(57)【要約】【課題】現像剤の補給位置から現像剤担持体までの距離が短くても、現像剤担持体に達するまでに補給現像剤のトナー帯電量を効率的に高められる画像形成装置を提供する。【解決手段】撹拌室２４は、現像室２３に両端部で連通して現像剤の循環経路を形成する。撹拌室２４は、スクリュー羽根を有する撹拌スクリュー２６を回転させて、現像スリーブから現像剤を回収しつつ現像室２３と逆方向に現像剤を搬送する。撹拌室２４における現像剤補給口３０から現像スリーブ２８までの撹拌スクリュー２６にリブ５３を設けて、当該領域の現像剤搬送性能を現像スリーブ２８に沿った領域よりも低くして、循環する現像剤と補給された現像剤との摩擦頻度を高める構成とした。【選択図】図６
2012042738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に形成された静電像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体に現像剤を供給する第１室と、
前記第１室に接続して現像剤の循環経路を形成するとともに、前記現像剤担持体から現像剤を回収する第２室と、
前記第１室に設けられ、現像剤を搬送する第１の搬送部材と、
前記第２室に設けられ、現像剤を搬送する第２の搬送部材と、
前記第１室における前記現像剤担持体の現像剤担持領域よりも現像剤搬送方向下流で前記第２室における前記現像剤担持体の現像剤担持領域よりも現像剤搬送方向上流で現像剤を補給する現像剤補給口と、を備え、
前記現像剤補給口よりも現像剤搬送方向下流で前記第２室における前記現像剤担持体の現像剤担持領域よりも現像剤搬送方向上流の領域の少なくとも一部の現像剤搬送能力を部分的に低下させてあることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記第１および第２の搬送部材は、スクリュー羽根を回転させて前記現像剤担持体に沿って現像剤を搬送し、
前記第１もしくは第２の搬送部材における前記現像剤補給口から前記現像剤担持体までに位置する部分では、前記現像剤担持体に沿った領域よりも、前記スクリュー羽根による現像剤搬送性能を低く設定してあることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記第１もしくは第２の搬送部材における前記現像剤補給口から前記現像剤担持体までに位置する部分では、前記スクリュー羽根の間隔に設けられた撹拌突起の配置密度が、前記現像剤担持体に沿った領域よりも高いことを特徴とする請求項２記載の現像装置。
【請求項４】
回転する前記第２の搬送部材の前記スクリュー羽根に干渉するように現像剤の磁気穂が内壁面に形成される磁力発生部材を、前記現像剤補給口から前記現像剤担持体の上流側までに位置する前記第２室に配置していることを特徴とする請求項２又は３に記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、現像剤担持体に沿って現像剤を循環させつつ撹拌してトナーを帯電させる現像装置、詳しくは補給された現像剤のトナー帯電量を速やかに高めるための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体又は中間転写体に形成したトナー像を、記録材へ電気的に転写して熱定着させる画像形成装置が広く用いられている。画像形成装置の現像装置では、現像剤担持体に沿って現像剤の循環経路が形成され、トナーとキャリアを含むいわゆる二成分現像剤が撹拌を受けつつ循環経路を搬送されることにより、トナーとキャリアが反対極性に摩擦帯電する。
【０００３】
二成分現像剤の場合、画像形成に伴ってトナーが消費される一方でキャリアは現像装置内を循環し続けるため、現像装置の現像剤補給口には、現像剤補給装置からトナーを主成分とする補給現像剤が供給される。補給されたばかりのトナーは未帯電のため、現像装置内を搬送されて現像剤担持体に達するまでに、循環する現像剤と十分に撹拌されて必要なトナー帯電量を付与される必要がある。
【０００４】
特許文献１には、現像剤担持体に沿った現像剤の循環経路を形成する第１室（現像室）と第２室（撹拌室）とを縦に重ねて配置した、いわゆる縦撹拌型の現像装置が示される。縦撹拌型の現像装置（図１５）は、第１室と第２室とを横に並べて配置する従来の横撹拌型の現像装置（図１４）に比較して、現像装置の幅方向の小型化を実現し易い。
【０００５】
一方、縦攪拌型の現像装置における現像剤補給口は、現像室の上流位置から循環経路に沿って一番搬送距離が確保できる位置に配置することが望ましい。具体的には、横攪拌型の現像装置の場合と同様に、図２を参照して、現像室２３における現像剤搬送方向下流側で現像スリーブ２８の画像領域端部Ａよりも下流の位置またはその近傍が好ましい。
【０００６】
しかし、縦撹拌型の現像装置のように、現像スリーブにトナーを供給する現像室と、現像後のトナーを回収する回収室とを分離した機能分離型の現像装置の場合、現像剤補給口の位置によっては、以下のような課題が生じてしまう。
【０００７】
すなわち、図１６に示すように、縦撹拌型の現像装置では、循環する現像剤の一部が現像剤担持体を経由して第１室から第２室へバイパスされるので、第１室（２３）の下流では循環する現像剤が少なくなる。このため、第１室（２３）の下流で現像剤を補給する場合、補給位置では、「補給現像剤／循環する現像剤」の比が高くなって補給現像剤の摩擦機会が少なくなる。その結果、補給現像剤が現像剤担持体へ達した時点で、トナー帯電量が不足していることがある。トナー帯電量が不足すると、画像の濃度むらや、カブリ画像、飛散トナーなどが発生し易くなって好ましくない。
【０００８】
そこで、特許文献１では、図３を参照すれば、現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６の回転速度を早めて現像剤の搬送性能を高めることで、撹拌スクリュー２６の下流側における現像剤を増加させている。しかし、この場合、現像剤に対するストレスが大きくなる。さらに、スクリュー搬送部材の回転速度が増加すると、自己発熱が発生して現像剤の劣化が増長される。
【０００９】
そこで、特許文献２では、第１室から第２室へ現像剤を受け渡す開口部よりも第２室の上流側に、現像剤補給口を配置して補給現像剤を滞留させている。これにより、補給現像剤が現像剤担持体へ達するまでの時間を引き延ばして、摩擦機会を増やして、トナー帯電量を高めようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−３３３９６１号公報
【特許文献２】特開平１０−１４９０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献２の構成の場合、現像剤補給口から補給された直後の補給トナーは、トナー凝集体として存在しているものが多い。従って、循環する現像剤のキャリアとの混合が妨げられるため、十分なトナー帯電量が得られにくい。例えば、トナー１００％の補給現像剤の場合、補給現像剤だけを撹拌してもトナー帯電量を高めることはできないので、循環する現像剤に補給現像剤を速やかに混合拡散できないと、滞留時間が伸びても、期待したほどトナー帯電量は高まらない。
【００１２】
また、トナー帯電量は、第２室で現像剤が搬送される過程で徐々に高まるため、第２室の上流側に偏って飛散トナーやカブリ画像が発生することが判明した。特に、図１５に示すように、縦撹拌型の現像装置４Ｎでは、現像スリーブ２８に現像剤を供給する現像室２３はもちろん、現像スリーブ２８から現像剤を回収する撹拌室２４も全長が現像スリーブ２８の開口部に直接連通している。このため、補給現像剤が補給されて撹拌を受ける初期の過程（撹拌室２４の上流側）で発生する未帯電トナーの粉塵が、現像スリーブ２８の開口部から飛散し易いことが判明した。
【００１３】
本発明は、機能分離型の現像装置において、現像剤補給口の位置を現像位置までの搬送路を極力長い構成にしても、補給直後のトナーが現像剤担持体と対向する開口部から飛散してしまうことを抑制可能な現像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の現像装置は、像担持体に形成された静電像を現像する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像剤を供給する第１室と、前記第１室に接続して現像剤の循環経路を形成するとともに、前記現像剤担持体から現像剤を回収する第２室と、前記第１室に設けられ、現像剤を搬送する第１の搬送部材と、前記第２室に設けられ、現像剤を搬送する第２の搬送部材と、前記第１室における前記現像剤担持体の現像剤担持領域よりも現像剤搬送方向下流で前記第２室における前記現像剤担持体の現像剤担持領域よりも現像剤搬送方向上流で現像剤を補給する現像剤補給口とを備えるものである。そして、前記現像剤補給口よりも現像剤搬送方向下流で前記第２室における前記現像剤担持体の現像剤担持領域よりも現像剤搬送方向上流の領域の少なくとも一部の現像剤搬送能力を部分的に低下させてある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の現像装置は、循環する現像剤に現像剤補給口から補給現像剤を補給した後の現像剤の搬送速度を下げて、現像剤担持体に到達するまでの時間を引き延ばして撹拌性を補強することにより、循環する現像剤と補給現像剤の摩擦頻度を高める。第１室における現像剤担持体の現像剤担持領域下流側端部から第２室における現像剤担持体までに存在する現像剤を、前後の速度差で集中させて「補給現像剤／循環する現像剤」の比を局所的に高める。そして、補給現像剤／循環する現像剤の比を高めた状態で長時間撹拌することで、トナー帯電量を急速に高め得る。
【００１６】
したがって、現像剤補給口から現像剤担持体までの距離が短くても、現像剤担持体に達するまでに補給現像剤のトナー帯電量を効率的に高められる。現像剤担持体の開口部に達するまでに補給現像剤のトナー帯電量を十分に高めることで、上流側に偏った飛散トナーやカブリ画像の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】現像装置の長手方向に直角な断面構成の説明図である。
【図３】現像装置の長手方向の平断面図である。
【図４】攪拌室における撹拌時間とトナー帯電量の関係の説明図である。
【図５】トナー補給量と補給後のトナー濃度との関係の説明図である。
【図６】実施例１におけるトナー帯電量補強構造の説明図である。
【図７】実施例２におけるトナー帯電量補強構造の説明図である。
【図８】実施例３におけるトナー帯電量補強構造の説明図である。
【図９】実施例４における現像装置の長手方向に直角な断面構成の説明図である。
【図１０】実施例５における現像剤補給装置の配置の説明図である。
【図１１】現像剤補給量の誤差によるトナー濃度の経時変化の説明図である。
【図１２】実施例５におけるトナー帯電量補強構造の説明図である。
【図１３】トナー帯電量の測定装置の説明図である。
【図１４】横撹拌型の現像装置の構成の説明図である。
【図１５】縦撹拌型の現像装置の構成の説明図である。
【図１６】縦撹拌型の現像装置における現像剤の循環の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、機能分離型の現像装置であれば、現像剤補給口の下流側で現像剤の搬送速度を低下させる限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１９】
従って、第１室と第２室とを上下に配置する構成（図１５）のみならず、機能分離型の現像装置であれば、第１室と第２室とを水平又は斜めに並べて配置する構成（図１４）でも実施できる。そのような現像装置は、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／記録材搬送型／直接転写型、モノクロ／フルカラーの画像形成装置において区別無く実施できる。
【００２０】
本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。
【００２１】
なお、特許文献１、２に示される現像装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。
【００２２】
＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。
【００２３】
画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて中間転写ベルト５に転写される。
【００２４】
中間転写ベルト５は、駆動ローラ６１、対向ローラ６２、及びテンションローラ６３に懸架され、駆動ローラ６１に駆動されて矢印Ｒ２方向に回転する。中間転写ベルト５に転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ二次転写される。
【００２５】
ピックアップローラ１２によって記録材カセット１１から取り出された記録材Ｐは、分離ローラ１３で１枚ずつに分離してレジストローラ１４へ給送される。レジストローラ１４は、中間転写ベルト５のトナー像にタイミングを合わせて二次転写部Ｔ２へ記録材Ｐを送り出す。トナー像を転写された記録材Ｐは、定着装置１６で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外部のトレイ１７へ排出される。
【００２６】
画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで用いるトナーの色が異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、画像形成部Ｐａの構成部材に付した符号末尾のａをｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。
【００２７】
画像形成部Ｐａは、感光ドラム１ａの周囲に、コロナ帯電器２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、一次転写ローラ６ａ、ドラムクリーニング装置１９ａを配置している。像担持体の一例である感光ドラム１ａは、アルミニウムシリンダの外周面に負極性の帯電極性を持たせた感光層が形成され、３００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。コロナ帯電器２ａは、感光ドラム１ａの表面を一様な負極性の暗部電位ＶＤに帯電させる。
【００２８】
露光装置３ａは、半導体レーザーを内蔵しており、この半導体レーザーは、ＣＣＤ等の光電変換素子を有する原稿読み取り装置が出力する原稿画像情報信号に対応して制御され、レーザー光を射出する。露光装置３ａは、レーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１ａの表面に画像の静電像を書き込む。現像装置４ａは、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて感光ドラム１ａの表面の静電像を現像して、トナー像を形成する。
【００２９】
一次転写ローラ６ａは、中間転写ベルト５の内側面を押圧して、感光ドラム１ａと中間転写ベルト５との間に一次転写部Ｔ１を形成する。一次転写ローラ６ａに正極性の直流電圧を印加することにより、感光ドラム１ａに担持された負極性のトナー像が中間転写ベルト５へ一次転写される。ドラムクリーニング装置１９ａは、記録材Ｐへの転写を逃れて感光ドラム１ａに残った転写残トナーを回収する。
【００３０】
なお、本実施形態では、通常使用されるドラム状の感光ドラム１ａを使用したが、アモルファスシリコン感光体等の無機感光体を使用することもでき、ベルト状の感光体を用いることも可能である。帯電方式、静電像の形成方式、転写方式、クリーニング方式、定着方式に関しても、上記方式に限られるものではない。
【００３１】
＜現像装置＞
図２は現像装置の長手方向に直角な断面構成の説明図である。図３は現像装置の長手方向の平断面図である。
【００３２】
図２に示すように、現像装置４ａは、トナー（非磁性）とキャリア（磁性）を混合した現像剤（二成分現像剤）を用いて、感光ドラム１ａの静電像を現像する。現像装置４ａは、現像容器２０の内部が、紙面に垂直方向に延在する隔壁２７によって第１室の一例である現像室２３と第２室の一例である攪拌室２４とに区画され、現像剤は、現像室２３及び攪拌室２４に収容されている。
【００３３】
現像装置４ａでは、現像室２３における現像スクリュー２５が現像スリーブ２８へ現像剤を供給する。一方、攪拌室２４における撹拌スクリュー２６は、現像スリーブ２８からの現像剤を回収・搬送するとともに、補給現像剤を循環する現像剤に混合攪拌させる。このため、常に現像室２３内に攪拌室２４で十分攪拌されたフレッシュな現像剤のみが存在することとなり、現像スリーブ２８には常に均一な濃度の現像剤が供給される利点がある。また、現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６とを上下方向に配置するため、現像装置４ａを小型化し易い。
【００３４】
循環経路の一例である現像室２３には、第１の搬送部材の一例である現像スクリュー２５が配置され、攪拌室２４には第２の搬送部材の一例である撹拌スクリュー２６が配置されている。現像スクリュー２５は、現像室２３の底部に現像スリーブ２８の軸方向に沿ってほぼ平行に配置され、回転して現像室２３内の現像剤を軸方向に沿って一方向に搬送する。撹拌スクリュー２６は、攪拌室２４内の底部に現像スクリュー２５とほぼ平行に配置され、回転して攪拌室２４内の現像剤を現像スクリュー２５と逆方向に搬送する。
【００３５】
現像容器２０の感光ドラム１ａに対向した現像領域Ｄに相当する位置に開口部があり、この開口部に現像剤担持体の一例である現像スリーブ２８が感光ドラム１ａの方向に一部露出して配設される。現像スリーブ２８の直径は２０ｍｍ、感光ドラム１ａの直径は８０ｍｍ、現像スリーブ２８と感光ドラム１ａとの最近接間隔（ＳＤギャップ）は４００μｍである。
【００３６】
現像スリーブ２８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２８ｍが非回転に配置される。マグネットローラ２８ｍは、感光ドラム１ａの現像領域Ｄに対向させて現像極Ｓ２を配置し、穂切り部材２９に対向させて磁極Ｓ１を配置し、磁極Ｓ１、Ｓ２の間に磁極Ｎ１を配置している。また、現像室２３及び撹拌室２４にそれぞれ対向させて磁極Ｎ２及びＮ３が配置される。このような磁極の配置によって、現像領域Ｄに搬送した現像剤を磁気ブラシ状態で感光ドラム１ａと接触させて現像を行うことができる。
【００３７】
現像スリーブ２８は、矢印Ｒ４方向（反時計方向）に回転し、現像室２３内の現像剤は、現像スクリュー２５の搬送力と磁極Ｎ２の磁力により、現像スリーブ２８上に汲み上げられてコートされる。
【００３８】
現像スリーブ２８の外側へ露出した上流位置に、現像スリーブ２８に担持された現像剤の穂を規制する規制ブレードとして穂切り部材２９が設けられている。穂切り部材２９は、現像スリーブ２８に担持された現像剤の穂切りを行って、磁気ブラシの層厚を規制する。穂切り部材２９は、現像スリーブ２８の長手方向に沿って対向配置した板状のアルミニウムなどで形成された非磁性部材２９ａと、鉄材のような磁性部材２９ｂとで構成される。穂切り部材２９と現像スリーブ２８の間隙（ＳＢギャップ）を調整することで、現像領域ＤのＳＤギャップへ搬送される現像剤量が調整される。
【００３９】
現像領域Ｄへ搬送される現像剤は、多すぎるとＳＤギャップで現像剤の滞留が発生して、カキトリ画像といった異常画像が発生する一方、少なすぎると現像性が不足して画像濃度低下が発生する。このため、穂切り部材２９と現像スリーブ２８の間隙（ＳＢギャップ）を最適な量に調整する必要がある。ここでは、ＳＢギャップを５００μｍに設定することで、現像スリーブ２８上の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ２に規制している。
【００４０】
現像スリーブ２８は、層厚が規制された現像剤を現像領域Ｄに搬送し、感光ドラム１ａに形成された静電像に現像剤を供給して静電像をトナー像に反転現像する。この時、現像効率（静電像へのトナーの付与率）を向上させるために、電源Ｄ４は、直流電圧と交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ２８に印加する。ここでは、−５００Ｖの直流電圧にピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが１８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの方形波の交流電圧を重畳した振動電圧を印加した。しかし、直流電圧と交流電圧と波形の組み合わせはこれに限られない。
【００４１】
現像領域Ｄにおいて、現像スリーブ２８は、感光ドラム１ａの表面の移動方向と順方向に回転し、対感光ドラム周速比は、１．７５倍である。対感光ドラム周速比は、０〜３．０倍の間で任意に設定できる。しかし、対感光ドラム周速比は、大きいほど現像効率がアップするが、大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化等の問題が発生するため、０．５〜２．０倍の間で設定することが好ましい。
【００４２】
現像領域Ｄで現像工程を終了して現像に供されなかった現像剤は、攪拌室２４内に取り込まれ、マグネットローラ２８ｍのＮ２極とＮ３極との間に形成される反発磁界に応答して、現像スリーブ２８から攪拌室２４へ落下する。
【００４３】
図３に示すように、現像装置４ａは、現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６とによって搬送される現像剤が、隔壁２７の両端の連通部２１、２２を通じて現像室２３と攪拌室２４との間で循環する。現像室２３を長手方向の最後まで搬送されて現像スリーブ２８に供されなかった現像剤が、連通部２２で落下して攪拌室２４に搬送される。
【００４４】
現像容器２０内には３５０ｇの現像剤が充填されている。現像スクリュー２５及び撹拌スクリュー２６は同一に構成され、軸径φ８ｍｍの回転軸に、ピッチ３０ｍｍ、外径２０ｍｍの螺旋状のスクリュー羽根を均等に設けてある。現像スクリュー２５及び撹拌スクリュー２６は、いずれも回転速度を６００ｒｐｍとすることで、現像剤の循環バランス調整を行った。なお、本実施例では、現像スクリュー２５及び撹拌スクリュー２６のピッチは同じ場合を例に説明するが、循環バランスが維持できる範囲であれば、異ならせてもよい。
【００４５】
＜トナー補給制御＞
画像形成によってトナーが消費されると、現像装置４ａ内の現像剤のトナー濃度（重量比率）が低下して現像性能が低下するため、画像形成中、消費しただけのトナーを現像装置４ａに補給する必要がある。現像剤補給装置３１は、現像装置４ａの上部に設けられ、補給スクリュー３２を回転することにより、トナー１００％の補給現像剤を現像装置４ａに供給する。トナー補給量は、補給スクリュー３２の回転数によって制御されるが、この回転数は制御部１１０によって決定される。
【００４６】
制御部１１０は、ビデオカウント方式とパッチ検制御方式とを併用してトナー補給量を求め、トナー補給量に応じた補給スクリュー３２の回転数を算出する。
【００４７】
ビデオカウント方式は、形成される画像ごとに画像ドット数（画像濃度）を面積積算して１枚当たりのトナー消費量を求める方式である。レーザー等の露光装置で、静電像形成時に発光した露光時間をカウントすることでトナー消費量を予測する。
【００４８】
パッチ検制御方式は、所定の露光条件で形成したパッチ画像の静電像を実際に現像してトナー載り量を測定し、トナー載り量を所定値に誘導するようにトナー補給量を定める方式である。感光ドラム１ａ上の基準静電像を現像して、不図示の光学センサを用いてトナー像のトナー載り量を検出する。
【００４９】
その他にも、現像装置内の二成分現像剤のトナー濃度（ＴＤ比）を光学的或いは磁気的に検出して、トナー濃度を所定値に保つようにトナー補給量を決定する方式等、さまざまな制御方式がある。いずれかの方法を適宜選択し、単独であるいは複数を組み合わせて、現像装置４ａ内に補給する必要トナー量を算出することが可能である。
【００５０】
＜現像剤の補給と混合＞
図４は攪拌室における撹拌時間とトナー帯電量の関係の説明図である。図５はトナー補給量と補給後のトナー濃度との関係の説明図である。図３に示すように、現像装置４ａでは、ＴＤ比を８％とすることで、気温２３℃湿度５０％でのトナー帯電量が３０μＣ／ｇとなる現像剤を用いている。
【００５１】
ＴＤ比（トナー濃度）とは、二成分現像剤におけるキャリアとトナーの重量比率であり、トナーのキャリアに対する接触面積比率と相関のあるパラメータである。ＴＤ比が高くなると、同じ混合撹拌時間でも、トナーのキャリアに対する摩擦機会が減ってトナー帯電量が低下し、静電気的な拘束が失われて飛散トナーが発生し易くなる。一方、ＴＤ比が低くなると、同じ混合撹拌時間でも、トナーのキャリアに対する摩擦機会が増えてトナー帯電量が上昇し、キャリア付着等の異常画像が発生し易くなる。ＴＤ比は、通常、４〜１２％程度が好ましく、６〜１０％の範囲内がより好ましい。
【００５２】
現像装置４ａにおける現像剤補給口３０の最適配置箇所を決定するためには、補給現像剤の混合攪拌時間と現像剤補給口３０の近傍の現像剤量とを考慮する必要がある。
【００５３】
図４に示すように、気温２３℃湿度５０％環境で、現像装置４ａに未帯電の現像剤を充填して起動後のトナー帯電量の上昇する様子を測定した。その結果、トナー帯電量が３０μＣ／ｇに達して飽和するまでに必要な撹拌時間は３秒以上であった。
【００５４】
現像剤補給口３０から補給された未帯電のトナーは、現像室２３の画像領域端最上流の位置Ｚに達して現像スリーブ２８に供給されるまでに、現像工程で必要なトナー帯電量に達する必要がある。そのため、現像剤補給口３０は、トナー補給後の混合攪拌時間を最大限に確保できるように、現像室２３の搬送方向下流で画像領域最下流Ａの近傍に配置することが望ましい。現像装置４ａで現像容器の一部を透明にして、色の異なるトナーを現像剤補給口３０から補給して、色の異なるトナーが画像領域Ｘに到達するまでの時間を実際に測定してみたところ、５．０秒であった。このため、現像剤補給口３０から補給されたトナーは、現像スリーブ２８に供給されるまでに、現像工程で必要なトナー帯電量に達すると考えられる。
【００５５】
しかし、現像剤補給口３０から補給されたトナーは、循環する現像剤中のキャリアと摩擦することでトナー帯電量を付与される。このため、現像剤補給口３０の近傍における現像剤の絶対重量（現像剤中のキャリア量）が少ないと、トナー帯電量が３０μＣ／ｇに達して飽和するまでの時間が図４に示す３秒以上に伸びる可能性がある。
【００５６】
図５に示すように、トナー補給量を変化させて、現像剤補給口３０の近傍における現像剤の絶対重量に対する補給後のトナー濃度（ＴＤ比）を測定した。その結果、現像剤補給口３０の近傍における現像剤の絶対重量が少なくて補給されるトナー量が多い場合、補給直後のＴＤ比が非常に高い状態になって、補給したトナーを十分に混合攪拌できないことが判明した。図５中、補給量０．５ｇとは、現像装置４ａの現像剤補給装置３１における１回の最大トナー補給量である。この値は、最大画像面積、最高濃度階調のベタ画像で消費されるトナー量に相当している。ここから、現像剤補給口３０の近傍における現像剤の絶対重量としては２０ｇ程度は必要であることが判明した。
【００５７】
ところが、現像装置４ａでは、現像室２３を現像スクリュー２５の軸方向に搬送される現像剤の一部が途中で現像スリーブ２８に供給され、感光ドラム１ａに対向する現像領域Ｄを通過して攪拌室２４へ回収される。このため、現像室２３内を現像スクリュー２５によって下流側へ搬送される現像剤の量は、上流端から下流端に行くに従って減少する。このため、現像室２３の最も下流位置に当たる現像剤補給口３０の近傍における現像剤の絶対重量は、必要な２０ｇを割り込む可能性がある。現像装置４ａ内の現像剤量が下限値まで減少した状態で現像剤の流動性が低下する等の悪条件が重なると、実際に補給口近傍から現像剤を取り出して重量を測定したところ、１０ｇ近くまで減少する場合があった。
【００５８】
すなわち、現像室２３内では下流側へ搬送される現像剤の量は、上流端から下流端に行くに従って減少する一方、攪拌室２４内では下流側へ搬送される現像剤の量は、上流端から下流端にいくに従って増加する。このため、現像装置４ａ内を循環する現像剤の分布は、長手方向の現像剤補給装置３１が配置される反対側に片寄っている。つまり、現像剤補給装置３１によるトナー補給位置は、循環する現像剤量が現像装置４ａ内で最も少ない位置であり、未帯電トナーを摩擦帯電するためには、最も好ましくない位置である。
【００５９】
＜トナー帯電量の測定方法＞
図１３はトナー帯電量の測定装置の説明図である。図１３に示すように、次の手順で、二成分現像剤のトナーのトナー帯電量（電荷量、摩擦帯電量）が測定装置２００を用いて測定される。
（１）トナー帯電量を測定しようとする二成分現像剤を５０〜１００ｍｌ容量のポリエチレン製のビンに入れ、約１０〜４０秒間手で振って摩擦帯電させる。
（２）底に５００メッシュのスクリーン１４３がある金属製の測定容器１４２に、摩擦帯電させた二成分現像剤を約０．５〜１．５ｇ入れて金属製の蓋１４４をする。
（３）このときの測定容器１４２全体の重量を測定してＷ１ （ｋｇ）とする。
（４）吸引機１４１（測定容器１４２と接する部分は少なくとも絶縁体）において、吸引口１４７から吸引し、風量調節弁１４６を調節して真空計１４５の圧力を２５０（ｍｍＡｑ）とする。この状態で十分、好ましくは２分間吸引を行なってトナーのみを吸引除去して、その過程で電位計１４９の電位を測定しＶ（Ｖ）とする。
【００６０】
コンデンサ１４８の容量をＣ（Ｆ）とし、吸引後の測定容器１４２全体の重量を量りＷ２（ｇ）とすると、トナー帯電量（μＣ／ｇ）は次式のように計算される。
トナー帯電量（μＣ／ｇ）＝Ｃ×Ｖ×１０−３／（Ｗ１−Ｗ２）
【００６１】
現像装置４ａから取り出した二成分現像剤については、上記（１）を省略して、（２）〜（４）の手順を行うことによりトナー帯電量を測定した。
【００６２】
＜横撹拌型と縦撹拌型＞
図１４は横撹拌型の現像装置の構成の説明図である。図１５は縦撹拌型の現像装置の構成の説明図である。図１６は縦撹拌型の現像装置における現像剤の循環の説明図である。
【００６３】
図１４に示すように、従来の横撹拌型の現像装置４Ｍでは、現像容器２０の現像室２３と攪拌室２４とが隔壁２７によって水平方向に分離されていた。そして、現像室２３の現像スクリュー２５と撹拌室２４の撹拌スクリュー２６とが反対方向に現像剤を搬送して、隔壁２７の両端部に設けられた連通部（開口部）で受け渡して、現像容器２０内を循環させていた。
【００６４】
このため、現像室２３と攪拌室２４とは搬送方向に垂直などの断面で見ても一定の現像剤が循環していた。撹拌室２４の現像スリーブ２８より上流位置でも現像剤が十分に循環しており、この位置で補給現像剤を供給しておけば、撹拌スクリュー２６によって下流側へ搬送される間に、補給現像剤に十分なトナー帯電量が付与されていた。補給現像剤は、撹拌スクリュー２６に搬送されて現像室２３へ受け渡されるまでに、循環する現像剤に対して十分に撹拌混合がされていた。
【００６５】
図１５に示すように、縦撹拌型の現像装置４Ｎでは、現像容器２０の現像室２３と攪拌室２４とが隔壁２７によって垂直方向に分離されているが、現像スリーブ２８に搬送された現像剤が現像室２３から攪拌室２４へ流出し続ける。
【００６６】
図１６の（ａ）に示すように、縦攪拌型の現像装置４Ｎでは、攪拌室２４の下流端部に溜まった現像剤の圧力によって下から上へ押し上げられるように、攪拌室２４から現像室２３へ現像剤が受け渡される。しかし、循環する現像剤の全てが現像室２３において搬送スクリュー２５の下流端に到達するわけではなく、途中で現像スリーブ２８に供給され、感光ドラムに対向する現像部を通過して現像に供された後、攪拌室２４に回収される現像剤（矢印ａの経路）が存在する。
【００６７】
図１６の（ｂ）に示すように、現像スリーブ２８への現像剤の受け渡しは、現像スリーブ２８の軸方向における画像領域Ｘの全体に渡って行われる。このため、現像室２３において現像スクリュー２５により搬送される現像剤の量は、上流端から下流端に行くに従って徐々に減少する傾向がある。一方、攪拌室２４において撹拌スクリュー２６により搬送される現像剤の量は、上流端から下流端にいくに従って徐々に増加する傾向がある。つまり、現像装置４Ｎ内の現像剤の分布は、現像室２３においても攪拌室２４においても、現像スリーブ２８の軸方向において、片寄りが非常に存在し易い。
【００６８】
このため、横撹拌型の現像装置４Ｍのように、撹拌室２４の現像スリーブ２８より上流位置で補給現像剤を補給したのでは、循環する現像剤が少な過ぎて補給現像剤の撹拌混合が不十分となり易い。そして、循環する現像剤と補給現像剤との撹拌混合が不十分な場合、トナー帯電量が不足して、上述したように、飛散トナーやカブリ画像の問題が発生し易くなっている。
【００６９】
図１６の（ｂ）に示すように、現像スリーブ２８に沿って、４箇所の画像領域端の位置Ａ、Ｂ、Ｙ、Ｚを定義する。位置Ａと位置Ｚは現像室側に定め、位置Ｂと位置Ｙは攪拌室側に定めている。
【００７０】
縦攪拌型の現像装置４Ｎにおける現像剤補給口は、現像室２３の上流位置Ｚから一番搬送距離が確保できる位置、具体的には、現像室２３における現像剤搬送方向下流で現像スリーブ２８の画像領域端部の位置Ａの下流近傍が好ましい。
【００７１】
しかし、現像剤補給口を設ける位置に最適な位置Ａの近傍は、現像装置内で現像剤の循環量が最も少なく現像剤の剤面が最も低い領域であるため、十分な撹拌混合が難しいという問題がある。
【００７２】
特開平１０−１４９０２４号公報に示される現像装置では、現像剤担持体に達するまでに補給現像剤に十分なトナー帯電量を確保させようとすると、現像剤の補給位置から現像剤担持体までに長い搬送距離が必要となる。上述したように、第２室の上流側では、循環する現像剤が少なくなっているため、循環する現像剤に補給現像剤を混合拡散した後もある程度撹拌し続けないと、必要なトナー帯電量が得られない。そして、現像剤の補給位置から現像剤担持体までに長い搬送距離を設定すると、現像装置の長手方向の長さが長くなって、小型化された筐体構造への収まりが悪くなる。
【００７３】
＜飛散トナーによる現像容器の汚れ＞
また、現像装置４ａでは、現像スリーブ２８から現像剤を受け渡されるために、撹拌室２４が現像スリーブ２８に対向しており、これによる別の問題が発生していることが判明した。図３に示す撹拌室２４の位置Ｂで現像スリーブ２８と現像容器２０との隙間を通じて未帯電トナーが外部へ漏れ出す現象が確認された。
【００７４】
すなわち、攪拌室２４内の現像剤は、攪拌室２４内に設けられた撹拌スクリュー２６にて混合・攪拌されることにより帯電する。このとき、現像剤補給口３０から補給された未帯電トナーが現像領域Ｂに到達した時点で十分に帯電されていないと、図２に示す現像スリーブ２８と現像容器２０との間隙（下顎ギャップＧ）からトナーが飛散して感光ドラム１ａにカブリ画像を発生する。また、飛散トナーの一部が現像容器２０の下部に付着して塊を形成し、塊がある程度の大きさに成長すると中間転写ベルト５に落下してボタ落ち画像を発生する。
【００７５】
そこで、気温２３℃湿度５０％で、Ａ３サイズ、画像比率１０％の画像について連続１００枚の画像形成を行って、直後の飛散トナーの状態を確認した。その結果、現像容器２０下部のトナー汚れは、図３に示す画像領域Ｘのうち位置Ｂの一番汚れが酷く、撹拌スクリュー２６の搬送方向下流に行くに従って徐々に汚れが軽減され、位置Ｙではほとんど汚れていなかった。
【００７６】
次に、画像比率を１０％から１００％（全面ベタ画像：０．５ｇ／枚のトナー補給）に変更して同様な評価を行った。その結果、飛散トナーによる現像容器２０の汚れレベルが著しく悪化することが確認された。
【００７７】
次に、色違いのトナーを用いて現像剤補給口３０から補給されたトナーを抽出する手法を用いて、補給されたトナーのＢ位置とＹ位置とにおけるトナー帯電量を実測した。その結果、トナー帯電量が、Ｙ位置では上述した飽和値である３０μＣ／ｇに達していたが、Ｂ位置では２０μＣ／ｇまでしか達していなかった。また、トナー帯電量の低下は、高温高湿環境下ではより顕著に発生していた。
【００７８】
以上の結果から、飛散トナーによる現像容器２０の汚れは、トナー帯電量が不十分でキャリアとの拘束力が少ないトナーが撹拌スクリュー２６の回転力により撹拌室２４内で巻き上げられ、下顎ギャップＧから噴き出した結果であると結論付けることができた。図２にその状態を示す。
【００７９】
そこで、下顎ギャップ量Ｇと飛散トナーレベルに関する検討を行った。具体的には、下顎ギャップ量Ｇを３段階に変更して、それぞれＡ３サイズ全面ベタ画像を連続１００枚の画像形成を行い、その状態で記録材に出力された画像上のカブリ濃度を測定した。カブリ濃度は、色彩色差計（東京電色（株）白色光度計  ＤＥＮＳＩＴＯＭＥＴＥＲ  ＴＣ−６ＤＳ）を用いて測定した。その結果を表１に示す。
【００８０】
【表１】
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【００８１】
表１に示すように、下顎ギャップ量Ｇを０．５ｍｍ程度に設定すれば、カブリレベルは最高濃度（２５５／２５５）の１．１％となり、問題無いレベルとなった。しかし、下顎ギャップ量Ｇが狭くなると、現像後の現像スリーブ２８からの現像剤の取り込みに支障をきたして、現像剤が現像容器２０から溢れ出す問題が新たに発生した。これに対して、下顎ギャップ量Ｇを０．８ｍｍに設定した場合、現像剤が現像容器２０から溢れ出す問題は発生しなかったが、カブリ濃度は２．７％となり、目標の２．５％を下回れなかった。カブリレベルの判断基準は、１．５％以下であれば全く問題がなく、２．５％以下を製品目標レベルとしている。
【００８２】
以下の実施例では、現像装置内の現像剤を攪拌、搬送する搬送手段が上下に配置された縦攪拌型の現像装置において、現像剤循環特性の大きく変更をすることなく、補給された新しいトナーを十分な現像剤で攪拌・混合できる。
【００８３】
＜実施例１＞
図６は実施例１におけるトナー帯電量補強構造の説明図である。図６は、図３における現像室２３の下流側及び撹拌室２４の上流側を拡大して示している。
【００８４】
図６に示すように、第１室の一例である現像室２３は、スクリュー羽根を有する現像スクリュー２５を回転させて現像スリーブ２８に現像剤を供給しつつ現像スリーブ２８に沿って現像剤を搬送する。第２室の一例である撹拌室２４は、現像室２３に両端部で接続して現像剤の循環経路を形成する。撹拌室２４は、スクリュー羽根を有する撹拌スクリュー２６を回転させて現像スリーブから現像剤を回収しつつ現像室２３と逆方向に現像剤を搬送する。
【００８５】
現像剤補給口３０は、現像室２３における現像スリーブ２８の現像剤担持領域下流側端部から撹拌室２４における現像スリーブ２８までの所定位置に配置される。トナー帯電量補強構造の一例であるリブ５３は、現像剤補給口３０から撹拌室２４における現像スリーブ２８までの現像剤搬送性能を、現像スリーブ２８に沿った領域よりも低くして、循環する現像剤と補給された現像剤との摩擦頻度を高める。
【００８６】
現像剤補給口３０は、現像剤の循環経路における所定位置の一例である「現像スリーブ２８の現像剤担持領域下流側端部の位置Ａより１０ｍｍ下流」に配置した。現像剤担持領域とは、現像スリーブ２８のフランジ端部ではなく、現像スリーブ２８上の現像剤コート領域端部である。現像剤補給口３０を位置Ａより１０ｍｍ下流に設定したのは、現像剤補給口３０から補給された未帯電のトナーが飛散トナーとして逆流して現像スリーブ２８上にコートされることを防止するためである。
【００８７】
また、現像スリーブ２８の位置Ａには、現像剤の磁気ブラシを利用して隙間を塞ぐ磁気シールを配置しているため、現像室２３の位置Ａよりも下流側と攪拌室２４の位置Ａよりも上流側には、下顎ギャップのようなトナー飛散を発生させる開口部が存在しない。
【００８８】
実施例１では、現像剤補給口３０から撹拌室２４の位置Ｂまでの現像剤搬送能力を部分的に低下させるために、現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６のスクリュー羽根５１の間に撹拌突起の一例であるリブ５３を配置した。撹拌突起の配置密度としては、現像室２３の位置Ａから攪拌室２４の位置Ｂまで、現像スクリュー２５および撹拌スクリュー２６のスクリュー羽根のピッチ間隔にスクリュー軸に対して１８０度ずらしてリブ５３を配置している。現像スリーブ２８に沿った領域の撹拌突起の配置密度は０である。
【００８９】
スクリュー羽根５１のピッチ間隔にリブ５３を設けることで、スクリュー羽根５１の間隔に位置する現像剤は、リブ５３の効果によって搬送方向に対して垂直な方向の力を受けて攪乱される。その結果、現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６による軸方向の現像剤搬送能力を低下させて、現像剤補給口３０から撹拌室２４の位置Ｂまでの間に循環する現像剤を滞留させることができる。と同時に、現像スクリュー２５と撹拌スクリュー２６の撹拌性能が高まるため、循環する現像剤と補給トナーとが搬送方向と垂直な方向に攪乱されて相互に混合分散され、トナーとキャリアの摩擦頻度が高まってトナー帯電量の立ち上がりが早くなる。
【００９０】
また、現像スリーブ２８の現像剤担持領域については、現像スクリュー２５にも撹拌スクリュー２６にも、スクリュー羽根５１のピッチ間隔にリブ５３を設けていない。
【００９１】
現像スクリュー２５によって現像スリーブ２８の現像剤担持領域を比較的に高い速度で搬送された循環する現像剤は、現像剤補給口３０の直前で減速する。このため、現像剤の質量速度（ｇ／ｓｅｃ）は変化しなくても、搬送速度（ｍｍ／ｓｅｃ）が低下した分、循環する現像剤が渋滞して、現像剤補給口３０から撹拌室２４の位置Ｂまでの現像剤の量が増大する。増えた現像剤に補給トナーが混合されるため、補給トナーのキャリアに対する摩擦機会が増加する。
【００９２】
実施例１では、リブ５３を配置することで、補給トナーと接触可能な現像剤量を確保して、補給トナーにトナー帯電量を付与する性能を高め、トナー帯電量付与性能を向上させている。リブ５３を配置することで、現像剤補給口３０の近傍の現像剤量は、配置する前の１０ｇから１５ｇへと５０％増加し、位置Ａから位置Ｂまでに留まる現像剤量が３０ｇまで増加した。
【００９３】
その結果、次のような実験結果が得られた。
（１）撹拌室２４の位置Ｂでトナーを採取してトナー帯電量を測定したところ、リブ５３を配置する前の２０μＣ／ｇが２５μＣ／ｇまで改善していた。
（２）Ａ３サイズ画像比率１００％（全面ベタ画像）の試験画像で連続１００枚の画像形成試験を行って確認したところ、カブリレベルは、許容できる２．５％レベルに収まっていた。
（３）Ａ３サイズ画像比率１０％の試験画像で連続１００枚の画像形成試験を行って確認したところ、カブリレベルは、全く問題とならない１．０％以下に収まっていた。
（４）Ａ３サイズ画像比率１０％の試験画像で５万枚の画像出力試験を行って確認したところ、トナー飛散による現像装置周りの汚れは問題とならない水準であった。これに対して、リブ５３を設けていない従来の現像装置では、５万枚の画像出力試験を行うと、撹拌室２４の位置Ｂの外側で飛散トナーによる汚れが目立っていた。
【００９４】
＜実施例２＞
図７は実施例２におけるトナー帯電量補強構造の説明図である。図７は、図３における現像室２３の下流側及び撹拌室２４の上流側を拡大して示している。
【００９５】
図７に示すように、現像室２３、撹拌室２４、現像スリーブ２８、現像剤補給口３０の配置及び撹拌スクリュー２６のリブ５３については実施例と同一に構成されているため、図６と同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００９６】
実施例２では、現像室２３の位置Ａより下流側の現像剤搬送力を部分的に低下させるために、現像剤補給口３０よりも現像剤搬送方向下流領域に、現像スクリュー２５のスクリュー羽根５１に切り欠き部５３Ｅを設けている。切り欠き部５３Ｅのスクリュー羽根５１が切除された範囲では、現像剤搬送能力は、実質０となるため、現像剤を切り欠き部５３Ｅで滞留させて、見かけの現像剤量を増やすことが可能となる。
【００９７】
実施例２では、切り欠き部５３Ｅを、スクリュー羽根５１の１ピッチ分（３０ｍｍ）とすることで、現像剤補給口３０の近傍における現像剤量を切り欠く前の１０ｇから２０ｇに増加することができた。また、撹拌スクリュー２６に実施例１と同様なリブ５３を配置することで、位置Ａから位置Ｂまでに留まる現像剤量が３５ｇまで増加した。
【００９８】
なお、切り欠き部５３Ｅを現像剤補給口３０よりも下流に設けるのは、現像剤補給口３０の直下で現像剤を滞留させると、盛り上がった現像剤で現像剤補給口３０が塞がれる可能性があるためである。このため、切り欠き部５３Ｅは、現像スクリュー２５のスクリュー羽根５１が１回転する間に切り欠き部５３Ｅが現像剤補給口３０の直下に表れないように、現像剤補給口３０よりもスクリュー羽根５１の１ピッチ以上下流に設けることが好ましい。
【００９９】
また、スクリュー羽根５１の２ピッチ以上に渡って切り欠き部５３Ｅを設けると、現像スクリュー２５の現像剤搬送性能が著しく低下して、現像容器２０内の現像剤の循環バランスが悪化する。このため、切り欠き部５３Ｅは、スクリュー羽根５１の２ピッチ未満とすることが望ましい。
【０１００】
実施例２では、次のような実験結果が得られた。
（１）Ａ３サイズ画像比率１００％（全面ベタ画像）の試験画像で連続１００枚の画像形成試験を行って確認したところ、カブリレベルは２．０％レベルに収まっていた。
（２）Ａ３サイズ画像比率１０％の試験画像で５万枚の画像出力試験を行って確認したところ、トナー飛散による現像装置周りの汚れは実施例１よりもさらに少なかった。
【０１０１】
＜実施例３＞
図８は実施例３におけるトナー帯電量補強構造の説明図である。図８は、図３における現像室２３の下流側及び撹拌室２４の上流側を拡大して示している。現像室２３、撹拌室２４、現像スリーブ２８、現像剤補給口３０の配置及び撹拌スクリュー２６のリブ５３については実施例と同一に構成されているため、図６と同一符号を付して重複する説明を省略する。
【０１０２】
図８に示すように、実施例３では、現像剤補給口３０から攪拌室２４における現像スリーブ２８までの現像剤搬送性能が、現像室２３における現像スリーブ２８の現像剤担持領域下流側端部から現像剤補給口３０までよりも部分的に低い。磁力発生部材の一例である永久磁石５５は、現像剤補給口３０から現像スリーブ２８の上流側までに位置する撹拌室２４に配置している。永久磁石５５は、回転する撹拌スクリュー２６のスクリュー羽根に干渉するように現像剤の磁気穂５６を撹拌室２４の内壁面に形成する。
【０１０３】
実施例３では、現像室２３に配置された現像スクリュー２５については、実施例１のようなリブ（５３）も切り欠き部（５３Ｅ）も設けていない。その代わり、撹拌室２４の位置Ｂの上流側に位置させて現像容器２０の側面に磁束密度１０００Ｇの永久磁石５５を配置した。永久磁石５５の磁気力によって、現像容器２０の内壁面に現像剤の磁気穂５６が形成される。
【０１０４】
撹拌スクリュー２６によって攪拌室２４を搬送される現像剤は、現像剤の磁気穂５６に干渉して切り進む過程で補給トナーの凝集が崩される。攪拌スクリュー２６のＢ位置までにはリブ５３が配置されているため、凝集が崩された補給トナーが現像剤に効率的に混合撹拌される。
【０１０５】
一般的に、現像剤補給口３０から補給された直後の補給トナーは、トナー凝集体として存在しているものが多く、循環する現像剤のキャリアとの混合が妨げられる。しかし、トナー凝集体は、現像剤の磁気穂に押し付けられることで容易に崩されて、循環する現像剤に混ぜ込まれ、キャリアと接触しやすい状態になる。
【０１０６】
実施例３の構成では、位置Ａから位置Ｂまでに留まる現像剤量が実施例１、２ほどには増加せず、従来に比較して５ｇ程度の増加であったが、トナー帯電量が不十分なトナー比率が実施例１、２以上に少なくなった。これは、トナー凝集体が少なくなることで、補給トナーが現像剤中に均一に分散した状態となり、トナーがキャリアと接触する機会が飛躍的に増加したためと考えられる。
【０１０７】
なお、永久磁石５５の磁束密度は、５００Ｇ以上あれば、補給トナーの凝集をほぐす効果があり、磁束密度が大きいほどほぐす効果は大きい。しかし、磁束密度が大きくなるにつれて撹拌スクリュー２６の回転負荷が大きくなって騒音や振動が発生した。特に３０００Ｇ以上では、従来の駆動モータでは回転しなくなり、駆動モータを大型化する必要が生じて好ましくなかった。このため、永久磁石５５の磁束密度は５００〜３０００Ｇが好ましい。
【０１０８】
実施例３では、次のような実験結果が得られた。
（１）Ａ３サイズ画像比率１００％（全面ベタ画像）の試験画像で連続１００枚の画像形成試験を行って確認したところ、カブリレベルは２．０％レベルに収まっていた。
【０１０９】
＜実施例４＞
図９は実施例４における現像装置の長手方向に直角な断面構成の説明図である。実施例４では、ＡＣＲ方式の現像装置に実施例１と同様のトナー帯電量補強構造を設けた。
【０１１０】
二成分現像剤を用いた現像方法では、静電像の現像動作によってトナーが消費されていくのに対して、キャリアは消費されずに現像装置内に残って循環し続ける。このため、長時間使用し続けるとキャリアの表面にトナーの外添剤やトナーの成分が付着して汚染され、その結果、キャリアの帯電能力が低下して、トナー帯電量も低下し、飛散かぶり等の画像劣化が生じる可能性がある。
【０１１１】
そこで、近年、現像装置へトナーだけでなく一緒にキャリアを補給して帯電性能の低下を抑制するようにしたＡＣＲ（ＡＵＴＯ  ＣＡＲＲＹＥＲ  ＲＥＰＵＲＥＮＩＳＨＭＥＮＮＴ）方式の現像装置が実用化されている。具体的には、トナーにキャリアを混合した補給現像剤を現像剤補給装置から現像装置へ補給し、補給現像剤の補給よって過剰になった現像装置内の余剰現像剤を、現像装置の壁面の現像剤排出口よりオーバーフローさせている。
【０１１２】
補給現像剤におけるキャリア濃度はＣＤ比と呼ばれる。ＣＤ比とは、補給現像剤におけるキャリアとトナーの重量比である。ＣＤ比の高い補給現像剤を用いると、キャリアの交換比率が高まって、現像装置内を循環する現像剤の平均的な現像剤年齢を下げることができるため、トナー飛散レベルを低下させることが可能になる。しかし、捨てる現像剤が増えるため、現像剤のランニングコストが高くなる。そのため、通常、ＣＤ比は５〜２０％程度で、より好ましくは１０〜１５％範囲内である。ここでは、１０％剤を用いた。
【０１１３】
図９に示すように、現像剤補給装置３１からＣＤ比１０％の補給現像剤が補給されることと、現像剤排出口４０から余剰現像剤が排出されること以外については、現像装置４ａは図２のものと同一である。このため、図９中、図１と共通する構成には共通の符号を付して重複する説明を省略する。
【０１１４】
現像装置４ａの現像室２３の壁面には、現像剤排出口４０が設けられており、循環する現像剤の一部が現像剤排出口４０を通じて矢印Ｒ４０方向に排出される。補給現像剤の補給によって現像装置４ａ内を循環する現像剤が増加すると、増加量に応じて、現像室２３の剤面が上昇することで、現像剤排出口４０より溢れ出るように余剰現像剤が排出される。排出された余剰現像剤は回収スクリュー４１によって長手方向の一端に搬送されて、不図示の回収現像剤貯蔵庫へ落とし込まれる。
【０１１５】
ここで、現像剤排出口４０と現像剤補給口３０の位置関係は非常に重要となる。現像剤排出口４０の位置は、現像剤補給口３０の位置より少し現像剤搬送方向上流側に形成されている。これは、現像剤補給口３０を通じて補給された新しい補給現像剤が現像剤排出口４０からすぐに排出されないようにするためである。
【０１１６】
ところで、ＡＣＲ構成では、循環する現像剤の剤面が所定高さに達するとオーバーフローすることで排出量を制御するため、比較的容易に現像剤排出口４０近傍の剤面をある一定レベルに保つことができる。
【０１１７】
しかし、設置環境の変化に伴うトナー帯電量の変化やキャリアやトナーの劣化に伴う現像剤の凝集度変化により、現像剤の嵩密度が変化する。嵩密度とは、一定容積の容器に粉体を充填した際の密度のことである。具体的には、外添剤等が脱落することで凝集度が上昇した場合や、低温低湿環境下に現像剤が放置されてトナー帯電量が上昇した場合に嵩密度が低下して剤面が上昇する。循環する現像剤の剤面の上昇によって現像剤排出口４０からの排出が多くなると、剤面は一定に保ったまま、現像装置４ａ内の現像剤量（総重量）が低下することになる。
【０１１８】
現像装置４ａ内の現像剤量が低下すると、トナーの攪拌・混合性能が低下して、トナー帯電量が低下して、上述したようにトナー飛散やカブリ画像等が発生する可能性がでてくる。特に、画像形成装置１００の設置環境が低温低湿環境から高温高湿環境下に急変した場合、つまり、低温低湿環境下で現像剤量が低下した状態で、環境が高温高湿に変化すると、トナー帯電量の絶対値が低下し易くなる。このとき、トナー帯電量が十分立ち上がらないと、トナー飛散やカブリ画像が現われてしまうことがある。
【０１１９】
そこで、図６に示すように、実施例１と同様に、現像スクリュー２５の現像剤補給口３０よりも下流の部分と、撹拌スクリュー２６の位置Ｂよりも上流の部分にリブ５３を配置した。
【０１２０】
実施例４では、高温高湿環境（３０℃８０％）において、次のような実験結果が得られた。
（１）Ａ３サイズ画像比率１００％（全面ベタ画像）の試験画像で連続１００枚の画像形成試験を行って確認したところ、カブリレベルは、リブ５３を配置しない場合の３．７％から許容範囲の２．５％に改善した。
（２）Ａ３サイズ画像比率１０％の試験画像で連続１００枚の画像形成試験を行って確認したところ、カブリレベルは、全く問題とならない１．２％であった。
（３）Ａ３サイズ画像比率１０％の試験画像で５万枚の画像出力試験を行って確認したところ、トナー飛散による現像装置周りの汚れは問題とならない水準であった。これに対して、リブ５３を配置しない現像装置では、５万枚の画像出力試験を行うと、撹拌室２４の位置Ｂの外側で飛散トナーによる汚れが目立っていた。
【０１２１】
したがって、ＡＣＲ方式の現像装置４ａで発生する問題であった環境急変による現像剤の剤面変化に対してもカブリ画像を抑制することができた。
【０１２２】
＜実施例５＞
図１０は実施例５における現像剤補給装置の配置の説明図である。図１１は現像剤補給量の誤差によるトナー濃度の経時変化の説明図である。図１２は実施例５におけるトナー帯電量補強構造の説明図である。図１２は、図１０における現像室２３の下流側及び撹拌室２４の上流側を拡大して示している。
【０１２３】
図３に示す現像装置４ａでは、上述したように、ビデオカウント補給制御方式を採用してトナー補給量制御を行っている。ビデオカウント補給制御方式は、総レーザー露光時間（ビデオカウント値）を求めることで画像データからトナー消費量を予測し、トナー補給をおこなう制御方式であるが、その際のトナー補給精度が極めて重要となる。
【０１２４】
図１１に示すように、トナー補給量の誤差によって現像装置４ａ内トナー濃度（ＴＤ比）がどのように変化するかをシミュレーション実験した。現像装置４ａ内の現像剤量を３５０ｇ、ＴＤ比を８％、補給量は１０％画像比率の補給量０．０５ｇを想定し、補給誤差を＋１０％と＋２０％とに異ならせた。その結果、＋２０％の補給誤差でトナー補給制御を行うと、１００枚を連続画像形成しただけで、ＴＤ比が１．５％も上昇してしまうことが判明した。
【０１２５】
そして、現像装置４ａの場合、トナー補給誤差の原因として、補給スクリュー３２内に充填されたトナーの嵩密度の影響が大きく、温度湿度環境等によってトナーの嵩密度がかなり変化していることが判明した。
【０１２６】
そこで、実施例５では、図１０に示すように、現像剤補給装置３１の下部に補助補給槽３８を配置し、補助補給槽３８内のトナーに対してある程度のせん断圧縮をかけることで嵩密度を安定化させる構成を採用した。補助補給槽３８にはせん断スクリューが内蔵され、現像剤補給装置３１内の供給スクリューと逆方向に回転して加圧状態で崩れないように補給用現像剤を削り取る。
【０１２７】
その結果、温度湿度環境等による嵩密度の変化が抑制されて、トナー補給量の誤差は±５％以下を達成することができた。しかし、図１０に示すように、補助補給槽３８の配置スペースを確保するために、現像剤補給装置３１の現像剤補給口３０は、攪拌室２４内の撹拌スクリュー２６を上流に延長した位置に配置されることになった。このため、実施例１と比較して、現像室２３の下流側での補給現像剤と循環する現像剤との撹拌機会が失われてしまった。
【０１２８】
また、現像装置４ａは、連通部２２を通じて撹拌室２４に落下した現像剤が撹拌スクリュー２６によって搬送され、反対側の連通部２１で現像室２３に持ち上げて受け渡される。このため、撹拌スクリュー２６の上流側の連通部２２近傍は、現像容器２０内において現像剤量が一番少ない場所となる。
【０１２９】
そして、撹拌室２４における連通部２２よりも上流側に現像剤補給口３０を設けた実施例５の現像装置構成では、現像剤補給口３０から連通部２２までは補給現像剤のみが存在する部分となる。
【０１３０】
実施例５で採用した補給現像剤はＣＤ比１０％剤、つまりＴＤ比９０％剤であるため、先に説明してきた実施例１〜４に比べて現像剤補給口３０から連通部２２までの間には、キャリアがほとんど存在しない状態（重量比として１０％）が発生してしまった。
【０１３１】
そこで、実施例５では、図１２に示すように、連通部２２から位置Ｂまでの間の現像剤の撹拌性能を実施例１、実施例３よりも一段と高めた。連通部２２の近傍の撹拌スクリュー２６に干渉する磁気穂が形成されるように、撹拌室２４の外壁に永久磁石５５を配置した。また、連通部２２と位置Ｂとの間の撹拌スクリュー２６にはリブ５３を配置した。特に、リブ５３は、実施例１では１８０度間隔で配置したが、９０度間隔で配置することでさらに現像剤を攪拌・混合させ易い構成とした。
【０１３２】
図１２に示すように、実施例５では、実施例３のような効果を奏する永久磁石５５に加えて、撹拌スクリュー２６における攪拌室２４のＢ位置よりも上流の部分に実施例１で採用したリブ５３を実施例１よりも高い密度で配置した。その結果、実施例４では、高温高湿環境（３０℃８０％）において、次のような実験結果が得られた。
（１）Ａ３サイズ画像比率１００％（全面ベタ画像）の試験画像で連続１００枚の画像形成試験を行って確認したところ、カブリレベルは、許容範囲の２．０％以下に改善した。
【０１３３】
以上説明したように、実施例１〜５では、現像室２３における現像剤搬送方向下流で現像剤コート領域終了部から攪拌室２４における現像剤搬送方向上流で現像剤コート領域直前部までに現像剤搬送力を変更可能な補正手段を配設している。さらに、現像剤補給口３０より現像剤搬送方向下流部から攪拌室２４における現像剤搬送方向上流で現像剤コート領域直前部までに、現像剤搬送力を変更可能な補正手段を配設している。これにより、縦攪拌型の現像装置で問題が発生し易い飛散トナーやカブリ画像を容易に防止できる現像装置を提供することができた。
【符号の説明】
【０１３４】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  感光ドラム（像担持体）
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  コロナ帯電器
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  現像装置
２０  現像容器、２３現像室、２４  撹拌室
２５  現像スクリュー、２６  撹拌スクリュー
２８  現像スリーブ（現像剤担持体）、３０  現像剤補給口
３１  現像剤補給装置、４０  現像剤排出口
５１  スクリュー羽根（螺旋翼部）、５３  リブ
５５  磁界発生装置
【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】
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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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