JP5712568B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置、画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置では、例えばドラム状に形成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成する。そして、この静電潜像をトナーによって可視像（トナー像）とし、更にこのトナー像を記録材に転写し、これを定着装置によって定着して画像形成している。

特許文献１には、現像ロールと、第１現像剤撹拌領域および撹拌領域に隣接して現像ロールと反対側に配置された第２現像剤撹拌領域を有する現像容器と、第２現像剤撹拌領域の現像剤上面が一定の高さ以上のときに現像剤を排出し且つ一定の高さを越えた量が多くなるに従って排出量が増加する現像剤排出口と、第２現像剤撹拌領域に配置されて、回転軸に固着され且つ所定の搬送力を有する通常搬送部と通常搬送部よりも搬送力の低い低搬送部により現像剤を滞留させて現像剤排出口が配置された領域の現像剤上面高さを他の領域よりも局所的に高くする回転翼を有する第２搬送部材とから構成される現像装置が開示されている。

また特許文献２には、現像器支持部材に支持されて、像担持体表面の潜像をトナー像に現像する第１停止位置に順次停止する複数の現像器と、第１停止位置における容器上壁に形成されて余剰現像剤を排出するための現像剤排出口を有する現像容器と、現像剤排出口の閉塞時に外側面に貯溜した現像剤を排出するシャッタと、現像剤の補給量を積算する現像剤補給量積算手段と、積算値の上限設定値を記憶する上限設定値記憶手段と、積算値が上限設定値以上に増加したことを検出する積算値増加検出手段と、第１停止位置に停止した現像器の現像動作を中断して現像器支持部材を１回転させる現像器動作中断回転手段とから構成される現像装置が開示されている。

特開２０００−０８１７８７号公報 特開２０００−１２２４１４号公報

ここで、トナー像を形成するために、トナーとキャリアを含む現像剤を用いることがある。この場合、現像剤中のトナーの濃度を予め定められた範囲内に保つ必要がある。ところが現像剤を搬送する搬送路に過剰な現像剤が滞留し、そのため現像剤中のトナーの濃度の検知が困難になることがあった。
本発明は、現像剤を搬送する搬送路に過剰な現像剤が滞留しても、現像剤中のトナーの濃度を検知することが困難になりにくい現像装置等を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、トナーおよびキャリアを含む現像剤を保持し、潜像保持体上の静電潜像をトナーで現像する現像手段と、回転軸と、当該回転軸の外周に配される螺旋状の羽根部とを備え、前記現像手段に現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、余剰となった現像剤を排出するための現像剤排出部と、前記現像剤排出部の現像剤搬送方向下流部に設けられ、現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記現像剤排出部に隣接し且つ前記トナー濃度検知手段の現像剤搬送方向上流部に設けられ、現像剤を滞留させる第１滞留部と、前記第１滞留部の現像剤搬送方向上流部且つ前記現像剤排出部の現像剤搬送方向上流部に設けられ、現像剤を滞留させる第２滞留部と、を備え、前記第１滞留部および前記第２滞留部は、当該第１滞留部および当該第２滞留部の羽根部の外径を当該第１滞留部および当該第２滞留部以外の羽根部の外径と比較して小さくすることで現像剤を滞留させることを特徴とする現像装置である。

請求項２に記載の発明は、新たな現像剤を供給するための現像剤供給部を更に備え、前記第２滞留部は、前記現像剤供給部と前記第１滞留部の間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の現像装置である。
請求項３に記載の発明は、前記第１滞留部における現像剤の搬送速度は、前記第２滞留部における現像剤の搬送速度より遅いことを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置である。

請求項４に記載の発明は、潜像保持体に静電潜像を形成する潜像形成部と、当該潜像形成部により当該潜像保持体に形成された静電潜像をトナーで現像しトナー像を形成する現像部とを備えるトナー像形成手段と、前記トナー像形成手段により形成された前記トナー像を記録材に転写する転写手段と、前記転写手段により転写された前記トナー像を記録材に定着する定着手段と、を備え、前記トナー像形成手段の前記現像部は、トナーおよびキャリアを含む現像剤を保持し、潜像保持体上の静電潜像をトナーで現像する現像手段と、回転軸と、当該回転軸の外周に配される螺旋状の羽根部とを備え、前記現像手段に現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、余剰となった現像剤を排出するための現像剤排出部と、前記現像剤排出部の現像剤排出方向下流部に設けられ、現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度検知手段と、前記現像剤排出部に隣接し且つ前記トナー濃度検知手段の現像剤搬送方向上流部に設けられ、現像剤を滞留させる第１滞留部と、前記第１滞留部の現像剤搬送方向上流部且つ前記現像剤排出部の現像剤搬送方向上流部に設けられ、現像剤を滞留させる第２滞留部と、を備え、前記第１滞留部および前記第２滞留部は、当該第１滞留部および当該第２滞留部の羽根部の外径を当該第１滞留部および当該第２滞留部以外の羽根部の外径と比較して小さくすることで現像剤を滞留させることを特徴とする画像形成装置である。

請求項５に記載の発明は、前記トナー像形成手段は、互いに異なるトナーを備えた複数の前記現像部を備え、複数の前記現像部は、予め定められた回転軸を中心に回転し、当該現像部を前記潜像形成部の位置に合致させることで静電潜像をトナーで現像することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置である。

請求項１の発明によれば、現像剤を搬送する搬送路に過剰な現像剤が滞留しても、現像剤中のトナーの濃度を検知することが困難になりにくい現像装置を提供することができる。
請求項２の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、新たな現像剤を供給しても、第１滞留部に現像剤が集中することを抑制することができる。
請求項３の発明によれば、トナー濃度検知手段の誤検知抑制と現像剤の排出性能の維持の両立を図ることができる。
請求項４の発明によれば、現像剤中のトナーの濃度が予め定められた範囲内となりやすくなり、良好な画質を得ることができる画像形成装置を提供することができる。
請求項５の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、単色のトナーを使用する画像形成が連続するときでも、現像剤中のトナーの濃度が予め定められた範囲内となりやすくなる。

本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示している。 回転式現像装置について説明した図である。 現像器の側部断面図を示している。 図３をＩＶ方向から見た現像器の上面図を示している。 図３のＶ方向から現像器内を見たときの図である。 トナー濃度検知センサとして、透磁率センサを使用した場合の現像剤中のトナーの濃度とトナー濃度検知センサから出力される出力値との関係を示した概念図である。 現像器に、第１滞留部の他に第２滞留部を設けた場合の現像剤の高さについて説明した図である。 現像器に、第１滞留部は設けるが、第２滞留部を設けなかった場合の現像剤の高さについて説明した図である。 第１滞留部および第２滞留部における第１のスクリューオーガの羽根の形状の例について説明した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

＜画像形成装置全体の説明＞
以下、添付図面を参照して、実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示している。
本実施の形態に係る画像形成装置１は、矢印Ａ方向に回転可能に配設される潜像保持体としての感光体ドラム１１、矢印Ｂ方向に回転可能に配設され、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を順次転写（一次転写）して保持させる転写材としての中間転写ベルト２０、中間転写ベルト２０上に転写された重ねトナー像を記録材である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部３０、二次転写されたトナー像を用紙Ｐに定着する定着手段（定着装置）の一例としての定着部５０、画像形成装置１の各機構部を制御する制御部６０を備えている。

感光体ドラム１１の周囲には、感光体ドラム１１を帯電させる接触帯電部材としての帯電ロール１２、感光体ドラム１１上に静電潜像が書込まれるトナー像形成部としてのレーザ露光器１３（図中露光ビームを符号Ｂｍで示す）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化する現像部（現像装置）としての現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋを回転可能に取り付けた回転式現像装置１４、感光体ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト２０に転写する転写部としての一次転写ロール１５、感光体ドラム１１上の残留トナーのうち通常の極性と逆極性に帯電したトナーを回収するクリーニングブレード１６などの電子写真用デバイスが順次配設されている。なお本実施の形態では、感光体ドラム１１、帯電ロール１２、レーザ露光器１３を潜像形成部として捉えることができる。

ここで、帯電ロール１２は、金属製シャフト表面にエピクロルヒドリンゴム層を形成し、さらにこのエピクロルヒドリンゴム層の表面に酸化錫の導電粉を含有させたポリアミドを３μｍほどコートしたものからなる。

さらに、感光体ドラム１１は、金属製の薄肉の円筒形ドラムの表面に有機感光層を形成したものからなり、有機感光層が負極性に帯電する材料で構成されている。そして、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋによる現像は反転現像方式にて行われる。従って、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋで使用されるトナーは負極性帯電タイプのものである。帯電ロール１２には予め定められた帯電バイアスを印加するための帯電バイアス電源１２ａが、回転式現像装置１４には各現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋに予め定められた現像バイアスを印加するための現像バイアス電源１４ａが、一次転写ロール１５には予め定められた一次転写バイアスを印加するための一次転写バイアス電源１５ａが、それぞれ接続されている。また、回転式現像装置１４には、回転により予め定められた現像器を感光体ドラム１１に対向させるための現像装置駆動モータ１４ｂが取り付けられている。なお、感光体ドラム１１は接地されている。なお本実施の形態の画像形成装置１では、感光体ドラム１１、帯電ロール１２、レーザ露光器１３、回転式現像装置１４をトナー像を形成するトナー像形成手段として捉えることができる。

中間転写ベルト２０は、複数（本実施の形態では６つ）のロール２１〜２６に掛け渡されるようになっている。これらのうち、ロール２１、２５は従動ロール、ロール２２は中間転写ベルト２０の位置決めや平坦な一次転写面の形成に用いられる金属製のアイドルロール、ロール２３は中間転写ベルト２０の張力を一定とするために用いられるテンションロール、ロール２４は中間転写ベルト２０の駆動ロール、ロール２６は後述する二次転写用のバックアップロールである。また、中間転写ベルト２０は、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、塩化ビニル等の樹脂または各種ゴム等に導電剤としてカーボンブラックを適量含有させたものからなり、その表面抵抗率を１０^１１Ω／□、体積抵抗率を１０^１１Ω・ｃｍ、厚みを１５０μｍとしたものを用いている。

二次転写部３０は、中間転写ベルト２０のトナー像保持面側に配置される二次転写ロール３１と、ロール２６と、二次転写ロール３１上に残留するトナー等を除去するクリーニングブラシ３２等とによって構成される。ロール２６は、表面にカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲのブレンドゴムのチューブ、内部はＥＰＤＭゴムからなり、その表面抵抗率が７〜１０ｌｏｇΩ／□となるように形成され、硬度は例えば７０°（アスカＣ）に設定される。このロール２６には予め定められた二次転写バイアスを印加するための二次転写バイアス電源３１ａが接続され、一方、二次転写ロール３１は接地されている。

一方、二次転写部３０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト２０上に付着する残留トナーを除去するクリーナとしてのベルトクリーナ２７が設けられており、中間転写ベルト２０を挟んでベルトクリーナ２７に対向する位置には、中間転写ベルト２０の内面に沿って板金部材２８が配置されている。このベルトクリーナ２７は、ステンレスプレート等で構成され中間転写ベルト２０の像保持面側に配設されるスクレーパ４１と、このスクレーパ４１が収容されるクリーナハウジング４２とを有している。また、スクレーパ４１の一端側はブロック４３に挟み込まれることで固定されており、このブロック４３は軸４４ａを中心に揺動するホルダ４４に取り付けられている。さらに、ホルダ４４の下端側に設けられた凹部４４ｂとクリーナハウジング４２下部に設けられた膨出部４２ａとの間には、スクレーパ４１を中間転写ベルト２０に向けて付勢するバネ４５が取り付けられ、スクレーパ４１からみて中間転写ベルト２０の移動方向上流側には、除去した異物の外部への飛び散りを抑制するためのフィルムシール４６が取り付けられている。

また、ホルダ４４は、クリーナ駆動モータ２７ａに接続された図示しないカムによりバネ４５の付勢方向とは逆方向に付勢あるいは付勢解除できるようになっており、これによりスクレーパ４１が中間転写ベルト２０に対して接離できるようになっている。そして、本実施の形態では、複数色からなるカラー画像が形成される場合には、最終色前のトナー像が二次転写ロール３１およびベルトクリーナ２７を通過するまで、これら二次転写ロール３１およびベルトクリーナ２７が中間転写ベルト２０から離間するようになっている。
なお本実施の形態の画像形成装置１では、中間転写ベルト２０、一次転写ロール１５、および二次転写ロール３１によりトナー像を用紙に転写する転写手段が構成される。

＜回転式現像装置の説明＞
次に本実施の形態の回転式現像装置１４について更に説明を行なう。
図２は、回転式現像装置１４について説明した図である。
上述したように回転式現像装置１４には、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋが回転可能に取り付けられている。これらの現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋは、互いに異なるトナーを備えている。本実施の形態では、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋは、それぞれＹ（イエロー）色、Ｍ（マゼンタ）色、Ｃ（シアン）色、Ｋ（ブラック）色のトナーを備え、これによりフルカラーの画像を形成可能となっている。なお本実施の形態の回転式現像装置１４では、現像器を取り付けられる箇所が６箇所あるため、２箇所については現像器を使用していない。この箇所には、画像形成装置１（図面１参照）を使用するユーザの用途に合わせて、他の色のトナーを備えることができる、ここで他の色としては、例えば、ＨＣ（高彩度シアン）色、ＨＭ（高彩度マゼンタ）色等が挙げられる。このＨＣ色は、シアン色系の色相を有し、Ｃ色よりも色調が明るく彩度が相対的に高いシアン色であり、またＨＭ色は、マゼンタ色系の色相を有し、Ｍ色よりも色調が明るく彩度が相対的に高いマゼンタ色である。

そして複数の現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋは、予め定められた回転軸である回転軸１４１を中心に矢印方向に回転し、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋの何れか１つを感光体ドラム１１の位置に合致させることができる。そして現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋに備えられた各色トナーにより、感光体ドラム１１上の静電潜像を現像する。本実施の形態の回転式現像装置１４では、現像器を取り付けられる箇所が６箇所あるため、６０°毎に回転しながら現像を行なうことになる。

また現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋには、詳しくは後述するが、廃棄対象となる余剰の現像剤を排出する現像剤排出口が設けられ、この現像剤排出口には、重力の作用により開閉を行なうシャッタ８５が取り付けられている。このシャッタ８５は、図中では、現像を行なう２７０°の位置（現像位置）において全開となり、廃棄対象となる現像剤を現像剤排出口から排出する。この現像剤排出口には、現像剤回収路８７が接続されている。そして回転式現像装置１４が回転すると、図中３０°〜３３０°の位置において、廃棄対象となる現像剤は、重力により落下し、回転軸１４１の箇所に集められ、回転式現像装置１４の外部に排出される。

またシャッタ８５は、少なくとも図中０°〜１８０°の位置では、全閉となるため、この位置において現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ中の現像剤が、現像剤排出口から排出されることはない。

＜現像剤の説明＞
次に、本実施の形態で用いられる現像剤について詳細に説明する。
本実施の形態で用いられる現像剤は、磁性を有するキャリアと、イエロー色、マゼンタ色、シアン色、あるいは黒色に着色されたトナーとを含んでいる。また、現像剤には、感光体ドラム１１とクリーニングブレード１６（図１参照）との間に働く摩擦力を低減し、感光体ドラム１１に設けられた感光層の摩耗を抑制するクリーニング助剤（助剤）も含まれている。さらに、現像剤には、図示しない外添剤が予め定められた量添加されている。

本実施の形態の現像剤では、キャリアとしては、例えば、平均粒径が約３５μｍのフェライトビーズが用いられる。また、クリーニング助剤としては、略無色透明であるステアリン酸亜鉛を用いることができる。このステアリン酸亜鉛は、トナーとは逆極性の帯電極性（本実施の形態では正極性）を有している。なお、現像剤中におけるクリーニング助剤の含有量は、例えば、約０.５％である。さらに、外添剤としては、シリカおよびチタニア等の無機微粒子が用いられる。

＜現像器の説明＞
次に、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋについて詳細に説明する。なお以下の説明では、現像器１４Ｋを例として説明を行なうが、他の現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃでも同様である。
図３は、現像器１４Ｋの側部断面図を示しており、図４は図３をＩＶ方向から見た現像器１４Ｋの上面図を示している。
現像器１４Ｋは、感光体ドラム１１に対向する開口部（現像用開口）を有し、かつ内部にはトナーおよびキャリアを含む現像剤（図示せず）が収容される現像ハウジング７１と、この現像ハウジング７１の開口部に面した箇所に配設され、トナーおよびキャリアを含む現像剤を保持し、潜像保持体上の静電潜像をトナーで現像する現像手段の一例である現像ロール７３とを備えている。また、現像ハウジング７１内であって、感光体ドラム１１からみて現像ロール７３の背面下側には、感光体ドラム１１の軸方向と略平行に配設され、現像ロール７３に現像剤を搬送する現像剤搬送手段の一例である一対のスクリューオーガ７４,７５が設けられている。なお、以下の説明では、現像ロール７３から遠い側にあるスクリューオーガ７４を第１のスクリューオーガ、現像ロール７３に近い側にあるスクリューオーガ７５を第２のスクリューオーガと呼ぶ。また、第１のスクリューオーガ７４と、第２のスクリューオーガ７５の間には、これら第１のスクリューオーガ７４、第２のスクリューオーガ７５を仕切る仕切り壁７１ａが設けられている。この仕切り壁７１ａは、現像ハウジング７１と一体的に形成されている。また、現像ロール７３の上側には、現像ロール７３と予め定められた距離をもって配設され、現像ロール７３上の現像剤層厚さを規制するトリマ７９が設けられている。

ここで、現像ロール７３は、回転可能に配設される現像スリーブ７６と、現像スリーブ７６の内側に固定的に配設されると共に、内部に複数の磁極が配列される磁石ロール７７とを有している。現像スリーブ７６は、図示しないモータにより矢印方向に回転駆動されるようになっており、感光体ドラム１１と対向する現像位置において感光体ドラム１１と同方向に回転するようになっている。また、現像スリーブ７６は、例えばＳＵＳ等の金属にて構成されており、交流を重畳した直流バイアスからなる現像バイアスを印加する図示しない現像バイアス電源が接続されている。

磁石ロール７７には、その外周面に沿って７極の磁極Ｎ１〜Ｎ４およびＳ１〜Ｓ３が形成されている。ここで、磁極Ｎ１（ピックアップ極）は、第２のスクリューオーガ７５によって攪拌搬送される現像剤を現像スリーブ７６上に吸着する機能を有している。磁極Ｓ１(トリミング極)は、現像スリーブ７６の外周面に現像剤層を形成する機能を有している。また、磁極Ｎ２，Ｎ３，Ｓ３（搬送極）は、現像スリーブ７６上に吸着された現像剤を現像スリーブ７６の回転に伴って搬送する。さらに、磁極Ｓ２（現像極）は、現像スリーブ７６上に吸着される現像剤を搬送すると共に、感光体ドラム１１と対向する現像領域における現像剤の穂立ちを形成する機能を有している。そして、磁極Ｎ４（ピックオフ極）は、隣接する磁極Ｎ１（ピックアップ極）と共に反発磁界を形成し、現像スリーブ７６上に吸着された現像剤を現像スリーブ７６から剥離させる機能を有している。

また、第１のスクリューオーガ７４は、図４に示すように、回転軸７４ａとその外周に螺旋状に取り付けられる羽根部の一例である羽根７４ｂとを有しており、図中右側に向けて現像剤を搬送するようになっている。一方、第２のスクリューオーガ７５も、回転軸７５ａとその外周に螺旋状に取り付けられる羽根部の一例である羽根７５ｂとを有しており、図中左側に向けて現像剤を搬送するようになっている。また詳しくは後述するが、第１のスクリューオーガ７４には、一部に羽根７４ｂより外径が小さい羽根７４ｄを有している。なお、第１のスクリューオーガ７４の回転軸７４ａおよび第２のスクリューオーガ７５の回転軸７５ａは、現像ハウジング７１に回転可能に支持されており、一方の端部は現像ハウジング７１よりも外部に突出して配置されている。そして、図示しない駆動機構によってこれら第１のスクリューオーガ７４および第２のスクリューオーガ７５が回転駆動されている。

さらに、現像ハウジング７１の軸方向両端側には、仕切り壁７１ａが存在しないことにより、第１のスクリューオーガ７４と第２のスクリューオーガ７５との間で現像剤を受け渡すための連絡口７８（具体的には７８ａ,７８ｂ）が設けられている。ここで、第１のスクリューオーガ７４の現像剤搬送方向下流側すなわち連絡口７８ａ側には、羽根７４ｂよりもピッチが短く且つ羽根７４ｂとは逆向きの羽根７４ｃが形成されており、第１のスクリューオーガ７４によって搬送されてきた現像剤を連絡口７８ａに向けて送り込めるようになっている。一方、第２のスクリューオーガ７５の現像剤搬送方向下流側すなわち連絡口７８ｂ側には、羽根７５ｂよりもピッチが短く且つ羽根７５ｂとは逆向きの羽根７５ｃが形成されており、第２のスクリューオーガ７５によって搬送されてきた現像剤を連絡口７８ｂに向けて送り込めるようになっている。なお、これら連絡口７８ａ,７８ｂは、現像ロール７３の軸方向両端部よりも外側に位置している。

また、現像ロール７３との対向部よりも現像剤搬送方向下流側には、クリーニングブレード１６から送り込まれた回収トナーを現像器１４Ｋ内に搬入するための回収トナー搬入口(回収トナー搬入部)８１が形成されている。本実施の形態では、回収トナー搬入口８１が、第２のスクリューオーガ７５の上部に設けられている。
そして、回収トナー搬入口８１よりも現像剤搬送方向下流側であって、現像剤を貯留する現像剤ボトル（図示せず）から供給される新たな現像剤を現像器１４内に供給するための現像剤補給口(現像剤供給部)８２が形成されている。
さらに、現像剤補給口８２よりも現像剤搬送方向下流側には、現像器１４Ｋ内で余剰となった現像剤を現像器１４Ｋの外部に排出するための現像剤排出口(現像剤排出部)８３が形成されている。また現像剤排出口８３には、回転式現像装置１４（図２参照）の回転に伴い開閉を行なうシャッタ８５が取り付けられている。

また、現像剤排出口８３よりも現像剤搬送方向下流側の現像ハウジング７１の壁面には、現像器１４Ｋ内における現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度検知手段の一例としてのトナー濃度検知センサ８０が取り付けられている。本実施の形態では、トナー濃度検知センサ８０として透磁率センサを用いる。

＜現像器の動作の説明＞
次に、現像器１４Ｋの基本的な動作について説明する。
現像剤は、回転駆動される第１のスクリューオーガ７４および第２のスクリューオーガ７５により、現像ハウジング７１内を攪拌されながら循環搬送される。この攪拌動作により、現像剤を構成するキャリアおよびトナーは互いに摩擦され、トナーは摩擦により負極性に帯電する。また、クリーニング助剤は摩擦により正極性に帯電する。そして、攪拌搬送される現像剤が現像ロール７３との対向部に搬送されると、磁石ロール７７に設けられた磁極Ｎ１の磁力により、現像剤の一部が現像ロール７３側に転移し、現像スリーブ７６上に現像剤による現像剤層が形成される。そして、この現像剤層は、回転駆動される現像スリーブ７６の回転に伴って搬送されていく。

また現像スリーブ７６により搬送される現像剤層がトリマ７９を通過する際に、現像剤層の厚さは予め定められた厚さに規制され、予め定められた搬送量となって感光体ドラム１１と対向する現像ハウジング７１の開口部に運ばれる。なお、トリマ７９の部分を通過できなかった現像剤は、重力によって現像ハウジング７１内に戻される。

現像スリーブ７６には、図示しない現像バイアス電源により予め定められた現像バイアス（例えば、直流−３５０Ｖにピークトゥピークが１ｋＶの交流を重畳したもの）が印加されている。これにより、感光体ドラム１１と最近接する現像領域において、現像スリーブ７６上の現像剤層より感光体ドラム１１上の潜像形成領域にトナーが転移し、静電潜像を現像して可視像化する。また、トナーと逆極性に帯電しているクリーニング助剤は、感光体ドラム１１上の非潜像形成領域に転移する。

その後、現像ハウジング７１の開口部を通過し現像を終了した現像剤層は現像スリーブ７６上に保持された状態でさらに搬送される。そして、現像スリーブ７６上の現像剤層は、磁極Ｎ４、Ｎ１間に形成される反発磁界によって現像ロール７３から離脱して現像ハウジング７１内に落下し、再び第１のスクリューオーガ７４および第２のスクリューオーガ７５によって攪拌搬送され、次の現像を待つこととなる。

＜現像剤の流れの説明＞
次に、現像器１４Ｋ内における現像剤の流れを説明する。
まず攪拌搬送される現像剤が現像ロール７３との対向部に到達すると、現像剤の一部が現像ロール７３に転移する。そして、感光体ドラム１１との対向部を通過し、現像動作を終えた現像剤は現像ロール７３から離脱する。現像ロール７３から離脱した現像剤は、次に、回収トナー搬入口８１を通過し、現像ハウジング７１内に戻る。また回収トナー搬入口８１からは、クリーニングブレード１６にて回収された回収トナーが搬入される。
現像ロール７３に転移する現像剤と現像ロール７３から離脱した現像剤とを比較すると、現像ロール７３から離脱した現像剤では、一部のトナーが現像動作によって感光体ドラム１１側に転移している分、現像剤におけるトナーの濃度は低下している。したがって、現像ロール７３との対向部を通過した直後の現像剤は、現像ロール７３との対向部を通過する直前の現像剤よりも、トナーの濃度が低下した状態となっている。

そのためトナー濃度検知センサ８０で検知されるトナーの濃度（現像剤におけるトナーの濃度）が予め定められたレベル以下であると、現像剤ボトルから新たな現像剤が供給される。そして、現像剤補給口８２から新たな現像剤が供給される。新たに供給された現像剤は、既に現像ハウジング７１内にあった現像剤と共に攪拌搬送されていく。

現像剤補給口８２の下部を通過した現像剤は、次に現像剤排出口８３の下部を通過する。現像剤排出口８３からは、現像剤補給口８２から新たな現像剤が供給されることにより余剰となった現像剤が排出される。ここで、余剰となった現像剤には、長期の使用に伴って劣化したキャリアや、クリーニングブレード１６から搬送された回収トナー等が含まれる。

そして、現像剤排出口８３の下部を通過した現像剤は、再び、現像ロール７３との対向部に到達し、以後、上述した順序で、現像、回収トナーの搬入、新たな現像剤の供給、余剰となった現像剤の排出が行われていく。

＜第１滞留部および第２滞留部の説明＞
ここで本実施の形態では、現像剤排出口８３に隣接して設けられ現像剤を滞留させる第１滞留部９１および第１滞留部９１の現像剤搬送方向上流部に設けられ現像剤を滞留させる第２滞留部９２を設けている。
図５は、図３のＶ方向から現像器１４Ｋ内を見たときの図である。ここで図５では、第１滞留部９１および第２滞留部９２において、現像剤が滞留する様子を示している。
本実施の形態では、第１滞留部９１により現像剤を滞留させることで、現像剤が山状に盛り上がり、現像剤による隆起部が形成される。本実施の形態では、第１滞留部９１は、現像剤排出口８３に隣接して設けられるため、この隆起部の頂上部付近が現像剤排出口８３の位置となる。そのため余剰の現像剤が生じた場合は、この頂上部の高さがより高くなるため、この頂上部付近の現像剤が余剰分の現像剤として現像剤排出口８３から排出される。

しかしながら現像剤排出口８３を通った余剰の現像剤の排出が困難になる場合がある。つまり図２で説明したように本実施の形態の回転式現像装置１４では、回転を行ない、現像剤排出口８３を通った現像剤を重力の作用により排出する。ところが、例えば、単色のトナーを使用する画像形成が連続するときなどは、現像器１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋのうち何れか１つが現像位置で固定して現像を行なうため、回転式現像装置１４が回転しないことがある。この場合、現像剤排出口８３を通った余剰の現像剤が、現像剤回収路８７（図２参照）から排出されないことになる。一方、現像処理によりトナーは消費されるため、上述したように現像剤補給口８２からは、新たな現像剤が供給され続ける。そのため余剰の現像剤が排出されないと、現像器１４Ｋ等内部の現像剤の量が増え続けることになる。そして現像剤が、特に上述した第１滞留部９１付近が現像剤で埋まり、そのため現像剤が圧縮される。その結果、現像剤の嵩密度が上昇する。

このような状態では、トナー濃度検知センサ８０に誤検知が生じやすくなる。つまりトナーとキャリアがよく撹拌された後の現像剤のトナーの濃度を測定するという観点から、本実施の形態のトナー濃度検知センサ８０は、現像剤補給口８２から現像剤搬送方向下流側に離れた位置に配置する。ここでは、第１滞留部９１の付近にトナー濃度検知センサ８０を配置している。また本実施の形態では、トナー濃度検知センサ８０として透磁率センサを使用するため、現像剤の嵩密度が上昇すると、透磁率が上昇し、その出力値が高くなる。

図６は、トナー濃度検知センサ８０として、透磁率センサを使用した場合の現像剤の量とトナー濃度検知センサ８０から出力される出力値との関係を示した概念図である。
トナー濃度検知センサ８０として、透磁率センサを使用した場合、現像剤の透磁率を測定することでトナーの濃度を測定することができる。これはトナーが非磁性体であり、キャリアが磁性体であるためである。即ち現像剤中のトナーの濃度が増加すると透磁率は低下し、現像剤中のトナーの濃度が減少すると透磁率は上昇する。このようにトナーの濃度と透磁率には相関関係があるため、トナー濃度検知センサ８０の出力値により現像剤中のトナーの濃度が検知できる。
ここで図６において現像剤の量が変化しても現像剤中のトナー濃度は変化していない。そして現像剤の量が少ない範囲では、トナー濃度検知センサ８０の出力値は、現像剤の量が増加するに従い、わずかに増加していくが、これにより検知されるトナー濃度について実使用上の問題はない。しかしながら、上述したように現像剤が圧縮されることで現像剤の嵩密度が上昇すると、途中から傾きが急激に大きくなる。この場合、傾きが大きくなる分岐点は、現像剤の嵩密度が上昇を始める箇所である。つまり現像剤の嵩密度が上昇すると、トナー濃度検知センサ８０は、本来の出力すべき出力値より高い出力値を出力する。そしてこの出力値を基にトナーの濃度を検知すると実際より低い濃度として検知される。

本実施の形態では、この現象を抑制するため第１滞留部９１の他に、第１滞留部９１の現像剤搬送方向上流部に第２滞留部９２を設ける。つまり第２滞留部を設けることで、この箇所にも現像剤による隆起部が形成される。そのため現像剤を分散させることができ、第１滞留部９１に現像剤が集中しにくくなる。そしてこれにより上述したような余剰の現像剤の排出が困難となる場合でも、現像剤の嵩密度が高くなりにくく、トナー濃度検知センサ８０の誤動作も生じにくくなる。これは本実施の形態の場合のように、トナー濃度検知センサ８０として、透磁率センサのような透磁率型のセンサを用い、トナー濃度検知センサ８０の近くに存在する現像剤の量により出力値が変動しやすい場合により有効である。

図７−１は、現像器１４Ｋに、第１滞留部９１の他に第２滞留部９２を設けた場合の現像剤の高さについて説明した図である。また図７−２は、現像器１４Ｋに、第１滞留部９１は設けるが、第２滞留部９２を設けなかった場合の現像剤の高さについて説明した図である。

ここで図７−１および図７−２において、横軸は、図５で図示した第１のスクリューオーガ７４の図中左端からの距離である。なお図５中では、この距離０の箇所をＬ０として示している。また縦軸は、図５で図示した第１のスクリューオーガ７４の回転軸７４ａの上端を高さ０としたときの現像剤の高さを表す。なお図５中では、この高さ０の箇所をＨ０として示している。なお本実施の形態の現像器１４Ｋでは、Ｈ０から８ｍｍ上部に現像ハウジング７１の壁面が存在する。ただしこの場合、説明の便宜上、この壁面を除去した場合で説明を行なう。つまり現像剤は、Ｈ０から８ｍｍを超えて隆起することが可能である。なお本実施の形態の現像器１４Ｋでは、通常約３４０ｇの現像剤が循環しつつ搬送されるが、図７−１および図７−２に示した場合は、４６０ｇの現像剤を投入し、現像剤の高さを測定している。

図７−１からわかるように、第１滞留部９１の他に第２滞留部９２を設けた場合は、現像剤の高さが高くなる箇所が２つある。即ち第１滞留部９１および第２滞留部９２の箇所で現像剤の隆起部が生じている。そしてその高さは、８ｍｍ以内となっている。よってこの場合、現像ハウジング７１の壁面が存在していても現像剤の嵩密度の上昇は生じにくい。

一方、図７−２からわかるように、第１滞留部９１は設けるが、第２滞留部９２を設けなかった場合は、現像剤の高さが高くなる箇所が１つである。即ち第１滞留部９１の箇所で現像剤の隆起部が生じている。そしてその高さは、１２ｍｍ弱となっている。つまり実際に使用する現像器１４Ｋでは、Ｈ０から８ｍｍ上部に現像ハウジング７１の壁面が存在するため、この場合、現像剤が圧縮され、現像剤の嵩密度の上昇が生ずる。

本実施の形態では、このような第１滞留部９１および第２滞留部９２を第１のスクリューオーガ７４の羽根の形状を異ならせることで実現する。
図８は、第１滞留部９１および第２滞留部９２における第１のスクリューオーガ７４の羽根の形状の例について説明した図である。
図８に示した第１のスクリューオーガ７４の羽根は、第１滞留部９１および第２滞留部９２の箇所でその外径が小さくなっている。つまり図８に示した第１滞留部９１および第２滞留部９２の箇所の羽根７４ｄの外径ｒ２は、この箇所の両脇の部分の羽根７４ｂの外径ｒ１より小さい。このようにすることで、羽根７４ｄによる現像剤の搬送力は、羽根７４ｂによる現像剤の搬送力より小さくなる。そのため現像剤の搬送速度がより遅くなり、現像剤が滞留する第１滞留部９１および第２滞留部９２を形成することができる。本実施の形態では、例えば、スクリューオーガ７４の回転軸７４ａの外径を８ｍｍとした場合に、羽根７４ｃの外径ｒ１を、１８ｍｍとし、羽根７４ｄの外径ｒ２を、１２ｍｍとすることができる。

なお他にも羽根７４ｄのピッチＰ２を羽根７４ｃのピッチＰ１より大きくすることで、同様のことが実現できる。更に回転軸７４ａの外径を第１滞留部９１および第２滞留部９２の箇所で他の箇所より大きくすること、つまり太くすることでも同様のことが実現できる。

また本実施の形態では、第１滞留部９１における現像剤の搬送速度は、第２滞留部９２における現像剤の搬送速度より遅いことが好ましい。これにより第２滞留部９２の箇所より第１滞留部９１の箇所に現像剤がより滞留しやすくなる。そのため第２滞留部９２の箇所より第１滞留部９１の箇所でより高い隆起部が生じやすくなるため、通常の状態では、第２滞留部９２を設けなかった場合と同様の高さの隆起部が生じさせることができる。そのため第２滞留部９２を設けても余剰の現像剤を排出することができる。一方、上述したような現像剤の排出が困難になった場合は、増加した分の現像剤は、空間に余裕がある第２滞留部９２の側に滞留しやすいため、第１滞留部９１の箇所における現像剤の集中を抑制することができる。

また第２滞留部９２は、現像剤補給口８２と第１滞留部９１の間に設けられることが好ましい。これにより現像剤補給口８２の現像剤搬送方向下流側に第２滞留部９２が存在することになる。そのため現像剤補給口８２から現像剤が供給され、現像剤の量が増加しても増加した分の現像剤を第１滞留部９１への搬送前に貯留することができるため、第１滞留部９１における現像剤の集中をより抑制することができる。

１…画像形成装置、１１…感光体ドラム、１４…回転式現像装置、１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ…現像器、１５…一次転写ロール、２０…中間転写ベルト、３０…二次転写部、５０…定着部、７３…現像ロール、７４，７５…スクリューオーガ、７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７５ｂ，７５ｃ…羽根、８０…トナー濃度検知センサ、８１…回収トナー搬入口、８２…現像剤補給口、８３…現像剤排出口、９１…第１滞留部、９２…第２滞留部

Claims (5)

1. トナーおよびキャリアを含む現像剤を保持し、潜像保持体上の静電潜像をトナーで現像する現像手段と、
   回転軸と、当該回転軸の外周に配される螺旋状の羽根部とを備え、前記現像手段に現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、
   余剰となった現像剤を排出するための現像剤排出部と、
   前記現像剤排出部の現像剤搬送方向下流部に設けられ、現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
   前記現像剤排出部に隣接し且つ前記トナー濃度検知手段の現像剤搬送方向上流部に設けられ、現像剤を滞留させる第１滞留部と、
   前記第１滞留部の現像剤搬送方向上流部且つ前記現像剤排出部の現像剤搬送方向上流部に設けられ、現像剤を滞留させる第２滞留部と、
   を備え、
   前記第１滞留部および前記第２滞留部は、当該第１滞留部および当該第２滞留部の羽根部の外径を当該第１滞留部および当該第２滞留部以外の羽根部の外径と比較して小さくすることで現像剤を滞留させることを特徴とする現像装置。
2. 新たな現像剤を供給するための現像剤供給部を更に備え、
   前記第２滞留部は、前記現像剤供給部と前記第１滞留部の間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記第１滞留部における現像剤の搬送速度は、前記第２滞留部における現像剤の搬送速度より遅い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. 潜像保持体に静電潜像を形成する潜像形成部と、当該潜像形成部により当該潜像保持体に形成された静電潜像をトナーで現像しトナー像を形成する現像部とを備えるトナー像形成手段と、
   前記トナー像形成手段により形成された前記トナー像を記録材に転写する転写手段と、
   前記転写手段により転写された前記トナー像を記録材に定着する定着手段と、
   を備え、
   前記トナー像形成手段の前記現像部は、
   トナーおよびキャリアを含む現像剤を保持し、潜像保持体上の静電潜像をトナーで現像する現像手段と、
   回転軸と、当該回転軸の外周に配される螺旋状の羽根部とを備え、前記現像手段に現像剤を搬送する現像剤搬送手段と、
   余剰となった現像剤を排出するための現像剤排出部と、
   前記現像剤排出部の現像剤排出方向下流部に設けられ、現像剤中のトナーの濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
   前記現像剤排出部に隣接し且つ前記トナー濃度検知手段の現像剤搬送方向上流部に設けられ、現像剤を滞留させる第１滞留部と、
   前記第１滞留部の現像剤搬送方向上流部且つ前記現像剤排出部の現像剤搬送方向上流部に設けられ、現像剤を滞留させる第２滞留部と、
   を備え、
   前記第１滞留部および前記第２滞留部は、当該第１滞留部および当該第２滞留部の羽根部の外径を当該第１滞留部および当該第２滞留部以外の羽根部の外径と比較して小さくすることで現像剤を滞留させることを特徴とする画像形成装置。
5. 前記トナー像形成手段は、互いに異なるトナーを備えた複数の前記現像部を備え、
   複数の前記現像部は、予め定められた回転軸を中心に回転し、当該現像部を前記潜像形成部の位置に合致させることで静電潜像をトナーで現像することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

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