JP4942456B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置にかかり、詳しくはローラ表面上のトナーを静電気力によって該表面に対して浮遊させながら該表面自体を回転移動させて搬送するトナー静電担持ローラを用いる現像装置に関するものである。
また、現像装置を有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

従来、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置として、特許文献１や特許文献２に記載のものが知られている。これらの画像形成装置では、表面移動する現像剤担持ローラ等の現像剤担持体に担持したトナーを、感光体等の潜像担持体との対向位置である現像位置に搬送して、潜像担持体上の静電潜像を現像する。かかる構成では、トナーが表面移動する現像剤担持体と潜像担持体との間で擦れ、何れか一方の表面に固着して、画像に悪影響を及ぼすことがあった。また、フルカラー画像を形成する装置において、１つの感光体に連続して複数の色のトナーを現像する構成を考えると、磁気ブラシが感光体に接触して現像するため、既に現像された他色のトナー像がスキャベンジによって乱されたり、磁気ブラシが掻き取った他色のトナーが現像ユニットに混入してしまう問題が発生してしまう。したがって、各色ごとに感光体を設けるタンデム構成が必要であったり、１感光体の場合には、１色ごとに中間転写ベルト等に転写して感光体をクリーニングしてから次の色のトナーを現像するといった構成が必要になり、部品点数の増大、画像形成時間の増大といった問題が生じていた。そのため、既に現像された感光体上のトナー像を乱すことなく、次の色のトナーを現像するには、感光体表面と現像装置の現像部とが非接触であることが望まれていた。

また、通常の二成分磁気ブラシをギャップを広くして非接触にしただけでは、現像量を確保するためには高いバイアスを印加しなければならず、放電による感光体の損傷などが問題となる。さらに、一成分現像方式の場合も非接触ではトナーが現像ローラ表面に付着している鏡像力に打ち勝って現像しなければならないため、高いバイアスが必要となる。また一般に一成分現像方式は二成分現像方式と比較して耐久性が短いため、高耐久の画像形成装置には二成分方式の現像方式を活用することが望ましいと考えられる。
そこで、非接触現像で、かつトナーが潜像に飛翔しやすい方式として、特許文献３や特許文献４に記載のものが知られている。この画像形成装置の現像装置は、複数の電極が所定ピッチで配設されたトナー静電搬送基板の表面上でＥＨ（Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ＆Ｈｏｐｐｉｎｇ）現象を生じせしめて、トナーを現像位置まで搬送する。このＥＨ現象とは、粉体に作用する移相電界のエネルギーが機械的なエネルギーに変換されて、粉体自身が動的に変動する現象をいう。ＥＨ現象が生起せしめられたトナーは、静電搬送基板面上で移相電界によって進行方向の成分を持って飛び跳ねて、基板面方向の移動（搬送）と、基板面に垂直な方向の移動（ホッピング）とを行う。
しかしながら、ＥＨ現像では静電搬送基板自体が回転しないため、トナーの電荷量が小さくなると電界に対する応答性が悪くなり、静電搬送基板上に付着してしまうという現象があり、何らかの機械的なクリーニング手段を設ける必要がある。また、トナーの帯電量が変化すると静電搬送基板上を移動する搬送量が影響を受けるという問題点があった。

特開平９−１９７７８１号公報 特開平９−３２９９４７号公報 特開２００２−３４１６５６号公報 特開２００５−６２８０８号公報

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、感光体上の色重ねに適した非接触現像方式の現像装置において、潜像への安定したトナー供給が可能であり、かつ地汚れしない現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
また、本発明者らは鋭意研究の結果、トナーをローラ表面に浮遊させて、かつローラ自体を回転させて現像領域まで搬送させる方式を発明するに至った。さらに、トナーの浮遊は静電力に依存するため、トナー静電担持ローラに供給されるトナーは、正常に帯電していなければならず、補給トナーの帯電を素早く立ち上げる手段について研究を重ねた結果、補給側攪拌室で現像剤を圧密にして現像剤の摺擦を促進する方式を発明するに至った。

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。
本発明の現像装置は、ローラ表面上のトナーを静電気力によって浮遊させて、前記ローラの回転とともに前記トナーを現像領域へ搬送するトナー静電担持ローラを有する現像装置において、前記トナー静電担持ローラは、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を収容する現像剤容器の、前記現像領域への開口部に配置され、前記現像剤容器において、前記開口部から現像剤容器外壁に向って、前記トナー静電担持ローラ、前記現像剤を磁力によって担持し、前記トナー静電担持ローラとの対向部へ搬送する現像剤担持ローラ、現像剤担持ローラ側攪拌スクリュー、補給側攪拌スクリューの順に配置され、前記現像剤担持ローラ側攪拌スクリューは、前記現像剤容器の内部に設けられた現像側攪拌室に収納され、前記補給側攪拌スクリューは、前記現像剤容器の内部に設けられた補給側攪拌室に収納され、前記現像剤担持ローラと前記補給側攪拌室の長さは同じであり、前記補給側攪拌室の前記現像剤容器外壁には、トナーが補給されるトナー補給口が配置され、前記補給側攪拌スクリューの現像剤搬送方向下流側であって前記補給側攪拌室の下流端部を含む連続する区間における前記補給側攪拌室の形状が前記補給側攪拌スクリューの外周に沿った円形状であり、かつ前記補給側攪拌室の形状が前記円形状である区間内でのみ現像剤が前記補給側攪拌室の壁面に３６０°接触し、現像剤が前記補給側攪拌室の壁面に３６０°接触している区間の長さは、前記補給側攪拌室の全長の１０〜４０％であり、前記補給側攪拌室の形状が前記円形状である区間の長さは、現像剤が前記補給側攪拌室の壁面に３６０°接触している区間の長さよりも長いことを特徴とする。なお、本発明で、トナーが補給される側の現像剤収容部が補給側攪拌室であり、現像剤担持ローラと対向している側の現像剤収容部が現像側攪拌室である。また、図２において、区間Ｃ、Ｄの断面形状は、補給側攪拌室の断面形状がスクリューの外周に沿った円形状を示している。
本発明の現像装置は、さらに、前記トナー静電担持ローラ表面が、軸方向に延在した２相の微細な電極を周方向に交互に配したものであり、前記電極に位相を１８０度ずらして周波数１〜５ｋＨｚの矩形の駆動パルス電圧を印加することを特徴とする現像装置である。
また、本発明は、前記現像剤担持ローラに交番電圧を印加して前記トナー静電担持ローラとの間に交番電界を発生させ、前記現像剤担持ローラから前記トナー静電担持ローラにトナーを移動させることを特徴とする。これにより、現像剤担持ローラからトナー静電担持ローラにトナーの移動が効率良く移動し、充分な量のトナーをトナー静電担持ローラに保持させることができる。
本発明の現像装置は、さらに、前記現像剤担持ローラの内部に配置された複数の固定磁極が、現像スリーブ回転方向に対して、現像剤規制部材の下流から現像剤ガイド上流までの位置にのみ存在することを特徴とする（図１参照）。

本発明の現像装置は、さらに、前記補給側攪拌室から現像側攪拌室へ現像剤が受け渡される開口部面積が、前記現像側攪拌室から前記補給側攪拌室へ現像剤が受け渡される開口部の面積の３０％未満であることを特徴とする。

本発明の現像装置は、さらに、前記補給側攪拌室のスクリュー形状が、上流では長手方向への搬送力が大きく、下流に行くほど相対的に円周方向への攪拌力が大きくなる形状であることを特徴とする現像装置である。ここで、円周方向への攪拌力とは、縦方向へのせん断力である。
本発明の現像装置は、さらに、前記補給側攪拌室のスクリュー形状が、現像剤搬送方向の下流部に、スクリューの最外周に長手方向につながった板状部材が設けられていることを特徴とする（図４参照）。
本発明の現像装置は、さらに、前記補給側攪拌室のスクリュー形状が、現像剤搬送方向の上流では下流よりもスクリューピッチが長い形状であることを特徴とする。

本発明のプロセスカートリッジは、前記現像装置と、潜像担持体、帯電装置、潜像担持体のクリーニング装置、の少なくとも１つ以上と、を一体としたことを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、前記現像装置を有することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記プロセスカートリッジを有することを特徴とする。

本発明は、上記解決するための手段によって、感光体上の色重ねに適した非接触現像方式の現像装置において、潜像への安定したトナー供給が可能であり、かつ地汚れしない現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することが可能となった。
また、トナーをローラ表面に浮遊させて、かつローラ自体を回転させて現像領域まで搬送させる方式の現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することが可能となった。
さらに、補給側攪拌室で現像剤を圧密にして現像剤の摺擦を促進する方式の現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することが可能となった。

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。

図５は、本発明の一実施の形態に係る現像装置を適用するカラー画像形成装置の感光体周りの内部構成図である。
感光体４０の周りに帯電装置６０と現像装置６１が交互に複数配置されている。現像装置６１は、４色の異なる色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｂｋ）のトナーを用いて現像する。帯電装置６０で一定の電位に帯電された感光体４０は、原稿に応じてレーザ光を照射されて露光された部分だけ電位が下がり、静電潜像が形成される。そして、現像装置６１のトナー静電担持ローラ６８表面から非接触でトナーが現像されて静電潜像が顕像化された後、再び帯電装置６０によってトナー像の上から感光体４０が帯電される。このプロセスを繰り返すことによって、感光体４０上にフルカラーのトナー像が形成される。なお、現像装置６１と次の帯電装置６０の間に除電装置を設けて、各色を現像した後に感光体４０を除電してから次の帯電を行うようにしても良い。また露光装置はＬＥＤ等を利用したものであっても良い。
感光体４０上に現像されたフルカラートナー像は、直接シートに、又は、図示しない中間転写体に転写された後、シートに転写される。画像転写後のシートは、図示しない定着装置へ搬送され、熱と圧力とを加えられて転写画像が定着された後、排紙トレイ上にスタックされる。

図１は、画像形成装置の内部の現像装置を示す図である。図１に示すように現像剤収容部（以下、「現像剤容器」）１００内に、現像剤攪拌・搬送手段としてのトナー補給側攪拌スクリュー６６、現像剤担持ローラ側攪拌スクリュー６７、現像剤担持体（以下、「現像剤担持ローラ」）６９、トナー静電担持ローラ６８を備える。
補給側攪拌室８６の容器外壁には図示しない補給口が設けられており、図示しないトナー補給装置からトナーが供給される。トナー補給側の攪拌スクリュー６６は、トナー補給装置から補給されたトナーと現像剤容器１００内の磁性粒子とトナーとを有する二成分現像剤を攪拌、搬送する。また、現像剤担持ローラ６９側にある現像側攪拌室８７の攪拌スクリュー６７は、現像剤容器１００内の現像剤を攪拌、搬送する。なお図１の補給側攪拌室の断面図は、現像剤搬送方向の下流端部の断面形状を示している。
本発明では、非接触現像により、混色のない感光体４０上の色重ね現像ができる。また２成分方式を用いているため、トナー帯電が長期にわたって安定であり、地汚れがなく濃度が安定した画像を得ることができる。

トナー静電担持ローラ６８は、例えば次のようにして製造されたものである。即ち、まず、ポリイミドなどからなる円筒状の樹脂基材のおもて全面に、アルミ等からなる導電層が蒸着された後、導電層がフォトリソグラフィー法によって各搬送電極やバスライン（共通電極）にパターンニングされる。そして、パターンニングされた各電極や樹脂基材の上に、絶縁層が被覆されたものである。絶縁層としては、ＳｉＯ_２等の無機材料をスパッタ工法によって薄層化したものや、スピンコートによって形成した厚み１〜２μｍ程度の有機膜などを、各搬送電極の上に貼り付けたものでもよい。かかる構成のトナー静電担持ローラ６８は、図示しない駆動手段によって回転駆動されるようになっている。

図６は、トナー静電担持ローラを示す斜視図である。同図では、ドラム表面に被覆されている絶縁層の図示を省略している。トナー静電担持ローラ６８のおもて面には、ローラ軸線方向に延在する短冊状の電極が、周方向の全周に渡って所定間隔で並ぶように複数設けられている。これら電極は、幅寸法が３０μｍになっており、互いに３０μｍの間隙を介して配設される。そして、Ａ相電極６８ａ、Ｂ相電極６８ｂという順で交互に並んでおり、それぞれ、現像中には図７に示したＡ相、Ｂ相駆動パルス電圧が出力される。

図２の区間Ｃ、Ｄの断面形状は、補給側攪拌室８６の現像剤搬送方向下流側に攪拌室の断面形状がスクリューの外周に沿った円形状であり、かつ、前記区間内でのみ現像剤が攪拌室の壁面に３６０°接触している箇所を設けている。これにより、区間Ｃ、Ｄの一部でのみ、現像剤が圧密状態になる箇所を設けることができる。また、区間Ｃ、Ｄでは天井がスクリューの外径に沿った形状であるため、現像剤が圧密状態になっていてもスクリューの駆動力が伝わらない不動層がなく、良好な現像剤分散・搬送能力を確保することができる。
また、圧密領域では、現像剤の摺擦力が高まり、補給トナーの分散が促進されると同時にトナーの帯電が促進される。したがって、補給されたトナーが現像側攪拌室８７に搬送されて現像に供される時点でトナーが十分に帯電しており、トナー飛散・地肌汚れのない良好な画像形成が行われる。
さらに、このような構成の現像装置６１を用いる場合、補給側攪拌室８６でトナー帯電機能を持たせているため、従来の現像装置のようにドクターブレードで集中的に摺擦して帯電させなくてよい。したがってドクターブレード付近の機械的な力を弱く設計することができ、ユニット全体のストレス低減により、現像剤の長寿命化を図ることができる。

また、本発明では、補給側攪拌室内８６で、現像剤が３６０°壁面に接触する区間の長さを規定した。図３に示すように、補給側攪拌室の全長をＬ（現像スリーブの長さと補給側攪拌室の長さがほぼ同じであるとした）と、区間Ｃと区間Ｄを合計した区間長をｄ、現像剤が圧密状態で、周囲の壁面に３６０°接触している区間長をｘとすると、
０．１Ｌ＜ｘ＜０．４Ｌ （１）
と表せる。
現像剤が３６０°壁面に接触している圧密領域が攪拌室の全長Ｌの４０％より大きすぎると、補給トナーの分散に適した剤レベルの低い領域が６０％以下となってしまい、トナーの分散性が悪くなってしまう。逆に１０％以下だと、十分な摺擦が得られず、帯電が十分に立ち上がらないまま現像領域へ運ばれてしまう。したがって本発明の範囲内にすることで、補給トナーの分散と、帯電を高いレベルで両立させることが可能である。
さらに、補給側攪拌室８６の断面形状がスクリュー形状に沿った円形状となっている区間の長さを規定した。本発明を数式で表現すると、
ｘ＜ｄ （２）
と表せる。
補給側攪拌室８６の断面形状がスクリューの外周に沿った円形状の区間は、補給側攪拌室８６の下流端部を含む連続する区間であり、図２の区間Ｃの断面形状の区間である。その区間長は、現像剤が攪拌室の壁面に３６０°接触している区間長よりも長くなっている。また、区間Ｃと区間Ｄを合計した区間長をｄは、現像剤担持ローラ６９の現像剤を担持する部分の全長Ｌの５０％以下であり、好ましくは、４０％以下である。これにより、現像剤が圧密状態になっている領域は３６０°円形状の壁面であるため不動層が発生せずスムーズに現像剤が搬送される。また現像剤と壁面、現像剤とスクリュー部材、現像剤同士の摺擦が十分になされ、トナーの帯電が促進される。したがって補給されたトナーが現像スリーブに供給されるまでの間に、帯電することができ、トナー飛散や地肌汚れのない画像形成を行うことができる。

また、本発明では、補給側攪拌室８６から現像側攪拌室８７へ現像剤が受け渡される開口部面積が、現像側攪拌室８７から補給側攪拌室８６へ現像剤が受け渡される開口部の面積の３０％未満であることにより、現像側攪拌室８７へ移流しにくくなる。このとき、補給側攪拌室８６の下流部では圧密状態が作られやすくなる。したがって、現像剤と壁面、現像剤とスクリュー部材、現像剤同士の摺擦が十分になされ、トナーの帯電が促進される。したがって補給されたトナーが現像スリーブに供給されるまでの間に、帯電することができ、トナー飛散や地肌汚れのない画像形成を行うことができる。

さらに、本発明では、補給側攪拌室８６のスクリュー形状が、上流では長手方向への搬送力が大きく、下流に行くほど円周方向への攪拌力が大きくなる形状であることにより、上流では、現像剤の剤レベルが低くなり、下流では剤レベルが高くなり、一部の区間では壁面の天井まで、つまり周囲３６０°接触する領域が生まれる。このような剤レベル状態では３つの効果がある。
１つ目の効果は、トナー補給口付近で剤レベルが低いことは、補給されたトナーが、スクリューの回転とともに動く現像剤に巻き込まれやすく、補給トナーがすぐに、キャリアと分散することである。逆に剤レベルが高い位置にトナー補給をすると、補給トナーが元の現像剤の表面に層を成したまま、搬送されてしまう、いわゆる上滑りという現象が発生してしまう。上滑りしたトナーはキャリアと接触する機会がないため、帯電せず、トナー飛散の原因となる。
２つ目の効果は、攪拌室の途中で剤レベルが高くなることは、上流側で補給トナーの上滑りが１００％解消できなくても、剤レベルが高くなっている位置で、補給トナーが堰き止められ、それより下流に未分散のトナーがそのまま搬送されることを防ぐことである。
３つ目の効果は下流側の剤レベルが高く、圧密状態であることによって、現像剤と壁面、現像剤とスクリュー部材、現像剤同士の摺擦が十分になされ、トナーの帯電が促進されることである。したがって補給されたトナーが現像スリーブに供給されるまでの間に、帯電することができ、トナー飛散や地肌汚れのない画像形成を行うことができる。

（実施例１）
実施例では体積平均粒径が３５μｍのキャリアと６μｍのトナーを用いてトナー濃度７ｗｔ％の条件で実験を行った。この現像剤を現像装置に規定量入れ、画像形成実験を行った。なお、ここでトナーはマイナス帯電されている。
補給側攪拌スクリューのピッチは１２．５ｍｍであり、現像側攪拌スクリューのピッチは１２．５ｍｍで、２条タイプのものを使用した。現像剤担持ローラ６９表面はアルミスリーブからなり、サンドブラスト加工がなされている。本実施例で用いた現像剤担持ローラ６９の法線方向磁束密度を図８（ａ）に示す。現像剤担持ローラ６９とトナー静電担持ローラ６８とのギャップは０．５ｍｍとし、ＤＣ成分が−５００Ｖ、Ｖppが８００Ｖ、周波数が４ｋＨｚのパルス電圧を印加した。
また、トナー静電担持ローラ６８と感光体４０とのギャップは、０．２ｍｍとし、トナー静電担持ローラ６８の２相の電極には、ＤＣ成分が−１５０Ｖ、Ｖppが３００Ｖで周波数が１ｋＨｚのパルス電圧を、位相を１８０度ずらしてＡ相電極とＢ相電極に印加した。
感光体上の色重ねを評価するために、感光体４０最上流に、シアンの現像ユニットをセットし、２番目にイエローの現像ユニットをセットした。そして１色目にシアンで細線（６００ｄｐｉ、２ドットライン）を現像した後に、２色目にイエローのベタを現像するという実験を行った。
まず２色目の現像時に感光体４０上の１色目のトナー像が乱されていないことを確認したところ、シアンで現像した細線を乱すことなく、２色目のイエローを現像することができた。また、イエローの付着量を充分に確保することができた。
次に２色目の現像ユニットに１色目のトナーが混入しないことを確認した。ユニットへの混色確認の方法は、１０００枚印字後の現像ユニットから現像剤をサンプリングし、光学顕微鏡での目視観察において、混色トナーのないことを確認した。その結果、２色目のイエローユニットに１色目のシアントナーの混入は認められず、感光体からトナー静電担持ローラ６８への逆現像は発生していないことが確認できた。
トナー静電担持ローラ６８へ印加する電圧の周波数を変えて実験したところ、１〜５ｋＨｚの周波数がトナーの浮遊に適していた。すなわち、周波数が低すぎると、トナーがトナー静電担持ローラ６８上に付着して動きが鈍くなって現像されにくくなり、周波数が高すぎるとトナーが電界に応答しにくくなり、やはり動きが鈍くなった。最適な周波数は、トナーの電荷量、トナーの質量に依存し、トナー粒径が小さくなって質量が軽くなれば、高い周波数でも活性に浮遊する。
また、トナー静電担持ローラ６８表面が、軸方向に延在した２相の微細な電極を周方向に交互に配したものであり、前記電極に位相を１８０度ずらして周波数１〜５ｋＨｚの矩形の駆動パルス電圧を印加したことにより、トナー静電担持ローラ６８表面に浮遊したトナーが活発に電極間を振動する。従って、感光体４０と対向した現像領域へ該トナーが搬送されると、静電潜像によって形成される電界に従って、トナーが潜像に飛翔し、現像される。一方、地肌部にはトナーが飛翔せず、地汚れがない良好な現像がなされる。さらに、感光体６８とトナー静電担持ローラ６８の表面は非接触であるため、感光体４０上に既に現像されている他の色のトナー像を乱したり、掻きとって、現像剤収容部１００で混色したりすることもない。

実施例２
次の実施例で用いた現像剤担持ローラ６９の法線方向磁束密度は図８（ｂ）に示す。剤離れ極１１の法線方向磁束密度がほとんど０であり、汲み上げ極１２の法線方向磁束密度もドクターブレードより現像剤搬送方向の上流側では小さくしてある。トナー静電担持ローラ６８にトナーを供給し終わった後の現像剤は、現像剤担持ローラ６９に近接して備えられている現像剤ガイド８８に沿ってスリーブの回転とともに押し出されるようにして現像剤担持ローラ６９から離され、トナーリッチな現像剤と一緒に攪拌スクリュー８７で攪拌される（図５参照）。つまり剤離れ極１１がなくても現像剤がそのまま連れ回りしないため、トナー静電担持ローラ６８に供給されるトナーが枯渇してしまう問題もない。また、ドクターブレード近傍の法線方向磁束密度に拘束される現像剤の量が少なくなり、ストレスが低減される。このような法線方向磁束密度分布を持つマグローラを内包した現像剤担持ローラ６９を用いることにより、現像剤の長寿命化が図れ、安定したトナー帯電を長期にわたって維持することができた。

実施例３
次の実施例では現像剤担持ローラ６９周りの法線方向磁束密度分布を変えてストレスを弱くしたことによるトナー帯電能力の減少を補うために、補給側攪拌室８６でトナー帯電促進機能をより一層向上させることを行った。またここでの一連の施策によって帯電が促進されるだけでなく、補給トナーの分散性も向上するため、より一層、トナー静電担持ローラ６８へのトナー供給量の安定化を図ることができる。
従来はストレスを低減しすぎると、キャリア表面にトナー微粉がスペントしたり、補給トナーとキャリアとの摺擦が不十分で帯電量不足のまま現像領域へ搬送され、トナー飛散や地肌汚れを発生させたりする原因となっていた。
しかしながら、本発明によれば、トナーの帯電を補給側攪拌室８６にて行うため、ドクターブレードで過度なストレスを与える必要がなく、現像剤の量を規制する役割だけを果たせばよい。これにより現像剤へかかるストレスが低減し、現像剤の長寿命化が図れる。

ここで、トナーの帯電立ち上がり性を調べる方法を説明する。トナー帯電立ち上がり評価には上記の現像装置６１からトナー静電担持ローラ６８を外した現像装置６１を用いた。この現像装置６１に規定量の現像剤を入れる。また現像側攪拌室８７への流量が所定の量となるように補給側攪拌室８６のスクリュー回転数を適宜変更した。次に１ｇのトナーをトナー補給口（図９の点Ａ）に補給した。補給トナーのピークが現像剤担持ローラ６９に搬送されてくる時刻において、現像剤担持ローラ６９上の現像剤をサンプリングして、トナーの帯電量分布をホソカワミクロン製のＥ−ｓｐａｒｔアナライザーを用いて測定した。補給トナーが現像剤担持ローラ６９に到達する時刻は、事前の実験で、トナー補給後に現像剤担持ローラ６９上の現像剤のトナー濃度をこまめに測定し、最もトナー濃度が高くなる時刻をあらかじめ調べておいたものを用いる。
このような手順で測定される帯電量分布から、−０．１［ｆＣ／μｍ］よりプラス側のトナーの個数頻度をＷＳＴ率（Ｗｒｏｎｇ Ｓｉｇｎ Ｔｏｎｅｒ）として評価した。なお、本実施例ではマイナス帯電のトナーを用いた。
また、実際の現像装置では１回に補給される量は０．２ｇ／ｓ以下であり、今回の実験の補給量１ｇは、攪拌部の帯電性能を評価するための極端な条件であることを付記しておく。
本発明者らが鋭意検討した結果、この評価においてＷＳＴ率が１０％以下となる条件であれば、トナー飛散、地汚れのない良好な画像形成が行われることがわかっている。したがって、この指標を用いて条件の可否を判断した。

本実施例での実験に用いた現像装置６１の攪拌部についてさらに詳しく説明する。
補給側攪拌室８６と現像側攪拌室８７を隔てる仕切り板８０の長手方向の断面図を図２に示す。仕切り板８０の両端部には、補給側攪拌室８６から現像側攪拌室８７への現像剤受け渡し部７８、および現像側攪拌室８７から補給側攪拌室８６への受け渡し部７９が設けられている。本実施例では現像側攪拌室８７から補給側攪拌室８６への受け渡し開口面積を８００ｍｍ^２、補給側攪拌室８６から現像側攪拌室８７への開口面積を１８０ｍｍ^２とした。
補給側攪拌室８６から現像側攪拌室８７への開口部７８の形状は長方形に限定するものではなく、複数の円や多角形をメッシュ状に並べたものなどでも構わない。また開口位置も、図２のように仕切り板の下部にある必要はなく、現像剤が存在する高さに開口部があればよい。また、開口部面積を制御できる機構を備えた可変式シャッターでも良い。
補給側攪拌室８６のスクリューは全長Ｌが３２０ｍｍで、図１０の（ｃ）に示すように、ピッチが２５ｍｍの螺旋状のスクリュー羽根がついているものを用いた。

次に補給側攪拌室８６の壁面について詳しく説明する。図２の下側に区間Ａ〜Ｄの各区間の攪拌室断面図を示す。区間Ａでは、現像側攪拌室８７から補給側攪拌室８６へ現像剤が戻ってくるための開口部が設けられている。区間Ｂの途中には、トナー補給口があり、外部からトナーが補給される。したがって、区間Ｂでは、補給されたトナーを現像剤の中に均一に分散させることが重要な働きである。次に区間Ｃが本発明の特徴であり、攪拌室の天井部分が、スクリューの外周面に沿うように円形状となっている。最後の区間Ｄでは、攪拌室壁面は区間Ｃと同様であるが、現像側攪拌室８７へ現像剤を受け渡すための開口部が設けられている。そしてこの開口部の面積は、現像側攪拌室８７から補給側攪拌室８６への開口部よりも小さくしたことを特徴としている。
本実施例では、区間Ｃ、Ｄにおけるスクリュー羽根と攪拌室壁面との隙間は１ｍｍとした。また表１の条件１に示すように開口面積を１８０ｍｍ^２とし、区間Ｃ、Ｄを合計した区間長ｄは０．４Ｌとした。

補給側攪拌室８６から現像側攪拌室８７への開口部面積を小さくしたことによって、補給側攪拌室８６下流部では、現像剤が圧密になっている。このとき、壁面の形状が区間Ｂのようにスクリューの上半分が開いた形状であると、スクリューが回転しても、攪拌室上部の隅の部分では現像剤に搬送方向への力が伝わらず、不動層を形成してしまう。一方、本発明では、現像剤が圧密状態になる領域は、必ず円形状の壁面の領域になるようにしてあるため、現像剤が圧密状態になっても、不動層が発生せずに現像剤がスムーズに搬送される。
本実施例の構成では、区間Ｃ、Ｄの合計の区間長ｄが１２８ｍｍ（＝０．４Ｌ）のうち、現像剤が天井まで接触している区間長は補給側攪拌室８６の最下流から１１０ｍｍ（＝０．３３Ｌ）の区間であった。なお補給側攪拌スクリュー６６の軸トルクを測定したところ、０．３５ｋｇｆ・ｃｍであった。
この条件で補給トナーの帯電立ち上げ評価を行ったところ、トナーの分散、帯電立ち上げとも充分なレベルを確保することができた。
この条件でトナー静電担持ローラ６８を付けた現像装置６１を用いて画像出力を行うと、トナー補給が厳しい条件（ベタ画像現像時）においても補給トナーは現像側攪拌室８７に到達するまでの間に十分に、分散・帯電し、地肌汚れ・トナー飛散のない良好な画像形成が行えた。

一方、比較例として表１の条件２〜条件７で同様の評価を行った。
条件２では、補給側攪拌室８６から現像側攪拌室８７への受け渡し部７８の開口面積を８００ｍｍ^２としたところ、現像剤が圧密にならず、補給側攪拌室８６の壁面に現像剤が３６０°接触する区間を作ることができなかった。トナー補給後のＷＳＴ率は３０％と悪く、トナー飛散が発生した。

条件３では、開口面積を１４０ｍｍ^２と狭くしたところ、現像剤が攪拌室の壁面に３６０°接触する圧密領域が１９２ｍｍ（＝０．６Ｌ）と長くなってしまい、トナーが補給されてから充分に分散されるまもなく圧密領域に突入してしまった。このとき、トナー濃度が均一化されないまま現像領域へトナーが搬送されてしまうため、実際にこの条件で現像剤担持ローラ６９を付けた現像装置６１にて画像出力を行うと、濃度ムラが出た。

条件４では、補給側攪拌室８６の壁面を円形状にする区間長ｄを０．８Ｌと長くした。補給直後の区間Ｂの現像剤レベルを図１１に示すように、攪拌室の左右の端部では現像剤９０がスクリュー投影面からはみ出している部分がある。このような端部の現像剤９６にはスクリュー９５が回転しても搬送方向への力がかかりにくいため、スクリュー投影面内の現像剤と、端部の現像剤９６では搬送速度差が生じる。トナー補給時にはこの速度差によってトナーの長手方向への分散が促進される。一方、区間Ｃ、Ｄの形状の壁面ではすべての現像剤がスクリュー投影面内に存在するため、搬送方向の速度差が生じにくい。したがって条件４のように、補給側攪拌室８６の壁面を円形状にする区間長ｄを０．８Ｌと長くしすぎると補給トナーの分散がやや不十分だった。

条件５では開口面積を１４０ｍｍ^２と小さくしたことによって圧密状態の区間が０．６Ｌと長くなったが、円形状の壁面の区間が０．３Ｌしかない条件である。この場合、区間Ｂの壁面に現像剤が３６０°壁面に接触しているが、スクリューの力が及ばない攪拌室の隅の部分では、現像剤が滞留して不動層が形成されてしまう。

条件６ではスクリュー形状を変えた。スクリュー外周に長手方向に差し渡した部材を設けると、縦方向である円周方向の攪拌力が増すが、図１０の（ｄ）タイプのスクリューは、この部材が、最下流ではなく、途中の位置に設けられている。したがって、いったん圧密状態になるものの、その圧が攪拌室の最下流部で解除されてしまい、効率的な摺擦ができない。本発明の目的は、補給側攪拌室８６の上流部では剤レベルの低い区間を多く設けてトナーの分散を良くし、下流部では圧密部を効率的に作り出して現像剤の摺擦を促進させてトナーの帯電を立ち上げることであるから、条件６のように上流側に圧密部を移動させて、最下流部で再び圧力を緩めるような構成は分散の面からもトナー帯電の面からも好ましくない。

条件７では、補給側攪拌室８６から現像側攪拌室８７への受け渡し部７８の開口面積を４００ｍｍ^２としたところ、現像剤が圧密にならず、補給側攪拌室８６の壁面に現像剤が３６０°接触する区間を作ることができなかった。トナー補給後のＷＳＴ率は３０％と悪く、トナー飛散が発生した。

実施例４
次の実施例では、条件８から１２に示すように、受け渡し開口部の面積は１８０ｍｍ^２、円形状の壁面の区間を０．４Ｌ固定とし、補給側攪拌室８６のスクリュー形状を変化させた。

条件８では、図１０の（ａ−１）に示すように、螺旋状のスクリュー羽根がついている全長３２０ｍｍのうち、上流側１６０ｍｍをピッチ５０ｍｍ、それより下流の部分をピッチ２５ｍｍとした。このスクリューを用いると、下流側よりも上流側の搬送速度が速くなるため、下流側で現像剤が圧密状態になる。したがって現像剤の摺擦が促進されトナーが帯電し、トナー飛散のない良好な画像形成を行うことができる。

条件９では、図１０の（ｂ−１）に示すように、ピッチ２５ｍｍの螺旋状のスクリュー羽根がついている全長３２０ｍｍのうち、最下流部から３ピッチ分だけスクリュー羽根外周部に長手方向につながった板状部材を備えたスクリューを用いた。このスクリューを用いると、板状攪拌部材がついている部分では移流速度が遅くなる。また、板状部材がついていることにより縦方向である円周方向の攪拌力が強いため、さらに現像剤が圧縮されて強い圧密状態を作ることができる。したがって現像剤の摺擦が促進されトナーが帯電し、トナー飛散のない良好な画像形成を行うことができる。

条件１０では、図１０の（ｂ−２）に示すように、最下流部に備える攪拌部材を５ピッチ分とした他は、条件９と同じである。この条件でも圧密部が形成されて現像剤の摺擦が促進されトナーが帯電し、トナー飛散のない良好な画像形成を行うことができる。

条件１１では、図１０の（ａ−２）に示すように、螺旋状のスクリュー羽根がついている全長３２０ｍｍのうち、上流側１６０ｍｍをピッチ５０ｍｍ、それより下流の部分をピッチ２５ｍｍとした。そのうちピッチ２５ｍｍの螺旋状のスクリュー羽根がついている部分のうち、最下流部から３ピッチ分だけスクリュー羽根外周部に長手方向につながった板状部材を備えたスクリューを用いた。このスクリューを用いると、上流ではピッチが大きいため下流側よりも搬送速度が速く、に板状攪拌部材がついている部分では移流速度がさらに遅くなる。また、板状部材がついていることにより縦方向である円周方向の攪拌力が強いため、さらに現像剤が圧縮されて強い圧密状態を作ることができる。したがって現像剤の摺擦が促進されトナーが帯電し、トナー飛散のない良好な画像形成を行うことができる。

条件１２では、図１０の（ａ−３）に示すように、最下流部に備える攪拌部材を５ピッチ分とした他は、条件１１と同じである。この条件でも圧密部が形成されて現像剤の摺擦が促進されトナーが帯電し、トナー飛散のない良好な画像形成を行うことができる。
発明者らの検討の結果、本発明で示した剤レベルを維持した状態では、ストレスが強すぎて現像剤の劣化を早めるといった不具合もなく、また、現像側攪拌室８７の現像剤が不足して現像剤担持ローラ６９への汲み上げ不良が生じることもなく良好な画像形成が行えた。

以上述べたのように、補給側攪拌室８６で補給トナーの分散・帯電を促進することにより、従来のようにドクターブレード近傍でトナーを帯電させるために現像剤に強い負荷を与える必要がなくなる。現像剤への過剰な負荷を低減させることができれば、現像剤の劣化を抑制することができる。したがって初期的な地肌汚れ、トナー飛散だけではなく、長期間にわたって地肌汚れ、トナー飛散のない良好な画像形成が可能である。

画像形成装置の内部の現像装置を示す図である。 補給側攪拌室と現像側攪拌室を隔てる仕切り板の長手方向の断面図を示した図である。 補給側攪拌室の全長Ｌと区間長ｄと区間長ｘを示す図である。 スクリューの最外周に長手方向につながった板状部材を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る現像装置を適用するカラー画像形成装置の感光体周りの内部構成図である。 トナー静電担持ローラを示す斜視図である。 Ａ相、Ｂ相駆動パルス電圧出力を示した図である。 現像剤担持ローラの法線方向磁束密度を示す図である。 補給側攪拌室と現像側攪拌室を示す図である。 スクリュー形状を示す図である。 補給直後の区間Ｂの現像剤レベルを示す図である。

符号の説明

１１ 剤離れ極
１２ 汲み上げ極
４０ 潜像担持体（感光体）
６０ 帯電装置
６１ 現像装置
６６ 補給側攪拌スクリュー
６７ 現像剤担持ローラ側攪拌スクリュー
６８ トナー静電担持ローラ
６８ａ Ａ相電極
６８ｂ Ｂ相電極
６９ 現像剤担持体（現像剤担持ローラ）
７７ 現像剤規制部材
７８ 補給側攪拌室から現像側攪拌室への現像剤受け渡し部
７９ 現像側攪拌室から補給側攪拌室への現像剤受け渡し部
８０ 仕切り板
８６ 補給側攪拌室
８７ 現像側攪拌室
８８ 現像剤ガイド
９０ 現像剤
９１ 現像剤搬送方向
９２ トナー補給口
９３ 板状部材
９４ 長手方向
９５ スクリュー
９６ スクリュー投影面外の現像剤
１００ 現像剤収容部（現像剤容器）
Ｐｏｉｎｔ Ａ トナー補給口
Ｐｏｉｎｔ Ｂ 受け渡し部

Claims (11)

1. ローラ表面上のトナーを静電気力によって浮遊させて、前記ローラの回転とともに前記トナーを現像領域へ搬送するトナー静電担持ローラを有する現像装置において、
   前記トナー静電担持ローラは、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を収容する現像剤容器の、前記現像領域への開口部に配置され、
   前記現像剤容器において、前記開口部から現像剤容器外壁に向って、前記トナー静電担持ローラ、前記現像剤を磁力によって担持し、前記トナー静電担持ローラとの対向部へ搬送する現像剤担持ローラ、現像剤担持ローラ側攪拌スクリュー、補給側攪拌スクリューの順に配置され、
   前記現像剤担持ローラ側攪拌スクリューは、前記現像剤容器の内部に設けられた現像側攪拌室に収納され、前記補給側攪拌スクリューは、前記現像剤容器の内部に設けられた補給側攪拌室に収納され、前記現像剤担持ローラと前記補給側攪拌室の長さは同じであり、
   前記補給側攪拌室の前記現像剤容器外壁には、トナーが補給されるトナー補給口が配置され、
   前記補給側攪拌スクリューの現像剤搬送方向下流側であって前記補給側攪拌室の下流端部を含む連続する区間における前記補給側攪拌室の形状が前記補給側攪拌スクリューの外周に沿った円形状であり、かつ前記補給側攪拌室の形状が前記円形状である区間内でのみ現像剤が前記補給側攪拌室の壁面に３６０°接触し、
   現像剤が前記補給側攪拌室の壁面に３６０°接触している区間の長さは、前記補給側攪拌室の全長の１０〜４０％であり、
   前記補給側攪拌室の形状が前記円形状である区間の長さは、現像剤が前記補給側攪拌室の壁面に３６０°接触している区間の長さよりも長い
   ことを特徴とする現像装置。
2. 請求項１に記載の現像装置において、
   前記トナー静電担持ローラ表面が、軸方向に延在した２相の微細な電極を周方向に交互に配したものであり、
   前記電極に位相を１８０度ずらして周波数１〜５ｋＨｚの矩形の駆動パルス電圧を印加する
   ことを特徴とする現像装置。
3. 請求項２に記載の現像装置において、
   前記現像剤担持ローラに交番電圧を印加して前記トナー静電担持ローラとの間に交番電界を発生させ、
   前記現像剤担持ローラから前記トナー静電担持ローラにトナーを移動させる
   ことを特徴とする現像装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の現像装置において、
   前記現像剤担持ローラの内部に配置された複数の固定磁極が、現像スリーブ回転方向に対して、現像剤規制部材の下流から現像剤ガイド上流までの位置にのみ存在する
   ことを特徴とする現像装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の現像装置において、
   前記補給側攪拌室から現像側攪拌室へ現像剤が受け渡される開口部面積が、前記現像側攪拌室から前記補給側攪拌室へ現像剤が受け渡される開口部の面積の３０％未満である
   ことを特徴とする現像装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置において、
   前記補給側攪拌室のスクリュー形状が、上流では長手方向への搬送力が大きく、下流に行くほど相対的に円周方向への攪拌力が大きくなる形状である
   ことを特徴とする現像装置。
7. 請求項６に記載の現像装置において、
   前記補給側攪拌室のスクリュー形状が、現像剤搬送方向の下流部に、スクリューの最外周に長手方向につながった板状部材が設けられている
   ことを特徴とする現像装置。
8. 請求項６又は７に記載の現像装置において、
   前記補給側攪拌室のスクリュー形状が、現像剤搬送方向の上流では下流よりもスクリューピッチが長い形状である
   ことを特徴とする現像装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一つに記載の現像装置と、
   潜像担持体、帯電装置、潜像担持体のクリーニング装置、の少なくとも１つ以上と、
   を一体とした
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
10. 請求項１乃至８のいずれか一つに記載の現像装置を有する
    ことを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項９に記載のプロセスカートリッジを有する
    ことを特徴とする画像形成装置。

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