JP7367449B2 - 現像装置およ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搭載され、現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材を備えた現像装置、およ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。現像装置は、現像容器内にトナーを含む現像剤を収容し、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搬送部材を配設している。

例えば特許文献１には、２つの現像剤攪拌搬送部材と２つの現像剤収容部とを有する現像装置において、第１現像剤収容部内の現像剤を攪拌、搬送する第１現像剤攪拌搬送部材の体積を、第２現像剤収容部内の現像剤を攪拌、搬送する第２現像剤攪拌搬送部材の体積よりも大きくすることにより、現像剤担持体に現像剤を供給する第１現像剤収容部内の現像剤の嵩が、上部よりトナーの補給を受ける第２現像剤収容部内の現像剤の嵩よりも高くなるようにした現像装置が開示されている。

特開２００６－１７８４０５号公報

トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像式の現像装置では、印字速度が遅い（単位時間当たりの印字枚数が少ない）場合は単位時間当たりのトナー消費量も少ない。そのため、現像容器内に充填される現像剤量が少なくても画像品質の維持に必要なトナー濃度（キャリアに対するトナーの割合、Ｔ／Ｃ）を保持するためのトナー補給を容易に行うことができる。

一方、印字速度が速い（単位時間当たりの印字枚数が多い）場合は、少ない現像剤量で画像品質を維持するためにはトナー補給量または補給回数を多くする必要がある。この場合、トナーの過剰な補給を行うと現像剤の攪拌不足が発生し易くなり、トナーの帯電不足による画像かぶりやトナー飛散等の弊害が発生する。また、現像容器内の現像剤量が少ない状態で現像ローラーに現像剤を供給するためには、攪拌搬送部材の回転速度を上げて現像剤の循環速度を速くする必要がある。その結果、攪拌搬送部材の軸受の摩耗や、摩擦熱による現像剤へのストレスの増加による現像剤の劣化に繋がるおそれがあった。

以上のような理由により、印字速度が速い画像形成装置に搭載される現像装置は、画像形成装置本体の耐用期間も長く、現像装置のユニット寿命（現像装置が耐用期間の終期に到達するまでに印字可能な枚数）も長いため、現像容器内の現像剤充填量も多く設定される。そのため、印字速度が遅い画像形成装置に搭載される現像剤充填量の少ない現像装置を、印字速度の速い画像形成装置の現像装置として共用することは困難であった。

逆に、印字速度が速い画像形成装置に搭載される現像剤充填量の多い現像装置を、印字速度の遅い画像形成装置の現像装置として共用することは可能であるが、現像装置のユニット寿命を考慮すると、不必要な現像剤が充填されることとなりコスト面で不利となる。また、単純に現像容器内の現像剤充填量を減らして使用した場合、現像剤の嵩が低下して現像ローラーへの汲み上げ不良が発生し、スクリューむら等の画像不良の原因となる。

特許文献１の構成では、或る特定の印字速度の画像形成装置に搭載される場合、または特定の耐用期間を有する画像形成装置に搭載される場合には有効であるが、印字速度の異なる画像形成装置、或いは耐用期間の異なる画像形成装置に搭載した場合には所望の効果を得られないという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、印字速度や現像装置のユニット寿命に応じて、現像容器内の現像剤充填率を減少させずに現像剤充填量を最適化できる現像装置およ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、現像剤担持体と、攪拌搬送部材と、を備えた現像装置である。現像容器は、トナーを含む現像剤を収容する。現像剤担持体は、現像容器内のトナーを表面に担持する。攪拌搬送部材は、現像容器に回転可能に支持される回転軸と、回転軸の外周面に形成される攪拌羽根と、を有し、現像容器内の現像剤を攪拌、搬送する。攪拌搬送部材は、回転軸の軸径が異なる複数種の攪拌搬送部材から選択して使用可能である。

本発明の第１の構成によれば、回転軸の軸径が異なる攪拌搬送部材を選択して使用することにより、攪拌搬送部材の体積を変化させて現像容器の容量を変化させることができる。その結果、現像容器内の現像剤充填率を変動させずに現像剤充填量を変更することができるため、画像形成装置の印字速度や現像装置のユニット寿命、トナー消費量等に応じた同一形状の現像装置を簡便に製造することができ、部品点数の増加や画像形成装置内のレイアウト変更等も不要となる。

本発明の一実施形態に係る現像装置３ａ～３ｄが搭載される画像形成装置１００の概略断面図 本実施形態の現像装置３ａの側面断面図 本実施形態の現像装置３ａの攪拌部を示す平面断面図 画像形成装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 画像形成装置１００における現像装置３ａ～３ｄのユニット寿命と現像装置３ａ～３ｄ内の現像剤充填量との関係を示すグラフ 本実施形態の現像装置３ａ～３ｄに用いる攪拌搬送スクリュー２５のうち、回転軸２５ｂの軸径の細いものを示す部分側面図 本実施形態の現像装置３ａ～３ｄに用いる攪拌搬送スクリュー２５のうち、回転軸２５ｂの軸径の太いものを示す部分側面図 現像容器２０内の現像剤充填率を６０％、８０％としたときの、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径と現像容器２０内の現像剤充填量との関係を示すグラフ 像容器２０内の現像剤充填量を１５０ｇとしたときの攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径と現像容器２０内の現像剤充填率との関係を示すグラフ 回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が太い攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を装着した現像装置３ａの側面断面図 回転軸２５ｂの軸径が太い攪拌搬送スクリュー２５の逆搬送部２５ｃ付近の部分側面図 本実施形態の現像装置３ａの攪拌部を示す平面断面図であって、トナー濃度センサー２７の配置によるトナー濃度とセンサー出力値との関係を調査するための領域Ａ～Ｃを示す図 図１２の領域Ａにトナー濃度センサー２７を配置したときのトナー濃度とセンサー出力値との関係を示すグラフ 図１２の領域Ｂにトナー濃度センサー２７を配置したときのトナー濃度とセンサー出力値との関係を示すグラフ 図１２の領域Ｃにトナー濃度センサー２７を配置したときのトナー濃度とセンサー出力値との関係を示すグラフ

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、本発明の一実施形態に係る現像装置３ａ～３ｄが搭載される画像形成装置１００の内部構造を示す断面図である。画像形成装置１００（ここではカラープリンター）本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、搬送方向上流側（図１では左側）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、イエローおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエローおよ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（像担持体）１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄが配設されており、さらに図１において反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上に順次一次転写されて重畳される。その後、中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー９によって記録媒体の一例としての転写紙Ｓ上に二次転写される。さらに、トナー像が二次転写された転写紙Ｓは、定着部１３においてトナー像が定着された後、画像形成装置１００本体より排出される。メインモーター４０（図４参照）により感光体ドラム１ａ～１ｄを図１において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。

トナー像が二次転写される転写紙Ｓは、画像形成装置１００の本体下部に配置された用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９と中間転写ベルト８の駆動ローラー１１とのニップ部へと搬送される。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、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。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等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー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の周囲および下方には、感光体ドラム１ａ～１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、各感光体ドラム１ａ～１ｄに画像情報を露光する露光装置５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および３ｄと、感光体ドラム１ａ～１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング装置７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置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る。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ～１ｄ上に画像データ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、イエローおよびブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ～３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ～４ｄから各現像装置３ａ～３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、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、露光装置５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、一次転写ローラー６ａ～６ｄにより一次転写ローラー６ａ～６ｄと感光体ドラム１ａ～１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ～１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。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、一次転写後に感光体ドラム１ａ～１ｄの表面に残留したトナー等がクリーニング装置７ａ～７ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡されており、ベルト駆動モーター（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が反時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｓがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラー１１とこれに隣接して設けられた二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、中間転写ベルト８上のフルカラー画像が転写紙Ｓ上に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Ｓは定着部１３へと搬送される。

定着部１３に搬送された転写紙Ｓは、定着ローラー対１３ａにより加熱および加圧されてトナー像が転写紙Ｓ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Ｓ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、そのまま（或いは、両面搬送路１８に送られて両面に画像が形成された後に）、排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

図２は、本実施形態の現像装置３ａの側面断面図である。なお、以下の説明では図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａを例示するが、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、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって攪拌搬送室２１、供給搬送室２２に区画されている。攪拌搬送室２１および供給搬送室２２には、トナーコンテナ４ａ（図１参照）から供給されるトナーを磁性キャリアと混合して攪拌し、帯電させるための攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６がそれぞれ回転可能に配設されている。

そして、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６によって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図２の紙面と垂直な方向）に搬送され、仕切壁２０ａの両端部に形成された連通部２０ｂ、２０ｃ（いずれも図３参照）を介して攪拌搬送室２１、供給搬送室２２間を循環する。即ち、攪拌搬送室２１、供給搬送室２２、連通部２０ｂ、２０ｃによって現像容器２０内に現像剤の循環経路が形成されている。

現像容器２０は図２の右斜め上方に延在しており、現像容器２０内において供給搬送スクリュー２６の右斜め上方には現像ローラー３１が配置されている。そして、現像ローラー３１の外周面の一部が現像容器２０の開口部２０ｅから露出し、感光体ドラム１ａに対向している。現像ローラー３１は、図２において反時計回り方向に回転する。攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６、および現像ローラー３１は、メインモーター４０（図４参照）からの駆動力によって所定の回転速度で回転する。

現像ローラー３１は、図２において反時計回り方向に回転する円筒状の現像スリーブと、現像スリーブ内に固定された複数の磁極を有するマグネット（図示せず）とで構成されている。なお、ここでは表面がローレット加工された現像スリーブを用いているが、表面に多数の凹形状（ディンプル）を形成したものや、表面がブラスト加工された現像スリーブ、更には、ローレット加工や凹形状の形成に加えてブラスト加工を施したものや、メッキ処理を施したものを用いることもできる。

また、現像容器２０には規制ブレード３３が現像ローラー３１の長手方向（図２の紙面と垂直方向）に沿って取り付けられている。規制ブレード３３の先端部と現像ローラー３１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。

現像装置３ａには、電圧制御回路５１を介して現像電圧電源５３（いずれも図４参照）が接続されている。現像電圧電源５３は、直流電圧および交流電圧を重畳させた現像電圧を現像ローラー３１に印加する。現像電圧および現像ローラー３１内のマグネットの磁力により、現像ローラー３１の表面に現像剤を付着（担持）させて磁気ブラシを形成する。

攪拌搬送室２１には、攪拌搬送スクリュー２５と対向してトナー濃度センサー２７が配置されている。トナー濃度センサー２７は、現像容器２０内における現像剤の透磁率を検出し、現像剤中のトナー濃度（現像剤中のキャリアに対するトナーの混合比率；Ｔ／Ｃ）を検知する。制御部９０は、トナー補給モーター４１（いずれも図４参照）に制御信号を送信し、現像容器２０内の現像剤のトナー濃度が基準トナー濃度となるように、トナー濃度センサー２７で検知されるトナー濃度に応じてトナーコンテナ４ａ（図１参照）からトナー補給部３５（図３参照）を介して現像容器２０内にトナーを補給する。

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３は、本実施形態の現像装置３ａの攪拌部を示す平面断面図である。現像容器２０には、前述のように、攪拌搬送室２１と、供給搬送室２２と、仕切壁２０ａと、上流側連通部２０ｂ、および下流側連通部２０ｃが形成され、その他に、トナー補給部３５が形成されている。なお、攪拌搬送室２１において、図３の左側を上流側、図３の右側を下流側とし、また、供給搬送室２２において、図３の右側を上流側、図３の左側を下流側とする。従って、連通部は供給搬送室２２を基準として上流側および下流側と呼称している。

仕切壁２０ａは、現像容器２０の長手方向に延びて攪拌搬送室２１と供給搬送室２２を並列させるように区画している。仕切壁２０ａの長手方向の右側端部は、現像容器２０の内壁部とともに上流側連通部２０ｂを形成している。仕切壁２０ａの長手方向の左側端部は、現像容器２０の内壁部とともに下流側連通部２０ｃを形成している。

攪拌搬送スクリュー２５は、回転軸２５ｂと、回転軸２５ｂに一体に設けられ、回転軸２５ｂの軸方向に一定のピッチで螺旋状に形成される螺旋羽根２５ａとを有する。螺旋羽根２５ａは、攪拌搬送室２１の長手方向の両端部側まで延び、上流側連通部２０ｂおよび下流側連通部２０ｃにも対向して設けられている。

供給搬送スクリュー２６は、回転軸２６ｂと、回転軸２６ｂに一体に設けられ、回転軸２６ｂの軸方向に螺旋羽根２５ａと同じピッチで螺旋羽根２５ａとは逆方向を向く（逆位相の）羽根で螺旋状に形成される螺旋羽根２６ａとを有する。螺旋羽根２６ａは、現像ローラー３１の軸方向長さ以上の長さを有し、上流側連通部２０ｂおよび下流側連通部２０ｃにも対向して設けられている。

回転軸２５ａ、２６ｂは、互いに平行に配置され、現像容器２０の長手方向両端部に設けられた軸受部２８に回転可能に軸支されている。軸受部２８には現像容器２０内の現像剤の進入を防止するためのシール部材（図示せず）が設けられている。なお、回転軸２５ｂの上流側端部（図３の左端部）を支持する軸受部２８（図示せず）はトナー補給部３５の上流側に設けられる。

攪拌搬送室２１内の現像剤搬送方向（矢印Ｐ方向）に対し攪拌搬送スクリュー２５の下流側端部には逆搬送部２５ｃが形成されている。同様に、供給搬送室２２内の現像剤搬送方向（矢印Ｑ方向）に対し供給搬送スクリュー２６の下流側端部には逆搬送部２６ｃが形成されている。逆搬送部２５ｃ、２６ｃは、それぞれ螺旋羽根２５ａ、螺旋羽根２６ａと逆向き（逆位相）の螺旋羽根で構成される。

逆搬送部２５ｃ、２６ｃは、螺旋羽根２５ａ、螺旋羽根２６ａにより搬送されてきた現像剤に逆向きの搬送力を作用させることで、現像剤を塞き止めて押し戻す。これにより、攪拌搬送スクリュー２５の回転軸２５ｂ、供給搬送スクリュー２６の回転軸２６ｂの軸受部２８に現像剤が入り込むことによる回転トルクの上昇や、摩擦熱による現像剤の固化を抑制する。また、逆搬送部２５ｃの逆向きの搬送力によって攪拌搬送室２１の下流側端部付近に滞留した現像剤が、上流側連通部２０ｂに向かって送出される。同様に、逆搬送部２６ｃの逆向きの搬送力によって供給搬送室２２の下流側端部付近に滞留した現像剤が、下流側連通部２０ｃに向かって送出される。

また、攪拌搬送室２１の上流側（図３の左側）にはトナー補給部３５が設けられている。トナー補給部３５は、トナー補給経路（図示せず）を介してトナーコンテナ４ａ（図１参照）に接続されており、トナーコンテナ４ａに収容された新たなトナーを現像容器２０内に補給する。攪拌搬送スクリュー２５の回転軸２５ｂはトナー補給部３５の内部まで延在している。回転軸２５ｂのトナー補給部３５内に配置された部分には、回転軸２５ｂの軸方向に一定のピッチで螺旋状に形成される補給羽根２５ｄが一体形成されている。

このように、現像剤は攪拌搬送室２１から上流側連通部２０ｂ、供給搬送室２２、および下流側連通部２０ｃと循環しながら攪拌されて、攪拌された現像剤が現像ローラー３１に供給される。現像によってトナーが消費されると、トナー補給モーター４１（図４参照）によりトナーコンテナ４ａからトナー補給部３５を介して攪拌搬送室２１内にトナーが補給される。

次に、画像形成装置１００の制御経路について説明する。図４は、画像形成装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き可能な記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部８０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、画像形成装置１００の本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。カウンター９５は、印字枚数を積算してカウントする。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ～Ｐｄ、露光装置５、一次転写ローラー６ａ～６ｄ、二次転写ローラー９、メインモーター４０、トナー補給モーター４１、電圧制御回路５１、操作部８０等が挙げられる。

画像入力部６０は、画像形成装置１００にパソコン等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部６０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

電圧制御回路５１は、帯電電圧電源５２、現像電圧電源５３、転写電圧電源５４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させる。これらの各電源は、電圧制御回路５１からの制御信号によって、帯電電圧電源５２は帯電装置２ａ～２ｄに、現像電圧電源５３は現像装置３ａ～３ｄ内の現像ローラー３１に、転写電圧電源５４は一次転写ローラー６ａ～６ｄおよび二次転写ローラー９に、それぞれ所定の電圧を印加する。

操作部８０には、液晶表示部８１、送受信部８２が設けられている。液晶表示部８１は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。画像形成装置１００の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。送受信部８２は、電話回線やインターネット回線を用いて外部との通信を行う。

図５は、画像形成装置１００における現像装置３ａ～３ｄのユニット寿命と現像装置３ａ～３ｄ内の現像剤充填量との関係を示すグラフである。図５に示すように、画像形成装置１００の印字速度が２０枚／分の場合（ａのプロット）は現像剤充填量９０ｇで１０万枚の印字が可能である。印字速度が３０枚／分の場合（ｂのプロット）は現像剤充填量１５０ｇで２０万枚の印字が可能である。印字速度が４０枚／分の場合（ｃのプロット）は現像剤充填量２５０ｇで３０万枚の印字が可能である。このように、印字速度が速くなるにつれて現像装置３ａ～３ｄのユニット寿命も長くなる。そのため、印字速度が速くなるほど現像装置３ａ～３ｄ内の現像剤充填量を多くする必要が生じる。

しかし、画像形成装置１００の印字速度に応じて現像剤容量の異なる複数種の現像容器２０を用意した場合、現像容器２０に合わせて複数種の攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６、現像ローラー３１等を作製する必要が生じ、部品点数の増加に繋がる。また、現像装置３ａ～３ｄの外寸の変化に合わせた画像形成装置１００内のレイアウト変更等も必要になる。

そこで、本実施形態では、現像装置３ａ～３ｄに装着される攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６として、予め回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径の異なる複数種の攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を用意しておき、現像装置３ａ～３ｄが搭載される画像形成装置１００の印字速度に応じて最適な攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を選択することとしている。

図６は、本実施形態の現像装置３ａ～３ｄに用いる攪拌搬送スクリュー２５のうち、回転軸２５ｂの軸径が細いものを示す部分側面図である。図６に示す攪拌搬送スクリュー２５は、外径（螺旋羽根２５ａの直径）ｄ１が２０ｍｍ、回転軸２５ｂの軸径ｄ２が８ｍｍ、羽根高さｈが６ｍｍ、ピッチｐが３０ｍｍであり、螺旋羽根２５ａの条数（巻き数）は２条巻きである。

図７は、本実施形態の現像装置３ａ～３ｄに用いる攪拌搬送スクリュー２５のうち、回転軸２５ｂの軸径が太いものを示す部分側面図である。図７に示す攪拌搬送スクリュー２５は、外径（螺旋羽根２５ａの直径）ｄ１が２０ｍｍ、回転軸２５ｂの軸径ｄ２が１４ｍｍ、羽根高さｈが３ｍｍ、ピッチｐが３０ｍｍであり、螺旋羽根２５ａの条数は２条巻きである。

図６および図７に示した攪拌搬送スクリュー２５は、回転軸２５ｂの軸径ｄ２（および軸径に伴って変化する羽根高さｈ）が異なる以外は、外径ｄ１、ピッチｐ、条数は同一である。外径ｄ１は、攪拌搬送スクリュー２５を現像容器２０の攪拌搬送室２１に配置したとき、螺旋羽根２５ａの外周縁と攪拌搬送室２１の内壁面との隙間が１．５ｍｍとなるように調整されている。なお、ここでは図示しないが、供給搬送室２２に配置される供給搬送スクリュー２６についても、図６および図７に示した攪拌搬送スクリュー２５と同一の構成の２種類が用意されている。

図８は、現像容器２０内の現像剤充填率を６０％、８０％としたときの、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径と現像容器２０内の現像剤充填量との関係を示すグラフである。図９は、現像容器２０内の現像剤充填量を１５０ｇとしたときの攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径と現像容器２０内の現像剤充填率との関係を示すグラフである。

なお、現像剤充填率は以下の式（１）で表される。
現像剤充填率（％）＝現像剤充填量（ｇ）／｛（現像容器の容量－スクリュー体積）（ｃｍ³）×現像剤密度（ｇ／ｃｍ³）｝×１００ ・・・（１）

図８に示すように、充填率６０％（図８の△のデータ系列）および充填率８０％（図８の●のデータ系列）のいずれにおいても、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径と現像剤充填量とは相関関係を示しており、回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が太くなるほど充填率６０％、８０％とするために必要な現像剤充填量が減少している。これは、回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が太くなると、上記の式（１）においてスクリュー体積が増加するため、右辺の分母が小さくなり、所定の現像剤充填率とするための現像剤充填量が減少することによる。

図９に示すように、現像容器２０内の現像剤充填量を一定（１５０ｇ）としたとき、回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が太くなるほど現像剤充填率が上昇している。これは、回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が太くなると、上記の式（１）においてスクリュー体積が増加するため、右辺の分母が小さくなり、現像剤充填量が一定の場合は現像剤充填率が上昇することによる。

現像容器２０内の現像剤と補給トナーとの混合性能（攪拌性）を確保するためには、充填率を６０～８０％の範囲内に設定する必要がある。図９より、現像剤充填量を１５０ｇとした場合は攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径を８ｍｍから１４ｍｍに変更することで充填率６０％を確保可能となる。

また、図５に示したように、印字速度が３０枚／分の画像形成装置１００では現像剤充填量１５０ｇで２０万枚の印字が可能となり、印字速度が４０枚／分の画像形成装置１００では現像剤充填量２５０ｇで３０万枚の印字が可能となる。そこで、印字速度が３０枚／分の画像形成装置１００では図７に示した攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を使用して現像剤充填量を１５０ｇとし、印字速度が４０枚／分の画像形成装置１００では図６に示した攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を使用して現像剤充填量を２５０ｇとすることで、充填率を６０～８０％の範囲内に設定することができる。即ち、印字速度が４０枚／分から３０枚／分までの画像形成装置１００に対し同一の現像装置３ａ～３ｄで対応可能となる。

図１０は、図７に示した回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が太い攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を装着した現像装置３ａの側面断面図である。現像装置３ａの他の部分の構成は図２および図３と同様である。図１０に示した現像装置３ａ～３ｄを印字速度の遅い画像形成装置１００に搭載することにより、現像容器２０内の現像剤充填率（現像剤の嵩）を下げることなく現像剤充填量を少なくすることができる。

これにより、現像装置３ａ～３ｄのトナーの消費速度に応じて現像剤充填量を減少させることができ、不必要な現像剤を充填しておく必要がなくなるため、現像剤を劣化させることなく効率的に消費することができる。また、現像剤充填率は低下しないため、現像ローラー３１への現像剤の汲み上げ不良によるスクリューむら等の発生を防止することができ、長期間に亘って良好な画像を得ることができる。

また、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６を選択するだけで、画像形成装置１００の印字速度に応じた同一形状の現像装置３ａ～３ｄを簡便に製造することができ、部品点数の増加を抑制できるとともに画像形成装置１００内のレイアウト変更等も不要となる。

図１１は、回転軸２５ｂの軸径が太い攪拌搬送スクリュー２５の逆搬送部２５ｃ付近の部分側面図である。図１１に示すように、逆搬送部２５ｃの形成されている下流側端部の回転軸２５ｂの軸径ｄ２′は他の部分の軸径ｄ２（１４ｍｍ）よりも細くなっている。より詳細には、軸径ｄ２′は回転軸２５ｂの軸径が細い攪拌搬送スクリュー２５（図６参照）の回転軸２５ｂの軸径と同一（８ｍｍ）である。

これにより、回転軸２５ｂの軸径が細い攪拌搬送スクリュー２５と太い攪拌搬送スクリュー２５とで軸受部２８（図３参照）の構成を共通化することができ、軸受部２８への現像剤の進入を防ぐシール部材も同一のものを使用することができる。

また、回転軸２５ｂの軸径が太くなると、逆搬送部２５ｃを構成する螺旋羽根の高さも小さくなり、逆向きの搬送力が低下する。その結果、逆搬送部２５ｃによる現像剤を塞き止めて押し戻す効果も弱くなる。図１１の構成によれば、逆搬送部２５ｃによる逆向きの搬送力を確保することができ、軸受部２８への現像剤の進入を効果的に防止することができる。図１１では攪拌搬送スクリュー２５の逆搬送部２５ｃ付近の構成について図示しているが、供給搬送スクリュー２６の逆搬送部２６ｃ付近の構成についても同様である。

なお、ここでは印字速度が遅い場合に回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が太い攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６（図７、図１１参照）を選択し、印字速度が速い場合に回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が細い攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６（図６参照）を選択する例について示したが、本発明はこれに限られない。

例えば、図１に示した画像形成装置１００の場合は異なる４色（シアン、マゼンタ、イエローおよびブラック）の画像に対応した画像形成部Ｐａ～Ｐｄに、それぞれ現像装置３ａ～３ｄが搭載されるが、トナー消費量は色毎に異なる。具体的には、モノクロ印字にも用いられるブラックのトナー消費量が最も多く、他の３色はトナー消費量が少なくなる。トナー消費量の多いブラックは現像剤寿命を考慮すると多くの現像剤が必要となる。

そこで、ブラックの画像に対応した画像形成部Ｐｄに搭載される現像装置３ｄのみを回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が細い攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を選択した図２に示す構成とし、他の３色の画像に対応する画像形成部Ｐａ～Ｐｃに搭載される現像装置３ａ～３ｃは、回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が太い攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を選択した図１０に示す構成とする。これにより、トナー消費量の多いブラックの現像装置３ｄの現像剤充填量を増加させ、トナー消費量の少ないシアン、マゼンタ、イエローの現像装置３ａ～３ｃの現像剤充填量を減少させて現像剤の劣化を抑制することができる

ところで、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６の回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径を変更すると、現像剤の攪拌、搬送状態が変化するため、トナー濃度センサー２７の出力値が変化してしまう。そのため、通常はトナー濃度センサー２７の変更または補正制御が必要となる。

そこで、回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径を変更した場合でもトナー濃度センサー２７の出力値の変化が小さい場所に配置することが好ましい。トナー濃度センサー２７の最適な配置を決定するために、図１２に示す現像容器２０の攪拌搬送室２１内の領域Ａ～Ｃにトナー濃度センサー２７を配置し、現像剤中のトナー濃度（Ｔ／Ｃ）を変化させたときのセンサー出力値の変化を調べた。

領域Ａは、攪拌搬送室２１内の現像剤の搬送方向（矢印Ｐ方向）に対し下流側の領域であり、現像剤が攪拌搬送室２１から供給搬送室２２に受け渡される直前の部分である。領域Ｃは、攪拌搬送室２１内の現像剤の搬送方向に対し上流側の領域であり、現像剤が供給搬送室２２から攪拌搬送室２１に受け渡された直後の部分である。領域Ｂは、領域Ａと領域Ｃの間に位置する攪拌搬送室２１の中央部である。

図１３～１５は、図１２の領域Ａ～Ｃにトナー濃度センサー２７を配置したときのトナー濃度とセンサー出力値との関係を示すグラフである。トナー濃度センサー２７を領域Ａに配置した場合、図１３に示すように、回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が８ｍｍの場合（△のデータ系列）、１４ｍｍの場合（○のデータ系列）のいずれにおいても、実際のトナー濃度（実Ｔ／Ｃ）とセンサー出力値（出力Ｔ／Ｃ）とがよく一致していた。これは、攪拌搬送室２１内の現像剤の搬送方向に対し下流側である領域Ａでは、トナー補給部３５から最も離れているため、トナー濃度センサー２７に到達するまでに補給トナーが現像容器２０内の現像剤と十分に攪拌、混合されているためと考えられる。

一方、トナー濃度センサー２７を領域Ｂ、領域Ｃに配置した場合、図１４および図１５に示すように、回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が１４ｍｍの場合（○のデータ系列）において実際のトナー濃度とセンサー出力値との乖離が認められた。これは、攪拌搬送室２１内の中央である領域Ｂ、現像剤の搬送方向に対し上流側である領域Ｃでは、トナー補給部３５からの距離が近いために、特に回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径が１４ｍｍと太く攪拌性能が低い攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６を用いた場合に補給トナーが現像容器２０内の現像剤と十分に攪拌、混合されないためと考えられる。

以上の結果より、トナー濃度センサー２７を攪拌搬送室２１内の現像剤の搬送方向（矢印Ｐ方向）に対し下流側の領域Ａに配置することでセンサー出力値を安定化することができ、現像剤中のトナー濃度を精度よく検知することができることが確認された。

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、上記実施形態では回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径の異なる２種類の攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を選択的に使用することとしたが、回転軸２５ｂ、２６ｂの軸径の異なる３種類以上の攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６を選択的に使用することで、印字速度や現像剤寿命に応じたより適切な現像剤充填量の調整が可能となる。

また、上記実施形態では磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像式の現像装置３ａ～３ｄを例に挙げて説明したが、現像装置は二成分現像式に限定されるものではない。例えば、磁性トナーのみからなる磁性一成分現像剤を用いる一成分現像式の現像装置においても本発明を同様に適用可能である。

また、上記実施形態では攪拌搬送室２１と供給搬送室２２が仕切壁２０ａを挟んで並列に配置された現像容器２０を有する現像装置３ａ～３ｄについて説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、仕切壁を挟んで攪拌搬送室の上方に供給搬送室が配置された現像装置や、攪拌搬送室および供給搬送室に加えて、現像ローラー３１から剥離された現像剤を回収する回収搬送室を備えた現像装置等、攪拌搬送部材が配置される搬送室が１つ又は３つ以上の現像装置にも本発明を同様に適用可能である。

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。

本発明は、現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌搬送部材を備えた現像装置に利用することができる。本発明の利用により、印字速度や現像剤の寿命に応じて、現像容器内の現像剤充填率を減少させずに現像剤充填量を最適化できる現像装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

１ａ～１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
３ａ～３ｄ 現像装置
２０ 現像容器
２０ａ 仕切壁（仕切り部）
２０ｂ、２０ｃ 連通部
２１ 攪拌搬送室（第１搬送室）
２２ 供給搬送室（第２搬送室）
２５ 攪拌搬送スクリュー（第１攪拌搬送部材）
２６ 供給搬送スクリュー（第２攪拌搬送部材）
２５ａ、２６ａ 螺旋羽根（攪拌羽根）
２５ｂ、２６ｂ 回転軸
２５ｃ、２６ｃ 逆搬送部
２７ トナー濃度センサー
２８ 軸受部
３１ 現像ローラー（現像剤担持体）
３３ 規制ブレード
１００ 画像形成装置
Ｐａ～Ｐｄ 画像形成部

Claims (11)

1. トナーを含む現像剤を収容する現像容器と、
   前記現像容器内の前記トナーを表面に担持する現像剤担持体と、
   前記現像容器に回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸の外周面に形成される攪拌羽根と、を有し、現像容器内の前記現像剤を攪拌、搬送する攪拌搬送部材と、
   を備え、印字速度の異なる複数の画像形成装置に搭載可能な現像装置において、
   前記攪拌搬送部材は、前記回転軸の軸径が異なる複数種の前記攪拌搬送部材から選択して使用可能であり、
   前記印字速度が相対的に遅い前記画像形成装置に搭載する場合は、前記印字速度が相対的に速い前記画像形成装置に搭載する場合に比べて前記回転軸の軸径が太い前記攪拌搬送部材が選択されることを特徴とする現像装置。
2. トナーを含む現像剤を収容する現像容器と、
   前記現像容器内の前記トナーを表面に担持する現像剤担持体と、
   前記現像容器に回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸の外周面に形成される攪拌羽根と、を有し、現像容器内の前記現像剤を攪拌、搬送する攪拌搬送部材と、
   を備え、現像装置のユニット寿命の異なる複数の画像形成装置に搭載可能な現像装置において、
   前記攪拌搬送部材は、前記回転軸の軸径が異なる複数種の前記攪拌搬送部材から選択して使用可能であり、
   前記ユニット寿命が相対的に短い前記画像形成装置に搭載する場合は、前記ユニット寿命が相対的に長い前記画像形成装置に搭載する場合に比べて前記回転軸の軸径が太い前記攪拌搬送部材が選択されることを特徴とする現像装置。
3. トナーを含む現像剤を収容する現像容器と、
   前記現像容器内の前記トナーを表面に担持する現像剤担持体と、
   前記現像容器に回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸の外周面に形成される攪拌羽根と、を有し、現像容器内の前記現像剤を攪拌、搬送する攪拌搬送部材と、
   を備え、異なる複数色の画像に対応した複数の画像形成部を備えた画像形成装置の、前記複数の画像形成部にそれぞれ搭載可能な現像装置において、
   前記攪拌搬送部材は、前記回転軸の軸径が異なる複数種の前記攪拌搬送部材から選択して使用可能であり、
   前記トナーの消費量が相対的に少ない前記画像形成部に搭載する場合は、前記トナーの消費量が相対的に多い前記画像形成部に搭載する場合に比べて前記回転軸の軸径が太い前記攪拌搬送部材が選択されることを特徴とする現像装置。
4. イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色の画像に対応した４つの前記画像形成部にそれぞれ搭載可能であり、
   ブラックの画像に対応した前記画像形成部に搭載する場合は、ブラック以外の画像に対応した前記画像形成部に搭載する場合に比べて前記回転軸の軸径が細い前記攪拌搬送部材が選択されることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。
5. 複数種の前記攪拌搬送部材は、前記攪拌羽根の外径が同一であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の現像装置。
6. 複数種の前記攪拌搬送部材のうち、前記回転軸の軸径が最も細い前記攪拌搬送部材以外の前記攪拌搬送部材は、前記回転軸の軸方向端部の軸径が他の部分の軸径よりも細いことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記回転軸の軸径が最も細い前記攪拌搬送部材以外の前記攪拌搬送部材は、前記回転軸の軸方向端部の軸径が、前記回転軸の軸径が最も細い前記攪拌搬送部材の前記回転軸の軸径と同一であることを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
8. 前記攪拌搬送部材は、現像剤の搬送方向に対し下流側端部に、前記回転軸の外周面に形成された前記攪拌羽根と逆位相の攪拌羽根からなる逆搬送部を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の現像装置。
9. 前記現像容器は、第１搬送室と、仕切り部を挟んで前記第１搬送室と並列に配置される第２搬送室と、前記仕切り部の長手方向の両端部側で前記第１搬送室および前記第２搬送室を連通させる連通部と、を有し、
   前記攪拌搬送部材は、前記第１搬送室内の前記現像剤を攪拌しながら搬送する第１攪拌搬送部材と、前記第２搬送室内の前記現像剤を攪拌しながら前記第１攪拌搬送部材と逆方向に搬送する第２攪拌搬送部材と、を有し、
   前記現像剤担持体は、前記第２攪拌搬送部材の上方に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の現像装置。
10. 前記現像剤が、前記トナーと磁性キャリアとを含む二成分現像剤であり、
    前記現像容器内の前記二成分現像剤中のトナー濃度を検知するトナー濃度センサーを備え、
    前記トナー濃度センサーは、前記第１攪拌搬送室内の前記現像剤の搬送方向に対し前記第１攪拌搬送室の下流側に配置されることを特徴とする請求項９に記載の現像装置。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかの現像装置が搭載される画像形成装置。

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