JP5883167B2 - 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

本発明は、電子写真方式を用いて記録材上に画像を形成する画像形成装置に関し、特に画像形成装置に適用される現像装置及びプロセスカートリッジに関するものである。

電子写真画像形成方式（電子写真プロセス）を用いたプリンタ等の画像形成装置では、像担持体としての電子写真感光体（以下、「感光体」という。）を一様に帯電させ、帯電した感光体を選択的に露光することによって、感光体上に静電像を形成する。感光体上に形成された静電像は、現像剤としてのトナーでトナー像として顕像化される。そして、感光体上に形成されたトナー像を、記録用紙、プラスチックシート等の記録材に転写し、更に記録材上に転写されたトナー像に熱や圧力を加えることでトナー像を記録材に定着させることで画像記録を行う。

このような画像形成装置は、一般に、現像剤の補給や各種のプロセス手段のメンテナンスを必要とする。この現像剤の補給作業や各種のプロセス手段のメンテナンスを容易にするために、感光体、帯電手段、現像手段、クリーニング手段等を枠体内にまとめてカートリッジ化し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジとすることが実用化されている。プロセスカートリッジ方式によれば、ユーザビリティーに優れた画像形成装置を提供することができる。

又、近年、複数色の現像剤を用いてカラー画像を形成するカラー画像形成装置が普及してきている。カラー画像形成装置としては、複数色の現像剤を用いた画像形成動作のそれぞれに対応する感光体を、トナー像が転写される被転写体の表面移動方向に沿って一列に配置した、所謂、インライン方式の画像形成装置が知られている。インライン方式のカラー画像形成装置には、複数の感光体が鉛直方向（重力方向）と交差する方向（例えば水平方向）に一列に配置されたものがある。インライン方式は、画像形成速度の高速化やマルチファンクションプリンタへの展開などの要望に対応し易いなどの点で好ましい画像形成方式である。

又、画像形成装置として、感光体を、被転写体としての中間転写体、又は、被転写体としての記録材を搬送する記録材担持体の下方に配置したものがある（特許文献３参照）。

感光体を中間転写体や記録材担持体の下方に配置する場合、画像形成装置本体内において中間転写体や記録材担持体を間に挟む態様で、例えば定着装置と現像装置（或いは、露光装置）とを離れた位置に配置することができる。そのため、現像装置（或いは、露光装置）が定着装置の熱の影響を受け難いなどの利点がある。

一方、上述のように感光体を中間転写体又は記録材担持体の下方に配置するような場合には、現像装置において、現像剤収容部から重力に反して現像ローラ（現像剤担持体）や供給ローラ（供給部材）へ現像剤を供給する必要が生じることがある。

そこで、特許文献１において、供給部材へ現像剤を供給する手段として供給部材の下側に受けシートを接触させる方法が開示されている。この方法によると、この受けシートによって、供給部材に付着した現像剤が重力によって落下するのを防ぎ、現像剤担持体に供給できる現像剤が減少しないようにして、ベタ画像の濃度低下を防止している。

また、特許文献２では、現像剤収容部の上方に位置する現像室内において、供給部材の下方に搬送部材を設け、搬送部材によって現像剤を供給部材の下面へ搬送するとともに現像室でのトナー凝集を抑制する方法が開示されている。

特開２００３−１７３０８３号公報 特開２００９−２２２９３１号公報

しかしながら、特許文献１のような現像剤の供給方法では、印字率の低い画像を連続して出力した場合、供給部材と受けシートの間で現像剤が滞留して凝集し、濃度ムラ等の画質低下が発生する場合がある。

特許文献２のような構成においては、現像室内において供給部材の他に搬送部材が追加部材として必要であり、装置構成が複雑化していた。また、現像室内での搬送部材との摩擦が現像剤を劣化させる要因となっていた。

本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、現像室よりも下方に配置された収容室から現像室に現像剤を搬送するよう構成された現像装置を用いた場合に、簡易な構成で収容室と現像室との間で現像剤を循環させることを課題とする。

上記目的を達成するために本出願に掛かる発明の代表的な構成は、
画像形成装置に用いられる現像装置であって、
潜像を現像剤によって現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体と当接して形成されるニップ部において、その表面が下方に移動するように回転して現像剤を前記現像剤担持体に供給する供給部材と、
前記現像剤担持体が潜像を現像する際に担持する現像剤の量を規制する規制部材と、
前記現像剤担持体と前記供給部材を備える現像室と、
前記現像室よりも下方に配置されて、現像剤を収容する収容室と、
前記収容室に収容された現像剤を前記現像室へ搬送する搬送部材と、
前記現像室の内部に設けられた空間であって、前記供給部材が回転することでその内部を現像剤が収容室に向けて移動する空間と、
を有し、
前記空間に面する前記収容室の内面の上端は、前記供給部材の回転中心よりも下方に位置することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、現像室よりも下方に配置された収容室から現像室に現像剤を搬送するよう構成された現像装置を用いた場合に、簡易な構成で収容室と現像室との間で現像剤の循環を行い、現像剤が現像室に滞留するのを抑制することができる。

本発明を適用可能な実施例に係る画像形成装置の概略構成断面図である。 本発明を適用可能な実施例に係るプロセスカートリッジの概略構成断面図である。 本発明を適用可能な実施例に係る現像装置内のトナーの動きを表した図である。 本発明を適用可能な実施例に掛かる現像装置の別構成例を表した図である。 比較例のプロセスカートリッジの概略構成断面図である。

以下、本発明に係る現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

［画像形成装置の全体構成］
先ず、本発明に係る電子写真画像形成装置（画像形成装置）の全体構成について説明する。
図１は、本実施例の画像形成装置１００の概略断面図である。本実施例の画像形成装置１００は、インライン方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザープリンタである。画像形成装置１００は、画像情報に従って、記録材（例えば、記録用紙、プラスチックシート、布など）にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像形成装置本体１００Ａに接続された画像読み取り装置、或いは、画像形成装置本体１００Ａに通信可能に接続されたパーンナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置本体１００Ａに入力される。

画像形成装置１００は、複数の画像形成部として、それぞれイエロー（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ための第１、第２、第３、第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを有する。本実施例では、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。

尚、本実施例では、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫの構成及び動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略して、総括的に説明する。

本実施例では、画像形成装置１００は、複数の像担持体として、鉛直方向と交差する方向に並設された４個のドラム型の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム１を有する。感光体ドラム１は、図示矢印Ａ方向（時計方向）に図示しない駆動手段（駆動源）により回転駆動される。感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の表面を均―に帯電する帯電手段としての帯電ローラ２、画像情報に基づきレーザーを照射して感光体ドラム１上に静電像（静電潜像）を形成する露光手段としてのスキャナユニット（露光装置）３が配置されている。又、感光体ドラム１の周囲には、静電像をトナー像として現像する現像手段としての現像ユニット（現像装置）４、転写後の感光体ドラム１の表面に残ったトナー（転写残トナー）を除去するクリーニング手段としてのクリーニング部材６が配置されている。更に、４個の感光体ドラム１に対向して、感光体ドラム１上のトナー像を記録材１２に転写するための中間転写体としての中間転写ベルト５が配置されている。

尚、本実施例では、現像ユニット４は、現像剤として非磁性一成分現像剤のトナーを用いる。又、本実施例では、現像ユニット４は、現像剤担持体としての現像ローラ（後述）を感光体ドラム１に対して接触させて反転現像を行うものである。即ち、本実施例では、現像ユニット４は、感光体ドラム１の帯電極性と同極性（本実施例では負極性）に帯電したトナーを、感光体ドラム１上の露光により電荷が減衰した部分（画像部、露光部）に付着させることで静電像を現像する。

本実施例では、感光体ドラム１と、感光体ドラム１に作用するプロセス手段としての帯電ローラ２、現像ユニット４及びクリーニング部材６とは、一体化され、即ち、一体的にカートリッジ化されて、プロセスカートリッジ７を形成している。プロセスカートリッジ７は、画像形成装置本体１００Ａに設けられた装着ガイド、位置決め部材などの装着手段を介して、画像形成装置１００に着脱可能となっている。本実施例では、各色用のプロセスカートリッジ７は、全て同一形状を有しており、各色用のプロセスカートリッジ７内には、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブランク（Ｋ）の各色のトナーが収容されている。

中間転写体としての無端状のベルトで形成された中間転写ベルト５は、全ての感光体ドラム１に当接し、図示矢印Ｂ方向（反時計方向）に循環移動（回転）する。中間転写ベルト５は、複数の支持部材として、駆動ローラ５１、二次転写対向ローラ５２、従動ローラ５３に掛け渡されている。

中間転写ベルト５の内周面側には、各感光体ドラム１に対向するように、一次転写手段としての、４個の一次転写ローラ８が並設されている。一次転写ローラ８は、中間転写ベルト５を感光体ドラム１に向けて押圧し、中間転写ベルト５と感光体ドラム１とが当接する一次転写部Ｎ１を形成する。そして、一次転写ローラ８に、図示しない一次転写バイアス印加手段としての一次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト５上に転写（一次転写）される。

又、中間転写ベルト５の外周面側において二次転写対向ローラ５２に対向する位置には、二次転写手段としての二次転写ローラ９が配置されている。二次転写ローラ９は、中間転写ベルト５を介して二次転写対向ローラ５２に圧接し、中間転写ベルト５と二次転写ローラ９とが当接する二次転写部Ｎ２を形成する。そして、二次転写ローラ９に、図示しない二次転写バイアス印加手段としての二次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、中間転写ベルト５上のトナー像が記録材１２に転写（二次転写）される。

更に説明すれば、画像形成時には、先ず、感光体ドラム１の表面が帯電ローラ２によって一様に帯電される。次いで、スキャナユニット３から発された画像情報に応じたレーザー光によって、帯電した感光体ドラム１の表面が走査露光され、感光体ドラム１上に画像情報に従った静電像が形成される。次いで、感光体ドラム１上に形成された静電像は、現像ユニット４によってトナー像として現像される。感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ８の作用によって中間転写ベルト５上に転写（一次転写）される。

例えば、フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、第１〜第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫにおいて順次に行われ、中間転写ベルト５上に各色のトナー像が次に重ね合わせて一次転写される。

その後、中間転写ベルト５の移動と同期が取られて記録材１２が二次転写部Ｎ２へと搬送される。中間転写ベルト５上の４色トナー像は、記録材１２を介して中間転写ベルト５に当接している二次転写ローラ９の作用によって、一括して記録材１２上に二次転写される。

トナー像が転写された記録材１２は、定着手段としての定着装置１０に搬送される。定着装置１０において記録材１２に熱及び圧力を加えられることで、記録材１２にトナー像が定着される。

又、一次転写工程後に感光体ドラム１上に残留した一次転写残トナーは、クリーニング部材６によって除去、回収される。又、二次転写工程後に中間転写ベルト５上に残留した二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１１によって清掃される。

尚、画像形成装置１００は、所望の一つの画像形成部のみを用いて、又は、幾つか（全てではない）の画像形成部のみを用いて、単色又はマルチカラーの画像を形成することもできるようになっている。

［プロセスカートリッジの構成］
次に、本実施例の画像形成装置１００に装着されるプロセスカートリッジ７の全体構成について説明する。本実施例では、収容しているトナーの種類（色）を除いて、各色用のプロセスカートリッジ７の構成及び動作は実質的に同一である。

図２は、感光体ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って見た本実施例のプロセスカートリッジ７の概略断面（主断面）図である。図２のプロセスカートリッジ７の姿勢は、画像形成装置本体に装着された状態での姿勢であり、以下でプロセスカートリッジの各部材の位置関係や方向等について記載する場合はこの姿勢における位置関係や方向等を示している。

プロセスカートリッジ７は、感光体ドラム１等を備えた感光体ユニット１３と、現像ローラ１７等を備えた現像ユニット４とを一体化して構成される。

感光体ユニット１３は、感光体ユニット１３内の各種要素を支持する枠体としてのクリーニング枠体１４を有する。クリーニング枠体１４には、感光体ドラム１が図示しない軸受を介して回転可能に取り付けられている。感光体ドラム１は、図示しない駆動手段（駆動源）としての駆動モータの駆動力が感光体ユニット１３に伝達されることで、画像形成動作に応じて図示矢印Ａ方向（時計方向）に回転駆動される。本実施例にて、画像形成プロセスの中心となる感光体ドラム１は、アルミニウム製シリンダの外周面に機能性膜である下引き層、キャリア発生層、キャリア移送層を順にコーティングした有機感光体ドラム１を用いている。

又、感光体ユニット１３には、感光体ドラム１の周面上に接触するように、クリーニング部材６、帯電ローラ２が配置されている。クリーニング部材６によって感光体ドラム１の表面から除去された転写残トナーは、クリーニング枠体１４内に落下、収容される。

帯電手段である帯電ローラ２は、導電性ゴムのローラ部を感光体ドラム１に加圧接触することで従動回転する。

ここで、帯電ローラ２の芯金には、帯電工程として、感光ドラム１に対して所定の直流電圧が印加されており、これにより感光ドラム１の表面には、一様な暗部電位（Ｖｄ）が形成される。前述のスキャナユニット３からのレーザー光によって画像データに対応して発光されるレーザー光のスポットパターンは、感光ドラム１を露光し、露光された部位は、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失し、電位が低下する。この結果、露光部位は所定の明部電位（Ｖｌ）、未露光部位は所定の暗部電位（Ｖｄ）の静電潜像が、感光ドラム１上に形成される。本実施例では、Ｖｄ＝−５００Ｖ、Ｖｌ＝−１００Ｖとした。

一方、現像ユニット４は、トナー８０を担持するための現像剤担持体としての現像ローラ１７と、現像ローラ１７にトナーを供給する供給部材としてのトナー供給ローラ２０が配置された現像室、を有している。更に、現像ユニット４は、トナーを収容するトナー収容部（現像剤収容部）１８ａをトナー供給ローラ２０よりも重力方向下方に有するトナー収容室１８を備えている。なお、本実施例では初期状態で凝集度が５〜４０％のトナーを用いている。耐久を通してトナーの流動性を確保するために、このような凝集度を持つトナーを用いることが望ましい。また、トナーの凝集度については、以下のようにして測定を行った。

測定装置としては、デジタル振動計（ＤＥＧＩＴＡＬ ＶＩＢＬＡＴＩＯＮＭＥＴＥＲＭＯＤＥＬ １３３２ ＳＨＯＷＡ ＳＯＫＫＩ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ製）を有するパウダーテスター（細川ミクロン社製）を用いた。

測定法としては、振動台に３９０メッシュ、２００メッシュ、１００メッシュのふるいを目開の狭い順に、すなわち１００メッシュふるいが最上位にくるように３９０メッシュ、２００メッシュ、１００メッシュのふるい順に重ねてセットした。

このセットした１００メッシュふるい上に正確に秤量した試料（トナー）５ｇを加え、デジタル振動計の変位の値を０．６０ｍｍ（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）になるように調整し、１５秒間振動を加えた。その後、各ふるい上に残った試料の質量を測定して下式にもとづき凝集度を得た。

その際の測定サンプルは、それぞれ事前に２３℃、６０％ＲＨ環境下において２４時間放置したものであり、測定は２３℃、６０％ＲＨ環境下で行った。

凝集度（％）＝（１００メッシュふるい上の残試料質量／５ｇ）×１００＋（２００メッシュふるい上の残試料質量／５ｇ）×６０＋（３９０メッシュふるい上の残試料質量／５ｇ）×２０
また、トナー供給ローラ２０は、現像ローラ１７との間にトナーのニップ部Ｎ（現像ローラ１７とトナー供給ローラ２０とでトナーを挟む部分）を形成し、回転している。

トナー収容室１８内には、攪拌搬送部材２２が設けられている。攪拌搬送部材２２は、トナー収容室１８内に収容されたトナーを攪拌すると共に、トナー供給ローラ２０の上部に向けて図中矢印Ｇ方向にトナーを搬送するためのものでもある。本実施例において撹拌搬送部材は３０ｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ：一分（単位時間）あたりの回転数を表す）で駆動回転している。

現像ブレード（規制部材）２１は現像ローラ１７の下方に配置され、現像ローラに対してカウンターで当接しており、トナー供給ローラ２０によって供給されたトナーのコート量規制及び電荷付与を行っている。本実施例では、現像ブレード２１として、厚さ０．１ｍｍの板バネ状のＳＵＳ製の薄板を用い、薄板のバネ弾性を利用して当接圧力を形成し、その表面がトナー及び現像ローラ１７に当接される。ここで、現像ブレードとしてはこの限りではなく、リン青銅やアルミニウム等の金属薄板でも良い。また、現像ブレード２１の表面にポリアミドエラストマーやウレタンゴムやウレタン樹脂等の薄膜を被覆したものを用いても良い。

トナーは、現像ブレード２１と現像ローラ１７との摺擦により摩擦帯電されて電荷を付与されると同時に層厚規制される。また、本実施例においては、現像ブレード２１に不図示のブレードバイアス電源から所定電圧を印加し、トナーコートの安定化を図っている。本実施例においては、ブレードバイアスとしてＶ＝−５００Ｖを印加した。

現像ローラ１７と感光体ドラム１とは、対向部において各々の表面が同方向（本実施例では下から上に向かう方向）に移動するようにそれぞれ回転する。

尚、本実施例では、現像ローラ１７は、感光体ドラム１に接触して配置されているが、現像ローラ１７は、感光体ドラム１に対して所定間隔を開けて近接配置される構成であってもよい。

本実施例においては、現像ローラ１７に印加された所定のＤＣバイアスに対して、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、感光体ドラム１に接触する現像部において、その電位差から、明部電位部にのみ転移して静電潜像を顕像化する。本実施例においては、現像ローラに対してＶ＝−３００Ｖを印加することにより、明部電位部との電位差ΔＶ＝２００Ｖを形成し、トナー像を形成した。

トナー供給ローラ２０と現像ローラとは、各々の表面がニップ部Ｎの上端から下端に移動する方向に回転している。すなわち、トナー供給ローラ２０は図示矢印Ｅ方向（時計方向）に、現像ローラ１７は矢印Ｄ方向に回転している。トナー供給ローラ２０は、導電性芯金の外周に発泡体層を形成した弾性スポンジローラである。トナー供給ローラ２０と現像ローラ１７は所定の侵入量、即ち、図３にて、トナー供給ローラ２０が現像ローラ１７により凹状とされるその凹み量△Ｅを持って接触している。トナー供給ローラ２０と現像ローラ１７とは、ニップ部Ｎにおいて互いに同方向に周速差を持って回転しており、この動作により、トナー供給ローラ２０による現像ローラ１７へのトナー供給を行っている。その際、トナー供給ローラと現像ローラとの電位差を調整することにより、現像ローラへのトナー供給量を調整することが出来る。本実施例では、トナー供給ローラが２００ｒｐｍ、現像ローラが１００ｒｐｍで駆動回転し、トナー供給ローラに対して現像ローラと同電位となるよう、ＤＣバイアスを印加した。

尚、本実施例においては、現像ローラ１７、トナー供給ローラ２０は、共に外径１５ｍｍであり、トナー供給ローラ２０の現像ローラ１７への侵入量、即ち、トナー供給ローラ２０が現像ローラ１７により凹状とされるその凹み量△Ｅを１．０ｍｍに設定した。また、トナー供給ローラと現像ローラは中心高さが同じになるように配置した。

以下、本実施例において用いられるトナー供給ローラの詳細について説明する。
本実施例におけるトナー供給ローラ２０は、導電性支持体と、導電性支持体に支持される発泡層（発泡体）と、を備える。具体的には、導電性支持体たる外径φ５（ｍｍ）の芯金電極２０ａと、その周囲に気泡同士がつながっている連続気泡体（連泡）から構成される発泡層としての発泡ウレタン層２０ｂが設けられており、図中Ｅの方向に回転する。

表層のウレタンを連続気泡体とすることで、トナー供給ローラ２０内部にトナーが多量に進入可能となる。また、本実施例におけるトナー供給ローラ２０の抵抗は１×１０^９（Ω）である。

ここで、トナー供給ローラ２０の抵抗の測定方法を説明する。トナー供給ローラ２０を、直径３０ｍｍのアルミスリーブに対し、後述する侵入量が１．５ｍｍとなるように、当接させる。このアルミスリーブを回転させることにより、供給ローラ２を３０ｒｐｍでアルミスリーブに対して従動回転させる。

次に、現像ローラ１７に、−５０Ｖの直流電圧を印加する。その際、アース側に１０ｋΩの抵抗を設け、その両端の電圧を測定することで電流を算出し、トナー供給ローラ２０の抵抗を算出する。本実施の形態では、トナー供給ローラ２０の表面セル径を５０μｍ〜１０００μｍとした。

ここで、セル径とは、任意断面の発泡セルの平均径をいい、まず任意断面の拡大画像から最大である発泡セルの面積を測定し、この面積から真円相当径を換算し最大セル径を得る。そしてこの最大セル径の１／２以下である発泡セルをノイズとして削除した後、残りの個々のセル面積から同様に換算した個々のセル径の平均値のことを指す。

次に、現像室内のトナーの流れについて図２、図３を参照して説明する。
本実施例にて、図３は、現像室内の拡大概略断面図であり、攪拌搬送部材２２よりトナー供給ローラ２０に搬送されたトナーの動きを示している。

攪拌搬送部材２２による現像室へのトナーの供給は、主にトナー供給ローラ２０の上部に向けて行われ（図３の矢印Ｇ）、供給されたトナーは、トナー供給ローラの内部とその表面に保持される。トナー供給ローラ２０は矢印Ｅ方向に回転している為、トナー供給ローラに保持されたトナーは現像ローラとのニップ部Ｎへ向けて搬送される（図３の矢印Ｆ１）。ここで、トナー供給ローラにより搬送されたトナーのうち一部は、ニップ部Ｎへの入り口でトナー供給ローラの変形により吐き出され、ニップ部Ｎの上方（第２の空間）に堆積して貯蔵される（図３の矢印Ｆ２）。このようにトナーをニップ部Ｎの上方（第２の空間）に貯蔵することで、撹拌搬送部材２２が現像室へトナーを搬送してから次に搬送するまでの間において供給ローラ内のトナー量が減少しないように、貯蔵したトナーを安定してトナー供給ローラおよび現像ローラへ供給することができる。

次にニップ部Ｎに搬送されたトナーは、トナー供給ローラと現像ローラが周速差を持って回転している為、ニップ内で摺擦されて帯電し、所定の電荷を帯びる。その後、帯電されたトナーの一部は現像ローラへと転移する。また、本実施例においてはトナー供給ローラの周速が現像ローラの周速よりも速い為、単位時間当たりに現像ローラ上を通過するトナー量が多くなり、より多くのトナーが現像ローラへ転移することとなる。現像ローラへ転移したトナーは、現像ローラと現像ブレードとの間の規制部で現像ブレ−ドにより規制および帯電され、規制部を通過したトナーにより現像ローラ上に均一なトナーコートが形成される。

一方、現像ブレードにより規制されたトナー（現像ローラに担持されなくなったトナー）は、トナー供給ローラの回転によって現像室に設けられた現像開口（開口部）の方向へと搬送され、現像開口を通ってトナー収容室へと戻される。ここで本実施例において現像室とトナー収容室とを隔てている現像開口下方の壁（現像室の内面）３０ｂの上端（すなわち現像開口の下端）がトナー供給ローラの中心より１ｍｍ下方に、現像室の底（現像室の内面）を形成している枠体とトナー供給ローラの下面（下端）との隙間（距離）が１．５ｍｍになるように配置した。

前述したようにトナー供給ローラへのトナー供給は、撹拌搬送部材により現像開口を通してトナー供給ローラの上部にトナーを送り込むことで行われる。また、トナー供給ローラの回転によって現像室からトナー収容室へ戻されるトナーも現像開口を通ることとなる。よって、現像開口の構成が現像室とトナー収容室との間のトナーの流れに対して影響を与え、特に現像開口下方の壁３０ｂの上端の位置（現像開口の下端の位置）が影響を与える。すなわち、図４のように供給ローラの上端より現像開口の壁３０ｂの上端の位置（現像開口の下端の位置）を高くする場合と比較すると、図２のように現像開口の壁３０ｂの上端の位置（現像開口の下端の位置）をトナー供給ローラの上端より低くすることで、トナー供給ローラにより現像開口方向へと搬送されたトナーが壁を超えやすくなり、現像室内のトナーがトナー収容室へ戻りやすくなる。現像室とトナー収容室との間でトナーが良好に循環することで、トナーの劣化が抑制され、印字率の低い画像を連続して出力した場合においてもトナー凝集の発生が抑制され、高品位な画像を安定して出力することができる。さらに本実施例においては、撹拌搬送部材によるトナー供給ローラ上（供給部材上）へのトナー供給をより良好に行うために、壁３０ｂの高さをトナー供給ローラの回転中心より低く設定した。

また、本実施例の構成において、現像室の底（現像室の内面）を形成している枠体とトナー供給ローラの下面との隙間（距離）を１．５ｍｍに設定した。この隙間（距離）は、トナー供給ローラの下方のトナーをトナー供給ローラの回転により十分に搬送するためには、５．０ｍｍ以下にすることが望ましい。

また、本実施例においては現像ユニットへの駆動入力は１つであり、現像ローラとトナー供給ローラ、トナー搬送部材はギア（不図示）で連結され、画像形成時に同時に駆動される。これにより、トナー供給ローラの回転駆動中にトナー搬送部材がトナーを供給し、現像室とトナー収容室とのトナー循環を促進することができる。

このように本実施例の構成においては、安定して現像ローラに対してトナーを供給できるだけでなく、トナー収容室から現像室へ、現像室からトナー収容室へと滞りないトナー循環を実現することができる。

以上述べたように、本実施例においては、トナー搬送部材から搬送されたトナーを、トナー供給ローラの駆動回転により、効率よくトナー供給ローラと現像ローラのニップ部に供給することができる。また、現像室内における、現像ローラと供給ローラの下方の領域（空間）にあるトナー（主に、現像ブレードにより規制されて現像ローラから落下したトナー）もトナー供給ローラの回転駆動により、現像開口を通じてトナー収容室へ戻される。そのため、トナーの劣化を抑制しつつ、ベタ画像の濃度安定化し、高品位な画像を供給することが可能な現像装置、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。

＜比較例１＞
比較例１では図５（ａ）に示す構成を有するプロセスカートリッジを用いる。図５（ａ）に示す、トナー供給ローラの回転方向が実施例１とは反対方向になっている。また、トナー供給ローラは１００ｒｐｍで回転駆動されている。それ以外のプロセスカートリッジの構成および画像形成装置の全体構成は、実施例１と同様である。

＜比較例２＞
比較例２では図５（ｂ）に示す構成を有するプロセスカートリッジを用いる。比較例２では、前述の背景技術（特許文献１）のように、トナー供給ローラ２０の回転方向が実施例１とは反対方向になっている。そして、トナー供給ローラ２０の下方にトナー受け部材３０を設け、トナー受け部材３０に受けシート３２の一端を取り付けるとともに、この受けシート３２を供給部材の下方に適当な線圧で接触させている。

＜比較例３＞
比較例３は前述の背景技術（特許文献２）のように、比較例１の構成の供給部材の下方にトナー搬送部材１６を配置した（図５（ｃ）参照）。トナー搬送部材１６は２００ｒｐｍの回転速度で回転することでトナー供給ローラ２０にトナーを供給する。それ以外のプロセスカートリッジの構成および画像形成装置の全体構成は比較例１と同様である。

＜実験＞
上記の実施例および比較例の構成について、以下の２つ実験を行った。

（１）ベタ画像の濃度安定性評価
ベタ画像の濃度安定性評価として、高印字プリントを連続した際の画像濃度低下量の測定を実施した。
評価は、画像形成装置を評価環境２５．０℃、５０％Ｒｈにて１日放置して当該環境になじませた後、１００枚印字後に行った。１００枚の印字テストは、画像比率５％の横線の記録画像を連続的に通紙することで行った。その後、ベタ画像を連続で３枚出力し、３枚目のベタ画像の出力先端と後端の濃度差から下記に示す評価を、Ｘ−Ｒｉｔｅ製ｓｐｅｃｔｏｒｄｅｎｓｉｔｏｍｅｔｅｒ ５００を用いて行った。印字テスト及び評価画像は単色（黒）で出力した。
Ａ：ベタ画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２未満
Ｂ：ベタ画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２〜０．３未満
Ｃ：ベタ画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．３以上

（２）トナー凝集の有無
トナーの評価は、耐久テストの終了した画像形成装置を分解し、現像室内にトナー凝集があるか否かを調査し、評価した。
Ａ：トナー凝集なし
Ｂ：トナー凝集が発生
耐久テストの条件としては、３２．５℃、８０％Ｒｈ環境において、画像比率１％の横線を間欠的に１００００枚通紙（印字）した。間欠的な通紙とは、印字後に待機状態を経て、次の印刷を行うという意味である。

なお、ここでの「トナー凝集が発生」とは、現像ローラや供給ローラの下方でトナーが押し詰められて凝集した状態を示している。トナー凝集が発生した状態で画像形成を行うと、濃度ムラ等、画像品質の低下が生じる。

（３）現像ローラへのトナー融着の有無
現像ローラへのトナー融着の評価は、耐久の終了した画像形成装置の現像ローラを観察し、トナー融着が発生しているかを調査し、評価した。
Ａ：トナー融着なし
Ｂ：トナー融着が若干あり（現像ローラがやや白く変色）
Ｃ：トナー融着あり（現像ローラに色汚れあり）
耐久の条件は、（２）トナー凝集の評価と同条件で行った。

＜実験結果＞
以下、各実施例の設定及びその評価結果を表１に示す。

まず、比較例１の結果について述べる。比較例１は、トナー供給ローラが反時計まわり方向に回転している。比較例１の構成においてトナー供給ローラ上に供給されたトナーの多くは現像ローラ近くに供給されることなく、トナー供給ローラの回転により現像開口からトナー収容室へ戻ってしまう。よって、ベタ画像の濃度安定性を確保することが難しい。

また、低印字率の画像を出力し続けた結果、現像室内におけるトナー供給ローラと現像ローラの下方の領域において、トナーが押し詰められて凝集してしまった。また、現像室内でのトナーがトナー収容室へ戻る動きをしない為、現像ブレード近傍のトナーが局所的に劣化し、現像ローラに対するトナー融着が発生してしまう。

次に、比較例２の結果について述べる。比較例２の構成においては、トナー供給ローラの下方にトナー受け部材を設けている為、トナー供給ローラにより搬送されるトナーはトナー収容室へ落下することなく、安定供給され、現像ブレードに規制されたトナーのみトナー収容室へ落下する。よって、ベタ画像の濃度安定性を確保できるとともに、現像ブレード近傍で現像ローラに対するトナー融着が凝集することはない。しかし、トナー供給ローラにトナー受けシートが接触している為、トナー供給部材とトナー受けシートの間でトナーが凝集してしまい、トナー凝集に起因する画像濃度ムラが発生した。
次に、比較例３の結果について述べる。比較例３においては、比較例１の構成に対して、現像室内においてトナー供給ローラの下方にトナー搬送部材を配置している。トナー搬送部材を配置することにより、現像室内におけるトナー供給ローラと現像ローラの下方の領域にあるトナーの凝集が抑制されると同時に、トナー搬送部材の下方のトナーがトナー収容室へ戻される。よって、トナー凝集に起因する濃度ムラ等の課題が発生することはない。しかし、トナーとトナー搬送部材との摩擦により収容、トナー劣化が進むため、低印字率の画像が続いた場合において、現像ローラへのトナー融着が見られた。また、現像室内において、供給ローラの他にトナー搬送部材を追加部材として設ける必要があるため、装置構成が複雑である。

次に、本実施例の結果について述べる。本実施例においては、図２においてトナー供給ローラが時計回り方向に回転しているため、トナー供給ローラ上に供給されたトナーは、トナー供給ローラと現像ローラのニップ部上部（第２の空間）に堆積してトナー溜りを形成する。これにより、現像ローラに安定してトナーを供給することが可能になり、ベタ画像の濃度安定性を確保できる。また、現像室内におけるトナー供給ローラと現像ローラの下方の領域（空間）にあるトナーは、トナー供給ローラの回転によりトナー収容室へ戻される為、トナーの凝集や局所的な劣化は発生しない。また、トナー供給部材にトナーを搬送する搬送部材を現像室内に設ける必要がなく、上記の評価結果を簡易な装置構成で達成することができる。すなわち、簡易な構成で現像剤の良好な循環が形成され、高品位な画像を安定して形成することが可能となる。

なお、本実施例ではカラー画像形成が可能な画像形成装置を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、モノクロ画像形成が可能な画像形成装置であっても同様の効果を得ることができる。

また、前述した実施形態では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置や、記録剤担持体を使用し、前記記録剤担持体に担持された記録材に各色のトナー像を順次重ね合わせて転写する画像形成装置であっても同様の効果を得ることができる。

１ 感光体ドラム
４ 現像ユニット
７ プロセスカートリッジ
１３ 感光体ユニット
１５ 現像室
１７ 現像ローラ
１８ トナー収容室
２０ トナー供給ローラ
２２ 撹拌搬送部材
３０ 現像開口
８０ トナー
１００ 画像形成装置

Claims (16)

1. 画像形成装置に用いられる現像装置であって、
   潜像を現像剤によって現像する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と当接して形成されるニップ部において、その表面が下方に移動するように回転して現像剤を前記現像剤担持体に供給する供給部材と、
   前記現像剤担持体が潜像を現像する際に担持する現像剤の量を規制する規制部材と、
   前記現像剤担持体と前記供給部材を備える現像室と、
   前記現像室よりも下方に配置されて、現像剤を収容する収容室と、
   前記収容室に収容された現像剤を前記現像室へ搬送する搬送部材と、
   前記現像室の内部に設けられた空間であって、前記供給部材が回転することでその内部を現像剤が収容室に向けて移動する空間と、
   を有し、
   前記空間に面する前記収容室の内面の上端は、前記供給部材の回転中心よりも下方に位置することを特徴とする現像装置。
2. 画像形成装置に用いられる現像装置であって、
   潜像を現像剤によって現像する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体と当接して形成されるニップ部において、その表面が下方に移動するように回転して現像剤を前記現像剤担持体に供給する供給部材と、
   前記現像剤担持体が潜像を現像する際に担持する現像剤の量を規制する規制部材と、
   前記現像剤担持体と前記供給部材を備える現像室と、
   前記現像室よりも下方に配置されて、現像剤を収容する収容室と、
   前記収容室に収容された現像剤を前記現像室へ搬送する搬送部材と、
   前記収容室と前記現像室を連通し、前記搬送部材によって搬送される現像剤が通過する開口部と、
   前記現像室の内部に設けられた空間であって、前記供給部材が回転することでその内部を現像剤が収容室に向けて移動する空間と、
   を有し、
   前記開口部の下端は、前記供給部材の回転中心よりも下方に位置することを特徴とする現像装置。
3. 前記現像装置は、前記現像室と前記収容室を連通して、かつ前記搬送部材によって搬送された現像剤が通過する開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記現像室は、前記ニップ部の上方に第二の空間を有し、
   前記搬送部材は前記第二の空間に向けて現像剤を搬送し、
   前記空間は前記第二の空間の下方に位置することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記第二の空間に、前記供給部材から現像剤が排出されることを特徴とする請求項４に記載の現像装置。
6. 前記供給部材は、現像剤を保持するための発泡体を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 前記発泡体は連続気泡体を備えることを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
8. 前記搬送部材は回転することで現像剤を搬送するものであり、
   前記搬送部材の回転中心は、前記空間に面する前記収容室の内面の上端よりも下方に位置することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の現像装置。
9. 前記搬送部材は回転することで現像剤を搬送するものであり、
   前記搬送部材の回転中心は、前記開口部の下端よりも下方に位置することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の現像装置。
10. 前記搬送部材は回転することで現像剤を搬送するものであり、
    前記現像剤担持体の単位時間当たりの回転数は、前記搬送部材の単位時間当たりの回転数よりも高いことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の現像装置。
11. 前記供給部材の単位時間当たりの回転数は、前記現像剤担持体の単位時間当たりの回転数よりも高いことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の現像装置。
12. 前記供給部材の下端から重力方向に沿って前記空間に面する前記現像室の内面までの距離を測定すると、前記距離は５ｍｍ以下となることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の現像装置。
13. 前記供給部材は、前記空間に面した領域においてその表面を前記開口部に向けて移動させることで、前記空間にある現像剤を前記開口部に向けて搬送することを特徴とする請求項２乃至１２のいずれか１項に記載の現像装置。
14. 前記供給部材の周速は、前記現像剤担持体の周速よりも速いことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の現像装置。
15. 潜像が形成される像担持体と、
    請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の現像装置と、
    を有し、
    前記画像形成装置の装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジ。
16. 潜像が形成される像担持体と、
    請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の現像装置と、
    を有し、
    記録材に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。

Images