JP4884697B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナー及び磁性キャリアを含む現像剤を用いた現像装置、並びに該現像装置を用いた複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成装置に関する。

従来、現像剤担持体に供給する磁性キャリアとトナーとから２成分現像剤を収容する現像剤収容部には、この現像剤収容部に補給するトナーを収容するトナー収容部が設けられている。一般に現像剤収容部内では、トナー収容部から補給されたトナーによって局所的にトナー濃度が増加しても、現像剤収容部内に設けられた現像剤攪拌部材の攪拌によって現像剤と混合され、キャリアと付着して均一な状態となる。しかし、トナー収容部内に収容されたトナーは、温度、湿度や振動により凝固しやすい。そのため、トナー収容部内のトナーが塊のまま現像剤収容部へ補給されると、特にスクリュ等の現像剤攪拌部材では、トナーが塊のまま搬送されてしまい、局所的にトナー濃度が高い状態になったり、キャリアと十分に接触できないために摩擦帯電が起きにくくなったりして帯電不足による地汚れやトナー飛散等が発生しやすくなってしまう。

そこで、トナー収容部内でのトナーの凝集を防止するために、特許文献１及び２では、トナー収容部内の内壁面に振動部材や清掃部材を設けた現像装置が提案されている。また、特許文献３では、トナー収容部内に引き抜き可能なシート部材を配し、シート部材の引き抜き時に現像剤を砕く現像装置が提案されている。特許文献４では、トナー収容部にポンプ手段を連結し、トナー収容部内に空気を噴出することによりトナーを拡散させる現像装置が提案されている。

特開平３−４２６９２号公報 特開平５−１８１３６３号公報 特開平３−１１７９号公報 特開２００２−６５３２号公報

ところが、上記特許文献１乃至４に記載される現像装置では、トナー収容部の流出口から流出したトナーが現像剤収容部に直接投入される。そのため、現像剤収容部内ではトナーの落下位置でトナー濃度が局所的に上昇し、地汚れが発生する虞がある。特に、初期から経時に亘ってトナーが大量に消費される場合には、トナー濃度を高速で均一にするのが難しい。

本発明は以上の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、現像剤収容部においてトナー濃度を高速で均一にすることができる現像装置及び画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に供給する現像剤が収容された現像剤収容部と、該現像剤収容部に補給するトナーを収容するトナー収容部とを備える現像装置において、上記トナー収容部の流出口を上記現像剤担持体の長手方向の一端部に設け、上記現像剤収容部内に上記トナー収容部の流出口から流出したトナーを衝撃力によって上記長手方向の他端側に案内しつつ拡散させてから該現像剤収容部内の現像剤と接触させる拡散部材を設け、該拡散部材の形状は、上記流出口の下方に位置する上記長手方向一端側から他端側にかけ上記長手方向と直交する幅方向の幅が段階的に狭まるように該幅方向の一端側の縁が複数の段を有する階段状にされた上平面と、それぞれこの階段状の複数の縁の部分から上方に立ち上がる複数の立ち上がり部を有し、複数の立ち上がり部は、互いに上記長手方向に並ぶと共に、当該立ち上がり部に衝突したトナーが上記長手方向で隣合う立ち上がり部同士の幅方向の間隔から現像剤収容部内に落下可能な形状であることを特徴とするものである。
請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記拡散部材は上記現像剤担持体の軸方向へトナーを拡散させることを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記トナー収容部の流出口から流出するトナーは、重力により落下して上記拡散部材に接触することを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記トナー収容部の流出口から流出するトナーに初速度を加える加速手段を設けたことを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項１、２、３、又は４の現像装置において、上記拡散部材は水平方向に対して傾斜した状態であることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１、２、３、４又５の現像装置において、上記拡散部材に振動を加える加振手段を設けたことを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５、又は６の現像装置において、上記拡散部材はその表面が低表面エネルギー材料で形成されていることを特徴とするものである。
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６又は７の現像装置において、トナーの凝集度が２０以下であることを特徴とするものである。
請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７又は８の現像装置において、トナーの平均円形度が９０％以上であることを特徴とするものである。
請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置において、上記現像剤収容部内の上記現像剤担持体に近接する位置に、上記現像剤担持体の回転方向と同方向に移動可能な移動部材を備えた攪拌部材を設けたことを特徴とするものである。
請求項１１の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備える画像形成装置において、上記現像装置として、請求項１乃至１０のいずれかの現像装置を用いたことを特徴とするものである。
この現像装置及び画像形成装置においては、トナー収容部内のトナーが塊状態のまま流出されても、拡散部材との衝突によって塊状態がほぐされてから現像剤収容部に供給される。また、トナー収容部から流出したトナーは、拡散部材との衝突によって拡散されてから現像剤収容部内の現像剤と接触するので、拡散部材を設置しない場合に比べ、現像剤収容部内の現像剤への到達領域が広範囲なものとなる。よって、現像剤収容部内での現像剤の攪拌効率が向上し、トナー濃度を高速で均一にすることができる。

本発明によれば、現像剤収容部においてトナー濃度を高速で均一にすることができる現像装置及び画像形成装置を提供できるという優れた効果がある。

以下、本発明を画像形成装置である電子写真式レーザプリンタ（以下「プリンタ」という。）に適用した実施形態について説明する。図１は、このプリンタの構成を示す概略構成図である。このプリンタは、矢印ａ方向に回転駆動される潜像担持体としての感光体ドラム１の周辺に、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、クリーニング装置６等が順に配設されている。帯電装置２は感光体ドラム１の表面を一様帯電する。露光装置３は、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線等を、一様帯電された感光体ドラム１に照射する。現像装置４は、トナー及び磁性キャリアを含む現像剤を用いる二成分現像方式の現像装置であり、現像剤担持体としての現像ローラ４０２に担持したブラシ状の現像剤を感光体ドラム１に対向する現像領域Ａ１に搬送する。この現像ローラ４０２に担持された現像剤中の帯電トナーを感光体ドラム１に形成された静電潜像に付着させることでトナー像を形成する。転写装置５は、感光体ドラム１上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙２０に転写する。クリーニング装置６は、クリーニング部材としてのクリーニングブレード６０１により、転写後に感光体ドラム１上に残ったトナーを除去する。なお、感光体ドラム１上に静電潜像を形成する潜像形成手段は、上記帯電装置２及び露光装置３により構成されている。また、本実施形態のプリンタは、図示しない給紙トレイ等から転写紙を給紙・搬送する図示しない給紙搬送装置と、転写装置５で転写されたトナー像を転写紙２０に定着する図示しない定着装置とを備えている。

なお、上記プリンタを構成する複数の装置の一部は、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物として構成した画像形成プロセスユニット（以下「プロセスカートリッジ」という。）であってもよい。例えば、感光体ドラム１と帯電装置２と現像装置４とクリーニング装置６とを、プリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物としてプロセスカートリッジを構成してもよいしている。このようにプロセスカートリッジを装置本体に対して着脱可能に構成することにより、感光体ドラム１等からなる作像手段の保守及び交換が容易になる。

次に、本実施形態に係るプリンタの各部構成の詳細について説明する。図２は現像装置４の構成を示す概略構成図であり、図３は現像装置４の内部構成を示す平面図である。この現像装置４は、ケーシング４０１の感光体ドラム１側の開口から一部露出するように、現像ローラ４２０が配設されている。トナー１０と磁性キャリア１１とを含む二成分現像剤（以下「現像剤」という。）１２は、ケーシング４０１で形成された現像剤収容部４０１ａにおいて、現像剤撹拌搬送手段としてのスクリュウ状の撹拌搬送部材４２４、４２５によって撹拌搬送される。この撹拌搬送部材４２４、４２５が回転することにより現像剤が撹拌されながら、図２中の矢印ｂ、ｃに示す方向に巡回移動させるように搬送される。この撹拌搬送により、現像剤１２中のトナー１０と磁性キャリア１１とが混合されトナーが均一に分散する。更に、この撹拌の際にトナー１０は磁性キャリア１１との摩擦帯電によって電荷が付与される。このようにトナーを分散させてある程度まで帯電された現像剤１２の一部が現像ローラ４２０上に担持される。現像ローラ４２０上に担持された現像剤１２は、現像剤規制部材としてのドクタ４２３で層厚が規制され、一定量の現像剤１２が現像ローラ４２０に担持されて現像領域Ａ１に搬送され、残りは現像剤収容部４０１ａ内に戻される。このドクタ４２４で現像剤の層厚が規制される現像剤規制領域では、現像剤１２に対して機械的なストレスが加えられる。これにより、トナー１０と、磁性キャリア１１、ドクタ４２３の表面及び現像スリーブ４２１の表面とが摺擦し、トナー１０が所定の帯電量まで帯電される。現像領域Ａ１に搬送された現像剤１２中のトナー１０は、現像ローラ４２０と感光体ドラム１との間に形成される現像電界によって感光体ドラム１表面に転移し、感光体ドラム１上の静電潜像が現像される。なお、本実施形態では、現像剤撹拌搬送手段としてスクリュウを用いているが、これに限定されるものではなく、撹拌によるトナーとキャリアの分散と摩擦帯電の機能を有するものであればメッシュ、ブラシ等のものが適宜使用可能である。

上記感光体ドラム１は、接地された導電性基体（例えば、アルミ等の素管）上に、感光性を有する無機又は有機感光体を塗布することにより感光層を形成したものである。なお、潜像担持体としては、厚みの比較的薄いポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ニッケル等に感光層を形成したベルト感光体を使用することも可能である。
上記現像ローラ４２０は、複数の磁極を有する磁石部材４２２を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ４２１で構成されている。磁石部材４２２は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４２１上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。現像ローラ４２０の直径は１０〜３０ｍｍが好適である。現像ローラ４２０の表面は、サンドブラスト若しくは１〜数ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する処理を行い、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲内に入るようにするのが好ましい。現像ローラ４２０のスリーブ４２１は、図示しない回転駆動装置により矢印ｄ方向に回転駆動され、現像領域Ａ１で現像電界を形成するための現像バイアス電圧を印加する電源４３０が接続されている。

現像ローラ４２０に内蔵された磁石部材４２２は、ドクタ４２３による規制箇所から現像ローラ回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）、Ｓ極（Ｓ３）の５つの磁極を有する。なお、磁石部材４２２の磁極の配置は、図２の構成に限定されるものではなく、現像ローラ４２０の周囲のドクタ４２３等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。また、図２の現像装置の例では磁石部材４２２を固定配置しスリーブ４２１を回転駆動するように構成したが、スリーブ４２１を固定配置しその内側のローラ状の磁石部材を回転させるように構成してもよい。上記磁石部材４２２の磁力により、スリーブ４２１上にトナー１０及び磁性キャリア１１からなる現像剤１２がブラシ状に担持される。そして、現像ローラ４２０上の磁気ブラシ中のトナー１０は、前述のように磁性キャリア１１等と摺擦されて摩擦帯電されることで規定の帯電量を得る。この現像ローラ４２０上のトナーの帯電量としては、−１０〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。

なお、本実施形態のより具体的な実施例では、感光体ドラム１の直径を５０ｍｍ、感光体ドラム１の線速を２００ｍｍ／ｓ、スリーブ４２１の直径を１８ｍｍ、スリーブ４２１の線速を２４０ｍｍ／ｓに設定した。スリーブ４２１上のトナー帯電量は−１０〜−２５μＣ／ｇの範囲である。また、感光体ドラム１とスリーブ４２１の間隙である現像ギャップＧＰは０．８ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲内で設定した。このように現像ギャップＧＰを従来の装置よりも小さくすることにより、現像効率の向上を図っている。ドクタ４２３とスリーブ４２１との間の最近接部における間隔は５００μｍに設定され、ドクタ４２３に対向した磁石部材４２２の磁極Ｎ１は、規制ブレード４０６との対向位置よりも現像ローラ回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、現像剤収容部４０１ａ内における現像剤１２の循環流を容易に形成することができる。この磁極Ｎ１の傾斜角度は０〜１５度が好適である。

上記現像剤１２を構成するトナー１０は、ポリエステル、ポリオ−ル、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。添加剤の粒径は通常０．１〜１．５μmの範囲である。色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。また、トナー１０としては、ワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することもできる。

上記トナー１０は、磁性体を含有させて磁性トナーとしても使用することもできる。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。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質量部に対して２０〜２００質量部、特に好ましくは結着樹脂１００質量部に対して４０〜１５０質量部である。

上記添加剤としては、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。また、このときの添加剤の添加量は、母体粒子１００質量部に対して０．５〜３質量部であることが好ましく、特に好ましくは、０．７〜１．５質量部である。
添加剤の添加量が０．５質量部未満であると、トナーの流動性が低下するため、十分な帯電性が得られず、また、転写性や耐熱保存性も不十分となり、また、地汚れやトナー飛散の原因にもなりやすい。一方、添加剤の添加量が３質量部よりも多いと、流動性は向上するものの、ビビリ、ブレードめくれ等の感光体クリーニング不良や、トナーから遊離した添加剤による感光体ドラム１等へのフィルミングが生じやすくなり、クリーニングブレードや感光体ドラム等の耐久性が低下し、定着性も悪化する。また、細線部におけるトナーのチリが発生しやすくなり、特に、フルカラー画像における細線の出力の場合には、少なくとも２色以上のトナーを重ねる必要があり、付着量が増えるため、特にその傾向が顕著である。さらに、カラートナーとして用いる場合には、添加剤が多く含有されていると、透明シートに形成されたトナー画像をオーバーヘッドプロジェクターで投影した場合に投影像にかげりが生じ、鮮明な投影像が得られにくくなる。

上記添加剤の含有量の測定には種々の方法があるが、蛍光Ｘ線分析法で求めるのが一般的である。すなわち、添加剤の含有量既知のトナーについて、蛍光Ｘ線分析法で検量線を作成し、この検量線を用いて、添加剤の含有量を求めることができる。

さらに、本実施形態に用いられる添加剤は、必要に応じ、疎水化、流動性向上、帯電性制御等の目的で、表面処理を施されていることが好ましい。
ここで、表面処理に用いる処理剤としては、有機系シラン化合物等が好ましく、例えば、メチルトリクロロシラン、オクチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン等のアルキルクロロシラン類、ジメチルジメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン等のアルキルメトキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル等が挙げられる。また、処理方法としては、有機シラン化合物を含有する溶液中に添加剤を漬積し乾燥させる方法、添加剤に有機シラン化合物を含有する溶液を噴霧し乾燥させる方法等があるが、本実施形態においては、いずれの方法も好適に用いることができる。

トナー１０の体積平均粒径は３〜１２μｍの範囲が好適である。本実施形態で用いたトナー１０の体積平均粒径は６μｍであり、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。

上記トナーの粒径及び帯電量分布の測定には、ホソカワミクロン株式会社製の分析装置（商品名：「Ｅ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＹＺＥＲ」）を使用した。この分析装置は、二重ビーム周波数偏移型レーザードップラー速度計と静電界中で粒子の動きを摂動させる弾性波とを用いた方法を採用し、現像ローラ４０２上のトナーにエアを吹き付けて飛ばし、電界中の動きを捉えることでトナー個々の粒径と帯電量のデータを得られるものである。

上記磁性キャリア１１は金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。磁性キャリア１１の粒径は２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性キャリア１１の電気抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０^４〜１０^１５Ωの範囲が好適である。上記磁性キャリア１１のダイナミック抵抗ＤＲの測定は、固定磁石を内蔵した直径φ２０ｍｍの回転可能なスリーブの表面に、幅６５ｍｍ及び長さ１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）を、ギャップ０．９ｍｍで対向させる。次に、スリーブを回転速度６００ｒｐｍで回転駆動し始め、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧ＥＶを印加したときの測定結果から、ダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。

次に、本発明の特徴部である拡散部材の構成について説明する。本実施形態に係る拡散部材４２６は、図２に示すように、攪拌搬送部材４２５の上方であって、図示しないトナー収容部の流出口と連通するケーシング４０１の開口部４０１ｂの下方に配置される。図４は拡散部材の平面図（図２中上方から見た平面図）である。図４に示すように、この拡散部材４２６は、剛性を有する平板４２６ａに、図中太線で示す立ち上がり部４２６ｂが略垂直に階段状に立ち上げられている。トナー収容部の流出口から図中矢印ｅ方向（紙面鉛直方向）に落下したトナーは、拡散部材４２６の図中左側に衝突し、凝集したトナー粒子同士が衝撃力によりほぐされて矢印ｆ方向に拡散する。さらに矢印ｆ方向に拡散したトナー粒子群は、立ち上がり部４２６ｂにより流路が規制されて図中矢印ｇ方向、即ち現像ローラ４２０の軸方向にそれぞれ拡散しながら、拡散部材４２６から離れて現像剤収容部４０１ａ内の現像剤中に落下する。このように、ケーシング４０１の開口部４０１ｂから落下したトナーは、拡散部材４２６によって凝集がほぐされると共に、現像ローラ４２０の軸方向に拡散して現像剤収容部４０１ａ内の現像剤への到達範囲が広がるため、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率が向上する。

図５は、初期・経時におけるトナー帯電立ち上がりの様子を説明する特性図である。上述したように、拡散部材４２６を設けた現像装置４では、トナー収容部の流出口から直接現像剤収容部４０１ａ内にトナーが供給される従来に比べ、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率が向上する。よって、図５に示すように、現像装置作動時においてトナー帯電が速く立ち上がる。また、経時でも従来に比べ帯電の立ち上がり速さの劣化が抑制されるため、帯電がより速く立ち上がる。

なお、図４に示す拡散部材４２６は、水平方向に設置されているが、拡散部材４２６に接触した現像剤が現像ローラ４２０の軸方向に移動しやすいように、水平方向に対して傾斜させてもよい。さらに、拡散部材４２６に１ｋＨｚ程度の適切な振動を与える加振手段を設けてもよい。加振手段としては、従来公知の手段、例えばカムとレバーによる間欠衝撃付加やモータやソレノイド等による加振手段を用いることができる。これにより、トナーの拡散領域がより広範囲になり、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤のトナー攪拌効率がより向上する。また、拡散部材４２６の表面には、低表面エネルギー材料である潤滑剤等を塗布してもよい。これにより、拡散部材４２６にトナーが付着しにくくなり、拡散部材４２６に衝突したトナーがより拡散しやすくなる。

また、上述した実施形態では、トナー収容部内のトナーを重力により落下させて拡散部材４２６に接触させたが、トナー収容部から流出するトナーに初速度を加える加速手段を設けてもよい。加速手段としては、従来公知の手段、例えば粉体ポンプ等の加速手段を用いることができ、トナーが拡散部材４２６に当たるように配設すればよく、空気を流入させるオリフィスを狭めて噴出速度を増加させてもよい。

図６は、トナー粒子の初速度とトナー粒子の飛散距離との関係を示す特性図である。図６中、トナー流出口から現像剤面までの高さは４０ｍｍとする。図６に示すように、トナー粒子に初速度のみを与え、拡散部材４２６を設置しなかった場合では、Ａ３幅（約４２０ｍｍ）に到達するのが難しかった。これに対し拡散部材４２６を設置した場合には、初速度５５０ｍｍ／ｓ程度でＡ３幅に到達することがわかる。なお、トナー粒子の初速度を上げてもトナー粒子は拡散部材に衝突するために到達範囲は飽和して一定値以上増加しない。

また、本実施形態においては、トナーとして流動性が十分高く、凝集度が２０以下であるものを用いることがより好ましい。図７（ａ）は、凝集度が８である初期トナーを用いた場合のトナーの拡散性を示す実験図であり、（ｂ）は凝集度が３０である初期トナーを用いた場合のトナーの拡散性を示す実験図である。図７（ａ）に示すように、凝集度の小さいトナーを高さ４０ｍｍから粉体ポンプより拡散部材４２６へ図中矢印ｅ方向に落下させた場合には、トナーは矢印ｇ方向に拡散している。これに対し、図７（ｂ）に示すように、凝集度の高いトナーを用いた場合には、同じ条件でトナーを拡散部材４２６に落下させてもトナーはほとんど拡散していない。よって、トナー収容部内のトナーには、凝集度の小さいもの、特に凝集度２０以下のものを用いることが好ましい。

トナーの凝集度の定義及び測定方法は、以下の通りである。まず篩の目開きが１５０μｍ（上段）、７５μｍ（中段）、４５μｍ（下段）の組合せの第１組のものと、篩の目開きが７５μｍ（上段）、４５μｍ（中段）、２２μｍ（下段）の組合せの第２組のものとを用いる。そして、上段の篩にトナー２グラムを載せ、振幅１ｍｍで、Ｔ＝２０＋｜（１．６−Ｗ）／０．０１６｜［ｓｅｃ］（但しＷはトナーの動的見掛け比重であって、Ｗ＝（Ｐ−ａ）ｃ／１００＋ａの数式で計算され、Ｐ；固め見掛け比重、ａ；ゆるみ見掛け比重、ｃ；ゆるみ見掛け比重と固め見掛け比重との比から求めた圧縮度）の数式で計算された時間を振動させた後、各篩に残留したトナーの重量を測定して次の式で計算する。
（１）｜（上段に残ったトナー重量）／２｜×１００
（２）｜（中段に残ったトナー重量）／２｜×１００×（３／５）
（３）｜（下段に残ったトナー重量）／２｜×１００×（１／５）
上記３つの計算値の合計をトナーの凝集度と定義している。

また、本実施形態においては、トナーとして平均円形度が９０％以上であるものを用いることがより好ましい。これらのトナーは重合法（乳化、懸濁、分散）等で作製されることが多い。図８は、トナー形状によるトナー帯電立ち上がり時間の比較を示す特性図である。図８に示すように、円形度が９０％以上であるトナーは、拡散部材に当たって転がりやすい形状であるため、現像剤収容部４０１ａへの到達範囲がより広範囲となり、攪拌効率が向上して帯電立ち上げ時間が速くなる。これに対し、不定形（粉砕）トナーでは、攪拌時間が同じ場合帯電立ち上げ時間が遅くなる。

トナーの平均円形度の定義及び測定方法は、以下の通りである。まず、被検トナーのトナー粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、ＣＣＤカメラで光学的にその粒子画像を撮影する。そして、個々の粒子画像について、投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値を求めたものの平均値を算出する。この平均値が平均円形度である。かかる平均円形度を測定するには、例えばフロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００（東亜医用電子株式会社製）などを用いるとよい。

なお、上述した実施形態において拡散部材の形状は、図４に示す拡散部材４２６に限られず、衝撃力によりトナー粒子の凝集をほぐし、トナー粒子の現像剤収容部４０１ａへの到達範囲を広がせる形状であればよい。図９（ａ）は、別の実施形態に係る拡散部材の構成を示す平面図であり、（ｂ）同拡散部材の側面図である。図９に示すように、例えば拡散部材４２７は、平板４２７ａ上に所定の角度を有してＶ字状に立ち上がる立ち上がり部４２７ｂを複数備えている。トナー収容部の流出口から図中矢印ｅ方向（紙面鉛直方向）に落下したトナーは、拡散部材４２７の図中左側に衝突し、凝集したトナー粒子同士が衝撃力によりほぐされて拡散する。さらにこのトナー粒子群は、現像ローラ４２０の軸方向に移動しながら立ち上がり部４２７ｂにより流路が規制されトナー粒子群同士が相互作用等を起こして凝集した状態がほぐされ、拡散部材４２７から離れて現像剤収容部４０１ａ内に落下する。このように、ケーシング４０１の開口部４０１ｂから落下したトナーは、拡散部材４２７によって凝集がほぐされると共に、現像ローラ４２０の軸方向に拡散して現像剤収容部４０１ａ内の現像剤への到達範囲が広がるため、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率が向上する。

また、上述した実施形態において、現像剤収容部４０１ａ内の現像剤を攪拌する現像剤攪拌搬送手段は、図２に示すスクリュウ状の攪拌・搬送部材４２４、４２５に限られない。図１０は、別の実施形態に係る現像装置の構成を示す構成図である。なお、図１０中、攪拌部材以外の構成は、図１に示す現像装置と同様であるので同一符号を付し説明を省略する。図１０に示すように、現像ローラ４２０に近接する位置に現像剤攪拌搬送手段としてパドル４２８を配設し、パドル４２８の上方にトナー流出口及び拡散部材４２６を設置してもよい。従来から使用されているパドル４２８は現像ローラ４２０の軸方向への攪拌機能をもたないが、トナー収容部の流出口から流出したトナーは拡散部材４２６により塊がほぐされた状態で十分に拡散され現像ローラ４２０の軸方向へ供給される。また、トナー収容部から供給されるトナーは、現像ローラ４２０周りのトナーを消費した低トナー濃度の現像剤（トナー被覆率の低いキャリア）と接触しやすくなり、摩擦帯電効率が向上する。拡散部材を設置せず、攪拌部材として従来のスクリュを用いた場合には、トナー補給量として２ｇ補給したとすると１カ所に２ｇのトナーがそのまま補給されてトナー濃度が局所的に急激に上がり、そのまま現像ローラ近傍に搬送されて地汚れ等の不具合が発生した。これに対し、図１０に示す現像装置においては上記不具合が発生しなかった。

以上、本実施形態に係る現像装置によれば、トナー収容部から流出したトナーは、拡散部材４２６、４２７によって凝集がほぐされた状態で拡散された後に現像剤収容部４０１ａ内の現像剤と接触する。よって、拡散部材を設置しない場合に比べ現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率が向上し、トナー濃度を高速で均一にすることができる。
また、本実施形態に係る現像装置によれば、トナー収容部から流出したトナーは、拡散部材４２６、４２７によって現像ローラ４２０の軸方向へ拡散される。よって、拡散部材を設置しない場合に比べ、トナーが現像剤収容部４０１ａへ供給される領域が広範囲となり、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率が向上し、トナー濃度を高速で均一にすることができる。
また、本実施形態に係る現像装置によれば、トナー収容部から流出するトナーは、拡散部材４２６、４２７と接触する際に重力によって衝撃力が与えられて凝集がほぐされ拡散される。
また、本実施形態に係る現像装置によれば、トナー収容部から流出するトナーは、加速手段によって初速度が与えられた状態で拡散部材４２６、４２７に接触してもよい。拡散部材４２６、４２７に接触したトナーは、重力のみで落下して接触する場合に比べより拡散範囲が広くなり、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率がより向上する。
また、本実施形態に係る現像装置によれば、拡散部材４２６、４２７を水平方向に対して傾斜した状態に設置してもよい。トナー収容部から流出して拡散部材４２６、４２７に接触したトナーは、拡散部材が水平状態にある場合に比べより拡散範囲が広くなり、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率がより向上する。
また、本実施形態に係る現像装置によれば、加振手段によって拡散部材４２６、４２７に振動を与えてもよい。トナー収容部から流出して拡散部材４２６、４２７に接触したトナーは、拡散部材が静止している場合に比べより拡散範囲が広くなり、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率がより向上する。
また、本実施形態に係る現像装置によれば、拡散部材４２６、４２７の表面を低表面エネルギー材料で形成してもよい。トナー収容部から流出して拡散部材４２６、４２７に接触したトナーは、拡散部材に付着しにくいので拡散範囲がより広くなり、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率がより向上する。
また、本実施形態に係る現像装置によれば、トナーの凝集度は２０以下が好ましい。凝集度２０以下のトナーは、流動性が高く、拡散部材４２６、４２７による拡散範囲がより広くなり、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率がより向上する。
また、本実施形態に係る現像装置によれば、トナーの平均円形度は９０％以上が好ましい。平均円形度９０％以上のトナーは、転がりやすく、拡散部材４２６、４２７による拡散範囲がより広くなり、現像剤収容部４０１ａ内での現像剤の攪拌効率がより向上する。
また、本実施形態に係る現像装置によれば、現像ローラ４２０に近接する位置に、現像ローラの回転方向と同方向に移動可能な移動部材を備えたパドルを設置してもよい。拡散部材４２６、４２７によって拡散されたトナーは、現像ローラ４２０表面のトナー濃度の低い現像剤と接触しやすく、摩擦帯電効率が向上する。
また、本実施形態に係る画像形成装置によれば、上述した現像装置を用いているので、現像剤収容部４０１内での現像剤の攪拌効率が高くトナー濃度を高速で均一にすることができる。よって、常に均一な画像を得ることができる。

本実施形態に係るプリンタの構成を示す概略構成図。 同プリンタの現像装置の構成を示す概略構成図。 同現像装置の内部構成を示す平面図。 同現像装置の拡散部材の構成を示す平面図。 初期・経時におけるトナー帯電立ち上がりの様子を説明する特性図。 トナー粒子の初速度とトナー粒子の飛散距離との関係を示す特性図。 （ａ）は凝集度が８である初期トナーを用いた場合のトナーの拡散性を示す実験図、（ｂ）は凝集度が３０である初期トナーを用いた場合のトナーの拡散性を示す実験図。 トナー形状によるトナー帯電立ち上がり時間の比較を示す特性図。 別の実施形態に係る拡散部材の構成を示す平面図、（ｂ）同拡散部材の側面図。 別の実施形態に係る現像装置の構成を示す構成図。

符号の説明

１ 感光体
４０１ ケーシング
４０１ａ 現像剤収容部
４２０ 現像ローラ
４２４、４２５ 攪拌搬送部材
４２６、４２７ 拡散部材
４２８ パドル

Claims (11)

1. トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に供給する現像剤が収容された現像剤収容部と、該現像剤収容部に補給するトナーを収容するトナー収容部とを備える現像装置において、
   上記トナー収容部の流出口を上記現像剤担持体の長手方向の一端部に設け、
   上記現像剤収容部内に上記トナー収容部の流出口から流出したトナーを衝撃力によって上記長手方向の他端側に案内しつつ拡散させてから該現像剤収容部内の現像剤と接触させる拡散部材を設け、
   該拡散部材の形状は、上記流出口の下方に位置する上記長手方向一端側から他端側にかけ上記長手方向と直交する幅方向の幅が段階的に狭まるように該幅方向の一端側の縁が複数の段を有する階段状にされた上平面と、それぞれこの階段状の複数の縁の部分から上方に立ち上がる複数の立ち上がり部を有し、複数の立ち上がり部は、互いに上記長手方向に並ぶと共に、当該立ち上がり部に衝突したトナーが上記長手方向で隣合う立ち上がり部同士の幅方向の間隔から現像剤収容部内に落下可能な形状であることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   上記拡散部材は上記現像剤担持体の軸方向へトナーを拡散させることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２の現像装置において、
   上記トナー収容部の流出口から流出するトナーは、重力により落下して上記拡散部材に接触することを特徴とする現像装置。
4. 請求項１又は２の現像装置において、
   上記トナー収容部の流出口から流出するトナーに初速度を加える加速手段を設けたことを特徴とする現像装置。
5. 請求項１、２、３、又は４の現像装置において、
   上記拡散部材は水平方向に対して傾斜した状態であることを特徴とする現像装置。
6. 請求項１、２、３、４又５の現像装置において、
   上記拡散部材に振動を加える加振手段を設けたことを特徴とする現像装置。
7. 請求項１、２、３、４、５、又は６の現像装置において、
   上記拡散部材はその表面が低表面エネルギー材料で形成されていることを特徴とする現像装置。
8. 請求項１、２、３、４、５、６又は７の現像装置において、
   トナーの凝集度が２０以下であることを特徴とする現像装置。
9. 請求項１、２、３、４、５、６、７又は８の現像装置において、
   トナーの平均円形度が９０％以上であることを特徴とする現像装置。
10. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９の現像装置において、
    上記現像剤収容部内の上記現像剤担持体に近接する位置に、上記現像剤担持体の回転方向と同方向に移動可能な移動部材を備えた攪拌部材を設けたことを特徴とする現像装置。
11. 潜像担持体と、該潜像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置とを備える画像形成装置において、
    上記現像装置として、請求項１乃至１０のいずれかの現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

Images