JP5409086B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式等を用いた、複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置において、像担持体上に形成された静電潜像を、２成分現像剤によって現像する現像装置に関するものである。

画像形成装置が具備する現像装置では、非磁性トナー或いは磁性トナーを主成分とした１成分現像剤、もしくは非磁性トナーと磁性キャリアを主成分とした２成分現像剤が用いられている。特に、電子写真方式によりフルカラーやマルチカラー画像を形成するカラー画像形成装置においては、画像の色味などの観点から、ほとんどの現像装置が２成分現像剤を使用している。

そのため、現像装置内の非磁性トナーと磁性キャリアの混合比（以下、「トナー濃度」という。）を維持することは、出力画像の安定化のために非常に重要である。そこで、現像装置への現像剤補給方法としては、従来、さまざまなものが提案されている。

トナー補給量を制御するものとして以下の方法が知られてる。例えば、感光体ドラム周辺に検知手段を設け、感光体ドラム上に現像されたトナー像（パッチ画像）に光を照射し、このときの透過光あるいは反射光を検知手段にて検知する。そして、この検知結果に基いてトナー補給量を制御するものがある。

また、現像剤担持体近傍に検知手段を設け、現像剤担持体上に担持された現像剤に光を照射したときの反射光からトナー濃度を検知するものがある。また、コイルのインダクタンスを利用してセンサ近傍における一定体積内の現像剤の見かけ上の透磁率変化を検知し、トナー濃度を検知する方式のものもある。また、画像情報信号をＣＣＤセンサ等で読み取った画像濃度のビデオカウント数から、その画像で消費されるトナー量を予想して、それに対応する量のトナー補給を行うもの、等が提案され、実用化されている。

なかでも、透磁率センサにて濃度制御を行う方法は、ダウンタイムを生じることなく簡易な方法で現像器内のトナーを検知できるため用いられている。

一般に、コイルのインダクタンスを利用した透磁率センサの出力値は、トナー濃度が上昇した場合、一定体積中の現像剤に含まれるキャリアの量が減少しているので、見かけ上の透磁率は低くなり、センサの出力値は低くなる。逆に、トナー濃度が減少した場合、一定体積中に含まれるキャリアの量が増加しているので、透磁率は高くなり、センサの出力値は高くなる。透磁率センサを設けた現像装置内のトナー濃度を安定的に維持するためには、現像装置内のトナー濃度が精度良く検知され、その検知結果に応じて、適正量のトナー補給が実行されれば良い。

しかしながら、透磁率センサを用いてトナー濃度制御した場合、以下のような課題があった。トナー濃度センサの設置場所としては、トナー濃度センサが現像剤に接触し、且つ、トナー濃度検知が可能な現像剤の厚さと剤面を有し、且つ、トナー濃度センサ面近傍における現像剤の流れが均一であることが望まれる。ところが、近年、画像形成装置の小型化が要求されており、それに伴う現像装置の小型化により、トナー濃度センサの取り付け位置が限られてしまう場合がある。一般的に、現像装置の底に近くなるほど、重力による影響により現像剤が滞留しやくなる。また、濃度センサと現像容器の間に存在するクリアランスに入り込んだ現像剤は、直接的な搬送手段がないので滞留しやすい。このため、搬送スクリューの搬送部により直接搬送されるトナーと比べ、トナーが搬送されにくく、滞留しやすい。このような滞留しやすいトナーは、剤の入れ替わりにくいため、実際のトナー濃度とは異なった濃度を示す場合があり、精度の高いトナー濃度検知ができない問題があった。

そこで、透磁率センサ面に対向する攪拌・搬送部材の軸部分に、リブを設けることで現像剤の攪拌（剤の入れ替わり）を促進することが提案されている。（特許文献１参照）

特許第３４３４１１８号

しかしながら、特許文献１のような構成では以下のような課題があった。現像剤を動かすことができる方向は、現像剤の攪拌・搬送スクリューの軸方向と現像剤の攪拌・搬送スクリューの周方向の２成分に分けて考えることができる。特許文献１のように、攪拌・搬送部材の軸にリブを設けた場合、現像剤は攪拌・搬送部材の周方向に搬送される。すなわち、攪拌室２４における現像剤の搬送方向とは垂直方向になるため、センサ面に対向する部分での現像剤のスクリュー回転軸方向の搬送速度が落ちてしまう。特許文献１において、攪拌・搬送部材の軸に設けられたリブは、現像剤の入れ替えを促進しているが、一方でセンサ面に対向する部分での軸方向の現像剤の搬送速度を落としてしまう。現像剤の搬送速度が落ちるということは、センサ面対向部に存在している現像剤が同じ場所に留まり易くなってしまい、センサ面対向部での現像剤の入れ替えが行われにくくなるということである。そのため、現像装置内の現像剤濃度の変化に追従性良く検知することができなくなる。それゆえ、攪拌・搬送部材の軸にリブを設けることは攪拌性向上に効果はあるものの、現像剤の入れ替え効果の面で十分とはいえなかった。

一方、すべての領域で軸方向の搬送速度を上げることも考えられるが、そうすると現像装置内の現像剤の攪拌性が低下してしまうので、攪拌の観点で問題を生じてしまう（補給トナーが現像剤と混ざりにくくなり、現像装置内のトナー濃度が均一にならない）。

そこで、本発明では、現像容器内の現像剤の透磁率を検知する濃度センサを用いてトナー補給を行う現像装置において、センサ位置で現像剤が滞留することによる濃度検知精度の低下を抑制可能な現像装置の提供を目的とする。
また、本発明では、攪拌性の低下を抑制しながら、センサ位置で現像剤が滞留することによる濃度検知精度の低下を抑制することを目的とする。

非磁性トナー及び磁性キャリアを有する現像剤が収容される現像容器と、
前記現像容器内の現像剤を担持して像担持体と対向する現像領域に搬送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現像室と、
前記現像室の両端部で現像剤を受け渡しする連絡口を備え、前記現像剤室と循環路を形成して前記現像容器内の現像剤を撹拌する撹拌室と、
前記撹拌室に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸の周りに形成された螺旋状のスクリュー部と、を備えた搬送手段と、
前記搬送手段と対向するように設けられ、前記現像容器内の現像剤の透磁率に関する情報を検知する濃度センサと、を有する現像装置において、
前記搬送手段は、前記濃度センサの検知面と対向する位置と現像剤搬送方向上流側で隣接する第１上流領域と、前記第１上流領域に対して現像剤搬送方向上流側で隣接する第２上流領域と、を備え、前記第１上流領域における前記搬送手段の前記スクリュー部の隣接する羽根と羽根の間隔で形成される単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を、前記第２上流領域よりも小さくすることで、前記第１上流領域における前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記軸線方向に関する搬送能力を前記第２上流領域よりも大きくしたことを特徴とする。
もしくは、非磁性トナー及び磁性キャリアを有する現像剤が収容される現像容器と、
前記現像容器内の現像剤を担持して像担持体と対向する現像領域に搬送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現像室と、
前記現像室の両端部で現像剤を受け渡しする連絡口を備え、前記現像剤室と循環路を形成して前記現像容器内の現像剤を撹拌する撹拌室と、
前記撹拌室に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸の周りに形成された螺旋状のスクリュー部と、を備えた搬送手段と、
前記搬送手段と対向するように設けられ、前記現像容器内の現像剤の透磁率に関する情報を検知する濃度センサと、を有する現像装置において、
前記搬送手段は、前記濃度センサの検知面と対向する位置と現像剤搬送方向下流側で隣接する第１下流領域と、前記第１下流領域に対して現像剤搬送方向下流側で隣接する第２下流領域と、を備え、前記第１下流領域における前記搬送手段の前記スクリュー部の隣接する羽根と羽根の間隔で形成される単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を、前記第２下流領域よりも小さくすることで、前記第１下流領域における前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記軸線方向に関する搬送能力を前記第２下流領域よりも大きくしたことを特徴とする。

本発明によれば、現像容器内の現像剤の透磁率を検知する濃度センサを用いてトナー補給を行う現像装置において、センサ位置で現像剤が滞留することによる濃度検知精度の低下を抑制することができる。
また、本発明によれば、攪拌性の低下を抑制しながら、センサ位置で現像剤が滞留することによる濃度検知精度の低下を抑制することができる。

本発明に係る画像形成装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。 現像装置の構成を示す縦断面図である。 実施例１の現像装置の構成を示す横断面図である。 現像装置の寸法を比較した図である。 実施例２の現像装置の構成を示す横断面図である。 実施例３の現像装置の構成を示す横断面図である。 実施例４の現像装置の構成を示す横断面図と現像剤の搬送速度を模式的に示した図である。

以下、本発明に係る現像装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
本発明にかかる現像装置の説明に先立ち、まず、現像装置の装着先となる画像形成装置の一例として、図１に、代表的な電子写真方式の画像形成装置の概略を図示する。

同図に示す画像形成装置は、４個の画像形成部を有する４色フルカラーの電子写真方式の画像形成装置であり、同図はその概略構成を模式的に示す縦断面図である。同図に示す画像形成装置は、中間転写体としての中間転写ベルト１７の回転方向（矢印Ｒ１７方向）に沿って上流側から下流側にかけて４個の画像形成部（画像形成ステーション）Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄが配設されている。各画像形成Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは、この順に、イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色のトナー像を形成する画像形成部であり、それぞれ像担持体としてドラム形の電子写真感光体（以下「感光体ドラム」という。）１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを備えている。以下の説明では、感光体ドラム１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、特に色を区別する必要がない場合は、単に、感光体ドラム１のように表記するものとする。

感光体ドラム１は、それぞれ矢印Ｒ１方向（図１中の反時計回り）に回転駆動されるようになっている。各感光体ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に、帯電器（帯電手段）２、露光装置（潜像形成手段）３、現像装置（現像手段）４、一次転写ローラ（一次転写手段）５が配置されている。さらに、一次転写ローラ（一次転写手段）５に対してドラム回転下流側には、ドラムクリーナ（クリーニング手段）６が配設されている。また、中間転写体としての中間転写ベルト１７の下方には、転写搬送ベルト１８が配設されて、転写材Ｓの搬送方向（図１中の矢印Ｒ１８方向）の下流側に定着装置（定着手段）１６が配設されている。本実施の形態では、上述の感光体ドラム１として、直径が３０ｍｍのものを用いている。感光体ドラム１は、接地されたアルミニウムなどの導電材製ドラム基体の外周面に、通常の有機光導電体層（ＯＰＣ）からなる感光体層を形成塗布されたものである。この感光体層は、下引層（ＵＣＬ）、電荷キャリア生成層（ＣＧＬ）、電荷キャリア移動層（ＣＴＬ）が積層されている。感光体層は、通常は絶縁層であり、特定の波長の光を照射することにより、導電体になるという性質を有している。これは、光を照射することによって、電荷キャリア生成層内に正孔が生成し、それらが電荷の流れの担い手となるからである。電荷キャリア生成層は厚さ０．２μｍのフタロシニアン化合物で、電荷キャリア移動層は厚さ２５μｍ程度のヒドラゾン化合物を分散させたポリカーボネートで構成されている。

本実施の形態では、帯電手段として帯電ローラ２を使用している。帯電ローラ２は感光体ドラム１表面に接触するように配置されている。帯電ローラ２の構造は、中心に導電性の芯金を有し、この芯金の外周に導電性弾性層、中抵抗導電層、低抵抗導電層が形成されている。帯電ローラ２は、その両端部を軸受けによって回転自在に軸支され、感光体ドラム１の回転軸線に平行に配置されている。帯電ローラ２の両端部の軸受けは、ばねなどの弾性部材によって、感光体ドラム１に適度な押圧力で圧接されている。その圧接力によって帯電ローラ２は感光体ドラム１の回転に従動して回転する。

本実施の形態では、露光装置３として画像情報に応じてレーザ光をＯＮ／ＯＦＦするレーザスキャナを使用している。露光装置３から発生したレーザ光は、反射ミラーを介して、帯電後の感光体ドラム１表面に走査露光される。これにより、レーザ光照射部分の電荷が除去され、画像情報に応じた静電潜像が形成される。

次に、図２を参照して、各色毎の現像装置４について説明する。なお、現像装置の詳細については、後述する。現像装置４は現像容器３０を備え、現像容器３０内に現像剤としてトナーとキャリアを含む二成分現像剤が収容されている。また、現像容器内に、現像剤担持手段としての現像スリーブ２０と、現像スリーブ２０上に担持された現像剤の穂を規制する穂切り部材２２（現像剤規制ブレード）を有している。この規制ブレード２２によって、現像スリーブ２０上の現像剤の層厚が規制される。

本実施の形態では、現像容器３０の感光体ドラム１に対向した現像領域に相当する位置には開口部があり、この開口部に現像スリーブ２０が感光体ドラム方向に一部露出するように回転可能に配設されている。現像スリーブ２０はアルミニウムやステンレスなどの非磁性材料で構成され、その内部には、磁界発生手段である固定されたマグネットローラ２１が内包されている。現像動作時における現像スリーブ２０は、図２に示す矢印Ｒ２０方向（反時計方向）に回転する。そして、現像スリーブ２０上の現像剤は、現像剤規制ブレード２２によって層厚が規制されることで、所定量の二成分現像剤を感光体ドラム１と対向した現像領域に搬送する。そして、感光体ドラム１上に形成された静電潜像に現像剤を供給して潜像を現像する。現像スリーブ２０の回転によって現像領域に搬送された現像剤は、現像終了後はそのまま現像スリーブ２０によって搬送され、現像容器３０に回収される。

一方、現像器４の上方には、補給用のトナーを収容した着脱自在なトナー容器２７が設けられている。現像によって消費されたトナーはトナー容器２７に設けられた補給口３３から補給搬送路２８を通って、現像容器３０に設けられた補給口３３から現像容器３０内に補給される。トナー補給は、画像情報信号をＣＣＤセンサ等で読み取った画像濃度のビデオカウント数から、その画像で消費されるトナー量を予想して、それに対応する量のトナー補給を行っている。更に、後述するように、図２のように現像容器３０内に設けられたトナー濃度センサとしての透磁率センサ３１の検知結果に基いて、ＣＰＵ１００は現像器内のトナー濃度が目標濃度となるようにトナー補給量を補正している。

補給搬送路２８には、補給スクリュー（トナー補給手段）２９が設けられており、補給スクリュー２９の回転時間を制御することによって、現像容器３０内に補給されるトナー量が調整されるようになっている。

次に、本実施の形態で使用される二成分現像剤について説明する。二成分現像剤は、非磁性トナーと低磁化高抵抗キャリアとを主成分として構成されている。

非磁性トナーは、スチレン系樹脂やポリエステル樹脂等の結着樹脂、カーボンブラックや染料、顔料等の着色剤、ワックス等の離型剤、荷電制御剤等を適当量用いることにより構成される。このような非磁性トナーは、粉砕法や重合法などの方法により製造することができる。

尚、非磁性トナー（負帯電特性）は、摩擦帯電量が−１×１０^−２〜−５．０×１０^−２Ｃ／ｋｇ程度のものであることが好ましい。非磁性トナーの摩擦帯電量が上記範囲を外れると、磁性キャリアに発生するカウンターチャージ量が大きくなり白抜けレベルが悪化することとなり、画像不良を生じることがある。非磁性トナーの摩擦帯電量は、用いられる材料の種類等により調整しても良いし、外添剤の添加によって調整しても良い。

非磁性トナーの摩擦帯電量は、一般的なブローオフ法を用い、現像剤量を約０．５〜１．５ｇとして現像剤からトナーをエアー吸引することで吸引し、測定容器に誘起される電荷量を測定することにより測定することができる。

又、磁性キャリアとしては、従来公知のものを使用することができる。例えば、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化、及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、又は、フェライト等のマグネタイト単体表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったものも使用できる。また、フェライト等のマグネタイト単体表面樹脂でコーティングし抵抗調整を行ったものなども用いることができる。これら磁性キャリアの製造方法は特に制限されない。

尚、磁性キャリアは、０．１Ｔの磁界において３．０×１０^４Ａ／ｍ〜２．０×１０^５Ａ／ｍの磁化を有することが好ましい。磁性キャリアの磁化量を小さくすると、磁気ブラシによるスキャベジングを抑制する効果があるが、磁界発生手段による非磁性円筒体への付着が困難となり、感光体ドラムへの磁性キャリア付着等の画像不良やはき寄せ等の画像不良を生じることがある。又、磁性キャリアの磁化が上記範囲よりも大きいと、上述したように磁気ブラシの圧力により画像不良を生じることがある。

更に、磁性キャリアの体積抵抗率は、リークや現像性を考慮して１０^７〜１０^１４Ωｃｍのものを用いるのが好ましい。

キャリアの磁化は、理研電子（株）製の振動磁場型磁気特性自動記録装置であるＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、０．１Ｔの外部磁場を作り、そのときの磁化の強さを求める。キャリアは円筒状のプラスチック容器に十分密になるようにパッキングした状態にする。この状態で磁化モーメントを測定し、試料を入れた時の実際の重量を測定し、磁化の強さを求める（Ａｍ^２／ｋｇ）。次いで、キャリア粒子の真比重を乾式自動密度形アキュピック１３３０（島津製作所（株）社製）により求め、磁化の強さ（Ａｍ^２／ｋｇ）に真比重を掛けることで、本実施例に用いられる単位体積当たりの磁化の強さ（Ａ／ｍ）を求めることができる。

本実施の形態では、一次転写ローラ５及び二次転写対向ローラ１１には、中間転写体としての無端状の中間転写ベルト１７が掛け渡されている。中間転写ベルト７は、その裏面側から一次転写ローラ５によって押圧されていて、その表面を感光体ドラム１に当接させている。これにより、感光体ドラム１と、中間転写ベルト１７との間には、一次転写ニップ（一次転写部）が形成されている。中間転写ベルト１７は、駆動ローラも兼ねる二次転写対向ローラ１１の矢印Ｒ１７方向の回転に伴って、矢印Ｒ１７方向に回転するようになっている。この中間転写ベルト１７の回転速度は、上述の各感光体ドラム１の回転速度（プロセススピード）とほぼ同じに設定されている。

本実施の形態では、定着装置１６として回転自在な定着ローラ１４と、定着ローラ１４の下方から当接された加圧ローラ１５を有している。定着ローラ１４の内部にはハロゲンランプなどのヒータ１９が設置され、ヒータ１９への電圧等を制御することで定着ローラ１４表面の温度調節を行っている。

次に、上記構成の画像形成装置の動作を説明する。図１において、帯電ローラ２によって、均一に帯電した感光体ドラム１表面を、露光装置３によって、走査露光することで感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。感光体ドラム１上に形成された静電潜像は、現像装置４によってイエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色のトナー像として現像される。これら４色のトナー像は、一次転写ニップにおいて、一次転写ローラ５に一次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト１７上に順次一次転写される。こうして、４色のトナー像が中間転写ベルト１７上で重ね合わされる。一次転写時に、中間転写ベルト１７に転写されないで感光体ドラム１上に残ったトナー（残留トナー）は、ドラムクリーナ６によって除去される。残留トナーが除去された感光体ドラム１は、次の画像形成に供される。

上述のようにして中間転写ベルト１７上で重ね合わされた４色のトナー像は、転写材Ｓに二次転写される。給紙カセット（図示略）から給紙搬送装置によって搬送された転写材Ｓは、レジストローラによって中間転写ベルト１７上のトナー像にタイミングを合わせるようにして二次転写ニップに供給される。供給された転写材Ｓには、二次転写ニップにおいて、二次転写ローラ１１に二次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト１７上の４色のトナー像が一括で二次転写される。

未定着のトナー像が二次転写された転写材Ｓは、定着装置１６の定着ローラ１４及び加圧ローラ１５によって、加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。トナー像定着後の転写材Ｓは、排紙トレイ上に排出される。以上で、１枚の転写材Ｓの片面（表面）に対する４色フルカラーの画像形成が終了する。二次転写後に、転写されないで中間転写ベルト１７上に残ったトナー（転写残トナー）は、ベルトクリーナ１０によって除去される。

このように、一連のフルカラープリントシーケンスが終了し、所望のフルカラープリント画像が形成される。

本実施の形態における現像バイアスについて説明する。本実施例においては、交流電圧と直流電圧を重畳した波形を使用した。交流電圧と直流電圧を重畳して印加する区間（振動部）Ａと、これに続いて、直流電圧のみを印加する区間（ブランク部）Ｂの全体を１サイクルとして、このサイクルを繰り返すバイアスである。振幅部Ａは周波数１５ｋＨｚであり、１周期に要する時間は１００ｍｓとなり、それが２周期繰り返されるので２００ｍｓ間印加される。ブランク部Ｂも２００ｍｓ間印加される。交流電圧の振幅値幅（以下、Ｖｐｐと表記）は２．０ｋＶに設定されている。

次に、前述した現像装置４についてさらに詳細に説明する。現像装置４は現像容器３０を備え、現像容器３０内に現像剤としてトナーとキャリアを含む二成分現像剤が収容されている。また、現像容器３０内に、現像剤担持手段としての現像スリーブ２０と、現像スリーブ２０上に担持された現像剤の穂を規制する穂切り部材２２（現像剤規制ブレード）を有している。

本実施の形態では、現像容器３０の感光体ドラム１に対向した現像領域に相当する位置には開口部があり、この開口部に現像スリーブ２０が感光体ドラム方向に一部露出するように回転可能に配設されている。現像スリーブ２０はアルミニウムやステンレスなどの非磁性材料で構成され、その内部には、磁界発生手段である固定されたマグネットローラ２１が内包されている。マグネットローラ２１は、周方向に沿って多数の磁極を有し、これらの磁極は現像磁極Ｓ２極と搬送磁極Ｎ１，Ｎ２，Ｓ１，Ｓ３極とに分けられる。現像磁極Ｓ２極は感光体ドラム１と現像スリーブ２０とが対向する現像位置近傍に次回を発生させて、現像スリーブ２０表面に現像剤の磁気穂を形成し、これによって現像スリーブ２０上の現像剤を感光体ドラム１の静電潜像に付着させて現像を行う。一方、搬送磁極Ｎ１，Ｎ２，Ｓ１，Ｓ３極は、現像スリーブ２０の回転に伴って現像剤の搬送を担っている。複数の搬送磁極Ｎ１，Ｎ２，Ｓ１，Ｓ３極のうち、搬送磁極Ｎ１とＮ３は、相互に隣接し、現像容器３０側に配置されている。搬送磁極Ｎ１とＮ３は、同極であり、両者の間には、反発磁界が形成される。したがって、現像スリーブ２０に保持されたまま搬送磁極Ｎ３へと搬送された現像剤は、この反発磁界の作用により、搬送磁極Ｎ１への搬送を妨げられ、搬送磁極Ｎ３近傍の現像装置内に落下する。

現像剤規制ブレード２２は、アルミニウム、ＳＵＳ１６等の非磁性材料にて構成され、現像スリーブ２０の表面との間に所定の間隙を設けて取り付けられている。この間隙によって、現像スリーブ２０上を搬送される現像剤の量、具体的には、現像スリーブ２０上の現像剤の層厚が規制される。

本実施の形態において、現像容器３０の内部は、区画された現像室２５と攪拌室２６が設けられている。そして、現像室２５と攪拌室２６のそれぞれに現像剤攪拌・搬送手段としての搬送スクリュー２３，２４が配置されている。そして、攪拌・搬送スクリュー２３，２４を駆動装置にて駆動することによって、現像容器内に収納された現像剤が搬送及び攪拌されて、現像容器３０内を循環する。攪拌・搬送スクリュー２３と攪拌・搬送スクリュー２４の間には、現像容器３０の端部で現像室２５と攪拌室２６が連絡可能な仕切り壁が設けられている。図３に、本実施例における現像容器３０を真上から見た図を示す。図３に示すように、攪拌・搬送スクリュー２３と攪拌・搬送スクリュー２４は、略平行に配置され、それらの間は、現像室２５と攪拌室２６の間を現像剤が行き来しないように、仕切り壁３２で仕切られている。現像容器３０の長手両端部においては、仕切り壁が存在せず、現像剤が攪拌・搬送スクリュー２３と攪拌・搬送スクリュー２４の間を行き来できるようになっている。攪拌・搬送スクリュー２３と攪拌・搬送スクリュー２４の現像剤の搬送方向は、反対方向であり、現像容器内には現像剤が途切れることなく循環する循環路が形成されている。

また、攪拌室２６側の現像容器３０の壁面には、トナー濃度センサ（透磁率センサ）３１が設けられている。本実施例では、トナー濃度センサとして、トナーとキャリアの見かけ上の透磁率の変化を検知するインダクタンス検知方式のセンサを採用している。透磁率センサ３１は、攪拌室２６の現像剤搬送方向下流側に設けられており、図２に示すように現像容器の壁面の下面側に斜めに設けられている。現像容器の下面側に斜めに取り付けることで、現像装置の小型化の要求を満たしている。図４に示すように、透磁率センサ３１を現像容器３０の下面側に斜めに取り付けた場合と、現像容器３０に垂直に取り付けた場合を比較すると、水平方向に関して、透磁率センサ３１の厚さだけ現像装置を小型にすることが可能となる。本実施例では、透磁率センサ３１は現像容器の壁面の下面側に斜めに設けられたが、本発明は、これに限ったものではなく、透磁率センサが現像容器の壁面に垂直に設けられた構成や、現像容器の下面に設けられた構成に対しても有効である。

次に、本発明の特徴的な部分である透磁率センサ３１近傍の現像剤攪拌・搬送スクリュー２４の構成について図３をもとに述べる。

攪拌・搬送スクリュー２４は、軸径７ｍｍの回転軸３４に軸方向にわたって、ピッチ２５ｍｍ、外径２５ｍｍの攪拌羽根であるスクリュー羽根３５が均等に設けられている。本発明の特徴的な点としては、透磁率センサ３１の前後２５ｍｍ間における攪拌・搬送スクリュー２４のピッチが３５ｍｍと広くなっていることである。従って、透磁率センサ３１が対向する対向部よりも搬送方向上流近傍（第１領域）の方が、第１領域よりも現像剤の搬送方向上流側の領域（第２領域）よりも、単位駆動時間あたりの現像剤の搬送能力（最大搬送量）が大きくなっている。また、透磁率センサ３１が対向する対向部よりも現像剤の搬送方向下流近傍（第３領域）の方が、第２領域よりも、単位駆動時間あたりの現像剤の搬送能力が大きくなっている。ここで、搬送能力（最大搬送量）とは、攪拌・搬送スクリュー２４のピッチ間をトナーで充填した状態で駆動したときにピッチ間に充填されたトナーが搬送される量と定義する。この値が大きいほど、現像剤搬送量（搬送能力）が高く、結果、その位置における現像剤の搬送速度が高いことを意味する。

そのため、透磁率センサ３１のセンサ対向部における現像剤の平均搬送速度が、他の部分の搬送速度よりも速くなっている。

その結果、透磁率センサ面に対向している現像剤を、攪拌・搬送スクリュー２４の軸方向に搬送する力が強くなっている。そのため、本実施例では、攪拌・搬送スクリュー２４が駆動しているときのセンサ対向部の現像剤の剤面高さは、循環路の剤面高さの平均高さよりも低くなっている。ここで、循環路内の循環方向への現像剤の搬送速度は、循環路の循環方向に直交する断面を通過する現像剤の各々の搬送速度の平均値と定義する。

ここで、センサ３１対向部における攪拌・搬送スクリュー２４の最大搬送量は、攪拌・搬送スクリュー２４の最大搬送量の平均値の１．１倍〜７倍以上となることが好ましい。透磁率センサ３１対向部の搬送速度が１．１倍を下回ると現像剤の滞留を抑制する効果が得にくい。また、透磁率センサ３１対向部の搬送速度が７倍を上回るとセンサ対向部の剤面が極端に低下し、検知精度が低下してしまう。

現像剤の搬送速度の測定方法は、以下のように現像剤を搬送させたときの現像剤の剤面高さを測定することで簡易的に測定できる。これは、現像剤の搬送速度が早いほど、現像剤の剤面高さが下がる為である。本実施例では、予め現像装置内の剤面をフラットにしておき、画像形成時と同じ速度で現像装置内の搬送部材を数十秒間駆動させたときの剤面高さを３回測定し、その平均値の逆数をとって現像剤搬送速度として測定した。また、現像室と攪拌室が重力方向に並んでいる、いわゆる縦攪拌方式の場合、現像剤がどちらか一方に片寄ってしまう場合がある。そのような時は現像剤の現像室と攪拌室への分配量が平衡状態になるまで攪拌部材を駆動したあとに、測定する。このとき、現像室と攪拌室の受渡し部には現像剤が堆積できない為、循環路は受渡し部を除いた現像室及び攪拌室の底部に堆積する現像剤の剤面の平均値を循環路の剤面高さの平均値とする。

また、より正確に現像剤の搬送速度を測定する方法としては、異なる色のトナーを現像装置に入れて、搬送部材を駆動させる。そのときの異色現像剤の移動速度を直接、ハイスピードカメラで測定することで測定してもよい。

本実施例においては、攪拌・搬送スクリュー２４の羽根のピッチ間隔を広くする領域をセンサの前後±２５ｍｍで５０ｍｍとした。本発明の観点からは５０ｍｍで十分であり、これよりあまり長くする必要はないが、長くしても同様の効果が得られる。ただし、あまりに長くすると、その領域での現像剤の攪拌性が低下してしまうので、攪拌の観点で問題（補給トナーが現像剤と混ざりにくくなり、トナー濃度が均一になりにくい）を生じることがある。一方、攪拌・搬送スクリュー２４の羽根のピッチを広くする領域が、あまりに短いと改善効果は得られるものの十分な効果が得られない場合がある。以上より、好ましい範囲は３０ｍｍ〜７０ｍｍ、より好ましくは、４０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲で、攪拌・搬送スクリューの外径などに応じて設定する方が良い。さらに、本実施例では、攪拌・搬送スクリュー２４の羽根のピッチを広くする領域をセンサの前後２５ｍｍとしたが、センサの前後で、ピッチを広くする間隔を均等にしなくてもよい。

実施例２
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は実施例１と同様である。

図５（ａ）に本実施例における現像装置の構成を示す。攪拌・搬送スクリュー２４は、軸径７ｍｍの回転軸３４に軸方向にわたって、ピッチ３０ｍｍ、外径２５ｍｍの攪拌羽根であるスクリュー羽根３５が均等に設けられている。また、攪拌・搬送スクリュー２４の軸に、リブ３６が設けられている。リブ３６の寸法は、幅５ｍｍ、高さ７ｍｍ、厚さ１ｍｍのものとし、軸に１８０°間隔で設けられている。本発明の特徴的な点としては、透磁率センサ３１に対向する３ピッチ間における攪拌・搬送スクリュー２４の軸に設けられたリブ３７の寸法を、幅×高さ×厚さで５ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍにしている点である。つまり、幅と厚さは、他の部分と同じであるが、高さを３ｍｍと低くしている点に特徴がある。即ち、透磁率センサ３１に対向する領域の単位長さあたりに占めるリブの体積を、それ以外の領域よりも小さくしている。そのため、透磁率センサ３１の近傍での現像剤の搬送速度が、他の部分の搬送速度よりも速くなっている。その結果、透磁率センサ面に対向している現像剤を、攪拌・搬送スクリュー２４の軸方向に搬送する力が強くなっている。

本実施例においては、攪拌・搬送スクリュー２４の軸に設けられたリブの高さを変える範囲を３ピッチとした。本発明の観点からは３ピッチで十分であり、これよりあまり多くする必要はないが、多くしても同様の効果が得られる。ただし、あまりに多くすると、その領域での現像剤の攪拌性が低下してしまうので、攪拌の観点で問題を生じることがある。一方、攪拌・搬送スクリュー２４の軸に設けられたリブ３７の高さを変える範囲が、あまりに短いと改善効果は得られるものの十分な効果が得られない場合がある。以上より、好ましい範囲は、攪拌性と搬送性を両立させるような範囲で、さらに攪拌・搬送スクリューの外径などに応じて設定する方が良い。

また、本実施例では、攪拌・搬送スクリュー２４の軸に設けられたリブの高さを変更することで効果を得たが、これはリブの幅を周囲より狭く変更することやリブの厚さを周囲よりも薄く変更することでも同様の効果を得ることができる。

また、本実施例では、攪拌・搬送スクリュー２４の軸に設けられたリブの寸法を変更することで効果を得たが、図５（ｂ）に示すように、透磁率センサ３１近傍の攪拌・搬送スクリュー２４の軸において、リブを設けないことでも同様の効果を得ることができる。

実施例３
本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は実施例１と同様である。

本実施例は、実施例１と実施例２を組み合わせた構成である。図６に本実施例における現像装置の構成を示す。攪拌・搬送スクリュー２４は、軸径７ｍｍの回転軸３４に軸方向にわたって、ピッチ３０ｍｍ、外径２５ｍｍの攪拌羽根であるスクリュー羽根３５が均等に設けられている。また、攪拌・搬送スクリュー２４の軸に、リブ３６が設けられている。リブ３６の寸法は、幅５ｍｍ、高さ７ｍｍ、厚さ１ｍｍのものとし、軸に１８０°間隔で設けられている。本発明の特徴的な点としては、透磁率センサ３１の前後２５ｍｍにおける攪拌・搬送スクリュー２４のピッチが３５ｍｍと広くなっている。さらにピッチが３５ｍｍ間における攪拌・搬送スクリュー２４の軸に設けられたリブ３７の寸法を、幅×高さ×厚さで５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍにしている点である。上記２つの効果により、透磁率センサ３１の近傍での現像剤の搬送速度が、他の部分の搬送速度よりも速くなっている。その結果、透磁率センサ面に対向している現像剤を、攪拌・搬送スクリュー２４の軸方向に搬送する力が強くなっている。

実施例４
本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は実施例１と同様である。

図７に本実施例における現像装置の構成を示す。攪拌・搬送スクリュー２４は、軸径７ｍｍの回転軸３４に軸方向にわたって、ピッチ２５ｍｍ、外径２５ｍｍの攪拌羽根であるスクリュー羽根３５が均等に設けられている。また、攪拌・搬送スクリュー２４の軸に、リブ３６が設けられている。リブ３６の寸法は、幅５ｍｍ、高さ７ｍｍ、厚さ１ｍｍのものとし、軸に１８０°間隔で設けられている。本発明の特徴的な点としては、透磁率センサ３１に対向する攪拌・搬送スクリュー２４の軸にはリブを一つ設け、その前後１ピッチ間における攪拌・搬送スクリュー２４の軸にはリブを設けない点である。これによって、センサ面対向部での現像剤の入れ替え促進・滞留防止のための効果に加えて、透磁率センサ３１近傍の現像剤の搬送速度も上昇するので、透磁率センサ面に対向している現像剤を、攪拌・搬送スクリュー２４の軸方向に搬送する力が強くなっている。図７に本実施例における攪拌室２６における長手方向での搬送速度の概略図を示す。透磁率センサ３１近傍の搬送速度は、周囲の搬送速度よりも上昇している。また、透磁率センサ３１対向部の搬送速度は透磁率センサ３１近傍の搬送速度よりは遅くなっているが、周囲の搬送速度よりも速くなっている。その結果、透磁率センサ面に対向している現像剤を、攪拌・搬送スクリュー２４の軸方向に搬送する力が強くなっている。

ここで、透磁率センサ３１対向部に設けられたリブを、それよりも上流側に設けられているリブよりも体積を大きくすることで、センサ対向部の攪拌性をあげてもよい。また、透磁率センサ３１対向部に設けられたリブを、センサ検知面よりも搬送スクリューの回転軸方向の幅よりも大きくしてもよい。

この場合、センサ対向部における搬送スクリュー２４の回転軸線方向の搬送能力は低下してしまうが、センサ対向部直上流側の搬送スクリューの回転軸線方向の搬送能力を大きくしているため、現像剤の滞留を十分抑制可能である。即ち、図７のようにセンサ対向部における搬送スクリューの回転軸線方向の現像剤搬送速度（現像剤搬送量）を高い状態に維持しつつ、センサ対向部の攪拌性の向上も図ることができる。

４ 現像装置
２０ 現像スリーブ
２１ マグネットローラ
２２ 現像剤規制ブレード
２５ 現像室
２６ 攪拌室
３０ 現像容器
３１ トナー濃度センサ

Claims (25)

1. 非磁性トナー及び磁性キャリアを有する現像剤が収容される現像容器と、
   前記現像容器内の現像剤を担持して像担持体と対向する現像領域に搬送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現像室と、
   前記現像室の両端部で現像剤を受け渡しする連絡口を備え、前記現像剤室と循環路を形成して前記現像容器内の現像剤を撹拌する撹拌室と、
   前記撹拌室に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸の周りに形成された螺旋状のスクリュー部と、を備えた搬送手段と、
   前記搬送手段と対向するように設けられ、前記現像容器内の現像剤の透磁率に関する情報を検知する濃度センサと、を有する現像装置において、
   前記搬送手段は、前記濃度センサの検知面と対向する位置と現像剤搬送方向上流側で隣接する第１上流領域と、前記第１上流領域に対して現像剤搬送方向上流側で隣接する第２上流領域と、を備え、前記第１上流領域における前記搬送手段の前記スクリュー部の隣接する羽根と羽根の間隔で形成される単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を、前記第２上流領域よりも小さくすることで、前記第１上流領域における前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記軸線方向に関する搬送能力を前記第２上流領域よりも大きくしたことを特徴とする現像装置。
2. 前記搬送手段は、前記濃度センサの検知面と対向する位置と現像剤搬送方向下流側で隣接する第１下流領域を備え、前記第１下流領域における前記搬送手段の単位ピッチあたりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を、前記第２上流領域に対して低下させることで、前記第１下流領域における前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記軸線方向に関する搬送能力が前記第２上流領域に対して高くなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記第１上流領域に設けられている前記スクリュー部のピッチ間隔が、前記第２上流領域に設けられている前記スクリュー部のピッチ間隔よりも広いことを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記搬送手段は、現像剤を撹拌するためのリブが設けられており、前記搬送手段の前記第１上流領域は、前記第２上流領域よりも単位体積当たりに占めるリブの体積が小さい、もしくは、前記リブが設けられていないことで前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を低下させていることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の現像装置。
5. 前記第１上流領域は、前記搬送手段と前記濃度センサの検知面が対向する１ピッチ領域に対して上流側で隣接する領域であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の現像装置。
6. 前記第１下流領域は、前記搬送手段と前記濃度センサの検知面が対向する１ピッチ領域に対して下流側で隣接する領域であることを特徴とする請求項２乃至５いずれかに記載の現像装置。
7. 前記搬送手段の軸線方向に関して、前記第１上流領域の上流端から前記第１下流領域の下流端までの領域の長さは、３０〜７０ｍｍの領域であることを特徴とする請求項２乃至６いずれかに記載の現像装置。
8. 前記第１下流領域に対して下流側で隣接する第２下流領域を備え、前記搬送手段は、前記第１上流領域と、前記第１下流領域と、のそれぞれにおける前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を低下させることで、前記第１上流領域と、前記第１下流領域と、のそれぞれにおける前記搬送手段の単位ピッチ当たりの軸線方向に関する搬送能力が、前記第２下流領域よりも高いことを特徴とする請求項２乃至７いずれかに記載の現像装置。
9. 前記搬送手段は、前記第１上流領域の上流端から前記第１下流領域の下流端までの間において、前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力が前記濃度センサ対向部で部分的に高くなっていることを特徴とする請求項２乃至８いずれかに記載の現像装置。
10. 前記濃度センサが設けられている位置は、前記搬送手段の回転方向のうち、水平位置よりも重力方向下方側で、最下点位置よりも重力方向上方の位置に設けられ、前記現像容器の内壁から前記搬送手段に向けて突出するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の現像装置。
11. 前記濃度センサは、前記撹拌室の搬送方向下流側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の現像装置。
12. 前記搬送手段は、前記第１下流領域及び前記第１上流領域における前記搬送手段の単位ピッチあたりの前記軸線方向の搬送能力が、それ以外の領域よりも高いことを特徴とする請求項２乃至１１いずれかに記載の現像装置。
13. 前記搬送手段は、前記第１上流領域と前記第２上流領域における外径が実質的に同一であることを特徴とする請求項１乃至１２いずれかに記載の現像装置。
14. 非磁性トナー及び磁性キャリアを有する現像剤が収容される現像容器と、
    前記現像容器内の現像剤を担持して像担持体と対向する現像領域に搬送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現像室と、
    前記現像室の両端部で現像剤を受け渡しする連絡口を備え、前記現像剤室と循環路を形成して前記現像容器内の現像剤を撹拌する撹拌室と、
    前記撹拌室に回転可能に設けられた回転軸と、前記回転軸の周りに形成された螺旋状のスクリュー部と、を備えた搬送手段と、
    前記搬送手段と対向するように設けられ、前記現像容器内の現像剤の透磁率に関する情報を検知する濃度センサと、を有する現像装置において、
    前記搬送手段は、前記濃度センサの検知面と対向する位置と現像剤搬送方向下流側で隣接する第１下流領域と、前記第１下流領域に対して現像剤搬送方向下流側で隣接する第２下流領域と、を備え、前記第１下流領域における前記搬送手段の前記スクリュー部の隣接する羽根と羽根の間隔で形成される単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を、前記第２下流領域よりも小さくすることで、前記第１下流領域における前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記軸線方向に関する搬送能力を前記第２下流領域よりも大きくしたことを特徴とする現像装置。
15. 前記搬送手段は、前記濃度センサの検知面と対向する位置と現像剤搬送方向上流側で隣接する第１上流領域を備え、前記第１上流領域における前記搬送手段の単位ピッチあたりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を、前記第２下流領域に対して低下させることで、前記第１上流領域における前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記軸線方向に関する搬送能力が前記第２下流領域に対して高くなるように構成されていることを特徴とする請求項１４に記載の現像装置。
16. 前記第１下流領域に設けられている前記スクリュー部のピッチ間隔が、前記第２下流領域に設けられている前記スクリュー部のピッチ間隔よりも広いことを特徴とする請求項１４または１５に記載の現像装置。
17. 前記搬送手段は、現像剤を撹拌するためのリブが設けられており、前記搬送手段の前記第１下流領域は、前記第２下流領域よりも単位体積当たりに占めるリブの体積が小さい、もしくは、前記リブが設けられていないことで前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を低下させていることを特徴とする請求項１４乃至１６いずれかに記載の現像装置。
18. 前記第１下流領域は、前記搬送手段と前記濃度センサの検知面が対向する１ピッチ領域に対して下流側で隣接する領域であることを特徴とする請求項１４乃至１７いずれかに記載の現像装置。
19. 前記１上流領域は、前記搬送手段と前記濃度センサの検知面が対向する１ピッチ領域に対して上流側で隣接する領域であることを特徴とする請求項１５乃至１８いずれかに記載の現像装置。
20. 前記搬送手段の軸線方向に関して、前記第１上流領域の上流端から前記第１下流領域の下流端までの領域の長さは、３０〜７０ｍｍの領域であることを特徴とする請求項１５乃至１９いずれかに記載の現像装置。
21. 前記第１上流領域に対して上流側で隣接する第２上流領域を備え、前記搬送手段は、前記第１上流領域と、前記第１下流領域と、のそれぞれにおける前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力を低下させることで、前記第１上流領域と、前記第１下流領域と、のそれぞれにおける前記搬送手段の単位ピッチ当たりの軸線方向に関する搬送能力が、前記第２上流領域よりも高いことを特徴とする請求項１５乃至２０いずれかに記載の現像装置。
22. 前記搬送手段は、前記第１上流領域の上流端から前記第１下流領域の下流端までの間において、前記搬送手段の単位ピッチ当たりの前記搬送手段の回転方向に関する撹拌力が前記濃度センサ対向部で部分的に高くなっていることを特徴とする請求項１５乃至２１いずれかに記載の現像装置。
23. 前記濃度センサの検知部が設けられている位置は、前記搬送手段の回転方向のうち、水平位置よりも重力方向下方側で、最下点位置よりも重力方向上方の位置に設けられ、前記現像容器の内壁から前記搬送手段に向けて突出するように設けられていることを特徴とする請求項１４乃至２２いずれかに記載の現像装置。
24. 前記搬送手段は、前記第１下流領域及び前記第１上流領域における前記搬送手段の単位ピッチあたりの前記軸線方向の搬送能力が、それ以外の領域よりも高いことを特徴とする請求項１５乃至２３いずれかに記載の現像装置。
25. 前記搬送手段は、前記第１下流領域と前記第２下流領域における外径が実質的に同一であることを特徴とする請求項１４乃至２４いずれかに記載の現像装置。