(57)【要約】【課題】  現像器内の長手方向に均一に現像剤が供給できる画像形成装置を提供する。【解決手段】  像担持体に担持された像に現像剤を供給して現像を行う現像手段と、現像剤を搬送して前記現像手段へ供給する第１の剤搬送手段１３と、前記現像手段に設けられ、前記記第１の搬送手段により供給される現像剤を前記第１の搬送手段よりも小さい搬送能力により搬送する第２の搬送手段１７とを有する。【選択図】  図１５
2018040832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に担持された像に現像剤を供給して現像を行う現像手段と、
現像剤を搬送して前記現像手段へ供給する第１の剤搬送手段と、
前記現像手段に設けられ、前記第１の搬送手段により供給される現像剤を前記第１の搬送手段よりも小さい搬送能力により搬送する第２の搬送手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記像担持体は感光体ドラムであり、前記第２の搬送手段が現像剤を搬送する方向は前記感光体ドラムの軸方向であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第１の搬送手段と前記第２の搬送手段とは、それぞれ螺旋状の回転体であり、
前記螺旋状の回転体の毎分回転数をｒ（ｒｐｍ）、螺旋状の外径をｓ（ｍｍ）、内径をｔ（ｍｍ）、螺旋のピッチをｐ（ｍｍ）、比例定数をｋ、とし、
ｆ＝ｋ×ｒ×（ｓ−ｔ）／ｐ
であらわされるｆを前記搬送能力とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第１の搬送手段による搬送能力をｆ１、前記第２の搬送手段による搬送能力をｆ２とし、ｆ１／ｆ２の値が１．５以上４以下であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記第１の搬送手段が前記現像手段に供給する現像剤のゆるみかさ密度に基づく指標値が所定の範囲内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１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式等を採用した複写機やプリンタ、或いはファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子写真方式等を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置が知られている。この電子写真方式の画像形成装置では、画像形成に用いられるトナーが消耗した場合、新たにトナーを補給するために、画像形成装置に着脱可能なトナーボトルから新しいトナーの補給を行う補給方式が用いられている。そのため、画像形成装置には、現像器へトナーを補給するトナー補給装置が設けられる。
【０００３】
このようなトナー補給装置は、トナーボトルモータによりトナーボトルを回転させることにより、そのトナーボトルの排出開口からトナーを排出させる構成となっている。そして、排出されたトナーは、例えば、トナー補給装置の下部に設けられたホッパーに一時的に受容された後、ホッパー内に設けられたトナー搬送スクリューの回転によって現像器へ搬送される構成となっている。
【０００４】
このような画像形成装置では、ホッパー内のトナー量が基準量より少なくなった場合にはトナーボトルを回転させ、ボトル内部に収容されているトナーをホッパーへ排出する。また、現像器内のトナー量が基準量より少なくなった場合には、ホッパー内のトナー搬送スクリューを回転させ、ホッパー内のトナーを現像器へ供給する。逆に、ホッパー内のトナー量や現像器内のトナー量が基準量以上になると、それぞれトナーボトルやトナー搬送スクリューの回転駆動を停止することでトナーの供給を停止する。このようにして、トナーボトルのトナーは、トナーボトルとホッパー内のトナー搬送スクリューとを必要に応じて回転させることにより、ホッパー内と現像器内のトナー量を有る程度一定に保つように供給されている。
【０００５】
しかしながら、現像器へ一定量のトナーを安定して供給することの他にも、現像器の長手方向、つまり被記録媒体の搬送方向と直交する方向において、均一にトナーを補給していくことが重要である。現像器の長手方向におけるトナー補給が偏ったまま画像の形成が行われると、画像の濃度ムラが発生するという課題があった。
【０００６】
特許文献１には、現像手段へ現像剤を補給する補給手段を回転駆動する駆動源に対して、現像手段へ補給する現像剤量を所定量ごとに分割し、分割した現像剤量を補給するごとにその駆動を所定時間停止させることで、安定した現像剤補給を可能とする現像剤補給装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−７８７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の現像剤補給装置は、現像手段に供給される現像剤量を安定化する事はできるものの、現像手段の長手方向において均一なトナー補給を行うことは出来なかった。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑み、現像手段への現像剤の供給を適正に行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明は、像担持体に担持された像に現像剤を供給して現像を行う現像手段と、現像剤を搬送して前記現像手段へ供給する第１の剤搬送手段と、前記現像手段に設けられ、前記記第１の搬送手段により供給される現像剤を前記第１の搬送手段よりも小さい搬送能力により搬送する第２の搬送手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、現像手段への長手方現像剤のを供給を適正に行うことが可能な画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置としての複写機の全体構成を示す正面断面模式図である。
【図２】画像形成部の正面断面模式図である。
【図３】図２のトナー供給経路の右視図である。
【図４】図２のトナー供給経路の上視図である。
【図５】ポンプ部５１の吸排気動作を説明する図である。
【図６】トナー搬送路の構成を示す図である。
【図７】トナー制御のフローチャートである。
【図８】磁気ブリッジセンサの外観斜視図である。
【図９】トナー残量と磁気ブリッジセンサのアナログ検知信号との関係を示す図である。
【図１０】現像器の構成を説明する図である。
【図１１】現像スリーブ８の長手方向にトナー帯電量を測定した帯電量分布を示す図である。
【図１２】トナー凝集度と現像器長手方向各位置におけるトナー落下量との関係を示す図である。
【図１３】トナー搬送路から現像器へ供給されるトナーの受渡部の拡大模式図である。
【図１４】トナー搬送スクリューのトナー保持能力を説明する図である。
【図１５】トナー凝集度と現像器長手方向各位置におけるトナー落下量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
（画像形成装置の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置としての複写機の全体構成を示す正面断面模式図である。
【００１５】
画像形成装置は、例えば有機感光体よりなる像担持体としての感光体ドラム１と、この感光体ドラム１を
帯電ローラ等によって一様に帯電するための帯電部２と、画像読込部４０からの画像情報に基づいてレーザースキャナ４１からレーザー光を感光体ドラム１に放射して静電潜像を形成し、その静電潜像を現像してトナー像を形成する現像器３と、感光体ドラム１に形成されたトナー像を紙などの転写材に転写させる転写部４と、転写材の表面に転写されたトナー像を定着させる定着装置５と、転写材に転写されずに感光体ドラム１上に残った残現像剤を回収する回収機構１１と、紙搬送経路Ｔとを備えている。
【００１６】
また、感光体ドラム１に形成された静電潜像のトナー現像は、現像スリーブ８に印加している現像バイアスによる、感光体ドラム１と現像スリーブ８との電位差で、トナーを現像スリーブ８から感光体ドラム１へ飛翔させて行う。現像バイアスは、不図示の高圧印加基板から所定の出力が印加されている。本実施形態の画像形成装置では、ＡＣバイアスとＤＣバイアスとを重畳させている。
【００１７】
（トナー供給経路の構成）
図２は、図１の画像形成部Ｐを拡大した正面断面模式図であり、図３は、図２のトナー供給経路の右視図であり、図４は、トナー供給経路の上視図である。
【００１８】
現像剤補給容器としてのトナーボトル５０から現像器３へトナーを補給する為のトナー供給機構は、トナーボトル５０を着脱可能かつ回転可能に支持するトナーボトル装着部９と、トナーボトル５０のトナー収容部５０Ｂのみを回転させるトナーボトル駆動機構１０とにより構成されている。
【００１９】
円筒状のトナーボトル５０は、トナー収容部５０Ｂとトナー排出部５０Ｃとに分けられる。トナー収容部５０Ｂの円筒状空洞の内周面には、螺旋状の突起５０Ａが円筒状空洞の内方に突出して形成されている。トナーは、この突起５０Ａとトナーボトル５０の回転駆動とにより、トナー収容部５０Ｂからトナー排出部５０Ｃへ搬送される。
【００２０】
トナー排出部５０Ｃへ搬送されたトナーは、現像剤搬送路としてのトナー搬送路６０を経由して現像器３へ搬送される。トナー搬送路６０には、後述するように、トナー搬送路６０内のトナーの有無を検知するための第１トナーセンサ１４が設けられている。
【００２１】
現像器３は、トナー搬送路６０を経て搬送・供給されたトナーを受ける補給口１８と、トナーを担持させる現像スリーブ８と、現像器内のトナー量を検知するための第２トナーセンサ１６とが設けられている。
【００２２】
（ポンプ部の構成）
次に、トナーボトル５０のトナー排出部５Ｃに設けられているポンプ部５１の構成について説明する。
【００２３】
図５は、ポンプ部５１の吸排気動作を説明する図であり、図５（ａ）は、ポンプ部５１が最大限伸張した状態の正面図で、図５（ｂ）はその上面図であり、図５（ｃ）は、ポンプ部５１が収縮した状態の正面図で、図５（ｄ）はその上面図である。
【００２４】
本実施形態のポンプ部５１は、排出口５２を介して、トナーボトル５０の内部に向かう気流を発生させる吸気動作と、トナーボトル５０の外部に向かう気流を発生させる排気動作とを交互に生じさせる気流発生機構として機能する。
【００２５】
なお、ポンプ部５１は、円筒部５７の回転とは独立して自らは回転しない構成となっている。
【００２６】
本実施形態では、ポンプ部５１として、往復動部材５４の往復動に伴い、その容積を可変とする樹脂製の容積可変型ポンプを採用している。具体的には、容積可変型ポンプとして蛇腹状のポンプを採用しており、山折り部と谷折り部とが交互に複数連続する形状となっている。このポンプ部５１は、トナーボトル駆動機構１０からの駆動力により、圧縮と伸張を交互に繰り返し行う伸縮動作を行う構造であり、その伸縮に伴う容積変化量は、本実施形態では１７ｃｍ３である。
【００２７】
このようなポンプ機構を採用することにより、ポンプ部５１の容積を可変させるとともに、所定の周期で交互に繰り返し変化させることができる。例えば、図５（ａ）に示すようにポンプ部５１が伸びた場合には容積が大きくなり、一番伸びた場合に最大容積となる。逆に、図５（ｃ）に示すようにポンプ部５１が縮んだ場合には容積は小さくなり、一番縮んだ場合に最小容積となる。このように、ポンプ部５１の伸縮に伴って容積が変化する構成とすることで、小径（本実施形態では、直径が約２ｍｍ）の排出口５２からトナーを効率良く排出させることが可能となる。
【００２８】
（トナーボトルの駆動変換機構）
次に、トナーボトル５０の駆動変換機構について説明する。なお、本実施形態の駆動変換機構としての駆動変換部は、カム機構を用いた駆動変換構造である。
【００２９】
トナーボトル５０は、トナーボトル駆動機構１０からの駆動力をギア部５３で受ける。ギア部５３が受けたトナー収容部５０Ｂを回転させるための回転駆動力を、ポンプ部５１を往復動させる方向の力へ変換する駆動変換部として機能するカム機構が設けられている。
【００３０】
つまり、本実施形態では、トナー収容部５０Ｂの回転の駆動力と往復動部材５４の往復動の駆動力とを１つの駆動受入れ部としてのギア部５３で受ける構成としつつ、ギア部５３が受けた回転駆動力を、トナーボトル５０側で往復動部材５４の往復動力へ変換する構成としている。このように、トナーボトル５０に外部からの駆動力を受ける駆動受入れ部を２つ別々に設ける場合に比してトナーボトル５０の駆動入力機構の構成を簡易化している。そして、往復動部材５４の往復動に応じてポンプ部５１の蛇腹構成が伸縮してポンプ機能を発揮する構成である。
【００３１】
次に、ギア部５３で受けた駆動力を、往復動部材５４を往復動に変換する機構について説明する。
【００３２】
本実施形態では、トナーボトル駆動機構１０から回転駆動を受けたギア部５３と一体となって回転するカム機構が設けられている。このカム機構は、円筒部５７の全周に形成されたカム溝５５に対して、往復動部材５４の一部が突出した係合突起５６が係合して構成されている。そして、トナーボトル５０の回転に伴って、カム溝５５に係合した係合突起５６を介して往復動部材５４が往復動する。
【００３３】
なお、往復動部材５４は、円筒部５７の回転方向へ自らが回転することがないように、ガタ程度は許容する範囲で固定されている。このように回転方向が規制されることで、カム溝５５の溝に沿って往復動するように規制されている。さらに、係合突起５６はカム溝５５に複数係合するように設けられている。本実施形態では、円筒部５７の外周面に対して２つの係合突起５６が約１８０°対向するように設けられている。
【００３４】
ここで、係合突起５６の配置個数については、少なくとも１つ設けられていれば構わない。但し、ポンプ部５１の伸縮時の抗力により駆動変換機構等にモーメントが発生することでスムーズな往復動が行われない恐れがあるため、カム溝５５の形状との関係が損なわれないようにするため、複数個設けるのが好ましい。
【００３５】
このように、トナーボトル駆動機構１０から入力された回転駆動力でカム溝５５が回転することで、カム溝５５に沿って係合突起５６が往復動作をすることで、ポンプ部５１が伸張した状態（図５（ａ））とポンプ部５１が収縮した状態（図５（ｃ））を交互に繰り返すことで、ポンプ部５１の容積可変を達成することができる。
【００３６】
（トナー搬送路の構成）
次に、トナー搬送路の構成について説明する。
【００３７】
図６はトナー搬送路６０の構成を示す図であり、図５（ａ）はトナー搬送路６０の正面図であり、図５（ｂ）は側面断面図である。
【００３８】
トナー搬送路６０は、トナーボトル５０の排出口５２と連通するトナー搬送路供給口６１と、現像器３へトナーを供給するトナー搬送路排出口６２とを備えている。トナー搬送路６０の内部には、現像器３へトナーを搬送する第１現像剤搬送手段としての第１トナー搬送スクリュー１３が設けられている。この第１トナー搬送スクリュー１３は螺旋状の回転体であって、螺旋状の溝が回転することでトナーを回転軸方向へ搬送する。
【００３９】
また、第１トナー搬送スクリュー１３の近傍であってトナー搬送路供給口６１のほぼ真下の位置に、トナー搬送路６０に第１現像剤検知手段としての第１トナーセンサ１４が配置されている。
【００４０】
本実施形態では、トナー搬送路６０の内部に配された第１トナー搬送スクリュー１３の直径は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、そのスクリューピッチは１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度、また、スクリュー回転数は１００ｒｐｍ〜２００ｒｐｍとしている。これは、本実施形態で用いた各構成要素におけるトナー搬送に最も適した条件であるため、トナーの種類や、搬送路内へのトナー供給量が大きく変更となった場合には、その都度適宜最適化したものを採用する。
【００４１】
（トナー補給制御）
次にトナー補給制御について説明する。
【００４２】
図７は、本実施形態におけるトナー制御のフローチャートである。
【００４３】
トナー搬送路６０には、その搬送路内におけるトナーの量を検知する際に用いる第１トナーセンサ１４が設けられている。この第１トナーセンサ１４は、トナー搬送路６０の搬送路内のトナーの量から得られる信号値に基づいて、トナーボトル５０からトナー搬送路６０へのトナー補給指令信号及び補給停止信号を発するためのものである。
【００４４】
同様に、現像器３には、現像器３内におけるトナーの量を検知する際に用いる第２現像剤検知手段としての第２トナーセンサ１６が設けられている。この第２トナーセンサ１６は、現像器３内のトナーの量から得られる信号値に基づいて、トナー搬送路６０内の第１トナー搬送スクリュー１３を回転させて、トナー搬送路６０から現像器３へのトナー補給指令信号及び補給停止信号を発するためのものである。
【００４５】
本実施形態では、第１トナーセンサ１４及び第２トナーセンサ１６として、透磁率でトナーの有無を検出するセンサを用いている。
【００４６】
画像形成装置本体の電源を投入し（Ｓ１）、通常の画像形成動作が開始される（Ｓ２）。
【００４７】
次いで現像器３が駆動され（Ｓ３）、それに伴って現像器３にあるトナーが消費される。
【００４８】
Ｓ４で、現像器３の第２トナーセンサ１６が、現像器３内のトナー量が所定量未満であることを示すトナー無を検知すると（Ｓ４のＮｏ）、トナー搬送路６０内の第１トナー搬送スクリュー１３を回転駆動させ、トナーボトル５０からトナー搬送路６０へトナーを供給する（Ｓ５）。その後、再度Ｓ４へ戻って、第２トナーセンサ１６がトナー有無の検知を行う（Ｓ４）。
【００４９】
なお、図７のフローには記載されていないが、所定時間、第１トナー搬送スクリュー１３を回転させてもＳ４で第２トナーセンサ１６がトナー有を検知しない場合は、画像形成動作を停止して「トナーＥｎｄ」をユーザに報知し、トナーボトル５０の交換を促す。
【００５０】
Ｓ４で、現像器３の第２トナーセンサ１６が、現像器３内のトナー量が所定量以上有ることを示すトナー有を検知すると（Ｓ４のＹｅｓ）、第１トナーセンサ１４が、トナー搬送路６０内に所定量のトナーが有るか無いかの検知を行う（Ｓ６）。
【００５１】
Ｓ６で、トナー搬送路６０の第１トナーセンサ１４が、トナー搬送路６０内のトナー量が所定量未満であることを意味するトナー無を検知すると（Ｓ６のＮｏ）、トナーボトル駆動機構１０を回転駆動してトナーボトル５０を回転駆動させ、トナーボトル５０からトナー搬送路６０へトナーを供給する（Ｓ７）。その後、再度Ｓ６へ戻って、第１トナーセンサ１４がトナー有無の検知を行う（Ｓ６）。
【００５２】
なお、図７のフローには記載されていないが、所定時間、トナーボトル５０を回転させてもＳ６で第１トナーセンサ１４がトナー有を検知しない場合は、画像形成動作は継続させるものの、「トナーＬｏｗ」をユーザに報知して、トナーボトル５０内のトナー残量が無いとの警告を出す。
【００５３】
Ｓ６で、第１トナーセンサ１６が、トナー搬送路６０内のトナー量が所定量以上有ることを意味するトナー有を検知すると（Ｓ６のＹｅｓ）、通常の画像形成動作に支障は無いものとして本フローは終了し、画像形成動作は停止させない。
【００５４】
（トナーセンサの構成）
次に、透磁率センサである、トナー搬送路６０に配されている第１トナーセンサ１４及び現像器３に配されている第２トナーセンサ１６に用いられている透磁率センサの磁気ブリッジセンサ２０について説明する。
【００５５】
図８は、磁気ブリッジセンサ２０の外観斜視図である。
【００５６】
磁気ブリッジセンサ２０は、図８に示すように、本体部２０ａの上に検知ヘッド２０ｂが円柱状に載っている形状で、両者が一体に構成されている。本体部２０ａから引き出されている入出力用の信号線２０ｃは、磁気ブリッジセンサ２０と画像形成装置本体との間の信号授受に用いられる。
【００５７】
検知ヘッド２０ｂの内部には検知トランスが埋め込まれている。この検知トランスは、１つの１次巻線と２つの２次巻線との合計３つの巻線で構成されている。２つの２次巻線は、検知巻線と基準巻線である。そして、検知巻線は検知ヘッド２０ｂの天面側に、基準巻線は１次巻線を挟んで検知ヘッド２０ｂの裏側に、それぞれ配されている。
【００５８】
センサ２０の本体部２０ａ内に設けられた発信器から一定波形の信号を持つ電流が１次巻線に入力されると、２次巻線である基準巻線と検知巻線にも電磁誘導によって或る波形の信号を持つ電流が流れる。このときの発信器からの一定波形の信号と、検知巻線から電磁誘導によって流れた電流の或る波形の信号とを本体部２０ａ内に設けられた比較回路で判断することによって、検知ヘッド２０ｂの天面側にどの程度の密度の磁性体が有るかを検知することができる。このように、検知ヘッド２０ｂの前に磁性体が有る場合と無い場合とで、異なった出力が得られる。
【００５９】
なお、この磁気ブリッジセンサ２０は、検知しようとする磁性体の磁性密度等の違いに対応するため、検知トランス中心部にフェライト製のネジコアを移動可能に設けてあり、このネジコアの位置を調節することによって適正な検知が可能となっている。
【００６０】
（トナー残量検知手段の構成）
次に、トナー搬送路６０及び現像器３の内部にあるトナー残量を検知するトナー残量検知手段について説明する。上述したように、本実施形態では、第１トナーセンサ１４及び第２トナーセンサ１６は、磁気ブリッジセンサ２０によって、それぞれが配置されているトナー搬送路６０又は現像器３の内部の残量トナーを検知している。
【００６１】
なお、第１トナーセンサ１４及び第２トナーセンサ１６を構成する磁気ブリッジセンサ２０の検知ヘッド２０ｂが検知可能な磁性体密度範囲は、被検出磁性体としてのトナーの最大充填時から空になるまでの被検知磁性体の磁性体密度を十分に検知できる感度が得られるように調整されている。
【００６２】
図９は、トナー残量と磁気ブリッジセンサ２０のアナログ検知信号との関係を示す図である。
【００６３】
図９に示すように、磁気ブリッジセンサ２０は、トナー搬送路６０内トナー残量が最大充填時（Ｆｕｌｌ時）には最も高い出力電圧を示し、トナー残量が空の時（Ｅｍｐｔｙ時）には最も低い出力電圧を示す。そして、トナーの最大充填時と空の状態の時との間におけるトナー残量の値に対して出力電圧の値が一対一に定まる、ほぼ比例の関係を持っており、トナー残量に応じた出力電圧を得ることができる。
【００６４】
ここで、得られた出力電圧値が所定の値以上であった場合には「トナー有」とし、所定の値より小さいときは「トナー無」とする。
【００６５】
（現像器の構成）
次に、現像器３の構成を説明する。
【００６６】
図１０は、現像器３の構成を説明する図であり、図１０（ａ）は側面断面図で、図１０（ｂ）はその上面図である。
【００６７】
本実施形態では、画像形成装置本体から見て、現像器３へのトナー供給口は奥側に配置されており、補給口１８の位置は現像器３の第２現像剤搬送手段としての第２トナー搬送スクリュー１７の直上に配置されている。なお、この第２トナー搬送スクリュー１７は螺旋状の回転体であって、螺旋状の溝が回転することでトナーを回転軸方向へ搬送する。
【００６８】
現像器３には、その内部のトナー残量を検知するための第２トナーセンサ１６が設けられており、この第２トナーセンサ１６がトナー無を検知することによりトナー搬送路６０の第１トナー搬送スクリュー１３を回転駆動させ、現像器３へのトナー供給が行われる。
【００６９】
現像器３の奥側の補給口１８から供給されたトナーは、第２トナー搬送スクリュー１７により、現像器３の手前側へ搬送される。
【００７０】
また、現像器３の内部には、第２トナー搬送スクリュー１７の軸線に沿うように配置された回転軸に取り付けられた攪拌シート１９が設けられており、その攪拌シート１９の回転により、現像器３内のトナーを攪拌するように構成されている。この第２トナー搬送スクリュー１７と攪拌シート１９とは、現像スリーブ８の軸方向に沿って、その母線長にほぼ対応する領域に設けられている。また、これは、感光体ドラム１の周面母線方向に沿って、その母線長にほぼ対向する領域にも相当する。
【００７１】
このように構成された現像器３では、手前側のトナーと奥側のトナーとでは現像器に供給されてからの撹拌による撹拌時間に差が出てくる。また、トナーは撹拌されることで、トナー同士の衝突、現像容器との衝突を繰り返すことで次第に劣化する。
【００７２】
（現像スリーブの長手方向の帯電量分布）
図１１は、現像スリーブ８の長手方向にトナー帯電量を測定した帯電量分布を示す図である。
【００７３】
測定条件としては、現像器３の耐久試験枚数はＡサイズ横向き搬送で１０万枚であり、このときのトナー消費は奥側と手前側とで差は無く、印字率（画像比率）は５％程度である。また、図１１のＲは現像スリーブ８の奥側の位置で現像器３の補給口１８のある位置、Ｆは現像スリーブ８の手前側の位置、Ｃは中央の位置、ＲＣは奥の位置と中央の位置との中間点、ＦＣは手前の位置と中央の位置との中間点をそれぞれ示している。
【００７４】
また、本実施形態でいう「長手方向」とは、トナー搬送路６０から搬送されるトナーの供給を受けるために現像器３に設けられた補給口１８から感光体ドラム１の周面母線方向に沿った方向であり、これは感光体ドラム１に対向して配されている現像スリーブの、感光体ドラム１の周面母線方向に沿った方向でもある。
【００７５】
まず、長手方向に均一にトナー補給できる実験装置を用いたときの試験初期と耐久試験後とを比べる。
【００７６】
この場合は、長手方向に均一なトナー補給を行うことができる装置なので、試験初期及び耐久試験後共に長手方向全長に渡ってほぼ均一にトナーが帯電しており、試験初期に比べて耐久試験後の帯電量の減少もほとんどなかった。この試験で用いたような長手方向に均一にトナー補給できる装置には
次に、長手方向の奥側Ｒの位置からトナー補給したときの試験初期と耐久試験後とを比べる。
【００７７】
試験開始初期は、現像スリーブ８の長手方向奥側（図１１のＲ側）と手前側（図１１のＦ側）とでは、トナー帯電量にはほとんど差は無かった。
【００７８】
耐久試験後は、現像器３の補給口１８に近い現像スリーブ８の奥側（図１１のＲ側）にはフレッシュなトナーが次々と供給されるので、現像スリーブ８上の帯電量も低下していないことが分かる。しかし、手前側（図１１のＦ側）のトナーは、奥側から補給されたトナーが長い時間掛けて、撹拌され、手前側まで送られてきたトナーであるため、相対的に見て劣化が進んでいる。
【００７９】
図１１からも、現像スリーブ８の奥側の位置からトナー補給をしたときは、現像スリーブ８上のトナー帯電量は、初期と比較すると耐久試験後には大きく低下しているのが分かる。このような現像スリーブ８上でのトナー帯電性の差が現像性の差となって現れ、画像形成されて出力された紙上での画像の濃度ムラとなる。
【００８０】
このような試験結果からも分かるように、現像器３の長手方向に対して、トナーをより均一に補給することは、高品質な画像形成を行うためには極めて重要な技術となる。
【００８１】
（トナー凝集度）
本実施形態における凝集度とは、粉体であるトナーの「ゆるみかさ密度」を示す指標である。所定の目粗さを持った篩の上に所定量のトナーを置き、一定の振幅で振動を与え、所定時間振動させた時の残トナー量の割合とする。篩の上で所定時間振動を加えられても落下しなかったトナーが多い場合、そのトナーは凝集度が高いと判断される。篩は目開きの小さい方から順にＡ、Ｂ、Ｃとする。
【００８２】
次に、本実施形態におけるトナー凝集度の測定条件を以下に示す。
【００８３】
篩Ａの目開き：７５μｍ
篩Ｂの目開き：１５０μｍ
篩Ｃの目開き：２５０μｍ
トナー量    ：５ｇ
振    幅    ：０．５５ｍｍ
振動時間    ：１０秒
このとき、Ａ、Ｂ、Ｃの篩上に残ったトナー量をそれぞれａ、ｂ、ｃとすると、凝集度は（１）式で表すこととする。
【００８４】
凝集度（％）＝｛（ａ／１０）＋（ｂ／１０）×０．５＋（ｃ／１０）｝×０．１×１００・・・（１）
ここでは上述の測定条件の下で測定・実験を行ったが、トナーの凝集度が数値化できる手法であれば、上述のような測定実験でなくても構わない。
【００８５】
（トナー凝集度と現像器長手方向のトナー落下量分布との関係）
図１２は、現像器３に補給されるトナーの凝集度と現像器長手方向各位置におけるトナー落下量との関係を示す図である。
【００８６】
この図１２の縦軸と横軸との関係から、概略、以下のような関係が有ることが分かる。
【００８７】
凝集度が高いトナーは、第２トナー搬送スクリュー１７に保持されやすく、現像器３の長手方向の奥側（図１２のＲ側）から手前側（図１２のＦ側）までトナーが十分に搬送されているのが分かる。また、凝集度の低いトナーは、第２トナー搬送スクリュー１７に保持され難いので、現像器３の長手方向に関してトナー落下量分布は均一ではなくなっている。すなわち、現像器３の補給口１８近傍での落下量が多く、長手方向の中央（図１２のＣ）から手前（図１２のＦ）では、ほとんどトナーの落下量は無いという分布になっていることが分かる。
【００８８】
これらのことから、凝集度が高いトナーは現像器３の手前側にまでが搬送されるが、凝集度が低いトナーはほとんど現像器３の奥側で落下してしまうことが分かる。
【００８９】
このように、現像器３内の補給口１８と第２トナー搬送スクリュー１７との最適化や、第２トナー搬送スクリュー１７近傍の衝立形状の最適化などの対策では、現像器３の長手方向のトナー落下量のバラつきを抑えることはできないことが分かる。
【００９０】
更に図１２から分かるように、トナー凝集度が１０％のときは、補給口１８のある現像スリーブ８の奥側Ｒで大量のトナーを落下させながら急激にその落下量を減らしつつ中間点Ｃでは落下量がゼロとなっている。また、中間点Ｃから手前側Ｆまのでの間は、ほとんど落下量はゼロである。
【００９１】
また、トナー凝集度が３０％のときは、奥側Ｒから手前側Ｆまでなだらかに落下量を減らながら手前側Ｆでほぼ落下量ゼロとなっており、現像スリーブ８のほぼ全長に渡ってトナーを搬送していることが分かる。
【００９２】
さらに、トナー凝集度が４０％、５０％、７０％、９０％のときは、現像スリーブ８の全長に渡ってほぼ一定の落下量を維持していることが分かる。これから、トナー凝集度が４０％〜９０％のときには、現像器３の長手方向のほぼ全長に渡ってトナーが搬送・供給されることが分かる。
【００９３】
以上より、現像器３の長手方向であって現像スリーブ８の全長に渡ってトナーを搬送するためのトナー凝集度は３０％から９０％、より好ましくは４０％から９０％であることが分かる。
【００９４】
（トナー搬送能力）
図１３は、図１０を用いて説明したトナー供給の構成において、トナー搬送路６０から現像器３へトナーが供給されるときのトナーの受渡部の拡大模式図である。
【００９５】
図１３において、ｆ１はトナー搬送路６０の第１トナー搬送スクリュー１３のトナー搬送によって生じるトナー搬送能力を示し、ｆ２は現像器３の第２トナー搬送スクリュー１７のトナー搬送によって生じるトナー搬送能力を示す。
【００９６】
以下、現像器３内の長手方向における均一化されたトナー補給を実現するため、２つのトナー搬送スクリュー１３、１７の異なった構造と駆動条件の下で算出したｆ１とｆ２との比の値（トナー搬送能力比の値）と、そのときのトナー凝集度との関係から最適な搬送条件を求める。
【００９７】
なお、本実施形態では、トナー搬送路６０に配された第１トナー搬送スクリュー１３と現像器３に配された第２トナー搬送スクリュー１７とは同じ形状・寸法であり、毎分回転数が異なっている。なお、毎分回転数はトナー搬送スクリューの回転速度を用いてもよい。
【００９８】
これらのトナー搬送スクリューの回転によりトナーに作用するトナー搬送能力ｆは、スクリューの外径と内径の差をスクリューピッチで割った数にスクリューの回転速度（一定時間当たりの回転数）を乗じたものに比例するとの知見を得た。即ち、スクリューの毎分回転数をｒ（ｒｐｍ）、スクリュー外径をｓ（ｍｍ）、スクリュー内径をｔ（ｍｍ）、スクリューピッチをｐ（ｍｍ）、比例定数をｋとすると、ここでは、
ｆ＝ｋ×ｒ×（ｓ−ｔ）／ｐ・・・（２）
の式により定義する。
【００９９】
（トナー搬送スクリューのトナー保持能力）
ここで、トナー搬送スクリューのトナー保持能力について説明する。
【０１００】
図１４は第２トナー搬送スクリュー１７のトナー保持能力を説明する図であり、図１４（ａ）は現像器３を第２トナー搬送スクリュー１７の搬送スクリュー軸１７ａに交差する面から見た断面図であり、図１４（ｂ）は第２トナー搬送スクリュー１７の近傍拡大図である。
【０１０１】
トナー搬送スクリューは、無限にトナーを保持・搬送できるわけではない。第２搬送スクリュー羽根１７ｂで保持・搬送できるトナー量は、搬送スクリュー軸１７ａの円形断面の最高点までの高さｈ１と搬送スクリュー近傍の壁２１の高さｈ２とで決まる。これは、搬送スクリュー羽根１７ｂの上のトナーは、第２トナー搬送スクリュー１７の回転によって生じる遠心力によって、壁２１を越えて現像器３の攪拌シート１９のある部屋へ排出され、搬送スクリュー軸１７ａを超えることがほとんどできないことによる。
【０１０２】
つまり、搬送スクリュー羽根１７ｂの上にある（搬送スクリュー軸１７ａの高さｈ１）−（搬送スクリュー羽根１７ｂの高さｈ２）の高さ相当のトナーが、第２トナー搬送スクリュー１７の基本的なトナー保持量となる。なお、本実施形態では、搬送スクリュー羽根１７ｂの高さｈ２は、搬送スクリュー軸１７ａの軸中心の高さとしている。
【０１０３】
このとき、（搬送スクリュー羽根１７ｂに保持したトナーのトナー剤面高さｈ３）−（第２トナー搬送スクリュー１７の近傍の壁２１の高さｈ４）が、トナー搬送スクリュー１７から現像器３へのトナー落下量となる。ここで、ｈ１＞ｈ３＞ｈ４＞ｈ２である。
【０１０４】
凝集度の高いトナーは、トナー同士の結着力が高いので、搬送スクリュー羽根１７ｂの上のトナーが受ける種々の外力に抗してばらけることがない。そのため、搬送スクリュー羽根１７ｂの上にトナーが保持され、第２トナー搬送スクリュー１７の軸方向（現像器３の長手方向）に、より多くのトナーが搬送される。
【０１０５】
凝集度の低いトナーは、ソナー同士の結着力が低いので、搬送スクリュー羽根１７ｂの上のトナーが受ける種々の外力によりばらけるので、搬送スクリュー羽根１７ｂの上に保持され難い。そのため、第２トナー搬送スクリュー１７の軸方向（現像器３の長手方向）に搬送されるトナー量は減ってしまう。
【０１０６】
以上のことから、現像器３内の長手方向に均一にトナーを搬送するためには、第２トナー搬送スクリュー１７に保持されるトナーの凝集度を所定の閾値以上にする必要があることが分かる。なお、トナーの凝集度は、トナー同士の結着力で決まり、トナー表面の水分による表面張力や、静電気力、外的能力などがパラメータとして挙げられる。
【０１０７】
（トナー凝集度とトナー搬送能力比の値との関係）
図１５は、トナー凝集度とトナー搬送能力比の値との関係を示す図である。
【０１０８】
図１５から分かるように、トナー搬送能力比の値が１のときのトナー凝集力は１０％であり、現像器３の長手方向に均一にトナーを搬送することはできないことが分かる。
【０１０９】
また、トナー搬送能力比の値が大きくなると、トナー凝集力も大きくなることが分かる。
【０１１０】
（より均一なトナー搬送を行うためのトナー凝集度を検討する実験）
上述したように、現像器３の補給口１８近傍のトナーの凝集度は、トナー表面の水分による表面張力や、静電気力の影響を受ける為、使用環境、耐久枚数（印刷枚数）によってばらつきが非常に大きい。それらを回避して、現像器３の長手方向に、より均一なトナー搬送を行うためのトナー凝集度を求める。
【０１１１】
以下、２つのトナー搬送スクリュー１３，１７の毎分回転数を変えて、現像器３の長手方向に、より均一にトナーを搬送・供給できる条件を求める実験を行った。そのときの現像器３へのトナー供給は、単位供給量：１ｇ／秒、タイミング：１秒補給の後に１秒補給停止を繰り返す、総供給量：３０ｇとする。
【０１１２】
（比較例の実験）
ここで、比較例として、これまでのトナー供給態様について説明する。
【０１１３】
これまでは、同一形状・寸法の第１トナー搬送スクリュー１３と第２トナー搬送スクリュー１７とを、同じ毎分回転数で駆動してトナー供給を行っていた。そのときの２つのトナー搬送スクリュー１３，１７によって発生するぞれぞれのトナー搬送能力は（２）式より同等である。また、この２つのトナー搬送能力が同じであることから、トナー搬送能力の比の値は１となる。このとき、トナー搬送路６０内のトナー凝集度は変化することなく、現像器３へ供給されている。
【０１１４】
図１５より、トナー搬送能力比の値が１のときのトナー凝集度は１０％であることが分かる。また、図１２より、トナー凝集度が１０％のときには、現像器３の長手方向のほぼ中央から手前までの間にはトナーがほとんど供給されていないことが分かる。
【０１１５】
（実施形態の実験）
第１トナー搬送スクリュー１３の毎分回転数（ｒ１）を１７０ｒｐｍ、外径（ｓ１）を１６ｍｍ、内径（ｔ１）を６ｍｍ、スクリューピッチ（ｐ１）を２０ｍｍとしたときの第１トナー搬送スクリューのトナー搬送能力（ｆ１）は、ｆ１＝８５となる。
【０１１６】
また、第２トナー搬送スクリュー１７についても同様に、毎分回転数（ｒ２）を１００ｒｐｍ、外径（ｓ２）を１６ｍｍ、内径（ｔ２）を６ｍｍ、スクリューピッチ（ｐ２）を２０ｍｍとしたときの第２トナー搬送スクリューのトナー搬送能力（ｆ２）は、ｆ２＝５０となる。
【０１１７】
このように、現像器３の第２トナー搬送スクリュー１７のトナー搬送能力よりも、トナー搬送路６０の第２トナー搬送スクリュー１３のトナー搬送能力のほうが高い装置構成の下で、実際にトナー搬送を行った。このときの現像器３の内部へのトナー落下量分布例は、上述した図１２に示したとおりである。
【０１１８】
本実施形態のように、ｆ１＞ｆ２の関係の場合、上流側のトナー搬送路６０のトナー搬送能力が高いので、現像器３のトナーの補給口１８近傍でのトナー受渡部で、軽圧縮が発生する。つまり、トナー搬送能力の大きい搬送領域から同能力の小さい搬送領域への受渡部となる境界領域を介して連続的にトナーが搬送される際に、境界領域に近い側のトナー搬送能力の小さい領域では、高能力側から搬送されてきたトナーに押されてトナーが圧縮される現象（軽圧縮）が生じる。そして、このときの軽圧縮によって、トナーの凝集度が上昇する。受渡部でのトナーの軽圧縮は、トナー搬送路６０の第１トナー搬送スクリュー１３のトナー搬送能力ｆ１と、現像器３の第２トナー搬送スクリューのトナー搬送能力ｆ２とのトナー搬送能力比の値に応じて発生する。本実施形態のトナー搬送能力比の値は、ｆ１／ｆ２＝８５／５０＝１．７である。
【０１１９】
このとき、トナー凝集度は軽圧縮が発生しないトナー搬送能力比の値が１のとき（第１トナー搬送スクリュー１３と第２トナー搬送スクリュー１７の双方の毎分回転数が同じとき）の１０％から、本実施形態で軽圧縮が発生したトナー搬送能力比の値が１．７のときには４０％程度まで上昇していた。
【０１２０】
これらの知見より、第２トナー搬送スクリュー１７に対して、第１トナー搬送スクリュー１３の方の毎分回転数を上げることでトナー搬送能力比の値を大きくして、トナー凝集度を大きくできることが分かる。
【０１２１】
このように本実施形態では、トナー受渡部で軽圧縮を発生させることでトナー凝集度を１０％から４０％に上昇させることができ、これによって現像器３の長手方向にほぼ均一にトナーを搬送して落下させることができることになっている。
【０１２２】
（まとめ）
以上より、トナー搬送能力の大きい搬送領域から同能力の小さい搬送領域への受渡部となる境界領域を介して連続的にトナーが搬送される際に、境界領域に近い側のトナー搬送能力の小さい領域で発生するトナー圧縮現象（軽圧縮）により、トナー凝集度を高くすることができる。
【０１２３】
図１２と図１５から分かるように、現像器３へのトナー落下量分布を略均一にするためのトナー凝集度は３０％以上９０％以下、より好ましくは４０％以上９０％以下である。そして、３０％以上のトナー凝集度は、現像器３の補給口１８の近傍でトナーを軽圧縮することで得ることができる。
【０１２４】
また、３０％以上９０％以下のトナー凝集度は、トナー搬送路６０内のトナー搬送能力ｆ１と現像器３内のトナー搬送能力ｆ２との能力比の値が１．５以上４以下で得られることが分かる。さらに、より好ましい４０％以上９０％以下のトナー凝集度は、トナー搬送路６０内のトナー搬送能力ｆ１と現像器３内のトナー搬送能力ｆ２との能力比の値が１．７以上４以下で得られることが分かる。
【符号の説明】
【０１２５】
１・・・感光体ドラム
２・・・帯電部
３・・・現像器
４・・・転写部
５・・・定着装置
８・・・現像スリーブ
９・・・トナーボトル装着部
１０・・・回転駆動機構
１３・・・第１トナー搬送スクリュー
１７・・・第２トナー搬送スクリュー
１８・・・補給口
５０・・・トナーボトル
６０・・・トナー搬送路
６１・・・トナー搬送路供給口
６２・・・排出口
【図１】
2018040832.tif 000003
【図２】
2018040832.tif 000004
【図３】
2018040832.tif 000005
【図４】
2018040832.tif 000006
【図５】
2018040832.tif 000007
【図６】
2018040832.tif 000008
【図７】
2018040832.tif 000009
【図８】
2018040832.tif 000010
【図９】
2018040832.tif 000011
【図１０】
2018040832.tif 000012
【図１１】
2018040832.tif 000013
【図１２】
2018040832.tif 000014
【図１３】
2018040832.tif 000015
【図１４】
2018040832.tif 000016
【図１５】
2018040832.tif 000017