JP2010038936A - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の少ない低コストの手段によって現像装置内の現像剤の履歴が偏ることを防ぎトナー分散性と現像剤寿命の向上をさせて、安定した画像品質の現像装置及びこの現像装置を搭載する画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】現像装置において、現像剤搬送路７、９、１０は、該現像剤搬送路７、９、１０の一部または全部を共有または交差させて形成される主現像剤循環路１５０及び副現像剤循環路１５１乃至１５４である２つ以上の現像剤循環路を有し、該現像剤循環路１５０乃至１５４は互いの非整数倍周期で前記現像剤を循環させていることを特徴とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等である画像形成装置に用いられる現像装置及びこの現像装置を搭載する画像形成装置に関するものである。

従来から、トナーと磁性キャリアとを含む二成分の現像剤を用いた現像装置を備える画像形成装置が広く用いられている。この種の２成分現像装置として、例えば、現像容器と、この現像容器の開口部に潜像担持体に対向するように配置された磁石を内包する現像ローラと、この現像ローラの表面に担持される現像剤の層厚を規制するドクタブレードと、前記現像容器内で現像剤を撹拌しながら循環、搬送する第１及び第２搬送スクリュと前記現像容器内にトナーを補給する補給装置と、トナー濃度を検知するトナー濃度センサとを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
このような従来の現像装置においては、第１及び第２搬送スクリュの間には現像ローラ長手方向に渡って仕切りが設けられており、現像剤はスクリュ両端部の仕切りが途切れた部分で第１及び第２搬送スクリュ間で受け渡されて、一方向に循環している。現像ローラが回転するにつれて搬送路内の現像剤は現像ローラに供給後回収されて現像装置内を循環する。
現像ローラに供給された現像剤は潜像担持体上の静電潜像の現像に用いられるため、トナー濃度が低下する。このトナー濃度を回復させるためには現像装置に対してトナーを補給する必要がある。この際、補給されたトナーが現像ローラに供給されるまでに現像剤と充分に撹拌されて分散していない場合、トナーの帯電量不足やトナーの偏在によって画像濃度ムラを引き起こす原因となりうる。このような画像濃度ムラを防止するため、現像装置には様々な撹拌性能向上のための手段が用いられ、そのような手段の１つとして現像剤搬送路の変更が挙げられる。

特許文献１に記載の現像装置は前述の現像装置と同様に２本の搬送スクリュとその間の長手方向に仕切りを設けた現像剤循環路を備える。この技術においては画像領域外に周期の小さい副循環路を設けることにより、補給トナーの撹拌性向上を図っている。
この技術によれば、主循環路より副循環路へ剤が流入する入り口部分に設けられた規制部材によって流入する現像剤の量を規制することにより撹拌性能の高いスクリュ外周部が現像剤に埋もれることを防いでいるため、副循環路に補給されたトナーが効率よく現像剤と撹拌される。また、副循環路内のトナー濃度の高い現像剤は主循環路内の現像ローラから最も遠い場所に流入するため、主循環路においても、さらに撹拌されてから現像ローラに供給される。
特許文献２に記載の現像装置は前述の現像装置と同様に２本の搬送スクリュとその間の長手方向に仕切りを設けた現像剤循環路を備える。この技術においては搬送路間の仕切りに開閉可能な開口部を設け、搬送スクリュの速度を可変とし、これらの速度をトナー濃度センサからの信号や出力する画像に応じて制御することによりユニット内のトナー濃度分散性を向上させている。
特許文献３に記載の現像装置は現像剤搬送路を複数持つことにより現像剤容量の増加と現像剤の分散性向上を図っている。この技術の代表図では３本のスクリュとその間の２枚の仕切りを設けた現像剤搬送路が示されている。この構成においては、従来の現像装置と比較してスクリュ１本の搬送路分現像剤容量が増加することで現像剤寿命の増加と分散性の向上が実現されている。

図１６は従来の現像装置において現像剤が移動する現像剤循環路を説明する概略図である。図１７は１つの副現像剤循環路を有する従来の現像装置の現像剤の流れを説明する概略図である。
図１６及び図１７を参照して説明すると、現像装置ケーシング５１０中に設けられた攪拌搬送スクリュ（図示せず）を隔離する仕切り壁５１１は現像装置ケーシング５１０の長手方向両端で現像装置ケーシング５１０の内壁から間隔をもって設けられ、これにより矢印で示す現像剤循環路５００（図１６（ａ））を形成している。
このような現像剤循環路５００においては、現像剤５０３（図１６（ｂ））は現像剤循環路５００内でスクリュによる分散機能以外の要素では分散されないため、分散性が良くなく、図１６（ｃ）で示すように搬送されても図１６（ｂ）と同様な塊りとなって搬送される。
現像剤循環路５００を分岐させようとして図１７（ａ）のように開口部５０１を設けたとしても、この場合、開口部５０１の流路と開口部５０２の流路との現像剤循環の周期は１：２であるため、図１７（ｂ）に示す現像剤５０３は、図１７（ｃ）に示すように、ａ、ｂに分岐しても、この現像剤５０３は、図１７（ｃ）、図１７（ｄ）、図１７（ｅ）、図１７（ｆ）の現像剤５０３ａ及び５０３ｂを経て、図１７（ｇ）に示すように再び同じ現像剤５０３と合流してしまう。このような分散の妨げとなる現像剤の流れを変更して現像装置内の現像剤の履歴が偏ることを防ぎトナー分散性と現像剤寿命を向上させて、安定した画像品質の画像形成装置を提供する。
特開２００５−２１５４８３公報 特開２００７−１４８１８２公報 特開２００３−３１６１５８公報

しかしながら、特許文献１の技術では副循環路の現像剤量が主循環路と比較して非常に小さいため、局所的な撹拌性能の向上は見込めるが現像装置全体でのトナー濃度偏差を改善するような効果は期待できない。
また、特許文献２の技術のような複雑な構成は高コストであり、部品点数の増加による故障率の上昇も招く。さらに、２種類の搬送路の周期が同期しているため搬送路の合流部分でほぼ同じ履歴を持った現像剤が混ぜ合わされることとなり分散性向上の効果が少ない。また、特許文献３の構成においても特許文献２と同様に同じ履歴を持った現像剤が混ぜ合わされることを防ぐような仕組みは採られていない。
図１６及び図１７を用いて説明したように、従来技術では、現像剤の流れが分散の妨げとなり、現像装置内の現像剤の履歴が偏り、トナー分散性と現像剤寿命に悪い影響を与えていた。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、部品点数の少ない低コストの手段によって現像装置内の現像剤の履歴が偏ることを防ぎ、トナー分散性と現像剤寿命を向上させて、安定した画像品質の現像装置及びこの現像装置を搭載する画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、現像剤を表面上に担持して回転し、潜像担持体と対向する箇所で前記潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体と、前記現像剤を搬送する現像剤搬送部材と、前記現像剤担持体に前記現像剤を供給する現像剤供給領域では前記現像剤担持体に前記現像剤を供給しながら該現像剤を搬送する現像剤搬送路と、を有し、該現像剤搬送路は、該現像剤搬送路の全部を共有する主現像剤循環路又は一部を迂回させて形成される副現像剤循環路である２つ以上の現像剤循環路を有し、該２つの現像剤循環路は互いに異なる時間周期でかつ位置エネルギによって前記現像剤を循環させている現像装置を特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記現像剤の位置エネルギによって前記現像剤循環路の前記副現像剤循環路における前記現像剤の搬送方向と流量とを制御する請求項１記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、前記現像剤の位置エネルギを前記現像剤の偏りによって制御する請求項１又は２記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記現像剤の位置エネルギを前記現像剤搬送路の高さによって制御する請求項１又は２記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記副現像剤循環路は前記主現像剤循環路の上流から下流へと前記現像剤を搬送する請求項１記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、前記副現像剤循環路と前記主現像剤循環路との前記現像剤を搬送方向の広域に渡って交換可能とした請求項１記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、前記主現像剤循環路の前記現像剤搬送部材の動作によって前記副現像剤循環路の前記現像剤の搬送方向と流量を制御する請求項１記載の現像装置を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、少なくとも１つの潜像担持体と、該潜像担持体表面を帯電させるための帯電手段と、前記潜像担持体上に静電潜像を形成するための潜像形成手段と、前記静電潜像を現像してトナー像化するための現像手段と、を有する画像形成装置において、該現像手段として、請求項１乃至７のいずれか１項記載の現像装置を用いる画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、複数の現像剤循環路が非整数倍の周期を持っているため、各現像剤循環路に分かれた現像剤が合流する際には異なる履歴を持った現像剤同士を混合させることが可能となる。これによって、現像剤に補給されたトナー量の履歴が分散されて現像器内のトナー分散性が向上する。また、現像剤にかかるストレスの履歴も分散されるため現像剤の寿命も改善されることが可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明を適用した画像形成装置として、複数の感光体が並行配設されたタンデム型のカラーレーザ複写機（以下、単に「複写機」という）の１つの実施の形態（以下、単に「実施の形態」という）について説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る複写機の概略構成図である。この複写機はプリンタ部１００、これを載せる給紙装置２００、プリンタ部１００の上に固定されたスキャナ３００などを備えている。また、このスキャナ３００の上に固定された原稿自動搬送装置４００なども備えている。
プリンタ部１００は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を形成するための４組のプロセスカートリッジ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋからなる画像形成ユニット２０を備えている。各符号の数字の後に付されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、イエロー、シアン、マゼンダ、ブラック用の部材であることを示している（以下同様）。
プロセスカートリッジ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋの他には、光書き込みユニット２１、中間転写ユニット１７、２次転写装置２２、レジストローラ対４９、ベルト定着方式の定着装置２５などが配設されている。
光書き込みユニット２１は、図示しない光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラーなどを有し、画像データに基づいて後述の感光体の表面にレーザ光を照射する。プロセスカートリッジ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋは、ドラム状の感光体１、帯電器（図示せず）、現像装置４、ドラムクリーニング装置、除電器などを有している。

以下、イエロー用のプロセスカートリッジ１８Ｙについて説明する。帯電手段である帯電器によって、感光体１Ｙの表面は一様に帯電される。帯電処理が施された感光体１Ｙの表面には、光書き込みユニット２１によって変調及び偏向されたレーザ光が照射される。
すると、照射部（露光部）の電位が減衰する。この減衰により、感光体１Ｙ表面にＹ用の静電潜像が形成される。形成されたＹ用の静電潜像は現像手段である現像装置４Ｙによって現像されてＹトナー像となる。
Ｙ用の感光体１Ｙ上に形成されたＹトナー像は、後述の中間転写ベルト１１０に１次転写される。１次転写後の感光体１Ｙの表面は、ドラムクリーニング装置によって転写残トナーがクリーニングされる。
Ｙ用のプロセスカートリッジ１８Ｙにおいて、ドラムクリーニング装置によってクリーニングされた感光体１Ｙは、除電器によって除電される。そして、この感光体１Ｙは帯電器によって一様に帯電させられて、初期状態に戻る。以上のような一連のプロセスは、他のプロセスカートリッジ１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋについても同様である。

次に、中間転写ユニットについて説明する。中間転写ユニット１７は、中間転写ベルト１１０やベルトクリーニング装置９０などを有している。また、張架ローラ１４、駆動ローラ１５、２次転写バックアップローラ１６、４つの１次転写バイアスローラ６２Ｙ、６２Ｍ、６２Ｃ、６２Ｋなども有している。
中間転写ベルト１１０は、張架ローラ１４を含む複数のローラによって張架されている。そして、図示しないベルト駆動モータによって駆動される駆動ローラ１５の回転によって図中時計回りに無端移動せしめられる。
４つの１次転写バイアスローラ６２Ｙ、６２Ｍ、６２Ｃ、６２Ｋは、それぞれ中間転写ベルト１１０の内周面側に接触するように配設され、図示しない電源から１次転写バイアスの印加を受ける。また、中間転写ベルト１１０をその内周面側から感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋに向けて押圧してそれぞれ１次転写ニップを形成する。各１次転写ニップには、１次転写バイアスの影響により、感光体と１次転写バイアスローラとの間に１次転写電界が形成される。
Ｙ用の感光体１Ｙ上に形成された上述のＹトナー像は、この１次転写電界やニップ圧の影響によって中間転写ベルト１１０上に１次転写される。このＹトナー像の上には、Ｍ、Ｃ、Ｋ用の感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に形成されたＭ、Ｃ、Ｋトナー像が順次重ね合わせて１次転写される。この重ね合わせの１次転写により、中間転写ベルト１１０上には多重トナー像である４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。
中間転写ベルト１１０上に重ね合わせ転写された４色トナー像は、後述の２次転写ニップで図示しない記録媒体である転写紙に２次転写される。２次転写ニップ通過後の中間転写ベルト１１０の表面に残留する転写残トナーは、図中左側の駆動ローラ１５との間にベルトを挟み込むベルトクリーニング装置９０によってクリーニングされる。

次に、２次転写装置２２について説明する。中間転写ユニット１７の図中下方には、２本の張架ローラ２３によって紙搬送ベルト２４を張架している２次転写装置２２が配設されている。紙搬送ベルト２４は、少なくとも何れか一方の張架ローラ２３の回転駆動に伴って、図中反時計回りに無端移動せしめられる。２本の張架ローラ２３のうち、図中右側に配設された一方のローラは、中間転写ユニット１７の２次転写バックアップローラ１６との間に、中間転写ベルト１１０及び紙搬送ベルト２４を挟み込んでいる。
この挟み込みにより、中間転写ユニット１７の中間転写ベルト１１０と、２次転写装置２２の紙搬送ベルト２４とが接触する２次転写ニップが形成されている。そして、この一方の張架ローラ２３には、トナーと逆極性の２次転写バイアスが図示しない電源によって印加される。この２次転写バイアスの印加により、２次転写ニップには中間転写ユニット１７の中間転写ベルト１１０上の４色トナー像をベルト側からこの一方の張架ローラ２３側に向けて静電移動させる２次転写電界が形成される。
後述のレジストローラ対４９によって中間転写ベルト１１０上の４色トナー像に同期するように２次転写ニップに送り込まれた転写紙には、この２次転写電界やニップ圧の影響を受けた４色トナー像が２次転写させられる。なお、このように一方の張架ローラ２３に２次転写バイアスを印加する２次転写方式に代えて、転写紙を非接触でチャージさせるチャージャを設けてもよい。

複写機本体の下部に設けられた給紙装置２００には、内部に複数の転写紙を紙束の状態で複数枚重ねて収容可能なペーパーバンク４３を形成する給紙カセット４４が、鉛直方向に複数重なるように配設されている。それぞれの給紙カセット４４は、紙束の一番上の転写紙に給紙ローラ４２を押し当てている。そして、給紙ローラ４２を回転させることにより、一番上の転写紙が給紙路４６に向けて送り出される。
給紙カセット４４から送り出された転写紙を受け入れる給紙路４６は、複数の搬送ローラ対４７と、その路内の末端付近に設けられたレジストローラ対４９と、を有している。そして、転写紙をレジストローラ対４９に向けて搬送する。レジストローラ対４９に向けて搬送された転写紙は、レジストローラ対４９のローラ間に挟まれる。
一方、中間転写ユニット１７において、中間転写ベルト１１０上に形成された４色トナー像は、ベルトの無端移動に伴って上記２次転写ニップに進入する。レジストローラ対４９は、ローラ間に挟み込んだ転写紙を２次転写ニップにて４色トナー像に密着させ得るタイミングで送り出す。
これにより、２次転写ニップでは、中間転写ベルト１１０上の４色トナー像が転写紙に密着する。そして、転写紙上に２次転写されて、白色の転写紙上でフルカラー画像となる。このようにしてフルカラー画像が形成された転写紙は、紙搬送ベルト２４の無端移動に伴って２次転写ニップを出た後、紙搬送ベルト２４上から定着装置２５に送られる。

定着装置２５は、定着ベルト２６を２本のローラによって張架しながら無端移動させるベルトユニットと、このベルトユニットの定着ベルト２６に向けて押圧される加圧ローラ２７とを備えている。これらの定着ベルト２６と加圧ローラ２７とは互いに当接して定着ニップを形成しており、紙搬送ベルト２４から受け取った転写紙をこの定着ニップに挟み込む。
ベルトユニットにおける２本のローラのうち、図示で大径のローラは内部に図示してない熱源を有しており、この熱源の発熱により、接触している加圧ローラ２７によって定着ベルト２６を加圧する。加圧された定着ベルト２６は、定着ニップに挟み込まれた転写紙を加熱する。この加熱やニップ圧の影響により、フルカラー画像が転写紙に定着させられる。
定着装置２５内で定着処理が施された転写紙は、排紙ローラ５６を通ってプリンタ筐体の図中左側板の外側に設けたスタック部５７上にスタックされるか、もう一方の面にもトナー像を形成するために上述の２次転写ニップに戻されるかする。

図示しない原稿のコピーが採られる際には、例えば、シート原稿の束が原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上セットされる。但し、その原稿が本状に閉じられている片綴じ原稿である場合には、コンタクトガラス３２上にセットされる。このセットに先立ち、複写機本体に対して原稿自動搬送装置４００が開かれ、スキャナ３００のコンタクトガラス３２が露出される。この後、閉じられた原稿自動搬送装置４００によって片綴じ原稿が押さえられる。
このようにして原稿がセットされた後、図示してないコピースタートスイッチが押下されると、スキャナ３００による原稿読み取り動作がスタートする。ただし、原稿自動搬送装置４００にシート原稿がセットされた場合には、この原稿読み取り動作に先立って、原稿自動搬送装置４００がシート原稿をコンタクトガラス３２まで自動移動させる。
原稿読み取り動作では、まず、第１走行体３３と第２走行体３４とがともに走行を開始し、第１走行体３３に設けられた光源から光が発射される。そして、原稿面からの反射光が第２走行体３４内に設けられたミラーによって反射させられ、結像レンズ３５を通過した後、読み取りセンサ３６に入射される。読み取りセンサ３６は、入射光に基づいて画像情報を構築する。
このような原稿読み取り動作と並行して、各プロセスカートリッジ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ内の各機器や、中間転写ユニット１７、２次転写装置２２、定着装置２５がそれぞれ駆動を開始する。そして、読み取りセンサ３６によって構築された画像情報に基づいて、光書き込みユニット２１が駆動制御されて、各感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋトナー像が形成される。これらトナー像は、中間転写ベルト１１０上に重ね合わせ転写された４色トナー像となる。

また、原稿読み取り動作の開始とほぼ同時に、給紙装置２００内では給紙動作が開始される。この給紙動作では、給紙ローラ４２の１つが選択的に回転させられ、ペーパーバンク４３内に多段に収容される給紙カセット４４の１つから転写紙が送り出される。送り出された転写紙は、分離ローラ４５で１枚ずつ分離されて反転給紙路４６に進入した後、搬送ローラ対４７によって２次転写ニップに向けて搬送される。
このような給紙カセット４４からの給紙に代えて、手差しトレイ５１からの給紙が行われる場合もある。この場合、手差し給紙ローラ５０が選択敵に回転させられて手差しトレイ５１上の転写紙を送り出した後、分離ローラ５２が転写紙を１枚ずつ分離してプリンタ部１００の手差し給紙路５３に給紙する。
本複写機は、２色以上のトナーからなる多色画像を形成する場合には、中間転写ベルト１１０をその上部張架面がほぼ水平になる姿勢で張架して、上部張架面に全ての感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋを接触させる。

これに対し、Ｋトナーのみからなるモノクロ画像を形成する場合には、図示しない機構により、中間転写ベルト１１０を図中左下に傾けるような姿勢にして、その上部張架面をＹ、Ｍ、Ｃ用の感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃから離間させる。
そして、４つの感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋのうち、Ｋ用の感光体１Ｋだけを図中反時計回りに回転させて、Ｋトナー像だけを作像する。この際、Ｙ、Ｍ、Ｃについては、感光体１だけでなく、現像器も駆動を停止させて、感光体や現像剤の不要な消耗を防止する。
本複写機は、複写機内の下記機器の制御を司るＣＰＵ等から構成される図示しない制御部と、液晶ディスプレイや各種キーボタン等などから構成される図示しない操作表示部とを備えている。
操作者は、この操作表示部に対するキー入力操作により、制御部に対して命令を送ることで、転写紙の片面だけに画像を形成するモードである片面プリントモードについて、３つのモードの中から１つを選択することができる。この３つの片面プリントモードとは、ダイレクト排出モードと、反転排出モードと、反転デカール排出モードとからなる。

図２は４つプロセスカートリッジのうちの１つが備える現像装置及び感光体を示す拡大構成図である。図２には前述した４つのプロセスカートリッジ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋのうちの１つが備える現像装置４及び感光体１を示している。
４つのプロセスカートリッジ１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋは、それぞれ扱うトナーの色が異なる点の他はほぼ同様の構成になっているので、同図では符号４に付すＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋという添字を省略している。
図２に示すように感光体１は、図中矢印Ｇ方向に回転しながら、その表面を図示してない帯電装置により帯電される。帯電された感光体１の表面には図示してない露光装置から照射されたレーザ光により静電潜像が形成され、この静電潜像に現像装置４からトナーが供給され、トナー像を形成する。
現像装置４は、図中矢印Ｉ方向に表面移動しながら感光体１の表面の静電潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体としての現像ローラ５を有している。また、現像ローラ５に現像剤を供給しながら図２の奥方向に現像剤を搬送する供給搬送部材としての供給搬送スクリュ８を有している。
この供給搬送スクリュ８は、回転軸とこの回転軸に設けられた羽根部（図示せず）とを備え、回転することにより軸方向に現像剤を搬送する現像剤供給搬送スクリュである。この現像剤供給搬送スクリュ８と対向する現像ローラ５の、現像剤供給搬送スクリュ８との対向部から表面移動方向下流側（図２では現像ローラ５の上方）には、現像ローラ５に供給された現像剤を現像に適した厚さに規制する現像剤規制部材としての現像ドクタ１２を備えている。

現像ローラ５の感光体１との対向部である現像部から表面移動方向下流側（図２では現像ローラ５の下方）には、現像部を通過した現像済みの現像剤を回収し、回収した回収現像剤を現像剤供給搬送スクリュ８と同方向に搬送する現像剤回収搬送部材としての現像剤回収搬送スクリュ６を備えている。現像剤供給搬送スクリュ８を備えた現像剤供給搬送路９は現像ローラ５の横方向に、現像剤回収搬送スクリュ６を備えた現像剤回収搬送路としての現像剤回収搬送路７は現像ローラ５の下方に並設されている。
現像装置４は、現像剤供給搬送路９の下方現像剤で現像剤回収搬送路７に並列して、現像剤攪拌搬送路１０を設けている。現像剤攪拌搬送路１０は、現像剤を攪拌しながら現像剤供給搬送スクリュ８とは逆方向である図中手前側に搬送する攪拌搬送部材としての現像剤攪拌搬送スクリュ１１を備えている。
現像剤供給搬送路９と現像剤攪拌搬送路１０とは現像装置ケーシング４ａ内で仕切り部材としての第１仕切り壁１３３によって仕切られている。第１仕切り壁１３３の現像剤供給搬送路９と現像剤攪拌搬送路１０とを仕切る箇所は、図中手前側と奥側との両端が開口部となっており、現像剤供給搬送路９と現像剤攪拌搬送路１０とが連通している。
なお、現像剤供給搬送路９と現像剤回収搬送路７とも第１仕切り壁１３３によって仕切られているが、第１仕切り壁１３３の現像剤供給搬送路９と現像剤回収搬送路７とを仕切る箇所には開口部を設けていない。

また、現像剤攪拌搬送路１０及び現像剤回収搬送路７の２つの搬送路は仕切り部材としての第２仕切り壁１３４によって仕切られている。第２仕切り壁１３４は、図中手前側が開口部となっており、現像剤攪拌搬送路１０と現像剤回収搬送路７とが連通している。
現像剤供給搬送部材である現像剤供給搬送スクリュ８、現像剤回収スクリュ６及び現像剤攪拌搬送スクリュ１１は樹脂もしくは金属のスクリュからなっており、各スクリュ径は全てφ２２［ｍｍ］で、スクリュピッチは供給スクリュが５０［ｍｍ］の２条巻き、回収スクリュ６及び攪拌スクリュ１１が２５［ｍｍ］の１条巻き、回転数は全て約６００［ｒｐｍ］に設定している。
現像ローラ５上にステンレスからなる現像ドクタ１２によって薄層化された現像剤を感光体１との対向部である現像領域まで搬送し現像を行う。現像ローラ５の表面はＶ溝あるいはサンドブラスト処理されており、φ２５［ｍｍ］のＡｌ（アルミニウム）もしくはＳＵＳ（ステンレス鋼）素管からなり、現像ドクタ１２及び感光体１とのギャップは０．３［ｍｍ］程度となっている。
現像後の現像剤は現像剤回収搬送路７にて回収を行い、図２中の断面手前側に搬送され、非画像領域部に設けられた第１仕切り壁１３３の開口部で、現像剤攪拌搬送路１０へ現像剤が移送される。なお、現像剤攪拌搬送路１０における現像剤搬送方向上流側の第１仕切り壁１３３の開口部の付近で現像剤攪拌搬送路１０の上側に設けられたトナー補給口から現像剤攪拌搬送路１０にトナーが補給される。

図３は現像装置中の主現像剤循環路における現像剤の流れを示す斜視図である。図４は主現像剤循環路の現像剤の流れを示す簡略図である。図３及び図４において、現像剤攪拌搬送路１０を図中奥に向かって搬送された現像剤はその突き当りで押し上げられて現像剤供給搬送路９に向かい、この現像剤供給搬送路９において現像剤は手前に搬送されると同時に現像ローラ５に供給される。
現像ローラ５に供給されて現像に用いられた現像剤は現像剤回収搬送路７に回収されて図中手前に向かって搬送されて現像剤回収搬送スクリュ６の図示してない手前側端部において現像剤攪拌搬送路１０に受け渡される。以上の主現像剤循環路１５０の現像剤の流れを図４に示している。
図中の主現像剤循環路１５０の太線矢印は主現像剤循環路とともに現像剤の流れを示している。図４中の上部及び下部は図３の斜視図の上段及び下段の配置を循環路と現像剤の流れを説明し易いように分けて示している。符号１０１及び１０２は開口部を示している。

図５は第１の副現像剤循環路を示す簡略図である。図５において、第１の副現像剤循環路１５１は現像剤供給搬送路９と現像剤攪拌搬送路１０との間で現像剤が循環するものである。開口部１０２ではスクリュの搬送力によって行き止まりに突き当たった現像剤が押し上げられることによって現像剤供給搬送路１０から現像剤攪拌搬送路９への現像剤の受け渡しがなされる。
また、開口部１０３においては搬送路の高さの違いによる位置エネルギによって現像剤は現像剤攪拌搬送路９から現像剤供給搬送路１０へと受け渡される。この副現像剤循環路１５１の周期は主現像剤循環路１５０の周期の７８％ほどとなっている。
主現像剤循環路１５０と副現像剤循環路１５１との現像剤が同期するのは各現像剤循環路の周期の最小公倍数周期であるため、現像剤は約１９５０周するまでは異なる搬送路を通過した現像剤と混合され続ける。
ただし、実際にはその他の分散機構によって現像剤の混合はさらに複雑に行われる。また、副現像剤循環路１５１は他の副現像剤循環路と比較して多くの現像剤を循環させるため、長周期の現像剤履歴の偏りを分散させる効果がある。

この実施の形態によれば、開口部１０２でスクリュの搬送力によって行き止まりに突き当たった現像剤が押し上げられる。この現像剤の位置エネルギによって副現像剤循環路１５１の現像剤の流れを制御するため特別な駆動源などを用いずに複数の現像剤循環路を設けることが可能となる。
すなわち、図４に示すように、元々の現像装置が縦型３軸のＯＤ現像装置であるので現像剤は開口部１０２で位置エネルギを得ている。しかし、図５のように開口部１０３を設けることで、新たに他の動力を用いずに副現像剤循環路を形成することができる。
ここで、非整数倍周期について説明する。上述したように、副現像剤循環路１５１の周期は主現像剤循環路１５０の周期の７８％ほどとなっているので、主現像剤循環路１５０の時間周期：副現像剤循環路１５１の時間周期は、１００：７８＝５０：３９となり、互いの整数倍にはなっていない。従って、現像剤の循環は互いの非整数倍で行われる。

図６は第２の副現像剤循環路を示す簡略図である。図６において副現像剤循環路１５２では現像剤供給搬送路９から現像剤攪拌搬送路１０への現像剤受け渡しを行う開口部１０４が長手方向に長くなっている。
この開口部１０４における現像剤の受け渡しは現像剤供給搬送路９と現像剤攪拌搬送路１０との高さの違いによる位置エネルギに依存している。この開口部１０４を設けることによって、新たに他の動力を用いずに副現像剤循環路を形成している。
開口部１０４が長手方向に長いことによって現像剤供給搬送路９の上流側で受け渡される現像剤と現像剤供給搬送路９の下流側で受け渡される現像剤に時間差が生じるためその幅と同程度の短周期の現像剤履歴の偏りを搬送方向に引き伸ばして分散させる効果がある。
副現像剤供給搬送路９が主現像剤攪拌搬送路１０の上流から下流へ現像剤を循環させることにより現像剤が現像ローラ５に到達するまでの時間を延ばすことで現像剤の撹拌と分散を充分に行うことが可能となる。これによって、均一な現像剤を安定して現像ローラ５に供給することが可能となる。
主現像剤攪拌搬送路１０と副現像剤供給搬送路９とが現像剤を交換することのできる箇所が搬送方向の広域に渡ることによって、現像剤交換口の幅分の異なる履歴を持った現像剤を混合させることが可能となる。

図７は第３の副現像剤循環路を示す簡略図である。図７において副現像剤循環路１５３では現像剤攪拌搬送路１０の現像剤は開口部１０５において現像剤の嵩の高さの違いによる位置エネルギによって搬送路７に受け渡される。
副現像剤循環路１５３の現像剤の流れを制御するために現像剤を偏らせてその嵩の差を作り出すことによって特別な駆動源などを用いずに現像剤の位置エネルギを得ることが可能となる。こうして得た位置エネルギによって副現像剤循環路１５３の現像剤の流れを制御することができる。
すなわち、この副現像剤循環路１５３では現像剤が時計回りに回っている。副現剤循環路１５３は、開口部１０５以外が図４の主現像剤循環路１５０と共通である。ここで、開口部１０５は現像剤を主現像剤循環路１５０の上流に戻すことで副現像剤循環路１５３を形成している。
図８は現像剤の偏りによる副現像剤循環路を示す簡略図である。図９は現像装置における現像剤の高さの差を示す概略図である。図１０は現像装置における現像剤の同一高さを示す概略図である。図８に示すように現像剤回収搬送路７を搬送される現像剤は現像ローラ５から回収された現像剤であるため現像剤回収搬送路７下流に行くほど量が増していく。
逆に言えば、現像剤回収搬送路７の中途では現像剤の嵩が低いために図９に示すように現像剤の高さに差ができる。そこで、開口部１０５を設けてその高さと幅を調整することで現像剤の流れる量を制御することが可能である。

また、図１０のように現像剤回収搬送路７と現像剤攪拌搬送路１０との現像剤の量に差が無い場合でも現像剤攪拌搬送スクリュ１１の回転方向をＣ２とすることによってこの現像剤攪拌搬送スクリュ１１による現像剤２１０の跳ね上げを利用して副現像剤搬送路を形成することも可能である。
現像剤回収搬送路７に受け渡された現像剤は図８の図中左方向に搬送されて行き止まりで押し出されて現像剤攪拌搬送路１０に受け渡される。副現像剤循環路１５４の周期は主現像剤循環路１５０（図４）の３０％ほどとなっており中周期の現像剤履歴の偏りを分散させる効果がある。
この副現像剤循環路１５４の周期は、図５に関連して説明したのと同様に、主現像剤循環路１５０の時間周期：副現像剤循環路１５４の時間周期は、１００：３０＝１０：３であり、互いの整数倍にはなっていない。従って、ここでも、現像剤の循環は非整数倍で行われる。
現像剤搬送部材である現像剤攪拌搬送スクリュ１１が現像剤に与える搬送方向以外のエネルギを利用して副現像剤搬送路の現像剤の流れを制御することによって特別な駆動源を用いずに現像剤の流れを制御することが可能となる。
現像剤が複数の循環路によって分散される仕組みを主現像剤循環路１５０と副現像剤循環路１５３を例にとって示す。簡単化するためここでは搬送スクリュ、現像ローラ、現像剤の滞留などによる現像剤の分散はないものとする。

図１１はトナー補給直後の現像剤が搬送路の左端に位置している状態を示す簡略図である。図１２は２つの向きに分けられる搬送路の状態を示す簡略図である。図１３は主現像剤循環路を巡る現像剤の状態を示す簡略図である。図１４は現像剤が再び開口部に至った時の状態を示す簡略図である。図１５は分散される現像剤のストレスやトナー濃度などの偏りをグラフで示す図である。
図１１ではトナー補給直後の現像剤２０１が現像剤攪拌搬送路１０の左端に位置している。図１２に示すように現像剤攪拌搬送路１０右に向かって搬送される現像剤２０１は開口部１０５においてａとｂの２つの向きに分けられる。図１３に示すように現像剤攪拌搬送路１０中をそのまま搬送される現像剤２０１ａは主現像剤循環路１５０を巡る現像剤となる。
また、開口部１０５で現像剤回収搬送路７に受け渡された現像剤２０１ｂは副現像剤循環路１５３を巡る現像剤２０１ｂとなる。副現像剤循環路１５３の周期は主現像剤循環路１５０の３０％ほどなので現像剤２０１ｂが図１４に示すように再び開口部１０５に至った時、現像剤２０１ａはまだ主現像剤循環路１５０の４５％を通過したところなので２０１ａと２０１ｂが混合されることはない。
現像剤２０１ｂが開口部１０５でｂａとｂｂに分けられた後も同じように現像剤２０１ｂａと現像剤２０１ｂｂは混合されないので現像剤はさらに分散される。主現像剤循環路１５０と副現像剤循環路１５３に分けられた現像剤が再び混合されるのは各循環路の周期の最小公倍数の周期であるので、現像剤が３０周巡るまでは現像剤２０１は常に違う履歴を持った現像剤と混ぜ合わされることになる。

こうして図１５に示すように現像剤のストレスやトナー濃度などの偏りが分散される。すなわち、主現像剤循環路１５０と副現像剤循環路１５３に分けられた現像剤が再び混合されるのは各現像剤循環路の周期の最小公倍数の周期であるから、現像剤の分散（分岐）によって現像剤のストレスやトナー濃度などの偏りが分散されて少なくなる。
このように、本発明の現像装置は、現像剤担持体は現像剤をその表面に担持して回転し、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する。現像担持体に対して供給される現像剤は、現像剤搬送部材によって撹拌されながら循環搬送路を循環する。この際、周期の異なる２つ以上の現像剤循環路をその循環搬送路の一部または全部が共有される、又は搬送路が交差するように配置することにより現像剤循環路間の現像剤を交換する。

本発明の実施の形態に係る複写機の概略構成図である。 ４つプロセスカートリッジのうちの１つが備える現像装置及び感光体を示す拡大構成図である。 現像装置中の主現像剤循環路における現像剤の流れを示す斜視図である。 主現像剤循環路の現像剤の流れを示す簡略図である。 第１の副現像剤循環路を示す簡略図である。 第２の副現像剤循環路を示す簡略図である。 第３の副現像剤循環路を示す簡略図である。 現像剤の偏りによる副現像剤循環路を示す簡略図である。 現像装置における現像剤の高さの差を示す概略図である。 現像装置における現像剤の同一高さを示す概略図である。 トナー補給直後の現像剤が搬送路の左端に位置している状態を示す簡略図である。 ２つの向きに分けられる搬送路の状態を示す簡略図である。 主現像剤循環路を巡る現像剤の状態を示す簡略図である。 現像剤が再び開口部に至った時の状態を示す簡略図である。 分散される現像剤のストレスやトナー濃度などの偏りをグラフで示す図である。 従来の現像装置において現像剤が移動する現像剤循環路を説明する概略図である。 １つの副現像剤循環路を有する従来の現像装置の現像剤の流れを説明する概略図である。

符号の説明

１ 潜像担持体（感光体）、４ 現像装置、４ａ 現像装置ケーシング、５ 現像剤担持体（現像ローラ）、６ 現像剤回収搬送部材（現像剤回収搬送スクリュ）、７ 現像剤搬送路（現像剤回収搬送路）、８ 供給搬送部材（供給搬送スクリュ）、９ 現像剤搬送路（現像剤供給搬送路）、１０ 現像剤搬送路（現像剤攪拌搬送路）、１１ 現像剤攪拌搬送部材（現像剤攪拌搬送スクリュ）、１８Ｙ 潜像形成手段（プロセスカートリッジ）、１３３ 第１仕切り壁、１３４ 第２仕切り壁、１５０ 主現像剤循環路、１５１ 副現像剤循環路、１５２ 副現像剤循環路、１５３ 副現像剤循環路、１５４ 副現像剤循環路

Claims (8)

1. 現像剤を表面上に担持して回転し、潜像担持体と対向する箇所で前記潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体と、前記現像剤を搬送する現像剤搬送部材と、前記現像剤担持体に前記現像剤を供給する現像剤供給領域では前記現像剤担持体に前記現像剤を供給しながら該現像剤を搬送する現像剤搬送路と、を有し、
   該現像剤搬送路は、該現像剤搬送路の全部を共有する主現像剤循環路又は一部を迂回させて形成される副現像剤循環路である２つ以上の現像剤循環路を有し、該２つの現像剤循環路は互いに異なる時間周期でかつ位置エネルギによって前記現像剤を循環させていることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤の位置エネルギによって前記現像剤循環路の前記副現像剤循環路における前記現像剤の搬送方向と流量とを制御することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記現像剤の位置エネルギを前記現像剤の偏りによって制御することを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
4. 前記現像剤の位置エネルギを前記現像剤搬送路の高さによって制御することを特徴とする請求項１又は２記載の現像装置。
5. 前記副現像剤循環路は前記主現像剤循環路の上流から下流へと前記現像剤を搬送することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
6. 前記副現像剤循環路と前記主現像剤循環路との前記現像剤を搬送方向の広域に渡って交換可能としたことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
7. 前記主現像剤循環路の前記現像剤搬送部材の動作によって前記副現像剤循環路の前記現像剤の搬送方向と流量とを制御することを特徴とする請求項１記載の現像装置。
8. 少なくとも１つの潜像担持体と、該潜像担持体表面を帯電させるための帯電手段と、前記潜像担持体上に静電潜像を形成するための潜像形成手段と、前記静電潜像を現像してトナー像化するための現像手段と、を有する画像形成装置において、
   該現像手段として、請求項１乃至７のいずれか１項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。

Images