JP5641838B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体上に形成された潜像に現像剤を付着させて可視像化するための現像装置、及び、この現像装置を備えた、電子写真方式や静電記録方式を用いた複写機及びレーザビームプリンタ、ファクシミリ、これらの複合機などの画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を用いた画像形成装置は、一般的に像担持体であるドラム状の感光体の表面を、帯電器により一様に帯電させ、帯電した感光体を露光装置によって画像情報に応じて露光し、感光体上に静電潜像を形成する。感光体に形成された静電潜像は、現像装置を用いて現像剤であるトナーによって、トナー像として顕像化される。そして、顕像化された画像は転写装置によって記録材へ転写される。その後、記録材上に転写されたトナー像を定着装置によって熱及び圧力で記録材へと溶融定着する。

このような現像装置として、現像剤である非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とを備えた２成分現像剤を使用するものがある。特に、カラー画像形成装置においては、トナーに磁性体を含ませなくてもよいため、色味が良好であるなどの理由から広く用いられている。この２成分現像剤を使用する現像装置は、現像容器内でトナーとキャリアを撹拌しつつ搬送し、現像剤担持体である現像スリーブに現像剤を担持する。現像スリーブに担持された現像剤は現像剤規制部材である規制ブレードにより担持量を規制される。その後、現像スリーブと感光体との間に現像バイアスを印加することにより、トナーのみが感光体表面に形成された静電潜像に転移し、感光体表面に静電潜像に応じたトナー像が形成される。

また、近年、現像装置への現像剤の補給を行うことにより帯電性能の劣化を抑制出来るようにした装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、現像装置の現像容器内に新しい現像剤を補給する補給装置を有する。そして、この補給装置による新しい現像剤の補給によって過剰になった現像容器内の現像剤を、現像容器の壁面に設けられた現像剤排出口よりオーバーフローして排出させる（ＡＣＲ構成）。また、排出した現像剤は、回収装置にて回収される。

このようなＡＣＲ構成を有する装置では、新しい現像剤の補給と、現像剤の排出とが逐次繰り返されることによって、現像容器内の劣化現像剤は、新たに供給されるトナー及びキャリアに置換されていくようになっている。これにより現像容器内の現像剤の現像特性が一定に維持され、現像剤の帯電特性を維持して、複写画質の低下を押さえることが可能となる。その結果、サービスマン等に現像剤交換頻度の延長或いは無交換化が図られる。

また、このようなＡＣＲ構成を有する現像装置として、新規に補給された現像剤が排出されないように、現像剤の排出口にシャッタを設ける構造も知られている（特許文献２参照）。また、現像剤の排出口に、現像剤の飛散を防止するための櫛歯状の部材を設けた構造も知られている（特許文献３参照）。

特開昭５９−１００４７１号公報 特開平１１−２３１６２４号公報 特開２０００−１１２２３８号公報

しかしながら、上述のようなＡＣＲ構成を有する現像装置の場合、現像剤の凝集度の変化により現像剤の排出特性が変化する。例えば、画像比率の低い出力物が連続で出力された場合、トナー帯電量が増加するのと同時に、トナーに外添された添加物が遊離したり埋め込まれたりすることにより、現像剤の凝集度が高くなる。現像剤の凝集度が高くなる、即ち、現像剤が動きにくくなると、現像剤の嵩密度が変化し、剤面が見かけ上高くなってしまう。また、凝集度の高い現像剤は、凝集体のまま排出されてしまうため、凝集度が低い現像剤と比較して排出される量も増える傾向にある。

更には、凝集度の高い現像剤は、現像剤の重量が少なくても現像剤排出口からの現像剤の排出が止まらず、想定よりも現像容器内の現像剤量が減ってしまう場合がある。現像容器内の現像剤量が想定よりも少なくなると、現像スリーブの長手方向に濃度ムラが生じたり、この濃度ムラがスクリューピッチで生じるスクリューピッチムラなどの画像不良が発生してしまう場合がある。

特許文献２、３には、排出口にシャッタを設けた構成、及び、櫛歯状の部材を設けた構造が記載されているが、何れの場合も、現像剤の凝集度の変化に対応した構成ではない。また、特許文献２に記載された構造の場合、シャッタを開閉する構成が必要で、構成の複雑化、コストの増加が避けられない。

本発明は、このような事情に鑑み、現像剤の凝集度が高くなっても、現像剤が排出される量を適正にして、濃度ムラなどの画像不良を抑制すべく発明したものである。

本発明は、トナーとキャリアとを含む２成分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担持搬送し、像担持体の現像領域に現像剤を供給する現像剤担持体と、前記現像容器内で、現像剤を攪拌しつつ搬送する現像剤搬送部材と、を備え、前記現像容器は、前記現像容器内に現像剤を補給するための現像剤補給口と、前記現像容器の重力方向底部から所定の高さに設けられ、前記現像容器内から現像剤を排出するための現像剤排出口とを有し、使用状態で、前記現像剤補給口からの現像剤の補給と、前記現像剤排出口からの現像剤の排出とを繰り返す現像装置において、前記現像剤排出口に設けられ、前記現像剤排出口を重力方向に区画する複数の開口を有する現像剤排出規制部材を有し、前記複数の開口の重力方向の間隔ｘは、前記キャリアの体積平均粒径をＤ、前記トナーの体積平均粒径をｄとした場合に、２×（ｄ×２＋Ｄ）≦ｘ≦４０×（ｄ×２＋Ｄ）を満たすことを特徴とする現像装置にある。

本発明によれば、現像剤排出規制部材の複数の開口の重力方向の間隔を規制することにより、現像剤の凝集度が初期状態より高くなっても、使用状態で現像剤の剤面が排出口の重力方向上縁と下縁との間に位置するようにしている。このため、現像剤の凝集度が高くなっても、現像剤が排出される量を適正にして、濃度ムラなどの画像不良を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 第１の実施形態に係る現像装置の概略構成断面図。 一部を切断して図２の上方から見た図。 現像剤排出部の構成を示す模式図。 現像剤の凝集度を説明するための模式図。 第１の実施形態の現像剤規制部材の第１例を示す拡大図。 同じく第２例を示す拡大図。 （Ａ）は搬送スクリューの空回転時間と安息角との関係を、（Ｂ）は画像形成枚数と安息角との関係を、それぞれ示す図。 安息角の測定方法を説明するための概略図。 現像剤中のトナーとキャリアの模式図。 （Ａ）は安息角が小さい場合の現像剤排出特性を、（Ｂ）は安息角が大きい場合の現像剤排出特性を、それぞれ示す図。 本発明の第２の実施形態に係る現像装置の概略構成断面図。 本発明の第３の実施形態に係る現像剤排出部の構成を示す模式図。 本発明の第４の実施形態に係る現像剤規制部材の２例を示す模式図。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図１ないし図１１を用いて説明する。

［画像形成装置］
先ず、本実施形態の画像形成装置の全体構成及び動作について図１を用いて説明する。画像形成装置１００は、画像形成装置本体（装置本体）に接続された原稿読み取り装置或いは装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像情報にしたがって、画像形成を行う。本実施形態の場合、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の４色フルカラー画像を、電子写真方式を利用して記録材（記録用紙、プラスチックシート、布等）に形成することができる。

このために画像形成装置１００は、４連タンデム式の構成を有し、複数の像形成手段として、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する第１、第２、第３、第４の画像形成部（画像形成ステーション）ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋを有する。そして、転写手段としての転写装置５が備える中間転写ベルト５１が図示矢印方向に移動して各画像形成部を通過する間に、中間転写ベルト５１上に各画像形成部において各色の画像が重ねられる。そして、この中間転写ベルト５１上で重ね合わされた多重トナー像を記録材に転写することで記録画像が得られる。本実施形態では、現像剤として非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む２成分現像剤を使用している。

なお、各画像形成ステーションの構成は、現像色が異なる以外は実質的に同一とされるので、以下、特に区別を要しない場合は、何れかの画像形成ステーションに属する要素であることを示すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略し、総括的に説明する。

画像形成ステーションＰは、像担持体としてのドラム状の感光体（感光ドラム）１を有する。感光体１の外周には、帯電手段としての帯電器２、露光手段としての（例えばレーザ露光光学系）露光装置３、現像手段としての現像装置４、転写装置５、クリーニング手段としてのクリーニング装置７、除電手段としての除電装置８が設けられている。

転写装置５は、中間転写体としての中間転写ベルト５１を有する。中間転写ベルト５１は複数のローラに掛け回されて、図示矢印方向に回転（周回移動）する。また、中間転写ベルト５１を介して各感光体１に対向する位置には一次転写部材５２が配置されている。また、中間転写ベルト５１が掛け回されたローラのうち一つに対向する位置に二次転写部材５３が設けられている。

画像形成時には、先ず、帯電器２によって、回転する感光体１の表面を一様に帯電させる。次いで、帯電した感光体１の表面を、露光装置３により画像情報信号に応じて走査露光することによって、感光体１上に静電潜像を形成する。感光体１に形成された静電潜像は、現像装置４を用いて現像剤のトナーによりトナー像として顕像化する。その際、消費されたトナー量に応じて、ホッパー２０から不図示の補給経路を通じて補給剤が現像装置４へと供給される。感光体１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト５１と感光体１とが当接する１次転写部（一次転写ニップ）において、一次転写部材５２に印加される一次転写バイアスの作用によって中間転写ベルト５１上に転写（一次転写）される。例えば、４色フルカラー画像の形成時には、第１の画像形成部ＰＹから順次に、各感光体１から中間転写ベルト５１上にトナー像が転写され、中間転写ベルト５１上に４色のトナー像が重ね合わされた多重トナー像が形成される。

一方、記録材収容部としてのカセット９に収容されている記録材が、ピックアップローラ、搬送ローラ及びレジストローラ等の記録材搬送部材によって搬送される。この記録材の搬送は、中間転写ベルト５１と二次転写部材５３とが当接する二次転写部（ニップ部）に、中間転写ベルト５１上のトナー像と同期がとられて行われる。そして、中間転写ベルト５１上の多重トナー像は、二次転写部において、二次転写部材５３に印加される二次転写バイアスの作用により、記録材上に転写される。

その後、中間転写ベルト５１から分離された記録材は定着装置６へと搬送される。記録材上に転写されたトナー像は、定着装置６によって加熱、加圧されることによって溶融混合されると共に、記録材上に定着される。その後、記録材は機外へ排出される。

一次転写工程後に感光体１上に残留したトナー等の付着物は、クリーニング装置７によって回収される。また、感光体１に残留した静電潜像は、除電装置８によって消去される。これにより、感光体１は、次の画像形成工程に備える。また、二次転写工程後に中間転写ベルト５１上に残留したトナー等の付着物は、中間転写体クリーナ５４によって除去される。

なお、画像形成装置１００は、例えばブラック単色の画像など、所望の単色又は４色のうちいくつかの色用の画像形成部を用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することも可能である。

［２成分現像剤］
次に、本実施形態にて用いられる２成分現像剤について説明する。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のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。そして、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ｄは、４．０μｍ以上、１０．０μｍ以下（４．０μｍ≦ｄ≦１０．０μｍ）とする。好ましくは、５．０μｍ以上、８．０μｍ以下（５．０μｍ≦ｄ≦８．０μｍ）とする。本実施形態では、ｄを７．０μｍとした。

また、キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、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、或は酸化物フェライトなどが好適に使用化能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、キャリアは、体積平均粒径Ｄが１０．０μｍ以上、６０．０μｍ以下（１０．０μｍ≦Ｄ≦６０．０μｍ）とする。好ましくは、２０．０〜６０．０μm（２０．０μｍ≦Ｄ≦６０．０μｍ）とし、より好ましくは３０．０〜５０．０μm（３０．０μｍ≦Ｄ≦５０．０μｍ）とする。また、抵抗率は１０⁷Ωcm以上、好ましくは１０⁸Ωcm以上である。本実施形態では、体積平均粒径Ｄが４０μｍ、抵抗率が５×１０⁸Ωcm、磁化量が２６０ｅｍｕ/ｃｃ（２６０×１０^３Ａ／ｍ）のキャリアを用いた。

なお、トナーについて、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定した。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）、個数平均分布、体積平均分布を出力するためのインターフェース（日科機製）及びＣＸ−Iパーソナルコンピュータ（キヤノン製）を使用した。電界水溶液として、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液を使用した。

測定方法は以下に示す通りである。即ち、上記の電界水溶液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０．１ｍｌ加え、測定試料を０．５〜５０ｍｇ加える。試料を懸濁した電界水溶液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、上記のコールターカウンターＴＡ−II型により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得た。

また、磁性キャリアの抵抗率は、以下のように測定した。即ち、測定電極面積４ｃｍ、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いて、片方の電極に１ｋｇの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。また、磁性キャリアの体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置ＨＥＲＯＳ（日本電子製）を用いて、体積基準で粒径０．５〜３５０μｍの範囲を３２対数分割して測定した。そして、それぞれのチャンネルにおける粒子数を測定した。その測定結果から体積５０％のメジアン径をもって体積平均粒径とした。

また、磁性キャリアの磁気特性は、理研電子（株）製の振動磁場磁気特性自動記録装置ＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、７９５．７ｋＡ／ｍ、７９．５８ｋＡ／ｍの外部磁場をそれぞれつくり、磁性キャリアの磁化の強さを求めた。磁性キャリアの測定用サンプルは、円筒状のプラスチック容器に充分密になるようにパッキングした状態で作成する。この状態で、磁化モーメントを測定し、更に上記で充填した試料の実際の重量を測定して磁化の強さ（ｅｍｕ／ｇ）を求める。又、磁性キャリア粒子の真比重を、例えば乾式自動密度計アキュピック１３３０（島津製作所（株）社製）等により求め、上記のようにして得られた磁化の強さに真比重を掛けることで、単位体積あたりの磁化の強さを求めることができる。

［現像装置］
次に、図２及び図３を用いて、現像装置４について説明する。現像装置４は、現像容器４１を備え、現像容器４１内に現像剤としてトナーとキャリアとを含む２成分現像剤が収容されている。また、現像容器４１の感光体１に対向する位置には、現像剤担持手段としての現像スリーブ４４と、現像スリーブ４４上に担持された現像剤の穂を規制する規制ブレード４６を配置している。

また、現像容器４１の内部は、その略中央部が紙面に垂直方向に延在する隔壁４１ｃによって現像室４１ａと攪拌室４１ｂとに区画されており、現像剤は現像室４１ａ及び攪拌室４１bに収容されている。

現像室４１ａ及び攪拌室４１ｂには、現像剤搬送部材として第１及び第２の搬送スクリュー４２、４３がそれぞれ配置されている。第１の搬送スクリュー４２は、現像室４１ａの底部に現像スリーブ４４の軸方向に沿ってほぼ平行に配置されており、図示の矢印方向（時計回り方向）に回転して現像室４１ａ内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に攪拌しつつ搬送する。時計回りとした理由は、現像スリーブ４４への現像剤の供給という観点で有利だからである。また、第２の搬送スクリュー４３は、攪拌室４１ｂ内の底部に第１の搬送スクリュー４２とほぼ平行に配置され、第１の搬送スクリュー４２と反対方向（反時計回り）に回転して攪拌室４１ｂ内の現像剤を第１の搬送スクリュー４２と反対方向に攪拌しつつ搬送する。

このように、第１及び第２の搬送スクリュー４２、４３の回転による搬送によって、現像剤が隔壁４１ｃの両端部の開口部（即ち、連通部）４１ｄ、４１ｅを通じて現像室４１ａと攪拌室４１ｂとの間で循環される。

また、現像容器４１は、現像容器内に現像剤を補給するための現像剤補給口４９と、現像容器４１の重力方向底部から所定の高さに設けられ、現像容器内から現像剤を排出するための現像剤排出口４８ａとを有する。ここで、重力方向とは、図２の上下方向である。本実施形態の場合、現像剤補給口４９を攪拌室４１ｂの上部に設け、トナーとキャリアが混合された補給現像剤を補給するためのホッパー２０（図１参照）から、現像剤補給口４９を通じて攪拌室４１ｂ内に現像剤を供給している。一方、現像剤排出口４８ａは、攪拌室４１ｂの側壁４１ｄの底部から所定の高さに設けられ、現像剤排出口４８ａの下縁５０ａを超えた現像剤を排出する。現像剤排出口４８ａから排出された現像剤は、余剰現像剤格納室４８内の現像剤搬送部材４８ｂによって、回収ボックス（図示しない）に搬送される。

また、現像容器４１の感光体１に対向した現像領域αに相当する位置には開口部があり、この開口部に現像スリーブ４４が感光体１方向に一部露出するように回転可能に配設されている。そして、現像スリーブ４４と感光体１とを近接対向させている。例えば、現像スリーブ４４の直径を２０ｍｍ、感光体１の直径を８０ｍｍ、現像スリーブ４４と感光体１との最近接領域を約３００μｍの距離とする。これにより、現像スリーブ４４により現像領域αに搬送した現像剤を感光体１と接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。

このような現像スリーブ４４は、アルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成され、その内部には磁界手段であるマグネットローラ４５が非回転状態で設置されている。このマグネットローラ４５は、現像領域αにおける感光体１に対向して配置された現像極Ｓ１から現像スリーブ４４の回転方向（矢印方向、時計方向）に順に、磁極Ｎ３、磁極Ｎ２、磁極Ｓ２、磁極Ｎ１を有する。

現像時には、マグネットローラ４５の磁気吸引力により現像剤が現像スリーブ４４に担持された状態で、現像スリーブ４４が回転する（担持搬送される）。現像スリーブ４４は、規制ブレード４６による磁気ブラシの穂切りによって層厚を規制された２成分現像剤を担持して、これを感光体１と対向した現像領域αに搬送する。そして、感光体１上に形成された静電潜像に現像剤を供給して潜像を現像する。

この時、現像効率、つまり、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ４４には電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。本実施形態では、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧とした。しかし、直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。また、一般に、２成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生し易くなる。このため、現像スリーブ４４に印加する直流電圧と感光体１の帯電電位（即ち白地部電位）との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止している。

現像領域αに於いては、現像装置４の現像スリーブ４４は、共に感光体１の移動方向と順方向で移動し、周速比は、対感光体の１．７５倍で移動している。この周速比に関しては、０.５〜２.５倍の間で設定され、好ましくは、１.０〜２.０倍の間に設定されればよい。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。

また、穂切り部材である規制ブレード４６は、現像スリーブ４４の長手方向軸線に沿って延在した板状のアルミニウムなどで形成された非磁性部材で構成され、感光体１よりも現像スリーブ回転方向上流側に配設されている。そして、この規制ブレード４６の先端部と現像スリーブ４４との間を現像剤のトナーとキャリアの両方が通過して現像領域へと送られる。尚、規制ブレード４６の現像スリーブ４４の表面との間隙（ギャップ）を調整することによって、現像スリーブ４４上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制されて現像領域αへ搬送される現像剤量が調整される。例えば、規制ブレード４６によって、現像スリーブ４４上の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ^２に規制する。なお、規制ブレード４６と現像スリーブ４４は、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定される。本実施形態では５００μｍに設定した。

［現像剤排出規制部材］
ここで、現像剤排出口４８ａにおける現像剤の排出について詳細に説明する。図４は、現像容器４１を攪拌室４１ｂ側から見た現像剤排出口４８ａとこの現像剤排出口４８ａを覆う現像剤排出規制部材４０１の模式図である。現像装置４は、第１及び第２の搬送スクリュー４２、４３の回転による搬送によって、現像剤が隔壁４１ｃの両端部の開口部（即ち、連通部）４１ｄ、４１eを通じて現像室４１aと攪拌室４１ｂとの間で循環されている。また、本実施形態における現像装置４は、現像剤の帯電特性を維持するため、現像剤の補給と現像剤の排出とが逐次繰り返されるＡＣＲ構成を採用している。即ち、現像装置４は、使用状態で、現像剤補給口４９からの現像剤の補給と、現像剤排出口４８ａからの現像剤の排出とを繰り返す構成を有する。

前述したように、現像剤の凝集度の変化により、現像剤排出口４８ａからの排出量が変化する。この結果、現像容器４１内の現像剤の量が安定せず、現像スリーブの長手方向の濃度ムラやスクリューピッチムラが発生する場合がある。例えば、画像比率の低い出力物が連続で出力された場合、トナー帯電量が増加するのと同時に、トナーに外添された添加物が遊離したり埋め込まれたりすることにより、現像剤の凝集度が変化する。このとき、図５に示すように、同じ現像剤量でも、凝集度の違いにより現像剤の嵩密度が変化する。即ち、図５（Ａ）に示すように、現像剤の凝集度が低い場合には、嵩密度ｈが小さくなり、図５（Ｂ）に示すように、現像剤の凝集度が高い場合には、嵩密度Ｈが高くなる。そして、現像剤の嵩密度が高くなると、現像剤の剤面が見かけ上高くなり、必要以上に現像剤排出口４８ａから排出されてしまう。

また、凝集度の高い現像剤は、凝集体のまま排出されてしまうため、凝集度が低い現像剤と比較して排出される量も増える傾向にある。このような理由により、現像剤の凝集度の変化により現像剤排出口４８ａからの排出量が変化し、現像スリーブの長手方向に濃度ムラが生じたり、この濃度ムラがスクリューピッチで生じるスクリューピッチムラなどの画像不良が発生してしまう場合がある。

そこで、本実施形態では、現像剤排出口４８ａに設けられ、現像剤排出口４８ａを重力方向に区画する複数の開口を有する現像剤排出規制部材４０１を有する。本実施形態の場合、このような現像剤排出規制部材４０１は、メッシュ状の網により構成されており、この網により現像剤排出口４８ａを覆うようにしている。このような現像剤排出規制部材４０１は、以下に示す条件のメッシュを採用している。即ち、複数の開口の重力方向の間隔を、現像剤の凝集度が初期状態より高くなっても、使用状態で現像剤の剤面が現像剤排出口４８ａの重力方向上縁５０ｂと下縁５０ａとの間に位置するように設定している。

このような現像剤排出規制部材４０１は、例えば、図６又は図７のように構成されている。図６に示す構成の場合、ステンレスの線材（Ｗ）により、例えば、内径が３００μｍの網目形状に編まれている。このようなメッシュは、例えば、一般に市販されて汎用されているもので代用でき、安価であるから低コスト化が図れる。また、図７に示す構成の場合、例えば、内径が３００μｍの網目形状に樹脂成形、エッチング、プレス等の成形加工された成形加工板材（Ｍ）としている。このような構成の場合、網目形状が正確であるから高精度で正確な現像剤の排出が行われ高安定の画像形成が図れる。

次に、現像剤排出規制部材４０１であるメッシュを現像剤排出口４８ａに設けた時の現像剤の排出特性の一例を述べる。本実施形態における現像剤排出規制部材４０１を設けた現像剤排出口としての機能を果たすためには、凝集度の変化によって現像剤の排出特性が変化しないようなメッシュが必要となる。つまり、凝集度が低い時には、現像剤排出規制部材の有無に関わらず排出され、凝集度が高くなるに連れ現像剤の排出が少なくなることが求められる。ただし、当然凝集度が低い時に排出されない状態や凝集度が高いときにも排出されてしまうと効果が無い。すなわち、メッシュの開口の間隔がトナーより小さい、もしくはキャリアより小さく現像剤の排出はほとんど無い状況や、メッシュの開口の間隔が広すぎてメッシュの効果が得られない状況では意味が無くなってしまう。

また、前述のように、現像剤の凝集度によって嵩密度が変化し、現像剤の剤面が変化するため、メッシュの開口の間隔として、剤面が変化する方向に対応する、重力方向の間隔が、現像剤の排出特性に影響を与える。したがって、本実施形態では、メッシュの開口の重力方向の間隔を適切に規制するようにしている。

ここで、現像剤の凝集度は安息角で測定することが出来る。本実施形態における現像剤の安息角の適正な範囲は２５〜５０°、好ましくは３０〜４５°である。２成分現像剤の安息角が２５°より小さいと、高流動性により複数転写時の飛び散りや中抜けの問題と、高速プリントの際、耐久時（多数の印刷を行った時）の転写性維持を十分満足することが出来ない。また、安息角が５０°より大きくなると、プリント初期の飛び散り、中抜けレベルは良いが、高速かつ耐久時に、現像性が低下すると共に搬送スクリューの負荷が増大しスクリューロックにつながる。したがって、本実施形態では、２成分現像剤として、未使用時における安息角が２５°で、本実施形態の現像装置４で、５０℃、相対湿度１５％で２４時間空回転した時の安息角が５０°となるものを使用している。

図８（Ａ）に、温度が５０℃、相対湿度が１５％で空回転した際の安息角の推移を示す。この図より空回転１０時間程度で安息角がほぼ５０°に収束していることが確認できる。また、図８（Ｂ）に、本実施形態による画像形成装置で画像比率（Ｄｕｔｙ）を変更して１００×１０^３枚画像形成を行った時の安息角の推移を示す。同図に示すように安息角が大きくなるのは画像比率が低い時であることが分かる。以上により、５０°の安息角がこの現像剤の最も流動性が低い状況であることが分かる。

図９は、安息角測定の方法の一例を説明するための概略的説明図である。本実施形態におけるトナーの安息角Φは、以下の方法を用いて測定した。まず、測定装置は、パウダーテスターＰＴ−Ｎ型（ホソカワミクロン株式会社）である。また、測定方法は、パウダーテスターＰＴ−Ｎ型に付属する取り扱い説明書における安息角の測定に準拠する（ふるい３０１の目開き７１０μｍ、振動時間１８０ｓ、振幅２ｍｍ以下）。現像剤をロート３０３から円盤３０２上に落下させ、この円盤３０２上に円錐状に堆積した現像剤５００の母線と円盤３０２表面とのなす角を安息角として求める。

但し、試料を２３℃、相対湿度６０％（以下、これを６０％ＲＨと表記する）で一晩放置した後、２３℃、６０％ＲＨ環境下にある測定装置で安息角を測定し、５回測定を繰り返して算術平均をとった値をΦとする。

表１は、現像剤排出規制部材４０１の開口の重力方向の間隔ｘを変化させた場合の、現像剤の安息角が２５°の時と５０°の時の現像剤の通過の有無を示す。なお、表１の丸は、現像剤が現像剤排出規制部材を殆ど通過した場合を、三角は、一部通過した場合を、バツは、殆ど通過しなかった場合を、それぞれ示す。

ここで、図１０に示すように、トナーｔ及びキャリアｃを真球と仮定し、理想的にキャリアｃに対して一層分トナーｔが存在しているとする。トナーｔの直径（体積平均粒径）をｄ、キャリアｃの直径（体積平均粒径）をＤとした場合に、現像剤の１つの集合体の直径は（ｄ×２＋Ｄ）となる。

表１から、凝集度が低い時には、現像剤排出規制部材の有無に関わらず排出され、凝集度が高くなるに連れ現像剤の排出が少なくなる状況は、次の通りである。
１．５×（ｄ×２＋Ｄ）≦ｘ≦５０×（ｄ×２＋Ｄ）

ここで、安息角が小さい、つまり現像剤の流動性が高い時は、現像剤の凝集も少ない状況である。このような状況では、現像剤中のトナー及びキャリアが単体で存在している可能性が高く、現像剤規制部材の開口の間隔が狭くてもトナー及びキャリアが通過できる。一方、安息角が大きい、つまり現像剤の流動性が低い時は、現像剤の凝集も多い状況である。このような状況では、トナー及びキャリアが複数個固まって存在しながら現像剤排出口４８ａに到達するため、ある程度の広い空間を確保しなければトナー及びキャリアが排出されない事が発生する。

このため、現像装置４を安定して使用するための条件としては、現像剤排出口４８ａに現像剤排出規制部材４０１を設け、現像剤の凝集度が初期状態より高くなっても、使用状態で現像剤の剤面を現像剤排出口４８ａの重力方向上縁と下縁との間に位置させる。具体的には、安息角が最も大きくなる条件の際に、現像装置４に現像剤排出口４８ａの上縁よりも上側の現像剤補給口４９から現像剤を投入した場合でも、次のような条件を満たすようにする。即ち、現像装置４を駆動し安定状態になった時の現像剤の剤面高さが、現像剤排出口４８ａの上縁５０ｂと下縁５０ａとの間になるように、現像剤排出規制部材４０１を設定、即ち、現像剤排出規制部材４０１の開口の重力方向の間隔を規制すれば良い。

このように現像剤排出規制部材４０１の開口の間隔を規制する理由は、次の通りである。即ち、安定状態の時に、現像剤の剤面高さが現像剤排出口４８ａの上縁５０ｂよりも高い状態であると言うことは、現像剤が現像剤排出口４９ａから適切に排出されていないことを意味している。したがって、このような状態で画像形成を行うために現像剤の補給が行われると、現像容器内の現像剤量が増えつづけ、搬送スクリューの負荷が増加しスクリューロックにつながる。一方、安定状態の時に、現像剤の剤面高さが現像剤排出口４８ａの下縁５０ａ付近或は下縁５０ａよりも低い状態であると言うことは、現像剤が排出され過ぎていることを意味している。したがって、現像剤排出規制部材４０１を設けたにも拘らず、現像容器内の現像剤が減りつづけ、現像スリーブの長手方向に濃度ムラが生じたり、この濃度ムラがスクリューピッチで生じるスクリューピッチムラなどの画像不良が発生してしまう場合がある。

次に、現像容器内の現像剤容量と現像剤の排出量との関係（現像剤の排出特性）について調べた結果を図１１を用いて説明する。ここで、図１１の「黒ベタ時」とは、画像比率１００％Ｄｕｔｙで印刷を行った場合を、「白ベタ時」とは、０％Ｄｕｔｙで印刷を行った場合をそれぞれ示す。また、図１１では、現像剤排出規制部材４０１の開口の重力方向の間隔ｘを、表１の結果より、１．５×（ｄ×２＋Ｄ）から５０×（ｄ×２＋Ｄ）とした場合の排出特性を示す。また、図１１の（Ａ）は安息角が小さい、即ち安息角が２５°場合の排出特性を、（Ｂ）は安息角が大きい、即ち安息角が５０°場合の排出特性を示す。また、図の横軸は現像剤の重量、縦軸は単位時間あたりの現像剤の排出量である。

図１１から明らかなように、現像剤の量が多い時には現像剤の排出量が多くなり、現像剤の量が少ない時には現像剤の排出量が少なくなっている。また、安息角の違いにより排出特性が異なっており、安息角が大きい場合には、特に画像比率が低くなると、現像剤の排出量が下げ止まらないことがあった。

また、現像剤の安息角が小さい時は、図１１（Ａ）に示すように、現像剤排出規制部材４０１の開口の重力方向の間隔ｘが、２×（ｄ×２＋Ｄ）以上であれば、同一の排出特性を示す事が分かった。また、この時の現像剤の最大容量はスクリューロックが開始される剤の容量よりも小さいことも確認できた。一方、現像剤の安息角が大きい時は、図１１（Ｂ）に示すように、開口の重力方向の間隔ｘが２×（ｄ×２＋Ｄ）から４０×（ｄ×２＋Ｄ）までは、現像剤面が現像剤排出口４８ａの上縁５０ｂと下縁５０ａの間で安定状態となることが分かった。これに対して、間隔ｘが１．５×（ｄ×２＋Ｄ）では排出量が少なくなり、現像剤が増え続けスクリューロックが発生してしまった。また、５０×（ｄ×２＋Ｄ）では排出量が多く、下げ止まらないため現像スリーブの長手方向の濃度ムラやスクリューピッチムラが発生してしまった。

よって、本実施形態においては、現像剤の凝集度が初期状態より高くなっても、前記使用状態で現像剤の剤面が前記現像剤排出口の重力方向上縁５０ｂと下縁５０ａとの間に位置するような現像剤排出規制部材４０１の開口の重力方向の間隔ｘは、次のようになる。
２×（ｄ×２＋Ｄ）≦ｘ≦４０×（ｄ×２＋Ｄ）

即ち、この範囲であれば、凝集度が低い時には、現像剤排出規制部材４０１の有無に関わらず現像剤が適切に排出される。一方、凝集度が高くなるに連れ現像剤の排出が少なくなる状況でも、現像スリーブの長手方向の濃度ムラやスクリューピッチムラの発生がなく、且つスクリューロックも発生しない。

ここで、本実施形態においては、前述のように、ｄ＝７μｍ、Ｄ＝４０μｍであるので、現像剤排出規制部材４０１の開口の重力方向の間隔ｘの適用範囲は、
１０８μｍ≦ｘ≦２１６０μｍ
となる。

以上、本実施形態によれば、現像剤の凝集度の変化が発生する場合においても想定以上の現像剤を排出することなく、現像スリーブの長手方向の濃度ムラやスクリューピッチムラなどの画像不良を抑制出来る現像装置を提供することが出来た。

なお、本実施形態の画像形成装置で用いた感光ドラムの材質、現像剤および画像形成装置の構成等はこれらに限ったものではなく、本発明が様々な現像剤および画像形成装置に適用可能であることは言うまでもない。具体的にはトナーの色や色数、各色のトナー現像を行う順序、現像剤担持体の本数、現像剤排出規制部材の材質等は本実施例に限定されるものではない。また、現像装置の構成に関しても、本実施形態では、現像室４１ａと攪拌室４１ｂは水平に配置されるが、現像室４１ａと攪拌室４１ｂが上下に配置された現像装置、或いは、その他の形態の現像装置においても、本発明は適用可能である。また、安息角が最も大きくなる条件の時に現像装置４を駆動し安定状態になった時の現像剤の剤面高さが現像剤排出口４８ａの上縁５０ｂと下縁５０ａの間になるように現像剤排出規制部材４０１の間隔を設定すれば、本発明に適用されることは言うまでもない。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図１２を用いて説明する。なお、本実施形態の画像形成装置の基本構成は、上述の第１の実施形態と同じであるため、画像形成装置全体の説明は割愛する。

本実施形態の場合、現像装置４は、現像剤排出規制部材４０１を振動させる振動手段である振動部材５０を有する。この振動部材５０は、モータが内包されており、モータを回転させることで振動する。また、振動部材５０は、現像容器４１に接触するように配置されており、振動を現像容器４１を介して現像剤排出規制部材４０１に伝達するようにしている。また、本実施形態では、振動部材５０を非画像形成時に振動させる。例えば、画像形成装置の電源ＯＮ時、スリープ状態からの復帰時、連続印刷時の紙間などで振動させる。なお、このような現像剤排出規制部材４０１を振動させる振動手段としては、規制部材４０１を外部モータに接続し、外部モータにより振動をあたえるもの等、他の方法でもよい。

本実施形態によれば、現像容器４１内で想定以上に凝集してしまった現像剤が存在した時やキャリアより大きな異物が入って、現像剤排出規制部材４０１が目詰まりするような場合においても、振動部材５０の振動によりこの目詰まりを防止できる。即ち、現像剤排出規制部材４０１が目詰まりを起こしていたとしても、非画像形成時に振動部材５０によりこの現像剤排出規制部材４０１を振動させることにより、この目詰まりを解消できる。この結果、目詰まりが原因として、想定以上に現像剤が増加することで、搬送スクリューの負荷が増大したりスクリューロックすることを防止することが出来る。更に、現像剤の凝集度の変化が発生する場合においても想定以上の現像剤を排出することなく、現像スリーブの長手方向の濃度ムラやスクリューピッチムラなどの画像不良を抑制出来る。その他の構成及び作用は、上述の第１の実施形態と同様である。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図１３を用いて説明する。本実施形態では、現像剤排出規制部４０１ａとして、重力方向に交差する方向（水平方向）に配置された複数のワイヤーにより構成されたものを使用している。そして、複数のワイヤーの重力方向の間隔を、前述の第１の実施形態で述べた複数の開口の重力方向の間隔と同様に規制している。

このような本実施形態によれば、上述の各実施形態と異なり、現像剤排出規制部材の重力方向（垂直方向）の規制部材がなく、開口の水平方向の幅を広げられる。このため、昇温などで現像容器４１内で想定以上に凝集してしまった現像剤が存在した時やキャリア以上の大きさの異物が入った時でも、現像剤排出口４８ａから排出しやすくできる。この結果、現像剤排出規制部材の目詰まりを抑制できる。また、本実施形態の場合、上述の第２の実施形態のような振動手段を設けることなく目詰まりを抑制できるため、第２の実施形態に比べ、現像器構成の複雑化、コストダウン、省スペース化が実現できる。その他の構成及び作用は、前述の第１の実施形態或は第２の実施形態と同様である。

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図１４を用いて説明する。本実施形態では、現像剤排出規制部材４０１、４０１ａの複数の開口の重力方向の間隔を、重力方向上方に向かう程広くしている。ここで、図１４の（Ａ）は第３の実施形態のようにワイヤーにより構成したものを、（Ｂ）は第１の実施形態のようにメッシュ状に形成したものを示している。そして、それぞれの開口の重力方向の間隔を、前述の第１の実施形態で述べた範囲内、即ち、２×（ｄ×２＋Ｄ）≦ｘ≦４０×（ｄ×２＋Ｄ）で、重力方向上方に向かう程広くしている。

このような本実施形態によれば、昇温などで現像容器内で想定以上に凝集してしまった現像剤が存在した時やキャリア以上の大きさの異物が入った時でも、重力方向上方の間隔の広い部分で排出でき、現像剤排出規制部材の目詰まりを抑制できる。前述の第１の実施形態或は第３の実施形態と同様である。

なお、本発明は、上述の各実施形態の構成に限らず、種々の構成をとることが可能である。また、各実施形態を適宜組み合わせて実施することも可能である。

１００・・・画層形成装置、１・・・感光体（像担持体）、４・・・現像装置、４１・・・現像容器、４１ａ・・・現像室、４１ｂ・・・攪拌室、４１ｃ・・・隔壁、４１ｄ、４１ｅ・・・受け渡し部、４２・・・第１の搬送スクリュー（現像剤搬送部材）、４３・・・第２の搬送スクリュー（現像剤搬送部材）、４４・・・現像スリーブ（現像剤担持体）、４８ａ・・・現像剤排出口、４９・・・現像剤補給口、５０ａ・・・下縁、５０ｂ・・・上縁、４０１、４０１ａ・・・現像剤排出規制部材

Claims (7)

1. トナーとキャリアとを含む２成分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担持搬送し、像担持体の現像領域に現像剤を供給する現像剤担持体と、
   前記現像容器内で、現像剤を攪拌しつつ搬送する現像剤搬送部材と、を備え、
   前記現像容器は、前記現像容器内に現像剤を補給するための現像剤補給口と、前記現像容器の重力方向底部から所定の高さに設けられ、前記現像容器内から現像剤を排出するための現像剤排出口とを有し、
   使用状態で、前記現像剤補給口からの現像剤の補給と、前記現像剤排出口からの現像剤の排出とを繰り返す現像装置において、
   前記現像剤排出口に設けられ、前記現像剤排出口を重力方向に区画する複数の開口を有する現像剤排出規制部材を有し、
   前記複数の開口の重力方向の間隔ｘは、前記キャリアの体積平均粒径をＤ、前記トナーの体積平均粒径をｄとした場合に、
   ２×（ｄ×２＋Ｄ）≦ｘ≦４０×（ｄ×２＋Ｄ）
   を満たすことを特徴とする現像装置。
2. トナーとキャリアとを含む２成分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担持搬送し、像担持体の現像領域に現像剤を供給する現像剤担持体と、
   前記現像容器内で、現像剤を攪拌しつつ搬送する現像剤搬送部材と、を備え、
   前記現像容器は、前記現像容器内に現像剤を補給するための現像剤補給口と、前記現像容器の重力方向底部から所定の高さに設けられ、前記現像容器内から現像剤を排出するための現像剤排出口とを有し、
   使用状態で、前記現像剤補給口からの現像剤の補給と、前記現像剤排出口からの現像剤の排出とを繰り返す現像装置において、
   前記現像剤排出口に設けられ、前記現像剤排出口を重力方向に区画する複数の開口を有する現像剤排出規制部材を有し、
   前記複数の開口の重力方向の間隔を、現像剤の凝集度が初期状態より高くなっても、前記使用状態で現像剤の剤面が前記現像剤排出口の重力方向上縁と下縁との間に位置するように、重力方向上方に向かう程広くなるように設定した、
   ことを特徴とする現像装置。
3. トナーとキャリアとを含む２成分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担持搬送し、像担持体の現像領域に現像剤を供給する現像剤担持体と、
   前記現像容器内で、現像剤を攪拌しつつ搬送する現像剤搬送部材と、を備え、
   前記現像容器は、前記現像容器内に現像剤を補給するための現像剤補給口と、前記現像容器の重力方向底部から所定の高さに設けられ、前記現像容器内から現像剤を排出するための現像剤排出口とを有し、
   使用状態で、前記現像剤補給口からの現像剤の補給と、前記現像剤排出口からの現像剤の排出とを繰り返す現像装置において、
   前記現像剤排出口に設けられ、前記現像剤排出口を重力方向に区画する複数の開口を有する現像剤排出規制部材を有し、
   前記現像剤排出規制部材は、メッシュ状の網により構成され、
   前記メッシュの重力方向の間隔が、前記複数の開口の重力方向の間隔であり、現像剤の凝集度が初期状態より高くなっても、前記使用状態で現像剤の剤面が前記現像剤排出口の重力方向上縁と下縁との間に位置するように設定されている、
   ことを特徴とする現像装置。
4. トナーとキャリアとを含む２成分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担持搬送し、像担持体の現像領域に現像剤を供給する現像剤担持体と、
   前記現像容器内で、現像剤を攪拌しつつ搬送する現像剤搬送部材と、を備え、
   前記現像容器は、前記現像容器内に現像剤を補給するための現像剤補給口と、前記現像容器の重力方向底部から所定の高さに設けられ、前記現像容器内から現像剤を排出するための現像剤排出口とを有し、
   使用状態で、前記現像剤補給口からの現像剤の補給と、前記現像剤排出口からの現像剤の排出とを繰り返す現像装置において、
   前記現像剤排出口に設けられ、前記現像剤排出口を重力方向に区画する複数の開口を有する現像剤排出規制部材を有し、
   前記現像剤排出規制部材は、重力方向に交差する方向に配置された複数のワイヤーにより構成され、
   前記複数のワイヤーの重力方向の間隔が、前記複数の開口の重力方向の間隔であり、現像剤の凝集度が初期状態より高くなっても、前記使用状態で現像剤の剤面が前記現像剤排出口の重力方向上縁と下縁との間に位置するように設定されている、
   ことを特徴とする現像装置。
5. 前記２成分現像剤の安息角が２５〜５０°である、
   ことを特徴とする、請求項１ないし４のうちの何れか１項に記載の現像装置。
6. 前記現像剤排出規制部材を振動させる振動手段を有する、
   ことを特徴とする、請求項１ないし５のうちの何れか１項に記載の現像装置。
7. 像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像装置と、を備えた画像形成装置において、
   前記現像装置が、請求項１ないし６のうちの何れか１項に記載の現像装置である、
   ことを特徴とする画像形成装置。

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