JP5402821B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置に関し、特にトナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いるトリクル現像方式の現像装置に係わる。

２成分現像装置は、電子写真方式の創生期から使われており、基本的にはトナーとキャリアを混合攪拌してトナーを帯電させ、これを感光体上の静電潜像に付着させるものであり、従来より様々な改良が重ねられて現在も使用されている。

その改良の一つにトリクル現像方式がある。トリクル現像方式は、トナーとともに新しいキャリアも補給して帯電特性を常に良好に保つ方式である。すなわち、トナーは現像ごとに消費され、新しいトナーが補給されるので、絶えず新しく更新されるが、従来の現像方式では、キャリアは継続して使用されてきた。

しかしながら、長期にわたり現像を繰り返すと、キャリア表面の樹脂コート層が現像剤中で磨耗剥離し、あるいはキャリア表面にトナー構成成分が付着凝集し、キャリアの帯電能力が低下してくる。このため、画像濃度の変動やベタ画像後端部の抜けなど様々な弊害が発生する。劣化したキャリアの問題を解消するには、現像剤をすべて入れ替えるなどをすればよいが、この作業は非常に手間がかかり問題であった。

そこで、トリクル現像方式では、トナーの補給とともにキャリアも補給する一方、余剰の現像剤を排出して、現像器内のキャリアを少しずつ入れ替えることにより帯電量を安定化させるのである。キャリアの補給は補給トナー中にキャリアを混合して行うか、あるいは、キャリアとトナーを別々に補給することができる。

このようなトリクル現像方式の現像装置として、例えば、特許文献１は、感光体ドラムに対峙する現像ローラに隣接して供給搬送路を、供給搬送路の直下で現像ローラの斜め後方に回収搬送路を設けて、供給搬送路で現像剤を移送中に現像ローラに現像剤を供給するとともに、現像が終わった現像剤を回収搬送路で回収する。供給搬送路、回収搬送路の間は仕切り部材で仕切られているが、その両端に連通口が設けられ、現像剤は供給搬送路と回収搬送路とを循環して攪拌混合される。新しい現像剤は、供給搬送路の終端側の上方から補給され、一方、回収搬送路の終端側に現像剤排出口が設けられて、余剰の現像剤を機外に排出する構成である。

また、特許文献２は、感光体ドラムに対峙する現像ローラの後方に縦に２つの搬送路を配置し、そのさらに後方に縦に２つの搬送路を配置した構成である。現像ローラ後方の２本の搬送路は、上側が現像剤を現像ローラに供給する供給搬送路として、下側は現像ローラから現像剤を回収する回収搬送路として機能し、後方の２つの搬送路はそれぞれ第１攪拌搬送路（下側）、第２攪拌搬送路（上側）として機能する。それぞれの搬送路は、仕切り部材で仕切られ、それぞれの終端と始端に設けられた連通口により連通している。

現像剤は、第１攪拌搬送路から第２攪拌搬送路に移送されて、両攪拌搬送路で搬送される間に攪拌混合され、その後第２攪拌搬送路から供給搬送路に移送され、供給搬送路での搬送中に現像ローラに供給されて感光体上の静電潜像の現像を行う。現像後の現像剤は、回収搬送路で回収されてその終端から第１攪拌搬送路の始端側に移送される。供給搬送路で現像ローラに供給されなかった現像剤は、供給搬送路終端で第２攪拌搬送路に移送される。

また、新しい現像剤は、回収搬送路から第１攪拌搬送路に移送する連通口付近で補給される。この構成は、２本の攪拌搬送路により攪拌部の経路を長くして充分な帯電性能を確保するものである。特許文献２の第３、第４実施例は、上記の構成にトリクル現像方式を適用したもので、供給搬送路の最下流に現像剤排出口を設けて、余剰現像剤を機外に排出している。

特許文献３は、３つの搬送路をほぼ水平に配置した構成を開示している。すなわち、感光体ドラムに対峙する現像ローラの下方に、感光体ドラムに近い順に、回収搬送路、供給搬送路、攪拌搬送路を配置したものである。供給搬送路と攪拌搬送路は、その両端で互いに連通しており、現像剤は、両搬送路により循環混合される。そして、供給搬送路上の現像剤が現像ローラに供給されて感光体ドラム上の静電潜像を現像する。現像後の現像剤は、回収搬送路で回収され、回収搬送路の終端側から供給搬送路に戻される。

新しい現像剤は、攪拌搬送路の始端側で補給され、攪拌搬送路、供給搬送路と進んで古い現像剤と混合攪拌される。回収搬送路の終端側に現像剤排出口が設けられ、余剰現像剤が排出される。また、供給搬送路と攪拌搬送路の間の仕切り部材には現像範囲の中央部以降の搬送方向下流側に現像剤嵩調節開口部が設けられており、供給搬送路の部分の現像剤量が所定以上になると、この開口部より攪拌搬送路側に余分な現像剤が流出できるようになっている。

特許文献４は、感光体ドラムに対峙する現像ローラの側部に供給搬送路と回収搬送路を上下に配置し、その背後に攪拌搬送路を斜めに配置した構成を開示している。現像後の現像剤は、下側の回収搬送路で回収され、その終端側から攪拌搬送路始端側に移送され、攪拌搬送路で供給搬送路の始端側に搬送される。新しい現像剤は、供給搬送路の終端側で補給される。供給搬送路と回収搬送路はそれぞれの終端側で連通しており、供給搬送路の終端に達した現像剤は新しい現像剤とともに、攪拌搬送路に移送されて循環混合される。供給搬送路の現像剤搬送方向に見て連通開口の上流に余剰現像剤の現像剤排出口が設けられるとともに、供給搬送路の中央部付近に攪拌搬送路へのバイパス経路を構成する開口が設けられている。余剰現像剤は現像剤排出口から排出されるが、バイパス経路を設けることにより現像装置内に現像剤の波状の偏り等が発生して必要量を超えた現像剤が排出されるのを抑止している。この波状の偏り等は、装置の駆動開始時などの通常運転中以外に発生するものとして説明されている。

なお、上記で、各搬送路を、供給、回収、攪拌と名づけて説明したが、それぞれの公報における名称はこれとは異なっており、本発明との対比のために類似の機能の搬送路を名づけたものであることを付言する。

特許文献１の構成は、新しい現像剤の投入口から回収搬送路を通った下流に現像剤排出口があるので、現像剤を一度も現像に使用することなく排出する割合が高く、不経済である。

特許文献２の構成は、攪拌搬送路が長いので十分な帯電性能を確保できるが、反面、現像剤がストレスにさらされやすく現像剤の劣化が早い欠点がある。現像剤の劣化が早いと、現像剤の交換の割合を多くしなければならず不経済である。

特許文献３の構成は、すべての搬送路がほぼ水平に配置されるので、上下配置に比べて現像剤に与えるストレスは少ないが、供給搬送路の終端から攪拌搬送路に現像剤を移送するために供給搬送路の終端にパドルを設けており、このパドル部分に新しい現像剤を補給する構造になっている。現像剤は紛体であるので、ある程度の安息角を有し、パドルによって大きく現像剤面が変動するので、この現像剤面の変動が伝わって現像剤排出口付近で現像剤面が安定せず、供給された現像剤分に相当する古い現像剤をオーバーフロー方式で排出するのは難しい。

特許文献４の構成は、装置の駆動開始時などの通常運転中には発生しない現像剤の偏りによる現像剤排出は防止できるが、現像装置内の現像剤量が増えてもバイパス開口で余剰現像剤を攪拌搬送路側に移送するので、現像剤全体の嵩の増加に対して本来排出したい現像剤量との乖離が大きくなる場合があり、問題である。また、現像剤排出を供給搬送路の下流から行うので、現像に供される新しい現像剤の中から排出されることになり、古い現像剤を排出する観点からすれば不経済である。

現像装置の構成は、必要とされる性能や画像形成装置の構成からの要請によって設計され、様々な構造を持つが、上記のように各特許文献に開示の現像装置は、一長一短の特徴を持っている。

特開平１０−２２８１７５号公報 特開２００４−７７５８７号公報 特開２００７−４７２４８号公報 特開２００７−２７２２０１号公報

本発明者らは、現像ローラの下側から現像剤を供給する構成として、逆三角形の各頂点に支軸を持つ３つの搬送路を配置し、下側の供給搬送路から現像ローラに現像剤を供給し、現像後の現像剤は、上側で現像ローラの横に配置される回収搬送路で回収して回収搬送路の背後に配置される攪拌搬送路の始端に戻される構成を試作した。現像剤は供給搬送路の終端側から上側の攪拌搬送路に現像剤を汲み上げるとともに、攪拌搬送路の終端から下側の供給搬送路に戻して循環混合される。そして、回収搬送路の終端から余剰現像剤を排出するトリクル現像方式の構造とした。この構造は、コンパクトで現像剤に過度のストレスを与えることなく、充分に混合攪拌が行えるものである。

しかしながら、このような構成の現像装置においてもいくつかの問題が発生した。すなわち、回収搬送路から連通口を介して攪拌搬送路に移送される現像剤の圧力は攪拌搬送路下流に向かうため、回収搬送路の下流部分においてオーバーフロー方式で余剰現像剤を排出することが困難になる。一方、供給搬送路下流でオーバーフロー方式での余剰現像剤の排出は可能であるが、供給搬送路で搬送される現像剤は未現像の現像剤が含まれるため、トナー濃度が高くそのまま排出するのは不経済である。

本発明は、上記の点に鑑み、現像剤に過度のストレスを与えることなく充分に混合攪拌が行えるとともに、トリクル方式の現像剤排出が安定し適切な量の現像剤排出が行えるコンパクトな現像装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、以下の構成により達成される。すなわち、
１．トナーとキャリアからなる現像剤を収容する現像装置を用いて像担持体上に形成された静電潜像を現像する画像形成装置において、
現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体と平行に設置されて第１方向に現像剤を搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給ローラと、該供給ローラから前記現像剤担持体への現像剤の供給量を規制する規制部材とを有し、前記供給ローラによる現像剤の供給搬送路を形成する供給手段と、
前記現像剤担持体と平行に設置されて現像後の現像剤を前記現像剤担持体から回収するとともに第１方向と同方向に現像剤を搬送する回収ローラとを有し、該回収ローラによる現像剤の回収搬送路を形成する回収手段と、
前記供給手段及び前記回収手段と隣接して設けられ、現像剤を攪拌しながら前記第１方向と逆方向に搬送する攪拌ローラを有し、該攪拌ローラによる現像剤の攪拌搬送路を形成する攪拌手段と、
前記供給搬送路の終端側、前記攪拌搬送路の始端側または前記回収搬送路の終端側において少なくともキャリアを含む補給用の現像剤を補給する補給手段と、
前記回収搬送路の下流に設けられ現像剤を排出する現像剤排出口と、
前記供給搬送路、前記回収搬送路、前記攪拌搬送路を互いに仕切るとともに、前記供給搬送路の終端側を前記攪拌搬送路の始端側に連通させる第１連通口と、前記攪拌搬送路の終端側を前記供給搬送路の始端側に連通させる第２連通口とを有し、前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間において少なくとも前記回収搬送路下流側で両搬送路の上部を開放し、その高さを前記回収搬送路及び前記攪拌搬送路で搬送される現像剤面高さとほぼ同じになるよう設定された仕切り部材と、
を備え、少なくとも前記回収搬送路下流側で前記回収搬送路から前記攪拌搬送路側へ現像剤が前記仕切り部材を越えて移送されるようにするとともに、前記現像剤排出口の高さは前記現像剤排出口近傍の前記仕切り部材高さと同じかそれ以下にして前記補給手段により補給された新規現像剤の増加により前記回収搬送路上の余剰現像剤を排出するようにしたことを特徴とする現像装置。
２．前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流までの前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間の前記仕切り部材の高さを、前記回収搬送路上流から前記回収搬送路途中までの前記仕切り部材の高さより低くするとともに、前記回収搬送路の終端側を前記攪拌搬送路の始端側に連通させる第３連通口を設けたことを特徴とする前記１に記載の現像装置。
３．前記回収搬送路下流に設けられる前記現像剤排出口は、前記回収搬送路の現像剤搬送方向において前記現像剤担持体の現像領域より外側で、かつ前記第３連通口より上流側であり、前記攪拌搬送路に対向する位置に設けられることを特徴とする前記２に記載の現像装置。
４．前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流までの前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間の前記仕切り部材の高さを、前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流に向けて徐々に低くしたことを特徴とする前記１に記載の現像装置。
５．前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流までの前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間の前記仕切り部材の高さを、前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流に向けて直線状またはスロープ状に徐々に低くしたことを特徴とする前記４に記載の現像装置。
６．前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流までの前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間の前記仕切り部材の高さを、前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流に向けて階段状に徐々に低くしたことを特徴とする前記４に記載の現像装置。
７．前記現像剤排出口は、前記回収搬送路の現像剤搬送方向において前記現像剤担持体の現像領域より外側の前記回収搬送路下流で、前記攪拌搬送路に対向する位置に設けられることを特徴とする前記４から６のいずれかに記載の現像装置。
８．前記回収搬送路と前記攪拌搬送路間の前記仕切り部材の前記現像剤排出口と対向している位置の高さは、前記現像剤排出口に対応する領域においてほぼ一定の高さであることを特徴とする前記１から７のいずれかに記載の現像装置。
９．前記第３連通口、または前記回収搬送路から前記攪拌搬送路へ現像剤を移送させる連通路の幅が、前記第２連通口の幅の２倍以上であることを特徴とする前記１から８のいずれかに記載の現像装置。
１０．前記攪拌搬送路下流での現像剤量は、前記現像剤担持体が搬送する現像剤量の約２倍以下としたことを特徴とする前記１から９のいずれかに記載の現像装置。
１１．前記規制部材を下方に配置し、前記供給搬送路は前記回収搬送路及び前記攪拌搬送路の下方に配置したことを特徴とする前記１から１０のいずれかに記載の現像装置。
１２．前記現像剤担持体は複数本の現像ロールからなり、最下方の現像ロールに前記規制部材を配置したことを特徴とする前記１１に記載の現像装置。
１３．前記現像剤担持体は、前記像担持体の静電潜像を直接現像することを特徴とする前記１から１２のいずれかに記載の現像装置。
１４．前記現像剤担持体は、前記現像剤担持体と前記像担持体の間に配置されるトナー担持体にトナーを供給し、該トナー担持体が前記像担持体の静電潜像を現像することを特徴とする前記１から１２のいずれかに記載の現像装置。

本発明は、上記のように構成したので、現像剤に過度のストレスを与えることなく充分に混合攪拌が行えるとともに、トリクル方式の現像剤排出が安定し、かつ適切な量の現像剤排出が行えるコンパクトな現像装置を提供することができる効果を奏する。

本発明を適用する画像形成装置の概略断面図。 本発明の第１の実施形態の各ローラの軸と垂直な断面を示す断面図。 第１の実施形態の現像装置の上部の蓋部材を取って示した上面図。 図３の中央部分を省略して両端部を拡大した部分拡大上面図。 図２のＸ−Ｘ線で切断した側断面図。 比較例の現像装置の各搬送路を展開して示した模式図。 第１の実施形態の現像装置の各搬送路を展開して示した模式図。 本発明の第２の実施形態の仕切り部材を示す側面図。 第２の実施形態の現像装置の各搬送路を展開して示した模式図。 第２の実施形態の回収搬送路下流での断面を表す断面図。 本発明の第１変形例を示す模式図。 本発明をハイブリッド方式に適用した態様を示す模式図。

以下、図を用いて本発明を説明する。図１は、本発明を適用する画像形成装置の概略断面図であり、この画像形成装置は、タンデム方式のカラー機である。なお、本発明は、他の方式のカラー機やモノクロ機などにも適用できることは勿論である。

画像形成装置は、その中央に縦長に巻回された中間転写ベルト１を有し、この中間転写ベルト１の右側にイエロー作像ユニット２Ｙ、マゼンタ作像ユニット２Ｍ、シアン作像ユニット２Ｃ、ブラック作像ユニット２Ｋが上から順に配置されている。

各作像ユニットの構成は同一であるので、イエロー作像ユニット２Ｙを代表として説明するに、ユニットの左端に感光体ドラム３Ｙが中間転写ベルト１に接するよう配置されており、この感光体ドラム３Ｙの廻りに反時計方向に、帯電装置４Ｙ、レーザー書込み装置５Ｙ、現像装置６Ｙ、一次転写ローラ７Ｙ（中間転写ベルト１の裏側）、及びクリーニング装置８Ｙが順次配置されている。なお、以降の説明で、各装置のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを取った部品番号で行う説明は各色共通の説明である。

感光体ドラム３は、帯電装置４で一様帯電された後、図示しない画像読取装置からの画像データ、あるいはパソコンなどから送信されてきた画像データに基づきレーザー書込み装置５で画像を書き込まれ、感光体ドラム３上に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置６でトナー像とされ、一次転写ローラ７によって中間転写ベルト１に転写される。

各色のトナー像が中間転写ベルト１上で重ね合わされると、このトナー像は、二次転写ローラ９により図示しない給紙装置から給紙された用紙Ｐに転写される。転写後の中間転写ベルト１はベルトクリーニング装置１０により清掃される。そして、用紙に転写されたトナー像は、定着装置１１により定着された後、機外に排出される。

本実施形態の画像形成装置は、全体をコンパクトにする設計としたため、図１において、レーザー書込み装置５を感光体ドラム３に近接させており感光体ドラム３から見て奥行き方向（図の右側方向）にはスペースが少ない。そのため、現像装置６も、コンパクトな構成としている。

このような本発明の現像装置６の構成及び機能を、図２から図８を用いて説明する。図２は各ローラの軸と垂直な断面を示す断面図、図３は現像装置上部の蓋部材を取って示した上面図、図４は図３の中央部分を省略して両端部を拡大した部分拡大図である。

図２は、図３のほぼ中央部付近の断面図であり、感光体ドラム３と現像装置６を示している。感光体ドラム３は図中反時計方向に回転駆動されており、この感光体ドラム３に対向して２本の現像ローラ２１、２２が設けられる。現像ローラ２１、２２は内部に磁気ローラを有し、トナーとキャリアからなる現像剤の磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシで感光体ドラム３上の静電潜像を摺擦して現像を行うものである。両現像ローラ２１、２２は時計方向に図示しない駆動手段で回転される。

現像ローラ２１、２２の右方に３本のスクリューローラがそれぞれの軸が逆三角形の頂点にほぼ位置するように配置されており、仕切り部材（詳しくは後述する）が各スクリューローラを仕切って、下側の供給搬送路３０、左上の回収搬送路４０、右上の攪拌搬送路５０を構成している。

供給搬送路３０の中には供給スクリューローラ３１が、回収搬送路４０の中には回収スクリューローラ４１が、また、攪拌搬送路５０の中には攪拌スクリューローラ５１がそれぞれ配置される。

供給スクリューローラ３１は時計方向に、回収スクリューローラ４１と攪拌スクリューローラ５１は反時計方向にそれぞれ図示しない駆動手段で回転駆動され、内部の現像剤を供給スクリューローラ３１と回収スクリューローラ４１とは図中奥側から手前側に、攪拌スクリューローラ５１は手前側から奥側に攪拌搬送する。なお、各スクリューローラの軸に示す●印と×印は、現像剤の搬送方向を示すべく矢の先端（●）と後端（×）とを表している。

また、図３に示すように、各搬送路及びスクリューローラは、現像ローラ２１、２２の現像領域より図中右側が長く突出するように構成されている。そして、後述するように、供給スクリューローラ３１のさらに右方には現像剤を補給するスクリューローラが配置されている。

供給スクリューローラ３１は、現像剤を現像ローラ２１との間の空間部に供給する。この空間部の下側壁面の外側に現像ローラ２１に対してわずかの間隙をあけて規制ブレード３２が配置され、この規制ブレード３２の規制によって現像ローラ２１には所定量の現像剤が供給される。現像ローラ２１はまた現像ローラ２２に現像剤を渡し、２本の現像ローラで感光体ドラム３上の静電潜像を現像する。

上側の現像ローラ２２の周面にはスクレーパ４２が近接配置されており、現像後の現像剤を回収して回収スクリューローラ４１に引き渡し、この現像剤を回収搬送路４０で図中手前方向に搬送する。

各搬送路は、図２中ハッチングで示す仕切り部材６０で仕切られているが、このうち、回収搬送路４０と攪拌搬送路５０の間の仕切り部材６１は、少なくとも回収搬送路４０の下流側で上部を開放する構成となっている。

図５は、この回収搬送路４０と攪拌搬送路５０の間の仕切り部材６１を説明する図であり、図２のＸ−Ｘ線で切断した側断面図である。図５において、回収搬送路４０の上流側の仕切り部材６１ａは現像剤面より充分高く、一方、下流側の仕切り部材６１ｂは回収搬送路４０及び攪拌搬送路５０で搬送される現像剤面の高さとほぼ同じくらいの高さに設定されている。これにより回収搬送路４０を搬送される現像剤の一部は、仕切り部材６１ｂを乗り越えて攪拌搬送路５０側に移送され、攪拌搬送される現像剤に加えられる。

供給搬送路３０と攪拌搬送路５０は、その始端側と終端側に設けられる連通口３３、５２（図２中、ドットハッチングで示す）により連通されている。供給搬送路３０の終端側から攪拌搬送路５０に連通する開口が第１連通口３３であり、攪拌搬送路５０から供給搬送路３０に連通する開口が第２連通口５２である。また、前述の仕切り部材６１ｂには、回収搬送路４０の終端側から攪拌搬送路５０に連通する第３連通口４３（図２中ではドットハッチングで示す）が設けられている。

さらに、回収搬送路４０の下流側に現像剤排出口４４が設けられている。現像剤排出口４４の水平方向の位置は、現像ローラ２１、２２の現像領域より外側（図３において右側）でかつ第１連通口３３及び第３連通口４３に対して上流側寄りの位置である。また、現像剤排出口４４の垂直方向の位置は、図２に破線で示すように、同一位置の仕切り部材の高さより低い位置に設定されている。

供給スクリューローラ３１と攪拌スクリューローラ５１が互いに逆方向に現像剤を移送するので、現像剤は連通口３３、５２を介して両搬送路を循環搬送され、その間にトナーとキャリアは充分に混合攪拌される。そして、回収搬送路４０に回収され搬送される現像剤は、その一部が仕切り部材６１ｂを乗り越えて攪拌搬送路５０に移送され、残りの現像剤は回収搬送路４０の終端側に設けられた第３連通口４３から攪拌搬送路５０に移送される。一方、新たな現像剤が補給されるなどで現像剤量が多くなると、回収搬送路４０で搬送される現像剤は、現像剤排出口４４から排出され、トリクル現像方式を実現する。現像剤排出は、詳しくは後述する。

以上の構成で、現像剤は、現像装置６内を循環攪拌され、供給搬送路３０から現像ローラ２１、２２に供給され、静電潜像を現像して、回収搬送路４０から循環路に戻るわけであるが、先述のとおり、トナーは現像により消費され、キャリアもトリクル現像方式に従って排出されていく。以下に排出されて減少した現像剤を補充する構成を説明する。

図３、図４において、供給スクリューローラ３１の終端側には、同軸に補給スクリューローラ７１が設けられている。この補給スクリューローラ７１は、供給スクリューローラ３１に対してスクリューの巻き方向が逆になっており、また、補給スクリューローラ７１の始端側に補給用の現像剤供給口７２が設けられている。この現像剤供給口７２から補給される現像剤が補給スクリューローラ７１によって供給スクリューローラ３１に向けて移送される。補給する現像剤量は、攪拌搬送路５０の終端近くに設けられたトナー濃度センサ５３（図２参照）の検出信号により決定される。

補給スクリューローラ７１によって搬送される補給用の現像剤と供給スクリューローラ３１によって搬送されてくる現像剤が衝突する位置は、ちょうど、供給搬送路３０から攪拌搬送路５０に現像剤を汲み上げる第１連通口３３の位置に設定されており、この新旧現像剤の衝突により両現像剤は第１連通口３３から押し上げられて、攪拌搬送路５０側に汲み上げられることになる。

上述の現像剤補給形態では、攪拌搬送路５０内の現像剤の下側から新規の現像剤が補給されることになる。これを攪拌搬送路５０の上側から補給する場合と比較すると、上側からの補給では、補給されたトナーはまだ充分キャリアと混合攪拌されていないので現像剤面に浮き上がる場合があるが、下側からの補給ではこのような問題は生じない。

攪拌搬送路の下側からの補給は、上述の形態のみならず、特開２００７−２２６１０１号公報に示されるような紛体ポンプを用いて第１連通口３３や攪拌搬送路の上流側の下方から行っても良い。

続いて、本発明の現像装置における現像剤の動きを説明するが、比較のために、まず仕切り部材６１ｂが仕切り部材６１ａと同じ高さの現像装置の場合を説明する。図６は、比較例の現像装置の各搬送路を展開して模式的に示した図であり、中央に現像ローラ２１、２２を配し、その上側に回収搬送路３０と攪拌搬送路５０を、下側に供給搬送路４０を配置したものである。また、回収搬送路３０と攪拌搬送路５０との間の仕切り部材６１は上流から下流まで同じ高さであり、回収搬送路３０から攪拌搬送路５０への搬送途中での現像剤の移送を阻止している。

図においてドットハッチングは、現像剤の量を示し、矢印は、現像剤の流れを示す。供給搬送路３０から現像ロール２１、２２に供給された現像剤は、感光体ドラム上の静電潜像を現像した後、回収搬送路４０に回収され、回収スクリューローラ４１で下流方向に搬送される。そして、第３開口４３から攪拌搬送路５０に移送される。

一方、供給スクリューローラ３１で供給搬送路３０を搬送され、現像ローラ２１に供給されず残った現像剤は、第１連通口３３から攪拌搬送路５０に移送され、攪拌スクリューローラ５１で図中左方向に搬送されながら混合攪拌される。そして、攪拌搬送路５０の終端側で第２連通口５２から供給搬送路３０に戻される。

ここで、攪拌搬送路５０の下流での単位時間当たりの現像剤流量、言い換えれば、供給搬送路３０に移送される現像剤量を「１」とし、供給搬送路３０の下流での残存現像剤量を「１／３」とすると、現像ローラ２１、２２を通り回収搬送路４０に回収される現像剤量は「２／３」となる。この「２／３」の現像剤量は、規制ブレード３２で規制されて供給されるので一定量である。なお、現像で消費されるトナー量は現像剤の総量に比べて微々足るものであるので、ここでは考慮に入れないことにする。この回収搬送路４０を搬送される「２／３」の現像剤は、下流の第３開口４３から攪拌搬送路５０に移送される。

このような現像剤の流れの中で、供給搬送路３０下流で補給量「α」の現像剤補給が行われると、供給搬送路３０の下流における現像剤量は「１／３＋α」となり、攪拌搬送路５０の上流では回収搬送路４０からの現像剤「２／３」と合わせて「１＋α」の現像剤量になる。なお、図６の展開図、および後述する図７、図９の展開図において、寸法引出し線を用い、分数で示した数値は上記の現像剤量を示している。

このような形態でトリクル現像方式の現像剤排出口の位置を検討するに、まず供給搬送路３０の下流のＡの位置に設ける場合は、オーバーフロー方式での排出は可能である。しかし、供給搬送路３０は比較的新しい現像剤が搬送されているので、不経済であり望ましくない。

次に回収搬送路４０の下流のＢの位置に設ける場合、回収搬送路４０を搬送される現像剤量は一定のため現像剤面が変化せず、オーバーフロー方式の排出は困難になり、オーバーフロー方式以外の何らかの機械的手段により排出することが必要となる。

一方、攪拌搬送路５０の上流に補給された現像剤の圧力で攪拌搬送路５０内の現像剤が回収搬送路４０側に逆流できればオーバーフロー方式も可能と思われる。しかし、現像剤は液体のように低粘性で流動性が良い流体ではないので、攪拌搬送路５０での現像剤面の上昇をスムーズに回収搬送路４０に伝達し難い。紛体の流動性を示す指標に安息角があるが、現像剤の安息角を非常に小さく（流動性を良く）しても、現像剤排出口が攪拌搬送路５０への連通口に近い場合は特許文献３と同様に排出量が安定しない欠点がある。これは、連通口付近は現像剤の流路が１８０度転換する位置であり、現像剤面がスクリューの回転により激しく変動しているため、補給された現像剤量に相当する量の現像剤を安定して排出すること難しいのである。

以上のような考察を経て本発明者は本発明の現像装置に至ったのであり、次に、本発明の現像装置での現像剤の動きを図７を用いて説明する。図７も図６と同様に現像装置を展開して示した模式展開図である。

図７において供給搬送路３０から現像ローラ２１、２２を経て回収搬送路４０に至る現像剤の動きは、図６と同様である。しかし、本発明の現像装置は、回収搬送路４０と攪拌搬送路５０との間の仕切り部材が中央部付近から下流に至る部分で低く構成されている。すなわち、仕切り部材６１ａは、回収搬送路４０と攪拌搬送路５０を隔離しているが、仕切り部材６１ｂは仕切り部材６１ａより低く設定されており、回収搬送路４０を搬送される現像剤はこの仕切り部材６１ｂを乗り越えて攪拌搬送路５０側に移送される。

攪拌搬送路５０の下流での単位時間当たりの現像剤流量を「１」とし、供給搬送路３０の下流での残存現像剤量を「１／３」とすると、現像ローラ２１、２２を通り回収搬送路４０に回収される現像剤量は「２／３」となる。この「２／３」の現像剤量のうち、約半分の現像剤量「１／３」が仕切り部材６１ｂを乗り越えて攪拌搬送路５０に移送されるとすると、回収搬送路４０の下流での現像剤量は「１／３」となる。

ここで、供給搬送路３０下流で補給量「α」の現像剤補給が行われると、供給搬送路３０の下流における現像剤量は「１／３＋α」となり、攪拌搬送路５０の上流では「１／３＋α」の現像剤量になる。そして、攪拌搬送路５０の上流から中央部付近にかけては、回収搬送路４０から流入した現像剤が加わっていることになる。

この状態で、現像剤排出口４４を図の位置に設けると、攪拌搬送路５０上流で補給された現像剤の増加分「α」による圧力は、第３連通口４３を通って回収搬送路４０側に伝わり、回収搬送路４０下流での現像剤面の上昇が起きる。これは、補給された現像剤の増加分「α」による圧力が、回収搬送路４０から仕切り部材６１ｂを乗り越えて攪拌搬送路５０に移送された現像剤により下流側に伝播するのを阻止されるためである。

このように、補給現像剤の増加により、回収搬送路４０での現像剤面の上昇が起きるので、補給現像剤に相当する量の古い現像剤を現像剤排出口４４からのオーバーフロー方式で排出することが可能となる。

なお、本実施形態の現像装置は、攪拌搬送路下流での現像剤量は、現像剤担持体が搬送する現像剤量の約２倍以下となるように設定されているが、これは、現像装置内を循環する現像剤量が適切で、無駄に大量の現像剤を現像装置内に持たないようにするためである。

また、仕切り部材６１ｂから攪拌搬送路５０側への現像剤の移送は徐々に起きるので、攪拌搬送路５０での現像剤面の変動は少なく、現像剤の排出に対する影響も少なくなるので安定した排出が可能である。

次に、本発明の第２の実施形態を図８を用いて説明する。第２の実施形態は、仕切り部材が回収搬送路中央から下流にかけて徐々に低くなる形態であり、図８はこの仕切り部材のみを示している。

図８（ａ）の中央部から下流の仕切り部材６１ｃは、直線状に傾斜して低くなっており、図８（ｂ）の仕切り部材６１ｄは、階段状に徐々に低くなっている。また、図８（ｃ）の仕切り部材６１ｅは、スロープ状に傾斜して低くなる形態である。これらいずれ形態も現像剤排出口に対応する部分では、回収搬送路４０の底面近くまで低く構成されており、従って、第３連通口は設けられていない。なお図中に現像剤排出口（４３）の位置を点線で示しており、図より明らかなごとく、現像剤排出口（４３）に対応する部分の仕切り部材はほぼ水平な位置になっている。このように現像剤排出口に対応する仕切り部材の高さがほぼ一定であると、攪拌搬送路５０からの現像剤圧力がほぼ均等に回収搬送路４０側に伝播されるので、現像剤排出が安定する。

次に第２の実施形態での現像剤の動きを説明する。図９は、第２の実施形態の現像装置を展開して示した模式図である。

第２の実施形態が第１の実施形態と異なるところは、仕切り部材６１が中央から下流に向けて徐々に低くなるよう構成した点であり、これにより回収搬送路４０から攪拌搬送路５０への現像剤の移送は中央から下流にかけて第１の実施形態と比較して増加しており、その移送は緩やかに進行する。この状態を斜めの矢印の本数で示している。

図１０は、第２の実施形態の回収搬送路下流での断面を表す断面図であり、現像剤面の状態を示している。図において、３０ｄは、供給搬送路３０における現像剤面であり、４０ｄ１、４０ｄ２は、回収搬送路４０における中央付近と下流付近の現像剤面であり、５０ｄは、攪拌搬送路５０における現像剤面である。それぞれの現像剤面は、使用する現像剤の安息角に対応して約２５度の傾きを持っている。

仕切り部材は図８（ａ）に示す直線状に傾いた仕切り部材６１ｃとしてあり、上下の２本の線が中央付近と下流付近の高さを示している。図１０の現像剤面５０ｄの上の点線は現像剤補給による攪拌搬送路５０の現像剤面の上昇を示し、この上昇により上面の現像剤は仕切り部材６１ｃの上を通って回収搬送路４０に入り（図９では攪拌搬送路５０上流から回収搬送路４０下流に向けた点線の矢印で示す）、回収搬送路４０における現像剤が攪拌搬送路５０に移送されるのが阻止され、回収搬送路４０の現像剤面が上昇することにより、現像剤排出口４４から機外に排出される。この攪拌搬送路５０から回収搬送路４０に現像剤が逆流する仕切り部材の部分は、第１の実施形態の第３連通口に相当するが、連通口ではないので、連通路ということにする。

この第２の実施形態における現像剤の動きは、上述の第１の実施形態とほぼ同様であるが、仕切り部材が徐々に低くなるので、第１の実施形態に比べ回収搬送路４０から攪拌搬送路５０への現像剤の移送はさらに穏やかに行われる。また、仕切り部材の終端付近は幅の広い連通路となっているので、現像剤補給による回収搬送路側への現像剤流入も緩やかに起き、そのため、現像剤排出は安定して行える。

〔効果の確認〕
上記の第１の実施形態及び第２の実施形態と、比較例の形態とで性能テストを行って効果を確認した。比較例は、本実施形態の仕切り部材を同じ高さとした構成である。なお、比較例における現像剤排出口は、不経済性を無視して供給搬送路に設けた。テストに用いる各諸元を以下に示す。

・画像形成装置：モノクロ８０ｐｐｍ機
プロセス速度４４０ｍｍ／ｓ
・感光体ドラム
直径：８０ｍｍ
・現像ローラ
スリーブ径：２５ｍｍ
現像ローラ２１のスリーブ回転数：５５０ｒｐｍ
現像ローラ２２のスリーブ回転数：６６０ｒｐｍ
現像ローラ２１と現像ローラ２２との隙間量：０．２７ｍｍ
現像ローラと感光体ドラムとの隙間量：０．４０ｍｍ
現像ローラ上現像剤搬送量：２２０ｇ／ｍ^２
・現像剤
トナー径：６．５μｍ キャリア径：３３μｍ
トナー濃度：７質量％ 安息角：２５度
・供給スクリューローラ
回転数：３００ｒｐｍ 直径：３０ｍｍ ピッチ：７０ｍｍ 条数：２
現像剤充填率：０．７９
・攪拌スクリューローラ
回転数：３００ｒｐｍ 直径：３０ｍｍ ピッチ：７０ｍｍ 条数：２
現像剤充填率：０．７９
・回収スクリューローラ
回転数：３００ｒｐｍ 直径：２８ｍｍ ピッチ：５４ｍｍ 条数：２
現像剤充填率：０．８１
・第２連通口の幅：３０ｍｍ
・第３連通口の幅：３０ｍｍ（第１の実施形態）
・仕切り部材６１ｃで現像剤移送部分の幅：１００ｍｍ（第２の実施形態）
上記の諸元の本実施形態と比較例の形態の現像装置を用いて次のテストを行った。

テスト１：現像剤排出性能
現像剤補給口より現像剤を所定量投入し、１分後に排出される現像剤量との比（排出／投入）を評価した。

比較例 ： × （≦０．５）
第１の実施形態 ： △ （０．８〜０．９）
第２の実施形態 ： ○ （０．９〜１．０）
このテストにより、比較例では、投入量の半分以下しか排出されないことがわかる。一方、本発明は比較例より多くの現像剤を排出でき、特に第２の実施形態は投入される現像剤量とほぼ同じ量の現像剤が排出されることが確認できた。

テスト２：現像剤排出安定性能
第１の実施形態で、第３連通口の幅を順次大きくして現像剤排出安定性を確認した。現像剤排出安定性は、現像剤補給口から現像剤を単位時間当たりに一定量投入し、排出される現像剤量を単位時間ごとに測定し、各単位時間当たりの排出量の平均値に対する各単位時間当たりの排出量の差分の絶対値の平均値を求め、これを、比較例の同様の数値を１とした相対値で評価した。

結果は以下のとおりである。

連通口幅比（第３連通口／第２連通口） １ １．５ ２ ３
現像剤排出安定性 × △ ○ ○
○：≦０．８
△：０．８〜１．２
×：１．２≦
この数値は、値が小さいほどバラツキが少なく排出性能が安定していることを示す。すなわち、第３連通口の幅が広いほど現像剤面の変動が少なく安定して排出できることを示している。なお、第２の実施形態においては、仕切り部材６１ｃの低くなった部分が第３連通口に相当し、低くなった部分の幅が広いため、連通口幅比３以上の安定性を得られる。すなわち、第３連通口の幅、あるいは、第２の実施形態の仕切り部材で現像剤の移送を許す部分の幅が、第２連通口の幅に対して２倍以上あると排出性能が良好なことになる。

このように、本発明の現像装置は、現像剤排出が安定し、かつ適切な量の現像剤排出が行えることを確認できた。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限られることなく種々の変形が可能である。

図１１は、本発明の変形例を示す模式図であり、この変形例では、供給搬送路が上に、回収搬送路と攪拌搬送路が下側に配置されている。すなわち、上側の供給搬送路３０から規制ブレード３２を通って現像ローラ２１に現像剤を供給し、現像後の現像剤はスクレーパ４２で掻き取られて回収搬送路４０に回収される。供給搬送路３０と攪拌搬送路５０は、両端の連通口で連通しており、現像剤を両搬送路で循環搬送する。

この変形例においても回収搬送路４０と攪拌搬送路５０の間の仕切り部材は回収搬送路上流側から中央にわたる高さの高い仕切り部材６１ａと中央から下流にかけて直線状に低くなる仕切り部材６１ｃを有している。なお、仕切り部材６１ｃは、他の仕切り部材とすることもできる。

この変形例においても新しい現像剤が補給されると、攪拌搬送路５０の上流の現像剤面が上昇するが、上昇した現像剤の圧力は、回収搬送路４０の中央から下流にかけて仕切り部材６１ｃを乗り越え、回収搬送路４０の現像剤が攪拌搬送路５０へ移送されるのを阻止されることにより、仕切り部材６１ｃの低い部分を通って現像剤排出口４４から排出される。

また、上述の第１、第２の実施形態、及び変形例では、各搬送路及びスクリューローラは平行なものとして説明してきたが、必ずしも平行である必要はない。例えば、攪拌搬送路５０を若干斜めにして、回収搬送路下流と攪拌搬送路上流、及び供給搬送路上流と攪拌搬送路下流をより近づけることができる。

図１２は、本発明をハイブリッド方式に適用した態様を示す模式図である。ハイブリッド方式は、１成分現像と２成分現像の合体したものであり、２成分現像の長寿命の特長を有しながら、感光体ドラムをキャリアが摺擦することに起因する画像欠陥の問題を解決する現像方式として、現像剤担持体上に２成分現像剤を担持し２成分現像剤からトナーのみをトナー担持体に供給して現像に用いるものである。

図１２において、供給スクリューローラ３１、回収スクリューローラ４１、攪拌スクリューローラ５１（その他の部材は簡略化のために図示を省略している）により現像ローラ２１にトナーとキャリアからなる現像剤を供給する点は、上述の実施形態の構成と同一である。この現像ローラ２１と像担持体である感光体ドラム３との間にドナーローラ（トナー担持体）８０が配置されている。

ドナーローラ８０は、金属製のローラで表面にアルマイト被覆が施されており、１８００ＶのＡＣ電圧とマイナス３００ＶのＤＣ電圧とが重畳されたバイアス電圧が印加されている。現像ローラ２１には、１８００ＶのＡＣ電圧とマイナス４００ＶのＤＣ電圧が重畳されたバイアス電圧が印加されており、この電位差によりマイナス帯電のトナーが、ドナーローラ８０に吸着される。そして、ドナーローラ８０上のトナーが、感光体ドラム３上の静電潜像をジャンピング現像するものである。

以上説明した以外にも本発明は様々な形態に適用できることは勿論である。

３ 感光体ドラム（像担持体）
６ 現像装置
２１、２２ 現像ローラ（現像剤担持体）
３０ 供給搬送路
３１ 供給スクリューローラ
３２ 規制部材
３３ 第１連通口
４０ 回収搬送路
４１ 回収スクリューローラ
４２ スクレーパ
４３ 第３連通口
４４ 現像剤排出口
５０ 攪拌搬送路
５１ 攪拌スクリューローラ
５２ 第２連通口
６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ 仕切り部材
７１ 補給スクリューローラ
７２ 現像剤補給口
８０ ドナーローラ（トナー担持体）

Claims (14)

1. トナーとキャリアからなる現像剤を収容する現像装置を用いて像担持体上に形成された静電潜像を現像する画像形成装置において、
   現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と平行に設置されて第１方向に現像剤を搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する供給ローラと、該供給ローラから前記現像剤担持体への現像剤の供給量を規制する規制部材とを有し、前記供給ローラによる現像剤の供給搬送路を形成する供給手段と、
   前記現像剤担持体と平行に設置されて現像後の現像剤を前記現像剤担持体から回収するとともに第１方向と同方向に現像剤を搬送する回収ローラとを有し、該回収ローラによる現像剤の回収搬送路を形成する回収手段と、
   前記供給手段及び前記回収手段と隣接して設けられ、現像剤を攪拌しながら前記第１方向と逆方向に搬送する攪拌ローラを有し、該攪拌ローラによる現像剤の攪拌搬送路を形成する攪拌手段と、
   前記供給搬送路の終端側、前記攪拌搬送路の始端側または前記回収搬送路の終端側において少なくともキャリアを含む補給用の現像剤を補給する補給手段と、
   前記回収搬送路の下流に設けられ現像剤を排出する現像剤排出口と、
   前記供給搬送路、前記回収搬送路、前記攪拌搬送路を互いに仕切るとともに、前記供給搬送路の終端側を前記攪拌搬送路の始端側に連通させる第１連通口と、前記攪拌搬送路の終端側を前記供給搬送路の始端側に連通させる第２連通口とを有し、前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間において少なくとも前記回収搬送路下流側で両搬送路の上部を開放し、その高さを前記回収搬送路及び前記攪拌搬送路で搬送される現像剤面高さとほぼ同じになるよう設定された仕切り部材と、
   を備え、少なくとも前記回収搬送路下流側で前記回収搬送路から前記攪拌搬送路側へ現像剤が前記仕切り部材を越えて移送されるようにするとともに、前記現像剤排出口の高さは前記現像剤排出口近傍の前記仕切り部材高さと同じかそれ以下にして前記補給手段により補給された新規現像剤の増加により前記回収搬送路上の余剰現像剤を排出するようにしたことを特徴とする現像装置。
2. 前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流までの前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間の前記仕切り部材の高さを、前記回収搬送路上流から前記回収搬送路途中までの前記仕切り部材の高さより低くするとともに、前記回収搬送路の終端側を前記攪拌搬送路の始端側に連通させる第３連通口を設けたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記回収搬送路下流に設けられる前記現像剤排出口は、前記回収搬送路の現像剤搬送方向において前記現像剤担持体の現像領域より外側で、かつ前記第３連通口より上流側であり、前記攪拌搬送路に対向する位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. 前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流までの前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間の前記仕切り部材の高さを、前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流に向けて徐々に低くしたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流までの前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間の前記仕切り部材の高さを、前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流に向けて直線状またはスロープ状に徐々に低くしたことを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流までの前記回収搬送路と前記攪拌搬送路の間の前記仕切り部材の高さを、前記回収搬送路途中から前記回収搬送路下流に向けて階段状に徐々に低くしたことを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
7. 前記現像剤排出口は、前記回収搬送路の現像剤搬送方向において前記現像剤担持体の現像領域より外側の前記回収搬送路下流で、前記攪拌搬送路に対向する位置に設けられることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の現像装置。
8. 前記回収搬送路と前記攪拌搬送路間の前記仕切り部材の前記現像剤排出口と対向している位置の高さは、前記現像剤排出口に対応する領域においてほぼ一定の高さであることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の現像装置。
9. 前記第３連通口、または前記回収搬送路から前記攪拌搬送路へ現像剤を移送させる連通路の幅が、前記第２連通口の幅の２倍以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の現像装置。
10. 前記攪拌搬送路下流での現像剤量は、前記現像剤担持体が搬送する現像剤量の約２倍以下としたことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の現像装置。
11. 前記規制部材を下方に配置し、前記供給搬送路は前記回収搬送路及び前記攪拌搬送路の下方に配置したことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の現像装置。
12. 前記現像剤担持体は複数本の現像ロールからなり、最下方の現像ロールに前記規制部材を配置したことを特徴とする請求項１１に記載の現像装置。
13. 前記現像剤担持体は、前記像担持体の静電潜像を直接現像することを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の現像装置。
14. 前記現像剤担持体は、前記現像剤担持体と前記像担持体の間に配置されるトナー担持体にトナーを供給し、該トナー担持体が前記像担持体の静電潜像を現像することを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の現像装置。

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