中上側)を縦に2組並べて設置する。尚、本実施例では、光学式センサ13A、13Bは、透過型の光学式センサとされる。
更に、現像剤補給装置10は、筒状体11上部に、トナー貯蔵部(図示せず)と筒状体11とに連通し、トナー貯蔵部から筒状体11に連続的にトナーを供給することができる補給用現像剤搬送路(ホッパ)14を有する。補給用現像剤搬送路14には、補給用現像剤搬送部材として補給スクリュー15が設置されている。
次に、図5、図6に示す本実施例の現像剤補給装置10の動作を説明する。
本実施例では、現像装置4へのトナーの補給動作は、画像形成装置の動作を統括制御する画像形成制御部が備えるコントローラ20によって制御される。即ち、コントローラ20は、現像剤補給装置10の制御手段として機能する。コントローラ20は、コントローラが内蔵する若しくはコントローラ20に接続された記憶手段に予め記憶されている、以下に説明するような現像剤補給装置10の動作を規定するプログラムに従って装置各部を制御する。
非補給時には、コントローラ20は、電磁石12に通電させてこれを稼働状態とし、筒状体11の開口部11aから筒状体11の内部に侵入している現像剤を電磁石12の発生する磁界により保持して、筒状体11の内側に磁気穂を形成させる。この磁気穂により、トナーが攪拌室41b内の現像剤の内部へ供給されることを防止する。電磁石12によって形成される磁気穂は、筒状体11内のトナーの重量を支えるために十分な強度を備えている。又、このとき、コントローラ20は、光学式センサ13A、13B及び補給スクリュー15を停止状態にする。
画像形成装置100の起動時には、コントローラ20は、先ず、光学式センサ13A、13Bを起動させて、筒状体11内に充填されているトナーの高さを検知する。このとき、筒状体11内のトナーの充填量が十分でないと判断した場合は、コントローラ20は、補給スクリュー15の駆動源15aを作動させて筒状体11にトナーを補給させる。そして、筒状体11内のトナーの高さをトナーの所望の供給速度を実現する高さにする。本実施例では、コントローラ20は、下側の光学式センサ13Aがトナー検知状態(光源13aから受光部13bへの光の透過が遮断されている状態)で、且つ、上側の光学式センサ13Bがトナー非検知状態(光源13aから受光部13bへの光が透過している状態)になるように筒状体11内のトナーの充填量を制御する。
そして、現像装置4内の現像剤のトナー濃度が減少した場合、コントローラ20は、インダクタンスセンサ47の検知結果に応じて補給すべきトナーの量を決定する。次いで、コントローラ20は、トナー補給を実行するタイミングで、電磁石12への通電を停止させて、筒状体11から攪拌室41b内の現像剤へのトナーの供給を開始させる。このとき、トナーの供給量は、予め筒状体11内のトナーの充填量により決定されるトナーの供給速度の時間積分値で決定される。このため、本実施例では、トナーの供給速度を一定に保つために次のような制御を行う。つまり、コントローラ20は、常に下側の光学式センサ13Aがトナー検知状態(光源13aから受光部13bへの光の透過が遮断されている状態)で、且つ、上側の光学式センサ13Bがトナー非検知状態(光源13aから受光部13bへの光が透過している状態)になるように補給スクリュー15の駆動源15aを制御して、筒状体11内に充填されたトナーの高さを一定にする。そして、コントローラ20は、電磁石12への通電の停止時間でトナーの供給量を制御する。こうして、インダクタンスセンサ47の検知結果に応じて決定した量のトナーを攪拌室41bの現像剤に補給する。そして、所望量のトナーの供給が完了すると、非補給時の状態に切り替える。
本実施例の画像形成装置100において、トナー補給後に、補給部Rより現像剤搬送方向下流側での現像剤搬送経路、即ち、攪拌室41bの長手方向におけるトナー濃度分布を測定すると、図8に示すように、所望のトナー濃度(重量比)±0.5%程度の均一な分布が得られることが分かった。
このように、本実施例によれば、補給されたトナーが現像容器41内の現像剤の表面Aを浮遊するように搬送される現象を防止し、トナー補給後の攪拌室41bの長手方向における現像剤のトナー濃度分布を均一にすることができる。これにより、トナー消費、供給により発生する色味変動が大幅に抑制された、安定した画像を形成することが可能となる。
又、現像剤として、常温低湿環境においてA4サイズの記録材Sの60,000枚相当の現像装置耐久運転を行った現像剤を用いた場合にも、上記同様、現像容器41内の現像剤の表面Aを補給されたトナーが搬送される現象を防止し、トナー補給後に攪拌室41bの長手方向に均一なトナー濃度分布を得ることが可能であった。
以上説明したように、本実施例によれば、現像容器41内の現像剤の表面Aにトナーを供給せずに、筒状体11を用いて、攪拌力の大きい、現像容器41に収容された現像剤の内部にトナーを強制的に供給する。
従来一般に行われている現像剤の表面にトナーを落下させて供給する構成、或いは斯かる構成において補給部より現像剤搬送方向下流部に現像剤搬送量規制部材を設けた構成では、トナーはスクリューによる攪拌力のみで現像剤容器内の現像剤の内部に攪拌される。
これに対して、本実施例では、筒状体11という補給部の面積を規制する部材を設け、補給部R上にトナーを蓄積させることで、トナーを本実施例では自重により強制的に供給することが可能となる。筒状体11を設置すると、その内部には開口部11aから所定の高さ(本実施例では数mm)まで現像剤が存在し、この現像剤は常に現像剤搬送部材(ここでは第2のスクリュー43)によって攪拌され、上下に振動している。又、この攪拌効果によって、その上部に供給されたトナーが内部に侵入しやすくなっている。
又、本実施例では、補給されたトナーは自重で強制的に現像容器41内の現像剤の内部に供給され、現像剤と混合されながら開口部11aの下で第2のスクリュー43の羽根43bと攪拌リブ43cによって掻き取られながら攪拌混合される。そのため、補給されたトナーが現像容器41内の現像剤の表面Aを搬送されることを防止することが可能である。従って、十分に攪拌された現像剤を現像スリーブ44に供給することができる。しかも、補給されたトナーを強制的に現像容器41内の現像剤の内部に攪拌して混合することが可能であるため、従来と比較して多量のトナーを短時間で攪拌、混合することが可能である。
又、筒状体11内のトナー充填量を一定に保つように補給用現像剤搬送路(ホッパ)14から連続的にトナーを補給することで、現像容器41内の現像材へのトナーの供給量を規定し、補給部Rより現像剤搬送方向下流の攪拌室41bの長手方向におけるトナー濃度分布を均一にすることが可能である。
更に、本実施例によれば、補給されたトナーが現像スリーブ44に到達するまでに十分攪拌されるため、前攪拌部を設けた現像装置や補給前にキャリアと混合させるトナー補給装置を備えた現像装置と比較して現像装置、延いては画像形成装置を小型化することができる利点がある。
実施例2
次に、本発明の他の実施態様について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成は実施例1の画像形成装置100と同じであるので、実施例1のものと実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
次に、本発明の他の実施態様について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成は実施例1の画像形成装置100と同じであるので、実施例1のものと実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
本実施例の現像剤補給装置10では、筒状体11に、トナーを強制的に筒状体11から排出し、現像容器41内の現像剤中に供給するための供給補助手段を設ける。特に、本実施例では、この供給補助手段として、筒状体11の内部に、トナーの搬送機構としてのスクリューを設ける。そして、このスクリューをトナー供給時に駆動して、筒状体11から現像容器41内の現像材へのトナーの供給を補助する。
更に説明すると、図9に示すように、本実施例では、筒状体11の内部に、トナー供給速度をより精密に制御するための供給補助手段として、補助スクリュー16を設置する。
非補給時には、コントローラ20は、補助スクリュー16、光学式センサ13A、13B、補給スクリュー15を停止させる。又、このとき、コントローラ20は、電磁石12に通電させることによりこれを稼働状態にする。これにより、筒状体11の開口部11a付近に現像剤を保持して磁気穂を形成し、筒状体11内のトナーが現像容器41内の現像剤に供給されないようにする。
一方、補給時には、コントローラ20は、電磁石12への通電を停止すると共に、補助スクリュー16の駆動源16aを作動させて補給スクリュー16を所定の速度で回転させ、筒状体11から現像容器41内の現像剤へのトナーの供給速度を一定に保つ。又、実施例1と同様に、光学式センサ13A、13Bの検知結果に応じて、筒状体11内に充填されるトナーの表面の高さを一定に保つように補給スクリュー15の駆動源15aを動作させる。トナーの供給量は、補助スクリュー16の回転速度で規定されるトナーの供給速度と、電磁石12への通電の停止時間によって制御する。そして、所望量のトナーの供給が完了すると、非補給時の状態に切り替える。
本実施例によれば、トナー補給後の攪拌室41bの長手方向における現像剤のトナー濃度分布は、所望のトナー濃度の±0.3%とすることができ、実施例1より安定したトナー補給状態が得られた。又、常温低湿環境及び耐久試験後の結果も、実施例1と同様の結果が得られた。従って、本実施例によれば、実施例1と比較して、より色味変動が抑制された、安定した画像を形成することが可能である。
以上説明したように、本実施例によれば、実施例1と同様の効果が得られると共に、筒状体11から現像容器41内の現像剤中へのトナーの供給が、補助スクリュー16によって強制的に行われるので、現像容器41内の現像剤中へのトナーの供給能力が更に向上する。
実施例3
次に、本発明の他の実施態様について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成は実施例1、2の画像形成装置100と同じであるので、実施例1、2のものと実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
次に、本発明の他の実施態様について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成は実施例1、2の画像形成装置100と同じであるので、実施例1、2のものと実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
本実施例の現像剤補給装置10では、実施例2と同様に、筒状体11に、トナーを強制的に現像容器41内の現像剤中に供給するための供給補助手段を設ける。特に、本実施例では、この供給補助手段として、筒状体11の内壁にピエゾ素子を設ける。そして、このピエゾ素子により、筒状体11内のトナーを揺動及び搬送して、筒状体11から現像容器41内の現像材へのトナーの供給を補助する。
更に説明すると、図10、11に示すように、本実施例では、筒状体11内におけるトナーの搬送のためのピエゾ素子アレイ17が、筒状体11の内壁に設けられている。又、本実施例では、下側及び上側の光学式センサ13A、13Bは、それぞれ光源13a、受光部13bを有する反射型の光学式センサとされる。
ピエゾ素子アレイ17は、例えば図12に示すように、筒状体11の一面にマトリクス状に複数のピエゾ素子17a配置し、横軸に同位相の振動周期、縦軸に上部の素子から順に位相を遅らせた振動周期を与えることで、下方向への搬送能力を有する。つまり、圧電体であるピエゾ素子に駆動信号によって生じる変位(逆圧電効果)を、圧力発生手段(振動手段)として使用する。そして、筒状体11内での所望のトナー搬送方向に沿って複数設けられたピエゾ素子17aによる圧力の発生周期に位相差を設けて、筒状体11内のトナーに、これを開口部11から排出する方向の圧力が伝搬するようにする。本実施例では、筒状体11内での所望のトナー搬送方向と交差する方向にも複数のピエゾ素子17を設けてその圧力発生周期は同位相として、筒状体11の内部の広い範囲で搬送力を生起できるようにしている。又、本実施例では、筒状体11は、ピエゾ素子17の搬送力が内部のトナーに十分伝わる大きさの径にする。
非補給時には、コントローラ20は、電磁石12への通電を制御することにより、電磁石12から強い磁力を発生させ、筒状体11の開口部11a付近に現像剤を保持して磁気穂を形成し、筒状体11内のトナーが現像容器41内の現像剤に供給されないようにする。又、このとき、コントローラ20は、ピエゾ素子17の動作を停止させた状態にする。
一方、補給時には、コントローラ20は、電磁石12への通電を制御することにより電磁石12が発生する磁力を弱めて、トナーの自重と電磁石12による抵抗を平衡状態にする。そして、ピエゾ素子アレイ17を作動させて、その搬送力によって磁気穂を突き破ってトナーを供給することにより、筒状体11から現像容器41内の現像剤へのトナーの供給速度を一定に保つ。このとき、コントローラ20は、トナーの自重を一定にするために、実施例1、2と同様に、光学式センサ13A、13Bの検知結果に応じて、筒状体11内に充填されるトナーの表面の高さを一定に保つように補給スクリュー15の駆動源15aを動作させる。トナーの供給量は、ピエゾ素子アレイ17の出力で規定されるトナーの供給速度と、電磁石12の磁力を弱める時間によって制御する。そして、所望量のトナーの供給が完了すると、非補給時の状態に切り替える。
本実施例によれば、図8に示すように、トナー補給後の攪拌室41bの長手方向における現像剤のトナー濃度分布は、所望のトナー濃度の±0.1%以下とすることができ、実施例1、2よりも更により安定した補給状態が得られた。又、常温低湿環境及び耐久試験後の結果も、実施例1、2と同様の結果が得られた。従って、本実施例によれば、実施例1、2と比較して、より色味変動が抑制された、安定した画像を形成することが可能である。
以上説明したように、本実施例によれば、実施例1、2と同様の効果が得られると共に、筒状体11から現像容器41内の現像剤中へのトナーの供給が、トナーの自重だけではなく、ピエゾ素子によって強制的に行われるので、現像容器41内へのトナーの供給能力が更に向上する。
以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は、上記各実施例の態様に限定されるものではない。
例えば、上記各実施例では補給用の現像剤はトナーであるとして説明したが、例えばトナーとキャリアとを備える補給用現像剤を現像容器に補給する系でも、本発明は等しく適用可能である。
又、筒状体11からの補給用の現像剤の排出を規制する規制手段としての磁界発生手段として、上記各実施例では電磁石12を使用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、磁界発生手段として、筒状体11の開口部11a付近に脱着可能な機構を備えた、即ち、筒状体11に対する位置を変更可能な永久磁石を設置してもよい。そして、非補給時に筒状体11の開口部11a内側に磁気穂を作成し、補給時に磁気穂を形成するする磁界を弱めるか、同磁界の作用を無くす構成としてもよい。又、例えば、実施例3にて説明したように、筒状体11内の補給用の現像剤の自重と規制手段による規制力とを平衡させた状態で、供給補助手段によって強制的に補給用の現像剤を筒状体11から排出させるようにする場合に、上述のように規制手段の規制力を可変とするのではなく、一定とすることもできる。又、規制手段は、上述の如き磁界発生手段が構成が簡易であることなどから好適であるが、これに限定されるものではなく、例えば開口量が可変であるシャッター機構などを用いることもできる。
又、本発明は、ATRの方式を上記インダクタンス検知ATRに何ら限定するものではない。現像容器内の現像剤のトナー濃度を直接的に検知する方式としては、現像容器内の現像剤のトナー濃度を光学的に検知するものなども知られている。又、現像容器内の現像剤のトナー濃度を間接的に検知する方法として、感光体、中間転写体(中間転写ベルトなど)或いは記録材搬送手段(搬送ベルトなど)に、所定の潜像を現像して成る基準トナー像(パッチ画像)を形成し、そのパッチ画像の濃度から、現像容器内の現像剤のトナー濃度を検知して、その結果に応じて現像剤を補給する方式(パッチ検ATR)、或いは形成する画像の画素毎の濃度情報を積算するなどして現像剤の消費量を算出し、その結果に応じて現像容器に現像剤を補給する方式(ビデオカウントATR)が知られている。本発明は、これらいずれの方式(或いはその組み合わせ)のATRを用いる場合であっても等しく適用可能である。
又、上記各実施例のように現像容器内で現像剤が循環する系以外でも、例えばスクリューのような現像剤攪拌搬送手段を備えており、現像容器内の現像剤に、新規に補給用の現像剤を補給する系であれば、本発明は有効である。
更に、本発明は、現像装置がトナーとキャリアとを備える2成分現像剤を用いる系に限定されるものではない。実質的にトナー粒子(外添剤などが含まれていてもよい。)から成る1成分現像剤を用いる系であっても、現像容器内の現像剤に、新規に補給用の現像剤を補給する系であれば、本発明は有効である。この場合、上記各実施例における現像容器内の現像剤のトナー濃度は現像容器内のトナー量に相当し、現像動作によるトナーの消費に伴って、現像容器内に既に存在するトナーに、補給用のトナーを現像剤補給装置によって補給する。
4 現像装置
10 現像剤補給装置
11 筒状体(現像剤補給部材)
12 電磁石(規制手段)
13 光学式センサ(検知手段)
14 ホッパ(補給用現像剤搬送路)
15 補給スクリュー(補給用現像剤搬送部材)
16 補助スクリュー(供給補助手段)
17 ピエゾ素子(供給補助手段)
41 現像容器
41a 現像室(現像剤搬送経路)
41b 攪拌室(現像剤搬送経路)
41c 隔壁
41d、41e 連絡部(現像剤搬送経路)
42 第1のスクリュー(現像剤搬送部材)
43 第2のスクリュー(現像剤搬送部材)
44 現像スリーブ(現像剤担持体)
47 インダクタンスセンサ(濃度検知手段)
10 現像剤補給装置
11 筒状体(現像剤補給部材)
12 電磁石(規制手段)
13 光学式センサ(検知手段)
14 ホッパ(補給用現像剤搬送路)
15 補給スクリュー(補給用現像剤搬送部材)
16 補助スクリュー(供給補助手段)
17 ピエゾ素子(供給補助手段)
41 現像容器
41a 現像室(現像剤搬送経路)
41b 攪拌室(現像剤搬送経路)
41c 隔壁
41d、41e 連絡部(現像剤搬送経路)
42 第1のスクリュー(現像剤搬送部材)
43 第2のスクリュー(現像剤搬送部材)
44 現像スリーブ(現像剤担持体)
47 インダクタンスセンサ(濃度検知手段)
Claims (18)
- 現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器内の現像剤を前記現像容器内で搬送する現像剤搬送部材と、を有する現像装置に対して、補給用の現像剤を補給する現像剤補給装置において、
前記現像装置内の現像剤搬送経路中の現像剤補給部に配置される、前記現像剤搬送部材の鉛直方向上端部より上、且つ、周囲の現像剤表面より下の位置に開口部を備えた現像剤補給部材を有し、前記開口部から補給用の現像剤が排出されることを特徴とした現像剤補給装置。 - 前記現像剤補給部における現像剤の表面の高さは、前記現像剤搬送経路におけるその他の部分での現像剤の表面の高さより高いことを特徴とする請求項1の現像剤補給装置。
- 前記現像剤補給部における前記現像剤搬送部材による現像剤の搬送速度は、前記現像剤搬送経路におけるその他の部分での前記現像剤搬送部材による現像剤搬送速度より遅いことを特徴とする請求項1又は2の現像剤補給装置。
- 前記現像剤搬送部材は、回転することで回転軸方向に現像剤を搬送するものであり、前記現像剤補給部において前記開口部の下に配置される前記現像剤搬送部材の前記回転軸方向と略直交する方向の径は、前記現像剤搬送経路におけるその他の部分での径よりも小さいことを特徴とする請求項1、2又は3の現像剤補給装置。
- 前記現像剤搬送部材は、スクリュー状部材であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の現像剤補給装置
- 前記現像剤搬送部材は、回転することで回転軸方向に現像剤を搬送するものであり、前記回転軸の回転半径方向に突出するリブを有し、現像剤搬送経路に沿った所定範囲内に設けられる前記リブの数は、前記現像剤補給部の前記開口部の下において、前記現像剤搬送経路におけるその他の部分より多いことを特徴とする請求項1〜5のいずれかの項に記載の現像剤補給装置。
- 更に、前記現像剤補給部材内の補給用の現像剤を前記開口部から強制的に排出させる供給補助手段を有することを特徴とする請求項第1〜6のいずれかの項に記載の現像剤補給装置。
- 前記供給補助手段は、前記現像剤補給部材からの補給用の現像剤の排出方向において圧力発生周期に位相差を有する複数の圧力発生手段を有することを特徴とする請求項7の現像剤補給装置。
- 前記供給補助手段は、前記現像剤補給部材の内壁にピエゾ素子を有することを特徴とする請求項7又は8の現像剤補給装置。
- 前記供給補助手段は、前記現像剤補給部材の内部にスクリュー状部材を有することを特徴とする請求項7の現像剤補給装置。
- 前記現像装置内に現像剤を補給する際には、現像剤補給部材内の所定高さまで補給用の現像剤が充填されることを特徴とする請求項1〜10のいずれかの項に記載の現像剤補給装置。
- 更に、前記現像剤補給部材内に充填された補給用の現像剤を検知する検知手段を有することを特徴とする請求項第1〜11のいずれかの項に記載の現像剤補給装置。
- 前記検知手段は、前記現像剤補給部材内に充填されるトナーの所望の高さ位置の上下に設けられていることを特徴とする請求項12の現像剤補給装置。
- 前記検知手段は、光学式センサであることを特徴とする請求項12又は13の現像剤補給装置。
- 更に、前記現像剤補給部材からの補給用の現像剤の排出を規制する規制手段を有することを特徴とする請求項1〜14のいずれかの項に記載の現像剤補給装置。
- 前記規制手段は、磁界発生手段であることを特徴とする請求項15の現像剤補給装置。
- 前記磁界発生手段は、発生する磁界の強弱を切り替え可能な電磁石、又は前記現像剤補給部材に対する位置を変更可能な永久磁石であることを特徴とする請求項16の現像材補給装置。
- 像担持体と、
現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器内の現像剤を前記現像容器内で搬送する現像剤搬送部材と、を有し、前記像担持体に現像剤を供給する現像装置と、
前記現像装置に対して補給用の現像剤を補給する請求項1〜17のいずれかの項に記載の現像剤補給装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
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- 2004-12-10 JP JP2004359234A patent/JP2006171037A/ja active Pending
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