(57)【要約】【課題】スクリュピッチムラの発生や駆動トルクの変動を抑制し、現像剤の分散混合、撹拌機能に優れる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】現像ローラ４１に対して平行に配置され、現像剤を攪拌して現像ローラ４１に搬送する搬送スクリュ４５を備える現像装置４において、搬送スクリュ４５が回転軸４５ａと、回転軸４５ａの周囲に形成されたスクリュ羽根４５ｂと、回転軸４５ａに対してねじって設置された線状部材４５ｃとからなり、現像ローラ４１のの回転数Ｒｄｒと、搬送スクリュ４５の回転数Ｒｐｓと、線状部材４５ｃの本数ｎと、線状部材４５ｃのねじれ回転周期ｆとの関係が、Ｒｄｆ≦Ｒｐｓ×ｎ×ｆを満たす。【選択図】  図３
2005017872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤収容部と、
表面に静電潜像が形成される像担持体と対向するように配置され、該現像剤の薄層を担持して該像担持体との近接位置に搬送する現像剤担持体と、
該現像剤担持体に対して平行に配置され該現像剤を攪拌して該現像剤担持体に搬送する現像剤攪拌搬送部材とを備える現像装置において、
上記現像剤攪拌搬送部材が、回転軸と、該回転軸の周囲に形成された螺旋状羽根部材と、少なくとも該回転軸に対して０度以外の角度をもつようにねじって設置された単数又は複数の線状部材とからなり、
該現像担持体の回転数Ｒｄｒと、該現像剤撹拌搬送部材の回転数Ｒｐｓと、該線状部材の本数ｎと、該線状部材のねじれ回転周期ｆとの関係が、Ｒｄｆ≦Ｒｐｓ×ｎ×ｆを満たすことを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記線状部材のねじれによる現像剤搬送方向は、上記現像剤撹拌搬送部材の回転方向に対して順送り方向であることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１又は２の現像装置において、
上記線状部材のねじれ回転周期は、１周期以上であること特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１、２、又は３の現像装置において、
上記現像剤撹拌搬送部材は、最外径下端が上記現像剤担持体の最外径下端より下に位置し、該現像剤担持体と同方向に回転することを特徴とする現像装置。
【請求項５】
表面に潜像を担持する像担持体と、該像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置とを有する画像形成装置において、
上記現像装置として、請求項１、２、３又は４の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
表面に静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体の周囲に設置された装置の内、少なくとも該像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置を含む装置とが一体に支持され、画像形成装置本体に着脱可能に構成されるプロセスカートリッジにおいて、
上記現像装置として、請求項１、２、３、又は４の現像装置を用い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、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いて現像を行う現像装置、及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、像担持体状に形成された静電潜像を顕像化するために、現像剤としてトナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いた、いわゆる２成分現像装置が採用されている。この現像装置では、現像剤を収容する現像剤容器内に配設された現像剤撹拌搬送部材を用いて、２成分現像剤を撹拌しトナーを摩擦帯電した後、内部に磁極を有する現像剤担持体に向けて搬送する。さらに、この現像剤を現像剤担持体表面に担持させて搬送し、像担持体上の静電潜像に供給することによってこれを現像する。図１５は、従来用いられている現像剤撹拌搬送部材の一例の示す構成図である。図１５に示す現像剤撹拌搬送部材１００は、回転軸１０１の周囲に螺旋状にスクリュ羽根１０２が形成され、その回転により現像剤を軸方向に搬送する。
【０００３】
２成分現像装置においては、現像剤中のトナーとキャリアとの混合状態が画像に影響することから、現像剤撹拌搬送部材に改良を加える提案も種々なされている。
例えば特許文献１に開示される現像剤撹拌搬送部材１１０では、図１６に示すように、回転軸１１１の周囲に形成された螺旋状羽根部材１１２の間に複数の棒状の突起部材１１３を設置している。この現像剤撹拌搬送部材１１０を備えた現像装置内の現像剤は、螺旋状羽根部材１１２の回転によって軸方向に搬送されるとともに、突起部材１１３の回転によって遠心方向に投げ出されて撹拌される。
【０００４】
また、特許文献２に開示される現像剤撹拌搬送部材１２０では、図１７に示すように、回転軸１２１の周囲に螺旋状羽根部材１２２と軸方向に沿って延びたメッシュ状のスクリーン部材１２３とを設置し、両者が一体に回転するようにしている。この現像剤撹拌搬送部材１２０を備えた現像装置内の現像剤は、螺旋状羽根部材１２２の回転によって軸方向に搬送されるとともに、メッシュ状のスクリーン部材１２３を複数回通過して攪拌される。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１９８２３号公報
【特許文献２】
特開平１０−６３０８１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の螺旋状羽根部材のみの現像剤撹拌搬送部材では、現像剤を軸方向に単純に搬送するのみであるため、補給トナーを現像剤中に積極的に分散させる構成になっておらず、トナー濃度を均一化する能力が低い。さらに、図１０（ｂ）に示すように、現像剤撹拌搬送部材１００の螺旋状羽根部材１００ｂは厚みｄを持って形成されているため、その部分には現像剤が存在しない。そのため、現像ローラ１０３表面においては、スクリュ羽根１０２の厚みｄに相当する部分に現像剤が受け渡されないことがある。その結果、図１０（ｂ）に示すように、現像剤が存在する部分（図中斜線で示す）と、現像剤が存在しない部分（図中白抜け部で示す）とが生じるスクリュピッチムラが発生する。
【０００７】
上記特許文献１に記載されている発明では、図１６に示すように、螺旋状羽根部材の回転軸に突設された複数の突起部材５７によって剤を遠心方向に投げ出す機能はあるが、剤を軸方向に蹴散らす機能は殆どない。このため、上述したスクリュピッチムラの発生を抑制する効果は殆ど得られない。また、現像剤撹拌搬送部材の回転軸方向における突起部材の密度が小さい（本数が少ない）。このため、突起部材が現像剤に突入した直後に突起部材後方に生じる空隙部への現像剤の自重落下移動を利用する態様の現像剤の攪拌効果は殆どえられず、流動する現像剤の分散混合、攪拌機能に関し改良の余地がある。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載されている現像剤撹拌搬送部材では、図１５に示す現像剤撹拌搬送部材に比べ、現像剤収容部中の現像剤のトナー濃度を均一化する能力が高い。しかし、図１７に示すように、スクリーン部材１２３を設けた場合には、スクリーン部材１２３が鉛直方向下向きとなったときに現像剤に埋没するため現像剤から受ける反作用が大きくなる。そのために、スクリーン部材１２３の駆動トルクが平均トルクより大幅に高まる恐れがある。また、現像剤撹拌部材と現像ローラとの対向領域におけるスクリーン部材１２３の剤移送方向と、現像ローラによる剤移送方向とが互いに逆の向きになるように現像剤撹拌部材等の回転の向きを設定した装置では、次の恐れもある。すなわち、スクリーン部材１２３が現像ローラに最近接対向位置となったきに、この対向部におけるスクリーン部材と現像ローラとの剤移送方向が異なるため、現像ローラ上に磁力で担持される現像剤からの反作用力がスクリーン部材に加わる。この結果、スクリーン部材の駆動トルクが平均トルクより大幅に高まる恐れがある。以上の理由により、トルク変動が大きく、駆動モータトルクに余裕が少ない状態が発生しやすくなる。駆動モータトルクに余裕が少なくなると、現像系の回転ムラが生じやすくなり、現像画像にピッチムラ、バンディング等の濃度ムラが発生し易い。従って、スクリーン部材の駆動トルクが平均トルクより大幅に高まっても駆動モータトルクの余裕が少なくならないように、予め駆動モータトルク余裕を大きくとる必要があった。一方、螺旋状羽根部材の一部又は全体をスクリーン部材で構成することも提案されているが、この場合はスクリーン部材の開き目の部分に現像剤を押し出す能力がない為、現像剤を軸方向に攪拌する能力が低減するという副作用がある。
【０００９】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、スクリュピッチムラの発生や駆動トルクの変動を抑制し、現像剤の分散混合、撹拌機能に優れる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーとキャリアとを含む現像剤を収容する現像剤収容部と、表面に静電潜像が形成される像担持体と対向するように配置され、該現像剤の薄層を担持して該像担持体との近接位置に搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体に対して平行に配置され該現像剤を攪拌して該現像剤担持体に搬送する現像剤攪拌搬送部材とを備える現像装置において、上記現像剤攪拌搬送部材が、回転軸と、該回転軸の周囲に形成された螺旋状羽根部材と、少なくとも該回転軸に対して０度以外の角度をもつようにねじって設置された単数又は複数の線状部材とからなり、該現像担持体の回転数Ｒｄｒと、該現像剤撹拌搬送部材の回転数Ｒｐｓと、該線状部材の本数ｎと、該線状部材のねじれ回転周期ｆとの関係が、Ｒｄｆ≦Ｒｐｓ×ｎ×ｆを満たすことを特徴とするものである。
請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記線状部材のねじれによる現像剤搬送方向は、上記現像剤撹拌搬送部材の回転方向に対して順送り方向であることを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１又は２の現像装置において、上記線状部材のねじれ回転周期は、１周期以上であること特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１、２、又は３の現像装置において、上記現像剤撹拌搬送部材は、最外径下端が上記現像剤担持体の最外径下端より下に位置し、該現像剤担持体と同方向に回転することを特徴とするものである。
請求項５の発明は、表面に潜像を担持する像担持体と、該像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置とを有する画像形成装置において、上記現像装置として、請求項１、２、３又は４の現像装置を用いることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、表面に静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体の周囲に設置された装置の内、少なくとも該像担持体上に形成された潜像を現像する現像装置を含む装置とが一体に支持され、画像形成装置本体に着脱可能に構成されるプロセスカートリッジにおいて、上記現像装置として、請求項１、２、３、又は４の現像装置を用いることを特徴とするものである。
請求項１、２，３，４の現像装置、請求項５の画像形成装置、又は請求項６のプロセスカートリッジにおいては、現像剤撹拌搬送部材と現像剤担持体との近接位置で、現像剤撹拌搬送部材上の現像剤が現像剤担持体に供給される。このとき、現像剤撹拌搬送部材の螺旋状羽根部材に厚みがあるためにその部分に現像剤が存在しない現像剤の空白部分が生じる。しかし、現像剤撹拌搬送部材の回転数が現像剤担持体の回転数と同等以上となるように現像剤撹拌搬送部材が回転し、現像剤撹拌搬送部材の線状部材が現像剤を寸断・蹴散らして軸方向に分散させる。そのため、上記現像剤の空白部分にも現像剤が供給される。その結果、現像剤担持体表面では、均一に現像剤が受け渡されスクリュピッチムラの発生が抑制される。また、現像剤撹拌搬送部材が回転することにより線状部材が現像剤をせん断し、線状部材が現像剤上面から出入りして空気を取り込むことにより現像剤を掻きほぐすため、現像剤の流動性が良くなる。この現像剤の状態は、現像剤担持体への受け渡しの際にも、良い効果となっている。また、従来は、スクリュピッチムラの発生を防止するために、現像装置内に常に所定量以上の現像剤を投入する必要があった。これに対し、線状部材を備えた現像剤撹拌搬送部材は、スクリュピッチムラの発生を防止することができるため、現像装置内の現像剤量を減らすことが可能となり、現像装置の小型化、低トルク化も可能となる。また、この現像装置においては、線状部材が回転軸に対してねじれて設置されているので、一部が現像剤中に埋没し残りの部分が現像剤中から出ているという状態を取り得る。よって、線状部材が回転軸に対して平行に設置され、線状部材の一本全体が一気に現像剤中へ埋没し一気に出てくる場合に比べ、現像剤攪拌搬送部材の駆動トルク変動を生じにくくすることが可能となる。さらに、線状部材の本数を２本以上にしたり、ねじり周期を増やしたりした場合には、上記条件式により、現像剤撹拌搬送部材の回転数を下げることも可能である。現像剤撹拌搬送の回転数を下げて回転スピードを通常より遅く制御することによって、トナーの受けるストレスを抑えることができ、トナー劣化や剤劣化を抑えて現像剤の寿命を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した画像形成装置の一実施形態として、電子写真方式のプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）について説明する。
まず、本実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの構成を示す概略構成図である。このプリンタは、像担持体たるドラム状の感光体１の周囲に、帯電装置２、光書込装置３、現像装置４、転写装置５、感光体クリーニング装置６、除電装置７を備えている。また、転写装置５の図中左側方に配設された定着手段８も備えている。
【００１２】
図示しない駆動手段によって図中時計回りに回転駆動せしめられる感光体１は、アルミ等からなる素管の表面に有機感光層が形成されたものであり、回転に伴って帯電装置２によって正又は負極性に一様帯電せしめられる。そして、図示しないパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像情報に基づいて光走査情報を構築する光書込装置３から発せられるレーザー光の走査によって露光部の電位が減衰せしめられる。これにより、露光部周囲の地肌部よりも電位の小さい静電潜像を担持する。この静電潜像は、感光体１の回転に伴って現像装置４との対向位置である現像位置を通過する際に、現像装置４の現像ローラ４１に担持されるトナーと磁性キャリアとを含有する現像剤に摺擦せしめられる。そして、この現像剤に含まれる例えば負極性のトナーが静電的に付着せしめられてトナー画像に現像される。
【００１３】
上記現像位置よりも感光体１の回転方向下流側には、感光体１と転写装置５とが対向する転写位置が形成されている。感光体１上で現像されたトナー画像は、感光体１の回転に伴ってこの転写位置に進入する際に、図示しない給紙手段によってタイミングを合わせて搬送されてくるシート状の転写紙Ｐに重ね合わされる。そして、感光体１と転写装置５との間に形成される転写電界の影響を受けて記録体Ｐ上に静電転写される。この転写の際に感光体１に静電的に付着した転写紙Ｐは、紙の重さ、剛性、紙と分離搬送のための部材等の作用により感光体から分離される。このようにしてトナー画像が静電転写せしめられた記録体Ｐは、転写位置から定着手段８へと送られる。
【００１４】
上記定着手段８は、内部に図示しない熱源を有する加熱ローラ８ａと、これに押圧される押圧ローラ８ｂとの接触によって定着ニップを形成している。これらローラは、互いの接触部でそれぞれの表面を同方向に移動させるように回転駆動される。かかる構成の定着手段８に送られた記録体Ｐは、定着ニップに挟み込まれてローラ表面移動方向に搬送される。この際、ニップ圧や加熱の影響によってトナー画像が定着せしめられる。定着後の転写紙Ｐは、図示しない排紙手段を経由して機外へと排出される。
【００１５】
上記転写位置を通過した感光体１表面は、その回転に伴って感光体クリーニング装置６との対向位置を通過する際に、転写残トナーがクリーニングされる。そして、除電装置７によって残留電荷が取り除かれた後、帯電手段によって一様帯電せしめられて初期状態に戻る。
【００１６】
なお、図１では、帯電装置２として、帯電バイアスが印加される帯電ローラ等のバイアス部材を感光体１に接触させる方式のものを示したが、帯電チャージャ等の非接触方式のものを用いても良い。また、レーザー光の照射によって静電潜像を形成する光書込装置３を設けた例を示したが、ＬＥＤアレイからのＬＥＤ光によって光書込を行うものを用いても良い。また、光書込ではなく、イオン噴射等によって静電潜像を形成するものでもよい。また、転写装置５として、転写バイアスが印加される転写ローラを感光体１に接触させるローラ接触方式のものを示したが、ベルトを接触させるベルト接触方式のものや、転写チャージャなどの非接触方式のものを用いても良い。また、ドラムクリーニング装置６として、クリーニングブレードによる掻き取り方式のものを示したが、クリーニングバイアスが印加されるブラシやローラを接触させる静電回収方式のものを用いてもよい。また、潜像担持体としてドラム状の感光体１を設けた例について説明したが、ベルト状の感光体などを用いても良い。また、感光体１と感光体１の周囲に設置された少なくとも現像装置を含む装置を１つのユニットとして共通のケーシング内に収めたプロセスカートリッジとしてもよい。例えば、感光体１、帯電装置２、現像装置４及びドラムクリーニング装置６を１つのプロセスユニットとして、プリンタ本体に対して着脱可能に構成する。
【００１７】
図２は、上記現像装置４の構成を示す概略構成図である。現像装置４は、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を収容し、現像部と攪拌部とを構成する現像ケーシング４２と、現像ケーシング４２の上方を覆うカバー４３と、カバー４３に設けられたトナー補給口４３ａとから構成される。現像部には、現像ケーシング４２の開口から周面の一部を露出させる現像ローラ４１が設けられている。また、カバー４３には、その先端と現像ローラ４１表面との間に所定の間隙を保持するドクタブレード４２が取り付けられている。この間隙はドクタギャップと呼ばれる。攪拌部には、２つの現像剤攪拌搬送部材としての搬送スクリュウ４５，４６や、２つの搬送スクリュウ４５、４６の間を仕切る仕切壁４７や、図示しないトナー濃度センサ等が設けられている。
【００１８】
このように構成される現像装置４において、撹拌部の現像剤は、２つの搬送スクリュウ４５，４６によって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられる。図中左側の搬送スクリュウ４５に攪拌搬送される現像剤は、現像ローラ４１の表面に対してその軸線方向に接触する。すると、現像ローラ４１から延びる磁界の影響を受けて現像ローラ４１の表面に担持されて攪拌部内から汲み上げられ、現像ローラ４１の表面に連れ回って搬送される。現像ローラ４１の表面に連れ回って搬送される現像剤は、現像ローラ４１とドクタブレード４４との間を通過する際に、層厚が規制されて現像に好ましい量に規制され、感光体１との対向位置である現像位置まで搬送される。本プリンタの現像装置４では、ドクタギャップが０．３〜０．７［ｍｍ］程度に設定され、現像剤量が２０〜１００［ｍｇ／ｃｍ２］程度になる。
【００１９】
そして、現像時、現像ローラ４１には、電源により現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。交互電界中で現像剤のトナーとキャリアが激しく振動し、トナーが現像ローラ４１及びキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体１に飛翔し、感光体１の潜像に対応して付着する。そして、この付着により、静電潜像がトナー画像に現像される。現像によってトナーを消費した現像剤は、現像ローラ４１の表面に連れ回って現像ケーシング４２内に移動し、図示しない反発磁界の影響を受けて現像ローラ４１の表面から離脱して、攪拌部内に戻る。本プリンタにおいて、上記現像位置における感光体１と現像ローラ４１との間隔である現像ギャップは、０．３［ｍｍ］に設定されている。現像ギャップは、現像剤の磁性キャリアの粒径が５０［μｍ］であれば、１０倍程度（０．５５ｍｍ）以下に設定するのが良い。現像ギャップをこれより広くすると直流現像バイアス電圧印加条件下では、望ましいとされる画像濃度が出にくくなる。
【００２０】
上記現像ローラ４１は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの筒状の非磁性体からなる現像スリーブが図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動されるようになっている。現像スリーブの表面は、サンドブラスト等によって十点平均粗さＲｚで１０〜２０［μｍ］程度まで粗面化せしめられている。このような粗面化により、現像剤との摩擦抵抗を高めて所定の剤汲み上げ能力を発揮する。サンドブラスト等による粗面化に代えて、表面に数十〜数百［ｍｍ］の深さの溝を複数設けたものを使用していもよい。図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられる現像スリーブ内部には、図示しないマグネットローラが現像スリーブに連れ回らないように固定されている。このマグネットローラは、その周方向に分かれた複数の磁極を有している。これら磁極の影響により、現像スリーブの周囲には、後述するように法線方向に延びる複数の磁界が形成される。
【００２１】
図３は、現像装置の構成を示す分解斜視図である。図４は、図３とは別の方向からみた現像装置の構成を示す分解斜視図である。図３に示すように、搬送スクリュウ４５，４６は、駆動源に接続して駆動回転する回転軸４５ａ，４６ａと、この回転軸４５ａ，４６ａの周囲に形成された螺旋状羽根部材としての螺旋状のスクリュウ羽根４５ｂ，４６ｂとを有している。図４に示すように、搬送スクリュウ４５は、その回転駆動に伴って現像剤を主に回転軸４５ａに平行に、図中奥側から手前側、すなわち矢印Ａ方向に搬送しながら現像ローラ４１に供給する。搬送スクリュ４５によって図中手前端まで搬送された現像剤は、仕切壁４７に設けられた図示しない開口を通って搬送スクリュウ４６に受け渡される。搬送スクリュ４６は、その回転駆動に伴って現像剤を主に回転軸と平行に、図中手前側から奥側に、すなわち矢印Ｂ方向に搬送しながら、トナー補給口４３ａから落下してくる補給トナーを取り込む。そして、補給トナーを取り込んだ現像剤は、仕切壁４７に設けられた図示しないもう一方の開口を通って図中左側の搬送スクリュウ４５上に戻される。このようにして、現像剤は攪拌部内を循環搬送せしめられる。このように、複数本の搬送スクリュウを使用する場合には、少なくとも一対の搬送スクリュウ４５，４６の現像剤搬送方向が逆方向になるように配置している。
【００２２】
以下に、本実施形態特有の構成について説明する。
図５は、搬送スクリュウ４５の全体構成を示す斜視図である。図６は、搬送スクリュ４５の構成を示す部分拡大斜視図である。図７は、線状部材のねじれ周期を説明する構成図である。図５及び図６に示すように、この搬送スクリュウ４５は、上記構成に加えて、線状部材４５ｃが回転軸４５ａに対して０度以外の角度をもつようにねじった態様で、その両端がスクリュ羽根４５ｂの外径部に固定されて設置されている。そして、現像ローラ４１の回転数Ｒｄｒと、スクリュ羽根４５ｂの回転数Ｒｐｓと、線状部材４５ｃの本数ｎと、線状部材４５ｃのねじれ周期ｆとの関係が、Ｒｄｒ≦Ｒｐｓ×ｎ×ｆ・・・式（１）を満たすことを特徴とする。つまり、線状部材４５ｃのねじり周期が少なくとも１周期以上、また本数についても少なくとも１本の構成の時、搬送スクリュ４５の回転数が現像ローラ４１の回転数以上あることを特徴とする。ねじる角度については、スクリュ羽根４５ｂの外径によって異なってくるため定義し難く、線状部材４５ｃの始点から終点についての周方向の回転周期で表す。なお、式（１）においては、現像剤搬送量や補給されたトナーの補給量などの要因が実際に絡むが、最低限、式（１）を満たすことにより、以下に説明する効果が得られるものである。また、線状部材４５ｃのねじれ方向は、スクリュ羽根４５ｂによる現像剤搬送方向に対して順送り方向となるようになっている。これにより、スクリュ羽根４５ｂの現像剤搬送性を低下させることがない。
【００２３】
線状部材４５ｃを備えた搬送スクリュ４５は、線状部材４５ｃのパドル効果により、現像剤を跳ね上げる機能をもつ。図８は、現像装置の構成を示す概略構成図である。図８に示すように、現像部では、現像剤が現像ローラ４１に内包された磁石ローラの汲み上げ極（Ｐ５）にまず受け渡され、搬送極（Ｐ６，Ｐ７）により現像ローラ４１の表面上を矢印Ｃ方向に搬送され、ドクタ極（Ｐ８）まで送られる。このとき、搬送スクリュ４５は、図中矢印Ｄ方向に回転しながら線状部材４５ｃによって現像剤を跳ね上げ、現像ローラ４１へも受け渡す機能があることが分かった。これに対し、スクリュ羽根のみからなる搬送スクリュを用いた現像装置では、現像剤が横方向に搬送されながら汲み上げ極に近い現像剤のみが受け渡される。
【００２４】
更に、搬送スクリュ４５は、線状部材４５ｃによって受け渡された後の現像ローラ４１に形成されるチェーン状に連なった現像剤を寸断、蹴散らすようにする機能があることも分かった。図９（ａ）は、本実施形態に係る搬送スクリュと現像ローラとの間の現像剤の状態を説明する構成図である。図９（ｂ）は、線状部材をもたない搬送スクリュと現像ローラとの間の現像剤の状態を説明する構成図である。図９（ａ）に示すように、現像ローラ４１表面には、線状部材４５ｃが現像剤を寸断、蹴散らすことからチェーン状の現像剤が観察されなかった。これに対し、線状部材をもたない搬送スクリュ１００を用いた現像装置においては、図９（ｂ）に示すように、現像ローラ１０３表面にチェーン状に連なった現像剤が観察された。なお、現像ローラの仕様としては、搬送極（Ｐ６，Ｐ７）がなく、汲み上げ極（Ｐ５）の後に直ぐドクタ極（Ｐ８）が配置されているものもあるが、このタイプの現像ローラにおいても、同様の効果は得られる。
【００２５】
図１０（ａ）は、本実施形態に係る現像装置における搬送スクリュと現像ローラとの間の現像剤の受け渡しを説明する構成図である。図１０（ｂ）は、線状部材をもたない搬送スクリュと現像ローラとの間の現像剤の受け渡しを説明する構成図である。搬送スクリュ４５による現像では、スクリュ羽根４５ｃの外径部が厚みｄをもつためにその部分に現像剤が存在しない現像剤の空白部分が生じる。しかし、線状部材４５ｃを備えた搬送スクリュ４５は、搬送スクリュ４５の回転数が少なくとも現像ローラ４１の回転数と同等以上となるように回転し、搬送スクリュ４５の線状部材４５ｃが現像剤を寸断・蹴散らして軸方向に分散させる。このため、上記現像剤の空白部分にも現像剤が供給される。その結果、図１０（ａ）に示すように、現像ローラ４１表面を見ると、均一に現像剤が受け渡されて現像剤の受け渡し不良が改善され、スクリュピッチムラの発生が抑制される。これに対し、線状部材をもたない搬送スクリュ１００は、スクリュ羽根１０２の厚みｄによる現像剤の空白部分によって、現像ローラ１０３表面においてスクリュ羽根１０２の厚みｄに相当する部分に現像剤が受け渡されない場合がある。その結果、図１０（ｂ）に示すように、現像剤が存在する部分（図中斜線で示す）と現像剤が存在しない部分（図中白抜け部で示す）とが生じるスクリュピッチムラが発生する虞がある。
【００２６】
また、線状部材４５ｃを設けた搬送スクリュ４５においては、線状部材をもたない搬送スクリュに比べて、現像剤の流動性がよいことも分かっている。搬送スクリュ４５が回転することにより線状部材４５ｃが現像剤をせん断し、また線状部材４５ｃが現像剤の最上面から出入りして空気を取り込むことにより現像剤を掻きほぐす。その結果、現像剤の流動性が良くなる。この現像剤の状態は、現像ローラ４１への受け渡しの際にも、良い効果となっている。
【００２７】
以下、図１０（ａ）に示すように、線状部材４５ｃをもつ搬送スクリュ４５と、図１０（ｂ）に示すように、線状部材をもたない搬送スクリュ１００を用いた現像装置によるスクリュピッチムラの発生率を検討した。現像は、以下に示す条件のもとで行った。現像剤セット量は、７００ｇとし、現像剤量をこれより少しずつ減らしてどこまでピッチムラの余裕度があるかを観察した。その結果を表１に示す。
現像ローラの径：３０ｍｍ、  線速：３８０ｍｍ／秒
搬送スクリュの最外径：２４ｍｍ、
搬送スクリュの螺旋ピッチ：２０ｍｍ、  線速：３８０ｍｍ／秒
現像ローラと搬送スクリュとの最近接部での間隔：３ｍｍ
線状部材の線径：１ｍｍ
線状部材の本数：１本
線状部材のねじれ回転周期（図７参照）：２周
【表１】
2005017872.tif 000003
【００２８】
表１の結果からわかるように、線状部材４５ｃを備えた搬送スクリュ４５おいては、相当の現像剤量を減らしてもスクリュピッチムラが発生していない。これに対し、線状部材をもたない搬送スクリュ１００においては、現像剤量が少なくなると、上述したように、現像剤が現像ローラ１０３表面に受け渡されない部分が生じて、スクリュピッチムラが発生した。このように、線状部材４５ｃを備えた搬送スクリュ４５は、ピッチムラの不具合画像の発生を防止することができることに加えて、現像剤量も減らすことが可能であり、ユニットの小型化、低トルク化への対応も可能であることがわかる。
【００２９】
図１１は、本実施形態に係る現像装置の構成を示す構成図である。上記現像装置４は、図１１に示すように、搬送スクリュ４５と現像ローラ５４との位置関係が、搬送スクリュ４５の最外径下端が現像ローラ４１の外径下端よりも高さｈだけ下側になるように構成されている。さらに、搬送スクリュ４５は、現像ローラ５４と同方向に回転し、対向部では表面の移動方向が逆方向となっている。これにより、上記現像ケーシング４３と搬送スクリュ４５と現像ローラ４１とに囲まれる領域Ｘの現像剤が搬送スクリュ４５側に移動しやすくなるようにする。現像ローラ４１に担持される現像剤は、現像領域を通過した後穂切りされて現像ローラ４１から剥がされることにより、上記領域Ｘに溜まる。搬送スクリュ４５は、図中矢印Ｄ方向に回転しながら、線状部材４５ｃによるパドル効果で現像領域Ｘに溜まった現像剤を積極的に搬送スクリュ４５内に掻き込む。領域Ｘに溜まり易い現像剤においても、線状部材４５ｃのパドル効果によって活発に動き易くなる。これに対し、線状部材をもたない搬送スクリュは、スクリュ羽根の回転によって現像剤を押出すように搬送する。領域Ｘでは、押出されて現像剤が滞留しなくなった部分に現像ローラ４１から穂切りされた現像剤が流れるように取り込まれるが、スクリュ羽根より横方向に搬送されるのみである。
【００３０】
なお、上記現像装置４においては、現像ローラ４１に近い側の搬送スクリュ４５に線状部材４５ｃを設けた構成について説明したが、遠い側の搬送スクリュ４６においても同様の線状部材を設けても構わない。通常トナーを補給する場合においては、補給トナーの影響が直ちに現像ローラ４１に及ばないように現像ローラ４１側から遠い位置に設けられることが多い。したがって、搬送スクリュ４５では現像ローラへの受け渡しの効果を述べたが、搬送スクリュ４６においては、補給されたトナーが現像剤に分散、拡散させる効果があり、両方共に同構成をとった方が更に効果的である。
【００３１】
上述したように、線状部材４５ｃを備えた搬送スクリュ４５によって様々な効果が得られる。この効果は、線状部材４５ｃを軸方向にねじらない構成で軸と平行に配置した場合にも得られるものである。しかし、回転軸に対して平行にけられた線状部材は、その１本１本が搬送スクリュの回転によって一気に現像剤中へ埋没し、一気に現像剤からでてくる。線状部材が現像在中に埋没する瞬間や現像剤中を移動する間は、線状部材にかかるトルクが大きくなり、線状部材が現像剤から出ている間は、線状部材にかかるトルクが小さくなる。このように、線状部材の現像剤への埋没状態差による駆動トルクの変動によって、濃度ムラが発生する虞がある。これに対し、線状部材４５ｃをねじる構成の搬送スクリュ４５では、１本の線状部材４５ｃをみたとき、一部が現像剤中に埋没、又は現像剤中を移動、残りの部分が現像剤から出てくるという状態である。よって、線状部材４５をねじって設置された搬送スクリュ４５は、線状部材を回転軸と平行に設置された搬送スクリュに比べて駆動トルクを生じにくくすることができる。
【００３２】
また、上述した式（１）中の線状部材４５ｃのねじれ周期は、本数との関係にもよるが、少なくとも１周期以上設けるのが好ましい。ねじれ周期が１周未満の場合には、上述したように周方向で搬送スクリュ４５と現像ローラ４１との間で現像剤の受け渡しのムラができてしまう。また、ねじれ周期が１周未満の場合には、上述したように、周方向で線状部材４５ｃの現像剤への埋没状態差が異なるようになるため、部分的に駆動トルクの変動が生じてしまう。
【００３３】
また、線状部材４５ｃの本数は、２本以上設置することがより好ましい。図１２は、別の搬送スクリュの構成を示す正面図である。図１２に示すように、例えば、搬送スクリュ５０は、２本の線状部材５０ｃを互いの回転軌跡が異なるように設置している。このように、線状部材の本数を２本以上にしたり、ねじり周期を増やしたりした時には、搬送スクリュの回転数を下げることも可能である。搬送スクリュの回転スピードより通常より遅く制御することによって、トナーの受けるストレスを抑えることができ、トナー劣化や剤劣化を抑えて現像剤の寿命を向上させることができる。
【００３４】
図１３は、本実施形態に係るトナーの構成を示す概念図である。図１３に示すように、トナーは、樹脂６０中に着色剤６１、離形剤６２、極性制御剤６３が分散し、表面にシリカ、酸化チタン等の外部添加剤６４がある程度トナーに埋め込まれるようにして存在する。トナー中に分散された顔料系着色剤の分散粒径は、個数平均径で０．５μｍ以下であり、且つその個数平均径が０．７μｍ以上の個数割合が５個数％以下で、着色剤が微分散されている。このように微分散させることにより、トナー粒径の微分側成分についても顔料系着色剤の成分比率のばらつきを少なくトナー表面の摩擦帯電性についても同様ばらつきを少なくでき、トナー同士の静電凝集を抑制できる。
【００３５】
また、新品のトナー、例えばトナー補給前のトナーでは、外部添加剤６４の埋まり具合が正常で、トナーが補給されて現像剤（キャリア）と混ざることによりトナーが立ち上がり帯電する。しかし、このトナーが消費されずに、すなわち感光体１に移動しない状態で現像ケーシング４２内に残って循環していると、搬送スクリュ４５，４６、現像ローラ４１、ドクタブレード４４などによりメカ的なストレスを受け、外部添加剤６４がトナーに除々に埋め込まれていく、いわゆるトナー劣化が知られている。外部添加剤６４の存在が少なくなったトナーは、他との接触面積が大きくなり付着力が増すこと、新たに補給されてくるトナーと帯電量が異なることなどによって、地汚れ、トナー飛散や感光体のクリーニング不良などの問題が発生する。また、キャリアに対しては、トナースペントによるキャリアの帯電能力低下などによって剤劣化が起こり剤寿命が短くなる問題もある。一方、トナー濃度が高い時やトナー被覆率が大きい時、つまりキャリアに対するトナーの割合が大きい時には、個々のトナーがキャリアと接触する確立が少なくなるため、キャリアからのストレスを受け難くなる。これに対し、トナー濃度が低いときやトナー被覆率が小さい時には、キャリアからのストレスを受け易くなる。このように、トナーが受けるストレスは様々な要因に絡むが、線状部材４５ｃの周期や本数を増やすことにより、搬送スクリュ４５の回転数を下げることができ、トナーが受けるメカ的ストレスを抑制することができる。
【００３６】
なお、本実施形態に係る線状部材４５ｃの形状は、特に限定されるものではない。図１４（ａ）乃至（ｆ）は、本発明に適用可能な線状部材の断面図である。図５に示した線状部材４５ｃは、断面が図１４（ａ）に示すように円形状であるが、線状部材４５ｃの形状はこれに限定されるものではない。線状部材４５ｃの断面は図１４（ｂ）乃至（ｆ）に示すように楕円（ｂ）、正方形（ｃ）、三角形（ｄ）、菱形（ｅ）、長方形（ｆ）などの種々の形状を取り得る。ただし、図示しているように進行（移動）方向下流側に面した表面が現像剤を抱え込み難いようキャリアの体積平均粒径を超える様な深さを有する凹部がなるべく存在しないように構成することが望ましい。また、ワイヤ形状の線径を太くしたり細くしたり、棒状部材や板状部材でも同様の効果が得られることから、線状に限定することではないことを追記しておく。
【００３７】
以上説明した現像装置４は、図１に示した形式以外の画像形成装置にも広く採用することができる。例えば、１つの感光体のまわりに複数色の現像装置を備え、それらの現像装置で感光体上にトナーを付着させて合成トナー画像を形成する１ドラム型の画像形成装置に採用することができる。また、複数並べて配置された感光体にそれぞれ個別に現像装置を備え、各感光体上にそれぞれ単色トナー画像を形成し、それらの単色トナー画像を順次転写して合成カラー画像を形成するタンデム型の画像形成装置に採用することができる。現像装置に用いられる現像剤は、色によってトナー流動性等の物性値が異なり、トナーの分散性、混合性も異なる。しかし、上記構成の現像装置を採用した画像形成装置は、共通部品を用いて容易に各色の現像剤に対応した制御、例えば線状部材のねじり周期、本数、を変えることができる。その結果、現像剤の撹拌性や立ち上がり性を向上させ、トナーの劣化を抑制して現像剤の高寿命化を図ることが可能となり、現像剤の劣化による剤交換頻度が少なくなり、メンテナンス性の向上を図ることが可能となる。また、共通部品を用いて各色の現像剤に対応した制御を行うことができるので、低コスト化を図ることが可能となる。
【００３８】
また、上記構成の現像装置４は、上述したように、感光体１と、感光体１の周囲に設置される装置、例えば帯電装置２や感光体クリーニング装置６と一体に支持され、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して組み込まれるとよい。一般的にプロセスカートリッジは、他の機種と共通使用することが一般的であるため、部品共通化による量産効果及びコスト低減効果が多大である。また、近年環境問題より、プロセスカートリッジにおいても、使い捨てではなくリサイクルして再使用することが一般的であるため、トータル的なコスト低減を図ることが可能である。
【００３９】
以上、本実施形態に係る現像装置４においては、現像担持体としての現像ローラ４１の回転数Ｒｄｒと、該現像剤撹拌搬送部材としての搬送スクリュ４５の回転数Ｒｐｓと該線状部材４５ｃの本数ｎと、線状部材４５ｃのねじれ回転周期ｆとの関係が、Ｒｄｆ≦Ｒｐｓ×ｎ×ｆを満たしている。すなわち、線状部材４５ｃのねじれ周期が少なくとも１周以上、線状部材４５ｃの本数が少なくとも１本以上のとき、搬送スクリュ４５の回転数が少なくとも現像ローラ４１の回転数と同等以上となるように搬送スクリュ４５が回転している。そして、搬送スクリュ４５の線状部材４５ｃが現像剤を寸断・蹴散らして軸方向に分散させ、螺旋状羽根部材としてのスクリュ羽根４５ｂの厚みによる現像剤の空白部分にも現像剤を供給する。その結果、現像ローラ４１表面では、均一に現像剤が受け渡されスクリュピッチムラの発生が抑制される。また、搬送スクリュ４５が回転することにより線状部材４５ｃが現像剤をせん断し、また線状部材４５ｃが現像剤上面から出入りして空気を取り込むことにより現像剤を掻きほぐすため、現像剤の流動性が良くなる。この現像剤の状態は、現像ローラ４１への受け渡しの際にも、良い効果となっている。また、スクリュピッチムラの発生を抑制できることから、現像装置４内の現像剤量も減らすことが可能となり、現像装置４の小型化、低トルク化も可能となる。また、この現像装置４においては、線状部材４５ｃが回転軸４５ａに対してねじれて設置されているので、一部が現像剤中に埋没し残りの部分が現像剤中から出ているという状態を取り得る。よって、線状部材４５ｃが回転軸４５ａに対して平行に設置され、線状部材４５ｃの一本全体が一気に現像剤中へ埋没し一気に出てくる場合に比べ、搬送スクリュ４５の駆動トルク変動を生じにくくすることが可能となる。さらに、線状部材４５ｃの本数を２本以上にしたり、ねじり周期を増やしたりした時には、搬送スクリュ４５の回転数を下げることも可能である。搬送スクリュ４５の回転数を下げて、搬送スクリュ４５の回転スピードを通常より遅く制御することによって、トナーの受けるストレスを抑えることができ、トナー劣化や剤劣化を抑えて現像剤の寿命を向上させることができる。
また、本実施形態に係る現像装置４においては、線状部材４５ｃのねじれによる現像剤搬送方向が搬送スクリュ４５の回転方向に対して順送り方向である。よって、搬送スクリュ４５の現像剤搬送性を低下させることがなく、部分的なトルク変動が抑制される。
また、本実施形態に係る現像装置４においては、線状部材４５ｃのねじれ回転周期が１周期以上に設定されている。つまり、搬送スクリュ４５において、線状部材４５ｃが周方向で全域に亘って存在することになる。よって、線状部材４５ｃによる現像ローラ４１への現像剤への受け渡しが周方向で全域に亘って行われ、部分的な駆動変動も抑制することができる。
また、本実施形態に係る現像装置４においては、搬送スクリュ４５は、最外径下端が現像ローラ４１の最外径下端より下に位置し、現像ローラ４１と同方向に回転している。これにより、現像ケーシング４３と搬送スクリュ４５と現像ローラ４１とに囲まれる領域Ｘの現像剤が線状部材によって取り込まれ搬送スクリュ４５側に移動しやすくなる。
また、本実施形態に係る画像形成装置及びプロセスカートリッジにおいては、上記構成の現像装置を用いることにより、共通の部品で各色の現像剤に対応した制御を容易に行うことができる。よって、現像剤の高寿命化を図ることが可能となり、剤の劣化による現像装置の交換頻度を少なくしてメンテナンス性の向上を図ることが可能となる。また、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、スクリュピッチムラの発生や駆動トルクの変動を抑制し、現像剤の分散混合、撹拌機能に優れる現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプリンタの構成を示す概略構成図。
【図２】同プリンタの現像装置の構成を示す概略構成図。
【図３】同現像装置の構成を示す分解斜視図。
【図４】同現像装置の構成を示す分解斜視図。
【図５】同現像装置の搬送スクリュの構成を示す斜視図。
【図６】同搬送スクリュの構成を示す部分拡大斜視図。
【図７】同搬送スクリュの線状部材のねじれ周期を説明する構成図。
【図８】同現像装置の構成を示す概略構成図。
【図９】（ａ）は、同搬送スクリュと現像ローラとの間の現像剤の状態を説明する構成図。（ｂ）は、線状部材をもたない搬送スクリュと現像ローラとの間の現像剤の状態を説明する構成図。
【図１０】（ａ）は、同現像装置における搬送スクリュと現像ローラとの間の現像剤の受け渡しを説明する構成図。（ｂ）は、線状部材をもたない搬送スクリュと現像ローラとの間の現像剤の受け渡しを説明する構成図。
【図１１】同現像装置の構成を示す構成図。
【図１２】別の搬送スクリュの構成を示す正面図。
【図１３】トナーの構成を示す概念図。
【図１４】（ａ）乃至（ｆ）は、本発明に適用可能な線状部材の断面図。
【図１５】従来の搬送スクリュの構成を示す斜視図。
【図１６】別の従来の搬送スクリュの構成を示す斜視図。
【図１７】別の従来の搬送スクリュの構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１  感光体
４  現像装置
４１    現像ローラ
４２    現像ケーシング
４３    カバー
４４    ドクタブレード
４５、４６、５０    搬送スクリュ
４５ａ、４６ａ    回転軸
４５ｂ、４６ｂ    スクリュ羽根
４５ｃ、５０ｃ    線状部材
【図１】
2005017872.tif 000004
【図２】
2005017872.tif 000005
【図３】
2005017872.tif 000006
【図４】
2005017872.tif 000007
【図５】
2005017872.tif 000008
【図６】
2005017872.tif 000009
【図７】
2005017872.tif 000010
【図８】
2005017872.tif 000011
【図９】
2005017872.tif 000012
【図１０】
2005017872.tif 000013
【図１１】
2005017872.tif 000014
【図１２】
2005017872.tif 000015
【図１３】
2005017872.tif 000016
【図１４】
2005017872.tif 000017
【図１５】
2005017872.tif 000018
【図１６】
2005017872.tif 000019
【図１７】
2005017872.tif 000020