JP4416463B2

JP4416463B2 - 現像装置

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Publication number: JP4416463B2
Application number: JP2003330065A
Authority: JP
Inventors: 和重西山; 祐介石田; 秀明鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005099144A

Description

本発明は静電記録方式や電子写真方式を用いた複写機，レーザービームプリンタ，ファクシミリ、印刷装置などに用いられる現像装置に関するものである。

従来、像担持体上に形成された静電潜像を顕在化するに際して非磁性トナーと磁性キャリアから成る２成分現像剤を用いた２成分現像方法が広く用いられている。

この２成分現像方法は、現像装置内の攪拌部材によって攪拌された現像剤を内部にマグネットを有する現像剤担持体に担持せしめ、この現像剤を用いて像担持体との対向部にて静電潜像を可視化するものである。

２成分現像装置は、別に設けられたトナー補給容器からトナーのみを補給して使用することからできることから、２成分現像剤のトナー濃度（即ち、キャリア粒子とトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合）は、画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素になっている。現像剤のトナー粒子は現像時に消費されるためにトナー濃度は変化する。このため、現像剤濃度制御装置（ＡＴＲ）を使用して適時現像剤のトナー濃度を正確に検出し、トナー濃度の変化に応じてトナー補給を行い、十分に撹拌を行いトナー濃度を常に一定に制御して画像の品位を保持する必要がある。

このように現像による現像装置内のトナー濃度の変化を補正するため（即ち、現像装置に補給するトナー量を制御するため）、現像容器中のトナー濃度検知装置及び濃度制御装置としては従来から種々の方式のものが実用化されている。

例えば、現像スリーブ或は現像容器の現像剤搬送経路に近接し、現像スリーブ上に搬送された現像剤或は現像容器内の現像剤に光を当てたときの反射率がトナー濃度により異なることを利用してトナー濃度を検知し制御する現像剤濃度制御装置、或は現像剤の側壁に磁性キャリアと非磁性トナーの混合比率による見掛けの透磁率を検知してこれを電気信号に変換するインダクタンスヘッドからの検出信号によって現像器内のトナーの濃度を検知し、基準値との比較によってトナーを補給するようにしたインダクタンス検知方式の現像剤濃度制御装置が使用されている。

又、像担持体としての感光ドラム上に形成したパッチ画像濃度をその表面に対向した位置に設けた光源及びその反射光を受けるセンサーにより読み取り、読み取った画像濃度をアナログ−デジタル変換器でデジタル信号に変換した後ＣＰＵに送り、ＣＰＵで初期設定値より濃度が高い場合、初期設定値に戻るまでトナー補給が停止され、初期設定値より濃度が低ければ初期設定値に戻るまで強制的にトナーが補給され、その結果、トナー濃度が間接的に所望の値に維持される方式等がある。

ここで、一般的な２成分現像器について図３に基づき説明する。

図３において、５０は現像剤担持体たる現像スリーブ、現像スリーブ５０内には固定配置された磁界発生手段たるマグネットローラー、５３，５４は撹拌搬送手段たる搬送スクリュー、５１は現像剤を現像スリーブ５０表面に薄層形成するために配置された現像剤層厚規制部材たる規制ブレードである。現像スリーブ５０には、電源（図示せず）から直流バイアス及び交流バイアスが印加されるようになっている。一般に、交流バイアスを印加すると現像効率が増し、画像は高品位になる。

ここで、感光ドラム上に形成された静電潜像を、図３の現像装置を用いて２成分磁気ブラシ法により顕像化する現像工程と現像剤の循環系とについて説明する。

先ず、現像スリーブ５０の回転に伴い磁極Ｎ１によって現像スリーブ５０上に汲み上げられた現像剤は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ２へと搬送される過程において、現像スリーブ５０に担持される量を規制ブレード５１によって規制され、現像スリーブ５０上に薄層形成される。ここで、薄層形成された現像剤が、現像主極である磁極Ｓ１に搬送されてくると磁気力によって穂立ちが形成される。この穂状に形成された現像剤によって上記静電潜像が現像され、その後、磁極Ｎ３及び磁極Ｎ１による反発磁界によって現像スリーブ５０上の現像剤は、現像剤容器内に戻される。

このように、２成分現像法による現像装置においては、互いに同極性の磁極を並べて配置することにより、現像後の現像剤を一旦現像スリーブから剥ぎとり、前の画像履歴を残さない構成としている。

現像剤にキャリアとトナーを有する二成分現像剤を用いる現像装置においては、トナーとキャリアが良好に攪拌されて搬送されるのが望ましい。そこで、図４に示すような像担持体へのトナーの供給側に位置する第１の空間部と、補給トナーの供給を受ける第２の空間部側とに仕切り壁でケース内を分割し、それぞれの空間部にスクリュー状の攪拌部材を互いに平行に配置した２軸攪拌方式の現像装置が提案されている。ここで、４１は現像スリーブ、４６はトナー濃度センサー、５は補給用トナー容器である。２軸攪拌方式の現像装置では、第１の空間部に配置された第１の攪拌部材（４４ａ）と、第２の空間部側に配置された第２の攪拌部材（４５ａ）とでそれぞれ現像剤を攪拌搬送し、搬送された現像剤を各攪拌部材の端部側に形成された受け渡し部から各空間部内に送り込んで循環させている。これを上から見たものが図５である。ここで４１は現像スリーブ、４３，４４は搬送スクリューであり、矢印のように現像剤を循環し、撹拌性、搬送性を維持している。このような２軸タイプの搬送スクリューについては、特許文献１、２にて説明図として開示されており２つの軸を横渡しする部分のスクリュー部には板上のフィンがついているものが、紹介されている。
特開平８−２８６５８７号公報特開平９−３４２３０号公報

しかしながら、最近の白黒／カラープリンター、白黒／カラーコピーの小型化に対して現像装置そのものの小型化が要求されており、小さい現像装置で基本機能を維持することの課題がある。

小型化に関しては現像装置自体を小さくしていった場合の課題として、長手方向についてはトナー補給口を現像スリーブ長より外側に従来配置できていたのが、長手方向で現像スリーブ長内に配置する必要がある。つまり、先の図５に示すように現像剤が搬送される場合、ここでポイント４７より左側（搬送方向上流）通常、トナー補給口があり、現像スリーブに補給されたトナーが到達するのに十分の距離がとれていた。それに対して小型化すると、図６で示されるように丸印からトナーをするために問題として補給されたトナーが十分攪拌されないで、現像スリーブから離れている搬送スクリュー（以下Ｂスクリューと称す）から現像スリーブに近接する搬送スクリュー（以下、Ａスクリューと称す）へ移動する前に十分攪拌できる距離がとれないため、補給されたトナーの帯電性が悪く、トナー飛散や画像かぶりを生じていた。

更に大きな課題として、現像剤担持体（現像スリーブ）に現像剤を供給搬送するＡスクリューの搬送においても長手方向で画像領域内で返しスクリュー部（逆スクリュー部）を形成し、そして、順スクリュー部の螺旋翼部と逆スクリュー部の螺旋翼部とを離して設けた場合、現像剤の残面が不安定になることで、現像剤担持体への現像剤供給が不十分となり、現像剤のコート不良が生じ、結果として、端部にて画像白抜け等の問題が生じてしまった。

また、現像装置の小型化に伴い、搬送スクリュー自体も小さくなることで、これらの現象は更に顕著になっていた。

本発明の目的は、現像装置の小型化を図った際に、現像剤担持体への現像剤の供給不良に起因した現像剤のコート不良や画像白抜けを防止することである。さらに、トナーの撹拌不良を防ぎ、トナーの帯電性を維持することで飛散、かぶりを防止し、画像むらのない高画質画像を提供することである。

本発明は、トナーとキャリアを混合した現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器内の現像剤を収納する現像室と、
前記現像室と循環経路を形成し、前記現像容器内の現像剤を攪拌する攪拌室と、
前記現像室と前記攪拌室を仕切る仕切り部と、
前記現像室内の現像剤を担持して像担持体と対向する現像領域へ現像剤を搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体と対向して設けられ、前記現像剤担持体へ現像剤を供給するとともに、前記現像室内の現像剤を前記攪拌室に向けて搬送する搬送部材と、を有する現像装置であって、
前記搬送部材は、回転可能な回転軸と、前記回転軸上に螺旋状に形成され、現像剤を循環方向へ搬送する第１の搬送翼部と、前記回転軸上に螺旋状に形成され、現像剤を循環方向とは逆方向へ搬送する第２の搬送翼部と、を有する現像装置において、
現像剤の循環方向に関して前記現像室から前記攪拌室へ連絡する連絡路は、前記現像領域と重なる領域を有し、前記第１の搬送翼部と前記第２の搬送翼部は、前記連絡路と対向する位置において、互いの螺旋状の搬送翼部同士が直接結合されており、前記第１の搬送翼部と前記第２の搬送翼部が結合することで形成された空間の少なくとも一部を底上げした領域が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、現像装置の小型化を図った際にも、現像剤担持体への現像剤供給を確実に行い、現像剤のコート不良や画像白抜けを防止することができる。さらに、現像剤の撹拌不良を防ぎ、トナーの帯電性を維持することで飛散、かぶりを防止し、画像むらのない高画質画像を提供することができる。

本発明の第１の実施形態について説明する。

図９は、本実施形態に係る画像形成装置の一例たる電子写真方式のカラープリンタ（以下、プリンタという）の概略構成を示す模式的断面図である。

かかるプリンタにあっては、図９に示すように、矢印方向に回転する潜像担持体たる電子写真感光ドラム３（以下、感光ドラム３という）を備え、感光ドラム３の周囲には、帯電器ローラ４、現像ロータリー２、４個の現像装置１、１次転写ローラ９、クリーニング手段６、中間転写ベルト８、２次転写ローラ１０及び感光ドラム３の上方に配設されたレーザービームスキャナからなる画像形成手段が配設される。

現像装置１は、現像器１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋを備え、各現像器１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１Ｋは、トナー粒子とキャリア粒子とを含有する現像剤（二成分現像剤）を感光ドラム３表面に供給するようになっている。尚、現像器１Ｍ、現像器１Ｃ、現像器１Ｙ、現像器１Ｋは、それぞれマゼンタトナー、シアントナー、イエロートナー、ブラックトナーを含有する現像剤を使用するようになっている。

被複写原稿は、原稿読み取り装置（図示せず）で読み取られるようになっている。この読み取り装置はＣＣＤ等の、原稿画像を電気信号に変換する光電変換素子を有しており原稿のイエロー画像情報、マゼンタ画像情報、シアン画像情報、白黒画像情報に、それぞれ対応した画像信号を出力するようになっている。スキャナＬＳに内蔵された半導体レーザーは、これらの画像信号に対応して制御され、レーザービームＬを照射する。

次に、カラープリンタ全体のシーケンスについて、フルカラーモードの場合を例として簡単に説明する。

先ず、感光ドラム３の表面が、帯電ローラ４によって一様に帯電される。

画像形成は感光体が帯電手段により例えば−６００Ｖに一様帯電された後、６００ｄｐｉで画像露光７がなされる。画像露光は半導体レーザーを光源として露光部の表面電位を例えば−２００Ｖに減衰させて像状の潜像を形成する。

また原稿を読み込むスキャナー部、画像データを作成するイメージプロセッサー部は図示しないが、スキャナーのＣＣＤ上に結像した原稿からの反射光はＡ／Ｄ変換されて６００ｄｐｉ、８ｂｉｔ（２５６階調）の画像の輝度信号に変換され、イメージプロセッサー部に送られる。イメージプロセッサー部では、周知の輝度−濃度変換（Ｌｏｇ変換）を行い、画像信号を濃度信号に変換した後、必要ならばエッジ強調やスムージングや高周波成分の除去等のフィルター処理を通し、その後濃度補正処理（いわゆるγ変換）をかけてから、例えばディザ等の２値化処理や、ドット集中型のディザマトリックスによるスクリーン化処理を通して２値化（１ｂｉｔ）される。もちろん８ｂｉｔのままで周知のＰＷＭ（パルス巾変調）法等でレーザーを駆動し潜像を形成する方法もある。その後、画像信号はレーザードライバーに送られ信号に応じてレーザーを駆動する。そのレーザー光はコリメータレンズ、ポリゴンスキャナー、ｆθレンズ、折り返しミラー、防塵ガラス等を介してドラム上に照射される。ドラム上でのスポット径は６００ｄｐｉの１画素＝４２．３μｍよりも若干大きい５５μｍ程度のスポットサイズでドラム上に結像し、画像部を先に述べたように、＋５０Ｖ程度に除電して、静電潜像を形成する。

次に、上述した画像露光１２を行うレーザーを制御する画像信号制御部の詳細構成を図１１に示し、説明する。

図１１において、２０１は画像処理部であり、入力される画像信号に対して、解像度変換等、操作者の所望する画像処理を施す。２０２は画像信号に対して、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）２０５を参照してγ補正を行うγ補正部である。そして、２０３はそれぞれγ補正後の画像信号に基づいて、レーザーの駆動信号を発生する２値処理部である。２０３から出力される駆動信号に基づき、画像部に対応する画像露光１２を行うレーザー部２０４とが駆動される。２０５はＬＵＴ算出部であり、γ補正部２０２内のＬＵＴ２０５を現在の動作環境において適切となるように新たに算出し、更新する。２０６はパターンジェネレータであり、サンプルパターンの画像データを予め保持している。

２０８は画像信号制御部の各構成を、ＲＯＭ２０９に格納された制御プログラム等に従って統括的に制御するＣＰＵである。２０９はＲＡＭであり、ＣＰＵ２０８の作業領域として使用される。

次に、イエロー画像信号により変調された画像露光を行った静電潜像に対して、イエロー現像器１Ｍによって反転現像される。

中間転写ベルト８は、感光ドラム３と同期して図９に示す矢印方向に回転しており、イエロー現像器１Ｍで現像されたイエロー顕画像は、転写部において転写帯電器１０によって転写材に転写される。転写ドラム９はそのまま、回転を継続し、次の色（図１に示す本例においてはマゼンタ）の画像の転写にそなえる。

一方、感光ドラム３はクリーニング手段６によってクリーニングされ、再び帯電ローラ４によって帯電され、次のシアン画像信号により変調されたレーザービームＬにより上述したのと同様に露光を受け、静電潜像が形成される。この間に現像装置１は回転して、マゼンタ現像器１Ｍが所定の現像位置に定置されていて、マゼンタに対応するドット分布静電潜像の反転現像を行ない、マゼンタ顕画像を形成する。

続いて、上述したような工程を、それぞれ画像信号及びブラック画像信号に対して行ない、４色分顕画像（トナー像）の転写が終了すると、矢印の向きに搬送される転写材は２次転写ローラ部１０で転写、分離され、その後、搬送ベルトで定着器（図示せず）に送られる。定着器１７は転写材上に重なっている４色の顕画像を加熱及び加圧により定着する。

このように、１連のフルカラープリントシーケンスが終了し、所望のフルカラープリント画像が形成される。

尚、本実施形態にかかる画像形成装置の構成は一例であって、例えば帯電器４はローラに限らず帯電ワイヤーであったり、転写ローラ９も転写ベルト、ワイヤーであったりと、様々な方式が適用可能であり、基本的には上記した様に帯電、露光、現像、転写、定着の工程で画像が形成される。

次に、本実施形態にかかる現像装置について、現像器１Ｋを例に図１６に基づき説明する。尚、現像器１Ｃ，１Ｙ，１Ｍの構成に関しては、使用される現像剤のみが異なり現像器１Ｋの構成と同様であるので、その説明を省略する。

図１６は、本発明の実施形態にかかる現像器１Ｋを示す構成図である。（現像器を背面からみた図）現像器１Ｋは、現像剤容器６０を備える。

現像剤容器４０の内部は、隔壁によって現像室（第１室）４４と撹拌室（第２室）４５とに区画され、撹拌室４５の上方には隔壁を隔ててトナー貯蔵室（図示せず）が形成され、トナー貯蔵室内には補給用トナー（非磁性トナー）が収容されている。尚、隔壁には補給口（図示せず）が設けられ、補給口を経て消費されたトナーに見合った量の補給用トナーが撹拌室４５内に落下補給される。

これに対し、現像室４４及び撹拌室４５内には現像剤が収容されている。現像剤は、粉砕法によって製造された平均粒径８μｍの非磁性トナー（以下、トナーという）に対して平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比１％外添したものと、１００ｍＴにおける磁化の値が６０Ａｍ２／ｋｇの平均粒径３５μｍの磁性粒子である磁性キャリアとを含有する二成分現像剤である。尚、現像剤のトナーと磁性キャリアとの混合比は、重量比でトナーが約８％になるようにした。

現像剤容４０の感光ドラム側（図示せず）の部位には開口部が形成され、現像剤担持体たる現像スリーブ５０が該開口部から外部に突出するよう、現像スリーブ４１は現像剤容器４０の開口部近傍に回転可能に組み込まれている。尚、本実施形態においては、現像スリーブの直径は２０ｍｍのものを用いている。又、現像スリーブ４１は、例えば、ＳＵＳ３０５ＡＣのような、非磁性材からなり、その内部には磁性発生手段たる磁石が固定配置されている。

磁石は、感光ドラムと現像スリーブ４１との対向部である現像領域の近傍に配設される現像磁極である磁極Ｓ１と、現像剤層厚規制磁極である第一磁極たる磁極Ｎ１と、現像剤を現像スリーブ上に担持させながら搬送するための磁極Ｎ２，Ｓ２，Ｎ３とを有する。

又、磁石は、現像磁極である磁極Ｓ１が感光ドラム３に対してドラム回転方向５°上流になるように現像スリーブ４１内に配置されている。図４に磁極パターンのピークの位置を示す。磁極Ｓ１は、現像スリーブ４１と感光ドラムとの間の現像部の近傍に磁界を形成させ、該磁界によって磁気ブラシを形成するようになっている。上記現像部において、現像スリーブ４１の回転とともに、図１６に示す矢印の方向に運ばれてきた現像剤は感光ドラムと接触し、感光ドラム上の静電潜像は現像されることとなる。このとき、現像スリーブ４１と感光ドラムとの近接位置（現像部）において、現像スリーブと感光ドラムとは互いに逆方向に移動するようになっている。磁極Ｓ１で現像を終了した現像剤は、磁極Ｎ１及び磁極Ｎ３により形成された反発磁界によって現像現像スリーブ４１上から剥ぎとられ、現像室４４に落下することとなる。

尚、現像スリーブには電源により、交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。感光ドラム上の潜像の暗部電位（非露光部電位）と明部電位（露光部電位）とは、上記振動バイアス電位の最大値と最小値との間に位置している。これによって現像部に、向きが交互に変化する交番電界が形成される。この交番電界中でトナーと磁性キャリアとが激しく振動され、トナーが現像スリーブ及び磁性キャリアヘの静電的拘束を振り切って潜像電位に対応した量のトナー量が感光ドラムに付着する。

尚、本実施形態においては、感光ドラム上の暗部電位を−６００Ｖ、明部電位を−２００Ｖとし、現像スリーブ５０には、直流バイアスとして、−４５０Ｖの直流電圧が印加され、交流バイアスとして、Ｖｐｐ＝１．８ｋＶ、Ｆｒｑ．＝２ｋＨｚの交流電圧が印加されている。Ｄｕｔｙ比は現像飛翔側に３５％である。図１３に示すようにＴ１：Ｔ２は６５：３５となる。

ここで、本実施形態で用いたトナーについて説明する。

トナーの体積平均粒径は、４〜１０μｍのものが好適に使用できる。ここでトナーの体積平均粒径は、例えば、次の測定法で測定されたものを使用する。

上記測定法においては、測定装置としてはコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を用い、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェイス（日科機製）及びＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン製）を接続し、電解液は一級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調整する。

測定法としては、上記電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加えさらに測定試料０．５〜５０ｍｇを加える。

試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、上記コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型によりアパチヤーとして１００μｍアパチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定し体積分布を求める。これら求めた体積分布により、サンプルの体積平均粒径が得られる。

上述したようなトナーに対して、さらには、（トナー）表面を外添剤で被覆することにより、ハード的に２つの効果がある。

一つは、流動性が向上し、補給トナーが現像剤容器２７内の２成分現像剤と混合撹拌しやすくなることであり、もう一つは、外添剤がトナー表面に介在することにより、（感光ドラム３上に現像された）トナーの感光ドラム３に対する離型性が上がり、転写効率が良化することである。

本発明に使用される外添剤としては、トナーに添加した時の耐久性の点から、トナー粒子の重量平均径に対して１／１０以下の粒径であることが好ましい。この外添剤の粒径とは、電子顕微鏡におけるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。

外添剤としては、例えば、金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化クロム、酸化錫、酸化亜鉛等）、窒化物（窒化ケイ素等）、炭化物（炭化ケイ素等）金属塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等）、脂肪酸金属塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等）、カーボンブラック、シリカ等が用いられる。

外添剤は、トナー粒子１００重量部に対し、０．０１〜１０重量部が用いられ、好ましくは、０．０５〜５重量部が用いられる。これら外添剤は、単独で用いても、又、複数併用しても良い。それぞれ、疎水化処理を行ったものが、より好ましい。

本実施形態においては、平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比１％外添したものを用いている。

磁性キャリアは、磁性体として従来の磁性キャリアにおけると同様の、鉄，クロム，ニッケル，コバルト等の金属、あるいはそれらの化合物や合金、例えば、四三酸化鉄，γ−酸化第二鉄，二酸化クロム，酸化マンガン，フェライト，マンガン−銅系合金、といった強磁性体の粒子を球形化したり、又はそれらの磁性体粒子の表面をスチレン系樹脂，ビニル系樹脂，エチル系樹脂，ロジン変性樹脂，アクリル系樹脂，ポリアミド樹脂，エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂等の樹脂やパルミチン酸，ステアリン酸等の脂肪酸ワックスで球状に被覆するか、あるいは、磁性体微粒子を分散して含有した樹脂や脂肪酸ワックスの球状粒子を作るかして得られた粒子を従来公知の平均粒径選別手段で粒径選別することによって得られる。

以上のような現像装置に、微粒フェライトを樹脂中に７０ｗｔ％分散した重量平均粒径が３５μｍ、磁化の強さが３０ｅｍｕ／ｇ、抵抗率が１０１４Ωｃｍ以上の熱による球形化処理を行った磁性キャリアを用い、トナーにスチレン・アクリル樹脂（三洋化成製ハイマーｕｐ１１０）１００重量部、カーボンブラック（三菱化成製ＭＡ−１００）１０重量部、ニグロシン５重量部からなる重量平均粒径が５μｍの粉砕造粒法によって得られた非磁性粒子からなるものを用い、現像剤溜まりにおける現像剤Ｄのトナー比率がキャリアに対して８ｗｔ％になる条件で現像を行った。トナーの平均帯電量は２０μＣ／ｇであった。

本実施形態においては、磁性キャリアとして、重量平均粒径が２０〜６０μｍが好ましく、更に好ましくは、２０〜５０μｍのものである。

それでは本特許の特徴について説明する。

現像容器４０内には、現像スリーブ４１と略平行にＡスクリュー４４ａが配置されており、このＡスクリュー４４ｂによって現像剤が矢印方向に搬送及び撹拌される。そして、Ａスクリュー４４とＢスクリュー４５の間には仕切壁４７が設けられている。

Ｂスクリュー４５の後方の壁面にはトナー濃度センサー４６が設けられており、このトナー濃度センサー４６はそのセンサー面がＢスクリュー４５の近傍で垂直になるように配置されている。センサー面に対して現像剤が滞留すると現像剤のトナー濃度（キャリアとトナーの混合比であり、以下、Ｔ／Ｄ比と称する）を正確に検出できなくなるため、センサー面に現像剤が滞留しないようにトナー濃度センサー４６は前述のようにそのセンサー面がＢスクリュー４５の近傍で垂直になるよう配置されている。

図７は現像装置の平断面図であり、同図に示すように、Ａスクリュー１０ａとＢスクリュー１０ｂは略平行に配置され、それらの間はＡスクリュー１０ａとＢスクリュー１０ｂの間を現像剤が行き来しないように仕切るための仕切壁７によって仕切られている。長手両端部は仕切壁７がなく、現像剤がＡスクリューとＢスクリュー間を行き来できるような連通路が形勢されている。

ＡスクリューとＢスクリューはそれぞれ反対方向に現像剤を搬送するようになっているため、現像容器１０内には現像剤が途切れることなく回るような循環経路が形成される。

又、Ｂスクリュー上の現像剤搬送方向の上流側には前記トナー濃度センサー９が設けられている。ここで、トナー濃度センサー９を上流側に設けているのは、画像形成にトナーが使用されてトナー濃度が下がった現像剤に対して直ちにトナー濃度を検出するためである。

而して、Ａスクリュー１０ａ側に存在して画像形成に用いられた現像剤は前述した循環によりＢスクリュー側１０ｂに送られ、トナー濃度センサー９によりトナー濃度が検出される。そして、その検出結果に基づいてトナー濃度センサー９の下流側に設けられたトナー補給口を通じてトナー補給機構から適正量のトナーが補給され、これによって現像剤のトナー濃度が常に一定に保たれる。

次に設計上重要なポイントについて述べる。

第１に、図１６において、Ａスクリュー４４側の現像剤の表面（以下、剤面と略称する）を所定の高さにする必要がある。この剤面の高さが低過ぎると、Ａスクリュー４４から搬送される現像剤量が全体量として少な過ぎることによって現像スリーブ４１に供給される現像剤がドクターブレード４３の規制部にて滞留する量が減少し、この部分でのＡスクリュー４４からの供給ムラを招き易くなる。より具体的には、Ａスクリュ−４４で現像剤の供給ムラを生じ易くなる。その結果、スクリューピッチで画像に濃度ムラができる所謂スクリューピッチムラが生じる。逆に剤面が高過ぎて現像スリーブ４１の現像剤が引き剥がされる部分を完全に現像剤が覆ってしまった場合、剥がされた現像剤が覆われた現像剤により押さえ付けられて現像スリーブ４１上に戻ってしまう。その場合にＡスクリュー４４のスクリュー羽根の近傍部で現像剤の引き剥がしが比較的良好に行われるのに対して、それ以外の所が引き剥がされないでいるためにベタ画像印字時のスクリューピッチムラの発生を招いてしまう。従って、剤面高さは反発極間を完全に覆うことなく、ドクターブレード４３の規制部を十分に覆うような高さとするのが望ましい。

次に本特許の特徴であるＡスクリューについて説明する。本実施例ではＡスクリューは、図２６に示すように螺旋状のスクリューと軸より構成されており、端部は図１で示すように、搬送スクリュー部（第１の搬送翼部）ａと返しスクリュー部（第２の搬送翼部）ｂからなる。そして、搬送スクリュー部ａと逆スクリュー部ｂを接合してもうけたことで、現像スリーブへの現像剤の供給不良を抑制することができた。

次に本発明者は、更なる検討を進め、図に示すように、その２つのスクリュー部で囲まれた三角形状領域の一部に底上げ部を設けている（溝を有さない形状にした）。即ち、三角形状領域の一部をＡスクリューの他の領域の軸部よりも底上げした形状とし、現像剤の供給不良を高レベルで抑制することができた。

なお、以下において、図２８に示すスクリューを比較例として説明するが、この図２８に示すスクリューの構成は上述したように本発明の適用範囲であり、更なる改良と捉えて説明する。比較例を用いた場合、図６に示すようにハーフトーン画像、べた画像をとると端部のＡスクリューの搬送スクリューと逆スクリューの接合する部分で白抜け現象が少ない割合で生じることがあった。

これは、（１）長手方向において現像領域内に搬送スクリューと逆スクリューの結合部があること、（２）この結合部の現像スリーブとは反対側の位置に仕切り壁が存在しにないこと、によりＡスクリュー部からＢスクリュー部へ現像剤が流れてしまい、現像剤の剤面が下がり不安定な状態になることから生じたと思われる（図２）。

本実施例ではＡスクリューピッチを１５ｍｍ、Ｂスクリューピッチを２４ｍｍとして、Ａスクリュー側の剤面を適正にした。Ａスクリュー、Ｂスクリュー各々の形状はφ１８ｍｍで図２６と図２７に示すとおりである。

本Ａスクリューの特徴は図２１と図２２を比べてわかるように、現像剤を搬送方向に移動させる搬送スクリューと現像剤搬送方向最下流部にスクリューと現像剤の進行方向が逆向きな逆スクリューを有し、搬送スクリュー部と逆スクリュー部は接合していると共に、２つのスクリューで囲まれた三角形状領域の空間が底上げされていることである。

表１に接合部の構成としてＡからＤまでの４つの構成をしめす。これらの構成をしたＡスクリューでハーフトーン及びべた画像を出した際の端部の白抜けレベルはＡ結合部がないもの（３−５ｍｍｇａｐ）、Ｂ結合したもの、Ｃ結合角を振ったもの（３０−５０度）ではいずれも白抜けが発生してしまった。結合角をふる際には、スクリューのピッチを３０ｍｍまでしてみた。更に、スクリュー回転数を５０−３００ｒ．ｐ．ｍ．で振ってみたが、いずれもＮＧであった。また、現像剤量に対しても、剤の汲み上げがし易いように、本構成で適正である、２５０ｇから更に５０ｇアップさせてみたが、いずれもＮＧであった。その一例を表２に示す。スクリューのピッチに関しても、白すじはピッチに依存しないことがわかる。

これに対して、Ｄのように、搬送スクリューと逆スクリューで囲まれた三角形状領域を埋めて、底上げした状態にした構成では、ハーフトーン、べた画像とも、白すじは発生しなかた。構成の詳細は図２０に示すように、スクリュー先端部の幅は２ｍｍ、溝のない部分の幅は内側で６ｍｍ、外側で８ｍｍである。底上げした部分の半径方向の幅は１２ｍｍである。

次に、白すじが端部ででる理由及び本実施ででない理由について述べる。

１搬送スクリューと逆スクリュー部と接合部では、ピッチ幅が、図２１に示すように、大きくなり、φ１５ｍｍのピッチに対して幅２１ｍｍとなり、本来スクリューで埋めている空間が空くために、現像剤の剤面が下がり、スリーブに対する剤の供給能力が低下する。更には現像スリーブと反対側には仕切り壁がないため、現像剤はＢスクリュー側に流れてしまう。そのため、この部分に局所的なコート不良が起こり、白抜け画像になる。

２搬送Ａスクリューは通常、スリーブ下方にあり、一度汲み上げられた現像剤は通常搬送スクリューと逆スクリューの間に挟まれた空間（溝）に落ちるが、本特許のように底上げした形にすることで、剤面が下がらない状態に保てる。

３本特許のように底上げすることで図２４に示すように、剤を現像スリーブに供給する面Ｓを作り、供給面を増すとともに、その後、底上げしていることで剤面が落ちるのを防いでいる。回転方向については、図２４で示す現像剤供給面が上流になるように、矢印の向きに回転させる。

このような、理由により本発明では、画像白すじをなくすことができた。溝無し部の体積については、表３に示すように、白すじレベルの比較より、２０ｍｍ３以上が好ましい。これは先に述べた理由のため、効果を得るためには、ある程度の容積が必要であるためである。

次に、Ｂスクリューについて述べる。

本実施ではＢスクリューは径１８ｍｍで形状はＢスクリューが図２７に示すような補給部より剤の搬送方向下流にフィンを設けない領域を設け、その下流にフィンをスクリュー軸の周状に放射状に２０個設けた構成にした。ＡスクリューとＢスクリューの組み合わせとしては図１０にしめすとうりである。スクリューを軸中心からみると４つのフィンがついた構成とした。Ａスクリューはフィンがない形状にした。軸径はＢスクリューと同じである。スクリュー軸径は８ｍｍである。フィンの形状は図２０に示すように、幅５ｍｍのものにした。

従来のＢスクリューは軸と螺旋状のスクリューよりなるものや、図２９に示すような、軸とスクリューに加え複数のフィンを設けたものが主流である。剤面に関しては一般にはスクリュー内の剤面はほぼ水平にした方が良いと従来考えられていた。そこで、ＡスクリューとＢスクリューの１ピッチを変える、２回転数を変える等をして循環のバランスを変えて剤面の調整をしている。しかし、図２のように、小型現像器においては、補給口から現像スリーブへ至るまでの撹拌長が短いために、十分、キヤリアとトナーを攪拌できなかった。具体的には１０ｋ耐久においてべた画像をとると画像かぶりは許容値２％に対して５％であった。通常べた画像コピーでは大量なトナーが現像器へ入るため、撹拌が一番厳しい。図１５に撹拌長と飛散トナーの関係、図１７に撹拌長と画像かぶりの関係を定性的に示す。このように撹拌長が短ければ短いほど飛散、かぶりとも悪くなる。現像器の小型化によりこの撹拌長はますます短くなり、許容の飛散量、かぶりを越えてしまう。この理由として図１８にトナーの帯電付与性について説明する。これはトナー帯電量分布を表す。横軸は帯電量で右側がプラス、左側がマイナスである。本件のトナーは負極性であるので０よりマイナス側が好ましい。破線は耐久後のトナーの帯電量分布で実線は初期の帯電量分布である。測定ポイントはＢスクリューからＡスクリューへ剤を受けわたす部分である。２つのピークがあり０近傍に大きなピークができていることがわかる。すなわち帯電が不十分トナーが多い。このように帯電付与が十分できていないために、上記、飛散、かぶりが生じるのである。

本件では図２７のようなスクリューをＢスクリューに用いることでトナー補給口部での剤の高さを低くし、供給トナーを撹拌スクリュー軸中心に取り込むとともに、搬送方向下流部で最大限撹拌させるためにスクリュー軸に撹拌用フィンを放射状につけ、撹拌性、帯電付与性を向上させた。補給口部での剤面を下げることはＡスクリュー最下流部の剤面を下げることでも有り、このような状態においても、現像スリーブへの現像剤コート性を維持し、白すじ画像を出さないためにも、上記で述べたＡスクリュー形状は重要である。Ｂスクリューの剤面については、トナー補給部近傍とその下流で剤面は段差が生じる。この段差の上流がトナー取り込み、下流が撹拌ｕｐという機能分離化型撹拌スクリューとなる。その結果、画像上かぶりは１０ｋ耐久後にべた画像１０枚後でも１％と格段によくなる。実際の画像も長手方向でむらが生じることがなく、均一な画像を形成することができた。その理由として、実際にトナーの帯電量分布を測定すると図１９に示すように実線（初期）も破線（１０ｋ耐久後）も未帯電トナーを減らすことができている。

トナーの取り込みに関して本件では補給口直下に１個のフィンを設け、取り込みに関して安定させた。多数のフィンを設けると剤面があがるためこのましくなく、直下には２個以下にするのが好ましい。以上の構成にすることで５０ｋ耐久および低湿、高湿環境においても画像かぶりとしては最大１．２％以下に抑えることができた。

以上のように、小型２成分現像装置において端部での現像剤の現像剤担持体への供給を確実に行い、現像剤のコート不良や画像白抜けを防止すると共に、トナーの撹拌不良を防ぎ、トナーの帯電性を維持することで飛散、かぶりを防止し、画像むらのない高画質画像を提供することができた。

本発明にかかる現像装置は図１２に示す。

本実施例の特徴は高速リユース画像形成装置に本発明の現像装置を適用したことである。リユース系トナーは基本的には転写されずに残りクリーニングで回収された廃トナーであるために、劣化でＮｅｗトナーと比較して、廃トナーは凝集度が高く、帯電量も変化するために新トナーと旧トナーで剤面が変化しやすい。また、高速機は単位時間に対する現像スリーブの回転数が早いため、現像剤の現像スリーブへのコートも難しい。本実施例はこれらのことを鑑みて実施したものである。本実施例で用いたＡスクリューは搬送スクリューと逆スクリューの結合部で形成される三角形状部を実施例１に対して、スクリューの半径方向に更に。０．５ｍｍ外側に突き出した構成にした。（図示せず）その他の部分のスクリューと現像器の底面との距離は１．５ｍｍである。このようにすることで、更に結合部での局所的な剤面を上げるともに、図２４で示された面Ｓの面積も増やすことで現像スリーブへの現像剤の供給能力をアップさせた。Ｂスクリューに関しては実施例１と同様な構成にした。

本実施例では図１２に示す画像形成システムで感光体としてＯＰＣドラムを用いたデジタル複写機について説明する。プロセススピードは５００ｍｍ／ｓの１１０枚／分である。この感光ドラム２０１の表面を、一次帯電器２０３により−７００Ｖに一様帯電する。ついで、波長６８０μｍの半導体レーザーで６００ｄｐｉでＰＷＭによる露光２１２を行って、感光ドラム２０１上に静電潜像を形成する。次に、現像器２０２により反転現像し、トナー像として可視化する。現像剤は２成分現像を行い、ネガトナーを用いた反転現像をする。トナー粒径は８．０μｍである。現像バイアスは周波数２４００Ｈｚ、交流で電圧１５００Ｖｐｐ、Ｄｕｔｙ５０％の交流電圧に＋２００Ｖの直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加する。Ｓ−Ｂｇａｐは３５０μｍ、でＳ−Ｄｇａｐは３５０μｍとした。その後、ポスト帯電器で総電流−２００μＡ流してトナー像を帯電させた後、矢印方向に進む転写材に転写帯電器２０４により転写し、定着器７に送ってトナー像を定着する。一方、感光ドラム１上の転写残りのトナーをクリーニング装置２０６により除去、回収して搬送パイプ２０８を通して廃トナー（リユーストナー）を現像ホッパー２０９Ｂに戻す。搬送パイプにはスクリュー状の搬送部材が内部にあり、回転することでリユーストナーを運ぶ。更に詳細を述べると図１２に示すように運ばれたリユーストナーは現像ホッパー２０９Ｂに入れられ再利用される。また別にＮｅｗトナーはホッパー２０９Ａに入れられ、ローラが回転することにより現像器内にトナーは運ばれる。本実施例ではリユーストナーとＮｅｗトナーを現像器内で混ぜる方法を採用したが、ホッパー内に混合するスペースを設け混ぜても構わない。現像器内で混ぜられたトナーは再び現像スリーブに送られ、感光体上に現像される。供給ローラの通常の回転速度は２回転／分でローラの回転速度を変化させる。補給量は画像データ（ビデオカウント）によりローラ回転を制御する。

廃トナーが混在した補給トナーは凝集度が通常１０％程度に対して３倍程度となっているコート性、トナーの帯電付与性に不利な高速リユース複写機において、耐久試験をした。本構成にした際のハーフトーン画像、べた画像について、１００枚の耐久を通して確認をしたところ、初期から耐久後に至るまで、白抜け画像のない均一な画像を維持することができた。また、画像かぶりに関しても、従来は５０ｋの耐久後でべた画像を１０枚とった後のかぶりは８％と悪く製品化が困難だったのに対して、本実施例では１．５％程度に抑えることができた。

以上の構成にすることで、トナーリユース小型現像装置においても小型２成分現像装置において端部での現像剤の現像剤担持体への供給を確実に行い、現像剤のコート不良や画像白抜けを防止すると共に、トナーの撹拌不良を防ぎ、トナーの帯電性を維持することで飛散、かぶりを防止し、画像むらのない高画質画像でかつ廃棄物を出さないという点で、環境に優しい現像装置を提供することができた。

本件は小型現像器においてトナー補給口下流に現像剤を現像器より外に出す構成をとる場合である。これは２成分現像の現像剤の剤寿命を長寿命化するため、補給するトナーにあらかじめキヤリアを少量混ぜるとともに、現像器内の劣化したキヤリアを現像器外へ排出し、結果として劣化したキヤリアを含む剤が新しい剤と入れ替わるので、現像剤そのものの寿命を延ばすことができるシステムである。本実施例ではそのような長寿命化を図った現像器において実施した。このようなシステムの場合、現像剤の量自体も変化するため、更に現像スリーブへの現像剤の供給も不安定になる。また、長寿命になる分、寿命に近い枚数まで、現像剤のコートを安定化させ、均一画像を維持することが難しくなる。

本実施例では画像形成装置、現像器の基本構成は実施例１と同様である。図８において現像剤の回収口を長手方向でＰ０領域に設ける。このような場合、現像剤排出口近傍の剤面は排出口の最上点より高くなければいけない。これは剤面が低いとキヤリアを含んだ補給現像剤が蓄積されても排出されないためである。なお、本実施例の排出方法は搬送スクリューが回転することで剤が動き排出動作がされことを利用する。開口部が１５ｍｍ×５ｍｍとして排出口を図８のＰ０領域でおけ底からの高さを１９ｍｍにし、現像剤量を振った際の排出特性を図１４に示す。現像剤が増えてくると所定高さ以上の現像剤が排出されるしくみである。横軸は現像器内の現像剤量である。べた画像をとり続けた場合、補給現像剤中のキヤリアが急激に現像器内に入る。その際に現像機内が蓄積した現像剤でまんぱんにならないように所定時間で所定量排出する必要がある。本実施例では補給剤中のキヤリアの比率は重量比で２０％とした。べた画像連続時に必要な排出量は２００ｍｇである。この量以下だとまんぱんになる。この点を鑑み図１７をみると実施例では現像剤量２８０ｇで３００ｍｇ排出している。従って、通常の現像剤の剤面の振れに対して更には３０ｇ程度、変動要因が加わることとなる。したがって、このような系では従来、画像白すじレベルは更に悪かったのであるが、本実施例のスクリューを用れば、端部の画像白抜け画像も３００ｋの耐久を通してなく、本実施例では現像剤の寿命としては通常５０ｋ枚程度に対して、３００ｋの寿命を達成させることができた。また、このような現像剤面の制約を受けても、補給トナーを十分に撹拌できるため、耐久によってもかぶりのない高画質を維持することができた。

以上説明したように現像装置の小型化を図った際にも、端部での現像剤の現像剤担持体への供給を確実に行い、現像剤のコート不良や画像白抜けを防止することができ、更に、トナーの撹拌不良を防ぎ、トナーの帯電性を維持することで飛散、かぶりを防止し、画像むらのない高画質画像を提供することができた。

第１実施例のＡスクリューを説明するための図第１実施例で用いる現像装置を説明するための図従来の現像装置を説明するための図従来の現像装置を説明するための図従来例の現像装置を説明するための図白すじ画像を説明するための図実施例１の現像装置を説明するための図現像剤面を説明するための図第１実施例で用いた画像形成装置を説明するための図従来の画像形成装置を説明するための図実施例の画像処理部を説明するための図実施例２で用いた画像形成装置を説明するための図実施例１の現像バイアスを説明するための図排出量を説明するための図撹拌長と飛散の関係を説明するための図従来の画像形成装置を説明するための図撹拌長とかぶりを説明するための図トナーの帯電特性を説明するための図実施例のトナーの帯電特性を説明するための図Ａスクリューの端部の溝無し部を説明するための図従来のＡスクリューを説明するための図実施例のＡスクリューを説明するための図従来のＡスクリューを説明するための図実施例のＡスクリューの回転方向を説明するための図フィンの形状を説明するための図Ａスクリュー全体を表す図Ｂスクリュー全体を表す図従来のＡスクリューを説明するための図従来のＢスクリューを説明するための図

符号の説明

１現像器
２現像器ロータリ
３ドラム
４１次帯電ローラ
６クリーニング装置
８中間転写ベルト
９１次転写ローラ
１０２次転写ローラ
４０現像器
４１現像スリーブ
４４Ａスクリュー
４５Ｂスクリュー
５０現像スリーブ
６０現像器

Claims

トナーとキャリアを混合した現像剤を収容する現像容器と、
前記現像容器内の現像剤を収納する現像室と、
前記現像室と循環経路を形成し、前記現像容器内の現像剤を攪拌する攪拌室と、
前記現像室と前記攪拌室を仕切る仕切り部と、
前記現像室内の現像剤を担持して像担持体と対向する現像領域へ現像剤を搬送する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体と対向して設けられ、前記現像剤担持体へ現像剤を供給するとともに、前記現像室内の現像剤を前記攪拌室に向けて搬送する搬送部材と、を有する現像装置であって、
前記搬送部材は、回転可能な回転軸と、前記回転軸上に螺旋状に形成され、現像剤を循環方向へ搬送する第１の搬送翼部と、前記回転軸上に螺旋状に形成され、現像剤を循環方向とは逆方向へ搬送する第２の搬送翼部と、を有する現像装置において、
現像剤の循環方向に関して前記現像室から前記攪拌室へ連絡する連絡路は、前記現像領域と重なる領域を有し、前記第１の搬送翼部と前記第２の搬送翼部は、前記連絡路と対向する位置において、互いの螺旋状の搬送翼部同士が直接結合されており、前記第１の搬送翼部と前記第２の搬送翼部が結合することで形成された空間の少なくとも一部を底上げした領域が設けられていることを特徴とする現像装置。
前記底上げした領域は、前記回転軸の半径方向に関して更に外側に突出した形状であることを特徴とする請求項１の現像装置。