(57)【要約】【課題】現像剤搬送方向下流側においても、供給部から現像剤担持体への供給を安定的に行えるような磁場構成にすることで、現像剤搬送方向下流側における現像剤の枯渇の発生を低減する。【解決手段】内部に複数の磁極を有し現像剤４６を担持して潜像担持体１に形成された潜像を可視像化する現像剤担持体４１と、第１攪拌搬送部材４２を有し可視像化した後の現像剤担持体上の現像剤を回収しトナー補給及び撹拌を行う回収部と、第２攪拌搬送部材４３を有し現像剤担持体に現像剤を供給する供給部とを備え、少なくとも現像剤を回収する位置と供給する位置が異なる現像装置４において、攪拌搬送部材と現像剤担持体の間に存在する壁部４４に対し、現像剤担持体内部に配置した磁極Ｎ１，Ｎ２により生じる磁気的吸引力のベクトルが、壁部に対して平行である部分が存在するように構成した。【選択図】図３
2009069669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数の磁極を有し、磁性体とトナーを含む現像剤を担持して潜像担持体に形成された静電潜像に前記トナーを供給して該静電潜像を可視像化する現像剤担持体と、
前記現像剤を軸方向に搬送する攪拌搬送部材を有し可視像化した後の前記現像剤担持体上の現像剤を回収しトナー補給及び撹拌を行う回収部と、
前記現像剤を軸方向に搬送する攪拌搬送部材を有し前記現像剤担持体に前記現像剤を供給する供給部と、
を備え、
少なくとも、前記現像剤を回収する位置と供給する位置が異なる現像装置において、
前記攪拌搬送部材と前記現像剤担持体の間に存在する壁部に対し、前記現像剤担持体内部に配置した磁極により生じる磁気的吸引力のベクトルが、前記壁部に対して平行である部分が存在することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１記載の現像装置において、
前記回収部で前記現像剤担持体から現像剤を離す剤離れ極から形成される磁束密度ベクトルと、前記供給部から現像剤を汲み上げる汲み上げ極から形成される磁束密度ベクトルの合流点が、前記現像剤担持体の中心と前記供給部の攪拌搬送部材の外周を結ぶ上流側寄りの線に対してさらに上流側に存在し、且つ、前記汲み上げ極が、前記現像剤担持体の中心と前記供給部の攪拌搬送部材の外周を結ぶ下流側寄りの線に対してさらに下流側に存在することを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の現像装置において、
前記現像剤を汲み上げる汲み上げ極の磁束密度を３０ｍＴ以下とすることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記供給部側が、前記回収部側の下方にあることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像装置において、
前記現像剤の汲み上げ極により形成された磁極位置において前記現像剤の規制を行うことを特徴とする現像装置。
【請求項６】
潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電せしめる帯電手段と、前記潜像担持体上の潜像を現像する現像手段と、前記潜像担持体に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置に用いられ、前記潜像担持体と、前記帯電手段と、前記クリーニング手段との中より選ばれる少なくとも１つと、前記現像手段とが一体になって画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されたプロセスカートリッジにおいて、
前記現像手段として、請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項７】
潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様帯電せしめる帯電手段と、前記潜像担持体上の潜像を現像する現像手段と、前記潜像担持体に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
前記現像手段として、請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様帯電せしめる帯電手段と、前記潜像担持体上の潜像を現像する現像手段と、前記潜像担持体に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
請求項６記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潜像担持体上に担持された潜像を、トナー及び磁性体（キャリア）を含有する２成分現像剤によって現像する現像装置、並びにこの現像装置を用いるプロセスカートリッジ、及び、前記現像装置またはプロセスカートリッジを備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置には一般に、感光体等の像担持体を現像するための現像装置を有している。現像装置として、トナーと磁性体（キャリア）よりなる２成分現像剤を用いる２成分現像方式の現像装置が知られており、この現像装置では、現像剤撹拌部分でキャリアとトナーを十分に混合した現像剤を、現像剤担持体である現像ローラに供給する。現像ローラは、回転する円筒状の現像スリーブと、その内部に固定配置された複数の磁極を有するマグネットローラ（または複数の磁石）からなり、磁力により現像剤をスリーブ上に担持し、搬送する。そして、この現像ローラにより現像剤を潜像担持体としての感光体と対向する領域に搬送して、感光体表面の静電潜像にトナーを付着させて現像する。
また、現像剤を撹拌混合し、現像ローラに供給する現像剤撹拌部の構成は、従来様々な構成が用いられているが、現在では、現像ローラの横方向や下方に、撹拌搬送部材（スクリュ等）を水平方向に２本配置する構成が主流である。
【０００３】
しかし、この構成では、現像剤撹拌部から現像ローラに供給された現像剤が、現像後に同じ現像剤撹拌部に戻されるため、現像剤搬送方向下流側では、現像後のトナー濃度の少なくなった現像剤と、トナー濃度の高い現像剤とが同時に現像ローラに汲み上げられることになり、現像ローラ上の現像剤のトナー濃度が均一にならず、画像濃度にムラが生じやすく均一な画像が得られ難い。さらに、帯電の不充分なトナーがあるためにハーフトーン画像部の粒状性の悪化や、地肌部にトナーが付着する地肌汚れや、キャリアからトナーが遊離してしまうことによるトナー飛散等の不具合を生じるという問題もある。
【０００４】
これらの課題を解決する手段として、例えば特許文献１（特公平４−１３７０２４号公報）などに記載の従来技術のように、現像剤を供給する現像剤搬送経路と現像剤を回収する現像剤搬送経路を分離し、現像後、トナー濃度の少なくなった現像剤と、トナー濃度の高い現像剤が混合することをなくし、トナー濃度を安定化させる方式が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特公平４−１３７０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１における現像装置では、上方の現像剤搬送部内の現像剤は上流側から下流側に搬送される間にその一部が現像スリーブで汲み上げられるため、現像スリーブによる現像剤の汲み上げが継続して行われると上方の現像剤搬送部内での現像剤量は上流側に比して下流側で少なくなり、現像剤の最上面の高さが下がってその部分での現像スリーブによる現像剤の汲み上げ量が減少する汲み上げ不良が発生してしまう恐れがあった。特に、現像剤規制部材（例えばドクタ）の前に保持される現像剤の量が多いほど、下流側に流れる現像剤が減少し、枯渇が発生しやすくなる。
【０００７】
上記現像剤の汲み上げ不良を防ぐためには、現像剤撹拌搬送部内に供給する現像剤量を増やしたり、あるいは、上下の攪拌搬送部において現像剤撹拌搬送部材としてスクリュ等を用いている場合に、このスクリュの回転数を上げたりすことなどが考えられる。
しかし、現像剤量を増やすと、現像剤撹拌搬送部を含む現像ユニットが大型化してしまう。また、上下の撹拌搬送部におけるスクリュ等の回転数を上げると、スクリュの軸受け部材の磨耗や、現像剤にかかるストレスが増大して現像剤寿命が低下してしまう。従って、現像剤量を増やしたり、スクリュの回転数を上げたりすることは好ましくない。
また、ドクタ前の現像剤の堆積量を低減するため、磁場の強さを下げると磁気的吸引力も低下してしまう。そのため、現像剤担持体上への現像剤供給能力が低下するため、好ましくない。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、現像剤担持体に現像剤を供給する供給部において、現像剤搬送方向上流側で過剰に供給された現像剤の量が、現像剤規制部材の前に滞留する量を低減し、且つ、現像剤搬送方向下流側においても、供給部から現像剤担持体への供給を安定的に行えるような磁場構成にすることで、現像剤搬送方向下流側における現像剤の枯渇の発生を低減することができる構成の現像装置を提供することを目的とする。
また、本発明は前記現像装置を用いたプロセスカートリッジを提供することを目的とし、さらには、前記現像装置またはプロセスカートリッジを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明では以下のような解決手段を採っている。
本発明の第１の手段は、内部に複数の磁極を有し、磁性体とトナーを含む現像剤を担持して潜像担持体に形成された静電潜像に前記トナーを供給して該静電潜像を可視像化する現像剤担持体と、前記現像剤を軸方向に搬送する攪拌搬送部材を有し可視像化した後の前記現像剤担持体上の現像剤を回収しトナー補給及び撹拌を行う回収部と、前記現像剤を軸方向に搬送する攪拌搬送部材を有し前記現像剤担持体に前記現像剤を供給する供給部と、を備え、少なくとも、前記現像剤を回収する位置と供給する位置が異なる現像装置において、前記攪拌搬送部材と前記現像剤担持体の間に存在する壁部に対し、前記現像剤担持体内部に配置した磁極により生じる磁気的吸引力のベクトルが、前記壁部に対して平行である部分が存在することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の手段は、第１の手段の現像装置において、前記回収部で前記現像剤担持体から現像剤を離す剤離れ極から形成される磁束密度ベクトルと、前記供給部から現像剤を汲み上げる汲み上げ極から形成される磁束密度ベクトルの合流点が、前記現像剤担持体の中心と前記供給部の攪拌搬送部材の外周を結ぶ上流側寄りの線に対してさらに上流側に存在し、且つ、前記汲み上げ極が、前記現像剤担持体の中心と前記供給部の攪拌搬送部材の外周を結ぶ下流側寄りの線に対してさらに下流側に存在することを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の手段は、第１または第２の手段の現像装置において、前記現像剤を汲み上げる汲み上げ極の磁束密度を３０ｍＴ以下とすることを特徴とする。
また、本発明の第４の手段は、第１〜第３のいずれか１つの手段の現像装置において、前記供給部側が、前記回収部側の下方にあることを特徴とする。
さらに本発明の第５の手段は、第１〜第４のいずれか１つの手段の現像装置において、前記現像剤の汲み上げ極により形成された磁極位置において前記現像剤の規制を行うことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第６の手段は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様に帯電せしめる帯電手段と、前記潜像担持体上の潜像を現像する現像手段と、前記潜像担持体に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置に用いられ、前記潜像担持体と、前記帯電手段と、前記クリーニング手段との中より選ばれる少なくとも１つと、前記現像手段とが一体になって画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されたプロセスカートリッジにおいて、前記現像手段として、第１〜第５のいずれか１つの手段の現像装置を用いたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第７の手段は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様帯電せしめる帯電手段と、前記潜像担持体上の潜像を現像する現像手段と、前記潜像担持体に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、前記現像手段として、第１〜第５のいずれか１つの手段の現像装置を備えたことを特徴とする。
また、本発明の第８の手段は、潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体を一様帯電せしめる帯電手段と、前記潜像担持体上の潜像を現像する現像手段と、前記潜像担持体に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、第６の手段のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の手段の現像装置では、攪拌搬送部材と現像剤担持体の間に存在する壁部に対し、現像剤担持体内部に配置した磁極により生じる磁気的吸引力のベクトルが、壁部に対して平行である部分が存在することにより、磁場による汲み上げが可能な領域を供給部の壁部に沿って形成することができ、汲み上げに必要な磁場を低減しても、汲み上げる領域が、現像剤搬送方向上下流で安定することで、下流側での現像剤の枯渇が抑制される。
【００１５】
第２の手段の現像装置では、第１の手段の構成に加え、回収部で現像剤担持体から現像剤を離す剤離れ極から形成される磁束密度ベクトルと、供給部から現像剤を汲み上げる汲み上げ極から形成される磁束密度ベクトルの合流点が、現像剤担持体の中心と供給部の攪拌搬送部材の外周を結ぶ上流側寄りの線に対してさらに上流側に存在し、且つ、汲み上げ極が、現像剤担持体の中心と供給部の攪拌搬送部材の外周を結ぶ下流側寄りの線に対してさらに下流側に存在することにより、現像剤の溜まり量の抑制を行うことができ、現像剤層をストレス無く形成しても、攪拌搬送部材の下流領域においても、良好に現像剤の汲み上げが行われることにより、下流側における現像剤の枯渇を抑制し、良好な画像形成を可能にすることができる。
【００１６】
第３の手段の現像装置では、第１または第２の手段の構成に加え、現像剤を汲み上げる汲み上げ極の磁束密度を３０ｍＴ以下とすることにより、現像剤規制部材（ドクタ等）の前に堆積する量を低減しても、下流側における現像剤の枯渇を抑制し、良好な画像形成を可能にすることができる。
また、第４の手段の現像装置では、第１〜第３のいずれか１つの手段の構成に加え、供給部側が、回収部側の下方にあることにより、現像剤の堆積量を低減する磁場構成とすることができ、下流側における現像剤の枯渇を抑制し、良好な画像形成を可能にすることができる。
さらに第５の手段の現像装置では、第１〜第４のいずれか１つの手段の構成に加え、現像剤の汲み上げ極により形成された磁極位置において現像剤の規制を行うことにより、現像剤規制部材での堆積量を低減する磁場構成とすることができ、供給部の攪拌搬送部材に効率的な剤供給を行い、また、供給部の上下流で安定した現像剤担持体への供給能力を持たせることで、下流側での枯渇をより改善することができる。
【００１７】
第６の手段のプロセスカートリッジでは、現像手段として、第１〜第５のいずれか１つの手段の現像装置を用い、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されているので、長期にわたり安定した高画質画像を得ることができ、操作性に優れ、簡便に交換可能なプロセスカートリッジを実現することができる。
【００１８】
第７の手段の画像形成装置では、現像手段として、第１〜第５のいずれか１つの手段の現像装置を備えたことにより、現像剤担持体上の２成分現像剤の劣化を抑制し、現像剤層を安定して薄層に形成でき、長期にわたり安定した現像を行うことができるので、高画質画像を得ることのできる画像形成装置を実現することができる。
また、第８の手段の画像形成装置では、第６の手段のプロセスカートリッジを備えたことにより、長期にわたり安定した高画質画像を得ることができ、操作性に優れ、プロセスカートリッジの交換も簡便に行うことができる画像形成装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係る画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ、あるいはこれらの複合機等、周知のものであり、本発明を適用した現像装置を用いることができるタイプの画像形成装置であればどのようなものでも良い。ここでは一例として、電子写真方式の画像形成装置の一実施形態について説明する。
【００２０】
図１に、本発明を適用した現像装置を有する画像形成装置の概略構成図を示す。図１に示す実施形態の画像形成装置はカラー画像を形成するタンデム型のプリンタであるが、単色の画像を形成するものであっても良い。また、図１に示す画像形成装置（プリンタ）の筐体１００の上部に原稿画像の読取装置（スキャナ）を設置すれば、複写機やファクシミリ、あるいはこれらの複合機の構成となる。
【００２１】
図１に示す画像形成装置は、一般にコピー等に用いられる普通紙と、ＯＨＰシートや、カード、ハガキといった９０Ｋ紙、坪量約１００ｇ／ｍ２相当以上の厚紙や、封筒等の、普通紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シートの、何れをもシート状の記録媒体として用いることが可能である。以下これらを記録媒体と記載する。
【００２２】
画像形成装置は、図示しない読取装置（スキャナ）で読取った原稿画像の画像情報（または外部のパーソナルコンピュータ等から入力された画像情報）に応じて各色ごとの画像を形成する作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋと、作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋに対向して配置された転写装置８と、各作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋと転写装置８とが対向する転写領域に各種記録媒体Ｐを供給する記録媒体供給手段としての給紙カセット１１、１２、１３と、給紙カセット１１、１２、１３から搬送されてきた記録媒体Ｐを作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋによる作像のタイミングに合わせて供給するレジストローラ１８とを有している。
【００２３】
また、画像形成装置は、作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋのそれぞれに備えられた後述する感光体ドラム１Ｃ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｋと転写装置８の転写ローラ５Ｃ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｋとの対向位置である転写領域のうちの少なくとも１つの転写領域においてトナー像を転写された後の記録媒体Ｐの定着を行う定着装置１９と、筐体１００と、筐体１００の上部に配設された、定着装置１９を通過しトナー像が定着した記録媒体Ｐを積載するための排紙トレイ２２とを有している。
【００２４】
また、画像形成装置は、給紙カセット１１、１２、１３のそれぞれから記録媒体Ｐを送り出すピックアップローラ１４、１５、１６と、給紙カセット１１、１２、１３から搬送されてきた記録媒体Ｐをレジストローラ１８に向けて搬送するローラ構造１７と、排紙トレイ２２に向けて記録媒体Ｐを搬送し筐体１００外部へ排出する排出ローラ２１と、定着装置１９により定着された記録媒体Ｐを排出ローラ２１に向けて搬送するローラ構造２０とを有している。
【００２５】
転写装置８は、複数のローラ９，１０に張架された転写ベルトからなり、画像形成装置の筐体１００が図の左右方向において小型になるよう、斜め方向に配設され、矢印Ｂで示すシート状媒体搬送方向が斜め方向となっている。これにより、画像形成装置は、図の左右方向における筐体１００の幅が、Ａ３サイズのシート状媒体の長手方向の長さよりも僅かに長い大きさとなっている。すなわち、画像形成装置１００は、内部にシート状媒体を収容するために最低限必要な大きさとされることで大幅に小型化されている。
【００２６】
各作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋはそれぞれシアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像形成を行うものであり、現像装置で用いるトナーの色が異なるが、その構成はほぼ同様であるから、ここではブラックの作像装置７Ｋの構成を各作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋの代表として説明する。作像装置７Ｋは、像担持体である潜像担持体としての感光体ドラム１Ｋ、感光体ドラム１Ｋの回転方向Ａにおいて順に配置されている帯電装置２Ｋ、露光装置（光書込装置）３Ｋ、現像装置４Ｋ、クリーニング装置６Ｋ等を有し、帯電装置２Ｋと現像装置４Ｋとの間で露光装置（光書込装置）３Ｋからの露光光Ｌを受ける周知の構成である。なお、潜像担持体はドラム状でなく、ベルト状の感光体としても良い。
【００２７】
上記のような構成の作像装置７Ｋでは、帯電装置２Ｋにより感光体ドラム１Ｋを帯電し、露光装置（光書込装置）３Ｋからの露光光Ｌを感光体ドラム１Ｋに照射して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置４Ｋのトナーで現像して可視像化する。そして感光体ドラム１Ｋ上のトナー像を転写装置８で搬送される記録媒体Ｐに転写する。また、他の色の作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍでも同様に帯電、露光、現像のプロセスが行われ、各色のトナー像を転写装置８で搬送される記録媒体Ｐに転写する。そして、作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋのうちの幾つを使用するかに応じて単色、多色、フルカラーのいずれかの画像が記録媒体Ｐ上に形成され、定着装置１９で定着されて排紙トレイ２２に排出される。
【００２８】
次に、図１に示す画像形成装置の各作像部に用いられる現像装置の構成例について説明する。
図２は２成分現像剤を用いる現像装置の一般的な構成例を示している。図２に示す現像装置３０は、感光体１を現像する現像剤担持体である現像ローラ３１と、現像ローラ３１の軸と平行に配設され軸の一方向すなわち紙面手前側に現像剤３６を搬送する第１の現像剤攪拌搬送部材３２と、さらに平行に配設され軸の他方向すなわち紙面奥側に現像剤を搬送する第２の現像剤攪拌搬送部材３３とを有している。また、図２において反時計回りに回転する現像ローラ３１の回転方向における、現像ローラ３１と第１攪拌搬送部材３２との対向領域の下流側において現像ローラ３１に汲み上げられた現像剤３６を規制する、現像ローラ３１の上方に配設された現像剤規制部材（ドクタ）３５を有している。
【００２９】
現像ローラ３１は、円周方向に複数の磁極を配置した図示しないマグネットローラを内部に有し、その周囲を図示しない円筒状のスリーブが回転する構成となっている。スリーブはアルミ等の非磁性の金属で形成されている。マグネットローラは、各磁極が所定の方向を向くように固定されており、その周囲をスリーブが回転して、磁極によって引き付けた現像剤を搬送していく。
図２に示すような一般的な現像装置では、現像剤担持体（以下、スリーブという）上の現像剤を、極性を交互に変えた磁極を用いて、現像剤をチェーン上の磁気ブラシを形成する。そして、スリーブを回転すると、磁気ブラシは横転されながら搬送されていく。
【００３０】
すなわち、現像ローラ３１のマグネットローラの磁極により発生する磁場は、隣接する磁極に流れ込む。このような磁場中を、磁性体で構成されたキャリアが通過すると、磁束密度に沿ってキャリアの磁化が起こり、磁気ベクトルに沿って、磁気ブラシを形成する。このとき。スリーブを回転させると、形成された磁場による磁気ベクトルに沿って、形を変えながら、スリーブ上を搬送される。
【００３１】
ところで、図２に示すような構成の現像装置では、現像ローラ３１の横方向や下方に、撹拌搬送部材３２，３３を水平方向に２本配置する構成となっている。しかし、このような構成では、現像ローラ３１側の撹拌搬送部材３２で現像剤の供給と回収が同時に行われるため、現像剤搬送方向下流側では現像後のトナー濃度の少なくなった現像剤と、トナー濃度の高い現像剤が同時に現像ローラ３１に汲み上げられることになり、現像ローラ上の現像剤のトナー濃度が均一にならず、画像濃度にムラが生じやすく均一な画像が得られ難い。さらに、帯電の不充分なトナーがあるためにハーフトーン画像部の粒状性が悪化や、地肌部にトナーが付着する地肌汚れや、キャリアからトナーが遊離してしまうことによるトナー飛散等の不具合を生じるという問題もある。
【００３２】
そこで本発明では、現像ローラから現像剤を回収する回収部の位置と、現像剤を現像ローラに供給する供給部の位置が異なる構成の現像装置を用いて、上記のような従来の現像装置における問題を解消するものである。以下、本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００３３】
まず、本発明を適用する現像装置の基本構成例を以下に示す。
図３は本発明で用いる現像装置の構成例を示している。この現像装置４は、トナーとキャリアからなる現像剤４６を攪拌するために内部に第１攪拌搬送部材（例えばスクリュ）４２を配置した第１攪拌部（回収部）と、第２攪拌搬送部材（例えばスクリュ）４３を配置した第２攪拌部（供給部）を有し、現像剤担持体である現像ローラ４１上の現像剤４６を第１攪拌搬送部材４２で第１攪拌部（回収部）に回収し、第２攪拌部（供給部）から第２攪拌搬送部材４３で、現像剤担持体４１に現像剤４６を供給するように、現像剤が第２攪拌部から現像ローラ４１、そして、第１攪拌部に戻るといった、一方向に循環するような構成となっており、このような構成では、トナー濃度が均一であるなどの利点がある。その一方、現像ローラ４１の現像剤搬送方向下流側においては、現像剤が枯渇しやすいため、攪拌搬送部材４２，４３の回転数を高くする必要があった。尚、本構成例では攪拌搬送部材は２個で構成されているが、特に２個に限定する必要はなく、供給と回収の位置が異なれば、攪拌搬送部材は、２個以上であってもよい。
【００３４】
本発明では、図３に示すような構成の現像装置４において、現像剤担持体である現像ローラ４１に現像剤４６を供給する供給部において、過剰にされた現像剤の量が、現像剤規制部材（ドクタ）４５の前に滞留する量を低減し、且つ、下流においても、供給部から現像ローラ４１への供給を安定的に行えるような磁場構成にすることで、下流側における現像剤の枯渇の発生を低減することができるようにするものである。
【００３５】
そこで前述の第１の手段の構成では、内部に複数の磁極を有し、磁性体（キャリア）とトナーを含む現像剤４６を担持して感光体ドラム１に形成された静電潜像にトナーを供給して該静電潜像を可視像化する現像ローラ４１と、現像剤４６を軸方向に搬送する攪拌搬送部材４２を有し可視像化した後の現像ローラ４１上の現像剤４６を回収しトナー補給及び撹拌を行う回収部と、現像剤４６を軸方向に搬送する攪拌搬送部材４３を有し現像ローラ４１に現像剤４６を供給する供給部と、を備え、少なくとも、現像剤を回収する位置と供給する位置が異なる現像装置４において、攪拌搬送部材４２，４３と現像ローラ４１の間に存在する壁部（仕切り板）４４に対し、現像ローラ内部に配置したマグネットローラの磁極（現像主極Ｓ１、剤離れ極Ｎ１、汲み上げ極Ｎ２等）により生じる磁気的吸引力のベクトルが、壁部４４に対して平行である部分が存在する構成としている。
【００３６】
そして、このような構成とするためには、前述の第２の手段の構成のように、回収部で現像ローラ４１から現像剤を離す剤離れ極Ｎ１から形成される磁束密度ベクトルと、供給部から現像剤を汲み上げる汲み上げ極Ｎ２から形成される磁束密度ベクトルの合流点が、現像ローラ４１の中心と供給部の攪拌搬送部材４３の外周を結ぶ上流側寄りの線に対してさらに上流側に存在し、且つ、汲み上げ極Ｎ２が、現像ローラ４１の中心と供給部の攪拌搬送部材４３の外周を結ぶ下流側寄りの線に対してさらに下流側に存在するようにする。そして、このように構成することにより、現像剤の溜まり量の抑制を行うことができ、現像剤層をストレス無く形成しても、攪拌搬送部材の下流領域においても、良好に現像剤の汲み上げが行われることにより、下流側における現像剤の枯渇を抑制し、良好な画像形成を可能にすることができる。
【００３７】
図４に本発明に係る現像装置の磁場構成例を示す。図４中、剤離れ極Ｎ１と汲み上げ極Ｎ２により形成される磁場により、磁束密度ベクトルは、反発し、外部の磁気ベクトルによる合流点を形成する。このような合流点での、磁気的吸引力の関係を概念的に示したのが、図５である。図５で記されるように、磁気的吸引力は、合流点を中心として放射状に広がり、隣接する汲み上げ極と剤離れ極に流れ込む。尚、図４では、磁場を構成する磁極として、主磁極Ｓ１、剤離れ極Ｎ１、汲み上げ極Ｎ２の３つのみを示しているが、必要に応じて搬送極等の磁極が設けられるので、実際にマグネットローラに形成される磁極は３〜５極である。
【００３８】
上記のように、磁気力の中心（合流点）を、攪拌搬送部材４３の下面と現像ローラ４１の中心を結ぶ線よりも、上流側に設けることで、上流から下流に向かって磁気的吸引力が発生する。特に、下流側の流れ込む位置、すなわち汲み上げ極Ｎ２の位置を、攪拌搬送部材４３を通過するように設定する、すなわち、現像ローラ４１の中心から、攪拌搬送部材４３を結んだ線よりもさらに下流に設置することである。これにより、磁気的吸引力は、供給部の壁部４４を覆うように形成される。すなわち、供給部最下部の現像剤も磁力線により現像ローラ４１に捕獲されやすくなる。これにより、供給部の下流における現像剤の高さが低くなった状態でも、現像ローラ４１に汲み上げるように磁気力が作用する。そのため、現像剤の枯渇に対して余裕度が増すことになる。
【００３９】
上記のような磁場の構成は、汲み上げ極Ｎ２を構成する各磁極の強さのバランスを適切に設定することで可能になる。具体的な設定方法の一例としては、まず上流側の第１極と第３極およびその下流側の第４極の強さを調整する。上流側の第１極近傍に合流点を形成したい場合には、第４極を第３極と比較して強くし、かつ、第１極を第３極よりも弱くする。これにより、第１極から流出した磁束密度ベクトルは、第１極側に偏って、合流点を形成する。その場合、合流点は、スリーブ近傍に形成されるため、その後、第２極の強さを調整することで、合流点の法線位置を設定することができる。
【００４０】
これらの磁極の決定には、スリーブ上の磁場分布を把握する必要がある。空間の密度を把握するには、磁気プローブなどを法線および接線方向に配置し、必要とする空間にプローブを配置して、計測する方法がある。また、磁場分布の式に当てはめることで、空間での磁場分布を精度よく求めることも可能である。
【００４１】
［実施例１］
次に本実施例に係る現像装置３について実験結果を基に具体的に説明する。本実験では、実施例１として、磁場ベクトルの構成が図６（ａ）であり、スリーブ上の法線磁束密度分布が図６（ｂ）となる現像ローラ４１を作成し、図３に示す構成の現像装置４に設置した。また、比較例１として、磁場ベクトルの構成が図７（ａ）であり、スリーブ上の法線磁束密度分布が図７（ｂ）となる現像ローラ４１を作成し、図３に示す現像装置４に設置した。各現像装置では、現像剤規制部材（ドクタ）４５を通過する現像剤量が５０ｍｇ／ｃｍ２となるように、ドクタギャップを設定している。
【００４２】
回転数を上下の攪拌搬送部材４２，４３ともに５００ｒｐｍに固定し、現像剤量を１５０ｇから３５０ｇまで２０ｇつづ追加し、現像ローラ４１上に現像剤が下流側端部において、枯渇なく供給されているか、確認した。
その結果、実施例１では、現像剤量が１９０ｇ以下では、下流側端部で枯渇が発生した。また、比較例１では、現像剤量が２３０ｇ以下で、下流側端部で枯渇が発生した。
したがって、実施例１の条件により、少ない現像剤量でも、現像剤のバランスが保たれることがわかった。
【００４３】
［実施例２］
以上のような実施例の構成に加え、汲み上げ極Ｎ２の磁束密度を３０ｍＴ以下に下げることで、ドクタ前か汲み上げ極間に溜まる現像剤の量を低減することができる。これにより、供給部の現像剤搬送方向に対して、下流側に流れる現像剤の量が増加し、枯渇が改善される。特に本発明では、磁束密度を低減しても、効率的に、壁部に沿って現像剤が動くように磁気的吸引力が働くため、汲み上げ能力の低下の影響が少ない。
【００４４】
［実施例３］
以上のような実施例の構成に加え、ドクタ４５により現像剤を規制する極と汲み上げ極Ｎ２を共通とすることで、現像ローラ４１上に溜まる現像剤量はさらに低減できる。これにより、下流側に流れる現像剤の量は増加し、枯渇余裕度も広がる。
【００４５】
［実施例４］
図３に示したような、現像剤攪拌搬送部材４２，４３を上下に配置した現像装置では、上下の現像剤攪拌搬送部材の間で現像剤の移動を行うことになる。上方の現像剤攪拌搬送部材４３から、下方の現像剤攪拌搬送部材４２への現像剤４６の移動は自由落下で良いが、下方から上方への移動に関してはそのための機構が必要になる。
【００４６】
そこで、図３とは逆に、供給部側が回収部側の下方にある構成とし、現像ローラ４１が下方の現像剤攪拌搬送部材から現像剤を汲上げ、上方の現像剤撹拌搬送部材周囲の空間に現像剤を離す構成とすることで、下方から上方への現像剤の移動は現像ローラが行うことになり、特別な現像剤汲上げ機構は必要なく、水平方向の寸法を小さくした現像装置を、簡単な構成で実現することができる。
しかし、このような装置構成では、現像剤が攪拌搬送部材の下部に溜まるため、現像ローラへの供給能力が低下する。特に、供給部の下流側において、現像剤の高さが低くなった状態では、現像ローラへの現像剤の供給能力が低減してしまう。
【００４７】
そこで、供給部側が回収部側の下方にある構成とした場合にも、第１〜第３の手段の磁場構成を適用することで、ドクタ近傍での現像剤が安定して汲み上がるため、従来と比較して、少ない現像剤容量においても、枯渇が発生しなくなる。
【００４８】
図８は供給部側が回収部側の下方にある場合の現像装置の具体的な構成例を示しており、この実施例では、現像ローラ４１の左下方に回収部の攪拌搬送部材（例えばスクリュ）４２を配置し、回収部の右下方に供給部の攪拌搬送部材（例えばスクリュ）４３を配置している。また、現像剤規制部材（ドクタ）も現像ローラ４１の下側に設置している。
このような構成により、現像剤の供給を下スクリュにしても、良好な剤供給を行うことができる。
また、下構成にすることで、スクリュの回転数が図３と同様の回転数においても、バランスのとりやすい装置構成が可能となる。
【００４９】
［実施例５］
以上の実施例で説明した現像装置４を備えたプロセスカートリッジの構成の概念図を図９に示す。このプロセスカートリッジ７は、図１に示した各作像部の現像装置４と感光体ドラム１と帯電装置２とクリーニング装置６をカートリッジに一体に収納したものであり、画像形成装置本体に対して着脱可能となっている。
【００５０】
このように、本実施例に係るプロセスカートリッジ７では、上記の実施例の現像装置４と、感光体ドラム１と帯電装置２とクリーニング装置６をカートリッジに一体に収納し、画像形成装置本体に対して着脱可能な一体構造物として構成することにより、長期使用においても保守性、交換性を向上することができる。
【００５１】
また、本実施形態に係る画像形成装置では、現像手段として、上記の実施例の現像装置４を各色の作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋに備えたことにより、現像ローラ４１上の２成分現像剤の劣化を抑制し、現像剤層を安定して薄層に形成でき、長期にわたり安定した現像を行うことができるので、高画質な単色、多色、フルカラー画像を得ることのできる画像形成装置を実現することができる。
また、本実施形態に係る画像形成装置では、図９に示すプロセスカートリッジ７を各色の作像装置７Ｃ、７Ｙ、７Ｍ、７Ｋとして備えたことにより、長期にわたり安定した高画質画像を得ることができ、操作性に優れ、プロセスカートリッジ７の交換も簡便に行うことができる画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明を適用した現像装置を有する画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】２成分現像剤を用いる現像装置の一般的な構成例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の一実施例を示す現像装置の概略構成図である。
【図４】本発明に係る現像装置の磁場構成例を示す図である。
【図５】図４に示す磁場構成の合流点での、磁気的吸引力の関係を概念的に示した図である。
【図６】実施例１の磁場ベクトルの構成と、現像装置のスリーブ上の法線磁束密度分布を説明するための図である。
【図７】比較例１の磁場ベクトルの構成と、現像装置のスリーブ上の法線磁束密度分布を説明するための図である。
【図８】本発明の別の実施例の現像装置の概略構成と、スリーブ上の法線磁束密度分布を示す図である。
【図９】本発明の別の実施例を示すプロセスカートリッジの概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１、１Ｃ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｋ：感光体ドラム（潜像担持体）
２、２Ｃ，２Ｙ，２Ｍ，２Ｋ：帯電装置
３Ｃ，３Ｙ，３Ｍ，３Ｋ：露光装置（光書込装置）
４、４Ｃ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｋ：現像装置
５Ｃ，５Ｙ，５Ｍ，５Ｋ：転写ローラ
６、６Ｃ，６Ｙ，６Ｍ，６Ｋ：クリーニング装置
７：プロセスカートリッジ
７Ｃ，７Ｙ，７Ｍ，７Ｋ：作像装置
８：転写装置
１１，１２，１３：給紙カセット
１４，１５，１６：ピックアップローラ
１８：レジストローラ
１９：定着装置
２１：排紙ローラ
２２：排紙トレイ
４１：現像ローラ（現像剤担持体）
４２：第１攪拌搬送部材（回収部の攪拌搬送部材）
４３：第２攪拌搬送部材（供給部の攪拌搬送部材）
４４：仕切り板（壁部）
４５：現像剤規制部材（ドクタ）
４６：現像剤
Ｎ１：剤離れ極
Ｎ２：汲み上げ極
Ｐ：記録媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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