JP2004205535A - 現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤を効率よく、高速で剪断することが可能であって、補給トナーの現像剤への分散性・縦攪拌性（円周方向の攪拌性）を向上させる。
【解決手段】外側搬送部材１０１は、現像剤搬送部材１０４の搬送スクリュー１０４の回転軸１０５の軸方向に延びた部材であり、長手部材１０２と両端のフランジ１０３で構成され、搬送スクリュー１０４とは別体に構成される。スクリュー羽根１０６は現像剤を主に回転軸１０５に平行に搬送する搬送部として機能し、外側攪拌部材１０１は現像剤４６を主に剪断、攪拌する攪拌部として機能する。
【選択図】 図９

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷等において、感光体表面に形成された静電荷像を顕像化するための現像装置、該現像装置を使用した画像形成装置、及びプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発明として例えば特開平１０−６３０８１号公報記載の発明が公知である。この発明は、現像剤に過大な力を作用させずに、補給トナーを現像剤中に即時に分散させて適切な帯電量を付与することが可能であり、かつ現像剤収容部における現像剤のトナー濃度を均一化する能力の高い現像装置を提供するためになされたもので、トナーとキャリアとを混合した２成分現像剤を収容する現像剤収容部に、現像剤が循環移送される現像剤搬送路が設けられ、この現像剤搬送路内には送りねじ状の翼体を有する現像剤搬送部材が設けられており、この翼体間にメッシュ状のスクリーン部材が取り付けられている。この現像剤搬送部材が回転することによって、現像剤が搬送されるとともに、メッシュ状のスクリーン部材を複数回通過し、現像剤の攪拌が行なわれるとともに、トナーとキャリアとの摩擦によって適切な帯電が行なわれるように構成している。
【０００３】
また、特開２０００−１９８２３号公報に開示された発明も公知である。この発明は、現像装置の駆動開始時及び長時間連続攪拌時の現像剤劣化、現像剤の帯電量不足、画像濃度の低下、放置混色の増加等の問題を解消するためになされたもので、攪拌部の突起部材の最大投影面積Ｘが、
（Ｐ×Ｄ）／２００≦Ｘ≦（Ｐ×Ｄ）／７
０．０１５〔Ｄ×（Ｆ＋ｆ）〕≦Ｘ≦０．２〔Ｄ×（Ｆ＋ｆ）〕
の関係になるように設定している。なお、式中、Ｐは搬送部４５Ｂの螺旋状羽根部材のピッチ距離［ｍｍ］、Ｄは搬送部４５Ｂの螺旋状羽根部材の先端部の回転軌跡の直径［ｍｍ］、Ｘは突起部材の突設方向に対して垂直方向から投影したときの突起部材の最大投影面積［ｍｍ２］、Ｆは搬送部４５Ｂの根元部における回転軸方向の幅寸法［ｍｍ］、ｆは搬送部４５Ｂの先端部における幅寸法［ｍｍ］である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−６３０８１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−１９８２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の発明では、スクリーン部材をパドル状に２ヶ所設けた場合は該部が最下方位置や現像ローラと最近接対向の際の動トルクが平均トルクより大幅に高まり、トルク変動が大きく、駆動モータトルク余裕を大きくとる必要があった。また該駆動モータトルクに余裕が少ないと現像系の回転ムラによって現像画像にピッチムラ、バンディング等の濃度ムラが発生し易い。一方、螺旋状スクリュー部分の一部又は全体をスクリーン部材で構成した場合は、スクリュー部材の開口個所に現像剤の横送り能力がないので、現像剤の横攪拌（現像ローラ軸方向の攪拌）の能力が低減する。
【０００７】
また、後者の発明では、螺旋状スクリューの回転軸部に突設された複数の突起部材は剤を遠心方向に抛出する機能があるが、空隙発生個所への現像剤の自重落下移動を利用する態様の現像剤の攪拌効果は殆ど得られない。流動する現像剤の分散混合、攪拌機能に関し改良の余地がある。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、現像剤を効率よく、高速で剪断することが可能であって、補給トナーの現像剤への分散性・縦攪拌性（円周方向の攪拌性）を改良した現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置並びにこの現像装置を備えたプロセスカートリッジを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の手段は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、表面に静電潜像が形成される像担持体と対向するように配置され、前記２成分現像剤の薄層を担持して、前記像担持体との近接位置に搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に平行して配置され、前記二成分現像剤を攪拌して前記現像剤担持体に搬送する現像剤攪拌搬送部材とを備えた現像装置において、前記現像剤攪拌搬送部材の外周部の軸方向に前記現像剤攪拌搬送部材とは別体に攪拌部材を設けたことを特徴とする現。
【００１０】
第２の手段は、第１の手段において、前記攪拌部材が、軸に対してねじれた状態で設けられていることを特徴とする。
【００１１】
第３の手段は、第１の手段において、前記攪拌部材が、軸中心より外側に向けて立ち上がった立ち上がり部分を有することを特徴とする。
【００１２】
第４の手段は、第１の手段において、前記攪拌部材の長手方向が一体に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
第５の手段は、第１の手段において、前記攪拌部材と前記現像剤攪拌搬送部材とをそれぞれ独立して回転駆動する駆動手段を備えていることを特徴とする。
【００１４】
第６の手段は、第５の手段において、前記駆動手段は、前記攪拌部材と前記現像剤攪拌搬送部材を異なる線速で駆動することを特徴とする。
【００１５】
第７の手段は、第５の手段において、前記駆動手段は、前記攪拌部材と前記現像剤攪拌搬送部材を異なる方向に回転駆動することを特徴とする。
【００１６】
第８の手段は、第５の手段において、前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度を経時的に変更することを特徴とする。
【００１７】
第９の手段は、第５の手段において、前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度をトナー補給のタイミングに基づいて変更することを特徴とする。
【００１８】
第１０の手段は、第５の手段において、前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度をトナー濃度に基づいて変更することを特徴とする。
【００１９】
第１１の手段は、第５の手段において、前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度をトナー被覆率に応じて変更することを特徴とする。
【００２０】
第１２の手段は、第５の手段において、前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度を画像面積率に応じて変更することを特徴とする。
【００２１】
第１３の手段は、画像形成装置を、像担持体を帯電させる帯電手段と、像担持体に潜像を形成するために光書き込みを行う露光装置と、前記露光装置によって形成された潜像を現像する第１ないし第１２の手段に係る現像装置と、前記現像装置によって現像された顕像を記録媒体に転写する転写装置と、前記転写手段によって転写された記録媒体上の顕像を定着する定着装置とから構成したことを特徴とする。
【００２２】
第１４の手段は、像担持体、帯電装置、現像装置、クリ−ニング装置のうち少なくとも現像装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、前記現像装置が、第１ないし第１２の手段に係る現像装置からなることを特徴とする。
【００２３】
第１の手段によれば、攪拌部材を別体の構成することで、更にトナーの攪拌性を良くし、現像剤の立上げをより早く行うことができる。
【００２４】
第２の手段によれば、現像剤攪拌搬送部材の搬送性能に加えて、ねじれ部材の搬送効果が得られる。
【００２５】
第３の手段によれば、立ちあがり部が縦方向の攪拌性が上がり、更に混ざり易くなるためトナーの攪拌性を良くし、現像剤の立上げをより早く行うことができる。
【００２６】
第４の手段によれば、外側に設けた部材の長手部分を一体に構成することにより、複数本の軸方向に延びた部材を設けるよりも、低コストで部品が作れ、組立性も向上するので、コストダウンを図ることができる。
【００２７】
第５の手段によれば、現像剤攪拌搬送部材とは独立して回転駆動することができるため、常に変化するプロセス条件などに対応した制御が可能となる。
【００２８】
第６の手段によれば、現像剤攪拌搬送部材と一体の場合には、トナーの攪拌性に限度があったが、現像剤攪拌搬送部材と線速差を設けることにより、ある一条件でよりも多くの条件に対応して、トナーの攪拌性および現像剤立上げの迅速性が向上する。
【００２９】
第７の手段によれば、トナーの攪拌性及び現像剤立上げの迅速性が向上する。
【００３０】
第８の手段によれば、変化するプロセス条件などに対応した制御が可能となるため、トナーの攪拌不足や現像剤の立上げ不足による不具合を解消でき、地汚れやトナー飛散の発生を抑制することができる。
【００３１】
第９の手段によれば、トナー補給直後の低帯電トナーを分散、混合による攪拌性が良くなるため、瞬時立ち上げることができ、補給時地汚れ、トナー飛散、トナー落ちなどのトナー補給時の不具合を解消することができる。
【００３２】
第１０及び第１１の手段によれば、現像剤の状態（キャリアとトナーの割合）に応じて、外側部材の回転スピードを変えることにより、現像剤へのメカ的なストレス（現像剤の劣化）を低減することができ、現像剤の寿命向上を図ることができる。
【００３３】
第１２の手段によれば、画像面積率に応じて、外側部材の回転スピードを変えることにより、現像剤へのメカ的なストレス（現像剤の劣化）を低減することができ、現像剤の寿命向上を図ることができる。
【００３４】
第１３の手段によれば、画像形成装置、特にカラー用タンデム型画像形成装置では、各種サプライによってはトナー流動性などの特性値によって分散、混合性が異なるため、各現像装置に対応した制御を行うことにより攪拌性や立上げ性を良くするができる。また、現像剤の寿命を延ばすことができるため、現像装置の交換頻度が少なくでき、特に複数個の現像装置を頻繁に変えることなくメンテナンス性の向上に繋がる。さらに部品を共通使用することでコストダウンを図ることができる。
【００３５】
第１４の手段によれば、現像剤の寿命を延ばすことができるため、プロセスカートリッジの交換頻度が少なくでき、特にタンデム型の画像形成装置に適用した場合、複数個のプロセスカートリッジを頻繁に変えることなくメンテナンス性の向上に繋がる。部品を共通使用することでコストダウンが図れる。また、通常、プロセスカートリッジにおいては、リサイクル（複数回使用）が多く行われるため、部品共通化による多機種への展開が可能であり、特にトータル的コスト低減に繋がる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、前述の従来例と同等及び各実施形態で同等な各部には同一の参照符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
【００３７】
図１は本発明の実施に係る画像形成システム装置全体の概略構成を示す図である。同図において、静電潜像担持体である感光体ドラム（以下、単に感光体と称す）１の周囲には、当該感光体１表面を帯電するための帯電装置２、一様帯電処理面に潜像を形成するためのレーザ光線で書き込む画像露光部３、感光体１表面の潜像に帯電トナーを付着させることによってトナー像を形成する現像装置４、感光体１表面に形成されたトナー像を記録紙へ転写するための転写装置５、感光体１上の残留トナーを除去するためのクリーニング装置６、感光体１上の残留電位を除去するための除電ランプ７が順に配設されている。このような構成において、帯電装置２の帯電ローラによって表面が一様に帯電された感光体１は、露光によって表面に静電潜像が形成され、トナーのみからなる１成分系現像剤又はトナーとキャリアを混合した２成分系現像剤を用いる現像装置４によってトナー像が形成される。このトナー像は、転写ベルトなどからなる転写装置５によって、不図示の給紙トレイから搬送されてくる記録紙へ感光体１表面から転写される。この転写の際に感光体１に静電的に付着した記録紙は、記録紙の重さ、剛性、記録紙と分離搬送手段との吸着力、分離爪等の効果で感光体１表面から分離される。そして、未定着の記録紙上のトナー像は加熱及び加圧する定着器８によって記録紙に定着される。一方、転写されずに感光体１上に残留したトナーは、クリーニング装置６によって除去され回収される。残留トナーが除去された感光体１は除電ランプ７で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【００３８】
図２は現像装置４の構成を示す図である。本実施形態に係る現像装置４は２成分現像剤を使用する現像装置である。現像装置４は現像容器４０と、現像容器４０の感光体１側の開口部４１に設けられた現像ローラ４２と、前記開口部４１の現像ローラ４２の表面に対向する位置に設けられたドクタブレード４３と、２段にわたって設けられ、現像剤４６を移送するとともに現像剤４６を攪拌する現像剤攪拌搬送部材４４，４５（以下、ダブルスクリューとも称す）とからなる。現像剤担持体である現像ローラ４１は感光体１に近接するように配置されていて、双方の対向部分には、感光体１と磁気ブラシが接触する現像領域が形成されている。現像ローラ４２は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成してなる現像スリーブと、この現像スリーブを回転駆動する不図示の回転駆動機構からなり、この回転機構は前記現像スリーブを図２において時計回りに回転させる。以下、現像スリーブも含めて現像ローラと称す。なお、符号４６ａはスクリュー部現像剤だまりの現像剤４６の最上面を示し、符号４０ａはトナー補給孔を示す。
【００３９】
現像ローラ４１の表面はサンドブラストもしくは数十〜数百ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する処理を行い１０〜２０μｍＲＺの範囲に入るように荒らしている。感光体１はアルミ等の素管に感光性を有する有機感光体を塗布し、感光層を形成したドラムタイプのものである。２成分現像剤はキャリア表面をトナー一層で最蜜に覆い尽くす程度の被覆率を１００％と見なした場合、非磁性トナーを用いたとき、高々７０％程度になるようにトナー補給を制御してトナー帯電不足によるトナー飛散や地汚れを防止している。なお、ＲＺは十点平均粗さを表す。
【００４０】
本実施形態においては、前記トナーのキャリアに対する被覆率を５０％中心に制御し、感光体１のドラム径が６０ｍｍで、ドラム線速が２４０ｍｍ／秒に設定され、現像スリーブのスリーブ径が２０ｍｍで、ローラ線速が６００ｍｍ／秒に設定されている。したがって、ドラム線速に対するスリーブ線速の比は２．５倍である。すると接触現像であれば、トナーと感光体１表面は現像ニップにおいて確実に１回ないし１．５回の割合でトナー粒径レベル範囲で接触することになり、現像電界が十分作用すれば、画像の欠落のないかつ画像濃度の十分な画像を得ることができる。
【００４１】
２成分現像剤における被覆率Ｐは、
ｒ／Ｒ≪１
の場合、
Ｐ＝１００×Ｃ×（√３）／｛２π（１００−Ｃ）（１＋ｒ／Ｒ）＾２（ｒ／Ｒ）（ρｔ／ρｃ）｝
Ｃ：トナー濃度（重量％）
ｒ：トナーの体積平均粒径
Ｒ：キャリアの体積平均粒径
ρｔ：トナーの真比重
ρｃ：キャリアの真比重
で近似できる。なお、現像バイアスが交番電界を生じる振動バイアスを用いると、現像剤担持体の潜像担持体に対する線速比を上記の２．５倍相当ではなく高々１．５倍程度にしても現像剤中のトナーを有効に現像に使用でき十分な現像を行なうことができる。図３に前記各要素とトナー飛散、地汚れの状態を比較して示す。なお、本明細書中で＾は冪乗を示し、（１＋ｒ／Ｒ）＾２は（１＋ｒ／Ｒ）の２乗を意味する。
【００４２】
図４ないし図６に従来のダブルスクリューに使用している現像剤攪拌搬送部材の例を示す。
【００４３】
図４に示した現像剤攪拌搬送部材１０は回転軸１１の外周に螺旋状にスクリュー羽根１２を設けたもので、横方向の現像剤攪拌性については良いが、補給トナーの微分散については積極的な役割を示す構成になっていない。
【００４４】
図５に示した現像剤攪拌搬送部材１３は図４に示した現像剤攪拌搬送部材１０の軸方向にメッシュ部材１４を設け、スクリュー羽根１２と一体に回転させるようにしたもので、補給トナーの分散性が改善されるが、最大駆動トルクの上昇や横攪拌性能の低下等を招き、改良の余地が多々ある。なお、メッシュ部材は例えば、ＳＵＳ３０４世の平織り金網で、線径は０．２８ｍｍ、目開き１ｍｍ、開口率６１％である。
【００４５】
図６に示した現像剤攪拌搬送部材１５はスクリュー羽根１２が設けられた回転軸１１に棒状の部材１６を軸表面から円周方向に突出させ、撹拌機能を持たせたもので、このように構成すると分散性は改善されるが、駆動トルクを上昇させる割合に比べ該改善効果が少ない。
【００４６】
このようなことから、本実施形態では図７ないし図１５に示すように現像剤撹拌搬送部材を構成した。、以下、詳述する。
【００４７】
図７は本実施形態に係る外側搬送部材の正面図である。この外側搬送部材１０１は、現像剤搬送部材１０４のスクリュー羽根１０６の回転軸１０５の軸方向に延びた部材であり、長手部材１０２と両端のフランジ１０３で構成され、両端のフランジ１０３と長手部材１０２は別体で組合せたり、片側フランジと長手部材を一体に構成する等、種々の構成が考えられるが、最終的に図７に示すようになれば良い。
【００４８】
図８に軸１０５に対してスクリュー羽根１０６をもった一般的な現像剤撹拌搬送部材（以下、搬送スクリューと称す）１０４を示す。搬送スクリュ形状は、この他にスクリュー羽根１０６の中央部を適宜抜いてリボン状にしたものや、スクリュー羽根１０６を二重（多重）に設けたものなど変形することが可能である。
【００４９】
図９は図８に示した搬送スクリュー１０４のスクリュー１羽根１０６の外周側に図７に示した外側攪拌部材１０１を設けた状態を示す正面図である。
【００５０】
図１０は外側攪拌部材１０１がワイヤ形状である構成で、この外側攪拌部材１０１によって剤中で攪拌機能を発揮し、通常のスクリュだけの構成、または従来特許のような突起部材の構成より、より効果的に攪拌（分散、混合）効果が得られる。すなわち、スクリュー羽根１０６は現像剤４６を主に回転軸１０５に平行に搬送する搬送部として機能し、外側攪拌部材１０１は現像剤４６を主に剪断、攪拌する攪拌部として機能する。なお、この実施形態では、外側攪拌部材１０１は回転軸１０４に平行に配置されているが、斜めに配置することもできる。
【００５１】
この現像剤攪拌搬送部材１００では、前記外側攪拌部材１０１の断面の回転軸１０５の法線方向に占める長さの和Ｂ（＝Σｂ）の最大値ＢＭＡＸが、
Ｒｃ＜ＢＭＡＸ≦５０Ｒｃ ・・・（１）
０．０１（Ｄ−ｄ）＜ＢＭＡＸ≦０．２（Ｄ−ｄ） ・・・（２）
ただし、Ｒｃ：キャリアの体積平均粒径
Ｄ：現像剤攪拌搬送部材のスクリュー羽根の回転軌跡の直径［ｍｍ］
ｄ：現像剤攪拌搬送部材の回転軸の外径［ｍｍ］
に設定されている。
【００５２】
外側攪拌部材１０１の１本当たりの断面の回転軸１０６の法線方向に占める長さ（真円断面では直径に相当）についてはキャリア直径の２０倍以下が補給トナーの微分散の上から好適である。また、スクリュー羽根１２に固定された複数の線状部材１８は現像剤４６中に完全に埋没させずに６０％ないし９５％を、現像剤４６に埋没させた状態で回転させるようにしている。符号４６ｂは現像剤４６の上面４６ｂを示す。これによりトルク変動を抑え、かつ補給トナーを効率良く現像剤４６中に分散させることができる。なお、外側攪拌部材１０１の断面は円（ａ）、楕円（ｂ）、正方形（ｃ）、三角形（ｄ）、菱形（ｅ）、長方形（ｆ）などの種々の形状を取り得るが、図示しているように進行（移動）方向下流側に面した表面が現像剤４６を抱え込み難いようキャリアの体積平均粒径を超える様な深さを有する凹部がなるべく存在しないように構成することが望ましい。なお、現像剤攪拌搬送部材１７の回転軸１１は特に攪拌能力がないので、回転軸１１の６０％〜１００％を現像剤に埋没させた状態で回転させることによって、殆ど攪拌効率を落とさずに省スペース化を図ることができる。
【００５３】
なお、図２のように複数本の現像剤攪拌搬送部材１０１を使用する場合には、少なくとも一対の現像剤攪拌搬送部材１００の現像剤搬送方向が逆方向になるように配置すると、現像剤のバランスを良好に維持し易い。
【００５４】
図１１は図７における長手部材１０２を軸方向に対してねじれを設けた部材１０７で構成した例で、スクリュー羽根１０６に対してねじれ方向を同じにすれば、現像剤を搬送する機能が得られ、軸方向に並行な外側攪拌部材１０１よりも、剤搬送量を多くすることができる。
【００５５】
図１２は軸中心方向に対して外側に向けて立ち上がった断面形状の部材１０８を搬送スクリュー１０４の外側に設けた例で、この立ち上がり部で剤を縦方向（スクリュ軸と直角）に攪拌する機能（剤が持ち上がり、頂点部より落とし込む）により更に攪拌（分散、混合）効果が大きくなる。
【００５６】
図１３は長手部材１１０を一体的に構成し、組立る時には矢印のように丸めて両端フランジ１０３を取り付ける。より具体的には、フランジ１０３はスクリュの軸に通しておき、長手部材１１０でスクリューを巻くようにして、最後にフランジ１０３を軸方向の内側に寄せるようにして長手部材１１０と合体するようにする。これによって軸方向の長手部材を１つずつ組み立てるより組立性が向上する。
【００５７】
また、長手部材１１０は、図７や図１０の円周方向がワイヤ形状の途中補強部材１１１で連結（接続）すると、強度も増し、外側攪拌部材１０１として回転させた場合において、部品が振れることによる不具合を防止することもできる。また、部品製作上においても一体形状の方が生産効率も良く、マテハン上も管理し易く、組立上においても組立性が良いというメリットが多々得られることになる。また、図１１や図１２の外側攪拌部材１０７，１０８も図１３のようにして一体形状で構成することができることは言うまでもない。
【００５８】
図１４及び図１５は長手部材１１０と搬送スクリュー１０４を同軸上に保持する例の要部を示す図である。
【００５９】
図１４において、搬送スクリュー１０４の軸１０５に対し、フランジ１０３に軸受１１２を保持するように設けて長手部材１１０と回転軸１０５とスクリュー羽根１０６を回転軸１０５の軸線に対して同軸上に配置する。軸受１１２は別体で設けても、フランジ１０３に一体で機能を持たせるよう構成しても構わない。フランジ１０３には溝１０３ａを設け長手部材１１０をこの溝１０３ａで保持する。図１４のような構成の例では、外側攪拌部材１０１の回転部を現像剤収容容器４０（現像ケース）の内側に設けた構成としている。
【００６０】
これに対し、図１５に現像剤収容容器４０の外側で受ける例を示す。図１５において、搬送スクリュー１０４の回転軸１０５に対し、フランジ１０３に軸受１１２、シール部材１１３を保持するように設け、回転軸の軸線に対して同軸上に配置する。軸受１１２は別体で設けても、フランジ１０３に一体で機能を持たせるよう構成しても構わない。フランジ１０３を保持する軸受１１４で現像剤収容容器４０に保持する。さらに、搬送スクリュー１０４に回転を伝えるギヤ１１６、外側攪拌部材１０１に回転を伝えるギヤ１１７を設け、各々独立して回転できる構成となっている。現像剤収容容器４０内に搬送スクリュー１０４を回転保持させるか、ケース外で回転保持させるかは、設計条件に応じて適宜選択される。なお、ギアは図示しないモータのモータ軸に取り付けられたギアもしくはギア列と噛合し、モータからの駆動力を伝達する。モータは図示しない制御回路の指示によって駆動され、ギア及びモータとともに駆動手段を構成する。
【００６１】
通常、搬送スクリュー１０４は一対（２本）で構成されており、軸方向に攪拌され、搬送されている。スクリュー羽根１０６の形状、ピッチ、回転速度、剤の量などによって現像剤収容容器４０内の剤バランスをとっている。同一構成においてもプロセス条件などが変化すると、例えばトナー濃度が変わると剤の嵩やトナーの割合による流動性の変化がおこり、現像ケース内の剤バランスが変わることが知られており、これらを踏まえて前記各部の構成が決定される。ここに外側攪拌部材１０１を設けた場合においても、同様に個々の条件によって剤バランスをとることになる。この時、外側攪拌部材１０１が独立して回転できるように構成されていると、剤バランスをとる上でも余裕度が上がり、構成の選択肢が広がるメリットがある。また、回転条件などを制御することにより、多機種における現像装置部品としてスクリュや外側攪拌部材なども共通使用することが可能となり、トータル的にコストダウンの効果が得られる。また、今まではサプライ（トナー、キャリア）を変えるだけでも剤バランスが変化したため、部品形状などを各々専用にしていたが、この構成で対応することが可能であり、更にそのメリットは大きい。
【００６２】
図１５に示すように外側攪拌部材１０１と搬送スクリュ１０４とが独立に駆動され、両者の回転時に線速差があると、例えば、搬送スクリュー１０４よりも外側攪拌部材１０１の回転が速い場合には、一対の搬送スクリュー１０４の軸中心より内側方向にある現像剤と、軸中心より外側方向に、ある層厚で存在する現像剤は、別の動きをすることになる。つまり、スクリュー羽根部材１０６により搬送される現像剤と外側攪拌部材１０１が更に攪拌、搬送される現像剤となり、搬送スクリュー１０４と一体で構成した場合、および搬送スクリュー１０４と同速で回転させた場合と比較して、攪拌性と搬送性が向上する。
【００６３】
一方、外側攪拌部材１０１を搬送スクリュ１０４と反対方向に回転させることもできる。このように駆動すると、現像剤が別の動きをするのは似ているが、ある層厚で外側に存在する剤は、外側攪拌部材１０１によって搬送の動きに逆らうことになるので、現像剤を乱すように攪拌され、攪拌性がより向上するとともに、立上げを瞬時に行うことができる。
【００６４】
さらに、外側攪拌部材１０１の回転スピードを可変に構成することもできる。すなわち、図１５で説明したように、搬送スクリュー１０４に回転を伝えるギヤ１１６、外側攪拌部材１０１に回転を伝えるギヤ１１７を設け、各々独立して回転できる構成となっているので、さらに、不図示のクラッチ、カム、変速ギヤ列などを使用して、各ギヤの回転スピードを変えるよう構成する。
【００６５】
前述のように、プロセス条件などが変化すると、例えばトナー濃度が変わると現像剤の嵩やトナーの割合によって現像剤の流動性に変化がおこり、現像剤周用容器４０内の剤バランスが変わる。また、使用環境条件が変わると、例えば、高温高湿環境や低温低湿環境では、トナーの帯電量も変わるため、温度センサや湿度センサを設けて、検知出力に基づいて制御する場合が多い。具体的には、帯電器により帯電電位を変える、現像バイアスを変える、トナー補給量やトナー補給時間（補給間隔も含む）を変えるなど、各々の環境でも画像に不具合が出ないように対応している。ここに関連している制御としては、トナー補給量やトナー補給時間などが挙げられ、現像剤中のトナー割合変化に加えて環境による影響からトナー流動性が変化し、トナーの立上げ帯電量の変動が大きな課題となっており、地汚れやトナー飛散による画像上の不具合をいかに抑えるかが課題となっている。
【００６６】
これまでの構成においては、センサなどによる制御により、不具合を抑えているが余裕度がないのが現状である。そこで、本構成を用いることにより、ある条件において、搬送スクリュー１０４や外側攪拌部材１０１それぞれのスピードを変えたり、各部材どちらか一方のスピードを変更することによってトナーの立上げ帯電量の変動に対応した制御が可能となり、地汚れやトナー飛散防止の余裕度が広がる。
【００６７】
また、トナー補給のタイミングに合わせて外側攪拌部材１０１の回転スピードを変えるように構成することもできる。
【００６８】
すなわち、補給直後のトナーは剤中への分散、混合が悪いとトナーの立上げ帯電量不足となり前記不具合が発生する。例えば、トナー補給が始まったタイミングに合わせて、外側攪拌部材１０１の回転スピードを速くすることにより、立上げを良くすることができ、画像上不具合を防止できる。これに加えて、環境の変化を検知して、これに対応して制御により外側攪拌部材１０１の回転スピードを速くすると、更に効果が大きくなる。
【００６９】
また、トナー濃度またはトナー被覆率に応じて外側攪拌部材１０１の回転スピードを変えるように構成することもできる。
【００７０】
図１６は本発明の実施形態で使用されトナーの構成を示す概念図である。本実施形態では、トナーの球形化、シャープ化、外添剤等で補給トナーが粒径オーダに微分散し易くしてある。
【００７１】
トナー２０は、樹脂２１中に、着色剤２２、離型剤２３、極性制御剤２４が分散し、表面に外部添加剤２５が点在した構成となっている。トナー２０中に分散された顔料系着色剤２２の分散粒径は個数平均径で０．５μｍ以下であり、かつその個数平均径が０．７μｍ以上の個数割合が５個数％以下で、着色剤２２が微分散されている。このように微分散させることにより、トナー粒径の微分側成分についても顔料系着色剤２２の成分比率のばらつきを少なくトナー表面の摩擦帯電性についても同様ばらつきを少なくすることができる。また、トナー２０同士の静電凝集を抑制でき、トナー凝集性を低く抑えることができる。なお、現像剤中のトナーの加速凝集度がパウダーテスタの計測値で２０％以下が好ましい。ただし、加速凝集度測定篩のメッシュ径は７５μｍ、４５μｍ、２２μｍである。
【００７２】
本実施形態に係るトナー２０は、有機溶媒中に少なくとも、イソシアネート基を含有するポリエステル系プレポリマーＡが溶解し、顔料系着色剤２２が分散し、離型剤２３が溶解ないし分散している油性分散液を水系媒体中に無機微粒子及び／又はポリマー微粒子の存在下で分散させるとともに、この分散液中で該プレポリマーＡをポリアミン及び／又は活性水素含有基を有するモノアミンＢと反応させてウレア基を有するウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃを形成させ、このウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃを含む分散液からそれに含まれる液状媒体を除去することにより得られるものである。ウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃにおいて、そのＴｇは４０〜６５℃、好ましくは４５〜６０℃である。その数平均分子量Ｍｎは２５００〜５００００、好ましくは２５００〜３００００である。その重量平均分子量Ｍｗは１万〜５０万、好ましくは３万〜１０万である。
【００７３】
このトナー２０は、プレポリマーＡとアミンＢとの反応によって高分子量化されたウレア結合を有するウレア変性ポリエステル系樹脂Ｃをバインダー樹脂２１として含む。そして、そのバインダー樹脂中２１には着色剤２２が高分散している。このように構成したトナー２０は、トナー表面の摩擦帯電特性差が小さくトナー同士の静電凝集がし難く、補給トナーの分散が良い。
【００７４】
また、本実施形態に係るトナー２０では、顔料系着色剤２２の分散粒径及び形状は定着後でも殆ど変化せず、定着後の出力画像で、着色剤による光散乱、回折現象が粗分散の場合より顕著で、着色力が高く、かつ色調の鮮明な透過性の高い優れたカラートナーとなっている。このトナー２０では、少量トナー付着で十分な色調再現性が得られ、トナー消費量低減と定着エネルギー低減、及び高品質画像形成を両立させることができる。なお、染料系着色剤については分散粒径が分子オーダーに近いナノメータスケールになるので上記凝集性については有利である。
【００７５】
本実施形態に係るトナー２０は、磁性体を含有させた、磁性トナーでも使用することもできる。
【００７６】
具体的な磁性体としては、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、コバルト、ニッケルのような金属あるいはこれら金属とアルミニウム、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カドミウム、カルシウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムのような金属との合金及びその混合物等が挙げられる。
【００７７】
これらの磁性体は平均粒径が０．１〜２μｍ程度のものが望ましく、このときの磁性体の含有量は、結着樹脂１００重量部に対して２０〜２００重量部、特に好ましくは結着樹脂１００重量部に対して４０〜１５０重量部である。
【００７８】
用いられる添加剤としては、従来公知のものが使用できるが、具体的には、Ｓｉ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｖ，Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物等が挙げられ、特にＳｉ，Ｔｉ，Ａｌの酸化物であるシリカ、チタニア、アルミナが好適に用いられる。
【００７９】
また、このときの添加剤の添加量は、母体粒子１００重量部に対して０．５〜１．８重量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．５重量部である。
【００８０】
図１６に示したトナー２０では、トナー２０の回りに外部添加剤２５が設けられており、一般的には、シリカ、酸化チタンなどを使用してある程度トナーに埋め込まれるようにして存在する。新品のトナー、例えばトナー補給前のトナーでは、この埋まり具合は正常で、トナーが補給されて剤（キャリア）と混ざることによりトナーが立ち上がり帯電するが、このトナー２０が消費されず（感光体に移動しない状態）に現像器内に残って循環していると、スクリュ、現像ローラ、現像ドクタなどによりメカ的なストレス（ダメージ）を受け、外部添加剤２５がトナー２０に除々に埋め込まれていくこと（トナー劣化）が知られている。
【００８１】
この時の不具合としては、添加剤２５の存在が少なくなったトナー２０は他との接触面積が大きくなり付着力が増すこと、新たに補給されてくるトナー２０と帯電量が異なることなどによって、地汚れ、トナー飛散や感光体上ではクリーニング不良などの問題が発生する。また、キャリアに対しては、トナースペントによるキャリアの帯電能力低下などによる剤劣化が起こり剤寿命が短くなる問題もある。
【００８２】
トナー濃度が高い時やトナー被覆率が大きい時、つまりキャリアに対するトナーの割合が大きい時には、個々のトナーがキャリアと接触する確立が少なくなるため、キャリアからのストレスを受け難くなる。これに対し、トナー濃度が低いときやトナー被覆率が小さい時には、キャリアからのストレスを受け易くなる。これに加えて上記メカ的ストレスが加わると、剤中のトナー割合によって受けるストレス度合いが違うことが知られている。
【００８３】
具体的には、トナー濃度が高い時やトナー被覆率が大きい時には外側攪拌部材１０１を通常の回転スピードで、トナー濃度が低いときやトナー被覆率が小さい時には外側攪拌部材１０１を通常の回転スピードより遅く制御することによって、トナーの受けるストレスを抑えることができ、トナー劣化や剤劣化を抑えて現像剤の寿命を向上させることができる。また、外側攪拌部材１０１の回転を下げるだけでなく、搬送スクリュー１０４の回転スピードを変えたり、それとの組合外側攪拌部材１０１の回転を変え、相対的にストレスを抑える構成でもかまわない。
【００８４】
出力される画像の面積率に応じて外側攪拌部材１０１の回転スピードを変更するように構成することもできる。
【００８５】
すなわち、出力される画像（コピーする画像やプリントアウトする画像）の面積比率が高い場合には、トナーの消費（現像器内から感光体移動）されるため、現像器内で循環するトナーが少なく、つまりストレスを受け続けるトナーの割合は少なくなる。反対に画像比率が低いと、ストレスを受け続けるトナーの割合が多いので、前記問題点と同様の不具合が発生する。
【００８６】
具体的には、画像面積率が高い場合には外側攪拌部材１０１を通常の回転スピードで、画像率が低い場合には外側攪拌部材１０１を通常の回転スピードより遅く制御することによって、トナーの受けるストレスを抑えることができ、トナー劣化や剤劣化を抑えて剤の寿命を向上させることができる。また、外側攪拌部材１０１の回転を下げるだけでなく、スクリュ１０４の回転スピードを変えたり、それとの組合外側攪拌部材１０１の回転を変え、相対的にストレスを抑える構成でもかまわない。
【００８７】
前記請求項の何れかの構成を用いた現像装置における、タンデム型の画像形成装置の実施例。一般的にタンデム型下画像形成装置では、カラー画像の出力装置で代表され、各色分の現像装置を構成している。したがって、前記効果は相乗的に大きくなり、単に現像装置だけの時よりも得られるメリットが大きい。
【００８８】
具体的な効果としては、
▲１▼共通部品を使用して各色対応の制御方法が採用できコストダウンが図れる。
▲２▼各色サプライに対応したプロセス条件においても容易に制御でき、画像上の不具合を抑えることができる。
▲３▼各サプライに対応したトナーの受けるストレスを抑えることが可能となり剤の寿命を延ばすせることから、剤の劣化による剤交換頻度を少なくしメンテナンス性の向上に繋がる。
などが挙げられる。
【００８９】
以上に述べた構成を適用した現像装置をプロセスカートリッジに組み込むこともできる。
【００９０】
一般的にプロセスカートリッジは、少なくとも感光体と他の作像装置を含んだ構成を指し、本実施例では、少なくとも感光体と現像装置を含んだ構成が該当する。プロセスカートリッジは、他の機種と共通使用することが一般的で、部品共通化による量産効果によるコスト低減効果が多大であり、本構成を展開することによってその多大なコスト低減効果が得られる。また、近年環境問題より、プロセスカートリッジにおいても使い捨てではなく、リサイクルして再使用することが一般的なことからも、そのコスト低減効果からトータル的のコスト低減に繋がる。
【００９１】
図１を基に低電位プロセスによるプロセスカートリッジを有する画像形成装置の概略構成を示す。
【００９２】
本実施形態においては、感光体、帯電装置手段、現像手段及びクリーニング手段等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。本発明の現像装置を有するプロセスカートリッジを有する画像形成装置は、感光体が所定の周速度で回転駆動される。感光体は回転過程において、帯電手段によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザビーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受け、こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像手段によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体面から分離されて像定着手段へ導入されて像定着され、複写物（コピー）として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体の表面は、クリーニング手段によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、更除電された後、繰り返し画像形成に使用される。プロセスカートリッジは独立して取り外しが可能で感光体ユニット、現像装置とも本発明で寿命は延びるが、必ずしもその長さは一致しない場合もあり、その時はそれぞれ別々に容易に交換する事が可能となる。また、独立して配設できるので簡単な機構を追加する事で、非現像時に現像ローラを感光体から退避させる事が可能となるので、現像ローラへのトナーフィルミングの促進が低減され、更に現像装置の寿命が延びる。
【００９３】
ここで、本実施形態における現像装置の現像条件について述べておく。
【００９４】
前述したが、現像剤４６の搬送方向（図２において反時計回り方向）における現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さ、即ち、現像スリーブ上の現像剤量を規制するドクタブレード４３が設置されている。このドクタブレード４３と現像スリーブ（現像ローラ）４２との間隔であるドクタギャップは０．３〜０．７ｍｍ程度に設定されている。現像部に搬送する現像剤量としては、２０〜１００ｍｇ／ｃｍ＾２が好適である。更に現像ローラ４２の感光体ドラム１とは反対側領域には、現像容器４０内の現像剤４６を攪拌しながら現像スリーブへ汲み上げるための攪拌・搬送手段（スクリュー、パドル等−図２ではスクリュー羽根４４，４５）が設置されている。また、感光体ドラム１と現像スリーブとの間隔である現像ギャップは０．３ｍｍに設定されている。現像ギャップは、キャリア粒径が５０μｍであれば１０倍程度（０．５５ｍｍ）以下に設定するのが良い。現像ギャップをこれより広くすると直流現像バイアス電圧印加条件下では、望ましいとされる画像濃度が出にくくなる。
【００９５】
他の主な固定条件は、
現像ローラ径が３０ｍｍ、該線速が３８０ｍｍ／ｓｅｃ、スクリューが最外径２４ｍｍ、該螺旋ピッチ２０ｍｍ、該線速が３７０ｍｍ／ｓｅｃ、現像ローラ〜スクリューが最外径部間隙：３ｍｍ、線状部材線径が１ｍｍである。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、現像剤を効率よく、高速で剪断することが可能であって、補給トナーの現像剤への分散性・縦攪拌性（円周方向の攪拌性）を改良した現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置並びにこの現像装置を備えたプロセスカートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に係る画像形成システム装置全体の概略構成を示す図である。
【図２】図１における現像装置の構成を示す図である。
【図３】キャリアの体積平均粒径Ｒ、トナーの体積平均粒径ｒ、キャリアの真比重ρｃ、トナーの真比重ρｔ、トナー濃度Ｃ、被覆率Ｐとトナー飛散、地汚れの状態を比較して示す図である。
【図４】従来から実施されている現像剤攪拌搬送部材の一例を示す図である。
【図５】従来から実施されている現像剤攪拌搬送部材の他の例を示す図である。
【図６】従来から実施されている現像剤攪拌搬送部材のさらに他の例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る攪拌部材の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る搬送スクリューの例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る現像剤攪拌搬送部材を示す図である。
【図１０】図９の端断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る現像剤攪拌搬送部材を示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係る現像剤攪拌搬送部材の端断面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係る一体化した攪拌部材を示す図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係る長手部材と搬送スクリューを同軸上に保持する例の要部を示す図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態に係る長手部材と搬送スクリューを同軸上に保持する例の要部を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態で使用される係るトナーの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 帯電装置
３ 画像露光装置
４ 現像装置
４０ 現像容器
４１ 現像ローラ
４２ 開口部
４３ ドクタブレード
４４，４５ 現像剤攪拌搬送部材
５ 転写装置
６ クリーニング装置
７ 除電送値
８ 定着装置
２０ トナー
１０１ 現像剤攪拌搬送部材
１０２ 長手部材（攪拌部材）
１０３ フランジ
１０４ 搬送スクリュー
１０５ 回転軸
１０６ スクリュー羽根
１０７ ねじれを設けた部材
１０８ 立ち上がり部を有する部材
１１６，１１７ ギア

Claims (14)

1. トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を収容する現像剤収容部と、
   表面に静電潜像が形成される像担持体と対向するように配置され、前記２成分現像剤の薄層を担持して、前記像担持体との近接位置に搬送する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に平行して配置され、前記二成分現像剤を攪拌して前記現像剤担持体に搬送する現像剤攪拌搬送部材と、
   を備えた現像装置において、
   前記現像剤攪拌搬送部材の外周部の軸方向に前記現像剤攪拌搬送部材とは別体に攪拌部材を設けたことを特徴とする現像装置。
2. 前記攪拌部材が、軸に対してねじれた状態で設けられていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記攪拌部材が、軸中心より外側に向けて立ち上がった立ち上がり部分を有することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
4. 前記攪拌部材の長手方向が一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
5. 前記攪拌部材と前記現像剤攪拌搬送部材とをそれぞれ独立して回転駆動する駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
6. 前記駆動手段は、前記攪拌部材と前記現像剤攪拌搬送部材を異なる線速で駆動することを特徴とする請求項５記載の現像装置。
7. 前記駆動手段は、前記攪拌部材と前記現像剤攪拌搬送部材を異なる方向に回転駆動することを特徴とする請求項５記載の現像装置。
8. 前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度を経時的に変更することを特徴とする請求項５記載の現像装置。
9. 前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度をトナー補給のタイミングに基づいて変更することを特徴とする請求項５記載の現像装置。
10. 前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度をトナー濃度に基づいて変更することを特徴とする請求項５記載の現像装置。
11. 前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度をトナー被覆率に応じて変更することを特徴とする請求項５記載の現像装置。
12. 前記駆動手段は、前記攪拌部材の回転速度を画像面積率に応じて変更することを特徴とする請求項５記載の現像装置。
13. 像担持体を帯電させる帯電手段と、
    像担持体に潜像を形成するために光書き込みを行う露光装置と、
    前記露光装置によって形成された潜像を現像する請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の現像装置と、
    前記現像装置によって現像された顕像を記録媒体に転写する転写装置と、
    前記転写手段によって転写された記録媒体上の顕像を定着する定着装置と、
    を備えていることを特徴とする画像形成装置。
14. 像担持体、帯電装置、現像装置、クリ−ニング装置のうち少なくとも現像装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、
    前記現像装置が、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の現像装置からなることを特徴とするプロセスカ−トリッジ。

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