【手続補正書】
【提出日】平成17年10月17日(2005.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】            明細書
【発明の名称】  現像剤搬送部材、現像装置及びプロセスカートリッジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸部材の周りに螺旋状に羽根部材を巻き付け、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤搬送部材において、
前記現像剤搬送部材の回転中心線に対してなす現像剤搬送方向の羽根面の角度が最も大きい羽根面を有する搬送羽根部と、
前記搬送羽根部とは別に、前記現像剤搬送部材の回転中心線に対してなす現像剤搬送方向の羽根面の角度が、前記搬送羽根部の羽根面の角度よりも小さい少なくとも一つ以上の嵩増し羽根部と、を有することを特徴とする現像剤搬送部材。
【請求項２】
請求項１に記載の現像剤搬送部材において、
前記現像剤搬送部材の中心軸部材から前記搬送羽根部の外径の先端までの距離をＨ１とし、
前記現像剤搬送部材の中心軸部材から前記嵩増し羽根部の外径の先端までの距離をＨｎ（ｎ＝２，３・・・）とすると、
Ｈｎ＜Ｈ１×０．７、
であることを特徴とする現像剤搬送部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の現像剤搬送部材において、
前記搬送羽根部の搬送方向の羽根面が回転中心線に対してなす角度をθ１とし、
前記嵩増し羽根部の搬送方向の羽根面が回転中心線に対してなす角度をθｎ（ｎ＝２，３・・・）とすると、
５°＜θｎ＜４０°、６０°＜θ１、
であることを特徴とする現像剤搬送部材。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の現像剤搬送部材において、
前記搬送羽根部の搬送方向上流側に間隔をおかずに前記嵩増し羽根部を配置することを特徴とする現像剤搬送部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の現像剤搬送部材において、
前記中心軸部材は、その大部分又は全部を、前記搬送羽根部及び前記嵩増し羽根部により覆われていることを特徴とする現像剤搬送部材。
【請求項６】
現像剤と、像担持体と、現像剤を前記像担持体供給する現像剤担持体と、該現像剤担持体に現像剤を搬送する現像剤搬送部材と、を有する現像装置において、前記現像剤搬送部材は、請求項１乃至５のいずれかに記載の現像剤搬送部材であることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の現像装置において、
前記現像剤はトナーとキャリアとからなる二成分現像剤であることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
像担持体と、該像担持体に作用するプロセス手段と、を有し、画像形成装置に着脱可能に構成されたプロセスカートリッジにおいて、
前記プロセス手段として少なくとも請求項６又は７に記載の現像装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は現像剤を現像手段に搬送する現像剤搬送部材、現像装置及びプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真式の現像を行なう画像形成装置の現像装置として、トナーへの帯電性が非常に良好な二成分現像装置が従来から広く使用されている。図１３に現像装置を上から見た図、図１４に二成分現像装置の一例を示す断面図を示す。
【０００３】
図示のように１０は現像剤容器であって、トナーとキャリアからなる現像剤Ｄを収納している。現像剤容器１０の感光体ドラム１に近接対向する部位には開口部が設けられ、該開口部に現像剤担持体である現像スリーブ２が設けられている。現像スリーブ２は中空の非磁性金属スリーブであって、中に磁界発生手段であるマグネットローラ３を内包している。
【０００４】
５及び６は現像剤搬送部材（Ａスクリュー５、Ｂスクリュー６）であって、円柱形状の中心軸部材の周りに羽根部材が螺旋状に一定のピッチで巻き付けられたスクリューである。Ａスクリュー５とＢスクリュー６は略平行に配置され、ＡスクリューとＢスクリューの間は現像剤が行き来しないように仕切るための内壁７が設けられている。長手両端部には内壁がなく、現像剤がＡ及びＢスクリュー間を行き来できるようになっている。ＡスクリューとＢスクリューはそれぞれ反対方向に現像剤を搬送するようになっているため、各スクリューが回転すると、現像剤は矢印のように途切れることなく内部を循環することになる。
【０００５】
Ａスクリュー５によって供給された現像剤は、マグネットローラ３の磁力によって現像スリーブ２に供給され、回転と共に搬送される。４は現像剤規制部材であって、現像スリーブ２上の現像剤が適正量に規制されることによって、現像スリーブ２上には均一な現像剤のコートが形成される。現像スリーブ２に担持された現像剤の磁気ブラシは現像部で回転する感光体ドラム１に接触し、感光体ドラム１上の静電潜像が現像される。
【０００６】
図１５は従来のスクリューの外観図、図１６は従来のスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図である。この図における現像剤の搬送方向は左向きである。１３が回転中心線、１４が中心軸部材、１５が螺旋状に巻き付けられた羽根である。図示のように、搬送方向の羽根面（図中に斜線で示す）が回転中心線に対してなす角度は、角度θと称することにする。角度θは垂直に近い方が現像剤の搬送力が大きくなるため、通常は成形型の抜き勾配等を考慮して７０〜８０°程度に設定することが多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では以下に説明するような問題点が生じることがあった。
【０００８】
図１７は従来のスクリューによる現像剤の搬送状態を模式的に示した説明図である。スクリューが回転するのに伴って、現像剤は羽根によって進行方向に押される力を受けるため現像剤は羽根の搬送方向面側に片寄る。そして、羽根から離れるに従って量が減ってくるため、各々の羽根部分において図１７に示したような状態で搬送されることになる。
【０００９】
そのため、現像剤の長手方向の分布を見ると、羽根のピッチに従って多い部分と少ない部分（いわゆるムラ）が形成されてしまう。すると、スクリューは回転することによって長手方向に現像剤を搬送するので、この現像剤の存在ムラが斜め方向の濃淡ムラとなって画像に出る。この画像不良を、以後スクリューピッチムラと称する。スクリューピッチムラは、現像スリーブと現像剤搬送スクリューが近接配置されている二成分現像装置では極めて生じやすい。
【００１０】
そのため、現像スリーブ２と各スクリューの配置関係、現像スリーブ２内のマグネットローラ３の磁極関係、規制部分における現像剤の圧縮状態など、各々の構成を最適化してスクリューピッチムラを防止しているが、そもそもスクリューで搬送される現像剤がスクリュー羽根ピッチで分布が片寄っている以上、完全に防止することは困難であった。
【００１１】
さらに、二成分現像装置は現像剤のトナー濃度がトナー消費と補給のバランスによって変動するので、それに応じて現像剤の量が増減することがあり、現像装置内の現像剤の量が減ってしまうと、いかに構成が最適化されていても、スクリューピッチムラを完全に防止することは困難であった。
【００１２】
従来にも、現像剤搬送部材の形状や条数を工夫するものはあったが（例えば特開平１０−２２１９３７号公報、特開２００２−３１９４０号公報）、現像剤の撹拌性を改善するものの、スクリューピッチムラを解決する目的のものはなかった。
【００１３】
そこで本発明は、スクリューピッチムラの発生を効果的に防止することの出来る現像剤搬送部材を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の代表的な構成は、中心軸部材の周りに螺旋状に羽根部材を巻き付け、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤搬送部材において、前記現像剤搬送部材の回転中心線に対してなす現像剤搬送方向の羽根面の角度が最も大きい羽根面を有する搬送羽根部と、前記搬送羽根部とは別に、前記現像剤搬送部材の回転中心線に対してなす現像剤搬送方向の羽根面の角度が、前記搬送羽根部の羽根面の角度よりも小さい少なくとも一つ以上の嵩増し羽根部と、を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図５は本実施形態による画像形成装置の説明図である。１は像担持体である感光体ドラム、２０は帯電装置、２１は感光体ドラム上に潜像を形成する露光装置、１１は潜像をトナーで可視化するための現像装置、９は現像装置にトナーを補給する現像剤補給装置、２２は可視化されたトナー像を転写材上に転写する転写装置、２３は転写材上に転写されたトナー像を定着するための定着装置、２４は感光体ドラム上に残った転写残トナーを除去するためのクリーニング装置である。
【００１６】
現像装置は現像剤を収納する現像剤容器１０を備え、トナー粒子と磁性キャリア粒子が混合された現像剤Ｄが収容されている。トナーとしては、バインダー樹脂に着色剤や帯電制御剤等を添加した公知のものが使用でき、本実施形態においては体積平均粒径が５〜１５μｍのものを使用した。一方、磁性キャリアとしてはフェライトキャリア、樹脂コーティングを施したもの等が好適に使用され、平均粒径１５〜７０μｍが好ましい。現像剤搬送部材６の上方には現像剤補給装置９が設けられ、消費されたトナーに見合った量のトナーが補給口８を経て現像剤容器１０内に落下補給されるため、現像容器内の現像剤は常に一定のトナー濃度に保たれる。
【００１７】
次に、本実施形態による現像剤搬送部材であるスクリューに関して説明する。図１、図２は本実施形態のスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図であって、それぞれ羽根の角度や構成する長さを説明するための図である。この図における現像剤の搬送方向は左向きである。
【００１８】
本発明の構成は、搬送羽根部としての搬送螺旋羽根１５をスクリューの軸に螺旋状に巻き付けたのに加え、搬送螺旋羽根１５の直後に嵩増し羽根部としての嵩増し螺旋羽根１６を別途設けたことを特徴とする。
【００１９】
図１及び図２に示すように、搬送螺旋羽根１５の搬送方向の羽根面と軸の中心線とのなす角度を（θ１）、羽根の高さを（Ｈ１）、羽根の軸方向の長さを（Ｌ１）とし、嵩増し螺旋羽根の搬送方向の羽根面と軸の中心線とのなす角度を（θ２）、羽根の高さを（Ｈ２）、羽根の軸方向の長さを（Ｌ２）とした。スクリューの羽根を含めた外径は１４ｍｍ、中心軸部材の径は６ｍｍ、羽根の長手方向ピッチは１５ｍｍ、θ１＝７０°、Ｈ１＝４ｍｍ、Ｌ１＝３ｍｍ、Ｌ２＝５ｍｍとした。
【００２０】
搬送螺旋羽根１５の条件を固定した状態で、嵩増し螺旋羽根１６の高さＨ２を何水準か振って画出しテストを行った。この結果を図３に示す。この結果より、搬送螺旋羽根１５に嵩増し螺旋羽根１６を追加したことによって、スクリューピッチムラが改善されることが確認できた。この理由を、図４を用いて説明する。
【００２１】
従来の技術のように搬送螺旋羽根１５のみの構成では、搬送螺旋羽根１５の直後の位置は現像剤が少なくなって隙間ができやすくなる。これに対して本実施形態においては、嵩増し螺旋羽根１６を追加したことによって、現像剤Ｄに対して中心軸部材１４と略垂直方向に及ぼす力を加えることで現像剤Ｄの嵩が増す。このように現像剤Ｄの嵩が増すことにより、搬送螺旋羽根１５の直後の隙間を埋めることができる。このため、スクリューピッチムラが効果的に防止できるものと思われる。
【００２２】
また、図３に示したように、嵩増し螺旋羽根１６の高さＨ２には好適な範囲があり、大きすぎても小さすぎても効果が小さくなることがわかる。Ｈ２が小さすぎると、現像剤の嵩増し作用が小さくなるためにスクリューピッチムラ防止効果が小さくなる。また、Ｈ２が大きすぎると嵩増し螺旋羽根１６の直後にも現像剤が少ない隙間部分ができてしまい、せっかく搬送螺旋羽根１５の直後の隙間を埋めたとしても、新たな現像剤の隙間を生じてしまうからである。
【００２３】
これらのことを考慮して、嵩増し螺旋羽根１６の高さ上限は、Ｈ２＜Ｈ１×０．７以内であることが望ましい。また、この時のθ２の最適角度は５°＜θ２＜４０°、６０°＜θ１、さらに望ましくは、１０°＜θ２＜３０°、６０°＜θ１である。
【００２４】
尚、本実施形態の検討ではスクリュー径とピッチを固定して行ったため上記の結果になったが、これらの形状が変われば好適な角度θの値が若干変動する。しかしながら、嵩増し螺旋羽根１６を設けることによって、搬送螺旋羽根の直後の隙間を埋めることができ、スクリューピッチムラを効果的に防止できるという本来の作用効果が変化するものではない。
【００２５】
以上説明したように、本実施形態においては、搬送螺旋羽根１５の直後に嵩増し螺旋羽根１６を設けることによって、搬送される現像剤の搬送状態を略水平に改善した。これにより、現像スリーブ２への現像剤Ｄの供給ムラ、及びそれに伴う規制部分での圧縮ムラ、ひいてはスクリューが搬送する現像剤Ｄと現像スリーブ２から戻ってくる現像後の現像剤とのトナー濃度の差など、スクリューピッチ起因によるあらゆる画像ムラの発生要因を低減させることができる。こうして、スクリューピッチムラ画像を改善させることが出来る。
【００２６】
（第２実施形態）
第１実施形態は、搬送螺旋羽根１５の直後に、それとは別に嵩増し螺旋羽根１６を一つ設けた構成に関して説明したが、本実施形態では、嵩増し螺旋羽根をもう一つ増やして二つ設けた構成について説明する。図６が本実施形態のスクリューの外観図、図７、図８が本実施形態のスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図であって、それぞれ羽根の角度や構成する長さを説明するための図である。この図における現像剤の搬送方向は左向きである。
【００２７】
スクリューの羽根を含めた外径は１４ｍｍ、中心軸部材の径は６ｍｍ、羽根の長手方向ピッチは１５ｍｍ、θ１＝７０°、Ｈ１＝４ｍｍ、Ｌ１＝３ｍｍとした。嵩増し螺旋羽根は、第１実施形態に記載したごとく、Ｈ２＝２ｍｍ、Ｌ２＝５ｍｍとした。
【００２８】
この状態で、第１実施形態の嵩増し螺旋羽根１６の直後に、もう一つの嵩増し羽根部としての嵩増し螺旋羽根１７を設置した。第２実施形態で新設した嵩増し螺旋羽根１７の搬送方向の羽根面は、搬送螺旋羽根１５の搬送方向の羽根面と非常に近い位置になったので、両者の搬送方向の羽根面を点Ｐ（図８参照）にて接続し、異なる角度からなる二つの面を有する形状とした。この条件で、嵩増し螺旋羽根１７の角度を振るために高さＨ３を何水準か振って、スクリュ−ピッチムラ、及び現像剤搬送性に対する効果を調べた。この結果を図９に示す。この結果より、嵩増し螺旋羽根１７を追加したことによって、スクリューピッチムラが良くなることが確認できた。この理由を、図１０を用いて説明する。
【００２９】
図１０に示すように、本実施形態では、嵩増し螺旋羽根１７を設けたことにより、第１実施形態と同様に搬送螺旋羽根１５の直後の現像剤の隙間を埋めることができるだけでなく、現像剤高さが下がり気味となりやすかった搬送螺旋羽根１５と搬送螺旋羽根１５の中間地点にも、現像剤に対して回転中心線と略垂直方向に及ぼす力を加えることができる。これにより、全体として非常に均一な現像剤高さを実現することが可能となっている。また、現像剤の見かけの嵩を増しているだけで、搬送量を減らしているわけではないため、好適な範囲で用いれば現像剤搬送性が阻害されることもない。
【００３０】
図９に示すように、嵩増し螺旋羽根１７の高さＨ３すなわち角度θ３には好適な範囲があり、大きすぎても小さすぎても効果が小さくなることがわかった。Ｈ３が小さすぎると、現像剤の嵩増し作用が小さくなるためにスクリューピッチムラ防止効果が小さくなる。また、Ｈ３が大きすぎると、嵩増し螺旋羽根１７の直後に位置する搬送螺旋羽根１５の有効面積が小さくなってしまって現像剤搬送性が低下し、濃度薄などを起こしやすくなる。
【００３１】
これらのことを考慮して、嵩増し螺旋羽根１７の好適な範囲は Ｈ３＜Ｈ１×０．５である。また、この時のθ３の最適角度は５°＜θ３＜４０°、さらに望ましくは、１０°＜θ３＜３０°である。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態では嵩増し螺旋羽根を２つ設けたため、第１実施形態と同様に搬送螺旋羽根の直後の隙間を埋めることができるだけでなく、現像剤高さが下がり気味となりやすかった搬送螺旋羽根と搬送螺旋羽根の中間地点にも、現像剤に対して回転中心線と垂直方向に及ぼす力を加えることにより、全体として非常に均一な現像剤高さを実現することが可能となった。
【００３３】
その結果、現像スリーブへの現像剤の供給ムラ、及びそれに伴う規制部分での圧縮ムラ、ひいてはスクリューが搬送する現像剤と現像スリーブから戻ってくる現像後の現像剤とのトナー濃度の差など、スクリューピッチ起因によるあらゆる画像ムラの発生要因を低減させることができるため、スクリューピッチムラ画像を改善させることが出来る。
【００３４】
ここまで嵩増し螺旋羽根が２つからなる場合に関して説明したが、図１１に示すごとく３つ以上の嵩増し羽根部としての嵩増し螺旋羽根（ここでは嵩増し螺旋羽根１８を追加）、あるいはそれ以上により構成されていてもかまわない。このように、搬送螺旋羽根に加えて、複数の嵩増し螺旋羽根を配置することにより、中心軸部材が搬送螺旋羽根及び嵩増し螺旋羽根に覆われ、ほぼ中心軸部材が露出することなく、スクリューのほとんどが搬送方向に傾斜した面により構成されることになる。これにより搬送方向の力と、回転中心線と垂直方向に及ぼす力をスクリューのあらゆる場所に存在する現像剤に作用させることが可能となり、現像剤高さをより均一に保つことができる。
【００３５】
なお、本実施形態の検討ではスクリュー径とピッチを固定して行ったため上記の結果になったが、これらの形状が変われば好適な角度θの値が若干変動する。しかしながら、本発明の特徴である嵩増し螺旋羽根を設けることによって、搬送螺旋羽根の直後の隙間や、搬送螺旋羽根と搬送螺旋羽根の中間地点の隙間を埋めることができるため、スクリューピッチムラを効果的に防止できる本来の作用効果が変化するものではない。
【００３６】
（第３実施形態）
本実施形態は、複数の現像装置を搭載したカラー画像形成装置に、第２実施形態を搭載した時の例である。図１２は４つの像担持体に現像された画像を一旦中間転写体としての中間転写ベルト４０に連続的に多重転写し、フルカラープリント画像を得る４連ドラム方式（インライン）プリンタである。
【００３７】
図１２に於いて無端状の中間転写ベルト４０が、駆動ローラ４１、テンションローラ４２及び二次転写対向ローラ４３に懸架され、図中矢印の方向に回転している。
【００３８】
イエロートナーを現像する感光体ドラム１はその回転過程で、帯電装置２０としての一次帯電ローラにより所定の極性・電位に一様に帯電処理され、次いで不図示の画像露光手段（カラー原稿画像の色分解・結像露光光学系、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力するレーザスキャンによる走査露光系等）による画像露光を受けることにより目的のカラー画像のイエロー成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像が第一の現像装置１１（イエロー現像器）により現像され、転写ベルト上にバイアスが転写される。かくして順次イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像が中間転写体４０上に重ねられ、フルカラー画像が形成される。
【００３９】
中間転写ベルト４０上で形成された４色フルカラー画像は、次いで二次転写ローラ４４により、転写材に一括転写され、不図示の定着装置によって溶融定着されカラープリント画像を得る。中間転写ベルト４０上に残留する二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナ４５でブレードクリーニングされ、次作像工程に備える。
【００４０】
このようなカラー画像形成装置においては、スクリューピッチムラなどの固定ピッチのムラは色重ねがあるために増幅されてレベルが悪くなりがちであるが、本発明による第１〜２実施形態の構成は非常に有効であって、このようなカラー画像形成装置においても大きな効果を発揮する。
【００４１】
（他の実施形態）
前述した実施形態においては、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を別体として配置した例を示したが、これに限るものではなく、感光体ドラム１と、これに作用するプロセス手段として少なくとも現像装置１１を一体的にカートリッジ化し、画像形成装置に着脱可能に構成されるプロセスカートリッジとしてもよい。プロセスカートリッジとして例えば、感光体ドラム１と現像装置１１の他に、帯電装置２０、露光装置２１、クリーニング装置２４のいずれか又は全てを一つの枠体内に配置し、プロセスカートリッジとすることができる。このプロセスカートリッジは、使用者自身が装置本体に着脱することができ、その結果、装置本体のメンテナンスを使用者自身で行うことができる。
【００４２】
また、本発明における画像形成装置は、前述したプリンタ以外にも、複写機やファクシミリ装置等の形態をとるものでもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、現像剤搬送部材の中心軸部材に、搬送羽根部と、嵩増し羽根部と、を有するため、現像剤が水平に近い状態で搬送される。このため、現像剤担持体の長手方向で供給される現像剤の量が多い部分と少ない部分ができることを防止することができ、スクリューピッチムラの発生を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
第１実施形態のスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図。
【図２】
第１実施形態のスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図。
【図３】
嵩増し螺旋羽根１６の高さをパラメータとした画出しテストの結果を示す図。
【図４】
第１実施形態の効果を説明する図。
【図５】
第１及び２実施形態における画像形成装置の説明図。
【図６】
第２実施形態のスクリューの外観図。
【図７】
第２実施形態のスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図。
【図８】
第２実施形態のスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図。
【図９】
嵩増し螺旋羽根１７の高さをパラメータとした画出しテストの結果を示す図。
【図１０】
第２実施形態の効果を説明する図。
【図１１】
第２実施形態の変形例を示す断面図。
【図１２】
第３実施形態における複数の現像装置を搭載した画像形成装置の説明図。
【図１３】
従来の現像装置を上から見た図。
【図１４】
従来の二成分現像装置の一例を示す断面図。
【図１５】
従来のスクリューの外観図。
【図１６】
従来のスクリューの回転中心線を通る平面で切った断面図。
【図１７】
従来のスクリューによる現像剤の搬送状態を模式的に示した説明図。
【符号の説明】
Ｄ …現像剤、１ …感光体ドラム、２ …現像スリーブ、３ …マグネットローラ、４ …現像剤規制部材、５ …現像剤搬送部材、６ …現像剤搬送部材、７ …内壁、８ …補給口、９ …現像剤補給装置、１０ …現像剤容器、１１ …現像装置、１３ …回転中心線、１４ …中心軸部材、１５ …搬送螺旋羽根、１６ …嵩増し螺旋羽根、１７ …嵩増し螺旋羽根、１８ …螺旋羽根、２０ …帯電装置、２１ …露光装置、２２ …転写装置、２３ …定着装置、２４ …クリーニング装置、４０ …中間転写ベルト、４１ …駆動ローラ、４２ …テンションローラ、４３ …二次転写対向ローラ、４４ …二次転写ローラ、４５ …中間転写ベルトクリーナ