(57)【要約】【課題】現像装置に設けられる中空円筒部材の内径と回転数、スクリューオーガの外径と回転数の適正な関係を規定することにより、補給されたトナーと現像装置内を循環搬送される現像剤との混合、撹拌が十分に行われ、かぶりやトナー飛散の問題が発生せず、また高印字率の画像形成の連続出力でも、ページ内やページ間の濃度むらの無い、高画質な画像が得られる現像装置を提供すること。【解決手段】スクリューオーガの外径をＤ１（ｍｍ）、前記中空円筒部材の内径をＤ２（ｍｍ）、前記スクリューオーガの回転数をＲ１（ｒｐｍ）、前記中空円筒部材の回転数をＲ２（ｒｐｍ）としたとき、０．２≦Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≦１であることを特徴とする現像装置【選択図】　　　　図２
2004045945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアからなる現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に供給される現像剤及び前記現像剤担持体から回収された現像剤を、混合撹拌しながら、前記現像剤担持体の回転軸と略平行な方向に搬送する第一の現像剤搬送手段と、該第一の現像剤搬送手段によって搬送された現像剤と補給されたトナーとを混合撹拌しながら、前記第一の現像剤搬送手段による現像剤搬送方向と、略平行で且つ逆方向に搬送し、前記第一の現像剤搬送手段へと供給する第二の現像剤搬送手段とを有する現像装置において、
前記第一の現像剤搬送手段は、回転軸の外周に螺旋状のリブを有するスクリューオーガからなり、前記第二の現像剤搬送手段は、回転円筒の内周に螺旋状のリブを有する中空円筒部材からなり、
前記スクリューオーガの外径をＤ１（ｍｍ）、前記中空円筒部材の内径をＤ２（ｍｍ）、前記スクリューオーガの回転数をＲ１（ｒｐｍ）、前記中空円筒部材の回転数をＲ２（ｒｐｍ）としたとき、
０．２≦Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≦１
であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
トナーとキャリアからなる現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に供給される現像剤を、混合撹拌しながら、前記現像剤担持体の回転軸と略平行な方向に搬送する第一の現像剤搬送手段と、前記現像剤担持体から回収された現像剤を混合撹拌しながら、前記第一の現像剤搬送手段による現像剤搬送方向と、略平行で且つ同方向に搬送する第三の現像剤搬送手段と、前記第一および第三の現像剤搬送手段により搬送された現像剤と補給されたトナーとを、混合撹拌しながら、前記第一および第三の現像剤搬送手段による現像剤の搬送方向と、略平行で且つ逆方向に搬送し、前記第一の現像剤搬送手段へと供給する第二の現像剤搬送手段とを有する現像装置において、
前記第一の現像剤搬送手段は、回転軸の外周に螺旋状のリブを有するスクリューオーガからなり、前記第二の現像剤搬送手段は、回転円筒の内周に螺旋状のリブを有する中空円筒部材からなり、
前記スクリューオーガの外径をＤ１（ｍｍ）、前記中空円筒部材の内径をＤ２（ｍｍ）、前記スクリューオーガの回転数をＲ１（ｒｐｍ）、前記中空円筒部材の回転数をＲ２（ｒｐｍ）としたとき、
０．２≦Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≦１
であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
前記第三の現像剤搬送手段は、回転軸の外周に螺旋状のリブを有するスクリューオーガからなることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
【請求項４】
前記第二の現像剤搬送手段の回転方向は、前記第一の現像剤搬送手段と前記第二の現像剤搬送手段の回転軸方向から見た時、前記回転軸に挟まれた側では、下方から上方へ向かって回転する方向であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項５】
前記第一の現像剤搬送手段の回転方向は、回転軸方向から見た時、前記現像剤担持体が、右回りの時は右回りであり、前記現像剤担持体が、左回りの時は左回りであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記第一の現像剤搬送手段は、回転軸の外周に該回転軸と平行に前記螺旋状のリブを横切るようにして設けられたパドルを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項７】
前記第一の現像剤搬送手段と前記現像剤担持体との間に、前記第一の現像剤搬送手段により搬送される現像剤を、前記現像剤担持体へと供給するパドル状の撹拌羽根からなる現像剤供給手段を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項８】
前記第三の現像剤搬送手段と前記現像剤担持体との間に、前記現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤を、前記第三の現像剤搬送手段へと回収する現像剤回収手段を設けることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項９】
前記トナーの体積平均粒径をＤｔ（μｍ）としたとき
３≦Ｄｔ≦５
であるトナーを用いることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１０】
前記キャリアの体積平均粒径をＤｃ（μｍ）としたとき
５≦Ｄｃ／Ｄｔ≦１０
であるキャリアを用いることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に使用する現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、トナーとキャリアからなる２成分現像剤（以下、現像剤と称す）を用いる現像装置としては、現像剤担持体の回転軸方向に平行に、互いに逆方向に現像剤を搬送する複数の現像剤搬送手段により、現像剤を混合撹拌しつつ循環搬送しているものが一般的である。
【０００３】
近年、画像形成装置のカラー化に伴い、高印字率の画像を形成する機会が増加しつつある。これは、１枚あたりのトナー使用量が増加し、それに伴いトナー補給量も増加するということである。
【０００４】
また、高画質化のために、現像剤を構成するトナーとして体積平均粒径が３〜５μｍ程度の小粒径トナーが用いられるようになってきた。さらに、このトナー小粒径化に伴いキャリアも１５〜５０μｍ程度に小粒径化されてきている。
【０００５】
具体的には、従来の２成分現像剤を用いる現像装置としては、現像剤搬送手段としてスクリューオーガを用い、スクリューオーガ近傍に起こる局所的剪断と容器内での粉体の循環流（移動流）により現像剤を混合しながら撹拌する方式が、一般に用いられている。この方式では、上記の高印字率化によるトナー補給量の増加に対応するため、現像剤の混合、撹拌を速くし補給されたトナーの帯電立ち上がりを速くするために、スクリューオーガの形状を工夫したり、回転数を高く設定したりする等の工夫がおこなわれている。
【０００６】
一方、内周に螺旋状のリブを有する中空円筒部材を、現像剤搬送手段として用いるものが特開昭５６−７０５７６号公報に開示されている。この公報には、内側に螺旋状のリブを固設した円筒を回転させ、現像剤が上方へ持ち上げられ、落下することを繰り返すことで、十分な撹拌混合を受けつつ他端へ搬送することで現像剤の劣化を防止する提案が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年増加しつつある、高印字率の画像形成には、上述のようにトナーを多く必要とし、このトナー消費に対応して、補給するトナーも増加することになる。従来の２成分現像剤を用いる現像装置を用いて高印字率の画像を連続して形成した場合、現像装置内を循環搬送される現像剤と大量に補給されたトナーとが十分に混合撹拌されず、トナーは帯電が不十分な状態（未帯電や弱帯電）のまま、現像に供され（現像剤担持体に供給され）、かぶりやトナー飛散（機内汚れ）等の問題を発生させていた。この問題は、画像形成装置が高速になればなるほど、現像装置内の現像剤の循環速度が速くなる（トナーが補給されてから現像に供されるまでの時間が短くなる）ので、特に顕著になる。
【０００８】
加えて、高画質化のための上述の小粒径化されたトナーおよびキャリアを用いる場合には、従来の大粒径のトナーやキャリアの場合よりも混合撹拌性が悪く、上記の問題は、さらに深刻となる。
【０００９】
これらの問題に対し、従来から行われているスクリューオーガの形状の工夫や回転数を高く設定し、現像剤にかかる剪断力を大きくして混合、撹拌性能を向上させようとする対策は、現像剤にかかる負担を大きくし、現像剤を長期にわたり繰り返し使用する場合には、現像剤の耐久性がなくなるという問題を新たに引き起こしている。
【００１０】
一方、特開昭５６−７０５７６号公報に記載されている方法は、現像剤を循環搬送する複数のスクリューオーガのうち少なくとも１つを中空円筒部材に代えることにより、現像剤を十分に混合撹拌しつつ、現像剤の劣化を防止しようとする対策であるが、中空円筒部材の内径や回転数、スクリューオーガの外径や回転数の条件が適切でないと、現像剤の循環搬送（現像剤担持体の回転軸方向の移動）が十分おこなわれず、現像装置内の特定の箇所に現像剤が滞留してしまい、濃度ムラが発生したり、現像剤担持体上への現像剤供給が安定して行われず、画像形成できなくなってしまう。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑み、スクリューオーガと内周に螺旋状リブを有する中空円筒部材とを現像剤の循環搬送のための現像剤搬送手段に用い、十分にその性能を発揮させるための諸元を設定する条件を明確にすることで、高画質化のための小粒径トナーおよび小粒径キャリアを使用して、高印字率の画像形成を連続的におこなった場合でも、かぶり、トナー飛散、濃度ムラ等の問題の発生しない画像形成装置に適用される、現像装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため本発明の１つめは、現像剤担持体から回収した現像剤がトナー補給される前に再び現像剤担持体へ供給される構成の現像装置に関し、トナーとキャリアからなる現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に供給される現像剤及び前記現像剤担持体から回収された現像剤を、混合撹拌しながら、前記現像剤担持体の回転軸と略平行な方向に搬送する第一の現像剤搬送手段と、該第一の現像剤搬送手段によって搬送された現像剤と補給されたトナーとを混合撹拌しながら、前記第一の現像剤搬送手段による現像剤搬送方向と、略平行で且つ逆方向に搬送し、前記第一の現像剤搬送手段へと供給する第二の現像剤搬送手段とを有する現像装置において、
前記第一の現像剤搬送手段は、回転軸の外周に螺旋状のリブを有するスクリューオーガからなり、前記第二の現像剤搬送手段は、回転円筒の内周に螺旋状のリブを有する中空円筒部材からなり、
前記スクリューオーガの外径をＤ１（ｍｍ）、前記中空円筒部材の内径をＤ２（ｍｍ）、前記スクリューオーガの回転数をＲ１（ｒｐｍ）、前記中空円筒部材の回転数をＲ２（ｒｐｍ）としたとき、
０．２≦Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≦１
であることを特徴とする現像装置とし、中空円筒部材の内径と回転数およびスクリューオーガの外径と回転数の間の関係を規定することで、上記目的を達成できるようにしたものである。
【００１３】
加えて２つめは、現像剤担持体から回収した現像剤は、トナー補給部を通過してからでないと、現像剤担持体に供給されないように構成した現像装置に関し、トナーとキャリアからなる現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に供給される現像剤を、混合撹拌しながら、前記現像剤担持体の回転軸と略平行な方向に搬送する第一の現像剤搬送手段と、前記現像剤担持体から回収された現像剤を混合撹拌しながら、前記第一の現像剤搬送手段による現像剤搬送方向と、略平行で且つ同方向に搬送する第三の現像剤搬送手段と、前記第一および第三の現像剤搬送手段により搬送された現像剤と補給されたトナーとを、混合撹拌しながら、前記第一および第三の現像剤搬送手段による現像剤の搬送方向と、略平行で且つ逆方向に搬送し、前記第一の現像剤搬送手段へと供給する第二の現像剤搬送手段とを有する現像装置において、
前記第一の現像剤搬送手段は、回転軸の外周に螺旋状のリブを有するスクリューオーガからなり、前記第二の現像剤搬送手段は、回転円筒の内周に螺旋状のリブを有する中空円筒部材からなり、
前記スクリューオーガの外径をＤ１（ｍｍ）、前記中空円筒部材の内径をＤ２（ｍｍ）、前記スクリューオーガの回転数をＲ１（ｒｐｍ）、前記中空円筒部材の回転数をＲ２（ｒｐｍ）としたとき、
０．２≦Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≦１
であることを特徴とする現像装置とし、１つめの発明と同様に上記目的を達成できるようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
１．（１）本発明に使用する現像装置の撹拌構造について
本発明では、第二の現像剤搬送手段として、内周に固着された螺旋状のリブを有する中空円筒部材を用い、この中空円筒内に２成分現像剤を入れて回転させ、容器内壁と粉体との摩擦力により、粉体を持ち上げ、重力の作用で自由落下させながら混合する方式により、現像に供されてトナー濃度が低下した現像剤と補給トナーとを混合撹拌している。この方式を、本件では容器回転型と称す。
【００１５】
これに対し、従来の現像装置に用いられている撹拌スクリューを回転させ、スクリュー近傍に起こる局所的な剪断と容器内での粉体の循環流（移動流）により２成分現像剤を混合しながら撹拌する容器固定型の構造がある。
【００１６】
剪断力で混合する容器固定型にくらべ容器回転型は、自由落下で混合するため、混合も良好でありかつ現像剤に対する負担も少ない利点がある。
【００１７】
１．（２）内周に螺旋リブを有する中空円筒部材の内径及び回転数とスクリューオーガの外径及び回転数の間の関係式の導出
ΑＤ：現像剤の嵩密度（ｇ／ｃｍ３）
Ｄ１：スクリューオーガの外径（ｍｍ）
Ｄ１２：スクリューオーガの軸径（ｍｍ）
Ｄ２：中空円筒部材の内径（ｍｍ）
Ｄ２２：中空円筒部材の内壁に現像剤が張り付いたと仮定した時の、現像剤層の内径（ｍｍ）
Ｐ１：スクリューオーガのピッチ（ｍｍ）
Ｐ２：中空円筒部材内螺旋リブのピッチ（ｍｍ）
Ｒ１：スクリューオーガの回転数（ｒｐｍ）
Ｒ２：中空円筒部材の回転数（ｒｐｍ）
Ｅ１：スクリューオーガの搬送効率（％）
Ｅ２：中空円筒部材の搬送効率（％）
とすると、スクリューオーガ及び中空円筒部材による現像剤搬送量は、それぞれ以下で表される。
【００１８】
スクリューオーガによる搬送量＝ΑＤ×π｛（Ｄ１／２）２−（Ｄ１２／２）２｝×Ｐ１×Ｒ１×Ｅ１
中空円筒部材による搬送量＝ΑＤ×π｛（Ｄ２／２）２−（Ｄ２２／２）２｝×Ｐ２×Ｒ２×Ｅ２
スクリューオーガと中空円筒部材の現像剤搬送量は、等しく設定しないと現像剤の搬送が継続できないため、この条件より、
（Ｄ１／２）２−（Ｄ１２／２）２×Ｐ１×Ｒ１×Ｅ１＝（Ｄ２／２）２−（Ｄ２２／２）２×Ｐ２×Ｒ２×Ｅ２
ここで、Ｄ１２は、通常Ｄ１２＝Ｄ１×１／３〜１／４であるため、
（Ｄ１／２）２−（Ｄ１２／２）２＝（１−１／９〜１／１６）×Ｄ１２／４≒Ｄ１２／４
と近似でき、一方Ｄ２２は、φを中空円筒内の現像剤充填率（％）とすると、
π×（Ｄ２２／２）２＝π×（Ｄ２／２）２×（１−φ／１００）
であるから、
Ｄ２２＝Ｄ２×（１−φ／１００）０．５
で表され、
（Ｄ２／２）２−（Ｄ２２／２）２＝（φ／１００）×Ｄ２２／４
となり、よって上式は、
Ｄ１２×Ｐ１×Ｒ１×Ｅ１＝（φ／１００）×Ｄ２２×Ｐ２×Ｒ２×Ｅ２
故に、
Ｒ１／Ｒ２＝（φ／１００）×Ｄ２２×Ｐ２×Ｅ２／（Ｄ１２×Ｐ１×Ｅ１）
Ｐ１、Ｐ２は、それぞれ通常Ｐ１＝（０．８〜１．２）×Ｄ１、Ｐ２＝（０．８〜１．２）×Ｄ２で設定され、φは３０〜７０％が適正であり、またＥ１、Ｅ２は、共に６０％程度であるため、
０．３×０．８÷１．２×Ｄ２３／Ｄ１３≦Ｒ１／Ｒ２
０．７×１．２÷０．８×Ｄ２３／Ｄ１３≧Ｒ１／Ｒ２
となり、
０．２≦Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≦１．０５
故に、
０．２≦Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≦１
が導出され、第一の現像剤搬送手段であるスクリューオーガの外径と回転数及び第二の現像剤搬送手段である中空円筒部材の内径と回転数が、この関係式を満たす設定がされたとき本発明の課題を解消することができる。
【００１９】
スクリューオーガの外径と回転数及び中空円筒部材の内径と回転数が上記の関係を満たさない場合には、現像剤の循環搬送が効率よく行われず、現像装置内に現像剤が偏るようになる。即ち、上記の関係が０．２未満の場合は、中空円筒部材からスクリューオーガへの連通路付近に、現像剤が滞留し、上記の関係が１を越える場合は、スクリューオーガから中空円筒部材への連通路付近に現像剤が滞留してしまうことになる。このため、濃度ムラや濃度低下が発生したり、現像ローラ上に十分な量の現像剤が供給されずに画像形成を続行できなくなったりする。
【００２０】
なお上記関係式において、スクリューオーガの回転数Ｒ１及び中空円筒部材の回転数Ｒ２は、混合撹拌及び搬送の効率、回転軸部での発熱の影響の観点から１００〜５００ｒｐｍ程度が好ましい。また中空円筒部材の内径Ｄ２と回転数Ｒ２の関係は、混合撹拌性能の観点から、
７３１／Ｒ２≦Ｄ２０．５≦１４４５／Ｒ２
とすることが好ましい。
【００２１】
２．次に本発明を適用する現像装置について、説明する。
図１は、請求項１に該当する現像剤非一循環構成の現像装置の概略の断面レイアウト３種を示したものである。
【００２２】
なお、現像剤担持体に供給する現像剤を搬送する手段と、現像剤担持体から回収した現像剤を搬送する手段を別々に設け、現像剤担持体から回収した現像剤は、トナー補給部（トナー補給手段）を通過してからでないと、現像剤担持体に供給されないようにした構成を、現像剤一循環構成と称し、そうでない構成（現像剤担持体から回収した現像剤がトナー補給される前に再び現像剤担持体へ供給される構成）を現像剤非一循環構成と称すものである。
【００２３】
また本発明では、現像剤担持体上の、画像形成に使用されなかった現像剤を回収する位置が、現像剤担持体を回転軸方向から見て下面側で行われるものを、現像剤下剥ぎタイプと称し、上面側で行われるものを現像剤上剥ぎタイプと称している。
【００２４】
図１において、４１は現像剤担持体（現像ローラ）、４５は第一の現像剤搬送手段であるスクリューオーガであり、４６は第二の現像剤搬送手段である内周に螺旋状リブを有する中空円筒部材であり、４４は現像剤担持体へ現像剤を供給するための現像剤供給手段であるパドル状の撹拌羽根である。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、現像剤下剥ぎタイプであり、（Ｃ）は現像剤上剥ぎタイプである。
【００２５】
図２は、図１（Ａ）をより詳しくしたもので、現像剤の搬送と動作の概略を説明する。図２において、４１、４４、４５、４６は、図１と同じである。５０は現像装置枠体、１は感光体ドラムであり、５２は現像剤層厚規制板、５３は隔壁であり、５３の隔壁は切り欠き部を有している。５４はトナー補給手段である。
【００２６】
現像ローラ４１は、静電潜像を担持する感光体ドラム１に対向して配置され、回転可能に支持されており、それぞれ図２の矢印方向に回転する。現像ローラ４１は、その内部に図示しないマグネットがあり、パドル状の撹拌羽根４４により供給される現像剤を吸着し、現像ローラ４１上に付着させ感光体ドラム１へトナーを供給する。その後、図示しない現像ローラ内部のマグネットの反発磁界領域でパドル状の撹拌羽根４４へ受け渡す。この受け渡された現像剤は、パドル状の撹拌羽根４４によりスクリューオーガ４５へ移動され、スクリューオーガ４５の回転により、混合撹拌されながら回転軸方向へ搬送され、隔壁５３の一方の端部に設けられた切り欠き部を通して中空円筒部材４６へ搬送される。
【００２７】
切り欠き部近傍には、図示しないトナー濃度検知手段が設けられ、この検知手段により検知されたトナー濃度が、トナー補給を必要と判断される場合は、トナー補給手段５４からトナー補給される。中空円筒部材４６は、前述のように円筒と螺旋状リブが一体で回転し円筒内壁と現像剤との摩擦力により現像剤を持ち上げ、自由落下させながら、現像剤と補給されたトナーを混合撹拌する。中空円筒部材４６の現像剤搬送方向は、スクリューオーガ４５の搬送方向と逆方向であり、混合撹拌された現像剤は隔壁５３のもう一方の切り欠き部からスクリューオーガ４５へ移動される。スクリューオーガ４５は、この中空円筒部材４６からの現像剤と前述のパドル状の撹拌羽根４４から受け渡された現像剤を混合撹拌しつつ回転軸方向に搬送しながら、現像に供される現像剤をパドル状の撹拌羽根４４へ供給する。これが図２に示す現像剤非一循環構成の現像装置の動作の概略である。
【００２８】
図３は、請求項２に該当する現像剤一循環構成の現像装置の概略の断面レイアウト３種を示したものである。図３において、図１と、機能と名称の同じものは同番号としてある。ここで、４９は第三の現像剤搬送手段であるスクリューオーガで、４７は現像剤回収手段であるマグロールである。図３（Ａ）は、現像剤下剥ぎタイプであり、（Ｂ）、（Ｃ）は現像剤上剥ぎタイプである。
【００２９】
図４は、図３（Ｃ）をより詳しくしたもので、現像剤の搬送と動作の概略について、説明する。
【００３０】
現像ローラ４１は、静電潜像を担持する感光体ドラム１に対向して配置され、回転可能に支持されており、図４の矢印方向に回転する。現像ローラ４１は、その内部にマグネットがあり、パドル状の撹拌羽根４４により供給される現像剤を吸着し、現像ローラ４１上に付着させ感光体ドラム１へトナーを供給する。その後、現像ローラ内部のマグネットの反発磁界領域で、現像剤回収手段であるマグロール４７へ受け渡す。この回収された現像剤は、第三の現像剤搬送手段であるスクリューオーガ４９へ移動され、スクリューオーガ４９の回転により回転軸方向へ搬送され、スクリューオーガ４９の回転軸方向の下流側端部において、スクリューオーガ４５へ移動され、スクリューオーガ４５により搬送される現像剤と、スクリューオーガ４９により搬送された現像剤とが混合撹拌されながらスクリューオーガ４５の回転軸方向へ搬送され、隔壁５３の一方の端部に設けられた切り欠き部を通して中空円筒部材４６へ搬送される。
【００３１】
切り欠き部近傍には、図示しないトナー濃度検知手段が設けられ、この検知手段により検知されたトナー濃度が、トナー補給を必要と判断される場合は、トナー補給手段５４からトナー補給される。中空円筒部材４６は、前述のように円筒と螺旋状リブが一体で回転し円筒内壁と現像剤との摩擦力により現像剤を持ち上げ、自由落下させながら、現像剤と補給されたトナーを混合撹拌する。中空円筒部材４６の現像剤搬送方向は、スクリューオーガ４５の搬送方向と逆方向であり、混合撹拌された現像剤は隔壁５３のもう一方の切り欠き部からスクリューオーガ４５へ移動される。スクリューオーガ４５は、この中空円筒部材４６からの現像剤と前述のパドル状の撹拌羽根４４から受け渡された現像剤を混合撹拌しつつ回転軸方向に搬送しながら、現像に供される現像剤をパドル状の撹拌羽根４４へ供給する。これが図４に示す現像剤一循環構成の現像装置の動作の概略である。
【００３２】
以上の図１〜４に示す、現像剤非一循環構成及び現像剤一循環構成のそれぞれについて、スクリューオーガ４５の回転方向は、回転軸方向から見て、現像ローラ４１が右回りの場合は右回り、左回りの場合は左回りに回転するようになっている。
【００３３】
またスクリューオーガ４５の外周には回転軸と平行に螺旋状リブを横切るようにパドルを設けた構造でもよい。
【００３４】
また回転軸方向の関係としては、現像ローラ４１の軸方向の長さをＷ１とし、スクリューオーガ４５の螺旋状リブ部の軸方向の長さをＷ２、中空円筒部材４６の中空円筒部の軸方向の長さをＷ３、スクリューオーガ４９の螺旋状リブ部の軸方向の長さをＷ４としたとき、
Ｗ１＜Ｗ４＜Ｗ３＜Ｗ２
と設定することが、望ましい。
【００３５】
さらに、中空円筒部材４６とスクリューオーガ４５の関係では、中空円筒部材４６の両端部の支持軸部に螺旋状リブ及び／またはパドル状の撹拌羽根を設け、これらを含めた両者の回転軸方向の長さをそろえることが望ましい。
【００３６】
３．画像形成装置の概略及び現像剤
図５は、本発明の現像装置を適用した画像形成装置の一実施形態である、カラー画像形成装置の概略断面構成図である。図５において、画像形成装置ＧＳは、画像読取装置ＹＳと画像形成装置本体ＧＨとから構成される。
【００３７】
画像読取装置ＹＳは、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２からなり画像形成装置本体ＧＨの上部に画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは、搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により、原稿の片面または両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサ（例えばＣＣＤ）にて読み込まれる。
【００３８】
ラインイメージセンサにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部において、アナログ処理、Α／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、画像書き込み部（露光手段）３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに信号として送られる。
【００３９】
自動原稿送り装置２０１は、自動両面原稿搬送手段を備え、原稿載置台上から給送される多数枚の原稿ｄの内容を、連続して一挙に読み取り、図示しない記憶手段に蓄積が可能であり（電子ＲＤＨ機能）、複写機能により多数枚の原稿内容を複写する場合、或いはファクシミリ機能により多数枚の原稿ｄを送信する場合に使用される。
【００４０】
画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称されるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋとベルト状の中間転写体６と給紙搬送手段２０〜２３、２５、２６及び定着装置２４とからなる。
【００４１】
イエロー（Ｙ）の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、潜像担持体としての感光体ドラム１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙが配置されている。マゼンタ（Ｍ）の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像担持体としての感光体ドラム１Ｍの周囲に配置された帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍが配置されている。シアン（Ｃ）の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像担持体としての感光体ドラム１Ｃの周囲に配置された帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃが配置されている。黒（Ｋ）の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像担持体としての感光体ドラム１Ｋの周囲に配置された帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋが配置されている。帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光手段３Ｃ、帯電手段２Ｋと露光手段３Ｋ、はそれぞれ潜像形成手段を構成している。
【００４２】
中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｋで形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ及び７Ｋにより逐次転写され（一次転写）、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、レジストローラ２３等を経て転写手段７Ａに搬送された後、中間転写体６上にて合成されたカラー画像が記録紙Ｐ上に転写される（２次転写）。転写された記録紙Ｐ上のカラー画像は定着装置２４により、定着処理され、排紙ローラ２５に挟持されて機外の排紙トレイ２６上に載置される。
【００４３】
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及び黒（Ｋ）の、小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する現像装置であり、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋは、現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋにそれぞれ新規のトナーを補給するトナー補給手段である。
【００４４】
なお、ここで用いられる２成分現像剤の、トナーとキャリアについて説明する。トナーとしては、体積平均粒径が３〜５μｍの重合トナーが好ましく用いられる。小粒径の重合トナーを用いることにより、高解像力であり、濃度の安定した、かぶりの発生が極めて少ない画像形成が可能となる。
【００４５】
重合トナーは、従来より公知の製造方法により製造される。
例えば、懸濁重合または乳化重合等の重合反応と、その後に行われる粒子同士の融着工程を経て得られ、原料モノマーまたはプレポリマーを水系で均一に分散した後に重合させることにより粒度分布及び形状の均一なトナーが得られる。
【００４６】
上記の体積平均粒径は、コールカウンターＴΑ−ＩＩ、コールターマルチサイザー、ＳＬΑＤ１１００（島津製作所製レーザー回折式粒径測定装置）等を用いて測定できる。
【００４７】
体積平均粒径が、３μｍを下回ると、かぶりやトナー飛散が起こりやすくなる。一方、５μｍを越えると、高解像力の画像を形成できなくなる場合がある。
【００４８】
体積平均粒径３〜５μｍのトナーと共に用いるキャリアとしては、体積平均粒径がトナーの体積平均粒径の５〜１０倍で、磁化量が２．５〜８．８×１０−５ｗｂ・ｍ／ｋｇの磁性粒子からなるキャリアが好ましい。このような粒径、磁化量のキャリアを用いることにより、かぶりやトナー飛散を起こさず、キャリア付着も生ぜず、均一な濃度の画像を安定して形成できる。キャリア粒径がトナー粒径の５倍より小さなキャリアや、磁化量が２．５〜８．８×１０−５ｗｂ・ｍ／ｋｇを下回るキャリアでは、キャリア付着が生じやすくなることがある。またキャリア粒径が、トナー粒径の１０倍を越える大きなキャリアでは、均一な濃度の画像が形成されない場合があり、磁化量が２．５〜８．８×１０−５ｗｂ・ｍ／ｋｇを上回るキャリアでは、荒れたハーフトーン画像となる場合がある。
【００４９】
【実施例】
前述のスクリューオーガのピッチと回転数、中空円筒の内径と回転数の関係を本発明の条件範囲内の場合と、範囲外の場合とで比較実験を行った。
【００５０】
なお本実験では、すべて図５に示す画像形成装置を使用した。また、（実施例１）〜（実施例３）については、図２の現像装置を使用し、（実施例４）〜（実施例６）については、図４の現像装置を使用したものである。
【００５１】
（実施例１）
設定条件は、以下の通りである。
【００５２】
プロセス速度：２２０ｍｍ／ｓｅｃ
印字速度：５０枚／分（Ａ４横送り）
現像ローラ　外径：３０ｍｍ
現像ローラ　軸方向の幅（Ｗ１）：３３０ｍｍ
現像ローラ　周速：４４０ｍｍ／ｓｅｃ
パドル状の撹拌羽根　外径：２４ｍｍ
パドル状の撹拌羽根　軸径：６ｍｍ
パドル状の撹拌羽根　撹拌羽根部の軸方向の幅：３２５ｍｍ
パドル状の撹拌羽根　回転数：３００ｒｐｍ（Ｒ１と同じ）
スクリューオーガ　外径（Ｄ１）：２０ｍｍ
スクリューオーガ　軸径（Ｄ１２）：６ｍｍ
スクリューオーガ　ピッチ（Ｐ１）：２０ｍｍ
スクリューオーガ　螺旋リブ部の軸方向の幅（Ｗ２）：４５０ｍｍ
スクリューオーガ　回転数（Ｒ１）：３００ｒｐｍ
中空円筒部材　円筒部内径（Ｄ２）：３０ｍｍ
中空円筒部材　円筒内螺旋リブ高さ：１０ｍｍ
中空円筒部材　円筒内螺旋リブピッチ（Ｐ２）：３０ｍｍ
中空円筒部材　円筒部軸方向の幅（Ｗ３）：３９０ｍｍ
中空円筒部材　回転数（Ｒ２）：２００ｒｐｍ
この場合、Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≒０．４４４
現像剤
トナー平均粒径：４．５μｍ
キャリア平均粒径：２５μｍ
トナー濃度（画像出し開始時）：８質量％
現像剤の嵩密度（ΑＤ）：２．３ｇ／ｃｍ３
現像装置内の現像剤充填量：７００ｇ
現像ローラ上の現像剤搬送量：２０ｍｇ／ｃｍ２
上記設定条件にて、印字率５０％の画像パターン（Ａ４横送り）を連続２００枚出力した。
【００５３】
（実施例１の結果）
スタートから連続２００枚出力後に至るまで、かぶりや濃度ムラの発生がなく高濃度の画像が安定して得られた。また連続印字終了後に現像装置を画像形成装置外に取り出してトナー飛散状況を観察したが、トナー飛散の発生は全く見られなかった。
【００５４】
（実施例２）
（実施例１）の設定条件のうち、以下の条件のみ変更した。
【００５５】
スクリューオーガ　回転数（Ｒ１）：５００ｒｐｍ
パドル状の撹拌羽根　回転数：５００ｒｐｍ（Ｒ１と同じ）
中空円筒部材　回転数（Ｒ２）：１４０ｒｐｍ
この場合、Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≒１．０５８
（実施例２の結果）
連続印字に従って画像形成装置の奥側の画像濃度が徐々に低下し、４０枚出力時点で奥側の画像が出なくなった。現像装置を画像形成装置外に取り出して確認したところ、現像装置の手前側の連通部（＝スクリューオーガ４５に搬送された現像剤が中空円筒部材４６に移動する切り欠き部）周辺では現像剤がパッキング状態となり、その上に補給されたトナーが浮いていた。一方奥側の連通部（＝中空円筒部材４６に搬送された現像剤がスクリューオーガ４５に移動する切り欠き部）周辺には現像剤が殆どなく、現像ローラの奥側部分では磁気ブラシが形成されていなかった。
【００５６】
（実施例３）
（実施例１）の設定条件のうち、以下の条件のみ変更した。
【００５７】
スクリューオーガ　回転数（Ｒ１）：１００ｒｐｍ
パドル状の撹拌羽根　回転数：１００ｒｐｍ（Ｒ１と同じ）
中空円筒部材　回転数（Ｒ２）：２８０ｒｐｍ
この場合、Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≒０．１０６
（実施例３の結果）
連続印字に従って画像形成装置の手前側の画像濃度が徐々に低下し、手前／奥の濃度差（濃度ムラ）が非常に大きくなった。連続印字終了後に現像装置を画像形成装置外に取り出して確認したところ、現像装置の奥側の連通部（＝中空円筒部材４６に搬送された現像剤がスクリューオーガ４５に移動する切り欠き部）周辺に現像剤が片寄って、手前側の連通部（＝スクリューオーガ４５に搬送された現像剤が中空円筒部材４６に移動する切り欠き部）周辺には現像剤が殆どなく、補給されたトナーが現像剤から遊離した状態で溜まっていた。
【００５８】
（実施例４）
設定条件は、以下の通りである。
【００５９】
プロセス速度：１１０ｍｍ／ｓｅｃ
印字速度：２５枚／分（Ａ４横送り）
これは、通常線速の１／２であり、厚紙モードである。
【００６０】
現像ローラ　外径：２５ｍｍ
現像ローラ　軸方向の幅（Ｗ１）：３３０ｍｍ
現像ローラ　周速：２２０ｍｍ／ｓｅｃ
パドル状の撹拌羽根　外径：２４ｍｍ
パドル状の撹拌羽根　軸径：６ｍｍ
パドル状の撹拌羽根　撹拌羽根部の軸方向の幅：３２５ｍｍ
パドル状の撹拌羽根　回転数：２００ｒｐｍ（Ｒ１と同じ）
スクリューオーガ（供給用）　外径（Ｄ１）：２４ｍｍ
スクリューオーガ（供給用）　軸径（Ｄ１２）：６ｍｍ
スクリューオーガ（供給用）　ピッチ（Ｐ１）：２８ｍｍ
スクリューオーガ（供給用）　螺旋リブ部の軸方向の幅（Ｗ２）：４５０ｍｍ
スクリューオーガ（供給用）　回転数（Ｒ１）：２００ｒｐｍ
中空円筒部材　円筒部内径（Ｄ２）：３０ｍｍ
中空円筒部材　円筒内螺旋リブ高さ：１５ｍｍ
中空円筒部材　円筒内螺旋リブピッチ（Ｐ２）：３５ｍｍ
中空円筒部材　円筒部軸方向の幅（Ｗ３）：３９０ｍｍ
中空円筒部材　回転数（Ｒ２）：２００ｒｐｍ
スクリューオーガ（回収用）　外径：２４ｍｍ
スクリューオーガ（回収用）　軸径：６ｍｍ
スクリューオーガ（回収用）　ピッチ：２８ｍｍ
スクリューオーガ（回収用）　螺旋リブ部の軸方向の幅（Ｗ３）：３７０ｍｍ
スクリューオーガ（回収用）　回転数：２００ｒｐｍ　（Ｒ１と同じ）
この場合、Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）＝０．５１２
現像剤
トナー平均粒径：４．５μｍ
キャリア平均粒径：２５μｍ
トナー濃度（画像出し開始時）：８質量％
現像剤の嵩密度（ΑＤ）：２．３ｇ／ｃｍ３
現像装置内の現像剤充填量：８５０ｇ
現像ローラ上の現像剤搬送量：２０ｍｇ／ｃｍ２
上記設定条件にて、印字率５０％の画像パターン（Ａ４横送り）を連続２００枚出力した。
【００６１】
（実施例４の結果）
スタートから連続２００枚出力後に至るまで、かぶりや濃度ムラの発生がなく高濃度の画像が安定して得られた。また連続印字終了後に現像装置を画像形成装置外に取り出してトナー飛散状況を観察したが、トナー飛散の発生は全く見られなかった。
【００６２】
（実施例５）
（実施例４）の設定条件のうち、以下の条件のみ変更した。
【００６３】
スクリューオーガ（供給用）　回転数（Ｒ１）：５００ｒｐｍ
スクリューオーガ（回収用）　回転数：５００ｒｐｍ（Ｒ１と同じ）
パドル状の撹拌羽根　回転数：５００ｒｐｍ（Ｒ１と同じ）
この場合、Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）＝１．２８
（実施例５の結果）
連続印字に従って画像形成装置の奥側の画像濃度が徐々に低下し、６０枚出力時点で奥側の画像が出なくなった。現像装置を画像形成装置外に取り出して確認したところ、現像装置の手前側の連通部（＝スクリューオーガ４５に搬送された現像剤が中空円筒部材４６に移動する切り欠き部）周辺では現像剤がパッキング状態となり、その上に補給されたトナーが浮いていた。一方奥側の連通部（＝中空円筒部材４６に搬送された現像剤がスクリューオーガ４５に移動する切り欠き部）周辺には現像剤が殆どなく、現像ローラの奥側部分では磁気ブラシが形成されていなかった。
【００６４】
（実施例６）
（実施例４）の設定条件のうち、以下の条件のみ変更した。
【００６５】
スクリューオーガ（供給用）　回転数（Ｒ１）：１００ｒｐｍ
スクリューオーガ（回収用）　回転数：１００ｒｐｍ（Ｒ１と同じ）
パドル状の撹拌羽根　回転数：１００ｒｐｍ（Ｒ１と同じ）
中空円筒部材　回転数（Ｒ２）：２８０ｒｐｍ
この場合、Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≒０．１８３
（実施例６の結果）
連続印字に従って画像形成装置の手前側の画像濃度が徐々に低下し、手前／奥の濃度差（濃度ムラ）が非常に大きくなった。連続印字終了後に現像装置を画像形成装置外に取り出して確認したところ、現像装置の奥側の連通部（＝中空円筒部材４６に搬送された現像剤がスクリューオーガ４５に移動する切り欠き部）周辺に現像剤が片寄って、手前側の連通部（＝スクリューオーガ４５に搬送された現像剤が中空円筒部材４６に移動する切り欠き部）周辺には現像剤が殆どなく、補給されたトナーが現像剤から遊離した状態で溜まっていた。
【００６６】
以上の結果より、現像剤非一循環構成、現像剤一循環構成を問わず、
０．２≦Ｒ１×Ｄ１３／（Ｒ２×Ｄ２３）≦１
を満足する（実施例１）と（実施例４）は、上式を満足しない他の実施例と比べ、明らかに連続出力時の画像安定性、即ちかぶり、濃度ムラに対し優位性が認められ、トナー飛散も無いことが確認された。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、現像装置に設けられる中空円筒部材の内径と回転数、スクリューオーガの外径と回転数の適正な関係を規定することにより、現像装置に補給されたトナーと現像装置内を循環搬送される現像剤との混合、撹拌が十分に行われ、かぶりやトナー飛散による機内汚れが発生しない現像装置の提供が可能となり、また高印字率の画像形成を連続して行った場合でも、ページ内やページ間の濃度むらが発生せず、高画質な画像が得られる現像装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる現像剤非一循環構成の現像装置の概略断面レイアウト図である。
【図２】図１の現像装置における代表例を示し、現像剤の流れを説明するための概略断面図である。
【図３】本発明に係わる現像剤一循環構成の現像装置の概略断面レイアウト図である。
【図４】図３の現像装置における代表例を示し、現像剤の流れを説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の現像装置を適用した画像形成装置の一実施形態を示す、カラー画像形成装置の概略断面構成図である。
【符号の説明】
１　感光体ドラム
４１　現像ローラ
４４　パドル状の撹拌羽根
４５　スクリューオーガ（第一の現像剤搬送手段）
４６　中空円筒部材（第二の現像剤搬送手段）
４７　マグロール（現像剤回収手段）
４９　スクリューオーガ（第三の現像剤搬送手段）
５０　現像装置枠体
５２　現像剤層厚規制板
５４　トナー補給手段
【図１】
2004045945.tif 000003
【図２】
2004045945.tif 000004
【図３】
2004045945.tif 000005
【図４】
2004045945.tif 000006
【図５】
2004045945.tif 000007