(57)【要約】【課題】本発明の課題は、補給されたトナーが低帯電もしくは未帯電状態で直接現像スリーブに到達することを防止でき、長期に渡り画像形成プロセスが繰り返された場合、或いはトナーの消費が少ない特殊な使用状態が長期間に及んだ場合にも、現像剤劣化が少なく、長期にわたって地肌汚れ・トナー飛散のない現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供することである。【解決手段】現像ユニット全体のトルクＴ２、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１が、（１）Ｔ１＞０．２［ｋｇｆ・ｃｍ］、（２）Ｔ１／Ｔ２＞０．２５の関係を満たすことにより、現像剤劣化が少なく長期にわたって地肌汚れ・トナー飛散のない現像装置および画像形成装置を提供することを可能にした。【選択図】      図４
2007072329.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二成分現像剤を、現像剤容器内に配設された２本の回転自在なスクリューで攪拌・分散して所定位置に搬送する攪拌手段と、現像によって消費されたトナーを補給するトナー補給手段を備えた現像装置において、現像ユニット全体のトルクＴ２、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１の間に、
（１）Ｔ１  ＞  ０．２［ｋｇｆ・ｃｍ］
（２）Ｔ１／Ｔ２  ＞  ０．２５
の関係が成り立つことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記現像装置が、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１を検出する検出部を設け、検出された軸トルクＴ１が、
（１）Ｔ１  ＞  ０．２［ｋｇｆ・ｃｍ］
（２）Ｔ１／Ｔ２  ＞  ０．２５  
の範囲になるよう補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１を制御する制御手段を備え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】
前記現像装置が、現像側攪拌室とスリーブ周りの軸トルクを検出する検出部を設け、ユニット全体のトルクＴ２と、前記軸トルク検出部で検出された軸トルクＴ１が、
（１）Ｔ１  ＞  ０．２［ｋｇｆ・ｃｍ］
（２）Ｔ１／Ｔ２  ＞  ０．２５
の範囲になるよう補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１を制御する制御手段を設けた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】
前記補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクを制御する手段が、補給側攪拌室の中央部から、補給側攪拌室と現像側攪拌室をつなぐ連結部までの間に設けられた現像剤経路規制手段であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像剤経路規制手段が、補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の開口部面積、形状が変化可能なシャッター部材で構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項６】
前記シャッター部材が、補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の天井から下向きに挿入された板状部材であり、該板状部材が上下に動くことによって開口部面積を変える構成であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項７】
前記シャッター部材が、補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の底面から天井方向に向かって突き出した板状部材であり、該板状部材が上下に動くことによって開口部面積を変える構成であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項８】
前記シャッター部材が、補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の開口部を横方向にスライド可能な板状部材であり、該板状部材が左右に動くことによって開口部面積を変える構成であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項９】
前記シャッター部材が、補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部に設けられた複数の平行に設置された板状部材から成り、該板状部材が角度を変えることによって開口部面積を変える構成であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項１０】
前記シャッター部材が、受け渡し部に複数の穴が開けられた仕切り板を、該仕切り板と平行に重ねて備えられたもう一枚の穴の開いた板状部材が、該仕切り板の穴を塞ぐようにスライド移動することで、開口部面積を変える構成であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項１１】
前記シャッター部材が、少なくても一枚以上の板状部材からなり、該板状部材が、端部に回転自在な回転軸を有し、その軸を中心として自由に該板状部材の角度が変わるようになっており、それぞれの該板状部材は、角度が連動して動くように連結されており、該板状部材の一部が、コイルばねで攪拌室の天井部と連結されており、補給側攪拌室の現像剤が前記シャッター部材を押す圧力によってシャッター部材が回転して、開口面積が大きくなるよう制御されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項１２】
補給側攪拌室の現像剤搬送方向下流側の少なくとも一部において、補給側攪拌室の天井の形状が、スクリュー外径に沿って円形状であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の現像装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一つに記載の現像装置と、潜像担持体、帯電装置、潜像担持体のクリーニング装置、の少なくとも２つ以上を一体としたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１４】
一連の画像形成プロセスによって形成された画像を記録媒体に記録する画像形成装置が、請求項１乃至１２記載の現像装置を１つ以上備える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】
本発明は複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置にかかり、特に二成分系の現像剤を用いる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複写機やプリンタ等の電子写真技術用いた画像形成装置の小型化やパーソナル化の要求に伴って、その現像装置の小型化が図られている。また、こうした要求に伴って、トナーが無くなった時点で、現像装置ごと交換する使い捨てタイプの現像装置や、この現像装置の他に、原稿画像の静電潜像が形成される潜像担持体（感光体）、及び感光体上に残留したトナーを除去するクリーニング部等が一体化された、いわゆるプロセスカートリッジも一般に広く用いられるようになってきている。
【０００３】
しかしながら、このような小型化された現像装置においては、そのトナーと磁性キャリアとからなる現像剤の収容量が少ない。また、現像剤攪拌部の省スペース化も余儀なくされるため、補給されたトナーがその現像領域に到達するまでの時間が短く、トナーと磁性キャリアとの攪拌が不十分になってトナーの帯電量が小さくなり、浮遊トナーが発生し易くなる。この浮遊トナーが発生した場合には、転写紙の地肌汚れがひどくなり好ましくない。このような現象は、特に画像面積率の高い原稿を連続して印刷した際のように、トナー補給量が多くなった時に補給トナーの分散・帯電不足で顕著に発生する。
【０００４】
また、機械の高速化に伴い現像剤攪拌搬送部材は高速で回転し、且つ、トナーは３〜１２μｍの微小粒子であるため、補給されたトナーの一部が現像剤とうまく攪拌されずに飛散、浮遊あるいは現像剤面を上滑りして移動する。このようなトナーが現像ローラに搬送されて現像領域へ搬送されると、未帯電、逆帯電、弱帯電の帯電不良トナーや、非画像部の地汚れ、濃度ムラ、トナー飛散が生じる。
【０００５】
このような問題を解消するために、例えば特許文献１のように、トナー補給部から補給されたトナーが剤面を上滑りして未帯電のまま現像ローラ側のスクリュー部に搬送されるのを防止する飛散防止部材を設けることが提案されている。
しかしながらこれらの手段は、トナーが現像部に搬送されるまでに満たさねばならない２つの条件であるトナーの分散と帯電のうち、トナーの均一分散に重点を置いたものである。つまり補給トナーの現像剤への均一な分散までの機能をスクリュー部に与え、トナー帯電は従来と同じく現像剤規制ブレード近傍での現像剤の摺擦によってまかなっていた。              
このような現像システムの場合、トナーが現像剤規制ブレードの裏側の現像剤溜り部で大きな負荷を受け、現像剤が劣化するという問題点がある。また、劣化したトナーは弱帯電・逆帯電トナーになりやすく、長期にわたる画像形成プロセスを経ると帯電量分布がブロード化し、地肌汚れ・トナー飛散につながるという問題点が存在するが、安易に現像剤規制ブレード裏でのストレスを小さくすると、トナーの帯電不足が発生し、かえって地肌汚れ・トナー飛散が多くなるという問題点が生じる。
【０００６】
また、特許文献２では、現像装置内の剤経路規制部材を現像ローラに近づけるように作動させて帯電量を上昇させることが提案されている。しかしこの構成では剤にかかる摺擦力が増すものの、剤を規制する場所がドクターブレード近傍であるため、その位置の搬送されるまでのトナーの分散が不完全だと現像剤規制手段を用いても濃度ムラが出てしまう懸念がある。
【０００７】
また特許文献３では、補給側攪拌室のスクリューの下流に付けるフィンの数を上流側よりも多くすることによって、補給側攪拌室の剤レベルを上流と下流で変化させる構成が提案されている。
しかしながらこれらの発明においてはいずれも、補給トナーの上滑り防止、トナーの均一分散、トナーの帯電付与を十分に行い、かつ現像剤にかかる機械的な力を従来よりも弱くして現像剤の長寿命化を図るには不十分な点があった。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１０６１６１号公報
【特許文献２】特開平１１−２０２５７３号公報
【特許文献３】特開２００４−２７２０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、補給されたトナーが低帯電もしくは未帯電状態で直接現像スリーブに到達することを防止でき、長期に渡り画像形成プロセスが繰り返された場合、或いはトナーの消費が少ない特殊な使用状態が長期間に及んだ場合にも、現像剤劣化が少なく、長期にわたって地肌汚れ・トナー飛散のない現像装置および画像形成装置を提供することである。
また、本発明は、トナーの帯電機能をトナーが補給される第一の現像剤攪拌部でも分担させることにより、現像装置全体として現像剤が受ける負担を減らし、現像剤の長寿命化を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
なお、本発明では、トナーが補給される側の現像剤収容部を補給側攪拌室と定義し、現像剤担持体と対向している側の現像剤収容部を現像側攪拌室と定義する。
本発明は、現像ユニット全体のトルクＴ２、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１が、
（１）Ｔ１  ＞  ０．２［ｋｇｆ・ｃｍ］
（２）Ｔ１／Ｔ２  ＞  ０．２５
の関係を満たすことを特徴とするものである。これにより以下の２点の効果がある。
【００１１】
補給側攪拌室のトルクＴ１が０．２［ｋｇｆ・ｃｍ］よりも大きいとき、補給側攪拌室で剤の滞留が生じ、現像剤が圧密状態になっている。このような状態のとき、現像剤の摺擦力が高まり、補給トナーの分散が促進されると同時にトナーの帯電が促進される。したがって、補給されたトナーが現像側攪拌室に搬送されて現像に供される時点でトナーが十分に帯電しており、トナー飛散・地肌汚れのない良好な画像形成が行われる。
【００１２】
また、このような構成の現像装置を用いる場合、補給側攪拌室でトナー帯電機能を持たせているため、従来の現像装置のようにドクターブレードで集中的に摺擦して帯電させなくてもよくなる。したがってドクターブレード付近の機械的な力を弱く設計することができ、現像ユニット全体のトルクを小さくすることができ、ユニット全体のトルクＴ２と補給側攪拌室のトルクＴ１の比であるＴ１／Ｔ２を０．２５より大きくすることで、ユニット全体のストレス低減により、現像剤の長寿命化を図ることができる。
なおＴ１／Ｔ２＜０．２５ではユニット全体のトルクが増大した状態を示し、剤にかかるストレスが過剰になり、トナーの劣化の原因となるため適切ではない。
【００１３】
本発明では、ユニットトルクＴ２が、環境やトナー濃度によってそれほど大きく変動しないことを利用して、トルクＴ１のみを検出してシャッターの開口面積を制御する方式であるため、より低コストで現像装置を提供することが可能である。なお、ユニットトルクＴ２の実機稼動中の変化はきわめて微小で無視できるものであり、本発明では初期状態であらかじめ測定しておいたユニットトルクの値をＴ２として用いることもできる。
【００１４】
また、本発明では、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクを制御する現像剤経路規制手段を、補給側攪拌室の現像剤搬送方向の中央部より下流側から現像剤攪拌室に受け渡されるまでの間に設けることにより、補給されたトナーがドクター現像スリーブに供給されるまでの間に帯電することができ、トナー飛散や地肌汚れのない画像形成を行うことができる。
【００１５】
さらに本発明では、受け渡し部のシャッター部材として補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部に、攪拌室の天井から下方に突き出された板状部材、もしくは底面から天井に向かって上方に突き出された板状部材の進入深さを制御することによって、前記式（１）および（２）の関係式を満たすように現像剤経路を規制する。これにより、補給トナーが帯電不足のまま現像側攪拌室に到達するのを防止することができ、地肌汚れ・トナー飛散といった画像不良を防止し、かつ現像剤の長寿命化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明は、シャッター部材として補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部に、開口部を横方向にスライド可能な板部材であり、このシャッター部材が図示しない駆動制御手段で左右に動くことによって、前記式（１）および（２）の関係式を満たすように現像剤経路を規制する。これにより、補給トナーが帯電不足のまま現像側攪拌室に到達するのを防止することができ、地肌汚れ・トナー飛散といった画像不良を防止し、かつ現像剤の長寿命化を図ることができる。なお横スライド方式は、開口部が開いた状態でもシャッターが現像器から外側に突き出すことがなく、現像器の省スペース化にも貢献する。
【００１７】
また、本発明は、シャッター部材として補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部に複数の平行に設置された板部材を設け、個々の板状の部材は連動して回転して角度を変えることによって、前記式（１）および（２）の関係式を満たすように現像剤経路を規制する。これにより、補給トナーが帯電不足のまま現像側攪拌室に到達するのを防止することができ、地肌汚れ・トナー飛散といった画像不良を防止し、かつ現像剤の長寿命化を図ることができる。              
なお本方式は小さな板状シャッターが現像器内部で回転駆動して開口部面積を変化させるため、開口部が開いた状態でも閉じた状態でも現像器の大きさは変わらず、現像器の省スペース化にも貢献できる。
【００１８】
本発明は、シャッター部材として補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部に複数の穴が開けられた仕切り板があり、該仕切り板と平行に重ねてもう一枚の穴の開いた板状部材が、該仕切り板の穴を塞ぐようにスライド移動することによって、前記式（１）および（２）の関係式を満たすように現像剤経路を規制する（図１２を参照）。これにより、補給トナーが帯電不足のまま現像側攪拌室に到達するのを防止することができ、地肌汚れ・トナー飛散といった画像不良を防止し、かつ現像剤の長寿命化を図ることができる。
【００１９】
また、本発明は、シャッター部材として補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部に、複数の平行に設置された板部材を設け、個々の板状の部材は連動して自動的に回転して角度を変えることによって、前記式（１）および（２）の関係式を満たすように現像剤経路を規制する。板状部材の一部は、コイルばねで攪拌室の天井部と連結されており、補給側攪拌室内の剤の圧力が小さいと、シャッターが閉まり圧力が高まり、圧力が高いとシャッターが開いて圧力が緩和される方向に作用する。
したがって、本発明によれば、トルク検出部、シャッターの開口面積制御部、シャッター駆動部が不要であるため、低コストで所望の現像装置を提供することが可能になる。
【００２０】
また、このシャッターの自動制御によって、補給トナーが帯電不足のまま現像側攪拌室に到達するのを防止することができ、地肌汚れ・トナー飛散といった画像不良を防止し、かつ現像剤の長寿命化を図ることができる。
【００２１】
また、本発明は、補給側攪拌室の少なくとも一部の天井がスクリューの外径に沿った円形状であるため、スクリューの回転による駆動力が伝わらない不動層がなく、良好な現像剤分散・搬送能力を確保することができる。
【００２２】
以上述べたのように、補給側攪拌室で補給トナーの分散・帯電を促進することにより、従来のようにドクターブレード近傍でトナーを帯電させるために現像剤に強い負荷を与える必要がなくなる。そして、現像剤への過剰な負荷を低減させることができ、現像剤の劣化を抑制することができる。したがって本発明によれば初期的な地肌汚れ、トナー飛散だけではなく、長期間にわたって地肌汚れ、トナー飛散のない良好な画像形成が可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、上記解決するための手段によって、補給されたトナーが低帯電もしくは未帯電状態で直接現像スリーブに到達することを防止でき、長期に渡り画像形成プロセスが繰り返された場合、或いはトナーの消費が少ない特殊な使用状態が長期間に及んだ場合にも、現像剤劣化が少なく、長期にわたって地肌汚れ・トナー飛散のない現像装置、プロセスカートリッジおよび画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る現像装置を適用したカラー画像形成装置の内部構成図であり、具体的にはタンデム型間接転写方式の電子写真複写装置である。図２は、本実施の形態におけ現像装置を示す図である。図３は、本実施の形態における現像剤容器内の内部構成図である。図４は、本実施の形態における現像装置を示す図である。図５は、本実施の形態における受け渡し部の開口部を示す図である。図６は、本実施の形態における補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の断面積を制御可能なシャッター部材を示す図である。図７は、本実施の形態における補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の底面から天井方向に向かって突き出したシャッター部材を示す図である。図８は、本実施の形態における補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部を横方向にスライド可能なシャッター部材を示す図である。図９は、本実施の形態における補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部に設けられた複数の平行に設置されたブラインドのようなシャッター部材を示す図である。図１０は、現像剤経路規制手段の有無による現像剤の帯電量分布への影響を示す図である。図１１は、本実施の形態で用いたスクリューを示す図である。図１２は、本実施の形態におけるスライド可能な丸穴を塞ぐタイプのシャッター部材を示す図である。図１３は、本実施の形態におけるばね圧で自動制御するシャッター部材を示す図である。
【００２６】
図１中、符号１００は複写装置本体、２００は複写装置本体１００を載せる給紙テーブル、３００は複写装置本体１００上に取り付けるスキャナ（読取り光学系）、４００はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）である。複写装置本体１００の中央位置には、横方向へ延びる無端ベルト状の中間転写体１０を設ける。そして、図示例では中間転写体を３つの支持ローラ１４、１５、１６に掛け回して、図中時計回りに回転搬送可能とする。この図示例では、３つの支持ローラの中で、第２の支持ローラ１５の左に、画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置１７を設ける。
【００２７】
また、３つの支持ローラの中で第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５間に張り渡した中間転写体１０上には、その搬送方向に沿って、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの４つの画像形成手段１８を横に並べて配置してタンデム画像形成部２０を構成する。タンデム画像形成部２０の直上には、図１に示すように、さらに露光装置２１を設ける。
【００２８】
一方、中間転写体１０を挟んでタンデム画像形成部２０と反対の側には、２次転写装置２２を備える。２次転写装置２２は、図示例では、２つのローラ２３間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡して構成し、中間転写体１０を介して第３の支持ローラ１６に押し当てて配置し、中間転写体１０上の画像をシートに転写する。
【００２９】
２次転写装置２２の横には、シート上の転写画像を定着する定着装置２５を設ける。定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てて構成する。上述した２次転写装置２２は、画像転写後のシートをこの定着装置２５へと搬送するシート搬送機能も備えている。なお、図示例では、このような２次転写装置２２および定着装置２５の下に、上述したタンデム画像形成部２０と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置２８を備える。
【００３０】
図１におけるカラー電子写真装置を用いてコピーをとるときは、原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上に原稿をセットする。または、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じて、それで押さえる。不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動させた後、他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動し、第１走行体３３および第２走行体３４を走行する。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体３４に向け、第２走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読み取る。
【００３１】
また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ１４、１５、１６のうちの１つを回転駆動して他の２つの支持ローラを従動回転し、中間転写体１０を回転搬送する。同時に、個々の画像形成手段１８でその感光体４０を回転して各感光体４０上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写体１０の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写体１０上に合成カラー画像を形成する。
【００３２】
一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つからシートを繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体１００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。そして、中間転写体１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写体１０と２次転写装置２２との間にシートを送り込み、２次転写装置２２で転写してシート上にカラー画像を記録する。画像転写後のシートは、２次転写装置２２で搬送して定着装置２５へと送り込み、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６で排出し、排紙トレイ５７上にスタックする。または、切換爪５５で切り換えてシート反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出する。
【００３３】
一方、画像転写後の中間転写体１０は、中間転写体クリーニング装置１７で、画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部２０による再度の画像形成に備える。
【００３４】
また、上述したタンデム画像形成部２０において、個々の画像形成手段１８は、ドラム状の感光体４０のまわりに、帯電装置、現像装置、１次転写装置、感光体クリーニング装置、除電装置などを備えている。図２は、現像装置６１を示す図である。現像装置６１は、現像剤容器６５内に、現像剤攪拌・搬送手段としてのトナー補給側攪拌スクリュー６６、現像剤担持体側攪拌スクリュー６７、現像スリーブ（現像ローラ）６８を備える。
【００３５】
第一の現像剤攪拌室８６の容器外壁には図示しない補給口を設けて図示しないトナー補給装置からトナーが供給される（以後、第一の現像剤攪拌室を補給側攪拌室とする）。トナー補給側の攪拌スクリュー６６は、トナー補給装置から補給されたトナーと現像剤容器６５内の現像剤（磁性粒子とトナーとを有する二成分現像剤）とを攪拌、搬送する。また、第二の現像剤攪拌室８７（現像剤担持体側）の攪拌スクリュー６７は、現像剤容器６５内の現像剤を攪拌、搬送する（以後、第二の現像剤攪拌室を現像側攪拌室とする）。また、図３に示すように補給側攪拌室と現像側攪拌室は仕切り板８０で仕切られており、両端部に現像剤の受け渡す開口部がある。
【実施例】
【００３６】
（実施例１）
本実施例では体積平均粒径が３５μｍのキャリアと６μｍのトナーを用いてトナー濃度７ｗｔ％の条件で実験を行った。図４に示すように、補給側攪拌室と現像側攪拌室、および現像剤規制部材、現像ローラを備える現像装置において、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルク、ユニット全体のトルクを次のようにして測定した。
【００３７】
まず、トルクを測定するための実験装置を用いて、補給側攪拌室のスクリュー軸の端部と駆動モータの軸の間に、ＫＹＯＷＡの小型トルク変換器ＴＰ−２ＫＣＥを直列につなぎ、動ひずみ測定器ＤＰＭ−７１１Ｂで出力を読み取る構成とした。
【００３８】
はじめに現像ユニット内に現像剤を入れないで、モータを所定回転数で回転させたときの軸トルクを測定し、その後、現像剤を４００ｇ入れた状態で軸トルクを測定した。その差分を、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１として用いた。なお、このとき別の駆動モータにより現像側攪拌室の搬送スクリューと現像スリーブはギヤを介して連動する構成となっており、所定の回転数で回転させた。したがって、本測定において、補給側のみの搬送スクリューの軸トルクを測定することができた。
【００３９】
次に、ユニット全体のトルクを測るために、補給側攪拌室のスクリュー、現像側攪拌室のスクリュー、現像スリーブの３つをギヤで連結し、トルク変換機を取り付けた１つの駆動モータで、現像装置全体が駆動する構成にした。この状態で、現像剤を入れないで駆動したときのトルクをあらかじめ測定しておき、その後、現像剤を４００ｇ入れたときのトルクを測定した。そして両者の差分をユニット全体のトルクＴ２とした。
【００４０】
本実施例では受け渡し部の開口部は幅３２ｍｍ×高さ２６ｍｍであり、この開口部に、図５に示すように天井部に補給側攪拌室と現像側攪拌室の仕切り板を延長するような形で、板状部剤を取り付け、開口部面積を制御した。
このときの条件は表１に示すように、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１は０．３［ｋｇｆ・ｃｍ］であり、ユニット全体のトルクＴ２は０．９５［ｋｇｆ・ｃｍ］であった。したがって、Ｔ１／Ｔ２＝０．３２であった。（条件1）
【００４１】
＜表１：条件と各部のトルク＞
【表１】
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【００４２】
このときの受け渡し部手前の位置（現像剤が圧密状態になっている場所）での現像剤の挙動について説明する。受け渡し部の開口面積を小さくすると、受け渡し部を通過できる現像剤の量が減るため、補給側攪拌室の下流側の約１／２〜１／３ほどの位置から現像剤が補給側攪拌室の天井蓋に接触する状態になる。すなわちスクリューのまわり３６０°剤が詰まった状態になる。
【００４３】
このとき以下の二つのことが懸念される。一つは、補給トナーが分散しきれていない状態で圧密領域に入った場合、現像剤がパッキングされて分散されずそのまま搬送されてしまうという懸念であり、もう一つは、スクリューが回転しても現像剤の一部（特にスクリュー羽根が掃引しない攪拌室の隅）が不動層を形成して剤が循環しないのではないかという懸念である。長期間、機械を動かさないで放置後に機械を動かした時などに、現像剤の嵩が減って不動層だった現像剤が動くと、現像剤の不均一化の原因となるため、トナー濃度のムラ等の原因となる。
【００４４】
現像剤は可視光を通過させないため、可視光では内部の流動状態を観察することはできない。そこでＦＮ２００４１３５２９のX線による可視化技術を用いて、内部の流動状態を確認することとした。用いた観察装置は、東芝ＩＴコントロール社製X線透過画像観察装置Ｈ３１５０である。また、現像剤の挙動を把握するためのトレーサーとして、キャリア粒径とほぼ等しい５０μｍのタングステン粒子を用いた。タングステンは現像剤内のキャリア（酸化鉄）よりも吸収率が大きいので、透過X線で観察するとその部分だけ周囲より黒く観察される。また、トレーサー粒子は十分少量のため、周囲の現像剤粉体と同一の挙動をしていると考えられるので、タングステンの流動状態を観察することで、現像剤挙動を可視化することができる。ＦＮ２００４１３５２９では粉体のスクリュー搬送では、トレーサー粒子と粉体粒子に密度に２０倍以上の差があってもほぼ同一の挙動をすることが示されている。
【００４５】
現像剤挙動を観察する箇所に場の流れを乱さないように注意しながらスパチュラでトレーサーを少量補給した。静かに現像剤攪拌室の蓋をして、上記装置内に設置して、スクリューを回転させたときの現像剤挙動をＸ線で可視化した。
その結果、圧密領域に突入したトレーサーは補給側攪拌室のトナー補給位置から補給側攪拌室の中央部付近までの非圧密領域（剤レベルがスクリューの軸より少し上程度）と同様に分散がなされ、不動層も今回検討を行ったスクリューでは生じていないことが確認できた。したがって、前記２つの懸念は解消された。
【００４６】
本実施例で用いたスクリューは図１１に示すようにピッチ２５ｍｍ、外径２０ｍｍ、軸径８ｍｍの螺旋スクリューで、スクリュー羽根外周部に長手方向につながった１本の板状部材が備えられているものである。
【００４７】
一方、開口面積をさらに狭くして補給側攪拌室のスクリューの軸トルクを０．３５［ｋｇｆ・ｃｍ］にしたときには、攪拌室の天井と側壁に囲まれた角の部分でスクリューが回転しても現像剤が全く動かない不動層が形成された。また、スクリューの形状を変えて、補給側攪拌室のスクリュー下流の端部で、スクリュー羽根の外径がその他の部分よりも細くなっているスクリューを使用した場合には、天井蓋と補給側攪拌室の外側の側壁がなす角の領域では、若干の不動層が存在し、本発明のように圧密領域を積極的に利用する条件との組み合わせには適していなかった。そこで現像剤が圧密になる補給側攪拌室の後半部の天井形状を、スクリューの形状に沿って円形の部材を用いることにより、不動層がなくなり、攪拌室内の現像剤が良好に搬送、攪拌することが可能となった。
【００４８】
次に本実施例の条件でトナーの帯電立ち上がり性を調べる方法を説明する。１ｇの補給トナーを補給側攪拌室の最上流部（図３の点Ａ）に補給する。スクリューを所定の速度で回転させ、補給トナーのピークが現像側攪拌室に移流した時に受け渡し部直後の現像剤の帯電量分布を測定する。その結果を図１０（ｂ）に示す。なお、このグラフは、現像剤経路規制手段の効果のみを示すために、現像器から現像ローラ、ドクターブレードを外して単純な攪拌装置（補給側攪拌室、現像側攪拌室、スクリュー、仕切り板、現像剤経路規制手段のみ）にて測定した結果である。また、このときの現像剤の量は、通常、現像スリーブの周りについている量を差し引いて２５０ｇとした。
【００４９】
現像剤経路規制手段を使わない図１０（ａ）の結果と比較して明らかに帯電の立ち上がりが促進されており、未帯電トナーが非常に少なくなった。実際の現像装置ではドクターブレードによる摺擦も加わるため、この帯電立ち上がりは十分である。
【００５０】
つぎにこの条件を実際の現像ユニット内で実施し、印字試験を行った。その結果、トナー補給が厳しい条件（ベタ画像現像時）においても補給トナーは、現像側攪拌室に到達するまでの間に十分に、分散・帯電し、地肌汚れ・トナー飛散のない良好な画像形成が行えた。
【００５１】
（比較例１）
さらに、表１の条件２〜条件４で実験した。条件２では補給側攪拌スクリューの軸トルクＴ１が小さく、かつユニットトルクＴ２も小さいため、補給トナーの帯電立ち上げが不十分で、低温低湿環境下でトナー飛散や地肌汚れが生じてしまった。
【００５２】
（比較例２）
条件３ではユニットトルク、補給側攪拌スクリューの軸トルクＴ１ともに大きい条件で、初期状態ではトナーが充分に帯電し、良好な画像形成が行われるが、経時において機械的ストレスが大きいため、現像剤の劣化が生じて、ざらつきが目立つ画像が出力され、また、トナー飛散、地肌汚れという問題も生じた。
【００５３】
（比較例３）
条件４は、ユニットトルクＴ２は大きいが補給側トルクＴ１が小さい条件で、経時での現像剤の劣化が生じるため、経時で画質の劣化やトナー飛散、地肌汚れという問題が生じた。
【００５４】
（実施例２）
この実施例では現像剤経路規制部材として、図６（ａ）、（ｂ）に示すように補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の断面積を制御可能なシャッター部材を用いた。シャッター部材は、補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の天井から下方に挿入された板状部材であり、シャッター部材が図示しない駆動制御手段で上下に駆動することによって、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１とユニットトルクＴ２が、前記式（１）および（２）の関係式を満たすようにシャッターの開口面積を変化させ、現像剤に摺擦力を適切に加えることができる構成となっている。
【００５５】
現像ユニット内で、補給側攪拌室のスクリューの軸トルクが変動する要因は、現像剤の体積の変化が支配的であり、体積が変動する理由は以下のようなものが挙げられる。第一に、温湿度環境の変化による帯電量変化が挙げられる。例えば高温高湿環境では帯電量が低くなるため、キャリアが密に充填されるようになり、嵩が減る。したがって、同じ受け渡し部の開口面積であっても圧密部の領域が少なくなり、軸トルクが小さくなる。そうすると、圧密部での摺擦力が弱まってしまうので、開口面積をより狭くしなければ帯電効果を得られない。
【００５６】
第二に、トナー濃度変動が挙げられる。例えばトナー濃度が低くなると、キャリアが密に充填されるようになり、嵩が減る。したがって、同じ受け渡し部の開口面積であっても圧密部の領域が少なくなり、軸トルクが小さくなる。そうすると、圧密部での摺擦力が弱まってしまうので、開口面積をより狭くしなければ帯電効果を得られない。
【００５７】
このような理由により実際の画像形成装置では、画像形成条件によってトルクＴ１が変動する。一方、ユニットトルクＴ２はＴ１ほど大きく変化しないため、トルクＴ２の測定機器を画像形成装置の中に組み込まずに、設計時に測定しておいたトルクＴ２をあらかじめ不変の値として記憶しておき、補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクＴ１のみを測定する機械構成とすることができる。トルク測定が１箇所でよいため、機械構成が簡便になり、またコストダウンを図ることもできる。
【００５８】
補給側攪拌室の搬送スクリューの軸トルクが０．２［ｋｇｆ・ｃｍ］より小さい条件では、トナーを補給したときの帯電立ち上がりが不十分である。一方、シャッターを閉めすぎても現像剤に機械的なストレスがかかりすぎて、現像剤の劣化を早めてしまうという問題点があるため、適度なトルクに納めることが望ましい。
【００５９】
シャッターが閉まる方向に移動すると、シャッターよりも搬送方向上流部で現像剤が滞留し、現像剤の摺擦力が高まる。その結果、補給トナーの分散促進と同時に帯電の立ち上がりが促進される。帯電が十分に立ち上がったあと、もしくは画像面積率が小さくてトナー補給がほとんどないような画像形成プロセスが続く場合には、帯電量をそれ以上立ち上げる必要がないので、前記シャッター部材を、開口部面積が広くなるように駆動して、現像剤に不必要なストレスを加えないような制御をすると、さらに好適である。
【００６０】
以上のように、本発明で示したトルク条件の下では、ストレスが強すぎて現像剤の劣化を早めるといった不具合もなく、また、現像側攪拌室の現像剤が不足して汲み上げ不良が生じることもなく良好な画像形成が行えた。
【００６１】
（実施例３）
この実施例では実施例２と受け渡し部以外は同じ現像器を用い、シャッター部材が、図７（ａ）、（ｂ）に示すように補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の底面から天井方向に向かって突き出した板状部材であり、このシャッター部材が図示しない駆動制御手段で上下に動くことによって開口部面積を変える構成とした。本実施例の構成で、トナー飛散・地肌汚れのない良好な画像形成を行うことができた。
【００６２】
（実施例４）
この実施例では実施例２と受け渡し部以外は同じ現像器を用い、シャッター部材が、図８（ａ）、（ｂ）に示すように補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部を横方向にスライド可能な板部材であり、このシャッター部材が図示しない駆動制御手段で左右に動くことによって開口部面積を変える構成とした。本実施例の構成で、トナー飛散・地肌汚れのない良好な画像形成を行うことができた。
【００６３】
（実施例５）
この実施例では実施例２と受け渡し部以外は同じ現像器を用い、シャッター部材が、図９（ａ）、（ｂ）に示すように補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部に設けられた複数の平行に設置されたブラインドのような板部材からなり、図示しない駆動制御手段で個々のシャッター部材が連動して同じ向きに角度を変えることによって開口部断面積を変える構成とした。なおこのとき、個々のシャッターの板状部材が水平になったときでも、スクリュー羽根と干渉しないように十分幅の小さい板状部材が用いられている。本実施例では幅４ｍｍの部材を用いた。本実施例の構成で、トナー飛散・地肌汚れのない良好な画像形成を行うことができた。
【００６４】
（実施例６）
この実施例では実施例２と受け渡し部以外は同じ現像器を用い、シャッター部材が、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、穴の開いた受け渡し部と重なるようにもう一枚の穴の開いた板状部材がスライド可能に配設されており、このスライド可能な板状部材がスライドして図１２（ｂ）に示すように穴を塞ぐことによって開口部の面積を変化させる構成とした。本実施例では８つのφ５の穴をしたシャッターを用いた。なお、穴の形状や個数は本実施例の条件に限定するものではなく、長方形、その他形状でもよく、スライド方向も横ではなく縦方向であってもかまわない。本実施例の構成で、トナー飛散・地肌汚れのない良好な画像形成を行うことができた。
【００６５】
（実施例７）
この実施例では実施例２と受け渡し部以外は同じ現像器を用い、シャッター部材が、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように実施例５で用いたタイプのシャッターに似ているが、板状部材の回転軸は、板状部材の中心ではなく、どちらかの端部に寄っており、補給側攪拌室から現像剤が押し出されてきたときに、板状部材の傾きが、水平方向（開口面積が広くなる方向）に傾くようになっている。また、これらの板状部材は互いに連結されており、連動して回転するようになっている。そして、一番上の板状部材には、コイルばねが接続されており、現像剤の圧力がない状態では、ばねの弾性力によって、シャッターが上に引っ張られて、シャッターが閉まる構造になっている。現像器に現像剤が入っているときには、補給側攪拌室のスクリューによって搬送されてきた現像剤が、補給側攪拌室の最下流まで到達したとき、壁面を押す圧力が高くなり、受け渡し部のシャッターの角度が開いて、現像剤が現像側攪拌室に流入する仕組みになっている。
【００６６】
シャッターの開閉は、現像剤の圧密状態に応じて自動的に制御されるため、設計時に適切なスクリュートルクＴ１で駆動するばねを選定してユニットを作っておけば、トルク検出装置や、シャッターを駆動するための制御部、アクチュエータ等を省くことができ、低コストに現像ユニットを作成することができる。
なおこのとき、板状部材の最大回転角度は、現像側攪拌室のスクリュー羽根と干渉しないように設定されており、それ以上は傾かないようにストッパーが設けられている。本実施例の構成で、トナー飛散・地肌汚れのない良好な画像形成を行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、本実施の形態における現像装置を適用したカラー画像形成装置の内部構成図である。
【図２】図２は、本実施の形態における現像装置を示す図である。
【図３】図３は、本実施の形態における現像剤容器内の内部構成図である。
【図４】図４は、本実施の形態における現像装置を示す図である。
【図５】図５は、本実施の形態における受け渡し部の開口部を示す図である。
【図６】図６は、本実施の形態における補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の断面積を制御可能なシャッター部材を示す図である。
【図７】図７は、本実施の形態における補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部の底面から天井方向に向かって突き出したシャッター部材を示す図である。
【図８】図８は、本実施の形態における補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部を横方向にスライド可能なシャッター部材を示す図である。
【図９】図９は、本実施の形態における補給側攪拌室と現像側攪拌室の受け渡し部に設けられた複数の平行に設置されたブラインドのようなシャッター部材を示す図である。
【図１０】図１０は、現像剤経路規制手段の有無による現像剤の帯電量分布への影響を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施の形態で用いたスクリューを示す図である。
【図１２】図１２は、本実施の形態におけるスライド可能な丸穴を塞ぐタイプのシャッター部材を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施の形態におけるばね圧で自動制御するシャッター部材を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０  中間転写体
１４  支持ローラ
１５  支持ローラ
１６  支持ローラ
１７  中間転写体クリーニング装置
１８  画像形成手段
２０  タンデム画像形成部
２１  露光装置
２２  ２次転写装置
２３  ローラ
２４  ２次転写ベルト
２５  定着装置
２６  定着ベルト
２７  加圧ローラ
２８  シート反転装置
３０  原稿台
３２  コンタクトガラス
３３  第１走行体
３４  第２走行体
３５  結像レンズ
３６  読取りセンサ
４０  像担持体（感光体）
４２  給紙ローラ
４３  ペーパーバンク
４４  給紙カセット
４５  分離ローラ
４６  給紙路
４７  搬送ローラ
４８  給紙路
４９  レジストローラ
５５  切換爪
５６  排出ローラ
５７  排紙トレイ
６５  現像剤容器
６６  トナー補給側攪拌スクリュー
６７  現像剤担持体側攪拌スクリュー
６８  現像剤スリーブ
７５  トナー濃度センサ
７７  ドクターブレード
７８  現像剤経路規制部材
８０  仕切板
８６  補給側攪拌室
８７  現像側攪拌室
１００  複写装置本体
２００  複写装置本体１００を載せる給紙テーブル
３００  複写装置本体１００上に取り付けるスキャナ（読取り光学系）
４００  原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2007072329.tif 000014
【図１２】
2007072329.tif 000015
【図１３】
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