JP7563014B2 - 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用いる現像装置およ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を含む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を含む二成分現像剤を収容し、像担持体に現像剤を供給する現像ローラー（現像剤担持体）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。

二成分現像方式の現像装置では、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する。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ＣＡＳＳ（Carrier Auto Streaming System）を備え、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。

ところで、現像剤は高湿環境になると嵩が減少し、低湿環境になると嵩が増加する傾向にあり、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。

例えば特許文献１には、現像装置内の現像剤を排出する排出口に向けて現像剤を排出する経路中に設けられた円板部に対して、排出方向上流側に設けられた返しスクリューの端部と円板部が接合されないように配置した現像装置が開示されている。この現像装置では、円板部と円板部の上流の搬送部との接合による現像剤の跳ね上げを抑制して現像剤排出量を安定させている。

特開２０１５－１１１５８号公報

特許文献１の方法では、現像容器内の現像剤の搬送速度や流動性が変化した際に、円板部付近の現像剤の流れが不安定になることがあり、現像容器内の現像剤の嵩が不安定になる可能性がある。そして、現像容器内の現像剤の嵩が低くなり過ぎると現像ローラーへの現像剤の供給量が不足し、画像濃度の低下や濃度ムラが発生するおそれがある。一方、現像容器内の現像剤の嵩が高くなり過ぎると補給されたトナーと現像剤との攪拌が不足し、トナーの帯電不良によりかぶり画像が発生するおそれがある。

本発明は、上記問題点に鑑み、現像剤の搬送速度や流動性が変化した場合でも現像容器内の現像剤の嵩の変化幅を小さくすることが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、第１攪拌搬送部材と、第２攪拌搬送部材と、を備える現像装置である。現像容器は、互いに並列配置される第１搬送室および第２搬送室と、第１搬送室および第２搬送室を長手方向に沿って区画する第１仕切壁と、第１仕切壁の両端部側で第１搬送室および第２搬送室を連通させる連通部と、磁性キャリアとトナーとを含む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部と、を有する。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１攪拌搬送部材は、回転軸と、回転軸の外周面に形成される第１搬送羽根とを有し、第１搬送室内の現像剤を第１方向に攪拌、搬送する。第２攪拌搬送部材は、回転軸と、回転軸の外周面に形成される第２搬送羽根とを有し、第２搬送室内の現像剤を第１方向と逆方向である第２方向に攪拌、搬送する。第２攪拌搬送部材は、規制部と、排出羽根と、を備える。規制部は、第２方向に対し第２搬送羽根の下流側に隣接して形成され、第２搬送羽根と逆方向に現像剤を搬送する搬送羽根で構成される。排出羽根は、第２方向に対し規制部の下流側に隣接して形成され、第２搬送羽根と同方向に現像剤を搬送して現像剤排出部から現像剤を排出する。連通部は、第１方向の下流側において第１搬送室から第２搬送室に現像剤を受け渡す第１連通部と、第２方向の下流側において第２搬送室から第１搬送室に現像剤を受け渡す第２連通部と、で構成される。現像容器は、第２方向に対し第２連通部の下流側において規制部に隣接して配置され、第１搬送室および規制部を区画する第２仕切壁を有する。第２仕切壁は、第１仕切壁に比べて高さが低く、第２仕切壁の上端部は第２攪拌搬送部材の回転軸の上端部と下端部の間に位置する。

本発明の第１の構成によれば、規制部に隣接する第２仕切壁が第１仕切壁に比べて高さが低く、第２仕切壁の上端部が第２攪拌搬送部材の回転軸の上端部と下端部の間に位置することにより、現像剤の搬送速度が速い場合は第１搬送室から第２仕切壁を乗り越えて規制部に戻される現像剤量を多くすることができる。従って、現像剤の搬送速度や流動性が変化した場合の現像容器内の現像剤の嵩変動による現像不良を抑制することができる。

本発明の現像装置３ａ～３ｄが搭載された画像形成装置１００の概略断面図 本発明の第１実施形態に係る現像装置３ａの側面断面図 第１実施形態の現像装置３ａの攪拌部を示す平面断面図 図３における現像剤排出部２０ｈ周辺の拡大図 図４における下流側連通部２０ｆ周辺を攪拌搬送室２１側から見た図 第１実施形態の現像装置３ａの、第１仕切壁２０ａを含む攪拌搬送室２１および供給搬送室２２の縦断面図 第１実施形態の現像装置３ａの、第２仕切壁２０ｃを含む攪拌搬送室２１および供給搬送室２２の縦断面図 本発明の第２実施形態に係る現像装置３ａの、第２仕切壁２０ｃを含む攪拌搬送室２１および供給搬送室２２の縦断面図 図８における第２仕切壁２０ｃの基端部周辺の部分拡大図

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３ａ～３ｄが搭載された画像形成装置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）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、さらに駆動手段（図示せず）により図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Ｐ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Ｐ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。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Ｐ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コンテナ４ａ～４ｄから各現像装置３ａ～３ｄにトナーおよびキャリアを含む現像剤が補給される。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Ｐ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Ｐ上に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐ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Ｐ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、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、画像形成装置１００に搭載される本発明の第１実施形態に係る現像装置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）が収容される現像容器２０を備えており、現像容器２０は第１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、コンテナ４ａ（図１参照）から供給されるトナーおよびキャリアを現像容器２０内の現像剤と混合して攪拌し、トナーを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。

攪拌搬送室２１内に配設される攪拌搬送スクリュー２５は、回転軸２５ａと、回転軸２５ａに一体に設けられ、回転軸２５ａの軸方向に一定のピッチで螺旋状に形成される第１搬送羽根２５ｂとを有する。回転軸２５ａは現像容器２０に回転可能に軸支されている。攪拌搬送スクリュー２５が回転することによって、攪拌搬送室２１内の現像剤を攪拌しながら所定方向（現像ローラー３１の軸方向の一方側）に搬送する。

供給搬送室２２内に配設される供給搬送スクリュー２６は、回転軸２６ａと、回転軸２６ａに一体に設けられ、第１搬送羽根２５ｂと同方向を向く（巻き方向が同一の）羽根で螺旋状に形成される第２搬送羽根２６ｂとを有する。回転軸２６ａは、攪拌搬送スクリュー２５の回転軸２５ａと平行に配置され、現像容器２０に回転可能に軸支されている。供給搬送スクリュー２６が回転することによって、供給搬送室２２内の現像剤を攪拌しながら攪拌搬送スクリュー２５と反対方向に搬送し、現像ローラー３１に供給する。

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、第１仕切壁２０ａの両端部に形成された上流側連通部２０ｅおよび下流側連通部２０ｆ（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、上流側連通部２０ｅ、下流側連通部２０ｆ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２０ｂ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。現像ローラー３１には、直流電圧に交流電圧を重畳した現像電圧が印加される。

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２７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２７の先端部と現像ローラー３１表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

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は第１実施形態の現像装置３ａの攪拌部を示す平面断面図（図２のＡＡ′矢視断面図）である。図４は、図３における現像剤排出部２０ｈ周辺の部分拡大図である。

現像容器２０には、攪拌搬送室２１、供給搬送室２２、第１仕切壁２０ａ、第２仕切壁２０ｃ、上流側連通部２０ｅ、および下流側連通部２０ｆが形成され、その他に、現像剤補給口２０ｇ、現像剤排出部２０ｈ、上流側壁部２０ｉ、および下流側壁部２０ｊ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、連通部および壁部は、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。

第１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。第２仕切壁２０ｃは、下流側壁部２０ｊの内壁面から突出し、規制部５２を構成する螺旋羽根の外周面に対向するように第１仕切壁２０ａの延長線上に形成されている。

第１仕切壁２０ａの長手方向の右側端部は、上流側壁部２０ｉの内壁部とともに上流側連通部２０ｅを形成する。一方、第１仕切壁２０ａの長手方向の左側端部は、第２仕切壁２０ｃとともに下流側連通部２０ｆを形成する。

現像剤補給口２０ｇは、現像容器２０の上部に設けられたコンテナ４ａ（図１参照）から新たなトナーおよびキャリアを現像容器２０内に補給するための開口であり、攪拌搬送室２１の上流側（図３の左側）に配置される。

現像剤排出部２０ｈは、現像剤の補給によって攪拌搬送室２１および供給搬送室２２内で余剰となった現像剤を排出する。現像剤排出部２０ｈは、供給搬送室２２の下流側端部に供給搬送室２２の長手方向に連続して設けられる。

攪拌搬送スクリュー２５は、攪拌搬送室２１の長手方向の両端部側まで延び、第１搬送羽根２５ｂは上流側連通部２０ｅおよび下流側連通部２０ｆにも対向して設けられている。回転軸２５ａは現像容器２０の上流側壁部２０ｉと下流側壁部２０ｊに回転可能に軸支されている。

供給搬送スクリュー２６は現像ローラー３１の軸方向長さ以上の長さを有し、更に、上流側連通部２０ｅに対向する位置まで延びている。回転軸２６ａは、攪拌搬送スクリュー２５の回転軸２５ａと平行に配置され、現像容器２０の上流側壁部２０ｉと現像剤排出部２０ｈに回転可能に軸支されている。供給搬送スクリュー２６の回転軸２６ａには、第２搬送羽根２６ｂとともに、規制部５２および排出羽根５３が一体に成型されている。

規制部５２は、供給搬送室２２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部２０ｈに搬送する。規制部５２は、回転軸２６ａに設けられる螺旋羽根からなり、第２搬送羽根２６ｂと逆方向を向く（逆巻きの）螺旋羽根で形成され、且つ、第２搬送羽根２６ｂの外径と略同じで第２搬送羽根２６ｂのピッチより小さく設定されている。また、規制部５２は、現像容器２０の内壁部との間に所定の隙間を形成している。この隙間を通過して余剰の現像剤が現像剤排出部２０ｈに移動する。

現像剤排出部２０ｈ内の回転軸２６ａには排出羽根５３が設けられている。排出羽根５３は、第２搬送羽根２６ｂと同じ方向を向く螺旋羽根からなり、第２搬送羽根２６ｂより螺旋羽根のピッチおよび外径が小さくなっている。回転軸２６ａ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部２０ｈ内に搬送された余剰現像剤は、図４の左側に送られて図示しない現像剤排出口より現像容器２０の外部に排出される。

現像容器２０の外壁面には、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２６ａに固着され、歯車６３は、現像容器２０に回転可能に保持されて、歯車６２、６４に噛合している。

現像駆動モーター（図示せず）によって歯車６１が回転すると、攪拌搬送スクリュー２５が回転する。攪拌搬送室２１内の現像剤は第１搬送羽根２５ｂによって主搬送方向（第１方向、矢印Ｐ方向）に搬送され、その後、上流側連通部２０ｅを通って供給搬送室２２内に搬送される。更に、歯車６２～６４を介して供給搬送スクリュー２６が回転すると、供給搬送室２２内の現像剤が第２搬送羽根２６ｂによって主搬送方向（第２方向、矢印Ｑ方向）に搬送される。新たに現像剤を補給していない現像時には、現像剤はその嵩を大きく変動させながら攪拌搬送室２１から上流側連通部２０ｅを通って供給搬送室２２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２０ｆを通って攪拌搬送室２１に搬送される。

このように現像剤は、攪拌搬送室２１から、上流側連通部２０ｅ、供給搬送室２２、および下流側連通部２０ｆ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。

次に、現像剤補給口２０ｇ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、コンテナ４ａから現像剤補給口２０ｇを介して攪拌搬送室２１内にトナーおよび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、攪拌搬送スクリュー２５によって、攪拌搬送室２１内を主搬送方向（矢印Ｐ方向）に搬送され、その後、上流側連通部２０ｅを通って供給搬送室２２内に搬送される。更に、供給搬送スクリュー２６によって、現像剤は供給搬送室２２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２６ａの回転に伴って規制部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２０ｇから補給された現像剤と同量）が規制部５２を乗り越えて、現像剤排出部２０ｈを介して現像容器２０の外部に排出される。

図４に示すように、供給搬送スクリュー２６は、第２搬送羽根２６ｂと規制部５２との間に円板５５が配置されている。円板５５は、第２搬送羽根２６ｂ、規制部５２、および排出羽根５３と共に合成樹脂によって回転軸２６ａと一体に成型される。

第２搬送羽根２６ｂによって主搬送方向（矢印Ｑ方向）に搬送される現像剤の搬送力が円板５５により塞き止められて一旦弱められる。そして、規制部５２により現像剤に逆方向の搬送力が付与されて現像剤を主搬送方向と逆方向に押し戻す。即ち、円板５５は供給搬送室２２から規制部５２に向かう現像剤の搬送力（圧力）を低減する役割を果たしている。その結果、規制部５２および下流側連通部２０ｆへ移動する現像剤面の波立ち（変動）が抑制され、現像剤の搬送速度に係わらず規制部５２付近にほぼ一定量の現像剤を滞留させることができる。

そして、現像剤補給口２０ｇから現像剤が補給され、現像容器２０内の現像剤の嵩が増加すると、規制部５２の上流側に滞留する現像剤が円板５５および規制部５２を乗り越えて排出羽根５３（現像剤排出部２０ｈ）に移動し、現像剤排出部２０ｈから余剰の現像剤が排出される。現像剤排出部２０ｈからの現像剤の排出が収まった時点で現像容器２０内の現像剤の嵩が安定する。嵩が安定したときの現像剤の体積を安定体積とする。

本発明の画像形成装置１００では、搬送される転写紙Ｐの厚みや種類、出力画像の種類に応じてプロセス速度が二段階に切り換えられる。即ち、転写紙Ｐが普通紙である場合や文字原稿を出力する場合は通常の駆動速度（以下、全速モードという）で画像形成処理が行われ、転写紙Ｐが厚紙である場合や写真画像を出力する場合は通常よりも低速（以下、減速モードという）で画像形成処理が行われる。これにより、転写紙Ｐとして厚紙を用いる場合や写真画像を出力する場合に十分な定着時間を確保して画質を向上させることができる。

上述したように全速モードと減速モードとの切り換えが行われると、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度も変化するため、現像容器２０内の現像剤の搬送速度が急激に変化する。その結果、現像容器２０内で現像剤の偏りが生じて現像剤の嵩（現像剤面）が変動するため、現像剤排出部２０ｈから排出される現像剤量も変化し、現像容器２０内の現像剤量が変化する。

具体的には、現像剤の搬送速度（攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度）が速くなると、現像容器２０内の現像剤の重量が一定であっても現像剤の嵩は高くなる。例えば、現像剤の搬送速度を速くすると、現像剤が規制部５２の下流側に到達する前に供給搬送室２２側から下流側連通部２０ｆを通過して攪拌搬送室２１側に受け渡される場合がある。その結果、規制部５２に到達する現像剤が減少し、現像剤排出部２０ｈから現像剤が排出されにくくなってしまう。本実施形態では、規制部５２に隣接して配置される第２仕切壁２０ｃの高さを調整することで、現像剤の排出量を調整する。

図５は、図４における下流側連通部２０ｆ周辺を攪拌搬送室２１側から見た図である。図６は、第１実施形態の現像装置３ａの、第１仕切壁２０ａを含む攪拌搬送室２１および供給搬送室２２の縦断面図（図４のＢＢ′矢視断面図）である。図５および図６に示すように、第１仕切壁２０ａは攪拌搬送室２１および供給搬送室２２の上面まで延在しており、攪拌搬送室２１および供給搬送室２２を長手方向（図５の左右方向、図６の紙面と垂直な方向）に沿って完全に区画している。

図７は、第１実施形態の現像装置３ａの、第２仕切壁２０ｃを含む攪拌搬送室２１および供給搬送室２２の縦断面図（図４のＣＣ′矢視断面図）である。図５および図７に示すように、第２仕切壁２０ｃは第１仕切壁２０ａよりも低く、第２仕切壁２０ｃの上端部と、現像容器２０（攪拌搬送室２１および供給搬送室２２）の内面との間には間隔（クリアランス）ｄが形成されている。

供給搬送室２２から下流側連通部２０ｆを通過して攪拌搬送室２１に受け渡された現像剤の流れは、攪拌搬送スクリュー２５の第１搬送羽根２５ｂによって主搬送方向（矢印Ｐ方向）に向かう流れ（図４の白矢印で表示）が主流である。しかし、下流側連通部２０ｆ付近は攪拌搬送スクリュー２５の搬送力が作用し難いため、主搬送方向に対し攪拌搬送室２１の上流側端部（図４の左端部）に現像剤の一部が滞留する。

現像剤の搬送速度が速い場合においては、供給搬送室２２から攪拌搬送室２１に受け渡される現像剤の量が増加し、供給搬送室２２と円板５５との隙間を乗り越えて規制部５２に到達する現像剤量が減少する。そこで、攪拌搬送室２１の上流側端部付近に滞留する現像剤が、搬送速度が速い場合のみ第２仕切壁２０ｃを乗り越えて供給搬送室２２（規制部５２）に戻されるように第２仕切壁２０ｃの高さを調整する。即ち、搬送速度が速い場合に規制部５２に到達する現像剤量を増加させる。これにより、現像剤の搬送速度に係わらず規制部５２に到達する現像剤量を一定にすることができ、現像剤排出量のバラツキを抑えて現像容器２０内の現像剤の嵩を安定させることができる。

第２仕切壁２０ｃを乗り越えて規制部５２に戻される現像剤量を調整するためには第２仕切壁２０ｃの高さの調整が重要となる。第２仕切壁２０ｃを高くしすぎると間隔ｄが小さくなり、攪拌搬送スクリュー２５で跳ね上げられた現像剤が攪拌搬送室２１の上面に当たり、第２仕切壁２０ｃを乗り越えずに落下する。一方、第２仕切壁２０ｃを低くしすぎると攪拌搬送室２１、供給搬送室２２の区画がなくなり、下流側連通部２０ｆ付近での現像剤の滞留が増加するおそれがある。また、現像装置３ａの小型化の観点から間隔ｄは最小限にすることが好ましいが、搬送速度が速い場合でも現像剤が攪拌搬送室２１の上面に当たらないように間隔ｄを設定する必要がある。

本実施形態では、図７に示すように第２仕切壁２０ｃの上端部が供給搬送スクリュー２６の回転軸２６ａの上端部Ｌ１と下端部Ｌ２の間に位置するようにすることで、間隔ｄの大きさを一定範囲に規定している。

なお、本実施形態では攪拌搬送スクリュー２５の回転軸２５ａおよび供給搬送スクリュー２６の回転軸２６ａの外径が等しく、且つ、回転軸２５ａと回転軸２６ａの高さ方向の位置が等しくなるように配置されている。そのため、回転軸２５ａと回転軸２６ａの上端部と下端部は同一の高さとなっている。但し、この構成に限定されるものではなく、回転軸２５ａと回転軸２６ａの外径および高さ方向の位置が異なる構成であってもよい。

図８は、本発明の第２実施形態に係る現像装置３ａの、第２仕切壁２０ｃを含む攪拌搬送室２１および供給搬送室２２の縦断面図である。図９は、図８における第２仕切壁２０ｃの基端部周辺の部分拡大図である。本実施形態では、供給搬送室２２の底面から第２仕切壁２０ｃに向かう傾斜面６０の角度を規定している。第２仕切壁２０ｃの高さを含む現像装置３ａの他の部分の構成は第１実施形態と同様である。

具体的には、図９に示すように、供給搬送室２２の内面の最下点Ｐ１から第２仕切壁２０ｃに向かう昇り勾配の傾斜面６０の、水平面Ｓに対する最大傾斜角θ１を一定範囲とする。これにより、供給搬送室２２から第２仕切壁２０ｃを乗り越えて攪拌搬送室２１に向かう現像剤の流れを調整し、現像剤の流動性が変化した場合であっても下流側連通部２０ｆ付近での現像剤の滞留を安定化することができる。

最大傾斜角θ１は、使用する現像剤の流動性（嵩比重）によって調整可能であるが、最大傾斜角θ１が小さくなると、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６の攪拌速度が速い場合に規制部５２から第２仕切壁２０ｃを越えて攪拌搬送室２１へ受け渡される現像剤の移動速度が減少し、現像容器２０内の現像剤量が減少する傾向となる。最大傾斜角θ１が大きくなると、攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６の攪拌速度が遅い場合に規制部５２から第２仕切壁２０ｃを越えて攪拌搬送室２１へ受け渡される現像剤の移動速度が上昇し、現像容器２０内の現像剤量が増加する傾向となる。後述する実施例から明らかなように、最大傾斜角θは３０°以上６０°以下とすることが好ましく、４５°とすることがより好ましい。

なお、本実施形態では、傾斜面６０の最大傾斜角θ１と、攪拌搬送室２１の内面の最下点Ｐ２から第２仕切壁２０ｃに向かう昇り勾配の傾斜面６１の最大傾斜角θ２とが等しくなっている。但し、この構成に限定されるものではなく、傾斜面６０の最大傾斜角θ１と傾斜面６１の最大傾斜角θ２が異なる構成であってもよい。

その他本発明は、上記各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。上記各実施形態では図２に示したような現像ローラー３１を備えた現像装置３ａ～３ｄを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、現像剤を担持する磁気ローラーを設け、磁気ローラーから現像ローラー３１にトナーのみを移動させてトナー層を形成し、現像ローラー３１上のトナー層を用いて静電潜像を現像する現像装置等、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。

また、上記各実施形態では、現像剤排出部２０ｈの上流側において現像剤を滞留させるために、供給搬送スクリュー２６に第２搬送羽根２６ｂと逆巻きの螺旋羽根からなる規制部５２と円板５５とを設けているが、規制部５２の構成はこれに限定されるものではない。例えば、円板５５を設けずに規制部５２のみを設けてもよいし、規制部５２と複数の円板５５との組み合わせや、規制部５２を複数の円板のみで構成してもよい。

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詳細に説明する。

図１に示すような画像形成装置１００において、現像剤の搬送速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および現像装置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４～図７に示したような、第２仕切壁２０ｃを第１仕切壁２０ａよりも低くして第２仕切壁２０ｃと現像容器２０の内面との間に間隔ｄを設け、第１仕切壁２０ｃの上端部を回転軸２５ａ、２６ａの上端部Ｌ１と下端部Ｌ２の間に配置した第１実施形態の現像装置３ａを本発明１とし、第１仕切壁２０ａと第２仕切壁２０ｃの高さが等しい現像装置３ａを比較例１とした。

本発明１および比較例１の現像装置３ａの現像容器２０に、それぞれ現像剤（トナー濃度６％）１７５ｃｃを充填し、常温常湿環境下（２５℃、５０％）で攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度（攪拌速度）を１３９ｒｐｍ、２７８ｒｐｍ、４４９ｒｐｍの３水準に変化させて現像装置３ａを駆動し、現像剤を攪拌搬送した。現像剤排出部２０ｈからの現像剤の排出が収まった時点で現像容器２０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１および比較例１に用いる攪拌搬送スクリュー２５の第１搬送羽根２５ｂ、供給搬送スクリュー２６の第２搬送羽根２６ｂは、外径が１８ｍｍの螺旋羽根であり、第１仕切壁２０ａの高さは１５ｍｍである。また、規制部５２は、外径１８ｍｍの２枚の逆巻きの螺旋羽根で構成されており、排出羽根５３は、外径８ｍｍの螺旋羽根である。第１搬送羽根２５ｂ、規制部５２、排出羽根５３と現像容器２０の内面との間隔は１．５ｍｍである。第１仕切壁２０ａの高さは１５ｍｍである。

本発明１の現像装置３ａにおける第２仕切壁２０ｃの高さは８ｍｍであり、第２仕切壁２０ｃの上端部と現像容器２０の内面との間隔ｄは７ｍｍである。比較例１の現像装置３ａにおける第２仕切壁２０ｃの高さは第１仕切壁２０ａと同様に１５ｍｍである。

現像剤量の測定方法は、本発明１および比較例の現像装置３ａを試験機に搭載し、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度（攪拌搬送室２１、供給搬送室２２内の現像剤の搬送速度）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。攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度と安定体積との関係を表１に示す。

表１から明らかなように、第１仕切壁２０ａの高さを１５ｍｍ、第２仕切壁２０ｃの高さを８ｍｍとした本発明１では、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度を変化させた場合でも安定体積のばらつきは小さかった。

これに対し、第１仕切壁２０ａおよび第２仕切壁２０ｃの高さを共に１５ｍｍとした比較例１では、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度が大きくなるにつれて安定体積が大きくなった。以上の結果より、本発明１の現像装置３ａでは、現像剤の搬送速度が変化した場合でも現像剤の安定体積を一定に維持することができ、現像剤の嵩不足や嵩過剰による現像不良等の発生を効果的に抑制できることが確認された。

現像剤の流動性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、試験は実施例１と同様に感光体ドラム１ａおよび現像装置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８、図９に示したような、第２仕切壁２０ｃを第１仕切壁２０ａよりも低くして第２仕切壁２０ｃと現像容器２０の内面との間に間隔ｄを設け、第１仕切壁２０ｃの上端部を回転軸２５ａ、２６ａの上端部Ｌ１と下端部Ｌ２の間に配置するとともに、傾斜面６０の最大傾斜角θ１を３０°、４５°とした第２実施形態の現像装置３ａを本発明２、３とした。また、第１仕切壁２０ａと第２仕切壁２０ｃの高さが等しく、傾斜面６０の最大傾斜角θ１が３０°である現像装置３ａを比較例２とした。

現像剤の流動性は、嵩比重が大きいものほど流動性が高く、嵩比重が小さいものほど流動性が低いことが知られている。そこで、ここでは現像剤の流動性の基準として嵩比重を用いた。

本発明２、３および比較例２の現像装置３ａの現像容器２０に、それぞれ嵩比重が１．７８、１．８８、１．９７である３種類の現像剤１７５ｃｃを充填し、常温常湿環境下（２５℃、５０％）で攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度を１３９ｒｐｍ、２７８ｒｐｍ、４４９ｒｐｍの３水準に変化させて現像装置３ａを駆動し、現像剤を攪拌搬送した。現像剤排出部２０ｈからの現像剤の排出が収まった時点で現像容器２０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２、３の現像装置３ａにおける第２仕切壁２０ｃの高さは８ｍｍであり、第２仕切壁２０ｃの上端部と現像容器２０の内面との間隔ｄは７ｍｍである。比較例２の現像装置３ａにおける第２仕切壁２０ｃの高さは第１仕切壁２０ａと同様に１５ｍｍである。攪拌搬送スクリュー２５および供給搬送スクリュー２６の構成、現像剤量の測定方法は実施例１と同様とした。結果を表２に示す。

表２から明らかなように、第１仕切壁２０ａの高さを１５ｍｍ、第２仕切壁２０ｃの高さを８ｍｍとし、最大傾斜角θ１を３０°、４５°とした本発明２、３では、現像剤の嵩比重に関係なく、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度を変化させた場合の安定体積の差が５ｃｃ以下であり、ばらつきは小さかった。

特に、最大傾斜角θ１を４５°とした本発明３では、現像剤の流動性が最も低い嵩比重が１．７８であるときの安定体積の差が３ｃｃであり、現像剤の流動性および攪拌速度の変化に対する安定性がより向上することが認められた。

これに対し、第１仕切壁２０ａおよび第２仕切壁２０ｃの高さを共に１５ｍｍとし、最大傾斜角θ１を３０°とした比較例２では、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度を変化させた場合の安定体積の差が１０ｃｃ以上であり、ばらつきが大きかった。

現像容器２０の傾斜面６０の最大傾斜角θ１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、試験は実施例１、２と同様に感光体ドラム１ａおよび現像装置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、実施例２で使用した傾斜面６０の最大傾斜角θ１を３０°、４５°とした現像装置３ａを本発明２、３、最大傾斜角θ１を６０°とした以外は本発明２、３の現像装置３ａと同一の現像装置３ａを本発明４とした。また、最大傾斜角θ１を１５°および７５°とした以外は本発明２、３の現像装置３ａと同一の現像装置３ａを比較例３、４とした。

本発明２～４および比較例３、４の現像装置３ａの現像容器２０に、それぞれ嵩比重が１．８８である現像剤１７５ｃｃを充填し、常温常湿環境下（２５℃、５０％）で攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度を１３９ｒｐｍ、２７８ｒｐｍ、４４９ｒｐｍの３水準に変化させて現像装置３ａを駆動し、現像剤を攪拌搬送した。現像剤排出部２０ｈからの現像剤の排出が収まった時点で現像容器２０内に存在する現像剤量（安定重量、安定体積）を測定した。現像剤量の測定方法は実施例１と同様とした。結果を表３に示す。

表３から明らかなように、最大傾斜角θ１が３０°、４５°、６０°である本発明２～４では、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度を変化させた場合の安定体積の差がいずれも３ｃｃであり、ばらつきは小さかった。

これに対し、最大傾斜角θ１が１５°である比較例３では、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度を変化させた場合の安定体積の差が５ｃｃ、最大傾斜角θ１が７５°である比較例４では、攪拌搬送スクリュー２５、供給搬送スクリュー２６の回転速度を変化させた場合の安定体積の差が９ｃｃであり、ばらつきが大きかった。

本発明は、トナーとキャリアとを含む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およびそれを備えた画像形成装置に利用可能である。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およ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（像担持体）
３ａ～３ｄ 現像装置
２０ 現像容器
２０ａ 第１仕切壁
２０ｃ 第２仕切壁
２２ｅ 上流側連通部（第１連通部）
２０ｆ 下流側連通部（第２連通部）
２０ｇ 現像剤補給口
２０ｈ 現像剤排出部
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）
３１ 現像ローラー（現像剤担持体）
５２ 規制部
５３ 排出羽根
５５ 円板
６０、６１ 傾斜面
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. 互いに並列配置される第１搬送室および第２搬送室と、
   前記第１搬送室および前記第２搬送室を長手方向に沿って区画する第１仕切壁と、
   前記第１仕切壁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、
   磁性キャリアとトナーとを含む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、余剰の前記現像剤が排出される現像剤排出部と、を有する現像容器と、
   前記現像容器に回転可能に支持され、前記第２搬送室内の前記現像剤を表面に担持する現像剤担持体と、
   回転軸と、前記回転軸の外周面に形成される第１搬送羽根とを有し、前記第１搬送室内の前記現像剤を第１方向に攪拌、搬送する第１攪拌搬送部材と、
   回転軸と、前記回転軸の外周面に形成される第２搬送羽根とを有し、前記第２搬送室内の前記現像剤を前記第１方向と逆方向である第２方向に攪拌、搬送する第２攪拌搬送部材と、
   を備え、
   前記第２攪拌搬送部材は、
   前記第２方向に対し前記第２搬送羽根の下流側に隣接して形成され、前記第２搬送羽根と逆方向に前記現像剤を搬送する搬送羽根で構成される規制部と、
   前記第２方向に対し前記規制部の下流側に隣接して形成され、前記第２搬送羽根と同方向に現像剤を搬送して前記現像剤排出部から前記現像剤を排出する排出羽根と、
   を備える現像装置において、
   前記連通部は、前記第１方向の下流側において前記第１搬送室から前記第２搬送室に前記現像剤を受け渡す第１連通部と、前記第２方向の下流側において前記第２搬送室から前記第１搬送室に前記現像剤を受け渡す第２連通部と、で構成され、
   前記現像容器は、前記第２方向に対し前記第２連通部の下流側において前記規制部に隣接して配置され、前記第１搬送室および前記規制部を区画する第２仕切壁を有し、
   前記第２仕切壁は、前記第１仕切壁に比べて高さが低く、前記第２仕切壁の上端部は前記第２攪拌搬送部材の回転軸の上端部と下端部の間に位置し、
   前記第２連通部は、前記現像容器の底面と同一の高さから上面に亘って連続的に開口し、前記第１仕切壁および前記第２仕切壁は、それぞれ前記第２連通部を挟んで前記底面から独立して立設されており、
   前記第１攪拌搬送部材および前記第２攪拌搬送部材の回転速度が所定速度以上のとき、前記第２搬送室から前記第１搬送室に受け渡された前記現像剤が前記第２仕切壁を乗り越えて前記規制部に戻されることを特徴とする現像装置。
2. 前記第２搬送室の内面の最下点から前記第２仕切壁に向かう傾斜面の、水平面に対する最大傾斜角が３０°以上６０°以下であ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攪拌搬送部材および前記第２攪拌搬送部材の回転速度を複数段階に切り換え可能であ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. 静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体上に形成された前記静電潜像をトナー像に現像する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置と、
   を含み、記録媒体に画像を形成する画像形成部を備えた画像形成装置。

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