JP2009128748A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補給されたトナーと現像剤の相対的な動きに一定の関係を設けることで、小型の現像剤攪拌・搬送手段を使用した効率的に現像剤を攪拌・混合する画像形成装置を提供する。
【解決手段】少なくとも非磁性トナーと磁性キャリアを含んだ二成分系の現像剤を攪拌・搬送手段４５により攪拌する攪拌・搬送室４７と、現像剤担持体４４に前記現像剤を攪拌・搬送手段４６により現像剤担持体４４に供給する現像室４８と、現像剤担持体４４に供給される現像剤量を規制する現像剤量規制手段４９を有する現像装置４において、駆動時の攪拌・搬送室４７内の現像剤面が攪拌・搬送手段４５の回転軸上面より回転軸の片側のみで低く、攪拌・搬送室４７内の高い側の現像剤面をさらに高くする位置に容器４１内壁に磁束密度を可変に発生させることができる磁界発生手段５５を設けた画像形成装置１である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電子写真方式を利用した例えばファックシミリ、プリンタ、複写機、多機能複合機等の画像形成装置に係り、詳しくは非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像器を用いた画像形成装置に関するものである。

二成分現像装器を用いた画像形成装置は、高速対応性や長寿化に優れており、モノクロやカラーの複写機、ファクシミリ、プリンタ等の多くの製品として実用化されている。二成分現像器では、内部に固定した磁石を配置した非磁性の回転スリーブからなる現像剤担持体の表面に非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤を担持させ、現像剤量規制手段により搬送量を規制した後、静電潜像が形成された潜像担持体と対向する現像部まで搬送する。
現像部においては、現像剤担持体に印加するバイアスと潜像担持体の表面電位との差により形成される電界により、現像剤担持体表面のトナーが潜像部では潜像担持体表面へ引き付けられる静電力を受け、背景部では潜像担持体表面と反発する方向に静電力を受けることにより、潜像部にのみトナーが付着し、現像ができる。このようにしてできたトナー像を静電力を利用して用紙に直接転写したり、中間転写体に一度転写した後用紙に転写し、トナー像が転写された用紙を定着器を通過させ画像を得る。
近年では、より高精細・高画質の印刷を行うために、より粒子径の小さい非磁性トナーや磁性キャリアを使用するとともに、装置の小型化に伴い現像器も小型化したものが使用されることが増えている。このような画像形成装置では、現像器内の現像剤のトナー濃度やトナー帯電量のばらつきを低減することにより、画像品質の向上を達成する工夫がなされた二成分現像器を用いた画像形成装置も数多く提案され、実用化されている。二成分現像剤中の非磁性トナーは画像を形成することにより消費され、現像剤中のトナー濃度は消費されたトナー量分下がる。そこで、消費された量の非磁性トナーをトナー補給装置から現像器内に補給し、現像機内の現像剤と補給されたトナーとを一様な濃度となるように攪拌される。ところが、非磁性トナーと磁性キャリアの小粒径化により現像剤の隙間は小さくなるため混合されにくくなるとともに、現像器の小型化のため攪拌・搬送手段の外形を小さくすることによりトナー補給位置から現像剤担持体までの距離では攪拌能力的に時間が不足し、現像剤内のトナー濃度やトナー帯電量がばらつき、画像背景部へトナーが付着したり、ハーフトーン画像濃度やドット径がばらつく問題が発生することがあった。特に、高ＤＵＴＹ画像が連続した場合、現像器内の現像剤のトナー濃度は低下し、補給されるトナー量が多くなるため、上記問題がより発生しやすくなっていた。この攪拌が効率悪く短時間でできない原因について詳細に調べた結果、現像剤の表面の攪拌できる動きが小さく、補給されたトナーの比重が現像剤の比重より小さいため、現像剤の上にトナーが乗った状態で搬送されてしまい、攪拌が効率よく行われないことが明らかとなった。また、上記のような攪拌能力不足に対して、攪拌・搬送手段に攪拌板を付けたスクリュー等を用いて攪拌を良くする現像器も多く提案されている。しかしながら、小型化された現像器において上記のようなスクリューの回転軸が細く、現像剤を押す反力で回転軸が撓んで攪拌能力が十分に得られない問題や現像器のトルクが大きくなり、タンデム型カラープリンタ等の画像装置で複数の現像器を同一駆動モータで駆動する場合に駆動モータが大型化してしまう問題が生じることもあった。

このような問題を解決するため、特許文献１では、現像剤の攪拌・混合不良を改善する目的で、現像剤攪拌・搬送室の現像剤担持体と逆側の現像容器の側面に磁界発生手段を設け、現像剤面から攪拌・搬送手段を露出させているが、単に磁界発生手段を設け、攪拌・搬送手段を露出させただけでは、現像剤面の傾きが大きくなることで若干の攪拌・混合が改善されるが、特許文献１に記載されているトナー凝集塊が落ちない程度の改善効果しか得られず、本発明が問題としているハーフトーン画像濃度やドット径ばらつきを改善できるまでの効果が得られない。これは、現像剤の表面に傾きができていることで現像剤表面の動きが若干改善されるものの、傾いた状態で搬送されているだけで、現像剤表面での現像剤同士の相対的な動きがそれほど大きくならず、補給されたトナーが現像剤の上に載って搬送されていることによる。さらに、この攪拌能力不足をさらに攪拌・搬送手段のスパイラルのピッチ間に現像剤攪拌用のリブを設ける提案がなされているが、現像剤を回転させる負荷が大きくなる欠点があった。また、小型化のため外径を小さくした攪拌・搬送手段の軸は細くなり、モールドの回転軸等では剛性が不足するため、現像剤をリブで押す反力で撓み、現像容器壁と攪拌・搬送手段のリブ先端間の隙間が大きくなり、攪拌性能を十分に上げることができないことも分かった。このため、特許文献１では、攪拌・搬送手段の回転軸に金属を用いた例が公開されているが、細い金属軸にスクリューを固定する場合、剥がれてしまう問題が起きた。特許文献１のいずれの構成でも現像剤を磁界で拘束する力によって、現像剤の攪拌・搬送の力が増大し、現像器のトルク増大につながる。
また、特許文献２では、現像器内の現像剤と補給されたトナーを攪拌・搬送する現像剤攪拌・搬送室の上部に磁束密度可変の磁界発生手段を設け、磁束密度を変化させることにより現像剤を上に引き上げ落下させることで攪拌性を改善する提案がなされている。この方法では、現像剤表面の攪拌・混合効果は比較的高くなるが、現像剤を引き上げている最中は現像剤が搬送されず、循環周期が長くなってしまうとともに、現像剤の表面側の攪拌・混合効果は高いが現像剤の底側と表面側の攪拌・混合に対しては比較的効果が小さくなっている。
図１７は、従来の画像形成装置の現像装置と磁界発生手段の構成を示す概略図である。
さらに、特許文献３では、攪拌・搬送手段の側面に磁束密度可変の磁界発生手段を図１７のように設けた現像装置の提案がなされている。この構成では、特許文献１の場合に比べて磁束密度を変化させることによる攪拌の改善は得られるが、後述するように磁束密度を単純に変化させただけでは、本発明が目的とする攪拌効率が高くならず、特許文献１と同様に、磁界で拘束力が発生した現像剤を攪拌・搬送する余分なトルクが発生し、現像器のトルク増大と変動の問題が生じてしまっていた。

特開２００１−８３７８４号公報 特開２００６−１４６０１３号公報 特開２００６−２２７３９２号公報

本発明の現像装置は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、補給されたトナーと現像剤の相対的な動きに一定の関係を設けることで、小型の現像剤攪拌・搬送手段を使用した画像形成装置でも効率的に現像剤を攪拌・混合することを可能とし、背景部へのトナー付着やハーフトーン濃度ムラのない良好な画像を形成できるとともに、現像器の駆動トルクを低減可能な画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の画像形成装置は、少なくとも非磁性トナーと磁性キャリアを含んだ二成分系の現像剤を攪拌・搬送手段により攪拌する攪拌・搬送室と、現像剤担持体に前記現像剤を攪拌・搬送手段により現像剤担持体に供給する現像室と、現像剤担持体に供給される現像剤量を規制する現像剤量規制手段を有する現像装置において、前記現像装置は、駆動時の前記攪拌・搬送室内の現像剤面が攪拌・搬送手段の回転軸上面より回転軸の片側のみで低く、前記攪拌・搬送室内の高い側の現像剤面をさらに高くする位置に容器内壁に磁束密度を可変に発生させることができる磁界発生手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記磁界発生手段が、現像容器内壁での磁束密度を回転により変化させる回転軸付きの磁石であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記磁界発生手段が、現像容器内壁での磁束密度を流す電流値で変化させる電磁石であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記磁界発生手段が、現像容器内壁での磁束密度を磁束遮断部材で変える磁石であることを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記攪拌・搬送手段が、回転軸を有するスクリューであり、記磁界発生手段が、現像容器内壁での磁束密度を周期的に変化させることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記攪拌・搬送手段が攪拌板付きの回転軸を有するスクリューからなり、前記磁界発生手段が、少なくとも、攪拌・搬送手段の攪拌板に対向する位置に設けられており、かつ、前記攪拌・搬送手段の回転周期に同期させることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記磁界発生手段は、前記攪拌・搬送手段の攪拌板が現像剤面を押し込む位置で、現像容器内壁の磁界発生手段側の現像剤を上に引き上げるように磁界を発生させ、前記攪拌・搬送手段の攪拌板先端がほぼ磁界発生手段方向から上方向を向く位置で、現像容器内壁の磁界発生手段側の現像剤に作用する磁束密度を０、または、弱くすることを特徴とする。

以上説明してきたように、本発明の画像形成装置では、現像剤面を引き上げた後、磁束密度を低下させて現像剤の崩れを生じさせ、現像剤面の動きを大きくできるとともに、攪拌・搬送手段回転方向の現像剤の動きも発生することにより、現像剤の攪拌効率が良くなるため、ハーフトーン等の濃度が安定な良好な画像が形成可能な画像形成装置を提供することが可能である。
また、磁束密度の変化による現像剤の移動を利用して攪拌・搬送手段の回転負荷を低減できることにより、現像器のトルクを低減できるため、攪拌・搬送手段の材料選択性自由度が高く、駆動トルクの低い画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

以下に、添付図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に用いた画像形成装置の概略断面図である。
本発明の実施形態の説明では、実施形態の１つである図１に概略図を示すタンデム型カラー多機能複合機である画像形成装置に用いて説明する。図１の画像形成装置では、以下の手順で画像形成した。
図示しない周波数２ｋHz、peak−to−peakで１２００Ｖの交流電圧と、−５４０Ｖの直流電圧を重畳した高圧電源に接続した帯電装置３を潜像担持体２表面に接触させ、一様に帯電させる。この一様に帯電した潜像担持体２に画像情報に従い、全面露光した場合に露光した部分が−１００Ｖとなるように、ＬＤ光学ユニット９からレーザビームを照射して潜像を作成する。
潜像担持体２は、図示しない駆動手段で１５０ｍｍ／ｓの周速で回転している。潜像は、現像装置４の方向へ搬送される。現像装置４には、非磁性トナーと磁性キャリアとの重量％でトナーが、７wt％になるように混合した現像剤が充填されており、トナーが消費された場合は、図示しないトナー濃度検出手段の出力に応じてトナー濃度がほぼ７ｗｔ％となるようにトナーが補給される。

この現像装置４における現像剤担持体４４は、内側に固定磁極ローラ、外側に回転金属スリーブから構成されており、回転金属スリーブは潜像担持体２とギャップ０．４ｍｍに保たれ、潜像担持体２の周速の２倍で回転されている。このとき、現像剤担持体４４の回転金属スリーブ表面の現像剤は、所定の量に規制された現像剤が付着しており、現像剤担持４４内部の固定磁極ローラの現像位置での磁極により穂立ちした状態で潜像担持体２と接触する。この現像剤内のトナーは、現像装置４を駆動することで磁性キャリアと摩擦帯電され、約−２０μＣ／ｇとなっている。
現像剤担持体４４には、直流バイアスとして−４００Ｖが印加されているため、潜像担持体２と現像剤担持体４４との間には、ＬＤ光学ユニット９による露光部と露光されていない部分で逆方向の電界が発生する。すなわち、帯電したトナーが電界から受ける力により、背景部には付着せず、露光部には付着し、結果として潜像が現像され、トナー像が得られる。このトナー像は中間転写ベルト６との接触部において、転写ベルト５の裏側から図示しない１７μＡの直流定電流電源に接続している１次転写ローラ７１により静電力により潜像担持体２から中間転写ベルト６に転写される。
このとき、現像装置４にそれぞれ充填されているイエロー、シアン、マゼンタ、黒色のトナー像が画像の同一位置で重ね合わせて転写され、カラートナー像が中間転写ベルト６上に形成される。中間転写ベルト６上のカラートナー像は、２次転写ローラ７２と対向ローラ８との間にかけられた電圧２５００Ｖによりできる電界から受ける力で、用紙ホッパ１０から給紙された用紙上に転写され、最後に熱定着器１１で用紙に定着され画像形成が完了する。

また、中間転写ベルト６に転写されずに潜像担持体２上に残ったトナーはクリーニングされた後、帯電装置３の位置に戻り、再度帯電され画像形成を連続的に行うことが可能となっている。用紙に転写されずに中間転写ベルト６上に残ったトナーも同様にクリーニングされ、再度潜像担持体２の位置に戻り、画像形成を連続的に行うことができる。以下の本発明の実施形態の説明では、現像装置４と磁界発生手段５５以外の影響はないため、画像形成装置のその他の部分は図１と同一構成で実施したため、現像装置４と磁界発生手段５５に限定して説明する。もちろん、本発明の実施形態で使用した以外の装置構成、例えばモノクロプリンタ、レーザファクシミリ等々の機器を用いても本発明の効果が失われるものではない。

図２は、現像装置と磁界発生手段との構成を説明する概略図である。図３は、現像装置内の現像剤の流れを示す模式図である。
図２の現像装置４では、攪拌・搬送手段４５、４６間を仕切っている現像容器４１の一部である分離板５０が図３に示したように右側と左側には現像剤が通過できる幅２５ｍｍの開口部５０あ、５０ｂを設けてあり、図３左側では攪拌・搬送室４７側から現像室４８側へ、図３右側では現像室４８側から攪拌・搬送室４７側へ現像剤が送られ、図３に示した現像剤の流れの方向に還流する構造となっている。
この現像剤の流れは、攪拌・搬送手段４５、４６の軸にらせん状の突起を設けた回転外径Φ１４、スクリューピッチ２５ｍｍのスクリュー形状で、２つのスクリューは螺旋の巻き方向が逆になっている攪拌・搬送手段４５、４６を同方向に２００rpmで回転させて流れを起こさせた。図示しないトナー補給装置からトナー補給口４３を通して現像容器４１の現像剤攪拌・搬送室４７内の現像剤の搬送方向上流側に図３に示した位置にトナーを補給した。トナー補給量は、現像剤攪拌・搬送室４７内の現像剤の搬送方向下流側の図３に示した位置に設けられたトナー濃度センサ４２の検出結果にもとづきトナー濃度が所定濃度（本実施形態では７％）になるようにトナー補給装置のＯＮ／ＯＦＦを制御し、トナーを補給する。

補給されたトナーは、上記現像剤の還流中に攪拌・搬送手段４５、４６により磁性キャリアと均一に混合され、現像剤担持体４４の内部に設けた回転しない着磁ローラの現像室４８側の磁極で形成された磁界により現像剤の状態で引き寄せられ、線速３００ｍｍ／ｓで回転する現像剤担持体４４表面の回転スリーブにより搬送され、現像部手前で非磁性ＳＵＳ製の現像剤量規制手段４９により回転スリーブ上の現像剤量が４５０ｇ／ｍ^２となるように現像剤量規制手段４９と現像剤担持体４４とのギャップを調整された状態で現像部に供給される。現像剤担持体４４には、図示しない現像バイアス印加手段から直流成分−４００Ｖを印加し、潜像担持体表面に形成された背景部約−５５０V、画像部約−１００Vの静電潜像と現像剤担持体４４との間にできる電界により、磁性キャリア表面に付着した帯電トナーが現像剤担持体４４から潜像担持体２の画像部のみに移動し、トナーが消費される。
本実施形態１では、攪拌・搬送室４７内の現像剤の量を図２に示したように攪拌・搬送手段４５の回転軸上面より現像室４８側で現像剤面が低くなるようにしてあり、図２、３のように回転軸を持つ回転外径がφ１６の磁石を現像容器４１側で下から上に移動する磁界発生手段５５を攪拌・搬送手段４５に対して軸の位置で７ｍｍ高い位置に設けてある。この磁界発生手段５５を攪拌・搬送手段４５と同じ回転周期で回転させた時の攪拌・搬送室４７内の現像剤面を動かすことができる。

図４ないし６は、現像装置内の現像剤の動きを模式的に示した概略図である。また、現像器４１内のトナーには黒色トナー、補給するトナーにはイエロートナーを用いて、現像剤と補給されたトナーの混合され方を色の変化により目視で分かりやすくして確認した。
図４〜６のように、磁界発生手段５５の磁極が攪拌・搬送室４７に近づき磁束密度が高くなるにつれ、現像剤表面は引き上げられ、逆に磁極が離れて磁束密度が低くなると崩れ落ちる。その現像剤の第１攪拌・搬送手段４５の回転軸を挟んだ両側での現像剤表面の高低差は、磁界発生手段５５を設けたことにより大きくなり、その結果現像剤表面の動きが大きくなっていることが目視で確認できた。また、図４〜６のような現像剤の動きは、現像剤の表面の攪拌・混合だけでなく、現像剤が引き上げられる際に現像容器４１底側の現像剤を引き上げるため、第１攪拌・搬送手段４５の回転軸周りを回転するため、全体として攪拌・混合が効率よく行われている。現像剤の上に補給されたトナーに注目してみると、補給直後は現像剤の上に乗っている状態となるが、現像剤が引き上げ・崩れる動きで最も良く補給されたトナーと現像剤が混合され、第１攪拌・搬送手段４５回転軸周りの回転方向の動きでも攪拌され、搬送されて下流に行くまでに磁束密度が高くなる際に現像剤の中に攪拌されながらもぐりこみ、磁束密度が下がる際に現像剤の崩れる動きで攪拌・混合されていくのが観察された。

ここで、本発明の効果を確認するために、ただ、磁界発生手段５５を設けただけの場合について確認したところ、現像剤面の第１攪拌・搬送手段４５の軸両側での現像剤面の高低差はできるが、磁束密度を下げることがないため崩れる動きができず、また現像容器底面近くの現像剤の動きがあまり大きくなく、攪拌・混合が効率よく行われないことが確認された。
また、攪拌・搬送室４７内の現像剤の量を第１攪拌・搬送手段４５の軸よりの軸両側で高くなるように現像剤を増やすと磁界発生手段５５を設け、同様に回転させても現像剤の崩れる動きが小さくなってしまい、現像容器４１の底側についても動きが小さくなり、攪拌・混合の効率があまりよくならないことを確認した。
さらに、磁界発生手段５５を回転させ、攪拌・搬送手段４５の回転軸を挟んだ両側の現像剤面の片側を第１攪拌・搬送手段４５の軸上面より低くする条件までを本実施形態と同じに、磁界発生手段５５の高さを現像剤表面より下にした場合についても確認した。その結果、現像剤表面の動きはやはり小さくなった。
すなわち、本発明の効果は、第１攪拌・搬送手段４５の軸両側での現像剤面の高さ条件と磁界発生手段５５を現像剤面が高い側に設けかつ駆動時の現像剤面より高く設ける条件と、その磁界発生手段５５で形成される磁束密度を変化させる条件の全てが満足した場合に初めて大きな効果が得られることが確認された。
さらに、本発明の効果により補給されたトナーと現像剤が効率よく攪拌・混合されているかを確認するために、トナーを補給した後のトナー濃度センサ４２出力の出力変化を用いて調べた。

図７は、磁界発生手段の位置、回転によるトナーの混合状態を示すグラフである。図７に示すように、磁界発生手段５５を設けた次の３つの構成、（１）磁界発生手段５５を現像剤面より高い位置で回転させた場合（図２）と（２）磁界発生手段５５を第１攪拌・搬送手段４５の回転軸と水平な位置で回転させた場合と（３）磁界発生手段５５現像剤面より高い位置で磁極が第１攪拌・搬送手段４５の回転軸方向に向くように固定した場合について、トナー補給タイミング以降のトナー濃度センサ４２の出力電圧をモニターした結果を示す。測定条件として、（１）〜（２）の３条件とも現像装置４内のトナー濃度を５ｗｔ％とし、駆動しながらトナーを５ｇ補給した。図７のデータは、トナー補給前の出力平均値との差を縦軸にとり、トナー濃度センサ４２の出力データそのままでは短時間の変動が大きすぎ見にくいため、前後５データの平均を取り現像剤の還流時間約１０秒での変化が分かりやすいように処理したものである。
本実施形態に使用したトナー濃度センサ４２では、トナー濃度が濃くなると出力が小さくなる回路構成となっており、下向きに最初に大きく下がっている部分がトナー補給時にトナー補給口４３の近くにいた現像剤がトナー濃度センサ４２部を通過するときの値を示しており、２回目に下がっているところがさらに現像装置４の循環部を１周して戻ってきたときの値となっている。したがって、この下がり方が小さいほど現像装置４内の現像剤と補給されたトナーがよく攪拌されていることを示している。この結果から本発明（１）の磁界発生手段５５を現像剤面より高い位置で回転させたほうが、現像剤面より低い位置で磁界発生手段５５を回転させた（２）や磁界発生手段５５を固定した（３）より現像剤の攪拌性が良いことが確認された。

上記（１）〜（３）の条件にした画像形成装置で白紙印刷２０枚、ベタ画像２枚と１ドット点からなるハーフトーン画像５枚を１セットとして繰り返し印刷を行い、トナー攪拌が不十分な場合にできるハーフトーンの部分的な濃淡むらの発生について確認した。その結果、上記攪拌効率の良し悪しに対応して、攪拌効率が良いほど、均一なハーフトーン画像が得られた。本発明で現像剤の攪拌性が良くなる理由は上で説明したように現像剤の引き上げと崩れ、および、攪拌・搬送手段４５の回転方向への動きにより、現像剤中のキャリア同士の相対的な動きと補給されたトナーと現像剤の相対的な動きの両方が大きくなるためであることから、同様の現像剤の動きを作れる構成であれば同様の効果が得られることは言うまでもない。
図８ないし図９は、磁束密度を変えることができる他の構成例を示す概略図である。図８は、磁界発生手段５５に電磁石に印加する電流値を制御することで磁束密度をかえる。図９は、磁界発生手段５５と現像装置４との間に磁界遮蔽手段５６を設け、この磁界遮蔽手段５６を運動させることで、磁界発生手段５５の現像装置４に対する磁束密度をかえる。図１０は、電磁石に印加する電流値をパルス波にすることで磁束密度をかえる。ここに示したように、周期的にＯＮ／ＯＦＦさせた電流を流す構成と、磁界発生手段５５に固定の磁石と現像容器４１の間に磁束遮断部材５６を設け、磁束遮断部材５６を周期的に上下動させた場合について確認した結果、図２の構成の場合と同様の図４〜６のような現像剤表面の引き上げと崩れ、現像剤の第１攪拌・搬送手段４５回転方向への現像剤の動きを作ることができることが上述の現像装置４内の現像剤中トナーに黒トナー、補給トナーにイエロートナーを用いることで確認できた。このように、駆動時の攪拌・搬送室４７内の現像剤面が攪拌・搬送手段４５の回転軸上面より回転軸の片側のみで低く、攪拌・搬送室４７内の高い側の現像剤面をさらに高くする位置に現像容器４１内壁に磁束密度を可変に発生させることができる磁界発生手段５５を設けたことで、補給トナーの混合・攪拌を良くしていることがわかる。

図１１は、本発明の他の実施形態となる現像装置と磁界発生手段との構成を説明する概略図である。図１２は、現像装置内の現像剤の流れを示す模式図である。図１１の現像装置４では、現像剤担持体４４で現像部に搬送された現像剤が現像容器４１内に戻った位置で現像剤担持体４４内のマグネットローラの磁束密度を小さくしてあり、現像剤担持体４４で現像部に搬送された現像剤は遠心力により現像後現像剤回収室５１に入るように構成した。また、現像後現像剤回収室５１のトナー補給口４３から現像により消費された量のトナーが補給され、攪拌・搬送室４７の現像剤の流れ上流側に第３搬送手段５２により搬送・落下され、攪拌・搬送室４７と現像室４８との間を図１２に示す方向に循環する構成とした。

本実施形態では、本発明の効果がさらに大きい構成として、図１１と図１２に概略断面図と長手方向概略平面図に示した攪拌板４５ａ、４５ｂを回転軸に対して対角位置に付けたスクリューを攪拌・搬送手段４６を用いた例について説明する。磁界発生手段５５と攪拌板４５ａと４５ｂは、同一周期で回転させ、回転位相を磁界発生手段５５の回転軸中心と攪拌・搬送手段４６の回転軸を結ぶ線を磁極が攪拌板４５ａ（または４５ｂ）より１５°早く通過するように設定した。（図１６角度＋１５°）
比較のため、回転位相を磁界発生手段５５の回転軸中心と攪拌・搬送手段４６の回転軸を結ぶ線を磁極が攪拌板４５ａ（または４５ｂ）より１５°遅く通過するように設定した場合の確認を行った。（図１６角度−１５°）
図１１の現像装置４では、現像後現像剤回収室５１にトナーを補給するため、上の現像後現像剤回収室５１から下の攪拌・搬送室４７に現像剤を落下させるため、落下による混合で補給したトナーと現像剤とが混合すること、攪拌板４５ａ、３４bを設けたことで攪拌効率が高なっており、図１６の角度−１５°でモニターしたトナー濃度センサ出力変化におけるトナー補給位置の現像剤のトナー濃度増大に対する１回目の値の低下でも図１０の場合に比べ小さくなっている。これで、攪拌・搬送手段４５が、回転軸を有するスクリューであり、磁界発生手段５５が、現像容器４１内壁での磁束密度を周期的に変化させることで、補給トナーの混合・攪拌を良くしていることがわかる。

本実施形態２でも、発明の効果を確認するため、現像装置４内の現像剤中トナーを黒トナー、補給トナーをイエロートナーとし、現像剤の動きとトナーの混合され方を実施形態１と同一の方法で確認した。ここでは、攪拌・搬送手段４５が攪拌板４５ａ、４５ｂ付きの回転軸を有するスクリューからなり、磁界発生手段５５が、少なくとも、攪拌・搬送手段４５の攪拌板４５ａ、４５ｂに対向する位置に設けられており、かつ、攪拌・搬送手段４５の回転周期に同期させる。
図１３ないし１５は、現像装置内の現像剤の動きを模式的に示した概略図である。図１６は、磁界発生手段と近藤・攪拌手段との同期によるトナーの混合状態を示すグラフである。図１３ないし１５に示したように、現像剤表面の引き上げ、落下に伴う現像剤の動きが実施形態１の場合よりさらに大きく、第２攪拌・搬送手段４６の回転軸の周りを回転する現像剤の動きも大きくなった。より詳細に観察すると、攪拌板４５ａ（または、４５ｂ）による現像剤の持ち上げと磁界発生手段５５による現像剤の引き上げにより現像剤の引き上げ量が多くなっているだけでなく、磁束密度が小さくなる図１４以降の動作で図１４の右方向に崩れる現像剤量が攪拌板４５ａによって下へ移動できないため増加する効果が得られていることが分かった。そのことは、磁極の角度を−１５°にすると、崩れる量が減少することからも確認できた。本実施形態の構成で現像剤の攪拌・混合が効率良く起きることは、図１６に示した角度＋１５°の出力からも裏付けることができた。したがって、攪拌・搬送手段が攪拌板付きの回転軸を有するスクリューからなり、
前記磁界発生手段の磁極部が攪拌・搬送手段の長手方向の少なくとも攪拌板に対向する位置に設けられており、かつ、前記攪拌・搬送手段に設けた攪拌板が磁界発生手段側に来る周期と同周期で現像容器内壁での磁束密度を変化させることで、補給されたトナーと現像剤が効率よく攪拌・混合されているかを確認することができた。

また、上記磁極角度＋１５°と磁石を無くした条件で、現像装置４の駆動モータの電流値をモニターして駆動トルクについて確認した結果、駆動トルクも同時に下がることが確認できた。比較のため角度−１５°の場合についても確認したが、駆動トルクの低減効果はわずかであった。この本発明による駆動トルク低減は、現像剤面を攪拌板４５ａ、４５ｂが押し上げるのに必要な力が、磁界によって現像剤が引き上げることにより攪拌板４５ａ，４５ｂで押し上げる現像剤量が少ないこと、現像剤面を押し込み始めるときにも磁界により現像剤が引き上げられることで攪拌板４５ａ、４５ｂで回転させる現像剤量が少なくなることにより回転負荷が小さくなったためと考えられる。逆に、現像剤を引き上げない高さに磁界発生手段５５を置くとトルクが磁界発生手段５５を無くした場合より若干増加してしまうことが確認された。これは、現像剤が磁極側に引き付けられる力により現像容器４１との摩擦力が増大し、現像剤をスクリューで搬送する際に現像容器４１近くの現像剤が動きにくくなったことや攪拌板４５ａ，４５ｂを設けたときは押し上げる力が増大した結果、駆動トルクが上昇したものと考えられる。ここでは、さらに、前記攪拌・搬送手段の攪拌板が現像剤面を押し込む位置で、攪拌・搬送室内の磁界発生手段側の現像剤を上に引き上げるように現像剤に磁界を発生させ、攪拌・搬送手段の攪拌板先端がほぼ磁界発生手段方向から上方向を向く位置で、現像剤に作用する磁束密度を０、または、弱くすることで現像剤を崩れ落ちさせ、さらに、補給されたトナーと現像剤が効率よく攪拌・混合されているかを確認することができた。このように、攪拌・搬送手段４５に攪拌板４５ａ，４５ｂを付けた場合には、単純に周期的に磁束密度を変化させるだけでは十分な効果が得られず、そのタイミングについても条件を満足しなければならないことが明らかとできた。

本発明の実施形態に用いた画像形成装置の概略断面図である。 現像装置と磁界発生手段との構成を説明する概略図である。 現像装置内の現像剤の流れを示す模式図である。 現像装置内の現像剤の動きを模式的に示した概略図である。 現像装置内の現像剤の動きを模式的に示した概略図である。 現像装置内の現像剤の動きを模式的に示した概略図である。 磁界発生手段の位置、回転によるトナーの混合状態を示すグラフである。 磁束密度を変えることができる他の構成例を示す概略図である。 磁束密度を変えることができる他の構成例を示す概略図である。 磁束密度を変えることができる他の構成例を示す概略図である。 本発明の他の実施形態となる現像装置と磁界発生手段との構成を説明する概略図である。 現像装置内の現像剤の流れを示す模式図である。 現像装置内の現像剤の動きを模式的に示した概略図である。 現像装置内の現像剤の動きを模式的に示した概略図である。 現像装置内の現像剤の動きを模式的に示した概略図である。 磁界発生手段と近藤・攪拌手段との同期によるトナーの混合状態を示すグラフである。 従来の画像形成装置の現像装置と磁界発生手段の構成を示す概略図である。

符号の説明

１：画像形成装置
２：潜像担持体（感光体）
３：帯電装置
４：現像装置
４１：現像容器
４２：トナー濃度センサ
４３：トナー補給口
４４：現像剤担持体
４５：（第１）攪拌・搬送手段
４６：（第２）攪拌・搬送手段
４５ａ、４５ｂ：攪拌板
４７：攪拌・搬送室
４８：現像室
４９：現像剤量規制手段
５１：現像後現像剤回収室
５２：（第３）攪拌・搬送手段
５５：磁界発生手段
５６：磁界遮蔽手段
６：中間転写装置（中間転写ベル）
７：転写装置
７１：１次転写装置（１次転写ローラ）
７２：２次転写装置（２次転写ローラ）
８：対向ローラ
９：ＬＤ光学ユニット
１０：用紙ホッパ
１１：定着装置

Claims (7)

1. 少なくとも非磁性トナーと磁性キャリアを含んだ二成分系の現像剤を攪拌・搬送手段により攪拌する攪拌・搬送室と、
   現像剤担持体に前記現像剤を攪拌・搬送手段により現像剤担持体に供給する現像室と、
   現像剤担持体に供給される現像剤量を規制する現像剤量規制手段を有する現像装置において、
   前記現像装置は、駆動時の前記攪拌・搬送室内の現像剤面が攪拌・搬送手段の回転軸上面より回転軸の片側のみで低く、
   前記攪拌・搬送室内の高い側の現像剤面をさらに高くする位置に容器内壁に磁束密度を可変に発生させることができる磁界発生手段を設けた
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記磁界発生手段が、現像容器内壁での磁束密度を回転により変化させる回転軸付きの磁石である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記磁界発生手段が、現像容器内壁での磁束密度を流す電流値で変化させる電磁石である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記磁界発生手段が、現像容器内壁での磁束密度を磁束遮断部材で変える磁石である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記攪拌・搬送手段が、回転軸を有するスクリューであり、
   前記磁界発生手段が、現像容器内壁での磁束密度を周期的に変化させる
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記攪拌・搬送手段が攪拌板付きの回転軸を有するスクリューからなり、
   前記磁界発生手段が、少なくとも、攪拌・搬送手段の攪拌板に対向する位置に設けられており、かつ、前記攪拌・搬送手段の回転周期に同期させる
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６に記載の画像形成装置において、
   前記磁界発生手段は、前記攪拌・搬送手段の攪拌板が現像剤面を押し込む位置で、現像容器内壁の磁界発生手段側の現像剤を上に引き上げるように磁界を発生させ、
   前記攪拌・搬送手段の攪拌板先端がほぼ磁界発生手段方向から上方向を向く位置で、現像容器内壁の磁界発生手段側の現像剤に作用する磁束密度を０、または、弱くする
   ことを特徴とする画像形成装置。

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