(57)【要約】【課題】  高印字率の画像を大量にプリントした場合に発生する画像濃度薄の発生を低減する。【解決手段】  磁性粒子の回転循環で現像剤がトナーを取り込むことによるトナー濃度の変動を、磁性粒子の移動を規制する規制部材を用いることにより、現像室内のトナー濃度を所定の範囲にすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１開口を介して供給されるトナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持するための現像スリーブと、
前記現像スリーブに内包される磁性部材と、
第２開口を有し、かつ前記トナーを収容するトナー室と、
前記トナー室から前記第１開口を介して前記トナーが供給され、かつ前記現像剤を収容する現像室と、を有し、
前記現像室は、前記第１開口より重力方向の下方に現像剤を収容する空間を有し、
前記現像スリーブは、前記第２開口側において、重力方向の下方に現像剤を搬送するように回転し、
前記磁性部材の磁極は、前記第１開口の下方で前記磁性粒子の回転循環に寄与する磁界を発生し、
前記磁性粒子の前記回転循環の大きさを規制する規制部材を有することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
第１開口を介して供給されるトナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持する現像スリーブと、
前記トナーを前記現像剤中に取り込むための磁界を発生する取り込み極を有し、前記現像スリーブに内包される磁性部材と、
第２開口を有し、かつ前記トナーを収容するトナー室と、
前記トナー室から前記第１開口を介して前記トナーが供給され、かつ前記現像剤を収容する現像室と、
前記磁性粒子の移動を規制する規制部材と、を有し、
前記トナーと前記現像剤の境界面があり、
前記現像室は、前記第１開口より重力方向の下方に現像剤を収容する空間を有し、
前記現像スリーブは、前記第２開口側において、重力方向の下方に現像剤を搬送するように回転し、
前記規制部材の下端の位置は、前記重力方向において、前記境界面の上端以下で、前記取り込み極の位置以上であり、
前記境界面の上端は、前記現像スリーブの上端以下であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
前記規制部材に隣接する前記トナーと前記現像剤の境界の位置は、前記規制部材の下端と同じ位置又は上方に位置する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】
前記境界面の上端は、前記取り込み極と同じ位置又は上方に位置することを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
【請求項５】
前記現像装置は、前記規制部材に対向する壁面を有し、
前記壁面は、前記磁性粒子の移動方向を変える変換部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項６】
前記変換部の上端は、水平方向において、前記変換部の下端より、前記現像スリーブの回転中心からの距離が遠くなる位置に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の現像装置。
【請求項７】
前記磁性部材の磁極は、前記現像室における前記磁性粒子の回転循環に寄与する磁界を発生し、
前記規制部材は、前記磁性粒子の前記回転循環の大きさを規制する規制部材であることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項８】
前記トナーと前記現像剤の境界面があり、
前記磁性部材は、前記トナーを前記現像剤中に取り込むための磁界を発生する取り込み極を有することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
【請求項９】
前記規制部材の下端の位置は、前記重力方向において、前記境界面の上端以下で、前記取り込み極の位置以上であることを特徴とする請求項８に記載の現像装置。
【請求項１０】
前記変換部の水平方向に対する傾き角度が、トナーの安息角以上で９０°未満であることを特徴とする請求項５から９のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１１】
トナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持するための現像スリーブと、
前記現像スリーブに内包される磁性部材と、
開口を有し、かつ前記トナーを収容するトナー室と、
前記トナー室から前記開口を介して前記トナーが供給され、かつ前記現像剤を収容する現像室と、
前記現像室内に設けられ前記トナーの飛散を規制する規制部材と、を有し、
前記現像室は、前記開口より重力方向の下方に現像剤を収容する空間を有し、
前記現像スリーブは、前記開口側において、重力方向の下方に現像剤を搬送するように回転し、
初めて使用する際に、前記トナーと前記現像剤との境界面の少なくとも一部が、前記規制部材の下端より上方に位置することを特徴とする現像装置。
【請求項１２】
前記境界面は、前記境界面と前記規制部材が接する接点を有し、
前記接点は、前記規制部材の下端よりも上方に位置することを特徴とする請求項１１に記載の現像装置。
【請求項１３】
前記接点は、前記規制部材の前記開口側の側面に位置することを特徴とする請求項１２に記載の現像装置。
【請求項１４】
前記境界面が前記規制部材の下端よりも上方に位置することにより、前記境界面より上方のトナーの飛散を規制することを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項１５】
トナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持するための現像スリーブと、
前記現像スリーブに内包される磁性部材と、
開口を有し、かつ前記トナーを収容するトナー室と、
前記トナー室から前記開口を介して前記トナーが供給され、かつ前記現像剤を収容する現像室と、を有し、
重力方向において、前記開口は、前記トナー室に収容されているトナーで形成されるトナー表面よりも上方に位置することを特徴とする現像装置。
【請求項１６】
前記開口の下端は、前記重力方向において、前記トナー表面よりも上方に位置することを特徴とする請求項１５に記載の現像装置。
【請求項１７】
前記トナーと前記現像剤の境界面があり、
前記境界面は、前記重力方向において前記トナー表面よりも上方に位置することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の現像装置。
【請求項１８】
前記境界面の下端は、前記重力方向において、前記トナー表面よりも上方に位置することを特徴とする請求項１７に記載の現像装置。
【請求項１９】
前記トナー表面を第１のトナー表面とし、前記現像室内にあるトナーによって形成されるトナー表面を第２のトナー表面とする場合に、
前記第２のトナー表面は、前記重力方向において、前記第１のトナー表面よりも上方に位置することを特徴とする請求項１５から１８のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項２０】
前記現像室の底部は、前記重力方向において、トナー室の底部よりも上方にあることを特徴とする請求項１５から１９のいずれか１項に記載の現像装置。
【請求項２１】
請求項１から１９のいずれか１項に記載の現像装置と、
前記トナーで形成されるトナー像を担持する像担持体と、を有するプロセスカートリッジ。
【請求項２２】
請求項１から１９のいずれか１項に記載の現像装置、請求項２１に記載のプロセスカートリッジのうちの少なくとも１つを有し、
前記トナーで記録材に画像を形成す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、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものであり、特に、電子写真画像形成装置に用いられる現像装置等に関するものである。
【０００２】
ここで、電子写真画像形成装置は、電子写真画像形成プロセスを用いて記録媒体に画像を形成するものある。例えば、電子写真複写機、電子写真プリンター（ＬＥＤプリンター、レーザービームプリンタ等）、電子写真ファクシミリ装置、及び、電子写真ワードプロセッサーが含まれる。また、現像装置とは、現像剤を担持するための現像剤担持体を有する装置をいう。プロセスカートリッジは、少なくとも現像剤像（トナー像）を担持する像担持体とプロセス手段とを一体的にカートリッジ化して電子写真画像形成装置本体に着脱可能とするものをいう。
【背景技術】
【０００３】
複写機やレーザービームプリンタなどの電子写真画像形成装置は、画像データに対応した光を電子写真感光体（感光体）に照射して静電像（潜像）を形成する。そして、この静電像に対して、現像装置から現像剤のトナーを供給して、トナー像として顕像化する。このトナー像は、転写装置によって感光体から記録紙などの記録材へ転写する。このトナー像を、定着装置で記録材上に定着することで記録画像が形成される。
【０００４】
その中で、２成分現像法を用いる現像装置に関して、種々の装置が提案されている。一例を挙げれば、次のようなものがある。即ち、現像装置には、トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤が現像室に収容されている。その現像室には、マグネットロールを内包し回転可能に固定された現像剤担持体としての現像スリーブが配され、マグネットロールの磁力により現像スリーブ上に現像剤を担持し、層厚規制手段によって現像スリーブ上に現像剤からなる磁気穂層を形成する。
【０００５】
現像スリーブ上の磁気穂層を感光体に近接又は接触させ、現像スリーブに、交流成分と直流成分からなる現像バイアス電圧を印加することで、感光体上の静電像と現像スリーブとの間に電位差を発生させる。これにより、現像剤中のトナーを静電像に移動させて現像を行う。現像されることで、低下した現像室内のトナー濃度は、トナー室から現像室にトナー供給されることで所定の範囲の濃度に制御される。多くの場合は、トナー濃度検知手段を用いて、トナー濃度を検知し、トナー量が少ない場合にトナーの供給を行っている。
【０００６】
一方で、トナー濃度検知手段を必要とせず、所定のトナー量を現像剤内に供給できる現像装置が提案されている。特許文献１では、現像室内に現像剤を充満させることにより、自動的にトナー濃度を所定の範囲に制御する現像装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０４６１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の構成においては、現像室内へのトナーの過剰な押し込みを防止するために仕切り部材を介して狭いトナー供給路にトナーが導かれている。そのため、ユーザーが高印字率の画像を大量にプリントした場合、現像剤へのトナーの供給が追い付かず、画像濃度薄など画像に影響がでる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は、第１開口を介して供給されるトナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持するための現像スリーブと、前記現像スリーブに内包される磁性部材と、第２開口を有し、かつ前記トナーを収容するトナー室と、前記トナー室から前記第１開口を介して前記トナーが供給され、かつ前記現像剤を収容する現像室と、を有し、前記現像室は、前記第１開口より重力方向の下方に現像剤を収容する空間を有し、前記現像スリーブは、前記第２開口側において、重力方向の下方に現像剤を搬送するように回転し、前記磁性部材の磁極は、前記第１開口の下方で前記磁性粒子の回転循環に寄与する磁界を発生し、前記磁性粒子の前記回転循環の大きさを規制する規制部材を有することを特徴とする現像装置を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、第１開口を介して供給されるトナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持する現像スリーブと、前記トナーを前記現像剤中に取り込むための磁界を発生する取り込み極を有し、前記現像スリーブに内包される磁性部材と、第２開口を有し、かつ前記トナーを収容するトナー室と、前記トナー室から前記第１開口を介して前記トナーが供給され、かつ前記現像剤を収容する現像室と、前記磁性粒子の移動を規制する規制部材と、を有し、前記トナーと前記現像剤の境界面があり、前記現像室は、前記第１開口より重力方向の下方に現像剤を収容する空間を有し、前記現像スリーブは、前記第２開口側において、重力方向の下方に現像剤を搬送するように回転し、前記規制部材の下端の位置は、前記重力方向において、前記境界面の上端以下で、前記取り込み極の位置以上であり、前記境界面の上端は、前記現像スリーブの上端以下であることを特徴とする現像装置を提供するものである。
【００１１】
また、本発明は、トナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持するための現像スリーブと、  前記現像スリーブに内包される磁性部材と、開口を有し、かつ前記トナーを収容するトナー室と、前記トナー室から前記開口を介して前記トナーが供給され、かつ前記現像剤を収容する現像室と、前記現像室内に設けられ前記トナーの飛散を規制する規制部材と、を有し、前記現像室は、前記開口より重力方向の下方に現像剤を収容する空間を有し、前記現像スリーブは、前記開口側において、重力方向の下方に現像剤を搬送するように回転し、初めて使用する際に、前記トナーと前記現像剤との境界面の少なくとも一部が、前記規制部材の下端より上方に位置することを特徴とする現像装置を提供するものである。
【００１２】
さらに、本発明は、トナーと磁性粒子とを含む現像剤を担持するための現像スリーブと、前記現像スリーブに内包される磁性部材と、開口を有し、かつ前記トナーを収容するトナー室と、前記トナー室から前記開口を介して前記トナーが供給され、かつ前記現像剤を収容する現像室と、を有し、重力方向において、前記開口は、前記トナー室に収容されているトナーで形成されるトナー表面よりも上方に位置することを特徴とする現像装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、現像室内のトナー濃度を所定の範囲にすることができる。これにより、トナーの供給が追い付かないことによる画像濃度薄の発生を低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係るトナー濃度自動制御メカニズムの説明図
【図２】実施例１に係る画像形成装置の説明図
【図３】実施例１に係る現像装置の説明図
【図４】実施例１に係るトナー濃度自動制御の説明図
【図５】実施例１と比較例１のトナー濃度の推移を表すグラフ
【図６】比較例１の現像室の説明図
【図７】比較例１のトナー濃度変化に係る説明図
【図８】実施例２に係る現像室の説明図
【図９】実施例２と実施例１の画像濃度の推移を表すグラフ
【図１０】実施例２と実施例１のトナー濃度の推移を表すグラフ
【図１１】実施例２のトナー濃度の推移を表すグラフ
【図１２】本発明を実施できる他の実施形態の説明図
【図１３】実施例１における規制部材の位置を示す説明図
【図１４】実施例１におけるトナーと現像剤との境界を示す説明図
【図１５】実施例３にトナー飛散防止メカニズムの説明図
【図１６】比較例２のトナー飛散を説明する説明図
【図１７】実施例４に係るトナー吐き出し処理例を示すフローチャート
【図１８】実施例４に係るＴ／Ｄ比の推移を表すグラフ
【図１９】実施例５に係る現像装置の説明図
【図２０】実施例５に係る画像形成装置の説明図
【図２１】比較例４に係る現像装置の説明図
【図２２】比較例５に係る現像装置の説明図
【図２３】実施例７に係る現像装置の説明図
【図２４】実施例７に係るトナー濃度自動制御メカニズムの説明図
【図２５】比較例６に係る現像装置の説明図
【図２６】実施例５に係る現像装置の構成位置の説明図
【図２７】実施例８に係る現像スリーブを回転させた時の現像剤の動きを示す現像装置の断面図である。
【図２８】（ａ）は、実施例８に係る循環返し角度θのある構成でのトナーの動きを示す概略図であり、（ｂ）は、後述する比較例に示す循環返し角度θが無い構成での現像剤の動きを示す概略図である。
【図２９】実施例８の循環返し角度θがある構成と、比較例の循環返し角度θがない構成とで、プリント枚数による画像濃度差を比較したグラフである。
【図３０】実施例８の変形例に係る現像装置の断面図である。
【図３１】実施例９に係る現像装置の断面図である。
【図３２】実施例８と実施例９の構成において、印字率１％の横線画像を３０００枚通紙した後の６時間放置前後での画像濃度差の結果である。
【図３３】比較例７と実施例８の構成における撹拌部材の構成を示す概略図である。
【図３４】実施例９に係る現像室の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜選択されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施例に限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１６】
以下、本実施例の画像形成装置の概略構成を図２に示す。図２では、画像形成装置が通常の設置状態であるものを示しており、図面の上下が重力方向になり、図面の左右が水平方向になる。
【００１７】
画像形成装置本体（以下、装置本体５０という）の中央に、被帯電体としてのドラム型の像担持体（以下、感光ドラム１という）が配設されている。感光ドラム１は、アルミニウム等の導電性ドラム基体の外周面にＯＰＣ（有機光半導体）感光層を形成したものであり、矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。本実施例では、（周速度）２４０ｍｍ／ｓをもって回転駆動されている。
【００１８】
上述の感光ドラム１の表面（周面）は、帯電手段としての帯電ローラ２により所定の極性・電位に均一（一様）に帯電処理される。帯電後の感光ドラム１表面は、露光手段としてのレーザビームスキャナ３から出力されたレーザビームで潜像を形成する。潜像は、目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームの走査露光を受けて、感光ドラム１の表面に形成される。このように形成された潜像は、現像手段としての現像装置４によってトナーが付着し、感光ドラム１の上にトナー像として現像される。
【００１９】
一方、記録材５は給紙ローラによって給紙され、感光ドラム１上に書き込まれたトナー像と同期をとるように感光ドラム１と転写ローラ６との間の転写ニップ部に送られて表面にトナー像が転写される。転写ローラ６には転写時に転写バイアス印加電源６ａから転写用の転写バイアスが印加される。
【００２０】
トナー像の転写を受けた記録材５は、感光ドラム１表面から分離されて定着手段としての定着器７に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面にトナー像が定着され、画像形成装置の装置本体５０内から排出される。本実施例の装置本体５０のプリントスピードは、４０枚／分である。一方、トナー像の転写後の感光ドラム１は、記録材５に転写されないで表面に残ったトナーがクリーニング手段としてのクリーニング部材８によって除去され、次の画像形成に供される。
【００２１】
本実施の形態に係る装置本体５０では、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置４、クリーニング部材８の４つのプロセス機器が一体的に組み込まれたプロセスカートリッジが、装置本体５０に対して着脱交換可能な構成になっている。像担持体である感光ドラム１以外をプロセス手段ともいう。プロセス手段としては、少なくとも、帯電手段、現像手段、クリーニング手段のいずれか１つがあればよい。
【００２２】
＜現像装置の構成概要＞
現像装置４について、図３を用いて説明する。図３は、プロセスカートリッジ５１を装置本体内５０に装着した時の姿勢での現像装置４の断面図である。矢印Ｙが示す方向が重力方向（以下、下方向という）を示している。下方向から１８０°回転させた方向を重力方向の上方向であり上方向という。また、下方向から９０度回転させた矢印Ｘの方向を右方向、右方向から１８０°回転させた方向を左方向とする。現像装置４は、現像室９とトナー室１０とで構成され、トナー供給開口（第２開口）１１を介してつながっている。
【００２３】
現像室９は、トナーと磁性キャリア（又は磁性粒子）からなる現像剤１４を収容する空間が、トナー供給開口１１の重力方向下方に設けられ、使用時は現像剤が満たされている。また、現像室９は、磁性部材であるマグネットロール１５を内包した現像スリーブ１６を有する。マグネットロール１５は現像室９に対して固定されているのに対し、現像スリーブ１６は回転可能に配されている。現像スリーブ１６は、マグネットロール１５の磁気力により、現像剤１４を担持し、矢印Ｒ２方向に回転する。
【００２４】
現像スリーブ１６に２５０μｍの間隙をもって配された非磁性のＳＵＳからなる現像ブレード１７により、現像スリーブ１６上の現像剤１４は物理的に規制される。現像ブレードにより現像剤が規制されることにより、現像剤１４からなる磁気穂層を形成し、現像剤からなる磁気穂層は現像領域に搬送される。現像時には、現像スリーブ１６に、直流と交流の重畳電圧である現像バイアス電圧が印加され、現像領域では磁気穂と感光ドラム１が接触状態にあり、磁気穂中のトナーが、ドラム１上の静電潜像にトナー像として現像される。
【００２５】
本実施例での現像スリーブ１６の外径はφ１４のものを使用し、現像バイアスは、交流成分が周波数３．０ｋＨｚ、振幅１．５ｋＶ、直流成分が−４００Ｖの矩形電圧を印加した。現像されることで、現像室９内のトナー濃度は低下する。ここで、トナー室１０から現像室９に、トナー搬送手段１８により、トナー室に収容されているトナー１２がトナー室１０のトナー供給開口１１を通過して現像室９に供給される。供給されたトナーは、現像剤に取り込まれ、現像室９内のトナー濃度が所定の範囲になる。本実施例のトナー搬送手段１８は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）シート１９の片端が回転軸２０に固定され、トナー室１０内に回転軸中心に回転可能に配されているものである。
【００２６】
トナー搬送手段１８は、回転軸２０を中心に矢印Ｒ３方向に回転することにより、トナー室１０内壁に設けられた凸部２１によって、ＰＥＴシート１９が撓む。そして、ＰＥＴシート１９の自由端が凸部２１を通過後に解放されることで、トナー１２を跳ね上げ、トナー室１０のトナー供給開口１１を介して、現像室９に供給される。
【００２７】
＜トナー濃度自動制御＞
本実施例の特徴であるトナー濃度の自動制御について図１と図４を用いて説明する。図４に示すように、現像室９の内部において、トナーと磁性キャリア（磁性粒子）を含む現像剤１４とトナー１２との境界面２２がある。そして、その境界面より重力方向において下方は現像剤１４で満たされている。以下、現像剤１４とトナー１２との境界面を取り込み面２２という。取り込み面上のトナー１２は、取り込み開口２６（第１開口）を介して供給される。トナー室１０からトナー搬送手段１８（トナー供給手段）により、トナー室１０のトナー供給開口１１と取り込み開口２６とを経て、現像室９に供給されたトナーは、取り込み面２２において、現像剤に取り込まれる。
【００２８】
本実施例は、重力方向において、現像室９内の取り込み面２２以下が現像剤１４で満たされており、取り込み面２２が一定の位置にあることで、現像剤１４の体積を一定にしている。これは同時に、磁性キャリア（磁性粒子）の量が一定である場合、現像剤１４の体積とトナー濃度は一対一の相関があるため、トナー濃度が一定になるように自動的に制御される構成といえる。
【００２９】
磁性部材であるマグネットロール１５には、トナーを取り込み、かつ磁性キャリアの回転循環に寄与する磁界を発生させる磁極としてＳ２極（以下、取り込み極２３という）が、像担持体側とは反対であるトナー室９側や循環規定部材２４側に位置する。また、取り込み極２３は、トナー供給開口１１側で、現像スリーブ１６上の現像剤が重力方向の下方に移動する側の位置に設けられている。さらに、取り込み極２３は、重力方向において、現像スリーブ１６上での磁束密度のピーク位置が現像スリーブ１６の回転中心より１ｍｍ上方向の位置になるように配置されている。
【００３０】
図１においては、現像スリーブ１６上での磁束密度のピーク位置とマグネットロール１５の回転中心との結ぶ線がマグネットロール１５表面と交差する点が取り込み極になる。本実施例のマグネットロール１５は４極の磁極構成であり、取り込み極２３の現像スリーブ１６上の磁束密度のピーク値は７０ｍＴである。また、磁性キャリアの移動を規制する規制部材として循環規定部材２４がある。本実施例の規制部材は、現像剤の循環の大きさを規定する機能も有するため循環規定部材ともいう。
【００３１】
循環規定部材の下端は、重力方向において、取り込み極より３ｍｍの上方向の位置にある。また、水平方向の位置は、現像スリーブ１６の左方向端部（左側の端部）から、左方向に０．５ｍｍの位置に配されている。図４に示す現像剤は、現像室９を満たし、取り込み面２２の重力方向の位置が、取り込み極２３より上で、循環規定部材２４の下端以下になるように充填されている。
【００３２】
＜トナーの取り込みメカニズム＞
トナー１２を現像剤１４へ取り込む構成とメカニズムについて説明する。上記の構成において、現像スリーブ１６を回転させた時の現像剤の動きを図１に示す。現像剤１４を担持した現像スリーブ１６が矢印Ｒ２方向に回転することで、現像室９内の現像スリーブ１６左側の現像剤１４は下方向（矢印Ａ方向）に搬送される力を受ける。
【００３３】
しかし、現像室９内には現像剤１４が満たされている。このため、下方向に搬送力を受けた現像剤のうち現像スリーブ１６からやや離れた位置に存在する現像剤は、現像スリーブ１６の磁極近傍の現像剤に比べて、現像スリーブ１６から受ける搬送力が弱い。このため、搬送されてきた現像剤は、もともと現像室９に満たされている現像剤に衝突するが、その現像剤をかき分けて下方向へ移動することができず、矢印Ｂの方向へ流れる。
【００３４】
矢印Ｂ方向に流れた現像剤は、現像室の壁面の一部で構成される循環返し部（変換部）２５に衝突する。衝突した現像剤は、循環返し部２５の壁面に沿って下方向と上方向に移動方向を変えて移動しようとする。しかし、下方向には現像室内に満たされている現像剤が存在するために下方向には移動しにくく、矢印Ｂの流れの大半は循環返し部２５の壁面に沿って矢印Ｃ方向に押し上げられる。
【００３５】
本実施例の循環返し部２５の壁面は、水平方向に対して垂直に配置されている。このため、水平方向において、循環返し部２５の上端と現像スリーブ１６の中心からの距離は、循環返し部２５の下端と現像スリーブ１６の中心からの距離とは同じになる。そして、矢印Ｃ方向に押し上げられた現像剤１４は、取り込み極２３による磁気力により、矢印Ｄ方向に引き戻され、結果的に、矢印ＡＢＣＤのような現像剤１４の回転循環が生じる。取り込み面２２がこの回転循環により動くことでトナー１２を現像剤１４中に取り込むことができる。この回転循環を以下に取り込み循環ともいう。
【００３６】
また、取り込み循環が発生する循環返し部２５と対向する循環規定部材２４との間を取り込み開口（第１開口）２６とし、本実施例では取り込み開口の幅（循環返し部２５と循環規定部材２４との最短距離）は５ｍｍである。  本構成における取り込み開口（第１開口）２６の幅は、１．５ｍｍより大きく１０ｍｍ以下が好ましい。開口の幅を大きくすると、磁気力を大きくしたり、磁束密度のピーク値を大きくしたりして、現像剤を循環させる必要がある。
【００３７】
また、開口幅を小さくしすぎると、トナーの供給が遅くなる可能性がある。そのため、１．５ｍｍより大きく６ｍｍ以下がより好ましい。ただし、プロセススピードを遅くすれば、１．５ｍｍ以下でも現像装置として機能する。このように取り込み開口（第１開口）２６の幅を自由に設計することにが可能になり、従来技術のようにトナーの供給が追い付かないような狭い開口幅にする必要がなくなる。
【００３８】
本実施例では、現像剤が矢印ＡＢＣＤの順に移動する。この移動中で現像剤が含有するトナー量は異なる。矢印Ａと矢印Ｂ方向に移動している現像剤は、現像剤内に含有するトナー量は少ない。極端な例としてはトナーがほとんど含有されておらず、実質磁性粒子だけが移動する状態になることもある。矢印Ｄ方向に移動する中で現像剤にトナーが取り込まれ、現像剤中のトナー量が増加することになる。
【００３９】
＜トナーの取り込み停止のメカニズム＞
トナーの取り込みを停止するメカニズムを以下に示す。上記に説明した取り込み循環により、現像剤１４中にトナー１２を取り込むことで、トナー濃度が上昇し、現像剤１４の体積も増加する。現像室９は現像剤１４で満たされているため、現像剤１４の体積が増加することで、取り込み面２２は上方向に移動し、取り込み循環の矢印Ｄの流れは、ある体積まで増加したところで、循環規定部材２４にぶつかる。トナーの取り込み循環が循環規定部材２４にぶつかることで取り込み循環はせき止められ、取り込み循環は停止する。
【００４０】
ここで、停止した状態での取り込み面２２の循環規定部材２４との隣接点を境界２２ａ（図１４参照）とする。境界２２ａは、循環規定部材２４の開口側の側面にある。図１４に示すように、取り込み面２２が重力方向の上方に上昇し、その境界２２ａが循環規定部材２４の下端より上方まできていることが分かる。
【００４１】
境界２２ａは、接点でもあり現像スリーブ１６側ではなく、トナー供給開口１１側の循環規定部材２４の側面と接している。図１４に示す状態では、取り込み面２２の動きは停止し、トナー１２の現像剤１４への取り込みは停止している。現像剤の中の磁性キャリアが規制部材である循環規定部材２４にぶつかることで移動が規制されている。磁性キャリアの移動がなくなると、当然、磁性キャリアにトナーが取り込まれなくなる。
【００４２】
取り込みが停止したときのトナーの濃度が、本実施例の構成におけるトナー濃度の安定点になる。そして、実際にプリント動作を行い、トナー１２が消費された場合には、プリント後にも現像スリーブ１６が一定時間回転することにより、このトナー濃度に自動的に制御される。
【００４３】
また、前述のメカニズムの説明では、取り込み循環の発生の有無について、体積の変化を用いて説明した。実際には、トナー濃度が安定した点からプリントした場合には、瞬間的にトナー濃度が下がるものの、トナー濃度が下がると同時に、取り込み循環が発生する。そして、取り込み循環発生直後からトナー１２を取り込み、すぐにトナー濃度の安定点に達するため、実際には体積の変化はほとんど生じない。
【００４４】
すなわち、本発明では、微小な体積変化をきっかけとした、取り込み循環の発生の有無で、トナー濃度を自動的に一定値の値に制御している。また、上記で説明した自動トナー濃度制御のメカニズムから、本発明の取り込み面２２の循環規定部材２４付近での位置（例えば、境界２２ａ）は、多くの場合、循環規定部材２４の下端と同じ位置か、若干、上の位置になる。図１４は、境界２２ａが循環規定部材２４の下端よりも上方に位置する場合を分かり易く示したものである。
【００４５】
＜循環規定部材（規制部材）や他の構成の配置＞
図１３を用いて、実施例１における循環規定部材２４の位置関係を説明する。トナー供給開口１１の下端１１ａと現像スリーブ１６の上端が、重力方向において同じ位置にある。トナー供給開口１１からは、トナー室１０のトナーが供給されるため、トナー供給開口１１の下端１１ａの下方には、トナーが堆積し、トナー面が形成されている。
【００４６】
磁性粒子の循環移動の大きさを規定する循環規定部材（規制部材）２４の下端は、現像スリーブ１６の上端以下にある。現像スリーブ１６の上方を通り、現像剤が漏れないようにするためである。循環規定部材２４の下端は、重力方向において、トナー取り込み極の位置以上である。本実施例では、循環規定部材２４は、現像スリーブ１６下端以上であり、現像スリーブ１６の回転中心以上にも位置している。
【００４７】
取り込み極２３は、重力方向において、現像スリーブ１６の回転中心以上である。また、循環規定部材２４の下端以下である。また、取り込み極２３は、重力方向において、循環規定部材２４の下端よりも現像スリーブ１６の回転中心に近い位置に配置されている。本実施形態においては、磁性粒子の回転循環に寄与する磁界を効率よく磁性キャリア（磁性粒子）に作用させることができる。
【００４８】
トナーと現像剤の境界面２２である取り込み面は、図１３上では曲線になっている。取り込み面の両端側は、循環規定部材２４の下端よりも下方に位置している。一方で、取り込み面の上端は、循環規定部材２４の下端と同等な位置になっている。取り込み面の上端は、図１３に示す中央付近に必ずしもなくてもよく、循環規定部材２４と接している境界部分が最も上端に位置するような構成でもよい。
【００４９】
このような構成に配置することにより、磁性粒子の回転循環の大きさを規制することが可能になり、現像室内のトナー濃度を所定の範囲にすることができる。
【００５０】
＜循環規定部材を有する構成（実施例）と循環規定部材のない構成（比較例）との比較＞
図１で示される本実施例の構成と図６で示される比較例１の構成とでの比較について説明する。本実施例は、図１や４に示した循環規定部材２４を配置したものであり、比較例１は、図６に示すように循環規定部材２４が無い構成である。
【００５１】
比較条件は、トナー１２を消費しないベタ白画像を連続で１５枚プリントし、その後、印字率５０％のハーフトーン画像（以下、ハーフトーン画像という）を連続１５枚プリントした場合の、トナー濃度の推移を図５に示す。図５は、横軸が画像のプリント枚数、縦軸に現像室９内のトナー濃度の値を示す。図５の結果から、本実施例の構成においては、トナー１２を消費しないベタ白画像を１５枚連続プリントし、その後にハーフトーン画像を１５枚プリントしても、トナー濃度は、ほぼ７重量％で一定であることが分かる。
【００５２】
これは、本実施例の構成では循環規定部材２４が配置されているために、トナー濃度の安定点からベタ白をプリントした場合には、取り込み循環は停止状態にあり、トナーの取り込みを停止できている。また、ハーフトーン画像をプリントした場合は、取り込み循環が発生し、ハーフトーン画像がプリントされて消費されるトナー量に対し、取り込み面２２から現像剤中に消費した量と同じトナー量を取り込めていることを示している。この時、ベタ白画像をプリントした場合も、ハーフトーン画像をプリントした場合も、取り込み面２２の位置は、循環規定部材２４の位置で決定されるため、ほとんど変わらない。つまり、現像剤１４の体積はほぼ変化していない。
【００５３】
これに対し、比較例１は、ベタ白のプリントではトナー濃度が増加し、ハーフトーン画像のプリント時はトナー濃度が減少している。
【００５４】
比較例１で、ベタ白プリントでトナー濃度が増加している理由を以下に示す。比較例１の構成において、ベタ白プリントした場合には、循環規定部材２４が存在しないために、取り込み循環は停止せずに、トナーを現像剤中に取り込み続ける。このために、トナー濃度が上昇し、かつ、図７に示すように、同時に現像剤の体積も増加している。図７からも分かるように、トナーを常に取り込む構成であるため、取り込み面がベタ白のプリントをするごとに上昇することになる。
【００５５】
次に、比較例１で、ハーフトーン画像を連続で印字した場合、トナー濃度が低下している理由を以下に示す。比較例１の構成において、ベタ白印字でトナー濃度が上昇すると、図７に示すように現像剤１４の体積が増加し、取り込み循環の位置が上方向にシフトする。このため、取り込み極２３と循環返し部２５との距離が遠くなり、循環返し部２５付近で矢印Ｄ方向に現像剤１４を動かす磁気力が弱まるために、矢印Ｄの流れが弱くなり、取り込み循環の回転スピードが遅くなる。
【００５６】
このために、本実施例とは異なり比較例１では、ハーフトーン画像を連続プリントした場合、画像がプリントされて消費されるトナー量に対し、取り込み面２２から現像剤中に十分なトナー量を取り込めず、トナー濃度は低下していく。
【００５７】
以上の結果から、本実施例の構成にすることで、現像剤の体積がほぼ変化せずに、取り込み循環の発生の有無でトナーの取り込みを決めている。このため、極低印字のプリントが続いても、トナー１２の過剰な取り込みが発生せずに、トナー濃度の上昇を抑えられる。さらに、印字率５０％程度の高印字画像の連続プリントに対して十分なトナー１２の取り込みができ、トナー濃度を自動的にほぼ一定値で制御できることがわかる。
【実施例２】
【００５８】
実施例２について図８を用いて説明する。本実施例の循環返し部２５の壁面は水平方向に対して垂直ではなく、循環返し部２５の壁面が、上方向に行くほど現像スリーブ１６の回転中心からの水平方向の距離が遠ざかる方向に傾いており、水平方向からの傾きをαとするとα＝７５°である。つまり、折り返し部２５の上端２５ａは、水平方向において現像スリーブ１６の回転中心からの距離が、折り返し部２５の下端２５ｂよりも遠くなる位置に設けられている。その他の構成は実施例１と同じである。
【００５９】
循環返し部２５の壁面を傾けることで、取り込み循環の矢印Ｂの流れは、循環返し部２５にぶつかったときに、上方向成分の反力を循環返し部２５から受けることになるため、矢印Ｃの流れがよりスムーズになり、取り込み循環の回転スピードがより速くなる。
【００６０】
本実施例と、実施例１における、連続でベタ画像（印字率１００％）をプリントした場合の濃度低下についての実験結果を図９と１０に示す。図９は、横軸にベタ画像のプリント枚数、縦軸にベタ濃度を取り、本実施例と実施例１との値を示したものである。図１０は、横軸にベタ画像のプリント枚数、縦軸に現像室９内のトナー濃度を取り、本実施例と実施例１との値を示したものである。図９と１０から本実施例では、ベタ画像を連続５枚プリントしてもベタ画像の濃度低下、トナー濃度の低下は見られない。これに対して、実施例１では、ベタ画像を連続プリントするとトナー濃度が低下し、連続４枚程度でベタ画像の濃度低下が発生していることがわかる。
【００６１】
以上の結果から本実施例の構成にすることで、連続でベタ画像をプリントした場合でも、トナー濃度低下が抑えられていることが分かる。
【００６２】
これは、循環返し部２５の壁面を傾けることで、取り込み循環の矢印Ｂから矢印Ｃの流れがスムーズになり、取り込み循環の回転スピードがより速くなる。取り込み循環の回転スピードが速くなることで、より取り込み面でのトナーの取り込み能力が向上しているからである。
【００６３】
図１１は、横軸がベタ白画像の印刷枚数、縦軸に本実施例における現像室内のトナー濃度の値を示したものである。図１１の結果から、本実施例の構成においても、トナー１２を消費しないベタ白画像を連続プリントしても、トナー濃度はほぼ一定であることが分かる。
【００６４】
以上の結果から、本実施例構成は、ベタ画像の連続プリントに対して十分なトナー１２の取り込みが出来る構成で、かつ、極低印字のプリントが続いても、トナー１２の過剰な取り込みが発生せずに、トナー濃度を自動的にほぼ一定値で制御できることがわかる。本実施例の傾き角度αは７５°としたが、９０°未満でトナーの安息角以上の角度が好ましい。
【００６５】
＜その他の実施形態＞
実施例１や２においては、モノカラーの画像形成装置を用いたが、これに限定されるものではなく、本実施例のプロセスカートリッジを応用すれば、フルカラーの画像形成装置など複数のプロセスカートリッジ構成にすることも可能である（図１２（ａ））。
【００６６】
また、本実施例においては、現像室とトナー室を一体化したプロセスカートリッジを用いたが、これに限定されるものでは無く、現像装置４とクリーニング装置１ａとを別々の装置として着脱可能にして用いることもできる（図１２（ｂ））。さらに、現像装置４のトナー室１０をトナーカートリッジ１０ａとして、プロセスカートリッジと別の着脱可能なカートリッジとした構成にすることも可能である（図１２（ｂ））。
【実施例３】
【００６７】
実施例３では、好ましい使用初期の状態について説明する。つまり、現像装置単体であれば、現像装置を初めて使用する際に外部へトナーが飛散する課題が生じる場合がある。トナーが微量飛散したとしても画像に影響はないが飛散しない方が好ましい。そこで、本実施例では好ましい使用初期の状態について説明する。具体的にプロセスカートリッジの使用初期におけるトナー供給時の飛散メカニズムについて説明する。
【００６８】
比較例２は、図１６に示すように、プロセスカートリッジ初期使用時、現像室９内に収容されている初期現像剤１４Ｎの剤面（境界面）は、循環規定部材２４の重力方向の下端よりも下部に位置している構成である。尚、本実施例及び比較例においては、循環規定部材２４が飛散防止部材の役割を兼ねる構成なっている。この構成において、プロセスカートリッジ初期使用時にトナー１２が供給された時、初期現像剤１４Ｎの剤面と循環規定部材２４の重力方向の下端との間にある隙間がある。この隙間をトナーが通り、現像スリーブ１６上部を抜け、現像装置４の外部へと飛散してしまう。（矢印ｈ、矢印ｉ、矢印ｊ）
【００６９】
そこで、本実施例では、図１５のような構成にしている。この時、現像室９内に収容されている初期現像剤１４Ｎの剤面（境界面）の少なくとも一部が、循環規定部材２４の重力方向の下端よりも上方に位置している。初期現像剤１４Ｎの剤面を変えるために、キャリアの質量は一定にしたまま、画像形成時よりもトナー濃度を高く現像剤中に充填している。現像剤のトナー濃度を以下Ｔ／Ｄ比と呼ぶ。Ｔ／Ｄ比＝トナー重量／（トナー重量＋キャリア重量）である。
【００７０】
こうすることで、循環規定部材２４の下端と現像スリーブ１６の間には現像剤が存在することにより隙間がなくなり、プロセスカートリッジ初期使用時に供給されたトナー１２が外部へと飛散することがなくなる。これにより、トナー室から供給されるトナーは、初期現像剤１４Ｎの剤面の重力方向の上部に蓄積される。
【００７１】
画像形成が行われると、画像形成によって現像剤中のトナーが消費され、トナー濃度は下がる。本実施例におけるトナー濃度の安定点となるＴ／Ｄ比まで濃度が低下すると、濃度の自動制御が開始される。つまり、初期現像剤とトナーの境界面の上に蓄積されたトナーが現像剤に取り込まれ、濃度の低下を一定値以下にしないようになっている。本実施例におけるトナー濃度の自動制御を行った際のＴ／Ｄ比の範囲は３％〜２０％となる。Ｔ／Ｄ比が２０％を超えると、未帯電のトナーが現像スリーブ１６の回転により飛散しやすくなり、適当ではない。
【００７２】
＜実験１  トナー飛散差評価＞
本実施例と比較例２の構成において、プロセスカートリッジの初期使用時におけるトナー供給時にトナー飛散差評価を行った。本実施例及び比較例２は、現像室９内に収容されている初期現像剤１４Ｎが磁性キャリアの質量が４５ｇ、トナーの質量が３．４ｇ、Ｔ／Ｄ比が７．０％となる時にトナー濃度の安定点を迎える構成である。
【００７３】
比較例２は、図１６に示すように、初期現像剤１４Ｎの剤面が循環規定部材２４の重力方向下端よりも下部に位置する構成となっている。この時、現像室９に収容されている初期現像剤１４Ｎは、磁性キャリアの質量が４５ｇ、トナーの質量が２．４ｇ、Ｔ／Ｄ比が５．１％となっている。本実施例は、図１５に示すように、初期現像剤１４Ｎの剤面が循環規定部材２４の重力方向の下端よりも上方に位置する構成となっている。
【００７４】
この時、現像室９に収容されている初期現像剤１４Ｎは、磁性キャリアの質量が４５ｇ、トナーの質量が５ｇ、Ｔ／Ｄ比が１０％なっている。評価条件は、画像形成装置を評価環境２５．０℃、５０％Ｒｈにて１日放置して当該環境になじませた後に行った。飛散評価は、４００枚のベタ白画像を連続的に印字した後の飛散した質量を測定することにより行った。表１に評価結果を示す。
【００７５】
【表１】
2016066056.tif 000003
【００７６】
本実施例は、４００枚連続印字後でも飛散量が１ｍｇ以下であり、ほとんど飛散していない結果である。これは、初期現像剤１４ＮのＴ／Ｄ比を、トナー濃度の自動制御を行っている時のＴ／Ｄ比よりも高く設定しているためである。その結果、現像室９に収容された現像剤の体積は、トナー濃度の自動制御を行っている時よりも高くなり、循環規定部材２４の重力方向下端と初期現像剤１４Ｎの剤面が接触することになるため、トナーの飛散が発生しない。
【００７７】
これに対して、比較例２は４００枚連続印字後の飛散量が２００ｍｇであり、非常に多くのトナー１２が飛散している。これらの飛散は、Ｔ／Ｄ比が低いため、初期回転時に現像室９にトナーが供給された時、図１６矢印（ｈ，ｉ，ｊ）に示す初期現像剤１４Ｎの剤面と循環規定部材２４の間隙から飛散しが発生した結果である。
【００７８】
以上の結果から、初期現像剤１４Ｎの剤面が循環規定部材２４の重力方向の下端よりも上方（上部）にある構成で、トナー１２の飛散を改善することができる。本実施例においては、初期現像剤１４ＮのＴ／Ｄ比を１０％としたが、初期現像剤として使用可能なＴ／Ｄ比の下限は、トナー濃度の自動制御を行った時のＴ／Ｄ比の上限で決まる。また、初期現像剤として使用可能なＴ／Ｄ比の上限は、トナー濃度の自動制御が可能であるＴ／Ｄ比の上限でありＴ／Ｄ比２０％である。ただし、装置構成によりＴ／Ｄ比の上限値は適宜変更するものである。
【実施例４】
【００７９】
実施例３の構成において、プロセスカートリッジ５１が傾いた場合も考慮し、Ｔ／Ｄ比が大きいプロセスカートリッジを用いる場合の方法について説明する。本実施例では、傾いた場合でも初期現像剤１４Ｎの剤面が重力に対する垂直方向全域で循環規定部材２４の重力方向下端よりも上部に来るように、Ｔ／Ｄ比を非常に大きくしている。このようにＴ／Ｄ比を大きくした場合、非画像部にトナーが付着するいわゆる「カブリ」が発生する可能性がある。ここで、上記の課題である、使用初期プロセスカートリッジの画像形成時におけるカブリのメカニズムについて説明する。
【００８０】
比較例３の構成は、プロセスカートリッジ５１が傾いた場合に、初期現像剤１４Ｎの剤面が、重力に対する垂直方向全域で循環規定部材２４の重力方向下端よりも上部にくるように、実施例３よりもＴ／Ｄ比を非常に高く設定している。この構成のとき、画像形成時においては、トナー１２への十分な帯電を施すことができず、カブリが発生してしまう。
【００８１】
そこで、本実施例４では、プロセスカートリッジ新品時において、印刷準備動作の前にトナーの吐き出し処理を行っている。本実施例４は、感光ドラムとクリーニング部材の新品検知を、プロセスカートリッジに設けた、例えば情報を記憶できる不揮発性メモリのような識別部材により、新品であるか否かを判断して行う。つまり、プロセスカートリッジが新品であるときは、新品の情報をメモリが記憶している。そして、カートリッジを装置本体に装着した際に、本体に設けられた本体電気接点で、メモリの情報を読みにいく。そして、メモリの情報が新品であるときは、カートリッジを新品と判断する。そして、その後、メモリ内の情報を新品でない情報に書き換える。
【００８２】
そして、このメモリの情報を読みにいく動作は、本体電源投入時、又は、本体ドア開閉時に行われる。尚、識別部材は、カートリッジに設けられたヒューズであってもよい。即ち、新品検知手段によって、ヒューズが溶断されていないことを検知した時は、カートリッジが新品であると判断する。そして、その後カートリッジが新品であると識別をしないようにヒューズを溶断する。
【００８３】
このカートリッジの新品検知動作は、本体電源投入時、又は、本体ドア開閉時に行われる。本実施例４におけるトナーの吐き出し処理は、ベタ黒画像を通紙せずに連続印字することで感光ドラム１へトナーを吐き出し、クリーニング部材８により感光ドラム１をクリーニングすることで行っている。図１７にトナー吐き出し処理を表す図を示した。
【００８４】
トナー吐き出し処理について、図１７を用いて以下に説明する。電源投入時または本体ドア開閉時（Ｓ２）、カートリッジが新品であるかを判断する（Ｓ３）。新品でない場合は、印刷準備動作（Ｓ１６）を開始する。新品である場合は、駆動モータを駆動し（Ｓ４）、現像スリーブ１６と感光ドラム１を回転させる（Ｓ５）。その後、現像スリーブ１６に現像バイアスを印加し（Ｓ６）、続いて、帯電ローラ２に帯電バイアスを印加し（Ｓ７）、感光ドラム１表面を一様に帯電する。続いて、露光手段としてのレーザビームスキャナ３から出力されたレーザビームにより、感光ドラム１を露光することで、感光ドラム１上にベタ黒画像に対応した静電潜像を形成する（Ｓ８）。
【００８５】
この形成された静電潜像上に、現像スリーブ１６上のトナーを付着させ、ベタ黒画像に対応したトナー像を現像させる（Ｓ９）。感光ドラム１上に付着したトナー像は、クリーニング部材８によりクリーニングされる（Ｓ１０）。ベタ黒画像に対応した静電潜像を所定枚数分形成した後、感光ドラム１への露光を停止させる（Ｓ１１）。ここでの所定枚数とは、トナーの吐き出し量に相当するベタ黒画像の枚数である。
【００８６】
続いて、所定枚数分のベタ黒画像に対応してトナー像を現像させた後、帯電バイアス、現像バイアスの順でバイアスの印加をやめ（Ｓ１２，Ｓ１３）、続いて、駆動モータを停止させる（Ｓ１４）。その後、新品履歴情報を消去し（Ｓ１５）、印刷準備動作を開始する（Ｓ１６）。
【００８７】
＜実験２  カブリ評価＞
実施例４と比較例３の構成において、プロセスカートリッジ初期使用時におけるカブリ差評価を行った。実施例４及び比較例３は、同一の現像構成となっている。すなわち、現像室９内に収容されている初期現像剤１４Ｎが磁性キャリアの質量が４５ｇ、トナーの質量が５ｇ、Ｔ／Ｄ比が１０％となる時にトナー濃度の安定点を迎える構成である。本実施例における初期現像剤１４Ｎは、磁性キャリアの質量が４５ｇ、トナーの質量が７ｇ、Ｔ／Ｄ比が１３．５％なっている。
【００８８】
実施例４のプロセスカートリッジ初期使用時のシーケンスを図１７に示した。実施例４は、図１７に示す手順でトナーの吐き出しを行う構成になっている。本実施例において、静電潜像およびトナー像を形成する所定枚数は７枚とした。本実施例は新品カートリッジ装着時に、トナーの吐き出しを行う構成になっている。これに対して、比較例３は、新品カートリッジ装着時にトナーの吐き出しを行わない構成になっている。本実施例におけるベタ黒画像に対応した静電潜像及びトナー像を形成する所定枚数は、カブリが良好となるＴ／Ｄ比１０％程度になるために必要な時間である。
【００８９】
図１８にトナー吐き出し時に形成するベタ黒画像に対応した静電潜像及びトナー像の枚数に対するＴ／Ｄ比の推移を表すグラフを示す。図１８より、初期現像剤のＴ／Ｄ比が１３．５％にある場合、ベタ黒画像に対応した静電潜像及びトナー像を７枚分形成した時に、Ｔ／Ｄ比が１０％を下回ることが分かる。
【００９０】
評価条件は、画像形成装置を評価環境２５．０℃、５０％Ｒｈにて１日放置して当該環境になじませた後に行った。カブリ差評価は初期プリント時において、ベタ白画像を１００枚連続印字した後に、その１枚目、５０枚目、１００枚目のベタ白画像を用いた。評価は前述のベタ白画像の左上端、右上端、中央、左下端、右下端の５点をフォトボルト反射濃度計（ＴＣ−６ＤＳ／東京電色株式会社製）で反射濃度を測定し、その平均値をもって評価した。表２に評価結果を示す。
【００９１】
【表２】
2016066056.tif 000004
【００９２】
本実施例は１枚目から反射濃度が低く、１００枚目までほとんど変化していない結果である。これは、本実施例の構成では初期プリント前（画像形成前）に、ベタ黒画像に対応した静電潜像及びトナー像を７枚分形成し、クリーニング部材８により回収している。これにより、トナーを２．１ｇ（ベタ黒印字時の使用トナー０．３ｇ／１枚）吐き出しているため、初期プリント時のＴ／Ｄ比が、１０％程度となっている。
【００９３】
これに対して、比較例３は１枚目から反射濃度が高く、１００枚印字しても反射濃度は高いままである。これは、初期プリント前にトナーを吐き出さないことで、画像形成時のＴ／Ｄ比よりも高いＴ／Ｄ比でベタ白画像を印字しているためである。Ｔ／Ｄ比が画像形成時のＴ／Ｄ比よりも高いと、トナーへの帯電が不十分となり、反射濃度の高いカブった状態となる。以上の結果から、本実施例構成にすることで、プロセスカートリッジ初期使用時からカブリの良好な画像を提供することができる。
【００９４】
また、本実施例においては、ベタ黒画像に対応した静電潜像及びトナー像を７枚分形成し、記録材に転写することなく（画像形成前に）、クリーニング部材８により回収する。このようにトナー吐き出し処理を行ったが、初期現像剤のＴ／Ｄ比は、トナーが良好となるＴ／Ｄ比または現像剤量により決まるものである。従って、トナー吐き出し処理時に形成する画像パターンおよび枚数は、これに限られるものではない。以上より、Ｔ／Ｄ比が大きいプロセスカートリッジを用いる場合であっても、トナー飛散を低減し、カブリを低減して画像形成を行うことができる。
【実施例５】
【００９５】
実施例５では、現像スリーブにトナーを汲み上げる構成の現像装置について説明する。まず、実施例５の画像形成装置の概略構成を図２０に示す。図２０では、画像形成装置が通常の設置状態であるものを示しており、図面の上下が重力方向になり、図面の左右が水平方向になる。
【００９６】
装置本体５０の中央に、被帯電体としてのドラム型の像担持体（以下、感光ドラム１という）が配設されている。本実施の形態に係る装置本体５０では、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置４、クリーニング部材８の４つのプロセス機器が一体的に組み込まれたプロセスカートリッジが、装置本体５０に対して着脱交換可能な構成になっている。
【００９７】
＜現像装置の構成概要：２＞
現像装置４について、図１９を用いて説明する。図１９は、プロセスカートリッジ５１を装置本体５０内に装着した時の姿勢での現像装置４の断面図である。矢印Ｙが示す方向が重力方向を示し、以下、下方向という。下方向から１８０°回転させた方向を上方向といい、下方向から９０度回転させた矢印Ｘの方向を右方向、右方向から１８０°回転させた方向を左方向という。現像装置４は、現像室９とトナー室１０とで構成され、トナー室１０のトナー供給開口（第２開口）１１を介してつながっている。
【００９８】
取り込み開口２６（第１開口）は、本実施例ではトナー供給開口と同じ位置になる。現像室９にはトナーと磁性キャリア（磁性粒子）からなる現像剤１４で現像剤を収容する空間を満している。ここで現像室９は、現像スリーブ１６の周囲で、かつ、現像装置４の枠体に囲まれている部分の空間と、後述するトナーバッファー部１３を含めて本明細書では現像室９として説明する。またトナー室１０に含まれるトナー量は、トナー剤面（又は、第１のトナー表面）がトナー供給開口１１の下端よりも重力方向において下方になっている。また、このような配置になるように、現像装置の新品時のトナー量が調整されている。
【００９９】
また、磁性部材であるマグネットロール１５を内包した現像スリーブ１６を有し、マグネットロール１５は現像室９に対して固定、現像スリーブ１６は回転可能に配されている。現像スリーブ１６は、マグネットロール１５の磁気力により、現像剤１４を担持、矢印Ｒ２方向に回転する。現像スリーブ１６に２５０μｍの間隙をもって配された非磁性のＳＵＳからなる規制部材１７により、現像スリーブ１６上の現像剤１４は物理的に規制され、現像剤１４からなる磁気穂層を形成し、現像領域に搬送される。
【０１００】
現像時には、現像スリーブ１６に、直流と交流の重畳電圧である現像バイアス電圧が印加され、現像領域では磁性粒子で形成される磁気穂と感光ドラム１とが接触状態にある。そして、接触状態において、磁気穂中のトナーが、感光ドラム１上の静電潜像にトナー像として現像される。
【０１０１】
本実施例での現像スリーブ１６の外径はφ１４のものを使用し、現像バイアスは、交流成分が周波数３．０ｋＨｚ、振幅１．５ｋＶ、直流成分が−４００Ｖの矩形電圧を印加した。現像されることで、トナーが消費されることにより現像室９内のトナー濃度が低下する。低下した現像室９内のトナー濃度は、トナー室１０から現像室９に、トナー搬送手段１８により、トナー１２が供給されることで所定の範囲に制御される。
【０１０２】
また、トナー供給開口１１と隣接してトナーバッファー部１３が設けられている。トナーバッファー部１３には、トナー室１０にあるトナーのうち、トナー供給に必要最低限のトナーがすぐ使用できるように保持している。つまり、現像室９のトナーバッファー部に大量のトナーが汲み上げられても、トナーは現像剤との界面２２より現像剤側に容易に移動できない。そのためトナーと現像剤の界面とトナー供給開口１１の間にトナーが溜まることになる。
【０１０３】
しかし、大量に汲み上げられている場合は界面とトナーバッファー部１３の底部とで形成される凹部にトナーが充満し溢れる状態になる。このため、トナー供給開口１１からあふれたトナーはトナー室１０に落下することなる。これによって、現像室９のトナーバッファー部１３でトナー量が調整されている。本実施例では、紙面上全域でのべた黒画像１０枚分のトナー量が確保されるように、トナーバッファー部１３を設置している。具体的にはトナーバッファー部１３の長さ（トナー供給開口１１から現像剤が満たされている領域（界面２２）までの長さ）は１０ｍｍとした。
【０１０４】
本実施例のトナー搬送手段１８は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）シート１９の片端が回転軸２０に固定され、トナー室１０内に回転軸中心に回転可能に配されている。トナー搬送手段１８は、回転軸２０を中心に矢印Ｒ３方向に回転することにより、トナー室１０内壁に設けられた凸部２１によって、ＰＥＴシート１９が撓む。さらにＰＥＴシート１９の自由端が凸部２１を通過後に解放されることで、ＰＥＴシート１９がトナー１２を跳ね上げ、トナー室のトナー供給開口１１を介して、現像室９にトナーが供給される。
【０１０５】
本実施例では現像室内の現像剤１４のトナー濃度を自動的に所定の範囲に制御することもできる。トナー濃度の自動制御について説明する。まず、現像されることで現像室９内のトナー濃度が低下し、現像室内の現像剤１４の体積が減少する。次に、トナー搬送手段１８によりトナーバッファー部１３に供給されたトナー１２が、現像室内の現像剤１４の体積が減った分だけ、現像室９に取りこまれる。このように、現像に使われて減ったトナー量だけ、トナー供給が行われるので、トナー濃度を自動的に所定の範囲に制御することが可能となる。
【０１０６】
このように２成分現像法を用いた現像装置の中で、本実施例の現像装置は、現像室９内を現像剤は長手方向に循環させていない構成である。このような構成では、例えば低温低湿環境などでトナー流動性が低下した場合、トナー供給部付近でのトナー凝集塊による濃度ムラ画像（縦帯画像）が発生しやすい。このような場合、本実施例のトナー搬送手段１８によってトナー室１０からトナーを跳ね上げてトナー供給する構成が有効となる。
【０１０７】
本実施例の構成が有効となる理由には２つある。１つ目として、トナー搬送手段１８によってトナーを跳ね上げることでトナーがほぐされ、トナーバッファー部１３に流動性の高い状態のトナーを供給することができるからである。２つ目として、トナーバッファー部１３にはトナー供給に必要な少量のトナーしか存在しないので、トナーの自重による重みが比較的小さく、トナー凝集塊が発生しにくい構成になっているからである。
【０１０８】
よって画像形成装置が低温低湿環境に設置されて、トナー１２の流動性が落ちるような場合でも、長手全域に渡って安定してトナー供給することができ、長手方向での濃度ムラ画像（縦帯画像）の発生を低減することができる。
【０１０９】
比較例４の構成を、図２１を用いて説明する。図１９の構成ではトナー搬送手段１８によって跳ね上げて搬送したトナー１２を供給用トナーとしていた。しかし、図２１の構成では、トナー室１０のトナー剤面（トナー表面）は、トナー供給開口１１よりも上にある構成になっている。そのため、トナーが消費され、トナー剤面が下がってくると、トナー剤面の位置がトナー供給開口１１の横になる。よって、トナーバッファー部１３およびその周辺のトナー室１０は常にトナーで満たされている。
【０１１０】
その結果、トナーの自重による重みがトナーバッファー部１３にかかりやすい状態にある。また、低温低湿環境でトナー流動性が低下した場合にも、そのまま流動性が低い状態のトナーが供給用トナーとして使われる構成になっている。
【０１１１】
実施例５および比較例４の構成で、印字率４％相当の横線画像における耐久試験を行った。表３にハーフトーン画像上における、耐久枚数と濃度ムラ画像（縦帯画像）の関係を示す。
【０１１２】
【表３】
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【０１１３】
表３のように、実施例５では設置環境によらず濃度ムラ画像発生しなかった。また比較例４の設置環境（温度２３℃／湿度５０％）でも濃度ムラ画像は発生しなかったが、比較例４の設置環境（温度１５℃／湿度１０％）では濃度ムラ画像発生した。これは、トナーバッファー部１３の長手の一部分でトナーの凝集塊が発生し、トナー供給が妨げられ、現像室内のトナー濃度が長手で不均一になったためである。
【０１１４】
トナーの凝集塊が発生した理由は、まず、低温低湿環境でトナー帯電量が増えることにより、トナーどうしの静電凝集力が強く、トナーの流動性が低い状態になる。実施例５ではトナー搬送手段１８によってトナーを跳ね上げて供給することで、トナーの流動性の高めることができるが、比較例４ではトナーの流動性が低いまま供給されるので凝集塊が発生しやすい状況だった。さらに、比較例４の構成は、トナー室内のトナーの重みがトナーバッファー部１３にかかってしまう構成なので、トナーバッファー部１３でトナーが動きにくく、凝集塊が発生しやすい状況だったからである。
【０１１５】
また、本実施例では低温低湿環境でトナー凝集塊が発生しやすい性質を持ったトナーを用いたため表３のような結果になったが、使用するトナーの種類（製法の違いや外添種の違いなど）によっては高温高湿環境でトナー凝集塊が発生する場合もある。このような状況においても、実施例５の構成にすればトナー凝集塊が発生しにくく、有利な構成となる。
【０１１６】
＜第１のトナー表面と他の構成の位置関係＞
トナー室のトナーのトナー剤面（第１のトナー表面）と他の構成要件との位置関係について、実施例５の構成をもとに図２６を用いて説明する。第１のトナー表面（Ｇ２）は、現像室９のトナーバッファー部１３に溜まっているトナーで形成されるトナー表面（第２のトナー表面Ｇ６）よりも重力方向で下方に位置する。このため、トナーバッファー部１３に保持するトナー量を少なくすることができるため、トナーの自重による凝集を低減することができる。
【０１１７】
また、第２のトナー表面（Ｇ６）よりも現像剤とトナーの境界面２２の上端は、重力方向の下方に位置する。これはトナーバッファー部１３に取り込む速度に対して十分なトナーが供給されていることを意味する。第２のトナー表面は、現像スリーブ１６と上端（Ｇ７）と下端（Ｇ４）の間にある。これは、現像スリーブ１６に担持する現像剤にトナーを効率よく供給するために境界面と現像スリーブ１６の回転中心を単一の水平面上に配置するためである。つまり、境界面の近傍に第２のトナー表面が形成されるため、境界面の位置が決まれば、第２のトナー表面が決まることなる。境界面の下端（Ｇ５）は、第１のトナー表面や現像スリーブ１６下端よりも上方に位置する。
【０１１８】
現像室の底部（Ｇ３）は、トナー室のトナーで形成される第１のトナー表面（Ｇ２）よりも重力方向において上方に位置する。感光体などに現像するための位置が上方にある場合に、現像室も上方に設置する必要があるためである。本実施例では、トナー室の底部（Ｇ１）は、現像室の底部（Ｇ３）よりも重力方向で下方に位置する。
【実施例６】
【０１１９】
実施例６について図３を用いて説明する。本実施例では図３のように、現像室のトナーバッファー部１３付近の構成が実施例５と異なっており、現像室内の現像剤のトナー濃度の自動制御するためのメカニズムも異なっている。その他の構成は実施例５と同じであるため、説明は省略する。実施例６のような構成でも実施例５と同様に、トナー搬送手段１８によってトナーを跳ね上げてトナー供給を行うことで、トナー供給部付近でのトナーの凝集塊の発生を防ぎ、トナー供給ムラによる濃度ムラ画像（縦帯画像）の発生を低減することができる。
【０１２０】
＜現像装置の構成概要：３＞
現像装置４について、図３を用いて説明する。図３は、プロセスカートリッジ５１を装置本体５０内に装着した時の姿勢での現像装置４の断面図である。現像装置４は、現像室９とトナー室１０とで構成され、トナー供給開口１１を介してつながっている。現像室９は、トナーと磁性キャリア（又は磁性粒子）からなる現像剤１４を収容する空間が、トナー供給開口１１の重力方向の下方に設けられ、使用時は現像剤が満たされている。
【０１２１】
ここで、トナー室１０から現像室９に、トナー搬送手段１８により、トナー室に収容されているトナー１２がトナー室１０のトナー供給開口１１を通過して現像室９に供給される。供給されたトナーは、現像剤に取り込まれ、現像室９内のトナー濃度が所定の範囲になる。
【０１２２】
比較例５の構成を、図２２を用いて説明する。図２２の構成では、トナー室１０のトナー剤面は、トナー供給開口１１よりも上にある構成になっている。よってトナーバッファー部１３およびその周辺のトナー室１０は常にトナー１２で満たされている。その結果、トナーの自重による重みがトナーバッファー部１３にかかりやすい状態にある。また、低温低湿環境でトナー流動性が低下した場合にも、そのまま流動性が低い状態のトナーが供給用トナーとして使われる構成になっている。
【０１２３】
実施例６および比較例５のような構成で、印字率４％相当の横線画像における耐久試験を行った。表４にハーフトーン画像上における、耐久枚数と濃度ムラ画像（縦帯画像）の関係を示す。
【０１２４】
【表４】
2016066056.tif 000006
【０１２５】
表４のように、実施例６では設置環境によらず濃度ムラ画像発生しなかった。また、比較例５の設置環境（温度２３℃／湿度５０％）では濃度ムラ画像は発生しなかったが、比較例５の設置環境（温度１５℃／湿度１０％）では濃度ムラ画像発生した。これはトナーバッファー部１３の長手の一部分でトナーの凝集塊が発生し、トナー供給が妨げられ、現像室内のトナー濃度が長手で不均一になったためである。
【０１２６】
トナーの凝集塊が発生した理由は、まず、低温低湿環境でトナー帯電量が増えることにより、トナーどうしの静電凝集力が強く、トナーの流動性が低い状態になる。実施例６ではトナー搬送手段１８によってトナーを跳ね上げて供給することで、トナーの流動性の高めることができるが、比較例５ではトナーの流動性が低いまま供給されるので凝集塊が発生しやすい状況だった。さらに、比較例５の構成は、トナー室１０内のトナーの重みがトナーバッファー部１３にかかってしまう構成なので、トナーバッファー部１３でトナーが動きにくく、凝集塊が発生しやすい状況だったからである。
【０１２７】
また、本実施例では低温低湿環境でトナー凝集塊が発生しやすい性質を持ったトナーを用いたが、トナーによっては高温高湿環境でトナー凝集塊が発生する場合もある。このような状況においても、実施例６の構成にすればトナー凝集塊が発生しにくく、有利な構成となる。
【実施例７】
【０１２８】
実施例７について図２３を用いて説明する。本実施例では図２３のように、実施例６の構成から現像室９に現像剤撹拌部材２８を追加し、その搬送力によって現像室９へのトナー取り込み循環を作っている。実施例６のように取り込み循環に磁力は用いていない。その他の構成は実施例６と同じである。実施例７のような構成でも実施例５、６と同様に、トナー搬送手段１８によってトナーを跳ね上げてトナー供給を行うことで、トナー供給部付近でのトナーの凝集塊の発生を防ぎ、トナー供給ムラによる濃度ムラ画像（縦帯画像）の発生を防ぐことができる。
【０１２９】
図２３、２４を用いて実施例７の構成、および、トナー濃度の自動制御について説明する。 図２３に示すように、現像室９の内部において、現像剤１４とトナー１２との境界面２２以下は現像剤１４で満たされている。以下、現像剤撹拌部材２８による搬送力が及ぶ領域と現像剤撹拌部材２８による搬送力が及ばない領域との境界面を取り込み面２２という。トナー室１０からトナー搬送手段１８により、トナー供給開口１１を経て、現像室９に供給されたトナーのうち、取り込み面２２以下に供給されたトナーは、現像剤撹拌部材２８の回転搬送力による矢印Ａ方向の力により現像剤に取り込まれる。
【０１３０】
本実施例の特徴は、現像室９内の取り込み面２２以下が現像剤１４で満たされており、取り込み面２２が一定の位置にあることで、現像剤１４の体積が一定に制御される構成にある。これは同時に、磁性キャリアの量が一定である場合、現像剤１４の体積とトナー濃度は一対一の相関があるため、トナー濃度が一定になるように自動的に制御される構成ということである。
【０１３１】
本実施例では、現像剤撹拌部材２８は外径ａが１２ｍｍ、内径ｂが６ｍｍの十字型の形状をしたものを用い、２００ｒｐｍで回転駆動させている。現像剤撹拌部材の最外面と現像スリーブ、および現像容器内面との間隔は１ｍｍとした。また、循環規定部材２４は下端が現像剤撹拌部材２８の回転中心よりトナー供給開口１１側でかつ上方に位置し、さらに、現像スリーブ１６上端より下になるように配置した。さらに本実施例では、初期状態においてトナー濃度７％の現像剤１４を用い、取り込み面２２の位置が循環規定部材２４の下端ｔ（図２４）にくるように現像室９に充填した。
【０１３２】
トナー１２を現像剤１４へ取り込む構成とメカニズムについて説明する。上記の構成において、現像スリーブ１６および現像剤撹拌部材２８を回転させた時の現像剤１４の動きを図２４に示す。現像剤撹拌部材２８が矢印Ｒ４方向に回転することで、現像室内の現像剤は矢印ＡＢＣＤのような循環を生じる。矢印Ａの領域の上部にはトナーが配置されており、トナーが重力により取り込み面２２以下の現像剤が循環している領域に供給されると、現像剤撹拌部材２８による矢印Ａ方向の搬送力により、トナー１２が現像剤１４に取り込まれる。
【０１３３】
現像剤１４に取り込まれたトナー１２は、矢印ＢとＣに示された領域で磁性キャリアと混合・撹拌されて、十分な電荷を獲得し、現像剤１４として現像スリーブ１６へと供給される。また、現像後、現像室９内に戻ってきた現像剤１４は、現像剤撹拌部材２８による矢印Ｄの循環により、現像スリーブ１６から剥ぎ取られ、再び矢印Ａ領域へと搬送される。
【０１３４】
次に、トナーの取り込みを停止するメカニズムを以下に示す。上記に説明した取り込み循環により、現像剤１４中にトナー１２を取り込むことで、トナー濃度が上昇し、現像剤１４の体積も増加する。現像室９は現像剤１４で満たされているため、現像剤１４の体積が増加することで、取り込み面２２まで現像剤１４で満たされる。現像剤撹拌部材２８の上方には循環規定部材２４が配置されており、循環規定部材２４の下端ｔの位置で現像剤撹拌部材２８による現像剤１４の循環が規制される。
【０１３５】
すなわち、循環規定部材２４が配置されていることで循環規定部材２４の下端ｔより上には現像剤撹拌部材２８による搬送力が及ばない。また、循環規定部材２４があることによりトナー１２が現像スリーブ１６に直接供給されることがない。よって、取り込み面２２まで現像剤１４で満たされるとそれ以上においては、現像剤撹拌部材２８による循環が作用しない為、トナー１２の現像剤１４への取り込みは停止する。
【０１３６】
特に、本実施例においては、循環規定部材２４の下端ｔが現像剤撹拌部材２８の回転中心を通る鉛直線ｖより左側（トナー供給開口側）になるように配置している。このため、取り込み面２２の現像剤１４は矢印Ａ方向のような左下方の力を受ける。取り込み面２２において現像剤１４は、重力方向に対して逆方向の力が受けることがない。このため、取り込み面２２が安定し、その結果、トナー濃度が安定しやすくなる。
【０１３７】
実施例７の構成も、実施例５と同じく現像室９内の現像剤を長手方向に循環させていない構成なので、トナー供給部付近でのトナー凝集塊による濃度ムラ画像（縦帯画像）が発生しやすい。よって本実施例のように、トナー搬送手段１８によってトナー室１０からトナーを跳ね上げてトナー供給する構成が有効となる。もちろん、部品点数が増えてしまうが、長手方向に循環させるスクリューなどをトナー搬送手段１８とあわせて設けてもよい。
【０１３８】
比較例６の構成を、図２５を用いて説明する。図２５の構成では、トナー室１０のトナー剤面は、トナー供給開口１１よりも上にある構成になっている。よってトナーバッファー部１３およびその周辺のトナー室１０は常にトナーで満たされている。その結果、トナーの自重による重みがトナーバッファー部１３にかかりやすい状態にある。また、低温低湿環境でトナー流動性が低下した場合にも、そのまま流動性が低い状態のトナーが供給用トナーとして使われる構成になっている。
【０１３９】
実施例７および比較例６のような構成で、印字率４％相当の横線画像における耐久試験を行った。表５にハーフトーン画像上における、耐久枚数と濃度ムラ画像（縦帯画像）の関係を示す。
【０１４０】
【表５】
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【０１４１】
表５のように、実施例７では設置環境によらず濃度ムラ画像発生しなかった。また、比較例６の設置環境（温度２３℃／湿度５０％）では縦帯画像は発生しなかったが、比較例６の設置環境（温度１５℃／湿度１０％）では濃度ムラ画像発生した。これはトナーバッファー部１３の長手の一部分でトナーの凝集塊が発生し、トナー供給が妨げられ、現像室９内のトナー濃度が長手で不均一になったためである。トナーの凝集塊が発生した理由は、まず、低温低湿環境でトナー帯電量が増えることにより、トナーどうしの静電凝集力が強く、トナーの流動性が低い状態になる。
【０１４２】
実施例７ではトナー搬送手段１８によってトナーを跳ね上げて供給することで、トナーの流動性の高めることができるが、比較例６ではトナーの流動性が低いまま供給されるので凝集塊が発生しやすい状況だった。さらに、比較例６の構成は、トナー室１０内のトナーの重みがトナーバッファー部１３にかかってしまう構成なので、トナーバッファー部１３でトナーが動きにくく、凝集塊が発生しやすい状況だったからである。
【実施例８】
【０１４３】
実施例８は、実施例２の変形例であり、トナー取り込み循環を安定化させている。まず、トナー取り込み循環の安定化について説明する。
【０１４４】
＜トナー取り込み循環の安定化＞
本実施例の特徴であるトナー取り込み循環の安定化について説明する。トナー取り込み循環の安定化には、現像剤１４の状態に依らず、取り込み循環の循環速度を一定に保つ必要がある。その為、図２７に示すように、トナー供給開口１１の下端部から延在した循環返し部２７は、急勾配部２７ｂから循環案内部２７ａへと現像スリーブ１６中心へ近づく方向へ循環返し角度θを持つ構成となっている。
【０１４５】
ここで、循環案内部２７ａと急勾配部２７ｂとの成す循環返し角度θは、９０°未満になると取込循環の矢印Ｂ方向から矢印Ｃ方向への流れを阻害してしまい、１８０°以上になると効果が全くない。そのために、循環案内部２７ａ及び急勾配部２７ｂとで形成される『第１角度』としての循環返し角度θは、９０°以上１８０°未満に設定される。
【０１４６】
循環案内部２７ａと急勾配部２７ｂとの成す循環返し角度θは、より望ましくは後述する循環案内部２７ａの水平方向からの角度βが現像剤の安息角以下となるように角度θの上限値を設定する。このことで、取込循環の矢印Ｂ方向に現像剤１４が動きやすくなりトナー取込循環が良好となる。
【０１４７】
本実施例においては角度θを１１５°としている。循環案内部２７ａと急勾配部２７ｂの接点は、循環規定部材２４（循環規制部材）の下端部に対して重力方向の上側に配置された場合、循環案内部２７ａ上でトナー取込循環の矢印Ｃ方向の流れが発生する為に取込循環が安定しない。また、循環案内部２７ａと急勾配部２７ｂの接点は、現像スリーブ１６の下端部よりも下側に配置された場合、循環案内部２７ａ上で反転流が発生しない。
【０１４８】
よって、循環案内部２７ａと急勾配部２７ｂの接点は、循環規定部材２４の下端２４ｚに対して重力方向で下側、現像スリーブ１６の下端１６ｚ１に対して重力方向で上側に配置される必要がある。本実施例では、循環案内部２７ａと急勾配部２７ｂの接点は、重力方向の距離で循環規定部材２４の下端２４ｚに対して４ｍｍ下側に配置されている。循環案内部２７ａの水平方向からの角度βとするとβ＝４°であり、取込極Ｓ２と現像スリーブ１６の中心１６ｘを結んだ直線の水平面からの角度とβを揃えることで、現像剤１４の穂立ちの向きと循環案内部２７ａの向きを揃えている。
【０１４９】
また、循環案内部２７ａと現像スリーブ１６との最近接距離は少なくとも現像スリーブ１６と規制部材１７のギャップである２５０μｍ以上必要であり、本実施例の構成では、２．０ｍｍとしている。また、循環案内部２７ａの幅が４ｍｍ以上になると、現像スリーブ１６から離れることでマグネットロール１５の磁気吸引力が低下し、トナー取込循環の矢印Ｄ方向の流れが発生しなくなったため、本実施例では２．０ｍｍとしている。
【０１５０】
取込極Ｓ２は、循環案内部２７ａの現像スリーブ１６との最近接の位置と現像スリーブ１６の中心１６ｘとを結ぶ直線に対して５度だけ現像スリーブ１６の回転方向に対して上流側に配置している。
【０１５１】
図２８（ａ）は、本実施例に係る循環返し角度θのある構成でのトナーの動きを示す概略図である。図２８（ｂ）は、後述する比較例７に示す循環返し角度θが無い構成での現像剤の動きを示す概略図である。この図２８を参照しつつ、トナー取込循環の矢印Ｂ方向の現像剤の動きについて説明する。
【０１５２】
図２８（ａ）のように、循環返し角度θがあることで、循環案内部２７ａ上の矢印Ｂ方向に循環する任意粒子Ｐ１は矢印Ｂ方向の取込循環と同じ向きの力を受ける。矢印Ｂ方向に循環する現像剤の粒子が受ける力の方向が揃っていることで、矢印Ｂ方向の力は分散されにくいため、好適な矢印Ｂ方向の循環が形成される。また、矢印Ｂ方向の力は分散されにくいため、矢印Ｂ方向の流れの速度は現像剤の流動性の影響を受けにくい。
【０１５３】
以上から、循環返し部２７の角度θがあることで、トナー取込の循環Ｂの流れが循環案内部２７ａ上に沿って発生し、トナー取込の循環Ｃの流れが急勾配部２７ｂ上に沿って発生し、トナー取込循環が安定する。
【０１５４】
一方、図２８（ｂ）のように循環返し角度θの無い構成では、任意の粒子Ｐ２は矢印Ｂ方向とは異なるベクトルの力を受ける。取込循環Ｂと異なるベクトルを受けることで、トナー取込の循環Ｂの方向へのＰ２の速度がＰ１の速度と比較して遅くなる。加えて、循環Ｂに寄与する現像剤の運動方向が現像剤の各粒子で異なるために、取り込み循環Ｂの力は分散されてしまい、現像剤の流動性が低い状態では粒子間の摩擦力が高くなる為、よりトナー取込の循環の速度が遅くなる。
【０１５５】
図２９は、実施例８の循環返し角度θがある構成と、比較例７の循環返し角度θがない構成とで、プリント枚数による画像濃度差を比較したグラフである。横軸は印字率１％の横線画像のプリント枚数、縦軸は画像濃度差を表しており、プリント１０００枚毎に以下の画像をプリントすることで画像濃度差を測定した。ただし、画像濃度差とは、画像中央から右側を印字率１００％、左側を印字率０％の画像を３枚プリントしたのちに、印字率５０％のハーフトーン画像をプリントした時の画像左右の濃度差である。
【０１５６】
比較例７は印字枚数が増加すると徐々に画像濃度差が増加し３０００枚通紙すると０．１以上の濃度差が発生したのに対し、本実施例では印字枚数に依らず安定している。３０００枚通紙した現像剤１４は、トナー１２の外添剤の埋め込まれやキャリア表面にトナーの微粉成分や外添剤が付着するなどの影響で流動性が低下する。
【０１５７】
比較例７では、流動性が低下することで、トナー取り込み循環Ｂの現像剤が動きにくくなり流れの速度が決定する。トナー取り込み循環Ｂの領域での現像剤１４の循環速度が低下することでトナー１２の取り込み能力が低下し、濃度ムラが悪化したと考えられる。
【０１５８】
一方、本実施例では、トナー取り込み循環Ｂの流れは、循環案内部２７ａに沿って流れる現像剤１４の流動性が低下した場合でも循環案内部２７ａがある。このことによって、トナー取り込み循環の現像剤１４の循環の速度低下を軽減させることができ、耐久を通して循環を安定させることができる。
【０１５９】
以上の結果から、本実施例の構成にすることで、現像剤１４の劣化による現像剤１４の流動性が変化した場合でも、トナー取り込み循環の速度を一定に保つ。このことで、トナー１２の取込速度が低下することを防ぎ、トナー１２の取込不良による濃度ムラなどの画像弊害の発生を防ぐことができる。
【０１６０】
また、本実施例では角度βを４°としているが、急勾配部２７ｂと水平線との成す角度α＝１８０−θ＋βが安息角以上となるようにβを設定すれば、循環が安定し本発明の効果は得られる。
【０１６１】
図３０は、実施例８の変形例に係る現像装置の断面図である。図３０の実線のように、循環返し部２７は、循環案内部２７ａと急勾配部２７ｂが、トナー室１０側に凸状になるように連続的に湾曲して形成されるように構成されても良い。循環返し部２７に接している点線は実施例８に係る循環案内部２７ａと急勾配部２７ｂの形状である。こうした構成でも同様の効果が得られる。
【実施例９】
【０１６２】
図３１は、実施例９に係る現像装置の断面図である。現像室９に、現像剤１４を撹拌する為の撹拌部材２９と、急勾配部２７ｂから循環規定部材２４の方向に延在した長手方向で均一な幅１．５ｍｍの方向転換部３０を有する。その他の構成は実施例８と同じである。撹拌部材２９は、軸方向と垂直な断面視で菱型の長手で均一な形状で、現像スリーブ１６との対向面に対してカウンター方向（図３１中、矢印Ｒ３方向）に回転する。
【０１６３】
撹拌の対称軸の長さは８ｍｍと６ｍｍであり、撹拌の周速は４００ｒｐｍとなっている。また、実施例９の構成では現像剤１４が矢印Ｃ方向に押し上げられた先に方向転換部３０が存在する。この方向転換部３０は、循環案内部２７ａの上方の急勾配部２７ｂの上部から現像スリーブ１６に近い位置へと広がり、磁性キャリアの流れを方向転換する。
【０１６４】
方向転換部３０の水平面からの角度φは０°以下になるとトナー取込循環を阻害し、９０°以上になると効果が無くなる。そのため、方向転換部３０が水平面に対して有する第２角度Φは、水平面に対して０°よりも大きく９０°よりも小さく設定される。ここでは、第２角度Φは、１５°としている。
【０１６５】
実施例８では、現像剤１４が劣化し現像剤１４の流動性が変化した状態でも濃度ムラは発生しない。しかし、プリントされずに長時間放置された状態では、トナー１２や現像剤１４が凝集しトナー１２の取込速度が低下することで、画像濃度ムラが発生する場合がある。
【０１６６】
長期放置されトナー１２が凝集した状態では、図２７の急勾配部２７ｂ上にトナーが凝集し、凝集したトナーにトナー取込循環の現像剤が接触することでトナー取込循環の矢印Ｃへの流れが阻害され、長手方向のトナー１２の取りこみムラが発生する場合がある。
【０１６７】
それに対して、図３１の方向転換部３０が存在することで、トナー１２と現像剤１４が矢印Ｃの領域で接触しないようにする。このことで、図３１の矢印Ｃ方向の流れがトナーによって妨げられることを防ぎ、矢印Ｃ方向から矢印Ｄ方向へ向かう現像剤１４の循環が長手方向で均一となる。よって、長手方向でトナー取込循環の大きさが変化することによるトナー１２の取込ムラを防ぐことができる。
【０１６８】
また、長期放置され凝集した現像室９内の現像剤１４は、現像剤１４の一部が動きにくい状態になっている。その為、図２７の現像室９と取込循環の接続部であるトナー取込循環の矢印Ａから矢印Ｂの位置で現像剤間の摩擦力が増加し、循環速度が低下することがある。
【０１６９】
この循環速度の低下を抑制するために、現像室９の内部における現像スリーブ１６の下方（現像剤空間９Ｊの内部）には、現像剤空間９Ｊの磁性キャリアを撹拌する撹拌部材２９が配置される。そして、撹拌部材２９が回転することで、現像室９内の現像剤が撹拌されることに加え、現像室９内の現像剤１４との一部が循環案内部２７ａ上に押し出される。このことで、現像室９内の現像剤１４と循環案内部２７ａの現像剤１４の一部が入れ替わり、現像剤１４の凝集状態が解消される。これにより、トナー取込循環の矢印Ａから矢印Ｂの領域の現像剤１４の循環速度が放置時間によって変化しない。
【０１７０】
図３２は、実施例８と実施例９の構成において、印字率１％の横線画像を３０００枚通紙した後の６時間放置前後での画像濃度差の結果である。ただし、ここでいう画像濃度差とは、画像中央から右側を印字率１００％、左側を印字率０％の画像を３枚プリントしたのちに、印字率５０％のハーフトーン画像をプリントした時の画像左右の濃度差である。図３２から、実施例８では６時間放置後で画像濃度ムラが発生しているのに対して、実施例９では６時間放置後でも画像濃度ムラは発生していない。
【０１７１】
実施例８の構成では、現像室９内の現像剤１４が長期放置で凝集して動きにくくなっているため、現像室９と取込循環の接続部であるトナー取込循環の矢印Ａから矢印Ｂの位置で取込循環の現像剤が現像室の現像剤から受ける力が強くなり、循環速度が低下する。これによってトナーの取り込みが間に合わず、更に、凝集したトナーの影響で長手方向の取込循環が不均一となり、画像濃度ムラが発生した。
【０１７２】
一方、本実施例９では、現像室９内に満たされた現像剤１４は、撹拌部材２９によって、トナー取込循環の矢印Ａから矢印Ｂの領域の現像剤１４の循環速度が放置時間によって変化しない。また、方向転換部３０があることによってトナー取込循環が長手方向で均一となっている。よって、長期放置しても画像濃度ムラは発生しなかった。
【０１７３】
尚、現像室９内が現像剤１４で充たされている状態の現像剤１４を撹拌させる為に、撹拌部材２９は菱型となっている。現像室９が詰まっている状態では、撹拌部材２９が回転しても撹拌半径よりも離れた領域の現像剤１４が動きにくい場合がある。
【０１７４】
図３３（ａ）の平板状で長手方向で均一な撹拌構成では、現像剤１４の受ける力Ｆａの向きと撹拌部材の回転方向破線矢印ｇａが同一なので、撹拌半径内の現像剤１４は常に撹拌に連れまわって動き、撹拌半径よりも外側の現像剤１４を撹拌することはできない。
【０１７５】
一方、図３３（ｂ）は、実施例９の構成における撹拌部材２９の構成を示す概略図である。撹拌部材２９は、中心軸２９ａと、撹拌部２９ｂと、を有する。中心軸２９ａは、現像スリーブ１６の回転軸と平行な軸である。撹拌部２９ｂは、中心軸２９ａから第１所定距離ｘの第１位置２９１、及び、中心軸２９ａから第１所定距離ｘよりも大きい第２所定距離ｙの第２位置２９２を結ぶ傾斜面２９Ｘを『回転方向』としての矢印Ｒ３方向側に有する。撹拌部材２９は、現像スリーブ１６と同一方向に回転する。
【０１７６】
図３３（ｂ）に示されるように、撹拌部材２９の形状を菱型にすることで撹拌部材２９に接触した現像剤１４は、撹拌部材２９との接触位置における撹拌の回転方向の破線矢印ｇｂに対して角度φの方向に力Ｆｂを受ける。よって、撹拌部材２９によって撹拌された現像剤１４は撹拌部材２９の回転半径よりも外側に搬送され、搬送された現像剤１４は撹拌半径よりも外側の現像剤１４を搬送することができる。これによって、現像剤１４が詰まった状態でも現像室９内の現像剤１４を撹拌させることが可能となる。
【０１７７】
以上の結果から、現像室９内の現像剤１４を撹拌する為の撹拌部材２９と方向転換部３０によって、長時間放置した場合でも安定してトナー１２を取り込むことができ、画像濃度ムラの発生を防ぐことができる。
【０１７８】
図３４は、実施例９に係る現像室９の変形例を示す図である。図３４のように、循環案内部２７ａと急勾配部２７ｂと方向転換部３０は、トナー室１０側に凸状になるように連続的に湾曲して形成されるように構成しても良い。急勾配部２７ｂと方向転換部３０に接している点線は実施例９に係る急勾配部２７ｂ、方向転換部３０の形状である。こうした構成でも同様の効果が得られる。
【０１７９】
実施例８又は実施例９の構成によれば、現像剤中のトナーの濃度を自動的に所定範囲に制御することができる。
【０１８０】
なお、実施例８及び９では、モノカラーの画像形成装置を用いたが、これに限定されない。本実施例の現像装置の構成を用いれば、フルカラーの画像形成装置にすることも可能である。また、実施例８及び９では、現像室とトナー室を一体化したカートリッジを用いたが、これに限定されない。本実施例の現像装置の構成を用いれば、トナー室をトナーカートリッジとして、カートリッジと別の着脱可能なカートリッジとした構成にすることも可能である。なお、実施例９の撹拌部材２９の構成は、実施例８の構成に適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１８１】
４  現像装置
９  現像室
１０  トナー室
１１  トナー供給開口（第２開口）
１２  トナー
１４  現像剤
１５  磁性部材（マグネットロール）
１６  現像スリーブ
１７  規制部材
２２  取り込み面
２２ａ  境界
２３  取り込み極
２４  規制部材（循環規定部材）
２５  変換部（循環返し部）
２６  取り込み開口（第１開口）
５０  画像形成装置本体
５１  プロセスカートリッジ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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