JP6070304B2 - 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の画像形成装置に用いられる現像装置、プロセスカートリッジ、及び現像装置又はプロセスカートリッジを備えた画像形成装置に関し、特に、現像剤の循環経路が形成された現像装置、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、複写機、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる現像装置において、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤（添加剤等を添加する場合も含む）を収容して、３つの搬送部材（搬送スクリュ）によって現像剤を長手方向に搬送しながら循環経路を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

３つの搬送部材を有する現像装置において、第１搬送部材（第１搬送スクリュ）は現像剤担持体（現像ローラ）に対向して配置され、現像剤を長手方向に搬送しながら現像剤担持体に現像剤を供給する。第２搬送部材（第２搬送スクリュ）は、第１搬送部材の下方において現像剤担持体に対向して配置され、第１搬送経路からの現像剤を受けて長手方向に搬送する。第３搬送部材（第３搬送スクリュ）は、第１搬送部材と第２搬送部材に隣接して配置され、第２搬送部材を備えた第２搬送経路から排出された現像剤を、第１搬送部材を備えた第１搬送経路の上流側に向けて斜め上方に搬送する。
また、現像装置には、第２搬送経路の下流側と第３搬送部材を備えた第３搬送経路の上流側とを連通させる第１中継部と、第３搬送経路の下流側と第１搬送経路の上流側とを連通させる第２中継部と、第１搬送経路の下流側と第２搬送経路の下流側とを連通させる第３中継部と、が設けられている。現像剤は各搬送経路の長手方向に搬送され、各中継部を経由して現像装置内を循環する。

このように３つ（又は、３つ以上）の搬送部材を用いて現像剤の循環経路を形成する現像装置は、トナーを消費する印刷領域が現像装置の長手方向一端側に集中するような場合であっても、長手方向における現像剤中のトナー濃度の偏りの無い循環経路を形成できる。従って、３つ（又は、３つ以上）の搬送部材を用いて現像剤の循環経路を形成する現像装置は、２つの搬送部材を用いて現像剤の循環経路を形成する現像装置に比べて、高速化・大型化された画像形成装置に用いる現像装置として適している。

上記従来の現像装置においては、第１搬送経路では空気が現像剤担持体の回転に沿って現像装置外に吐き出されて内圧が低くなるのに対して、第２搬送経路では空気が現像剤担持体の回転に沿って現像装置内に引き込まれて内圧が高くなる傾向がある。
即ち、第１搬送経路から外部に吐き出される空気は、剤規制部材であるドクターブレードを通過する際に起きる現像剤の流れに沿って発生する吐き出し気流によるものである。しかし、現像剤の流出方向からみてドクターブレードの上流側では現像剤の密度が高いため、空気の吐き出し効果は低い。
それに対して、現像剤担持体側から第２搬送経路側に引き込まれる空気は、第１搬送経路から現像剤担持体側に向かう空気の流通経路よりも明らかに広い経路を通過する。その上、現像剤担持体から第２搬送経路までは空気の流入を阻害するものがないため、第２搬送経路は多くの空気を取り込むことができる。
以上の理由から、総合的にみて現像器内の内圧は上昇し、その結果、シール性の低い部分からトナーや現像剤が飛散（噴出）してしまう不具合が生じることがあった。
特に近年、電子写真装置の高速化が要求されており、現像剤担持体や搬送部材の回転速度を高める必要がある。また、電子写真装置の大型化に伴って、現像剤担持体や搬送部材が長手方向に長くなり、現像装置の内部に収容される現像剤の量も増加しているため、現像器内の内圧の上昇が顕著になり、上述した不具合が無視できないものになっている。

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、現像剤担持体に現像剤を供給する第１の搬送部材と、第１の搬送部材からの現像剤を受けて搬送する第２の搬送部材と、第２の搬送部材によって搬送されてきた現像剤を第１の搬送部材の上流側に搬送する第３の搬送部材とによって現像剤の循環経路を形成した場合であっても、現像装置内における内圧が高くなってトナーや現像剤が飛散してしまう不具合が生じにくい、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。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成された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、現像剤を担持する現像剤担持体と、現像装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送する循環経路を形成する複数の搬送経路と、を備え、前記複数の搬送経路は、前記現像剤を長手方向に搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する第１搬送部材を備えた第１搬送経路と、前記第１搬送部材によって搬送され現像に使用されなかった現像剤を長手方向に搬送する第２搬送部材を備えた第２搬送経路と、前記第２搬送部材によって搬送されてきた現像剤を前記第１搬送経路の上流側に向けて搬送する第３搬送部材を備えた第３搬送経路と、前記第１搬送経路と前記第２搬送経路と前記第３搬送経路とを仕切る壁部と、を備え、前記第３搬送経路は、搬送方向中間部の断面積が最小となるように形成された狭小部と、前記狭小部よりも搬送方向下流側に配置されるとともに、現像装置の外部に連通する開口部と、を具備し、前記現像装置は、画像形成装置内に装着されたときに前記画像形成装置内に取り付けられる面板の内外に跨がって配置され、前記開口部は前記面板の外部へ露出する位置に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、第３搬送経路の搬送方向中間部に狭小部を設け、狭小部の下流側には現像装置の外部に連通する開口部を配置し、開口部を画像形成装置内に取り付けられる面板の外部へ露出させたので、第２搬送経路における内圧が高くなってトナーや現像剤が飛散してしまう不具合が生じにくい、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。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す全体構成図である。 図１の画像形成装置に装着されたプロセスカートリッジ及びトナーカートリッジを示す拡大図である。 現像装置を示す拡大図である。 現像装置における循環経路を図３に示す矢印Ｘ方向から長手方向にみた断面図である。 （Ａ）は図４のＹ１−Ｙ１断面を示す概略断面図であり、（Ｂ）は図４のＹ２−Ｙ２断面を示す概略断面図である。 図４の循環経路における、（Ａ）狭小部を示すＹ３−Ｙ３断面の概略断面図と、（Ｂ）広大部を示すＹ４−Ｙ断面の概略断面図である。 面板から露出するフィルタユニットを示す斜視図である。 現像装置からフィルタユニットを取り外した様子を示す斜視図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。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。
また、本明細書において「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部（現像装置）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可能に設置されるユニットと定義する。

まず、図１にて、実施の形態における画像形成装置全体の構成・動作について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置を示す全体構成図である。
図示する画像形成装置は、感光体ドラム２１（像担持体）に静電潜像を書き込む書込み部２Ａ〜２Ｄと、感光体ドラム２１に形成された静電潜像を現像してトナー像化する現像装置を備えたプロセスカートリッジ２０（２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫ）と、被転写材Ｐを収容する給紙部６１と、給紙部６１から給送された被転写材Ｐ上に感光体ドラム２１が担持するトナー像を転写する転写ベルト３０と、被転写材Ｐに転写されたトナー像を圧力と熱により被転写材Ｐに定着させる定着部６６と、を備えている。

書込み部２Ａ〜２Ｄは、画像情報に基いて帯電工程後の感光体ドラム２１（像担持体）に静電潜像を書き込むための装置である。書込み部２Ａ〜２Ｄは、ポリゴンミラー３Ａ〜３Ｄや光学素子４Ａ〜４Ｄ等を用いた光走査装置である。なお、書込み部として、光走査装置の替わりにＬＥＤアレイを用いることもできる。
給紙部６１は、記録紙、ＯＨＰ等の被転写材Ｐを収容して、画像形成時には被転写材Ｐを転写ベルト３０に向けて給送する。

転写ベルト３０は、被転写材Ｐをその表面に静電的に吸着させて搬送して感光体ドラム２１上に形成されたトナー像を被転写材Ｐ上に転写するための無端状ベルトであって、その外周面上に吸着ローラ６４とベルトクリーナ６５とを設けている。
転写ベルト３０を介して感光体ドラム２１に対向する転写ローラ２４は、芯金と芯金を被覆する導電性弾性層とを有する。転写ローラ２４の導電性弾性層は、ポリウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）等の弾性材料に、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化スズ等の導電性付与剤を配合分散して電気抵抗値（体積抵抗率）を中抵抗に調整した弾性体である。

定着部６６は、加熱ローラ６８および加圧ローラ６７を有し、被転写材Ｐ上のトナー像を圧力と熱とによって被転写材Ｐに定着させる。
転写ベルト３０に沿って縦方向に配置された４つのプロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫは、それぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像を形成するためのものである。

各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫ上には、各色（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック）のトナー（トナー粒子）を現像装置２３に補給するトナーカートリッジ２８Ｙ、２８Ｃ、２８Ｍ、２８ＢＫが設置されている。
プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫ、及び、トナーカートリッジ２８Ｙ、２８Ｃ、２８Ｍ、２８ＢＫは、転写ベルト３０を回転支軸を中心に開放して装置本体１から着脱することができる。

本実施の形態の画像形成装置は、複写機及びプリンタとして機能する複合型の画像形成装置である。複写機として機能する場合には、スキャナから読み込まれた画像情報に対してＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理が施されて書込みデータに変換される。プリンタとして機能する場合には、コンピュータ等から送信されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施されて書込みデータに変換される。

画像形成時には、書込み部２Ａ〜２Ｄからプロセスカートリッジ２０ＢＫ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｙに対して、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの画像情報に応じた露光光がそれぞれ照射される。すなわち、各光源から発せられた露光光（レーザ光）がポリゴンミラー３Ａ〜３Ｄ、光学素子４Ａ〜４Ｄ等を通過して、各感光体ドラム２１上に照射される。これによって、各プロセスカートリッジ２０ＢＫ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｙの感光体ドラム２１（像担持体）上に、露光光に応じたトナー像が形成される。そして、このトナー像が、被転写材Ｐに転写されることになる。

給紙部６１から給送された被転写材Ｐは、レジストローラ６３の位置で一旦タイミングを合わせて、転写ベルト３０の位置に搬送される。転写ベルト３０の送入位置に配置された吸着ローラ６４は、電圧の印加によって送入された被転写材Ｐを転写ベルト３０に吸着させる。転写ベルト３０の矢印方向の走行にともない移動する被転写材Ｐは、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫの位置を順次通過して各色のトナー像が重ねて転写される。
カラーのトナー像が転写された被転写材Ｐは、転写ベルト３０から分離して定着部６６に達する。被転写材Ｐ上のトナー像は、加熱ローラ６８及び加圧ローラ６７に挟まれつつ加熱されることで被転写材Ｐ上に定着される。一方、被転写材Ｐが分離した後の転写ベルト３０表面は、その後にベルトクリーナ６５の位置に達して、その表面に付着したトナー等の汚れがクリーニングされる。

次に、画像形成装置におけるプロセスカートリッジ及びトナーカートリッジについて詳述する。
なお、各プロセスカートリッジ２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０ＢＫはほぼ同一構造であり、各トナーカートリッジ２８Ｙ、２８Ｃ、２８Ｍ、２８ＢＫもほぼ同一構造であるため、図２では符号のアルファベット符号（Ｙ、Ｃ、Ｍ、ＢＫ）を除して図示する。また、書込み部は符号のアルファベット（Ａ〜Ｄ）を除して図示する。

図２は、装置本体１に装着されたプロセスカートリッジ２０及びトナーカートリッジ２８を示す拡大図である。図３は、プロセスカートリッジ２０に設置された現像装置２３を示す拡大図である。図４は、現像装置２３における循環経路を図３に示す矢印Ｘ方向から長手方向にみた断面図である。図５（Ａ）は図４のＹ１−Ｙ１断面を示す概略断面図であり、図５（Ｂ）は図４のＹ２−Ｙ２断面を示す概略断面図である。図６（Ａ）は図４のＹ３−Ｙ３断面を示す概略断面図であり、図６（Ｂ）は図４のＹ４−Ｙ４断面を示す概略断面図である。

図２に示すように、プロセスカートリッジ２０は、像担持体としての感光体ドラム２１、帯電部２２、現像装置２３（現像部）、クリーニング部２５が一体化されたものである。
像担持体としての感光体ドラム２１は、負帯電の有機感光体であって、不図示の回転駆動機構によって反時計方向に回転駆動される。
帯電部２２は、芯金上に、ウレタン樹脂、導電性粒子としてのカーボンブラック、硫化剤、発泡剤等を処方した中抵抗の発泡ウレタン層をローラ状に形成した弾性を有する帯電ローラである。帯電部２２の中抵抗層の材質としては、ウレタン、エチレン−プロピレン−ジエンポリエチレン（ＥＰＤＭ）、ブタジエンアクリロニトリルゴム（ＮＢＲ）、シリコーンゴムや、イソプレンゴム等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものを用いることもできる。
クリーニング部２５は、感光体ドラム２１に摺接するクリーニングブラシ（又は、クリーニングブレード）が設置されていて、感光体ドラム２１上の未転写トナーを機械的に除去・回収する。

現像装置２３は、現像剤担持体としての現像ローラ２３ａが感光体ドラム２１に近接するように配置されていて、双方の対向部分には感光体ドラム２１と磁気ブラシとが接触する現像領域が形成される。現像装置２３内には、トナーＴとキャリアＣとからなる現像剤Ｇ（２成分現像剤）が収容されている。そして、現像装置２３は、感光体ドラム２１上に形成される静電潜像を現像する（トナー像を形成する。）。なお、現像装置２３の構成・動作については、後で詳しく説明する。

図２を参照して、トナーカートリッジ２８は、その内部に現像装置２３内に供給するための新品のトナーＴを収容している。そして、トナーカートリッジ２８から現像装置２３に適宜に新品のトナーＴが補給されることになる。具体的に、現像装置２３に設置された磁気センサ２６（図４を参照できる。）によって検知されるトナー濃度（現像剤Ｇ中のトナーＴの割合である。）の情報に基いて、シャッタ機構８０の開閉動作をおこなって、トナーカートリッジ２８から現像装置２３内に向けて現像剤Ｇを適宜に供給する。
供給管２９は、トナーカートリッジ２８から供給されるトナーＴを現像装置２３内に確実に導くためのものである。すなわち、トナーカートリッジ２８から排出されたトナーＴは、供給管２９を介して、現像装置２３内に供給される。

次に、感光体ドラム２１上でおこなわれる作像プロセスについて説明する。
図２を参照して、感光体ドラム２１が反時計方向に回転駆動されると、まず、帯電部２２の位置で感光体ドラム２１の表面が一様に帯電される。その後、帯電された感光体ドラム２１表面は、露光光Ｌの照射位置に達して、書込み部２による露光工程がおこなわれる。すなわち、露光光Ｌの照射によって感光体ドラム２１上を画像情報に応じて選択的に除電することで、照射されなかった非画像部の電位との差（電位コントラスト）を発生させて静電潜像を形成する。なお、この露光工程は、感光体ドラム２１の感光層中で電荷発生物質が光を受けて電荷を発生して、このうち正孔が感光体ドラム２１表面の帯電電荷と打ち消しあうものである。

その後、潜像が形成された感光体ドラム２１表面は、現像装置２３との対向位置に達する。感光体ドラム２１上の静電潜像は、現像ローラ２３ａ上の磁気ブラシと接触して、磁気ブラシ中の負帯電されたトナーＴが付着されて可視化される。
詳しくは、現像ローラ２３ａの磁極による磁力で汲み上げられた現像剤Ｇは、現像剤規制部材としてのドクターブレード２３ｃによって適量化された後に、感光体ドラム２１との対向部である現像領域（現像ローラ２３ａと感光体ドラム２１との対向領域である。）に搬送される。現像領域において穂立ちされたキャリアＣが感光体ドラム２１を摺擦する。このとき、キャリアＣに混合されているトナーＴは、キャリアＣとの摩擦によって負帯電されている。これに対して、キャリアＣは正帯電されている。不図示の電源部から現像ローラ２３ａに対して、所定の現像バイアスが印加される。これによって、現像ローラ２３ａと感光体ドラム２１との間に電界が形成されて、負帯電されたトナーＴが電界によって感光体ドラム２１上の画像部にのみ選択的に付着してトナー像を形成する。

その後、トナー像が形成された感光体ドラム２１表面は、転写ベルト３０及び転写ローラ２４との対向位置に達する。そして、このタイミングに合わせてその対向位置に搬送された被転写材Ｐ上に、感光体ドラム２１上のトナー像が転写される。このとき、転写ローラ２４には、所定の電圧が印加されている。
その後、トナー像が転写された被転写材Ｐは、定着部６６を通過して、排出ローラ６９から装置外部に排出される。

一方、転写工程時に被転写材Ｐに転写されずに感光体ドラム２１上に残留したトナーＴ（未転写トナー）は、感光体ドラム２１上に付着したままクリーニング部２５との対向部に達する。そして、感光体ドラム２１上の未転写トナーは、クリーニング部２５で除去・回収される。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。
なお、クリーニング部２５で回収された未転写トナーは、不図示の搬送チューブを経由して、廃トナーとして廃トナータンク１００（図１を参照できる。）に回収される。

以下、現像装置２３の構成・動作について詳述する。
図３を参照して、現像装置２３は、現像剤担持体としての現像ローラ２３ａ、搬送部材としての搬送スクリュ２３ｂ１〜２３ｂ３（オーガスクリュ）、現像剤規制部材としてのドクターブレード２３ｃ、等で構成されている。また、現像装置２３内には、現像剤Ｇを搬送して循環経路を形成する３つの搬送経路Ｂ１〜Ｂ３（現像剤搬送部）が形成されている。

現像ローラ２３ａ（現像剤担持体）は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒形に形成してなるスリーブが不図示の回転駆動機構によって時計方向に回転されるように構成されている。現像ローラ２３ａのスリーブ内には、スリーブの周面に現像剤Ｇの穂立ちを生じるように磁界を形成するマグネットが固設されている。マグネットから発せられる法線方向磁力線に沿うように、現像剤Ｇ中のキャリアＣがスリーブ上にチェーン状に穂立ちする。このチェーン状に穂立ちしたキャリアＣに帯電したトナーＴが付着されて、磁気ブラシが形成される。磁気ブラシは、スリーブの回転によってスリーブと同方向（時計方向）に移送される。
ドクターブレード２３ｃ（現像剤規制部材）は、現像領域の上流側に設置されていて、現像ローラ２３ａ上の現像剤を適量に規制する。

３つの搬送スクリュ２３ｂ１〜２３ｂ３（搬送部材）は、軸部上に螺旋状にスクリュ部が形成されたものであって、現像装置２３内に収容された現像剤Ｇを長手方向（図２の紙面垂直方向である。）に循環しながら撹拌・混合する。
第１搬送部材としての第１搬送スクリュ２３ｂ１は、第１搬送経路Ｂ１であって現像ローラ２３ａに対向する位置に配置されていて、現像剤Ｇを水平方向に搬送する（図４の白矢印に示す左方向の搬送である。）とともに、現像ローラ２３ａ上に現像剤Ｇを供給する。換言すると、第１搬送スクリュ２３ｂ１による第１搬送経路Ｂ１は、現像ローラ２３ａに対向するとともに、現像剤Ｇを長手方向（現像ローラ２３ａの回転軸方向である。）に搬送しながら現像ローラ２３ａに現像剤Ｇを供給する。

第２搬送部材としての第２搬送スクリュ２３ｂ２は、第２搬送経路Ｂ２に設置されている。第２搬送スクリュ２３ｂ２は、第１搬送スクリュ２３ｂ１の下方であって現像ローラ２３ａに対向する位置に配置されている。そして、現像ローラ２３ａから離脱した現像剤Ｇ（現像工程後に剤離れ極によって現像ローラ２３ａ上から強制的に離脱した現像剤Ｇある。）を水平方向に搬送する（図４の白矢印に示す左方向の搬送である。）。換言すると、第２搬送スクリュ２３ｂ２による第２搬送経路Ｂ２は、第１搬送経路Ｂ１の下方であって現像ローラ２３ａに対向する位置に配置されるとともに、現像に使用されずに現像ローラ２３ａから離脱した現像剤Ｇを長手方向に搬送する。
第１搬送スクリュ２３ｂ１及び第２搬送スクリュ２３ｂ２は、現像ローラ２３ａや感光体ドラム２１と同様に、回転軸がほぼ水平になるように配置されている。

第３搬送部材としての第３搬送スクリュ２３ｂ３は、第３搬送経路Ｂ３に設置されている。第３搬送スクリュ２３ｂ３は、第２搬送経路Ｂ２の下流側（搬送方向下流側）と、第１搬送経路Ｂ１の上流側（搬送方向上流側）と、を直線的に結ぶように、水平方向に対して斜めに配置されている（図４を参照できる。）。換言すると、第３搬送スクリュ２３ｂ３は、搬送方向上流側から搬送方向下流側に向けて現像剤Ｇを斜め上方に搬送する。
そして、第３搬送スクリュ２３ｂ３は、第２搬送スクリュ２３ｂ２によって搬送された現像剤Ｇを第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路Ｂ１の上流側に搬送するとともに、第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路Ｂ１の下流側から第３中継部２３ｈ（落下経路）を介して循環される現像剤Ｇを第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路Ｂ１の上流側に搬送する（図４の白矢印に示す右斜め上方への搬送である）。換言すると、第３搬送経路Ｂ３は、第２搬送経路Ｂ２によって搬送された現像剤Ｇを第１搬送経路Ｂ１の上流側に搬送するとともに、第１搬送経路Ｂ１の下流側に達した現像剤Ｇを第１搬送経路Ｂ１の上流側に搬送する。

なお、第１搬送スクリュ２３ｂ１による搬送経路（第１搬送経路Ｂ１）と、第２搬送スクリュ２３ｂ２による搬送経路（第２搬送経路Ｂ２）と、第３搬送スクリュ２３ｂ３による搬送経路（第３搬送経路Ｂ３）と、は壁部によって仕切られている。
図４及び図５（Ａ）を参照して、壁部には、第２搬送経路Ｂ２の下流側と、第３搬送経路Ｂ３の上流側と、を連通させる第１中継部２３ｆが形成されている。また、壁部には、第１搬送経路Ｂ１の下流側と、第２搬送経路Ｂ２の下流側と、を連通させる第３中継部２３ｈが形成されている。さらに、図４及び図５（Ｂ）を参照して、壁部には、第３搬送経路Ｂ３の下流側と、第１搬送経路Ｂ１の上流側と、を連通させる第２中継部２３ｇが形成されている。
なお、本実施の形態では、第２中継部２３ｇと現像剤の搬送方向において略同位置となる領域であって、現像装置２３のケース２３ｄ（壁部）の上方に向けて開口する開口部２３ｒが形成されている。第１搬送経路Ｂ１の下流側と、第２搬送経路Ｂ２の下流側と、を連通させるように第３中継部２３ｈを形成して、第１搬送経路Ｂ１の下流側に達した現像剤Ｇを第３搬送経路Ｂ３の上流側に間接的に流入させるように構成した。これに対して、第１搬送経路Ｂ１の下流側と、第３搬送経路Ｂ３の上流側と、を連通させるように第３中継部を形成して、第１搬送経路Ｂ１の下流側に達した現像剤Ｇを第３搬送経路Ｂ３の上流側に直接的に流入させるように構成することもできる。

このような構成により、３つの搬送経路Ｂ１〜Ｂ３（搬送スクリュ２３ｂ１〜２３ｂ３）によって、現像装置２３において現像剤Ｇを長手方向に循環させる循環経路が形成されることになる。すなわち、現像装置２３が稼動されると、装置内に収容された現像剤Ｇは図４中の白矢印で示すように循環（流動）することになる。
なお、第３搬送経路Ｂ３にはトナー濃度センサとしての磁気センサ２６が設置されている。そして、磁気センサ２６によって検知されるトナー濃度の情報に基いて、トナーカートリッジ２８から現像装置２３内に向けて供給管２９を介してトナーＴが供給される。本実施の形態では、現像装置２３内の現像剤Ｇのトナー濃度が３〜１０重量％になるように制御されている。

以下、図４、図５、図６にて、本実施の形態において特徴的な、現像装置２３の構成・動作について詳述する。
図４及び図６（Ａ）を参照して、第３搬送経路Ｂ３には、その搬送方向中間部（上流側である。）に、第３搬送経路Ｂ３において搬送路の断面積が最小となるように形成された狭小部Ｂ３１が設けられている。さらに、図４及び図６（Ｂ）を参照して、第３搬送経路Ｂ３の狭小部Ｂ３１の直下流には、第３搬送経路Ｂ３において搬送路の断面積が最大となるように形成された広大部Ｂ３２が設けられている。

詳しくは、狭小部Ｂ３１は、第１中継部２３ｆに対して搬送方向下流側に配置されている。狭小部Ｂ３１は、第３搬送スクリュ２３ｂ３のスクリュ部の外径部に対して０．５〜２ｍｍ程度のギャップが周方向にわたって形成されるように、その断面形状が第３搬送スクリュ２３ｂ３の回転軸を中心にして同心円状に形成されている。
開口部２３ｒは、第２中継部２３ｇに設けられており、現像装置２３のケース２３ｄ（壁部）の上方に開口するように形成されている。開口部２３ｒにいたるまでには、狭小部Ｂ３１よりも下流側で、狭小部Ｂ３１に隣接して広大部Ｂ３２が形成されている。広大部Ｂ３２は、第３搬送経路Ｂ３において搬送路の断面積が最大の部分である。広大部Ｂ３２は、底部から側部にかけて第３搬送スクリュ２３ｂ３のスクリュ部の外径部に対して０．５〜２ｍｍ程度のギャップがあくように形成されている。側部から天井部にかけて第３搬送スクリュ２３ｂ３に対して上方に充分な距離があけられるように形成されている。なお、「充分な距離」とは、少なくとも、スクリュ部の上端からスクリュ部の半径分以上の距離である。
そして、広大部Ｂ３２よりも下流の第２中継部２３ｇの天井部に開口部２３ｒが形成されている。

このような構成により、第２搬送経路Ｂ２において現像ローラ２３ａの回転に沿って現像装置２３（第２搬送経路Ｂ２）内に空気が引き込まれて内圧が高くなりそうになっても、第１中継部２３ｆを介して第２搬送経路Ｂ２に連通する第３搬送経路Ｂ３の狭小部Ｂ３１が吸引ポンプごとく機能するために、第２搬送経路Ｂ２における内圧の高まりを軽減することができる。これは、連通した空間同士の間で、圧力が一定になろうとする性質を利用したものである。すなわち、現像ローラ２３ａの回転に沿って第２搬送経路Ｂ２内に引き込まれた空気は、開口部２３ｒを通じて常に外気圧と同じ内圧に維持される広大部Ｂ３２に向けて、狭小部Ｂ３１のポンプ作用（広大部Ｂ３２との圧力差と第３搬送スクリュ２３ｂ３の回転とによって空気を上流側から下流側に吸引する動作である。）によって流動して、広大部Ｂ３２と隣接する第２中継部２３ｇに設けられた開口部２３ｒで外気圧とのバランスが維持される（内圧を高める分の空気が開口部２３ｒから外部に排出される）。
このようにして、第２中継部２３ｇの内圧は、外気圧とほぼ同等になるように維持されるために、第２搬送経路Ｂ２において内圧が高まりシール性の低い部分からトナーＴや現像剤Ｇが飛散（噴出）してしまう不具合が抑止されることになる。

ここで、本実施の形態では、上述した狭小部Ｂ３１のポンプ作用をさらに確実かつ効率的に発揮するために、図４に示すように、第３搬送経路Ｂ３において第１中継部２３ｆの位置から狭小部Ｂ３１の位置までの搬送路の断面積が漸減するように形成している。すなわち、第３搬送経路Ｂ３において第１中継部２３ｆの位置から狭小部Ｂ３１の位置まで搬送路の断面積が徐々に小さくなるように形成することで、第１中継部２３ｆから流入した空気が、狭小部Ｂ３１の位置までスムーズに流動することになる（吸引されることになる）。

また、本実施の形態では、上述した第２搬送経路Ｂ２から第３搬送経路Ｂ３への空気の流動が確実に生じるように、第１中継部２３ｆが、現像剤Ｇに埋没しないように形成されている。具体的には、図５（Ａ）に示すように、第１中継部２３ｆの上端が、第１中継部２３ｆで受け渡しされる現像剤Ｇの剤面（高さ）に対して充分に上方に離れていて、第１中継部２３ｆにて空気の流動が確実におこなわれるように構成されている。

また、上述した狭小部Ｂ３１のポンプ作用をさらに確実かつ効率的に発揮するために、狭小部Ｂ３１は、その長手方向の長さＨ２が、第３搬送経路Ｂ３の長手方向の長さＨ１に対して１０％以上になるように形成することが好ましい。本実施の形態では、狭小部Ｂ３１の長手方向の長さＨ２が、第３搬送経路Ｂ３の長手方向の長さＨ１に対して１５％程度に設定されている。
このような構成により、狭小部Ｂ３１において、第３搬送スクリュ２３ｂ３のスクリュピッチが少なくとも１周期分は確保できるため、第３搬送スクリュ２３ｂ３の回転によって空気を上流側から下流側に流動させる機能を確実に発揮させることができる。

また、上述した狭小部Ｂ３１のポンプ作用をさらに確実かつ効率的に発揮するために、第３搬送スクリュ２３ｂ３の現像剤搬送力（現像剤Ｇを長手方向に搬送する力である。）が、第１搬送スクリュ２３ｂ１の現像剤搬送力や第２搬送スクリュ２３ｂ２の現像剤搬送力に比べて大きくなるように形成することが好ましい。具体的には、第３搬送スクリュ２３ｂ３のスクリュピッチやスクリュ径や回転速度を、第１搬送スクリュ２３ｂ１や第２搬送スクリュ２３ｂ２のものよりも大きく設定することで、第３搬送スクリュ２３ｂ３の現像剤搬送力を高めることができる。

ここで、現像装置２３は、画像形成装置内に着脱自在に装着される。画像形成装置内には面板５０が取り付けられており、現像装置２３は、画像形成装置内に装着されたときに面板５０の内外に跨がって配置される。
面板５０は、画像形成装置に着脱可能に固定される。面板５０は、前カバーを開放することで外部に露出する。現像装置２３（又は現像装置２３を有するプロセスカートリッジ）を画像形成装置内に収容した後、面板５０を画像形成装置内に固定すると、現像装置２３が画像形成装置から着脱不能となる。
面板５０には、現像装置２３の長手方向端部を画像形成装置内の外部に露出させる貫通孔５１が形成されている。開口部２３ｒは貫通孔５１から面板５０の外部に露出する位置に設けられている。従って、開口部２３ｒには、前カバーを開放するだけで、画像形成装置から現像装置２３（又はプロセスカートリッジ）を取り外すことなくアクセス可能である。
即ち、面板５０は、画像形成装置内に装着された現像装置２３の長手方向端部を貫通孔５１から露出させつつ、現像装置２３の着脱を禁止するものである。

現像装置２３には、貫通孔５１から面板５０の外部に露出する開口部２３ｒを覆うように、フィルタ４１を有するフィルタユニット４０が着脱自在に装着されている。
図７は、面板から露出するフィルタユニットを示す斜視図である。図８は、現像装置からフィルタユニットを取り外した様子を示す斜視図である。
フィルタユニット４０は、現像装置２３のケース２３ｄに着脱自在な支持体４２と、支持体４２に設置（貼着）されたフィルタ４１と、を備えている。
支持体４２は、開口部２３ｒと連通する中空部を備えた筒状部材であり、中空部は第３搬送経路Ｂ３から開口部２３ｒ及びフィルタ４１を通って現像装置２３の外部に流出する空気の流出経路となる。支持体４２は、現像装置２３のケース２３ｄにスライド自在に装着される装着部４３を有している。図示する装着部４３は、現像装置２３の長手方向に伸びる凸部から形成されている。
また、現像装置２３のケース２３ｄには、フィルタユニット４０が装着される被装着部２３ｅが形成されている。図示する被装着部２３ｅは、現像装置２３の長手方向に延びる凹部から形成されている。
フィルタ４１には、１〜１０μｍの孔が多数形成されており、現像装置２３の外部に空気のみを排出してトナーＴ（又は、キャリアＣ）を捕集する。

フィルタユニット４０は、現像装置２３に対して着脱自在であるため、一定期間使用したフィルタ４１にトナーが捕集されるなどして透気性が低下した場合でも、容易にフィルタユニット４０ごと交換が可能となっている。
また、フィルタユニット４０も貫通孔５１から露出しているので、フィルタユニット４０は面板５０を取り外さなくても、ケース２３ｄに着脱可能である。従って、現像装置２３（又は現像装置２３を有するプロセスカートリッジ）を画像形成装置内から取り外さなくとも、フィルタユニット４０を着脱することができるのでメンテナンス性が高い。
また、このフィルタユニット４０が設置されている開口部２３ｒは現像剤の投入口として用いることも可能である。上記同様に現像装置を取り外すことなく、開口部２３ｒより現像剤の投入が可能であり、メンテナンス性が高い。

以上説明したように、本実施の形態では、第３搬送経路Ｂ３の搬送方向中間部に狭小部Ｂ３１を設け、狭小部Ｂ３１よりも下流側に現像装置２３の外部に連通する開口部２３ｒを設けた。このため、現像ローラ２３ａ（現像剤担持体）に対向するように上下方向に配置された２つの搬送スクリュ２３ｂ１、２３ｂ２（搬送部材）とそれらの搬送スクリュ２３ｂ１、２３ｂ２に対向するように配置された第３搬送スクリュ２３ｂ３とによって現像剤Ｇの長手方向の循環経路を形成した場合であっても、第２搬送経路Ｂ２の内圧が高くなってトナーＴや現像剤Ｇが飛散してしまう不具合を生じにくくすることができる。
なお、本実施の形態では、搬送スクリュ２３ｂ１〜２３ｂ３が３つ設置された現像装置２３に対して本発明を適用したが、搬送スクリュが４つ以上設置された現像装置に対しても本発明を適用することができる。その場合も、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態では、第３搬送スクリュ２３ｂ３を水平方向に対して斜めに配置したが、第３搬送スクリュ２３ｂ３を水平に配置することもできる。
また、本実施の形態では、供給手段としてのトナーカートリッジ２８から現像装置２３に向けてトナーＴを供給したが、供給手段から新品の現像剤Ｇ（トナーＴ及びキャリアＣ）を現像装置２３に向けて供給することもできる。その場合、新品の現像剤Ｇが供給される現像装置２３には、余剰の現像剤Ｇ（キャリアＣ）を排出するための排出手段が設けられることになる。このような場合であっても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態においては、作像部の一部がプロセスカートリッジ２０で構成される画像形成装置に対して、本発明を適用した。しかし、本発明の適用はこれに限定されることなく、作像部がプロセスカートリッジ化されていない画像形成装置に対しても、当然に本発明を適用することができる。具体的に、現像装置２３が単体で画像形成装置本体に着脱されるユニットして構成されている場合であっても、当然に本発明を適用することができる。

さらに、本実施の形態では、現像ローラ２３ａが１つ設置された現像装置２３に対して本発明を適用したが、現像ローラが２つ以上設置された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。その場合にも、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本発明が本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、本実施の形態の中で示唆した以外にも、本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、形状等は本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。

２０…プロセスカートリッジ、２３…現像装置、２３ａ…現像ローラ、２３ｂ１…第１搬送スクリュ、２３ｂ２…第２搬送スクリュ、２３ｂ３…第３搬送スクリュ、２３ｃ…ドクターブレード、２３ｄ…ケース、２３ｅ…被装着部、２３ｆ…第１中継部、２３ｇ…第２中継部、２３ｈ…第３中継部、２３ｒ…開口部、Ｂ１…第１搬送経路、Ｂ２…第２搬送経路、Ｂ３…第３搬送経路、Ｂ３１…狭小部、Ｂ３２…広大部、４０…フィルタユニット、４１…フィルタ、４２…支持体、４３…装着部

特開２００７−３１６４９５公報 特開２００１−２４９５４５公報

Claims (9)

1. 現像剤を収容するとともに、像担持体上に形成された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、現像剤を担持する現像剤担持体と、
   現像装置内に収容された現像剤の循環経路を形成する複数の搬送経路と、を備え、
   前記複数の搬送経路は、
   前記現像剤を長手方向に搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する第１搬送部材を備えた第１搬送経路と、
   前記第１搬送部材によって搬送され現像に使用されなかった現像剤を長手方向に搬送する第２搬送部材を備えた第２搬送経路と、
   前記第２搬送部材によって搬送されてきた現像剤を前記第１搬送経路の上流側に向けて搬送する第３搬送部材を備えた第３搬送経路と、
   前記第１搬送経路と前記第２搬送経路と前記第３搬送経路とを仕切る壁部と、を備え、
   前記第３搬送経路は、
   搬送方向中間部の断面積が最小となるように形成された狭小部と、
   前記狭小部よりも搬送方向下流側に配置されるとともに、現像装置の外部に連通する開口部と、
   を具備し、
   前記現像装置は、画像形成装置内に装着されたときに前記画像形成装置内に取り付けられる面板の内外に跨がって配置され、前記開口部は前記面板の外部へ露出する位置に設けられていることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤を捕集する着脱自在なフィルタを前記開口部に備えたことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記壁部は、
   前記第２搬送経路の搬送方向下流側と前記第３搬送経路の搬送方向上流側とを連通させる第１中継部と、
   前記第３搬送経路の搬送方向下流側と前記第１搬送経路の搬送方向上流側とを連通させる第２中継部と、
   前記第１搬送経路の搬送方向下流側と前記第２搬送経路の搬送方向下流側とを連通させる第３中継部と、を備え、
   前記第２搬送経路は前記第１搬送経路の下方に配置され、前記第３搬送部材は搬送方向上流側から搬送方向下流側に向けて現像剤を斜め上方に搬送することを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記狭小部は、第１中継部に対して搬送方向下流側に配置され、
   前記開口部は、第２中継部に対して搬送方向において略同位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の現像装置。
5. 前記第３搬送経路は、前記第１中継部から前記狭小部までの搬送経路の断面積が漸減するように形成され、前記狭小部の直下流における搬送経路の断面積が最大となるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記狭小部の長手方向の長さは、前記第３搬送経路の長手方向の長さに対して１０％以上となるように形成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の現像装置。
7. 前記第３搬送部材の現像剤搬送力は、前記第１搬送部材の現像剤搬送力よりも大きく、且つ、前記第２搬送部材の現像剤搬送力よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の現像装置。
8. 画像形成装置本体に対して着脱可能に設置されるプロセスカートリッジであって、請求項１乃至７の何れか一項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。
9. 請求項１乃至７の何れか一項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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