JP4217671B2

JP4217671B2 - 現像装置

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Publication number: JP4217671B2
Application number: JP2004231745A
Authority: JP
Inventors: 孝太有元; 茂田中; 慎也鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: CN100428070C; JP2006047884A; US7426360B2; CN1731294A; US20060029432A1

Description

本発明は複写機やプリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を用いた画像形成装置にて用いられる現像装置に関するものである。

従来、例えば電子写真方式を用いた画像形成装置、その中でも特に有彩色の画像形成を行う画像形成装置において、非磁性トナー（トナー）と磁性キャリア（キャリア）を混合して現像剤として使用する二成分現像方式が広く利用されている。二成分現像方式は、現在提案されている他の現像方式と比較して、画質の安定性、装置の耐久性などの長所を備えている。

二成分現像方式を用いた現像装置（二成分現像装置）では、像担持体にトナーを供給して現像を行うと、現像剤中におけるトナー濃度（トナーとキャリアとの割合、或いは現像剤全体に対するトナーの割合）が次第に低下する。このトナー濃度低下を防止するためには、新たなトナーを補給する必要がある。トナーを補給する際に、キャリアをも含む二成分現像剤を補給することもある。

図１２は従来の一般的な二成分現像装置を示す。このような二成分現像装置に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が挙げられる。

現像装置２０１は、現像剤を収容する現像容器２０２を有する。現像容器２０２の、被現像体たる像担持体に対向する一部分は開口している。この開口部から一部露出するようにして、像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体としての現像スリーブ２１１が回転可能に配置されている。現像容器２０２は、現像室（第１現像剤収容室）２２１と攪拌室（第２現像剤収容室）２２２とを有する。現像室２２１は、現像スリーブ２１１の軸方向に沿って配置され、その中に収容された現像剤が現像スリーブ２１１に供給される。攪拌室２２２においては、補給されたトナーと現像容器２０２内の現像剤とが混合攪拌されながら、現像室２２１とは逆方向に搬送される。現像室２２１と攪拌室２２２とは、隔壁２２５によって区画されている。しかし、隔壁２２５の長手両端部には現像剤の通過を許す第１連絡路（連結部）２２３、第２連絡路（連結部）２２４が形成されている。そして、現像室２２１と攪拌室２２２とのそれぞれに、現像剤の搬送及び攪拌を行う搬送部材（現像剤搬送攪拌部材）として第１スクリュー２１３、第２スクリュー２１４が配設されている。これにより、第１連絡路２２３、第２連絡路２２４を介して、現像室２２１と攪拌室２２２との間で現像剤が循環する現像剤循環経路が形成される（図中矢印Ｄ方向）。

現像容器２０２には、トナーを補給するためのトナー補給口が設けられている。トナー補給位置Ｔにおいて、通常、重力による落下で現像容器２０２内に補給されたトナーは、攪拌室２２２において現像容器２０２内の現像剤と攪拌される。これにより、補給されたトナーはキャリアと接触して摩擦帯電する。

しかし、攪拌室２２２における攪拌が不十分な場合は、補給されたトナーが十分に帯電されないまま、現像剤が第１連絡路２２３より現像室２２１へ搬送される。そして、この帯電が不十分なトナーが現像動作に用いられると、画像白地部（本来トナーが付着すべきではない像担持体上の領域）にトナーかぶりが発生し、画像品位の低下を招くことがある。

このようなトナーかぶりを防止するために、従来の現像装置２０１では、攪拌室２２２におけるトナー補給位置Ｔから第１連絡路２２３までの距離（以下「攪拌距離」という。）Ｌ１を適宜設定することが一般的である。しかしながら、この場合、現像剤循環経路長手方向距離（即ち、現像スリーブ２１１の軸方向（長手方向）における現像室２２１、攪拌室２２２の長さ：以下「長手搬送距離」ともいう。）Ｌ２が長くなることが多い。このため、現像装置２０１の小型化、延いては画像形成装置全体の小型化を阻害する要因となっている。

近年の有彩色の画像に対するニーズの高まりによって、有彩色の画像形成を行う画像形成装置においても、装置の低コスト化とともに小型化が求められるようになっている。

攪拌室２２２における長手搬送距離Ｌ２に要求される長手方向の最小長とは、像担持体上に形成される静電像の、現像剤循環経路長手方向にほぼ沿う方向の幅、即ち、現像領域（以下「画像形成幅」という。）Ａに他ならない。つまり、画像形成幅Ａに相当する幅だけ現像スリーブ２１１上に現像剤を供給すれば良いのである。通常、画像形成幅Ａは、ほぼ現像スリーブ２１１が現像剤を保持する軸方向（長手方向）長さに相当する。

ところで、特許文献２は、図１３及び図１４に示すように、第２スクリュー３２７を、第１スクリュー３２６に対して傾斜して設ける構成を開示している。そして、特許文献２に記載の現像装置では、第１スクリュー３２６の現像剤搬送方向下流側端部と第２スクリュー３２７の現像剤搬送方向上流側端部との間に、第１スクリュー３２６により搬送されてきた現像剤を第２スクリュー３２７へと落下する現像剤落下空間３３４を形成する。又、現像剤落下空間３３４の下方には、現像剤を第２スクリュー３２７へと案内する傾斜面３３５を設ける。現像剤及び補給トナーは、現像剤落下空間３３４を通して傾斜面３３５上に落下する。そして、傾斜面３３５上で現像剤と補給トナーとが重ね合わされて攪拌され、傾斜面３３５を滑って第２スクリュー３２７の現像剤搬送方向上流側端部に搬送される。これにより、後述する補給トナーの取り込み性能の向上を図ろうとしている。

しかしながら、特許文献２に記載される現像装置では、第２スクリュー３２７から第１スクリュー３２６に現像剤を受け渡す第１連絡路までに補給トナーを十分に帯電するため、攪拌距離Ｌ１が画像形成幅Ａよりも長く、当然、攪拌室内の長手搬送距離Ｌ２も画像形成幅Ａよりも長くなり、現像装置は不必要に大きくなっている。

又、特許文献２に記載される現像装置では、第１スクリュー３２７の下部に形成される現像剤落下空間３３４に補給トナーを落下させる。このため、トナー補給口３３６の直下の第１スクリュー３２６の近傍には現像剤がほとんど無い。その結果、現像スリーブ３２５に現像剤を安定して供給することが不可能となり、この領域ではトナー現像を行うことができない。従って、少なくとも現像剤落下空間３３４の長さに相当する距離だけ、攪拌室内の長手搬送距離Ｌ２が画像形成幅Ａよりも長くなる。

更に、特許文献２に記載される現像装置では、回転する第１スクリュー３２６上に補給トナーが落下する。このため、補給トナーが第１スクリュー３２６の現像剤搬送の上流方向に飛散し、逆流現象が発生すると考えられる。この逆流する補給トナーは、十分に帯電されていないため、現像スリーブ３２５上に搬送されると、画像白地部へトナーかぶりが発生する。そのため、特許文献２に記載される現像装置では、現像剤落下空間３３４の長さに加えて、補給トナーが逆流する距離だけ、長手搬送距離Ｌ２が必要以上（画像形成幅Ａ以上）に長くなってしまう。
特開昭５５―３２０６０号公報特開２００３―５５１９号公報

本発明の目的は、現像容器内の現像剤循環経路の長手方向距離を、画像不具合を伴うことなく小型化することを可能とする現像装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る現像装置にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体上に形成された静電像を現像剤担持体に担持したトナー及びキャリアを含む現像剤で現像する現像室、及び前記現像室との間で現像剤循環経路を構成し現像剤補給を受ける攪拌室を備える現像容器と、前記現像室と前記攪拌室との間で現像剤を循環させる循環手段と、を有する現像装置において、
前記現像剤担持体の軸方向において、前記像担持体上に形成される静電像の領域と重なる領域に、前記現像室の現像剤搬送方向下流側端部の側部から前記攪拌室の現像剤搬送方向上流側端部の側部に連絡する連絡路を有し、
前記連絡路から前記攪拌室へ現像剤が落下するように前記連絡路の底面の高さよりも前記攪拌室の現像剤搬送方向上流側端部の剤面の高さを低くし、
前記連絡路から前記攪拌室に落下する現像剤に対して補給現像剤が直接落下するように前記攪拌室の上方に現像剤補給口を設けたことを特徴とする現像装置である。

本発明によれば、現像容器内の現像剤循環経路の長手方向距離を、画像不具合を伴うことなく小型化することが可能となる。

以下、本発明に係る現像装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
［画像形成装置の全体構成及び動作］
先ず、図１を参照して、本発明を適用する画像形成装置の一実施例の全体構成及び動作について説明する。図１は、本発明を適用した画像形成装置１００の一実施例の概略断面を示す。

本実施例の画像形成装置１００は、複数の像形成手段として、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４つの画像形成部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋを備えたカラー電子写真画像形成装置である。画像形成装置１００は、画像形成装置本体１０に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータなどの外部ホスト機器、或いは画像形成装置本体１０に付属若しくは通信可能に接続された原稿読み取り装置からの画像情報信号に応じて、記録材Ｐにカラー画像を形成することができる。

先ず、画像形成装置１００の全体の動作について説明する。本実施例では、画像形成装置１００が備える各画像形成部５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｋは、基本的に同一の構成を有し、形成する画像の色が異なる。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの画像形成部に属する要素であることを示すために図中符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略し、総括的に説明する。

画像形成部５０は、像担持体として図中矢印方向に回転可能なドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）５１を有する。画像形成時には、先ず回転する感光ドラム５１の表面が、帯電手段としての一次帯電器５２によって帯電される。帯電した感光ドラム５１の表面を、各画像形成部５０に対応する色分解された画像情報信号に応じて、画像書き込み手段（露光手段）としてのレーザスキャナ５３によって走査露光する。これにより、感光ドラム５１上に対応する色の画像情報信号に応じた静電像が形成される。そして、この静電像は、現像装置１によってトナーで現像され、感光ドラム５１上にトナー像が形成される。

各画像形成部５０の感光ドラム５１に対向して無端移動可能なように、記録材搬送手段としての搬送ベルト５６が配設されている。そして、搬送ベルト５６を介して各画像形成部５０の感光ドラム５１と対向する位置には、転写手段としての転写帯電器５４が設けられている。上述のようにして感光ドラム５１上に形成されたトナー像は、転写帯電器５４により印加される転写バイアスによって、搬送ベルト５６上の記録材Ｐ上に転写される。

記録材Ｐは、記録材収容部たるカセット６１からピックアップローラ６２などの記録材供給手段によって、レジストローラ６３まで搬送される。そして、記録材Ｐは、レジストローラ６３によりここで各画像形成部５０における画像形成動作と同期するようにして搬送ベルト５６へと送り出される。

例えば、フルカラー画像を形成する場合、上述のような画像形成動作を、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成部５０において行う。これにより、搬送ベルト５６上を搬送される記録材Ｐに、順次トナー像が転写され、記録材Ｐ上に所望のフルカラー画像が形成される。単色画像の形成時には、所望の色を形成する画像形成部のみを用いることで、同様に記録材Ｐにトナー像を形成することができる。

その後、記録材Ｐは搬送ベルト５６から剥離され、定着装置６４に搬送される。定着装置６４よって加圧／加熱されることで、記録材Ｐ上に転写されたトナー像は永久画像となる。又、転写後に感光ドラム５１上に残った転写残トナーは、クリーニング手段としてのクリーニング装置５５により除去され、次の画像形成に備える。クリーニング装置５５は、ブレード状のクリーニング部材を有する。

［現像装置］
次に、図２及び図３を参照して、現像装置１について説明する。

現像装置１は、現像剤を収容する現像容器２を有する。現像容器２内には、現像剤として主に非磁性トナー（トナー）と磁性キャリア（キャリア）とを備える二成分現像剤が収容されている。

現像容器２は、感光ドラム５１に対向した一部分が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像剤担持体としての現像スリーブ１１が回転可能に配置されている。現像スリーブ１１は非磁性材料で構成され、磁界発生手段としての固定のマグネット１２を内包する。本実施例では、マグネット１２は、外周に沿って複数の磁極を有する。そして、現像動作時には、現像スリーブ１１は、図中矢印方向に回転し、現像容器２内の二成分現像剤を層状に保持して、感光ドラム５１と対向する現像領域に担持搬送する。現像スリーブ１１上に担持された現像剤は、現像領域において穂立ちした磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシは、感光ドラム５１の表面に接触又は近接させられる。これにより、感光ドラム５１の表面に形成されている静電像に応じて二成分現像剤中のトナーが感光ドラム５１側に供給され、その静電像は現像される。

通常、少なくとも現像動作時には、現像スリーブ１１に所定の現像バイアスが印加され、感光ドラム５１と現像スリーブ１１との間に形成される電界の作用により、トナーを感光ドラム５１へと転移させる。又、現像スリーブ１１上に担持する現像剤量を規制するために、現像領域より現像スリーブ１１の回転方向上流側において、現像剤量規制手段１８が設けられている。現像剤量規制部材１８は、マグネット１２と協働して磁界の作用によって現像剤層厚を規制する。

感光ドラム５１上の静電像を現像した後の現像剤は、現像スリーブ１１の回転にしたがって搬送され、現像容器２の、後述する現像室（第１現像剤収容室）２１に回収される。

現像容器２は、隔壁２５により現像室（第１現像剤収容室）２１（現像スリーブ１１に近い側）と攪拌室（第２現像剤収容室）２２（現像スリーブ１１から遠い側）とに略二分されている。隔壁２５は、現像容器２の内部の長手方向両端部側壁２６、２７までは達しておらず、これにより現像室２１と攪拌室２２との間で現像剤の通過を許す連結部、即ち、現像剤の受け渡しが行われる第１連絡路（連結部）２３及び第２連絡路（連結部）２４が形成されている。

そして、現像室２１、攪拌室２２には、現像室２１と攪拌室２２との間で現像剤を循環させる循環手段が設けられている。この循環手段は、現像室２１、攪拌室２２の長手軸線方向に沿って、それぞれ現像剤の搬送及び攪拌を行う搬送部材として第１スクリュー１３、第２スクリュー１４を有する。これら第１、第２スクリュー１３、１４により、現像剤は、現像容器２内を混合及び攪拌されながら循環する。本実施例の現像装置１における現像剤循環の方向は、現像室２１で図２の紙面奥側から手前側に向かう方向、攪拌室２２で図２の紙面手前側から奥側に向かう方向である（図３中矢印Ｄ方向）。

又、現像容器２の攪拌室２２の上方には、少なくともトナーを含有する補給現像剤を収容する現像剤カートリッジ５と連結される現像剤補給口２８が設けられている。そして、画像形成によって消費された分のトナーは、図示しないトナーカートリッジ３内の攪拌部材の回転力と重力によって、トナーカートリッジ３から現像剤補給口２８を通過して、現像容器２内に補給される。トナー補給量は、トナー濃度検知手段として、例えば、現像装置１に設けられた反射型光センサ１９の検知信号、或いは色毎の画像情報信号に基づく画素毎の濃度情報から演算（積算）されるトナーの消費量情報などに基づいて求められる。求められたトナー補給量に応じて、適宜、必要なトナー量が現像容器２に補給される。

ここで、本実施例にて用いられる二成分現像剤について説明する。上述のように、現像装置１には、主に非磁性トナー（トナー）と磁性キャリア（キャリア）とを備える二成分現像剤が収容されている。初期状態の現像剤中のトナー濃度は７重量％である。但し、この値はトナーの帯電量、キャリア粒径、画像形成装置の構成などで適正に調整されるべきものであって、必ずしもこの数値に従わなければならないものではない。

トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂を用いて、例えば粉砕法により製造したものを好適に使用し得る。又、トナーの体積平均粒径は５μｍ以上、９μｍ以下が好ましい。本実施例では７．２μｍであった。

又、キャリアは、例えば表面酸化或いは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能である。これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、キャリアは、重量平均粒径が２０〜５０μｍ、好ましくは３０〜４０μｍであり、抵抗率が１０⁷Ωｃｍ以上、好ましくは１０⁸Ωｃｍ以上である。本実施例では、１０⁸Ωｃｍのものを用いた。

［現像剤の循環経路］
次に、本実施例にて特徴的な、現像剤循環経路とトナー補給位置について詳しく説明する。

図２及び図３を参照して、本実施例では、第１スクリュー１３及び第２スクリュー１４は、それぞれ現像室２１、攪拌室２２の長手軸線方向と略平行に設けられた回転軸１３ａ、１４ａと、その周りに設けられたスパイラル形状の搬送部（翼部，スパイラル部材）１３ｂ、１４ｂとを有する。

第１、第２スクリュー１３、１４は、回転軸１３ａ、１４ａの直径が６ｍｍである。そして、直径（回転軸方向に見たときの搬送部１３ｂ、１４ｂの回転よって形成される外接円の直径）が１６ｍｍのスパイラル形状の搬送部１３ｂ、１４ｂが、回転軸方向に１５ｍｍ間隔で軸周面上に配設されている。又、第１、第２スクリュー１３、１４の夫々の現像剤搬送方向下流端部に返し部材１５、１６を設けることで、現像剤搬送方向とは逆方向に現像剤を押し戻し、第１、第２連絡路２３、２４における現像剤の受け渡しを円滑にしている。尚、本実施例では、第１スクリュー１３及び第２スクリュー１４は、図２中反時計方向に回転する。

本実施例の現像装置１では、攪拌室２２（より詳しくは攪拌室２２の底面（底部）２２ａ）は、現像剤搬送方向上流側から下流側に向かって水平方向に対して５度上方に傾斜している（第２連絡路２４側から第１連絡路２３側に向かって登り勾配）。そして、第２スクリュー１４の回転軸１４ａは、攪拌室２２の底面２２ａと略平行に配置されており、水平方向に対して５度の傾き（現像剤搬送方向上流側から下流側に向かって登り勾配）を持って攪拌室２２に配置されている。

一方、本実施例では、現像室２１（より詳しくは現像室２１の底面（底部）２１ａ）は、現像スリーブ１１の長手全域への安定した現像剤供給のため、略水平方向、即ち、ここでは現像スリーブ１１と略平行に配置される。そして、第１スクリュー１３の回転軸１３ａは、現像室２１の底面２１ａと略平行に配置されており、略水平に配置されている。

通常、攪拌室２２と第２スクリュー１４の回転軸１４ａとは略平行に配置され、攪拌室２２と水平とが成す角度と、第２スクリュー１４と水平とが成す角度とは同じとされる。従って、以下これらを総称して「攪拌室の傾き」という。

尚、本明細書において、現像装置１の要素、例えば、現像室２１、攪拌室２２等の配向について水平方向（或いはこれに直交する垂直（鉛直）方向）と対象させる場合、現像装置１（現像容器２）、画像形成装置１００の通常使用状態におけるものである。典型的には、現像装置１（現像容器２）、画像形成装置１００の通常使用状態において、現像装置１（現像容器２）の全体としての長手軸線方向（現像スリーブ１１の長手軸線方向）が水平方向に相当する。但し、厳密に水平であることのみを意味するものではなく、現像装置１（現像容器２）、画像形成装置１００の通常使用に問題ない程度水平からずれていてもよい。

本実施例では、現像室２１の現像剤搬送方向下流端部から攪拌室２２の現像剤搬送方向上流端部へと現像剤が受け渡される連絡路、即ち、第２連絡路２４は、現像スリーブ１１の軸方向において、感光ドラム５１上に形成される静電像の領域と重なる部分を有する。更に、本実施例では、攪拌室２２の現像剤搬送方向下流端部から現像室２１の現像剤搬送方向上流端部へと現像剤が受け渡される連絡路、即ち、第１連絡路２３は、現像スリーブ１１の軸方向において、感光ドラム５１上に形成される静電像の領域と重なる部分を有する。

つまり、本実施例では、現像スリーブ１１の軸方向における現像室２１及び攪拌室２２の長さ（長手搬送距離）Ｌ２が、感光ドラム５１上に形成される静電像の領域の同方向の長さ（画像形成幅）Ａと略同長である。ここでは、長手搬送距離Ｌ２と画像形成幅Ａとは、３０５ｍｍで、ほぼ同長となっている。

そして、本実施例では、攪拌室２２から現像室２１へ現像剤を受け渡す第１連絡路２３においては、攪拌室２２の底面２２ａと現像室２１の底面２１ａとが鉛直方向同位置である。一方、現像室２１から攪拌室２２へ現像剤を受け渡す第２連絡路２４においては、攪拌室２２の底面２２ａが現像室２１の底面２１ａよりも鉛直方向下方位置にあり、且つ、攪拌室２２内における現像剤面Ｓが現像室２１の底面２１ａよりも下方にある。ここで、現像剤面Ｓとは、現像容器２内に収容された現像剤が現像容器２の内部空間と成す界面を意味する。

図４及び図５をも参照して、現像装置１の第２連絡路２４近傍における現像剤及び補給トナーの様子を更に説明する。図４は、第２連絡路２４において現像装置１を現像スリーブ１１の長手方向と直交する方向に沿って切った縦断面を示す。図５は、攪拌室２２において現像装置１を現像スリーブ１１の長手方向に沿って切った横断面を示す。

図４及び図５に示すように、現像剤は、第２連絡路２４を介して、現像室２１から攪拌室２２内へと落下することで、現像室２１から攪拌室２２へと受け渡される。そして、第２連絡路２４の近傍の攪拌室２２内には、現像室２１から攪拌室２２へ現像剤が落下する現像剤落下位置４０がある。つまり、攪拌室２２内において、第２連絡路２４を介して現像剤が現像室２１から攪拌室２２内の現像剤落下位置４０へと現像剤が落下する現像剤落下経路４０ａが形成される。

一方、補給トナーｔは、攪拌室２２の上方（第２スクリュー１４の上方）に設けられた現像剤補給口２８から攪拌室２２内に補給される。この補給トナーｔは、現像室２１から攪拌室２２内の現像剤落下位置４０へと落下する現像剤と衝突する。つまり、補給トナーｔは、現像室２１から攪拌室２２への現像剤落下経路４０ａ上へ落下し、この現像剤落下経路４０ａ上の現像剤と衝突する。補給トナーｔは、この際に生じる衝撃によって解かされた後、第２スクリュー１４上に落下する。更に、解かされた補給トナーｔ上には、絶えず現像室１２から現像剤が落下し続ける。これにより、補給トナーｔは容易に現像剤中に取り込まれる。

このように、本実施例では、攪拌室２２の上方に設けられた現像剤補給口２８から補給される補給トナーｔは、攪拌室２２内の現像剤落下経路４０ａ、即ち、攪拌室２２内における現像室２１から攪拌室２１への現像剤の連絡路２４が合流する領域上に落下させる。典型的には、攪拌室２２内の現像剤落下位置４０の垂直上方の現像剤補給口２８から、攪拌室２２内に補給トナーｔを落下させる。そのため、補給トナーｔの現像剤中への取り込み性能及び分散性能を著しく高い。

又、上述のように、本実施例では、現像室２１の底面２１ａが攪拌室２２内の現像剤面Ｓよりも鉛直方向上方に位置し、且つ、現像室２１から攪拌室２２へと落下する現像剤によるシール作用が働く。これにより、補給直後のトナーが現像室１２内へ逆流することは極めて起こり難い。

ここで、本発明の原理について更に説明する。補給したトナーをキャリアと十分に摩擦帯電させるためには、一般に、攪拌室２２に以下の３つの性能が必要である。

（１）補給トナーを現像剤中に取り込む取り込み性
（２）補給トナーを解かす分散性
（３）補給トナーを現像剤中でキャリアと混ぜ合わせる混合性
夫々について以下に説明する。

（１）一般に、現像装置へのトナー補給は現像剤循環経路を循環している現像剤上にトナーを自由落下させる方式が多い。しかし、この方式の場合、補給トナーは現像剤上を浮遊し易い。補給トナーを現像剤中のキャリアと混合するためには、先ず、現像剤上を浮遊する補給トナーを現像剤中に取り込む必要がある。そのため、一般的な現像装置では、円筒軸周面上にスパイラル形状の部材を設けた、所謂、スクリューにより補給トナーを現像剤中に取り込んでいる。更なる取り込み性の向上を図る場合には、円筒軸周面上に四角形や台形形状の部材を追加して設けることもある。

（２）一般に、トナー補給精度の安定化のために、現像装置に補給される直前のトナーにある程度の圧力を施し、ある程度凝集した状態にした後に補給することが多い。従って、補給トナーを現像剤中のキャリアと均一に混合するためには、このある程度凝集した状態のトナーを解かし、分散させる必要がある。そのため、一般的な現像装置では、上記スクリューにより、補給されたトナーを解かし、分散させている。

（３）トナーを十分に帯電させるためには、トナーとキャリアとを数多く接触させるように、混合動作を積極的に行う必要がある。そのため、一般的な現像装置では、上記スクリューにより補給したトナーとキャリアとの混合を行っている。

補給されたトナーを十分に帯電させるためには、スクリューによりこれら３つの性能を満足することが必要であるが、従来の現像装置では、補給トナーの現像剤中への取り込み性能及び分散性能が低いために、攪拌距離Ｌ１が画像形成幅Ａよりも長くなる構成が多かった（例えば、図１２参照。）。

上記問題を鑑みて、本実施例では、現像室２１から攪拌室２２へ現像剤を受け渡す第２連絡路２４において、現像室２１の底面２１ａを攪拌室２２内の現像剤面Ｓよりも鉛直方向上方とすることで、攪拌室２２内に、現像剤が落下する現像剤落下位置４０を設ける。そして、現像室２１から攪拌室２２内の現像剤落下位置４０へと現像剤が落下する現像剤落下経路４０ａ上、即ち、攪拌室２２内における現像室２１から攪拌室２１への現像剤の連絡路２４が合流する領域上に、補給トナーが落下する構成とする。これにより、補給トナーの現像剤中への取り込み性能及び分散性能の著しい向上を図ることが可能となる。

より具体的には、補給トナーが現像室２１から攪拌室２２内の現像剤落下位置４０へと落下する現像剤と衝突する際に生じる衝撃によって、補給トナーは容易に解かされる。更に、解かされた補給トナー上にも絶えず現像室２１から現像剤が落下し続ける。これにより、補給トナーは容易に現像剤中に取り込まれる。

加えて、本実施例では、現像室２１の底面２１ａが攪拌室２２内の現像剤面Ｓよりも鉛直方向上方となっている。これによって、補給トナーが現像室２１へと逆流することはほとんどない。つまり、攪拌室２２内に補給されたトナーが、重力方向に逆らって現像室２１内に飛散することはほとんどない。更に、現像室２１から攪拌室２２へ落下する現像剤により、逆流トナーはシールされる。

又、本実施例によれば、補給トナーは、第１スクリュー１３上に落下することなく、攪拌室２２内の現像剤落下経路４０ａ上へと直接落下する。従って、特許文献２で提案される現像器（図１３及び１４に図示）とは異なり、補給トナーが現像室２１内で現像剤搬送方向上流側に飛散することはなく、長手搬送距離Ｌ２が画像形成幅Ａと略同長であっても、十分に帯電されていないトナーにより画像白地部にトナーかぶりが発生することを確実に防止することができる。

従って、本実施例によれば、長手搬送距離Ｌ２が画像形成幅Ａと略同長であるにも拘わらず、補給トナーの現像剤中への取り込み性能及び分散性能が著しく高いため、攪拌距離Ｌ１を大幅に短縮することが可能である。又、本実施例によれば、補給トナーが現像室２１へ逆流する現象を防止することができるので、長手搬送距離Ｌ２が画像形成幅Ａと略同長であっても、十分に帯電されていないトナーにより画像白地部にトナーかぶりが発生することはない。

つまり、本実施例によれば、現像室２１と攪拌室２２との間で二成分現像剤を循環させる現像装置１において、攪拌室２２におけるトナー帯電性を向上させ、且つ、補給トナーの現像室２１への逆流を防止することで、長手搬送距離Ｌ２が画像形成幅Ａと略同長であっても、トナーかぶりを防止することができる。

以下、本実施例の現像装置１における補給トナーへの帯電付与性、現像室２１への補給トナーの逆流防止性について、実験結果に即して更に詳しく説明する。

［実験例１］
本実験例では、図６に示すトナー補給位置Ｔ１〜Ｔ３においてトナー１ｇを補給し、この補給されたトナーの第１連絡路２３における帯電量を測定した。図７に帯電量分布を示す。尚、各トナー補給位置Ｔ１〜Ｔ３の位置関係は、次の通りである。トナー補給位置（Ｔ１〜Ｔ３）が異なる以外は、現像装置の他の構成は全て実質的に同じであった。

Ｔ１：本実施例の現像装置１におけるトナー補給位置（攪拌室内の現像剤落下経路上）
Ｔ２：Ｔ１より１０ｍｍ下流
Ｔ３：Ｔ１より２０ｍｍ下流

尚、図７のトナーの帯電性は、トナー３０００個の帯電量（ｆＣ）をＨＯＳＯＫＡＷＡＭＩＣＲＯＮＣｏｒｐ．社製のＥ−ＳｐａｒｔＡｎａｌｉｚｅｒによって測定した。全てのトナーが負極性の場合は、トナーに対する帯電付与性は良好であると言える。又、トナーが摩擦帯電されない（帯電量がゼロ）、若しくは正極性となるトナーが存在する場合は、トナーに対する帯電付与性は劣っている。

画像白地部に発生するトナーかぶりのトナーは、周知の通り、トナーの正規の帯電極性（本例では負極性）とは逆極性（本例では正極性）、若しくは帯電量がゼロのトナーである。従って、補給されたトナーが全て第１連絡路２３において正規の帯電極性（本例では負極性）であれば、トナーかぶりが発生することはほとんどない。

図７に示すトナー帯電量分布から分かるように、トナー補給位置Ｔ２及びＴ３では、正極性若しくは帯電量がゼロのトナーが多数存在する。

これに対して、本実施例のトナー補給位置Ｔ１では、正極性若しくは帯電量がゼロのトナーはほとんど存在しないことが分かる。これは、本実施例の現像装置１では、上述の通りの原理により、トナーに対する帯電付与性が向上したためであると考えられる。つまり、第２連絡路２４を介して現像室２１から攪拌室２２内の現像剤落下位置４０へと落下する現像剤落下経路４０ａにおいて、補給トナーが現像室２１から攪拌室２１へと落下する現像剤との衝突の際に生じる衝撃によって解かされる。更に、解かされた補給トナー上には絶えず現像室２１から現像剤が落下し続ける。これにより、補給トナーが容易に現像剤中に取り込まれ、キャリアと摩擦帯電し易くなる。

［実験例２］
本実験例は、本実施例の現像装置１と、図８及び図９に示す比較例の現像装置１０１とを比較する。

図８及び図９に示す比較例の現像装置１０１は、長手搬送距離Ｌ２は本実施例の現像装置１と同じであるが、攪拌室１２２が水平に配置され、且つ、攪拌室１２２の底面１２２ａが現像室１２１の底面１２１ａと鉛直方向で同じ高さとされている。従って、比較例の現像装置１０１では、第２連絡路１２４を介して現像室１２１から攪拌室１２２へと現像剤が落下することはなく、当然、攪拌室１２２内の現像剤落下位置、現像剤落下経路は形成されない。上記の点以外は、本実施例の現像装置１と比較例の現像装置１０１は実質的に同じ構成を有していた。図８及び図９に示す比較例の現像装置１０１において、本実施例の現像装置１と実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には１００番台の同一参照番号を付している。

本実施例の現像装置１と比較例の現像装置１０１とにおいて、それぞれ図示のトナー補給位置Ｔ（即ち、本実施例の現像装置１では現像剤落下位置４０の垂直上方（図３）、比較例の現像装置１０１では攪拌室１２２の長手方向において本実施例の現像装置１と同位置（図９））で、トナーを１ｇ補給した。そして、その直後に、第２連絡路２４及び１２４における現像室２１及び１２１内のトナー帯電量を測定した。図１０に帯電量分布を示す。図１０中のプロットＤ１は、本実施例の現像装置１におけるトナー帯電量分布、図１０中のプロットＤ２は、比較例の現像装置１０１におけるトナー帯電量分布を示す。尚、本実験例でのトナー帯電量分布の測定方法は、上記実験例１と同じである。

図１０に示すトナー帯電量分布から分かるように、比較例の現像装置１０１では、帯電量がゼロ近傍のトナーが多数存在する。

これに対して、本実施例の現像装置１では、正極性若しくは帯電量がゼロのトナーはほとんどないことが分かる。これは、本実施例の現像装置１では、上述の通りの原理により、補給直後のトナーが現像室２１へ逆流するのを防止できたためであると考えられる。つまり、本実施例の現像装置１では、第２連絡路２４の近傍において現像室２１の底面２１ａが攪拌室２２内の現像剤面Ｓよりも鉛直方向上方に位置し、且つ、現像室２１から攪拌室２２へと落下する現像剤のシール作用が働く。これにより、帯電量がほぼゼロである補給直後のトナーが、現像室２１内へ逆流することはほとんどない。

上記の実験例１及び実験例２から明らかなように、本実施例の現像装置１では長手搬送距離Ｌ２が画像形成幅Ａと略同長であるにも拘わらず、補給トナーの取り込み及び分散性能が著しく高いため、攪拌距離Ｌ１を大きく短縮することが可能となる。又、本実施例の現像装置１によれば、補給トナーが現像室２１へ逆流する現象を防止することができるので、長手搬送距離Ｌ２が画像形成幅Ａと略同長であっても、十分に帯電されていないトナーにより画像白地部にトナーかぶりが発生することはない。

以上説明したように、本実施例によれば、攪拌室２２におけるトナー帯電性が向上し、且つ、補給トナーの逆流を防止することが可能となる。これにより、長手搬送距離Ｌ２が画像形成幅Ａと略同長であっても、トナーかぶりを防止することができる。従って、本実施例によれば、現像容器２内の現像剤循環経路の長手方向距離を最小化することが可能となり、現像装置１をその分小型化することができる。又、本実施例によれば、現像装置１において長手搬送距離Ｌ２が短くなった分だけ、従来の画像形成装置と比較して画像形成装置１００の小型化を達成することができる。

実施例２
次に、本発明の他の実施例ついて説明する。本実施例の画像形成装置は、画像形成装置本体１０に対して着脱可能なカートリッジとして、プロセスカートリッジが着脱可能とされている。本実施例の画像形成装置の基本構成及び動作は、実施例１のものと同じである。従って、実施例１の画像形成装置と実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。

図１１は、本実施例のプロセスカートリッジ７０の概略断面を示す。本実施例のプロセスカートリッジ７０は、感光体ドラム５１、一次帯電器５２、クリーニング装置５５、現像装置１が、枠体７１によって一体的に構成されている。ここで、現像装置１の構成は、実施例１で説明したものと同じである。

プロセスカートリッジ７０は、画像形成装置本体１０が備える装着ガイド、位置決め部材などのカートリッジ装着手段５７を介して、取り外し可能に画像形成装置本体１０に装着される。

一般に、プロセスカートリッジ７０は、感光ドラム５５が寿命に達したり、現像装置１内の現像剤が著しく劣化した場合において、プロセスカートリッジ７０全体を画像形成装置本体１０から取り出す。そして、新しいプロセスカートリッジ７０を画像形成装置本体１０に装着することにより、画像形成装置を復帰することができる。これにより、メンテナンス性の向上を図ることが可能となる。又、この高メンテナンス性のため、機器交換の専門知識を有するサービスマンに頼ることなく、ユーザー自身が行なうことができる。レーバーコストの低減による、画像形成装置のランニングコストの低減が可能となる。

本実施例のプロセスカートリッジ７０は、実施例１のものと同じ構成とされている。従って、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができ、特に、本実施例では、現像装置１の長手搬送距離Ｌ２が短くなった分だけ、従来のプロセスカートリッジと比較してプロセスカートリッジ７０の小型化を達成することができる。

尚、プロセスカートリッジの構成は、上記実施例のものに限定されるものではない。つまり、ユーザのメンテナンス性及び各要素の寿命等を考慮してプロセスカートリッジの構成を適宜決めれば良く、電子写真感光体と、電子写真感光体に作用するプロセス手段としての帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち少なくとも１つと、を一体的にカートリッジ化して、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能としたものであればよい。又、画像形成装置本体に対して着脱可能なカートリッジは、上記プロセスカートリッジに限定されるものではなく、現像装置が単独で画像形成装置本体に対して着脱可能なユニット（現像カートリッジ）とされていてもよい。この場合も、上記実施例と同様、現像カートリッジの小型化を図ることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、現像装置１の攪拌室２２におけるトナー帯電性が向上し、且つ、補給トナーが現像室２１に逆流することを防止することが可能であるので、長手搬送距離Ｌ２が画像形成幅Ａと略同長であっても、トナーかぶりを防止することができる。これにより、従来と比較して小型なプロセスカートリッジを提供することができる。

以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、上記各実施例は、本発明を実施するための一例に過ぎず、本発明を上記各実施例の態様に限定することを意図するものではない。上記説明及び特許請求の範囲に照らして本発明の精神から逸脱することなく、現像装置、カートリッジ及び画像形成装置の構成の種々の改変、修飾が可能である。

例えば、本実施例の現像装置１では、攪拌室２２の傾きを５度としているが、本発明は、特にこの角度に限定されるものではない。滑らかな現像剤循環を達成しつつ、攪拌室２２内の現像剤落下位置、現像室２１から攪拌室２２への現像剤落下経路が形成される角度であればよい。

又、トナー及びキャリアは、上記各実施例にて使用したものに限定されるものではない。又、上記実施例では、現像容器２には、画像形成によって消費された分に相当するトナーを補給するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、現像容器２から少量ずつキャリアを排出し、劣化したキャリアを新たなキャリアに交換する方式がある。このような場合、トナーと一緒にキャリアをも補給することができる。この場合にも、補給現像剤中の補給トナーは、現像剤落下経路中の現像剤との衝突により容易に解かされる。

本発明を適用し得る画像形成装置の一例の概略断面図である。本発明に係る現像装置の一実施例の概略断面図である。本発明に係る現像装置の一実施例の上面図である。現像剤落位置及び現像剤落下経路を説明するための第２連絡路における現像装置の縦断面図である。現像剤落下位置及び現像剤落下経路を説明するための攪拌室における現像装置の横断面図である。実験例１の実験条件を説明するための現像装置の上面図である。実験例１の実験結果を示すグラフ図である。比較例の現像装置の概略断面図である。比較例の現像装置の概略上面図である。実験例２の実験結果を示すグラフ図である。本発明に係るカートリッジの一実施例の概略断面図である。従来の現像装置の一例の上面図である。従来の現像装置の他の例の縦断面図である。図１３に示す従来の現像装置の現像剤受け渡し部近傍の横断面図である。

符号の説明

１現像装置
２現像容器
１１現像スリーブ（現像剤担持体）
１３第１スクリュー（搬送部材）
１４第２スクリュー（搬送部材）
２１現像室
２２攪拌室
２５隔壁
２３第１連絡路
２４第２連絡路
２８現像剤補給口
４０現像剤落下位置
４０ａ現像剤落下経路
５１感光ドラム（像担持体）
７０プロセスカートリッジ（カートリッジ）
Ｔトナー補給位置
Ｌ１攪拌距離
Ｌ２現像剤循環経路の長手方向距離（長手搬送距離）
Ａ画像形成幅

Claims

像担持体上に形成された静電像を現像剤担持体に担持したトナー及びキャリアを含む現像剤で現像する現像室、及び前記現像室との間で現像剤循環経路を構成し現像剤補給を受ける攪拌室を備える現像容器と、前記現像室と前記攪拌室との間で現像剤を循環させる循環手段と、を有する現像装置において、
前記現像剤担持体の軸方向において、前記像担持体上に形成される静電像の領域と重なる領域に、前記現像室の現像剤搬送方向下流側端部の側部から前記攪拌室の現像剤搬送方向上流側端部の側部に連絡する連絡路を有し、
前記連絡路から前記攪拌室へ現像剤が落下するように前記連絡路の底面の高さよりも前記攪拌室の現像剤搬送方向上流側端部の剤面の高さを低くし、
前記連絡路から前記攪拌室に落下する現像剤に対して補給現像剤が直接落下するように前記攪拌室の上方に現像剤補給口を設けたことを特徴とする現像装置。
前記循環手段は、前記現像室及び前記攪拌室のそれぞれに回転軸を中心として回転可能な搬送部材を有し、前記現像室の前記搬送部材の前記回転軸は略水平に設けられ、前記攪拌室の前記搬送部材の前記回転軸は現像剤搬送方向上流側から下流側へ水平に対し上方に傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１の現像装置。
前記搬送部材は、前記回転軸の周面上にスパイラル形状の搬送部を有することを特徴とする請求項２の現像装置。
前記現像剤担持体の軸方向における前記現像室及び前記攪拌室の長さが、前記像担持体上に形成される静電像の同方向の長さと略同長であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の現像装置。
前記現像剤補給口は、前記攪拌室内に配置された前記搬送部材の真上に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の現像装置。