JP2011043701A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤が劣化しても、補給された現像剤を循環する現像剤に十分に攪拌混合して、帯電量が高く揃った現像剤で像担持体の静電像を現像できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像容器４１は、隔壁４９によって、現像スリーブ４７が設置される現像室４１ｂと補給現像剤を攪拌するための攪拌室４１ａとに仕切られている。現像室４１ｂには、現像スリーブ４７に現像剤を供給するための現像スクリュー４２が配置され、攪拌室４１ｂには、循環する現像剤を攪拌して補給現像剤を混合するための攪拌スクリュー４３、４４が高さ方向に重ねて配置される。攪拌スクリュー４４の外径の下端面は、下方に配置されている攪拌スクリュー４３の外径の上端面より上方に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、隔壁で仕切られた現像容器の片側の空間に長手方向の搬送部材が複数配置された現像装置、詳しくは片側の空間に補給された現像剤を、循環する現像剤に速やかに混合させる構造に関する。

トナーとキャリアを含む二成分現像剤を用いて、感光体に形成された静電像を現像する画像形成装置が広く用いられている。図２に示すように、二成分現像剤を用いる現像装置は、現像容器（４１）内で二成分現像剤を循環させつつ補給された現像剤と攪拌混合してトナーとキャリアとを摩擦帯電させている。現像容器の隔壁で仕切られた長手方向の第１室（４１ｂ）には現像剤担持体（４７）及び供給部材（４２）が配置され、第２室（４１ａ）には搬送部材（４３）が配置される。そして、供給部材（４２）と搬送部材（４３）とが長手方向の逆方向に現像剤を搬送することで、現像剤が現像装置内を循環している。

近年、現像装置が小型化されて現像容器（４１）内の現像剤の収納量が減る一方で、画像形成の生産性を高めるためにプロセススピードが高められて、単位時間当たりのトナー消費量は増えている。これにより、現像容器（４１）内での現像剤の循環速度が高まる一方で、トナー消費量の多い（画像比率が高い）画像形成では、現像容器（４１）を循環する現像剤に大量の補給現像剤が補給されるようになった。その結果、図７に示すように、帯電量が不足したまま現像剤担持体（４７）に担持されて、静電像の現像に関与する現像剤が増えてしまった。

このため、図６に示すように、搬送部材（４３）に補助攪拌部材（４３ｃ）を設けて、循環する二成分現像剤に対する補給現像剤の混合性能を高めている（特許文献１）。また、第２室（４１ａ）における現像剤の搬送速度を第１室（４１ｂ）における搬送速度よりも低くすることにより、第２室（４１ａ）で補給現像剤が循環する現像剤に混合される時間を長くして、補給現像剤の帯電量を高めている（特許文献２）。

特許文献３には、第２室（４１ａ）に２本の搬送部材を配置して、第２室（４１ａ）における現像剤の搬送速度を特許文献２の現像装置よりもさらに遅くした現像装置が示される。ここでは、２本の搬送部材を水平に並べて、補給現像剤を２本の第２搬送部材（４３）の中間へ巻き込むように、ウイズ方向に回転させている。

特開平７−１３４２０号公報 特開２００１−１５４４７１号公報 特開２００５−３４５８５８号公報

特許文献３に示される現像装置では、補給された現像剤の第２室（４１ａ）における滞在時間は長くなるが、それに見合った十分な混合がされないまま、第１室（４１ｂ）へ現像剤が流れ込む場合がある。

すなわち、画像比率が低い（トナー消費量が少ない）画像形成が続くと、現像容器（４１）内で現像剤が停滞して長時間攪拌される結果、現像剤が劣化して流動性が低下する。そして、現像剤の流動性が低下した状態で画像比率が高い（トナー消費量が多い）画像形成が開始されると、循環する現像剤の上に補給現像剤が層状に堆積したまま十分に攪拌されることなく第２室（４１ａ）を通過する場合がある。キャリアを含んで重い二成分現像剤の上にキャリアを含まない軽い補給現像剤が堆積すると、軽い補給現像剤が重い現像剤に沈み込めず、板状に流れて上滑りする現象が観察された。

その結果、補給現像剤の一部が十分に摩擦帯電を受けないまま現像剤担持体（４７）に担持されて、静電像の現像に関与する。そして、帯電量のばらつきが大きな現像剤で現像が行われると、画像の濃度ムラが目立って出力画像の品質が低下する。また、帯電量の不足した現像剤で現像が行われると、画像の白地部に現像剤が付着してカブリ画像が発生したり、画像形成中の現像剤の飛散が増えたりする。

本発明は、現像剤が劣化しても、補給された現像剤を循環する現像剤に十分に攪拌混合して、帯電量が高く揃った現像剤で像担持体の静電像を現像できる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、長手方向の両端部に開口部を配置した隔壁で第１室と第２室とに仕切られた現像容器と、前記第１室に配置されて現像剤を長手方向に搬送しつつ現像剤担持体に供給する供給部材と、前記第２室に配置されて現像剤を前記供給部材とは逆方向に並行して搬送する第１及び第２搬送部材とを備え、前記開口部を通じて前記第１室と前記第２室を循環する現像剤に対して前記第２室の上流側で補給現像剤を補給する現像剤補給装置を備えたものである。そして、前記第１搬送部材と前記第２搬送部材とは、高さ方向に少なくとも一部重ねて配置される。

本発明の現像装置では、並行する第１搬送部材と第２搬送部材との間に補給現像が寄せられて厚く堆積する余地を無くして、補給現像剤を上側の搬送部材の回転に伴って直ちに循環する現像剤に混合する。

また、第１搬送部材と第２搬送部材とが共働して、循環する現像剤を第２室の深さ方向に深く巻き込むので、現像剤が劣化しても、第２室に、流動性を喪失した現像剤のブロックが形成されにくい。第２室で循環する現像剤を深さ方向に深く巻き込む流れに補給された現像剤を薄く巻き込んで攪拌混合するので、循環する現像剤と補給された現像剤の混合拡散が早まる。

従って、現像剤が劣化しても、補給された現像剤を循環する現像剤に十分に攪拌混合して帯電量が高く揃った現像剤で像担持体の静電像を現像できる。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 現像装置の内部構造の平面図である。 実施例１の現像装置の構成の説明図である。 搬送スクリューの構成の説明図である。 比較例の現像装置の構成の説明図である。 比較例の現像装置におけるトナーの帯電量分布の説明図である。 未帯電及び逆極性に帯電したトナーの個数の比較結果の説明図である。 カブリ濃度の測定結果の説明図である。 実施例２の現像装置の構成の説明図である。 実施例３の現像装置の構成の説明図である。 比較例の現像装置における補給現像剤の攪拌・混合の説明図である。 実施例４の現像装置における攪拌室内の現像剤の搬送状態の説明図である。 実施例３の現像装置における現像容器内を循環する現像剤の搬送状態の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、現像剤が補給される第２室に複数の搬送部材が平行に重ねて配置される限りにおいて実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、現像装置を共通とする種々の形態の画像形成装置、すなわち、中間転写型、記録材搬送体型、タンデム型、１ドラム型、フルカラー、モノクロの区別無く実施できる。二成分現像剤を用いる現像装置のみならず、循環する一成分現像剤に消費しただけの一成分現像剤が補給される現像装置でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１０に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

画像形成部ＰＹでは、感光ドラム１Ｙにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト１０に一次転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト１０のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＢでは、それぞれ感光ドラム１Ｃ、１Ｂにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて同様に中間転写ベルト１０に順次重ねて一次転写される。

中間転写ベルト１０に一次転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ一括二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置１５で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、排出ローラ１６を通じて積載トレイ１７へ排出される。

分離ローラ２１は、記録材カセット２０から引き出した記録材Ｐを１枚ずつに分離して、レジストローラ２２へ送り出す。レジストローラ２２は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト１０のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ送り込む。

定着装置１５は、ヒータを設けた定着ローラ１５ａに加圧ローラ１５ｂを圧接して加熱ニップを形成する。記録材Ｐは、加熱ニップで挟持搬送される過程で、加熱加圧を受けてトナー像を溶融させ、フルカラー画像を表面に定着される。

中間転写ベルト１０は、テンションローラ１２、駆動ローラ１１、及び対向ローラ１３に掛け渡して支持され、駆動ローラ１１に駆動されて矢印Ｒ２方向に回転する。二次転写ローラ１４は、接地電位に接続された対向ローラ１３によって内側面を支持された中間転写ベルト１０に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写ローラ１４に正極性の直流電圧が印加されることにより、中間転写ベルト１０に担持されたトナー像が記録材Ｐに二次転写される。

画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢは、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部ＰＹについて説明し、他の画像形成部ＰＭ、ＰＣ、ＰＢについては、説明中の符号末尾のＹを、Ｍ、Ｃ、Ｂに読み替えて説明されるものとする。

画像形成部ＰＹは、感光ドラム１Ｙを囲んでコロナ帯電器２Ｙ、露光装置３、現像装置４Ｙ、一次転写ローラ５Ｙ、クリーニング装置７Ｙを配置している。感光ドラム１Ｙは、アルミニウムシリンダの外周面に帯電極性が負極性の感光層を形成しており、所定のプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。

コロナ帯電器２Ｙは、コロナ放電に伴う荷電粒子を感光ドラム１Ｙに照射して、感光ドラム１Ｙの表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置３は、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１Ｙの表面に画像の静電像を書き込む。

現像装置４Ｙは、後述するように、二成分現像剤を用いて感光ドラム１Ｙの静電像を現像する。一次転写ローラ５Ｙは、中間転写ベルト１０の内側面を押圧して、感光ドラム１Ｙと中間転写ベルト１０との間に一次転写部Ｔ１を形成する。一次転写ローラ５Ｙに正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム１Ｙに担持された負極性のトナー像が、一次転写部Ｔ１を通過する中間転写ベルト１０へ一次転写される。

クリーニング装置７Ｙは、感光ドラム１Ｙにクリーニングブレードを摺擦させて、一次転写部Ｔ１を通過した感光ドラム１Ｙに付着した転写残トナーを掻き落として回収する。

＜実施例１＞
図２は現像装置の内部構造の平面図である。図３は実施例１の現像装置の構成の説明図である。図４は搬送スクリューの構成の説明図である。

図２に示すように、現像装置４Ｙは、現像容器４１内で二成分現像剤を攪拌して帯電させ、帯電した二成分現像剤を穂立ち状態で現像スリーブ４７に担持させて、感光ドラム１Ｙを摺擦する。直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を電源Ｄ４が現像スリーブ４７に印加することで、現像スリーブ４７に対して相対的に正極性になった静電像（露光部）に負極性に帯電したトナーが移転して、静電像が反転現像される。

現像スリーブ４７は、回転自在な非磁性体の金属円筒であり、現像スリーブ４７の表面は、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲内に入るのが望ましい。現像スリーブ４７は、モータ５２により回転駆動され、現像領域Ｓ−Ｄｇａｐで現像電界を形成するための現像電圧が電源Ｄ４により印加される。

現像容器４１は、長手方向の両端部に開口部４９ａ、４９ｂを有する隔壁４９で第１室（４１ａ）と第２室（４１ｂ）とに仕切られて、現像剤の循環経路を構成する。供給部材の一例である現像スクリュー４２は、第１室（４１ｂ）に配置されて現像剤を長手方向に搬送しつつ現像剤担持体（４７）に供給する。第１搬送部材の一例である攪拌スクリュー４３は、第２室（４１ａ）に配置されて現像剤を供給部材（４２）とは逆方向に搬送する。そして、現像容器４１内で、現像剤は、開口部４９ａ、４９ｂを通じて第１室（４１ｂ）と第２室（４１ａ）を循環しており、循環する現像剤に対して、第２室（４１ａ）の上流側で現像剤が補給される。

図３に示すように、第２搬送部材の一例である攪拌スクリュー４４は、第２室（４１ａ）に、第１搬送部材（４３）と高さ方向に少なくとも一部重ねて配置されて第１搬送部材（４３）と同一方向に現像剤を搬送する。

現像スリーブ４７は、複数の磁極を有する固定マグネット５１を内蔵する。現像スリーブ４７に内蔵された固定マグネット５１は、同極性の磁極が隣り合う反発極を持つ。ここでは、反発極の極間は磁気力が働かないため現像剤を担持することができない。現像スリーブ４７に担持されて現像によるトナー消費を終え、トナー濃度の低下した現像剤はここで現像スリーブ４７を離れる。現像スリーブ４７を離れた現像剤は、現像スクリュー４２により搬送され、現像室４１ｂの下流で攪拌室４１ａに流入し、攪拌室４１ａの上流側で補給現像剤を補給される。

現像容器４１は、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤を収容しており、非磁性トナーと磁性キャリアの混合比は重量比で１：９程度である。現像容器４１の感光ドラム１Ｙ側の開口から一部露出するように、現像スリーブ４７が配置される。現像容器４１は、隔壁４９によって、現像スリーブ４７が設置される現像室４１ｂと、補給現像剤を攪拌するための攪拌室４１ａとに仕切られている。

現像室４１ｂには、現像スリーブ４７に現像剤を供給するための現像スクリュー４２が配置され、攪拌室４１ｂには、循環する現像剤を攪拌して補給現像剤を混合するための攪拌スクリュー４３、４４が重ねて配置される。

ここで、攪拌スクリュー４４の外径の下端は、下方に配置されている攪拌スクリュー４３の外径の上端より上方に間隔を設けて対向する。その理由は、攪拌スクリュー４４の外径の下端面が、攪拌スクリュー４３の外径の上端面より下方に配置された場合には、攪拌スクリュー４３、４４に挟まれた部分で現像剤に大きな負荷がかかって好ましくないからである。現像剤に大きな負荷がかかると、現像剤の寿命が短くなるからである。

現像容器４１中に収容された現像剤は、現像スクリュー４２、攪拌スクリュー４３、４４に搬送されて現像室４１ｂと攪拌室４１ａとの間を循環する。現像スクリュー４２、攪拌スクリュー４３、４４は、磁性体の回転軸４２ａ、４３ａ、４４ａの周りに、搬送部材としての螺旋形状のフィン４２ｂ、４３ｂ、４４ｂを設けて形成されている。フィン４２ｂ、４３ｂ、４４ｂのピッチはそれぞれ１８ｍｍ、２４ｍｍ、２４ｍｍとした。

図４に示すように、攪拌スクリュー４３、４４には、螺旋形状のフィン４３ｂ、４４ｂに加えて、軸４３ａ、４４ａから半径方向に突出して現像剤の搬送方向に所定の幅を有する攪拌リブ４３ｃ、４４ｃが配置されている。攪拌リブ４３ｃ、４４ｃは、回転軸４３ａ、４４ａの回転に伴って現像剤を攪拌して、循環する現像剤に補給された現像剤を混合する。

図２に示すように、現像剤補給装置６０は、開口部４９ａ、４９ｂを通じて現像室４１ｂと攪拌室４１ａとを循環する現像剤に対して第２室の上流側で補給現像剤を補給する。

図３に示すように、トナー１００％の補給現像剤が充填された現像剤補給装置６０が現像装置４Ｙの上部に接続されている。現像剤補給装置６０は、画像形成に伴って消費されて現像装置４Ｙから取り出されるトナー量に見合った補給現像剤を現像装置４Ｙに供給して、現像装置４Ｙ内の二成分現像剤に占めるトナーの重量比（トナー濃度）を所定範囲に維持する。

制御部６２は、自動トナー補給制御（ＡＴＲ：Ａｕｔｏ Ｔｏｎｅｒ Ｒｅｐｌｅｎｉｓｈｅｒ）を実行して、攪拌室４１ａに補給される補給現像剤の量を制御する。すなわち、制御部６２は、画像形成ごとのトナー消費量を計算して、画像形成でのトナー消費量に見合った補給現像剤が補給口６４から落下するように、モータ６３を制御して供給スクリュー６５を回転させる。また、制御部６２は、攪拌室４１ａに設置されたインダクタンスセンサ６１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を算出する。そして、所定のトナー濃度に収束するように、モータ６３を制御して供給スクリュー６５を回転させる。

これにより、攪拌室４１ａの上流部にある補給口６４から攪拌室４１ａに補給現像剤が供給されて、攪拌スクリュー４４により分散される。分散されて既存の循環する現像剤に取り込まれた補給現像剤は、攪拌スクリュー４３によって深さ方向に混合される。これにより、循環する現像剤中のトナー濃度が均一化される。

攪拌室４１ａに設置された攪拌スクリュー４４は、現像容器４１内を循環する現像剤に補給現像剤を分散する機能を担う。攪拌スクリュー４４の毎分回転数を攪拌スクリュー４３よりも低く設定しているので、補給現像剤の分散・混合能力が高まり、現像容器４１内を循環する現像剤に補給現像剤が取り込まれずに現像剤表面を未混合のまま滑るのを防ぐことができる。

攪拌スクリュー４３、４４が共働して十分な混合を行うことにより、補給現像剤とキャリアの接触回数が増大する。その結果、混合不良による未帯電トナーの数が減少してトナーの帯電量Ｑ／Ｍの分布が安定する。

このようにして、所定の帯電量Ｑ／Ｍまで帯電されたトナーを含む二成分現像剤の一部が現像スリーブ４７に担持される。現像スリーブ４７に担持された二成分現像剤は、磁性ブレード４６で層厚が一定厚さに規制されて現像スリーブ４７に担持される。現像スリーブ４７に担持された一定厚さの二成分現像剤が感光ドラム１ａと対向する現像領域へ搬送される。現像領域に搬送された二成分現像剤中のトナーは、現像スリーブ４７と感光ドラム１との間に形成される現像電界によって感光ドラム１ａに転移して、感光ドラム１ａ上の静電像を現像する。

＜比較例＞
図５は比較例の現像装置の構成の説明図である。図６は比較例の現像装置におけるトナーの帯電量分布の説明図である。図７は未帯電及び逆極性に帯電したトナーの個数の比較結果の説明図である。図８はカブリ濃度の測定結果の説明図である。

非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を用いる二成分現像方式では、別体に設けられた現像剤補給装置から現像装置へトナーを補給する。このため、二成分現像剤のトナー濃度（キャリアとトナーの合計重量に対するトナー重量の割合）を安定させることは、出力画像の画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素である。

図５に示すように、比較例の現像装置４Ｈでは、現像容器４１は、隔壁４１ｃによって、現像スリーブ４７が設置される現像室４１ｂと補給現像剤を攪拌するための攪拌室４１ａとに分けられる。現像室４１ｂには現像スクリュー４２が配置され、攪拌室４１ａには攪拌スクリュー４３が配置される。そして、現像スクリュー４２と攪拌スクリュー４３は略水平かつ平行に設けられ、現像剤は現像室４１ｂと攪拌室４１ａとを互いに逆方向に攪拌・搬送されながら循環する。そして、現像スクリュー４２と攪拌スクリュー４３とが現像剤を搬送して現像容器４１内を循環させることにより、現像剤補給装置６０から補給された補給現像剤は、循環する現像剤に混合してトナー濃度を均一にする。

図２に示すように、現像剤補給装置６０から補給された補給現像剤は、攪拌スクリュー４３による現像剤の循環ととともに搬送され、循環する現像剤中に分散する。このため、現像剤の循環は、補給現像剤を分散させ、現像容器４１内のトナー濃度を一定にするために大変重要な役割を果たしている。

現像剤中のトナー濃度は、現像作用や補給動作により変化する。出力画像の画像品質を一定に保持するためには、現像室４１ｂに補給現像剤が供給される時点でトナー濃度を十分に均一な状態にすることが望ましい。そのためには、トナー消費、補給現像剤補給に伴うトナー濃度の変動は、攪拌室４１ａにて十分攪拌し、トナー濃度を一定にした状態で現像室４１ｂへ流れ込ませることが重要となる。

ところが、現像剤のトナー濃度の変動が著しい場合には、補給現像剤が循環する現像剤に対して十分に攪拌・混合されず、画像濃度ムラや、帯電量の低い未帯電のトナーが発生してしまう等の問題が発生する。

特に、近年のプロセススピードの高速化により、単位時間あたりに消費されるトナーの量は増大していく傾向にある。その際、プロセススピードの高速化に伴って攪拌スクリュー４３の回転数を高くすると、補給現像剤が、循環する現像剤中に取り込まれることなく、現像剤表面に乗った状態で搬送されることがある。この場合、補給現像剤が循環する現像剤と攪拌・混合されないまま現像室４１ｂへ流れ込むといった不具合が起こる。

そして、混合が不十分なためにトナー消費及び補給現像剤補給によるトナー濃度変動を攪拌室４１ａ内で抑えられなくなると、トナーの単位質量当たり帯電量Ｑ／Ｍの分布が不安定となり、未帯電トナーの数が増加する。

図５に示すように、比較例の現像装置４Ｈは、攪拌スクリュー４３のみで攪拌室４１ａの現像剤を搬送する従来の現像装置である。攪拌スクリュー４３の毎分回転数を高めて攪拌室４１ａを搬送される毎分現像剤量を実施例１と等しく設定してある。その他の部分については、図３に示す実施例１と等しく構成している。

そして、実施例１の現像装置４Ｙと比較例の現像装置４Ｈとについて、条件を揃えた連続画像形成の耐久実験を行って現像剤の帯電量を測定して比較し、同時に出力画像の品質を比較した。

比較例の現像装置４Ｈと実施例１の現像装置４Ｙとをそれぞれ図１に示す画像形成装置１００に搭載し、１度に作製した二成分現像剤及び補給現像剤をそれぞれの現像装置４Ｈ、４Ｙに分けて充填した。補給現像剤が分散・混合しにくい常温低湿（ＬＬ：２３℃／５％）環境下で１０時間放置して、耐久実験を開始した。

耐久実験は、トナー消費量（補給現像剤の補給量）が一番多い全面最大濃度画像を６０００枚連続プリントした。途中１０００枚ごとにカブリ濃度測定を行い、６０００枚プリントした後にトナーの帯電量分布の測定を行った。

カブリ濃度測定には、東京電色社製のＲＥＦＬＥＣＴＭＥＴＥＲ ＭＯＤＥＬ ＴＣ−６ＤＳを使用し、プリントした定着画像の白地部の白色度と記録材の白色度との差からカブリ濃度（％）を算出した。

トナーの帯電量分布の測定には、ホソカワミクロン社製のＥスパートアナライザを使用し、トナー３０００個についてトナー帯電量の刻みごとの個数（頻度）を測定した。

図６は、６０００枚の連続画像形成を行った後に現像剤のトナー帯電量分布を測定した結果である。

図６に示すように、比較例の現像装置４Ｈを用いた場合、補給現像剤が循環する現像剤中のキャリアと十分に混合して攪拌されないため、図６中、帯電量０近傍のピークで示されるように殆ど帯電されていないトナーが多く存在する。これに対して、実施例１の現像装置４Ｙでは、比較例の現像装置４Ｈよりも全体的に帯電量分布の帯電量が高められるとともに、帯電量０近傍のピークが解消されている。

図７は、カブリ画像の原因と考えられる逆極性に帯電したトナー（正極性に帯電したトナー）の個数をトナー３０００個についてカウントした結果である。この数値は、図６のトナー帯電量分布の測定データから帯電量が０μＣ／ｇ及び正帯電したトナーの個数をデータ処理することで求めたものである。

図７に示すように、比較例の現像装置４Ｈを用いた場合、反転帯電トナー個数は約３０７個である。これに対して、実施例１の現像装置４Ｙを用いた場合、反転帯電トナー個数は２３０個と大幅に低減している。

図６、図７の結果より、実施例１の現像装置４Ｙを使用することで、比較例の現像装置４Ｈよりも補給現像剤と循環する現像剤の混合攪拌性能が向上したことがわかる。

図８は、１０００枚の画像形成ごとに全面白地画像をプリントして、そのカブリ濃度を測定した測定結果である。カブリ濃度は、数値が小さいほど画像の白地部におけるトナー付着量が少ないことを示している。

図８に示すように、常温低湿（ＮＮ：２３℃／５％）環境で１０時間放置して耐久実験を開始した直後は、比較例の現像装置４Ｈと実施例１の現像装置４ｅとでカブリ濃度は０．７５％と同等であった。

次に、全面最大濃度画像をプリントし続け、１０００枚のところで再びカブリ濃度を測定したところ、比較例の現像装置４Ｈでは、カブリ濃度が３．０％で、画像上カブリ画像が目立つようになった。これに対して、実施例１の現像装置４ｅでは、カブリ濃度が０．７５％→１．７％に上昇しているものの、比較例の現像装置４Ｈのようにカブリ画像が目立つことはなく、良い結果となった。続けて合計６０００枚の画像形成を行い、１０００枚ごとにカブリ測定を行ったが、全体として実施例１の現像装置は、比較例の現像装置４Ｙよりも良好な結果が得られた。

以上説明したように、実施例１の現像装置４Ｙは、補給現像剤と循環する現像剤との十分な攪拌混合能力を有することで、トナー帯電量不足を原因として発生する画像問題を防止できる。これにより、長期に渡って初期の出力画像品質を維持する二成分現像方式を用いた現像装置を実現できる。

また、実施例１の現像装置４Ｙは、攪拌スクリュー４３、４４を高さ方向に重ねて配置することにより、水平に並べる場合よりも攪拌室４１ａの厚みを小さくして現像装置４Ｙを小型化できる。攪拌スクリュー４３の直径を大きくしなくても、現像容器４１内の現像剤量を増すことができ、トナー濃度の変動幅を低くすることができる。

画像形成装置全体の小型化が進む今日、現像装置においても小型化が要求されている。図１に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢを水平方向に並べて配置する場合、現像装置の横断面の幅を狭めることが画像形成装置の小型化に貢献する。そのため、特許文献３に示されるように、攪拌室中に水平に並べて２本の攪拌スクリューを配置することは実際には不可能な場合が多い。

＜実施例２＞
図９は実施例２の現像装置の構成の説明図である。

図９に示すように、実施例２の現像装置では、攪拌スクリュー４４の更に上方に、攪拌スクリュー４８を配置しており、攪拌スクリュー４３、４４、４８が攪拌室４１ａの現像剤を並行に搬送する。攪拌室４１ａに補給された補給現像剤は、攪拌スクリュー４８により、攪拌室４１ａで十分に混合・攪拌される。

実施例２では、攪拌室４１ａ内における補給現像剤の分散・混合能力を向上させるために、攪拌室４１ａ内に搬送部材を並列に複数備える。攪拌室４１ａ中で、上側の搬送部材は、循環する現像剤に対する補給現像剤の取り込みや混合を担い、底側の搬送部材は循環する現像剤の軸方向の搬送を担う。このような搬送部材の機能分離を行うことで、現像剤の攪拌能力と搬送能力を同時に向上させる。実施例２の構成により、トナー消費と補給現像剤の補給に伴うトナー濃度の変動を相対的に低く抑えることができ、出力画像の濃度ムラを低減できる。また、トナー濃度の変動を攪拌室４１ａにて抑えることができるので、未帯電トナーを減らし、飛散やカブリ画像等の画像不良の発生を抑えることができる。

＜実施例３＞
図１０は実施例３の現像装置の構成の説明図である。図１１は比較例の現像装置における補給現像剤の攪拌・混合の説明図である。

実施例３の現像装置は、図３に示す実施例１の現像装置４Ｙにおいて、攪拌室４１ａの上側に配置された搬送スクリュー４４の回転方向を実施例１とは逆方向としたが、それ以外の構成は実施例１と同一である。このため、図１０、図１１中、実施例１と共通する構成部材には図３と共通する符号を付して、構成部材に関する重複した説明を省略する。

図１０に示すように、実施例３では、攪拌スクリュー４３と攪拌スクリュー４４とが同一回転方向に回転して、対向面でカウンタ方向に回転する。これにより、実施例１よりも短時間で補給現像剤の分散・混合を行って高い攪拌効果が得られるようになった。

まず、図５に示す比較例の現像装置４Ｈを用いて攪拌室４１ａに補給現像剤を補給しつつ循環する現像剤の状態を観察した。シアンの現像剤を循環させた状態でイエローの補給現像剤を補給してトナーの分散・攪拌性能を高速ビデオ撮影で確認した。すると、図１１に示すように、攪拌室４１ａを循環する現像剤は図中の矢印のように、攪拌スクリュー４３のフィン４３ｂの回転方向に連れ回って、スクリュー軸４３ａの断面方向に循環した。補給現像剤もその循環に伴って循環する現像剤中へ取り込まれ、攪拌されていく様子が観察された。

図１０に示すように、攪拌スクリュー４３、４４を同じ回転方向にした場合、攪拌スクリュー４４の回転によって循環する現像剤に取り込まれた補給現像剤は、矢印Ｄに示すようにフィン４４ｂに連れ回って攪拌室４１ａの下方へ運ばれる。攪拌スクリュー４４下端付近では、矢印Ｅに示す方向に運ばれるが、続いて、攪拌スクリュー４３のフィン４３ｂの上端の矢印Ｆに示す方向に連れ回るようになる。結果として、補給現像剤は、攪拌室４１ａの容器の内壁を深さ方向に大きく周回して循環する。逆に、実施例１のように、攪拌スクリュー４３と攪拌スクリュー４４とが互いに逆の回転方向に回転して対向面でウイズ方向に相対移動する場合、補給現像剤は、攪拌スクリュー４４の矢印Ｅ方向に連れ回ってしまう。このため、実施例３のような深さ方向の高い攪拌能力を得ることはできなかった。

実施例３の現像装置４Ｙについて、シアンの現像剤２００ｇに対してイエローの補給現像剤２ｇを補給して、補給現像剤の分散・攪拌性能を高速ビデオ撮影で確認した。その結果、実施例１のように、攪拌スクリュー４３と攪拌スクリュー４４とを逆の回転方向とした場合には、混合ムラが完全に消えるのに９０秒ほどかかった。これに対して、実施例３のように攪拌スクリュー４３と攪拌スクリュー４４とを互いに同じ回転方向とした場合には、約半分の４５秒間で混合ムラが消えた。

また、実施例３の効果の確認のために、実施例１の評価で行った６０００枚の画像形成を同様に行った。実施例１と並べて、図７に未帯電及び逆極性に帯電したトナーの個数の比較結果を示し、図８にカブリ濃度の測定結果を示す。図７、図８に示すように、実施例３では、比較例の現像装置４Ｈと比較して大幅に改善が見られることは勿論、実施例１の現像装置４Ｙを用いた場合と比較しても若干の改善が見られる。

以上説明したように、実施例３の現像装置によって、補給現像剤を循環する現像剤に対して効率良く攪拌混合することができる。これにより、トナーの帯電量不足を原因として発生する画像問題を防止し、長期に渡って出力画像の画像品質を初期の状態に維持できる二成分現像方式の現像装置を実現できる。

＜実施例４＞
図１２は実施例４の現像装置における攪拌室内の現像剤の搬送状態の説明図である。図１３は実施例３の現像装置における現像容器内を循環する現像剤の搬送状態の説明図である。図１２、図１３中、（ａ）は（ｂ）と対照して現像剤の循環を理解するために左右を逆にして示した。（ａ）は現像室内の現像剤の搬送状態、（ｂ）は攪拌室内の現像剤の搬送状態である。

実施例４の現像装置は、図２、図３、図１０に示す実施例３の現像装置４Ｙにおいて、攪拌室４１ａの下側に配置された搬送スクリュー４３のフィン４３ｂのピッチを実施例１とは異ならせたが、それ以外の構成は実施例３と同一である。このため、図１２中、実施例３と共通する構成部材には図３と共通する符号を付して、構成部材に関する重複した説明を省略する。

図１２に示すように、実施例４では、第１搬送部材（４３）は、搬送方向の上流側よりも下流側で単位時間当たり搬送量が低下するように構成されている。そして、第１搬送部材（４３）の上流側部分による現像剤の単位時間当たり搬送量は、第２搬送部材（４４）による現像剤の単位時間当たり搬送量よりも多い。そして、第１搬送部材（４３）の下流側部分による現像剤の単位時間当たり搬送量は、第２搬送部材（４４）による現像剤の単位時間当たり搬送量よりも少ない。

具体的には、攪拌室４１ａの底側に配置された攪拌スクリュー４３の搬送方向下流側のピッチを上流側よりも狭くしてある。攪拌室４１ａの上側に配置された攪拌スクリュー４４のピッチを全体的に２４ｍｍとする一方、底側に配置された攪拌スクリュー４３のピッチは、長手方向の中央から上流側の半分を２４ｍｍ、下流側の半分を１８ｍｍとした。

これにより、攪拌スクリュー４３の下流側で攪拌スクリュー４４に向かって湧き上がるような現像剤の流れが形成されて、実施例３よりも短時間で補給現像剤の分散・混合を行って高い攪拌効果が得られるようになった。

ただし、攪拌スクリュー４３のピッチを変更する位置は、長手方向の中央には限定されず、下流側の端部から全長の４分の１までの位置や、同じく３分の１までの位置であってもよい。

ここで、図１３に示す実施例３の現像装置に比較して、実施例４における攪拌室４１ａ内の現像剤の攪拌・混合状態を説明する。

図１３の（ａ）は、実施例３の現像装置において、現像スリーブ４７側から見た現像室４１ｂ内を循環する現像剤の状態である。図１３の（ｂ）は、（ａ）とは反対側から見た攪拌室４１ａ内を循環する現像剤の状態である。

図１３の（ａ）に示すように、実施例３では、現像室４１ｂの現像剤は、現像スクリュー４２によって図中の右から左へと搬送され、隔壁４９が途切れる開口部４９ａで攪拌室４１ａに流入する。現像スクリュー４２は、毎分回転数が比較的に高いため、循環する現像剤の搬送速度は速く勢い付けられている。現像スクリュー４２の搬送速度が低い場合、現像剤担持体の軸方向において、現像剤担持体に供給される現像剤のトナー濃度が不均一となる。特に、画像比率が高くてトナー消費量の多い画像を連続して出力する場合、軸方向の画像濃度ムラが生じ易くなり、高画質の出力画像を形成することが困難となる。

このため、現像室４１ｂの下流側では、徐々に現像剤の界面が高くなっていき、開口部４９ａから攪拌室４１ｂへ流入する。一方、攪拌室４１ａでは、上流側で補給された補給現像剤が十分な摩擦機会を得て必要な帯電量に高められるように、長手方向の現像剤の搬送速度をあまり高くしないことが望ましい。攪拌室４１ａにおける現像剤の滞在時間を長くして十分な攪拌・混合を経て現像室４１ｂへ現像剤が供給されることが望ましい。

図１３の（ｂ）に示すように、実施例３では、攪拌室４１ａの長手方向断面では、開口部４９ａの紙面奥側の現像室４１ｂから手前側の攪拌室４１ａへ現像剤が流入してくる。攪拌室４１ａへ流入した現像剤は、並列に配置された攪拌スクリュー４３、４４によって図中左側から右側へ攪拌・搬送されていく。ここで、攪拌スクリュー４３による現像剤の単位時間当たり搬送量は、攪拌スクリュー４４による現像剤の単位時間当たり搬送量よりも多い。このため、攪拌室４１ａの下流に向かって徐々に現像剤の界面が低くなっていき、隔壁４９が途切れる開口部４９ｂで現像室４１ｂへ流入する。

図１２に示すように、開口部４１ｂを通じて現像室４１ｂから流入し、攪拌室４１ａの底面付近を搬送される現像剤は、そのまま底側の攪拌スクリュー４３によって下流側へ搬送されていく。しかし、実施例４では、攪拌スクリュー４３は、下流側部分の単位時間当たり搬送量が上流側部分の単位時間当たり搬送量よりも低い。現像室４１ｂの下流側の領域Ａでは、底側の攪拌スクリュー４３のピッチが２４ｍｍ→１８ｍｍに狭くなるため、軸方向の現像剤の搬送速度が低下する。このため、底側の攪拌スクリュー４３によって後から搬送されてきた現像剤は、上方へ押し出されるようにして、上側の攪拌スクリュー４４に取り込まれる。その際に、底側の攪拌スクリュー４３と上側の攪拌スクリュー４４との間で搬送する現像剤が混じり合い、交換され、深さ方向の現像剤の対流が起こる。深さ方向の現像剤の対流が起こることによって、補給現像剤と循環する現像剤の攪拌性能は向上する。

また、実施例４の効果の確認のために、実施例３の評価で行った６０００枚の画像形成を同様に行った。実施例３と並べて、図７に未帯電及び逆極性に帯電したトナーの個数の比較結果を示し、図８にカブリ濃度の測定結果を示す。図７、図８に示すように、実施例４では、比較例の現像装置４Ｈと比較して大幅に改善が見られることは勿論、実施例３の現像装置４Ｙを用いた場合と比較しても若干の改善が見られる。

以上説明したように、実施例４の現像装置によって、補給現像剤を循環する現像剤に対して効率良く攪拌混合することができる。これにより、トナーの帯電量不足を原因として発生する画像問題を防止し、長期に渡って出力画像の画像品質を初期の状態に維持できる二成分現像方式の現像装置を実現できる。

以上説明したように、実施例１〜４の現像装置によれば、攪拌室４１ａに搬送部材が１本配置された比較例の現像装置４Ｈに比較して、循環する現像剤に対して補給現像剤を効率よく攪拌することができる。これにより、トナーの消費と補給現像剤の補給による現像剤のトナー濃度の局所的なばらつきを解消させて現像に関与するトナーの帯電量を高く安定させることができる。その結果、カブリ画像の発生を抑制して、出力画像の画像品質を初期から最後まで一定に保持することができる。画像形成中のトナー飛散を抑制して、記録材のトナー汚れや機体内の汚れなどの発生を防止できる。

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂ 感光ドラム
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂ コロナ帯電器
３ 露光装置
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂ 現像装置
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｂ 一次転写ローラ
４１ 現像容器
４１ａ 攪拌室
４１ｂ 現像室
４２ 現像スクリュー
４３、４４、４８ 攪拌スクリュー
４６ 磁性ブレード
４７ 現像スリーブ（現像剤担持体）
１００ 画像形成装置

Claims (5)

1. 長手方向の両端部に開口部を配置した隔壁で第１室と第２室とに仕切られた現像容器と、
   前記第１室に配置されて現像剤を長手方向に搬送しつつ現像剤担持体に供給する供給部材と、
   前記第２室に配置されて現像剤を前記供給部材とは逆方向に並行して搬送する第１及び第２搬送部材と、
   前記開口部を通じて前記第１室と前記第２室を循環する現像剤に対して前記第２室の上流側で補給現像剤を補給する現像剤補給装置と、を備えた現像装置において、
   前記第１搬送部材と前記第２搬送部材とは、高さ方向に少なくとも一部重ねて配置されることを特徴とする現像装置。
2. 前記第２搬送部材が前記第１搬送部材の上方に配置され、前記第１搬送部材の上端と前記第２搬送部材の下端とが高さ方向に間隔を設けて対向していることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記第１搬送部材と前記第２搬送部材とは同一回転方向に回転することを特徴とする請求項２記載の現像装置。
4. 前記第１搬送部材は、搬送方向の上流側よりも下流側で単位時間当たり搬送量が低下するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の現像装置。
5. 前記第１搬送部材の上流側部分による現像剤の単位時間当たり搬送量は、前記第２搬送部材による現像剤の単位時間当たり搬送量よりも多く、前記第１搬送部材の下流側部分による現像剤の単位時間当たり搬送量は、前記第２搬送部材による現像剤の単位時間当たり搬送量よりも少ないことを特徴とする請求項４記載の現像装置。

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