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JP2006058667A - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

現像装置及びこれを用いた画像形成装置 Download PDF

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JP2006058667A JP2004241212A JP2004241212A JP2006058667A JP 2006058667 A JP2006058667 A JP 2006058667A JP 2004241212 A JP2004241212 A JP 2004241212A JP 2004241212 A JP2004241212 A JP 2004241212A JP 2006058667 A JP2006058667 A JP 2006058667A
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Abstract

【課題】 補給されたトナーと現像剤の撹拌性及びトナー補給の応答性を向上させると共に、濃度ムラやオーガーマークの発生を防止することが可能な現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 軸方向の一部領域には、第二現像剤収容部33bと連通するトナー補給路37が形成されていると共に、仕切部材39の表面には、流出した二成分現像剤Gをトナー補給路37よりもアドミックスオーガー36bの搬送方向下流側に導くガイド部40が形成されており、かつ、第二現像剤収容部33bのトナー補給路37に対応する領域は、トナーが消費されていない状態において、上部に空隙が生じないように二成分現像剤Gで満たされていると共に、第二現像剤収容部33bのトナー補給路37に対応しない領域は、トナーが消費されている状態において、上部に空隙が生じるように二成分現像剤Gで満たされないように形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、トナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤を用い、像担持体上の静電潜像をトナーで現像する現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関し、特に、二成分現像剤中のトナー濃度を自律的に制御する現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
特開平05−067233号公報 特開平05−119625号公報 特開平09−022178号公報 特開2000−352877号公報 特開平09−197833号公報 特開平11−24382号公報 特開平11−84874号公報
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であるキャリアと着色体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。
従来、二成分現像方式の現像装置としては、画質、維持性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、静電潜像担持体と現像剤担持体との間に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。
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。
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(例えば、特許文献1〜5参照)。こうした現像装置は、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。
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活発にする必要がある。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。この結果として、十分なトナー帯電が施されず地汚れやトナー飛散が生じるという問題を生じていた。また、現像剤量が少ないこと等から、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って、磁性キャリアの寿命が短くなり、結果として、ランニングコストが上昇するといった問題も生じていた。さらに、現像装置が軸方向(長手方向)に傾斜して配置された場合には、軸方向におけるトナー濃度が不均一となり、画像ムラ等が発生するという問題を生じていた。
また、現像剤収容部内に複数のオーガーが上下に配置されている装置構成においては、下方のオーガーから上方のオーガーへの現像剤の汲み上げが、重力方向に逆らう向きとなるので、汲み上げ部分に現像剤が滞留し易く、オーガーの回転抵抗の増大に伴う、必要な駆動トルクの増大や現像剤へのストレスの増大に伴う凝着等の発生といった問題を生じていた。
こうした問題を解決する先行技術として、汲み上げ部分におけるオーガー形状を工夫した現像装置が提案されている(例えば、特許文献6,7参照)。
しかし、こうした先行技術は、いずれも複数のオーガーが垂直に配置された場合の、汲み上げ部分におけるオーガー形状を変更することにより、当該領域における現像剤の滞留を防止するものであり、例えば、現像装置の高さ方向の制限等に基づくオーガー配置等の他の構成に関する解決手段や補給トナーと現像剤との撹拌性能の向上等を教示するものではなかった。
そこで、このような技術的課題を解決するために、本出願人は、図9に示されるような現像装置を既に提案している。
この特願2004−154503号に係る現像装置100は、図9に示されるように、二成分現像剤を磁力により担持搬送する現像剤担持体132と、二成分現像剤を収容する現像剤収容部133と、トナーを現像剤収容部133に供給可能に収容するトナー収容部135と、現像剤収容部133に隣接し現像剤収容部133と連通する現像剤退避部134と、現像剤担持体132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133又は現像剤退避部134に余剰現像剤を分離する現像剤分離手段と、現像剤分離手段により分離された余剰現像剤を現像剤収容部133又は現像剤退避部134に導入すると共に互いを仕切る現像剤仕切部材139と、現像剤を撹拌搬送する複数の現像剤撹拌搬送部材136a,136bとを備え、現像剤仕切部材139の下端の軸方向略1/3の中央部領域には、トナー補給路137に連通するトナー供給口が形成されていると共に、軸方向両端部は、現像剤退避部134に導入された二成分現像剤が、トナー収容部135からのトナーを取り込まずに現像剤収容部133に流入するように構成したものである。また、現像剤収容部133内には、現像剤担持体132側にサプライオーガー136a及びこのサプライオーガー136aに隣接して、アドミックスオーガー136bを配設し、これらのオーガーが互いに略水平となるように配置したものである。そして、これにより、トナー濃度に応じた二成分現像剤の流動性変化、嵩変化に加えて、磁気吸引力の変化を利用して、自律的な濃度制御を実現すると共に、中央部に形成されたトナー供給口からのみトナー収容部135のトナーを取り込み、両端部においては、現像剤収容部133とトナー収容部135とを遮蔽することにより、現像装置が軸方向に傾斜配置された場合の、二成分現像剤の偏りによる軸方向のトナー濃度の不均一化の防止を図ったものである。
さらに、現像剤収容部133内に複数のオーガーを略水平に配置することにより、重力に抗して現像剤を汲み上げる汲み上げ部分をなくして、汲み上げ部分における現像剤の滞留の防止を図ったものである。
上述のように構成した現像装置においては、例えば、トナーが消費されずに現像剤収容部133内のトナー濃度が所定の濃度範囲を維持している場合には、サプライオーガー136b回りの現像剤が現像剤収容部133内に満ちていることにより、トナー補給路137を塞ぎ、新たなトナーが補給されて、現像剤収容部133内のトナー濃度が上昇することを防ぐ。一方、現像剤収容部133内のトナー濃度が低下して、仕切部材139上に低濃度現像剤が流出した際には、現像剤収容部133内の現像剤量の減少に伴って、トナー収容部135内のトナー撹拌部材138により掻き揚げられた高濃度現像剤がトナー補給路137から補給される。そして、このような作動に基づく現像装置では、現像剤収容部133内のトナー濃度が所定の濃度範囲を維持している場合には、特に、アドミックスオーガー136b回りの現像剤収容部133内には、軸方向に亘って、現像剤が満たされている必要があり、アドミックスオーガー136bによる現像剤の攪拌効果が小さくなってしまう。このため、例えば、高密度画像を形成した際に多量のトナーが補給された場合には、現像剤中のトナーの分散が不十分となり、濃度ムラが発生する場合があった。また、定常状態においてサプライオーガー136b回りの現像剤収容部133内に現像剤が満ちているため、トナー補給路を介してトナーが補給されるためには、サプライオーガー136b回りの現像剤収容部内の現像剤の多くが流出する必要があり、トナー補給の応答性や、いわゆるオーガーマークの発生といった問題が生じていた。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、補給されたトナーと現像剤の撹拌性及びトナー補給の応答性を向上させると共に、濃度ムラやオーガーマークの発生を防止することが可能な現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の現像装置は、トナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤を磁力により担持搬送する回転自在の現像剤担持体と、該現像剤担持体に隣接して二成分現像剤を収容する第一現像剤収容部と、この第一現像剤収容部に隣接し、軸方向端部領域において第一現像剤収容部と連通する第二現像剤収容部と、現像剤担持体により担持搬送される二成分現像剤の層厚を所定の厚さに規制すると共に、余剰な現像剤を堰き止める層厚規制部材と、この層厚規制部材に対して現像剤担持体の回転方向上流側に配設され、層厚規制部材により堰きとめられた余剰現像剤をトナー濃度に応じて第一現像剤収容部又は第二現像剤収容部に導入する仕切部材と、第一現像剤収容部内に配設され、二成分現像剤を軸方向に撹拌搬送するサプライオーガーと、第二現像剤収容部内において、該サプライオーガーと隔壁を隔てて略水平に配設され、二成分現像剤を軸方向に撹拌搬送するアドミックスオーガーとを有し、現像剤収容部のトナー濃度が一定となるように自律的に濃度調整を行う現像装置において、前記第二現像剤収容部の側壁の軸方向の一部領域には、第二現像剤収容部と連通するトナー補給路が形成されていると共に、前記仕切部材の表面には、仕切部材上に流出した二成分現像剤を該トナー補給路よりもアドミックスオーガーの搬送方向下流側に導くガイド部が形成されており、かつ、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応する領域は、トナーが消費されていない状態において、上部に空隙が生じないように二成分現像剤で満たされていると共に、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応しない領域は、トナーが消費されている状態において、上部に空隙が生じるように二成分現像剤で満たされないように形成されていることを特徴とする。
一般に、オーガー回りの二成分現像剤の撹拌効率を向上させるためには、オーガー回りの現像剤収容部の上方に空隙があることが望ましい。このような空隙があると、比重の異なるトナー及び二成分現像剤が、一旦オーガーにより該空間に持ち上げられた後、自重により落下する際に混合撹拌され、オーガー周囲が現像剤により満たされている場合に比し、撹拌効果を向上させることができるためである。
そこで、上述のように構成された現像装置は、現像剤担持体と、第一及び第二現像剤収容部と、層厚規制部材と、仕切部材と、サプライオーガー及びアドミックスオーガーとを有し、現像剤収容部のトナー濃度が一定となるように自律的に濃度調整を行う現像装置において、第二現像剤収容部の側壁の軸方向の一部領域には、第二現像剤収容部と連通するトナー補給路が形成されていると共に、仕切部材の表面には、仕切部材上に流出した二成分現像剤を該トナー補給路よりもアドミックスオーガーの搬送方向下流側に導くガイド部が形成されており、かつ、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応する領域は、トナーが消費されていない状態において、上部に空隙が生じないように二成分現像剤で満たされていると共に、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応しない領域は、トナーが消費されている状態において、二成分現像剤で満たされずに上部に空隙が生じるように形成されているので、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応しない領域では、トナーが消費されて仕切部材上に流出した現像剤が第二現像剤収容部内に還流された場合でも、収容部内の現像剤の上方に空隙が生じているため、トナーと現像剤との撹拌性が良好となり補給されたトナーが現像に供されるまで十分に均一化され、高密度画像の形成等、多量にトナーが補給された場合でも、トナーの分散不足に伴う濃度ムラの発生を防止することができる。また、仕切部材上に流出した二成分現像剤が、全て第二現像剤収容部のアドミックスオーガーの搬送方向下流側に還流されることにより、アドミックスオーガーの上流側の現像剤量が減少し、仕切部材上を通じて現像剤が流動すると直ちにトナー補給路近傍の現像剤量に変化が伝わるため、トナー補給の即応性が向上すると共に、収容部内の現像剤量の変動が小さくオーガーマークが出にくい現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
また、本発明の現像装置は、トナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤を磁力により担持搬送する回転自在の現像剤担持体と、該現像剤担持体に隣接して二成分現像剤を収容する第一現像剤収容部と、この第一現像剤収容部に隣接し、軸方向端部領域において第一現像剤収容部と連通する第二現像剤収容部と、第二現像剤収容部に隣接し、軸方向の一部領域に設けられたトナー補給路を通じて第二現像剤収容部にトナーを供給可能に収容するトナー収容部と、現像剤担持体により担持搬送される二成分現像剤の層厚を所定の厚さに規制すると共に、余剰な現像剤を堰き止める層厚規制部材と、この層厚規制部材に対して現像剤担持体の回転方向上流側に配設され、層厚規制部材により堰きとめられた余剰現像剤をトナー濃度に応じてトナー収容部側に導入する仕切部材と、第一現像剤収容部内に配設され、二成分現像剤を軸方向に撹拌搬送するサプライオーガーと、第二現像剤収容部内において、該サプライオーガーと隔壁を隔てて略水平に配設され、二成分現像剤を軸方向に撹拌搬送するアドミックスオーガーとを有し、現像剤収容部のトナー濃度が一定となるように自律的に濃度調整を行う現像装置において、前記仕切部材の下端部には、軸方向の一部領域に、前記トナー補給路に連通する供給口が形成されていると共に、前記仕切部材の表面には、仕切部材上に流出した二成分現像剤を、該供給口を避けてトナー収容部に導くガイド部が形成されており、かつ、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応する領域は、トナーが消費されていない状態において、上部に空隙が生じないように二成分現像剤で満たされていると共に、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応しない領域は、トナーが消費されている状態において、二成分現像剤で満たされずに上部に空隙が生じるように形成されていることを特徴とする。
この場合も、トナーが消費されている状態、すなわち、仕切部材上に二成分現像剤が流出して、トナー補給路からトナーが供給されている状態において、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応しない領域は、上部に空隙が生じるように形成されているので、トナーと現像剤との撹拌性が良好となり補給されたトナーが現像に供されるまで十分に均一化され、高密度画像の形成等、多量にトナーが補給された場合でも、トナーの分散不足に伴う濃度ムラの発生を防止することができる。また、仕切部材上に流出した二成分現像剤が、トナー供給口を避けて、全てトナー収容部に還流されることにより、仕切部材上を通じて現像剤が流動すると、第二現像剤収容部内の現像剤量が減少し、直ちにトナー補給路近傍の現像剤量に変化が伝わるため、トナー補給の即応性が向上すると共に、仕切部材上を流動する二成分現像剤が、トナー収容部内のトナーと十分撹拌混合された後、トナー補給路を介して、第二現像剤収容部に供給されるので、収容部内の現像剤量の変動が小さくオーガーマークが出にくい現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
ここで、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応する領域が、トナーが消費されていない状態において、上部に空隙が生じないように二成分現像剤で満たされていると共に、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応しない領域が、トナーが消費されている状態において、上部に空隙が生じるように二成分現像剤で満たされないように形成されるように第二現像剤収容部を形成するためには、例えば、トナー補給路に対応する領域におけるアドミックスオーガーのスクリューピッチを他の領域に対応するスクリューピッチよりも小さくしても良いし、対応する領域におけるスクリューに一部切り欠きを設けても良い。また、対応する領域におけるスクリューシャフトの径を他の領域に対応するスクリューシャフトの径よりも大きくし、対応する領域における羽根部の断面積が他の領域に対応する羽根部の断面積より小さくなるように形成しても良い。また、対応する領域におけるアドミックスオーガーの径を他の領域に対応するアドミックスオーガーの径よりも小さくし、さらに、対応する領域におけるオーガー回りの現像剤収容容積が他の領域に対応する現像剤収容容積よりも小さくなるように形成しても良い。
以上において、トナー補給路は、軸方向略中央部に形成されていても良い。
また、本発明に係る画像形成装置は、上記現像装置を備えることを特徴とする。
本発明によれば、トナー補給路に対応する領域以外では、収容部内の現像剤の上方に空隙が生じているので、現像剤の撹拌性が良好となり、補給されたトナーが現像に供されるまで十分に均一化されるため、高密度画像の形成等、多量にトナーが補給された場合でも、トナーの分散不足に伴う濃度ムラの発生を防止することができる。また、仕切部材上を通じて現像剤が流動すると直ちにトナー補給路近傍の現像剤量に変化が伝わるため、トナー補給の即応性が向上すると共に、収容部内の現像剤量の変動が小さくオーガーマークが出にくい現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
<実施の形態1>
以下に、本発明に係る実施の形態を図面を参照して説明する。
まず、本発明の実施の形態1に係る現像装置を含む画像形成装置の概略構成について、図1を参照して説明する。
図1に示されるように、本発明に係る画像形成装置10は、一様帯電後に像光を照射することにより表面に静電電位の差による潜像が形成される感光体ドラム21を備えており、この周囲に、感光体ドラム21の表面を一様に帯電させる帯電装置22と、感光体ドラム21に像光を照射して表面に潜像を形成する露光装置23と、感光体ドラム21上の潜像にトナーを選択的に転移させてトナー像を形成する現像装置24と、感光体ドラム21と対向し、被記録媒体28を挟んで感光体ドラム21との間に転写バイアス電界を生成する転写ロール26と、トナー像の転写後に感光体ドラム21に残留するトナーを除去するクリーニング装置29とが設けられている。そして、感光体ドラム21と転写ロール26との対向部(ニップ部)の上流側から被記録媒体28を供給するようになっており、下流側には被記録媒体28上に転写された未定着トナー像を加熱溶融し被記録媒体28に圧着する定着装置50が設けられている。ここで、感光体ドラム21は、矢印方向に回転する金属製ドラムの表面に有機感光材料、アモルファスセレン系感光材料、アモルファスシリコン系感光材料等からなる感光体層を形成したものを用いることができる。また、帯電装置22は、例えば、タングステンなどからなる細いワイヤーに高電圧を印加すると共にそれと離間したアルミなどからなるシールド及び感光体ドラム21側に隙間のあるグリッド電極を配置したスコロトロンを用いることができる。露光装置23は、レーザ書込み装置やLEDアレイを有し、画像信号に基づいて点滅する露光光を発生し、これをポリゴンミラーによって感光体ドラム21の主走査方向にスキャンするものであり、これにより感光体ドラム21の表面に静電潜像を形成する。この静電潜像は、光の当たった部分の感光体ドラム21の表面電位が低下し、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、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32に二成分現像剤を担持させ、この現像剤担持体32にバイアス電源25からの現像バイアスを印加することで、現像剤担持体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。さらに、転写装置26は、例えば感光体ドラム21に接触配置される転写ロールにて構成され、バイアス電源27によって感光体ドラム21上のトナー像が引き付けられる方向の転写バイアスが印加されることで、感光体ドラム21上のトナー像を被記録媒体28に転与させるようにしたものである。また、感光体ドラム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。また、定着装置50は、例えばヒートロール方式であり、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と加庄ロール52との間に被記録媒体28を通過させることによりトナー像を被記録媒体28に定着するようになっている。
次に、本実施の形態に係る現像装置の詳細について、図2を参照して説明する。図2は本実施の形態に係る現像装置24の概要を示す構成図である。
図2に示されるように、現像装置24は、感光体ドラム21に向かって開口するハウジング31を有し、このハウジング31の開口に面して現像剤担持体32が配設され、ハウジング31の底部には、現像剤担持体32に隣接した部位に二成分現像剤Gが収容される第一現像剤収容部33aと、この第一現像剤収容部33aに隔壁Wを隔てて隣接し、軸方向両端部領域において第一現像剤収容部33aと連通する第二現像剤収容部33bとを備えている。そして、この現像装置24は、第二現像剤収容部33bに隣接して、不図示のトナー供給部(ディスペンサ)が着脱可能な構成であり、ハウジング31の第二現像剤収容部33b側の側面31sには、トナー供給部と第二現像剤収容部33bとを連通するトナー補給路37が、軸方向の一部領域(本実施の形態では、略中央部)に形成されている。ここで、現像剤担持体32は、回転自在に形成された回転スリーブと、この回転スリーブの内部に固定的に配設された、複数の磁極からなる磁極ロールとを備えている。また、感光体ドラム21と現像剤担持体32とが対向している現像領域に対して、現像剤担持体32の回転方向上流側には、現像剤担持体32と対向するように層厚規制部材41が配設されており、さらに、この層厚規制部材41に対して、現像剤担持体32の現像剤搬送方向上流側には現像剤退避部34が設けられている。この層厚規制部材41は、現像剤担持体32と同程度の幅を有し、一端をハウジング31により支持され、先端部を数十μm〜数百μm程度の間隙で現像剤担持体32に近接させている。そして、例えば、層厚規制部材41と現像剤担持体32の磁極とにより、トナー濃度に応じた二成分現像剤Gを第一現像剤収容部33a又は現像剤退避部34に分離することが可能となっている。
さらに、現像剤退避部34と第一現像剤収容部33a及び第二現像剤収容部33bとの間には、層厚規制部材41により堰き止められた余剰現像剤を第一現像剤収容部33a側又は現像剤退避部34側に導入すると共に互いを仕切り、さらに、現像剤退避部34側に導入された二成分現像剤を第二現像剤収容部33b側に導入する仕切部材39が配設されている。
なお、本実施の形態においては、層厚規制部材41により多くの二成分現像剤Gを供給するために、仕切部材39と現像剤担持体32との間の間隙は、層厚規制部材41と現像剤担持体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。
さらに、本実施の形態においては、トナー補給路37は、軸方向略中央部に設けられているが、この箇所に限定されるものではない。
しかし、現像装置24が軸方向に傾斜すると、オーガー内の現像剤量は下側が多く、上側が少なくなる傾向を持つが、中央部は影響がキャンセルされて現像剤量が比較的安定するので、トナー補給路が中央部に形成されている場合には、傾斜配置された場合でも略一定の現像剤量変化でトナー供給がON/OFFされ、現像剤トナー濃度も略一定に保たれる。従って、こうした観点からは、トナー補給路37は軸方向略中央部に設けることが好ましい。
また、第一及び第二現像剤収容部33a,33bは二成分現像剤Gが収容されるスペースを有し、第一現像剤収容部33a内のうち現像剤担持体32に近接した位置にサプライオーガー36aが配設され、第二現像剤収容部33b内のサプライオーガー36aと略水平な位置に、アドミックスオーガー36bが配設されている。そして、これらのオーガー36a,36bは、略同一の外径を有し、互いに逆方向に回転(例えば36aが反時計回り、36bが時計回り)するように構成されている。さらに、サプライオーガー36aとアドミックスオーガー36bとの間には、第一現像剤収容部33aと第二現像剤収容部33bとを画成すると共に、それぞれのオーガー回りの二成分現像剤Gの断面方向(軸方向と直交する方向)の入れ替わりを不能とする隔壁Wが形成されており、これにより、オーガー回りの二成分現像剤Gは、それぞれの軸方向の端部において互いに連通している折り返し領域を通じて、軸方向に循環するようになっている。
なお、この隔壁Wは、必要に応じて、両オーガー36a,36b間の断面方向の二成分現像剤Gの流れを完全には隔てないように構成してもよい。すなわち、隔壁Wの高さを低減して、それぞれのオーガー回りの二成分現像剤Gの入れ替わりを可能とする隙間を両オーガー36a,36b間に設定してもよく、この場合は、サプライオーガー36aとアドミックスオーガー36bの軸方向端部から端部へと現像剤が往復循環するような流れと、サプライオーガー36a、アドミックスオーガー36b回りのそれぞれの現像剤が断面方向に互いに入れ替わるような流れとが形成可能となる。
ここで、各オーガー36a,36bは、シャフト部36sと、このシャフト部36sの表面にらせん状に形成された羽根部36tとを有し、スパイラル状に形成されている(例えば、図4参照)。このようなスパイラル状のオーガーを現像剤撹拌搬送部材として用いることにより、現像剤の周方向の撹拌と軸方向の搬送とをより効率的に行うことができる。
さらに、第一及び第二現像剤収容部33a,33bの底部形状は、現像剤担持体32、現像剤撹拌搬送部材36a,36bに沿った湾曲形状に形成されていると共に、現像剤担持体32とサプライオーガー36aとの間に所定間隔の現像剤搬送路が確保されている。
ここで、本実施形態においては、現像剤撹拌搬送部材として、2個のオーガー36a,36bを用いているが、配設数については2個に限定されるものではなく、外径についても必ずしも同一である必要はない。
次に、本実施の形態における前述した仕切部材39の詳細について、図2及び図3を参照してさらに説明する。ここで、図3は本発明に係る仕切部材及びこれと一体に形成されたガイド部材を示す斜視図である。
図2に示されるように、この仕切部材39は、現像剤担持体32と同程度の軸方向の幅で形成され、現像剤担持体32から斜め下方に向かって傾斜配置されたベースプレート39aを有し、このベースプレート39aの傾斜部長さは傾斜部上を流れる二成分現像剤Gが第二現像剤収容部33bに流れ込むような長さに設定されている。
そして、ベースプレート39aのうち、現像剤担持体32側に位置する上端部39dは、現像剤担持体32内の搬送磁極の近傍において、現像剤担持体32の表面と数百μm〜数mmの位置で対向配置されている。
また、上端部39dの反対側である下端部39eは、そのトナー補給路37側の側縁がハウジング31の側壁31sと所定の距離を設けて離隔され、その下面がアドミックスオーガー36bの外周面に倣って、この外周面と約1.5mm〜2mmの距離を隔てて形成されている。
さらに、仕切部材39の上表面には、図2及び図3に示されるように、上端部39dのアドミックスオーガー36bの搬送方向上流側端部から下端部39eのトナー補給路37の開口幅の軸方向下流側端部に向かって、ガイド部材40が設けられている。すなわち、仕切部材39上に流出した二成分現像剤Gは全てトナー補給路37の(アドミックスオーガー36bの)搬送方向下流側に流入するようにガイド部材40が形成されている。なお、このガイド部材40の側縁部の一部領域には、前述したトナー補給路37の一部が形成されている。
次に、本実施の形態における第二現像剤収容部33bの詳細について、図4を参照して説明する。
図4に示されるように、第二現像剤収容部33bのトナー補給路37の軸方向幅に対応した領域であるR2においては、他の軸方向領域であるR1,R3に比し、現像剤収容容積が小さくなっており、さらに、アドミックスオーガー36bの外径も他の領域に比し、小さくなっている。具体的には、R2領域における第二現像剤収容部33bの収容容積は、トナーを消費していない状態、すなわち現像剤中のトナー濃度が所定の濃度範囲を維持しており、仕切部材39上に低濃度現像剤が流出していない状態において、二成分現像剤Gにより満たされるように形成されているのに対し、他の領域R1,R3における第二現像剤収容部33bの収容容積は、トナーを消費している状態、すなわち現像剤中のトナー濃度が所定の濃度範囲よりも低下して仕切部材39上に低濃度現像剤が流出し、この仕切部材39上の現像剤が第二現像剤収容部33bの下流側に還流されている状態において、二成分現像剤Gにより満たされずに、上部に空隙(空間)が生じるように形成されている。
これにより、領域R1,R3においては、常時上方に空隙が形成されているので、収容されている二成分現像剤Gと補給されたトナーTとの撹拌効果が増大する。
なお、このようなトナー補給路37以外の領域R1,R3における撹拌効果の増大といった効果を得るためには、上述の形態に限らず、例えば、図5に示される変形例のように、R2領域におけるアドミックスオーガー36bの羽根36tのピッチを他の領域における羽根36tのピッチよりも小さくすることによっても実現することができる(変形例2)。
ここで、ピッチが小さいとは、スクリュー羽根36tと軸36sとがより垂直に近づくようにスクリュー羽根36tを傾斜させることにより、隣り合うスクリュー羽根36t間の間隔が小さくなっていることをいう。このようにスクリュー羽根のピッチが小さいと、スクリューが1回転する間に現像剤が軸方向へ搬送される距離が短いので、現像剤搬送能力がその分小さくなり、当該領域に現像剤が滞留しやすくなると共に、相対的にスクリュー羽根のピッチの大きい領域では、軸方向の搬送能力の増大に伴い、収容部内の上部に空隙が形成されることとなる。
さらに、他の変形例としては、図6に示されるように、領域R2に対応するアドミックスオーガー36bのシャフト部36sの径を他の領域におけるシャフト径よりも大きくし、羽根部36tの高さを他の領域における羽根部高さよりも小さくして、領域R2に対応する羽根部36tの断面積を他の領域に対応する羽根部の断面積よりも小さくすることにより実現しても良い(変形例3)。さらにまた、領域R2に対応するアドミックスオーガー36bの羽根36tに部分的に切り欠きを設けても良い(変形例4)。
上述の変形例のいずれにおいても、トナー補給路37に対応する領域におけるアドミックスオーガー36bの現像剤搬送能力が他の領域におけるアドミックスオーガー36bの現像剤搬送能力よりも小さくなるので、トナー補給路37に対応する領域R2は、定常状態において現像剤で満たされると共に、他の領域R1,R3においては現像剤の上方に空隙を形成することができる。
なお、当然に、これらの変形例等の各要素は、適宜組み合わせても良い。
次に、本実施の形態に係る現像装置24の作動の概要について、以下に説明する。
図2において、現像剤収容部33における二成分現像剤Gは、現像剤担持体32内に配設された磁極によって捕獲されると共に、現像剤担持体32(回転スリーブ)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、層厚規制部材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により穂立ちを形成し、さらに、この二成分現像剤Gの穂立ちは、層厚規制部材41にて規制されることにより、現像剤層として現像剤担持体32上に形成され、この現像剤層は、感光体ドラム21と対向している現像領域に搬送される。そしてさらに、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、感光体ドラム21と現像剤担持体32との間に形成される現像電界によって、感光体ドラム21上の静電潜像を可視像化する。
そして、上述のように構成された現像装置24において、例えば、トナー濃度が低い二成分現像剤Gの場合は、相対的に単位体積当たりの磁性キャリア密度が大きいので、見掛けの透磁率が上昇し、現像剤担持体32に対して現像剤単位体積あたりの磁気吸引力が大きくなる。このため現像剤担持体32との摩擦力が大きくなり、搬送力が大きくなるため、現像剤担持体32により、層厚規制部材41まで確実に搬送され、層厚規制部材41のせき止め力に打ち勝って、層厚規制部材41近傍に滞留している滞留現像剤を押し出す。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部材39上に落下し、現像剤退避部34を経て、その後、第二現像剤収容部33bへ流れ込む。
このように、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、現像剤収容部33内の現像剤量が減少し、アドミックスオーガー36bに流入する現像剤量も減少するため、R2領域の上部にスペースができる。その結果、不図示のトナー収容部から第二現像剤収容部33b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、アドミックスオーガー36b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、不図示のトナー収容部からのトナーを受け入れ、このトナーは、トナー補給路37を経て第二現像剤収容部33bへと速やかに供給される。
一方、トナー濃度が高い二成分現像剤Gの場合は、相対的に単位体積当たりの磁性キャリア密度が小さいので、見掛けの透磁率が低下し、現像剤担持体32に対して現像剤単位体積あたりの磁気吸引力が小さくなる。このため現像剤担持体32による搬送力が小さくなるため、現像剤担持体32上の二成分現像剤Gの多くは、現像剤担持体32の回転方向に対して仕切部材39の先端よりも上流側の位置で落下してしまう。この結果、二成分現像剤Gは、層厚規制部材41近傍に滞留している滞留現像剤を押し出すことなく、仕切部材39の上端部39dより上流側の位置で落下し、直接第一現像剤収容部33aへ戻る。
このとき、トナー濃度が低い場合と異なり、アドミックスオーガー36bに流れ込む現像剤量は減少しないので、R2領域の上部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によりトナー補給路37がふさがれている状態となり、不図示のトナー供給部からトナーが供給されない。
以上のように、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。
このように構成した現像装置24においては、第二現像剤収容部33b内に、トナーをすばやく取り込むことができるので、高密度画像の連続出力に対応することができると共に、現像剤に対するストレスが軽減され、現像剤の長寿命化、低ランニングコスト化を実現することができる。
また、本実施の形態においては、トナー補給路37を軸方向略中央部のみに設けると共に、現像剤収容部33及び不図示のトナー供給部の端部領域がハウジング31sにより、互いに遮蔽されていることにより、現像装置24が軸方向に傾斜して配置された場合でも、傾斜配置に伴う現像剤収容部33側からトナー供給部側への現像剤の逆流や、トナー供給部側から現像剤収容部33側への過剰なトナーの流入を防止すると共に、傾斜に伴うトナー補給路37の軸方向両端部における現像剤の高低差が低減され、傾斜配置に伴う軸方向のトナー濃度の変動を抑制することができる。
さらに、本実施の形態においては、仕切部材39上にガイド部40が形成されているので、画像が形成されてトナーが消費され、現像剤中のトナー濃度が低下すると、仕切部材39上を流動する低濃度の二成分現像剤がガイド部40に誘導されて、第二現像剤収容部33b内のトナー補給路37よりもアドミックスオーガー36bの搬送方向下流側の部位に戻される。これにより、アドミックスオーガー36bの上流部の現像剤搬送量が減少するため、トナー補給路37に対応する領域近傍の第二現像剤収容部33b内の上部にも空隙ができ、直ちにトナー補給路37を介してトナーが補給されることにより、トナー補給の即応性がより一層向上する。また、トナー補給路37に対応していない領域においては、トナーを消費している状態、すなわち現像剤中のトナー濃度が所定の濃度範囲よりも低下して仕切部材39上に低濃度現像剤が流出している状態において、アドミックスオーガー36bの上部に空隙が形成されているので、補給されたトナーと低濃度現像剤とがより効果的に十分撹拌される。
一方、第二現像剤収容部33b内のトナー補給路37に対応している領域においては、現像剤の搬送能力が他の領域より小さくなるように、アドミックスオーガー36bのオーガー径、オーガーピッチ、ハウジング内径等が他の領域部分に比べて小さくなっているので、例えば、トナー濃度が所定の濃度に復帰して、仕切部材上を現像剤が流動しなくなった場合には、現像剤は全てオーガー対の軸方向に循環すると共に、相対的に搬送能力が小さいトナー補給路37に対応している領域に現像剤が滞留し、当該領域の第二現像剤収容部33b内全体を現像剤が満たすようになる。このため、トナーを消費していない状態、すなわち現像剤中のトナー濃度が所定の濃度範囲を維持若しくは所定の濃度範囲に復帰しており、仕切部材39上に低濃度現像剤が流出していない状態においては、図示しないディスペンサから供給されるトナーがトナー補給路37から流入することを確実に防止することができる。
<実施の形態2>
次に、本発明に係る現像装置の別の実施の形態について、図7及び図8を参照して以下に説明する。
本実施の形態に係る現像装置は、先の実施の形態に係る現像装置において、第二現像剤収容部33bに隣接したトナー収容部をハウジング31内に一体に設けると共に、トナー消費に伴って、仕切部材上に流出した低濃度の二成分現像剤を該トナー収容部側に導入するように構成したものであり、先の実施の形態と同様な機能を有する部材には同様な符号を付し、その説明は省略する。
図7に示されるように、本実施の形態に係る現像装置24Aは、第二現像剤収容部33bに隣接して、トナー収容部35をハウジング31内に備え、このトナー収容部35内には、トナー及び二成分現像剤を撹拌搬送するトナー撹拌搬送部材351が設けられている。そして、本実施の形態における仕切部材39Aは、先の実施の形態と同様に、ベースプレート39aを有するが、このベースプレート39aは、先の実施の形態と異なり、その表面上に流出した低濃度の二成分現像剤が全て、トナー収容部35側に導入されるように、傾斜角度、傾斜部長さが設定されている。
また、仕切部材39の下端部39eには、図7及び図8に示されるように、トナー収容部35側の側縁の軸方向略中央部の領域において、トナー収容部35から現像剤収容部33へのトナー供給を可能とするトナー補給路37に連通しているトナー供給口37aが形成されている。一方、下端部39eのトナー供給口37aの開口幅領域を除いた両端部領域においては、図8に示されるように、連接部材46により、仕切部材39Aの下端部39eとトナー収容部35の端部壁面とが連接されており、トナー収容部35と現像剤収容部33との間の二成分現像剤Gの流通を遮断している。
さらに、仕切部材39Aの上表面には、上端部39dの軸方向略中央部から下端部39eのトナー供給口37aの開口幅の軸方向両端部に向かって、ガイド部である板状のリブ部材45が、ベースプレート39aの表面と直交するように立設されている。ここで、リブ部材45の開き角度θは、角度が小さいほどベースプレート39a上の二成分現像剤Gの流れをスムーズにするが、低濃度現像剤のトナー供給口37aへの直接の流入を防止するために、下端部39eにおいてトナー供給口37aを覆うように、トナー供給口37aの開口幅と略同等の開き幅を有するような開き角度であることが好ましい。
なお、このガイド部は、例えば、上端部39dの軸方向略中央部から下端部39eに向かう突起部として形成された、先のリブ部材45と同様な開き角度θを有する略三角形状のブロック状部材としても良い。
このように構成した現像装置24Aの第二現像剤収容部33bにおいても、先の実施の形態と同様なオーガーピッチ、オーガー径、収容部容積等を採用することにより、先の実施の形態と同様な効果を得ることができる。また、仕切部材39A上に流出した二成分現像剤Gは、ガイド部材45により全てトナー収容部35側に還流されるので、トナーと現像剤との撹拌をより十分に行うことができる。
本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態1に係る現像装置を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態1に係る仕切部材及びガイド部材を示す模式的に示す図である。 本発明に係る第二現像剤収容部及びアドミックスオーガーの構成を示す図である。 本発明に係る第二現像剤収容部及びアドミックスオーガーの構成の変形例を示す図である。 本発明に係る第二現像剤収容部及びアドミックスオーガーの構成の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態2に係る現像装置を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態2に係る仕切部材及びガイド部材を示す模式図である。 従来の現像装置を示す概略構成図である。
符号の説明
10:画像形成装置、21:感光体ドラム、22:帯電装置、23:露光装置、24,24A:現像装置、25:バイアス電源、26:転写装置、27:バイアス電源、28:被記録媒体、29:クリーニング装置、31:ハウジング、31s:側壁、32:現像剤担持体、33a:第一現像剤収容部、33b:第二現像剤収容部、34:現像剤退避部、35:トナー収容部、36a:サプライオーガー、36b:アドミックスオーガー、36s:シャフト部、36t:羽根部、37:トナー補給路、37a:トナー供給口、39,39A:仕切部材、39a:ベースプレート、39d:上端部、39e:下端部、40:ガイド部材、41:層厚規制部材、45:リブ部材、46:連接部材、50:定着装置、51:加熱ロール、52:加圧ロール、100:現像装置、132:現像剤担持体、133:現像剤収容部、134:現像剤退避部、135:トナー収容部、136a,136b:現像剤撹拌搬送部材、137:トナー補給路、138:トナー撹拌部材、139:現像剤仕切部材R1,R2,R3:領域、T:トナー
W:隔壁

Claims (8)

  1. トナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤を磁力により担持搬送する回転自在の現像剤担持体と、該現像剤担持体に隣接して二成分現像剤を収容する第一現像剤収容部と、この第一現像剤収容部に隣接し、軸方向端部領域において第一現像剤収容部と連通する第二現像剤収容部と、現像剤担持体により担持搬送される二成分現像剤の層厚を所定の厚さに規制すると共に、余剰な現像剤を堰き止める層厚規制部材と、この層厚規制部材に対して現像剤担持体の回転方向上流側に配設され、層厚規制部材により堰きとめられた余剰現像剤をトナー濃度に応じて第一現像剤収容部又は第二現像剤収容部に導入する仕切部材と、第一現像剤収容部内に配設され、二成分現像剤を軸方向に撹拌搬送するサプライオーガーと、第二現像剤収容部内において、該サプライオーガーと隔壁を隔てて略水平に配設され、二成分現像剤を軸方向に撹拌搬送するアドミックスオーガーとを有し、現像剤収容部のトナー濃度が一定となるように自律的に濃度調整を行う現像装置において、
    前記第二現像剤収容部の側壁の軸方向の一部領域には、第二現像剤収容部と連通するトナー補給路が形成されていると共に、前記仕切部材の表面には、仕切部材上に流出した二成分現像剤を該トナー補給路よりもアドミックスオーガーの搬送方向下流側に導くガイド部が形成されており、かつ、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応する領域は、トナーが消費されていない状態において、上部に空隙が生じないように二成分現像剤で満たされていると共に、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応しない領域は、トナーが消費されている状態において、二成分現像剤で満たされずに上部に空隙が生じるように形成されていることを特徴とする現像装置。
  2. トナーと磁性キャリアとが含まれる二成分現像剤を磁力により担持搬送する回転自在の現像剤担持体と、該現像剤担持体に隣接して二成分現像剤を収容する第一現像剤収容部と、この第一現像剤収容部に隣接し、軸方向端部領域において第一現像剤収容部と連通する第二現像剤収容部と、第二現像剤収容部に隣接し、軸方向の一部領域に設けられたトナー補給路を通じて第二現像剤収容部にトナーを供給可能に収容するトナー収容部と、現像剤担持体により担持搬送される二成分現像剤の層厚を所定の厚さに規制すると共に、余剰な現像剤を堰き止める層厚規制部材と、この層厚規制部材に対して現像剤担持体の回転方向上流側に配設され、層厚規制部材により堰きとめられた余剰現像剤をトナー濃度に応じてトナー収容部側に導入する仕切部材と、第一現像剤収容部内に配設され、二成分現像剤を軸方向に撹拌搬送するサプライオーガーと、第二現像剤収容部内において、該サプライオーガーと隔壁を隔てて略水平に配設され、二成分現像剤を軸方向に撹拌搬送するアドミックスオーガーとを有し、現像剤収容部のトナー濃度が一定となるように自律的に濃度調整を行う現像装置において、
    前記仕切部材の下端部には、軸方向の一部領域に、前記トナー補給路に連通する供給口が形成されていると共に、前記仕切部材の表面には、仕切部材上に流出した二成分現像剤を、該供給口を避けてトナー収容部に導くガイド部が形成されており、かつ、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応する領域は、トナーが消費されていない状態において、上部に空隙が生じないように二成分現像剤で満たされていると共に、第二現像剤収容部のトナー補給路に対応しない領域は、トナーが消費されている状態において、二成分現像剤で満たされずに上部に空隙が生じるように形成されていることを特徴とする現像装置。
  3. 前記アドミックスオーガーは、前記トナー補給路に対応する領域におけるスクリューピッチが他の領域に対応するスクリューピッチよりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
  4. 前記アドミックスオーガーは、前記トナー補給路に対応する領域におけるスクリューに一部切り欠きが設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
  5. 前記アドミックスオーガーは、前記トナー補給路に対応する領域におけるスクリューシャフトの径が、他の領域に対応するスクリューシャフトの径よりも大きく、前記トナー補給路に対応する領域における羽根部の断面積が他の領域に対応する羽根部の断面積より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
  6. 前記アドミックスオーガーは、前記トナー補給路に対応する領域におけるオーガー径が、他の領域に対応するオーガー径よりも小さく、かつ、前記トナー補給路に対応する領域におけるオーガー回りの現像剤収容容積が他の領域に対応する現像剤収容容積よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
  7. 前記トナー補給路は、軸方向略中央部に形成されていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の現像装置。
  8. 請求項1ないし7のいずれかに記載の現像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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