(57)【要約】【課題】  二成分現像剤を用いて静電潜像を可視化する現像装置における、トナー２１の帯電立ち上がり性能の改善と帯電電荷量の安定化とを実現する現像装置の提供。【解決手段】  トナー保持室２２から感光体ドラム９４に至る過程で現像剤と攪拌され帯電する前記トナー２１の流れの上流側に設置された第一攪拌室３０と下流側に設置された第二攪拌室５０との間に設置されたトナー移送ゲート４０であって、前記第一攪拌室３０内の現像剤に占めるトナー２１の重量割合がトナー２１の均一帯電に要する時間を支配する第一の閾値以下であり、前記第二攪拌室５０の現像剤に占めるトナー２１の重量割合が第一の閾値より大きくかつ下流側攪拌室での未帯電トナーを無くすのに必要な第二の閾値以下となるような第一攪拌室３０から第二攪拌室５０へのトナー移送によりトナー濃度を制御するトナー移送ゲート４０を備える。【選択図】図１
2007003608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーおよびキャリアから成る二成分現像剤を用いて静電潜像を可視化する現像装置において、
トナー供給部から潜像担持体に至る過程で現像剤と攪拌され帯電する前記トナーの流れの、上流側に設置された上流側攪拌室と下流側に設置された下流側攪拌室との間に設置されたトナー移送手段であって、
前記上流側攪拌室内の現像剤に占めるトナーの重量割合が、トナーの均一帯電に要する時間を支配する第一の閾値以下であり、前記下流側攪拌室の現像剤に占めるトナーの重量割合が、第一の閾値より大きくかつ下流側攪拌室における未帯電トナーを無くすのに必要な第二の閾値以下となるように、上流側攪拌室から下流側攪拌室へトナーを移送することにより、トナー濃度を制御するトナー移送手段を備えることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
上記上流側攪拌室の中で最も上流側にある第一攪拌室内で攪拌される現像剤に占めるトナーの重量比率は、下記のトナー被覆率に換算して２５％以下とする第一攪拌室を備えることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
トナー被覆率＝（（現像剤中のトナー粒子数）／（現像剤中のキャリア粒子数））×（トナー１粒子の投影面積）／（キャリア１粒子の表面積）
【請求項３】
トナーおよびキャリアから成る二成分現像剤を用いて静電潜像を可視化する現像装置において、
トナー供給部から潜像担持体に至る過程で現像剤と攪拌され帯電する前記トナーの流れの上流側に設置された上流側攪拌室と、
下流側に設置された下流側攪拌室と、
上流側攪拌室では、トナー濃度を第一の閾値以下に保つ一方、下流側攪拌室では、トナー濃度を上記第一の閾値より大きくかつ第二の閾値以下に保つように、トナー供給部、上流側攪拌室および下流側攪拌室間でのトナー移送量を制御するトナー移送制御手段と、
を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の現像装置を備えた画像形成装置。
【請求項５】
トナーおよびキャリアから成る二成分現像剤を用いて静電潜像を可視化する現像方法において、
トナーホッパーから潜像担持体に至る過程で現像剤と攪拌され帯電する前記トナーの流れの、上流側で行う攪拌工程と下流側で行う攪拌工程間で行うトナー移送工程であって、
前記下流側攪拌工程での現像剤に占めるトナーの重量割合がトナーの短時間での均一な帯電に必要な第一の閾値以下であり、前記上流側攪拌工程での現像剤に占めるトナーの重量割合が、第一の閾値より大きくかつ第二の閾値以下となるように、上流側攪拌工程から下流側攪拌工程へトナーを移送することにより、トナー濃度を制御するトナー移送工程を含んでいることを特徴とする現像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、画像記録装置、具体的には現像剤を使用して感光体上の静電潜像を現像後、紙媒体等に転写する装置に用いられる現像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真複写機やプリンタ等の画像形成装置において、主にトナーと磁性粒子（キャリア）によって構成される現像剤を用いて像坦持体上の静電潜像を顕在化する二成分現像システムが、高速印刷を可能とすることから大型の印刷機械で幅広く用いられている。
【０００３】
図５は、代表的な二成分現像装置を表している。この例の現像装置において、現像槽７０内の現像剤攪拌室８０には、ポリエステル系樹脂を主成分とする非磁性トナーと磁性粒子であるキャリアとから成る二成分現像剤が収容されている。
【０００４】
前述の現像剤を収容する現像剤攪拌室８０には、感光体ドラム９４に近接配置された現像スリーブ９１と、トナーホッパー６０の直下に位置する攪拌スクリュー８１などが設置されている。
【０００５】
現像スリーブ９１の内側には複数の磁極から成るマグネット９２が設置されている。現像スリーブ９１は、その近傍に設けられたブレード９３によって二成分現像剤の搬送量を規制し、現像スリーブ９１表面に現像剤を層状に坦持し、現像剤を感光体ドラム９４と対向した現像領域へ搬送する。現像領域では、現像剤中のトナーだけが感光体ドラム９４表面の静電電荷により生じる電界に引かれて、現像剤から移行する。
【０００６】
攪拌スクリュー８１は図示されない回転機構に従い回転することで、軸方向全体の現像剤を攪拌し、現像剤であるトナーとキャリアのお互いを摺擦しながらトナーへ所望の帯電電荷を付与する。トナー濃度センサ８２が、現像剤攪拌室８０内のトナー濃度の低下を検知すると、トナーホッパー６０下端のトナー供給口６１が作動してトナーを落下させる。このトナーは攪拌スクリュー８１の回転に従って、残留した現像剤と攪拌・混合される。
【０００７】
現像剤攪拌室８０内のトナー濃度は、常にトナー濃度センサ８２により監視されており、トナー濃度が規定値に達したところでトナー供給口６１は供給を停止する。
【０００８】
この様にして、攪拌スクリュー８１で攪拌される現像剤は一定のトナー濃度を維持し、一定の帯電電荷をトナーに付与する。
【０００９】
現像プロセスが高速になると、現像剤であるトナーとキャリアを攪拌する時間が短くなるため、通常プロセスに比べてより素早い現像剤の攪拌・混合と、所望の帯電電荷のトナーへの付与とを行わなければならない。それ故、上記の現像装置を高速現像プロセスで問題なく利用するには、なんらかの工夫が必要となる。
【００１０】
特許文献１で開示されている電子写真用現像剤では、特定の体積抵抗を有する無機酸化物の微粒子をトナーおよびキャリアに添加し、トナー、キャリア間の互いの電荷交換性および帯電スピードを向上している。この結果、トナーホッパーから未帯電トナーが現像剤中へ追加供給された際に発生しやすい未帯電から弱帯電、そして逆帯電のトナー発生を抑えることに成功している。現像槽の現像プロセスには手を加えず、現像剤への添加剤のみで高速現像プロセスへの対応が可能となる。
【００１１】
特許文献２で開示されている現像装置では、トナーの飽和帯電量と強い相関のある現像剤中のトナー濃度に注目し、このトナー濃度を極めて正確に制御する技術を導入することで、トナー帯電量の安定化を実現している。
【００１２】
トナーの飽和帯電量と現像剤中のトナー濃度との関係は、日本工業大学の近藤教授の提唱する近藤理論が広く知られており、実験結果とも再現性良く一致する。（非特許文献１参照）
トナー比電荷量（トナー質量ｍに対する帯電電荷量ｑの値、ｑ／ｍ[Ｃ／ｇ]）は、キャリア１粒子に付着するトナー粒子数（※１）から換算されるトナー被覆率θ（※２）と次式のような関係にある。
※１  キャリア１粒子に付着するトナー粒子数＝（現像剤中のトナー粒子数）／（現像剤中のキャリア粒子数）
※２  トナー被覆率θ＝（キャリア１粒子に付着するトナー粒子数）×（トナー１粒子の投影面積）／（キャリア１粒子の表面積）
※１、※２ともに各粒子は球形粒子として扱っている。
【００１３】
ｑ／ｍ  ＝  （ａθ＋ｂ）-1
ここで、ａ、ｂはトナーおよびキャリアの物性値で定まる定数である。トナー比電荷量はトナー被覆率θと反比例の関係にあり、トナー被覆率つまり現像剤中のトナー濃度で一義的に定められる値となる。トナー帯電量を安定的に制御することはトナー被覆率を一定に制御することと等価であり、それは、現像剤の質量に占めるトナーの質量を管理することに他ならない。
【００１４】
特許文献３で開示されている現像装置では、トナーホッパーからのトナー補給を制御するトナー補給ローラに摩擦帯電機能を付与して、トナー供給時のトナー帯電の立ち上がり特性を改善している。この帯電機能を付与されたトナー補給ローラは、補給されるトナーを金属或いは樹脂製のブレードとの間に挟んで摺擦し、予めトナーに帯電電荷を与える。帯電したトナーが常に現像剤に供給されることから、仮に攪拌室でキャリアと攪拌されないまま現像領域に達しても、補給されたトナーは未帯電トナーではないため、現像画像の欠陥を生じない。
【００１５】
以上のように二成分現像法の現像剤では、トナーとキャリアを素早く攪拌し、所望の帯電電荷をトナーに付与するための仕掛けが施され、トナーの帯電立ち上がり性能の改善と帯電電荷量の安定化とが実現されている。
【特許文献１】特開平４−１０２８６５（1992年4月3日公開）
【特許文献２】特開平５−３３３７００（1993年12月17日公開）
【特許文献３】特開平１−１７２８７９（1989年7月7日公開）
【非特許文献１】近藤厚実著  「粉体トナーでの摩擦帯電の機構」"電子写真学会第43回研究討論会" pp.26-30（1979年）掲載
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら前述の従来例においても、特に高速現像を目的とした現像槽の構成では次に示すような課題を残している。
【００１７】
特許文献２で開示されている現像装置では、上述の様に現像剤中のトナー濃度を極めて正確に制御することでトナー帯電量の安定化を実現している。しかしここで注意しなければならないのは、この機能がトナーの飽和帯電量を評価する場合に限り、有効と成る点である。一般的にトナー帯電量の飽和には、トナーの物性に依存した帯電時間を要する。帯電時間を十分確保可能なプロセス条件であれば問題ないが、プロセスが高速化し、現像装置などの十分な攪拌時間を確保できない場合には、飽和帯電量に達しないトナーが現像領域へ達して、現像画像を汚染する。
【００１８】
また、特許文献３で開示されている現像装置では、トナー補給ローラと金属或いは樹脂製のブレードとの間でトナーを摺擦することから、一成分現像法のトナー層形成ブレードにおける問題点と同じく、ブレードへのいわゆるトナー融着が避けられない。トナーにとっては摺擦時のストレスが大きく、トナー帯電の長期的安定性は保証できない。
【００１９】
ブレードがトナー融着で汚染されると、供給されるトナーへ十分な帯電電荷を付与出来ず、現像剤中に未帯電トナーが残る。この結果カブリや紙の地汚れを発生させてしまう。この融着の問題は、現像プロセスの高速化に対応した、やや低分子量側へシフトさせた柔らかい基材から成るトナーを利用する場合にはより顕著に現れるため、対策は必須である。
【００２０】
近年市場に現れている各社の最高機種を飾る超高速複写機（１分間での出力枚数が、モノクロで７０枚以上、カラーで５０枚以上の機種）では、トナーの帯電立ち上がり性能が限界に来ている。現像剤の攪拌性能は、攪拌スクリューや現像スリーブの直径にも影響することから、それらの部材を大きくすることで所望の特性を満足することも可能であるが、小さな複写機という消費者ニーズも強く存在し、部材の大型化にも限界がある。
【００２１】
例えば横置きＡ４出力で毎分７０枚を出力する現像装置で、現像スリーブの直径φが３０ｍｍとし、現像スリーブ表面が静電潜像を坦持する感光体表面よりも１．５倍速い速度で回転する現像プロセスを仮定すると、現像スリーブ表面の周速度は３６．６ｃｍ／ｓｅｃ程度となり、回転速度は２３３ｒｐｍに達する。現像スリーブの回転速度上昇は、攪拌スクリューの回転速度をも上昇させる。攪拌スクリューの高速回転化は、トナーの攪拌室滞在時間を短縮するため、結果として現像剤の攪拌時間は短くならざるを得ない。前述のような攪拌機構を採用した場合、現像スリーブ表面の周速度が３６ｃｍ／ｓｅｃを超える条件付近でトナーの帯電不良が生じ易く、特に未帯電トナーの割合が多い。
【００２２】
本発明の目的は、高速現像プロセスにおいて二成分現像剤を使用した時に発生する前述の課題を解決し、トナーホッパーから未帯電のトナーが連続的に供給される場合でもキャリアと素早く混合・攪拌し所望の帯電電荷をトナーに付与可能であり、トナーの帯電立ち上がり性能のさらなる改善と帯電電荷量のさらなる安定化とを実現し、常に良質な画像を現像できる現像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係る現像装置は、トナーおよびキャリアから成る二成分現像剤を用いて静電潜像を可視化する現像装置において、トナー供給部から潜像担持体に至る過程で現像剤と攪拌され帯電する前記トナーの流れの、上流側に設置された上流側攪拌室と下流側に設置された下流側攪拌室との間に設置されたトナー移送手段であって、前記上流側攪拌室内の現像剤に占めるトナーの重量割合が、トナーの均一帯電に要する時間を支配する第一の閾値以下であり、前記下流側攪拌室の現像剤に占めるトナーの重量割合が、第一の閾値より大きくかつ下流側攪拌室における未帯電トナーを無くすのに必要な第二の閾値以下となるように、上流側攪拌室から下流側攪拌室へトナーを移送することにより、トナー濃度を制御するトナー移送手段を備えることを特徴とする。
【００２４】
上記の構成において、トナー移送手段が、下流側攪拌室へのトナー流入量を調節し、上流側攪拌室では第一の閾値以下にトナー濃度を制御し、下流側攪拌室ではトナーの重量割合が、第一の閾値より大きくかつ第二の閾値以下にトナー濃度を制御する。トナー濃度と帯電時間の長さとは比例するので、上流側攪拌室は下流側攪拌室に比べて相対的に低トナー濃度に制御されることにより、時間短縮を狙って所望の帯電電荷をトナーに付与でき、下流側攪拌室は上流側攪拌室に比べて相対的に高トナー濃度に制御されることにより、潜像担持体表面の静電潜像の品質を重視した現像を行うことができる。この結果、トナーの帯電立ち上がり性能のさらなる改善と帯電電荷量のさらなる安定化とを実現し、常に良質な画像を現像できる。
【００２５】
なお、攪拌室の個数は２つに限定されない。攪拌室が３つ以上の場合、上流の攪拌室から下流の攪拌室に向かってトナー濃度が段階的に上昇するように、各攪拌室の間に上記トナー移送手段を設けてもよい。
【００２６】
また、上記構成に加えて、上記上流側攪拌室の中で最も上流側にある第一攪拌室内で攪拌される現像剤に占めるトナーの重量比率は、下記のトナー被覆率に換算して２５％以下とする第一攪拌室を備えてもよい。
【００２７】
トナー被覆率＝（（現像剤中のトナー粒子数）／（現像剤中のキャリア粒子数））
×（トナー１粒子の投影面積）／（キャリア１粒子の表面積）
当該構成によれば、トナー被覆率が２５％以下なので、未帯電トナーへ所望の帯電電荷を付与する為に要する時間を顕著に短縮することができるので、トナーの帯電立ち上がり性能のさらなる改善ができる。
【００２８】
トナー被覆率が２５％というのは、キャリア１粒子に付着可能なトナー１粒子の表面積の総和とキャリア１粒子の表面積とが一致する条件を表している。つまりトナー被覆率が２５％以下という攪拌条件は、攪拌室で攪拌される現像剤において現像剤に占めるキャリアの全表面積が、現像剤に占めるトナー粒子の全表面積に比べて同等か、大きくなる条件である。
【００２９】
トナー被覆率θをパラメータとしたトナー粒子の帯電量分布を調べる実験を行った結果、短時間ですべてのトナー粒子が一様な電荷量を得ることのできる帯電能力の著しい改善は、トナー被覆率を２５％以下とする場合に共通に現れる特徴であることが分かった。
【００３０】
この数値的根拠を裏付ける実験結果については、実施の形態の欄で詳述する。
【００３１】
本発明に係る現像装置は、トナーおよびキャリアから成る二成分現像剤を用いて静電潜像を可視化する現像装置において、トナー供給部から潜像担持体に至る過程で現像剤と攪拌され帯電する前記トナーの流れの上流側に設置された上流側攪拌室と、下流側に設置された下流側攪拌室と、上流側攪拌室では、トナー濃度を第一の閾値以下に保つ一方、下流側攪拌室では、トナー濃度を上記第一の閾値より大きくかつ第二の閾値以下に保つように、トナー供給部、上流側攪拌室および下流側攪拌室間でのトナー移送量を制御するトナー移送制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３２】
上記の構成において、トナー移送制御手段がトナー供給部から上流側攪拌室へのトナー移送量、および上流側攪拌室から下流側攪拌室へのトナー移送量を調節することにより、上流側攪拌室では第一の閾値以下に、下流側攪拌室では第一の閾値より大きくかつ第二の閾値以下に、トナー濃度を制御する。トナー濃度と帯電時間の長さは比例するので、上流側攪拌室は下流側攪拌室に比べて相対的に低トナー濃度に制御されることにより時間短縮を狙って所望の帯電電荷をトナーに付与でき、下流側攪拌室は上流側攪拌室に比べて相対的に高トナー濃度に制御されることにより潜像担持体表面の静電潜像の品質を重視した現像を行うことができる。この結果、トナーの帯電立ち上がり性能のさらなる改善と帯電電荷量のさらなる安定化とを実現し、常に良質な画像を現像できる。
【００３３】
一方、本発明に係る現像方法は、上記課題を解決するために、トナーおよびキャリアから成る二成分現像剤を用いて静電潜像を可視化する現像方法において、トナー供給部から潜像担持体に至る過程で現像剤と攪拌され帯電する前記トナーの流れの、上流側で行う攪拌工程と下流側で行う攪拌工程間で行うトナー移送工程であって、前記上流側攪拌工程での現像剤に占めるトナーの重量割合がトナーの短時間での均一な帯電に必要な第一の閾値以下であり、前記下流側攪拌工程での現像剤に占めるトナーの重量割合が、第一の閾値より大きくかつ第二の閾値以下となるように、上流側攪拌工程から下流側攪拌工程へトナーを移送することにより、トナー濃度を制御するトナー移送工程を含んでいることを特徴とする。
【００３４】
当該構成によれば、上記現像装置の構成に基づいて説明した作用効果と同様に、短時間でのトナーへの均一な帯電電荷の付与や感光体表面の静電潜像の高品質な現像という異なる目的に最適化されたトナー濃度を有する複数の攪拌工程と各工程でのトナー濃度を一定に保つトナー移送工程があるので、トナーの帯電立ち上がり性能のさらなる改善と帯電電荷量のさらなる安定化とを実現し、常に良質な画像を現像できる現像装置を実現できる。
【００３５】
なお、第二攪拌室でのトナー濃度には、次の二つの規制が働く。
第一の規制：現像量から規制される、トナー濃度の下限
（トナー濃度が低すぎる場合、正常な現像を行う為に必要なトナー量を確保できない事態が発生する。）
第二の規制：帯電量のばらつきを抑えるための、トナー濃度の上限
（トナー濃度の増加は、帯電立ち上がり特性を鈍らせる。規定時間内にトナーの帯電量分布を規定範囲内に収めるには、トナー量を制限しなくてはならない。）
上記二つのの規制がある為、トナー濃度の上下限は、次のように規定するとよい。
（１）第一の閾値をトナー濃度の下限とする。
【００３６】
(但し、トナー濃度が下限を下回る場合は、プロセススピードを落とし現像に費やす時間を増すことで、現像に要するトナー量を確保できる。）
（２）第二の閾値をトナー濃度の上限とする。
【００３７】
(トナー濃度は、この上限値を上回ってはならない。何故ならば、特にトナー被覆率θ＝９０％となる場合、未帯電トナーを無くすことはできないからである。通常の現像プロセスにおいては、トナー被覆率θは、５０％から７０％程度である。)
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る現像装置は、以上のように、トナー移送手段が下流側攪拌室へのトナー流入量を調節し、上流側攪拌室はトナー移送手段が第一の閾値以下にトナー濃度を制御する。トナー濃度と帯電時間の長さは比例するので、上流側攪拌室は低トナー濃度により短時間で所望の帯電電荷をトナーに付与でき、下流側攪拌室は高トナー濃度により潜像担持体表面の静電潜像の高品質な現像ができる。この結果、トナーの帯電立ち上がり性能のさらなる改善と帯電電荷量のさらなる安定化とを実現し、常に良質な画像を現像できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下に、本発明を実施形態に従って説明する。
【００４０】
[第一の実施形態]
図１は、本発明の現像装置の第一の実施形態を示す概略断面図である。本発明は、トナー濃度の異なる二成分現像剤を撹拌する第一撹拌室３０と第二攪拌室５０、そして双方の撹拌室の間には第二攪拌室５０のトナー濃度センサ５４と連動したトナー移送ゲート４０を有し、第一攪拌室３０のトナー濃度がトナー２１を均一に帯電させるために必要な時間を支配する第一の閾値より低くなり、第二攪拌室５０のトナー濃度が第一の閾値より大きくかつ第二攪拌室５０における未帯電トナー２１を無くすのに必要な第二の閾値以下となるように、トナー移送ゲート４０を制御する事で、高速現像プロセスにおいて要求される条件を満足するトナーの帯電立ち上がり特性と帯電電荷の安定性とを実現するものである。
【００４１】
現像槽１０は、トナー保持室２０、第一撹拌室３０、第二撹拌室５０の三つの部屋が階層状に重なった構成となっている。
【００４２】
トナー保持室２０は、現像剤のうちトナー２１だけを内包するトナーホッパー２２と、トナーホッパー２２から下層へのトナー供給を制御するトナー供給ローラ２３とを備えたトナー供給部である。
【００４３】
第一撹拌室３０は、トナー保持室２０から感光体ドラム９４に至る過程で現像剤と攪拌され帯電するトナー２１の流れの、上流側に設置された上流側攪拌室であり、攪拌スクリュー３２と、磁極を保持した内円筒と回転する外円筒から成る磁気スリーブ３３とを備え、トナー２１とキャリアから成る二成分現像剤３１を内包する。攪拌スクリュー３２近傍の隔壁には、第一攪拌室のトナー濃度を監視するトナー濃度センサ３４が設置される。
【００４４】
トナー濃度センサとは一種の磁気センサであり、現像剤に占める磁性粉の量に応じた電圧値を出力する特性を持つ。一般に現像剤に占めるキャリアの密度が上昇した場合、センサ近傍の単位体積当たりの磁束密度が上昇する。反対に現像剤中のトナー量が増加すると、センサ近傍の単位面積に占めるキャリア密度は低下するため、磁束密度も低下する。センサは磁束の大小に応じた電圧を出力する素子のため、センサの電圧出力値から現像剤中のトナー濃度を知る事が出来る。
【００４５】
下層に設置された第二攪拌室５０は、現像槽２０内のトナー２１の流れの、下流側に設置された下流側攪拌室であり、第一攪拌室３０と同様に、攪拌スクリュー５２と、磁極を保持した内円筒と回転する外円筒から成る磁気スリーブ５３とを備え、トナー２１とキャリアから成る二成分現像剤５１を内包する。攪拌スクリュー５２近傍の隔壁には、第二攪拌室のトナー濃度を監視するトナー濃度センサ５４が設置される。
【００４６】
第一攪拌室３０と第二攪拌室５０との間には、第二攪拌室５０のトナー濃度センサ５４と連動したトナー移送ゲート４０が設置されている。トナー移送ゲート４０は、金属製のドラム表面に樹脂薄膜の付与されたトナーオフセットドラム４１と、同ドラム４１にその先端を接触するように設置された剥離ブレード４２とを備える。剥離ブレード４２の素材は、トナーオフセットドラム４１表面の樹脂層を破壊しないために、ウレタン系のゴム素材が適している。
【００４７】
なお、トナー移送ゲート４０は、トナー供給部としてのトナー保持室２０から潜像担持体としての感光体ドラム９４に至る過程で現像剤と攪拌され帯電する前記トナー２１の流れの、上流側に設置された第一攪拌室３０と下流側に設置された第二攪拌室５０との間に設置されたトナー移送手段に相当する。
【００４８】
トナーオフセットドラム４１と第一攪拌室３０の磁気スリーブ３３とには、図４（ａ）に示すように、トナーオフセットドラム４１の電位が磁気スリーブ３３の電位より高くなるように、より具体的は、トナーオフセットドラム４１の電位が正となるよう直流電源が接続され、磁気スリーブ３３は接地される。トナーオフセットドラム４１の電位が、磁気スリーブ３３に対して＋２００Ｖ以上になると、磁気スリーブ３３表面を搬送される現像剤の内、トナー２１だけを静電気的吸引力を利用してトナーオフセットドラム４１へ移行させることが出来る。
【００４９】
トナー移送ゲート４０が機能している状態とは、電圧の印加によりトナーオフセットドラム４１へ移行したトナーを、剥離ブレード４２の摺擦で直下の第二攪拌室５０へ落下させる、というプロセスがトナーオフセットドラム４１の回転運動Ａに従って連続して実行されている状態を意味する。
【００５０】
二成分現像剤３１、５１は、ポリエステル系樹脂をメインレジンとした粒径６．５μｍの負帯電性粉砕トナーとＭｎ−Ｍｇ系の磁性フェライトキャリアのコア剤表面にシリコン系樹脂を薄膜コートした粒径３５μｍの磁性粉キャリアからなる。
【００５１】
第一攪拌室３０内の二成分現像剤３１は、前述したトナー被覆率θ換算でθ＝２３％となるようにトナー濃度が制御され、第二攪拌室５０内の二成分現像剤５１は、同トナー被覆率θ換算でθ＝６０％となるようにトナー濃度が制御される。第一攪拌室３０のトナー濃度は、供給されたトナー全体をすばやく均一に帯電させるために決定された値であり、第二攪拌室５０のトナー濃度は、感光体ドラム９４表面の静電潜像を高品質に現像するために決定された値である。
【００５２】
以上の現像剤中のトナー濃度の制御は、前述のトナー濃度センサ３４、５４でトナー濃度を監視し、以下に示す通りに二成分現像剤３１、５１の流れを調整することによって一定のトナー濃度を維持している。
【００５３】
図３において、本実施形態の現像装置の二成分現像剤３１、５１のトナー濃度制御の流れをフローチャートにて示す。
【００５４】
現像領域では、現像画像に応じて二成分現像剤５１のうちトナー２１だけが磁気スリーブ５３から感光体９４へ移動し消費される。第二攪拌室５０のトナー濃度センサ５４は、第二攪拌室５０の二成分現像剤５１中のトナー濃度が前述のトナー被覆率θ＝６０％（第二の閾値）を維持するように監視している。（ステップ１；以下、Ｓ１と略記する）
トナー消費によって第二攪拌室５０内のトナー濃度が低下したと判断（Ｓ２）された場合、図示されない現像プロセス制御部はトナー移送ゲート４０を起動（Ｓ３）し、第一攪拌室３０で帯電されたトナー２１を第二攪拌室５０に順次供給する。ここで、トナー濃度制御の処理は、Ｓ３からＳ１へ戻る。トナー２１が第一攪拌室３０から供給され、第二攪拌室５０内のトナー濃度が規定値に達したと判断（Ｓ２）されると、トナー移送ゲート４０は停止（Ｓ４）する。
【００５５】
同様に、第一攪拌室３０のトナー濃度センサ３４は、第一攪拌室３０の二成分現像剤３１中のトナー濃度が前述のトナー被覆率θ＝２３％（第一の閾値；第一の閾値＜第二の閾値）を維持するように監視している。（Ｓ５）
トナー消費によって第一攪拌室３０内のトナー濃度が低下したと判断（Ｓ６）された場合、図示されない現像プロセス制御部はトナーホッパー２２から第一攪拌室３０へトナー２１を供給する為にトナー供給ローラ２３を起動（Ｓ７）する。ここで、トナー濃度制御の処理は、Ｓ７からＳ５へ戻る。
【００５６】
トナー２１が供給され、第一攪拌室３０内のトナー濃度が規定値に達したと判断（Ｓ６）されると、トナー供給ローラ２３は停止（Ｓ８）する。
【００５７】
以上の一連の制御シーケンスにより、各攪拌室３０・５０のトナー濃度は一定の値を保つ。なお、上記では、最初に第二攪拌室５０内のトナー濃度に関する処理を行い、次に第一攪拌室３０内のトナー濃度に関する処理を行ったが、これに限るものではなく、逆の順序または両方の処理を同時並行で行ってもよい。
【００５８】
このように、トナー移送ゲート４０は、前記第一攪拌室３０内の現像剤に占めるトナー２１の重量割合がトナー２１の短時間での均一な帯電に必要な第一の閾値以下であり、前記第二攪拌室５０の現像剤に占めるトナー２１の重量割合が、第一の閾値より大きくかつ第二攪拌室５０における未帯電トナー２１を無くすのに必要な第二の閾値以下となるように、第一攪拌室３０から第二攪拌室５０へトナー２１を移送することにより、トナー濃度を制御するトナー移送手段として機能する。ここで、トナー濃度は、上記第二の閾値を上回ってはならない。何故ならば、特にトナー被覆率θ＝９０％となる場合、未帯電トナーを無くすことはできないからである。通常の現像プロセスにおいては、トナー被覆率θは、５０％から７０％程度である。
【００５９】
なお、上記トナー移送手段のトナー濃度を制御する機能に着目すれば、トナー移送手段に現像プロセス制御部と、各トナー濃度センサ３４・５４とを含めることもできる。
【００６０】
また、トナー供給ローラ２３とトナー移送ゲート４０と各トナー濃度センサ３４・５４とは、第一攪拌室３０では、トナー濃度を第一の閾値以下に保つ一方、第二攪拌室５０では、トナー濃度を、第一の閾値より大きくかつ第二の閾値以下に保つように、トナー保持室２０、第一攪拌室３０および第二攪拌室５０間でのトナー移送量を制御するトナー移送制御手段として機能する。
【００６１】
なお、トナー移送制御手段に現像プロセス制御部を含めてもよい。
【００６２】
以上説明した様に本実施形態における現像装置では、トナー被覆率θを２５％以下とした第一攪拌室３０を設置することによって、トナーおよびキャリアから成る二成分現像装置において、従来技術によるトナーの均一帯電に要する時間に比べて極めて短時間で、現像剤中のトナー粒子に対し、未帯電トナー粒子の無い極めて一様な帯電電荷を付与可能であり、高品質の画像が現像できる。
【００６３】
[第二の実施形態]
本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態では、図４に示すように、第一の実施形態におけるトナー移送ゲート４０をトナー移送ゲート４０Ｂに置き換えた点が、第一の実施形態と異なる。より具体的には、トナー２１を第二撹拌室５０へ移送するトナー移送ゲート４０Ｂにおいて、トナーオフセットドラム４１上のトナー２１を第二撹拌室５０へ導くために、第一の実施形態に比べ、トナー２１へのストレスがより少ない方法を採っている。
【００６４】
図４（ｂ）は、第一の実施形態と一部異なるトナー移送ゲート４０Ｂの構成を示している。
【００６５】
第二攪拌室５０のトナー濃度センサ５４と連動したトナー移送ゲート４０Ｂは、金属製のドラム表面に樹脂薄膜の付与されたトナーオフセットドラム４１と同ドラム４１に非接触でドラム軸と平行に張設されたトナー飛翔ワイヤー電極４３を備えている。トナー飛翔ワイヤー電極４３は金属線材の芯線に絶縁被覆した直径１５０μｍのものであり、トナーオフセットドラム４１の表面から５００μｍ離れて設置されている。またトナーオフセットドラム４１の回転運動Ａによるトナー２１の流れから見て、トナー飛翔ワイヤー電極４３の下流には、飛翔したトナー２１を効率よく第二攪拌室５０へ送り込むために、整流フィン４４が設置されている。
【００６６】
図４（ｂ）に示された、トナー移送ゲート４０Ｂの動作機構を説明する。
【００６７】
トナーオフセットドラム４１の電位が、磁気スリーブ３３に対して＋２００Ｖ以上になると、磁気スリーブ３３表面を搬送される二成分現像剤３１の内、トナー粒子だけが静電気的吸引力によってトナーオフセットドラム４１へ移行する。トナーオフセットドラム４１の回転運動Ａに伴い、トナー２１を付着させたトナーオフセットドラム４１表面はトナー飛翔ワイヤー電極４３の直上に達する。
【００６８】
トナー飛翔ワイヤー電極４３には直流電圧に交流電圧が重畳された電圧が印加されており、トナー飛翔ワイヤー電極４３直上を搬送されるトナー粒子は交流電圧のつくる交番電界により、トナーオフセットドラム４１とトナー飛翔ワイヤー電極４３の間を往復運動する。
【００６９】
トナーオフセットドラム４１の回転運動Ａによって、トナーオフセットドラム４１周りの空気はトナーオフセットドラム４１の形状に沿った流動を示すが、トナー飛翔ワイヤー電極４３の後方に設置された整流フィン４４の働きで、トナーオフセットドラム４１に沿った空気の流れＢのほとんどは直下の第二攪拌室５０の方へ向く。この結果、飛翔したトナー２１の大部分が第二攪拌室５０へ導かれ、その中の二成分現像剤５１と混合される。
【００７０】
上記のトナー移送ゲート４０Ｂを有する現像槽１０では、第一の実施形態とは異なり、トナー移送ゲート４０Ｂのトナーオフセットドラム４１を摺擦せずに第二攪拌室５０へのトナー供給を可能とすることから、トナー粒子およびキャリア粒子への機械的ダメージが少なく、長期間現像剤の経時劣化を生じない現像槽を実現できる。言うまでも無く第一撹拌室３０および第二攪拌室５０を設けることの効果は、第一の実施形態と同じである。
【００７１】
以上説明したように、第二の実施形態における現像装置によれば、特にトナーホッパー２２からの未帯電トナーが連続的に供給されても、トナー２１へのダメージが極めて少ない現像プロセスにより良好なトナー２１の帯電特性が維持可能であり、超高速現像装置においても帯電不良の発生を抑え、極めて高品質の画像を得ることが可能となる。
【００７２】
［トナー被覆率の数値的根拠について］
トナー被覆率が２５％というのは、キャリア１粒子に付着可能なトナー１粒子の表面積の総和とキャリア１粒子の表面積とが一致する条件を表している。つまりトナー被覆率が２５％以下という攪拌条件は、攪拌室で攪拌される現像剤において現像剤に占めるキャリアの全表面積が、現像剤に占めるトナー粒子の全表面積に比べて同等か、大きくなる条件である。
【００７３】
この数値的根拠を裏付ける実験結果を以下に示す。
【００７４】
トナーとキャリアを上記トナー被覆率θが６０％、２３％となるよう混合したサンプルを２０ｇずつ準備し、それぞれをポリエチレン容器に封入して、腕振り型振とう混合機を用いて帯電実験を行った。この振とう混合機を用いる方法は、日本画像学界で規定された標準帯電方法であり、参考文献（日本画像学会  第３７巻  pp.461-470（1998年）掲載“トナー帯電量測定法”）に詳細が記載されている。
【００７５】
図２（ａ）（ｂ）に、上記トナー帯電量測定法に従い腕振り型振とう混合機を用いて１０分間帯電を行った後のトナー粒子の帯電量を、帯電量分布測定装置（ホソカワミクロン社製のＥ−ＳＰＡＲＴ帯電量分布測定装置）を用いて測定した結果のグラフを示す。図の横軸は、トナー比電荷量（＝ｑ／ｍ）を、縦軸は粒子数を表す。
【００７６】
トナー比電荷量＝（トナー帯電量）／（トナー質量）。
【００７７】
図２（ａ）は、トナー被覆率θ＝６０％の時の結果であり、図２（ｂ）は、トナー被覆率θ＝２３％の時の結果である。二つの結果を比較すると、トナー被覆率θ＝２３％の現像剤はθ＝６０％のものと比べて、短時間ですべてのトナー粒子が一様な電荷量を得ていることが理解できる。トナー被覆率θをパラメータとした実験の結果、このような帯電能力の著しい改善は、トナー被覆率を２５％以下とする場合に共通に現れる特徴である。
【００７８】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の一実施形態に係る現像装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は、トナー被覆率θ＝６０％とした現像剤の初期帯電量分布の測定結果を示すグラフであり、（ｂ）は、トナー被覆率θ＝２３％とした現像剤の初期帯電量分布の測定結果を示すグラフである。
【図３】上記現像装置において現像剤のトナー濃度を制御する手順を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）は、本発明の第一の実施形態に示された、ブレード剥離方法を用いたトナー移送ゲートの概略断面図であり、（ｂ）は、本発明の第二の実施形態に示された、電界によるトナー飛翔方法を用いたトナー移送ゲートの概略断面図である。
【図５】一般的な二成分現像法に用いられる現像装置の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
２０  ：トナー保持室（トナー供給部）
２１  ：トナー
２３  ：トナー供給ローラ（トナー移送制御手段）
３０  ：第一攪拌室（上流側攪拌室）
３１  ：二成分現像剤
３４  ：トナー濃度センサ（トナー移送制御手段）
４０  ：トナー移送ゲート（トナー移送手段、トナー移送制御手段）
４０Ｂ：トナー移送ゲート（トナー移送手段、トナー移送制御手段）
５０  ：第二攪拌室（下流側攪拌室）
５１  ：二成分現像剤
５４  ：トナー濃度センサ（トナー移送制御手段）
９４  ：感光体ドラム（潜像担持体）
【図１】
2007003608.tif 000003
【図２】
2007003608.tif 000004
【図３】
2007003608.tif 000005
【図４】
2007003608.tif 000006
【図５】
2007003608.tif 000007