(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に供給される現像剤が攪拌を受けつつ循環する循環路と、
前記循環路に少なくともキャリアを補給するキャリア補給手段と、
前記循環路に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸のまわりに螺旋状に形成された羽根部と、を備えた現像剤を搬送するスクリューと、
前記スクリューに沿って設けられ、前記循環路を循環する現像剤の一部がオーバーフローして排出される排出口と、を備えた現像装置において、
前記スクリューは、前記スクリューの回転軸線方向に関して、少なくとも前記排出口と対向する領域に、前記回転軸から突出する突出部が前記回転軸と共に回転可能に形成され、
前記突出部は、回転に伴い前記回転軸線方向に交差する方向に現像剤を搬送可能な現像剤搬送面に平面部を有し、前記回転軸からの突出量が前記羽根部よりも小さく形成されて、かつ、前記回転軸と直交する断面に関して、前記回転軸の近傍における前記突出部の断面の幅が、前記突出部の先端における前記突出部の断面の幅よりも大きくなるように形成されている、
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記平面部は、前記回転軸側の接線に対して平行である、
ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記突出部は、前記回転軸線方向に交差する第一方向に突出すると共に、前記第一方向と反対方向に突出するように形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記スクリューの一回転を通じた前記突出部の先端の最大高さは、前記排出口の下縁よりも低い、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
重力加速度をｇとし、前記スクリューの回転中心から前記突出部の先端までの距離をＲとし、前記スクリューの角速度をωとし、前記スクリューの回転中心から前記排出口の下縁までの高さをＨｓとするとき、
０＜ｇ／Ｒω２≦１
かつ、
（ｇ／２）ω２＋（Ｒω）２／２ｇ＜Ｈｓ
の関係式を満たす、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記羽根部は、前記領域に形成されずに、前記領域に対して前記回転軸線方向に５ピッチ以内に隣接する領域に形成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項７】
トナーとキャリアを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に供給される現像剤が攪拌を受けつつ循環する循環路と、
前記循環路に少なくともキャリアを補給するキャリア補給手段と、
前記循環路に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸のまわりに螺旋状に形成された羽根部と、を備えた現像剤を搬送するスクリューと、
前記スクリューに沿って設けられ、前記循環路を循環する現像剤の一部がオーバーフローして排出される排出口と、を備えた現像装置において、
前記スクリューは、前記スクリューの回転軸線方向に関して、少なくとも前記排出口と対向する領域に、前記回転軸から突出する突出部が前記回転軸と共に回転可能に形成され、
前記突出部は、前記羽根部よりも前記回転軸からの突出量が小さく、かつ、前記スクリューの１ピッチあたりにおける前記突出部の前記回転軸線方向の搬送力が、ゼロ又は前記スクリューの１ピッチあたりにおける前記羽根部の前記回転軸線方向の搬送力よりも小さくなるように形成され、前記スクリューの一回転を通じた前記突出部の先端の最大高さが前記排出口の下縁よりも低い、
ことを特徴とする現像装置。
【請求項８】
トナーとキャリアを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に供給される現像剤が攪拌を受けつつ循環する循環路と、
前記循環路に少なくともキャリアを補給するキャリア補給手段と、
前記循環路に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸のまわりに螺旋状に形成された羽根部と、を備えた現像剤を搬送するスクリューと、
前記スクリューに沿って設けられ、前記循環路を循環する現像剤の一部がオーバーフローして排出される排出口と、を備えた現像装置において、
前記スクリューは、前記スクリューの回転軸線方向に関して、少なくとも前記排出口と対向する領域に、前記回転軸から突出する突出部が前記回転軸と共に回転可能に形成され、
前記突出部は、前記羽根部よりも前記回転軸からの突出量が小さく、かつ、前記スクリューの１ピッチあたりにおける前記突出部の前記回転軸線方向の搬送力が、ゼロ又は前記スクリューの１ピッチあたりにおける前記羽根部の前記回転軸線方向の搬送力よりも小さくなるように形成され、
重力加速度をｇとし、前記スクリューの回転中心から前記突出部の先端までの距離をＲとし、前記スクリューの角速度をωとし、前記スクリューの回転中心から前記排出口の下縁までの高さをＨｓとするとき、
０＜ｇ／Ｒω２≦１
かつ、
（ｇ／２）ω２＋（Ｒω）２／２ｇ＜Ｈｓ
の関係式を満たす、
ことを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤の循環路の側壁に現像剤をオーバーフローさせる排出口が設けられた現像装置、詳しくは現像剤の流動性が低下しても排出口から過剰に現像剤が排出されないで済む構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体に形成された静電像を、現像装置がトナーとキャリアを含む現像剤によってトナー像に現像し、トナー像を記録材に転写した後に加熱加圧して画像を記録材に定着させる画像形成装置が広く用いられている。現像装置は、現像容器内の循環路において、スクリュー部材を回転させて現像剤を攪拌しつつ搬送することにより、トナーとキャリアを摩擦帯電させている。
【０００３】
トナーとキャリアを含む現像剤は、画像形成によって消費されないキャリアが現像容器内で摩擦を受けつつ循環し続けることにより、次第にキャリアの帯電性能が低下してしまう。このため、現像容器に新しいキャリアを補給する一方で、循環路に設けた排出口を通じて、搬送される現像剤の一部をオーバーフローさせて排出することにより、現像剤中のキャリアの平均的な帯電性能を確保している（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、温度湿度の変化やトナー消費量の変化（画像濃度の変化）に伴って循環路における現像剤の流動性が変化し、これにより、排出口からオーバーフローする現像剤量が変化して現像容器内の現像剤量が安定しないことが記載されている。そして、この課題を解決するために、スクリュー部材の排出口に沿った領域に隣接する現像剤搬送方向上流側の領域について、その下流側の領域よりもスクリュー部材の搬送性能を低下させている。
【０００５】
しかし、近年、現像装置の小型化に伴って現像容器に充填される現像剤容量が減る一方で、スクリュー部材の回転速度が高められた結果、排出口に沿った領域の螺旋羽根の回転に伴って排出口から掻き出される現像剤が増えている。そして、掻き出される量が現像剤の流動性に影響を受けるため、特許文献１の構成でも、十分に現像容器内の現像剤量を安定させることができなくなっている。
【０００６】
そこで、特許文献２に示されるように、スクリュー部材の排出口に沿った領域について、螺旋羽根を除去する、あるいは小径化することによって、排出口から掻き出される現像剤そのものを減らすことが提案された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２６４５１１号公報
【特許文献２】特開２０００−１１２２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
スクリュー部材の排出口に沿った領域について、螺旋羽根を除去したり、螺旋羽根を小径化したりすると、スクリュー羽根の排出口に沿った領域で螺旋羽根による掻き出しが解消されるため、排出口から排出される現像剤量の時間的な変動量は少なくなる。
【０００９】
しかし、特許文献１に指摘されているように、温度湿度が高まったり、現像剤の劣化が進んだりして、現像剤の流動性が低下すると、排出口から排出される現像剤量が不規則に変動し始める。そして、まとまった量の現像剤が排出されると、その後しばらくは、現像容器内の現像剤量が必要量を割り込んで現像性能が低下する。
【００１０】
現象的に説明すると、螺旋羽根を除去したり、螺旋羽根を小径化したりすると、スクリュー羽根の排出口に沿った領域の搬送性能は、現像剤搬送方向の上流側の部分に比較して低下する。このため、現像剤が渋滞して排出口の上流側で盛り上がる。現像剤の流動性が低下すると、いわゆる安息角が大きくなって、現像剤の盛り上がりが自重で崩れにくくなる。このため、排出口に沿って現像剤の盛り上がりが下流側へ搬送されて排出口から間欠的に崩れ落ちるように排出され易くなる。
【００１１】
本発明は、現像剤の流動性が低下しても、排出口に沿って搬送される現像剤の盛り上がりが抑制されて排出口から不安定に排出されにくくなって、現像容器内の現像剤量の大きな変動を回避できる現像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の現像装置は、トナーとキャリアを含む現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に供給される現像剤が攪拌を受けつつ循環する循環路と、前記循環路に少なくともキャリアを補給するキャリア補給手段と、前記循環路に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸のまわりに螺旋状に形成された羽根部と、を備えた現像剤を搬送するスクリューと、前記スクリューに沿って設けられ、前記循環路を循環する現像剤の一部がオーバーフローして排出される排出口と、を備えた現像装置において、前記スクリューは、前記スクリューの回転軸線方向に関して、少なくとも前記排出口と対向する領域に、前記回転軸から突出する突出部が前記回転軸と共に回転可能に形成され、前記突出部は、回転に伴い前記回転軸線方向に交差する方向に現像剤を搬送可能な現像剤搬送面に平面部を有し、前記回転軸からの突出量が前記羽根部よりも小さく形成されて、かつ、前記回転軸と直交する断面に関して、前記回転軸の近傍における前記突出部の断面の幅が、前記突出部の先端における前記突出部の断面の幅よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の現像装置では、排出口と対向する領域に回転軸からの突出量が羽根部よりも小さい突出部が形成されるため、回転に伴う排出口を通じた現像剤の跳ね上げが生じにくい。更に、突出部は前記領域の現像剤を剤面下で、回転方向の搬送能力が隣接領域よりも高くなっているため、排出口対向部で現像剤を局所的に攪拌もしくは加振して一時的に現像剤の流動性を回復させることができる。このため、現像剤の安息角が小さくなって現像剤の盛り上がりが下流側に向かって自重で崩れ易くなり、排出口に沿った領域の上流側に現像剤の盛り上がりが形成されにくくなる。また、突出部は、回転軸と直交する断面に関して、回転軸の近傍における突出部の断面の幅が、突出部の先端における突出部の断面の幅よりも大きくなるように形成されている。そのため、回転軸の近傍において現像剤が滞留し難くなるので、現像剤を均す高い効果が得られる。
【００１４】
したがって、現像剤の流動性が低下しても、排出口に沿って搬送される現像剤の盛り上がりが抑制されて排出口から不安定に排出されにくくなって、現像容器内の現像剤量の大きな変動を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】現像装置の構成の説明図である。
【図３】現像装置における現像剤の循環経路の説明図である。
【図４】流動性の違う現像剤における比較例１の第一搬送スクリューの動作の説明図である。
【図５】比較例１の第一搬送スクリューを用いた場合の現像剤排出特性の説明図である。
【図６】流動性の違う現像剤における比較例２の第一搬送スクリューの動作の説明図である。
【図７】比較例２の第一搬送スクリューに沿った現像剤の流れの説明図である。
【図８】実施例１の第一搬送スクリューの構成の説明図である。
【図９】リブの長さの説明図である。
【図１０】実施例１の第一搬送スクリューにおけるリブの効果の説明図である。
【図１１】実施例２の第一搬送スクリューの構成の説明図である。
【図１２】リブの傾斜面の傾き角度と排出／攪拌性能の関係の説明図である。
【図１３】実施例３の第一搬送スクリューの構成の説明図である。
【図１４】リブの傾斜面の傾き角度と排出／攪拌性能の関係の説明図である。
【図１５】実施例４の第一搬送スクリューの構成の説明図である。
【図１６】実施例５の第一搬送スクリューの均し部材の説明図である。
【図１７】実施例５の第一搬送スクリューの均し部材の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、スクリュー部材の現像剤排出口に沿った領域で螺旋羽根による搬送に代えてリブによる攪拌を行う限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１７】
従って、二成分現像剤を用いる現像装置であれば、現像室と攪拌室を水平に並べて配置する横型のみならず、現像室と攪拌室を縦方向に並べて配置する縦型の現像装置でも実施できる。現像剤担持体を１本用いる現像装置のみならず、２本、３本用いる現像装置でも実施できる。
【００１８】
画像形成装置は、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型／直接転写型、モノクロ／フルカラーの区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。
【００１９】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配置したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。電子写真方式によってフルカラーやマルチカラー画像を形成する画像形成装置には、発色性や混色性といった観点から、殆どの現像装置がトナーとキャリアを混合した二成分現像剤を使用している。
【００２０】
画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト５に一次転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５に一次転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト５に一次転写される。中間転写ベルト５に担持された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ二次転写される。
【００２１】
中間転写ベルト５は、テンションローラ６１と駆動ローラ６３と対向ローラ６２に掛け渡して支持され、駆動ローラ６３に駆動されて矢印Ｒ２方向に回転する。二次転写ローラ１０は、対向ローラ６２によって内側面を支持された中間転写ベルト５に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。
【００２２】
記録材カセット１２から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ１３で１枚ずつに分離して、レジストローラ１４へ送り出される。レジストローラ１４は、中間転写ベルト５のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを送り出す。トナー像と重ねて記録材Ｐが二次転写部Ｔ２を挟持搬送される過程で、二次転写ローラ１０に電圧が印加されることにより、フルカラートナー像が中間転写ベルト５から記録材Ｐへ二次転写される。中間転写ベルト５の表面に残った転写残トナーは、ベルトクリーニング装置１８によって回収される。
【００２３】
四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、中間転写ベルト５から曲率分離して定着装置１６へ送り込まれ、加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、排出トレイ１７へ排出される。
【００２４】
画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的に同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、説明中の構成部材に付した符号の末尾のａをｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。
【００２５】
画像形成部Ｐａは、感光ドラム１ａの周囲に、コロナ帯電器２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、転写ローラ６ａ、ドラムクリーニング装置１９ａを配置している。感光ドラム１ａは、帯電極性が負極性の感光層をアルミニウムシリンダの基体上に形成して構成され、矢印Ｒ１方向に回転する。コロナ帯電器２ａは、コロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム１ａの表面を、負極性の暗部電位ＶＤに一様に帯電する。
【００２６】
露光装置３ａは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、感光ドラム１ａの表面に画像の静電像を書き込む。暗部電位ＶＤに帯電した感光ドラム１ａの表面電位が露光を受けて明部電位ＶＬに低下することで、負極性に帯電したトナーが付着可能となる。現像装置４ａは、後述するように、感光ドラム１ａに形成された静電像を現像してトナー像を形成する。転写ローラ６ａは、中間転写ベルト５の内側面を押圧して、感光ドラム１ａと中間転写ベルト５の間に一次転写部を形成する。一次転写ローラ６ａに電圧を印加することにより、感光ドラム１ａに担持されたトナー像が中間転写ベルト５へ一次転写される。
【００２７】
ドラムクリーニング装置１９ａは、感光ドラム１ａにクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト５への一次転写を逃れて感光ドラム１ａに残った転写残トナーを回収する。
【００２８】
＜現像装置＞
図２は現像装置の構成の説明図である。図３は現像装置における現像剤の循環経路の説明図である。
【００２９】
図２に示すように、循環路の一例である現像室２３は、現像スリーブ２８に供給される現像剤が攪拌を受けつつ循環する。スクリュー部材の一例である第一搬送スクリュー２５の回転に伴って現像室２３の現像剤が一方向に搬送される。現像剤担持体の一例である現像スリーブ２８は、トナーとキャリアを含む現像剤を担持する。
【００３０】
現像装置４ａは、現像容器２２内に、現像剤として、トナーとキャリアを含む二成分現像剤が収容されている。現像容器２２の感光ドラム１に対向した位置に開口部が形成され、開口部には、現像スリーブ２８が、一部露出するように、回転可能に配設されている。現像容器２２内には、現像スリーブ２８と現像スリーブ２８上に担持された現像剤の穂を規制する穂切り部材２９を有している。感光ドラム１の周速は８５０ｒｐｍ、直径は３０ｍｍである。現像スリーブ２８の周速は５００ｒｐｍ、直径は２０ｍｍである。
【００３１】
現像スリーブ２８は、穂切り部材２９が磁気ブラシを穂切りして層厚を規制した二成分現像剤を担持して、感光ドラム１ａと対向した現像領域に搬送し、感光ドラム１ａに形成された静電像に現像剤を供給してトナー像に現像する。現像スリーブ２８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、その内部にはマグネットローラ２８ｍが非回転に設置されている。現像スリーブ２８は、画像形成時には、二成分現像剤を磁気ブラシ状態で担持して矢印Ｒ４方向（反時計方向）へ回転して、感光ドラム１ａとの対向領域へ搬送する。対向領域に搬送した現像剤の磁気ブラシを感光ドラム１ａと接触させた状態で、現像が行なえるように、現像スリーブ２８と感光ドラム１ａとの最近接領域を約４００μｍの距離としている。
【００３２】
穂切り部材２９は、磁気ブラシの穂切りによって現像スリーブ２８に担持される現像剤の層厚を規制する。切り部材２９は、現像スリーブ２８の長手方向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２９ａと、鉄材のような磁性部材２９ｂとで構成される。穂切り部材２９と現像スリーブ２８の間隙を調整することによって、感光ドラム１ａの現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。ここでは、穂切り部材２９によって、現像スリーブ２８上の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ２に調整している。規制ブレード２９と現像スリーブ２８の間隙は、２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定される。ここでは、４００μｍに設定した。
【００３３】
電源Ｄ４は、直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した現像電圧を現像スリーブ２８に印加して、マグネットローラ２８ｍの磁力によって現像スリーブ２８に拘束されたキャリアに対して静電気的に付着したトナーを感光ドラム１ａの静電像に移転させる。
【００３４】
現像容器２２の内部は、高さ方向の略中央部で紙面に垂直方向に延在する棚状の隔壁２７によって上側の現像室２３と下側の攪拌室２４と区画され、現像剤は現像室２３及び攪拌室２４に収容されている。現像剤攪拌・搬送手段として、現像室２３には第一搬送スクリュー２５が配置され、攪拌室２４には第二搬送スクリュー２６が配置されている。
【００３５】
第一搬送スクリュー２５は、現像スリーブ２８の軸方向に沿ってほぼ平行に配置され、矢印方向（時計回り方向）に回転して、現像室２３内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に搬送する。時計回り方向に回転させる理由は、現像スリーブ２８への現像剤の供給という観点で有利だからである。
【００３６】
第二搬送スクリュー２６は、第一搬送スクリュー２５とほぼ平行に配置され、第一搬送スクリュー２５と反対方向（半時計回り）に回転して攪拌室２４内の現像剤を第一搬送スクリュー２５と反対方向に搬送する。
【００３７】
図３に示すように、隔壁２７の端部に設けられた開口部１１、１２によって現像室２３と攪拌室２４が上下に連通して現像剤の循環路を形成している。現像室２３の現像剤は、第一搬送スクリュー２５によって攪拌を受けつつ矢印方向に搬送されて、開口部１１を通じて攪拌室２４に受け渡される。攪拌室２４の現像剤は、第二搬送スクリュー２６によって攪拌を受けつつ矢印方向に搬送されて、開口部１２を通じて現像室２３に受け渡される。第１搬送スクリュー２５と第二搬送スクリュー２６の回転による搬送によって、現像剤が隔壁２７の両端部の開口部（即ち、連通部）１１、１２を通じて現像室２３と攪拌室２４との間で循環される。
【００３８】
第一搬送スクリュー２５は、軸径４ｍｍの回転軸５２に軸方向に渡ってピッチ４０ｍｍ、外径１８ｍｍの攪拌羽根であるスクリュー羽根が均等に設けられており、周速８００ｒｐｍで回転している。なお、第二搬送スクリュー２６も同じ構成である。
【００３９】
なお、本実施形態では、現像室２３と攪拌室２４を上下に配置した縦型の現像装置４ａを説明しているが、現像室と攪拌室を水平に並べてそれぞれに搬送スクリューを配置した横型の現像装置でも本発明は実施できる。縦型と横型の中間の形態の現像装置でも本発明は実施できる。
【００４０】
＜現像剤＞
現像容器２２内を循環する現像剤は、トナーとキャリアを含む二成分現像剤であって、トナーが重量比（Ｔ／Ｄ比）で８％含まれる。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。トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は４μｍ以上、１０μｍ以下が好ましい。より好ましくは８μｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
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可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。キャリアは、重量平均粒径が２０〜６０μｍ、好ましくは３０〜５０μｍであり、抵抗率が１０７Ωｃｍ以上、好ましくは１０８Ωｃｍ以上である。本実施形態では１０８Ωｃｍのものを用いた。
【００４２】
＜現像剤補給部＞
二成分現像剤を用いた現像法は、キャリアとトナーの摩擦帯電によりトナーに電荷を付与し、電荷が付与されたトナーを潜像に対して静電的に付着させることによって画像を形成する。二成分現像方式において、高耐久、高安定を満足した画像を提供していくためには、安定したトナー帯電量をトナーに付与していくことが重要であり、そのためにはキャリアの帯電付与能力が長期間にわたって安定していることが必要である。
【００４３】
しかし、実際には、トナーは、随時現像動作により消費されていくのに対し、キャリアは現像装置内に残るため、画像形成の累積に伴って攪拌され続け、表面が外添剤やトナーの付着により汚染される。その結果、キャリアの帯電性能が下がってくるため、トナー帯電量が低下し、トナー飛散や白地かぶり画像不良等が生じてしまう。
【００４４】
図２に示すように、現像装置４ａでは、画像形成に伴ってトナーと少量のキャリアを補給するいわゆるトリクル現像方式を採用して、キャリアの帯電性能の低下を抑制している。新しいキャリアを所定割合で含む補給用現像剤を補給するホッパー３１を設け、ホッパー３１によるキャリアの補給よって過剰になった現像装置４ａ内の余剰現像剤を、現像室２３の側壁に設けられた現像剤排出口４０より排出させて回収する。
【００４５】
現像装置４ａでは、新しいキャリアの補給と循環する現像剤の一部の排出とが逐次繰り返されることによって、現像装置４ａ内の劣化したキャリアは、少しずつ新たに供給されるキャリアに置換されていく。これにより、現像装置４ａ内の現像剤の現像特性が一定に維持され、トナーとキャリアの帯電特性が一定に維持されて、出力画像の品質低下を防止することが可能となる。
【００４６】
図３に示すように、現像装置４ａの上部には、トナーとキャリアを混合した補給用現像剤を収容するホッパー３１が配置される。ホッパー３１は、下部にスクリュー状の搬送部材３２を備え、搬送部材３２の一端が現像装置４ａの前端部に設けられた現像剤補給口３０の位置まで延びている。画像形成によって消費された分のトナーは、搬送部材３２の回転力と重力によって、ホッパー３１から現像剤補給口３０を通過して、現像容器２２に補給される。
【００４７】
ホッパー３１から現像装置４ａに補給される補給現像剤の補給量は、補給スクリュー３２の回転数によって制御される。制御部１１０は、現像容器２２内の現像剤のトナー濃度を磁気的に検知した検知結果と、感光ドラム１ａ上にカラーパッチを現像して反射光を検知した検知結果に基づいて補給スクリュー３２の回転数を制御する。トナー補給量制御の方法としては、この他にもトナー濃度を光学的に検知するものなど、さまざまな方法が知られているので、いずれかの方法を適宜選択することが可能である。
【００４８】
図２に示すように、現像装置４ａの現像室２３内の壁面に現像剤排出口４０が設けられており、ホッパー３１から補給用現像剤が補給されて現像容器２２内の現像剤が増加すると、現像剤排出口４０より余剰現像剤が溢れるように排出される。現像容器２２内の現像剤の増加量に応じた現像剤量が現像剤排出口４０を通じてオーバーフローする。排出された現像剤は、回収スクリュー４１により回収現像剤貯蔵庫４２まで搬送される。図３に示すように、現像剤排出口４０は、現像剤補給口３０よりも現像剤搬送方向上流側に形成されている。これは、現像剤補給口３０から補給された新しい現像剤がすぐに現像剤排出口４０から排出されないためである。
【００４９】
ところで、図３を参照して説明すると、特許文献１に示される現像装置は、第一搬送スクリュー２５の現像剤排出口４０に沿った領域にもスクリュー羽根が他の部分と同様に設けられている。この構成においては、現像剤排出口４０に対向している現像容器２２内のスクリュー羽根の跳ね上げにより、余剰でない必要な現像剤まで排出してしまう問題があった。
【００５０】
現像剤排出口４０を通じてオーバーフローすることによる現像剤の排出量は、現像剤排出口４０の高さ位置、大きさ、形状による。しかし、現像剤排出口４０を通じた実際の現像剤の排出では、オーバーフローして静かに排出される余剰現像剤の他に、現像剤排出口４０に対向している第一搬送スクリュー２５のスクリュー羽根による動的な跳ね上げが発生している。このため、現像剤排出口４０の高さ位置よりもかなり低い剤面の状態でも、現像剤排出口４０を通じて現像剤が強制排出されてしまう。この現象は、第一搬送スクリュー２５の回転速度が速いほど、また、剤面が低下して第一搬送スクリュー２５の剤面から露出した部分が多くなるほど顕著になる。
【００５１】
このため、現像装置４ａでは、第一搬送スクリュー２５の現像剤排出口４０に対向した部分におけるスクリュー羽根を省略している。スクリュー羽根を省略することで、現像剤排出口４０に対向する領域のスクリュー羽根の回転によって現像剤に作用する円周方向または外向きの半径方向の力は、他の領域よりも小さくなる。このため、現像剤のスクリュー羽根による跳ね上げ排出が解消されて、第一搬送スクリュー２５による現像剤の跳ね上げと掻き出しに由来する現像剤排出量が少なくなる。
【００５２】
＜比較例１＞
図４は流動性の違う現像剤における比較例１の第一搬送スクリューの動作の説明図である。図５は比較例１の第一搬送スクリューを用いた場合の現像剤排出特性の説明図である。
【００５３】
図４の（ａ）に示すように、比較例１では、第一搬送スクリュー２５の現像剤排出口４０に対向する領域のスクリューの羽根を省略している。比較例１の構成では、現像剤排出口４０に対向したスクリュー羽根がない部分において、現像剤はスクリュー羽根から力を受けることは無い。現像剤排出口４０に対向する領域の現像剤は、現像剤排出口４０よりも上流側のスクリュー羽根によって上流側から搬送されてきた現像剤に押されて、剤面を上げながら搬送される。そして、剤面が現像剤排出口４０の高さを越えたときに、現像剤排出口４０からすり切られるようにして、高くなった部分が排出される。
【００５４】
図４の（ｂ）に示すように、トナー消費量の少ない画像形成が連続すると、補給現像剤の補給が停滞するため、キャリアやトナーの現像容器２２内の滞在時間が増えて現像剤の劣化が進行して流動性が低下する。現像剤の劣化とは、トナーと現像スリーブ２８、あるいはトナー同士の衝突により、トナーの凸部が破損が発生したり、トナー表面にある外添剤がトナー表面へ埋没したりするなどの現象である。現像剤の劣化が進行した場合、トナーの流動性を確保するために添加されているシリカ等の外添剤がトナー表面に埋め込まれることによって、トナーの付着力が増加し、流動性が低下する。現像剤の劣化は、現像装置４ａ中で現像剤が長時間攪拌されるという理由から、主にトナー消費量が少ない画像を長時間連続で出力したときに発生し易い。
【００５５】
現像剤の流動性が低下すると、スクリュー羽根がない部分の循環方向上流側で現像剤が盛り上がってしまい、現像剤排出口４０に対向する部分の剤面が極端に不均一になる。このような状態が起きると、現像剤排出口４０の上流側で局所的に剤面が上がってしまうため、真に余剰となった現像剤のみならず、必要とされる現像剤までも現像剤排出口４０を通じて排出されてしまう。
【００５６】
図５に示すように、トナー消費量の少ない画像形成が連続すると現像剤の流動性が低下して、現像剤排出特性が初期の状態から変化して、平均的な剤面が現像剤排出口４０に届かない状態でも現像剤が排出されてしまう。現像剤の流動性が低下すると、現像剤排出口４０の上流側に現像剤がたまって剤面が局所的に高くなることに由来して、本来ならば排出すべきでない現像剤も排出されてしまう。
【００５７】
結果として、現像容器２２内の現像剤量が初期状態に比べて少なくなり、現像スリーブ２８へ供給される現像剤量が少なくなって、現像スリーブ２８上のコーティングが不均一になる。過剰に現像剤が排出されて現像容器２２内を循環する現像剤が不足した状態が続くと、現像スリーブ２８上における現像剤のコーティング不良などの問題を引き起こす。
【００５８】
比較例１の第一搬送スクリューにおける排出特性は、現像排出口４０に対向する領域の現像剤の搬送性及び剤面高さに依存し、現像排出口４０に対向する領域の現像剤の搬送性及び剤面高さは現像剤の流動性に依存している。現像剤の流動性が低下すると、現像剤の盛り上がりが大きくなるとともに、下流側へ向かって崩れにくくなる。このため、現像剤の盛り上がりが現像排出口４０に沿って搬送されて現像排出口４０へ崩れ落ちることによって、相当量の現像剤が過剰に排出されてしまう。
【００５９】
＜比較例２＞
図６は流動性の違う現像剤における比較例２の第一搬送スクリューの動作の説明図である。図７は比較例２の第一搬送スクリューに沿った現像剤の流れの説明図である。
【００６０】
図６の（ａ）に示すように、比較例２では、第一搬送スクリュー２５の現像剤排出口４０に対向する領域のスクリュー羽根の外径を、その他の部分のスクリュー羽根に比べて小さくして、小径スクリュー羽根５０としている。小径スクリュー羽根５０の回転によって現像剤に作用する円周方向または外向きの半径方向の力は、他の領域よりも小さくなる。このため、比較例１と同様に、この部分において現像剤は滞留気味になり、第一搬送スクリュー２５による現像剤の跳ね上げと掻き出しに由来する現像剤排出量が少なくなる。
【００６１】
このとき、前記羽根部の現像剤を搬送する搬送面と前記回転軸とのなす角度＜β＞とし、搬送面が曲面の場合は＜β＞は以下のように定義する。即ち、上記小径スクリュー羽根５０の現像剤搬送面と第一搬送スクリュー２５の軸線を含む面とが交わってできる線分Ｌ１の各点Ｐにおける接線が軸線方向となす角度β（Ｐ）の平均値を平均角度＜β＞とすると、現像剤を均す効果は平均角度＜β＞に反比例する。比較例２のように、小径スクリュー羽根の平均角度＜β＞が隣接領域の平均角度＜β＞よりも大きくなるように搬送面の角度を変えた場合では、現像剤を均す効果が低減してしまう。
【００６２】
よって、比較例１と同様に現像剤が劣化して流動性が低下した時に、真に余剰となった現像剤のみならず、必要とされる現像剤までも排出されてしまう。一方、小径スクリューを用いた場合でも、小径部における平均角度＜β＞が、小径部との隣接領域におけるスクリュー羽根部の平均角度＜β＞に対し、小さくなっていれば、現像剤面の均し効果を得ることができる。尚、現像剤面の均し力は、搬送部材の羽根部の軸線方向の搬送力と周方向への搬送力の割合で決まる。
【００６３】
そこで、本実施例では、搬送部材としての第一搬送スクリューの現像剤面を均す能力を、スクリュー搬送面が形成する平均角度＜β＞で定義している。平均角度＜β＞は軸線方向の搬送力と周方向への搬送力の割合を表しており、この値が小さくなる程軸線方向に比べて周方向の搬送力が大きくなる。尚、平均角度＜β＞が同じ場合、羽根部の搬送面の面積を大きくしても、現像剤面を均す効果はほとんど変わらない。これは、羽根部の搬送面積を大きくすることで回転方向の搬送力を大きくすることができるが、同時に軸線方向の搬送力も大きくなってしまい、均す力が打ち消しあうためである。
【００６４】
比較例２の構成では、現像剤排出口４０に対向する領域で、外径の小さい小径スクリュー５０のスクリュー羽根が現像剤に与える力によって、現像剤が劣化した場合でも、ある程度剤面を均す効果が期待できる。このため、比較例１ほどには、現像剤排出口４０の上流側で現像剤が盛り上がらなくなり、現像剤排出口４０を通じて過剰に現像剤が排出されにくくなると考えられる。
【００６５】
しかし、現像剤排出口４０からの排出が発生しないためには、現像剤が小径スクリュー羽根５０から受ける力の鉛直方向成分を小さくする必要があり、小径スクリュー羽根５０の外径を小さくすると同時に羽根の傾き角度αを小さくすることが望ましい。羽根の傾き角度αが小さくなると、小径スクリュー羽根５０のピッチが必然的に小さくなり、羽根同士の間も狭くなる。しかしながら、上記のように傾き角度αを小さくしてしまうと、小径スクリュー羽根の回転方向の搬送力（剤面均し力）が、隣接する大径スクリュー羽根の回転方向の搬送力（均し力）よりも小さいため、均し効果が低下してしまう。このため、現像剤排出口４０からの排出が発生してしまう。
【００６６】
更に、図６の（ｂ）に示すように、発明者らの検討によれば、比較例２では、現像剤の流動性が低下すると、現像剤排出口４０に対向する領域で現像剤が第一搬送スクリュー２５の表面に付着し易くなる。小径スクリュー羽根５０の外径が小さく、ピッチも小さい場合、現像剤排出口４０に対向する領域にある現像剤に埋没し、スクリューピッチに現像剤が挟まりがちになる。この状態で現像剤が劣化して付着力が増加すると、現像剤が常に小径スクリュー羽根５０に接触していることから、現像剤が小径スクリュー羽根５０に付着して搬送力が著しく低下する。
【００６７】
図７の（ａ）に示すように、現像剤の流動性が高い場合、現像剤排出口４０に対向する領域において、小径スクリュー羽根５０によって搬送されている現像剤の流れ７１とその外側で現像剤排出口４０の上流側の現像剤に押された流れ７２とが存在する。初期では現像剤排出口４０に対向する領域に上流側から流入してくる現像剤の一部が小径スクリュー羽根５０によって搬送されている。
【００６８】
図７の（ｂ）に示すように、その後、現像剤の流動性が低下すると、小径スクリュー羽根５０の羽根で挟まれた領域は現像剤で埋まって搬送に関与しなくなるので、小径スクリュー羽根５０によって搬送されている現像剤の流れが消滅する。現像剤付着によって小径スクリュー羽根５０の搬送能力が消滅すると、外側の流れ７４だけで現像剤が搬送される。現像剤排出口４０の上流側から搬送されてきた現像剤の流れ７３は、ほぼ全て上流側の現像剤に押された流れ７４となって、剤面を上げながら下流側へ搬送される。小径スクリュー羽根５０の上方の空間に現像剤が押し上げられて大きく盛り上がり、現像剤排出口４０に対向する領域の剤面が著しく上昇する。現像剤排出口４０から初期よりも多くの現像剤が排出されて現像容器２２内の現像剤量が減少し、現像スリーブ２８の現像剤のコーティングが不均一になる。
【００６９】
現像剤付着による小径スクリュー羽根５０の搬送力低下が及ぼす現像剤排出特性の変化は極めて大きい。現像剤排出口４０に対向する領域に小径スクリュー羽根５０の搬送力がある場合、流動性の高い現像剤を基準にして剤面が最適化されていると、流動性が低下した後の現像剤排出特性が著しく変化して比較例１以上に必要な現像性能を確保できなくなる。
【００７０】
以下の実施例では、第一搬送スクリュー２５の現像剤排出口４０に対向する領域について、現像剤搬送方向の搬送力を持たせないで、剤面下で現像剤を攪拌して剤面の盛り上がりを解消させるリブ５３を設けている。そして、後述するように、リブ５３は前後のスクリュー径に対して小径となっている。これにより、初期と画像形成累積時とにおける現像剤排出特性の差を小さくして、現像剤排出口４０を通じた現像剤の過剰な排出を防止し、現像装置４ａ内の現像剤量の安定を実現している。
【００７１】
＜実施例１＞
図８は実施例１の第一搬送スクリューの構成の説明図である。図９はリブの長さの説明図である。図１０は実施例１の第一搬送スクリューにおけるリブの効果の説明図である。
【００７２】
図８に示すように、排出口の一例である現像剤排出口４０は、現像剤の循環路上に設けられ、循環する現像剤の一部がオーバーフローして排出される。キャリア補給手段の一例であるホッパー３１は、現像剤排出口４０よりも現像剤搬送方向下流側で、現像室２３にトナーとキャリアを補給する。
【００７３】
搬送部材の一例である第一搬送スクリュー２５は、現像剤排出口４０と対向する循環路に回転可能に設けられた回転軸と、回転軸のまわりに螺旋状に形成された突起部を含む羽根部とを備える。第一搬送スクリュー２５は、現像室２３の現像剤排出口４０に沿った領域を除いて螺旋羽根が形成されている。第一搬送スクリュー２５は、回転軸線方向に関して少なくとも現像剤排出口４０との対向部を含む第１領域に形成された羽根部の外径が、第１領域に隣接する第２領域に形成された羽根部の外径よりも小さく形成されている。第１領域と第２領域は回転軸線方向に所定距離隔てて設けられ、第１領域に形成された羽根部は、回転軸線方向に複数に分割して配置される。羽根部の現像剤搬送面と回転軸とのなす平均角度は、第２領域よりも第１領域の方が小さい。
【００７４】
均し部材の一例であるリブ５３は、第一搬送スクリュー２５の現像剤排出口４０に沿った螺旋羽根の無い領域に、螺旋羽根から距離を置いて設けられている。リブ５３は、隣接する螺旋羽根部の径よりも小さくなっている。これにより、現像剤の跳ね上げによる不要な剤の排出を抑制することができる。更に、本実施例では、リブ５３の回転方向の搬送能力は、隣接する螺旋羽根部の回転方向の搬送能力よりも大きくなっている。つまり、リブ５３の設置角度は、軸線と一致しており、＜β＞はゼロとなる。
【００７５】
一方で、リブ５３に隣接する螺旋羽根の＜β＞は軸線方向に現像剤を搬送するスクリューのため、＜β＞はゼロよりも大きくなっている。このため、排出口に対向する領域において、現像剤を軸線方向に搬送する効果よりも現像剤を周方向へと搬送する効果が相対的に増し、現像剤を均す効果が得られる。このため、第一搬送スクリュー２５の回転に伴って、現像剤排出口４０に沿った領域の現像剤がリブ５３によって局所的に攪拌もしくは加振される。これにより、現像剤の見かけの流動性が一時的に回復して、現像剤排出口４０に沿った領域に不規則に形成される剤面の盛り上がりは、速やかに搬送方向に崩れて解消される。
【００７６】
尚、本実施例では、小径羽根部であるリブ形成領域（第１領域）と比較される第１領域と隣接する領域（第２領域）とは、前後５ピッチ以内の領域のことを指す。尚、本実施例では、第２領域に対する第１領域の＜β＞の比率は、０以上０．５以下がより好ましい。第２領域に対する第１領域の＜β＞の比率がこの範囲であれば、充分な均し効果が得ることができる。
【００７７】
第一搬送スクリュー２５の一回転を通じたリブ５３の先端の最大高さは、現像剤排出口４０の下縁よりも低いため、現像剤の流動性が低下しても、第一搬送スクリュー２５の回転に伴って現像剤が現像剤排出口４０から掻き出されることがない。尚、リブの先端の最大高さはこれに限定されない。
【００７８】
実施例１では、現像剤排出口４０に対向する領域の第一搬送スクリュー２５の軸上に剤面を均す均し部材としてのリブ５３が設置されている。現像剤排出口４０に対向する領域にある現像剤は、リブ５３からの外力を受けて振動することによって、盛り上がった現像剤が循環方向へと比較的に容易に崩れる。このため、現像剤排出口４０の上流側を含む現像剤排出口４０沿った領域の現像剤面が均され、画像形成累積時においても、初期と変わらぬ現像剤排出特性が得られる。
【００７９】
また、リブ５３それ自体には、循環方向への搬送力が無いため、現像剤の流動性が低下してリブ５３周りに現像剤が付着した場合においても、現像剤排出口４０に対向する領域における現像剤の搬送性能は付着の前後で変化が生じない。そのため、比較例２のような剤面の急激な変化は無く、安定した現像剤排出特性が得られる。
【００８０】
現像剤排出口４０に対向する領域では、第一搬送スクリュー２５による搬送力が無いことが急激な現像剤排出特性の変化を防止する点でより好ましい。循環方向の搬送力があるということは、第一搬送スクリュー２５の回転に伴って連続的に循環方向へ力を受けることを言う。
【００８１】
現像剤排出口４０において安定した現像排出特性を得るためには、現像剤排出口４０に対向する領域にある現像剤がリブ５３によって跳ね上げられて現像剤排出口４０から飛びさないことが必要である。そのため、より好ましくはリブ５３は次の条件式を満たしていることが望ましい。０＜ｇ／Ｒω２＜＝１のとき
ｇ／２ω２＋（Ｒω）２／２ｇ＜（Ｈ−ｈ）  ・・・（１）式
１＜ｇ／Ｒω２のとき
Ｒ＜（Ｈ−ｈ）                            ・・・（２）式
【００８２】
ただし、ｇ：重力加速度、Ｒ：リブ５３の第一搬送スクリュー２５の回転中心からの高さ、ω：第一搬送スクリュー２５の角速度［ｒａｄ／ｓｅｃ］である。Ｈ：現像容器２２の底面から現像剤排出口４０の底辺までの距離、ｈ：現像容器２２の底面と第一搬送スクリュー２５の回転中心との距離である。
【００８３】
上記（１）式、（２）式は、第一搬送スクリュー２５に設置されたリブ５３が現像剤を跳ね上げた場合、跳ね上げられた現像剤が現像剤排出口４０の底辺に達しないための条件式である。
【００８４】
図９に示すように、現像剤中のキャリア粒子は、リブ５３の先端位置では、リブ５３の先端の回転速度と等しい初速Ｒωでリブ５３の回転方向に打ち出される。
【００８５】
リブ５３が水平位置から角度θだけ回転しているとすると、打ち出される現像剤の第一搬送スクリュー２５の中心軸からの高さは、Ｒｓｉｎθであり、打ち出される現像剤の初速Ｒωの鉛直成分はＲωｃｏｓθである。
【００８６】
よって、リブ５３が水平位置から角度θの時に現像剤がリブ５３により跳ね上げられたとすると、達する高さ（鉛直方向の距離）をｘとして次式の関係が成立する。
ｄ２ｘ／ｄｔ２＝ｇ
【００８７】
これを解いて、スクリュー軸５２の中心を基準とすると、高さｘ＝ｆ（θ）として次式が求められる。
ｆ（θ）＝（Ｒωｃｏｓθ）２／２ｇ＋Ｒｓｉｎθ
【００８８】
ここで、０＜ｇ／Ｒω２≦１のとき、０≦θ≦２π［ｒａｄ］の範囲でｆ（θ）の最大値は、［ｇ／２ω２＋（Ｒω）２／２ｇ］である。また、０＜ｇ／Ｒω２≦１のとき、０≦θ≦２π［ｒａｄ］の範囲でｆ（θ）の最大値は、［Ｒ］である。
【００８９】
よって、リブ５３による跳ね上げをより確実に防止するためには、上記（１）式、（２）式を満たせばよい。（より好ましくはスクリュー羽根を切り欠くことである。）尚、上記関係式（１）、（２）はより好ましい例であって、あくまで跳ね上げを抑制するためには排出口に対向する領域のスクリュー羽根を小径にすればよい。しかしながら、小径にする構成だけでは、現像剤が排出口対向部で滞留し、排出口からの排出特性が不安定になる可能性がある。このため、均し効果を高める為に、小径部分の＜β＞をその前後である隣接領域の＜β＞よりも小さくしている。更に、より好ましくは上記式（1）、式（2）を満たすのが望ましい。
【００９０】
実施例１では、第一搬送スクリュー２５の角速度ωが８００ｒｐｍ＝８３．７［ｒａｄ／ｓｅｃ］、Ｈが１８［ｍｍ］、ｈが１０［ｍｍ］、スクリュー軸５２の外径が４［ｍｍ］である。これらの値を上記（１）式に代入すると、現像剤が現像剤排出口４０から排出されないためのリブ５３の高さＲは、軸中心から約４．５［ｍｍ］以下となり、スクリュー軸５２表面からのリブ５３の突出量は、高さ２．５［ｍｍ］以下とすることが望ましい。
【００９１】
現像剤排出口４０に沿った領域の螺旋羽根を無くして上述のリブ５３を設けた実施例１の第一搬送スクリュー２５と、現像剤排出口４０に沿った領域の螺旋羽根を無くして上述のリブ５３を設けない比較例３の第一搬送スクリュー２５とを試作した。実施例１と比較例３とで現像剤の排出性能を比較した。
【００９２】
図１０は現像剤排出特性のグラフであって、実線で示す「未使用の初期現像剤」と、破線で示す「高温低湿環境（４５℃３９％ＲＨ）で２時間、現像装置４ａを駆動させた後の耐久現像剤」とで、現像剤排出特性を比較している。現像剤排出特性とは、現像容器２２内の現像剤量を関数としたときの単位時間あたりの現像剤排出量のことである。現像剤排出特性により現像剤排出開始ポイント、現像剤排出速度などが分かる。
【００９３】
現像剤排出特性において、排出開始ポイントは、現像スリーブ２８上の現像剤コーティング不良の指標として、特に重要である。第一搬送スクリュー２５による現像剤の跳ね上げ排出が無ければ、基本的に、排出開始ポイントの現像剤量よりは現像容器２２内の現像剤量が少なくなることはない。
【００９４】
通常、現像剤排出特性は次のようにして測定される。
（１）現像スリーブ２８、第一搬送スクリュー２５、及び第二搬送スクリュー２６を所望の周速で駆動させた状態で、現像スリーブ２８上に現像剤が均一にコーティングされるまで、現像容器２２に現像剤を入れる。
（２）現像容器２２中の現像剤循環が定常状態になるまで、現像スリーブ２８、第一搬送スクリュー２５、及び第二搬送スクリュー２６を所望の周速で（通常１〜２分）駆動させる。
（３）現像スリーブ２８上の現像剤コーティングが均一になったところから、少しずつ現像剤を現像容器２２に入れていき、そのときの単位時間あたりの排出量を測定する。実施例１では、１０ｇずつ現像剤を入れていき、３０秒間排出量を測定して、単位時間あたりの現像剤排出量を測定した。
【００９５】
図１０の（ａ）に示すように、実施例１の第一搬送スクリュー２５では、現像容器２２内の現像剤量が２５０ｇ以下では現像剤排出口４０を通じた現像剤の排出が行われないため、現像容器２２内の現像剤量が２５０ｇを割り込むことがない。実施例１では、初期現像剤に比べて、耐久現像剤の排出開始ポイントはほとんど変わっていない。
【００９６】
図１０の（ｂ）に示すように、比較例３の第一搬送スクリュー２５では、現像容器２２内の現像剤量が２５０ｇ以下でも現像剤排出口４０を通じて間欠的な現像剤の排出が発生するため、現像容器２２内の現像剤量が２５０ｇを割り込むことがある。比較例３では、初期現像剤に比べて、耐久現像剤の排出開始ポイントが約３０ｇ早まっている。
【００９７】
以上説明したように、実施例１では、第一搬送スクリュー２５の現像剤排出口４０に対向する領域に、現像剤が跳ね上げられて現像剤排出口４０から排出されない程度の高さをもつリブ５３を設けた。これにより、現像剤排出口４０に対向する領域の剤面を均して、耐久現像剤においても初期現像剤と同様に現像剤排出特性を安定化させることが可能になった。現像剤排出口４０に対向する領域に剤面を均す均し部材を設けることにより、画像形成累積時においても現像剤排出口４０に対向する領域の剤面を均一にして、初期現像剤と耐久現像剤の現像剤排出特性の差を小さくすることができた。これにより、初期現像剤から画像形成累積時まで、現像装置４ａは、現像剤排出口４０を通じて安定的に現像剤を排出することができた。
【００９８】
現像剤排出口４０に対向する領域に螺旋羽根が無く、その領域に現像剤が滞留することにより現像剤の剤面が上昇して現像剤排出口４０からあふれ出るように現像剤が排出される。そのような構成において、現像剤排出口４０に対向する領域に搬送力をもたず、かつ剤面を均すための均し部材を設けることにより、画像形成累積時の現像剤排出口４０に対向する領域の剤面を均一にする。これにより、初期現像剤と耐久現像剤とに対する現像排出特性の差を小さくし、初期現像剤から耐久現像剤まで安定的に現像剤を排出することができる。
【００９９】
＜実施例２＞
図１１は実施例２の第一搬送スクリューの構成の説明図である。図１２はリブの傾斜面の傾き角度と排出／攪拌性能の関係の説明図である。実施例２は、実施例１の方形断面のリブとは異なり、リブの断面形状が屋根型である。それ以外の構成は、実施例１と実質同一であるため、図１１中、実施例１と共通の構成には、図８、図９と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１００】
図１１の（ａ）に示すように、実施例２では、スクリュー軸５２に接する根本から先端まで、リブ５４の断面が等しく屋根型である。リブ５４は、第一搬送スクリュー２５の直径方向の稜線を挟んで交差する二つの傾斜面の内角が９０度以上１８０度未満である。
【０１０１】
第一搬送スクリュー２５が回転に伴って現像剤を押す面（現像剤対向面）は、リブ５４の中央部から両端部に向かって徐々に高さが低くなっている。これにより、現像剤がリブ５４から受ける力の鉛直成分が小さくなり、実施例１と比較して、現像剤が跳ね上げられて現像剤排出口４０から排出されにくくなる。
【０１０２】
図１１の（ｂ）に示すように、リブ５４の現像剤対向面の傾き角度をθとする。傾き角度θ＝０°が実施例１である。実施例２では、現像剤は、リブ５４の傾斜面によって、鉛直方向のみならず、現像剤の循環方向（図中左右方向）に押し広げる方向の力を受けるため、実施例１よりも効率的に現像剤の剤面を均すことができる。
【０１０３】
このとき、リブの設置角度は軸線と一致しているが、リブ５４の現像剤搬送面の、βは、屋根型の頂点部を境として正負逆となるため、この場合もその平均である＜β＞はゼロとなる。一方で、前後の隣接領域の＜β＞は、４０ｍｍピッチのため、＜β＞は約４２°となっている。即ち、排出口対向部である小径部分の＜β＞を、その前後である隣接領域の＜β＞よりも小さくしている。このため、排出口に対向する領域において、現像剤を軸線方向に搬送する効果よりも現像剤を周方向へと搬送する効果が相対的に増し、現像剤を均す効果が得られる。
【０１０４】
実施例１と同様に、重力加速度をｇとし、第一搬送スクリュー２５の回転中心からリブ５３の先端までの距離をＲとし、第一搬送スクリュー２５の角速度をωとし、第一搬送スクリュー２５の回転中心から現像剤排出口４０の下縁までの高さをＨｓとする。このとき、「０＜ｇ／Ｒω２≦１」かつ、「（ｇ／２）ω２＋（Ｒω）２／２ｇ＜Ｈｓ」である。
【０１０５】
次に、リブ５４の現像剤対向面の傾き角度θを異ならせて複数種類の第一搬送スクリュー２５を試作した。現像剤対向面の傾き角度θが異なる第一搬送スクリュー２５を現像装置４ａに搭載して、現像剤排出口４０における現像剤の「すり切り排出性」と鉛直方向及び搬送方向の現像剤に対する「均し力」を比較した。「すり切り排出性」は、現像剤のリブ５４による跳ね上げ排出の起こりにくさを表すパラメータであって、「すり切り排出性」が小さいほど現像剤の跳ね上げによる排出が大きくなる。「すり切り排出性」が大きいほど現像剤の跳ね上げによる排出が少なくなって望ましい。
【０１０６】
鉛直方向の「均し力」は、リブ５４が鉛直方向に現像剤を均す程度であって、傾き角度θの現像剤対向面が現像剤を鉛直方向に移動させる力である。搬送方向の「均し力」は、リブ５４が循環方向に現像剤を均す程度であって、傾き角度θの現像剤対向面が現像剤を搬送方向に移動させる力である。「現像剤均し力」は、リブ５４が現像剤を均す程度であって、鉛直方向及び搬送方向の「均し力」を加算したリブ５４のトータルな均し力である。実施例１とは異なり、リブ５４は傾き角度θを持つので、現像剤を鉛直方向だけでなく、循環方向にも打ち出す。
【０１０７】
図１２の（ａ）〜（ｄ）において、横軸は、リブ５４の現像剤対向面の傾き角度θである。縦軸は、それぞれ「すり切り排出性」、鉛直方向及び搬送方向の「均し力」、及び「現像剤均し力」である。
【０１０８】
図１２の（ａ）に示すように、すり切り排出性は、現像剤対向面の傾き角度θ依存性がある。角度θが大きくなるに従って、現像剤が跳ね上げられにくくなるので、現像剤排出口４０のすり切り排出性が大きくなり、θ＝４５°で最大値となる。４５°＜θ＜９０°の範囲では、最大値を保ったまま、角度θには依存しない。角度θが０°から大きくなるに従って、現像剤がリブ５４から受ける力の鉛直成分が小さくなり、入射角と反射角が等しいとすると、θ＝４５°で鉛直成分はゼロになる。
【０１０９】
４５°＜θ＜９０°の範囲では、鉛直成分が下向きになって現像剤を跳ね上げないため、すり切り排出性は最大値のまま保たれる。加えて、リブ５４と現像剤が大きな角度を持って衝突するため、リブ５４から現像剤へほとんど力が伝わらず、リブ５４から力を受けた後の初速も極めて小さくなる。
【０１１０】
図１２の（ｂ）に示すように、現像剤対向面の傾き角度θが０°から大きくなるに従って、鉛直方向の均し力は小さくなっていき、θ＝４５°でゼロになる。角度θが大きくなるほど、リブ５４が現像剤を鉛直方向に跳ね上げる力が小さくなり、θ＝４５°でゼロになり、４５°＜θ＜９０°では、下向きとなる。
【０１１１】
図１２の（ｃ）に示すように、循環方向の均し力は、θ＝４５°で最大値をとり、θ＝０°、θ＝９０°ではゼロになる。現像剤対向面の傾き角度θが４５°の時、現像剤は、リブ５４によって、循環方向のみに打ち出され、角度θが０°のときは、鉛直方向にのみ打ち出される。現像剤対向面の傾き角度θが４５°から９０°の範囲では次第に循環方向へ打ち出される角度が小さくなって、９０°のときは、現像剤対向面を素通りして現像剤が力を受けることが無い。
【０１１２】
図１２の（ｄ）に示すように、トータルな現像剤均し力は、０°≦θ≦４５°の範囲で次第に大きくなり、４５°＜θ≦９０°の範囲で徐々に小さくなる。
【０１１３】
図１２の（ａ）と図１２の（ｄ）を併せて考えると、「すり切り排出性」が良くて「現像剤均し力」が大きい範囲（＝跳ね上げによる排出が少なくて効率良く現像剤の剤面を均すことができる範囲）は、０°≦θ≦４５°、好ましくはθ＝３０°である。
【０１１４】
＜実施例３＞
図１３は実施例３の第一搬送スクリューの構成の説明図である。図１４はリブの傾斜面の傾き角度と排出／攪拌性能の関係の説明図である。実施例３は、実施例１の方形断面のリブ５３を搬送方向に対して傾き角度θだけ傾けてリブ５５としている。それ以外の構成は、実施例１と実質同一であるため、図１３中、実施例１と共通の構成には、図８、図９と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１１５】
本発明の別の実施例を示す。基本的な構成は、実施例１と同じであるため、実施例１と実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳細な説明は省略し、本実施例特有の構成部分のみ詳細に説明する。実施例１では、第１の攪拌スクリューの現像剤排出口に対向する領域に現像剤が跳ね上げられて排出口から排出されない程度の高さをもつリブを設けることにより、排出口に対向する領域の現像剤面を均し、初期と耐久時の排出特性を安定化させることを可能とした。
【０１１６】
図１３の（ａ）に示すように、第一搬送スクリュー２５の現像剤排出口４０に沿った螺旋羽根が形成されない領域にリブ５５が形成されている。図１３の（ｂ）に示すように、リブ５５の現像剤対向面は、第一搬送スクリュー２５の軸中心線を含む平面に対して平行ではなく、傾き角度θだけ斜めに傾けて形成されている。図１３の（ｃ）に示すように、リブ５５の現像剤対向面が搬送方向に対して角度θ傾いているため、実施例２と同様に、現像剤がリブ５５から受ける力の鉛直成分が小さくなる。
【０１１７】
実施例３では、現像剤対向面が１つのため、実施例２の０°＜θ＜１８０°よりも広く、現像剤対向面の傾き角度θは、０°＜θ＜１８０°の範囲で選択し得る。そこで、リブ５５の現像剤対向面の傾き角度θを異ならせて第一搬送スクリュー２５を試作した。現像剤対向面の傾き角度θが異なる第一搬送スクリュー２５を現像装置４ａに搭載して、現像剤排出口４０における現像剤の「すり切り排出性」と鉛直方向及び搬送方向の現像剤に対する「均し力」を比較した。
【０１１８】
図１４の（ａ）〜（ｄ）において、横軸は、リブ５５の現像剤対向面の傾き角度θである。縦軸は、それぞれ「すり切り排出性」、鉛直方向及び搬送方向の「均し力」、及び「現像剤均し力」である。
【０１１９】
図１４の（ａ）に示すように、現像剤対向面の傾き角度θが０°≦θ≦４５°の範囲では、「すり切り排出性」が次第に大きくなり、θ＝４５°で最大値となり、１３５°＜θ＜１８０°の範囲では次第に小さくなる。
【０１２０】
図１４の（ｂ）に示すように、現像剤対向面の傾き角度θが０°≦θ≦４５°の範囲では、鉛直方向の「均し力」が次第には小さくなり、θ＝４５°でゼロになり、１３５°＜θ＜１８０°の範囲では次第に大きくなる。
【０１２１】
図１４の（ｃ）に示すように、現像剤対向面の傾き角度θが０°≦θ≦４５°の範囲では、循環方向の「均し力」が次第には大きくなり、θ＝４５°で最大値となり、４５°＜θ＜９０°の範囲では次第に小さくなる。また、９０°≦θ≦１３５°の範囲では、循環方向の「均し力」が次第には大きくなり、θ＝４５°で最大値となり、１３５°＜θ＜１８０°の範囲では次第に小さくなる。
【０１２２】
図１４の（ｄ）に示すように、トータルな現像剤均し力は、０°≦θ≦３０°の範囲で次第に大きくなり、３０°＜θ≦９０°の範囲で次第に小さくなる。また、トータルな現像剤均し力は、９０°≦θ≦１５０°の範囲で次第に大きくなり、θ＝１５０°で最大値となり、１５０°＜θ＜１８０°の範囲で次第に小さくなる。
【０１２３】
図１４（ａ）と図１４の（ｄ）を併せて考えると、「すり切り排出性」が良くて「現像剤均し力」が大きい範囲は、０°≦θ≦４５°、１３５°≦θ≦１８０°、好ましくはθ＝３０°、１５０°である。現像剤排出口４０の上流側での現像剤の積もりを解消するには、０°≦θ≦９０°が望ましい。
【０１２４】
以上の実験結果に基づいて、実施例３では、リブ５５は、第一搬送スクリュー２５のスクリュー軸５２に接する根本からの高さが２ｍｍ、現像剤の循環方向への幅が３ｍｍ、第一搬送スクリュー２５の回転方向に見た厚さが１ｍｍの直方体形状とした。リブ５５の現像剤対向面の傾き角度θは３０°に選択した。実施例３の第一搬送スクリュー２５によれば、実施例２と同様に、現像剤の跳ね上げによる排出の可能性を小さくすると同時に、現像剤もより効率的に均すことができる。
【０１２５】
また、このとき、＜β＞は３０°であり、一方で、前後の第２領域の＜β＞は約４２°であるため、排出口に対向する領域での＜β＞は小さくなっている。このため、排出口に対向する領域において、現像剤を軸線方向に搬送する効果よりも現像剤を周方向へと搬送する効果が相対的に増し、現像剤を均す効果が得られる。
【０１２６】
実施例３では、第一搬送スクリュー２５の回転に伴って現像剤を押すリブの面は、第一搬送スクリュー２５の中心軸を含む面に対して斜めに交差する傾斜面である。その傾斜面と第一搬送スクリュー２５の中心軸を含む面との交差角度が０度を超えて４５度以下である。
【０１２７】
＜実施例４＞
図１５は実施例４の第一搬送スクリューの構成の説明図である。実施例４は、実施例３のリブ５５が現像剤対向面に沿って拡張されて第一搬送スクリュー２５のスクリュー軸５２を取り囲んだ構成である。それ以外の構成は、実施例３と実質同一であるため、図１５中、実施例３と共通の構成には、図１３と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１２８】
図１５の（ａ）に示すように、実施例４でも、円盤部材５６の第一搬送スクリュー２５の軸中心からの距離の最大値をＲとしたとき、上記（１）式の関係が満たされる必要がある。実施例４では、均し部材として、搬送力を持たない円盤部材５６を現像剤排出口４０に対向する領域に設けている。第一搬送スクリュー２５の回転に伴って円盤部材５６が回転して現像剤を振動させ、現像剤排出口４０に対向する領域にある現像剤を均す。円盤部材５６は、スクリュー軸５２上に斜めに設置された一枚の板のため、螺旋羽根のような循環方向の搬送力を持たない。加えて、円盤部材５６は、隣り合う円盤部材５６同士がつながっていないため、先に述べたような現像剤劣化に伴う搬送力の変化に由来する排出特性の急激な変化は発生しない。
【０１２９】
図１５の（ｂ）に示すように、実施例４でも、現像剤対向面の傾き角度θを定義すると、実施例３と同様に、θが大きくなるほど「現像剤均し力」は小さくなり、一方で「すり切り排出性」はθ＝４５°付近で最大となる傾向がある。このため、角度θは０°≦θ≦４５°が好ましい。実施例４ではθ＝３０°とした。
【０１３０】
図１５の（ｃ）に示すように、円盤部材５６は、その中心にスクリュー軸５２が通る形状となっている。スリットＲで二つ割りして、スクリュー軸５２に装着して接着して一体化させた。このとき、円盤部材５６は、第一搬送スクリューが一回転すると、円周部がスラスト方向に大きく振れるため、現像剤搬送面のβは第一搬送スクリューの一回転で平均をとると、＜β＞＝０°となり、搬送力をもたない。一方で、前後の第２領域の＜β＞は、４０ｍｍピッチのため、＜β＞は約４２°となっているのに対し、排出口に対向する領域での＜β＞は小さくなっている。このため、排出口４０に対向する領域において、現像剤を軸線方向に搬送する効果よりも現像剤を周方向へと搬送する効果が相対的に増し、現像剤を均す効果が得られる。
【０１３１】
実施例４では、第一搬送スクリュー２５の回転に伴って現像剤を攪拌する傾斜面が第一搬送スクリュー２５の回転軸を囲んで配置される。
【０１３２】
＜実施例５＞
図１６、図１７は、実施例５の第一搬送スクリューの均し部材の説明図である。図１６に示した通り、実施例５では、排出口４０の対向部に小径リブ５７を設けている点では、実施例１と同じである。実施例５では、リブ５７の断面形状が、略楕円形状になっており、スクリュー軸５２からは根元から先端に行くに従いリブ断面が漸次細くなっている。
【０１３３】
図１７に示すように、実施例５においては、スクリュー軸５２の半径は３ｍｍ、リブ５７の高さＲは５ｍｍ、スクリュー軸５２の高さｈは１０ｍｍ、排出口４０の下端までの高さＨは１８．５ｍｍである。リブ５７の断面形状は、先端部が半径０．５ｍｍの半円であり、スクリュー軸５２と上記半円に接する接線でリブ断面は形作られている。また、一対のリブ５７を接続して直径０．５ｍｍのスクリュー軸５２と平行な丸棒５８が設けられている。丸棒は、排出口４０下の現像剤をほぐして均して、局所的な剤面の盛り上がりを解消することにより、現像剤が一度に排出口４０から溢れ出すのを防止している。
【０１３４】
また、リブ５７の長手方向の長さは８ｍｍ、排出口４０の長さは１０ｍｍであり、リブ５７の長手方向中心位置と排出口４０の長手方向中心位置が長手方向で等しくなるように設置されている。
【０１３５】
本構成は、丸棒５８を含めたリブ５７の攪拌に関与する部分の断面の設置角度は軸線と一致しており、＜β＞はゼロとなる。一方で、前後の第２領域の＜β＞４０ｍｍピッチのため、＜β＞は約４２°となっているのに対し、排出口４０に対向する領域での＜β＞は小さくなっている。このため、排出口４０に対向する領域において、現像剤を軸線方向に搬送する効果よりも現像剤を周方向へと搬送する効果が相対的に増し、現像剤を均す効果が得られる。
【０１３６】
尚、実施例５では、リブ５７の長手方向の長さは、排出口４０の長手方向の長さよりも短い場合を例に説明したが、これに限定されない。リブ５７の長手方向の長さを、排出口４０の長手方向の長さよりも長くしてもよい。この場合、排出口対向部の長手方向全域の現像剤を均すことができる。
【符号の説明】
【０１３７】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  感光ドラム
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  コロナ帯電器
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  現像装置
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ  転写ローラ
２２  現像容器、２３  現像室、２４  攪拌室、
２５  第一搬送スクリュー、２６  第二搬送スクリュー
２７  隔壁、２８  現像スリーブ、２８ｍ  マグネットローラ
２９  規制ブレード、３０  現像剤補給口、３１  ホッパー
３２  供給スクリュー、４０  現像剤排出口
５２  スクリュー軸  ５３、５４、５５  リブ
５６  円盤部材
【図１】
0006012214.tif 000002
【図２】
0006012214.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006012214.tif 000008
【図８】
0006012214.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006012214.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0006012214.tif 000016
【図１６】
0006012214.tif 000017
【図１７】
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