JP2013020119A

JP2013020119A - 現像装置

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Publication number: JP2013020119A
Application number: JP2011153782A
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Inventors: Takanori Iida; 貴則飯田
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Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-01-31
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Abstract

【課題】補給スクリューを設けた補給路を通じて現像剤が補給されるごとに循環経路を循環する現像剤の流れが乱れる現象を軽減できる現像装置を提供する。
【解決手段】縦攪拌型の現像装置１０２において、現像剤補給装置２２０は、攪拌室２０７の上流側に連通して配置された補給路２１５の補給口２０８を通じて現像容器２００に現像剤を補給する。補給路２１５には、攪拌スクリュー２０５をそのまま延長した補給剤搬送部２１１が配置されている。通気孔２１０は、補給路２１５に空気を流入させる。通気孔２１０は、現像剤補給装置２２０が補給剤搬送部２１１へ現像剤を補給する位置と、補給された現像剤が補給剤搬送部２１１に搬送されて循環経路の現像剤に合流する位置との間の補給路２１５に設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、補給スクリューを設けた補給路を通じて現像剤の循環経路に現像剤が補給される現像装置、詳しくは、現像剤の補給が循環経路の現像剤の流れ状態に影響しにくくなる構造に関する。

感光体の静電像を現像装置により現像してトナー像を形成し、形成されたトナー像を記録材に転写して熱定着させる画像形成装置が広く用いられている。図３に示すように、現像装置（１０２）としては、トナーとキャリアを有する二成分現像剤を現像室（２０６）と攪拌室（２０７）とに循環させつつ攪拌して帯電させる二成分型のものが広く用いられている。現像装置（１０２）では、画像形成に伴って消費されるトナーを補給するために、補給スクリュー（２１１）を設けた補給路（２１５）を通じて現像剤の循環経路（２０６、２０７）に現像剤が補給される。

近年、画像形成装置の小型化に伴って現像装置も小型化され、現像装置内に収容されて循環する現像剤が減らされている。一方、画像形成の生産性が高められた結果、時間当たりのトナー消費量が増えて、単位時間当たりに補給路（２１５）を通じて補給される現像剤が増えている。そして、大量に補給される現像剤を循環する現像剤に速やかに拡散させるために現像剤の循環速度が高められた結果、循環する現像剤の流れ状態が現像剤の流動性に影響を受け易くなり、現像剤の流れ状態も不安定になり易くなっている。

特許文献１には、現像室の下方に攪拌室を配置し、現像スクリューの下方に攪拌スクリューを配置したいわゆる縦攪拌型の現像装置が示される。縦攪拌型の現像装置では、現像室から現像剤担持体へ供給された現像剤が攪拌室へ回収されるため、現像室の上流側から下流側へ向かって循環する現像剤の量が次第に少なくなる。ここでは、現像室の下流側に現像剤の補給装置が接続されているため、循環する少ない現像剤と補給された現像剤とを効率的に混合するために、合流位置に現像剤の攪拌混合手段を配置している。

特開２００３−１６７４３８号公報

図３に示すように、現像剤の補給装置（２２０）の配置スペースを現像装置（１０２）の上に確保できない場合がある。この場合、補給スクリュー（２１１）を設けた密閉性の高い補給路（２１５）を通じて、現像剤の循環経路（２０６、２０７）に現像剤が補給される。このとき、補給装置（２２０）から補給された現像剤が補給路（２１５）を通じて速やかに搬送されることが、消費と補給のタイムラグを埋めて、循環する現像剤のトナー濃度を一定に保つために重要と考えられる。

しかし、後述するように、補給スクリューを設けた補給路を通じて現像剤が高速で補給されると、補給路に負圧の変動が発生して、現像剤の循環経路の現像剤の流れ状態に影響を及ぼしていることが判明した。負圧の変動は、補給路を通じた現像剤の補給の安定性にも影響を及ぼしていることが判明した。

本発明は、補給路に発生する負圧の変動を抑制して、現像剤の循環経路の現像剤の流れ状態を改善するとともに、補給路を通じた現像剤の補給を安定させることを目的としている。

本発明の現像装置は、現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像剤を供給しつつ前記現像剤担持体に沿って現像剤を搬送する現像スクリューと、前記現像スクリューが配置された現像室と、前記現像室の上流側の第一開口部と下流側の第二開口部とで前記現像室に連通して現像剤の循環経路を形成する攪拌室と、前記攪拌室に配置され、前記第二開口部を通じて受け渡された現像剤を搬送して前記第一開口部を通じて前記現像室へ循環させる攪拌スクリューと、前記循環経路に一端が連通し、他端側に現像剤を補給するための補給装置が接続される補給路と、前記補給路に配置され、前記補給装置から補給された現像剤を搬送して前記循環経路の現像剤に合流させる補給スクリューとを有するものである。そして、前記補給装置と前記循環経路との接続部とは別に、前記補給路に空気が流入可能な空気経路を設けている。

本発明の現像装置では、補給経路に発生する負圧の変動に応じて、空気経路を通じて補給経路に空気が流れ込んで、補給経路に発生する負圧の変動を抑制する。

したがって、補給路に発生する負圧の変動を抑制して、現像剤の循環経路の現像剤の流れ状態を改善するとともに、補給路を通じた現像剤の補給を安定させることができる。

画像形成装置の構成の説明図である。現像装置の模式的な構成の説明図である。現像装置の模式的な平面図である。実施例１の現像装置を用いた実験の説明図である。実施例１の通気孔の効果の説明図である。攪拌室の上流側で現像剤を補給する場合の空気の流れの説明図である。補給路に通気孔を設けた場合の空気の流れの説明図である。現像室の下流側で現像剤を補給する場合の空気の流れの説明図である。実施例３の現像装置における連通機構の説明図である。補給路に通気孔を設けた場合の空気の流れの説明図である。

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、補給スクリューを設けた補給路に空気を流入させる空気経路を設ける限りにおいて、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、現像室と攪拌室を縦方向に配置する縦攪拌型のみならず、現像室と攪拌室を水平又は斜めに配置した現像装置でも実施できる。現像剤担持体を１本用いる現像装置のみならず、２本、３本用いる現像装置でも実施できる。

二成分現像剤を用いる画像形成装置であれば、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型／直接転写型、モノクロ／フルカラーの区別無く実施できる。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。

＜画像形成装置＞
図１は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１２０は、感光ドラム１００の周囲に、帯電ローラ１０１、露光装置１２１、現像装置１０２、転写ローラ１０３、ドラムクリーニング装置１０４を配置している。

感光ドラム１００は、帯電極性が負極性の感光層をアルミニウムシリンダの基体上に形成して構成され所定のプロセススピードで矢印ａ方向に回転する。帯電ローラ１０１は、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加されて、感光ドラム１００の表面を、負極性の暗部電位ＶＤに一様に帯電する。

露光装置１２１は、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、感光ドラム１００の表面に画像の静電像を書き込む。暗部電位ＶＤに帯電した感光ドラム１００の表面電位が露光を受けて明部電位ＶＬに低下することで、負極性に帯電したトナーが付着可能となる。

現像装置１０２は、後述するように、感光ドラム１００に形成された静電像を反転現像してトナー像を形成する。転写ローラ１０３は、感光ドラム１００に当接して記録材に対するトナー像の転写部Ｔ１を形成する。転写ローラ１０３に正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム１００に担持されたトナー像が記録材Ｐへ転写される。

記録材カセット１２２から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ１２３で１枚ずつに分離して、レジストローラ１２４へ送り出される。レジストローラ１２４は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、感光ドラム１００のトナー像にタイミングを合わせて転写部Ｔ１へ記録材Ｐを送り出す。

トナー像を転写された記録材Ｐは、感光ドラム１００から曲率分離して定着装置１０５へ送り込まれ、加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外部へ排出される。転写を逃れて感光ドラム１００に残った転写残トナーは、ドラムクリーニング装置１０４に回収される。

＜現像装置＞
図２は現像装置の模式的な構成の説明図である。図３は現像装置の模式的な平面図である。

図２に示すように、現像装置１０２は、現像容器２００に収容した二成分現像剤（現像剤）を現像スクリュー２０４と攪拌スクリュー２０５とによって混合攪拌しつつ搬送して、現像剤のトナーとキャリアとをそれぞれマイナス、プラスに摩擦帯電させる。現像装置１０２は、摩擦帯電した現像剤を回転する現像スリーブ２０１に担持させて感光ドラム１００と対向する現像領域へ搬送する。負極性の直流電圧Ｖｄｃに交流電圧Ｖａｃを重畳した振動電圧を現像スリーブ２０１に印加することにより、現像スリーブ２０１に担持された現像剤のうちトナーのみが感光ドラム１００の静電像（非露光部）に移転して、静電像がトナー像に反転現像される。振動電圧の交流電圧Ｖａｃは矩形波であり、周波数は３［ｋＨｚ］、ピークトゥピーク電圧は１．５［ｋＶ］である。

現像剤担持体の一例である現像スリーブ２０１は、現像剤を担持して回転する。現像スクリュー２０４は、現像スリーブ２０１に現像剤を供給しつつ現像スリーブ２０１に沿って現像剤を搬送する。攪拌室２０７は、現像室２０６の下方に配置される。攪拌スクリュー２０５は、現像スリーブ２０１に対向配置される。現像室２０６にて現像スリーブ２０１に担持された現像剤は、攪拌室２０７にて現像スリーブ２０１から回収される。

現像スリーブ２０１は、現像容器２００の感光ドラム１００に対向した位置に回転自在に設けられ、ＳＵＳ、アルミニウムなどの非磁性材料によって薄肉円筒状に形成されている。現像スリーブ２０１の直径は、２４．５［ｍｍ］である。規制ブレード２０３は、現像スリーブ２０１と３５０［μｍ］の間隔を空けて対向し、マグロール２０２の磁束によって現像スリーブ２０１に拘束された余剰の二成分現像剤を掻き落として、層厚を３５０［μｍ］に規制する。

現像スリーブ２０１の内側には、表面の周方向に複数の磁極を配置した非回転のマグロール２０２が設置されている。二成分現像剤は、マグロール２０２の磁極間に形成される磁束によって現像スリーブ２０１の表面に拘束されて担持され、感光ドラム１００との対向部で磁極に応答して磁気ブラシを形成して感光ドラム１００を摺擦する。

現像室２０６内の現像剤は、現像スクリュー２０４により奥側から手前側に搬送される過程で、マグロール２０２の磁力によって現像室２０６から現像スリーブ２０１に汲み上げられる。現像スリーブ２０１に担持されて現像領域を通過した現像剤は、現像容器２００内に戻され、マグロール２０２による磁気的な斥力を受けて現像スリーブ２０１表面から剥離されて撹拌室２０７へ落下する。撹拌室２０７内の現像剤は、現像スリーブ２０１から落下した現像剤を合流させつつ、攪拌スクリュー２０５により攪拌を受けつつ、図中の手前側から奥側へ搬送される。

図３に示すように、攪拌スクリュー２０５は、第二開口部２１７を通じて受け渡された現像剤に現像スリーブ２０１から回収された現像剤を合流させつつ搬送する。隔壁２１８によって仕切られた現像室２０６と攪拌室２０７とは、現像室２０６の上流側の第一開口部２１６と下流側の第二開口部２１７とで連通して、現像剤の循環経路を形成する。攪拌スクリュー２０５は、攪拌室２０７に配置され、現像スリーブ２０１から現像剤を回収しつつ、第二開口部２１７を通じて受け渡された現像剤とともに搬送して、第一開口部２１６を通じて現像室２０６へ循環させる。

現像室２０６の下方に攪拌室２０７が配置され、現像スクリュー２０４の下方に攪拌スクリュー２０５が配置される。現像スクリュー２０４は、現像室２０６に現像スリーブ２０１の軸方向に沿ってほぼ平行に配置され、現像室２０６内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に搬送する。攪拌スクリュー２０５は、撹拌室２０７内に現像スクリュー２０４と平行に配置されて、撹拌室２０７内の現像剤を現像スクリュー２０４の搬送方向と反対方向に搬送する。現像スクリュー２０４と攪拌スクリュー２０５の搬送によって、現像剤は、隔壁２１８の両端の第一開口部２１６及び第二開口部２１７を通って現像容器２００内で循環される。

現像スクリュー２０４及び攪拌スクリュー２０５は、いずれも４２０［ｒｐｍ］の回転速度で回転する。現像スクリュー２０４及び攪拌スクリュー２０５の螺旋羽根は、３０［ｍｍ］の周期でスクリュー軸を中心にした螺旋構造をなし、螺旋の外周半径は１０［ｍｍ］である。

＜現像剤補給装置＞
二成分現像剤は、トナーとキャリアと少量の外添加剤を混合分散して構成される。トナーは、結着樹脂、着色剤、そして必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末等の外添剤が添加されている着色粒子とを有する。トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は５［μｍ］以上、８［μｍ］以下が好ましい。ここでは、トナーの体積平均粒径は７［μｍ］である。

キャリアは、例えば表面酸化或いは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、あるいは酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造方法は特に制限されない。キャリアは、体積平均粒径が２０〜５０［μｍ］、好ましくは３０〜４０［μｍ］であり、抵抗率が１０^５［Ωｍ］以上、好ましくは１０^６［Ωｍ］以上である。ここでは、体積平均粒径が４０［μｍ］、抵抗率が５×１０^５［Ωｍ］、１００［ｍＴ］磁場下における磁化量が０．３１Ｗｂ／ｍ^２］のキャリアを用いた。

現像装置１０２では、静電像の現像に伴って現像スリーブ２０１から感光ドラム１００へトナーが移転して現像剤中のトナーのみが消費される。現像装置１０２は、画像形成に伴いトナーが消費されていくので、消費されたトナーを補うために、トナーを含んだ補給用の現像剤を補給するための補給口２０８を備えている。補給口２０８の位置は、補給したトナーが十分な攪拌による摩擦帯電を経ないままに現像スリーブ２０１に担持されないような位置に設定される。補給口２０８は、その最適な位置として、現像室２０６の下流側（特許文献１参照）又は撹拌室の上流側（図３）に設けられている。

現像装置１０２では、補給路２１５の補給口２０８に現像剤補給装置２２０が接続され、現像過程において消費されたトナーを現像剤補給装置２２０から補給している。制御部２２５は、現像容器２００内部に設けられた透磁率センサ（２２３：図２）によって現像剤の平均透磁率を検知し、その値から現像剤に占めるトナーの重量比率を算出する。そして、その値が８％を下回る場合には、切り出しスクリュー２２２を制御して現像剤の補給を行う。補給用の現像剤は、重量比でトナー９０％、キャリア１０％である。補給用の現像剤は、現像剤補給装置２２０のホッパ２２１の底から、切り出しスクリュー２２２によって切り出されて、補給口２０８から補給路２１５へ落下する。切り出しスクリュー２２２が回転して、ホッパ２２１内の補給用の現像剤が補給口２０８まで移送される。

補給路２１５は、現像剤の循環経路に一端が連通し、他端側に現像剤の補給装置２２０が接続される。補給スクリューの一例である補給剤搬送部２１１は、補給路２１５に配置され、現像剤補給装置２２０から補給された現像剤を搬送して循環経路の現像剤に合流させる。補給口２０８から補給される現像剤は、現像装置１０２内の現像剤の循環経路に合流する前に、循環経路の外部に設けられた補給剤搬送部２１１によって搬送される。補給剤搬送部２１１は、未だ現像装置１０２内を循環する現像剤に混合されていない補給用の現像剤のみを搬送するために設けられた螺旋羽根である。補給剤搬送部２１１は、攪拌スクリュー２０５の一部として形成され、補給口２０８から補給された補給剤を搬送して、現像容器２００内を循環している現像剤の循環経路に合流させる。

補給用の現像剤は、重量比率で１０％のキャリアを含むため、現像剤補給装置２２０から補給を続けると、次第に現像容器２００内を循環する現像剤が増えてくる。所定量を超えて循環する現像剤は、現像室２０６の下流側に設けたオーバーフロー用の排出開口２０９を通じて現像容器２００から溢れ出して回収される。

＜縦攪拌型の現像装置＞
画像形成装置１２０においては、省スペースを達成するために装置本体の小型化が進む一方で、高画質化の要望も強い。そのため、現像装置１０２は、現像容器２００内を隔壁２１８によって上下に区画し、現像スクリュー２０４を配置した現像室２０６と攪拌スクリュー２０５を配置した攪拌室２０７とを上下に配置して、縦撹拌型の構成を採用している。縦撹拌型の現像装置１０２は、現像室２０６と撹拌室２０７とが垂直方向に配置されているため、水平方向の占有スペースが小さくて済む。画像形成装置１２０では、感光ドラム１００を有する画像形成部が１つなのでスペース節約効果は限られているが、複数の画像形成部を水平方向に並列搭載するタンデム方式のカラー画像形成装置の場合、水平方向の占有スペースを大幅に減らして小型化が可能となる。

縦攪拌型の現像装置１０２では、現像スリーブ２０１に担持されて現像領域で現像に供された後、現像領域において現像に供されないで残った現像剤が現像スリーブ２０１の回転に伴って撹拌室２０７側に回収される。このため、現像室２０６内には、常に撹拌室で十分攪拌された現像剤のみが存在して、現像スリーブ２０１には、均一なトナー濃度で安定した帯電量の現像剤が供給される。これにより、従来の横攪拌型の現像装置に比較して、現像剤の撹拌が不十分なために起こる主走査方向の画像ムラや濃度ムラが少なくなり、均一で再現性の高い画像を出力できる。

しかし、縦撹拌型の現像装置１０２では、現像室２０６を攪拌搬送される過程で現像剤が現像スリーブ２０１に担持されて攪拌室２０７へ流出し続けるため、現像室２０６を進むほど、現像室２０６を循環する現像剤量が減ってくる。撹拌室２０７から現像室２０６へ受け渡された現像剤のすべてが現像室２０６において現像スクリュー２０４の下流端に到達するわけではなく、途中で現像スリーブ２０１に供給され、感光ドラム１００の現像領域を通過後、撹拌室２０７に回収される成分が存在する。現像スクリュー２０４から現像スリーブ２０１への現像剤の受け渡しは、現像スリーブ２０１の長手方向のほぼ全域にわたってなされる。

このため、現像室２０６内において現像スクリュー２０４により搬送される現像剤の量は、上流側から下流側に行くに従い徐々に減少する。このため、従来の横攪拌型の現像装置に比較して、現像室２０６の下流側で循環する現像剤が少なくなって現像剤の流れが外乱に影響を受け易くなっている。

特に、現像剤の流動性が低下すると、現像剤の循環速度が低下する一方、現像スリーブ２０１を介して現像室２０６から攪拌室２０７へ流出する速度は一定であるため、現像室２０６の下流側の現像剤量は一段と減少する。その結果、現像室２０６の長手方向において現像剤の偏りが形成され、現像室２０６の下流側の現像剤量が所定水準を割り込むと、現像スリーブ２０１に対する現像剤の供給状態が不安定になる。現像剤のコート状態に不均一なムラができて変動する。この不均一が原因となって、現像されるトナー像の濃度が現像スリーブ２０１の下流側ほど不安定になる。

現像剤量の多い上流側では、現像スリーブ２０１への現像剤の供給量が安定していて、トナー像の濃度は一定に保たれるが、現像剤量の少ない下流側では、現像スリーブ２０１への現像剤の供給量が不足してトナー像に濃度ムラが生じ易くなる。

ここで、現像容器２００内の現像剤の総量を増やせば、現像室２０６の下流側における現像スリーブ２０１への現像剤の供給量は安定する。しかし、撹拌室２０７の下流側では、撹拌室２０７の端部に溜まった現像剤の圧力により下から上へと押し上げられるようにして現像剤が現像室２０６へ汲み上げられている。現像容器２００内の現像剤の総量が増えると、攪拌室２０７の下流側でせき止められる現像剤の剤圧が高くなりすぎて、現像スリーブ２０１の周囲の隙間から現像剤が現像容器２００から外へ漏れ出して出力画像が汚れる問題が発生してしまう。このため、単純に現像容器２００内の現像剤量を増やすだけでは、問題を解決できない。

この問題に対する対策として、特開平１１−８４８７４号公報には、現像スクリュー２０４による現像剤の搬送力を区間により変化させることで、現像室２０６の現像剤の片寄りを緩和する提案がされている。しかし、実験してみたところ、この方法では、現像室の下流側で循環する現像剤量が不足する問題が十分に解決されない。現像室の下流側で循環する現像剤量が不足する原因は他にも存在するからである。環境の温度湿度の変化や、トナー濃度の変化、現像剤の入れ替え、現像剤の経年劣化によって、現像剤の嵩密度や流動特性が変化すると、現像室２０６における現像剤の片寄りが著しくなる場合がある。また、現像装置１０２内の気圧・気流の変化によっても、現像室２０６における現像剤の片寄りが著しくなることが確認されている。

そこで、以下の実施例では、このような現状に鑑みて、補給口２０８付近の気密性を緩和することによって、現像室２０６の下流を流れる現像剤量を一定以上に保ち、その結果として、現像スリーブ２０１への現像剤の供給不足を解消させている。

＜実施例１＞
図４は実施例１の現像装置を用いた実験の説明図である。図５は実施例１の通気孔の効果の説明図である。

図３に示すように、実施例１では、補給路２１５は、攪拌室２０７の上流側に連通して配置され、攪拌スクリュー２０５と同軸で、同一ピッチ同一径の螺旋翼を用いた補給剤搬送部２１１が配置されている。空気経路の一例である通気孔２１０は、補給路２１５に空気を流入させる。通気孔２１０は、補給路２１５と現像剤の循環経路との接続部とは別に、補給路２１５に空気が流入可能である。通気孔２１０は、現像剤補給装置２２０が補給剤搬送部２１１へ現像剤を補給する位置と、補給された現像剤が補給剤搬送部２１１に搬送されて循環経路の現像剤に合流する位置との間の補給路２１５に設けた。

通気孔２１０は、補給剤搬送部２１１付近の天井部に形成した直径５［ｍｍ］の円形の孔である。通気孔２１０は、補給口２０８付近の負圧を解消させて、現像室２０６の下流側における現像剤の循環量の低下を防ぐ役割を担う。

図２を参照して図４に示すように、現像装置１０２を単体で取り出し、現像容器２００の天井部２２６を透明樹脂板に置き換えて現像室２０６の現像剤の流れを外側から観察可能にした。不図示の現像剤補給装置２２０を補給路２１５の補給口２０８に接続して通常の画像形成を想定して現像剤の補給を行わせつつ、並行して現像スリーブ２０１から相当量のトナーを静電気的にはぎ取らせた。この状態で、現像装置１０２を運転実験させて、現像室２０６の現像剤の流れの経時変化を外側から観察した。

この場合、現像剤の流動性の低下は観察されず、２．５時間の連続運転を行っても、現像室２０６の下流側の現像剤の剤面高さは、実験開始時とほとんど変わらず、現像スリーブ２０１に対する現像剤の供給不良も発生しなかった。

次に、現像スリーブ２０１からのトナーのはぎ取りも、現像剤補給装置２２０による現像剤の補給も行なわずに、現像装置１０２のみを連続運転させて、現像剤の劣化を意図的に進行させて、現像室２０６の現像剤の流れの経時変化を外側から観察した。

この場合、現像剤の劣化の進行に伴う流動性の低下が観察され、現像室（２０６：図２）の下流側の現像剤の剤面高さは最初の２０ｍｍから２．５時間で７ｍｍを割り込み、同時に、現像スリーブ２０１に現像剤の担持ムラが観察されるようになった。

次に、補給路２１５に直径５ｍｍの通気孔（単なる貫通孔）２１０を形成して、現像剤を入れ替えて同様の実験を繰り返した。現像スリーブ２０１からのトナーのはぎ取りも、現像剤補給装置２２０による現像剤の補給も行なわずに、現像装置１０２のみを連続運転させて、現像室２０６の現像剤の流れの経時変化を外側から観察した。

この場合、現像剤の劣化の進行に伴う流動性の低下が観察されたが、現像室２０６の下流側の現像剤の剤面高さは２．５時間で１５ｍｍ以上あり、その時点では現像スリーブ２０１に現像剤の担持ムラが観察されなかった。また、煙を用いた観察によって、現像装置の運転中に通気孔２１０を通じて空気が引き込まれていることが確認された。

以上の予備実験により、通気孔２１０は、空気を流入させることで、現像剤の劣化に伴う現像室２０６の下流側の現像剤量の減少を遅らせて、現像スリーブ２０１への現像剤の供給不良を遅らせる効果があることが確認された。また、現像スリーブ２０１への現像剤の供給不良は、現像室２０６内に存在する現像剤の量に依存しており、現像剤量の少ない区間において、現像スリーブ２０１への供給不良が生ずることが確認された。

具体的には、現像スリーブ２０１への現像剤の供給不良が発生する限界の現像剤の剤面高さが存在しており、剤面高さが限界値を下回った区間において現像剤の担持ムラが発生する。連続運転の初期で現像剤の流動性が良好な期間、現像スリーブ２０１の現像剤の担持ムラは発生しないが、トナー消費の少ない連続運転を通じて現像剤の流動性が低下すると、現像室２０６の下流側から現像スリーブ２０１への現像剤の供給不良が生じ始める。そして、補給路２１５に通気孔２１０を形成することで、現像剤の流動性の低下は抑制できないものの、流動性が低下しても現像室２０６の下流側における剤面の低下を遅らせて現像剤の担持ムラを発生しにくくする効果がある。

以上を踏まえ、現像室２０６下流側における現像スリーブ２０１への現像剤の供給性を定量化する実験を行った。図５に示すように、現像スリーブ２０１に対する現像剤の供給性は、横軸に耐久時間、縦軸に現像室２０６内の隔壁２１８からの剤面高さをとり、剤面高さが限界値７ｍｍを下回るまでの連続運転時間で定義した。剤面高さの測定箇所は現像室２０６の下流側で、現像スリーブ２０１の現像可能領域の端部とした。横軸の耐久時間とは、現像も補給も行なわずに、現像装置１０２のみを連続で駆動させた際の時間を指す。

なお、現像装置１０２の補給口２０８は、完全に塞いだ状態とし、通気孔２１０を開けた場合を実施例１とし、通気孔２１０を塞いだ状態を従来例として比較した。連続運転の開始時には、新品の現像剤を、両条件とも現像装置１０２に３００［ｇ］充填して条件を揃えた。

図５に示すように、通気孔２１０を塞いだ従来例では、連続運転時間が２．５［ｈｒ］を経過したところで、現像スリーブ２０１上に現像剤の供給不良が確認された。一方、通気孔２０１を開けた実施例１においては、従来例の倍の５．０［ｈｒ］経過したところで、現像スリーブ２１０上に現像剤の供給不良が確認された。

したがって、通気孔２１０を開けることで、現像スリーブ２０１に対する現像剤の供給性が２倍に改善されることが確認された。また、連続運転の開始から２．５時間の期間、同じ３００［ｇ］の現像剤量であっても、実施例１では、現像室２０６の下流部の剤面高さが従来例に比べて約４［ｍｍ］高くなっていた。

そして、現像装置１０２においては、現像室２０６の下流側の剤面高さの限界値は７［ｍｍ］であった。通気孔２１０を塞いだ場合、充填する現像剤量を３００［ｇ］よりも多くすると、２．５［ｈｒ］よりも早い時期に、現像剤が現像容器２００から溢れ出てしまった。

以上のように、実施例１では、補給路２１５に通気孔２１０を設けることで、現像スリーブ２０１に対する現像剤の供給性が大きく改善される。通気孔２１０は、十分に空気を取り込むことができれば、大きさや形状についても特に限定はなく、他の機能を損なわない範囲で如何なる形状であっても効果が得られた。実施例１では直径５［ｍｍ］の円形の孔を設けた。

実施例１では、補給路２１５に通気孔２１０を設けることで、通気孔２１０が無い従来の現像装置に比べて２倍の長期間にわたって現像スリーブ２０１へ安定して現像剤が供給される。現像スリーブ２０１の現像剤の供給ムラに起因する画像の濃度ムラの発生を防ぐことが可能となる。

実施例１では、補給路２１５に通気孔２１０を設けることで、補給口２０８付近の負圧が解消され、現像室２０６の下流側における現像スリーブ２０１への現像剤の供給量が安定する。その結果、現像スリーブ２０１に対する現像剤の供給不足による画像品質の低下を防ぐことができる。

また、補給口２０８を通じたトナー補給精度に関しても、通気孔２１０を有しない従来の現像装置では、負圧によってホッパ２２１内のトナーが不規則に引き込まれており、本来補給したいトナー量を安定的に供給することに支障があった。

これに対して、実施例１では、補給路２１５に通気孔２１０を設けることで、負圧に起因する引き込みによってトナーの過補給と補給不足が繰り返される現象を解消できた。

以上説明したように、実施例１では、攪拌室の上流側に補給路を配置した縦攪拌型の現像装置において、現像剤の循環経路の現像剤の流れを観察する実験を行った。その結果、現像剤が補給されるごとに、循環経路を循環する現像剤の流れが大きく乱れることが観察された。そして、現像剤の補給装置が現像剤を補給する位置と補給された現像剤が循環経路の現像剤に合流する位置との間の補給路に開口を形成すると、現像剤を補給した際の現像剤の流れ状態が安定化する実験結果を得た。現像剤の流れの安定に伴って、開口を通じて空気が流入していることを確認した。補給路に空気を流入させる空気経路を設けることにより、「補給スクリューを設けた補給路を通じて現像剤が補給されるごとに循環経路を循環する現像剤の流れが乱れる現象」を軽減できることを実験的に証明した。

＜通気孔の作用に関する考察＞
図６は攪拌室の上流側で現像剤を補給する場合の空気の流れの説明図である。図７は補給路に通気孔を設けた場合の空気の流れの説明図である。図８は現像室の下流側で現像剤を補給する場合の空気の流れの説明図である。

現像装置の運転中、何らかの理由で現像装置内のある局所的な部分が周囲と比して負圧になった場合、負圧箇所に空気が引き込まれて気流が発生し、循環する現像剤の流れに影響を及ぼすと考えられる。負圧に起因する気流が、現像スクリュー及び攪拌スクリューによって制御される現像容器内の現像剤の正規の循環の流れを乱す原因となると考えられる。現像剤の流れが乱れると、現像室の長手方向における現像剤の片寄りが大きくなると考えられる。

図３に示すように、現像装置１０２では、トナーの飛散、漏れ等を防ぐ目的で、補給口２０８付近は密閉性が相応に高い。補給口２０８とそれに連結された現像剤補給装置２２０との結合部における気密性が相応に保たれているため、補給口２０８が完全に密閉されている状態と考えられる。このため、現像装置１０２においては、補給口２０８付近が負圧となる傾向にある。補給口２０８付近の空気が補給剤搬送部２１１によって吸引されることで、真空ポンプと類似の原理によって、補給口２０８付近が負圧となると考えられる。このとき、補給口２０８は、撹拌室２０７の最上流に位置しているため、負圧による気流に沿って、撹拌室２０７の上流や現像室２０６の下流にある現像剤が、補給口２０８付近に引き込まれる。

最初に、通気孔２１０が存在しなかった場合を想定する。攪拌スクリュー２０５駆動時、攪拌スクリュー２０５に連結されて補給用の現像剤を搬送する役割を担う補給剤搬送部２１１によって、補給剤搬送部２１１の周りの空気が攪拌室２０５に向かって吸引されて負圧が生じる。すると、負圧になった補給剤搬送部２１１周辺の空気を補うために、現像室２０６の下流側の空気が補給剤搬送部２１１に向かって吸引される。この時、同時に、現像室２０６の下流側の現像剤も一緒に補給剤搬送部２１１へ引き込まれる。

現像剤が引き込まれる度合いは、補給剤搬送部２１１の付近と現像室２０６下流付近の気圧差に依存し、その気圧差は、密閉された補給口２０８付近の気密性に依存する。さらに、負圧を生ずる原因となる補給剤搬送部２１１は、撹拌室２０７の最上流に位置するため、負圧が生じなかった場合と比して撹拌室２０７の上流の現像剤量が増え、同時に、現像室２０６の下流側の現像剤量は減少する。このため、補給口２０８付近で発生する負圧は、現像室２０６の長手方向の下流で現像剤量が少ない問題を深刻にしていると考えられる。

現像室２０６の下流の現像剤量を増やすためには、現像装置１０２を循環する現像剤の総量を増やすことが考えられる。しかし、現像容器２００に許容できる現像剤量には上限値が存在し、上限値を超えた場合、現像装置１０２の隙間から（特に撹拌室から現像室への現像剤汲み上げ部に多い）現像剤が容器の外へ溢れ出す別の問題が発生する。さらに、使用時間の累積に伴って現像剤の流動性が低下してくると、現像室２０６の長手方向における現像剤の片寄りが顕著になってくるため、現像剤容量の上限値も同時に低下する。そして、さらに現像剤の流動性の低下が進むと、ついには現像室２０６の下流で現像スリーブ２０１に対する現像剤の供給不良と、現像室２０６の上流側での現像剤の溢れが同時に発生する。

次に、通気孔２１０が存在する場合を想定する。この場合、補給剤搬送部２１１周辺の気密性が崩れるため、負圧が大幅に解消される。なぜなら、通気孔２１０を通じて現像容器２００外部から積極的に空気が供給されるからである。この結果、現像室２０６の下流側の空気および現像剤が引き込まれることがなくなり、引き込まれていた分だけ現像室２０６下流側に存在する現像剤量が増える。このため、現像スリーブ２０１に対する現像剤の供給性が大幅に改善され、現像剤の供給と現像剤の溢れに対して、両方を満たす良好な現像剤バランスを長時間保つことが可能になる。

図６に示すように、現像装置の現像室の下流側と攪拌室の上流側とを模式的に示すとき、現像室側の現像剤受け渡し開始地点４０１から撹拌室側の現像剤受け渡し完了地点４０２へ向かって実線で示すように現像剤が移動する。これに伴って、破線で示すように、現像剤受け渡し開始地点４０１から現像剤受け渡し完了地点４０２へ向かって気流が発生する。通気孔が存在しない場合、補給路の端部４０３は密閉されているため、現像剤受け渡し完了地点４０２と補給路の端部４０３の間（この区間を区間１とする）で負圧が生じ、現像剤受け渡し完了地点４０２から補給路の端部４０３へと向かう気流が発生する。

同様に、撹拌室の下流側から現像剤受け渡し完了地点４０２（この区間を区間４とする）へ向かう気流と、現像剤受け渡し開始地点４０１から現像剤受け渡し完了地点４０２（この区間を区間２とする）へ向かう気流が発生する。同時に、現像室の上流側から現像剤受け渡し開始地点４０１（この区間を区間３とする）へと向かう気流も発生する。ここで、現像剤の搬送方向を考えると、区間２と区間３において、気流の流れと現像剤の搬送方向が同方向に揃う。結果として、区間２および区間３における現像剤の流れが加速され、現像剤受け渡し完了地点４０２付近に現像剤が留まり易くなり、現像室の下流側で現像剤量が減少する問題が発生すると考えられる。

そして、図６のダイアグラムを具体化した現像装置は、図７に示すように、区間１のどこかに空気経路４１０を設けることで気流が変化し、区間２および区間３における負圧による気流が抑えられ、正規の現像剤の循環が成立する。これにより、現像室２０６の下流側で現像剤量が減少して現像スリーブに対する現像剤の供給が不安定になる現象が発生しにくくなる。そして、区間１のどこかに空気経路４１０を設けることによる効果は、現像室２０６から現像スリーブを経由して攪拌室２０７へ現像剤が常時流れている縦攪拌型の現像装置においてとりわけ顕著である。

すなわち、横攪拌型の現像装置のように、現像剤が現像室から現像スリーブへと供給された後、再び現像室へと戻される現像装置も実用化されている。この場合、現像室から現像スリーブを経由して攪拌室へ流れる現像剤が存在しないため、現像室の現像剤量は常にほぼ一定であり、現像室の下流側において現像剤量が減少しにくくなる。このため、実施例１で説明したように、現像室から現像スリーブを経由して攪拌室へ現像剤が常時流れている現像装置では、現像室の長手方向における現像剤の偏りが大きくなる傾向がある。したがって、必ずしも縦撹拌型である必要はないものの、現像室から現像スリーブを経由して攪拌室へ現像剤が流れて、現像室の下流側において現像剤量が減少し易い現像装置のほうが、補給路に通気孔を設ける効果はより大きくなる。

また、図８に示すように、撹拌室の最上流ではなく、現像室の最下流に密閉空間を伴った補給路と現像剤の搬送手段が配置される現像装置も実用化されている。この場合、現像室の最下流で負圧が発生するため、区間２における気流の流れと現像剤の搬送方向が逆方向になる。そのため、現像剤が現像剤受け渡し開始地点４０１付近に留まり易くなるので、現像室の下流側において現像剤量が減少する問題は軽減される。このため、実施例１で説明したように、攪拌室の上流側に密閉空間を伴った補給路と現像剤の搬送手段が配置される現像装置では、現像室の長手方向における現像剤の偏りが大きくなる傾向がある。したがって、撹拌室の最上流に負圧を生じる構成のほうが、補給路に通気孔を設ける効果はより大きくなる。

図３に示すように、補給路２１５が密閉空間であり、補給剤搬送部２１１の作動により負圧が生じることが問題の本質と考えられるため、撹拌室２０７の最上流に補給路２１５が接続されて補給口２０８が配置されている構成は必要条件ではない。しかし、縦撹拌型の現像装置１０２では、現像スリーブ２０１の上流側から最も遠い位置に補給口２０８を設けることが望ましいため、撹拌室２０７の最上流部に補給口２０８が備えられる傾向がある。そして、補給口２０８付近は、トナーの飛散を防ぐために、意図的に密閉空間が作り出されるので、補給剤搬送部２１１の作動に伴って負圧が生じることも必然となる。つまり、縦撹拌型の現像装置１０２であることは、必要条件ではないまでも、現像スリーブ２０１に対する現像剤の供給不足を生む十分条件になり易い。

＜実施例２＞
図３に示すように、実施例１の実験において、通気孔２１０からトナーが舞い上がる状況は観察されなかった。現像装置１０２の運転中、補給剤搬送部２１１は攪拌スクリューと一体に回転して補給路２１５の補給口２０８付近で負圧を発生しており、その負圧を解消するべく、通気孔２１０からは絶えず外部から空気が取り込まれている。そのため、補給剤搬送部２１１によって搬送される補給用の現像剤には、通気孔２１０から飛散させる力よりも、外部から取り込まれる空気と重力によって補給路２１５内に押し戻す力のほうが大きく作用するため、トナーが飛散しにくい。しかし、起動時や停止時において、取り込まれる気流が弱まると、トナーが飛散する可能性がある。

そのため、実施例２では、通気孔２１０は、現像剤を遮蔽するフィルターを介して補給口２０８の外側の空間に連通している。通気孔２１０は、空気を取り込むことが目的なので、十分に空気を取り込むことができる範囲であれば、通気孔２１０にトナーの飛散や溢れを防止するためのメッシュやフィルターを設けても、実施例１の効果に支障はない。

＜実施例３＞
図９は実施例３の現像装置における連通機構の説明図である。図１０は補給路に通気孔を設けた場合の空気の流れの説明図である。

図９に示すように、空気経路の一例である連通機構２１２は、一端を補給路２１５に連通させ、他端を第二開口部２１７よりも上流側の攪拌室２０６に連通させている。それ以外の構成については実施例１と同一であるため、実施例１と共通する構成には、図３、図７と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

補給剤搬送部２１１が配置された補給路２１５と現像室２０６の下流側との間が連通機構２１２によって連通している。実施例１の通気孔（２１０：図３）と同様に、連通機構２１２の取り付け位置は、重力による現像剤の落下を回避するために、補給路２１５の天井部と現像室２０６の天井部との間に設けた。連通機構２１２は、現像室２０６の下流側と負圧発生箇所を連通させて、連通機構２１２の両端の気圧差を解消している。

実施例３では、実施例１にはない利点として、補給路２１５の負圧を解消するための空気を外部からではなく、同じ現像容器２００の中から取り入れることで、現像容器２００内に閉じた空気経路となっている。このため、現像容器２００からの空気の吹き出しやトナー飛散を気にする必要がない。

図１０に示すように、負圧発生と解消のメカニズムをダイアグラムで説明する。連通機構２１２に相当する空気経路４１０は、片側が区間１内にあって、もう片側が現像剤受け渡し開始地点４０１よりも上流にあるので、破線で示すような気流が作られる。つまり、区間２や区間４において、負圧による気流が変化し、現像剤受け渡し完了地点４０２へ現像剤が引き込まれる現象が抑えられると考えられる。

１００感光ドラム、１０１帯電ローラ、１０２現像装置
１０３転写ローラ、１０４ドラムクリーニング装置
１０５定着装置、
２００現像容器、２０１現像スリーブ、２０２マグロール
２０３規制ブレード、２０４現像スクリュー、２０５攪拌スクリュー
２０６現像室、２０７撹拌室、２０８補給口、２０９排出開口
２１０通気孔、２１１補給剤搬送部、２１２連通機構
Ｐ記録材、ｔ現像剤

Claims

現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給しつつ前記現像剤担持体に沿って現像剤を搬送する現像スクリューと、
前記現像スクリューが配置された現像室と、
前記現像室の上流側の第一開口部と下流側の第二開口部とで前記現像室に連通して現像剤の循環経路を形成する攪拌室と、
前記攪拌室に配置され、前記第二開口部を通じて受け渡された現像剤を搬送して前記第一開口部を通じて前記現像室へ循環させる攪拌スクリューと、
前記循環経路に一端が連通し、他端側に現像剤を補給するための補給装置が接続される補給路と、
前記補給路に配置され、前記補給装置から補給された現像剤を搬送して前記循環経路の現像剤に合流させる補給スクリューと、を有し、
前記補給装置と前記循環経路との接続部とは別に、前記補給路に空気が流入可能な空気経路を設けたことを特徴とする現像装置。
前記補給路は、前記攪拌室の上流側に連通して配置され、
前記攪拌スクリューと同軸に前記補給スクリューが配置されていることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
前記空気経路は、一端を前記補給路に連通させ、他端を前記第二開口部よりも上流側の前記現像室に連通させていることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
前記空気経路は、現像剤を遮蔽するフィルターを介して前記補給路の外側の空間に連通していることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
前記攪拌室は、前記現像室の下方に配置されて、前記攪拌スクリューは、前記現像剤担持体に対向配置され、
前記現像室にて前記現像剤担持体に担持された現像剤は、前記攪拌室にて前記現像剤担持体から回収され、
前記攪拌スクリューは、前記第二開口部を通じて受け渡された現像剤に前記現像剤担持体から回収された現像剤を合流させつつ搬送することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。