(57)【要約】【課題】長期に亘って初期の画質を維持する２成分方式を用いた現像装置を簡易な構成で実現し提供すること。【解決手段】像担持体上に形成された静電潜像を現像する、トナーと磁性キャリアを含む現像剤を収容する、現像室と攪拌室とで構成される現像容器と、前記現像室に設置され、前記像担持体と対向して回転する現像剤担持体と、前記現像剤を攪拌／搬送するために、前記現像室内部に設けられた第１の攪拌部材と、前記攪拌室内部に設けられた第２の攪拌部材と、を有する現像装置において、前記攪拌室に格納された前記現像剤と接触する前記攪拌室を形成する部材の一部に、前記現像装置の内部と外部の間での空気の通過を許容しつつ現像剤の漏出を防止する部材から成る通気部材を設ける。【選択図】図５
2007093698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された静電潜像を現像する、トナーと磁性キャリアを含む現像剤を収容する、現像室と攪拌室とで構成される現像容器と、前記現像室に設置され、前記像担持体と対向して回転する現像剤担持体と、前記現像剤を攪拌／搬送するために、前記現像室内部に設けられた第１の攪拌部材と、前記攪拌室内部に設けられた第２の攪拌部材と、を有する現像装置において、
前記攪拌室に格納された前記現像剤と接触する前記攪拌室を形成する部材の一部に、前記現像装置の内部と外部の間での空気の通過を許容しつつ現像剤の漏出を防止する部材から成る通気部材を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記攪拌室の前記現像剤と接触する側壁面の一部が前記通気部材から成ることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記攪拌室の側壁面に設けられた前記通気部材の鉛直方向上端部が、前記第２の攪拌部材に設けられた攪拌羽根の鉛直方向上端部の高さ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記攪拌室の側壁面に設けられた前記通気部材の鉛直方向下端部が、前記第２の攪拌部材の回転軸中心の鉛直高さ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記攪拌室の側壁面に設けられた前記通気部材の長手方向配置が、前記第２の攪拌部材による前記現像剤の搬送方向において、前記攪拌室に設けられたトナー補給部位よりも下流であり、且つ、前記攪拌室から前記現像室へ前記現像剤が受け渡される部位よりも上流であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記攪拌室に設けられた前記第２の攪拌部材の回転軸が中空の部材から成ると共に、前記現像剤と接触する前記回転軸の一部が前記回転軸の中空部と通気可能な部材から成ることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
回転軸が中空且つ通気可能な部材からなる前記第２の攪拌部材に対して、空気供給装置により一定のガス流速の空気を供給することを特徴とする請求項６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、複写機、プリンタ、ファックス等に採用される電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものであり、詳しくは非磁性トナーと磁性キャリアを混合して使用する２成分現像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真方式の画像形成装置、その中でも特に有彩色の画像形成を行う画像形成装置においては、像担持体上の静電潜像を顕像化するために、磁性キャリアと磁性キャリアに摩擦帯電的に付着する非磁性トナーとを一定比率で混合して成る現像剤を用いた２成分現像方式が広く使用されている。
【０００３】
２成分現像方式では、マグネットを内包した現像剤担持体としての現像スリーブにより現像装置内の現像剤を担持し、像担持体に対抗する位置へ搬送すると共に、像担持体に対抗する位置で磁気ブラシを形成して像担持体上の静電潜像の顕像化（現像）を行う。このような２成分現像方式を用いることにより、静電潜像に対して忠実に顕像化すること（高画質）が可能であり、又、安定性にも優れるといった長所がある。
【０００４】
上記２成分現像方式では、現像を行うと共に現像装置内の現像剤注のトナー濃度が低下する。そのために補給手段によって現像で使用された量と同じ量のトナーが現像装置内に補給され、磁性キャリアと混合・攪拌されることによる摩擦帯電で現像に適する帯電量になるよう制御される。
【０００５】
ここで、現像装置内のトナー濃度は、現像剤濃度制御装置（ＡＴＲ）を使用して適時正確に検出され、現像装置内のトナー濃度を常に一定になるように制御している。現像剤濃度制御装置（ＡＴＲ）としては、従来から種々の方式のものが実用化されている。
【０００６】
例えば、現像スリーブあるいは現像装置内の現像剤搬送経路に近接した位置に設置され、現像スリーブ上に搬送された現像剤か或は現像装置内の現像剤に対して光を当て、そのときの反射率がトナー濃度により異なることを利用してトナー濃度を制御する方式（光ＡＴＲ方式）がある。
【０００７】
又、現像装置内の壁面に現像剤と接触して配置され、現像装置内の磁性キャリアと非磁性トナーの混合比率による見掛けの透磁率を検知してこれを電気信号に変換するインダクタンスヘッドを用い、見掛けの透磁率がトナー濃度により異なることを利用してトナー濃度を制御する方式（インダクタンスＡＴＲ方式）がある。
【０００８】
又、像担持体上に形成したパッチ画像濃度をその表面に対向した位置に設けた光源及びその反射光を受けるセンサにより読み取り、読み取った画像濃度をアナログ−デジタル変換器でデジタル信号に変換した後ＣＰＵに送り、画像濃度が初期設定値より高い場合には初期設定値に戻るまでトナー補給が停止され、画像濃度が初期設定値より低い場合には初期設定値に戻るまでトナーが補給され、その結果、トナー濃度が間接的に所望の値に維持される方式がある。
【０００９】
ここで、一般的な２成分現像装置について図１に基づき説明する。
【００１０】
図１において、現像装置１は、現像剤を収容する現像容器２と、回転する中空の円筒である現像剤担持体としての現像スリーブ３と、現像スリーブ３内にその回転に対して固定配置された磁界発生手段たるマグネットローラ４と、現像容器２内に設置された現像剤の撹拌搬送手段としての攪拌スクリュー２ａ，２ｂと、現像剤を現像スリーブ１表面に薄層形成するために配置された現像剤層厚規制部材としての規制ブレード７とで構成されている。又、現像装置１とは別に補給するためのトナーを収納したトナー容器５が設けられており、現像装置１の上方に設けたトナー補給口６を通して、トナー容器５から補給トナーが現像装置１に補給される。
【００１１】
現像スリーブ１には、電源（図示せず）から直流バイアス及び交流バイアスが印加される。一般に、交流バイアスを印加することで現像効率が増加すると共に、像担持体上の静電潜像に対して忠実にトナーを現像するため、画像は高品位になる。
【００１２】
ここで、像担持体上に形成された静電潜像を、図１及び図２に示した現像装置２を用いて２成分現像法により顕像化する現像工程と現像剤の循環系とについて説明する。
【００１３】
先ず、現像スリーブ３の回転に伴い磁極Ｎ１によって現像スリーブ３上に汲み上げられた現像剤は、磁極Ｎ１から磁極Ｓ１へと搬送される過程において、現像スリーブ３に担持される量を規制ブレード７によって規制され、現像スリーブ３上に薄層形成される。ここで、薄層形成された現像剤が、現像主極である磁極Ｓ１に搬送されてくると磁気力によって穂立ちが形成される。この穂状に形成された現像剤によって上記静電潜像が現像され、その後、マグネットローラ４の現像容器２内部側に設置された磁極Ｎ１及び磁極Ｎ２による反発磁界によって現像スリーブ３上の現像剤は、現像容器２内に戻される。
【００１４】
このように、２成分現像法による現像装置においては、現像容器２内部側に、現像スリーブ３内部のマグネット４において互いに同極性の磁極を並べて配置することにより、現像後の現像剤を一旦現像スリーブ３から剥ぎ取り、前の画像履歴を残さない構成としている。
【００１５】
２成分方式を用いる現像装置においては、トナーと磁性キャリアが良好に攪拌されて搬送されることが望ましい。そこで、現像スリーブ３に現像剤を供給する現像室と、トナー容器５から補給トナーの供給を受ける攪拌室とに仕切り壁により分割され、現像室及び攪拌室のそれぞれにスクリュー状の攪拌手段２ａ，２ｂを互いに平行に配置した２軸攪拌方式を用いることが一般的である。
【００１６】
図２に示すように、現像容器２に格納された現像剤のトナー濃度をトナー濃度センサ９で検知し、その結果必要とされるトナーをトナー補給口６から現像容器２内に補給する。補給されたトナーは、攪拌室の攪拌手段２ｂで現像剤と攪拌されると共に図中の矢印方向に搬送される。そして、攪拌室の端部に送られると共に攪拌室と現像室の間に設けられた現像剤の受け渡し部から現像室へと送られる。現像室に送られた現像剤は、現像スリーブ３上にトナーの補給を受けた適正なトナー濃度の現像剤を供給すると共に、現像スリーブ３から現像容器２に戻されたトナー作像後のトナー濃度が低下した現像剤を図中矢印方向に搬送し、現像室と攪拌室の間に設けられた現像剤の受け渡し部から攪拌室へと送られ、トナー濃度センサ９及びトナー補給口６に搬送されてトナー容器５から補給トナーの補給を受ける。
【００１７】
以上のような循環経路を構成することで、現像容器２内の現像剤は繰り返し現像作用に使用されると共に、高品位、高安定性を維持している。
【００１８】
しかしながら、最近の画像形成装置の小型化に伴い現像装置１そのものの小型化が要求されており、小さい現像装置１で基本性能を維持することが困難になる場合がある。具体的には、現像容器２が小型化され、又、現像容器２内に格納される現像剤の量が少なくなるため、補給されたトナーが攪拌部材２ａ，２ｂで現像剤と十分に攪拌されないまま搬送されて現像スリーブ３へと供給される場合が発生する。このとき、補給トナーは現像剤中の磁性キャリアと十分に摩擦帯電されないため、現像に適した帯電量まで到達していない虞がある。このような場合、画像かぶり、濃度ムラ、トナー飛散等の画像問題が発生する場合がある。
【００１９】
この問題を解決する方法としては、例えば特許文献１に記載のように攪拌部材２の回転軸芯上に多数のリブを設ける方法等がある。攪拌部材２の回転軸芯上に設けたリブにより、トナー補給口６より攪拌室内に補給された補給トナーを現像剤と強制的に混合・攪拌することで、磁性キャリアとの接触回数を増加させて現像に適する帯電量することができる。このように攪拌部材２の形状を変化させ、現像剤に対して機械的な攪拌能力を向上させることにより、前述の画像かぶり、濃度ムラ、トナー飛散等の問題を解決することができる。
【００２０】
しかしながら、このような機械的な攪拌能力を向上させる方法では、現像剤に対して過剰な負荷を加えてしまうため、現像剤（特には磁性キャリア）の劣化を促進させる虞がある。磁性キャリアの劣化には、例えば磁性キャリア表面にトナー樹脂、トナー外添剤の付着や、磁性キャリア表面のトナーを帯電させるために設けられたコート材の剥がれ等がある。このような磁性キャリア劣化が進行すると、磁性キャリアのトナーに対する帯電付与能力が低下してしまうため、補給トナーに対して現像に適するまでの帯電量を負荷することが困難となり、画像形成枚数の増加に伴い前述の画像かぶり、濃度ムラ、トナー飛散等の画像問題が発生する場合がある。
【特許文献１】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】
【００２１】
近年のフルカラー複写機／プリンタ市場の拡大により様々な市場ニーズが要求される中で、特に高画質、高安定を追及した画像形成装置が多く製品化されている。今後もカラーイメージングへのニーズの広がりから、印刷市場のみならず一般オフィス市場でも高画質・高安定が必須となり、それに伴い画像形成装置の小型化もより一層進むものと予想される。よって、２成分現像方式を用いた画像形成装置においても、たとえ現像装置が小型化された場合でも十分な現像材の攪拌能力を有し画像かぶり、濃度ムラ、トナー飛散等の画像問題の無い画像レベルを長期に亘って維持していく必要がある。
【００２２】
そこで、本発明の目的は、現像装置が小型化された場合でも補給トナーと現像剤の十分な攪拌能力を有することでトナー帯電量不足を原因として発生する画像問題を防止し、且つ、現像剤に余分な負荷を加えないことで現像剤の劣化を防止し、長期に亘って初期の画質を維持する２成分方式を用いた現像装置を簡易な構成で実現し提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するため、本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を現像する、トナーと磁性キャリアを含む現像剤を収容する、現像室と攪拌室とで構成される現像容器と、前記現像室に設置され、前記像担持体と対向して回転する現像剤担持体と、前記現像剤を攪拌／搬送するために、前記現像室内部に設けられた第１の攪拌部材と、前記攪拌室内部に設けられた第２の攪拌部材と、を有する現像装置において、前記攪拌室に格納された前記現像剤と接触する前記攪拌室を形成する部材の一部に、前記現像装置の内部と外部の間での空気の通過を許容しつつ現像剤の漏出を防止する部材から成る通気部材を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、補給トナーと現像剤の十分な攪拌能力を維持することが可能となり、トナー帯電量不足を原因として発生する画像問題を防止し、長期に亘って初期の画質を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２６】
＜実施の形態１＞
図７は本発明に係る画像形成装置の実施の形態１の概略構成を示す。本実施の形態１の画像形成装置１００は、二成分接触現像方式を採用した電子写真方式のレーザビームプリンタ（プリンタ）である。又、図５は本実施の形態１の２成分現像方式を採用した現像装置を説明する図である。
（プリンタの全体構成）
先ず、図７を参照して、本実施の形態１のプリンタ１００の全体構成について説明する。
【００２７】
プリンタ１００は、像担持体として、回転ドラム型の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」と呼ぶ）を有する。本実施の形態１において、感光ドラム２７は、帯電特性が負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）であり、外径３０ｍｍ、中心支軸を中心に１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって矢示の反時計方向に回転駆動される。
【００２８】
感光ドラム２７表面は、帯電装置２１により一様に帯電処理される。本実施の形態１では帯電装置２１として、コロナ帯電方式を採用している。コロナ帯電器２１は、主にシールドと放電ワイヤとグリッドにより構成されている。放電ワイヤとしては、直径４０〜１００μｍ程度のタングステンワイヤを使用している。放電ワイヤに印加する電圧（帯電バイアス）は、最大で１０ｋＶ、電流量として約１４００μＡが印加されて放電動作が行われる。グリッドとしては、直径５０〜２００μｍの導電部材（ＳＵＳ３０４、４３０）を用いている。但し、金属導電材料にエッジング加工によって網目等の特定のパターン形状を施したものを採用しても良い。このようなコロナ帯電器２１により、感光体２７表面は、２００〜８００Ｖ程度の範囲に帯電処理される。
【００２９】
コロナ帯電２１により、表面を一様に帯電処理された感光ドラム２７は、次工程の情報書き込み手段としての露光装置２２により静電潜像が形成される。本実施の形態１において、露光装置２２は半導体レーザを用いたレーザビームスキャナである。レーザビームスキャナ２２は、画像読み取り装置（図示せず）等のホスト処理装置からプリンタ側に送られた画像信号に対応して変調されたレーザ光を出力して、一様に帯電処理された回転する感光ドラム２７の表面を、露光位置（露光部）においてレーザ走査露光（イメージ露光）する。このレーザ走査露光により、感光ドラム２７の表面のレーザ光で照射された所の電位が低下し、回転する感光ドラム２７の表面には、画像情報に対応した静電潜像が順次に形成されていく。
【００３０】
レーザビームスキャナ２２により感光ドラム２７表面に形成された静電潜像は、次工程の現像装置１によりトナー像として顕像化される。本実施の形態１の場合、感光ドラム１の表面の露光明部にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。現像装置１に用いた２成分現像装置についての詳細な説明については後述する。
【００３１】
現像装置１により顕像化された感光ドラム２７表面のトナー像は、次工程の転写装置２３により記録材３０上に転写される。本実施の形態１においては、転写装置２３は転写ローラである。転写ローラ２３は、感光ドラム２７に所定の押圧力をもって圧接され、その圧接ニップ部が転写部である。この転写部に記録材搬送ベルト２４により所定の制御タイミングにて記録材３０が搬送される。転写部に給送された記録材３０は、回転する感光ドラム２７と転写ローラ２３との間に挟持されて、その間転写ローラ２３にはトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス、本実施の形態１では＋２ｋＶが印加される。これにより、転写部を記録材搬送ベルト２４により搬送されていく記録材３０の表面に感光ドラム２７の表面のトナー像が順次に静電転写されていく。
【００３２】
転写部を通ってトナー像の転写を受けた記録材３０は、次工程の定着装置２５へ搬送される。本実施の形態１では、定着装置２５は熱ローラ定着装置であり、この定着装置２５により記録材３０はトナー像の定着処理を受けて画像形成物（プリント、コピー）として出力される。
【００３３】
一方、転写装置２３により記録材３０に転写されずに感光ドラム２７上に残留したトナー像（所謂転写残トナー）は、感光ドラム２７回転方向において転写装置２３の下流側に配設されたクリーニング装置２６により感光ドラム２７表面から除去される。本実施の形態１では、板状のウレタンゴムから成るゴムブレードを、感光ドラム２７に対して所定の押圧力をもって圧接して成るブレードクリーニング方式である。クリーニング装置２６により表面から転写残トナーを完全に除去された感光ドラム２７は、前述の帯電装置２１から始める次の画像形成に備える。
（現像装置）
次に、図５を参照して現像装置１について詳しく説明する。
【００３４】
現像装置１には、非磁性トナ−と磁性キャリアから成る２成分現像剤が収容されており、その混合比は重量比でおよそ１：９程度である。この比はトナーの帯電量、キャリア粒径、プリンタ１００の構成等で適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければならないものではない。
【００３５】
現像装置１は、感光ドラム２７に対向した現像領域が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像スリーブ３が回転可能に配置されている。磁界発生手段である固定のマグネット４を内包する現像スリーブ３は非磁性材料で構成され、現像動作時に回転し、現像容器２内の現像剤を層状に保持して現像領域に担持搬送し、感光ドラム２７と対向する現像領域に現像剤を供給して、感光ドラム２７に形成された静電潜像をトナーにより現像する。
【００３６】
静電潜像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ３の回転に従って搬送され、現像容器２内に回収される。又、現像容器２は現像スリーブ３を有する現像室とトナー補給口６からトナー補給を受ける攪拌室の２つの部屋に仕切り壁により分けられており、共にそれぞれ現像剤を攪拌・搬送するための螺旋状の攪拌スクリュー２ａ、攪拌スクリュー２ｂを有している。これらの攪拌スクリュー２ａ及び２ｂにより回収された現像剤は、現像容器２内を循環し、再度混合攪拌される。現像剤循環の方向は、本実施の形態では攪拌スクリュー２ａ側で図５の奥側から手前側に向かう方向、攪拌スクリュー２ｂ側では図５の手前側から奥側に向かう方向である。又、攪拌スクリュー２ａ及び攪拌スクリュー２ｂは、共に中心軸径が７ｍｍ、外径が１４ｍｍのものを使用した。
【００３７】
次に、本実施の形態にて用いられる２成分現像剤について説明する。
【００３８】
トナーは、結着樹脂、着色剤、その他帯電制御剤、ワックス等の添加剤を含む着色樹脂粒子から成る。そして、流動性の改善、帯電量の調整等の必要に応じて、着色樹脂微粒子の表面には、例えばコロイダルシリカ、チタニア等の無機酸化物微粒子が外添されている。本実施の形態１におけるトナーは、結着樹脂がポリエステル系樹脂から成り、抵抗値は約１０14Ωｃｍ、体積平均粒径Ｄ4 は約７. ０μｍである。
【００３９】
トナーの体積平均粒径Ｄ4 は、コールターカウンターＴＡ−II型（コールター社製）を使用する。測定法としては、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液からなる電解液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フォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前記コールターカウンターＴＡ−II型により１００μｍアパーチャーを用いて、２μｍ以上のトナーの体積を測定することにより体積分布を算出し、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する。
【００４０】
磁性キャリアは、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、希土類等の金属及びそれらの合金、或は酸化物フェライト等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。本実施の形態１における磁性キャリアの抵抗値は１０10Ωｃｍ（１０8 Ωｃｍ〜１０12Ωｃｍ）であり、磁化量は２００ｅｍｕ／ｃｃ（１００ｅｍｕ／ｃｃ〜３００ｅｍｕ／ｃｃ）であり、体積平均粒径は約３０μｍである。
【００４１】
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、それぞれのチャンネルにおける粒子数を測定し、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する。
【００４２】
又、磁性キャリアの抵抗値は、測定電極面積１０ｃｍ2 、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用い、片方の電極に１ｋｇの荷重を加え、両電極間に印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加した時の電流値から、磁性キャリアの抵抗値を測定した。
【００４３】
次に、本実施の形態１の特徴的な部分ついて詳しく説明する。
【００４４】
補給トナー及び現像剤等の粉体の混合・攪拌性を向上させるためには、前述したように攪拌スクリュー２ｂにリブ等を設けて機械的な攪拌能力を向上させる方法がある（図９参照）。但し、この場合には、現像剤に過剰な負荷を掛ける虞があり、現像剤、特に磁性キャリアを劣化させる原因となる。
【００４５】
他に粉体の混合・攪拌性を向上させる方法としては、粉体中に空気等の気流を流し込む方法がある。一般に粉体中に気流が存在する状況下では、粉体間に空気が介在することで粒子同士の付着力（凝集力）が低下し、流体的な振る舞いをすることが知られている。つまり、気流が存在しない場合には、粒子間に働く付着力（凝集力）により粉体は固体状態となり凝集している。
【００４６】
次に、粉体中を通過する気流の速度（所謂ガス流速）を上げていくに従って粒子間に働く付着力が低減し、粉体は流動状態になる。更に、粉体中を通過する気流の速度（ガス流速）を上げると、粉体内に大きな気泡が発生する沸騰状態となり、粉体が不均一化してしまう。
【００４７】
以上のことから粉体中に最適なガス流速になるような一定の気流を作ることで、粉体の流動性つまりは混合・攪拌性を向上させることが可能となると考えられる。
【００４８】
以上の現象を現像装置１に当て嵌めて考えてみる。
【００４９】
従来の現像装置１では、トナーが補給された現像剤が存在する攪拌室では、現像剤は攪拌スクリュー２ｂにより攪拌・搬送されている。このとき、攪拌スクリュー２ｂにより現像剤は機械的に攪拌・搬送されると共に、攪拌スクリュー２ｂで現像剤剤面が上下に動くことから、現像剤剤面に接する空気の一部を現像剤内部に若干取り込み、現像剤中に弱いガス流速の気流を発生させていると考えられる。
【００５０】
そこで、本実施の形態１では、現像容器２内の気流を制御することで、現像剤中に従来の現像装置１に比べてより大きなガス流速の気流を発生させ、現像剤の攪拌・混合性を向上させるようにした。具体的には、図５に示すように、現像容器２の攪拌室の側壁面で現像剤に接する部分に、トナー粒子を通さない多孔質材料のフィルタから成る通気部材８を設けた。
【００５１】
図６に通気部材８の現像容器２における長手方向の配置を示す。
【００５２】
通気部材８は、攪拌室における攪拌スクリュー２ｂによる現像剤の搬送方向に対して、トナー補給口６よりも下流側の位置から、攪拌室と現像室の現像剤の受け渡し部よりも上流側の位置に配設されている。この長手範囲内に配設した理由としては、トナー補給口６から補給される補給トナー及び現像室内の現像剤（特に現像スリーブ３に担持された現像剤）に気流が影響することを極力防止すると共に、補給トナーが補給された直後の現像剤に対して混合・攪拌能力を向上させるため（攪拌室における攪拌スクリュー２ｂに求められる役割）である。勿論、この長手範囲内であれば、通気部材８の長手方向の大きさ及び配設位置は任意に設定することができる。
【００５３】
本実施の形態１では、攪拌スクリュー２ｂによる現像剤の混合・攪拌性をより向上させるために、トナー補給口６の１０ｍｍ下流から攪拌室から現像室への現像剤受け渡し部の１０ｍｍ上流の全域（１６０ｍｍ）に通気部材８を配設した。
【００５４】
図８に通気部材８の現像容器２における鉛直方向の配置を示す。
【００５５】
通気部材８は攪拌スクリュー２ｂ羽根の鉛直方向上端以下の位置から、攪拌スクリュー２ｂ回転軸中心以上の位置の間に配設されている。この鉛直範囲内に配設した理由は次の通りである。
【００５６】
即ち、図８中、攪拌スクリュー２ｂの静止時の現像剤剤面に対して、攪拌スクリュー２ｂの効果で現像剤剤面は矢印間で上下運動する。通気部材８の役割は、攪拌スクリュー２ｂで攪拌される現像剤に気流を作り現像剤内部に空気を取り込み、現像剤の流動性、つまり混合・攪拌性を向上させるためであり、現像剤剤面が大きく動く場所に通気部材８を設けることでこの効果を達成することができる。
【００５７】
本実施の形態１では、通気部材８の上端が攪拌スクリュー２ｂ羽根の鉛直方向上端と鉛直方向同位置であり、通気部材８の下端が攪拌スクリュー２ｂ回転軸中心と鉛直方向同位置となるよう高さ７ｍｍのものを用いた。
【００５８】
次に、現像容器２内の気流の状態と通気部材８の気流に対する効果について説明する。
【００５９】
図３に従来の現像容器２内の気流の状態を示す。
【００６０】
現像スリーブ３が回転することにより、現像スリーブ３周辺に気流（Ｆ１及びＦ２）が発生する。現像スリーブ３の回転に伴い現像容器２の外部から現像容器２の内部への気流Ｆ１が形成され、現像容器２内に空気が取り込まれる。そのうちの一部は、同じく現像スリーブ３の回転に伴い形成される現像容器２の内部から現像容器２の外部への気流Ｆ２により、現像容器２外部へと排気される。
【００６１】
しかし、気流Ｆ１により取り込まれた空気の一部は現像容器２内の空洞部ＡでＦ３及びＦ４のような気流を形成し、又、現像容器２の空洞部Ａの空気圧を上昇させる。空洞部Ａの空気圧が一定以上に上昇すると、空洞部Ａの空気圧を下げようするため、通常よりも大きなガス流速の気流Ｆ２が形成され、空洞部Ａの空気は現像容器２の外部へと排気される。このとき形成される気流は非常に大きいため、特に画像形成装置１００の速度が高速である場合には現像容器２内のトナーも一緒に現像容器２外へ吐き出し、トナー飛散を起こす虞がある。もっとも、空洞部Ａの空気圧が上昇することで現像剤内部への空気の浸透も若干上昇し、現像剤の流動性、つまり混合・攪拌性も若干向上するが、空洞部Ａの空気圧は不安定であると共にトナー飛散等の問題が大きい。
【００６２】
上記の問題を解決するために、図４に示すように現像容器２の上面の一部に通気部材８を設ける方法がある。このような方式を採用することによって、気流Ｆ１により現像容器２の空洞部Ａに取り込まれた空気により、空洞部Ａの空気圧が上昇した場合には、通気部材８を通して形成される気流Ｆ４により、現像容器２内部から外部へと排気することができるため、上述の図３の現像装置１で発生する虞のあるトナー飛散等の問題を防止することができる。
【００６３】
以上説明した図３及び図４に示した現像容器２内部の気流の状態から、現像容器２内の気流を有効に用いて現像剤の流動性、つまり混合・攪拌性を向上させるようにしたものが、前述した本実施の形態１である図５に示す現像装置１である。つまり、図４で用いた通気部材８を現像容器２の攪拌室側壁面に現像剤と接するように配設することで、気流Ｆ１により現像容器２の空洞部Ａに取り込まれた空気は、通気部材８を通して形成される気流Ｆ４により、攪拌スクリュー２ｂの攪拌作用により嵩密度が疎になった現像剤を通過し、現像容器２内部から外部へと排気することができる。このように現像剤内部に空気が通過することで、現像剤内部に空気を取り込むことができ、現像剤の流動性、つまり混合・攪拌性を向上させることが可能となり、更には現像容器２内部の空気圧が上昇することで発生するトナー飛散等の問題を解決することができる。
【００６４】
ここで、通気部材８を形成するフィルタ表面にトナーが付着して目詰まりを発生させることが懸念されるが、前述したように攪拌スクリュー２ｂで攪拌される現像剤と接触するように通気部材８を鉛直方向に配置することで、フィルタ表面に付着したトナーを現像剤中の磁性キャリアが静電気力により引き付けて回収するため、通気部材８は常時良好な通気性を維持することが可能である。
【００６５】
又、現像剤中を通過する気流のガス流速が大き過ぎる場合、磁性キャリアとの摩擦帯電による静電気力により磁性キャリア表面に担持されたトナーも引き剥がされてしまうことが懸念される。本実施の形態１で用いた磁性キャリア及びトナーの付着力を遠心分離法により測定した結果、磁性キャリア同士の付着力はサブｎＮ、トナー同士の付着力は数ｎＮであり、トナーと磁性キャリアの静電的付着力は前者に比べて十分大きい数十ｎＮであった。このため、本実施の形態１により発生させた現像剤を通過する気流のガス流速は、磁性キャリア同士及びトナー同士の付着力を低減するためには十分であるが、トナーと磁性キャリア間の静電気力を弱めることはできなかったものと考えられる。又、通気部材８に用いるフィルタの通気性、つまり多孔質材料の孔径を調整することで、最適なガス流速になるようにすることが可能である。
【００６６】
本実施の形態１で用いた通気部材８に使用するフィルタとしては、基材がポリエステルの織布から成り、フィルタヘのトナー付着力を弱めるために、例えば、溌油処理した四フッ化エチレン樹脂の孔径が０．１〜１．０μｍの多孔質膜を基材にラミネート化した、２層構成のフィルタを用いた。基材としてはポリエステルの他にポリプロピレン又はポリエチレンテレフタレート系樹脂より成る織布又は不織布を用いても良い。
【００６７】
次に、本実施の形態１の現像装置１を使用した場合の現像剤の流動性、つまり混合・攪拌性に対する効果について説明する。
【００６８】
図１０は従来の現像装置１を用いた場合と本実施の形態１の現像装置を用いた場合の現像剤の流動性を比較する方法並びにその結果である。図１０（ａ）は粉体の流動性を計測する方法として一般的な安息角測定の測定方法についての説明図である。
【００６９】
上方には内部が円錐状になった漏斗が設置されている。この漏斗はＪＩＳ  Ｚ  ２５０２で定められた流下速度（時間）から粉体の流動性を測定する時に用いるものを用いた。この漏斗の開口径は２．６３ｍｍφであり、開口部を指で一時的に塞いで、漏斗上面まで一杯になるように測定する現像剤を満たす。漏斗の開口部から３０ｍｍ下方には、直径１６ｍｍφの円柱が、漏斗の開口部の中心とその中心が重なるように配置されている。漏斗内に現像剤を満たした後、開口部を塞いでいた指を離すことで、開口部から現像剤が下方円柱の上面に落下する。
【００７０】
落下した現像剤は円柱上面で現像剤の山を形成していき、円柱上面一杯に現像剤の山を形成した後、現像剤の山は定常状態になる。このとき、現像剤の山の稜線と円柱上面（現像剤の山の底面）のなす角が安息角であり、側面から写真撮影した後に角度を測定することで再現性及び精度の良い値を導出できる。安息角は、その角度が小さいほど粉体の流動性が良いことを示す。又、安息角を測定する現像剤としては、現像装置１を攪拌後、図６のＢの領域からサンプリングした現像剤（攪拌室から現像室へ受け渡し部を通過した直後の現像剤）を用いた。因に、ＪＩＳ  Ｚ  ２５０２で定められている流下速度から求める流動性測定では、本実施の形態１で用いた現像剤について再現性良く測定することができなかったため、安息角を測定する方法を選択した。
【００７１】
図１０（ｂ）に上記の測定方法で得られた、従来の現像装置１を用いた場合の現像剤と、本実施の形態１の現像装置１を用いた場合の現像剤、それぞれの安息角測定結果を示す。従来の現像装置１を用いた場合の現像剤の安息角は約５０°であるのに対し、本実施の形態１の現像装置１を用いた場合の現像剤の安息角は約３８°となり、本実施の形態で用いた現像装置１を使用することで、現像剤の流動性，つまり混合・攪拌性が向上したことが分かる。
【００７２】
図１１はトナー補給口６より約０．５ｇのトナーを補給し、現像装置１内の攪拌室で攪拌スクリュー２ｂにより攪拌・搬送された後に、現像剤の受け渡し部を通過して現像室に到達した現像剤（安息角測定時に現像剤をサンプリングしたのと同じ図６中のＢ領域）のトナー帯電量分布を測定した測定結果である。
【００７３】
トナーの帯電量分布はホソカワミクロン製Ｅスパートアナライザーを使用し、トナー３０００個のトナー帯電量とその頻度を測定した。図１１の（ａ）は従来の現像装置１を用いた場合の現像剤のトナー帯電量分布結果であり、図１１（ｂ）は実施の形態１の現像装置１を用いた場合の現像剤のトナー帯電量分布結果である。本実施の形態１で使用したトナーは磁性キャリアと混合されることで負帯電される。従来の現像装置１を用いた場合には、補給トナーが現像剤中の磁性キャリアと十分に混合・攪拌されないため、殆ど帯電されていないトナーが多く存在する（図中０近傍のピーク）。
【００７４】
一方、本実施の形態の現像装置１を用いた場合には、若干正規極性とは逆の正帯電したトナーが存在するものの、従来の現像装置１を用いた場合と比較して、帯電されていないトナーの量が大幅に低減している。この結果より、本実施の形態で用いた現像装置１を使用することで、現像剤の流動性、つまり混合・攪拌性が向上したことが分かる。
【００７５】
図１２は、画像かぶりの原因と考えられる逆極性に帯電したトナー（本実施の形態１の場合には正帯電したトナー）の個数を測定した結果である。この結果は前述の図１１のトナー帯電量分布データより、帯電量が０μＣ／ｇ及び正帯電したトナーの個数をデータ処理することで求めたものである。従来の現像装置１を用いた場合には、反転帯電トナー個数は約２３０個であるのに対し、本実施の形態の現像装置１を用いた場合には、反転帯電トナー個数は約３０個と大幅に低減している。この結果より、本実施の形態で用いた現像装置１を使用することで、現像剤の流動性、つまり混合・攪拌性が向上したことが分かる。
【００７６】
図１３は従来の現像装置１と本実施の形態１の現像装置１のそれぞれを採用した画像形成装置１００を用いて全面白地画像をプリントし、そのかぶり濃度を測定した測定結果である。
【００７７】
かぶり濃度測定結果は、初期の現像剤を使用した時と、５０ｋ枚プリントした後の現像剤を使用した時の２つの結果を載せている。又、かぶり濃度測定には東京電色社製のREFLECTMETER  MODEL  TC-6DS を使用し、プリントした白地画像の白色度と転写紙の白色度の差からかぶり濃度（％）を算出した。かぶり濃度は、その数値が小さい程カブリが少ないことを示している。
【００７８】
先ず、初期の現像剤を用いた時には、従来の現像装置１を用いた場合にはかぶり濃度が約０．７５％であるのに対し、本実施の形態１の現像装置１を用いた場合にはかぶり濃度が約０．４％に低減していることが分かる。次に、５０ｋ枚プリントした後の現像剤を用いた時には、従来の現像装置１を用いた場合にはかぶり濃度が約１．８％で画像上かぶりが目立つのに対し、本実施の形態１の現像装置１を用いた場合にはかぶり濃度が約０．８％であり、画像上の全く問題にならない程度であった。このかぶり濃度の測定結果は、上述した図１０〜図１２の結果からも分かるように本実施の形態１の攪拌室の側壁面に通気部材８を設け、現像容器２内の現像剤に気流を通過させて現像剤の流動性を向上させることで、トナー補給口６から補給されたトナーが攪拌室内の攪拌スクリュー２ｂで現像剤と十分に混合・攪拌され、補給された殆ど全てのトナーが現像に適するトナー帯電量まで十分帯電されるようになったことを示している。
【００７９】
以上説明したように、本発明の実施の形態１による画像形成装置によって、現像装置が小型化された場合でも補給トナーと現像剤の十分な攪拌能力を有することでトナー帯電量不足を原因として発生する画像問題を防止し、且つ、現像剤に余分な負荷を加えないことで現像剤の劣化を防止し、長期に亘って初期の画質を維持する２成分方式を用いた現像装置を、簡易な構成で実現し提供することが可能となる。
【００８０】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【００８１】
本実施の形態２のプリンタ１００の基本構成は、実施の形態１のものと同様であり、詳細な説明を省略し、本実施の形態の特徴的な部分について以下に説明する。
【００８２】
本実施の形態２では、実施の形態１の現像装置１で用いた通気部材８の代わりに、図１４に示すような通気穴を有する攪拌スクリュー２ｂを用いることを特徴とする。この攪拌スクリュー２ｂは、図１４（ａ）に示すように、その回転軸の内部が中空になっており、且つ、中空部と攪拌室の現像剤と接する表面の間での通気性を確保するため、約２ｍｍφの通気穴が多数設けられている。又、図１４（ｂ）は攪拌スクリュー２ｂの回転軸の断面図であるが、外側から順番に通気穴を設けたモールド部材１２ａ、実施の形態１で用いたものと同様のフィルタ１２ｂ、中空部分１２ｃの構成を採っている。
【００８３】
攪拌スクリュー２ｂに設ける通気穴の長手方向の配置としては、実施の形態１の通気部材８の配設条件と同じ理由から、トナー補給口６よりも下流側の位置から、攪拌室と現像室の現像剤の受け渡し部よりも上流側の位置に設けることが好ましい。本実施の形態２では、実施の形態１と同様の条件、つまりトナー補給口６の１０ｍｍ下流から攪拌室から現像室への現像剤受け渡し部の１０ｍｍ上流の領域に相当する攪拌スクリュー２ｂの回転軸表面に通気穴を設けた。
【００８４】
攪拌スクリュー２ｂの両端部について、ギア等を介して駆動モーターにより回転駆動を受ける側の端部のみが開放される構成を採っており、現像容器２内からの気流は攪拌スクリュー２ｂの中空部分１２ｃを通過して、駆動側の端部より現像装置１の外部へと排気される。
【００８５】
図１５に本実施の形態２で用いた現像容器２内の気流の状態を示す。
【００８６】
現像スリーブ３の回転により発生した気流Ｆ１により現像容器２内の空洞部Ａに取り込まれた空気は、攪拌スクリュー２ｂにより攪拌される現像剤を通過して、攪拌スクリュー２ｂの表面に設けられた通気穴及び回転軸の空洞部１２ｃに送り込まれる気流Ｆ４を形成し、現像装置１外に排気される。ここで、実施の形態１の現像装置１と比較した場合、実施の形態１では空気の通過を受ける現像剤が攪拌室側壁面に接触する領域に限定されるのに対し、本実施の形態２では、攪拌室の攪拌スクリュー２ｂで攪拌される現像剤全域を通過することが可能となり、実施の形態１よりも現像剤の流動性、つまり攪拌・混合性をより向上させることが可能となる。
【００８７】
本実施の形態２の作用効果確認のために、実施の形態１で行ったものと同様の測定を行い、その結果を図１０（現像剤安息角）、図１２（反転帯電トナー個数）、図１３（かぶり濃度）に示す。それぞれ従来の現像装置１と比較して大幅に改善が見られることは勿論、実施の形態１の現像装置１を用いた場合と比較しても若干の改善が見られることが分かる。
【００８８】
以上説明したように、本発明の実施の形態２による画像形成装置によって、実施の形態１以上の安定性をもって、長期に亘って初期の画質を維持する２成分方式を用いた現像装置を提供することが可能となる。
【００８９】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【００９０】
本実施の形態３のプリンタ１００の基本構成は、実施の形態１，２のものと同様であり、詳細な説明を省略し、本実施の形態の特徴的な部分について以下に説明する。
【００９１】
本実施の形態３で用いた画像形成装置１００及び現像装置１をそれぞれ図１６及び図１７に示す。
【００９２】
本実施の形態３では、攪拌スクリュー２ｂとして実施の形態２と同様の空洞部１２ｃを有するものを用い、且つ、現像容器２の上面に通気部材８を有することを特徴とする。ここで、攪拌スクリュー２ｂの駆動側端部には通気管１４が取り付けられ、この通気管を介して空気供給装置１３（所謂コンプレッサ）と繋がっている。つまり、空気発生装置１３から通気管１４を介して攪拌スクリュー２ｂへと空気が供給される構成を採っている。攪拌スクリュー２ｂに供給された空気は、その表面に設けられた通気穴を通して現像容器２内の現像剤を通過し、現像容器２内の空洞部Ａに到達した後、通気部材８を通して現像容器２の外部へと排気される。このような構成を採用することによって、実施の形態１，２と比較して、現像剤を通過する気流をより安定的に発生させることが可能となり、実施の形態１，２よりも現像剤の流動性、つまり攪拌・混合性をより向上させることが可能となる。
【００９３】
ここで、空気供給装置１３により供給される空気のガス流速は約０．２ｃｍ／ｓｅｃとした。ガス流速と現像剤の流動性の関係は、例えば現像剤を構成するトナー及び磁性キャリアの粒径、それぞれが接触する時に形成されるキャピラリー径、それぞれの間に働く付着力等により異なり、使用する現像剤の種類によりその流動性が弊害なく最も安定的に良化する範囲（前述の流動状態が安定的に実現できる範囲）を選択することが好ましい。
【００９４】
本実施の形態３の作用効果確認のために、実施の形態１，２で行ったものと同様の測定を行い、その結果を図１０（現像剤安息角）、図１２（反転帯電トナー個数）、図１３（かぶり濃度）に示す。それぞれ、従来の現像装置１と比較して大幅に改善が見られることは勿論、実施の形態１，２の現像装置１を用いた場合と比較しても若干の改善が見られることが分かる。
【００９５】
以上説明したように、本発明の実施の形態３による画像形成装置によって、実施の形態１，２以上の安定性をもって、長期に亘って初期の画質を維持する２成分方式を用いた現像装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】従来の現像装置の概略構成を示す模型図である。
【図２】従来の現像装置の概略構成を示す上面模型図である。
【図３】従来の現像装置内の気流の流れを示す模型図である。
【図４】現像装置上面に通気部材を設けた従来の現像装置内の気流の流れを示す模型図である。
【図５】本発明に係る現像装置の実施の形態１の概略構成を示す模型図である。
【図６】本発明に係る現像装置の実施の形態１の概略構成を示す上面模型図である。
【図７】本発明に係る画像形成装置の実施の形態１の概略構成を示す模型図である。
【図８】本発明に係る実施の形態１の現像装置において、攪拌スクリュー、現像剤面、通気部材の鉛直方向の高さ関係を示す模型図である。
【図９】従来の現像装置において用いられる攪拌スクリュー上に設けられたリブを示す模型図である。
【図１０】現像剤の流動性を評価する上で用いた安息角測定の模型図と、従来及び本発明に係る実施例の現像装置をそれぞれ用いた場合における各現像装置と現像剤の流動性の関係図である。
【図１１】従来及び本発明に係る実施の形態１のそれぞれの現像装置内におけるトナー帯電量分布の関係図である。
【図１２】従来及び本発明に係る実施の形態のそれぞれの現像装置内における反転帯電トナー個数の関係図である。
【図１３】従来及び本発明に係る実施の形態のそれぞれの現像装置を用いた画像形成装置において出力した画像のかぶり濃度の関係図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態２及び３の現像装置で用いた攪拌スクリューの概略構成を示す模型図である。
【図１５】本発明に係る現像装置の実施の形態２の概略構成を示す模型図である。
【図１６】本発明に係る画像形成装置の実施の形態３の概略構成を示す模型図である。
【図１７】本発明に係る現像装置の実施の形態３の概略構成を示す模型図である。
【符号の説明】
【００９７】
１      現像装置
２      現像容器
２ａ    攪拌スクリュー
２ｂ    攪拌スクリュー
３      現像スリーブ
４      現像マグネット
５      補給トナー容器
６      トナー補給口
７      現像規制ブレード
８      通気部材
９      トナー濃度センサ
１０    攪拌羽根
１１    リブ
１２    攪拌スクリュー回転軸
１３    空気供給装置
１４    通気管
【図１】
2007093698.tif 000003
【図２】
2007093698.tif 000004
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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