JP2018091973A - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 Download PDF

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俊樹 林
Toshiki Hayashi
俊樹 林
山根 正行
Masayuki Yamane
正行 山根
吉田 圭一
Keiichi Yoshida
圭一 吉田
篤 黒川
Atsushi Kurokawa
篤 黒川
達也 大平
Tatsuya Ohira
達也 大平
右騎 土屋
Yuki Tsuchiya
右騎 土屋
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Abstract

【課題】下方の第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向で、連通口よりも上流側にトナー補給口を設け、画像形成装置や現像装置の大型化を抑制しつつ、補給トナーと現像剤の混合攪拌不足による異常画像の発生を抑制できる現像装置を提供する。
【解決手段】現像装置4は、供給搬送路103の給スクリュ104と循環搬送路105の循環スクリュ106は回転軸心方向の互いに異なる側に現像剤を搬送する。また、現像剤を落下させる落下口108の、循環スクリュ106による現像剤搬送方向上流側にトナー補給口110を設け、供給スクリュ104と循環スクリュ106は同一方向に回転する。そして、供給スクリュ104に対する循環スクリュ106の回転軸心の水平位置を、各搬送スクリュの鉛直下部の移動方向上流側にずらして設けている。
【選択図】図7

Description

本発明は、現像装置、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関するものである。
従来から、上方の現像剤搬送路内の現像剤を回転軸心方向の一方の方向に搬送する第一搬送スクリュと、下方の現像剤搬送路内の現像剤を回転軸心方向の他方の方向に搬送する第二搬送スクリュとを備えた、次のような現像装置が知られている。
上下の現像剤搬送路の両端部近傍を連通する2つの連通口と、下方の現像剤搬送路内にトナーを補給するトナー補給口を備える現像装置である。
例えば、特許文献1には、次のような現像装置が記載されている。
トナー補給口(補給口)から補給された補給トナーを、下方の現像剤搬送路の現像剤搬送方向とは逆方向に補給トナーを搬送する第三搬送スクリュ(第3の搬送スクリュー)を備えている。
そして、第三搬送スクリュのスクリュ径を、上方の現像剤搬送路(攪拌室)に設けた第一搬送スクリュ(第2の搬送スクリュー)、及び下方の現像剤搬送路に設けた第二搬送スクリュ(第1の搬送スクリュー)のスクリュ径よりも大きくしている。
このように現像装置を構成することで、画像形成装置の大型化や現像剤の搬送能力の低下を抑制しつつ、補給トナーと現像剤の混合撹拌を十分に行うことができるとされている。
しかしながら、下方の現像剤搬送路にトナーを補給するトナー補給口と連通口の位置関係によっては、次のような問題が生じることがあった。
補給トナーと現像剤の攪拌不良を抑制するために、現像剤を攪拌する現像剤搬送路の折り返しを増やして画像形成装置や現像装置の大型化を招いたり、補給トナーと現像剤の混合攪拌不足による異常画像が発生したりする問題である。
上述した課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、上方の現像剤搬送路内の現像剤を回転軸心方向の一方の方向に搬送する第一搬送スクリュと、下方の現像剤搬送路内の現像剤を回転軸心方向の他方の方向に搬送する第二搬送スクリュと、上下の現像剤搬送路の両端部近傍を連通する2つの連通口と、前記下方の現像剤搬送路内にトナーを補給するトナー補給口と、を備える現像装置において、前記トナー補給口を、前記前記第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向で、連通口よりも上流側に設け、前記第一搬送スクリュと前記第二搬送スクリュは同一方向に回転し、前記第二搬送スクリュの回転軸心の水平位置が、前記第一搬送スクリュの回転軸心の水平位置から、各搬送スクリュの鉛直方向下部の移動方向の上流側にずらして設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、下方の第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向で、連通口よりも上流側にトナー補給口を設け、画像形成装置や現像装置の大型化を抑制しつつ、補給トナーと現像剤の混合攪拌不足による異常画像の発生を抑制できる現像装置を提供できる。
一実施形態に係る複写機の概略構成図。 現像装置周辺の構成の一例を示す、現像装置の短手方向の断面説明図。 現像装置の長手方向の現像剤の流れを示す断面説明図。 現像装置の長手方向の概要説明図。 上方に設けた供給スクリュの条数と落下する現像剤量の時間変化の説明図。 同一方向に回転する上方の供給スクリュと下方の循環スクリュのスクリュ軸を水平方向にずらしていない構成の説明図。 同一方向に回転する上方の供給スクリュと下方の循環スクリュのスクリュ軸を水平方向にずらしている構成の説明図。 落下口付近の斜視説明図。 落下口付近の断面説明図。 各搬送スクリュを同一方向に回転さなかったり、各スクリュのスクリュ軸の水平方向のずらし量:Xを大きくしすぎたりした場合の説明図。 循環スクリュの落下口付近のリードだけを、落下口の長さよりも短くした場合の落下口付近の長手方向の断面説明図。 循環スクリュの落下口付近のリードだけを、落下口の長さよりも短くした場合の斜視説明図。
以下、本発明を適用した現像装置を備えた画像形成装置として、電子写真方式の複写機(以下、複写機500という)の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る複写機500の概略構成図である。
図1に示すように、複写機500は、画像形成を行うプリンタ部200、複数の給紙カセットを有した給紙部300、及びプリンタ部200の上部に取り付けられたスキャナ部400から構成される。
スキャナ部400は、原稿を読取り部と複写機500の操作・表示部を備えており、原稿を読取るスキャナと、操作・表示パネル等を備えている。
プリンタ部200は、タンデム方式を採用してフルカラー画像を形成可能な画像形成部であり、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)の各色トナー像を形成する4つの作像部として、次のようなものを備えている。
プリンタ部200に対して一体に着脱可能な4つのプロセスカートリッジ1Y,M,C,BKと、各プロセスカートリッジ1にそれぞれ対応して設けられた潜像形成手段である露光装置6Y,M,C,BKを備えている。
各プロセスカートリッジ1はそれぞれ、潜像担持体としてのドラム状の感光体2Y,M,C,BKを有している。そして、感光体2Y,M,C,BKの回りには、各感光体2の回転方向の順に、それぞれ帯電装置3Y,M,C,BK、現像装置4Y,M,C,BK、感光体クリーニング装置5Y,M,C,BK等を有している。
ここで、着脱可能な4つのプロセスカートリッジ1として、現像装置4と、感光体2、帯電装置3、及び感光体クリーニング装置5の少なくともいずれかを有し、プロセスカートリッジ1に含まないものを、例えば、別のプロセスカートリッジに有しても良い。
また、各プロセスカートリッジ1の、符号の後に付したY,M,C,BKという添字は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック用の仕様であることを示している。
また、各プロセスカートリッジ1の構成は、用いるトナーの色が異なるだけで、その基本構成は同様である。このため、図1では、プロセスカートリッジ1Yのみ、感光体2、帯電装置3、現像装置4、及び感光体クリーニング装置のみ、対応するトナーの色を示すY,M,C,BKの添え字を除いた符合を付している。
また、4つのプロセスカートリッジ1Y,M,C,BK等は、それぞれ使用するトナーの色が異なる他は、ほぼ同様の構成になっているので、以下の説明では、適宜、Y,M,C,BKという添字を、適宜、省略して説明する。
そして、プリンタ部200は、各プロセスカートリッジ1に有した感光体2上に静電潜像を形成する露光装置6Y,M,C,BKを、帯電装置3Y,M,C,BKと現像装置4Y,M,C,BKとの間の感光体2Y,M,C,BKの表面に対向する位置に備えている。各露光装置6は、発光素子としてLEDアレイが用いられており、静電潜像を形成する感光体2上の長手方向の画像領域全域を露光できるように配置されている。
また、プリンタ部200の各プロセスカートリッジ1(作像部)の上方には中間転写ユニット10を備えている。ここで、本実施形態の複写機500は、そのプリンタ部200の各プロセスカートリッジ1の上方に中間転写ユニット10を設けたタイプ(構成)であるが、中間転写ユニット10を各プロセスカートリッジ1及び各露光装置6の下方に備えたタイプのものでも良い。
中間転写ユニット10は、複数の架張ローラに架張され、各プロセスカートリッジ1に有する感光体2に対向しながら表面移動する中間転写ベルト11を有している。また、中間転写ベルト11を挟んで感光体2Y,M,C,BKと対向する位置には、転写バイアス手段である一次転写ローラ12Y,M,C,BKも有している。また、各プロセスカートリッジ1が中間転写ベルト11と対向する側の、中間転写ベルト11の表面移動方向下流側には、張架ローラの一つである二次転写対向ローラ14に対して中間転写ベルト11を挟んで対向する位置に二次転写ローラ13が配置されている。この二次転写ローラ13と中間転写ベルト11の間で二次転写ニップを形成されることとなる。そして、二次転写ローラ13と二次転写対向ローラ14との間に所定の電圧を印加して二次転写電界を形成し、搬送されてきた記録材である記録紙P上に、中間転写ベルト11上に重ね合わされて一次転写されたフルカラーのトナー像を二次転写する。
また、中間転写ユニット10の二次転写ローラ13と中間転写ベルト11で形成される二次転写ニップの上方には、記録紙P上に二次転写されたフルカラーのトナー像を記録紙P上に熱と圧力を加えて定着する定着装置18を備えている。一方、二次転写ニップの下方には、中間転写ベルト11上のフルカラーのトナー像が二次転写ニップに搬送されるタイミングに合わせて、給紙部300から給紙されてきた記録紙Pを二次転写ニップに搬送するレジストローラ対17を備えている。
定着装置18の上方であって、記録紙Pの搬送方向下流側には、プリンタ部200の上部に設けられた排紙トレイ40上に、定着後の記録紙Pを排紙する排紙ローラ対19が設けられている。
また、排紙トレイ40の下方であって、中間転写ユニット10の上方には、各プロセスカートリッジ1の現像装置4に補給する各色のトナーを収容した4つのトナー収容容器であるトナーボトル51Y,M,C,BKを、格納するボトル収容部50を備えている。
給紙部300は、記録紙Pを積載して収容する給紙カセット15と、給紙カセット15に収容した記録紙Pを1枚ずつ、プリンタ部200のレジストローラ対17に搬送する搬送路に給紙する給紙ローラ16等を備えている。
そして、プリンタ部200の二次転写ニップに到達する中間転写ベルト11上のフルカラーのトナー像のタイミングに合わせて、記録紙Pを供給する。
次に、複写機500の基本的な動作について説明する。
スキャナ部400での原稿の読み取り後、読取った画像情報に基づいて、プリンタ部200の各色に対応した作像部では、プロセスカートリッジ1に有した感光体2上にトナー像が形成される。
詳しくは、感光体2が、メインモータにより回転駆動され、帯電装置3によって一様帯電される。その後、露光装置6によって、画像を色分解した色毎の画像情報に応じた書込み光が感光体2の表面に照射され、感光体2の表面上に静電潜像が形成される。感光体2の表面上に形成された静電潜像は、現像装置4により現像されてトナー像となる。
このようなトナー像の形成が、各作像部で行われ、各感光体2の表面上に形成された各色トナー像は、中間転写ベルト11が図1図中の矢印a方向へ表面移動する。この表面移動により、各感光体2と中間転写ベルト11との対向部で、それぞれ一次転写ローラ12によって中間転写ベルト11上に順次転写され、フルカラーのトナー像として中間転写ベルト11上に形成される。
一方、給紙カセット15から給紙搬送された記録紙Pは、中間転写ベルト11上のフルカラーのトナー像が二次転写ニップに到達するタイミングに合わせてレジストローラ対17によって二次転写ニップに搬送される。そして、二次転写ニップで中間転写ベルト11上のトナー像が転写された後に定着装置18に搬送され、熱と圧力によってトナー像を定着させられて、排紙トレイ40上に排出される。
トナー像を一次転写した後の各感光体2は、それぞれ感光体クリーニング装置5のクリーニングブレード5aによって転写残トナー等の除去がなされ、必要に応じて除電ランプ等で除電された後、再度、帯電装置3で一様に帯電される動作を繰り返す(図2参照)。
一方、フルカラーのトナー像を二次転写した後の中間転写ベルト11は、ベルトクリーニング装置等によって転写残トナー等の除去がなされる。
次に、本実施形態の複写機500に適用可能な現像装置4周辺の構成の一例の概要、及び現像装置4の長手方向の現像剤の流れについて、図を用いて説明する。
図2は、現像装置4周辺の構成の一例を示す、現像装置4の短手方向の断面説明図、図3は、現像装置4の長手方向の現像剤の流れを示す断面説明図である。ここで、図2は、図3に示した現像装置4の長手方向着中央に記載した一点鎖線の断面を、図3図中、矢印A方向から見た断面説明図である。
本実施形態の現像装置4は、図2図中、矢印で示す時計回りに回転駆動される感光体2に対向配置され、現像装置4のケーシングである現像容器100内に磁性又は非磁性のトナーと磁性キャリアとからなる粉体状の二成分現像剤である現像剤が収容されている。
また、現像装置4は、マグネットローラを内包して図2中、矢印で示す反時計回りに回転し、感光体2と対向配置される現像剤担持体である現像ローラ101を備えている。この現像ローラ101は、現像ローラ101表面に現像容器100内の現像剤を担持して回転することで、感光体2との対向領域である現像領域まで現像剤を搬送し、露光装置6により感光体2の表面に形成された静電潜像へトナーを供給して現像を行っている。さらに、現像領域に対して現像ローラ101の回転方向上流側であって現像ローラ101と対向する位置に、現像ローラ101上に担持された現像剤の層厚を規制する丸棒状の現像剤規制部材102を備えている。
また、感光体2の周囲には、感光体クリーニングブレード5aを有した感光体クリーニング装置5、帯電装置3、露光装置6が配置されている。
また、現像装置4は、現像ローラ101の下方に、鉛直方向上下に設けられた2つの現像剤搬送路である、上方の現像剤搬送路である供給搬送路103と下方の現像剤搬送路である循環搬送路105が、仕切り板107で上下に仕切られて配置されている。また、供給搬送路103内の現像剤を回転軸心方向の一方の方向に向けて搬送する第一搬送スクリュである供給スクリュ104と、循環搬送路105内の現像剤を回転軸心方向の他方の方向に向けて搬送する第二搬送スクリュである循環スクリュ106を備えている。
供給スクリュ104と循環スクリュ106は、回転軸と回転軸に螺旋状に設けられた羽部とを備え、回転することにより回転軸心方向に沿って一方向に現像剤を搬送するものである。また、供給スクリュ104と循環スクリュ106の回転軸心は、現像ローラ101(現像スリーブ)の回転中心と略平行に設けられている。
また、現像容器100の内部は、現像容器100の内壁及び仕切り板107によって空間が仕切られ、上述したように上方の現像剤搬送路である供給搬送路103と下方の現像剤搬送路である循環搬送路105とが仕切り板107を挟んで上下に形成されている。
現像装置4の長手方向の現像剤の流れは、図3に示すように鉛直方向上下に設けられた上方の供給搬送路103と下方の循環搬送路105内の現像剤は、供給スクリュ104と循環スクリュ106の回転により、図3図中の矢印方向に搬送される。
また、仕切り板107の図3図中左側(図2の奥側)及び右側(図2の手前側)の両端部には、落下口108及び持ち上げ口109が設けられており、これらの連通口(開口部)によって、それぞれ供給搬送路103と循環搬送路105との間は連通している。
図2、及び図3に示す現像装置4は、上述したように供給搬送路103及び循環搬送路105にそれぞれ供給スクリュ104及び循環スクリュ106が配置された現像装置(以下、適宜、縦二軸循環現像装置という。)である。
この現像装置4において、現像容器100内の現像剤は、現像ローラ101との間の空間、供給搬送路103、及び、循環搬送路105に収容されている。
循環搬送路105内の現像剤は、図3に示すように循環スクリュ106によって搬送され、循環搬送路105内の現像剤搬送方向における下流側端部に設けられた持ち上げ口109を通じて供給搬送路103へ押し上げられるようにして持ち上げられる。そして、供給搬送路103へ持ち上げられた現像剤は、供給搬送路103内を供給スクリュ104によって循環スクリュ106の搬送方向とは逆方向に搬送される。
このとき、供給搬送路103内を搬送される現像剤は、供給スクリュ104によって搬送されながら、現像ローラ101が内包するマグローラと、供給スクリュ104の回転とによって現像ローラ101の表面に汲み上げられ、現像ローラ101上に担持される。そして、現像ローラ101上に担持された現像剤は、丸棒状の現像剤規制部材102により現像剤の層厚を規制されることで狙いの現像剤量に規制された後、現像領域に搬送され、現像領域において現像剤中のトナーが感光体2の表面に供給される。
現像領域通過後に現像ローラ101上に残った現像剤は、現像ローラ101の回転にともなって現像ローラ101上から分離され、供給スクリュ104上に回収される。そして、この回収された現像剤は、供給スクリュ104によって供給スクリュ104上の現像剤と混合・攪拌されながら供給搬送路103を搬送される。
供給搬送路103の搬送方向下流端に到達した現像剤と現像領域を通過して現像ローラ101の表面から離脱した現像剤とは、供給搬送路103の搬送方向下流端で落下口108から落下して循環搬送路105に受け渡される。そして、再び循環スクリュ106によって循環搬送路105の搬送方向上流端に搬送される。このように、現像容器100内の現像剤は、供給スクリュ104と循環スクリュ106との回転による搬送によって供給搬送路103と循環搬送路105との間を混合攪拌されながら現像装置4内を循環する。
ここで、循環搬送路105の図3図中左側(図2図中奥側)には、循環搬送路105にトナーを補給するトナー補給口110が設けられており、循環スクリュ106は、供給スクリュ104よりも長く設定されている(図4参照)。また、循環スクリュ106の一部はトナー補給口110から補給された補給トナーの搬送経路を兼ねている。
そして、トナー補給口110から補給された補給トナーは循環スクリュ106によって、図3図中右向きに搬送され、現像装置4内の現像剤と混合攪拌される。
次に、本実施形態の複写機500に備えた現像装置4の特徴的な構成について詳しく説明する前に、従来の現像装置の問題点について、より詳しく説明しておく。
一般的な二成分現像装置の構成では、現像装置内に設けられた搬送スクリュによってトナーとキャリアを混合攪拌し、摩擦帯電させると同時に現像装置内を搬送し、マグローラを内包した現像ローラによって感光体対向部まで搬送及び現像を行う形態が多い。
また、二成分現像剤を用いる現像装置では、現像剤を搬送する搬送スクリュを鉛直方向上下に一対配置した、次のような構成の現像装置が従来から知られている。上方の搬送スクリュから供給された現像剤を現像ローラによってくみ上げ、感光体上の静電潜像を現像した後に、再度上方の搬送スクリュ上に戻すもの(以下、適宜、縦二軸循環現像装置という。)である。
現像装置内のトナーは画像形成とともに消費されるため、現像装置にはトナー補給口を設けて外部からトナーを補給する必要がある。そのときに補給された補給トナーが、現像装置内の現像剤と十分に混合攪拌されない場合、トナーは十分な帯電量を得ることができず、トナーの帯電量が低い場合、多くの問題が生じる。
例えば、キャリアとトナー間の静電的付着力が弱いことによるトナー飛散がある。また、現像領域中においてトナーに対する電界制御が十分に機能しないため、画像の白地部へのトナー汚れ(地汚れ)などの異常画像が発生することが一般的に知られている。
これらのため、補給トナーと現像剤の混合攪拌を考えた場合、補給されたトナーは現像装置内を搬送される間に可能な限り早く現像剤と混じり合い、均一に分散されることが望ましい。
そこで、十分な混合攪拌時間を確保し、上述したような問題の発生を防止するために、現像装置のトナー補給口は、搬送経路中の現像ローラへの剤供給が始まる点から可能な限り最上流側に設置されることが多い。
しかし、補給トナーが現像剤面の上に補給される構成や、トナーに対して現像剤の量が著しく少ない箇所でトナーを補給する場合、搬送スクリュの羽根でトナーを現像剤に潜り込ませることができず、補給トナーが現像剤の上面を滑りながら搬送される場合がある。
例えば、トナー補給口を現像剤搬送路の上部に設置した場合、補給トナーが現像剤面の上部に落下するため、補給トナーの上滑り(以下、適宜、トナーの上滑りという。)が発生し易い。このため、現像剤搬送経路の一部にトナー補給口からトナーのみを搬送する経路を追加し、搬送スクリュを利用して現像剤搬送路と同一軸方向からトナーを補給する構成が知られている。
また、別の方法としては、トナーの上滑りを防止するために磁石を現像剤搬送路の上部に設置し、磁石と現像剤上面間の穂立ちを利用して、上滑りした補給トナーを現像剤に混ぜ込むことでトナーの上滑りを低減する方法等も知られている。
また、トナーの上滑りとは別に、広義の意味での混合攪拌不足と言える他の問題も存在する。
補給トナーが現像装置までの搬送経路間において、過剰なストレスを受けた場合や、画像形成装置から発生する熱にさらされた場合、補給トナーが緩く凝集する場合がある。このような場合、補給トナーは現像装置内に緩凝集した状態で混入する場合がある。この緩凝集体が崩れずに現像装置内を搬送された場合、現像装置内の現像剤と十分混合攪拌されないため、画像部に流星状のトナー汚れが生じるなどの異常画像が発生することが知られている。
上記凝集体に由来する異常画像の発生を抑制するために、従来から様々な方法が提案されている。
例えば、現像装置内で補給トナーの緩凝集体を崩すために搬送経路中に網部材(メッシュ)を設置する構成や、現像剤搬送経路中に折り返し地点を複数設けて圧力をかける箇所を設けて、補給トナーの緩凝集に由来する異常画像の発生を抑制する方法である。
しかし、小型の現像装置は、大型の現像装置と比較して、現像剤量が少ないことに加えて、現像剤の搬送経路長が短い。これらのため、補給トナーと現像剤の混合攪拌能力が落ちる。つまり、補給トナーの帯電不足による異常画像が発生しやすい傾向がある。更に、上述したトナーの上滑りと補給トナーの緩凝集に由来する問題も存在する。
そして、トナーの上滑りによる混合攪拌不足を防止する目的で、現像剤搬送路の軸方向からトナーを補給する構成したとしても、完全にトナーの上滑りを防ぐことは難しい。これは、補給トナーの搬送路と現像剤搬送路の合流地点において、補給トナーに対して混合される現像剤が少ない場合、補給トナーが十分現像剤に潜り込むことができずにトナーの上滑りが発生してしまうためである。また、トナーはキャリアに対して比重が軽いため、上方に行きやすいことに加えて、搬送スクリュの羽根によって舞い上げられ、下流側の現像剤の上面に落下し、上すべりした状態で搬送される場合もあるためである。
そして、上述したように磁石を現像剤搬送経路の上部に設置する構成や、複数の搬送スクリュを用いて現像剤の搬送経路を長くすることで、トナーの上滑りへの余裕度を上げることは可能であるが、現像装置の大型化やコスト上昇といった副作用が発生してしまう。
すなわち、補給トナーの緩凝集に由来する混合攪拌不足を防止することを目的で、現像装置内に網目部材や搬送経路の折り返し地点を複数設けた場合でも、現像装置の大型化やコスト上昇が考えられる。
また、現像剤に過剰なストレスを加えた場合は、現像装置内で新たな現像剤の凝集体の発生や駆動トルクの上昇などの副作用も懸念される。
これらのため、小型かつ低コストの現像装置を考えた場合、補給トナーと現像剤の混合攪拌不足、特にトナーの上滑りと補給トナーの緩凝集という二つの問題による異常画像の発生が、従来から問題となっていた。
一方、特許文献1には、次のような現像装置が記載されている。
鉛直方向上下に配置された現像剤搬送路を持ち、上方の現像剤搬送路(攪拌室)において現像剤の攪拌を行い、下方の現像剤搬送路(現像室)において現像ローラへの剤供給・剤回収を行う。そして、下方の現像剤搬送路の現像剤搬送路の最下流側に補給トナーの搬送路と下方の現像剤搬送路の合流地点を設けることで、上方の現像剤搬送路に持ち上げるときの現像剤の剤圧を利用して補給トナーを十分混合攪拌させるというものである。
上述した特許文献1に記載の現像装置の構成では、補給トナーの搬送路と下方の現像剤搬送路の合流地点では必然的に現像剤が溜まるため、補給トナーの上滑りは発生しない。
しかし、特許文献1の現像装置の構成は、現像ローラ101に現像剤を供給し、回収する供給搬送路103を上方に設け、現像剤を攪拌する循環搬送路105を下方に設けた本実施形態の現像装置4の構成と、鉛直方向上下に設けた現像剤搬送路の役割が逆である。
本実施形態の現像装置4のように、現像ローラを上方の現像剤搬送路側に設け、下方の現像剤搬送路の現像剤搬送方向最下流に、補給トナーの搬送路と現像剤搬送路の合流地点を設けた場合、補給トナーと現像剤の混合攪拌経路を十分に確保できない。また、上方の現像剤搬送路の最下流に補給トナーの搬送路を設けたとしても、下方の現像剤搬送路の剤面に上方から補給トナーが落ちてしまうため、トナーの上滑りが発生してしまう。
加えて、特許文献1に記載の現像装置の構成では、上述した補給トナーの緩凝集に由来する混合攪拌不足の問題に関しては低減することができない。
ここで、本実施形態の現像装置4のような縦二軸循環現像装置の問題(課題)について、再度、簡単に整理して説明しておく。
現像装置への補給トナーが、現像装置内の現像剤と十分に混合攪拌されない場合、トナーは十分な帯電量を得ることが出来ない。そして、トナーの帯電量が低い状態で現像ローラによって現像領域中に搬送された場合、多くの問題が生じる。例えば、キャリアとトナー間の静電的付着力が弱い事による現像装置外へのトナー飛散が生じる。また、現像領域中においてトナーに対する電界制御が十分に機能しないため、画像の白地部へのトナー汚れ(地汚れ)などの異常画像が発生する。このような混合攪拌不足が生じる一つのケースとして、搬送スクリュの羽根による混合攪拌が十分に機能せず補給トナーが搬送経路中を現像剤の上面を滑りながら搬送される『トナーの上滑り』が存在する。
この問題は、補給トナーが現像剤面の上部に落下する構成、つまりトナー補給口を現像剤搬送経路の上部に設置した現像装置において発生し易い。このため、例えば、図3に示すように下方の搬送スクリュの一部を延長して、トナー補給口からトナーのみを搬送する経路を追加し、下方の現像剤搬送路の同一軸方向からトナーを補給する構成とすることで、トナーの上滑りに対する余裕度を上げることができる。
しかし、同一軸方向からトナーを補給する構成においても、トナーの上滑りを完全に防止する事は難しい。補給トナーと現像剤搬送経路の合流地点において現像剤搬送経路中の現像剤が少ない場合は、補給トナーは現像剤に潜り込む事ができない。そして、搬送スクリュの羽根によって跳ね上げられ舞い上がったトナーが現像剤面の上に載って搬送される場合がある。
また、トナーの上滑りとは別に、広義の混合攪拌不足と言える問題として、補給トナーの緩凝集がある。トナーボトルから現像装置のトナー補給口までのトナー搬送経路中において、トナーは画像形成装置本体の発生熱やトナー搬送部材からの圧力などに晒される場合がある。そして、補給トナーは緩く凝集した状態で現像装置に補給される。この場合、補給トナーは塊のまま現像装置内を搬送されるため、最悪そのまま現像領域に搬送され、流星状のトナー汚れといった異常画像を発生させる。仮に、現像領域に搬送される行程で塊が崩れたとしても、混合攪拌が十分になされず、必要な帯電量を得ることができない場合も多い。このため、トナーが現像装置内に補給された直後にこのような緩凝集体は崩されていることが望ましい。そして、近年トナーの低融点化が進んでいることもあり、緩凝集体は発生しやすくなっている。
上述した問題は、搬送スクリュを増やすことによる現像剤搬送経路長の延長や、現像剤搬送経路の折り返し地点を複数設けて現像剤に圧力をかけること等の方法で、余裕度を上げることは可能である。しかし、現像装置の大型化や高コスト化などの副作用がある。大型化、高コスト化することなく、上述した2つの問題を解決(回避)するために、本実施形態の現像装置4では、次のような構成を採用している。
本実施形態の現像装置4は、鉛直方向上下に供給搬送路103と循環搬送路105が配置され、かつ上方の供給搬送路103において現像ローラ101への現像剤の剤供給と剤回収を行う縦二軸循環方式現像装置関して、以下の特徴を有する。
下方の循環スクリュ106のスクリュ軸を上方の供給スクリュ104のスクリュ軸よりも長くし、トナー補給口110を現像剤搬送方向上流側の端部に設置することで下方の循環スクリュ106の一部をトナー搬送経路として利用する。
そして、上方の供給搬送路103から下方の循環搬送路105へ現像剤が落下する落下連通口である落下口108の下方の個所において補給トナーと現像剤を合流(混合)させる。
そして、上方の供給スクリュ104と下方の循環スクリュ106を同一回転方向とし、下方の循環スクリュ106のスクリュ軸と上方の供給スクリュ104のスクリュ軸(回転軸心)の水平位置をずらして配置している。このようにスクリュ軸をずらして配置することで、下方の循環スクリュ106の回転にともなって生じる下方の循環スクリュ106上の補給トナーの偏りに対して、補給トナーが多い領域に現像剤を多く落下させる構成にしている。
更に、上方の供給スクリュ104の、スクリュ羽根の条数(以下、適宜、条数という。)を下方の循環スクリュ106よりも多くすることで、補給トナーが落下口108の領域を通過する間に補給トナーに対して上側から現像剤が落下するタイミングを増やしている。このように増やすことで、上方から落下する現像剤によって、補給トナーの緩凝集体を崩し、かつトナーの上滑りを防止するようにしている。
要するに、縦二軸循環現像装置に関して、下方の搬送スクリュの経路の最上流部にトナー補給口を設置し、上方から補給トナーに対して現像剤を落下させている。このように構成することで、補給トナーと現像剤の混合攪拌不足、特に補給トナーの上滑りと、補給トナーの緩凝集に由来する異常画像の発生を防止する。加えて、現像剤を効率的に補給トナー上に落とすために、現像剤が落下する部分の上下の搬送スクリュの回転方向と軸位置、搬送スクリュの条数を設定(定義)したことが最大の特徴となっている。
また、更に、上方の搬送スクリュの条数を下方の搬送スクリュよりも多くすることで、補給トナーが落下連通口の領域を通過する間に補給トナーに対して上側から現像剤が落下するタイミングを増やしていることも特徴となっている。
以下、上述した本実施形態の現像装置の特徴的な構成について、図を用いて詳細に説明する。
次に、本実施形態の現像装置4の特徴的な構成について、図を用いて更に、詳しく説明する。
図4は、現像装置4の長手方向の概要説明図であり、供給スクリュ104、及び循環スクリュ106等を露出させたものである。
図4に示すように上方の供給搬送路103から下方の循環搬送路105へ現像剤は落下口108を経由して落下する。そして、トナー補給口110から補給された補給トナーは補給スクリュ部106cを設けた搬送路部分を経由して経由して、落下口108の直下で、現像剤と合流する。
また、現像装置4では、供給スクリュ104と循環スクリュ106は共に同一回転数に設定され、図4に示すように少なくとも落下口108の領域では、供給スクリュ104は循環スクリュ106に対して条数が多く設定されている。このため、スクリュ1回転当たりに供給スクリュ104から落下する現像剤のタイミングは供給スクリュ104と循環スクリュ106を同一条数にした場合や、供給スクリュ104の条数を循環スクリュ106の条数よりも少なくした場合よりも多くなる。
したがって、下方の循環スクリュ106で搬送される補給トナーが、落下口108の下方の現像剤落下領域108aを通過する間に上方から、より多いタイミングで現像剤が降り注ぐようにできる。
よって、下方の循環スクリュ106で搬送される補給トナーに対して効率良く現像剤を上部から落下させることができる。
ここで、循環スクリュ106に対して供給スクリュ104の条数を多く設定することで、補給トナーが現像剤落下領域108aを通過する間に上方から、より多いタイミングで現像剤が降り注ぐようにできる理由について、図を用いて説明しておく。
図5は、上方に設けた供給スクリュ104の条数と落下する現像剤量の時間変化の説明図であり、図5図中、実線で示したものが1条のスクリュを用いたものであり、破線で示したものが3条のスクリュを用いたものである。
供給スクリュ104の回転により落下口108から落下する現像剤は、供給スクリュ104のスクリュ羽根(以下、適宜、羽根という。)で押す付近(表)に現像剤が溜まって密になり、羽根の裏側は現像剤が疎になる。
このため、図5に示すように、供給スクリュ104の条数が多い程、ある一定時間当たりに現像剤が落下するタイミングが増えて、現像剤落下領域108aを通過する補給トナー上に経時で均等に現像剤が降り注がれる。
但し、上記「経時で均等に降り注がれる」とは、次のようなことを意図したものである。
単純に供給スクリュ104の断面を考えた場合、図5に示すように条数の少ないスクリュと比較して条数の多いスクリュの方が、各羽根間(羽根―羽根間)の角度が小さいため、スクリュ一回転あたりに開口である落下口108の上部を通過する羽根の回数が多い。このため、条数の少ないスクリュの構成と比較して条数が多いスクリュの方が、現像剤が均等に降り注がれるということを意図している。
供給スクリュ104のスクリュピッチは、もちろん供給スクリュ104の現像剤搬送力(一定時間に搬送される現像剤量)に影響を与えるので、落下現像剤量に影響を与える。
しかし、供給スクリュ104の断面で考えた場合に、スクリュ1回転当たりで下方の循環スクリュ106を設けたスクリュ室に降り注ぐタイミングに影響があるのは条数、もしくはスクリュ回転数だと考えられる。
また、供給スクリュ104の条数多いとは、供給スクリュ104のリード(1回転でスクリュ羽根の鉛直下部等の任意の位置が軸方向に移動する長さ)は変わらないが、ピッチが変わる(狭くなる)ということである。
また、供給スクリュ104の条数を増やす以外にも、回転数を循環スクリュ106に対して高くすることも良いと考えられるが、各搬送スクリュの高回転化は、各搬送スクリュの軸受け部の高熱化(現像剤の凝集化)につながる。よって、温度上昇対策として現像装置4の高コスト化が生じる場合がある。このため、本実施形態の現像装置4では、供給スクリュ104と循環スクリュ106は同一回転数を採用している。
但し、各搬送スクリュの軸受け部の高熱化を危惧する必要がない場合には、本実施形態の現像装置4においても、供給スクリュ104の回転数を循環スクリュ106の回転数よりも高くしても良い。このように、供給スクリュ104の回転数を循環スクリュ106の回転数よりも高くすることで、循環搬送路105を搬送される補給トナー上に上方の供給搬送路103から落下する現像剤のタイミングを増やすことがでる。
したがって、補給トナーの上滑りや、補給トナーの緩凝集に由来する補給トナーと現像剤の混合攪拌不良の発生を抑制する効果を、更に高めることができる。
また、図2に示すように、供給スクリュ104と循環スクリュ106を同一方向に回転させ、且つ、供給スクリュ104と循環スクリュ106のスクリュ軸を水平方向にずらして配置している。具体的には、各搬送スクリュの回転軸心に垂直な断面における、鉛直方向下部のスクリュ羽根の移動方向下流側に偏った状態で補給トナーを搬送する循環スクリュ106の水平位置が、供給スクリュ104の水平位置から、次のようにずらして配置されている。上記移動方向下流側に偏った状態で循環スクリュ106により搬送される補給トナーが多い領域に多くの現像剤が直接落下するように、循環スクリュ106の水平位置が、供給スクリュ104の水平位置から、上記移動方向上流側にずらして配置されている。
次に、上述したように供給スクリュ104と循環スクリュ106を同一方向に回転させ、且つ、水平方向にずらして配置している理由について、図を用いて説明する。
図6は、同一方向に回転する上方の供給スクリュ104と下方の循環スクリュ106のスクリュ軸を水平方向にずらしていない構成の説明図である。図7は、同一方向に回転する上方の供給スクリュ104と下方の循環スクリュ106のスクリュ軸を水平方向にずらしている構成の説明図であり、本実施形態の現像装置4に採用した構成の説明図である。図8は、落下口108付近の斜視説明図、図9は、落下口108付近の断面説明図である。
ここで、図6、図7、図8は、図3に示した現像装置4の図3図中左側(図2の奥側)に記載した一点鎖線の断面を、図3図中、矢印B方向から見た断面説明図である。但し、図8(a)を除く図6、図7、図8(b)は、供給スクリュ104と循環スクリュ106のみを記載しており、図8(a)には、現像装置4の落下口108の現像剤落下領域108a両側の現像容器100の内壁100aをそれぞれ線分で示している。
また、実際の現像装置4では、上方の供給スクリュ104と下方の循環スクリュ106の間には上下の現像剤搬送路をつなぐ連通口が存在し、落下口108を経由して現像剤は落下し、持ち上げ口109を経由して持ち上げられることになる。そして、供給スクリュ104と循環スクリュ106の外周よりも外側には現像容器100(現像ケース)の内壁100aが存在している(図9等参照)。
図6に示す、上方の供給スクリュ104と下方の循環スクリュ106のスクリュ軸を水平時方向にずらしていない構成は、図6図中、時計回りのブロック矢印で示すように、供給スクリュ104と循環スクリュ106は同一方向に回転する。
そして、図6に示すように補給トナーTは、循環スクリュ106の回転にともない、循環スクリュ106の鉛直方向下部における循環スクリュ羽根106fの移動方向下流側(図6図中左側)に偏って存在し、このように偏った状態で図6図中、手前側に搬送される。
また、供給スクリュ104により搬送される現像剤Gは、供給スクリュ104の回転にともない、供給スクリュ羽根104fが回転する勢いで、図6図中、実線矢印で示すように補給トナーT表面(上部)に落下する。具体的には、供給スクリュ羽根104fが回転する勢いで、供給スクリュ104の鉛直方向下部における供給スクリュ羽根104fの移動方向下流側(図6図中左側)に傾斜するようにして補給トナーT表面に落下する。
但し、循環スクリュ羽根106fの上記移動方向下流側に偏って存在する補給トナーTが多い領域に直接落下する現像剤の、供給スクリュ104の回転により落下する全現像剤量に占める割合は、循環スクリュ羽根106fの回転に邪魔されるため、あまり高くない。
図7に示す、本実施形態の現像装置4の構成も、図7図中、時計回りのブロック矢印で示すように、供給スクリュ104と循環スクリュ106は同一方向に回転する。
そして、図7に示すように補給トナーTは、循環スクリュ106の回転にともない、循環スクリュ106の鉛直方向下部における循環スクリュ羽根106fの移動方向下流側(図7図中左側)に偏って存在し、このように偏った状態で図7図中、手前側に搬送される。
また、供給スクリュ104により搬送される現像剤Gは、供給スクリュ104の回転にともない、供給スクリュ羽根104fが回転する勢いで、図7図中、実線矢印で示すように補給トナーT表面に落下する。具体的には、供給スクリュ羽根104fが回転する勢いで、供給スクリュ104の鉛直方向下部における供給スクリュ羽根104fの移動方向下流側(図7図中左側)に傾斜するようにして補給トナーT表面に落下する。
しかし、図7に示す構成では、補給トナーを搬送する循環スクリュ106のスクリュ軸の水平位置が、現像剤を落下させる供給スクリュ104のスクリュ軸の水平位置から、次のようにずれて設けられている。上記移動方向下流側に偏った状態で搬送される補給トナーが多い領域に多くの現像剤が直接落下するように、循環スクリュ106のスクリュ軸の水平位置が供給スクリュ104のスクリュ軸の水平位置から、上記移動方向上流側にずらして設けられている。
上述したように各搬送スクリュを同一方向に回転させ、各搬送スクリュのスクリュ軸をずらして設けることで、図6に示した構成に比べて、循環スクリュ106の補給トナーTが多い領域に上方から現像剤Gを多く直接落下させることができる。
但し、供給スクリュ104のスクリュ軸の水平位置に対する、循環スクリュ106のスクリュ軸の水平位置のずれ量を大きくしすぎると、上方の供給搬送路103から落下する現像剤Gが直接、補給トナーT表面に落下しなくなるおそれがある。
そこで、図7に示すように、供給スクリュ104と循環スクリュ106のスクリュ軸の水平位置のずれ量をX、供給スクリュ104の半径をr1、循環スクリュ106の半径をr2とした場合、X<r1+r2の関係を満たすように構成した。つまり、鉛直方向で上方の供給スクリュ104の供給スクリュ羽根104fと下方の循環スクリュ106の循環スクリュ羽根106fが重なるように構成した。
この構成より、補給トナーTが多く偏った領域の補給トナーT表面に直接落下する現像剤の割合が低下することを防ぎつつ、図6に示した構成に比べて、循環スクリュ106の補給トナーTが多い領域に上方から現像剤Gを多く直接落下させることができる。
補給トナーTと現像剤Gの混合攪拌を考えた場合、補給されたトナーは現像装置4内を搬送される間に可能な限り早く現像剤と混じり合い、均一に分散されることが望ましい。図6に示す断面においてトナーが不均一に分布していた場合、トナー濃度の均一性という観点からも、補給トナーTが多く存在する領域に対しては、補給トナーTが少ない領域よりも多くの現像剤を落下させたほうが良い。また、トナーの上滑りを防止するためには、補給トナーTの表面(上部)を落下させた現像剤Gで覆うと同時にトナーを現像剤Gの下方に潜り込ませる必要がある。よって、補給トナーTに対して十分な現像剤Gを直接落下させることが必要になる。
加えて、図6に示す断面では、循環スクリュ106の図6図中右側の領域は、循環スクリュ106の回転で、循環スクリュ羽根106fによって掬い上げられた現像剤Gが上側から落ちてくるため、図6図中左側と比較してトナーの上滑りに対しても余裕度が高い。
ここで、図7を用いて説明してきた供給スクリュ104と循環スクリュ106の配置、及び回転方向の構成を適用した本実施形態の現像装置4の落下口108付近の現像容器100の構成について、図を用いて補足説明をしておく。
図8は、現像容器100の一方の側板を外して、供給スクリュ104と循環スクリュ106を露出させた落下口108付近の斜視説明図、図9は、図3に示した現像装置4の図3図中左側(図2の奥側)に記載した一点鎖線の断面を、図3図中、矢印C方向から見た断面説明図である。
供給スクリュ104を有する上方の供給搬送路103と、循環スクリュ106を有する下方の循環搬送路105を連通させている落下口108は、次のように構成されている。
図8に示すように、落下口108の、現像装置4の長手方向中央側の端部は、一方の側板は取り外しているが長手方向側面を塞ぐ2つの側板から突出する2分割された仕切り板107の端部で形成されている。一方、落下口108の、トナー補給口110を設けた側の端部は、現像装置4の短辺方向の側板から突出する仕切り板107の断面に相似したリブ部で形成されている。
また、図9に示すように、落下口108の、現像装置4の短辺方向の断面形状は、図9図中、反時計回りの矢印(ブロック矢印)で示す方向に回転する各搬送スクリュを、クリアランスを持って包括するように形成されている。そして、各搬送スクリュの鉛直方向下端部の移動方向下流側の側面は、主に、略同一のクリアランスを持つ各搬送スクリュに対応した2つの仮想円に法線状に接する平板部の部分と下方の循環スクリュ106に対応する仮想円部分で形成されている。一方、各搬送スクリュの鉛直方向下端部の移動方向上流側の側面は、主に、上方の供給スクリュ104に対応した仮想円に法線状に接する略鉛直な平板状の部分と、下方の循環スクリュ106に対応する仮想円部分で形成されている。
ここで、図9に示す各搬送スクリュの鉛直方向下端部の移動方向下流側の側面から各搬送スクリュを包括するように、対向する側面方向に突出させた細線で示す形状が、図8を用いて説明した仕切り板107の断面に相似したリブ部に相当する。
上述したように図7を用いて説明した本実施形態の現像装置4の構成は、補給トナーTが多く存在し、かつ上滑りに対して余裕度が少ない領域に対して、より多くの現像剤を落下させるため、トナーの上滑りに対しても効果がある。
また、上記構成では補給トナーTに対して現像剤Gを上方から供給スクリュ104の供給スクリュ羽根104fの勢いを利用して落下させるため、補給トナーTの緩凝集体が存在したとしても落下する現像剤Gによって崩すことができる。この結果として、補給トナーの緩凝集に由来する異常画像の発生の低減に対しても効果がある。
ここで、上記「余裕度の少ない領域」とは、図6の断面における、図6図中左側の領域である。これは以下の理由による。
上述したように図6の断面における、循環スクリュ106を有した下方の循環搬送路105の図6図中右側の領域は、循環スクリュ羽根106fによって掬い上げられた現像剤Gが上側から落ちてくる。一方、循環搬送路105の図6図中左側の領域は、循環スクリュ羽根106fによる上方からの現像剤Gの落下が少ない(無い)ため、循環搬送路105の図6図中右側の領域に比べて、トナーの上すべりが発生し易いと考えられるためである。
また、上記「供給スクリュ羽根104fの勢いを利用」とは、現像装置4の長手方向外側への勢いで、単純に上方の供給スクリュ104の供給スクリュ羽根104fが、その回転にともない、下方の循環スクリュ106側に現像剤Gを押し飛ばすことを指している。
次に、上述したように供給スクリュ104と循環スクリュ106を同一方向に回転さなかったり、供給スクリュ104のスクリュ軸に対する、循環スクリュ106のスクリュ軸の水平方向のずらし量:Xが大きすぎたりした場合について、図を用いて説明する。
図10は、各搬送スクリュを同一方向に回転さなかったり、各スクリュのスクリュ軸の水平方向のずらし量:Xを大きくしすぎたりした場合の説明図である。そして、図10(a)が、各スクリュのスクリュ軸の水平方向のずらし量:Xを大きくしすぎたりした場合の説明図、図10(b)が、供給スクリュ104と循環スクリュ106を同一方向に回転さなかった場合の説明図である。
まず、図10(a)に示すように、供給スクリュ104の半径:r1と循環スクリュ106の半径:r2の和の値以上に、供給スクリュ104と循環スクリュ106のスクリュ軸の水平位置のずれ量:Xを、を大きくしてしまった場合、次のような現象が生じる。
上方の供給搬送路103から落下する現像剤Gが直接、補給トナーTの表面に落下しなくなるため、トナーの上滑りの防止や、補給トナーの緩凝集の低減といった効果が低下してしまう。
また、図10(b)に示すように上方の供給スクリュ104と下方の循環スクリュ106が逆回転の場合、上方から落下する現像剤Gの傾斜方向は、図7とは逆方向になる。このため、下方の補給トナーTが少ない領域に落下する現像剤Gの割合が増える。また、補給トナーT上に直接落下する現像剤Gが、落下して補給トナーT上に衝突するときの衝突角が浅くなって補給トナーTに与える衝撃が弱くなってしまう。
これらの結果として、図7の構成と比較してトナーの上滑りの防止や、補給トナーTの緩凝集の低減といった効果が無くなってしてしまうおそれがある。
次に、同一方向に回転する供給スクリュ104に対する循環スクリュ106の水平位置を、その鉛直方向下部の移動方向上流側に設ける上述した各現像装置4の構成に加えることで、上述した各現像装置4の効果を更に高める構成について、図を用いて説明する。
図11は、循環スクリュ106の落下口108(現像剤落下領域108a)付近のリードだけを、落下口108の長さよりも短くした場合の落下口108付近の長手方向の断面説明図である。図12は、循環スクリュ106の落下口108付近のリードだけを、落下口108の長さよりも短くした場合の斜視説明図である。
例えば、図4等に示した循環スクリュ106のリードを、供給スクリュ104から循環スクリュ106へ現像剤を落下させる落下口108の循環スクリュ106による現像剤搬送方向長さよりも短くすることで、上述した各現像装置4の効果を更に高めることができる。すなわち、上述したいずれかの現像装置4の落下口108の、現像装置4の長手方向の長さに対して、循環スクリュ106のリードを短くすることで、次のような効果を奏することができる。
補給トナーと現像剤の混合攪拌不足、特にトナーの上滑りや補給トナーの緩凝集に由来する各種異常画像の発生を低減できる小型の現像装置4を提供することができる。
上述した効果を奏することができる理由は、下方の循環スクリュ106のリードを落下口108の長手方向長さよりも短くすることで、循環スクリュ106回転にともない、現像剤落下領域108aで必ず補給トナーが必ず一度は連通口の直下に露出するためである。
但し、補給トナーを循環搬送路105内に搬送する補給スクリュ部106cのリードは、別途、適切な値に設定されている。
また、図11及び図12に示す循環スクリュ106では、循環スクリュ106のリードを、少なくともリード標準部106aとリード短部106bで異ならせている。そして、供給スクリュ104から循環スクリュ106へ現像剤を落下させる落下口108の循環スクリュ106による現像剤搬送方向長さよりも、循環スクリュ106のリード短部106bのリードだけを短くすることで、上記効果を奏することができる。しかも、落下口108近傍のリード短部106bのリードだけを、落下口108の現像剤搬送方向長さよりも短くすることで上記効果を奏することができる。
したがって、上述した効果と同様な効果を奏しつつ、落下口108近傍よりも、現像剤搬送方向下流側の循環スクリュ106(リード標準部106a)のリードの設計自由度を高めることができる。
但し、補給トナーを循環搬送路105内に搬送する補給スクリュ部106cのリードは、上述した構成と同様に、別途、適切な値に設定されている。
上述したように、本実施形態の現像装置4は、上方の供給搬送路103内の現像剤Gを回転軸心方向の一方の方向に搬送する供給スクリュ104と、下方の循環搬送路105内の現像剤Gを回転軸心方向の他方の方向に搬送する循環スクリュ106を備えている。
また、供給搬送路103と循環搬送路105の両端部近傍を連通する持ち上げ口109や落下口108と、循環搬送路105内にトナーを補給するトナー補給口110も備えている。
加えて、トナー補給口110を、循環スクリュ106による現像剤搬送方向で、落下口108よりも上流側に設け、供給スクリュ104と循環スクリュ106は同一方向に回転する。そして、循環スクリュ106の回転軸心の水平位置が、循環スクリュ106の回転軸心の水平位置から、各搬送スクリュの鉛直方向下部の移動方向の上流側にずらして設けられている。
このように構成することで、次のような効果を奏することができる。
循環スクリュ106による現像剤搬送方向上流側に設けられる連通口は上方から下方に現像剤を落下させる落下口108であり、この落下口108の第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向上流側にトナー補給口110が設けられている。このように落下口108とトナー補給口110を設けることで、下方の循環搬送路105の現像剤落下領域108aで循環搬送路105を搬送されてきた補給トナーTと現像剤Gを合流させ、補給トナーT上に直接落下する現像剤Gの衝撃で補給トナーTに含まれた緩凝集体を崩すことができる。このため、補給トナーTに緩凝集体が含まれていた場合、補給トナーTの緩凝集に由来する混合攪拌不足による流星状のトナー汚れなどの異常画像の発生を抑制(低減)できる。
また、循環スクリュ106によって搬送される補給トナーT上に現像剤Gが降り注ぐため、上方から落下する現像剤で補給トナーを覆うと同時に、落下する現像剤Gが直接衝突したトナーを現像剤Gの下方に潜り込ませることができる。このように補給トナーTを現像剤Gで覆い、トナーを現像剤Gの下方に潜り込ませることで、現像剤Gの剤面上を上滑りするように搬送されるトナーの上滑りを抑制して補給トナーTと現像剤Gの混合攪拌を良好に行うことができ、結果として異常画像の発生を抑制できる。
但し、これらの効果を高めるためには、補給トナーTに対して十分な現像剤Gを上方から落下させねばならないが、回転する循環スクリュ106で搬送される補給トナーTは、循環スクリュ106の下端部分が移動する側に偏って存在することとなる。
このため、従来は、各搬送スクリュの回転軸の水平位置や、回転方向によっては、補給トナーが多く偏った領域に多くの現像剤を直接落下させることができず、上述した効果を十分に発揮することができない場合があった。
特に、上下の搬送スクリュが逆方向に回転する構成では、下方の搬送スクリュの回転で偏った補給トナーが多い側に直接落下する現像剤の割合が減るとともに、補給トナー上への衝突角が浅くなって衝撃が弱くなり、上述した効果が低くなってしまう。
一方、本実施形態の現像装置4は、各搬送スクリュの鉛直方向下端部の移動方向下流側に、偏った状態で補給トナーTを搬送する供給スクリュ104と、傾斜させるように現像剤Gを落下させる循環スクリュ106の回転方向を同一にしている。そして、供給スクリュ104に対す循環スクリュ106の回転軸心の水平位置を上記移動方向上流側にずらしている。
これらにより、現像剤Gが落下する落下口108の下方の補給トナーTが多く偏った領域に、補給トナーTが少ない領域よりも多く現像剤Gを供給スクリュ104の羽根の勢いで直接落下させることができる。その結果、トナー濃度均一性を高め、補給トナーTの上滑りや補給トナーの緩凝集の発生を抑制できる。
したがって、補給トナーTと現像剤Gの攪拌不良を抑制するために、現像剤Gを攪拌する循環搬送路105の折り返しを増やして複写機500や現像装置4が大型化したり、補給トナーTと現像剤Gの混合攪拌不足による異常画像が発生したりすることを抑制できる。
よって、下方の循環スクリュ106による現像剤搬送方向上流側の落下口108よりも上流側にトナー補給口110を設け、複写機500や現像装置4の大型化を抑制しつつ、補給トナーTと現像剤Gの混合攪拌不足による異常画像の発生を抑制できる現像装置4を提供できる。
また、本実施形態の現像装置4は、供給スクリュ104の回転軸心の水平位置に対する、循環スクリュ106の回転軸心の水平位置のずれ量をXが、次の関係を満たす。
供給スクリュ104のスクリュ半径をr1、循環スクリュ106のスクリュ半径をr2としたとき、X<r1+r2の関係である。
このように構成することで、次のような効果を奏することができる。
供給スクリュ104の回転軸心の水平位置に対する、循環スクリュ106の回転軸心の水平位置のずれ量を大きくしすぎると、上方の供給搬送路103から落下する現像剤Gが直接、補給トナーT表面に落下しなくなるおそれがある。このように現像剤Gが直接、補給トナーT表面に落下しなくなると、補給トナーTの上滑りの抑制効果や、補給トナーTの緩凝集体を崩す効果が低減されてしまう。
一方、本実施形態の現像装置4では、供給スクリュ104の回転軸心の水平位置に対する、循環スクリュ106の回転軸心の水平位置のずれ量:Xを、供給スクリュ104の半径:r1と循環スクリュ106の半径:r2の和よりも小さくしている。これにより、供給スクリュ104の回転する羽根の勢いで、落下口108の下方の循環搬送路105部分を搬送される補給トナーTが多く偏った領域の補給トナーT表面に直接落下する現像剤Gの割合が低下することを防ぐことができる。
また、本実施形態の現像装置4は、少なくとも落下口108の付近の領域で、供給スクリュ104のスクリュ形状の条数を、循環スクリュ106のスクリュ形状の条数よりも多くしている。
このように構成することで、次のような効果を奏することができる。
落下口108付近の領域の供給スクリュ104の条数が、循環スクリュ106の条数よりも多いと、循環スクリュ106の条数よりも多くしない構成に比べて、次のように現像剤Gを落下させることができる。循環スクリュ106の条数よりも多くしない構成に比べて、循環スクリュ106により搬送されている補給トナーT上に、より多いタイミングで現像剤Gを落下させることができる。
したがって、循環スクリュ106で搬送される補給トナーTに対して、落下口108の領域で上方から現像剤を降り注ぐ確率を上げ、結果として補給トナーTと現像剤Gの混合攪拌不足とトナー上滑りによる異常画像の発生を抑制する効果を更に高めることができる。
また、本実施形態の現像装置4は、少なくとも落下口108近傍の循環スクリュ106のリードを、落下口108の循環スクリュ106による現像剤搬送方向長さよりも短くしている。
このように構成することで、次のような効果を奏することができる。
少なくとも落下口108近傍の循環スクリュ106のリードを、落下口108の循環スクリュ106による現像剤搬送方向長さよりも長く取った場合、循環スクリュ106が1回転するだけでは、循環スクリュ羽根106f上に補給トナーTが露出しない場合がある。
一方、少なくとも落下口108近傍の循環スクリュ106のリードを、落下口108の循環スクリュ106による現像剤搬送方向長さよりも短くすることで、循環スクリュ106が1回転する間に必ず、循環スクリュ羽根106f上に補給トナーTが露出する。
このように補給トナーTが露出することで、循環スクリュ106が1回転する間に、補給トナーTを落下口108の下方の領域で露出させることができ、上方から落下する現像剤Gを必ず補給トナーTに被せることができる。
また、本実施形態の現像装置4は、落下口108近傍の循環スクリュ106のリードだけを、落下口108の循環スクリュ106による現像剤搬送方向長さよりも短くしている。
このように構成することで、少なくとも落下口108近傍の循環スクリュ106のリードを、落下口108の循環スクリュ106による現像剤搬送方向長さよりも短くしている構成と同様な効果を奏することができる。しかも、落下口108近傍の循環スクリュ106のリードだけを、落下口108の循環スクリュ106による現像剤搬送方向長さよりも短くすることで奏することができる。
したがって、少なくとも落下口108近傍の循環スクリュ106のリードを、落下口108の循環スクリュ106による現像剤搬送方向長さよりも短くしている構成と同様な効果を奏しつつ、次のような効果を奏することができる。落下口108近傍よりも、現像剤搬送方向下流側の循環スクリュ106のリードの設計自由度を高めることができる。
また、本実施形態の現像装置4は、供給スクリュ104の回転数は、循環スクリュ106の回転数よりも高くしている。
このように構成することで、下方の循環搬送路105内を搬送される補給トナーT上に、上方の供給搬送路103から落下する現像剤Gのタイミングを増やすことができる。
したがって、補給トナーTの上滑りや、補給トナーTの緩凝集に由来する補給トナーTと現像剤Gの混合攪拌不良の発生を抑制する効果を、更に高めることができる。
また、本実施形態のプロセスカートリッジ1は、現像装置と、感光体2、帯電装置3、及び感光体クリーニング装置5の少なくともいずれかを有したプロセスカートリッジにおいて、現像装置として、上述したいずれかの現像装置4を有している。
このように構成することで、次のような効果を奏することができる。
上述したいずれかの現像装置4と同様な効果を奏することができるプロセスカートリッジ1を提供できる。
また、本実施形態の複写機500は、感光体2上に形成された静電潜像を現像する現像装置、又は現像装置を有したプロセスカートリッジを備え、現像装置として、上述したいずれかの現像装置4、又はプロセスカートリッジとして、上述したプロセスカートリッジ1を備える。
このように構成することで、次のような効果を奏することができる。
上述したいずれか現像装置4、又は上述したプロセスカートリッジ1と同様な効果を奏することができる複写機500を提供できる。
以上、本実施形態について、図面を参照しながら説明してきたが、具体的な構成は、上述した本実施形態の現像装置4を備えた構成に限られるものではなく、要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等を行っても良い。
例えば、上述した現像装置4を備えた画像形成装置として、フルカラー対応の複写機500について説明したが、このような構成に限定されるものではなく、プリンタ、ファクシミリや、これらや複写機の機能を兼ね備えた複合機にも適用可能である。
また、フルカラー対応の画像形成装置に限定されるものではなく、モノクロ対応の画像形成装置や、フルカラーではない複数色対応の画像形成装置にも適用可能である。
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
供給搬送路103などの上方の現像剤搬送路内の現像剤Gなどの現像剤を回転軸心方向の一方の方向に搬送する供給スクリュ104などの第一搬送スクリュと、循環搬送路105などの下方の現像剤搬送路内の現像剤を回転軸心方向の他方の方向に搬送する循環スクリュ106などの第二搬送スクリュと、上下の現像剤搬送路の両端部近傍を連通する持ち上げ口109や落下口108などの2つの連通口と、前記下方の現像剤搬送路内にトナーを補給するトナー補給口110などのトナー補給口と、を備える現像装置4などの現像装置において、前記トナー補給口を、前記第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向で、落下口108などの連通口よりも上流側に設け、前記第一搬送スクリュと前記第二搬送スクリュは同一方向に回転し、前記第二搬送スクリュの回転軸心の水平位置が、前記第一搬送スクリュの回転軸心の水平位置から、各搬送スクリュの鉛直方向下部の移動方向の上流側にずらして設けられていることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向上流側に設けられる連通口は上方から下方に現像剤を落下させる落下口108などの落下連通口であり、この落下連通口の第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向上流側にトナー補給口が設けられている。このように落下連通口とトナー補給口を設けることで、下方の現像剤搬送路の現像剤落下領域108aなどの領域で補給トナーと現像剤を合流させ、補給トナー上に直接落下する現像剤の衝撃で補給トナーに含まれた緩凝集体を崩すことができる。
また、第二搬送スクリュによって搬送される補給トナー上に現像剤が降り注ぐため、上方から落下する現像剤で補給トナーを覆うと同時に、落下する現像剤が直接衝突したトナーを現像剤の下方に潜り込ませることができる。このように補給トナーを現像剤で覆い、トナーを現像剤の下方に潜り込ませることで、現像剤の剤面上を上滑りするように搬送されるトナーの上滑りを抑制して補給トナーと現像剤の混合攪拌を良好に行うことができ、結果として異常画像の発生を抑制できる。
但し、これらの効果を高めるためには、補給トナーに対して十分な現像剤を上方から落下させねばならないが、回転する第二搬送スクリュで搬送される補給トナーは、第二搬送スクリュの鉛直方向下端部分が移動する側に偏って存在することとなる。
このため、従来は、第一搬送スクリュと第二搬送スクリュの回転軸の水平位置や、回転方向によっては、補給トナーが多く偏った領域に多くの現像剤を直接落下させることができず、上述した効果を十分に発揮することができない場合があった。
特に、第一搬送スクリュと第二搬送スクリュが逆方向に回転する構成では、第二搬送スクリュの回転で偏った補給トナーが多い側に直接落下する現像剤の割合が減り、補給トナー上への衝突角が浅くなって衝撃が弱くなって、上述した効果が無くなるおそれがある。
一方、本(態様A)は、各搬送スクリュの鉛直方向下端部の移動方向下流側に、偏った状態で補給トナーを搬送する第一搬送スクリュと、傾斜させるように現像剤を落下させる第二搬送スクリュの回転方向を同一にしている。そして、第一搬送スクリュに対する第二搬送スクリュの回転軸心の水平位置を上記移動方向上流側にずらしている。
これらにより、現像剤が落下する連通口の下方の補給トナーが多く偏った領域に、補給トナーが少ない領域よりも多く現像剤を第一搬送スクリュの羽根の勢いで直接落下させ、トナー濃度均一性を高め、補給トナーの上滑りや補給トナーの緩凝集の発生を抑制できる。
したがって、補給トナーと現像剤の攪拌不良を抑制するために、現像剤を攪拌する現像剤搬送路の折り返しを増やして画像形成装置や現像装置が大型化したり、補給トナーと現像剤の混合攪拌不足による異常画像が発生したりすることを抑制できる。
よって、下方の第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向上流側の連通口よりも上流側にトナー補給口を設け、画像形成装置や現像装置の大型化を抑制しつつ、補給トナーと現像剤の混合攪拌不足による異常画像の発生を抑制できる現像装置を提供できる。
(態様B)
(態様A)において、前記第一搬送スクリュの回転軸心の水平位置に対する、前記第二搬送スクリュの回転軸心の水平位置のずれ量をX、前記第一搬送スクリュのスクリュ半径をr1、前記第二搬送スクリュのスクリュ半径をr2としたとき、X<r1+r2の関係を満たすことを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
第一搬送スクリュの回転軸心の水平位置に対する、第二搬送スクリュの回転軸心の水平位置のずれ量を大きくしすぎると、上方の現像剤搬送路から落下する現像剤が直接、補給トナー表面に落下しなくなるおそれがある。このように現像剤が直接、補給トナー表面に落下しなくなると、補給トナーの上滑りの抑制効果や、補給トナーの緩凝集体を崩す効果が低減されてしまう。
一方、本(態様B)では、第一搬送スクリュの回転軸心の水平位置に対する、第二搬送スクリュの回転軸心の水平位置のずれ量:Xを、第一搬送スクリュの半径:r1と第二搬送スクリュの半径:r2の和よりも小さくしている。これにより、第一搬送スクリュの回転する羽根の勢いで、現像剤を落下させる連通口の下方の現像剤搬送路部分を搬送される補給トナーが多く偏った領域の補給トナー表面に直接落下する現像剤の割合が低下することを防ぐことができる。
(態様C)
(態様A)又は(態様B)において、少なくとも前記トナー補給口側に設けた連通口である落下口108などの落下連通口の付近の領域で、前記第一搬送スクリュのスクリュ形状の条数を、前記第二搬送スクリュのスクリュ形状の条数よりも多くしていることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
落下連通口付近の領域の第一搬送スクリュの条数が、第二搬送スクリュの条数よりも多いと、第二搬送スクリュの条数よりも多くしない構成に比べて、次のように現像剤Gを落下させることができる。第二搬送スクリュの条数よりも多くしない構成に比べて、第二搬送スクリュにより搬送されている補給トナー上に、より多いタイミングで現像剤を落下させることができる。
したがって、第二搬送スクリュで搬送される補給トナーに対して、落下連通口の領域で上方から現像剤を降り注ぐ確率を上げ、結果として補給トナーと現像剤の混合攪拌不足とトナー上滑りによる異常画像の発生を抑制する効果を更に高めることができる。
(態様D)
(態様A)乃至(態様C)のいずれかにおいて、少なくとも前記トナー補給口側に設けた連通口である落下口108などの落下連通口近傍の前記第二搬送スクリュのリードを、前記落下連通口の前記第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向長さよりも短くしていることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
少なくとも前記落下連通口近傍の第二搬送スクリュのリードを、落下連通口の第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向長さよりも長く取った場合、第二搬送スクリュが1回転するだけでは、第二搬送クスリュのスクリュ羽根上に補給トナーが露出しない場合がある。
一方、少なくとも前記落下連通口近傍の二搬送スクリュのリードを落下連通口の第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向長さよりも短くすることで、第二搬送スクリュが1回転する間に必ず、第二搬送クスリュのスクリュ羽根上に補給トナーが露出する。
このように補給トナーが露出することで、第二搬送スクリュが1回転する間に、補給トナーを落下連通口の下方の領域で露出させることができ、上方から落下する現像剤を必ず補給トナーに被せることができる。
(態様E)
(態様D)において、前記落下連通口近傍の前記第二搬送スクリュのリードだけを、前記落下連通口の前記第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向長さよりも短くしていることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、(態様D)の効果と同様な効果を奏することができる。しかも、落下連通口近傍の第二搬送スクリュのリードだけを、落下連通口の第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向長さよりも短くすることで奏することができる。
したがって、(態様D)の効果と同様な効果を奏しつつ、落下連通口近傍よりも、現像剤搬送方向下流側の第二搬送スクリュのリードの設計自由度を高めることができる。
(態様F)
(態様A)乃至(態様E)のいずれかにおいて、前記第一搬送スクリュの回転数は、前記第二搬送スクリュの回転数よりも高くしていることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、下方の現像剤搬送路内を搬送される補給トナー上に上方の現像剤搬送路から落下する現像剤のタイミングを増やすことがでる。
したがって、補給トナーの上滑りや、補給トナーの緩凝集に由来する補給トナーと現像剤の混合攪拌不良の発生を抑制する効果を、更に高めることができる。
(態様G)
現像装置と、感光体2などの潜像担持体、帯電装置3などの帯電装置、及び前記潜像担持体の感光体クリーニング装置5などのクリーニング装置の少なくともいずれかを有したプロセスカートリッジ1などのプロセスカートリッジにおいて、前記現像装置として、(態様A)乃至(態様F)のいずれかの現像装置4などの現像装置を有していることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
(態様A)乃至(態様F)のいずれかの現像装置と同様な効果を奏することができるプロセスカートリッジを提供できる。
(態様H)
感光体2などの潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置、又は前記現像装置を有したプロセスカートリッジを備えた画像形成装置において、前記現像装置として、(態様A)乃至(態様F)のいずれかの現像装置4などの現像装置、又は前記プロセスカートリッジとして、(態様G)のプロセスカートリッジ1などのプロセスカートリッジを備えることを特徴とする。
これによれば、本実施形態で説明したように、次のような効果を奏することができる。
(態様A)乃至(態様F)のいずれか現像装置、又は(態様G)のプロセスカートリッジと同様な効果を奏することができる画像形成装置を提供できる。
1 プロセスカートリッジ
2 感光体
3 帯電装置
4 現像装置
5 感光体クリーニング装置
100 現像容器
101 現像ローラ
102 現像剤規制部材
103 供給搬送路
104 供給スクリュ
104f 供給スクリュ羽根
105 循環搬送路
106 循環スクリュ
106a リード標準部
106b リード短部
106c 補給スクリュ部
106f 循環スクリュ羽根
107 仕切り板
108 落下口
108a 現像剤落下領域
109 持ち上げ口
110 トナー補給口
200 プリンタ部
300 給紙部
400 スキャナ部
500 複写機
G 現像剤
P 記録紙
T 補給トナー
X ズレ量
r1 供給スクリュ半径
r2 循環スクリュ半径
特許第5971953号公報

Claims (8)

  1. 上方の現像剤搬送路内の現像剤を回転軸心方向の一方の方向に搬送する第一搬送スクリュと、下方の現像剤搬送路内の現像剤を回転軸心方向の他方の方向に搬送する第二搬送スクリュと、上下の現像剤搬送路の両端部近傍を連通する2つの連通口と、前記下方の現像剤搬送路内にトナーを補給するトナー補給口と、を備える現像装置において、
    前記トナー補給口を、前記第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向で、連通口よりも上流側に設け、
    前記第一搬送スクリュと前記第二搬送スクリュは同一方向に回転し、
    前記第二搬送スクリュの回転軸心の水平位置が、前記第一搬送スクリュの回転軸心の水平位置から、各搬送スクリュの鉛直方向下部の移動方向の上流側にずらして設けられてい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、
    前記第一搬送スクリュの回転軸心の水平位置に対する、前記第二搬送スクリュの回転軸心の水平位置のずれ量をX、前記第一搬送スクリュのスクリュ半径をr1、前記第二搬送スクリュのスクリュ半径をr2としたとき、X<r1+r2の関係を満たす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、
    少なくとも前記トナー補給口側に設けた連通口である落下連通口付近の領域で、前記第一搬送スクリュのスクリュ形状の条数を、前記第二搬送スクリュのスクリュ形状の条数よりも多くしていることを特徴とする現像装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一に記載の現像装置において、
    少なくとも前記トナー補給口側に設けた連通口である落下連通口近傍の前記第二搬送スクリュのリードを、前記落下連通口の前記第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向長さよりも短くしてい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、
    前記落下連通口近傍の前記第二搬送スクリュのリードだけを、前記落下連通口の前記第二搬送スクリュによる現像剤搬送方向長さよりも短くしていることを特徴とする現像装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一に記載の現像装置において、前記第一搬送スクリュの回転数は、前記第二搬送スクリュの回転数よりも高くしていることを特徴とする現像装置。
  7. 現像装置と、潜像担持体、帯電装置、及び前記潜像担持体のクリーニング装置の少なくともいずれかを有したプロセスカートリッジにおいて、
    前記現像装置として、請求項1乃至6のいずれか一に記載の現像装置を有していることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  8. 潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置、又は前記現像装置を有したプロセスカートリッジを備えた画像形成装置において、
    前記現像装置として、請求項1乃至6のいずれか一に記載の現像装置、又は前記プロセスカートリッジとして、請求項7に記載のプロセスカートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置。
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