JP5463654B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、二成分系現像剤の撹拌機構に関する。

複写機やプリンタあるいはファクシミリ装置や印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体である感光体上に形成された静電潜像を現像装置により可視像処理し、可視像をシートなどに転写することにより記録出力を得ることができる。

現像に用いられる現像剤には磁性あるいは非磁性トナーのみの一成分系現像剤の他にトナーとキャリアとを混合した二成分系現像剤がある。

二成分系現像剤は、トナーとこれを担持するキャリアとで構成され、攪拌混合時に生起される摩擦帯電作用によりトナーを帯電させて感光体上の静電潜像に対して静電吸着できる状態とされる。

現像装置には、磁力により周面に現像剤を穂立ちさせて感光体上の静電潜像に向け現像剤を供給する現像スリーブと、現像スリーブに対して撹拌混合した現像剤を供給する撹拌スリーブとを備えた構成が知られており、感光体上の静電潜像の可視像処理にトナーが消費された現像剤が現像装置に回収されるようになっている。

一方、現像剤に含まれるトナーは消費されると画像濃度が低下することから補給対象となるものであり、補給の際には撹拌スリーブとしてスクリューオーガを備えた搬送スクリューの上部あるいは軸方向端部から注ぎ込まれる状態で補給されることがある。

トナーの補給は、トナー濃度センサなどの検知手段による現像剤濃度の検知結果に応じてトナー補給部に収容されているトナーを繰り出す補給部材の回転量を制御することで行われる。

補給されたトナーは、現像槽内に収容されている現像剤に注がれると、補給部材の近傍に配置されている搬送スクリューによりキャリアと撹拌混合されて所定濃度に維持されるとともに摩擦帯電されることにより所定の帯電量を付与された状態で現像スリーブに向け供給される。

トナーとキャリアとを混合攪拌する際には、現像装置とは別の位置に調合手段を設け、現像装置と独立して組み付けや交換作業が行えるようにした構成を用いることがある（例えば、特許文献１）。

一方、現像剤の攪拌を行う構成として、上述したようにスクリューオーガを用いる構成（例えば、特許文献２）が提案されている。

特開平１１−１４３１９６号公報 特開２００１−１８８４０８号公報

一般に、現像剤の攪拌処理は、補給されたトナーが現像スリーブに向け移送されるまでの僅かな時間の間にスクリューオーガの回転による撹拌効果を利用してトナーの分散・帯電を行うようになっている。

このため、トナーの出入りが激しい場合には補給されたトナーが十分に分散できないことがあり、撹拌効果による帯電が不十分となり、結果として帯電量不足のトナーが現像スリーブに達してしまうと浮遊トナーによる感光体の地肌汚れや飛散による周辺部の汚染などが発生し、品質低下を招く虞等がある。

特許文献２に開示されているようにスクリューオーガを用いた場合には、撹拌パドルの場合と同様にスクリュー部分に接触する現像剤が撹拌されるに過ぎず、現像槽内全域でのトナーの分散・帯電を行うことが困難となる場合がある。

本発明の目的は、前記従来の現像装置の問題に鑑み、攪拌による現像剤の分散性を良好にする構成を備えた現像装置および画像形成装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は次の構成よりなる。
（１）潜像担持体に形成されている静電潜像をトナーとキャリアとからなる現像剤により可視像処理する現像部と、該現像部から回収した現像剤を再度該現像部の現像剤供給部に向け移送する循環部とを備え、該循環部には、上記現像部に至る前の位置に現像剤の一部を収容する収容部が設けられ、該収容部内には上記回収された現像剤と新たに補給されるトナーとを撹拌混合する攪拌部材が設けられている現像装置において、
前記収容部は、下向き錐形状の収容空間を有し、上部および下部には補給口および排出口がそれぞれ設けられ、上記収容空間内に位置する撹拌部材には、該収容部の内面形状に倣った形態で形成された複数の線状部材が用いられ、上記補給口から導入されて重力により流下する現像剤の移動を抑制する方向で現像剤を攪拌することを特徴とする現像装置。
（２）前記攪拌部材は、お互い同士の間に空隙部が形成される間隔を持たせて配列されるとともに、少なくとも重力方向と同方向に延長された部分を有することを特徴とする（１）に記載の現像装置。
（３）前記攪拌部材は、前記重力方向と直角な方向での配列間隔として、現像剤に含まれるキャリアの通過を許容する間隔を設定され、攪拌部材に用いられる線状部材の外径が前記現像剤に含まれるトナーを押し動かせる寸法に設定されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の現像装置。
（４）前記攪拌部材には、前記線状部材が相当する第１の攪拌部とは別に第２の攪拌部を備え、
前記第２の攪拌部は、前記線状部材の内側に位置して前記回転軸を中心に回転可能なスクリュー、プロペラ、またはパドルで構成されていることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の現像装置。
（５）前記第１撹拌部が回転軸に対して現像剤が回転軸中心方向に移動する向きに傾斜させて設けられていることを特徴とする（４）に記載の現像装置。
（６）前記撹拌部材に用いられる複数の攪拌部は、前記収容部の断面中心部とは異なる位置を回転中心とするように１つないしは複数設けられていることを特徴とする（１）のいずれかに記載の現像装置。
（７）前記収容部内に複数設けられた第１，第２の撹拌部は、それらの回転方向が異なる方向であることを特徴とする（４）乃至（６）のいずれかに記載の現像装置。
（８）前記攪拌部材に用いられる線状部材は、少なくとも回転方向下流側にエッジがない形状であることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかに記載の現像装置。
（９）前記攪拌部材に用いられる線状部材の断面形状が、角部あるいは全体に丸みを帯びた形状とされていることを特徴とする（８）に記載の現像装置。
（１０）前記攪拌部材に用いられる線状部材は、重力方向に沿って前記収容部の内面形状に倣った部分とこれらの部分同士を連結する重力方向と直角方向な部分とを備えていることを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかに記載の現像装置。
（１１）（１）乃至（１０）のいずれかに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、攪拌部材として、収容部の内面形状に倣った形態で形成された線状部材を用いることにより、現像剤の攪拌、混合作用を促進できる。

以下、図面に示す実施例により本発明を実施するための最良の形態について説明する。 図１は、本発明による現像装置を用いる画像形成装置の構成を説明するための模式図である。
図１に示す画像形成装置は、中間転写ユニット１０に用いられる、未定着像担持体としての中間転写ベルト１０Ａの下面に対向して、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが並設されている。これらの作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋは、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外は同一構造である。なお、以下の説明では、各作像部で共通する数字の符号のみを挙げて説明し、トナーの色を示すアルファベットの符号は省く。

各作像部６は、潜像担持体としての感光体ドラム１と、感光体ドラム１の周囲に配設された帯電手段２、現像装置３、クリーニング手段４等で構成されている。

感光体ドラム１上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われ、感光体ドラム１上に所望のトナー像が形成される。

感光体ドラム１は、不図示の駆動部によって図中、時計回り方向に回転駆動され、帯電手段２の位置で表面が一様に帯電される（帯電工程）。

感光体ドラム１の表面は、不図示の露光部から発せられたレーザ光の照射位置に達して、この位置での露光走査によって静電潜像が形成され（露光工程）、現像装置３と対向する位置に達すると、そこから供給される現像剤に含まれるトナーにより可視像処理されて現像工程を実行される。

現像工程において可視像処理されたトナー像を担持する感光体ドラム１の表面は、中間転写ベルト１０Ａ及び１次転写バイアスローラ５との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト１０Ａ上に転写される（１次転写工程）。

転写を終えて感光体１の表面は、クリーニング手段４との対向位置に達し、この位置で感光体ドラム１上に残存した未転写トナーが回収される（クリーニング工程）。クリーニング後、感光体ドラム１の表面は図示しない除電ローラにより電位を初期化される。このような工程を経過することで、感光体ドラム１上で行われる一連の作像プロセスが終了する。

上述した作像プロセスは、モノクロ画像のみの単一画像形成時およびフルカラー画像形成時にそれぞれ行われるが、フルカラー画像形成時には、図１に示した４つの作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋにおいて各工程がそれぞれ行われる。すなわち、作像部の下方に配設された不図示の露光部（光書き込み装置）から、画像情報に基づいたレーザ光が、各作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋの感光体ドラム上に向けて照射される。その後、現像工程を経て各感光体ドラム上に形成した各色のトナー像を、中間転写ベルト８上に重ねて転写する。こうして、中間転写ベルト１０Ａ上にカラー画像が形成される。

４つの１次転写バイアスローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、それぞれ、中間転写ベルト１０Ａを感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。１次転写バイアスローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにはトナーの極性とは逆極性の転写バイアスが印加される。

中間転写ベルト１０Ａは、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト１０Ａ上に重ねて１次転写される。

各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト１０Ａは、２次転写手段としての２次転写ローラ７との対向位置に達する。中間転写ベルト１０Ａ上に形成されたカラートナー像は、２次転写ニップの位置に搬送された記録媒体としての転写紙Ｐ上に一括転写される。

装置本体１００の下部に配設された給紙部８には、転写紙Ｐが複数枚重ねて収納されており、給紙コロ９により１枚ずつ分離されて給紙される。給紙された転写紙Ｐはレジストローラ対１０で一旦停止され、斜めずれを修正された後レジストローラ対１０により所定のタイミングで２次転写ニップに向けて搬送される。そして、前記のように、２次転写ニップにおいて転写紙Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

２次転写ニップの位置でカラー画像を転写された転写紙Ｐは、定着部１１へ搬送され、ここで、定着ローラ及び圧力ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像を定着される。
定着を終えた転写紙Ｐは、排紙ローラ対１２により、装置本体１００の上面に形成された排紙部１００Ａへ出力画像として排出され、スタックされる。こうして、画像形成装置における一連の画像形成プロセスが完了する。なお、図１において符号１３は、中間転写ベルト１０Ａのクリーニング装置を示している。

次に、本発明による現像装置の構成について説明する。
図２は、本発明実施例による現像装置の全体構成を示す図である。
図２において現像装置は、後で詳しく説明するが、感光体ドラムに対してキャリアとトナーとを混合した二成分系現像剤により現像工程を実行する現像部と、現像部から回収した現像剤を再度現像部の現像剤供給部に向け移送する循環部と備えている。

図２において現像装置３は、感光体ドラム１上の静電潜像を現像する現像剤を収容可能な現像槽３０と、現像槽３０から離れた位置で現像槽３０から回収された現像剤および消費されたトナーに見合う新規トナーを撹拌混合する現像剤収容部４０と、現像剤収容部４０に向け新規トナーを補給するトナーカートリッジ５２と、現像剤収容部４０から排出される撹拌混合後の現像剤を移送するためのロータリーフィーダ５０と、現像剤を空気圧で現像槽３０に向け移送するための現像剤循環駆動源に相当するエアポンプ５１と、現像剤収容部４０に向け新たなトナーを補給するトナー供給部６０などを備えて構成されている。図１では、現像槽３０がカートリッジ状に構成されている。

現像槽３０と現像剤収容部４０とは、現像槽３０内から接続されている現像剤回収流路４１およびロータリーフィーダ５０と現像槽３０の上部に接続された現像剤供給流路４２とで接続されて現像剤の循環路を構成し、循環路に設けられている部材により循環部が構成されている。

現像槽３０に接続されている現像剤供給流路４２は、図３において説明するが搬送スクリュー３２の軸方向一端に対峙するように接続されている。また、現像剤回収流路４１は、現像槽３０に設けられている今ひとつの搬送スクリューの軸方向で現像剤供給路４２が接続されている側と反対側となる位置に接続されている。

現像剤収容部４０は、上部が円筒状であって、下部が下向き円錐状のサイロのような外観を呈しており、内部には、本実施形態の特徴において説明する攪拌部材が設けられている。現像剤収容部４０の上部には、攪拌部材の駆動部をなす駆動モータ４０Ａおよび攪拌部材の回転トルクを検知するトルクセンサ４０Ｂが設けられている。

現像剤収容部４０において攪拌混合された現像剤は、供給量を調整できるパドルを内部に備えて駆動モータ５０Ａにより回転駆動されるロータリーフィーダ５０に給送され、この位置で供給量を調整される現像剤がエアポンプ５１により生成される気流により現像槽３０に向け搬送される。

トナー供給部６０は、トナータンク６１と、このトナータンク６１と現像剤収容部４０との間に接続されているトナー供給路６２とトナー供給路６２内に配置されているスクリューオーガなどの搬送部材（図示されず）を駆動する駆動モータ６３とを備えている。

現像槽３０の内部構造は図３に示されている。

図３において現像槽３０の内部には、感光体ドラム１に対向して現像剤を担持する現像スリーブ３１と、現像スリーブ３１の近傍で上下に配置されて相対するリード方向を設定された搬送スクリュー３２，３３と、現像スリーブ３１表面での現像剤担持量を規定するドクターブレード３４とが設けられている。
現像槽３０内での現像剤は、搬送スクリュー３２，３３によって、図中手前から奥側に搬送され、この一部が、現像スリーブ３１において磁力で吸い上げられて吸着されるとドクターブレード３４で均一な厚さに均されてから、感光体ドラム１に接することで感光体ドラム１上の静電潜像をトナーで現像してトナー像が形成される。

現像後の現像剤は搬送スクリュー３３の端部に接続されている現像剤回収流路４１（図２参照）から、現像剤収容部４０に搬送される。

搬送スクリュー３３の最下流には図示しないトナー濃度検知手段が設置されており、その信号を基にトナータンク６１から新規トナーの補給が行われる。トナーの補給は前述したように現像剤供給路４１内に配置されている搬送スクリューを介して行われる。

次に、以上のような構成の画像形成装置に用いられる現像装置３での特徴について説明する。

本実施形態の特徴は、現像剤収容部４０での現像剤攪拌構造にあり、以下の説明は、請求項１〜４，１１〜１３に記載の発明に関する実施形態に相当している。

図４および図５は、本実施形態の特徴部を説明するための図であり、図４には、現像剤収容部４０とロータリーフィーダ５０およびエアポンプ５１が示されている。なお、図４では、便宜上、図２に示したトナー供給路６２が現像剤収容部４０の上部に接続されている状態を示すが、トナーは現像剤収容部４０内に堆積している現像剤の上方から注がれる状態で供給されるようになっている。

図４において、現像剤収容部４０は、縦断面が下向き錐状をなす漏斗状の形状とされ、最下部に位置して最も小径の排出口４００がロータリーフィーダ５０に連通している。

現像剤収容部５１の内部空間には、水平方向断面における中心位置で垂直方向に延長されて駆動モータ４０Ａに連結されている回転軸４３が上面から挿通されている。

回転軸４３には、水平方向に外径を有した端板４４が一体化されており、端版４４には、攪拌部材４５が設けられている。

攪拌部材４５には、図４および図５に示すように、現像剤収容部４０の内面形状に倣った形状で相似状態の形態をなす複数の線状部材４５Ａが用いられている。

線状部材４５Ａは、現像剤収容部４０の水平方向断面の中心を基準として順次半径を拡大した位置にそれぞれ配置されて複数設けられている。

現像剤収容部４０の水平方向断面において順次拡径した位置に配置されている複数の線状部材４５Ａは、図４において、隣り合う線状部材４５Ａとの間に少なくとも現像剤に含まれていてトナーよりもサイズが大きいキャリアの通過を許容する空隙部を構成できる間隔を持たせて配列されており、本実施形態では、０．５〜１０ｍｍ程度が選択される。

この配列間隔に関しては、小さすぎると目詰まり現象に似た現象が生じて現像剤へのストレスの増大を招き、大きすぎると攪拌混合ができにくいので、現像剤中のキャリアやトナーの粒径、流動性などに応じて決定することが望ましい。例えば、３５μｍのキャリアと約５μｍのトナーとを含む二成分系現像剤の場合には、線状部材４５Ａの外形寸法を上述した０．３〜３ｍｍ程度とすると、２〜５ｍｍ程度が最適であることが発明者の実験により確認された。

線状部材４５Ａは、最大外周部に位置する線状部材を代表して説明すると、現像剤収容部４０の内面に倣って重力方向と同方向に延長された部分４５Ａ１０と、重力方向に延長された部分４５Ａ１０の下部に連続してこれら重力方向と直角な方向に延長されて、重力方向に延長されている部分４５Ａ１０同士を連結する横桟をなす部分４５Ａ１１とを備えている。

各線状部材４５Ａは、外形寸法として、トナーを押し動かすことができる寸法が用いられ、本実施形態では０．３〜３ｍｍ程度に設定されている。また、線状部材４５Ａの外形は、少なくとも回転方向下流側にエッジが存在しない形状に相当する、角部あるいは全体に丸みを帯びさせた形状とされ、本実施形態では、ワイヤ形状などの円形、楕円形、角部を丸くした矩形（正方形、長方形）、三角形や菱形などが選択される。上述した回転方向下流側とは、回転した際に現像剤と最初に触れる側が相当している。これにより、現像剤が線状部材を通過する際の流動抵抗を小さくできる。

エッジがなくされることにより現像剤との接触負荷を低減して線状部材４５Ａの移動を容易化することができ。さらには現像剤へのエッジによる削れ等の損傷を防止することができる。

また、線状部材４５Ａの材質としては、金属、樹脂またはこれら置き換え可能なものが選択され、加工方法としては、溶接や接着などによる組み立て、あるいは一枚の板から線状部材に相当する部分以外を打ち抜き加工する等の方法が用いられる。

攪拌部材４５は、回転軸４３を介して回転する部材であり、その回転方向が現像剤収容部４０内で流下する現像剤の移動を抑制する方向とされている。これにより、線状部材４５Ａが現像剤中で回転すると、現像剤と接触した際にその形状により流下する現像剤に遠心力を与え、外周部側で現像剤収容部４０の内面に沿って現像剤を上昇する方向に移動させることができる。

しかも、攪拌部材４５が現像剤中を回転する際に現像剤を堰き止めるような抵抗体となる構造ではないので、高速回転化が可能となり、攪拌・混合作用を高めることができる。

この攪拌・混合作用を高める作用については、次の理由によっても得られる。

図６は、線状部材４５Ａの一つが回転する際の現像剤の動きを示す模式図であり、同図において、遠心力を受けた現像剤は、図４において二点鎖線Ｌで示すように、現像収容部４０の内面に近い位置から順に迫り上がる。このため、迫り上がった現像剤が線状部材４５Ａの回転方向上流側から下流側（後方）に抜け出る際には、迫り上がった位置によって現像剤層表面への到達時期を意味する落下タイミングが異なることになる。

つまり、線状部材４５Ａが通過する際に線状部材４５Ａの回転方向上流側に位置する現像剤が現像剤収容部４０内に堆積する現像剤の上面に降り注がれて積もり始める時期、換言すれば、堆積している現像剤表層に現像剤が到達する時期が迫り上り高さの違いにより異なることになる。図６では、迫り上がり高さの違いによる堆積現像剤の表層に到達するまでの時間を、迫り上がり高さＨ１〜Ｈ４に置き換えて示してある。

重力方向に延設された複数の線状部材同士の間隔に関して最適な状態としては、線状部材の回転スピードに応じて線状部材の間に現像剤の一部が詰まるような状態が発生することが望ましい。

これは、現像剤の流動性にも関係するが、所定のスピードで移動する各線状部材間を現像剤が通過しきれない状態になることを意味する。

すると、線状部材と現像剤によって壁のような状態が出来上がり、通過しきれない現像剤は遠心力によって外周に行くにしたがって上方へと上ってゆく。
このとき、上方へ行けば行くほど剤の量は相対的に少なくなってゆき密度が減少してゆく。

剤の密度が高い状態では上記のように壁のような状態になって通過できなかった現像剤も、密度が減ることで線状部材間を通過してゆくようになると考えられる。

このように、線状部材間の間隔は遠心力で現像剤を迫り上げられるだけの間隔に設定されていることが望ましく、重力方向について言えば、せりあがった現像剤が密度に応じて順次通過可能な状態が保てるだけの長さ分の空間が確保されていることが良い。

また上記のように壁のような状態が発生することが望ましいため、同一平面状に複数の線状部材が重力方向に延設されている物が攪拌部材とされていることが望ましく、回転軸から離れて、現像剤収容部の内壁近傍まで存在していることが良い。

内壁近傍とは、線状部材と、内壁との間に現像剤が通過できるだけの幅を持たせた位置を意味し、その幅に関しては、現像剤の通過を阻害しないようにすることが望ましい。

このように到達時期（落下タイミング）を異ならせることにより、現像剤の落下時に上から注ぎ落ちる現像剤が下方の現像剤に混ざることで重力方向での攪拌・混合作用が促進され、さらには、落下時に空気を取り込めることで現像剤の流動化を促進することもできる。

特に、攪拌部材４５が板状のパドルに穴を開けて現像剤の通過部としたりメッシュ部材を用いる場合と違って、現像剤との接触面積も極小にできるので、目詰まりなどを招くことない。しかも、現像剤内での移動負荷が小さくでき、これにより現像剤へのストレス、さらには駆動負荷を低減して高速回転を可能にし、高速回転による現像剤の迫り上がり現象を促進して上述した重力方向での攪拌・混合作用をさらに促進できることになる。

本実施形態は以上のような構成であるから、攪拌部材４５が回転すると、線状部材４５Ａが現像剤中を移動する。この移動は高速化が可能であり、この高速回転による遠心力を現像剤に生起させて現像剤に迫り上がり現象を起こさせることができる。迫り上げられた現像剤は、現像剤表層に到達する落下時期が異なることで上述したような重力方向での攪拌・混合作用が促進され、さらには空気の取り込みによる現像剤の流動化が促進される。

このように、攪拌部材４５に用いられる線状部材４５Ａを回転させることによって、一般のパドルやスクリュー羽根の回転と異なり、現像剤へのストレスを低減しながら遠心力の生起による迫り上がりを行わせることができるので、線状部材４５Ａによる剪断作用に加えて、迫り上がった現像剤の落下タイミングを異ならせることによる重力方向での攪拌・混合作用を行えるので、攪拌・混合効率を促進してトナーへの均一帯電が可能となる。

しかも、攪拌部材４５は線状部材４５Ａのみで構成されているので、加工の簡易化および低コスト化、さらには、現像剤が線状部材の間を抵抗少なく通過できるので、駆動機構に対する負荷増加も抑えることが可能となる。

以上のような構成を備えた本実施形態において、発明者は、本実施形態のように、ワイヤなどの線状部材を攪拌機構に用いた場合とパドルなどの板状部材が該当する非線状部材を攪拌機構に用いた場合とを対象として、攪拌性に関する実験を行ったところ、図７に示すように、本実施形態における線状攪拌機構の方が、非線状攪拌機構に比べて攪拌性が極めて高いという結果を得た。以下に、実験結果について説明する。

上述した実験結果を得るために用いた装置の構成は、本実施形態における図４に示した線状部材４５を用いた構成、および図８に示すように、攪拌部材としてパドルなどの板状をなす非線状部材（便宜上、符号４５Ａ１で示す）を用いた構成が対象とされている。なお、図７（Ａ）は、本実施形態による結果であり、図中、「線状（ワイヤ）攪拌機構」と表示されており、図７（Ｂ）は、図８に示した非線状部材を用いた結果であり、図中、「非線状（板状）攪拌機構」と表示されている。

そして実験方法としては、攪拌収容部内に収容された粒子をａ〜ｄと４つの層（ａが最も最下層であり、ｄが最上層としてある）に分け、当該層状になっている粒状部質を線状攪拌機構、及び非線状攪拌機構により攪拌を行い、攪拌時間によって上記ａ〜ｄの各層に存在した粒子が攪拌収容内の外周付近でどれだけの存在割合いになるのかをシミュレートした。

結果として、「非線状（板状）攪拌機構」を利用したもの（図７（Ｂ））は、攪拌が開始されてから２．５〜３sec程で各層中に存在した粒子がほぼ均等の割合になり、全体が攪拌されたと見なせるのに対し、線状（ワイヤ攪拌）を利用したもの（図７（Ａ））は、攪拌開始から1.４〜１.５sec程で各層中の粒子が均等の割合になっている。
このことから、線状攪拌機構は攪拌性に大幅な向上が見込めることが理解できた。

次に、攪拌性に関して非線状攪拌機構と比べて格段に向上が望める本実施形態において、帯電特性に関する実験を行った結果を図９に示す。

図９に示す実験結果は、一定の濃度（７ｗｔ％）の現像剤を用いて線状部材を用いない非線状部材を用いた攪拌機構（図９では非線状攪拌機と表示）と、図４に示した構成からなる線状部材を用いた攪拌機構（図９では線状攪拌機と表示）とを対象として、現像剤の循環を停止した状態で現像剤収容部４０の内部に存在する現像剤の帯電特性を実験した結果である。なお、図９において横軸で示すエネルギーは、攪拌時での駆動モータ４０Ａの消費電力に時間をかけた値である。

図９に示す結果が得られた実験には、流動性の良い現像剤および流動性が悪い現像剤の両方を使用している。

図９に示した結果から明らかなように、図４に示した線状部材４５Ａを用いる本実施形態では、流動性のよい現像剤および悪い現像剤のいずれを対象とした場合でも、帯電量の立ち上がりが速く、トナーとキャリアとの攪拌・混合が速やかに行われ、この作用による現像剤の剪断効果によって摩擦帯電が良好に行われていることがわかる。この結果からいえることは、攪拌エネルギーが帯電量に良好な変換が行われているということである。これは、現像剤に余計にストレスを与えていないことが原因して攪拌・混合作用が促進されていることを意味している。

次に、本発明の別の実施形態について説明する。
図１０は、攪拌部材４５に用いられる線状部材４５Ａの配列構成を説明するための図であり、（Ａ）は、重力方向と平行する回転軸を基準として、重力方向に延長された複数の線状部材４５Ｂを設けた構成であり、（Ｂ）は、重力方向と直角な方向に軸方向を有する回転軸を基準として、重力方向に延長された複数の線状部材４５Ｃを設けた構成である。

このような配列において（Ｂ）に示す配列構成では、攪拌部材４５に用いられる線状部材４５Ａが回転すると、図６において説明した現像剤の迫り上がりが効果的に行われる。この結果、迫り上がりによる落下タイミングのずれを生起させて回転による現像剤の剪断作用による帯電だけではなく重力方向での攪拌・混合による摩擦帯電を行わせることが可能となる。

図１０に示した配列構成において、（Ｂ）に示した構成では、重力方向と直角な方向に配列するので、現像剤の落下タイミングをずらされる現像剤の動きが線状部材４５Ｃによって妨げられることもある。この現象を解消するには、配列間隔をなるべく開いた状態とすることが好ましく、本実施形態では、符号Ｘ（回転中心からの線状部材４５Ｃの延長長さ）とＹ（配列間隔）との関係を、少なくともＸ≧２Ｙの関係となる間隔とすることが好ましい。

重力方向に延長された線状部材は、ある程度重力方向との角度（例えば、重力方向に対して４５°）を持たせてもよいが、できるだけ０°に近い角度で設置した方が、重力方向に沿って均一な迫り上がりを起こさせることができることが実験により確認されている。

また、図１０（Ａ）において符号Ｘで示す間隔は、重力方向での線状部材の隙間の長さを表す間隔であって、この配列構成における回転軸から離れた位置での遠心力が大きく、攪拌効率が高いことを考慮して、中心側よりも大きくして中心部側での線状部材の配列密度を高めて（半径方向への横棒等を加えて）半径方向での攪拌ムラを低減するようにしてもよい。この場合には例えば、回転中心から間隔の中心までの距離をｒ、間隔をＸ、ａを係数とした場合、Ｘ＝ａｒの関係となるように配列することができる。この場合の係数ａは、現像剤の流動性などによる攪拌性の低下を補正する値などが用いられる。また、Ｙについても同様で、中心部側での配列密度を高めてもよい。

次に本発明の別実施形態について説明する。以下の説明は、請求項５〜１０に記載の発明に関する実施形態に相当している。

図１１は、攪拌部材の構成として、現像剤収容部４０の水平方向断面での中心を回転中心として内側および外側の関係で第１，第２の攪拌部材を設けた構成を示している。

図１１において（Ａ）は、第１，第２の攪拌部材を設けた場合の第１の実施形態を説明するために現像剤収容部４０の正面視での内部構造を示し、（Ｂ）は、後述するが、（Ａ）に示した第１の実施形態で用いられる第１の攪拌部材に関する平面視的な内部構造を示している。そして、（Ｃ）は、第１，第２の攪拌部材を用いる場合の第２の実施形態として、（Ｂ）に示した線状部材とは別の構成を説明するための平面視的な内部構造を示している。

図１１（Ａ）において第１の攪拌部材（便宜上、符号４５’を用いる）は、線状部材４５Ａ’で構成され、第２の攪拌部材７０は、線状部材４５Ａと同軸に設けられている回転可能なスクリュー７０Ａで構成されている。

第１の攪拌部材４５’に用いられる線状部材４５Ａ’は、図１１（Ｂ）に示すように、端板４の回転中心を挟んで端板４４の同一直径線上に延長されて端板４４に取り付けられている。つまり、図４および図５に示した線状部材４５Ａと同様に、端板４４の取り付け面に対して回転中心を挟んで同一直径線上に設けられている。なお、第２の攪拌部材７０としては、スクリューに代えてプロペラやパドルを用いることも可能である。

一方、図１１（Ｃ）に示す実施形態においては、第１の攪拌部材に用いられる線状部材（便宜上、符号４５Ａ１’で示す）が、図１１（Ｂ）に示す構成と違って、端板４４の回転中心を挟んで同一直径線上で傾けられている。この傾く方向は、図１１（Ｃ）において矢印Ｆで示すように、回転軸４３の中心方向に向けて現像剤を移動させることができる向きとされている。
図１１（Ｃ）に示す第２の実施形態に用いられる攪拌部材は、図１１（Ａ）に示した構成と同じくスクリューあるいはパドルが用いられる。

図１１（Ｂ），（Ｃ）に示した線状部材４５Ａ’および４５Ａ１’を用いる実施形態においては、いずれも同じ駆動構造が用いられるようになっている。
つまり、図１１（Ａ）において、第１の攪拌部材である線状部材４５Ａ’、４５Ａ１’および第２の攪拌部材であるスクリュー７０は、ともに駆動モータ４０Ａにより回転駆動されるが、スクリュー７０は駆動モータ４０Ａに直結されて現像剤を上昇させる方向に回転し、線状部材４５Ａ’、４５Ａ１’はギヤ群ＲＧを介して減速回転するようになっている。つまり、スクリューと、線状部材は回転速度が各々で異ならせることが可能である。 なお、このように回転速度を変化させるには上記のように単一の駆動源に対して速度変化手段としてのギアを設けても良いし、それぞれを別の駆動源で駆動させるようにしても良い。
回転スピードを別々に設定することが可能にしておくと、例えば線状部材の回転スピードを上げたいときにスクリューのスピードは抑えたままにして現像剤へのストレスの増加を抑える等有利である。

以上のような構成を備えた実施形態において、図１１（Ｂ）に示す実施形態では、線状部材４５Ａ’の回転により、図６を用いて作用を説明したような現像剤の迫り上がりが起こる。
現像剤収容部４０内で堆積している現像剤表層に落下するタイミングが異なる状態で迫り上がった現像剤が重力方向に逆らって落下する一方、スクリュー７０によって現像剤が上昇することになる。これにより、現像剤収容部４０の内部では、内壁面近傍で現像剤が落下し、中心側では上昇することで現像剤の対流が起こり、現像剤収容部４０内全体での現像剤の攪拌・混合が行われる。

一方、図１１（Ｃ）に示した実施形態では、第１の攪拌部材４５Ａ１’の回転により、図１１（Ｂ）に示した構成と同様に現像剤の迫り上がりが起こるが、迫り上げられた現像剤の一部は線状部材４５Ａ１’の傾きによって回転中心側に向けて落下する。

このような図１１（Ｃ）に示す構成においては、線状部材４５Ａ１’の回転に伴い、迫り上がった現像剤の一部が、ほぼ強制的に回転中心側に向け落下されるので、回転中心側に位置する第２の攪拌部材であるスクリュー７０に降り注ぐ現像剤を図１１（Ｂ）に示した構成よりも多くすることができる。これにより、現像剤収容部４０内での現像剤の対流をより確実に行わせることができる。

以上のような第１の攪拌部材を用いた構成では、線状部材４５Ａ’、４５Ａ１’を単独で回転させた場合に回転中心からの半径によって現像剤に対する遠心力の大きさが異なり、回転中心側では遠心力が小さいことに起因して攪拌・混合率が外周部に比べて低くなりやすい。

しかし、図１１（Ｂ）、（Ｃ）に示した構成においては、回転中心側に配置されているスクリュー７０Ａを用いることで、重力方向に落下する現像剤の移動を妨げる方向に攪拌動作を行うことができる。これにより、回転中心側での攪拌効率の低下を防止できるだけでなく、現像剤に対流を生起させることができることにより、攪拌・混合率を線状部材４５Ａ’、４５Ａ１’のみの場合に比べて、より高めることができる。

特に、図１１（Ｃ）に示した線状部材４５Ａ１’を用いた場合には、回転中心側で現像剤の攪拌効率が低くなるのを矯正するために設けられているスクリュー７０Ａへの現像剤の移動は、線状部材４５Ａ１’の構成として、回転中心に向けて現像剤が移動するように傾けてあることにより、より効果的に行われることになる。これにより、上述した現像剤の対流を確実に行わせることが可能となる。なお、図１１に示す構成において、第１の攪拌部材と第２の攪拌部材との配置関係として、第１の攪拌部材の内周面と第２の攪拌部材の外周面との間には、符号δで示す間隙が設けられている。この間隙δの大きさは、現像剤の対流、つまり、第２の攪拌部材により上昇しようとする現像剤の移動を阻害しない大きさであることが望ましい。

ところで、発明者は、線状部材のみを用いた場合と、図１１に示す第１，第２の攪拌部材を用いた場合とにおいて、攪拌性に関する実験を行ったところ、図１２に示す結果を得た。なお、図１２は、図４に示した構成と、図１１（Ｂ）に示した構成とを対象とした結果を示している。

図１２に示す実験結果は、図４において符号Ｓ１，Ｓ２で示すように、現像剤収容部４０の排出口付近で回転中心側と外周側（図１０では端部と表現している）との現像剤濃度を検知可能な濃度センサを配置し、この濃度センサの位置を境にして、上方に目標濃度７ｗｔ％に対して重量比でキャリア１０ｗｔ％の現像剤を入れ、下方にキャリア４ｗｔ％の現像剤を入れて２種類の現像濃度が積層されている状態を対象として第１，第２の攪拌部材を稼働させた結果である。なお、図１２において、符号ＴＣは現像剤濃度、Ｑ／Ｍは堆積重量あたりの帯電量、ＤＡは現像剤濃度７ｗｔ％の時の帯電量換算値をそれぞれ示している。

図１２中、（Ａ）および（Ｂ）は、線状部材４５Ａを４５０ｒｐｍで回転させた結果を、（Ｃ）および（Ｄ）は、第１の攪拌部材４５に用いられる線状部材４５Ａでの配列間隔を３ｍｍとし、４５０ｒｐｍで回転させ、第２の攪拌部材７０として用いられるスクリュー７０Ａを４００ｒｐｍで回転させた結果をそれぞれ示している。

図１２において、現像剤濃度（ＴＣ）に関しては、第１，第２の攪拌部材を用いた方が、ほぼ安定して目標濃度を維持することが可能となっている。

次に、図１１に示した構成の変形例について説明する。
図１３は、第１，第２の攪拌部材として線状部材を用い、これら線状部材を現像剤収容部の断面中心とは異なる位置に回転中心を設定したことを特徴としている。

図１３に示す構成においては、現像剤収容部（便宜上、符号４０’で示す）の水平方向断面での中心線上に、第１，第２の攪拌部材４５，４５’として用いられる線状部材４５Ａ、４５Ａ’の回転軸４３が異なる位置に配列されている。特に、各線状部材４５Ａ、４５Ａ’の回転軌跡が現像剤収容部４０’の水平方向断面中心部（符号Ｐで示す領域）で重なる状態で配置されている。現像剤収容部４０’は、断面中心とは異なる位置に攪拌部材を配置する関係で、その断面形状が楕円形状とされているが、矩形形状であっても良い。

第１，第２の攪拌部材４５，４５’に用いられる線状部材４５Ａ、４５Ａ’は、互いに回転方向が逆方向となっている。

この構成においては、遠心力が外周部に比べて小さくなる箇所である、現像剤収容部４０の水平断面内での中心において各攪拌部材に用いられる線状部材４５Ａ、４５Ａ’の回転軌跡が重なるので、遠心力が外周部に比べて小さくなる位置での現像剤の攪拌・混合効率を高めることができ、攪拌性と帯電性を向上させることができる。

次に異なる位置に回転軸を備えた構成の変形例について説明する。
図１４に示す構成は、現像剤収容部４０の内部で重力方向と直角な方向に延長された回転軸４３が上下左右に複数段設けられ、各回転軸４３に攪拌部材４５に用いられる線状部材４５Ａが設けられている。

線状部材４５Ａ、４５Ａ’は、図１４において左右方向で隣り合うもの同士が逆方向に回転するようになっており、隣り合う位置間に相当する現像剤収容部４０の水平断面中心部にも位置していることで遠心力が小さい位置での攪拌・混合率が高められ、さらに、流下する現像剤を上下方向に対流させて攪拌。混合率をより高めることができる。しかも、攪拌・混合効率を高めるための攪拌部材に線状部材を用いることで現像剤へのストレスを小さくしながら行うことができる。

図１５は、さらに別の変形例を示す図であり、同図においては、重力方向に沿って異なる位置に複数配置されている攪拌部材４５，４５’が互いに回転軸４３の延長方向を直角に設定されている。

各攪拌部材４５、４５’に用いられる線状部材４５Ａ、４５Ａ’は 上部および下部で隣り合うもの同士が逆方向に回転するようになっている。

線状部材４５Ａ、４５Ａ’は、現像剤収容部４０１の内部で上下方向において交差した回転軸線を設定されているので、現像剤収容部４０１の水平方向断面中心での攪拌低下が抑制され、さらに現像剤の対流も複雑なものとなることにより、攪拌・混合効率が向上することになる。しかも、攪拌・混合時の現像剤は、線状部材４５Ａ、４５Ａ’の空隙を通過することができるので、低ストレスで帯電率を向上されることになる。

なお、上記実施形態において説明した線状部材は、ワイヤなどの一様な形状を持つ構成とされているが、これに限ることなく、例えば、ワイヤを用いた場合には、現像剤収容部の内面形状に倣って重力方向に延長された部分の下方側あるいは横桟として用いられる部分を潰してワイヤよりも大きい面積を有する部分とすることもできる。このような構成とすると、線状部材間の空隙を通過する現像剤の移動がワイヤとは異なる押し動かされ方をすることになるので、攪拌・混合状態を複雑化して攪拌性の向上を得るようにすることもできる。上述した異なる押し動かされ方とは、例えば、現像剤を上方に掬い上げるようにすることや拡散させることなどを意味する。

本発明実施例による現像装置が用いられる画像形成装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施例による現像装置の全体構成を説明するための模式図である。 図２に示した現像装置における現像部の構成を説明するための模式図である。 本発明実施例による現像装置の要部構成の一例を示す模式図である。 図４に示した要部構成に用いられる攪拌部材の構成の一部を示す斜視図である。 図４および図５に示した要部構成における作用を説明するための模式図である。 図４および図５に示した要部構成による攪拌性に関する実験結果を示す線図である。 図７に示した実験結果における対比の対象として用いられた非線状部材を備えた攪拌部の構成を示す模式図である。 図４および図５に示した要部構成を用いた現像剤の帯電量に関する実験結果を説明するための線図である。 図４および図５に示した要部構成に関する別例を説明するための模式図である。 本発明の別実施形態を説明するための要部構成を示す図である。 図１１に示した要部構成と図４および図５に示した要部構成との作用の違いを説明するための実験結果を示す図である。 本発明の別実施形態の要部変形例を示す模式図である。 図１３に示した要部変形例のさらに変形例を説明するための模式図である。 図１３に示した要部変形例の別の変形例を説明するための模式図である。

符号の説明

１ 感光体
３ 現像装置
６ 作像部
４０、４０１ 現像剤収容部
４５、４５’ 攪拌部材
４５Ａ、４５Ａ’ 線状部材
４５Ａ１０ 重力方向に沿った部分
４５Ａ１１ 重力方向と直角な方向の横桟をなす部分
７０ 第２の攪拌部材
７０Ａ 第２の攪拌部材に用いられるスクリュー

Claims (11)

1. 潜像担持体に形成されている静電潜像をトナーとキャリアとからなる現像剤により可視像処理する現像部と、該現像部から回収した現像剤を再度該現像部の現像剤供給部に向け移送する循環部とを備え、該循環部には、上記現像部に至る前の位置に現像剤の一部を収容する収容部が設けられ、該収容部内には上記回収された現像剤と新たに補給されるトナーとを撹拌混合する攪拌部材が設けられている現像装置において、
   前記収容部は、下向き錐形状の収容空間を有し、上部および下部には補給口および排出口がそれぞれ設けられ、上記収容空間内に位置する撹拌部材には、該収容部の内面形状に倣った形態で形成された複数の線状部材が用いられ、上記補給口から導入されて重力により流下する現像剤の移動を抑制する方向で現像剤を攪拌することを特徴とする現像装置。
2. 前記攪拌部材は、お互い同士の間に空隙部が形成される間隔を持たせて配列されるとともに、少なくとも重力方向と同方向に延長された部分を有することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記攪拌部材は、前記重力方向と直角な方向での配列間隔として、現像剤に含まれるキャリアの通過を許容する間隔を設定され、攪拌部材に用いられる線状部材の外径が前記現像剤に含まれるトナーを押し動かせる寸法に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記攪拌部材には、前記線状部材が相当する第１の攪拌部とは別に第２の攪拌部を備え、
   前記第２の攪拌部は、前記線状部材の内側に位置して前記回転軸を中心に回転可能なスクリュー、プロペラ、またはパドルで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記第１撹拌部が回転軸に対して現像剤が回転軸中心方向に移動する向きに傾斜させて設けられていることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記撹拌部材に用いられる複数の攪拌部は、前記収容部の断面中心部とは異なる位置を回転中心とするように１つないしは複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記収容部内に複数設けられた第１，第２の撹拌部は、それらの回転方向が異なる方向であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の現像装置。
8. 前記攪拌部材に用いられる線状部材は、少なくとも回転方向下流側にエッジがない形状であることを特徴とする請求項１乃至7のいずれかに記載の現像装置。
9. 前記攪拌部材に用いられる線状部材の断面形状が、角部あるいは全体に丸みを帯びた形状とされていることを特徴とする請求項８に記載の現像装置。
10. 前記攪拌部材に用いられる線状部材は、重力方向に沿って前記収容部の内面形状に倣った部分とこれらの部分同士を連結する重力方向と直角方向な部分とを備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の現像装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

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