JP2006308614A - 現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 現像装置内のトナーの帯電性、流動性の低下を抑える現像装置及びこれを用いることで、長期にわたって高品位の画像を得ることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 感光体ベルト１０の潜像をトナーで現像する現像ユニット３１と、現像ユニット３１にトナーを補給するトナーカートリッジ３２と を横方向に配列し、トナーカートリッジ３２を自在に着脱できる現像装置３０において、トナーカートリッジ３２と現像ユニット３１との間でトナーを通過させる連通口３３と、トナーカートリッジ３２内のトナーの内部に空間を有する現像装置３０とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスによる画像形成に用いられる現像装置に関するものであり、また、この現像装置を用いる画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。

近年、オフィスにおけるＯＡ化、カラー化が一段と進み、従来の文字のみからなる原稿の複写だけではなく、パーソナルコンピュータで作成したグラフ等を含む原稿をプリンターにて出力し、プレゼンテーション用の資料等として多数枚複写する機会が増している。プリンター出力画像は、ベタ画像、ライン画像、ハーフトーン画像が多く、それにともない画像品質に求められる市場の要求が変化しつつあり、また、高信頼性等の要求も更に高まっている。
電子写真、静電記録、静電印刷等の電子写真方式に使用される現像剤は、その現像工程において、例えば、静電潜像が形成されている像担持体（代表的には感光体）に一旦付着され、次に転写工程において感光体から転写紙等の転写媒体に転写された後、定着工程において紙面に定着される。その際、像担持体上に形成される静電潜像を現像するための現像剤としては、キャリアとトナーから成る二成分系現像剤及び、キャリアを必要としないでトナーのみからなる一成分系現像剤（磁性トナー、非磁性トナー）が知られている。二成分系現像剤は、トナー粒子がキャリア表面に付着することにより現像剤が劣化し、また、トナーのみが消費されるため現像剤中のトナー濃度が低下するので、キャリアとトナーとの混合比を一定割合に保持しなければならず、そのため現像装置が大型化するといった欠点がある。一方、一成分系現像剤は、装置が小型化が可能等の利点を有しており、あらゆる環境下（低温低湿、高温高湿）での使用が容易であるなどの理由から現像方式の主流になりつつある。

ところで、一成分系現像剤は、磁性トナーを用いる磁性一成分現像剤と、非磁性トナーを用いる非磁性一成分現像剤とに分類される。磁性一成分現像剤を用いる磁性一成分現像方式は、内部にマグネットなどの磁界発生手段を設けた現像スリーブを用いて、マグネタイトなどの磁性体を含有する磁性トナーを保持し、層厚規制部材により、薄層化し現像するもので、近年小型プリンターなどで多数実用化されている。これに対して、非磁性一成分剤を用いる非磁性一成分現像方式は、トナーが磁気力を持たないため、現像スリーブにトナー補給ローラなどを圧接して現像スリーブ上にトナーを供給し、静電気的に保持させ、層厚規制部材により、薄層化して現像するものであり、有色の磁性体を含有しないためカラー化に対応できるという利点があり、また現像スリーブにマグネットを用いないため、装置のより軽量化、低コスト化が可能となり、近年小型フルカラープリンター等で実用化されている。

しかしながら、一成分現像方式では、未だ改善すべき課題が多いのが現状である。二成分現像方式では、トナーの帯電、搬送手段としてキャリアを用い、トナーとキャリアは現像装置内部において十分撹拌、混合された後現像スリーブに搬送され現像に供されるため比較的長時間の使用においても安定した帯電、搬送を持続することが可能であり、また、高速の現像装置にも対応しやすい。これに比べ、一成分現像方式ではキャリアのような安定した帯電、搬送手段がないため、長時間使用や高速化による帯電、搬送不良が起こりやすい。
特に、非一成分現像方式は現像スリーブ上へトナーを搬送した後、層厚規制部材にてトナーを薄層化させて現像するが、トナーと現像スリーブ又は層厚規制部材などの摩擦帯電部材との接触・摩擦帯電時間が非常に短いため、キャリアを用いた二成分現像方式より低帯電、逆帯電トナーが多くなりやすい。また、少なくとも１つのトナー搬送部材によってトナーを搬送し、かつ、搬送されたトナーによって像担持体に形成された静電潜像を現像する手段が採られているが、その際、トナー搬送部材表面のトナーの層厚は極力薄くしなければならない。このために、層厚規制部材による押圧力を受けるために、トナー表面に外添された外添剤のトナー内部への埋没が激しく、トナーの帯電性、流動性が大きく低下するという不具合がある。

この不具合を解消するために、例えば、特許文献１では、トナ−補給タンクとトナーホッパとの補給口近傍位置に補給ローラとしてのマグネットロ−ラと、穂切り手段としてのスクレーパとを有したものにおいて、上記補給ロ−ラを正転及び逆転させることができる補給ロ−ラ駆動手段を有し、該補給ローラ駆動手段は、所定時間内の補給ロ−ラの正転方向の回転角Ａと、逆転方向の回転角Ｂとの関係が、Ａ＜Ｂとなるように補給ローラを駆動する画像形成装置が開示されている。これによって、ホッパー内のトナーの流動性の悪化を防止することができ、現像ローラに対するトナー供給量を常に一定することができ、小型で、かつ画像かすれのない画像装置にすることができる。
また、特許文献２では、現像スリーブは、表面に現像剤の帯電極性と同極性の帯電極性を有する導電性樹脂層が備えられ、導電性樹脂層は、少なくとも結着樹脂、導電性微粉末、及び荷電制御剤を含有し、撹拌部材の回転中心Ｘが、現像スリーブの回転中心を横切る水平面Ｈに対して下側に位置する現像装置が開示されている。

特開平０８−１２２５５９号公報 特開２００５−０６２２１５号公報

しかし、上述に開示された技術では、現像装置内にあるトナーの帯電性、流動性を長期にわたって安定化させることは困難であるという問題点がある。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、現像装置内のトナーの帯電性、流動性の低下を抑える現像装置及びこれを用いることで、長期にわたって高品位の画像を得ることができる画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
１．本発明の現像装置は、像担持体の潜像をトナーで現像する現像ユニットと、現像ユニットにトナーを補給するトナーカートリッジと を横方向に配列し、トナーカートリッジを自在に着脱できる現像装置において、トナーカートリッジと現像ユニットとの間でトナーを通過させる連通口と、トナーカートリッジ内のトナーの内部に空間を有することを特徴とする。
２．また、本発明の現像装置は、さらに、トナーカートリッジ内に形成される空間に、現像ユニットからトナーが流入することを特徴とする。
３．また、本発明の現像装置は、さらに、トナーカートリッジ内の回転体によって空間を形成することを特徴とする。
４．また、本発明の現像装置は、さらに、トナーカートリッジ内の回転体と、トナーカートリッジ内の板状部材とによって空間が形成されることを特徴とする。
５．また、本発明の現像装置は、さらに、板状部材が回転体の回転によって往復運動して、空間を形成することを特徴とする。
６．また、本発明の現像装置は、さらに、トナーカートリッジ内の回転体が、湾曲可能な１枚のパドル用フィルムからなり、その回転体の回転周波数が、０．０４Ｈｚ〜０．４Ｈｚの範囲にあって、トナーカートリッジに内に取り付けられ回転体に接触する板状部材によって、空間を形成することを特徴とする。
７．また、本発明の現像装置は、さらに、トナーカートリッジ内の回転体が、湾曲可能な１枚のパドル用フィルムからなり、トナーカートリッジ内の底面に取り付けられ回転体に接触する板状部材によって、空間を形成することを特徴とする。
８．また、本発明の現像装置は、さらに、トナーカートリッジ内の回転体が、湾曲可能な１枚のパドル用フィルムからなり、回転体が回転する際、そのパドル用フィルムが、前記トナーが通過できる通路のトナーカートリッジ側連通口に対して、連通口より回転方向上流位置よりパドル用フィルムがカートリッジ筐体壁面に接触しながら連通口を通過することを特徴とする。
９．また、本発明の現像装置は、さらに、回転体のパドル用フィルムが、カートリッジ内の回転体の回転中心から底面までの距離の１１０〜１７０％の長さを有することを特徴とする。
１０．また、本発明の現像装置は、さらに、カートリッジ内の底面の板状部材が、回転体の回転方向に対して、回転体の回転中心の真下の位置から、カートリッジ内の回転体の回転中心から底面までの距離Ｌの−３０〜＋３０％の距離内に設置されていることを特徴とする。
１１．また、本発明の現像装置は、さらに、トナーカートリッジ内の回転体のパドル用フィルムが、トナーが通過できる最も外側にある連通口の端部より１０ｍｍ以上外側に長いことを特徴とする。
１２．また、本発明の現像装置は、さらに、前記トナーが通過できる通路の連通口を２個以上、長手方向に配置したことを特徴とする。

１３．本発明の画像形成装置は、潜像を担持する像担持体と、像担持体表面に均一に帯電を施す帯電装置と、帯電した像担持体の表面に静電潜像を書き込む露光装置と、像担持体表面に形成された静電潜像を可視像化する現像装置と、像担持体表面の可視像を直接又は中間転写体を介して記録部材に転写する転写装置と、像担持体上のトナ−をクリ−ニングするクリ−ニング装置と、記録部材上の可視像を熱及び又は圧力で定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、現像装置が上述１ないし１２のいずれかに記載の現像装置を用いることを特徴とする。
１４．また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体と現像装置とを一体に支持し、着脱可能なプロセスカ−トリッジを備えることを特徴とする。

１５．本発明のプロセスカートリッジは、少なくとも、像担持体と現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、上述１ないし１２のいずれかに記載の現像装置を用いることを特徴とする。

上記解決するための手段によって、本発明の現像装置及び画像形成装置では、トナーの帯電性が保たれることで、長期にわたって安定した帯電量が得られることで高品位の画像を得ることができる。また、トナーの流動性の低下を抑えられることで、現像スリーブに安定してトナーを供給できることで、長期にわたって濃度の高い画像を安定して得ることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の現像装置の構成を示す概略図である。
現像装置３０は、像担持体である感光体ベルト１１の潜像を現像剤であるトナーで現像する現像ユニット３１と現像ユニット３１にトナーを補給するトナーカートリッジ３２とを備える。
現像ユニット３１は、感光体ベルト１１に対向していて、感光体ベルト１１との間に形成される現像領域にトナーを搬送する現像剤担持体である現像スリーブ３１ａと、現像スリーブ３１ａ上にトナーを供給する供給ローラ３１ｂと、現像スリーブ３１ａ上のトナー量を規制する層厚規制部材である規制ローラ３１ｃと、トナーを搬送する第1搬送パドル３１ｄとを備える。
トナーカートリッジ３２は、トナーを収納している第１及び第２収納室３２１、３２２と、現像ユニット３１へトナーを搬送する第２及び第３搬送パドル３２ａ、３２ｂと、また、第２搬送パドル３２ａが回転している部分のトナーカートリッジ３２の底部には突き出たリブ３５を備えている。また、このトナーカートリッジには、連通口３３を塞ぐように変動する板状部材３４を備えている。
ここで、現像剤としては、一成分現像剤を用いる。後述するように現像剤を入れ替えることに対して、二成分現像剤では一旦混合した後にキャリアからトナーを分離するのは非常に困難である。一成分現像剤であればトナーカートリッジ３２と現像ユニット３１内にある現像剤は基本的には同じで、入れ替えすることが可能であり、本発明の現像装置３０に適用させることができる。特に、一成分現像剤でも非磁性一成分現像剤を用いることが好ましい。非磁性一成分現像剤では、トナー表面の外添剤が、トナーの帯電性、流動性に与える影響が大きい。磁性一成分現像剤では、磁性材料の量による磁化の強さで現像性を制御することができる。非磁性一成分現像剤では、外添剤による帯電量、流動性によって現像性が大きく影響されることから、本発明の現像装置３０に用いることで、安定したトナー表面状態を得ることができる。

また、この現像装置３０は、現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２とを水平方向の横方向に並列させて配置している。トナーカートリッジ３２と現像ユニット３１とには、トナーカートリッジ３２と現像ユニット３１との間をトナーが通過する連通口３３が設けられている。
本発明の現像装置３０は、この連通口３３を介してトナーを通過させる。これによって、現像ユニット３１で消費されたトナーをトナーカートリッジ３２から現像ユニット３１へトナーを補給し、また、この連通口３３を介して、現像ユニット３１で劣化したトナーを現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へトナーを排出する。
トナーは、現像ユニット３１におけるトナー供給ローラ３１ｂ、規制ローラ３１ｃで押圧力を受ける。この押圧力を受けることで、トナー表面の凸凹が欠けて表面が滑らかになり、感光体との付着力が大きくなりクリーニングされにくくなる。そのために、環境が低湿になるとクリーニング不良が発生することがあり、また、転写性が向上するが、従来転写されても目視上表れなかった白地背景部にカブリが表れるようになる。また、トナーが押圧を受けることで、トナー表面に存在する外添剤がトナー内部に埋没する。これは、後で外添剤に関しては詳説するが、外添剤はトナーより硬度が高い。このために、トナー内部に埋没する。トナー表面に存在する外添剤が少なくなることで、トナーの帯電性が変わる。特に、外添剤として用いるシリカは、比表面積が大きいので帯電量が高く埋没によるトナー表面の外添剤量によってトナーの帯電量は大きく変化する。また、もう一つの影響として、外添剤埋没によってトナーの流動性が低下する。この流動性は、トナーの付着力を示すもので、トナーと例えば感光体等との間に存在して、その間の付着力を小さくする。同様に、現像スリーブ３１ａとトナーとの間の付着力を小さくして現像性を高める。逆に、埋没でトナー表面に存在する外添剤量が少なくなると、現像性が低下する。

そこで、本発明の現像装置３０では、現像ユニット３１で消費されたトナーをトナーカートリッジ３２から現像ユニット３１へトナーを補給する連通口３３を介して、現像ユニット３１にあるトナーをいったんトナーカートリッジ３２に排出して戻して、トナーカートリッジ３２にある劣化していないトナーと混合して、劣化したトナー量の存在比率を低下させた上で再度現像ユニット３１に連通口３３を介して供給して補給する。
かつ、本発明の現像装置３０は、トナーカートリッジ３２が収納するトナーの内部に空間を形成する空間形成手段を備える。トナーは、画像形成装置の画像形成動作による振動、トナーの自重によって次第に充填するようになる。このために、定期的にトナーカートリッジ内のトナー内部に空間を形成して、攪拌することでトナーの充填を防止する。さらに、これによってトナーの流動性の低下を抑えることができる。

また、本発明の現像装置３０は、空間形成手段によってトナーカートリッジ３２内に形成される空間に、現像ユニット３１からトナーが流入する。空間形成手段は、第２搬送パドルと連通口の前に設けられた板状部材３４である。板状部材３４は、トナーカートリッジ３２の連通口３３に対応して設けられる。図１（ａ）には、上方に開いた板状部材を設けており、図１（ｂ）は、下方に開いた板状部材を設けている。また、図２は、本発明の現像装置におけるトナーカートリッジに配置される板状部材３４の構造を示す概略図である。板状部材３４を支持部３４ａに貼着されていて、筐体に配置されている。板状部材３４の形態は、図２に示すように、各連通口３３に対応して矩形状にして連通口３３がない部分は板状部材３４を設けず交互にする。支持部３４ａは、剛性を有する金属製でＳＵＳ、Ｃｕ、Ａｌ等を用いる。板状部材３４は、弾性のある樹脂フィルム３４ｂで、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等を用いる。
この連通口３３を通して、トナーはトナーカートリッジ３２と現像ユニット３１との間を相互に移動することができる。トナーカートリッジ３２には多量のトナーが収納されている場合があり、この場合は現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２にトナーを移動・排出させることは困難である。そこで、空間形成手段によって一時的にトナーカートリッジ３２の連通口３３近傍付近のトナー内部に空間を形成して、現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２にトナーを流入させることができる。

図３は、本発明の現像装置で、トナーカートリッジ３２内に空間を形成し、現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へトナーが流入する状態を説明するための模式図である。この空間形成手段は、以下のようにして空間を形成する。（１）に示すように、トナーカートリッジ３２内にある第２搬送パドル３２ａは板状部材３４に当たる長さを有して回転している。次に、（２）に示すように、第２搬送パドル３２ａが備えるパドル用フィルムは弾性を有するフッ素樹脂、シリコーン樹脂等で形成されており、このパドル用フィルムが回転して板状部材３４に当たり、板状部材３４が押さえる。（３）に示すように、第２搬送パドル３２ａが板状部材３４を押さえ、連通口３３を塞ぐ。その後、（４）に示すように、第２搬送パドル３２ａが通過して、弾性を有する板状部材３４が素早く弾かれて戻り空間を形成する。このように、回転体である第２搬送パドル３２ａが板状部材３４に当たることで、板状部材３４が往復運動し、その運動の度に、板状部材３４と連通口３３との間に空間が形成される。
そのときに同時に、（５）に示すように、現像ユニット３１側から連通口３３を介してトナーカートリッジ３２側に引きつけられて、トナーが流入する。
なお、（２）、（３）に示すように、第２搬送パドル３２ａが板状部材３４を押さえるときに、板状部材３４とトナーカートリッジ３２筐体との間にあったトナーが連通口３３に押されて、トナーカートリッジ３２から現像ユニット３１へとトナーが連通口３３を通して移動・供給される。
なお、ここでは、上方に開いた板状部材３４で説明したが、下方に開いた板状部材３４でも同様に、トナーを移動させることができる。

また、この第２搬送パドル３２ａは、湾曲可能な１枚のパドル用フィルムからなり、その回転周波数を０．０４Ｈｚ〜０．４Ｈｚの範囲にする。パドル用フィルムは、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂を用いる。特に、フッ素樹脂は、滑り性がよく、また、摩擦係数も低いので好ましい。また、湾曲可能な樹脂フィルムを用いることで、トナーカートリッジ３２の筐体内における回転可能な距離よりも長くすることができ、パドル用フィルムとトナーカートリッジ３２筐体の間にデッドスペースを形成することなく、トナー内部に空間を形成することができる。また、パドル用フィルムは、第２搬送パドル３２ａに１枚設ける。パドル用フィルムが、２枚以上では、トナーに圧力がかかり空間を形成することができない。これは、空間を形成してから、トナーがこの空間に侵入するのに必要な時間の間に空間が形成される。したがって、トナーに圧力がかかり、トナーが空間に短い時間で侵入すると空間を形成している時間が短くなり、空間が連通口３３付近に到達する前に空間がトナーで埋まってしまう。
また、その回転周波数を０．０４Ｈｚ〜０．４Ｈｚの範囲にする。その回転周波数が０．０４Ｈｚ未満では、空間が移動する時間が遅く、トナーカートリッジ３２下部で空間を形成してから連通口３３付近に到達する前にトナーによって空間が埋め尽くされる。また、回転周波数が０．４Ｈｚを越えると、トナーにかかる圧力が大きくなり、同様に、トナーカートリッジ３２下部で空間を形成してから連通口３３付近に到達する前にトナーによって空間が埋め尽くされる。

本発明の現像装置は、トナーカートリッジ３２内の回転体である第２搬送パドルでトナーの内部に空間を形成することができる。
図４は、本発明の現像装置で、トナーカートリッジ３２内に空間を形成し、現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へトナーが流入する状態を説明するための模式図である。
ここで、空間形成手段は、第２搬送パドル３２ａとトナーカートリッジ３２の筐体底面に設けられた突起した板状部材であるリブ３５を設ける。この空間形成手段では、以下のようにして空間を形成する。（１）に示すように、この第２搬送パドル３２ａが回転している。（２）に示すように、この第２搬送パドル３２ａがリブ３５に当たり、リブ３５がトナーの侵入を防止し、その間に第２搬送パドル３２ａが回転を続ける。次に、（３）に示すように、トナーがリブ３５を乗り越えて侵入する時間の間にトナーの内部に空間が形成され、この空間が連通口３３に到達すると、現像ユニット３１側のトナーの圧力によってトナーカートリッジ３２側に流入してくる。

このトナーカートリッジ３２内の第２搬送パドル３２ａが、湾曲可能な１枚のパドル用フィルムからなり、回転する際、そのパドル用フィルムが、前記トナーが通過できる連通口３３のトナーカートリッジ３２側連通口３３に対して、連通口３３より回転方向上流位置よりパドル用フィルムがトナーカートリッジ３２筐体壁面に接触し、さらに接触しながら連通口３３に近づける。このときに、第２搬送パドル３２ａで、トナーを下の空間に漏らさずに連通口３３に送り込め、そのときに、パドル用フィルムで送るトナーの圧力を下げることがないので、現像ユニット３１側からの圧力に打ち勝って、トナーをトナーカートリッジ３２から現像ユニット３１側に送ることができる。ここで、パドル用フィルムは、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂を用いる。特に、フッ素樹脂は、滑り性がよく、また、摩擦係数も低いので好ましい。また、湾曲可能な樹脂フィルムを用いることで、トナーカートリッジ３２の筐体内における回転可能な距離よりも長くすることができ、パドル用フィルムとトナーカートリッジ３２筐体の間にデッドスペースを形成することなく、トナー内部に空間を形成することができる。また、トナーカートリッジ３２筐体に接触させることで上部からのトナー漏れを防止して空間を長く保持することができる。このパドル用フィルムの長さＬ１は、カートリッジ内の回転体の回転中心から底面までの距離Ｌの１１０〜１７０％の範囲にする。パドル用フィルムの長さが１１０％未満では、パドル用フィルムとトナーカートリッジ３２筐体の間にデッドスペースを形成することがある。また、１７０％を越えるとトナーを押圧する時間が長くなり、トナーカートリッジ３２筐体面にトナーを融着させ、トナー膜が形成される。さらに、これらが成長して膜厚が厚くなってゆく。
さらに、パドル用フィルムが、連通口３３を通過する際には、連通口３３が形成されていないトナーカートリッジ３２筐体壁面にパドル用フィルムを摺擦させながら回転させる。これによって、トナーカートリッジ３２から現像ユニット３１へ移動させることなく、形成した空間で現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へのトナーの排出を行うことができる。これは、パドル用フィルムで持ち上げたトナーが、その下に形成した空間に落ちてこぼれることがないので、空間を狭くすることなく、また、現像ユニット３１から戻ってくるトナーの流れを阻害することなく、現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へのトナーの戻しを確実に行うことができる。
この戻しの空間を確実に形成できることは、空間形成時間を長くすることであり、それにより現像ユニット３１でよく撹拌されたトナーをトナーカートリッジ３２側に戻すことができる。

また、リブ３５は、第２搬送パドル３２ａの真下の位置からその前後で、トナーカートリッジ３２内の回転体の回転中心から底面までの距離Ｌの−３０〜＋３０％の距離内に設置されている。
図５は、本発明の現像装置３０で、トナーカートリッジ３２内に空間を形成し、現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へトナーが流入する状態を説明するための模式図である。これは、リブを設置する位置でパドル用フィルムとの接触する角度が異なってくる。リブが、上流側にある場合は（−３０〜０％）、図５に示すように、トナーが崩れやすい状態になることから空間の形成が難しくり、現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へ移動するトナー量が少なくなる。一方、リブが、下流側にある場合は（０〜３０％）、形成される空間が狭くなり、現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へ移動するトナー量が少なくなる。
したがって、リブ３５を、第２搬送パドル３２ａの真下の位置から距離Ｌの−３０〜＋３０％の距離内に設置することで、大きな空間を形成することができ、現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へ移動するトナー量を多くすることができる。

トナーカートリッジ３２内の第２搬送パドル３２ａのパドル用フィルムを、トナーが通過できる最も外側にある連通口３３の端部より１０ｍｍ以上外側に長くする。トナーの流動性等に関わらずトナー平均粒径が１０μｍ以下で小さいために完全に遮蔽することは困難であり、パドル用フィルムが形成した空間の側部からもトナーが侵入する。しかし、パドル用フィルムが、連通口３３より１０ｍｍ以上長ければ、この空間が連通口３３に到達し、トナーが現像ユニット３１からトナーカートリッジ３２へ移動・排出する時間がある。
また、この連通口３３は複数設けることができる。これによって、現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２との間の移動させるトナー量を多くすることができ、また、その量の制御を容易にすることができる。連通口３３は、軸方向に配置し、その形状は限定されない。連通口３３は、楕円状、矩形状、菱形状、平行四辺形のような形状であって、さらに、メッシュ等を張ってあってもよい。

また、図６は、本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。
この画像形成装置１は、感光体ユニット１０、書き込み光学装置２０、現像装置３０、中間転写装置４０、２次転写装置５０、定着装置６０、両面印刷用紙反転装置７０等で構成されている。そして、黒（以下、Ｂｋという）、シアン（以下、Ｃという）、マゼンタ（以下、Ｍという）、イエロー（以下、Ｙという）のカラー画像を感光体ユニット１０の感光体ベルト１１上に順次顕像化し、これらを重ね合わせて最終的な４色フルカラー画像を形成する。感光体ベルト１１の周りには、感光体クリーニング装置１２、帯電ローラ１３、複数の現像装置３０、中間転写装置４０の中間転写ベルト４１などが配置されている。感光体ベルト１１は、駆動ローラ１４、１次転写対向ローラ１５、張架ローラ１６間に張架され、駆動モータによって回転する。また、上記書き込み光学装置２０は、カラー画像データを光信号に変換して、各色画像に対応した光書き込みを行い、感光体ベルト１１に静電潜像を形成する。この書き込み光学装置２０は、光源としての半導体レーザ２１、ポリゴンミラー２２、３つの反射ミラー２３などで構成されている。
また、上記現像装置３０は、画像形成装置１本体の下側から順に、黒トナーを収容したＢｋ現像装置３０Ｋ、シアントナーを収容したＣ現像装置３０Ｃ、マゼンタトナーを収容したＭ現像装置３０Ｍ、イエロートナーを収容したＹ現像装置３０Ｙとなっている。ここでは、さらに、各現像装置を図中左右方向に移動させ感光体ベルト１１に対し、接離動作を行う接離機構を備える。

現像装置３０内のトナーは所定の極性に帯電され、現像スリーブ３１ａには、現像バイアス電源によって現像バイアスが印加され、現像スリーブ３１ａが感光体ベルト１１に対して所定電位にバイアスされている。また、接離機構は、モータから各現像装置３０に駆動を伝達するための図示しない電磁クラッチがオンになるとその駆動力で現像装置３０を感光体ベルト１１側に移動させるようになっている。現像時には、現像装置３０のうち選択されたいずれか一つが移動し、感光体ベルト１１に当接する。一方、電磁クラッチをオフにして駆動伝達を解除すると感光体ベルト１１に当接していた現像装置が感光体ベルト１１から離間する方向に移動する。

画像形成装置１本体の待機状態では、現像装置３０Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙも感光体ベルト１１と離間した位置にセットされており、画像形成動作が開始されると、カラー画像データに基づきレーザ光による光書き込み、静電潜像の形成が開始される（以下、Ｂｋ 画像データによる静電潜像をＢｋ静電潜像という。Ｃ、Ｍ、Ｙについても同様）。このＢｋ静電潜像の先端部から現像可能とすべくＢｋ現像位置に静電潜像先端部が到達する前に、Ｂｋ現像スリーブ３１ａを回転開始して、Ｂｋ静電潜像をＢｋトナーで現像する。そして、以後、Ｂｋ静電潜像領域の現像動作が続行されるが、Ｂｋ静電潜像後端部がＢｋ現像位置を通過した時点で、Ｋ現像装置３０Ｋが感光体ベルト１１から離間し、次の色の現像に備えて該当する色の現像装置が感光体ベルト１１に当接する。これは少なくとも、次の画像データによる静電潜像先端部が現像位置に到達する前に完了される。
また、上記中間転写装置４０は、中間転写ベルト４１、ベルトクリーニング装置４２、位置検出用センサ４３などで構成されている。中間転写ベルト４１は駆動ローラ４４、１次転写ローラ４５、２次転写対向ローラ４６、クリーニング対向ローラ４７及びテンションローラ４８に張架されており、図示しない駆動モータによりに駆動制御される。中間転写ベルト４１端部の非画像形成領域には複数の位置検出用マークが設けられており、これらの位置検出用マークのうちのいずれか一つを位置出用センサ４３で検出し、この検出タイミングで画像形成を開始する。また、ベルトクリーニング装置４２は、クリーニングブラシ４２ａ、接離機構等で構成されており、１色目のＢｋ画像を中間転写ベルト４１に転写している間、及び、２、３、４色目の画像を中間転写ベルト４１に転写している間は接離機構によって中間転写ベルト４１面からクリーニングブラシ４２ａを離間させておく。
さらに、２次転写装置５０は、２次転写ローラ５１、２次転写ローラ５１を中間転写ベルト４１に対して接離するためのクラッチ等を備えた接離機構等で構成されている。転写紙が転写位置に到達するタイミングに合致させて２次転写ローラ５１が接離機構の回転軸を中心に揺動する。この２次転写ローラ５１と２次転写対向ローラ４６とにより転写紙と中間転写ベルト４１とを一定の圧力で接触させる。２次転写ローラ５１は中間転写装置４０に設けられた図示しない位置決め部材により２次転写対向ローラ４６との平行度の位置精度が保たれている。また、２次転写ローラ５１に設けた図示しない位置決めコロにより中間転写ベルト４１に対する２ 次転写ローラ５１の接触圧を一定にしている。２次転写ローラ５１を中間転写ベルト４１に接触させると同時に、２次転写ローラ５１はトナーと逆極性の転写バイアスが印加され、中間転写ベルト４１上の重ねトナー像を転写紙に一括転写する。

一方、画像形成動作が開始される時期に、転写紙は上記転写紙カセット８０又は手差しトレイ８３のいずれかから給送され、レジストローラ８２対のニップで待機している。そして、２次転写ローラ５１に中間転写ベルト４１上の４色重ねのトナー像先端がさしかかるときに、ちょうど転写紙の先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対８２が駆動され、転写紙とトナー像との位置合わせが行われる。そして、転写紙が中間転写ベルト４１上のトナー像と重ねられて２次転写位置を通過する。このとき２次転写ローラ５１による転写バイアスで転写紙が荷電され、トナー画像のほとんどが転写紙上に転写される。そして、中間転写ベルト４１から４色重ねトナー像を一括転写された転写紙は、定着装置６０に搬送され、所定温度に制御された定着ベルト６１と加圧ローラ６２のニップ部でトナー像が溶融定着され、装置本体外に送り出され、排紙トレイ８４ に裏向きにスタックされ、フルカラーコピーを得る。

更に、両面印刷を行う場合には、定着装置６０を通過した転写紙は両面切替爪８５により両面印刷用紙反転装置７０に送られる。両面印刷用紙反転装置７０においては、転写紙はまず反転切替爪７１によって矢印Ｄ方向に案内され、転写紙後端が反転切替爪７１を通過した後、反転ローラ対７２が停止し、転写紙も停止する。そして、反転ローラ対７２が一定のブランク時間ののち逆転を開始し、転写紙はスイッチバックを始める。このときに、反転切替爪７１が切り替わり、転写紙はレジストローラ対８２に送られる。レジストローラ対８２に送られた転写紙は表裏反転した状態でレジストローラ対８２のニップで待機する。そして、所定のタイミングでレジストローラ対８２が駆動され、転写紙は２次転写位置に送られて中間転写ベルト４１から４色重ねトナー像を一括転写された後、定着装置６０でトナー像が溶融定着され、装置本体外に送り出される。
一方、１次転写後の感光体ベルト１１の表面は、感光体クリーニング装置１２でクリーニングされ、除電ランプ等で均一に除電して、クリーニングしやすくすることもできる。また、転写紙にトナー像を転写した後の中間転写ベルト４１の表面は、ベルトクリーニング装置４２のクリーニングブラシ４２ａを接離機構で押圧することによってクリーニングされる。中間転写ベルト４１からクリーングされたトナーは廃トナータンク４９に蓄えられる。

ここで、現像装置３０についてさらに詳述する。現像装置３０は、感光体ベルト１１表面の静電潜像を現像するためにトナーを表面に担持して回転する現像スリーブ３１ａと、トナーを汲み上げて撹拌するために回転するトナー第１搬送パドル３１ｄとを含む現像ユニット３１と、トナーを収容するトナーカートリッジ３２で構成されている。このように２つのユニットに分割されている理由は、現像ユニット３１は、トナーカートリッジ３２を数回交換して使用しても耐えうる耐久性を有しているからである。
図７は、本発明の現像装置における連通口３３の構成を示した概略図であり、（Ａ）は現像ユニット３１側の構成を示し、（Ｂ）はトナーカートリッジ３２側の構成を示している。現像ユニット３１の筐体の外側にはスライドシャッターを備え、そのスライドシャッターには弾性部材を貼付している。このスライドシャッターを開閉することで現像ユニット３１の連通口３３の開閉を行う。また、トナーカートリッジ３２側は、筐体に設けられた連通口３３に対応して開けた部分のある弾性部材、連通口３３からトナーがこぼれるのを防止し、または、トナーを補給できるように開放するスライドシャッター、これらを筐体に固定する固定シールが設けられている。
トナーカートリッジ３２を現像装置に配置して、現像ユニット３１側のスライドシャッターを開け、また、トナーカートリッジ３２側のスライドシャッターを開けて、トナーを通過させることができる連通口３３ができる。
現像ユニット３１側の連通口３３は複数あり、現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２との間には弾性部材を貼着したスライドシャッターを設けている。このスライドシャッターを移動させることで、現像ユニット３１筐体に設けた連通口３３の開閉を行う。トナーカートリッジ３２がない場合又は画像形成装置本体に装着していない場合は、スライドシャッターで連通口３３を閉じておくことで現像ユニット３１からのトナーのこぼれるのを防止する。
また、トナーカートリッジ３２も、現像ユニット３１がない場合又は画像形成装置本体に装着していない場合は、トナーカートリッジ３２からのトナーのこぼれるのを防止するために、連通口３３を閉じておくためにスライドシャッターを設ける。トナーカートリッジ３２に対して、弾性部材、スライドシャッター、固定シールを設ける。弾性部材は、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の発泡材が好ましい。
図７に示すように、現像ユニット３１とトナーカートリッジ３２に設けられた連通口３３に対応してスライドシャッターに開放した窓部を設ける。連通口３３を閉じるときはスライドシャッターの窓部のないところで連通口３３を塞ぎ、連通口３３を開放するときはスライドシャッターを移動させて、窓部と連通口３３を合わせて、連通口３３全体を連通させる。

画像形成装置１において現像装置３０は、現像ユニット３１内にある第１搬送パドル３１ｄで、トナーを攪拌しつつ現像剤供給ローラ３１ｂに搬送し、供給ローラ３１ｂが現像スリーブ３１ａに摺擦しながら、同時にトナーを摺擦させて摩擦帯電させて、トナーを帯電させる。帯電したトナーは、現像スリーブ３１ａに鏡像力で吸着されて搬送される。その後、規制ローラ３１ｃで現像領域に搬送されるトナー量を規制する。現像スリーブ３１ａ上に形成されるトナー薄層が現像領域における現像バイアスで感光体ベルトに現像される。
このときに、供給ローラ３１ｂで現像スリーブ３１ａに摺擦されたトナーは大きな押圧力を受けて、トナー表面の凸凹が削られて球形化しトナーの付着力が大きくなる。また、この押圧力でトナー表面の外添剤が埋没して流動性が低下し、さらに、外添剤による帯電量調整ができなくなるために帯電量が変わってくる。これらの影響でトナーの現像性が低下し、さらに、転写性、クリーニング性が低下する。
このように、現像ユニット３１内に劣化したトナーが多くなり、また、トナーが現像によって消費されるために現像ユニット３１内のトナーが少なくなる。そこで、連通口３３を通過してトナーカートリッジ３２から、現像ユニット３１へとトナーが補給される。トナーカートリッジ３２内には、トナーカートリッジ本体３２の内壁に先端が摺接する第２搬送パドル３２ａ、第３搬送パドル３２ｂがそれぞれ第１収納室３２１と第２収納室３２２に設けられており、第２又は第３搬送パドル３２ａ，３２ｂが回転することによりトナーを現像ユニット３１側に押し込んで、現像ユニット３１に連通口３３からトナーが補給される。

さらに、この連通口３３を通して現像ユニット３１内のトナーがトナーカートリッジ３２側に排出されて、このトナーがトナーカートリッジ３２内のトナーと混合される。トナーカートリッジ３２内には、未使用のトナーが多く収納されており、現像ユニット３１内で劣化したトナーと混合される。この混合によって、未使用トナーの表面に多く存在する外添剤が劣化したトナーに再分配されることで、劣化したトナーの帯電量、流動性が元の未使用トナーの状態に近くなる。これは、現像ユニット３１から第１収納室３２１に排出されたトナーは、さらに、第２搬送パドルで第２収納室３２２に搬送されて、次に、第３搬送パドルで第１収納室３２１に戻される。この間に、外添剤の再分配を受けることになる。
この元の未使用の状態に近づいたトナーを、トナーカートリッジ３２の第１収納室３２１から現像ユニット３１に、再度供給する。この元の状態に近づいたトナーと未使用のトナーで、現像スリーブ３１ａに薄層を形成してトナーを現像することで、長期にわたって高品位の画像を得ることができる。

本発明の現像装置は、少なくとも感光体と一体化して、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジに用いられることができる。特に、外添剤の再分配を受けたトナーによって、高品位な画像を得ることができ、かつ、それを長期にわたって得ることができる。

本発明の現像装置の構成を示す概略図である。 本発明の現像装置における現像ユニットに配置される板状部材の構造を示す概略図である。 本発明の現像装置で、トナーカートリッジ内に空間を形成し、現像ユニットからトナーカートリッジへトナーが流入する状態を説明するための模式図である。 本発明の現像装置で、トナーカートリッジ内に空間を形成し、現像ユニットからトナーカートリッジへトナーが流入する状態を説明するための模式図である。 本発明の現像装置で、トナーカートリッジ内に空間を形成し、現像ユニットからトナーカートリッジへトナーが流入する状態を説明するための模式図である。 本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明の現像装置における連通口３３の構成を示した概略図であり、（Ａ）は現像ユニット側の構成を示し、（Ｂ）はトナーカートリッジ側の構成を示している。

符号の説明

１ 画像形成装置
１０ 感光体ユニット
１１ 感光体ベルト
１２ 感光体クリーニングユニット
１３ 第１の帯電手段
１４ 駆動ローラ（感光体）
１５、１６ 従動ローラ（感光体）
２０ 露光手段
２１ レジストローラ
２５ 給紙ローラ
２６ 接離機構
３０ 現像装置
３１ 現像ユニット
３１ａ 現像スリーブ
３１ｂ 供給ローラ
３１ｃ 規制ローラ
３１ｄ 第１搬送パドル
３１ｅ スライドシャッター
３１ｆ 弾性部材
３２ トナーカートリッジ
３２１ 第１収納室
３２２ 第２収納室
３２ａ 第２搬送パドル
３２ｂ 第３搬送パドル
３２ｃ スライドシャッター
３２ｄ 弾性部材
３２ｅ 固定シール
３３ 連通口
３４ 板状部材
３４ａ 支持部
３４ｂ フィルム
３５ リブ
４０ 中間転写ベルトユニット
４１ 中間転写ベルト
４２ ベルトクリーニングユニット
４３ マークセンサ
４４ 駆動ローラ（中間転写ベルト）
４５ 一次転写バイアスローラ
４６、４７ 従動ローラ
４９ ベルト位置検出マーク
５０ 二次転写装置
５１ 二次転写バイアスローラ
６０ 定着手段
７０ 両面搬送装置
８０ 給紙装置
８１ 給紙ローラ
８３ 手差しトレイ
９０ 転写材

Claims (15)

1. 像担持体の潜像をトナーで現像する現像ユニットと、
   現像ユニットにトナーを補給するトナーカートリッジと を横方向に配列し、トナーカートリッジを自在に着脱できる現像装置において、
   前記現像装置は、トナーカートリッジと現像ユニットとの間でトナーを通過させる連通口と、トナーカートリッジ内のトナーの内部に空間を有する
   ことを特徴とする現像装置。
2. 請求項1に記載の現像装置において、
   前記現像装置は、トナーカートリッジ内に形成される空間に、現像ユニットからトナーが流入する
   ことを特徴とする現像装置。
3. 請求項1又は２に記載の現像装置において、
   前記現像装置は、トナーカートリッジ内の回転体によって空間を形成する
   ことを特徴とする現像装置。
4. 請求項1ないし３のいずれかに記載の現像装置において、
   前記現像装置は、トナーカートリッジ内の回転体と、トナーカートリッジ内の板状部材とによって空間が形成される
   ことを特徴とする現像装置。
5. 請求項４に記載の現像装置において、
   前記現像装置は、板状部材が回転体の回転によって往復運動して、空間を形成する
   ことを特徴とする現像装置。
6. 請求項４又は５に記載の現像装置において、
   前記現像装置は、トナーカートリッジ内の回転体が、湾曲可能な１枚のパドル用フィルムからなり、
   その回転体の回転周波数が、０．０４Ｈｚ〜０．４Ｈｚの範囲にあって、
   トナーカートリッジに内に取り付けられ回転体に接触する板状部材によって、空間を形成する
   ことを特徴とする現像装置。
7. 請求項1ないし６のいずれかに記載の現像装置において、
   前記現像装置は、トナーカートリッジ内の回転体が、湾曲可能な１枚のパドル用フィルムからなり、トナーカートリッジ内の底面に取り付けられ回転体に接触する板状部材によって、空間を形成する
   ことを特徴とする現像装置。
8. 請求項1ないし７のいずれかに記載の現像装置において、
   前記現像装置は、トナーカートリッジ内の回転体が、湾曲可能な１枚のパドル用フィルムからなり、回転体が回転する際、そのパドル用フィルムが、前記トナーが通過できる通路のトナーカートリッジ側連通口に対して、連通口より回転方向上流位置よりパドル用フィルムがカートリッジ筐体壁面に接触しながら連通口を通過する
   ことを特徴とする現像装置。
9. 請求項1ないし８のいずれかに記載の現像装置において、
   前記現像装置は、回転体のパドル用フィルムが、カートリッジ内の回転体の回転中心から底面までの距離の１１０〜１７０％の長さを有する
   ことを特徴とする現像装置。
10. 請求項1ないし９のいずれかに記載の現像装置において、
    前記現像装置は、カートリッジ内の底面の板状部材が、回転体の回転方向に対して、回転体の回転中心の真下の位置から、カートリッジ内の回転体の回転中心から底面までの距離Ｌの−３０〜＋３０％の距離内に設置されている
    ことを特徴とする現像装置。
11. 請求項1ないし１０のいずれかに記載の現像装置において、
    前記現像装置は、トナーカートリッジ内の回転体のパドル用フィルムが、トナーが通過できる最も外側にある連通口の端部より１０ｍｍ以上外側に長い
    ことを特徴とする現像装置。
12. 請求項1ないし１１のいずれかに記載の現像装置において、
    前記現像装置は、前記トナーが通過できる通路の連通口を２個以上、長手方向に配置した
    ことを特徴とする現像装置。
13. 潜像を担持する像担持体と、像担持体表面に均一に帯電を施す帯電装置と、帯電した像担持体の表面に静電潜像を書き込む露光装置と、像担持体表面に形成された静電潜像を可視像化する現像装置と、像担持体表面の可視像を直接又は中間転写体を介して記録部材に転写する転写装置と、像担持体上のトナ−をクリ−ニングするクリ−ニング装置と、記録部材上の可視像を熱及び又は圧力で定着させる定着装置とを備える画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、現像装置が請求項１ないし１２のいずれかに記載の現像装置を用いる
    ことを特徴とする画像形成装置。
14. 請求項１３に記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、像担持体と現像装置とを一体に支持し、着脱可能なプロセスカ−トリッジを備える
    ことを特徴とする画像形成装置。
15. 少なくとも、像担持体と現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、
    前記プロセスカートリッジは、請求項１ないし１２のいずれかに記載の現像装置を用いる
    ことを特徴とするプロセスカ−トリッジ。

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