JP2009020434A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像スリーブにおける圧縮を弱くした場合でも黒ベタ部のスクリューピッチムラを解消し得る現像装置及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像スリーブ40、スクリュー41、42の回転時の動トルクをそれぞれＴｓ、Ｔ１、Ｔ２、回転角速度をそれぞれＲｓ、Ｒ１、Ｒ２とし、第二撹拌室902に収容されている現像剤の質量をＭ２、現像室900及び第一撹拌室901で形成される空間を分け、現像スリーブ側の空間に存在する現像剤の質量をＭｓ、スクリュー41側の空間に存在する現像剤の質量をＭ１、重力加速度をGとし、現像スリーブ、スクリュー41、42の回転による現像剤負荷をそれぞれ、Ｗｄｓ（ｍＷ/ｇ）＝Ｒｓ×Ｔｓ×G／Ｍｓ、Ｗｄ１（ｍＷ/ｇ）＝Ｒ１×Ｔ１×G／Ｍ１、Ｗｄ２（ｍＷ/ｇ）＝Ｒ２×Ｔ２×G／Ｍ２、としたとき、0.5＜Ｗｄｓ／（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）≦7.0かつ12.5≦Ｗｄｓ≦57.5かつＷｄ１＜Ｗｄ２の関係を満たすように構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は像担持体に形成した静電像を現像剤により現像する現像装置及びこれを備えた複写機、レーザビームプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

電子写真装置等においては、トナー粒子と磁性キャリアからなる二成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式の現像装置が多く用いられている。

現像工程について図９を用いて説明する。図中、40は現像スリーブ、45は現像スリーブ内に固定配置されたマグネットローラ、41，42は撹拌スクリュー、43は現像剤を現像スリーブ表面に薄層形成するために配置された規制ブレード、44は現像容器である。

なお、撹拌スクリュー41と42とは、互いに逆方向に現像剤を搬送し、両端部において現像剤が一方の撹拌スクリューから他方の撹拌スクリューへと送られ、全体として一方向に循環するように搬送される。

現像に際しては、現像スリーブ40の回転に伴い、Ｎ２極で汲み上げられた現像剤は、Ｓ２極→Ｎ１極と搬送される過程において、規制ブレード43によって規制され、現像スリーブ40上に薄層形成される。ここで薄層形成された現像剤が、現像主極であるＳ１極に搬送されてくると磁気力により穂立ちが形成される。この穂状に形成された現像剤によって前記静電像を現像し、その後Ｎ３極、Ｎ２極の反発磁界によって現像スリーブ40上の現像剤は、現像容器内44内に戻される。二成分現像においては、上述したように、同極性の磁極を並べて配置し、現像後の現像剤を一旦現像スリーブから剥ぎ取り、画像履歴を残さないようにする構成が一般的である。

ところで、近年、二成分現像器を用いた現像装置及び画像形成装置の更なる小型化、高画質化、長寿命化の開発が進められている。長寿命化を達成するためには、現像剤に負荷がかからない構成をとり、トナー及びキャリアの劣化を防止することが必要である。

現像容器内で現像剤に負荷がかかる場所は、現像剤層厚規制部である。通常の構成では、現像剤層厚規制極が規制ブレード43よりも現像スリーブ40の回転方向上流側に位置し、この領域で現像剤層厚規制極に引き付けられた現像剤が現像スリーブ40と容器の間で圧縮されている。

現像剤の長寿命化を達成するため、現像スリーブ40における現像剤の負荷を弱める具体的な方法としては特許文献１、２が提案されている。これは、現像スリーブ40の面に垂直な方向の磁界を小さくする、キャリアの磁化量を下げる、反発磁極の一つを現像剤層厚規制極として用い、現像剤層厚規制極にひきつけられる現像剤の量を少なくする等の方法である。

特開平１１−１９４６１７号公報 特開２０００−２０６７９２号公報

しかし、現像スリーブ40における現像剤の圧縮を弱くする構成をとった場合、黒ベタ画像においてスクリューピッチ状の濃度ムラが発生することがある。

この現象は、現像スリーブ40の近傍のスクリュー41の回転により現像剤層厚規制磁極に現像剤が供給される時に、トナー帯電量Ｑ/Ｍにムラがある状態のまま供給され、そのままの状態で現像剤が現像部に搬送された結果発生する。このような現象は、現像剤層厚規制磁極における現像剤の圧縮度合いを弱くした構成で特に生じ易い。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的は、現像剤の寿命を長くするために、現像剤担持体における圧縮を弱くした場合でも黒ベタ部のスクリューピッチムラを解消し得る現像装置及び画像形成装置を提供するものである。

上記課題を解決するための本発明における代表的な手段は、
像担持体に形成した静電像を現像剤により現像する現像装置であって、第一室、及び該第一室と連通しかつ補給用現像剤が補給される第二室とを備えた現像容器と、前記第一室に回転可能に設けられ、前記像担持体に前記現像剤を供給する現像剤担持体と、前記第一室内に回転可能に設けられ、前記第一室内の現像剤を搬送する第一搬送部材と、前記第二室内に回転可能に設けられ、前記第二室内の現像剤を前記第一室に搬送する第二搬送部材と、を有する現像装置において、前記現像剤担持体、前記第一搬送部材、前記第二搬送部材の回転時の動トルク（gf・m）をそれぞれＴｓ、Ｔ１、Ｔ２、回転角速度（rad／s）をそれぞれＲｓ、Ｒ１、Ｒ２とし、前記第二室に収容されている前記現像剤の質量（g）をＭ２、前記第一室内の空間を、前記現像剤担持体の回転軸中心と前記第一搬送部材の回転軸中心を通る線分がそれぞれ前記現像剤担持体と前記第一搬送部材の外径と交わる２点間を等しい長さに分ける中心点に対して直交する線で分け、前記現像剤担持体側の空間に存在する現像剤の質量（g）をＭｓ、前記第一搬送部材側の空間に存在する現像剤の質量（g）をＭ１、重力加速度（m／s²）をGとし、前記現像剤担持体、前記第一搬送部材、前記第二搬送部材の回転により搬送される現像剤にかかる負荷をそれぞれ、
Ｗｄｓ（ｍＷ/ｇ）＝Ｒｓ×Ｔｓ×G／Ｍｓ、
Ｗｄ１（ｍＷ/ｇ）＝Ｒ１×Ｔ１×G／Ｍ１、
Ｗｄ２（ｍＷ/ｇ）＝Ｒ２×Ｔ２×G／Ｍ２、
としたとき、
0.5＜Ｗｄｓ／（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）≦7.0
かつ
12.5≦Ｗｄｓ≦57.5
かつ
Ｗｄ１＜Ｗｄ２
の関係を満たすように構成したことを特徴とする。

本発明にあっては、現像剤の寿命を長くするために、現像剤担持体における負荷を少なくした場合においても、スクリューピッチ状の濃度ムラのない、均一な黒ベタ画像を得ることができる。

次に本発明の一実施形態に係る現像装置及びこれを備えた画像形成装置について図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
［画像形成装置の全体構成］
まず、画像形成装置の全体構成について、図１を参照して画像形成動作とともに説明する。なお、図１は本実施形態の現像装置を備えた画像形成装置の模式説明図である。

図１において、１は像担持体としての感光ドラムであり、この感光ドラム１は、アルミニウムやニッケル等の金属のシリンダからなる基体の外周面に、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光層を形成して構成されている。この感光ドラム１は、図の矢印方向に所定の周速度で回転駆動され、回転過程で、その表面が帯電装置である帯電ローラ２によって暗部電位（ＶＤ ）−700Ｖに一様帯電される。つぎに、感光ドラム１の表面に第１色目の画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビーム３による走査露光が施され、感光ドラム１の表面に第１色目の静電像が明部電位（ＶＬ ）−100Ｖで形成される。

このようにして形成された静電像は、現像装置４によって現像され、トナー像として可視化される。現像装置４は４色分、すなわちイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナーを内包した第１〜第４の現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが設置されている。上記の静電像は、第１の現像装置４ａにより現像され、第１色目としてイエロートナー像が形成される。現像方法としては、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いる。

上記の第１色目のイエロートナー像は、中間転写体５に図示しない高圧電源からトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することにより、感光ドラム１と接触する第１の転写部位６ａで、中間転写体５の表面に静電転写される（一次転写）。中間転写体５は、記録材の長さよりも若干長い周長を有し、感光ドラム１に所定の圧力を持って圧接され、感光ドラム１とほぼ等しい周速度で図の矢印方向に回転駆動されている。一次転写が終了した感光ドラム１の表面に残留した一次転写残りのトナーは、クリーニング装置７ａによって除去される。

この工程がさらに３回繰り返され、感光ドラム１の表面に順次形成されたマゼンタ、シアン、ブラックの静電像を、第２〜第４の現像装置４ｂ，４ｃ，４ｄによりそれぞれ現像し、得られトナー像を中間転写体５上に転写する。これにより、中間転写体５上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を積層したカラー画像が形成される。

その後、中間転写体５上のカラー画像は、二次転写ローラ８にトナーの帯電極性とは逆極性の電圧を印加することにより、中間転写体５と接触した第２の転写部位６ｂで、搬送されてくる記録材Ｐの表面に一括して転写される（二次転写）。

二次転写ローラ８は、二次転写時に、それまでの離間状態から中間転写体５の表面に所定の押圧力で圧接して接触状態になる。転写ローラ８は、従動回転または駆動回転により回転する。

カラー画像を転写された記録材Ｐは、図示しない定着装置に送られ、そこでカラー画像が記録材Ｐに加熱定着されて永久画像とされた後、画像形成装置の機外に排出される。二次転写が終了した中間転写体５の表面に残留した二次転写残りのトナーは、中間転写体５に対して所定のタイミングで動作状態になったクリーニング装置７ｂにより、中間転写体５の表面から除去される。

［現像装置］
次に本実施形態に係る現像装置４（現像装置４ａ〜４ｄ）の構成について、図２を参照して説明する。

現像装置４は、現像容器44内に現像室900と、この現像室900と略一体となるように連通した第一撹拌室901と、この第一撹拌室901と連通した第二撹拌室902と規制壁により分けられて形成されている。ここで、現像室900と第一攪拌室901とを合わせたものを第一室とする。また、第二撹拌室902を第二室とする。

また、前記現像室900には感光ドラム１に現像剤を供給するために回転可能な現像剤担持体である現像スリーブ40が設けられている。この現像スリーブ40の内部には、図２に示すように着磁されたマグネットローラ（磁界発生手段）45が固定配置されている。

また、第一撹拌室901には、第一室内の現像剤を現像室900に撹拌搬送して現像スリーブ40に供給するための回転可能な第一搬送部材である第一撹拌搬送スクリュー41が設けられている。同様に、第二撹拌室902には、第二室内の現像剤を第一撹拌室901に撹拌搬送するための回転可能な第二搬送部材である第二撹拌搬送スクリュー42が設けられている。そして、第二撹拌室902には、補給用現像剤が補給される構成となっている。そして、第一撹拌室と第二攪拌室とはその長手方向の両端部において連通しており、第一撹拌室と第二攪拌室の間において、現像剤が循環する構成となっている。

現像容器44内には非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤が収容され、規制壁により分けられた第一撹拌室901及び第二撹拌室902に存在する。そして、前記撹拌搬送スクリュー41，42が回転すると、第二撹拌室902内の現像剤が撹拌されながら第一撹拌室901に搬送され、さらに第一撹拌室901内の現像剤が撹拌されながら現像室900内の現像スリーブ40へと供給される。

そして、マグネットローラ45の磁力によって現像スリーブ40に汲み上げられた現像剤は、現像スリーブ40の回転に伴い、規制ブレード43によって規制され、現像スリーブ40上に薄層形成され、感光ドラム１の静電像を現像する。

現像スリーブ40上でトナー消費が終了し、トナー濃度が低下した現像剤は現像室中を搬送され、やがて撹拌室に流入する。補給トナーは撹拌室にて、トナー濃度が低下した現像剤と、撹拌・搬送されながら、均一に分散する。

現像スリーブ40の磁極のうち、反発磁界を形成するＳ３極とＳ１極のうち、Ｓ３極を現像剤層厚規制極として用い、Ｓ１極を現像剤剥ぎ取り極として用いる。Ｓ３極の現像スリーブ40面に垂直な方向の磁界の強さのピーク値は400ガウス以上1000ガウス以下、Ｓ１極の現像スリーブ面に垂直な方向の磁界の強さのピーク値は400ガウス以上800ガウス以下が好ましい。

本実施形態においては、Ｓ３極の磁界の強さのピーク値を600ガウス、Ｓ１極の磁界の強さのピーク値を500ガウスとした。また、現像スリーブ40上において、Ｓ３極とＳ１極の位置関係は以下の通りである。すなわち、剥ぎ取り極Ｓ１の現像スリーブ面に垂直な方向の磁界の強さのピーク位置が、現像剤層厚規制磁極Ｓ３の現像スリーブ面に垂直な磁界の強さのピーク位置より、重力方向で上部に位置するような構成を採っている。

このような構成にすると、現像後の現像剤が落下し易くなって特別な剥ぎ取り手段を必要としない。また、現像剤層厚規制極による磁気的な吸引で現像剤を吸着し、現像部まで搬送し易い。つまり、現像スリーブ40からの現像剤の剥ぎ取り、現像スリーブ40への現像剤の供給に関して、簡易な構成にし易い。

また、Ｓ３極の現像スリーブ面に垂直な方向の磁界の強さのピーク位置と規制ブレード（規制部材）43の先端（現像スリーブ側）とは、本実施形態においては、５°（現像スリーブ40の中心位置を基準）としている。

Ｓ３極は、Ｓ１極との間で反発磁界を形成しているので、Ｓ３極の磁力線は現像スリーブ40に対して、垂直に発散する傾向がある。その結果、現像スリーブに垂直な方向の磁界（磁力線密度）の変化が小さくなる。そのことは、即ち、現像剤を現像スリーブ40に引き付ける力が小さくなることに相当する。このような構成をとると、現像剤が現像剤層厚規制極において圧縮される力が弱まり、トナー劣化や、キャリアのスペント化といった現像剤の劣化が抑制され、現像剤寿命が延びることになる。

［スクリューピッチ状の濃度ムラの抑制構成］
ここで、前述したように現像スリーブ40における現像剤への負荷を減らす構成を採った場合、黒ベタ画像の先端にスクリューピッチ状の濃度ムラが発生することが考えられる。この現象は、撹拌搬送スクリュー41，42で搬送された現像剤が充分に帯電付与されないまま現像室に流入すること。そして、そのため元々現像室に存在するトナーとトナー帯電量Ｑ／Ｍ差を生じてしまうということ。そして、そのまま現像スリーブ上に汲み上がり、現像極に供給されることで発生する。

このようなスクリューピッチ状の濃度ムラを抑えるために撹拌搬送スクリューでの補給トナーへの帯電付与を充分に行う必要がある。

そこで、本実施形態では二成分現像剤のキャリアとトナーの接触力、摩擦力を制御し、その結果、スクリューでのトナー帯電量を相対的に大きくするようにする。キャリアとトナーの接触力、摩擦力は現像装置の撹拌搬送スクリュー41，42、現像スリーブ40のトルクＴ、回転角速度Ｒ、現像剤量から求める現像剤負荷Ｗｄとして表すことができ、現像剤負荷Ｗｄは飽和トナー帯電量と対応する。

撹拌搬送スクリューの回転によるトナー帯電量を相対的に大きくすると、

（現像スリーブにおける現像剤負荷）／（撹拌搬送スクリューにおける平均現像剤負荷）

で表される比はより小さい値をとることになる。

ここで、以下に示すような実験結果から、以下に述べる関係を満足する構成にすることにより、スクリューピッチ状の濃度ムラ等のない良好な画像が得られることがわかった。

すなわち、現像時における現像スリーブ40、第一撹拌搬送スクリュー41、第二撹拌搬送スクリュー42の回転時の動トルク（gf・m）をそれぞれＴｓ、Ｔ１、Ｔ２、回転角速度（rad／s）をそれぞれＲｓ、Ｒ１、Ｒ２とする。

また、第二撹拌室902に収容されている前記現像剤の質量（g）をＭ２とする。また、図３に示すように、現像室900及び第一撹拌室901で形成される空間を、現像スリーブ40と第一撹拌搬送スクリュー41のそれぞれの回転軸中心を通る線分がそれぞれ現像スリーブ40とスクリュー41の外径と交わる２点間を等しい長さに分ける中心点に対して直交する線で分ける。そして、分けた空間のうち、現像剤担持体側、すなわち現像スリーブ40側の空間に存在する現像剤の質量（g）をＭｓとする。一方、第一搬送部材側、すなわち第一撹拌搬送スクリュー41側の空間に存在する現像剤の質量（g）をＭ１とする。また、重力加速度（9.80665 m／s²）をGとする。

現像スリーブ40の回転により搬送される現像剤にかかる現像剤付加Ｗｄｓ（ｍＷ/ｇ）をＷｄｓ（ｍＷ/ｇ）＝Ｒｓ×Ｔｓ×G／Ｍｓとする。

同様に、第一撹拌搬送スクリュー41の回転により搬送される現像剤にかかる現像剤付加Ｗｄ１（ｍＷ/ｇ）をＷｄ１（ｍＷ/ｇ）＝Ｒ１×Ｔ１×G／Ｍ１とする。

同様に、第二撹拌搬送スクリュー42の回転により搬送される現像剤にかかる現像剤付加Ｗｄ２（ｍＷ/ｇ）をＷｄ２（ｍＷ/ｇ）＝Ｒ２×Ｔ２×G／Ｍ２とする。

このとき、

0.5＜Ｗｄｓ／（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）≦7.0 ・・・式(1)
かつ

12.5≦Ｗｄｓ≦57.5 ・・・式(2)
かつ

Ｗｄ１＜Ｗｄ２ ・・・式(3)

の関係を満足する構成にすることにより、スクリューピッチ状の濃度ムラ等のない良好な画像が得られることがわかった。

なお、式(1)は書き換えると、

１＜Ｗｄｓ／｛（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）／２｝＜14 ・・・式(1)′
となる。

分母は二本のスクリューの平均現像剤負荷であり、式(1)は全体としてスクリューと現像スリーブの現像剤負荷の比が１より大きく、14以下であることを示す。

スクリューピッチムラの発生する従来の現像装置においては、現像スリーブにおける現像剤負荷Ｗｄｓがおよそ50（ｍＷ/ｇ）前後、スクリューにおける現像剤負荷Ｗｄ１、Ｗｄ２は共に1.0（ｍＷ/ｇ）前後であった。

図４に現像剤への負荷Ｗｄとトナー帯電量Ｑ/Ｍの関係を示す。この図から、現像スリーブの負荷がＷｄ＝50のときのトナー帯電量Ｑ/Ｍは35（μＣ/ｇ）、スクリューの負荷がＷｄ＝1.0の時のＱ/Ｍは14（μＣ/ｇ）である。すなわち、現像スリーブと撹拌搬送スクリューには21（μＣ/ｇ）ものトナー帯電量差が発生してしまうことがわかる。

以上より、スクリューピッチムラはスクリューと現像スリーブにおける現像剤への負荷の差に起因するトナー帯電量Ｑ/Ｍ差によるものであり、そのＱ/Ｍ差を縮めることにより防ぐことが可能であることが理解できる。

ところで、現像スリーブにおける現像剤負荷Ｗｄｓを更に大きくした構成においてはスクリューピッチムラは発生しない。これは、現像スリーブでより大きな負荷を与えることにより、撹拌搬送スクリューと現像スリーブによるトナー帯電量Ｑ/Ｍのムラの差を無理やり小さくしてスクリューピッチムラを消すものである。しかしながら、この構成ではトナー帯電量の増加に寄与しないエネルギーが現像剤に多量に投入されることになり、現像剤の劣化は著しいものとなる。

本実施形態では、現像スリーブにおける現像剤の圧縮を弱めた場合に、トナー帯電量Ｑ/Ｍムラをなくすために、撹拌搬送スクリューによる圧縮を相対的に強め、予めトナーに電荷を付与することを特徴としている。この構成を導入することにより、現像スリーブ上におけるトナー帯電量のばらつきが低減され、スクリューピッチムラが発生しなくなる。

そして、実験により調べたところ、上記式(1)〜式(3)の関係を満足する構成にすることにより、スクリューピッチ状の濃度ムラ等のない良好な画像が得られることがわかった。

［パラメータの測定方法］
ここで、前述した式に示される特徴的なパラメータである現像剤負荷Ｗｄ（ｍＷ/ｇ）の算出に必要な、回転トルクＴ及び現像剤質量Ｍの測定方法について説明する。

まず、現像スリーブ40、第一、第二撹拌搬送スクリュー41，42の回転体にかかるトルクの測定方法について説明する。これらのトルク測定を行うにあたり、互いがギア等で駆動連結している場合には、この駆動連結を外し、互いに自由な状態にする。これは、現像装置に現像剤を入れない空の状態で、現像装置の現像スリーブ40、第一、第二撹拌搬送スクリュー41，42の回転体を所定の回転数で駆動させ、回転体にかかるトルクＴｅを各回転体ごとにそれぞれ計測しておく。

次に、現像装置に所定の質量の現像剤を入れ、所定の回転角速度（rad／s）で駆動した状態で現像装置の各回転体にかかるトルクＴｘ（gf・m）を測定する。それぞれの回転体における現像剤への動トルクはトルクＴｘからトルクＴｅを差し引いたものであり、それらが前述したトルクＴｓ、Ｔ１、Ｔ２である。

次に、対象となる現像剤の質量Ｍｓ、Ｍ１、Ｍ２（g）の量り方は、図３において、第二撹拌室902の領域に存在する現像剤量を測定し、その質量をＭ２とする。また、現像室900と第一撹拌室901により形成される空間を前述のように分け、現像スリーブ40側に存在する現像剤量を測定してその質量をＭｓとし、第一撹拌搬送スクリュー41側に存在する現像剤量を測定し、その質量をＭ１とする。

こうして求めたトルクＴと現像剤質量Ｍと所定の回転数から求まる回転角速度Ｒを用いて現像剤負荷Ｗｄを計算する。

［実験結果］
次に上記式(1)から式(3)の根拠について、実験結果を示して説明する。

本実施形態の現像装置は、図２に示すように、第二撹拌室902の天井が比較的低く、現像剤の量を増やしていくと、現像剤の搬送がやや制限されるようになり、現像剤粒子間の相互作用は強い状態となる。この現像装置で、現像剤の質量及び規制壁の長手寸法・構成、及び撹拌搬送スクリューピッチを変えることで現像剤負荷Ｗｄ１及びＷｄ２を変化させた。また、現像スリーブ40のＳ３極の磁界の強さを変えることにより現像剤負荷Ｗｄｓを変化させ、検討を行った。検討はＡ３シートに黒ベタ画像を1000枚連続で出力し、そのときのスクリューピッチムラの発生を調べた。

（式(2)となる根拠）
図５にＷｄ１、Ｗｄ２、Ｗｄｓを変化させたときの結果を示す。第一、第二の撹拌搬送スクリュー41，42の現像剤負荷Ｗｄ１とＷｄ２の組み合わせを条件１−１から１−22とし、その組み合わせに対して現像スリーブ40の現像剤負荷Ｗｄｓの値を変化させた。図５に示す表中の数字はかねてから着目していたＷｄｓ／（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値を表しており、記号は出力画像の評価である。

全ての条件において、Ｗｄｓが12.5（ｍＷ/ｇ）未満の時には、現像スリーブ40に内臓した磁極の強さが充分でなく、現像スリーブコート量のムラが発生することによる画像不良が見られた。また、全ての条件において、Ｗｄｓが57.5（ｍＷ/ｇ）より大きい、60（ｍＷ/ｇ）の時には、現像剤の劣化が著しく、耐久の後半で余白部分に、白地部にトナーが微量転写される現象である、いわゆる「かぶり」が発生していた。

このことよりＷｄｓは式(2)に示すように12.5（ｍＷ/ｇ）以上かつ57.5（ｍＷ/ｇ）以下であることが必要となることがわかる。

（式(1)となる根拠）
次に式(1)の根拠なる結果について説明する。はじめに条件１−３から条件１−８の結果について説明する。条件１−３から条件１−８は撹拌搬送スクリュー41，42の現像剤負荷は、Ｗｄ１を1.0に固定したままＷｄ２を増やした時の結果である。従来Ｗｄ１及びＷｄ２の値は１（ｍＷ/ｇ）程度の構成が多く用いられてきたため、Ｗｄ１とＷｄ２の値はその付近で細かく振って検討した。

条件１−３においてＷｄｓ＝12.5及び15（ｍＷ/ｇ）の時に良好な画像を得ることができた。その時のＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値はそれぞれ５、６であった。ところが、Ｗｄｓ＝20（ｍＷ/ｇ）以上ではスクリューピッチムラが発生した。Ｗｄｓ＝20（ｍＷ/ｇ）のときのＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値は８であった。

次に条件１−４においてはＷｄｓ＝20（ｍＷ/ｇ）の時までは良好な画像を得ることができた。その時のＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値は6.7であった。また、Ｗｄｓ＝35（ｍＷ/ｇ）以上ではスクリューピッチムラが発生した。Ｗｄｓ＝35（ｍＷ/ｇ）のときのＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値は11.7であった。

上記のように、Ｗｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値とスクリューピッチムラの関係を条件１−３から条件１−８まで見比べていくと、Ｗｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値が７程度以下の時はスクリューピッチムラが発生せず、良好な画像が得られることがわかった。

次に条件１−９から条件１−13の結果について説明する。条件１−９から条件１−13はＷｄ２をＷｄ１より１だけ大きい関係を保ったまま、Ｗｄ１、Ｗｄ２を大きくしていった結果である。

条件１−９においてＷｄｓ＝35（ｍＷ/ｇ）の時まで良好な画像を得ることができた。その時のＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値は７であった。また、Ｗｄｓ＝50（ｍＷ/ｇ）以上ではスクリューピッチムラが発生した。Ｗｄｓ＝50（ｍＷ/ｇ）のときのＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値は10であり、スクリューピッチムラが発生した。

条件１−11から条件１−13においてはＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の値が７以上になることは無かった。そのためスクリューピッチムラは発生しなかった。ただし、条件１−13のＷｄｓ＝10、12.5のように、スクリューと現像スリーブによる現像剤負荷の大きさが逆転した構成、すなわちＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）＜0.5の条件に関しては、本実施形態においてそのような構成を実現することはできなかった。

以上のことから、式(1)を満たすことによりスクリューと現像スリーブによるトナー帯電付与の比を適正にし、スクリューピッチムラをなくし、かつ良好な画像を保つことが理解できる。

（式(3)となる根拠）
次に式(3)の根拠となる結果について説明する。ここでは、条件１−１及び条件１−２について着目する。それぞれＷｄ１を1.0（ｍＷ/ｇ）に固定し、Ｗｄ２が0.5（ｍＷ/ｇ）及び1.0（ｍＷ/ｇ）の時の結果である。条件１−１では現像スリーブコート不良の出ない12.5≦ Ｗｄ ≦ 57.5において、Ｗｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）≧７であるため、式(1)を満たすことができず、スクリューピッチムラが発生している。次に条件１−２ではＷｄｓ＝12.5（ｍＷ/ｇ）においてＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）＝6.3となり７より小さい値であるにもかかわらず、スクリューピッチムラが発生している。ところがＷｄ２をＷｄ１より大きくした条件１−３、１−４ではＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）＜８の範囲でスクリューピッチムラは発生していない。

同様に、条件１−19から条件１−22はＷｄ１を28.0（ｍＷ/ｇ）に固定し、Ｗｄ２を27.0（ｍＷ/ｇ）から1.0（ｍＷ/ｇ）刻みで増加させたときの結果である。Ｗｄ２がＷｄ１より小さい条件である条件１−19及び条件１−20ではＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）＜７であるにもかかわらずスクリュ−ピッチムラは発生している。しかし、Ｗｄ２がＷｄ１より大きい条件である条件１−21及び条件１−22ではスクリューピッチムラは発生しない。

再確認のため、条件１−14から条件１−18にＷｄ１をＷｄ２より１だけ大きい関係を保ったまま、Ｗｄ１、Ｗｄ２を大きくしていった実験を行った。全ての条件においてＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）の大きさにかかわらず、スクリューピッチムラが発生した。

以上のことから、Ｗｄ２はＷｄ１より大きい必要がある。すなわち式(3)であるＷｄ１＜Ｗｄ２であることが必要となる。

これは補給されたトナーの帯電付与は、撹拌室で充分に帯電付与していることが大きく影響しており、スクリューピッチムラを防ぐためには現像室に流入する前に充分な帯電付与が必要であるということを実証している。

以上の実験結果から、黒ベタ耐久時においてもスクリューピッチムラがなく、かつ良好な画像を得るためには式(1)かつ式(2)かつ式(3)を同時に満たす必要があることがわかる。

本実施形態の代表例として、現像スリーブ40、第一、第二撹拌搬送スクリュー41，42による現像剤負荷がそれぞれＷｄｓ＝30.0（ｍＷ/ｇ）、Ｗｄ１＝7.1（ｍＷ/ｇ）、Ｗｄ２＝7.3（ｍＷ/ｇ）の場合に関してもう一度検討した。これらの値を用いて計算すると、式(1)はＷｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）＝3.5である。従って、先の３つの式を満たしていることがわかる。

また、図４に示すように、本実施形態の現像装置の現像スリーブ40にて付与されるトナー帯電量Ｑ/Ｍは33（μＣ/ｇ）、スクリューにて付与されるトナー帯電量Ｑ/Ｍは24（μＣ/ｇ）であり、その差はわずか９（μＣ/ｇ）である。この現像装置を用いて検討を行ったところ、スクリューピッチムラは発生せず、耐久時においても良好な画質を保つことが確認された。従来構成においてトナー帯電量Ｑ/Ｍの差が21（μＣ/ｇ）であったことと比較すると、その差を小さくすることで、スクリューピッチムラが発生しないことが確認できた。また、現像スリーブ40における現像剤負荷が小さいため、トータルの現像剤の劣化が少なく、良好な画質を保つことができた。

〔第２実施形態〕
次に第２実施形態に係る装置について図６及び図７を参照して説明する。なお、本実施形態の装置の基本構成は前述した実施形態と同一であるため重複する説明は省略し、ここでは本実施形態の特徴となる構成について説明する。また、前述した実施形態と同一機能を有する部材には同一符号を付す。

本実施形態の特徴は、図６に示すように、第二撹拌室902、すなわち第二室の外部（本実施形態にあっては撹拌室の底部）に、第二撹拌搬送スクリュー42による現像剤負荷Ｗｄ２を増加させるための磁界発生手段800を設けたものである。磁界発生手段800による撹拌室下端における磁界の強さのピーク値は200ガウス以上1000ガウス以下が望ましい。

第二撹拌室902に磁界を印加することにより、現像剤粒子間の相互作用は強くなる。その結果、現像剤−撹拌搬送スクリュー間相互作用が増大し、現像剤への負荷Ｗｄ２を大きくとることができる。

また、第二撹拌搬送スクリュー42の直下に磁界発生手段800を設けることで、補給トナーの混合性が向上する。これは、現像剤中の磁性キャリアが磁気チェーンを形成し、補給トナーと現像剤表面の接触面積が増大するためである。補給トナーの混合時間を目視で計測したところ、図７に示すように、磁界発生手段800を設けた本実施形態の混合時間は磁界発生手段800を設けない場合の混合時間と比べて約2.5分の１に短縮した。

本実施形態における検討結果を図８に示す。現像剤の量及び撹拌室下端における磁界の強さを調節することにより、磁界発生手段有り及び磁界発生手段無しの両方の現像装置とも、Ｗｄｓ＝30、Ｗｄ１＝2.0、Ｗｄ２＝3.0に設定した。すなわち、Ｗｄｓ/（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）＝6.0に設定し、黒ベタ画像による耐久検討を行った。

その結果、磁界発生手段有り及び磁界発生手段無しの両方ともにスクリューピッチのない良好な画像が得られたものの、磁界発生手段無しでは30000枚を超えるとかぶりが発生した。これは、現像剤の劣化によって補給トナーの流動性が悪化し、混合不良によるかぶりにつながったと考えられる。それに対して、磁界発生手段有りでは50000枚を超えても良好な画質を得ることができた。

本実施形態では、磁界発生手段を設置することにより、スクリューピッチ状の濃度ムラのない均一な黒ベタ画像を得ることができただけでなく、補給トナーの混合性が向上した。このため、耐久時における補給トナーの混合不良を原因とするかぶりを抑え、さらなる現像剤の長寿命化を達成することができた。

第１実施形態に係る現像装置が設置された画像形成装置を示す概略図である。 第１実施形態に係る現像装置の一実施形態を示す概略断面図である。 現像剤への負荷Ｗｄを計量するために必要な、現像剤量の場所を示す概略断面図である。 現像剤への負荷Ｗｄとトナー帯電量Ｑ/Ｍとの関係を示すグラフである。 Ｗｄ１、Ｗｄ２、Ｗｄｓを変化させたときの結果を示す表図である。 第２実施形態に係る現像装置の一実施形態を示す概略断面図である。 現像装置の実施形態において、磁界発生手段有りと無しの場合の補給トナー混合に要した時間である。 撹拌搬送スクリューの直下に磁界発生手段を設けた場合と設けない場合のかぶり発生の結果を示す表図である。 従来技術の一実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１ …感光ドラム
４ …現像装置
40 …現像スリーブ
41，42 …撹拌搬送スクリュー
43 …規制ブレード
44 …現像容器
45 …マグネットローラ
800 …磁界発生手段
900 …現像室
901 …第一撹拌室
902 …第二撹拌室

Claims (3)

1. 像担持体に形成した静電像を現像剤により現像する現像装置であって、
   第一室、及び該第一室と連通しかつ補給用現像剤が補給される第二室とを備えた現像容器と、
   前記第一室に回転可能に設けられ、前記像担持体に前記現像剤を供給する現像剤担持体と、
   前記第一室内に回転可能に設けられ、前記第一室内の現像剤を搬送する第一搬送部材と、
   前記第二室内に回転可能に設けられ、前記第二室内の現像剤を前記第一室に搬送する第二搬送部材と、
   を有する現像装置において、
   前記現像剤担持体、前記第一搬送部材、前記第二搬送部材の回転時の動トルク（gf・m）をそれぞれＴｓ、Ｔ１、Ｔ２、回転角速度（rad／s）をそれぞれＲｓ、Ｒ１、Ｒ２とし、
   前記第二室に収容されている前記現像剤の質量（g）をＭ２、前記第一室内の空間を、前記現像剤担持体の回転軸中心と前記第一搬送部材の回転軸中心を通る線分がそれぞれ前記現像剤担持体と前記第一搬送部材の外径と交わる２点間を等しい長さに分ける中心点に対して直交する線で分け、前記現像剤担持体側の空間に存在する現像剤の質量（g）をＭｓ、前記第一搬送部材側の空間に存在する現像剤の質量（g）をＭ１、重力加速度（m／s²）をGとし、
   前記現像剤担持体、前記第一搬送部材、前記第二搬送部材の回転により搬送される現像剤にかかる負荷をそれぞれ、
   Ｗｄｓ（ｍＷ/ｇ）＝Ｒｓ×Ｔｓ×G／Ｍｓ、
   Ｗｄ１（ｍＷ/ｇ）＝Ｒ１×Ｔ１×G／Ｍ１、
   Ｗｄ２（ｍＷ/ｇ）＝Ｒ２×Ｔ２×G／Ｍ２、
   としたとき、
   0.5＜Ｗｄｓ／（Ｗｄ１＋Ｗｄ２）≦7.0
   かつ
   12.5≦Ｗｄｓ≦57.5
   かつ
   Ｗｄ１＜Ｗｄ２
   の関係を満たすように構成したことを特徴とする現像装置。
2. 前記第二室の外部に、前記現像剤負荷Ｗｄ２を増加させるための磁界発生手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 像担持体に形成された静電像を現像装置により現像し、現像した像を記録材に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   請求項１又は請求項２に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images