JP6241437B2 - 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に用いる現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤の補給を行うとともに余剰現像剤を排出する現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関するものである。

画像形成装置においては、感光体等からなる像担持体上に形成した潜像を、現像装置により現像しトナー像として可視化することを行っている。このような現像装置の一つとして、二成分現像剤を用いる二成分現像方式が採用されている。この種の現像装置は、現像容器内にキャリアとトナーとからなる現像剤を収容し、像担持体に現像剤を供給する現像ローラーを配設するとともに、現像容器内部の現像剤を搬送攪拌しながら現像ローラーへと供給する攪拌部材を配設している。

この現像装置では、トナーは現像動作によって消費されていく一方、キャリアは消費されずに現像装置内に残る。従って、現像容器内でトナーとともに攪拌されるキャリアは攪拌頻度が多くなるにつれて劣化し、その結果、トナーに対するキャリアの帯電付与性能が徐々に低下してしまう。

そこで、現像容器内にキャリアを含む現像剤を補給するとともに、余剰となった現像剤を排出することで、帯電性能の低下を抑制するようにした現像装置が提案されている。

例えば、特許文献１では、回転軸とその外周に螺旋状に形成される螺旋羽根とを有する２つの攪拌部材が各搬送室内に平行に配置されている。各搬送室の間には仕切り部が設けられ、仕切り部の両端部には、現像剤を受け渡す連通部が設けられている。そして、現像剤搬送方向に対して搬送室の下流側に現像剤排出口が形成され、攪拌部材と現像剤排出口との間には、攪拌部材の螺旋羽根とは逆向きで螺旋状に形成される逆螺旋羽根が規制部として回転軸に一体に設けられている。

また、特許文献２には、現像容器内にキャリアとトナーを補給するシステムにおいて、現像容器の端部に設けられた現像剤排出口からの現像剤の排出量を規制するために、逆向きの螺旋羽根から成る規制手段と、現像剤排出口よりに位置する連通口の情報を覆い、且つ連通口の開口面積を規制する面積規制部材とを備えた現像装置が開示されている。

特許文献１、２の構成によれば、現像剤が現像容器内に補給されると、攪拌部材の回転により現像剤が攪拌されながら搬送室の下流側まで搬送される。逆螺旋羽根が攪拌部材と同方向に回転すると、逆螺旋羽根によって、攪拌部材による現像剤搬送方向とは逆方向の搬送力が現像剤に付与される。この逆方向の搬送力によって、搬送室の下流側では現像剤が塞き止められて嵩高となることから、余剰の現像剤が逆螺旋羽根（規制部）を乗り越えて現像剤排出口に移動し外部へ排出される。

特開２００１−２６５０９８号公報 特許第３９８１７９４号公報

しかしながら、特許文献１、２の構成では、温湿度などの環境条件の変化により現像剤の流動性が変化した場合、或いは現像容器内の現像剤の搬送速度が変化した場合、現像容器内の現像剤の嵩が変動する可能性がある。その結果、現像剤を狙いの嵩で安定させることも困難となる。現像容器内の現像剤量が少なくなると、現像ローラーへの現像剤の供給量が不足し、画像濃度の低下等の不具合が発生するおそれがある。一方、現像容器内の現像剤量が多くなり過ぎると、攪拌搬送部材の回転トルクの上昇によって発生する熱が現像剤の温度を上昇させるため、現像剤の劣化を早めるおそれがある。

また、現像剤は高湿環境になると嵩が減り、低湿環境になると嵩が増える傾向にあり、画像形成装置の使用環境によって現像容器内の現像剤の重量がばらついてしまう。その結果、高湿環境から低湿環境へ変化した場合の現像剤の排出量の急激な増加や、低湿環境から高湿環境へ変化した場合の現像剤の嵩不足による現像不良等が懸念される。

本発明は、上記問題点に鑑み、現像剤の流動性や搬送速度が変化した場合でも現像容器内の現像剤の嵩及び重量の変化幅を小さくできる現像装置、及びそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、現像容器と、第１攪拌部材と、第２攪拌部材と、現像剤担持体と、を備えた現像装置である。現像容器は、互いに並列配置される第１搬送室、第２搬送室と、を含む複数の搬送室と、第１搬送室及び第２搬送室の長手方向の両端部側で各搬送路を連通させる連通部と、現像容器内に現像剤を補給する現像剤補給口と、第２搬送室の下流側端部に設けられ、余剰の現像剤が排出される現像剤排出口と、を備え、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する。第１攪拌部材は、回転軸と、回転軸の外周面に形成される螺旋羽根で構成され、第１搬送室内の現像剤を回転軸方向に攪拌、搬送する。第２攪拌部材は、回転軸と、回転軸の外周面に形成される螺旋羽根で構成され、第２搬送室内の現像剤を第１攪拌部材と逆方向に攪拌、搬送する。現像剤担持体は、現像容器に回転可能に支持され第２搬送室内の現像剤を表面に担持する。第２攪拌部材は、現像剤搬送方向に対し連通部より下流側に現像剤排出口に対向して配置され、現像剤排出口側への現像剤の移動を規制する導電性の規制部が形成されている。規制部と対向する現像容器の内壁面には導電板が配置されており、第１攪拌部材および第２攪拌部材の回転駆動中に規制部および導電板の少なくとも一方に交流バイアスを印加することにより、規制部と導電板との間に電位差を生じさせる。

本発明の第１の構成によれば、規制部と導電板との間に発生する交流電界により、現像剤が交流電界と同一方向、即ち、現像剤の主搬送方向と直交する方向に振動する。これにより、現像剤の主搬送方向からの現像剤の圧力が現像剤の振動によって低減され、規制部において現像剤が滞留する。そして、圧力が低減された現像剤が規制部を乗り越えて現像剤排出口から排出される。従って、規制部を乗り越えて現像剤排出口から排出される現像剤量を安定化することができ、現像剤の安定重量を一定に維持することができる。

本発明の現像装置３ａ〜３ｄが搭載されたカラープリンター１００の概略断面図 本発明の一実施形態に係る現像装置３ａの側面断面図 現像ローラー２３及び磁気ローラー２１に印加されるバイアス波形の一例を示す図 本実施形態の現像装置３ａの攪拌部を示す平面断面図 図４における現像剤排出部２２ｈ周辺の拡大図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラープリンターについて示している。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラー９において転写紙Ｐ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｐは、カラープリンター１００本体下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａ及びレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

パーソナルコンピューター等の上位装置から画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とを含む複数の張架ローラーに掛け渡されており、駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｐの一部を一旦排出ローラー対１５から装置外部にまで突出させる。その後、転写紙Ｐは排出ローラー対１５を逆回転させることにより分岐部１４で反転搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラー対１２ｂに再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラー９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出ローラー対１５を介して排出トレイ１７に排出される。

図２は、カラープリンター１００に搭載される現像装置３ａの構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が収納される現像容器２２を備えている。現像容器２２は、現像ローラー２０を感光体ドラムに向けて露出させる開口２２ａが形成されており、仕切壁２２ｂによって第１及び第２攪拌室２２ｃ、２２ｄに区画されている。第１及び第２攪拌室２２ｃ、２２ｄには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー４３及び第２攪拌スクリュー４４から成る攪拌部材４２が回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー４３及び第２攪拌スクリュー４４によって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２２ｂの両端に形成された連通部２２ｅ、２２ｆ（図４参照）を介して第１及び第２攪拌室２２ｂ、２２ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２２は左斜め上方に延在しており、現像容器２２内において第２攪拌スクリュー４４の上方には磁気ローラー２１が配置され、磁気ローラー２１の左斜め上方には現像ローラー２０が対向配置されている。そして、現像ローラー２０は現像容器２２の開口２２ａ側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラー２１及び現像ローラー２０は図２の時計回り方向に回転する。

なお、現像容器２２には、第１攪拌スクリュー４３と対面してトナー濃度センサー（図示せず）が配置されており、トナー濃度センサーで検知されるトナー濃度に応じて補給装置（図示せず）からトナー補給口２２ｇを介して現像容器２２内にトナーが補給される。

磁気ローラー２１は、非磁性の回転スリーブ２１ａと、回転スリーブ２１ａに内包される複数の磁極を有する固定マグネット体２１ｂで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体２１ｂの磁極は、主極３５、規制極（穂切り用磁極）３６、搬送極３７、剥離極３８、及び汲上極３９の５極構成である。磁気ローラー２１と現像ローラー２０とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２２には穂切りブレード２５が磁気ローラー２１の長手方向（図２の紙面と垂直な方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラー２１の回転方向（図２の時計回り方向）において、現像ローラー２０と磁気ローラー２１との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラー２１の表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラー２０は、非磁性の現像スリーブ２０ａと、現像スリーブ２０ａ内に固定された現像ローラー側磁極２０ｂで構成されている。現像ローラー側磁極２０ｂは、固定マグネット体２１ｂの対向する磁極（主極）３５と異極性である。

現像ローラー２０には、直流バイアス（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流バイアス（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）を印加する第１バイアス回路３０が接続されており、磁気ローラー２１には、直流バイアス（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流バイアス（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）を印加する第２バイアス回路３１が接続されている。また、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１は共通のグランドに接地されている。

前述のように、第１攪拌スクリュー４３及び第２攪拌スクリュー４４によって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２２内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー４４によって現像剤が磁気ローラー２１に搬送される。穂切りブレード２５には固定マグネット体２１ｂの規制極３６が対向するため、穂切りブレード２５として非磁性体或いは規制極３６と異なる極性の磁性体を用いることにより、穂切りブレード２５の先端と回転スリーブ２１ａとの隙間に引き合う方向の磁界が発生する。

この磁界により、穂切りブレード２５と回転スリーブ２１ａとの間に磁気ブラシが形成される。そして、磁気ローラー２１上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、現像ローラー２０に対向する位置に移動すると、固定マグネット体２１ｂの主極３５及び現像ローラー側磁極２０ｂにより引き合う磁界が付与されるため、磁気ブラシは現像ローラー２０表面に接触する。そして、磁気ローラー２１に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラー２０に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラー２０上にトナー薄層を形成する。

現像ローラー２０上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラー２１と現像ローラー２０との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラー２０上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

図３は、現像ローラー２０及び磁気ローラー２１に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図３（ａ）に示すように、現像ローラー２０には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が第１バイアス回路３０から印加される。また、磁気ローラー２１には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相が異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が第２バイアス回路３１から印加される。

従って、磁気ローラー２１及び現像ローラー２０間（以下、ＭＳ間という）に印加される電圧は、図３（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図３で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流バイアスが印加される。

磁気ブラシによって現像ローラー２０上に形成されたトナー薄層は、現像ローラー２０の回転によって感光体ドラム１ａと現像ローラー２０との対向部分に搬送される。現像ローラー２０にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。

さらに回転スリーブ２０ａが時計回り方向に回転すると、今度は主極３５に隣接する異極性の剥離極３８により発生する水平方向（ローラー周方向）の磁界により磁気ブラシは現像ローラー２０表面から引き離され、現像に用いられずに残ったトナーが現像ローラー２０から回転スリーブ２１ａ上に回収される。さらに回転スリーブ２１ａが回転すると、固定マグネット体２１ｂの剥離極３８及びこれと同極性の汲上極３９により反発する磁界が付与されるため、トナーは現像容器２２内で回転スリーブ２１ａから離脱する。そして、第２攪拌スクリュー４４により攪拌、搬送された後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として汲上極３９により再び回転スリーブ２１ａ上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード２５へ搬送される。

次に、現像装置３ａの攪拌部の構成について詳細に説明する。図４は現像装置３ａの攪拌部を示す平面断面図（図２のＸＸ′矢視断面図）である。

現像容器２２には、前述のように、第１搬送室２２ｃと、第２搬送室２２ｄと、仕切壁２２ｂと、上流側連通部２２ｅ、及び下流側連通部２２ｆが形成され、その他に、現像剤補給口２２ｇと、現像剤排出口２２ｈと、上流側壁部２２ｉ、及び下流側壁部２２ｊが形成されている。なお、第１搬送室２２ｃにおいて、図４の左側を上流側、図４の右側を下流側とし、また、第２搬送室２２ｄにおいて、図４の右側を上流側、図４の左側を下流側とする。従って、連通部及び側壁部は、第２搬送室２２ｄを基準として、上流及び下流と呼称している。

仕切壁２２ｂは、現像容器２２の長手方向に延びて第１搬送室２２ｃと第２搬送室２２ｄを並列させるように区画している。仕切壁２２ｂの長手方向の右側端部は、上流側壁部２２ｉの内壁部とともに上流側連通部２２ｅを形成し、一方、仕切壁２２ｂの長手方向の左側端部は、下流側壁部２２ｊの内壁部とともに下流側連通部２２ｆを形成している。そして現像剤は、第１搬送室２２ｃと、上流側連通部２２ｅと、第２搬送室２２ｄ、及び下流側連通部２２ｆ内を循環することが可能である。

現像剤補給口２２ｇは、現像容器２２の上部に設けられた現像剤補給容器（図略）から新たなトナー及びキャリアを現像容器２２内に補給するための開口であり、第１搬送室２２ｃの上流側（図４の左側）に配置される。

現像剤排出口２２ｈは、現像剤の補給によって、第１及び第２搬送室２２ｃ、２２ｄ内で余剰となった現像剤を排出するための開口であり、第２搬送室２２ｄの下流側で第２搬送室２２ｄの長手方向に連続して設けられる。

第１搬送室２２ｃ内には第１攪拌スクリュー４３が配設され、第２搬送室２２ｄ内には第２攪拌スクリュー４４が配設されている。

第１攪拌スクリュー４３は、回転軸４３ｂと、回転軸４３ｂに一体に設けられ、回転軸４３ｂの軸方向に一定のピッチで螺旋状に形成される第１螺旋羽根４３ａとを有する。また、第１螺旋羽根４３ａは、第１搬送室２２ｃの長手方向の両端部側まで延び、上流側及び下流側連通部２２ｅ、２２ｆにも対向して設けられている。回転軸４３ｂは現像容器２２の上流側壁部２２ｉと下流側壁部２２ｊに回転可能に軸支されている。

第２攪拌スクリュー４４は、回転軸４４ｂと、回転軸４４ｂに一体に設けられ、回転軸４４ｂの軸方向に第１螺旋羽根４３ａと同じピッチで第１螺旋羽根４３ａとは逆方向を向く（逆位相の）羽根で螺旋状に形成される第２螺旋羽根４４ａとを有する。また、第２螺旋羽根４４ａは、磁気ローラー２１の軸方向長さ以上の長さを有し、更に、上流側連通部２２ｅに対向する位置まで延びて設けられている。回転軸４４ｂは、回転軸４３ｂと平行に配置され、現像容器２２の上流側壁部２２ｉと下流側壁部２２ｊに回転可能に軸支されている。

また、回転軸４４ｂには、第２螺旋羽根４４ａとともに、規制部５２及び排出羽根５３が一体に配設されている。

規制部５２は、第２搬送室２２ｄ内で下流側に搬送された現像剤を塞き止め、且つ、所定量以上になった現像剤を現像剤排出口２２ｈに搬送することを可能にするものである。規制部５２は、回転軸４４ｂに設けられる螺旋羽根からなり、第２螺旋羽根４４ａと逆方向を向く（逆位相の）羽根で螺旋状に形成され、且つ、第２螺旋羽根４４ａの外径と略同じで第２螺旋羽根４４ａのピッチより小さく設定されている。また、規制部５２は、下流側壁部２２ｊ等の現像容器２２の内壁部と規制部５２の外周部において所定量の隙間を形成している。この隙間から余剰の現像剤が排出されることになる。

回転軸４４ｂは現像剤排出口２２ｈ内まで延びている。現像剤排出口２２ｈ内の回転軸４４ｂには排出羽根５３が設けられている。排出羽根５３は、第２螺旋羽根４４ａと同じ方向を向く螺旋状の羽根からなるが、第２螺旋羽根４４ａよりピッチが小さく、また羽根の外周が小さくなっている。従って、回転軸４４ｂが回転すると、排出羽根５３も回転し、規制部５２を乗り越えて現像剤排出口２２ｈ内に搬送された余剰現像剤は、図４の左側に送られて、現像容器２２外に排出されるようになっている。なお、排出羽根５３、規制部５２、及び第２螺旋羽根４４ａは合成樹脂によって回転軸４４ｂと一体に成型される。

現像容器２２の外壁には、歯車６１〜６４が配設されている。歯車６１、６２は回転軸４３ｂに固着され、歯車６４は回転軸４４ｂに固着され、歯車６３は、現像容器２２に回転可能に保持されて、歯車６２、６４に噛合している。

新たに現像剤を補給していない現像時には、モーター等の駆動源によって、歯車６１が回転すると、回転軸４３ｂとともに第１螺旋羽根４３ａが回転し、第１螺旋羽根４３ａによって、現像剤は、第１搬送室２２ｃ内の現像剤を主搬送方向（矢印Ｐ方向）に搬送され、その後、上流側連通部２２ｅを通って第２搬送室２２ｄ内に搬送される。更に、回転軸４４ｂと連動する回転軸４４ｂとともに第２螺旋羽根４４ａが回転すると、第２螺旋羽根４４ａによって、現像剤は、第２搬送室２２ｄ内の現像剤を主搬送方向（矢印Ｑ方向）に搬送される。従って、現像剤はその嵩高を大きく変動させながら第１搬送室２２ｃから上流側連通部２２ｅを通って第２搬送室２２ｄ内に搬送され、規制部５２を乗り越えることなく、下流側連通部２２ｆを通って第１搬送室２２ｃに搬送される。

このように現像剤は、第１搬送室２２ｃから、上流側連通部２２ｅ、第２搬送室２２ｄ、及び下流側連通部２２ｆと循環しながら攪拌されて、攪拌された現像剤が磁気ローラー２１に供給される。

次に、現像剤補給口２２ｇから現像剤が補給される場合について説明する。現像によってトナーが消費されると、現像剤補給口２２ｇから第１搬送室２２ｃ内にキャリアを含む現像剤が補給される。

補給された現像剤は、現像時と同様に、第１螺旋羽根４３ａによって、第１搬送室２２ｃ内を矢印Ｐ方向に搬送され、その後、上流側連通部２２ｅを通って第２搬送室２２ｄ内に搬送される。更に、第２螺旋羽根４４ａによって、現像剤は、第２搬送室２２ｄ内の現像剤を主搬送方向（矢印Ｑ方向）に搬送される。回転軸４４ｂの回転にともなって規制部５２が回転すると、規制部５２によって、主搬送方向とは逆方向（逆搬送方向）の搬送力が現像剤に付与される。この規制部５２によって現像剤が塞き止められて嵩高となり、余剰の現像剤（現像剤補給口２２ｇから補給された現像剤と同量）が規制部５２を乗り越えて、現像剤排出口２２ｈを介して現像容器２２外に排出される。

図５は、図４における現像剤排出口２２ｈ周辺の拡大図である。図５に示すように、規制部５２に対向する現像容器２２（第２搬送室２２ｄ）の内壁面には、金属等の導電性材料で形成された導電板７０が配置されている。また、第２攪拌スクリュー４４は導電性材料で形成されており、第２攪拌スクリュー４４の回転軸４４ｂに第２バイアス回路３１を接続することで第２攪拌スクリュー４４に交流バイアスを印加可能となっている。さらに、回転軸４４ｂと第２バイアス回路３１の間には電圧可変装置３２が接続されており、第２攪拌スクリュー４４に印加される交流バイアスを可変できるようになっている。

本発明の構成によれば、第２攪拌スクリュー４４の回転軸４４ｂに交流バイアスを印加すると、導電板７０と規制部５２との間に生じる電位差によって交流電界が発生し、規制部５２の現像剤が振動する。現像剤の振動方向は交流電界と同一方向、即ち、現像剤の主搬送方向（矢印Ｑ方向）と直交する方向（図５の上下方向）となる。

これにより、現像剤の主搬送方向（矢印Ｑ方向）からの現像剤の圧力が現像剤の振動によって低減される。その結果、規制部５２において現像剤が滞留し、規制部５２及び下流側連通部２２ｆへ移動する現像剤面の波立ち（変動）が抑制される。そして、圧力が低減された現像剤が規制部５２を乗り越えて排出羽根５３に移動し、現像剤排出口２２ｈから現像剤が排出される。従って、規制部５２を乗り越えて現像剤排出口２２ｈから排出される現像剤量を安定化することができる。

また、電圧可変装置３２を用いて印加する交流バイアスを変化させることにより、現像剤排出口２２ｈからの現像剤の排出量を可変することができる。従って、温湿度等の使用環境やプロセス速度の変化に応じて現像容器２２内の現像剤量を任意に制御することができる。

ここで、規制部５２（第２攪拌スクリュー４４）或いは導電板７０の材料として磁性体を用いた場合、交流電界によって規制部５２、導電板７０の周囲に磁界が発生し、現像剤の搬送が乱されるおそれがある。そのため、規制部５２および導電板７０の材料として非磁性体を用いることが好ましい。

なお、ここでは磁気ローラー２１に直流バイアスおよび交流バイアスを重畳して印加する第２バイアス回路３１を第２攪拌スクリュー４４の回転軸４４ｂに接続して第２攪拌スクリュー４４に交流バイアスを印加したが、第２バイアス回路３１に代えて第１バイアス回路３０を第２攪拌スクリュー４４の回転軸４４ｂに接続してもよい。或いは、第２攪拌スクリュー４４に交流バイアスを印加するバイアス印加装置を、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路とは別個に設けてもよい。

また、第２攪拌スクリュー４４に代えて、導電板７０に交流バイアスを印加する構成としてもよい。この場合、第２攪拌スクリュー４４全体を導電性材料で形成する必要はなく、規制部５２のみを導電性材料で形成すれば十分である。そして、上記と同様に第１バイアス回路３０または第２バイアス回路３１のいずれかを導電板７０に接続しても良いし、導電板７０に交流バイアスを印加するバイアス印加装置を、第１バイアス回路３０及び第２バイアス回路３１とは別個に設けてもよい。

さらに、第２攪拌スクリュー４４（規制部５２）および導電板７０の両方に交流バイアスを印加する構成としてもよい。この場合、第２攪拌スクリュー４４に印加する交流バイアスと導電板７０に印加する交流バイアスの位相を反転させておけば、比較的低電圧の交流バイアスを印加するだけで規制部５２と導電板７０との間の電位差を大きくすることができる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本発明は図２に示したような磁気ローラー２１と現像ローラー２０を備えた現像装置に限定されるものではなく、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる種々の現像装置に適用可能である。例えば、上記実施形態では現像容器２２内の現像剤循環経路として、互いに並列配置される第１搬送室２２ｃと第２搬送室２２ｄとを備えた２軸搬送式の現像装置について説明したが、磁気ローラー２１から引き剥がされた現像際を回収して第２搬送室２２ｄに合流させる回収搬送室を備えた３軸搬送式の現像装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、規制部５２が第２螺旋羽根４４ａと逆位相の螺旋羽根からなる構成を示したが、本発明はこれに限らず、規制部５２として、現像剤排出口２２ｈの開口より大きいサイズの円板を回転軸４４ｂに形成してもよい。

また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンターに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンター、カラー複写機、ファクシミリ等、二成分現像方式を用いた種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果について更に具体的に説明する。

図１に示すようなカラープリンター１００において、現像剤の搬送速度、トナー濃度、絶対湿度を変化させた場合の現像装置３ａ〜３ｄ内の現像剤量の変化について調査した。なお、試験は感光体ドラム１ａ及び現像装置３ａを含むシアンの画像形成部Ｐａにおいて行った。

試験方法としては、図５に示したような、第２攪拌搬送スクリュー４４の回転軸４４ｂに第２バイアス回路３１、電圧可変装置３２を接続するとともに、規制部５２に対向する第２搬送室２２ｄの内壁面に弱磁性体のステンレス（ＳＵＳ３０４）製の導電板７０を配置した現像装置３ａを本発明とし、回転軸４４ｂに第２バイアス回路３１、電圧可変装置３２を接続せず、導電板７０も配置しない現像装置３ａを比較例とした。

本発明及び比較例の現像装置３ａの現像容器２２に、それぞれ現像剤１５０ｃｍ³を充填し、第１攪拌スクリュー４３の回転速度を３００ｒｐｍに固定し、第２攪拌スクリュー４４の回転速度を変化させて現像剤を攪拌搬送し、現像剤排出口２２ｈからの現像剤の排出が収まった時点で現像容器２２内に存在する現像剤量（安定重量、安定体積）を測定した。

本発明及び比較例に用いる第２攪拌スクリュー４４の第２螺旋羽根４４ａは、外径が１４ｍｍの螺旋羽根であり、第２螺旋羽根４４ａと第２搬送室２２ｄとの間隔（クリアランス）は１．５ｍｍである。また、規制部５２は、外径１２ｍｍの３枚の逆巻き（逆位相）の螺旋羽根で構成されており、規制部５２と第２搬送室２２ｄとの間隔は１．５ｍｍである。排出羽根５３は、外径８ｍｍの螺旋羽根であり、排出羽根５３と現像剤排出口２２ｈとの間隔は１．５ｍｍである。

現像剤量の測定方法は、本発明及び比較例の現像装置３ａを試験機に搭載し、第２攪拌スクリュー４４の回転速度（第２搬送室２２ｄ内の攪拌速度）、トナー濃度、絶対湿度、及び第２攪拌搬送スクリュー４４に印加する交流バイアス値を変化させて現像剤を攪拌した後、現像装置３ａを取り外して重量を測定した。測定された現像装置３ａの重量から現像剤を取り除いた空の現像装置３ａの重量を差し引いて現像剤量（安定重量）を算出した。また、算出された現像剤量を嵩密度で除算して安定体積を算出した。安定体積の算出に用いた絶対湿度及びトナー濃度（キャリアに対するトナーの混合比率；Ｔ／Ｃ）と嵩密度との関係を表１に示す。

なお、攪拌速度３００ｒｐｍ、トナー濃度１０％、絶対湿度１０ｇ／ｃｍ³、交流バイアス値（ピークツーピーク値）８００Ｖ、周波数１ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比５０％を基準条件とし、攪拌速度は２００ｒｐｍ、３００ｒｐｍ、４００ｒｐｍの３水準、トナー濃度は８％、１０％、１２％の３水準、絶対湿度は５ｇ／ｍ³、１０ｇ／ｍ³、２０ｇ／ｍ³の３水準、交流バイアス値は０Ｖ、８００Ｖ、１６００Ｖの３水準とした。結果を表２〜表５に示す。

基準条件において本発明と比較例の現像剤量を比較すると、本発明のほうが僅かに多くなっている。これは、本発明の構成では第２攪拌スクリュー４４と導電板７０との間に発生する交流電界によって規制部５２と導電板７０との間で現像剤が振動し、現像剤の排出を抑制するためである。

表２から明らかなように、現像剤の攪拌速度を変化させた場合、本発明では攪拌速度の差による現像剤の安定体積、安定重量のばらつきが比較例に比べて小さくなっている。これは、本発明の現像装置３ａでは規制部５２と導電板７０との間で現像剤の振動が生じるため、規制部５２を通過する際の現像剤の搬送速度を一定にする効果があるためと考えられる。

また、表３及び表４から、トナー濃度または絶対湿度を変化させた場合、本発明と比較例のいずれも現像剤の安定体積にばらつきは認められなかった。一方、現像剤の安定重量はいずれもトナー濃度が高いほど、絶対湿度が低いほど減少し、トナー濃度が低いほど、絶対湿度が高いほど増加した。これは、トナー濃度、絶対湿度の変化によりトナーの帯電量が変化し、表１に示したようにトナー濃度が低いほど、絶対湿度が高いほど現像剤の嵩密度が大きくなるためである。

また、表５から明らかなように、交流バイアスを印加しない比較例では、トナー濃度や絶対湿度の変化に伴い現像剤の安定重量が変化した。具体的には、トナー濃度が基準条件の１０％から８％に低下すると、安定重量が２０９ｇから２２１ｇに増加した。また、絶対湿度が基準条件の１０％から５％に低下すると、安定重量が２０９ｇから１９６ｇに減少した。さらに、絶対湿度が基準条件の１０％から２０％に上昇すると、安定重量が２０９ｇから２２５ｇに増加した。

安定重量が少なくなり過ぎると、磁気ローラー２１への現像剤供給量が不足し、現像ローラー２０へのトナー供給量も不足するおそれがある。一方、安定重量が多くなり過ぎると、第１攪拌スクリュー４３、第２攪拌スクリュー４４の回転トルクが上昇し、発熱による現像剤の劣化が発生するおそれがある。

そこで、本発明のように第２搬送室２２ｄの内壁面に導電板７０を配置し、第２攪拌スクリュー４４に印加する交流バイアス値を変化させることにより、現像剤の安定重量を任意に調整可能となり、上述したような不具合を簡単に解消することができる。具体的には、表２から第２搬送室２２ｄ内の現像剤の攪拌速度が大きくなるほど現像剤の安定重量が減少するため、印加する交流バイアスのピークツーピーク値を大きくして現像剤の振動を大きくし、現像剤排出口２２ｈからの現像剤の排出を抑制すれば良い。また、表３及び表４からトナー濃度が高くなるほど、また絶対湿度が低くなるほど現像剤の安定重量が減少するため、印加する交流バイアスのピークツーピーク値を大きくして現像剤の振動を大きくし、現像剤排出口２２ｈからの現像剤の排出を抑制すれば良い。

例えば表５の例では、トナー濃度が８％、絶対湿度が１０％のときは交流バイアスのピークツーピーク値を０Ｖ（印加せず）とし、トナー濃度が１０％、絶対湿度が５％のときは交流バイアスのピークツーピーク値を１６００Ｖとし、トナー濃度が１０％、絶対湿度が２０％のときは交流バイアスのピークツーピーク値を８００Ｖとする。その結果、現像剤の安定重量を基準条件における安定重量（２１６ｇ）に近い２１１ｇ〜２２５ｇの範囲に、現像剤の安定体積を基準条件における安定体積（１２２ｃｍ³）に近い１１７ｇ〜１２８ｃｍ³の範囲に収めることができる。

以上の結果より、規制部５２に対向する内壁面に導電板７０を配置し、第２攪拌スクリュー４４に交流バイアスを印加して規制部５２と導電板７０との間に電位差を生じさせる本発明の現像装置３ａでは、現像剤の攪拌速度、トナー濃度、絶対湿度が変化した時の現像剤の安定重量の変動が抑制されるため、画像不良の発生や現像剤の劣化を効果的に抑制することができ、特に、攪拌速度が変化した場合の現像剤の安定重量、安定体積の変動が顕著に抑制されることが確認された。

また、第２攪拌スクリュー４４に印加する交流バイアスのピークツーピーク値を変化させることにより、トナー濃度や絶対湿度に応じて現像剤の安定重量を任意に調整可能であることが確認された。

本発明は、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤の補給を行うとともに余剰現像剤を排出する現像装置及びそれを備えた画像形成装置に利用することができる。本発明の利用により、現像剤の流動性や搬送速度が変化した場合でも現像容器内の現像剤の嵩及び重量の変化幅を小さくできる現像装置を提供することができる。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
３ａ〜３ｄ 現像装置
２０ 現像ローラー
２１ 磁気ローラー（現像剤担持体）
２２ 現像容器
２２ｂ 仕切壁
２２ｃ 第１搬送室
２２ｄ 第２搬送室
２２ｅ 上流側連通部
２２ｆ 下流側連通部
２２ｇ 現像剤補給口
２２ｈ 現像剤排出口
２２ｉ 上流側壁部
２２ｊ 下流側壁部
３０ 第１バイアス回路
３１ 第２バイアス回路
３２ 電圧可変装置
４２ 攪拌部材
４３ 第１攪拌スクリュー（第１攪拌部材）
４３ａ 第１螺旋羽根
４３ｂ、４４ｂ 回転軸
４４ 第２攪拌スクリュー（第２攪拌部材）
４４ａ 第２螺旋羽根
５２ 規制部
５３ 排出羽根
７０ 導電板
１００ 画像形成装置

Claims (8)

1. 互いに並列配置される第１搬送室、第２搬送室を含む複数の搬送室と、
   前記第１搬送室及び前記第２搬送室の長手方向の両端部側で前記各搬送路を連通させる連通部と、
   前記現像容器内に現像剤を補給する現像剤補給口と、
   前記第２搬送室の下流側端部に設けられ、余剰の現像剤が排出される現像剤排出口と、を有し、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、
   回転軸と、該回転軸の外周面に形成される第１螺旋羽根で構成され、前記第１搬送室内の現像剤を回転軸方向に攪拌、搬送する第１攪拌部材と、
   回転軸と、該回転軸の外周面に形成される第２螺旋羽根で構成され、前記第２搬送室内の現像剤を前記第１攪拌部材と逆方向に攪拌、搬送する第２攪拌部材と、
   前記現像容器に回転可能に支持され前記第２搬送室内の現像剤を表面に担持する現像剤担持体と、
   を備えた現像装置において、
   前記第２攪拌部材は、現像剤搬送方向に対し前記連通部より下流側に前記現像剤排出口に対向して配置され、前記現像剤排出口側への現像剤の移動を規制する導電性の規制部が形成されており、
   前記規制部と対向する前記現像容器の内壁面には導電板が配置されており、
   前記第１攪拌部材および第２攪拌部材の回転駆動中に前記規制部および前記導電板の少なくとも一方に交流バイアスを印加することにより、前記規制部と前記導電板との間に電位差を生じさせることを特徴とする現像装置。
2. 前記規制部および前記導電板は、非磁性材料で形成さ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２搬送室内の現像剤の攪拌速度、現像剤中のトナー濃度、及び絶対湿度の少なくとも一つに基づいて、前記規制部と前記導電板との間の電位差を可変させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記第２搬送室内の現像剤の攪拌速度が大きくなるほど前記規制部と前記導電板との間の電位差を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 前記トナー濃度が高くなるほど前記規制部と前記導電板との間の電位差を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
6. 絶対湿度が低くなるほど前記規制部と前記導電板との間の電位差を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
7. 前記規制部および前記導電板の両方に交流バイアスを印加するとともに、前記規制部に印加する交流バイアスと前記導電板に印加する交流バイアスの位相を反転させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の現像装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の現像装置が搭載された画像形成装置。

Images