JP4853963B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置とそこに設置される現像装置及びプロセスカートリッジとに関し、特に、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いた現像装置、プロセスカートリッジ、及び、画像形成装置に関するものである。

従来から、複写機、プリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置において、非磁性トナーと磁性キャリアとからなる２成分現像剤（外添剤等を添加する場合も含むものとする。）を収容した現像装置が多く用いられている。
このような２成分現像方式の現像装置において、装置の小型化を目的として、搬送スクリュによって現像剤を現像装置の長手方向に循環させながら、現像ローラに現像剤を供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

詳しくは、現像装置は、現像ローラ（現像剤担持体）、２つの搬送スクリュ（第１搬送部材及び第２搬送部材）等で構成される。
そして、現像装置内におけるトナー消費に応じて、現像装置の上方に設けられたトナー補給口（補給口）から装置内に適宜にトナーが補給される。補給されたトナーは、現像装置内の現像剤とともに、２つの搬送スクリュによって、装置内を長手方向（現像ローラの回転軸方向と同方向である。）に循環しながら混合される。その混合された現像剤は、その一部が、現像ローラに対向する搬送スクリュによって、現像ローラに供給される。現像ローラに担持された現像剤は、ドクターブレードによって適量に規制された後に、その現像剤中のトナーが感光体ドラム（像担持体）との対向位置で感光体ドラム上の潜像に付着する。

このような搬送スクリュを搭載した現像装置は、現像剤を装置の長手方向に積極的に循環搬送しているので、現像剤の長手方向の片寄りが発生しにくい。これにより、トナー補給口を、長手方向の全域に設けるのではなく、長手方向の一部に設けることができる。また、搬送スクリュは、短手方向（長手方向に直交する方向である。）の設置スペースをそれほど必要としない。したがって、現像装置及び画像形成装置を小型化することができる。

一方、特許文献２等には、現像装置に２成分現像剤を適宜に補給するものであって、現像剤の混合効率を高めることを目的として、現像剤補給部に撹拌スクリュを設ける技術が開示されている。詳しくは、現像剤補給部に配設された撹拌スクリュは、その回転軸が上下方向に向くように配設されている。

特開２０００−８９５５０号公報 特開平７−１３４４８１号公報

上述した従来の現像装置は、トナー補給口から補給されたトナーが装置内を循環する現像剤中に充分に分散・混合されにくいという問題があった。これは、現像剤の循環経路を形成する２つの搬送スクリュが、現像剤を長手方向（水平方向）に搬送する搬送性には優れるものの、現像剤を分散・混合する撹拌性には不充分であることによる。

そして、補給トナー（フレッシュトナー）が現像剤中に充分に分散・混合されないと、キャリアとの摩擦による補給トナーの帯電が不充分になって、地肌汚れ（かぶり）等の画質劣化やトナー飛散が発生してしまう。このような問題は、トナー補給口から補給されるトナーの量が多くなる場合に特に無視できないものになる。
このような問題を解決するために、２つの搬送スクリュの回転数を高めて現像剤に対する撹拌性を向上させる方策も考えられる。しかし、その場合、現像剤に与えるダメージが大きくなって、現像剤の寿命を早めてしまうことになる。

また、上述した問題は、装置内に新しい２成分現像剤（又は、キャリア）を適宜に補給する方式（これをトリクル現像方式という。）の現像装置においても共通するものである。すなわち、２つの搬送スクリュを用いて現像剤の循環経路を形成する現像装置においては、補給口から補給された現像剤（又はキャリア）が装置内を循環する現像剤中に充分に分散・混合されにくく、地肌汚れやトナー飛散が発生してしまうことがあった。

一方、上述した特許文献２等の技術は、トリクル現像方式の現像装置であって、現像装置内に補給される前の現像剤を、現像剤補給部にて撹拌スクリュを用いて撹拌するものである。したがって、現像装置内に補給された後の補給トナーと、現像装置内を循環する現像剤と、の撹拌性を向上させる効果は期待できない。さらに、現像剤補給部に撹拌スクリュを設けることで、現像装置内を循環する現像剤の流れが脈動化する可能性もある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、現像剤に与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で現像剤の搬送性を低下させることなく、補給トナーが充分に現像剤に分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じることのない、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にある。

本願発明者は、上述した課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、現像剤を長手方向に搬送する第１搬送部と第２搬送部とで形成される現像剤の循環経路中に上下方向に現像剤を搬送する第３搬送部を設けることで、循環経路中を循環する現像剤の撹拌性が著しく向上する。

この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる現像装置は、トナー及びキャリアを有する現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、前記像担持体に対向するとともに前記現像剤が担持される現像剤担持体と、前記現像剤担持体に対向するとともに長手方向に前記現像剤を搬送する第１搬送部材を具備する第１搬送部と、仕切部材を介して前記第１搬送部材に対向するとともに当該第１搬送部材の搬送方向とは逆の方向に前記現像剤を搬送する第２搬送部材を具備する第２搬送部と、上下方向に前記現像剤を搬送して前記第１搬送部及び前記第２搬送部とともに前記現像剤の循環経路を形成する第３搬送部と、を備え、前記第３搬送部は、前記現像剤を下方から上方に向けて搬送する第３搬送部材と、前記現像剤を上方から下方に向けて落下させる落下経路部と、を具備したものである。

また、請求項２記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１に記載の発明において、前記第３搬送部材と第３搬送部材を包囲するケースとの隙間が０．５〜１．５ｍｍの範囲になるように形成されたものである。

また、請求項３記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記第３搬送部材は、水平面に対する回転軸の角度が６０〜９０度の範囲になるように配設されたものである。

また、請求項４記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記第３搬送部に送入される現像剤量と前記第３搬送部から送出される現像剤量とが同等になるように、前記第３搬送部材による上方への現像剤の搬送量と前記第３搬送部材を包囲するケースにおける下方への現像剤の落下量とのバランスが調整されたものである。

また、請求項５記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項４に記載の発明において、前記ケースは、円筒状に形成され、前記第３搬送部材は、前記ケースの内部で回転する搬送スクリュであって、前記搬送スクリュの回転数によって前記上方への現像剤の搬送量が調整されて、前記ケースの内径と前記搬送スクリュのスクリュ外径との隙間によって前記下方への現像剤の落下量が調整されたものである。

また、請求項６記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記第３搬送部材は、切欠きを有するスクリュ部を備えたものである。

また、請求項７記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記第３搬送部は、前記第２搬送部の搬送経路における下流側に搬送された前記現像剤を前記第１搬送部の搬送経路における上流側に搬送するように配設されたものである。

また、請求項８記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記第２搬送部は、前記循環経路を循環する前記現像剤中にトナーを補給するための補給口を具備し、前記第３搬送部は、前記第２搬送部の搬送経路における前記補給口の下流側に配設されたものである。

また、請求項９記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発明において、装置内に新たにキャリアを補給するキャリア補給手段と、装置内に収容された前記現像剤の一部を排出する現像剤排出手段と、をさらに備えたものである。

また、請求項１０記載の発明にかかる現像装置は、前記請求項９に記載の発明において、前記キャリア補給手段は、キャリアとともにトナーを装置内に新たに補給するものである。

また、請求項１１記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されたものである。

また、請求項１２記載の発明にかかる画像形成装置は、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とを備えたものである。

なお、本願において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電部と、像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置（現像部）と、像担持体上をクリーニングするクリーニング部とのうち、少なくとも１つと、像担持体とが、一体化されて、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されたユニットと定義する。

本発明は、現像剤を長手方向に搬送する第１搬送部と第２搬送部とで形成される現像剤の循環経路中に上下方向に現像剤を搬送する第３搬送部を設けているために、現像剤に与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で現像剤の搬送性を低下させることなく、補給トナーが充分に現像剤に分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じることのない、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。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１〜図９にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。
図１において、１は画像形成装置としてのカラー複写機の装置本体、２は入力画像情報に基づいたレーザ光を発する書込み部、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応したプロセスカートリッジ、２１は各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにそれぞれ収容された像担持体としての感光体ドラム、２２は感光体ドラム２１上を帯電する帯電部、２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫは感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像する現像装置（現像部）、２４は感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２７に転写する転写バイアスローラ、２５は感光体ドラム２１上の未転写トナーを回収するクリーニング部、を示す。

また、２７は複数色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、２８は中間転写ベルト２７上に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写する第２転写バイアスローラ、２９は中間転写ベルト２７上の未転写トナーを回収する中間転写ベルトクリーニング部、３０は４色カラーのトナー像が転写された記録媒体Ｐを搬送する搬送ベルト、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫは各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫに各色のトナーを補給するトナー補給部、５１は原稿Ｄを原稿読込部５５に搬送する原稿搬送部、５５は原稿Ｄの画像情報を読み込む原稿読込部（スキャナ）、６１は転写紙等の記録媒体Ｐが収納される給紙部、６６は記録媒体Ｐ上の未定着画像を定着する定着部、を示す。

ここで、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫは、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、クリーニング部２５が、一体化されたものである。
各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫにおける感光体ドラム２１上では、それぞれ、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成がおこなわれる。

以下、画像形成装置における、４色フルカラー画像形成時の動作について説明する。
まず、原稿Ｄは、原稿搬送部５１の搬送ローラによって、原稿台から図中の矢印方向に搬送されて、原稿読込部５５のコンタクトガラス５３上に載置される。そして、原稿読込部５５で、コンタクトガラス５３上に載置された原稿Ｄの画像情報が光学的に読み取られる。

詳しくは、原稿読込部５５は、コンタクトガラス５３上の原稿Ｄの画像に対して、照明ランプから発した光を照射しながら走査させる。そして、原稿Ｄにて反射した光を、ミラー群及びレンズを介して、カラーセンサに結像する。原稿Ｄのカラー画像情報は、カラーセンサにてＲＧＢ（レッド、グリーン、ブルー）の色分解光ごとに読み取られた後に、電気的な画像信号に変換される。さらに、ＲＧＢの色分解画像信号をもとにして画像処理部（不図示である。）で色変換処理、色補正処理、空間周波数補正処理等の処理をおこない、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのカラー画像情報を得る。

そして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像情報は、書込み部２に送信される。そして、書込み部２からは、各色の画像情報に基づいたレーザ光（露光光）が、それぞれ、対応するプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫの感光体ドラム２１（像担持体）上に向けて発せられる。

一方、４つの感光体ドラム２１は、それぞれ、図１の時計方向に回転している。そして、まず、感光体ドラム２１の表面は、帯電部２２との対向位置で、一様に帯電される（帯電工程である。）。こうして、感光体ドラム２１上には、帯電電位が形成される。その後、帯電された感光体ドラム２１表面は、それぞれのレーザ光の照射位置に達する。
書込み部２において、光源から画像信号に対応したレーザ光が各色に対応して射出される。レーザ光は、ポリゴンミラー３に入射して反射した後に、レンズ４、５を透過する。レンズ４、５を透過した後のレーザ光は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色成分ごとに別の光路を通過することになる（露光工程である。）。

イエロー成分に対応したレーザ光は、ミラー６〜８で反射された後に、紙面左側から１番目のプロセスカートリッジ２０Ｙの感光体ドラム２１表面に照射される。このとき、イエロー成分のレーザ光は、高速回転するポリゴンミラー３により、感光体ドラム２１の回転軸方向（主走査方向）に走査される。こうして、帯電部２２にて帯電された後の感光体ドラム２１上には、イエロー成分に対応した静電潜像が形成される。

同様に、マゼンタ成分に対応したレーザ光は、ミラー９〜１１で反射された後に、紙面左から２番目のプロセスカートリッジ２０Ｍの感光体ドラム２１表面に照射されて、マゼンタ成分に対応した静電潜像が形成される。シアン成分のレーザ光は、ミラー１２〜１４で反射された後に、紙面左から３番目のプロセスカートリッジ２０Ｃの感光体ドラム１２表面に照射されて、シアン成分の静電潜像が形成される。ブラック成分のレーザ光は、ミラー１５で反射された後に、紙面左から４番目のプロセスカートリッジ２０ＢＫの感光体ドラム２１表面に照射されて、ブラック成分の静電潜像が形成される。

その後、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム２１表面は、それぞれ、現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫとの対向位置に達する。そして、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫから感光体ドラム２１上に各色のトナーが供給されて、感光体ドラム２１上の潜像が現像される（現像工程である。）。
その後、現像工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、中間転写ベルト２７との対向位置に達する。ここで、それぞれの対向位置には、中間転写ベルト２７の内周面に当接するように転写バイアスローラ２４が設置されている。そして、転写バイアスローラ２４の位置で、中間転写ベルト２７上に、感光体ドラム２１上に形成された各色の画像が、順次重ねて転写される（第１転写工程である。）。

そして、第１転写工程後の感光体ドラム２１表面は、それぞれ、クリーニング部２５との対向位置に達する。そして、クリーニング部２５で、感光体ドラム２１上に残存する未転写トナーが回収される（クリーニング工程である。）。
その後、感光体ドラム２１表面は、不図示の除電部を通過して、感光体ドラム２１における一連の作像プロセスが終了する。

他方、感光体ドラム２１上の各色の画像が重ねて転写された中間転写ベルト２７表面は、図中の矢印方向に走行して、第２転写バイアスローラ２８の位置に達する。そして、第２転写バイアスローラ２８の位置で、記録媒体Ｐ上に中間転写ベルト２７上のフルカラーの画像が２次転写される（第２転写工程である。）。
その後、中間転写ベルト２７表面は、中間転写ベルトクリーニング部２９の位置に達する。そして、中間転写ベルト２７上の未転写トナーが中間転写ベルトクリーニング部２９に回収されて、中間転写ベルト２７上の一連の転写プロセスが完了する。

ここで、第２転写バイアスローラ２８位置の記録媒体Ｐは、給紙部６１から搬送ガイド６３、レジストローラ６４等を経由して搬送されたものである。
詳しくは、記録媒体Ｐを収納する給紙部６１から、給紙ローラ６２により給送された転写紙Ｐが、搬送ガイド６３を通過した後に、レジストローラ６４に導かれる。レジストローラ６４に達した記録媒体Ｐは、中間転写ベルト２７上のトナー像とタイミングを合わせて、第２転写バイアスローラ２８の位置に向けて搬送される。

その後、フルカラー画像が転写された記録媒体Ｐは、搬送ベルト３０により、定着部６６に導かれる。定着部６６では、加熱ローラ６７と加圧ローラ６８とのニップにて、カラー画像が記録媒体Ｐ上に定着される。
そして、定着工程後の記録媒体Ｐは、排紙ローラ６９によって、装置本体１外に出力画像として排出されて、一連の画像形成プロセスが完了する。
なお、モノクロ画像形成時や３色カラー画像形成時における画像形成装置の動作は、画像が形成される作像部の数が異なるだけで、基本的な動作は上述の４色フルカラー画像形成時のものと同様である。

次に、図２〜図５にて、画像形成装置の作像部について詳述する。
図２は作像部の要部（現像装置の近傍）を示す斜視図であり、図３は作像部を示す断面図（長手方向中央部の断面図）である。また、図４は現像装置の長手方向端部（第３搬送部が設置された位置である。）の断面図であり、図５は現像装置を長手方向（図３の紙面垂直方向である。）にみた断面図である。
なお、装置本体１に設置される４つの作像部は、作像プロセスに用いられるトナーＴの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、プロセスカートリッジ及び現像装置及びトナー補給部における符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ）を省略して図示する。

図３に示すように、プロセスカートリッジ２０には、主として、像担持体としての感光体ドラム２１と、帯電部２２と、クリーニング部２５とが、ハウジング２６に一体的に収納されている。クリーニング部２５には、感光体ドラム２１に当接するクリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂが設置されている。

図２〜図５を参照して、現像装置２３は、感光体ドラム２１に対向する現像剤担持体としての現像ローラ２３ａ、現像ローラ２３ａに対向する第１搬送部材としての第１搬送スクリュ２３ｂ、仕切部材２３ｅを介して第１搬送スクリュ２３ｂに対向する第２搬送部材としての第２搬送スクリュ２３ｃ、現像剤を下方から上方に向けて重力に逆らうように搬送する第３搬送部材としての第３搬送スクリュ２３ｒ、現像ローラ２３ａに対向するドクターブレード２３ｄ（現像剤規制部材）、等で構成される。

また、現像装置２３には、第１搬送部（現像剤供給部）２３ｇと第２搬送部２３ｈと第３搬送部（縦搬送部）２３ｍとが設けられている。
図５を参照して、仕切部材２３ｅで隔絶された第１搬送部２３ｇと第２搬送部２３ｈとは片側の端部（第３搬送部２３ｍが設置されていない図５の右側端部である。）で連通している。
縦搬送部としての第３搬送部２３ｍは、現像装置の片側端部に配設されている（図２をも参照できる。）。詳しくは、第３搬送部２３ｍは、第２搬送部２３ｈの搬送経路における下流側（図５の左側である。）に搬送された現像剤を第１搬送部２３ｇの搬送経路における上流側（図５の左側である。）に搬送するように配設されている。
そして、第１搬送部２３ｇと第２搬送部２３ｈと第３搬送部２３ｍとによって、現像装置２３内における現像剤の循環経路が形成されることになる。

ここで、現像剤供給部としての第１搬送部２３ｇには、第１搬送スクリュ２３ｂが配設されるとともに、現像ローラ２３ａやドクターブレード２３ｄも配設されている。第２搬送部２３ｈには、第２搬送スクリュ２３ｃ、磁気センサ４０、補給口２３ｆ、等が配設されている。図４を参照して、第３搬送部２３ｍには、現像剤を下方から上方に向けて搬送する上昇経路部２３ｎ（第３搬送スクリュ２３ｒが設置されている。）と、現像剤を上方から下方に向けて落下させる落下経路部２３ｐと、が配設されている。上昇経路部２３ｎは、円筒状に形成された円筒経路であって、その内部に第３搬送スクリュ２３ｒが設置されている。
なお、第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃ及び第３搬送スクリュ２３ｒは、主として軸部とスクリュ部（一条スクリュである。）とで構成されている。

図５を参照して、現像ローラ２３ａは、内部に固設されてローラ周面に磁極を形成するマグネット２３ａ１と、非磁性材料からなりマグネット２３ａ１の周囲を回転するスリーブ２３ａ２と、で構成される。マグネット２３ａ１によって現像ローラ２３ａ（スリーブ２３ａ２）上に複数の磁極（主極、搬送極、汲み上げ極、剤切り極等である。）が形成される。

現像ローラ２３ａ（スリーブ２３ａ２）は、装置本体１に設置された不図示の駆動モータに連結されていて、駆動モータによって回転駆動される。また、図示は省略するが、現像ローラ２３ａと、第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃ及び第３搬送スクリュ２３ｒとは、ギア列によって駆動連結されている。これにより、現像ローラ２３ａが駆動モータによって回転駆動されるのにともない、それに従動して第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃ及び第３搬送スクリュ２３ｒも回転駆動される。なお、第３搬送スクリュ２３ｒに連結されたギア列２３ｊ（カサ歯ギアを含む。）は、長手方向（水平方向）を回転軸とする回転駆動力を、上下方向（垂直方向）を回転軸とする回転駆動力に変換するものである。

現像装置２３内には、トナーＴとキャリアＣとからなる２成分現像剤Ｇが収容されている。
本実施の形態１におけるトナーＴ（現像剤Ｇ中のトナーとトナー補給部３２内のトナーとである。）は、樹脂及び着色剤からなるトナー母体粒子や添加剤を含有する。また、本実施の形態１における現像剤Ｇ中のキャリアＣは、磁性を有する核体粒子に被覆層が形成されたものである。

先に述べた作像プロセスを、現像工程を中心にしてさらに詳しく説明する。
現像ローラ２３ａは、図３中の矢印方向に回転している。現像装置２３内の現像剤Ｇは、第１搬送スクリュ２３ｂ及び第２搬送スクリュ２３ｃ及び第３搬送スクリュ２３ｒの矢印方向の回転によって、トナー補給部３２から補給口２３ｆを介して補給されたトナーＴ（新品トナー）とともに撹拌混合されながら循環する（図５中の破線矢印で示す循環である。）。

詳しくは、第２搬送スクリュ２３ｃによって図５の右側から左側に向けて搬送された現像剤Ｇは、第３搬送部２３ｍの位置に達する。ここで、第２搬送路２３ｈの搬送経路（上流側の位置である。）に設けられた補給口２３ｆからは、適宜に新品トナー（補給トナー）が補給される。
そして、第３搬送部２３ｍに達した現像剤Ｇは、第３搬送スクリュ２３ｒの搬送力によって上昇経路部２３ｎを上方に向けて移動する。このとき、第３搬送スクリュ２３ｒとケース２３ｓ（第３搬送スクリュ２３ｒを包囲している。）との隙間から重力方向に落下する現像剤Ｇと、第３搬送スクリュ２３ｒによる搬送力によって重力に逆らって上昇する現像剤Ｇと、が適度にぶつかり合うことで、補給トナーが充分に現像剤に分散・混合されて、トナーが充分に摩擦帯電されることになる。

そして、上昇経路部２３ｓの上部に達した現像剤Ｇ（充分に撹拌されたものである。）は、落下経路部２３ｐの傾斜に沿って斜下方に落下（滑落）して、第１搬送部２３ｇの上流側（図５の左側である。）に達する。そして、第１搬送部２３ｇに達した現像剤Ｇは、第１搬送スクリュ２３ｂによって図５の左側から右側に向けて搬送されて、第２搬送部２３ｈの上流側（図５の右側である。）に達する。

ここで、第１搬送部２３ｇを移動する現像剤Ｇは、その一部が現像ローラ２３ａに担持されて現像工程に供することになる。また、現像工程後に現像ローラ２３ａから離脱された現像剤Ｇは、第１搬送スクリュ２３ｂによって搬送されることになる。
詳しくは、摩擦帯電してキャリアＣに吸着したトナーＴは、キャリアＣとともに現像ローラ２３ａ上に担持される。現像ローラ２３ａ上に担持された現像剤Ｇは、その後にドクターブレード２３ｄの位置に達する。そして、現像ローラ２３ａ上の現像剤Ｇは、ドクターブレード２３ｄの位置で適量に調整された後に、感光体ドラム２１との対向位置（現像領域である。）に達する。

その後、現像領域において、現像剤Ｇ中のトナーＴが、感光体ドラム２１表面に形成された静電潜像に付着する。詳しくは、レーザ光Ｌが照射された画像部の潜像電位（露光電位）と、現像ローラ２３ａに印加された現像バイアスとの、電位差（現像ポテンシャル）によって形成される電界によって、トナーＴが潜像に付着する。

その後、現像工程にて感光体ドラム２１に付着したトナーＴは、そのほとんどが中間転写ベルト２７上に転写される。そして、感光体ドラム２１上に残存した未転写のトナーＴが、クリーニングブレード２５ａ及びクリーニングローラ２５ｂによってクリーニング部２５内に回収される。
他方、現像工程後の現像ローラ２３ａ上の現像剤Ｇは、現像ローラ２３ａから離脱されて第１搬送部２３ｇに戻される。

ここで、装置本体１に設けられたトナー補給部３２は、交換自在に構成されたトナーカートリッジ３３と、トナーカートリッジ３３から排出された新品トナー（補給トナー）Ｔを現像装置２３に導くトナー補給経路３４と、トナー補給経路３４に設置された搬送スクリュ（不図示である。）を駆動するパルス駆動モータ３５（図２を参照できる。）と、で構成されている。また、トナーカートリッジ３３内には、新品のトナーＴ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれかである。）が収容されている。

なお、トナーカートリッジ３３内のトナーＴは、現像装置２３内のトナーＴの消費にともない、補給口２３ｆから現像装置２３内に適宜に補給されるものである。現像装置２３内のトナーＴの消費は、第２搬送部２３ｈの第２搬送スクリュ２３ｃの下方に設置された磁気センサ４０（トナー濃度検知手段）や、感光体ドラム２１に対向するフォトセンサ（不図示である。）によって検出される。そして、磁気センサ４０やフォトセンサの検知結果が狙いのトナー濃度（現像剤Ｇ中のトナーＴの割合である。）の範囲に対応する出力値になるように、トナー補給部３２から補給口２３ｆを介して現像装置２３にトナーが補給される。
現像装置２３に補給するトナー補給量の調整は、トナー補給経路３４内に配置した搬送スクリュの回転量をパルス駆動モータ３５で制御することによっておこなわれる。なお、トナー補給経路３４における搬送手段としては、上述したスクリュ機構の他に、粉体ポンプ機構を用いることもできる。

このように、本実施の形態１においては、現像剤Ｇを長手方向に搬送する第１搬送部２３ｇと第２搬送部２３ｈとで形成される現像剤Ｇの循環経路中に上下方向に現像剤を搬送する第３搬送部２３ｍを設けているために、現像剤Ｇの搬送性を低下させることなく、補給トナーが充分に現像剤Ｇに分散・混合されることになる。すなわち、第３搬送部２３ｍの上昇経路部２３ｎにおいて、重力に逆らって上昇する現像剤Ｇと、重力方向に落下する現像剤Ｇと、に適度な衝突が生じて現像剤Ｇの撹拌が促進され、トナーが充分に摩擦帯電される。なお、上昇経路部２３ｎでは、現像剤Ｇがケース２３ｓの壁面や第３搬送スクリュ２３ｒのスクリュ部に衝突することによっても、トナーの摩擦帯電が促進されることになる。

ここで、本実施の形態１においては、補給口２３ｆは、第２搬送部２３ｈによる現像剤の循環経路（搬送経路）の上流側（図５中の右側であって、第１搬送部２３ｇから第２搬送部２３ｈへの現像剤の受け渡しがおこなわれる位置近傍である。）の上方に配設されている。
そして、第３搬送部２３ｍは、その補給口２３ｆの下流側に配設されている。これによって、補給後のトナーＴが、第１搬送部２３ｇに達するまでに、第３搬送部２３ｍにて現像剤Ｇ中に充分に分散・混合されることになる。したがって、現像剤中に分散されることにともなう補給トナーの摩擦帯電が充分におこなわれて、地肌汚れ等の画質劣化やトナー飛散の発生が抑止される。

また、本実施の形態１では、図４を参照して、第３搬送スクリュ２３ｒにおける水平面に対する回転軸の角度αが６０〜９０度の範囲になるように設定されている（本実施の形態１では、角度αが９０度に設定されている。）。これにより、下方から上方に向けての上昇経路部２３ｎにおいて、現像剤Ｇの撹拌性を担保することができる。すなわち、上昇経路部２３ｎにおいて現像剤Ｇを充分に分散・混合するためには、重力に逆らって上昇する現像剤Ｇと、重力方向に落下する現像剤Ｇと、の適度な衝突（上下撹拌）が必要である。第３搬送スクリュ２３ｒ（上昇経路部２３ｎ）の傾斜角度αが６０度よりも小さいときには、重力方向に落下する現像剤Ｇの量が少なくなってしまい現像剤Ｇの上下撹拌が不充分になる。

さらに、本実施の形態１では、図４を参照して、第３搬送スクリュ２３ｒとケース２３ｓとの隙間（ギャップ）δが０．５〜１．５ｍｍの範囲になるように設定されている。これにより、現像剤Ｇにダメージを与えることなく、重力に逆らって上昇する現像剤Ｇと重力方向に落下する現像剤Ｇとの適度な衝突による現像剤Ｇの撹拌性を確保することができる。

以下、図６〜図９を用いて、詳しく説明する。
図６に示すように、第３搬送スクリュ２３ｒの回転数と、現像剤Ｇに与えるダメージと、には相関がある。具体的に、第３搬送スクリュ２３ｒの回転数が増加すると、現像剤Ｇに与えるダメージが大きくなる。ここで、現像剤Ｇのダメージは、キャリアの表面抵抗の低下の度合いや、キャリア表面へのトナー固着量によってとらえられる。
図７に示すように、第３搬送スクリュ２３ｒとケース２３ｓとのギャップδが大きくなった場合には、ギャップδから落下する現像剤Ｇの量が増加するために、現像剤Ｇを上方に向けて搬送するために必要な第３搬送スクリュ２３ｒの回転速度が大きくなる。

図８に示すように、第３搬送スクリュ２３ｒとケース２３ｓとのギャップδが大きくなった場合には、ギャップδから落下する現像剤Ｇの量が増加して上下撹拌の度合いが高まるために、トナーの帯電量が増加する。ただし、ギャップδを大きくしてもトナー帯電量は比例的に大きくなることはなく、所定のギャップδを超えるとトナー帯電量は飽和することになる。

以上のことから、実験をおこなった結果、ギャップδが１．５ｍｍを超えると、トナー帯電量は飽和状態になり、現像剤の搬送性を確保するために第３搬送スクリュ２３ｒの回転数を増加することによるキャリアへのダメージが大きくなってしまう。これに対して、ギャップδが０．５ｍｍに達しないと、キャリアへのダメージは小さいものの、充分なトナー帯電量が得られない。
したがって、図９に示すように、第３搬送スクリュ２３ｒとケース２３ｓとの隙間（ギャップ）δを０．５〜１．５ｍｍの範囲に設定することで、現像剤Ｇにダメージを与えることなく、現像剤Ｇの撹拌性（トナー帯電性）を確保することができる。

以上説明したように、本実施の形態１の構成によれば、現像剤Ｇを長手方向に搬送する第１搬送部２３ｇと第２搬送部２３ｈとで形成される現像剤Ｇの循環経路中に上下方向に現像剤Ｇを搬送する第３搬送部２３ｍを設けているために、現像剤Ｇに与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で現像剤Ｇの搬送性を低下させることなく、補給トナーが充分に現像剤Ｇに分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じるのを抑止することができる。

なお、本実施の形態１では、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫを、それぞれ、感光体ドラム２１、帯電部２２、クリーニング部２５を一体化して構成した。また、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫを、単体のユニットとして構成した。これに対して、各現像装置２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫを、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫと一体化することもできる。すなわち、プロセスカートリッジ２０を、感光体ドラム２１、帯電部２２、現像装置２３、クリーニング部２５で構成することもできる。この場合にも、本実施の形態１と同様の効果を奏することになる。さらには、作像部のメンテナンス性が向上する。

実施の形態２．
図１０にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図１０は、実施の形態２における現像装置とその近傍を示す断面図であって、前記実施の形態１における図３に対応するものである。本実施の形態２における画像形成装置は、現像装置２３内に新たにキャリアを補給するキャリア補給手段４７と現像装置２３内に収容された現像剤の一部を排出する現像剤排出手段２３ｋとが設置されている点が、前記実施の形態１のものとは相違する。

本実施の形態２における現像装置２３は、トリクル現像方式が用いられている。
図１０に示すように、本実施の形態２における画像形成装置には、現像装置２３内に収容された現像剤Ｇの一部を現像装置２３外に排出する現像剤排出手段２３ｋと、現像装置２３内に新たにキャリアＣを補給するキャリア補給手段としてのキャリア補給部４７と、が設けられている。

詳しくは、第２搬送部２３ｈの上方には、トナー補給部３２とは別に、キャリア補給手段としてのキャリア補給部４７が設けられている。キャリア補給部４７は、交換自在に構成されたキャリアカートリッジ４８と、キャリアカートリッジ４８から排出された新品キャリアＣを補給口２３ｆを介して現像装置２３に導くキャリア補給経路４９と、で構成されている。キャリアカートリッジ４８内には、新品キャリアＣが収容されている。そして、所定のタイミングで、キャリア補給部４７から現像装置２３内に適宜にキャリアが補給されることになる。
図示は省略するが、現像装置２３に補給するキャリア補給量の調整は、キャリア補給経路４９内に配置したスクリュの稼動時間又は稼動回数をパルス駆動モータで制御することによっておこなわれる。なお、キャリア補給経路４９における搬送手段としては、上述したスクリュ機構の他に、粉体ポンプ機構を用いることもできる。

一方、第２搬送部２３ｈにおける壁面の上端近傍であって補給口２３ｆの下流側には、現像剤排出手段としての現像剤排出口２３ｋが設けられている。
そして、キャリア補給部４７から現像装置２３内に新品キャリアＣが補給されて現像装置２３内の現像剤量が所定量を超えると、過剰になった現像剤Ｇが現像剤排出口２３ｋから現像装置２３外に排出される。現像剤排出口２３ｋから排出された現像剤Ｇは、現像剤回収経路４３を経由して現像剤回収部４４まで搬送される。
このように、新品キャリアＣの補給にともない現像剤の剤面（高さ）が上昇して、現像剤排出口２３ｋの高さを超えた現像剤Ｇが現像装置２３外に排出されるので、現像装置２３内の現像剤量は常に一定に保たれることになる。
なお、本実施の形態２では、現像装置２３から現像剤を排出する現像剤排出手段としてオーバーフロー法を用いたが、現像剤排出口２３ｋに開閉自在なシャッタを設けて、シャッタの開閉によって現像剤の排出をおこなうこともできる。

また、本実施の形態２でも、前記実施の形態１と同様に、現像剤Ｇを長手方向に搬送する第１搬送部２３ｇと第２搬送部２３ｈとで形成される現像剤Ｇの循環経路中に上下方向に現像剤を搬送する第３搬送部２３ｍを設けている（現像装置２３の端部は、図４と同様の構成になる。）。これにより、現像剤Ｇの搬送性を低下させることなく、補給トナーや補給キャリアが充分に現像剤Ｇに分散・混合されることになる。
さらに、本実施の形態２では、トリクル現像方式が用いられていて、帯電能力が低下した劣化キャリアが現像装置２３内から適宜に排出されるために、キャリアの経時劣化にともなう弱帯電トナーの発生量を軽減することができる。

以上説明したように、本実施の形態２の構成によれば、前記実施の形態１と同様に、現像剤Ｇに与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で現像剤Ｇの搬送性を低下させることなく、補給トナー及び補給キャリアが充分に現像剤Ｇに分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じるのを抑止することができる。

なお、本実施の形態２では、キャリア補給部４７から新品のキャリアＣを補給したが、キャリア補給部４７から新品の現像剤Ｇを補給する構成にすることもできる。この場合にも、本実施の形態２と同様の効果を奏することになる。

実施の形態３．
図１１及び図１２にて、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。
図１１は、実施の形態３における現像装置の第３搬送部を示す断面図である。
図１１を参照して、本実施の形態３では、第３搬送部２３ｍ（上昇経路部２３ｎ）に送入される現像剤量Ｗ１と第３搬送部２３ｍ（上昇経路部２３ｎ）から送出される現像剤量Ｗ２とが同等になるように、第３搬送スクリュ２３ｒによる上方（矢印Ｘ方向）への現像剤の搬送量と、第３搬送スクリュ２３ｒを包囲する上昇経路部２３ｎ（ケース）における下方（矢印Ｙ方向）への現像剤の落下量と、のバランスが調整されている。

すなわち、上昇経路部２３ｎに送入される現像剤量をＷ１とし、上昇経路部２３ｎから送出される現像剤量をＷ２とし、第３搬送スクリュ２３ｒによる上方への現像剤の搬送量をＸとし、上昇経路部２３ｎ（ケース）における下方への現像剤の落下量をＹとしたときに、
Ｗ１＝Ｘ−Ｙ＝Ｗ２
なる関係が成立するように設定する。

具体的には、第３搬送スクリュ２３ｒの回転数によって上方への現像剤の搬送量Ｘが調整されて、略円筒状に形成された上昇経路部２３ｎの内径と第３搬送スクリュ２３ｒのスクリュ外径との隙間δによって下方への現像剤の落下量Ｙが調整される。すなわち、第３搬送スクリュ２３ｒの形状及び回転数と、上昇経路部２３ｎの形状と、を最適化して、上昇経路部２３ｎに送入される現像剤量Ｗ１と上昇経路部２３ｎから送出される現像剤量Ｗ２とがほぼ等しくなるようにする。

このように構成することにより、第１搬送部２３ｇ、第２搬送部２３ｈ、第３搬送部２３ｍで形成される現像剤の循環経路において、局所的な現像剤の停滞が生じることなく、スムーズに現像剤が流動することになる。したがって、局所的な現像剤の停滞による現像剤の搬送不良や帯電不良等の不具合が発生するのを抑止することができる。

ここで、図１２を参照して、縦搬送部としての上昇経路部２３ｎにおける上方への現像剤の搬送量Ｘと下方への現像剤の落下量Ｙとのバランスを調整するにあたり、第３搬送スクリュ２３ｒのスクリュ部２３ｒ１に切欠き２３ｒ２を形成することもできる。
図１２（Ａ）に示すような第３搬送スクリュ２３ｒを用いた場合に対して、図１２（Ｂ）に示すようなスクリュ部２３ｒ１に切欠き２３ｒ２を有する第３搬送スクリュ２３ｒを用いた場合には、上方への現像剤の搬送量Ｘが減少するとともに、下方への現像剤の落下量Ｙが増加することになる。このように、第３搬送スクリュ２３ｒの形状を最適化することによって、上方への現像剤の搬送量Ｘと下方への現像剤の落下量Ｙとのバランスを調整することができる。

以上説明したように、本実施の形態３の構成によれば、前記各実施の形態と同様に、現像剤Ｇに与えるストレスが小さく、比較的簡易な構成で現像剤Ｇの搬送性を低下させることなく、補給トナー及び補給キャリアが充分に現像剤Ｇに分散・混合されてトナー飛散や地肌汚れ等の不具合が生じるのを抑止することができる。

なお、前記各実施の形態では、現像ローラ２３ａに現像剤を供給する現像剤供給部としての第１搬送部２３ｇとは別に第２搬送部２３ｈが設置された現像装置に対して本発明を適用した。これに対して、第２搬送部が設置されていない現像装置や、３つ以上の搬送部を有する現像装置に対しても、当然に本発明を適用することができる。すなわち、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給部と循環経路を形成する縦搬送部２３ｍを設置したものであれば、搬送部の数や形態に関係することなく、前記各実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明が前記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記各実施の形態の中で示唆した以外にも、前記各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

この発明の実施の形態１における画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置における作像部の要部を示す斜視図である。 作像部を示す断面図である。 現像装置の端部を示す断面図である。 現像装置を長手方向にみた断面図である。 第３搬送スクリュの回転数と、現像剤に与えるダメージと、の関係を示すグラフである。 第３搬送スクリュとケースとのギャップと、現像剤を搬送するために必要な第３搬送スクリュの回転速度と、の関係を示すグラフである。 第３搬送スクリュとケースとのギャップと、トナーの帯電量と、の関係を示すグラフである。 第３搬送スクリュとケースとのギャップの適正範囲を示すグラフである。 この発明の実施の形態２における現像装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３における現像装置の第３搬送部を示す断面図である。 第３搬送部材を示す概略図である。

符号の説明

１ 画像形成装置本体（装置本体）、
２０、２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０ＢＫ プロセスカートリッジ、
２１ 感光体ドラム（像担持体）、 ２２ 帯電部、
２３、２３Ｙ、２３Ｍ、２３Ｃ、２３ＢＫ 現像装置（現像部）、
２３ａ 現像ローラ（現像剤担持体）、
２３ｂ 第１搬送スクリュ（第１搬送部材）、
２３ｃ 第２搬送スクリュ（第２搬送部材）、
２３ｄ ドクターブレード、 ２３ｆ 補給口（トナー補給口）、
２３ｇ 第１搬送部、 ２３ｈ 第２搬送部、 ２３ｊ ギア列、
２３ｋ 現像剤排出口（現像剤排出手段）、
２３ｍ 第３搬送部（縦搬送部）、
２３ｎ 上昇経路部（円筒経路部）、 ２３ｐ 落下経路部、
２３ｒ 第３搬送スクリュ（第３搬送部材）、 ２３ｓ ケース、
３２、３２Ｙ、３２Ｍ、３２Ｃ、３２ＢＫ トナー補給部、
３３ トナーカートリッジ、 ３４ トナー補給経路、
４３ 現像剤回収経路、 ４４ 現像剤回収部、
４７ キャリア補給部（キャリア補給手段）、
４８ キャリアカートリッジ、 ４９ キャリア補給経路、
Ｇ ２成分現像剤（現像剤）、 Ｃ キャリア、 Ｔ トナー。

Claims (12)

1. トナー及びキャリアを有する現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成される潜像を現像する現像装置であって、
   前記像担持体に対向するとともに前記現像剤が担持される現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に対向するとともに長手方向に前記現像剤を搬送する第１搬送部材を具備する第１搬送部と、
   仕切部材を介して前記第１搬送部材に対向するとともに当該第１搬送部材の搬送方向とは逆の方向に前記現像剤を搬送する第２搬送部材を具備する第２搬送部と、
   上下方向に前記現像剤を搬送して前記第１搬送部及び前記第２搬送部とともに前記現像剤の循環経路を形成する第３搬送部と、
   を備え、
   前記第３搬送部は、前記現像剤を下方から上方に向けて搬送する第３搬送部材と、前記現像剤を上方から下方に向けて落下させる落下経路部と、を具備したことを特徴とする現像装置。
2. 前記第３搬送部材と第３搬送部材を包囲するケースとの隙間が０．５〜１．５ｍｍの範囲になるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記第３搬送部材は、水平面に対する回転軸の角度が６０〜９０度の範囲になるように配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
4. 前記第３搬送部に送入される現像剤量と前記第３搬送部から送出される現像剤量とが同等になるように、前記第３搬送部材による上方への現像剤の搬送量と前記第３搬送部材を包囲するケースにおける下方への現像剤の落下量とのバランスが調整されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の現像装置。
5. 前記ケースは、円筒状に形成され、
   前記第３搬送部材は、前記ケースの内部で回転する搬送スクリュであって、
   前記搬送スクリュの回転数によって前記上方への現像剤の搬送量が調整されて、前記ケースの内径と前記搬送スクリュのスクリュ外径との隙間によって前記下方への現像剤の落下量が調整されたことを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記第３搬送部材は、切欠きを有するスクリュ部を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の現像装置。
7. 前記第３搬送部は、前記第２搬送部の搬送経路における下流側に搬送された前記現像剤を前記第１搬送部の搬送経路における上流側に搬送するように配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の現像装置。
8. 前記第２搬送部は、前記循環経路を循環する前記現像剤中にトナーを補給するための補給口を具備し、
   前記第３搬送部は、前記第２搬送部の搬送経路における前記補給口の下流側に配設されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の現像装置。
9. 装置内に新たにキャリアを補給するキャリア補給手段と、
   装置内に収容された前記現像剤の一部を排出する現像剤排出手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の現像装置。
10. 前記キャリア補給手段は、キャリアとともにトナーを装置内に新たに補給することを特徴とする請求項９に記載の現像装置。
11. 画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に設置されるプロセスカートリッジであって、
    請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とが一体化されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
12. 請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の現像装置と前記像担持体とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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