JP2006215412A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像形成装置の小型化という要求に応えるべく現像剤担持体を小径化した場合においても、その低コスト性を保持したまま画像濃度の均一性を向上した高品位な画像形成が可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像剤担持体９は、実動作状態で作用する力によって、現像剤担持体支持位置よりも内側の領域で、現像剤担持体９の表面が像担持体１００の表面から遠ざかる方向に撓むように構成され、実動作状態において、像担持体１００の回転軸と、両端部における現像剤担持体９の回転軸方向に対する垂直方向の断面形状の中心同士を結ぶ直線とが、ねじれの関係となるように配置する。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式或いは静電記録方式を用いた画像形成装置に関するものである。

従来の電子写真方式を用いた画像形成装置、その中でも特に有彩色の画像形成を行う画像形成装置においては、非磁性トナー（トナー）と磁性キャリア（キャリア）とを混合して現像剤として使用する２成分現像方式が広く利用されている。２成分現像方式は現在提案されている他の現像方式に比較して、画質の安定性、装置の耐久性などの長所を備えている。

従来の一般的な２成分現像方式を採用した現像装置の１例として、例えば、特許文献１に記載のものが挙げられる。次に、２成分現像装置を、図６を参照して簡単に説明する。

特許文献１に記載されるような２成分現像装置１においては、現像剤担持体である現像スリーブ９は、磁力によってその表面に２成分現像剤３を保持し、像担持体としてのドラム状の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１００と対向した現像領域２５まで搬送する機能と、感光ドラム表面に所定の空隙を持って配設され、その空隙に所定の現像電界を印加することで静電像にトナーを付着させる機能と、を有している。

現像スリーブ９の半径としては、従来は８〜１２ｍｍ程度が主流であったが、近年では６ｍｍ前後のものも製品化されている。

また、現像スリーブ９の材質としては、特許文献１にも記載があるように、アルミニウムや非磁性ステンレス等の非磁性材料が用いられるが、近年は低価格化にともないアルミニウムが主流となっている。

一方、近年の有彩色の画像に対するニーズの高まりによって、有彩色の画像形成を行う画像形成装置においても、白黒画像形成装置と同様に、装置の低コスト化と共に小型化が求められるようになっている。特に、現像装置は有彩色の画像形成を行う画像形成装置内に通常４色分の現像装置を備えるため、その小型化の必要性は高い。勿論、現像スリーブも小型化、小径化の方向となっている。

しかし、現像スリーブ９は、小径化に伴い、その機械的強度は下がる傾向にある。その理由としては、先ず、単純に半径が小さくなることである。次には、内包するマグネットローラー７の磁力を所望の水準にするためにマグネットローラー７の半径もある程度以上の大きさにせざるを得ず、そのための、現像スリーブ９の内径は小さくすることができず、従って、現像スリーブの厚みを小さくせざるを得ない。
特開平１１−７１８９号公報

ところで、本発明者は、小型の現像装置の開発の過程において、以下のような新たな課題が存在することを見出した。

それは、現像スリーブに磁性をもつ２成分現像剤を担持させることによって、現像スリーブが弾性変形するという現象である。

本発明者は、特許文献１で説明したような構成の現像装置を用いて、以下のような測定を行なった。

先ず、現像装置に２成分現像剤を投入する前の状態で、現像装置内における現像スリーブの形状を測定した。測定装置は（株）ミツトヨ製のＣＮＣ三次元測定機Ｃｒｙｓｔａ−Ａｐｅｘ１２２０を用いた。

図６において、感光ドラム１００を取り外し、現像スリーブ９の感光ドラム１００と対向している側の円周の位置を３点以上測定した。この測定結果から、図６に示す現像スリーブ９の断面における円の中心位置が算出される。この測定を、図６の紙面に垂直な方向（現像スリーブ９の回転軸方向）に、画像形成装置の画像形成幅領域の端部と中央を含むようにして数箇所にわたって行なう。

次に、現像スリーブ９に２成分現像剤がコートされた状態における、現像スリーブ９の形状を測定する。

先ず、現像装置に２成分現像剤を投入し、通常使用するように駆動させ、現像スリーブ９上に所定の２成分現像剤がコートされた定常状態にする。測定のために一度現像装置の駆動を停止し、現像スリーブ９の感光ドラム１００と対向している側の、位置を測定したい箇所の２成分現像剤を一部取り除く。測定に用いるプローブの先端の大きさは数ｍｍ程度の大きさであるから、取り除く範囲は、このプローブが２成分現像剤に接触せずに現像スリーブ９に接触できるよう、１０ｍｍ四方程度の領域であればよい。取り除く方法は、紙片や綿棒などを用いて静かに測定部から２成分現像剤を移動させても良いし、エアによる吸引、吹き付けでも、磁石による吸引でもよい。現像スリーブ９に直接付着するトナーは、エアー吹き付けにより取り除けばよい。

このような方法により、２成分現像剤を付着させた状態での現像スリーブ９の形状を測定することができる。ただし、２成分現像剤を取り除きすぎると、本来測定したい状態と異なる条件になる恐れがあるため注意を要する。

さて、本発明者が上記のようにして２成分現像剤付着の有り無しによる現像スリーブ９の形状変化を測定したところ、現像スリーブ９が形成する円筒の中心軸が弓なりに撓んでいることが分かった。

そして、本発明者が幾つかの条件でこの差分を測定したところ、その変形量は、画像形成幅の両端と中央での円の中心位置の変位量の差分（「撓み量δ」と表記する。）にして、概ね０．０１０ｍｍ〜０．２００ｍｍ程度の大きさであった。

この変形を生む力は、マグネットローラー７が磁性体である２成分現像剤を磁気的に吸引する力である。

つまり、マグネットローラー７に引き付けられる力を受けた２成分現像剤が、現像スリーブ９の素管を押し、その周方向分布が一様ではなく偏っているために、その合力によって現像スリーブ９が一方向に変位するのである。

また、この力は２成分現像剤のコートしている領域において軸方向に均一に加わるため、両端を支持された現像スリーブ９は弓状に撓むのである。

撓み量δは、スリーブ素管の材質、形状、厚みは勿論、マグネットの極配置、大きさ、磁性キャリアの磁化量、規制ブレードの位置や現像容器形状に起因する２成分現像剤の付着量など様々な条件でδの大きさや、撓みの方向が変化する。

例として挙げると、本発明者が測定した条件での具体的な撓み量δは、以下のようであった。
アルミニウム素管 半径８ｍｍ 肉厚０．６ｍｍ → δ＝０．０８０ｍｍ
アルミニウム素管 半径８ｍｍ 肉厚０．８ｍｍ → δ＝０．０５５ｍｍ
ステンレス素管 半径８ｍｍ 肉厚０．５ｍｍ → δ＝０．０２０ｍｍ。

ここで、感光ドラム１００と現像スリーブ９の最近接距離（以下、「ＳＤ距離」という。）について考える。

当業者には周知のことであるが、ＳＤ距離は２成分現像方式における重要な設計パラメータであって、一般に、ＳＤ距離は０．２００ｍｍ〜１．０００ｍｍ程度の範囲で設定されることが多い。

このＳＤ距離が均一であればあるほど画像濃度の一様性が確保される。本発明者の研究実験結果によればＳＤ距離の中心設計値に対して変動分が１０％を超えると、画像濃度の均一性が許容できなくなる。特に、量産バラツキによってＳＤ距離が公差の最大値側に寄った場合や、現像スリーブ９上の２成分現像剤層厚が公差の最小値に寄った場合などに、このようなＳＤ距離の不均一が画像濃度の不均一性となって顕在化し易い。

現像スリーブ９の撓みがＳＤ距離に影響する度合いは、現像スリーブ９の撓み方向と、現像スリーブ９から見た感光ドラム１００の中心位置方向の関係にもよる。

例えば図６で、現像スリーブ９の撓み方向が左上４５度の方向、感光ドラム１００が現像スリーブ９から見て真右の方向とすると、現像スリーブ９の撓み量δのＳＤ距離方向成分の０．７δ分だけＳＤ距離が変化することになる。

つまり、現像装置１の構成や感光ドラム１００との配置関係にもよるが、現像スリーブ９の小径化によって、その撓み量δのＳＤ方向成分がＳＤ距離の１０％を超える場合があり、これが画像濃度均一性を損なう要因の一つとなっていたことが分かった。

そこで、本発明の目的は、画像形成装置の小型化という要求に応えるべく現像剤担持体を小径化した場合においても、その低コスト性を保持したまま画像濃度の均一性を向上した高品位な画像形成が可能な画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明の画像形成装置によって達成される。要約すれば、本発明は、静電像を担持するための像担持体と、前記静電像を現像するために、前記像担持体と対向した現像領域に現像剤を担持搬送する回動可能に支持された現像剤担持体と、を備え、
前記像担持体と前記現像剤担持体とは前記現像領域において非接触状態とされ、
前記像担持体及び前記現像剤担持体は、それぞれ所定の半径を有する円筒形状とされるか、或いは、前記現像領域において円筒の一部を形成する形状とされ、
前記現像剤担持体は、前記像担持体の回転軸方向おける静電像最大形成幅に対向する領域の両端部よりも外側の領域の現像剤担持体支持位置において回動可能に支持された画像形成装置において、
前記現像剤担持体は、実動作状態で作用する力によって、前記現像剤担持体支持位置よりも内側の領域で、前記現像剤担持体の表面が前記像担持体の表面から遠ざかる方向に撓むように構成され、
前記実動作状態において、前記静電像最大形成幅の中央部での前記像担持体と前記現像剤担持体との最近接距離と、前記両端部での前記像担持体と前記現像剤担持体との最近接距離との差の値が、前記静電像最大形成幅における前記現像剤担持体の撓み量の前記最近接距離の方向成分の値よりも小さくなるように、前記像担持体の回転軸と、前記両端部における前記現像剤担持体の回転軸方向に対する垂直方向の断面形状の中心同士を結ぶ直線とが、ねじれの関係となるように配置することを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、像担持体に対向する現像剤担持体が実動作状態で加えられる外力によって、現像剤担持体の表面が像担持体の表面から遠ざかる方向に撓んでも、実動作状態における前記像担持体と前記現像剤担持体との距離が、画像形成幅の回転軸方向の両端部と中央部において略等しくなるようにすることができる。従って、本発明によれば、画像形成装置の小型化という要求に応えるべく現像スリーブを小径化した場合においても、その低コスト性を保持したまま画像濃度の均一性を向上した高品位な画像形成が可能な画像形成装置を提供することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１に、本発明の画像形成装置の一実施例である電子写真画像形成装置の概略構成を示す。本実施例にて、画像形成装置は、像担持体としてのドラム状の電子写真感光体、即ち、感光ドラム１００を備えている。感光ドラム１００は、矢印ａ方向に回転自在に担持されており、感光ドラム１００の周りに、回転方向に順に、帯電手段１０１、露光手段１０２、現像装置１、転写手段１０３、クリーニング手段１０４を備えている。

上記構成にて、感光ドラム１００は、帯電手段１０１にて一様に帯電され、次いで、露光手段１０２にて画像露光されて感光ドラム１００上に静電像が形成される。この感光ドラム１００上の静電像は、現像装置１により現像されて可視像、即ち、トナー像とされる。このトナー像は、転写手段１０３により、転写紙のような記録材Ｐに転写される。トナー像が転写された記録材Ｐは、定着装置（図示せず）へと搬送され、トナー像が永久像とされる。

感光ドラム１００上の転写残りトナーは、クリーニング手段１０４にて除去され、感光ドラム１００は、次の画像形成に供される。

図２は、本実施例の画像形成装置における、現像装置１と感光ドラム１００付近の構成を示す拡大図である。

図２を参照すると、現像装置１は、非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した２成分現像剤３を収容した現像容器５を備え、現像容器５の感光ドラム１００と対面した開口部に、現像剤担持体としての現像スリーブ９が感光ドラム１００と所定の間隙を開けて近接配置されている。

現像スリーブ９は、アルミニウムや非磁性ステンレス等の非磁性材料の円筒からなっており、その表面には適度な凹凸が設けられている。現像スリーブ９の内側には磁界発生手段としてのマグネットローラ７が固定配置される。マグネットローラ７は、磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２を有する。また、現像スリーブ９には規制ブレード１１が所定の間隙で近接配置されている。

現像容器５内の略下半分は、現像スリーブ９の方向に突出した隔壁１３により現像室Ｒ１、撹拌室Ｒ２に区画され、それぞれ現像剤搬送スクリュー１５、１７が設置されている。撹拌室Ｒ２の上方には、補給用トナー１９を収容したトナー貯蔵室Ｒ３が設置され、貯蔵室Ｒ３の下部には補給口２１が設けられている。

現像剤搬送スクリュー１５は回転することによって、現像室Ｒ１内の現像剤を撹拌しながら現像スリーブ９の長手方向に沿って一方向に搬送する。隔壁１３には図の手前側と奥側に図示しない開口が設けられており、スクリュー１５によって現像室Ｒ１の一方に搬送された現像剤は、その一方側の隔壁１３の開口を通って撹拌室Ｒ２に送り込まれ、現像剤搬送スクリュー１７に受け渡される。スクリュー１７の回転方向はスクリュー１５と逆で、撹拌室Ｒ２内の現像剤、現像室Ｒ１から受け渡された現像剤及びトナー貯蔵室Ｒ３から補給されたトナーを撹拌、混合しながら、スクリュー１５とは逆方向に撹拌室Ｒ２内を搬送し、隔壁１３の他方の開口を通って現像室Ｒ１に送り込む。

上記構成の現像装置１により、感光ドラム１００上に形成された静電像を現像するには、先ず、現像スリーブ９が図中の矢印ｂの方向に回転し、その表面に現像室Ｒ１内の現像剤３がマグネットローラ７の磁極Ｎ３、Ｓ２により汲み上げられ、担持される。現像スリーブ９上に担持された現像剤は、現像スリーブ９の回転にともない規制ブレード１１に搬送され、そこで適正な層厚の現像剤薄層に規制された後、現像スリーブ９と感光ドラム１００とが非接触状態で対向した現像領域２５に至る。

マグネットローラ７の現像領域２５に対応した部位には、磁極（現像極）Ｓ１が位置されており、現像極Ｓ１が現像領域２５に現像磁界を形成し、この現像磁界により現像剤が穂立ちして、現像領域２５に現像剤の磁気ブラシが生成される。そして、磁気ブラシが感光ドラム１００に接触し、磁気ブラシに付着しているトナー及び現像スリーブ９の表面に付着しているトナーが、感光ドラム１００上の静電像の領域に転移して付着し、潜像が現像されトナー像として可視化される。

この現像の際、バイアス電源２３により現像スリーブ９に感光ドラム１００との間で、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを印加し、現像を促進させることが好ましい。

現像を終えた現像剤は、現像スリーブ９の回転にともない現像容器５内に戻され、磁極Ｎ２、Ｎ３間の反撥磁界により現像スリーブ９から剥ぎ取られ、現像室Ｒ１及び撹拌室Ｒ２内に落下して回収される。

本実施例の画像形成装置に用いられる非磁性トナーは、着色剤を結着樹脂中に分散したものを粉砕分級して所定範囲の粒径の粉体としたものであり、その体積平均粒径は８μｍである。磁性キャリアは、フェライトコアをシリコン樹脂にてコートしたものであり、体積平均粒径は４５μｍである。

この他非磁性トナーとしては重合方式によって製造されるものも知られている。また、その体積粒径は一般には数μｍ〜十数μｍの範囲が一般的である。また磁性キャリアとしては樹脂中にマグネタイト等の磁性体を分散してコアとして用いるものなど様々な種類のものが知られている。

次に、本発明の特徴的な部分について、図３及び図４を用いて説明する。

図３は、本実施例の現像スリーブ９が、実際に現像作用をなす動作時、即ち、「実動作時」において現像剤３を担持したときに、長手軸線方向、即ち、回転軸方向に沿って撓む様子を示している。

尚、図３では説明のために、撓み方向を大きく拡大して図示しているため、実際の寸法関係とは異なる。

現像剤３を投入する前の現像装置１において、現像剤３を担持していない状態での現像スリーブ９の回転中心軸は、現像スリーブ９の回転軸方向に沿って形成された画像形成幅よりも外側に配置された、回転軸受け手段としての支持部材Ｐ、Ｑにて現像容器５に支持されている。支持部材Ｐ、Ｑを通る軸線をＬ_０とすると、マグネットローラー７も略この軸線上に支持されていることになる。なお、ここでいう画像形成幅とは、感光ドラム１００上に形成される静電像の、感光ドラム回転軸方向における最大形成幅を指す。

ここで、現像装置１内に現像剤３を投入し、現像スリーブ９、スクリュー１５、スクリュー１７を回転駆動させる。現像剤３は現像容器５内を循環し、しばらく後に定常状態に達する。このとき現像スリーブ９表面には現像剤３が安定状態で担持されている。

現像スリーブ９表面に担持された現像剤３は、マグネットローラー７による磁気吸引力によって、基本的にはマグネットローラー７の磁極方向に吸引される。この方向は概ね現像スリーブ９の回転軸中心方向である。この、磁気吸引力を受ける現像剤３を担持しているのは現像スリーブ９であるため、現像スリーブ９はその表面の現像剤３から圧力を受けている。現像剤３からの圧力は、現像スリーブ９の回転周方向にある現像剤３全てから与えられるため、現像スリーブ９に加わる圧力の合力の方向は、現像剤３の付着量分布に依存する。

現像剤３の圧力による現像スリーブ９の撓みをスリーブの長手方向に示すと、現像スリーブ９の中心軸が図３の破線で示された曲線Ｋのように弓状に撓んでいる。

図３にて、画像形成幅は、図３中の点Ｔａ、点Ｔｂで挟まれた領域である。点Ｔａ、点Ｔｂは、画像形成幅両端における現像スリーブ９の円の中心を示す点で、点Ｔａ、点Ｔｂを通る直線をＬとする。

さて、本発明者は、この圧力による現像スリーブ９の撓み量を、先述の方法によって測定した。本実施例の説明で用いられる撓み量δ（ｍｍ）は、画像形成幅の中央部における直線Ｌと曲線Ｋの距離である。

図４は、図３で示した現像スリーブ９と感光ドラム１００の位置関係を、画像形成幅の両端及び中央部の断面にて示したものであって、それぞれ感光ドラム１００の回転中心軸と垂直な方向の断面図である。

本実施例の画像形成装置は、図１、図２の紙面と垂直な方向に３１０ｍｍ幅（画像形成幅）のトナー像を現像することが可能であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれトナー像形成幅方向において最も奥側、中央、手前側における画像形成装置の断面を示すものである。

トナー像形成幅は３１０ｍｍであるから、中心位置である図４（ｂ）を基準に考えると、図４（ａ）、図４（ｃ）は、それぞれ紙面の奥側方向、手前側方向に１５５ｍｍの位置の断面図である。

尚、図４では説明のために、撓み方向を大きく拡大して図示しているため、実際の寸法関係とは異なる。また、現像スリーブ９と感光ドラム１００の軸の高さが略一致しているが、これも説明を簡単にするためであって、実際の構成においてはこのような配置に限られるものではない。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、感光ドラム１００の半径をＲ（ｍｍ）、現像スリーブ９の半径をｒ（ｍｍ）とし、また、感光ドラム１００の中心軸線をＤとする。Ｄは本来中心軸をとおる直線を示すが、各断面図内ではそれぞれ直線Ｄ上の点として扱う。

図４（ａ）、図４（ｃ）において、点Ｔａ、点Ｔｂはそれぞれの断面内における現像スリーブ９の中心位置を示す。

また、図４（ｂ）の断面と直線Ｌ、曲線Ｋが交わる点をそれぞれ点Ｓ_０、点Ｓ_１とする。撓み量δ（ｍｍ）は、図４（ｂ）内においては点Ｓ_０と点Ｓ_１とを結んだ線分Ｓ_０Ｓ_１の長さとなる。また、点Ｓ_０を通り感光ドラム１００の中心軸線Ｄに平行な直線を直線Ｓとする。

また、点Ｄと点Ｓ_０を通る直線ＤＳ_０に対し、点Ｓ_１から下ろした垂線の足（交点）を点Ｓ_２、点Ｓ_０と点Ｓ_２とを結んだ線分Ｓ_０Ｓ_２の長さをΔ（ｍｍ）とする。

ここで、現像スリーブ９が仮に直線Ｌを中心軸とした円筒であった場合、つまり、図４（ｂ）において現像スリーブ９の中心位置が点Ｓ_０にあったときを考える。このときのＳＤ距離に相当するのが、図４（ｂ）の距離Ｘ（ｍｍ）である。Ｘは、点Ｄと点Ｓ_０とを結ぶ線分ＤＳ_０の長さから感光ドラム１００の半径Ｒ、現像スリーブ９の半径ｒの和を引いたものに等しい。
Ｘ＝（線分ＤＳ_０の長さ）−（Ｒ＋ｒ） （３）

実動作時においては、現像スリーブ９の中心位置は、図４（ｂ）にて点Ｓ_１である。このときの実際のＳＤ距離をＸ_１（ｍｍ）とすると、
Ｘ_１＝（線分ＤＳ_１の長さ）−（Ｒ＋ｒ） （４）

さて、点Ｓ_１、点Ｓ_２、点Ｄを頂点とする三角形Ｓ_１Ｓ_２Ｄを考える。点Ｓ_２の定義から明らかであるが、点Ｓ_２を頂点とする角Ｓ_１Ｓ_２Ｄは直角である。ここで、点Ｄを頂点とする角Ｓ_１ＤＳ_２をθとすると、
（線分ＤＳ_２の長さ）＝（線分ＤＳ_１の長さ）×ｃｏｓθ （５）
一方線分ＤＳ_２の長さとは、線分ＤＳ_０の長さとΔの和であるから、
（線分ＤＳ_０の長さ）＋Δ＝（線分ＤＳ_１の長さ）×ｃｏｓθ （６）
これと（３）、（４）から、
（Ｘ＋Δ＋Ｒ＋ｒ）＝（Ｘ_１＋Ｒ＋ｒ）×ｃｏｓθ （７）
この式から求めたＸ_１が、中央部における実動作時のＳＤ距離となる。

ここで、正確を期するのであれば、三角形Ｓ_０Ｓ_１Ｄに余弦定理を適用してｃｏｓθの値を算出し、δの値からΔを計算すべきであるが、δはＲ、ｒに比して十分小さい量であるからｃｏｓθ≒１と近似できる。

以上から、
Ｘ_１＝Ｘ＋Δ （８）
である。

ここで仮に、以下に示すような本発明の特徴ある構成をとらず、現像スリーブ９と感光ドラム１００の回転軸を平行に配置すると、画像形成幅両端におけるＳＤ距離はＸ（ｍｍ）となる。つまり、両端のＳＤ距離を基準にすると、中央のＳＤ距離はΔ／Ｘの割合で大きいということになる。この値が１／１０以上となるときには、画像濃度の均一性が許容できる範囲を超える場合が多くなる。

そこで、本発明の特徴をなす構成としては、Δ／Ｘが１／１０以上となるような場合において、図４（ａ）、図４（ｃ）に示すように、点Ｔａ、点Ｔｂを結ぶ直線Ｌと、感光ドラム１００の中心軸との間に交差角を設ける（つまり直線Ｌとドラム回転軸とをねじれの関係とする）ことで、両端と中央のＳＤ距離を等しくし、これによって画像濃度の均一性を向上させる点にある。なお、ここで交差角とは、図５（ａ）、（ｂ）にも示すように、感光ドラム１００の中心軸線Ｄ（又は、軸線Ｄと平行な直線Ｌ_０）に対し直線ＴａＴｂがなす角をいう。

即ち、本発明によれば、上述のように、感光ドラム１００に対向する現像スリーブ９が実動作状態で加えられる外力によって、現像スリーブ９の表面が感光ドラム１００の表面から遠ざかる方向に撓んでも、実動作状態における感光ドラム１００と現像スリーブ９との距離が、画像形成幅の回転軸方向の両端部と中央部において略等しくなるように、感光ドラムの軸方向と、現像スリーブ９の軸方向を、交差角をもつように配置することによって、現像スリーブ９の撓み分を交差角をつけた配置によって打ち消すことができ、実動作状態において、感光ドラム１００と現像スリーブ９間の距離が軸方向で一定となる。

この効果によって、本発明の目的である、画像形成装置の小型化という要求に応えるべく現像スリーブを小径化した場合においても、その低コスト性を保持したまま画像濃度の均一性を向上した高品位な画像形成が可能な画像形成装置を提供することが可能となる。

更に説明すると、図４（ａ）、図４（ｃ）のそれぞれの断面内に、回転軸Ｄと平行な方向に点Ｓ_０を投影すると、点Ｔａ、Ｔｂは、線分ＤＳ_０と線分ＴａＳ_０、ＴｂＳ_０が点Ｓ_０において略直行するように配置されていて、点Ｔａと直線Ｓ（点Ｓ_０）の距離をＺａ（ｍｍ）、点Ｔｂと直線Ｓ（点Ｓ_０）の距離をＺｂ（ｍｍ）とする。

図４（ａ）において、点Ｓ_０、Ｔａ、Ｄを結ぶ三角形は頂点Ｓ_０に直角を有する直角三角形であるから、各辺の長さに以下のような関係がある。
（線分Ｓ_０Ｔａ）^２＋（線分Ｓ_０Ｄ）^２＝（線分ＴａＤ）^２ （９）

ここで、図４（ａ）断面内のＳＤ距離をＹとすると、Ｙは線分ＴａＤの長さから（Ｒ＋ｒ）を引いたものであるから、
Ｙ＝（線分ＴａＤの長さ）−（Ｒ＋ｒ） （１０）
即ち、数式（４）と（５）から
Ｚａ^２＋（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２＝（Ｒ＋ｒ＋Ｙ）^２ （１１）
となる。

よって、本発明の目的（中央と端部でのＳＤ距離の差を、現像スリーブの撓み量よりも小さくする事）に即すると、
Δ＞Ｘ_１−Ｙ （１２）
となるようにすればよい。なお、ここで言うところの撓み量は、図４（ｂ）におけるΔ（点Ｓ_２と点Ｓ_０とを結ぶ線分の長さ）となる。すなわち、スリーブの最大撓み量δにおける、ＳＤ距離に影響する成分である。

ここで、数式（８）よりＸ_１＝Ｘ＋Δであるから、数式（１２）の条件はＹ＞Ｘ
となり、これと数式（１１）から、Ｚａは０以外の任意の値を選べば数式（１２）の条件を達成することになる。つまり、「現像スリーブと感光ドラムとの関係をねじれの関係に配置」することにより、本発明の目的である「中央と端部でのＳＤ距離の差を、現像スリーブの撓み量よりも小さくする事」が達成される。

次に、上記数式（１２）のような関係を満たした上で、現像スリーブと感光ドラムとのねじれの関係における最適な位置関係は以下のようになる。

まず、理想的には、両端と中央でのＳＤ距離が等しくすなれば良い。すなわち、ＹがＸ_１（＝Ｘ＋Δ）に等しくなるようにすればよいから、
Ｚａ^２＋（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２＝（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ）^２ （１３）
即ち、Ｚａの設計中心値は以下のように表すことができる。
Ｚａ＝｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２ （１４）

図４（ｃ）の点Ｔｂに関しても同様の計算を行なうと、
Ｚｂ＝｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２ （１５）
である。

さて、上記数式（１４）、（１５）に従えば、本実施例における両端と中央のＳＤ距離は等しくなるが、実際には厳密にこの数値としなくても画像濃度の均一性を保持することができる。

本発明者の経験によると、両端と中央のＳＤ距離の変動分を１／２０に抑えておけば、即ち、実動作状態において、画像形成幅の回転軸方向の両端部での感光ドラム１００と現像スリーブ９との距離が、画像形成幅の回転軸方向の中央部での感光ドラム１００と現像スリーブ９との距離に対して、９５％〜１０５％の範囲になるように、感光ドラム１００の軸と、現像スリーブ９の軸とが、ねじれの方向となるように配置することにより、上記変動を拾いやすい条件下においても画像濃度の均一性として満足な結果を得ることができる。

即ち、α＝Ｘ／２０（ｍｍ）として、Ｚａ（ｍｍ）及びＺｂ（ｍｍ）を以下のような範囲に収まるように設計することで、本発明の目的は達成される。
｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ−α）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２≦Ｚａ
≦｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ＋α）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２ （１）
｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ−α）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２≦Ｚｂ
≦｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ＋α）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２ （２）

即ち、本発明によれば、上述のように、画像形成幅の両端位置と中央位置とでＳＤ距離が１０％以上変わるような構成であっても、数式（１）、（２）を満たすように交差角をつけて配置することで、ＳＤ距離の変動を軸方向で５％以下に収めることができる。従って、本発明の目的をより好ましく達成することができる。

本実施例において提示した数式（１）、（２）に関し、具体的な数値の計算結果は以下のようになる。

表１中、Ｚとある値はＺａ、Ｚｂに相当する数値であって、Ｚｍａｘは数式（１）、（２）の右辺に、Ｚｍｉｎは数式（１）、（２）の左辺に相当する値である。またＺｓｔｄとは数式（１４）、（１５）で示したＺａ、Ｚｂの目標値を示す。最下段のＺｍａｘ−Ｚｍｉｎは、Ｚｓｔｄを中心設計値としたときの位置公差のレンジを示す値で、十分現実に設計し得る数値である。

ここで、注意する必要があるのは、現像スリーブ９の撓み方向に対する感光ドラム１００の対向位置である。

上記説明において、現像スリーブ９が撓むことによって、感光ドラム１００表面から遠ざかるような系で説明したが、逆の場合には本実施例のように交差角をつける方法ではＳＤ距離の不均一性を改善することができない。このことは数式（１）、（２）、（１４）、（１５）において、仮にΔが負の数値であった場合、虚数となる項が発生することからも分かる。

即ち、本発明を実現させる条件として、感光ドラム１００と現像スリーブ９の配置は、現像スリーブ９が実動作状態で加えられる外力によって撓む方向と、現像スリーブ９の中心位置から見た感光ドラム１００の中心位置の方向とのなす角度が鈍角となるように配置することが必要である。

また、Δの適用範囲に関して述べると、下限は本発明が必要とされる範囲であるＸ／１０であって、Ｘが正の数であることは勿論である。また、Δの上限値に関してであるが、配置関係上のみで考えると、Δに上限はないが、実際の撓みの大きさであるδ（Δ≦δとなることは明らか）に関しては、現像スリーブ９の永久変形や耐久による破断などの恐れがあるため、０．２０ｍｍ以下であることが好ましいと考える。

さらに、画像形成幅方向のＳＤ距離の均一性について付け加えると、本実施例においては両端部と中央部のＳＤ距離を一致させることでＳＤ距離が均一になると説明した。

より精密を期するのであれば、本来は現像スリーブ９の撓みは計算上放物線に近い形状となるはずで、交差角による補正曲線は楕円の弧に近い形状となるため、放物線形状と楕円弧の形状の差を議論する必要があるが、本発明の目的に鑑みれば誤差範囲と考えることができるため、上記の説明にとどめた。

マグネットローラー７の磁極に関して付け加えると、通常用いられるマグネットローラー７は、その磁極が現像スリーブ９の回転軸方向と平行に形成されている。画像濃度という観点から、本実施例の構成による磁極位置の変化は影響が少ないと思われるが、中間濃度部のがさつき等のミクロな画質のラチチュード確保を考えると、この磁極を現像スリーブ９の回転軸方向に対しては交差角を設け、感光ドラムの回転軸方向に対して平行になるように配置すると好ましい。

つまり、上述のように、マグネットローラー７の備える複数の磁極には、感光ドラム１００に対向して静電像の現像を行なうための現像極が含まれていて、この現像極は感光ドラム１００に対して略並行に配置され、現像スリーブ９の回転軸方向に対しては交差角をもって配置されれば、現像領域内における現像磁極の相対位置を軸方向で一定とすることができ、中間濃度部のがさつき等ミクロな画質に対するラチチュード確保の効果を付加的に得ることができる。

さらに付け加えると、画像濃度を安定化させる上でＳＤ距離と同様に重要なパラメーターとして、現像スリーブ９上の現像剤３の層厚があり、この層厚は、現像スリーブ９と規制ブレード１１とのギャップ（ＳＢギャップ）に依存する。即ち、回転軸方向の画像濃度均一化において、現像スリーブ９の撓みによる影響は、ＳＤ距離のみではなくＳＢギャップにも依存する。

現像剤３のコート前後におけるＳＢギャップの変動は、上記説明で述べたδ（ｍｍ）の、現像スリーブ９から規制ブレード１１へと向かう方向成分に相当する。

本実施例では規制ブレード１１の現像スリーブ９対向部が放物線上の曲線をもつように形成し、実駆動時における現像剤３の層厚が回転軸方向で均一になるようにしている。

このような、現像スリーブ９の撓み起因の層厚不均一性を、規制ブレード１１の形状によって修正する方法は、本発明のような現像スリーブ９と感光ドラム１００の回転軸に交差角をもたせた構成と組み合わせる必要がなく、それだけで単独の効果を得ることができるものである。

上記実施例では、像担持体及び現像剤担持体は、それぞれ所定の半径を有する円筒形状とされる感光ドラム及び現像スリーブであるとして説明したが、この形状に限定されるものではなく、像担持体及び現像剤担持体は、例えば、少なくとも一方がベルト状とされるように、少なくとも一方の部材を、現像領域を形成する対向部において円筒の一部を形成するように構成することも可能である。

本発明の画像形成装置の一実施例の概略構成を説明する図である。 図１における現像装置の構成を説明するための拡大図である。 現像スリーブの変形の様子を説明する図である。 現像スリーブと感光ドラムの相対配置を説明する図である。 交差角を説明する図である。 従来の画像形成装置の概略構成を説明する図である。

符号の説明

１ 現像装置
３ ２成分現像剤（現像剤）
５ 現像容器
７ マグネットローラー（磁界発生手段）
９ 現像スリーブ（現像剤担持体）
１１ 規制ブレード（層厚規制部材）
１００ 感光ドラム（像担持体）

Claims (7)

1. 静電像を担持するための像担持体と、前記静電像を現像するために、前記像担持体と対向した現像領域に現像剤を担持搬送する回動可能に支持された現像剤担持体と、を備え、
   前記像担持体と前記現像剤担持体とは前記現像領域において非接触状態とされ、
   前記像担持体及び前記現像剤担持体は、それぞれ所定の半径を有する円筒形状とされるか、或いは、前記現像領域において円筒の一部を形成する形状とされ、
   前記現像剤担持体は、前記像担持体の回転軸方向おける静電像最大形成幅に対向する領域の両端部よりも外側の領域の現像剤担持体支持位置において回動可能に支持された画像形成装置において、
   前記現像剤担持体は、実動作状態で作用する力によって、前記現像剤担持体支持位置よりも内側の領域で、前記現像剤担持体の表面が前記像担持体の表面から遠ざかる方向に撓むように構成され、
   前記実動作状態において、前記静電像最大形成幅の中央部での前記像担持体と前記現像剤担持体との最近接距離と、前記両端部での前記像担持体と前記現像剤担持体との最近接距離との差の値が、前記静電像最大形成幅における前記現像剤担持体の撓み量の前記最近接距離の方向成分の値よりも小さくなるように、前記像担持体の回転軸と、前記両端部における前記現像剤担持体の回転軸方向に対する垂直方向の断面形状の中心同士を結ぶ直線とが、ねじれの関係となるように配置することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記両端部における前記像担持体と前記現像剤担持体との最近接距離は、前記中央部での前記像担持体と前記現像剤担持体との最近接距離に対して、９５％〜１０５％の範囲であることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 前記現像領域を形成する前記像担持体と前記現像剤担持体との対向部において、前記像担持体の曲率半径をＲ（ｍｍ）、前記現像剤担持体の曲率半径をｒ（ｍｍ）とし、
   前記像担持体の回転中心軸を直線Ｄとし、
   前記現像剤担持体上に前記現像剤が担持され実動作状態となったときに、
   前記現像剤担持体における前記両端部のそれぞれの断面内において、前記現像剤担持体が描く曲率半径ｒ（ｍｍ）の円の中心点をＴａ、Ｔｂとし、
   前記Ｔａ、Ｔｂを結んだ直線をＬとし、
   該直線Ｌ上の、前記静電像形成幅に対向する領域での回転軸方向の中央部に相当する点をＳ_０とし、
   該点Ｓ_０を通り前記直線Ｄと平行な直線を直線Ｓとして、
   さらに、前記中央部での断面内において、
   その断面と前記直線Ｄの交点を点Ｄ、前記実動作状態における前記現像剤担持体が描く半径ｒ（ｍｍ）円の中心点をＳ_１、前記点Ｓ_０と前記点Ｓ_１とを結んだ線分Ｓ_０Ｓ_１の長さをδ（ｍｍ）、前記点Ｄと前記点Ｓ_０を通る直線ＤＳ_０と前記点Ｓ_１からの垂線との交点をＳ_２、前記点Ｓ_０と前記点Ｓ_２とを結んだ線分Ｓ_０Ｓ_２の長さをΔ（ｍｍ）とし、
   Ｘ（ｍｍ）＝前記点Ｄと前記点Ｓ_０とを結ぶ線分ＤＳ_０長さ−（Ｒ＋ｒ）（ｍｍ）としたときに、
   δ（ｍｍ）≦０．２０（ｍｍ）
   Δ（ｍｍ）≧Ｘ／１０（ｍｍ）
   であって、
   前記像担持体の回転軸方向から見たときに、前記点Ｔａ、Ｔｂは、前記線分ＤＳ_０と線分ＴａＴｂが前記点Ｓ_０において略直交するように配置され、
   前記点Ｔａと前記直線Ｓとの距離をＺａ（ｍｍ）、前記点Ｔｂと前記直線Ｓとの距離をＺｂ（ｍｍ）とし、
   α＝Ｘ／２０（ｍｍ）としたとき、
   下記式（１）、（２）
   ｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ−α）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２≦Ｚａ
   ≦｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ＋α）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２ （１）
   ｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ−α）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２≦Ｚｂ
   ≦｛（Ｒ＋ｒ＋Ｘ＋Δ＋α）^２−（Ｒ＋ｒ＋Ｘ）^２｝^１／２ （２）
   を満たすことを特徴とする請求項２の画像形成装置。
4. 前記現像剤は少なくとも磁性体を含み、
   前記現像剤担持体は、中空管とされ、内部に、該現像剤担持体の回転方向に沿って複数の磁極を配置した磁界発生手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの画像形成装置。
5. 前記現像剤担持体の表面に対向するように、前記現像剤担持体上の現像剤の層厚を規制するための層厚規制部材を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
6. 前記磁界発生手段の備える複数の磁極には、前記現像剤担持体の回転方向に隣接する同極の磁極対からなる反発極対が含まれることを特徴とする請求項４又は５の画像形成装置。
7. 前記磁界発生手段の備える複数の磁極には、前記像担持体に対向して静電像の現像を行なうための現像極が含まれていて、前記現像極は前記像担持体に対して略並行に配置されることを特徴とする請求項４〜６のいずれかの項に記載の画像形成装置。

Images