JP2013097058A - 現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像濃度の低下およびムラを抑制する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像装置において、供給ローラの発泡層に侵入する侵入部材によって発泡層からトナーを排出させ、現像ローラと供給ローラの接触領域の上方にトナーを供給する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する供給ローラとを備えた現像装置に関する。この現像装置は、好ましくはプリンタ、複写機などの電子写真装置に用いられるものである。

電子写真画像形成方式（電子写真プロセス）を用いたプリンタ等の画像形成装置では、像担持体としての電子写真感光体（以下、「感光体」という。）を一様に帯電させ、帯電した感光体を選択的に露光することによって、感光体上に静電像を形成する。感光体上に形成された静電像は、現像剤のトナーでトナー像として顕像化される。そして、感光体上に形成されたトナー像を、記録用紙、プラスチックシート等の記録材に転写し、更に記録材上に転写されたトナー像に熱や圧力を加えることでトナー像を記録材に定着させることで画像記録を行う。

このような画像形成装置は、一般に、現像剤の補給や各種のプロセス手段のメンテナンスを必要とする。この現像剤の補給作業や各種のプロセス手段のメンテナンスを容易にするために、感光体、帯電手段、現像手段、クリーニング手段等を枠体内にまとめてカートリッジ化し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジとすることが実用化されている。プロセスカートリッジ方式によれば、ユーザビリティーに優れた画像形成装置を提供することができる。

又、近年、複数色の現像剤を用いてカラー画像を形成するカラー画像形成装置が普及してきている。カラー画像形成装置としては、複数色の現像剤を用いた画像形成動作のそれぞれに対応する感光体を、トナー像が転写される被転写体の表面移動方向に沿って一列に配置した、所謂、インライン方式の画像形成装置が知られている。インライン方式のカラー画像形成装置には、複数の感光体が鉛直方向（重力方向）と交差する方向（例えば水平方向）に一列に配置されたものがある。インライン方式は、画像形成速度の高速化やマルチファンクションプリンタへの展開などの要望に対応し易いなどの点で好ましい画像形成方式である。

又、複数の感光体を鉛直方向と交差する方向に一列に配置したインライン方式の画像形成装置として、複数の感光体を、被転写体としての中間転写体、又は、被転写体としての記録材を搬送する記録材担持体の下方に配置したものがある（特許文献１参照）。

感光体を中間転写体や記録材担持体の下方に配置する場合、画像形成装置本体内において中間転写体や記録材担持体を間に挟む態様で、例えば定着装置と現像装置（或いは、露光装置）とを離れた位置に配置することができる。そのため、現像装置（或いは、露光装置）が定着装置の熱の影響を受け難いなどの利点がある。

一方、上述のように感光体を中間転写体又は記録材担持体の下方に配置するような場合には、現像装置において、重力に反して現像剤担持体や供給ローラへ現像剤を供給する必要が生じることがある。

このような供給ローラへの現像剤の供給は、供給ローラの回転方向において現像剤担持体と供給ローラとの接触領域の直後（ニップ部上方）の場所に、トナーを搬送するのが最も効率が良い。それは、外周部に複数のセルを有する弾性層が設けられた供給ローラにおいて、ニップ部直後はニップ部での圧力から開放され、それに伴いセルが開く作用があるからである。このとき吸気が行われ、現像剤の吸い込みが行われる。従って、現像剤を供給ローラに効率的に保持させるには、この吸い込み部にトナーを直接送り込むのが好ましい。

しかしながら、重力に反して現像剤を供給する現像装置においては、簡易な構成で吸い込み部までトナーを多量に送り込むことは困難である。また、吸い込み部付近にトナーを送り込んだとしても、一部は吸い込まれるものの、ほとんどのトナーは供給ローラの回転に伴ってトナー収納部等に戻されてしまう。

そこで、特許文献１においては、供給ローラの下側部分で現像剤を供給する技術が提案されている。特許文献１では、現像ローラ（現像剤担持体）と供給ローラ（現像剤供給部材）の当接部において、供給ローラは下方から上方に回転する。そして、供給ローラの下方にトナー受け部材を設け、トナー受け部材に受けシートの一端を取り付けるとともに、この受けシートを供給ローラの下方に適当な線圧で接触させている。

このように、特許文献１には、供給ローラの下側部分に受けシートを接触させる方法が開示されている。それによると、この受けシートによって、供給ローラに付着した現像剤が重力によって落下するのを防ぎ、現像ローラに供給できる現像剤が減少しないようにして、ベタ画像の濃度低下を防止している。

特開２００３−１７３０８３号公報

しかしながら、特許文献１のような現像剤の供給方法では、印字率の低い画像を連続して形成する場合、供給ローラと受けシートとの間の現像剤が、消費されずに長時間滞留してしまう場合がある。このような場合、供給ローラの回転に伴って供給ローラと受けシートとの間に現像剤が次々と供給され、その場で現像剤が凝集してしまう。すると、供給ローラから現像剤ローラへのトナー供給量にムラができ、画像の濃度ムラが発生してしまう場合がある。

本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、画像濃度の低下およびムラを抑制する現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本出願に係る第一の発明は、現像剤を担持する現像剤担持体と、表面に発泡層を備え、前記現像剤担持体に接触して回転し、前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給ローラであって、前記現像剤担持体との接触領域のうち前記供給ローラの回転方向下流端が上流端よりも上方に位置する供給ローラと、前記供給ローラよりも下方に設けられ、前記現像剤を収納する現像剤収納部と、前記現像剤収納部のトナーを前記接触領域の上方に搬送する搬送部材と、前記供給ローラの頂点において、又は、前記供給ローラの回転方向における前記供給ローラの頂点よりも上流側かつ前記接触領域の下流端よりも下流側において、前記発泡層に侵入する侵入部材と、を有することを特徴とする現像装置である。

また、上記目的を達成するため、本出願に係る第二の発明は、現像剤を担持する現像剤担持体と、表面に発泡層を備え、前記現像剤担持体に接触して回転し、前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給ローラであって、前記現像剤担持体との接触領域のうち前記供給ローラの回転方向下流端が上流端よりも上方に位置する供給ローラと、前記供給ローラよりも下方に設けられ、前記現像剤を収納する現像剤収納部と、前記現像剤収納部のトナーを前記接触領域の上方に搬送する搬送部材と、前記供給ローラの回転方向における前記供給ローラの頂点よりも下流側かつ前記接触領域の上流端よりも上流側において前記発泡層に侵入し、上端が前記供給ローラの頂点より上方に位置する侵入部材とを有することを特徴とする現像装置である。

以上説明したように、本発明によれば、侵入部材によって供給ローラの発泡層からトナーを排出させることで、画像濃度の低下およびムラを抑制することが可能な現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することができる。

実施例１における画像形成装置の概略構成断面図である。 実施例１における現像装置及びプロセスカートリッジの一実施例の概略構成図である。 実施例１における侵入部材の作用を説明するための、現像装置の断面拡大図である。 実施例１におけるトナー貯留部の容積Ｖを説明するための、現像装置の断面拡大図である。 実施例１における発泡層に対する侵入部材の侵入量の定義を説明するための、現像装置の断面拡大図である。 実施例１における侵入部材の別の配置の例を示した図である。 比較例のプロセスカートリッジの概略構成図である。 実施例２における現像装置及びプロセスカートリッジの概略構成図である。 実施例２における侵入部材の作用を説明する断面拡大図である。

以下、本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

本発明の第１の実施例について図１〜図４により説明する。

［画像形成装置の全体構成］
先ず、本発明に係る電子写真画像形成装置（画像形成装置）の全体構成について説明する。
図１は、本実施例の画像形成装置１００の概略断面図である。本実施例の画像形成装置１００は、インライン方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザープリンタである。画像形成装置１００は、画像情報に従って、記録材（例えば、記録用紙、プラスチックシート、布など）にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像形成装置本体１００Ａに接続された画像読み取り装置、或いは、画像形成装置本体１００Ａに通信可能に接続されたパーンナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置本体１００Ａに入力される。

画像形成装置１００は、複数の画像形成部として、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための第１、第２、第３、第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを有する。本実施例では、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。

尚、本実施例では、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫの構成及び動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略して、総括的に説明する。

即ち、本実施例では、画像形成装置１００は、複数の像担持体として、鉛直方向と交差する方向に並設された４個のドラム型の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム１を有する。感光体ドラム１は、図示矢印Ａ方向（時計方向）に図示しない駆動手段（駆動源）により回転駆動される。感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の表面を均―に帯電する帯電手段としての帯電ローラ２、画像情報に基づきレーザーを照射して感光体ドラム１上に静電像（静電潜像）を形成する露光手段としてのスキャナユニット（露光装置）３が配置されている。又、感光体ドラム１の周囲には、静電像をトナー像として現像する現像手段としての現像ユニット（現像装置）４、転写後の感光体ドラム１の表面に残ったトナー（転写残トナー）を除去するクリーニング手段としてのクリーニング部材６が配置されている。更に、４個の感光体ドラム１に対向して、感光体ドラム１上のトナー像を記録材１２に転写するための中間転写体としての中間転写ベルト５が配置されている。

尚、本実施例では、現像ユニット４は、現像剤として非磁性一成分現像剤のトナーを用いる。又、本実施例では、現像ユニット４は、現像剤担持体としての現像ローラ１７（後述）を感光体ドラム１に対して接触させて反転現像を行うものである。即ち、本実施例では、現像ユニット４は、感光体ドラム１の帯電極性と同極性（本実施例では負極性）に帯電したトナーを、感光体ドラム１上の露光により電荷が減衰した部分（画像部、露光部）に付着させることで静電像を現像する。

本実施例では、感光体ドラム１と、感光体ドラム１に作用するプロセス手段としての帯電ローラ２、現像ユニット４及びクリーニング部材６とは、一体化され、即ち、一体的にカートリッジ化されて、プロセスカートリッジ７を形成している。プロセスカートリッジ７は、画像形成装置本体１００Ａに設けられた装着ガイド、位置決め部材などの装着手段を介して、画像形成装置１００に着脱可能となっている。本実施例では、各色用のプロセスカートリッジ７は、全て同一形状を有しており、各色用のプロセスカートリッジ７内には、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブランク（Ｋ）の各色のトナーが収納されている。

中間転写体としての無端状のベルトで形成された中間転写ベルト５は、全ての感光体ドラム１に当接し、図示矢印Ｂ方向（反時計方向）に循環移動（回転）する。中間転写ベルト５は、複数の支持部材として、駆動ローラ５１、二次転写対向ローラ５２、従動ローラ５３に掛け渡されている。

中間転写ベルト５の内周面側には、各感光体ドラム１に対向するように、一次転写手段としての、４個の一次転写ローラ８が並設されている。一次転写ローラ８は、中間転写ベルト５を感光体ドラム１に向けて押圧し、中間転写ベルト５と感光体ドラム１とが当接する一次転写部Ｎ１を形成する。そして、一次転写ローラ８に、図示しない一次転写バイアス印加手段としての一次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト５上に転写（一次転写）される。

又、中間転写ベルト５の外周面側において二次転写対向ローラ５２に対向する位置には、二次転写手段としての二次転写ローラ９が配置されている。二次転写ローラ９は、中間転写ベルト５を介して二次転写対向ローラ５２に圧接し、中間転写ベルト５と二次転写ローラ９とが当接する二次転写部Ｎ２を形成する。そして、二次転写ローラ９に、図示しない二次転写バイアス印加手段としての二次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、中間転写ベルト５上のトナー像が記録材１２に転写（二次転写）される。

更に説明すれば、画像形成時には、先ず、感光体ドラム１の表面が帯電ローラ２によって一様に帯電される。次いで、スキャナユニット３から発された画像情報に応じたレーザー光によって、帯電した感光体ドラム１の表面が走査露光され、感光体ドラム１上に画像情報に従った静電像が形成される。次いで、感光体ドラム１上に形成された静電像は、現像ユニット４によってトナー像として現像される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ８の作用によって中間転写ベルト５上に転写（一次転写）される。

例えば、フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫにおいて順次に行われ、中間転写ベルト５上に各色のトナー像が次に重ね合わせて一次転写される。

その後、中間転写ベルト５の移動と同期が取られて記録材１２が二次転写部Ｎ２へと搬送される。中間転写ベルト５上の４色トナー像は、記録材１２を介して中間転写ベルト５に当接している二次転写ローラ９の作用によって、一括して記録材１２上に二次転写される。

トナー像が転写された記録材１２は、定着手段としての定着装置１０に搬送される。定着装置１０において記録材１２に熱及び圧力を加えられることで、記録材１２にトナー像が定着される。

又、一次転写工程後に感光体ドラム１上に残留した一次転写残トナーは、クリーニング部材６によって除去、回収される。又、二次転写工程後に中間転写ベルト５上に残留した二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１１によって清掃される。

尚、画像形成装置１００は、所望の一つの画像形成部のみを用いて、又は、幾つか（全てではない）の画像形成部のみを用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することもできるようになっている。

［プロセスカートリッジ］
次に、本実施例の画像形成装置１００に装着されるプロセスカートリッジ７の全体構成について説明する。
図２は、感光体ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って見た本実施例のプロセスカートリッジ７の概略断面（主断面）図である。

尚、本実施例では、収納している現像剤の種類（色）を除いて、各色用のプロセスカートリッジ７の構成及び動作は実質的に同一である。

プロセスカートリッジ７は、感光体ドラム１等を備えた感光体ユニット１３と、現像ローラ１７等を備えた現像ユニット４とを一体化して構成される。

感光体ユニット１３は、感光体ユニット１３内の各種要素を支持する枠体としてのクリーニング枠体１４を有する。クリーニング枠体１４には、感光体ドラム１が図示しない軸受を介して回転可能に取り付けられている。感光体ドラム１は、図示しない駆動手段（駆動源）としての駆動モータの駆動力が感光体ユニット１３に伝達されることで、画像形成動作に応じて図示矢印Ａ方向（時計方向）に回転駆動される。本実施例にて、画像形成プロセスの中心となる感光体ドラム１は、アルミニウム製シリンダの外周面に機能性膜である下引き層、キャリア発生層、キャリア移送層を順にコーティングした有機感光体ドラム１を用いている。

又、感光体ユニット１３には、感光体ドラム１の周面上に接触するように、クリーニング部材６、帯電ローラ２が配置されている。クリーニング部材６によって感光体ドラム１の表面から除去された転写残トナーは、クリーニング枠体１４内に落下、収納される。

帯電手段である帯電ローラ２は、導電性ゴムのローラ部を感光体ドラム１に加圧接触することで従動回転する。

ここで、帯電ローラ２の芯金には、帯電工程として、感光ドラム１に対して所定の直流電圧が印加されており、これにより感光ドラム１の表面には、一様な暗部電位（Ｖｄ）が形成される。前述のスキャナユニット３からのレーザー光によって画像データに対応して発光されるレーザー光のスポットパターンは、感光ドラム１を露光し、露光された部位は、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失し、電位が低下する。この結果、露光部位は所定の明部電位（Ｖｌ）、未露光部位は所定の暗部電位（Ｖｄ）の静電潜像が、感光ドラム１上に形成される。

一方、現像ユニット４は、現像剤（トナー）８０を担持するための現像剤担持体としての現像ローラ１７と、現像ローラ１７にトナーを供給する現像剤供給部材としての供給ローラ２０と、を有している。更に、現像ユニット４はトナー８０を収納するトナー収納室１８を備え、トナー収納室１８において供給ローラ２０よりも重力方向下方にトナー収納部１８ａが形成されている。本実施例において現像ユニットの長手幅は２３０ｍｍである。

また、供給ローラ２０は、現像ローラ１７とニップ部Ｎを持って接触して回転している。供給ローラ２０は、ニップ部Ｎにおいて、重力方向下から上に向かって回転している（ニップ部Ｎのうち、供給ローラ２０の回転方向下流端が上流端よりも上方に位置している）。更に、本実施例の現像ユニット４では、本発明の特徴部を構成する侵入部材５０がニップ部Ｎの外で且つ供給ローラ２０の回転方向下流側近傍にて、供給ローラ２０に侵入して配置されている。

トナー収納室１８内には、攪拌搬送部材２２が設けられている。攪拌搬送部材２２は、トナー収納部１８ａに収納されたトナーを攪拌すると共に、供給ローラ２０と現像ローラ１７との接触領域の上方に（図中矢印Ｇ方向に）トナーを搬送するためのものでもある。本実施例において撹拌搬送部材は３０ｒｐｍで駆動回転している。図２において、攪拌搬送部材は、時計回りに回転している。

現像ブレード２１が現像ローラ１７にカウンターで当接しており、供給ローラ２０によって供給されたトナーのコート量規制及び電荷付与を行っている。現像ブレード２１は薄い板状部材からなり、薄板のバネ弾性を利用して当接圧力を形成し、その表面がトナー及び現像ローラ１７に接触当接される。トナーは、現像ブレード２１と現像ローラ１７との摺擦により摩擦帯電されて電荷を付与されると同時に層厚規制される。また、本実施例においては、現像ブレード２１に不図示のブレードバイアス電源から所定電圧を印加し、トナーコートの安定化を図っている。

現像ローラ１７と感光体ドラム１とは、対向部（接触部）において互いの表面が同方向（本実施例では下から上に向かう方向）に移動するようにそれぞれ回転する。

尚、本実施例では、現像ローラ１７は、感光体ドラム１に接触して配置されているが、現像ローラ１７は、感光体ドラム１に対して所定間隔を開けて近接配置される構成であってもよい。

本実施例においては、現像ローラ１７に印加された所定のＤＣバイアスに対して、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、感光体ドラム１に接触する現像部において、その電位差から、明部電位部にのみ転移して静電潜像を顕像化する。

供給ローラ２０は、対向部において現像ローラ１７の周面上に所定の接触領域（ニップ部）Ｎを形成して配設されており、図示矢印Ｅ方向（反時計方向）に回転する。供給ローラ２０は、導電性芯金の外周に発泡層を形成した弾性スポンジローラである。供給ローラ２０と現像ローラ１７は所定の侵入量、即ち、図３に示すように、供給ローラ２０が現像ローラ１７により凹状とされるその凹み量△Ｅを持って接触している。接触領域Ｎにおいて互いに逆方向に移動するよう回転しており、この動作により、供給ローラ２０による現像ローラ１７へのトナー供給及び現像残として残った現像ローラ１７上のトナーの剥ぎ取りを行っている。本実施例では、供給ローラ２０が９０ｒｐｍで、現像ローラ１７が１００ｒｐｍで駆動回転している。

尚、本実施例においては、現像ローラ１７、供給ローラ２０は、共に外径２０ｍｍであり、供給ローラ２０の現像ローラ１７への侵入量、即ち、供給ローラ２０が現像ローラ１７により凹状とされるその凹み量△Ｅを１．５ｍｍに設定した。また、供給ローラ２０と現像ローラ１７は中心高さが同じになるように配置した。

以下、本実施例において用いられる供給ローラ２０の詳細について説明する。
本実施例における供給ローラ２０は、導電性支持体と、導電性支持体に支持される発泡層と、を備える。具体的には、導電性支持体たる外径φ５（ｍｍ）の芯金電極２０ａと、その周囲に気泡同士がつながっている連続気泡体（連泡）から構成される発泡層としての発泡ウレタン層２０ｂが設けられており、図中Ｅの方向に回転する。また、本実施例で用いた供給ローラ２０の長手幅は２２０ｍｍである。

表層のウレタンを連続気泡体とすることで、供給ローラ２０内部にトナーが多量に進入可能となる。また、本実施例における供給ローラ２０の抵抗は１×１０^９（Ω）である。

ここで、供給ローラ２０の抵抗の測定方法を説明する。供給ローラ２０を、直径３０ｍｍのアルミスリーブに対し、後述する侵入量が１．５ｍｍとなるように、当接させる。このアルミスリーブを回転させることにより、供給ローラ２０を３０ｒｐｍでアルミスリーブに対して従動回転させる。

次に、現像ローラ１７に、−５０Ｖの直流電圧を印加する。その際、アース側に１０ｋΩの抵抗を設け、その両端の電圧を測定することで電流を算出し、供給ローラ２０の抵抗を算出する。本実施例では、供給ローラ２０の表面セル径を５０μｍ〜１０００μｍ、空隙率０．６とした。

ここで、セル径とは、任意断面の発泡セルの平均径をいい、まず任意断面の拡大画像から最大である発泡セルの面積を測定し、この面積から真円相当径を換算し最大セル径を得る。そしてこの最大セル径の１／２以下である発泡セルをノイズとして削除した後、残りの個々のセル面積から同様に換算した個々のセル径の平均値のことを指す。また、空隙率とは、任意断面における発泡セルの割合をいい、まず任意断面の拡大画像からそれぞれの発泡セルの面積を測定し、発泡セルの総面積を求める。そして、この発泡セルの総面積が任意断面に占める割合を求め、その値を空隙率とした。

次に、本発明の特徴である侵入部材５０について図３、図４を参照して説明する。
図３は、供給ローラ２０のトナー吸い込み部近傍の拡大概略断面図であり、攪拌搬送部材２２より供給ローラ２０に搬送されたトナーの動きを示している。攪拌搬送部材２２によるトナーの搬送は、供給ローラ２０のトナー吸い込み部Ｍに向けて行われるのが最も効率がよい。この際、供給ローラ２０が吸い込むトナー量は、供給ローラ２０の現像ローラ１７への侵入量により大きな影響を受ける。

ここで、供給ローラ２０の現像ローラ１７への侵入量は主に現像残として残った現像ローラ１７上のトナー剥ぎ取り性により決定される。よって、供給ローラ２０の現像ローラ１７への侵入量が大きい場合には、供給ローラ２０が現像ローラ１７へ供給するトナー量は実際にコートに必要な量よりも多くなる。このとき、コートに用いられないトナーはそのまま現像剤収納部へと戻ってしまう。このような構成において、安定的にコートを行うためには、供給ローラ２０の現像ローラ１７への侵入量に合わせて、現像剤収納部から撹拌搬送部材によりトナーを多量に汲み上げ搬送する必要がある。

そこで、本実施例は、発泡層に侵入する侵入部材５０を供給ローラ２０の長手方向に沿って設けている。侵入部材５０は供給ローラ２０の長手方向の一端側と他端側において、現像ユニットの枠体に固定されている。侵入部材５０を設けることにより、侵入部材５０と供給ローラ２０、現像ローラ１７、現像ユニットによってトナーを貯留可能なトナー貯留部が形成される。トナー貯留部は、図４に示すように、侵入部材５０の上端位置で決まる容積Ｖを有し、トナーを貯留可能である。これによりトナー吸い込み部付近に搬送されたトナーを効率的に供給ローラ２０内に取り込み、さらに過剰な分を侵入部材５０により吐き出させ、トナー貯留部に戻すことができる。その結果、トナー貯留部のトナーを必要な分だけ安定的に現像ローラ１７へ供給することができる。

本実施例の特徴である侵入部材５０の作用について述べる。
攪拌搬送部材２２によって図中矢印Ｇの軌道をもってトナー吸い込み部近傍に搬送されたトナーは、一部、吸い込み部Ｍに取り込まれ、多くは図中矢印Ｆ１方向に搬送される。侵入部材５０の作用は２つある。１つはトナー吸い込み部Ｍ付近で供給ローラ２０に取り込まれずに図中矢印Ｆ１方向に流されたトナーを跳ね返して、再度トナー吸い込み部Ｍ付近にトナーを持っていくトナー循環Ｆ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を合わせた循環）を作り出すことである。もう１つは供給ローラ内の余分なトナーを吐き出させて現像に利用することである。この時、供給ローラ２０から吐き出されたトナーは一定の電荷量を保持しており、供給ローラ２０と現像ローラ１７、侵入部材５０、現像ユニットにより囲まれたトナー貯留部で循環する。すなわち、発泡層がニップ部に突入する前に、発泡層からトナーを吐き出させてトナー貯留部に供給することができるので、ニップ部からトナー収納部に落下するトナーを減らすことができる。この作用により、現像ローラ１７に対して必要な分だけ攪拌搬送部材によってトナー供給部材にトナーを供給することができるため、撹拌搬送部材によるトナー汲み上げ量を最小限にすることができる（攪拌半搬送部材に求められる搬送力を小さくすることができる）。
また、侵入部材５０は、トナー貯留部の容積Ｖが以下の関係を満足するように配置するのが望ましい。
Ｖ＞π＊（ΔＥ−δ）（２Ｒ−δ−ΔＥ）＊Ｗ＊Ｓ＊Ｔｒｓ／Ｔｓ
Ｖ：トナー貯留部の容積
ΔＥ：発泡層に対する現像ローラの侵入量
δ：発泡層に対する侵入部材の侵入量
Ｒ：供給ローラの半径
Ｗ：供給ローラの長手方向における発泡層の長さ
Ｓ：供給ローラの空隙率
Ｔｒｓ：供給ローラの単位時間当たりの回転数
Ｔｓ：撹拌搬送部材の単位時間当たりの回転数
ここで、発泡層に対する侵入部材の侵入量δは、図５に示すように供給ローラの中心Ｏから侵入部材までの最短距離をＯＡとすると、δ＝Ｒ−ＯＡで定義される。

また、発泡層に対する現像ローラの侵入量ΔＥは、現像ローラの半径をＰ、現像ローラの中心と供給ローラの中心との距離をＭとすると、ΔＥ＝Ｐ＋Ｒ−Ｍで定義される。
次に上記の式について詳細な説明を行う。

侵入部材がない状態でトナー供給部材が１周回転した場合に、消費されるトナー量とトナー収納部に落下するトナー量の合計Ｃは、
Ｃ＝｛πＲ^２−π（Ｒ−ΔＥ）^２｝＊Ｗ＊Ｓ
に近似できる（発泡層に含まれるトナーのうち、ニップ部で圧縮された体積の発泡層に含まれるトナーがニップ部下方に吐き出されるため）。

また、侵入部材がある状態でトナー供給部材が１周回転した場合に、侵入部材によってトナー貯留部に吐き出されるトナー量Ｄは、
Ｄ＝｛πＲ^２−π（Ｒ−δ）^２｝＊Ｗ＊Ｓ
に近似できる（発泡層に含まれるトナーのうち、侵入部材によって圧縮された体積の発泡層に含まれるトナーがトナー貯留部Ｖに吐き出されるため）。

よって、侵入部材がある場合に供給ローラが１周回転した際に消費されるトナー量とトナー収納部に落下するトナー量の合計Ｅは、
Ｅ＝Ｃ−Ｄ
＝｛πＲ^２−（Ｒ−ΔＥ）^２｝＊Ｗ＊Ｓ−｛πＲ^２−π（Ｒ−δ）^２｝＊Ｗ＊Ｓ
＝π（ΔＥ−δ）（２Ｒ−δ−ΔＥ）＊Ｗ＊Ｓ
となる。供給ローラは撹拌部材が１周する間にＴｒｓ／Ｔｓ周するので、撹拌部材が１周する間に供給ローラが消費するトナー量とトナー収納部に落下するトナー量の合計は、
π（ΔＥ−δ）（２Ｒ−δ−ΔＥ）＊Ｗ＊Ｓ＊Ｔｒｓ／Ｔｓ
となる。この量がトナー貯留部Ｖに貯留されるトナー量よりも少なければ、撹拌搬送部材一周回転することにより汲み上げたトナー貯留部のトナーを、次に撹拌搬送部材がトナーを汲み上げてくるまでの間、確実に供給ローラにより現像ローラに供給することが出来る。

本実施例においては侵入部材５０として、高さ２．５ｍｍ、厚さ２ｍｍ、供給ローラ２０の長手方向の長さが２３０ｍｍのものを用い、供給ローラ２０の頂点に対して１ｍｍ侵入するように配置した。また、侵入部材５０は、供給ローラ２０の発泡層よりも硬度の高いものが望ましく、本実施例ではステンレス板を用いた。

ここで、侵入部材５０は供給ローラ２０に対して１ｍｍ侵入しているので、侵入部材５０の上端は供給ローラ上面より１．５ｍｍ高い位置にある。また、現像ユニットの壁面が現像ローラ１７の頂点から垂直方向に向かって伸びている。このときトナー貯留部に蓄えられるトナーの容積は、１３．７ｃｍ^３となる。さらに、本実施例においては、Ｔｒｓ＝９０ｒｐｍ、Ｔｓ＝３０ｒｐｍ、ΔＥ＝１．５ｍｍ、δ＝１．０ｍｍ、Ｒ＝１０ｍｍ、Ｓ＝０．６、Ｗ＝２３０ｍｍであるので、撹拌搬送部材が一周する間において、供給ローラ２０が搬送し消費するトナー量とトナー収納部に落下するトナー量の合計は１１．４ｃｍ^３となる。よって、トナー貯留部に蓄えられるトナー量が、撹拌搬送部材一周する間に消費する量とトナー収納部に落下するトナー量の合計より多いので、供給ローラ２０は現像ローラ１７へ確実にトナーを供給することが出来る。

なお、上述した侵入部材５０についての条件に代えて、高さ１．５ｍｍの侵入部材５０を用いた場合（その他の条件は変更せず）や、侵入部材５０のトナー供給部材への侵入量を０．５ｍｍに変更した場合（その他の条件は変更せず）も実験を行ったが、上記の式を満たす本実施例の構成が最もベタ画像の濃度追従性が高かった。

以上述べたように、本発明においては、侵入部材５０を適当な位置に配設することにより供給ローラ２０へのトナー供給を効率よく行うことができる。そのため、ベタ濃度の安定性を改善し、高品位な画像を供給することが可能な現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置を提供することができる。

なお、本実施例では、侵入部材５０を供給ローラ２０の頂点に侵入させたが、本発明はこれに限定されず、図６（ａ）に示すように供給ローラ２０の頂点より供給ローラ２０の回転方向上流側かつニップ部の下流端よりも下流側において侵入するように配置しても良い。また、図６（ｂ）のように侵入部材５０が供給ローラ２０の頂点より供給ローラ２０の回転方向下流側かつニップ部の上流端よりも上流側で侵入するように配置してもよい。ただし、図６（ｂ）のような配置の場合には、侵入部材５０の上端は供給ローラ２０の頂点より上方に位置することが望ましい。この構成によりにより、供給ローラ２０のトナー吸い込み部をトナーで満たすことができる。
なお、本実施例の効果を以下の比較例と比較することで確認した。

＜比較例１＞
比較例１の概略断面図を図７（ａ）に示す。図７（ａ）にあるように、現像装置６０は侵入部材５０が配設されていない。それ以外の構成は、実施例１と同様である。

＜比較例２＞
比較例２は前述の背景技術のように、現像剤担持体と供給ローラの接触領域において、供給ローラは下方から上方に回転する。（図７（ｂ）参照）そして、供給ローラの下方にトナー受け部材３０を設け、トナー受け部材３０に受けシート３２の一端を取り付けるとともに、この受けシート３２を供給ローラの下方に適当な線圧で接触させている。

＜実験＞
本発明の実施例の構成について、以下の２つ実験を行った。

（１）ベタ濃度追従性評価
トナーの供給性の比較として、高印字プリントを連続した際の濃度低下量を測定するベタ濃度追従性評価を実施した。

評価条件は、画像形成装置を評価環境２５．０℃、５０％Ｒｈにて１日放置して当該環境になじませた後、１００枚印字後に行った。１００枚の印字テストは、画像比率５％の横線の記録画像を連続的に通紙している。その後、ベタ黒画像を連続３枚出力し、３枚目のベタ黒画像の出力先端と後端の濃度差から下記に示す評価を、Ｘ−Ｒｉｔｅ製ｓｐｅｃｔｏｒｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｅｒ ５００を用いて行った。印字テスト及び評価画像は単色で出力した。
Ａ：ベタ黒画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２未満
Ｂ：ベタ黒画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２〜０．３未満
Ｃ：ベタ黒画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．３以上
（２）トナー凝集の有無
トナー凝集の評価は、耐久の終了した画像形成装置を分解し、現像室内でトナーの凝集が発生しているか否かを調査し、評価した。
Ａ：トナー凝集なし
Ｂ：トナー凝集が発生
耐久の条件としては、３２．５℃、８０％Ｒｈ環境において、間欠的に５０００枚印字した。間欠的な通紙とは、印字後に待機状態を経て、次の印刷を行うという意味である。

＜実験結果＞
以下、各実施例の設定及びその評価結果を表１に示す。

比較例１においては、トナーを攪拌部材２２によりトナー吸い込み部へと搬送できるものの、供給ローラ２０の回転に伴って、まだ供給ローラ２０に取り込まれていないトナーがトナー収納部内にもどされてしまう。そのため、充分に供給ローラ２０内にトナーを含ませることが困難であり、現像ローラ１７へのトナー供給不足を招いてしまう。トナー凝集は比較例１においては発生しない。

また、比較例２においては、トナー受け部材３０および受けシート３２上にトナーを貯留することでベタ画像濃度を確保できるものの、受けシート３２と供給ローラ２０との間でトナー凝集が発生する場合があった。トナー凝集が発生すると、現像ローラ１７へのトナー供給量にムラが発生し、画像濃度にムラが発生する場合がある。

これに対し、本実施例においては、供給ローラ２０上のトナー吸い込み部へトナー貯留部を形成することで、発泡層に効率的にトナーを含ませることができる。したがって、供給ローラ２０は充分にトナーを保持することが可能になり、ベタ画像の濃度を確保できる。また、トナーが凝集することはなく、トナー凝集に起因する濃度ムラは発生しない。

なお、本実施例では侵入部材５０を供給ローラ２０の長手方向一端側と他端側において現像ユニットの枠体に固定する構成としたが、現像ユニットの枠体と別部材である必要は無い。すなわち、侵入部材５０は現像ユニットの枠体とは別部材で構成してもよいし、現像ユニットの枠体自体で構成してもよい。

次に実施例２について説明を行う。
ここでは、回転可能な侵入部材５０について説明を行う。実施例１では、侵入部材５０として固定された部材を用いた。しかし、固定された部材を供給ローラ２０に当接させた場合には侵入部材５０と供給ローラ２０の摩擦により、供給ローラ２０の駆動トルクの上昇や発泡層の破損が懸念される。そこで本実施例では、回転可能なローラを侵入部材５０として用いた。

本実施例に示す画像形成装置の構成は実施例１と同様とされるので、実施例１の説明を援用し、ここでの説明は省略する。

本実施例では、図８に示すように侵入部材５０として金属製のφ３ｍｍの回転可能なローラを用いた。この侵入部材５０は実施例１と同様に供給ローラ２０に対して１ｍｍ侵入し、供給ローラ２０に従動回転するようにした。

次に実施例２の特徴である侵入部材５０の作用について図９を用いて説明を行う。
攪拌搬送部材２２によって図中矢印Ｇの軌道をもってトナー吸い込み部近傍に搬送されたトナーは、一部、吸い込み部Ｍに取り込まれ、多くは図中矢印Ｆ１方向に搬送される。侵入部材５０の作用は２つある。１つはトナー吸い込み部Ｍ付近で供給ローラ２０に取り込まれずに図中矢印Ｆ１方向に流されたトナーを跳ね返して、再度トナー吸い込み部Ｍ付近にトナーを移動させるトナー循環Ｆ（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を合わせた循環）を作り出すことである。もう１つは供給ローラ内の余分なトナーを吐き出させて現像に利用することである。この時、供給ローラ２０から吐き出されたトナーは一定の電荷量を保持しており、供給ローラ２０と現像ローラ１７、侵入部材５０、現像ユニットにより囲まれたトナー貯留部で循環する。すなわち、発泡層がニップ部に突入する前に、発泡層からトナーを吐き出させてトナー貯留部に供給することができるので、ニップ部からトナー収納部に落下するトナーを減らすことができる。この作用により、現像ローラ１７に対して必要な分だけ攪拌搬送部材によってトナー供給部材にトナーを供給することができるため、撹拌搬送部材によるトナー汲み上げ量を最小限にすることができる（攪拌半搬送部材に求められる搬送力を小さくすることができる）。また、侵入部材５０は、発泡層に侵入する侵入位置において供給ローラ２０の回転方向と同方向に回転するため、侵入部材５０と発泡層との摺擦力が低減され、発泡層の破損防止や、供給ローラ２０の駆動トルク低減が実現される。また、侵入部材５０が供給ローラ２０に従動回転するため、侵入部材５０と発泡層との摺擦力を一層低減し、発泡層の破損防止や、供給ローラ２０の駆動トルク低減を実現することができる。また、侵入部材５０は、発泡層に侵入する部分において曲面形状を有するため（本実施例の侵入部材５０は、円柱形状であり、発泡層に対して円柱形状の半径方向に侵入するように配置されるため）、侵入部材５０と発泡層との摺擦力を一層低減し、発泡層の破損防止や、供給ローラ２０の駆動トルク低減を実現することができる。

以上述べたように、本実施例による侵入部材５０を用いることで、発泡層の破損を防止し、供給ローラ２０の駆動トルクを抑制しつつ、攪拌部材から搬送されたトナーを効率よく供給ローラ２０に保持することが可能となる。従って、ベタ濃度の安定性を改善し、高品位な画像を供給することが可能な現像装置、プロセスカートリッジ及び電子写真画像形成装置を提供することができる。

なお、本発明の実施例の構成について、実施例１に記載された内容と同様の実験を行った。その結果、実施例１で得られる効果が本実施例でも得られることが確認できた。

以上、実施例１、２について説明をした。前述した実施例では、カラー画像形成が可能な画像形成装置を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、モノクロ画像形成が可能な画像形成装置であっても良く、前記画像形成装置における現像装置に本発明を通用することにより同様の効果を得ることができる。

また、前述した実施形態では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置や、記録剤担持体を使用し、前記記録剤担持体に担持された記録材に各色のトナー像を順次重ね合わせて転写する画像形成装置であっても良く、前記画像形成装置における現像装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

１ 感光体ドラム
２ 帯電ローラ
３ スキャナユニット
４ 現像ユニット
５ 中間転写ベルト
６ クリーニング部材
７ プロセスカートリッジ
１３ 感光体ユニット
１４ クリーニング枠体
１５ 現像室
１７ 現像ローラ
１８ トナー収納室
１８ａ トナー収納部
２０ 供給ローラ
２１ 現像ブレード
２２ 撹拌搬送部材
５０ 侵入部材
８０ トナー
１００ 画像形成装置

Claims (9)

1. 現像剤を担持する現像剤担持体と、
   表面に発泡層を備え、前記現像剤担持体に接触して回転し、前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給ローラであって、前記現像剤担持体との接触領域のうち前記供給ローラの回転方向下流端が上流端よりも上方に位置する供給ローラと、
   前記供給ローラよりも下方に設けられ、前記現像剤を収納する現像剤収納部と、
   前記現像剤収納部の現像剤を前記接触領域の上方に搬送する搬送部材と、
   前記供給ローラの頂点において、又は、前記供給ローラの回転方向における前記供給ローラの頂点よりも上流側かつ前記接触領域の下流端よりも下流側において、前記発泡層に侵入する侵入部材と、
   を有することを特徴とする現像装置。
2. 現像剤を担持する現像剤担持体と、
   表面に発泡層を備え、前記現像剤担持体に接触して回転し、前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給ローラであって、前記現像剤担持体との接触領域のうち前記供給ローラの回転方向下流端が上流端よりも上方に位置する供給ローラと、
   前記供給ローラよりも下方に設けられ、前記現像剤を収納する現像剤収納部と、
   前記現像剤収納部の現像剤を前記接触領域の上方に搬送する搬送部材と、
   前記供給ローラの回転方向における前記供給ローラの頂点よりも下流側かつ前記接触領域の上流端よりも上流側において前記発泡層に侵入し、上端が前記供給ローラの頂点より上方に位置する侵入部材と、
   を有することを特徴とする現像装置。
3. 前記侵入部材は、前記発泡層に侵入する部分において曲面形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記侵入部材は、前記発泡層に侵入する位置において、前記供給ローラの回転方向と同方向に回転することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記侵入部材は、前記供給ローラに従動回転することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記侵入部材は、円柱形状であり、前記発泡層に対して前記円柱形状の半径方向に侵入するように配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記現像剤担持体と前記供給ローラと前記侵入部材とによって前記接触領域の上方に形成される、現像剤を貯留可能な貯留部の容積をＶとした場合に、前記貯留部の容積が以下の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像装置。
   Ｖ＞π＊（ΔＥ−δ）（２Ｒ−δ−ΔＥ）＊Ｗ＊Ｓ＊Ｔｒｓ／Ｔｓ
   ΔＥ：発泡層に対する現像ローラの侵入量（ｍｍ）
   δ：発泡層に対する侵入部材の侵入量（ｍｍ）
   Ｒ：供給ローラの半径（ｍｍ）
   Ｗ：供給ローラの長手方向における発泡層の長さ（ｍｍ）
   Ｓ：発泡層の空隙率
   Ｔｒｓ：供給ローラの単位時間当たりの回転数（ｒｐｍ）
   Ｔｓ：搬送部材の単位時間当たりの回転数（ｒｐｍ）
8. 画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジであって、静電潜像を担持する像担持体と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の現像装置と備えることを特徴とするプロセスカートリッジ。
9. 記録材に画像を形成する画像形成装置であって、前記記録材を搬送する搬送手段と、請求項８に記載のプロセスカートリッジと、を備えることを特徴とする画像形成装置。

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