JP2023014496A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤の搬送部材のたわみを抑制し、トナー濃度の検出精度を向上させ、高品質な画像形成を実現することが可能な現像装置を提供する。【解決手段】現像装置４０は、現像容器４１と、第１搬送部材４２と、第２搬送部材４３と、現像ローラー４４と、トナー濃度センサー４６と、を備える。トナー濃度センサー４６は、第１搬送部材４２が配置された第１搬送室４１２の壁部に配置される。第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３は、互いの外径及び軸径が同じで、且つ外径が軸径の２．３倍以上３．０倍以下である。第１搬送部材４２の軸径をＤ、第１搬送部材４２の軸長をＬ、トナー濃度センサー４６の検知面の中心４６ｃの位置の、第１搬送室４１２の第１方向ｆ１下流端からの距離をＫ、とするとき、以下の式（１）を満足する。５００＜（Ｌ２×Ｋ）／Ｄ４＜２５００ ・・・（１）【選択図】図３

Description

本発明は、現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関する。

複写機やプリンター等の電子写真方式の画像形成装置では、感光体ドラム等の像担持体の表面に形成した静電潜像にトナーを供給して現像することで、後に用紙に転写されるトナー像を形成する装置が広く利用されている。現像装置は、均一な画像を継続して形成するために、現像容器内に収容したトナーを含む現像剤を、現像容器内において攪拌しながら搬送している。

特許文献１で開示された従来の現像装置は、撹拌軸に螺旋状の撹拌羽根が固定され、互いに平行に配置された第１の攪拌部材及び第２の攪拌部材と、第２の攪拌部材に近接して平行に配置された現像剤担持体と、を備える。さらに、第１の攪拌部材の攪拌軸径と、第２の攪拌部材の攪拌軸径とは異なる。これにより、第２の撹拌部材の上流側と下流側との現像剤量の差が緩和されて現像剤の循環バランスが取られ、現像剤の過少によって現像剤担持体に現像剤が乗らなくなるという不具合を避けることが可能である。

特開平９－１４６３５２号公報

しかしながら、従来技術のように攪拌軸を細くすると、攪拌部材がたわみ易くなり、軸方向に搬送される現像剤量にむらが生じ易くなることが懸念された。これにより、画像の濃度が不安定になり、画像品質が低下することが課題であった。

また、現像装置内のトナー濃度を検出するセンサーの配置が不適正である場合、攪拌部材のたわみに影響したり、十分に攪拌されていない状態にある現像剤に対してトナー濃度を検出することになったりする虞があった。これにより、検出精度にばらつきが生じることが懸念された。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、現像剤の搬送部材のたわみを抑制し、トナー濃度の検出精度を向上させ、高品質な画像形成を実現することが可能な現像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の現像装置は、現像容器と、第１搬送部材と、第２搬送部材と、現像剤補給口と、トナー濃度センサーと、現像剤担持体と、を備える。前記現像容器は、互いに並列配置されて長手方向の両端部側で連通する第１搬送室及び第２搬送室を有し、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を収容する。前記第１搬送部材は、前記第１搬送室内に回転可能に配置され、前記第１搬送室内の長手方向の第１方向に前記現像剤を攪拌しながら搬送する。前記第２搬送部材は、前記第２搬送室内に回転可能に配置され、前記第２搬送室内の長手方向の前記第１方向と逆方向である第２方向に前記現像剤を攪拌しながら搬送する。前記現像剤補給口は、前記第１搬送室の前記第１方向上流側の壁部に形成され、前記第１搬送室内に前記現像剤が補給される。前記トナー濃度センサーは、前記第１搬送室の前記第１方向に沿った壁部に配置され、前記現像剤中のトナー濃度を検出する。前記現像剤担持体は、前記現像容器に回転可能に支持され、前記第２搬送室内の前記現像剤を担持する。前記第１搬送部材及び前記第２搬送部材は、前記現像容器の長手方向に沿って延びる回転軸と、前記回転軸の外周部に形成された搬送羽根と、を有するとともに、互いの外径及び軸径が同じで、且つ前記外径が前記軸径の２．３倍以上３．０倍以下である。前記トナー濃度センサーは、検知面が前記第１搬送室の内壁面に埋没するヘッドレスセンサーである。前記トナー濃度センサーの前記検知面の中心は、前記第１搬送室の長手方向の中央から前記第１方向下流側であって、前記第１搬送室の長手方向の全長の１／４の長さ以内の領域に位置する。前記第１搬送部材の軸径をＤ、前記第１搬送部材の軸長をＬ、前記トナー濃度センサーの前記検知面の中心位置の、前記第１搬送室の前記第１方向下流端からの距離をＫ、とするとき、以下の式（１）を満足する。
５００＜（Ｌ^２×Ｋ）／Ｄ^４＜２５００ ・・・（１）

本発明の構成によれば、現像剤の搬送部材の外径、軸径、及び軸長の関係と、トナー濃度センサーの配置と、の構造上の関係性を適正に定義することができる。これにより、現像剤の搬送部材のたわみを抑制でき、トナー濃度の検出精度を向上させることができる。したがって、高品質な画像形成を実現することが可能になる。

本発明の一実施形態の画像形成装置の概略垂直断面正面図である。 図１の画像形成装置の画像形成部周辺の概略垂直断面正面図である。 図２の画像形成部の現像装置の水平断面平面図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。なお、本発明は以下の内容に限定されるものではない。

図１は、実施形態の画像形成装置１の概略垂直断面正面図である。図２は、図１の画像形成装置１の画像形成部２０周辺の概略垂直断面正面図である。本実施形態の画像形成装置１の一例としては、中間転写ベルト３１を用いてトナー像を用紙Ｓに転写するタンデム方式のカラープリンターである。画像形成装置１は、例えば印刷、スキャン（画像読取）、ファクシミリ送信等の機能を備えたいわゆる複合機であって良い。

画像形成装置１は、図１及び図２に示すように、その本体２に設けられた、給紙部３、用紙搬送部４、露光部５、画像形成部２０、転写部３０、定着部６、用紙排出部７及び制御部８を備える。

給紙部３は、本体２の底部に配置される。給紙部３は、複数枚の用紙Ｓを収容し、印刷時に用紙Ｓを１枚ずつ分離して送り出す。用紙搬送部４は、給紙部３から送り出された用紙Ｓを二次転写部３３及び定着部６へと搬送し、さらに定着後の用紙Ｓを用紙排出口４ａから用紙排出部７に排出する。両面印刷が行われる場合、用紙搬送部４は、第一面の定着後の用紙Ｓを分岐部４ｂによって反転搬送部４ｃに振り分け、用紙Ｓを再度、二次転写部３３及び定着部６へと搬送する。露光部５は、画像データに基づき制御されたレーザー光を画像形成部２０に向かって照射する。

画像形成部２０は、中間転写ベルト３１の下方に配置される。画像形成部２０は、イエロー用の画像形成部２０Ｙと、シアン用の画像形成部２０Ｃと、マゼンタ用の画像形成部２０Ｍと、ブラック用の画像形成部２０Ｂと、を含む。これらの４つの画像形成部２０は、基本的な構成が同じである。これにより、以下の説明において、特に限定する必要がある場合を除き、各色を表す「Ｙ」、「Ｃ」、「Ｍ」、「Ｂ」の識別記号は省略することがある。

画像形成部２０は、所定の方向（図１及び図２における時計回り）に回転可能に支持された感光体ドラム（像担持体）２１を備える。画像形成部２０は、さらに感光体ドラム２１の周囲に、その回転方向に沿って配置された帯電部２２と、現像装置４０と、ドラムクリーニング部２３と、を備える。なお、現像装置４０とドラムクリーニング部２３との間に一次転写部３２が配置される。

感光体ドラム２１は、水平方向に延びる円筒形状に形成され、外周面に感光層を有する。帯電部２２は、感光体ドラム２１の表面を所定電位に帯電させる。露光部５は、帯電部２２によって帯電された感光体ドラム２１の表面を露光して原稿画像の静電潜像を形成する。現像装置４０は、この静電潜像にトナーを供給して現像し、トナー像を形成する。４つの画像形成部２０それぞれは、異なる色のトナー像を形成する。ドラムクリーニング部２３は、トナー像が中間転写ベルト３１の表面に一次転写された後に、感光体ドラム２１の表面に残留するトナー等を除去してクリーニングする。このようにして、画像形成部２０は、用紙Ｓへの画像形成を行う。

転写部３０は、中間転写ベルト３１と、一次転写部３２Ｙ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｂと、二次転写部３３と、ベルトクリーニング部３４と、を備える。中間転写ベルト３１は、４つの画像形成部２０の上方に配置される。中間転写ベルト３１は、所定の方向（図１における反時計回り）に回転可能に支持される。中間転写ベルト３１は、４つの画像形成部２０それぞれで感光体ドラム２１の表面に形成されたトナー像が順次重ねて一次転写される中間転写体である。４つの画像形成部２０は、中間転写ベルト３１の回転方向上流側から下流側に向けて一列に並んだいわゆるタンデム方式にして配置される。

一次転写部３２Ｙ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｂは、中間転写ベルト３１を挟んで、各色の画像形成部２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂの上方に配置される。二次転写部３３は、用紙搬送部４の、定着部６よりも用紙搬送方向上流側であって、転写部３０の、各色の画像形成部２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂよりも中間転写ベルト３１の回転方向下流側に配置される。ベルトクリーニング部３４は、各色の画像形成部２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｂよりも中間転写ベルト３１の回転方向上流側に配置される。

トナー像は、各色の一次転写部３２Ｙ、３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｂで中間転写ベルト３１の表面に一次転写される。そして、中間転写ベルト３１の回転とともに所定のタイミングで４つの画像形成部２０のトナー像が連続して重ねて中間転写ベルト３１に転写されることにより、中間転写ベルト３１の表面にはイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの４色のトナー像が重ね合わされたカラートナー像が形成される。

中間転写ベルト３１の表面のカラートナー像は、用紙搬送部４によって同期をとって送られてきた用紙Ｓに、二次転写部３３に形成される二次転写ニップ部で転写される。ベルトクリーニング部３４は、二次転写後に中間転写ベルト３１の表面に残留するトナー等を除去してクリーニングする。

定着部６は、二次転写部３３の上方に配置される。定着部６は、トナー像が転写された用紙Ｓを加熱、加圧してトナー像を用紙Ｓに定着させる。

用紙排出部７は、転写部３０の上方に配置される。トナー像が定着されて印刷が完了した用紙Ｓは、用紙排出部７に搬送される。

制御部８は、ＣＰＵ、画像処理部、記憶部、並びにその他の電子回路及び電子部品を含む（いずれも不図示）。ＣＰＵは、記憶部に記憶された制御用のプログラムやデータに基づき、画像形成装置１に設けられた各構成要素の動作を制御して画像形成装置１の機能に係る処理を行う。給紙部３、用紙搬送部４、露光部５、画像形成部２０、転写部３０及び定着部６のそれぞれは、制御部８から個別に指令を受け、連動して用紙Ｓへの印刷を行う。記憶部は、例えばプログラムＲＯＭ（Read Only Memory）、データＲＯＭなどといった不揮発性の記憶装置と、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性の記憶装置との組み合わせで構成される。

続いて、現像装置４０の構成について、図２に加えて図３を用いて説明する。図３は、図２の画像形成部２０の現像装置４０の水平断面平面図である。なお、各色の現像装置４０は基本的な構成が同じであるので、構成要素について各色を表す識別記号の記載と、説明とを省略する。また、この説明において「軸線方向」は、互いに平行に延びる感光体ドラム２１、第１搬送部材４２、第２搬送部材４３及び現像ローラー４４それぞれの回転の軸線方向（図２の紙面奥行き方向、図３の左右横方向）を表し、用紙Ｓの搬送方向と直交する幅方向に一致する。

現像装置４０は、感光体ドラム２１の表面にトナーを供給する。現像装置４０は、現像容器４１と、第１搬送部材４２と、第２搬送部材４３と、現像ローラー（現像剤担持体）４４と、規制部材４５と、トナー濃度センサー４６と、を備える。

現像容器４１は、感光体ドラム２１の軸線方向に沿って延びる細長い形状であって、その長手方向を水平にして配置される。すなわち、現像容器４１の長手方向は、感光体ドラム２１の軸線方向と平行である。現像容器４１は、感光体ドラム２１に供給するトナーを含む現像剤として、例えばトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤を収容する。

現像容器４１は、仕切り部４１１と、第１搬送室４１２と、第２搬送室４１３と、第１連通部４１４と、第２連通部４１５と、現像剤補給部４１６と、を有する。

仕切り部４１１は、現像容器４１の内部の下部に設けられる。仕切り部４１１は、現像容器４１の長手方向と交差する方向（図２の左右横方向、図３の上下方向）の略中央部に配置される。仕切り部４１１は、現像容器４１の長手方向及び上下方向に延びる略板形状で形成される。仕切り部４１１は、現像容器４１の内部を、長手方向と交差する方向において区分する。

第１搬送室４１２及び第２搬送室４１３は、現像容器４１の内部に設けられる。第１搬送室４１２及び第２搬送室４１３は、現像容器４１の内部が仕切り部４１１によって区分されることで形成される。第１搬送室４１２及び第２搬送室４１３は、互いにほぼ同じ高さに並列配置される。

第２搬送室４１３は、現像容器４１内の、現像ローラー４４の配置領域に隣接して配置される。第１搬送室４１２は、現像容器４１内の、第２搬送室４１３よりも現像ローラー４４から離隔した領域に配置される。第１搬送室４１２の後述する第１方向ｆ１上流側には、現像剤補給口４１６ａを有する現像剤補給部４１６が接続される。現像剤補給口４１６ａは、第１搬送室４１２の第１方向ｆ１上流側の現像剤補給部４１６の壁部に形成され、第１搬送室４１２内に現像剤が補給される。

第１連通部４１４及び第２連通部４１５は、仕切り部４１１の長手方向の両端部の外側それぞれに配置される。第１連通部４１４及び第２連通部４１５は、仕切り部４１１の長手方向と交差する方向（図２の左右横方向、図３の上下方向）、すなわち略板形状である仕切り部４１１の厚み方向において、第１搬送室４１２と第２搬送室４１３とを連通させる。言い換えれば、第１連通部４１４及び第２連通部４１５を介して、第１搬送室４１２及び第２搬送室４１３は、互いの長手方向の両端部側で連通する。

第１搬送部材４２は、第１搬送室４１２内に配置される。第２搬送部材４３は、第２搬送室４１３内に配置される。第２搬送部材４３は、現像ローラー４４に近接して平行に延びる。第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３は、現像ローラー４４と平行に水平方向に延びる軸線回りに回転可能に現像容器４１に支持される。第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３の基本的な構成は同じである。

第１搬送部材４２は、現像容器４１の長手方向に沿って延びる回転軸４２ａと、回転軸４２ａの外周部に形成された螺旋状の搬送羽根４２ｂと、を有する。第２搬送部材４３は、現像容器４１の長手方向に沿って延びる回転軸４３ａと、回転軸４３ａの外周部に形成された螺旋状の搬送羽根４３ｂと、を有する。

第１搬送部材４２は、第１搬送室４１２内において、回転の軸線方向に沿って第１連通部４１４側から第２連通部４１５側に向かう第１方向ｆ１に現像剤を攪拌しながら搬送する。第２搬送部材４３は、第２搬送室４１３内において、回転の軸線方向に沿って第２連通部４１５側から第１連通部４１４側に向かう第２方向ｆ２に現像剤を攪拌しながら搬送する。第２方向ｆ２は、第１方向ｆ１とは逆方向である。

第１連通部４１４は、第２搬送室４１３の第２方向ｆ２下流端と第１搬送室４１２の第１方向ｆ１上流端とを連通させる。第１連通部４１４は、現像剤が第２搬送室４１３側から第１搬送室４１２側に向けて搬送される。第２連通部４１５は、第１搬送室４１２の第１方向ｆ１下流端と第２搬送室４１３の第２方向ｆ２上流端とを連通させる。第２連通部４１５は、現像剤が第１搬送室４１２側から第２搬送室４１３側に向けて搬送される。なお、図３に示した第１方向ｆ１及び第２方向ｆ２を含む白抜き矢印は、現像剤の搬送方向を表す。

現像ローラー４４は、現像容器４１内の、第２搬送室４１３の上方に配置される。現像ローラー４４は、その表面の一部が現像容器４１から露出し、感光体ドラム２１と対向する。現像ローラー４４は、感光体ドラム２１の軸線と平行に延びる軸線回りに回転可能に現像容器４１に支持される。現像ローラー４４は、第２搬送室４１３内の現像剤を担持する。現像ローラー４４は、現像容器４１内のトナーを感光体ドラム２１との対向領域において感光体ドラム２１の表面に供給し、静電潜像を現像してトナー像を形成する。

規制部材４５は、現像ローラー４４と感光体ドラム２１との対向領域の、現像ローラー４４の回転方向上流側に配置される。規制部材４５は、現像ローラー４４に近接して対向し、その先端と現像ローラー４４の表面との間に所定の間隔を設けて配置される。規制部材４５は、現像ローラー４４の軸線方向の全域にわたって延びる。規制部材４５は、規制部材４５の先端と現像ローラー４４の表面との間の隙間を通過する、現像ローラー４４の表面に担持された現像剤（トナー）の層厚を規制する。

トナー濃度センサー４６は、第１搬送室４１２の第１方向に沿った壁部に配置される。本実施形態では、トナー濃度センサー４６として、ヘッドレスセンサーが用いられる。ヘッドレスセンサーであるトナー濃度センサー４６は、検知面が第１搬送室４１２の内壁面に埋没している。トナー濃度センサー４６は、現像剤中のトナー濃度を検出する。

詳細に言えば、トナー濃度センサー４６は、二成分現像剤の透磁率の変化を検出することでトナー濃度（現像剤中の磁性キャリアに対するトナーの混合比率）を得る透磁率検出型のセンサーである。第１搬送室４１２内の現像剤中のトナーと磁性キャリアとの比率が変化すれば透磁率も変化し、それに応じてトナー濃度センサー４６の出力信号も変化する。制御部８は、トナー濃度センサー４６から受信したセンサーの出力信号に基づき、現像装置４０への現像剤の補給開始、補給停止を制御する。

現像容器４１内の現像剤は、第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３の回転により、第１連通部４１４及び第２連通部４１５を通って第１搬送室４１２と第２搬送室４１３との間を所定の循環方向に循環する。このとき、現像容器４１内のトナーは、攪拌されて帯電され、現像ローラー４４の表面に担持される。現像ローラー４４の表面に担持されたトナーは、規制部材４５によって層厚が規制された後、現像ローラー４４の回転によって現像ローラー４４と感光体ドラム２１との対向領域に搬送される。現像ローラー４４に所定の現像電圧が印加されると、感光体ドラム２１の表面の電位との間の電位差により、現像ローラー４４の表面に担持されたトナーが対向領域において感光体ドラム２１の表面に移動する。このようにして、感光体ドラム２１の表面の静電潜像は、トナーで現像される。

続いて、現像装置４０のより詳細な構成について、図３を用いて説明する。なお、図３には、第１搬送室４１２の長手方向（用紙幅方向）の全長Ｗ１と、全長Ｗ１の１／２の長さＷ２と、全長Ｗ１の１／４の長さＷ３と、を示した。

前述のように、第１搬送部材４２は、回転軸４２ａと、螺旋状の搬送羽根４２ｂと、を有する。第２搬送部材４３は、回転軸４３ａと、螺旋状の搬送羽根４３ｂと、を有する。第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３は、互いの外径（搬送羽根の外径）及び軸径が同じである。且つ、第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３は、外径が軸径の２．３倍以上３．０倍以下となるように形成されている。

また前述のように、トナー濃度センサー４６は、ヘッドレスセンサーであって、検知面が第１搬送室４１２の内壁面に埋没している。そして、トナー濃度センサー４６の検知面の中心４６ｃは、第１搬送室４１２の長手方向の中央４１２ｃから第１方向ｆ１下流側であって、第１搬送室４１２の長手方向の全長Ｗ１の１／４の長さＷ３以内の領域に位置する。

そして、第１搬送部材４２の軸径をＤ、第１搬送部材４２の軸長をＬ、トナー濃度センサー４６の検知面の中心４６ｃの位置の、第１搬送室４１２の第１方向ｆ１下流端からの距離をＫ、とするとき、現像装置４０は、以下の式（１）を満足する。

５００＜（Ｌ^２×Ｋ）／Ｄ^４＜２５００ ・・・（１）

なお、第１搬送部材４２の軸長Ｌは、第１搬送部材４２の回転軸４２ａの軸線方向両端部それぞれを支持する２つの軸受４７の間の第１搬送部材４２の長さである。

次に、現像装置４０の、第１搬送部材４２の外径、第１搬送部材４２の軸径Ｄ、第１搬送部材４２の軸長Ｌ、及びトナー濃度センサー４６の検知面の中心４６ｃの位置の、第１搬送室４１２の第１方向ｆ１下流端からの距離Ｋのそれぞれの関係性が、用紙Ｓに形成された画像の濃度に与える影響を評価した。その結果を、表１に示す。用紙Ｓに形成された画像の濃度は、上記外径、軸径Ｄ、軸長Ｌ、距離Ｋが異なる１４種類の現像装置４０（実施例１～７、比較例８～１４）のサンプルを用意し、印字率を２％～５０％の範囲で５枚ごとに変更し、１００００枚の印刷を行った後に評価した。

画像形成装置１の構成及び動作条件としては、用紙サイズがＡ４縦（長辺が用紙幅方向と平行）、印刷速度が４５枚／ｍｉｎ、感光体ドラム２１と現像ローラー４４との間隔が０．３４０±０．０２５ｍｍ、感光体ドラム２１の周速に対する現像ローラー４４の周速の比率が１．８（対向領域が同方向に移動）である。現像装置４０については、現像ローラー４４の表面形状として周方向に８０列の凹部を有するローレット加工が施され、現像ローラー４４の外径が２０ｍｍ、現像剤搬送量が３２０～３７０ｇ／ｍ^２である。現像電圧の交流バイアスは、矩形波、Ｄｕｔｙ＝５０％、Ｖｐｐ＝１３６０Ｖ、周波数４ｋＨｚである。トナーについては、正帯電性であり、外径が６．８μｍ、初期濃度が６％である。第１搬送部材４２の第１方向下流端から直近の仕切り部４１１端部までの距離、及び第２搬送部材４３の第２方向下流端から直近の仕切り部４１１端部までの距離は、それぞれ３０ｍｍである。

画像濃度は、コニカミノルタ社製蛍光分光濃度計ＦＤ－５によって濃度値（Ｉ．Ｄ．）を測定し、濃度追随性と、濃度変動とを評価した。濃度追随性は、Ａ４用紙の全面ベタ画像の用紙搬送方向前端と後端における濃度差が０．１を超えるものを不可と判断した。濃度変動は、Ａ４用紙の全面ベタ画像の用紙搬送方向前端と後端それぞれの用紙幅方向３か所（中央及び両端側）の計６か所における最大と最小の濃度差が０．１を超えるものを不可と判断した。表１の「評価」欄には、濃度追随性及び濃度変動の両方が可であるものに「○」を付し、いずれか一方でも不可であるものに「×」を付した。

表１の実施例１～７の現像装置４０は、いずれも第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３の、外径が軸径の２．３倍以上３．０倍以下となっており、且つ上記式（１）を満足する。一方、比較例８～１４の現像装置は、いずれも第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３の、外径が軸径の２．３倍以上３．０倍以下であることと、上記式（１）との少なくとも一方を満足していない。

表１によれば、実施例１～７の現像装置４０は、いずれも濃度追随性及び濃度変動の両方が０．１未満であり、好適な画像濃度が得られていることが分かる。一方、比較例８～１４の現像装置は、いずれも濃度追随性及び濃度変動の一方が０．１を超えており、好適な画像濃度が得られていないことが分かる。

上記のように、第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３の外径、軸径、及び軸長の関係性を適正に定義することで、第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３のたわみを抑制することができる。これにより、現像剤の搬送性能を安定させることができ、現像剤量のむらを抑制することができる。また、トナー濃度センサー４６は、ヘッドレスセンサーとすることにより、現像容器４１内の現像剤に直接接触しないようにすることができる。これにより、トナー濃度センサー４６は、現像剤の流れに影響を与えることがなく、第１搬送部材４２及び第２搬送部材４３にたわみを生じさせる要因となることもない。さらに、第１搬送室４１２の第１方向ｆ１に関して、距離Ｋを定義することで、十分に攪拌された状態の現像剤に対してトナー濃度を検出することができる。すなわち、トナー濃度センサー４６の配置を適正に定義することで、トナー濃度の検出精度を向上させることができる。したがって、本実施形態の構成によれば、好適な画像濃度が得られ、高品質な画像形成を実現することが可能になる。

次に、現像剤のキャリアは、磁性体の粒子であるキャリアコアの表面にシリコーン樹脂等のコート層を形成したものである。シリコーン系樹脂は、薄膜でのコーティングが可能であり、コート層の均一性が高くなる。また、コート層の厚みが薄い方が、コート層の静電容量も高くなり、コート層に添加する強誘電体の効果が発揮され易くなる。

キャリアの形状は、不定形から球形まで用いることができる。さらに、キャリアの平均粒子径は、２０μｍ以上６５μｍ以下のものを用いることができる。キャリアの個数平均粒径を６５μｍ以下とすることにより、キャリアの比表面積が大きくなり、キャリアが担持できるトナーの量が増える。これにより、磁気ブラシ中のトナー濃度を高い状態で維持することができ、現像ローラー４４へのトナー供給が十分に行われるため、トナー層の厚さを十分に確保できる。その結果、トナー層から感光体の静電潜像に飛翔するトナーの量を十分に確保でき、画像濃度の低下を抑制でき、さらには画像の濃度むらを抑制できる。また、現像ローラー４４へのトナー供給が十分に行われるため、現像ローラー４４のトナー層にトナー欠落部分が形成され難くなり、履歴現像の発生を抑制できる。

キャリアの平均粒子径が２０μｍより小さいと、キャリアが感光体ドラム２１に付着するキャリア現像が発生する。感光体ドラム２１に付着したキャリアは、中間転写ベルト３１に移行し、転写抜けを起こしたり、ベルトクリーニング部３４に移動してクリーニング不良の原因になったりする。また、キャリアの平均粒子径が６５μｍより大きいと、二成分現像剤中のトナーを現像ローラー４４から感光体ドラム２１へ移動させる際、二成分現像剤の磁気ブラシが粗くなり、画質が低下する。

キャリアコアとしては、例えば鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属、これらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン－亜鉛系フェライト、ニッケル－亜鉛系フェライト、マンガン－マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅－亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物、これらの混合物が挙げられる。キャリアコアは、焼結法、アトマイズ法等の公知の方法によって製造される。上記の中でも、フェライトキャリアは流動性が良く、化学的にも安定であるので、高画質化、長寿命化の観点で好ましく用いられる。

コート層には、強誘電体としてチタン酸バリウム粒子が添加される。チタン酸バリウムの製法としては、水熱重合法、蓚酸塩法等が挙げられるが、チタン酸バリウムは、その製法によって異なる物性を有する。中でも、水熱重合法で作成されたチタン酸バリウムは、内部に空隙を有することで真比重が小さく、粒子径分布もシャープになる。その結果、他の製法のものと比べてコート樹脂中での分散性が良く、均一な分散が可能となる。したがって、キャリアの荷電性能も均一化するため、本実施形態での使用に適している。

チタン酸バリウムの体積平均粒子径は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。チタン酸バリウムの粒子径が１００ｎｍより小さくなると、チタン酸バリウムの比誘電率が急激に低下するため、比誘電率に関する効果が小さくなる。一方、チタン酸バリウムの粒子径が５００ｎｍ以上になると、コート層中での均一な分散が困難となる。

チタン酸バリウムは、コート重量に対して５質量部以上添加すると、帯電量の安定効果が発現し始め、２５質量部以上添加すると、帯電量の安定効果がより顕著に現れる。しかし、チタン酸バリウムは、添加量が多すぎると、コート層に含有しきれなくなり、コート層から遊離してしまう。遊離したチタン酸バリウムが感光体ドラム２１に移動し、ドラムクリーニング部２３のクリーニングブレードのエッジ部に噛み込むと、クリーニング不良を発生させる原因になる。特に、トナーコンテナ（不図示）のトナーにキャリアを混合させて現像装置４０に補給する方式では、使用を通じて遊離したチタン酸バリウムが現像装置４０に供給されることにより、クリーニングブレードへの負荷が大きくなる。そのため、チタン酸バリウムの添加量は、５質量部以上４５質量部以下とすることが好ましい。

コート層には、導電体としてカーボンブラックが添加される。カーボンブラックの添加量が多すぎると、コート層から遊離したカーボンブラックがトナーに付着し、ブラック以外のトナーの色濁りを発生させてしまう。一方、カーボンブラックの添加量が少なすぎると、キャリアからトナーへの電荷の移動が起こり難く、トナー帯電量の上昇が円滑に行えない。本実施形態のキャリアでは、コート層にチタン酸バリウム（強誘電体）が添加されることでキャリア抵抗が低下するため、キャリア抵抗の低下分だけカーボンブラックの添加量を低減することが可能となる。

コート層に強誘電体（チタン酸バリウム）を添加することで、キャリアの電荷保持能力が高くなり、トナーに十分な電荷を付与することが可能となる。また、コート層に導電体（カーボンブラック）を添加することで、キャリアからトナーへの電荷の移動を円滑に行わせることができる。この２つの相乗効果により、トナー濃度が高くなって荷電させるべきトナー粒子数が増加しても、トナー粒子の飽和帯電量レベルまで電荷を付与することが可能となる。

本実施形態のキャリアは、コート層に対する強誘電体と導電剤の添加量の調整、及び粒子径やコート膜厚の調整によって、以下の式（２）を満足するように設計している。

０．７３≦ＦＲ×ＡＤ／形状係数≦２．１０ ・・・（２）

これにより、トナー荷電性が安定し、画像かぶりの少ない状態を長期間に亘って維持することができる。

式（２）中の「形状係数」は、粒子形状を代表する係数であり、以下の式（３）で定義される。

形状係数＝実測キャリア体積平均粒子径／ＢＥＴ比表面積から計算されるキャリア粒子径 ・・・（３）
ただし、
ＢＥＴ比表面積から計算されるキャリア粒子径＝６／（ＢＥＴ比表面積×真比重）
である。

形状係数が大きくなりすぎると、耐久印字でのコート層の削れ等により、形状係数が変化し易くなり、耐久安定性に劣る。一方、形状係数が小さすぎると、トナー荷電性が低下してしまう。そのため、形状係数には適正範囲が存在する。

ＢＥＴ比表面積は、ＢＥＴ法（窒素吸着比表面積法）によって測定される比表面積であり、具体的には、キャリアの表面に吸着された液体窒素の吸着量から求められる。より具体的には、例えば、マウンテック社製自動比表面積測定装置Ｍａｃｓｏｒｂ（登録商標） ｍｏｄｅｌ １２０８等を用い、試料表面に窒素を吸着させ、流動法（ＢＥＴ一点式）によって、試料のＢＥＴ比表面積［ｍ^２／ｇ］を測定することができる。

式（２）中の「ＦＲ×ＡＤ」は、キャリアの流動性を表す指標である。キャリアの流動性が高すぎると、トナーとの混合性が低下してトナー荷電性が低下する。一方、キャリアの流動性が低すぎると、現像容器４１内での現像剤の搬送速度が低下し、高印字率の画像が連続した場合に、画像濃度が低下してしまう。そのため、キャリアの流動性には適正範囲が存在する。

「ＦＲ」は、キャリア流動度であり、５０ｇのキャリアが排出される時間を表わす値［ｓ／５０ｇ］である。キャリアの排出量は、重量よりも体積で考えた方が実際の挙動に合致するため、本実施形態ではキャリアの流動性の指標として、「ＦＲ」をキャリアの嵩比重ＡＤ［ｇ／ｃｍ^３］で補正した「ＦＲ×ＡＤ」を用いている。

「ＦＲ」は、「ＪＩＳ（日本工業規格）Ｚ２５０２」に従って測定することができる。詳細には、金属製の漏斗（円錐角度：６０度、オリフィス直径：２．５ｍｍ、オリフィス長さ：３．２ｍｍ）を準備し、漏斗のオリフィスを塞いだ状態で、漏斗に試料（キャリア）５０ｇを入れる。続けて、漏斗のオリフィスを開けると同時にストップウォッチを用いて時間の計測を開始し、最後のキャリアがオリフィスを離れる瞬間に計測を終了する。測定された時間（通過時間）が「ＦＲ」に相当する。「ＡＤ」は、「金属粉の見掛密度試験法、ＪＩＳ－Ｚ２５０４」に準拠して測定することができる。

キャリアが上記式（２）を満足することで、帯電量変動が抑制されるため、画像濃度の変動を抑え、濃度制御を安定させることが可能である。したがって、好適な画像濃度が得られ、高品質な画像形成を実現できる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

例えば、上記実施形態では、画像形成装置１は、複数色の画像を順次重ねて形成するいわゆるタンデム型のカラー印刷用の画像形成装置であることとしたが、このような機種に限定されるわけではない。画像形成装置は、タンデム型ではないカラー印刷用の画像形成装置やモノクロ印刷用の画像形成装置であって良い。

本発明は、現像装置及び画像形成装置において利用可能である。

１ 画像形成装置
８ 制御部
２０ 画像形成部
２１ 感光体ドラム（像担持体）
３０ 転写部
４０ 現像装置
４１ 現像容器
４２ 第１搬送部材
４２ａ 回転軸
４２ｂ 搬送羽根
４３ 第２搬送部材
４３ａ 回転軸
４３ｂ 搬送羽根
４４ 現像ローラー（現像剤担持体）
４６ トナー濃度センサー
４６ｃ 中心
４１１ 仕切り部
４１２ 第１搬送室
４１２ｃ 中央
４１３ 第２搬送室
４１６ａ 現像剤補給口
Ｄ 軸径
Ｋ 距離
Ｌ 軸長
Ｓ 用紙
ｆ１ 第１方向
ｆ２ 第２方向

Claims (3)

1. 互いに並列配置されて長手方向の両端部側で連通する第１搬送室及び第２搬送室を有し、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、
   前記第１搬送室内に回転可能に配置され、前記第１搬送室内の長手方向の第１方向に前記現像剤を攪拌しながら搬送する第１搬送部材と、
   前記第２搬送室内に回転可能に配置され、前記第２搬送室内の長手方向の前記第１方向と逆方向である第２方向に前記現像剤を攪拌しながら搬送する第２搬送部材と、
   前記第１搬送室の前記第１方向上流側の壁部に形成され、前記第１搬送室内に前記現像剤が補給される現像剤補給口と、
   前記第１搬送室の前記第１方向に沿った壁部に配置され、前記現像剤中のトナー濃度を検出するトナー濃度センサーと、
   前記現像容器に回転可能に支持され、前記第２搬送室内の前記現像剤を担持する現像剤担持体と、
   を備え、
   前記第１搬送部材及び前記第２搬送部材は、前記現像容器の長手方向に沿って延びる回転軸と、前記回転軸の外周部に形成された搬送羽根と、を有するとともに、互いの外径及び軸径が同じで、且つ前記外径が前記軸径の２．３倍以上３．０倍以下であり、
   前記トナー濃度センサーは、検知面が前記第１搬送室の内壁面に埋没するヘッドレスセンサーであり、
   前記トナー濃度センサーの前記検知面の中心は、前記第１搬送室の長手方向の中央から前記第１方向下流側であって、前記第１搬送室の長手方向の全長の１／４の長さ以内の領域に位置し、
   前記第１搬送部材の軸径をＤ、前記第１搬送部材の軸長をＬ、前記トナー濃度センサーの前記検知面の中心位置の、前記第１搬送室の前記第１方向下流端からの距離をＫ、とするとき、以下の式（１）を満足することを特徴とする現像装置。
   ５００＜（Ｌ^２×Ｋ）／Ｄ^４＜２５００ ・・・（１）
2. 前記キャリアは、磁性体の粒子であるキャリアコアの表面に樹脂製のコート層を形成したものであり、以下の式（２）を満足することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
   ０．７３≦ＦＲ×ＡＤ／形状係数≦２．１０ ・・・（２）
   ただし、
   ＦＲ；５０ｇのキャリアが排出される時間［ｓ／５０ｇ］、
   ＡＤ；キャリアの嵩比重［ｇ／ｃｍ^３］、
   形状係数；実測キャリア体積平均粒子径／ＢＥＴ比表面積から計算されるキャリア粒子径、である。
3. 像担持体と、
   前記像担持体の表面に形成された静電潜像を前記トナーによって現像してトナー像を形成する請求項１または請求項２に記載の現像装置と、
   を備えることを特徴とする画像形成装置。

Images