JP4047247B2 - 現像装置及びこれを用いたプロセスカートリッジ並びに画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成に用いられる、現像装置、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関する。

複写機やプリンタ、ファクシミリ装置等は電子写真方式の画像形成装置を用いているものが多いが、この画像形成装置は、図14に示すように、電子写真感光体としての感光体ドラム111を回転させ、これに選択的な露光をすることで潜像を形成し、その潜像を現像装置208によって現像剤（以下「トナー」という）を用いて現像することで可視像化し、そのトナー像を転写材114に転写することで画像記録するものである。

ここで、前記電子写真画像形成装置に用いられる従来の現像装置について簡単に説明する。図15は磁性一成分トナーを用いる現像装置である。この現像装置208は、現像部108とトナー収納部104によって構成されている。現像部108には固定されたマグネット106を内蔵した非磁性の現像スリーブが矢印Ｒ2方向に回転自在に支持され、トナー収納部104から送られたトナーをマグネット106の磁力で現像スリーブ105表面に引きつけて搬送し、且つ現像スリーブ105表面に当接する弾性ブレード107ａ間での摺擦による摩擦帯電によって適切な電荷を付与して感光体ドラム111へ供給することで、感光体ドラム111に形成した潜像を現像するものである。

ここで、図15に示すように、トナー収納部104に矢印Ｒ4方向へ回転可能な撹拌部材120が設けられ、現像部108には矢印Ｒ3方向へ回転可能な撹拌部材130が設けられている。これら撹拌部材120，130はともに棒状部材をクランク形状にし、その両端を回転中心として回転するものである。これら撹拌部材120，130の回転により、トナーを送り出すとともに、トナーをほぐし、トナーを高密度化させること（パッキング）を防止している。

なお、前記パッキング防止構成としては、特開平02-285374号公報に示すように構成したものもある。これは、現像部と撹拌機によりトナーをすくい上げつつ前記現像部との間の開口部を介してトナーを現像部の方へ搬送するトナー貯蔵部とを有し、開口部上端部近傍から略水平な現像部内のトナー担持体上に、トナー担持体回りのトナーをこのトナー担持体上に均一に付着させるコーティング部を設け、この開口部上端部近傍からコーティング部までトナーの循環案内部材を配設している。これにより、現像部におけるトナーの消費量がトナー貯蔵部からのトナー搬送量よりも少なくても現像部内のパッキングをなくし、一定速度で回転する現像スリーブの駆動トルクが増加し、異常音やビビリ等の振動が生じることを防ぐものである。

前述のように、トナーのパッキングを防ぐ方法としては、図15に示した現像装置のように現像部108に撹拌部材130を使用する方式（以下「撹拌方式」という）、撹拌部材130のような撹拌を使用せず、特開平02-285374号公報に示されるように、現像スリーブよりもトナー収納部を下方に配置し、トナーの汲み上げ式の現像部を利用する方式（以下「汲み上げ方式」という）が存在する。

特開平０２−２８５３７４号公報

現像装置においてはトナーのパッキング現象が起きると、現像部内部のトナーの鬆が立ち、フェーディング等の画像ムラを引き起こす可能性がある。また、トナーを撹拌する撹拌部材を回転させるモータに過大な負荷がかかったり、撹拌部材が回転困難となったりする可能性もある。

しかしながら、前記撹拌方式では撹拌部材を現像部内とトナー収納部内の計２個を必要とするためにコスト面の問題があり、また、プロセスカートリッジの長寿命化に伴うトナー充填量の増加傾向を考慮に入れると、現像部内の撹拌部材の改良が必要となる。

一方、汲み上げ方式ではトナーを現像部へ汲み上げるために必要な強力な撹拌構成を必要とし、コスト面、さらには強力な撹拌の摺擦によるトナーの劣化等の問題が生じる可能性がある。

また、トナー汲み上げ方式においては使用開始からしばらくの間、画像濃度が薄い傾向が見られる。この現象の実例を図16に示す。図16は撹拌方式と汲み上げ方式の構成の相違による、初期の画像濃度推移を表したグラフである。このグラフに示すように、汲み上げ方式にあっては初期濃度が1.2程度であり、撹拌方式の場合は初期濃度が1.4であり、200枚目の濃度は共に1.4程度になる。このように、初期濃度の立ち上がり具合に違いが顕著に見られる。

本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、現像部内においてパッキング等のトナーの循環問題を生ずることなくトナー担持体上に安定した十分な量のトナーを供給することが可能な現像装置及びこれを用いたプロセスカートリッジ並びに画像形成装置を提供するものである。

また、他の目的は汲み上げ方式の場合であっても初期濃度の低下のない現像装置等を提供するものである。

本発明における第１の手段は、電子写真感光体に磁性現像剤を供給するための現像剤担持体と前記現像剤担持体の内部に設けられたマグネットとを有する現像部と、収納した現像剤を前記現像部へ送るための送り手段を有する現像剤収納部と、前記現像部と前記現像剤収納部の間に開口部を有し、画像形成装置に装着された状態で用いられる現像装置において、
前記現像剤担持体の軸に対する垂直断面において、
前記開口部上端において前記現像剤担持体から最も近い点をＡとし、
前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ａと前記現像剤担持体の軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをａと規定し、
前記開口部下端において前記現像剤担持体から最も近い点をＢとし、
前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ｂと前記現像剤担持体の軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをｂと規定し、
前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ａから水平面への垂線と現像剤収納部の枠体内部との交点をＣと規定し、
前記マグネットの法線方向磁束密度分布のピーク位置を最も前記開口部に近くに有する取り込み極が前記現像剤を保持できる範囲において前記点Ａと最も近い点をＤと規定し、
前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ｄと前記現像剤担持体の軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをｄと規定し、
Ｘ＝ａ−ｄと規定したとき、
前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ａは前記現像剤担持体の軸中心を含む水平面よりも下方に位置し、
前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ｃは前記点Ｂよりも下方に位置し、
ｂ＜ａを満たし、
２mm＜Ｘ＜10mmを満たす
ように構成したことを特徴とする。

第２の手段は、前記第１の手段において、前記トナー収納部は前記現像部よりも下方に底面を有し、前記トナー収容部から前記現像部に前記トナーを汲み上げて補充することを特徴とする。

第３の手段は、前記第２の手段において、前記トナーは、重量平均粒径が10μm以下の一成分磁性トナーであることを特徴とする。

第４の手段は、前記第１乃至第３のいずれかの手段において、前記トナー担持体の軸に対する垂直断面において、前記点Ａと前記点Ｂを結ぶ直線が前記トナー収納部の枠体における前記開口部を密封するシール部材装着面と略平行であることを特徴とする。

第５の手段は、前記画像形成装置の画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、電子写真感光体と、前記電子写真感光体に作用するプロセス手段として、第１乃至第４のいずれかの手段の現像装置と、を有することを特徴とする。

第６の手段は、記録媒体に画像を形成するための画像形成装置において、第５の手段に係るプロセスカートリッジと、前記プロセスカートリッジを装着するための装着手段と、を有することを特徴とする。

第７の手段は、記録媒体に画像を形成するための画像形成装置において、前記第１乃至第４のいずれかの手段に係る現像装置を有することを特徴とする。

前記第１の手段においては、現像部とトナー収納部の間の開口部の形状を所定の斜め形状に構成することにより、従来の現像装置よりも安価、且つ容易な構成によってトナーのパッキングを防止することができる。さらに、初期濃度の立ち上がりの低下を防止することができる。

前記第２の手段においては、トナー汲み上げ方式の構成をとる現像装置における初期濃度の立ち上がりの低下を防止することができる。

前記第３の手段においては、トナーの平均粒径を所定以下にすることでパッキング防止効果、あるいは初期濃度低下防止効果をより向上させることができる。

前記第４の手段においては、開口部のシール性を向上させてトナー漏れを確実に防止することができる。

前記第５の手段乃至第７の手段においては、トナーのパッキング防止効果、あるいはトナー汲み上げ方式における初期濃度低下防止効果を向上させた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。

次に本発明の一実施形態に係る現像装置について、これを備えた電子写真画像形成装置を例示して説明する。尚、ここでは、まず参考例としてトナー収納部と現像部との間に位置する開口部の関係について説明し、次に前記開口部と現像剤担持体の内部に設けられたマグネットによる取り込み磁極がトナーを保持できる範囲との関係を含めた本発明の実施形態について説明する。

〔第１参考例〕
まず、第１参考例に係る現像装置を備えた画像形成装置の全体構成について説明し、次に現像装置の構成について説明する。

｛装置全体構成｝
図１は画像形成装置の全体模式説明図である。この画像形成装置はプリンタエンジンとしての画像形成装置本体（以下単に「装置本体」という）101を備えている。

装置本体101の内側には、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下「感光体ドラム」という）を備えている。感光体ドラム111は、長手方向（軸方向）の一方の端部に感光体ドラムギヤ211（図３参照）が固定されている。感光体ドラム111は、この感光体ドラムギヤ211に駆動手段（不図示）から駆動力が伝達されることにより、軸を中心に図１中の矢印Ｒ1方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。

感光体ドラム111は、その表面が帯電装置としての帯電ローラ103によって帯電される。帯電ローラ103は、感光体ドラム111表面に接触配置されており、感光体ドラム111の矢印Ｒ1方向の回転に伴って従動回転する。帯電ローラ103には、帯電バイアス印加電源（不図示）によって、例えば交流電圧と直流電圧とが重畳された帯電バイアスが印加される。これにより、感光体ドラム111表面が所定の極性、所定の電位に均一に帯電される。

帯電後の感光体ドラム111表面は、露光装置102によって静電潜像が形成される。露光装置102は図示しないレーザスキャナ、ポリゴンミラー、反射レンズ等を有しており、画像情報に基づいたレーザ光を感光体ドラム111表面に照射して照射部分の電荷を除去し、静電潜像を形成するものである。

こうして感光体ドラム111表面に形成された静電潜像は、本発明に係る現像装置８によってトナーが付着され、トナー像として現像される。なお、現像装置８については、後に詳述する。

感光体ドラム111表面に形成されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ110によって転写材114上に転写される。転写ローラ110は感光体ドラム111表面に圧接されて転写ニップ部を構成し、感光体ドラム111の回転に伴って従動回転する。この転写ニップ部によって転写材114を狭持搬送する。この転写材114は、給送カセット117に収納され給送ローラ116やレジストローラ（不図示）等によって感光体ドラム111上のトナー像と同期をとって転写ニップ部に供給されたものである。転写材114の狭持搬送と同時に、転写ローラ110に、転写バイアス印加電源（不図示）によって感光体ドラム111上のトナー像と逆極性の転写バイアスが印加され、これにより、感光体ドラム111上のトナー像が転写材114上に転写される。

感光体ドラム111は、転写材114に対するトナー像の転写後に表面に残ったトナーがクリーニング装置112のクリーニングブレード113によって除去され、次の画像形成に供される。

一方、トナー像転写後の転写材114は、定着装置115に搬送され、加熱、加圧を受けて、表面のトナー像が定着され、トナー像定着後の転写材114は装置本体101外部に排出されて画像形成が完了する。

｛現像装置｝
次に感光体ドラム111に形成した潜像をトナー現像する現像装置８の構成について説明する。

図２は第１参考例に係る磁性一成分トナーを用いた現像装置の縦断面説明図であり、内部にトナーを収納するトナー収納部104とトナーを感光体ドラム111へ供給する現像部108を備えている。現像部108は、前側の下部に開口108ａを有し、ここにトナー担持体としての現像スリーブ105が配設されている。なお、以下の説明では、現像装置８における感光体ドラム111に対向する側（図２中の左側）を前側、また、感光体ドラム111から遠い側を後側（図２中の右側）というものとする。

現像スリーブ105は、アルミニウムやステンレススチールのパイプによって形成された非磁性スリーブであり、現像部108によって矢印Ｒ2方向に回転自在に支持されている。現像スリーブ105は、その長手方向（軸方向）の両端部に、図３に示すように、コロ209が固定されており、これらのコロ209を感光体ドラム111に当接させることにより、感光体ドラム111表面との間に所定のギャップ（間隙）を確保するようにしている。

また、現像スリーブ105の一方の端部には、現像スリーブギヤ212が固定されており、この現像スリーブギヤ212に、前述の感光体ドラムギヤ211から駆動力が伝達され、これにより、現像スリーブ105は回転駆動される。現像スリーブ105の表面は、所望量のトナーを担持し搬送することができるように、適切な表面粗さに加工されている。また、現像スリーブ105の内側にはマグネット106が配設されている。

マグネット106は、円筒状に形成されており、その周方向にＮ極とＳ極が交互に複数個形成されている。マグネット106は、現像スリーブ105が矢印Ｒ2方向に回転するのとは異なり、現像スリーブ105の内側に固定的に配設されている。

上述の現像スリーブ105表面には、トナー規制部材としての弾性ブレード107ａが当接されている。弾性ブレード107ａは、例えばウレタンゴムやシリコーンゴム等によって板状に形成されたものであり、その基端部が支持板金107ｂに固定されるとともに、その先端部を現像スリーブ105表面に所定の圧力で当接させて弾性変形している。弾性ブレード107ａは、上述のマグネット106の磁力によって現像スリーブ105表面に引き付けられたトナー109の厚層を規制するものである。

現像スリーブ105表面に担持されたトナーは、現像スリーブ105の矢印Ｒ2方向の回転によって搬送されることによるトナー相互の摩擦帯電及び弾性ブレード107ａによって層厚が規制される際の現像スリーブ105と弾性ブレード107ａ間での摺擦による摩擦帯電により、適切な電荷が付与され、さらに感光体ドラム111表面に対向する現像領域へと搬送されていく。このとき、現像ブレード105には、交流電源と直流電源によって、交流と直流とが重畳された現像バイアスが印加される。これにより、現像スリーブ105上のトナーが現像領域において感光体ドラム111に飛翔して静電的に静電潜像に付着され、静電潜像をトナー像として現像するものである。

トナー搬送部材７はトナー収納部104内のトナーをほぐし、かつ、現像部108にトナーを搬送する送り手段としてトナー収納部104内に配置されている。トナー搬送部材７は、図４に示すような形状をしており、樹脂材料で構成されるバックアップ付の軸棒部材701とＰＰＳシート702から構成されている。そして、その両端部を回転中心とし、図２中の矢印Ｒ4方向に回転させる。トナー搬送部材７を回転させるための駆動力は、例えば前述の現像スリーブギヤ212（図３参照）からギヤ列で適当な回転速度に落とすことで利用するのが一般的である。

ここで、本参考例における現像装置８の構成部材の一例を、具体的な数値を挙げながら説明する。

現像スリーブ105は、直径12mmの非磁性アルミスリーブである。現像スリーブ105の表面は、トナーの搬送及びトリボ付与を行うために導電性粒子を含有する樹脂層でコートされており、表面粗さがＪＩＳ規格のＲａで通常、平均0.4〜3.5μmとなるように形成されている。本参考例では平均Ｒａ1.6μmのものを用いた。

マグネット106としては、その周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置された４極のマグネットロールが使用され、現像スリーブ105内部に固定的に配置されている。

弾性ブレード107ａとしては、ＪＩＳ規格硬度65°程度のシリコーンゴムを現像スリーブ105表面に対して当接力が約196mN/cm〜392mN/cm(約20gf/cm〜40gf/cm)（現像スリーブ105の長手方向についての１cm当たりの当接荷重）となるように当接されている。

トナーは負帯電性の磁性一成分トナーが用いられる。成分としては、結着樹脂としてスチレンｎ−ブチルアクリルレート共重合体100重量部に、磁性体粒子80重量部、モノアゾ系鉄錯体の負電荷制御剤２部、ワックスとして低分子ポリプロピレン３部を140℃に加熱された２軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物を風力分級して、重量平均6.8μmの分級品を得る。平均粒径6.8μmの分級品に疎水性シリカ微紛体1.2重量部をヘンシェルミキサーで混合し、トナーを得る。そして、重量平均粒径が3.5〜７μmの範囲のものが用いられる。このようなトナーを、上述構成の現像装置８に使用した場合、現像スリーブ105上のトナーコート量は約0.5mg/cm²〜2.0mg/cm²程度になる。

ここで、トナーの重量平均粒径について説明する。測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−II型（コールター社製）を用い、電解液は１級塩化ナトリウムを用いて１％NaCl水溶液を調整する。測定法としては、上述の電解溶水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤を0.1〜0.5ml加え、さらに、測定試料を２〜20ml加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で分散処理を行い、上述のコールターカウンターにより、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、個数を基準として粒度分布を測定する。これにより、重量平均粒径が求められる。そして、本参考例の現像装置においては、重量平均粒径が10μm以下のものが後述するパッキング防止や初期濃度低下防止効果を得る上で好ましい。

現像スリーブ105に印加される現像バイアスは、例えば感光体ドラム111と現像スリーブ105とのギャップが300μm程度であった場合、直流電圧：Ｖ_DC＝−550Ｖと、交流電圧：矩形波Ｖpp＝1500Ｖ、周波数2200Ｈｚとを印加する。

なお、感光体ドラム111表面は、帯電ローラ103によって、暗電位Ｖ_D＝−650Ｖに帯電され、その後のレーザ露光により露光部の電位、つまり明部電位Ｖ_L＝−150Ｖとなるようにした。これにより、感光体ドラム111表面のうち明部電位Ｖ_Lの部分に、上述の負帯電性のトナーを付着させる、いわゆる反転現像を行った。

｛パッキング防止構成｝
次に、本参考例の特徴であるパッキング防止構成について説明する。本参考例では、トナー収納部104と現像部108との間に位置する開口部において、図５に示すような形状をとっていることを大きな特徴としている。なお、図５は第１参考例における開口部200の拡大説明図である。

図５において、開口部上端において現像スリーブ105から最も近い点をＡとし、この点Ａと現像スリーブ105の軸中心とを結ぶ線分の長さをｐ、点Ａと現像スリーブ105の軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをａとする。

また、開口部下端において現像スリーブ105から最も近い点をＢとし、点Ｂと現像スリーブの軸中心とを結ぶ線分の長さをｑ、点Ｂと現像スリーブの軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをｂとする。さらに、前記点Ａから水平面への垂線とトナー収納部の枠体内部との交点をＣとする。

本参考例において、マグネット106は点Ａと点Ｂの間に現像器へのトナー取り込み極Ｓ2がピーク極を有し、点Ｃは点Ｂよりも15mm下方に位置し、点Ａは現像スリーブ105の軸中心を含む水平面よりも６mm下方に位置し、ｐ＝30mm、ｑ＝20mm、ａ＝25mm、ｂ＝15mmとなり、ｂ＜ａ＜ｐを満たす関係になっている。

また、本参考例においてはトナー収納部104内のトナー搬送部材７の軸中心は現像スリーブ105の軸中心よりも下方に配置された構成であり、トナーをトナー収納部から汲み上げて現像部108に供給する、トナー汲み上げ方式の現像装置となっている。

このような構成をとることによって、図６に示すように、トナー収納部104から取り込まれ、現像部108内において弾性ブレード107ａ周辺を循環したトナーが、重力方向に自由落下してトナー収納部104に戻る分と、マグネット106の取り込み極の磁力によって現像部108に戻る分に分かれて再び循環するという状態が生じる。なお、図６中における矢印はトナーの循環を表している。

上記のように、現像部108とトナー収納部104の間の開口部200の形状を所定の斜め形状に構成することにより、トナーの重力及びマグネットの磁力によって現像部108でのトナーの循環とトナー収納部104へのトナー落下が生じ、従来の現像装置よりも安価、且つ容易な構成によってトナーのパッキングを防止することができる。また、上記構成にあっては、初期状態におけるトナーの帯電立ち上がりにも有利である。

〔第２参考例〕
次に第２参考例に係る現像装置について説明する。なお、現像装置の基本構成やこれが用いられる画像形成装置の構成は前述した第１参考例と同様であるため、ここでは第１参考例と同様の機能を有する部材は同一符号を付して説明を省略し、第１参考例と異なる部分についてのみ説明する。

図７は第２参考例に係る現像装置の縦断面説明図である。本参考例の現像装置は、第１参考例の現像装置と異なり、トナー収納部104内におけるトナー搬送部材７の軸中心が現像スリーブ105の軸中心よりも上方に配置されている。

前述した第１参考例では、トナー収納部104内のトナー搬送部材７の軸中心は現像スリーブ105の軸中心よりも下方に配置された構成であり、トナーをトナー収納部104から汲み上げて現像部に供給していた。しかし、本参考例では、図７に示すように、トナー収納部104内のトナー搬送部材７の軸中心は現像スリーブ105の軸中心よりも上方に配置されており、トナー収納部104内のトナーの自重が開口部200にまで影響を及ぼす構成となっている。このため、従来の現像装置の構成に類似しているが、現像部108とトナー収納部104の間の開口部200の形状を前述した第１参考例で説明したような斜め形状（ｂ＜ａ＜ｐ）にすることにより、パッキング防止に対して従来の構成よりも有利となっている。

〔第１実施形態〕
次に本発明の第１実施形態に係る現像装置について説明する。なお、本実施形態においても現像装置の基本構成やこれが用いられる画像形成装置の構成は前述した第１参考例と同様であるため、ここでは第１参考例と同様の機能を有する部材は同一符号を付して説明を省略し、第１参考例と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態はトナー汲み上げ方式の現像装置であっても初期濃度が低下することがないように構成したものである。そのために、本実施形態ではトナー収納部104と現像部108との間に位置する開口部200の形状を、図８に示すように構成していることを特徴としている。なお、図８は第１実施形態に係る現像装置の開口部を示す説明図である。

本実施形態にあっても第１参考例の場合と同様に、現像スリーブ105から開口部上端の最も近い点をＡとし、この点Ａと現像スリーブ105の軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをａとする。同様に、開口部下端において現像スリーブ105から最も近い点をＢとし、点Ｂと現像スリーブの軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをｂとする。また、点Ａから水平面への垂線とトナー収納部の枠体内部との交点をＣとする。

さらに、本実施形態では法線方向磁束密度分布のピーク位置を最も開口部200に近くに有する取り込み磁極が前記トナーを保持できる範囲において、点Ａと最も近い点をＤとし、この点Ｄと現像スリーブ105の軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをｄとする。そして、Ｘ＝ａ−ｄと規定する。

次に上記構成の現像部108でのトナーの循環について図９を用いて説明する。図９において、現像部108内におけるトナーの循環を矢印で表している。トナー収納部104から現像部108に取り込まれたトナーは、狭い現像部108内の小さな循環に寄与しているが、点Ａと点Ｄの間付近において、自重によってトナー収納部内に落下するトナーＴ2と、取り込み磁極によって再び取り込まれて現像部内の循環に寄与するトナーＴ1とに分かれるような循環をしている。使用されたマグネット106における取り込み極の法線方向磁束密度分布のピーク位置をＳ2に示す。

上述のメカニズムより、初期濃度立ち上がりを良化させるには、自重によってトナー収納部104内に落下するトナーの量を減らし、取り込み磁極によって再び取り込まれて現像部108内の循環に寄与するトナーの量を増やし、現像部108内での循環に寄与する時間を増やすことが重要であると考えられる。

しかし、自重によってトナー収納部104内に落下するトナーの量を減らすには、上述のＸの値を減らすような構成にすれば良いが、逆に、Ｘの値が小さ過ぎると、現像スリーブ105へのトナーの供給が不足し、フェーディング（ベタ黒などの高印字画像に追従できない現象。）を起こす可能性がある。

｛実験結果｝
ここで、自重によってトナー収納部104内に落下するトナーの量を規制するＸの値に関する最適構成を設計する上での一例である、開口部200の上端における点Ａの位置を変更した実験した結果を示す。

図10に示すように、マグネット106を固定した上で、つまり、法線方向磁束密度分布のピーク位置を最も開口部200に近くに有する取り込み磁極が前記トナーを保持できる範囲において、点Ａと最も近い点Ｄを略一定の位置に固定し、Ｘの値を種々に変化させ、すなわち、開口部上端における点Ａの位置を図10の(1)、(2)、(3)と変化させて、各位置での現像装置８の初期濃度の現像特性を調べた。なお、使用されたマグネット106における取り込み極の法線方向磁束密度分布のピーク値は約600ガウスであり、ピーク位置は図10内のＳ2に示す通りである。

なお、「Ｓ2極が磁性トナーを保持することが可能な範囲」とは、マグネットローラ106を内包した現像スリーブ105をトナーの入った容器の中に入れ、Ｓ2極を重力方向に向けた状態でゆっくり引き上げた時、実際に磁力によってトナーが付着している範囲について「Ｓ2極が磁性トナーを保持することが可能な範囲」と定めた。

上述の３点(1)、(2)、(3)と点Ｄとの距離Ｘは、それぞれ、(1)2.0mm、(2)5.0mm、(3)10mmである。本実施形態において、点Ｃは点Ｂよりも15mm下方に位置し、点Ａは現像スリーブ105の軸中心を含む水平面よりも６mm下方に位置し、ａ＝25mm、ｂ＝15mmを満たす関係になっている。

また、本実施形態においては第１参考例と同様に、トナー収納部104内のトナー搬送部材７の軸中心は現像スリーブ105の軸中心よりも下方に配置された構成であり、トナーをトナー収納部104から汲み上げて現像部に供給している。

この実験においては、開口部上端における点Ａの位置による初期濃度薄への効果と、予想される弊害である現像スリーブ105へのトナー供給不足から生じるフェーディングの発生に着目した。詳細な実験内容は以下の通りである。

（実験条件）

実験環境：温度15℃、湿度10%

画像形成装置（感光体ドラム111）のプロセススピード：80mm/sec

（実験方法）

開口部上端における点Ａの位置を変化させて各位置での現像装置８において、印字率1.25パーセントの横線画像を100枚連続で出力する。

次に、べた黒を１枚出力し、画像濃度を測定する。濃度測定は、マクベス反射濃度計（マクベス社製）を用いた。

その後、べた黒を30枚出力し、フェーディング発生の有無、及びその程度をサンプルを見て判断する。

上述の実験における結果は図11の表に示す通りであった。この図11から、開口部上端における点Ａの各位置と濃度の関係は、Ｘの値が小さい程、濃度が高い傾向にあることが解る。また、開口部上端における点Ａの各位置とフェーディングの関係は、(1)の位置で発生しており、(2)、(3)の位置においての発生は無かった。

以上の実験は、図10に示すように、マグネット106（Ｓ2は磁極のピーク位置）を固定した上で、つまり、点Ｄを略一定の位置に固定し、Ｘの値を種々に変化させて、各位置での現像装置８の初期濃度の現像特性を調べた。また、逆に、開口部上端における点Ａの各位置を固定した上で、マグネット106における取り込み極の法線方向磁束密度分布のピーク値を種々に変化させる、または、取り込み極のピーク位置を変化させることによって、トナーを保持できる範囲を種々に変化させるという実験においても同様な結果に至る。

以上の結果より、トナー循環から予想される初期濃度立ち上がりとフェーディング有無に関する論理的考察と、開口部上端における点Ａの各位置と初期濃度立ち上がりとフェーディング有無に関する実験結果を踏まえた上で、Ｘが２mm以下の場合はフェーディングが発生し、10mm以上の場合は初期濃度が薄くなってしまうことから、２mm＜Ｘ＜10mmを満たす構成が最適な構成であるという結論に至った。

〔第２実施形態〕
次に第２実施形態に係る現像装置について説明する。なお、本実施形態においても現像装置の基本構成やこれが用いられる画像形成装置の基本構成は前述した第１参考例と同様であるため、ここでは第１参考例と同様の機能を有する部材は同一符号を付して説明を省略し、第１参考例と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態の特徴は、前述した各実施形態で説明した現像装置８を、感光体ドラム、クリーニング装置、帯電ローラ（帯電装置）とともに一体型のカートリッジ容器内に設けてプロセスカートリッジ６を構成し、このプロセスカートリッジを装置本体に対して着脱自在に装着可能としたことにある。

図12はプロセスカートリッジの一例を示す縦断面説明図であり、また、図13はプロセスカートリッジを画像形成装置の装置本体101に装着した様子を示す縦断面説明図である。

本実施形態では、前述した実施形態の構成を有する現像装置８と、感光体ドラム111とクリーニング装置112と帯電ローラ（帯電装置）103とを、一体型のカートリッジ容器６によって一体化してプロセスカートリッジ６を構成している。そして、装置本体101側には、前記プロセスカートリッジ６を装着するための装着手段が設けられており、これによってプロセスカートリッジ６を装着して画像形成可能となっている。

そして、現像装置８がトナー109を使い切ったときに他の感光体ドラム111や帯電ローラ103やクリーニング装置112もほぼ同時に寿命を迎えるよう設計されている。従って、ユーザはプロセスカートリッジ６内のトナーがある間は常に安定した画像を得ることができ、しかも一体型であるために、その交換も容易に行うことができるという利点がある。

そして、プロセスカートリッジ６内の現像装置８に前述した実施形態で説明した現像部108とトナー収納部104の間に存在する開口部200を適当な構成にすることによって、プロセスカートリッジ本来の利点に加えて、パッキングや初期濃度低下を容易に防止できるという利点が加わるのである。

また、本実施形態のプロセスカートリッジは、出荷に際して開口部200をシール部材で密封することによって運搬時のトナー漏れを防止している。このため、前記現像スリーブ105の軸に対する垂直断面において、前記点Ａと前記点Ｂを結ぶ直線がトナー収納部104の枠体における前記開口部200を密封するシール部材装着面と略平行となるように構成することで、シール性を向上させトナー漏れを確実に防止している。

なお、本実施形態ではプロセスカートリッジとして感光体ドラム111と現像装置８のみならず、帯電装置やクリーニング装置も一体化した例を示したが、プロセスカートリッジの形態としては、感光体ドラム111に作用するプロセス手段として少なくとも現像装置８を有するものであれば、そのプロセスカートリッジによってパッキング防止や初期濃度低下を防止することは可能である。

第１参考例に係る画像形成装置の全体模式説明図である。 第１参考例に係る磁性一成分トナーを用いた現像装置の縦断面説明図である。 感光体ドラムと現像スリーブの駆動伝達及び間隔保持構成の説明図である。 トナー収納部に配置されたトナー搬送部材の説明図である。 第１参考例における開口部の拡大説明図である。 第１参考例における現像部内でのトナーの循環を示す説明図である。 第２参考例に係る現像装置の縦断面説明図である。 第１実施形態に係る現像装置の開口部を示す説明図である。 第１実施形態における現像部内でのトナーの流れを示す説明図である。 開口部上端位置を変化させて実験した現像装置の構成を示す説明図である。 実験結果を示す表である。 プロセスカートリッジの一例を示す縦断面説明図である。 プロセスカートリッジを画像形成装置の装置本体101に装着した様子を示す縦断面説明図である。 従来技術に係る画像形成装置の説明図である。 従来技術に係る現像装置の説明図である。 従来の撹拌方式と汲み上げ方式の現像装置における初期濃度の変化を示すグラフである。

符号の説明

６ …プロセスカートリッジ
７ …トナー搬送部材
８ …現像装置
101 …装置本体
102 …露光装置
103 …帯電ローラ
104 …トナー収納部
105 …現像スリーブ
106 …マグネット
107ａ …弾性ブレード
107ｂ …支持板金
108 …現像部
108ａ …開口
109 …トナー
110 …転写ローラ
111 …感光体ドラム
112 …クリーニング装置
113 …クリーニングブレード
114 …転写材
115 …定着装置
116 …給送ローラ
117 …給送カセット
200 …開口部
209 …コロ
211 …感光体ドラムギヤ
212 …現像スリーブギヤ
701 …軸棒部材
702 …ＰＰＳシート

Claims (7)

1. 電子写真感光体に磁性現像剤を供給するための現像剤担持体と前記現像剤担持体の内部に設けられたマグネットとを有する現像部と、収納した現像剤を前記現像部へ送るための送り手段を有する現像剤収納部と、前記現像部と前記現像剤収納部の間に開口部を有し、画像形成装置に装着された状態で用いられる現像装置において、
   前記現像剤担持体の軸に対する垂直断面において、
   前記開口部上端において前記現像剤担持体から最も近い点をＡとし、
   前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ａと前記現像剤担持体の軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをａと規定し、
   前記開口部下端において前記現像剤担持体から最も近い点をＢとし、
   前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ｂと前記現像剤担持体の軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをｂと規定し、
   前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ａから水平面への垂線と現像剤収納部の枠体内部との交点をＣと規定し、
   法線方向磁束密度分布のピーク位置を最も前記開口部に近くに有する、前記マグネットの取り込み極が、前記現像剤を保持できる範囲において前記点Ａと最も近い点をＤと規定し、
   前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ｄと前記現像剤担持体の軸中心とを結ぶ線分が水平面上に投影される線分の長さをｄと規定し、
   Ｘ＝ａ−ｄと規定したとき、
   前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ａは前記現像剤担持体の軸中心を含む水平面よりも下方に位置し、
   前記現像装置が前記画像形成装置に装着された状態で、前記点Ｃは前記点Ｂよりも下方に位置し、
   ｂ＜ａを満たし、
   ２mm＜Ｘ＜10mmを満たす
   ように構成したことを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤収納部は前記現像部よりも下方に底面を有し、前記現像剤収容部から前記現像部に前記現像剤を汲み上げて補充することを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像剤は、重量平均粒径が10μm以下の一成分磁性トナーであることを特徴とする請求項２記載の現像装置。
4. 前記現像剤担持体の軸に対する垂直断面において、
   前記点Ａと前記点Ｂを結ぶ直線が前記現像剤収納部の枠体における前記開口部を密封するシール部材装着面と略平行であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記画像形成装置の装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
   電子写真感光体と、
   前記電子写真感光体に作用するプロセス手段として、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の現像装置と、
   を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
6. 記録媒体に画像を形成するための画像形成装置において、
   請求項５に記載のプロセスカートリッジと、
   前記プロセスカートリッジを装着するための装着手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
7. 記録媒体に画像を形成するための画像形成装置において、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置。

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