(57)【要約】【課題】簡単な構成で現像容器４１内の現像剤を適切に排出できる構成を提供する。【解決手段】現像容器４１は、攪拌室４１ｂの底部から所定の高さに、現像剤を排出する排出口４８ａが形成されている。第２スクリュー４３の現像剤搬送方向に関し、攪拌室４１ｂの排出口４８ａの上流端４８ａ１よりも下流側で、且つ、第２開口部４１ｅよりも上流側に塞き止め部４０１を設ける。塞き止め部４０１は、下端部４０１ｂの少なくとも一部が排出口４８ａの下端４８ａ３よりも下方に位置して、第２スクリュー４３により搬送される現像剤の一部を塞き止める。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤を収容し、第１室と、前記第１室との間で現像剤を循環させる循環経路を形成する第２室と、前記第１室と前記第２室とを隔て、前記第１室から前記第２室に現像剤を搬送可能な開口部が形成された隔壁と、前記第１室の底部から所定の高さに形成されて現像剤を排出する排出口と、現像剤が補給される補給口が形成された現像容器と、
前記第１室で現像剤を搬送する搬送部材と、
前記搬送部材の現像剤搬送方向に関し、前記第１室の前記排出口の上流端よりも下流側で、且つ、前記開口部よりも上流側に設けられ、下端部の少なくとも一部が前記排出口の下端よりも下方に位置して前記搬送部材により搬送される現像剤の一部を塞き止める塞き止め部と、を備えた、
ことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記塞き止め部は、前記搬送部材の現像剤搬送方向に関し、前記排出口の下流端よりも下流側に設けられている、
ことを特徴とする、請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】
前記搬送部材は、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された羽根とを有し、
前記塞き止め部は、下端部が前記回転軸よりも上方となるように設けられている、
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】
前記塞き止め部は、下端部が前記羽根の最も高い位置よりも下方となるように設けられている、
ことを特徴とする、請求項３に記載の現像装置。
【請求項５】
前記搬送部材は、前記搬送部材の現像剤搬送方向に関し、前記塞き止め部と対向する位置から上流側の所定範囲に、前記所定範囲の上流側よりも現像剤の搬送力が低い搬送低下部を有する、
ことを特徴とする、請求項１ないし４のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記搬送部材は、回転軸と、前記回転軸の周囲に螺旋状に形成された羽根とを有し、
前記羽根は、第１羽根部と、前記第１羽根部よりも外径が小さい第２羽根部とを有し、
前記搬送低下部は、前記第２羽根部である、
ことを特徴とする、請求項５に記載の現像装置。
【請求項７】
前記塞き止め部は、下端部が前記第２羽根部の最も高い位置よりも上方で、前記第１羽根部の最も高い位置よりも下方となるように設けられている、
ことを特徴とする、請求項６に記載の現像装置。
【請求項８】
前記排出口は、前記搬送部材の現像剤搬送方向に関して前記所定範囲内に形成されている、
ことを特徴とする、請求項５ないし７のうちの何れか１項に記載の現像装置。
【請求項９】
像担持体と、
前記像担持体に形成された静電潜像を現像剤により現像する、請求項１ないし８のうちの何れか１項に記載の現像装置と、
前記現像装置の前記補給口に現像剤を補給する補給装置と、を備えた、
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤を収容し、感光ドラムなどの像担持体に形成された静電潜像を現像剤により現像する現像装置及び、このような現像装置を備えた、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複数の機能を備えた複合機などの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式を用いた画像形成装置では、像担持体としての感光ドラムに形成された静電潜像を現像装置により現像剤により現像する。このような現像装置では、従来からトナーとキャリアとを含む２成分現像剤が使用されている。
【０００３】
２成分現像剤を用いた現像装置としては、現像剤を収容する現像容器の所定位置に形成された排出口からキャリアを含む現像剤をオーバーフローさせて排出すると共に、新たな現像剤を補給する構成が知られている（例えば、特許文献１）。これにより、劣化したキャリアを入れ替えて、トナーの帯電性能の低下を抑制できる。
【０００４】
しかしながら、現像剤をオーバーフローにより排出させる構成の場合、現像剤の排出が適切に行われない場合がある。このため、現像容器内の現像剤量を検知して現像剤量が多い場合には現像剤を搬送する搬送部材の搬送速度を速くする構成が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１００４７１号公報
【特許文献２】特開平１１−６５２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の構成の場合、現像剤量が多い場合に搬送部材の搬送速度を速くするために、機械的な構成や制御が複雑化する虞がある。
【０００７】
本発明は、簡単な構成で現像容器内の現像剤を適切に排出できる構成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】
【０００８】
本発明は、現像剤を収容し、第１室と、前記第１室との間で現像剤を循環させる循環経路を形成する第２室と、前記第１室と前記第２室とを隔て、前記第１室から前記第２室に現像剤を搬送可能な開口部が形成された隔壁と、前記第１室の底部から所定の高さに形成されて現像剤を排出する排出口と、現像剤が補給される補給口が形成された現像容器と、前記第１室で現像剤を搬送する搬送部材と、前記搬送部材の現像剤搬送方向に関し、前記第１室の前記排出口の上流端よりも下流側で、且つ、前記開口部よりも上流側に設けられ、下端部の少なくとも一部が前記排出口の下端よりも下方に位置して前記搬送部材により搬送される現像剤の一部を塞き止める塞き止め部と、を備えたことを特徴とする現像装置にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡単な構成で現像容器内の現像剤を適切に排出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。
【図２】実施形態に係る現像装置の概略構成断面図。
【図３】実施形態に係る現像装置を一部を省略して、図２の上方から見た概略構成図。
【図４】実施形態に係る現像装置の排出口周辺の模式図。
【図５】現像剤の安息角の測定方法を説明する概略図。
【図６】実施例と比較例１との現像装置の使用時における画像形成枚数と現像剤の安息角との関係を示す図。
【図７】（ａ）比較例２、（ｂ）実施例のそれぞれにおける排出口付近の剤面の増加の様子を説明する模式図。
【図８】実施例と比較例２との現像装置の使用時における現像容器内の現像剤量と現像剤排出量との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態について、図１ないし図８を用いて説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の概略構成について、図１を用いて説明する。
【００１２】
［画像形成装置］
本実施形態の画像形成装置１００は、電子写真方式のタンデム型のフルカラー画像形成装置である。
【００１３】
画像形成装置１００は、それぞれ像担持体としての感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋを有する４つの画像形成ステーション（画像形成部）ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋを備えた電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。画像形成装置１００は、装置本体１００Ａに接続された原稿読み取り装置（図示せず）又は装置本体１００Ａに対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像信号に応じてトナー像（画像）を記録材に形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。また、画像形成ステーションＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成する。
【００１４】
なお、画像形成装置１００が備える４つの画像形成ステーションＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋは、現像色が異なることを除いて実質的に同一の構成を有する。したがって、代表して画像形成ステーションＰＹについて説明し、その他の画像形成ステーションの構成の符号には、そのステーション構成であることを示す添え字Ｍ、Ｃ、Ｂｋを付して、説明を省略する。
【００１５】
画像形成ステーションＰＹには、像担持体として円筒型の感光体、即ち、感光ドラム１Ｙが配設されている。感光ドラム１Ｙは、図中矢印方向に回転駆動される。感光ドラム１Ｙの周囲には帯電手段としての帯電装置２Ｙ、現像装置４Ｙ、一次転写ローラ５２Ｙ、クリーニング手段としてのクリーニング装置７Ｙ、除電手段としての除電装置８Ｙが配置されている。感光ドラム１Ｙの図中上方には露光手段としてのレーザースキャナ（露光装置）３が配置されている。
【００１６】
各画像形成ステーションの図１の下方には、転写装置５が配置されている。転写装置５は、中間転写体（像担持体）としての無端状の中間転写ベルト５１が、複数の張架ローラに架け回されて、矢印方向に走行するように構成されている。そして、後述するように中間転写ベルト５１に一次転写されたトナー像を担持して搬送する。中間転写ベルト５１を介して感光ドラム１Ｙに対向する位置には、一次転写部材としての一次転写ローラ５２Ｙが配置されている。なお、一次転写部材は、ローラ以外に例えばブレードなどであっても良い。複数の張架ローラのうちの１つのローラと中間転写ベルト５１を挟んで対向する位置には、二次転写部材としての二次転写ローラ５３が配置され、中間転写ベルト５１上のトナー像を記録材に転写する二次転写部Ｔ２を構成している。なお、二次転写部材は、ローラ以外に例えばベルトなどであっても良い。二次転写部Ｔ２の記録材搬送方向下流には定着装置６が配置される。
【００１７】
画像形成装置１００の下部には、記録材が収容されたカセット９が配置されている。カセット９から給送された記録材は、複数の搬送ローラ対９１によりレジストレーションローラ対９２に向けて搬送される。停止状態のレジストレーションローラ対９２に記録材の先端が突き当たり、ループを形成することで記録材の斜行を補正する。その後、中間転写ベルト５１上のトナー像と同期してレジストレーションローラ対９２を回転開始させ、記録材を二次転写部Ｔ２に搬送する。
【００１８】
上述のように構成される画像形成装置１００により、例えば４色フルカラーの画像を形成するプロセスについて説明する。まず、画像形成動作が開始すると、回転する感光ドラム１Ｙの表面が帯電装置２Ｙによって一様に帯電される。次いで、感光ドラム１Ｙは、露光装置３から発せられる画像信号に対応したレーザ光により露光される。これにより、感光ドラム１Ｙ上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。感光ドラム１Ｙ上の静電潜像は、現像装置４Ｙ内に収容されたトナーによって顕像化され、可視像となる。その際、消費されたトナー量に応じて、補給用の現像剤が収容された収容容器としてのホッパー２０Ｙから不図示の補給経路を通じて補給用の現像剤が現像装置４Ｙへと供給される。なお、各色の現像剤に対応してそれぞれホッパー２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｂｋを有し、それぞれのホッパーから対応する現像装置に現像剤が補給される。
【００１９】
感光ドラム１Ｙ上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト５１を挟んで配置される一次転写ローラ５２Ｙとの間で構成される一次転写部Ｔ１にて、中間転写ベルト５１に一次転写される。この際、一次転写ローラ５２Ｙには一次転写バイアスが印加される。一次転写後に感光ドラム１Ｙの表面に残ったトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置７Ｙによって除去される。また、感光ドラム１Ｙに残留した静電潜像は、除電装置８Ｙによって消去される。これにより、感光ドラム１Ｙは、次の画像形成工程に備える。
【００２０】
このような動作をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成ステーションで順次行い、中間転写ベルト５１上で４色のトナー像を重ね合わせる。その後、トナー像の形成タイミングに合わせてカセット９に収容された記録材が二次転写部Ｔ２に搬送される。そして、二次転写ローラ５３に二次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト５１上の４色のトナー像を、記録材上に一括で二次転写する。二次転写部Ｔ２で転写しきれずに中間転写ベルト５１に残留したトナーなどの付着物は、中間転写ベルトクリーナ５４により除去される。
【００２１】
次いで、記録材は定着手段としての定着装置６に搬送される。定着装置６は、内部に加熱源としてのハロゲンヒータを設けた定着ローラ６１及び対向ローラ６２を備え、定着ローラ６１と対向ローラ６２とで定着ニップ部を形成する。この定着装置６の定着ニップ部にトナー像が転写された記録材Ｐを通過させることで、記録材が加熱、加圧される。そして、記録材上のトナーは溶融、混合されて、フルカラーの画像として記録材に定着される。その後、記録材は排出トレイ１０に排出される。これにより、一連の画像形成プロセスが終了する。
【００２２】
なお、記録材の両面に画像形成を行う場合には、片面にトナー像を定着させた記録材を両面搬送路１１に搬送し、再度、二次転写部Ｔ２に搬送することで裏面に画像形成を行う。また、画像形成装置１００は、例えばブラック単色の画像など、所望の単色又は４色のうちいくつかの色用の画像形成部を用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することも可能である。
【００２３】
このような本実施形態の画像形成装置１００では、現像剤として、非磁性のトナーと、磁性を有するキャリアを含む２成分現像剤を使用している。即ち、各画像形成ステーションの現像装置には、それぞれ各色のトナーとキャリアを含む２成分現像剤が収容されている。
【００２４】
［２成分現像剤］
次に、本実施形態にて用いられる２成分現像剤について説明する。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。そして、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ｄは、４．０μｍ以上、１０．０μｍ以下（４．０μｍ≦ｄ≦１０．０μｍ）が好ましい。より好ましくは、５．０μｍ以上、８．０μｍ以下（５．０μｍ≦ｄ≦８．０μｍ）とする。本実施形態では、ｄを７．０μｍとした。
【００２５】
また、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、或い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。そして、キャリアは、体積平均粒径Ｄが１０．０μｍ以上、６０．０μｍ以下（１０．０μｍ≦Ｄ≦６０．０μｍ）が好ましい。より好ましくは、２０．０〜６０．０μｍ（２０．０μｍ≦Ｄ≦６０．０μｍ）とし、更に好ましくは３０．０〜５０．０μｍ（３０．０μｍ≦Ｄ≦５０．０μｍ）とする。また、抵抗率は１０７Ωｃｍ以上、好ましくは１０８Ωｃｍ以上である。本実施形態では、体積平均粒径Ｄが４０μｍ、抵抗率が５×１０８Ωｃｍ、磁化量が２６０ｅｍｕ/ｃｃ（２６０×１０３Ａ／ｍ）のキャリアを用いた。
【００２６】
なお、トナーについて、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定した。測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−II型（コールター社製）、個数平均分布、体積平均分布を出力するためのインターフェース（日科機バイオス社製）及びＣＸ−Iパーソナルコンピュータ（キヤノン社製）を使用した。電界水溶液として、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液を使用した。
【００２７】
測定方法は以下に示す通りである。即ち、上記の電界水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１ｍｌ加え、測定試料を０．５〜５０ｍｇ加える。試料を懸濁した電界水溶液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、上記のコールターカウンターＴＡ−II型により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得た。
【００２８】
また、磁性キャリアの抵抗率は、以下のように測定した。即ち、測定電極面積４ｃｍ、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いて、片方の電極に１ｋｇの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。また、磁性キャリアの体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置ＨＥＲＯＳ（日本電子社製）を用いて、体積基準で粒径０．５〜３５０μｍの範囲を３２対数分割して測定した。そして、それぞれのチャンネルにおける粒子数を測定した。その測定結果から体積５０％のメジアン径をもって体積平均粒径とした。
【００２９】
また、磁性キャリアの磁気特性は、理研電子社製の磁性材料測定装置ＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、７９５．７ｋＡ／ｍ、７９．５８ｋＡ／ｍの外部磁場をそれぞれつくり、磁性キャリアの磁化の強さを求めた。磁性キャリアの測定用サンプルは、円筒状のプラスチック容器に充分密になるようにパッキングした状態で作成する。この状態で、磁化モーメントを測定し、更に上記で充填した試料の実際の重量を測定して磁化の強さ（ｅｍｕ／ｇ）を求める。また、磁性キャリア粒子の真比重を、例えば乾式自動密度計アキュピック１３３０（島津製作所社製）等により求め、上記のようにして得られた磁化の強さに真比重を掛けることで、単位体積あたりの磁化の強さを求めることができる。
【００３０】
［現像装置］
次に、図２及び図３を用いて、現像装置４Ｙについて説明する。なお、現像装置４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋについても同様である。なお、図２の現像装置４Ｙは、図１の感光ドラム１Ｙの軸線方向に直交する断面図である。現像装置４Ｙは、現像容器４１を備え、現像容器４１内には現像剤として非磁性のトナーと磁性を有するキャリアとを含む２成分現像剤が収容されている。また、現像容器４１の感光ドラム１Ｙに対向する位置には、現像剤担持体としての円筒状の現像スリーブ４４と、現像スリーブ４４上に担持された現像剤の穂を規制する規制ブレード４６を配置している。
【００３１】
また、現像容器４１の内部は、その略中央部が紙面に垂直方向（感光ドラム１Ｙの軸線方向と略平行）に延在する隔壁４１ｃによって、第１室としての攪拌室４１ｂと第２室としての現像室４１ａとに区画されている。即ち、現像室４１ａと攪拌室４１ｂとは、隔壁４１ｃによって隔てられている。現像剤は現像室４１ａ及び攪拌室４１ｂに収容されている。また、隔壁４１ｃの両端部には、図３に示すように、現像室４１ａと攪拌室４１ｂとを連通させる第１開口部４１ｄ、第２開口部４１ｅが形成されている。これにより、後述するように、現像室４１ａと攪拌室４１ｂとで現像剤を循環させる循環経路を形成する。
【００３２】
現像室４１ａ及び攪拌室４１ｂには、現像剤を搬送する搬送部材として、スクリュー形状の第１スクリュー４２及び第２スクリュー４３がそれぞれ配置されている。第１スクリュー４２及び第２スクリュー４３は、それぞれ回転軸４２ａ、４３ａと、回転軸４２ａ、４３ａの周囲に螺旋状に形成された羽根（スクリューフィン）４２ｂ、４３ｂとを有する。また、第１スクリュー４２の現像剤搬送方向下流端部には、羽根４２ｂによる現像剤搬送方向と逆方向に現像剤を搬送する逆搬送スクリュー４７ａが設けられている。同様に、第２スクリュー４３の現像剤搬送方向下流端部には、羽根４３ｂによる現像剤搬送方向と逆方向に現像剤を搬送する逆搬送スクリュー４７ｂが設けられている。そして、それぞれのスクリュー４２、４３により搬送された現像剤を逆搬送スクリュー４７ａ、４７ｂにより押し返して、回転軸４２ａ、４３ａを現像容器４１に対して支持する軸受に現像剤が侵入しにくくしている。
【００３３】
第１スクリュー４２は、現像室４１ａの底部に現像スリーブ４４の軸線方向に沿ってほぼ平行に配置されており、図２の矢印方向（反時計回り方向）に回転して現像室４１ａ内の現像剤を軸線方向に沿って一方向に攪拌しつつ搬送する。反時計回りとした理由は、現像スリーブ４４への現像剤の供給という観点で有利だからである。また、第２スクリュー４３は、第１室としての攪拌室４１ｂで現像剤を搬送する搬送部材である。第２スクリュー４３は、攪拌室４１ｂ内の底部に第１スクリュー４２とほぼ平行に配置され、第１スクリュー４２と同様に反時計周りに回転して攪拌室４１ｂ内の現像剤を第１スクリュー４２と反対方向に攪拌しつつ搬送する。
【００３４】
このように、第１スクリュー４２、第２スクリュー４３の回転による搬送によって、現像剤が隔壁４１ｃの両端部の第１開口部４１ｄ及び第２開口部４１ｅを通じて現像室４１ａと攪拌室４１ｂとの間で循環される。即ち、図３に示すように、現像室４１ａを矢印α方向に搬送される現像剤は、第１開口部４１ｄを介して攪拌室４１ｂに搬送され、攪拌室４１ｂを矢印β方向に搬送される現像剤は、第２開口部４１ｅを介して現像室４１ａに搬送される。したがって、第２開口部４１ｅは、攪拌室４１ｂから現像室４１ａに現像剤を搬送可能な開口部に相当する。なお、上述の逆搬送スクリュー４７ａ、４７ｂで現像剤を押し返すことにより、第１開口部４１ｄ、第２開口部４１ｅに効率的に現像剤を送り込むようにしている。
【００３５】
また、現像容器４１は、現像容器内に現像剤を補給するための補給口４９と、現像容器４１の底部から所定の高さに設けられ、現像容器内から現像剤を排出するための排出口４８ａとを有する。本実施形態の場合、補給口４９を攪拌室４１ｂの第２スクリュー４３の現像剤搬送方向上流端部の上部に設けている。そして、トナーとキャリアが混合された補給用の現像剤を補給するための補給装置としてのホッパー２０Ｙから補給口４９を通じて、攪拌室４１ｂ内に現像剤を供給している。
【００３６】
一方、排出口４８ａは、攪拌室４１ｂの側壁４１ｆの底部４１ｆ１から所定の高さに設けられ、排出口４８ａの下端を超えた現像剤を排出する。本実施形態では、攪拌室４１ｂの底面４１ｂ１は、第２スクリュー４３の羽根４３ｂに沿った半円筒状に形成されており、側壁４１ｆの底部４１ｆ１は、底面４１ｂ１がほぼ垂直となる部分と連続する部分である。図示の例では、側壁４１ｆの底部４１ｆ１は、第２スクリュー４３の回転軸４３ａの中心軸とほぼ同じ高さである。このような底部４１ｆ１から所定の高さに設けられた排出口４８ａから排出された現像剤は、余剰現像剤格納室４８内のスクリュー４８ｂによって、回収ボックス（不図示）に搬送される。
【００３７】
図２に示すように、現像容器４１の感光ドラム１Ｙに対向した現像領域γに相当する位置には開口部が形成されており、この開口部に現像スリーブ４４が感光ドラム１Ｙ側に一部露出するように回転可能に配設されている。現像スリーブ４４の軸線方向と感光ドラム１Ｙの軸線方向とはほぼ平行である。そして、現像スリーブ４４と感光ドラム１Ｙとを近接対向させている。例えば、現像スリーブ４４の直径を２０ｍｍ、感光ドラム１Ｙの直径を８０ｍｍ、現像スリーブ４４と感光ドラム１Ｙとの最近接領域を約３００μｍの距離とする。これにより、現像スリーブ４４に担持された現像剤を現像領域γに搬送して感光ドラム１Ｙと接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。
【００３８】
このような現像スリーブ４４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、その内部には磁界手段であるマグネットローラ４５が非回転状態で設置されている。このマグネットローラ４５は、現像領域γにおける感光ドラム１Ｙに対向して配置された現像極Ｓ１から現像スリーブ４４の回転方向（図２の矢印方向、反時計方向）に順に、磁極Ｎ３、磁極Ｎ２、磁極Ｓ２、磁極Ｎ１を有する。なお、図２でマグネットローラ４５を周方向に分割している線は、各磁極の現像スリーブ４４の外周面に対する法線方向の磁束密度の最大値の位置を示している。
【００３９】
現像時には、マグネットローラ４５の磁気吸引力により現像剤が現像スリーブ４４に担持された状態で、現像スリーブ４４が回転する（担持搬送される）。現像スリーブ４４は、規制ブレード４６による磁気ブラシの穂切りによって層厚を規制された２成分現像剤を担持して、これを感光ドラム１Ｙと対向した現像領域γに搬送する。そして、感光ドラム１Ｙ上に形成された静電潜像に現像剤を供給して潜像を現像する。
【００４０】
この時、現像効率、つまり、潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ４４には電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。本実施形態では、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧とを重畳した。しかし、直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。また、一般に、２成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生し易くなる。このため、現像スリーブ４４に印加する直流電圧と感光ドラム１Ｙの帯電電位（即ち白地部電位）との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止している。
【００４１】
現像スリーブ４４は、現像領域γにおいて感光ドラム１Ｙの移動方向と同方向に移動する順方向で回転し、周速比は、感光ドラム１Ｙに対して１．７５倍で回転している。この周速比に関しては、０.５〜２.５倍の間で設定され、好ましくは、１.０〜２.０倍の間に設定されれば良い。周速比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。
【００４２】
また、穂切り部材である規制ブレード４６は、現像スリーブ４４の長手方向（軸線方向）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で構成され、感光ドラム１Ｙよりも現像スリーブ回転方向上流側に配設されている。そして、この規制ブレード４６の先端部と現像スリーブ４４との間を現像剤のトナーとキャリアの両方が通過して現像領域γへと送られる。
【００４３】
なお、規制ブレード４６の現像スリーブ４４の表面との間隙を調整することによって、現像スリーブ４４上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制されて現像領域γへ搬送される現像剤量が調整される。例えば、規制ブレード４６によって、現像スリーブ４４上の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ２に規制する。規制ブレード４６と現像スリーブ４４は、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定される。本実施形態では５００μｍに設定した。
【００４４】
このような本実施形態の現像装置４Ｙは、ＡＣＲ（Ａｕｔｏ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｒｅｆｒｅｓｈ）機構を有する。即ち、トナー消費量に応じてホッパー２０Ｙから補給口４９を介して補給用の現像剤が供給される。そして、現像容器４１内の余剰現像剤が排出口４８ａからオーバーフローして排出される。補給用の現像剤には、トナーとキャリアが含まれており、排出口４８ａから劣化したキャリアを含む現像剤が排出されることで、現像容器４１内のキャリアを徐々に入れ替えることができる。即ち、新しい現像剤の補給と排出とが逐次繰り返されることによって、現像容器４１内の劣化現像剤は新たに供給されるトナー及びキャリアに置換されていくようになっている。
【００４５】
ここで、キャリアが劣化するとトナーを帯電させる帯電性能が低下し、形成される画像の画質も低下してしまう。これに対して本実施形態のように、ＡＣＲ機構を採用して現像容器４１内のキャリアを徐々に入れ替えることで、現像容器４１内の現像剤の現像特性が長期に亙って良好な状態に維持できる。そして、現像剤の帯電特性を維持して、画質の低下を抑制することが可能となる。その結果、サービスマンなどによる現像剤交換頻度の延長或いは無交換化が図られる。なお、現像剤の補給は、例えば、現像容器４１内のトナー濃度を検知する、例えばインダクタンスセンサの検知結果に基づいて補給する場合もある。
【００４６】
しかしながら、ＡＣＲ機構を有する現像装置では、現像剤の流動性の変化により現像剤の排出特性はしばしば変化する。例えば、画像比率の低い画像形成を連続して行った場合、トナーに外添された添加物が、トナーから遊離したり、トナーに埋め込まれたりすることにより、現像剤の凝集度が高くなり流動性が低下する。現像剤の凝集度が高くなると、現像剤のかさ密度が低くなるため、凝集度が低い場合に比べて等重量における現像剤面が高くなる。現像剤面が高くなるほど排出口からの排出量は増加するため、現像剤の流動性低下が著しい場合には必要以上に現像剤が排出されてしまう。これにより、現像室の現像剤量が不十分になり、現像スリーブの長手方向に濃度ムラが生じたり、この濃度ムラがスクリューピッチで生じるスクリューピッチムラなどの画像不良が発生してしまう場合がある。
【００４７】
ここで、現像容器内に滞在する現像剤の総量は、一定か、少なくとも所定の範囲であることが望ましい。現像剤が多すぎると、現像剤の流動性変化に伴って現像装置から現像剤が溢れ出す虞がある。一方、現像剤が少なすぎると、現像スリーブの画像域全体に渡って十分な量の現像剤が供給されず、出力画像の一部が欠けてしまう虞がある。したがって、現像容器内の現像剤量がある閾値に達するまでは現像剤が排出口から排出されず、現像剤量が閾値を超えた場合には閾値を越える分量のみが速やかに排出されることが理想である。
【００４８】
一方、特許文献２に記載のように、現像容器内の現像剤量を検知して現像剤量が多い場合には現像剤を搬送する搬送部材の搬送速度を速くする構成の場合、機械的な構成や制御が複雑化する虞がある。そこで、本実施形態では、次のように攪拌室４１ｂ内に塞き止め部４０１を設けることで、簡易な構成で、排出口からの現像剤の排出量が現像容器４１内の総現像剤量に対して、ある閾値から急峻に立ち上がるようにし、現像剤を適切に排出できるようにしている。
【００４９】
［塞き止め部］
塞き止め部４０１について、図２及び図３を参照しつつ、図４を用いて説明する。なお、図４は、図３の右側部分を下方から見た図の一部を省略して示す模式図で、攪拌室４１ｂの排出口４８ａ及び塞き止め部４０１付近の構成を説明する図である。図４に示すように、攪拌室４１ｂの側壁４１ｆに長方形の排出口４８ａを設けている。そして、第２スクリュー４３の現像剤搬送方向に関し、攪拌室４１ｂの排出口４８ａの上流端４８ａ１よりも下流側で、且つ、第２開口部４１ｅよりも上流側に、塞き止め部４０１を設けている。本実施形態では、塞き止め部４０１を排出口４８ａの下流端４８ａ２よりも下流側に設けている。塞き止め部４０１は、下端部が排出口４８ａの下端よりも下方に位置して第２スクリュー４３により搬送される現像剤の一部を塞き止める。なお、以下、単に「下流側」又は「上流側」と記載した場合、第２スクリュー４３の現像剤搬送方向の「下流側」又は「上流側」とする。
【００５０】
本実施形態では、塞き止め部４０１は、第２スクリュー４３の現像剤搬送方向に直交するように設けられた板状の部材である。排出口４８ａの下流端４８ａ２は、隔壁４１ｃの第２開口部４１ｅの上流端４１ｅ１から、第２スクリュー４３の羽根４３ｂの２分の１巻き以上１巻き以下分の距離、上流側に位置させることが好ましい。本実施形態では、下流端４８ａ２は、上流端４１ｅ１から４分の３巻き分の距離、上流側に位置する。
【００５１】
塞き止め部４０１の上流側の側面４０１ａは、第２開口部４１ｅの上流端４１ｅ１から第２スクリュー４３の羽根４３ｂの４分の１巻き以上４分の３巻き以下の距離、上流側に位置させることが好ましい。本実施形態では、側面４０１ａは、上流端４１ｅ１から２分の１巻き分の距離、上流側に設けられている。このような塞き止め部４０１は、図２及び図３に示すように、攪拌室４１ｂの側壁４１ｆから隔壁４１ｃに亙って設けられ、この部分の現像剤搬送経路を塞ぐようにしている。
【００５２】
塞き止め部４０１の下端部４０１ｂの形状は、略水平方向に直線状に形成されている。但し、塞き止め部４０１の下端部４０１ｂの形状は、水平方向に対して傾斜していても良いし、湾曲していても良い。下端部４０１ｂの形状を湾曲させる場合には、第２スクリュー４３と同心に形成することが好ましい。何れにしても、塞き止め部４０１の下端部４０１ｂの少なくとも一部を、排出口４８ａの下端４８ａ３よりも下方に位置させるようにする。本実施形態では、塞き止め部４０１の下端部４０１ｂの全体（側壁４１ｆから隔壁４１ｃまでの塞き止め部４０１の下側の縁部）を、排出口４８ａの下端４８ａ３よりも下方に位置させている。
【００５３】
なお、塞き止め部４０１の上端部は、現像容器４１の上面の蓋部４１ｇに突き当てている。但し、後述する現像剤の搬送時に現像剤の剤面が超えない範囲で、塞き止め部４０１の上端と蓋部４１ｇとの間に隙間を設けても良い。
【００５４】
また、塞き止め部４０１は、下端部４０１ｂが第２スクリュー４３の回転軸４３ａよりも上方となるように設けられている。本実施形態では、図２に示すように、塞き止め部４０１の下端部４０１ｂと排出口４８ａの下端４８ａ３との位置を規制している。即ち、塞き止め部４０１の下端部４０１ｂの攪拌室４１ｂの底面４１ｂ１の最も低い位置からの高さＨ１は、第２スクリュー４３の回転軸４３ａの軸中心Ｏの底面４１ｂ１の最も低い位置からの高さＨ２に対して、略１．５倍となる箇所に設けられる。また、排出口４８ａの下端４８ａ３の底面４１ｂ１の最も低い位置からの高さＨ３は、高さＨ２に対して略２．３倍となる箇所に設けられる。なお、現像装置４Ｙの構成にもよるが、排出口４８ａの下端４８ａ３の高さＨ３は、塞き止め部４０１の下端部４０１ｂの高さＨ１に対して１．２倍以上、好ましくは１．５倍以上とする。上限は、例えば２．０倍以下とする。
【００５５】
図４に示すように、第２スクリュー４３の羽根４３ｂは、第１羽根部４３ｂ１と、第１羽根部４３ｂ１よりも外径が小さい第２羽根部４３ｂ２とを有する。搬送低下部としての第２羽根部４３ｂ２は、塞き止め部４０１と対向する位置から上流側の所定範囲４０２に設けられ、その他の部分は第１羽根部４３ｂ１としている。これにより、第２羽根部４３ｂ２が設けられた所定範囲４０２において、所定範囲４０２の上流側よりも現像剤の搬送力を低くしている。また、排出口４８ａは、第２スクリュー４３の現像剤搬送方向に関して所定範囲４０２内（所定範囲内）に形成されている。
【００５６】
本実施形態では、所定範囲４０２の現像剤搬送方向の長さＬを、塞き止め部４０１から羽根４３ｂの２巻き分の長さとしている。また、第２羽根部４３ｂ２の外径は、第１羽根部４３ｂ１の外径に対して略３分の２としている。そして、塞き止め部４０１の下端部を、羽根４３ｂの最も高い位置よりも下方に形成している。即ち、塞き止め部４０１は、下端部が第２羽根部４３ｂ２の最も高い位置よりも上方で、第１羽根部４３ｂ１の最も高い位置よりも下方となるように設けられている。言い換えれば、塞き止め部４０１の下端部は、回転軸４３ａの軸線方向から見た場合に、第１羽根部４３ｂ１の一部と重なるが、第２羽根部４３ｂ２とは重ならないように設けられている。
【００５７】
これは、塞き止め部４０１と対向する第２羽根部４３ｂ２が塞き止め部４０１と接触することを防ぐためである。また、塞き止め部４０１の上流側の所定範囲４０２において、現像剤の搬送速度を落とし、塞き止め部４０１の手前で現像剤の滞留の形成を促進させるためでもある。特に、塞き止め部４０１の下端部を第１羽根部４３ｂ１の最も高い位置よりも下方に配置しているため、第１羽根部４３ｂ１により搬送された現像剤の一部を効率的に塞き止めることができる。
【００５８】
なお、搬送低下部は、スクリューの羽根の外径を小さくする以外にも、羽根のピッチを他の部分よりも小さくしたり、回転軸にリブを設けたり、或いは、羽根もリブもない回転軸だけとしたりすることで構成しても良い。何れにしても、塞き止め部４０１と接触しないように形成する。
【００５９】
このような本実施形態の場合、簡単な構成で現像容器４１内の現像剤を適切に排出できる。即ち、塞き止め部４０１により第２スクリュー４３により搬送される現像剤の一部を塞き止める。したがって、図４に示すように、塞き止め部４０１の上流側における現像剤の剤面Ｆ１が塞き止め部４０１の直前で急峻に上昇する。このため、現像容器４１内の現像剤量が一定量（閾値）に達するまでは、塞き止め部４０１の上流側にある排出口４８ａから現像剤が排出されにくくなる。そして、現像容器４１内の現像剤量が一定量を超えると、即ち、急峻に上昇した剤面Ｆ１の一部が排出口４８ａに対応する範囲で排出口４８ａの下端部を超えると、この下端部を超えた現像剤が排出口４８ａから排出される。なお、塞き止め部４０１の下流側では、剤面Ｆ２が塞き止め部４０１の手前の剤面Ｆ１よりも低下し、現像剤の搬送量はほぼ一定に保たれる。
【００６０】
このように、現像容器４１内の現像剤量がある一定量を超えてから余剰現像剤が排出口４８ａから排出されるため、かさ密度の変化による現像容器４１内の現像剤量の極端な変化が生じにくい。即ち、現像剤を適切に排出できる。このため、現像室４１ａにおける現像剤の剤面低下が原因で生じる画像不良（例えばスクリューピッチムラ）を引き起こすことなく、安定して高画質の画像を形成することができる。
【００６１】
［本実施形態の効果の確認］
次に、本実施形態の現像装置４Ｙにおいて、現像剤の入れ替えが適切に行われることを確認した実験について説明する。実験では、本実施形態の現像装置４Ｙ（実施例）と、排出口４８ａ及び塞き止め部４０１を持たない現像装置（比較例１）とを用いて、現像剤の流動性の変化を確認した。実施例と比較例１の現像装置のその他の構成は同じであり、図１に示すような画像形成装置にそれぞれの現像装置を装着して、通常温湿度環境（３０℃、５０％ＲＨ）で画像比率１０％の画像形成を連続して行った際の現像剤の流動性変化を調べた。
【００６２】
現像剤の流動性を表す指標には、図５に示す安息角を用いた。即ち、現像剤をふるい３０１に一定時間振動を与えて、ふるい３０１を通過した現像剤をロート３０３から円盤３０２上に落下させた。そして、この円盤３０２上に円錐状に堆積した現像剤５００の母線と円盤３０２表面とのなす角を安息角として求めた。なお、ふるい３０１の目開き、振動時間および振幅はそれぞれ、７１０μｍ、１８０ｓ、２ｍｍとした。現像剤の流動性が低下すると、安息角の値は大きくなる。
【００６３】
図６に、上記の実験を行った際の画像形成枚数に対する安息角の遷移を示す。図６から明らかなように、比較例１の現像装置においては、現像剤の安息角は初期の２９°から画像形成枚数の増加に伴って単調増加し、２５万枚で５５°を超過し、更に画像形成枚数が増加することにより現像剤の安息角は測定不能となった。測定不能の理由は、安息角測定時にロート３０３の入口で現像剤がブリッジを形成し円盤３０２へ落下しなくなるためである。
【００６４】
一方、実施例の現像装置４Ｙを使用した場合、初期の５万枚までは安息角はほぼ同様の増加を示すが、その後の増加はなだらかになり、１０万枚で４１°に達し、更なる画像形成枚数の増加ではほぼ安息角は安定した値を示した。以上の結果から、実施例の現像装置４Ｙを用いることにより、現像剤の入れ替えが適正に行われることが確かめられた。
【００６５】
次に、図７（ａ）、（ｂ）及び図８を用いて、ＡＣＲ機構において、塞き止め部４０１の有無による現像剤排出特性の差異を説明する。まず、本実施形態の現像装置４Ｙ（実施例）と、塞き止め部４０１を持たない現像装置（比較例２）とを用いて、現像容器内の現像剤量の増加に伴う排出口４８ａ付近の現像剤の剤面の変化に伴う現像剤の排出特性を調べた。なお、実施例と比較例２とでは、塞き止め部４０１の有無以外の構成は同じである。
【００６６】
図７（ａ）に示すように、塞き止め部がない比較例２の場合、現像剤量の増加に伴って現像剤の剤面Ｆが高くなり、剤面Ｆの上昇に応じて単位時間あたりに排出口４８ａから排出される現像剤量は徐々に増加した。一方、図７（ｂ）に示すように、塞き止め部４０１がある実施例の場合、塞き止め部４０１の上流側（現像剤搬送方向の手前）において現像剤は滞留を生じ、塞き止め部４０１の上流側の壁面に沿って現像剤の剤面が急峻に高くなった。そのため、現像容器４１内の現像剤量が一定量に達するまでは、排出口４８ａからの現像剤の排出を生じなかった。この結果、実施例のＡＣＲ機構における現像剤排出量は、総現像剤量の増加に対して急峻となることが分かった。即ち、現像容器４１内の現像剤量が一定量を超えるまでは現像剤が排出されず、一定量を超えてから現像剤の排出が開始されることがわかった。
【００６７】
図８は、実施例と比較例２における、現像容器４１内の現像剤量に対する単位時間当たりの現像剤排出量の変化を調べた実験の結果である。実験では、未使用の現像剤（初期現像剤）と、初期現像剤を現像装置に入れて、高温高湿度環境（３０℃、８０％ＲＨ）で１０時間空回転（現像動作を行わずに第１、第２スクリューを回転）した後の現像剤（空回転後の現像剤）を用いた。そして、それぞれの現像剤を入れた現像装置を用いて、異なる画像比率で画像形成を行い、その時の排出口４８ａからの現像剤の排出量を調べた。なお、画像比率を増加させると、現像装置への現像剤の補給量が多くなるため、現像容器４１内の現像剤量が多くなる傾向となる。また、図８では、「●」が実施例、「×」が比較例２のそれぞれ初期現像剤を用いた測定結果を、「△」が実施例、「＋」が比較例２の空回転後の現像剤を用いた測定結果を示す。
【００６８】
図８から明らかなように、実施例の場合、初期現像剤及び空回転後の現像剤それぞれに関して、現像剤排出量は現像容器４１内の総現像剤量に対してある閾値から急峻に立ち上がることが確認された。一方、比較例２の場合、現像容器４１内の総現像剤量に対して現像剤排出量はなだらかに増加していった。特に空回転後の現像剤は、現像剤の凝集度増加によるかさ密度低下の影響により、現像容器４１内の総現像剤量が少ない段階から現像剤排出が始まってしまった。このような場合、現像室４１ａ側において現像剤面が低下するためスクリューピッチムラなどの画像不良の発生が懸念される。
【００６９】
次に、このスクリューピッチムラの画像不良の発生の有無について、実施例及び比較例２のそれぞれの場合で調べた結果について説明する。実験では、実施例の構成の現像装置４Ｙを用いて画像比率５％の画像を高温高湿度環境（３０℃、８０％ＲＨ）で５万枚形成した。そして、そのまま実施例の構成の現像装置４Ｙを使用して画像比率１００％の画像を１０枚連続で画像形成した。また、上述のように５万枚形成した後の現像剤を比較例２の現像装置に移し替えて、同様の条件で画像形成を行った。そして、それぞれの場合における画質の安定性を比較した。
【００７０】
この結果、比較例２の場合、現像室４１ａ側の現像剤面低下により７枚目からスクリューピッチムラが発生した。一方、実施例の場合、画像形成を連続１０枚行っても均一な濃度の画像が得られた。
【００７１】
以上より、本実施形態の構成を用いることにより、ＡＣＲ機構を備えた現像装置において、現像剤の流動性の変化に対して、複雑な構成や制御を用いることなく現像容器４１内の現像剤面を安定に保てることがわかった。そして、現像スリーブの長手方向の濃度ムラやスクリューピッチムラなどの画像不良を抑制できることがわかった。
【００７２】
＜他の実施形態＞
なお、上述の実施形態の画像形成装置で用いた感光ドラムの材質、現像剤及び画像形成装置の構成等はこれらに限ったものではなく、本発明が様々な現像剤及び画像形成装置に適用可能である。例えば、トナーの色や色の数、各色のトナー現像を行う順序、現像剤担持体の本数等は、上述の例に限定されるものではない。具体的には、上述の実施形態では、中間転写方式を用いたタンデム型のフルカラーの画像形成装置について説明したが、本発明は他の構成の画像形成装置にも適用可能である。例えば、感光ドラムから直接記録材にトナー像を転写する直接転写方式、１個の感光ドラムの周りに各色の現像装置が配置された所謂１ドラム型の構成、更にはモノクロの画像形成装置に本発明を適用可能である。
【００７３】
また、上述の実施形態では、現像装置の現像室４１ａと攪拌室４１ｂは水平に配置されるが、現像室と攪拌室が上下に配置された現像装置、或いは、現像スリーブを２個並べて配置した現像装置にも本発明を適用可能である。また、上述の実施形態では、現像室４１ａから現像スリーブ４４に現像剤を供給し、現像室４１ａで現像スリーブ４４から現像剤を回収しているが、攪拌室で現像スリーブから現像剤を回収する、所謂機能分離型の現像装置にも本発明を適用可能である。更にその他の形態の現像装置においても、本発明は適用可能である。
【００７４】
また、排出口４８ａ及び塞き止め部４０１の形状及び位置関係は、本実施形態の構成のみに限定されるものではない。排出口４８ａからの排出量が、現像容器４１内の現像剤量の増加に対して急峻な増加となるように両者の位置関係を規定できれば良い。例えば、排出口４８ａの形状は、長方形以外に、例えば円形や楕円形としても良い。また、塞き止め部４０１の位置は、排出口４８ａの途中、即ち、排出口４８ａの上流端４３ａ１と下流端４３ａ２との間であっても良い。この場合、第２スクリュー４３の現像剤搬送方向に関し、排出口４８ａの中央或いは中央よりも下流側に塞き止め部４０１の側面４０１ａを配置することが好ましい。塞き止め部４０１が排出口４８ａの中央よりも上流側にあった場合、排出口４８ａから現像剤が十分に排出されにくくなる可能性があるためである。
【符号の説明】
【００７５】
１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ・・・感光ドラム（像担持体）／４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋ・・・現像装置／２０・・・ホッパー（補給装置）／４１・・・現像容器／４１ａ・・・現像室（第２室）／４１ｂ・・・攪拌室（第１室）／４１ｃ・・・隔壁／４１ｅ・・・第２開口部（開口部）／４１ｆ１・・・底部／４３・・・第２スクリュー（搬送部材）／４３ａ・・・回転軸／４３ｂ・・・羽根／４３ｂ１・・・第１羽根部／４３ｂ２・・・第２羽根部（搬送低下部）／４８ａ・・・排出口／４８ａ１・・・上流端／４８ａ２・・・下流端／４９・・・補給口／１００・・・画像形成装置／４０１・・・塞き止め部／４０１ｂ・・・下端部／４０２・・・所定範囲
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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