JP4618303B2 - トナー担持ローラの製造方法、現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、表面に規則的な凹凸を有するトナー担持ローラの製造方法および該トナー担持ローラを用いた現像装置ならびに画像形成装置に関するものである。

像担持体上に担持された静電潜像をトナーにより現像する技術においては、略円筒形状に形成され表面にトナーを担持するトナー担持ローラを像担持体に対向配置したものが広く使用されている。本願出願人は、このようなトナー担持ローラの表面に担持されるトナーの特性を改善するため、円筒形状に形成されたローラの表面に規則的に配置された凸部と、該凸部の周囲を取り囲む凹部とを設けたトナー担持ローラを採用した現像装置について先に開示した（特許文献１参照）。このような構造は、表面の凹凸パターンが管理されて均一であるために、ローラ表面に担持されるトナー層の厚さや帯電量等を制御しやすいという利点がある。

上記のように構成された画像形成装置においては、トナー担持ローラたる現像ローラと現像器ハウジングとの間隙に、現像ローラ表面に当接するシールを設けてトナーの漏れ出しを防止している。

特開２００７−１２１９４８号公報（段落００５３、図４）

上記従来技術においては、シールを現像ローラの回転方向に沿った、いわゆるトレイル方向に当接させることにより、現像ローラ表面のトナーの掻き取りを防止している。しかしながら、表面にトナーが付着した現像ローラに対してシール部材を圧接させているため、トナーがシール部材の表面に付着することが避けられない。このようなシール部材へのトナー付着は、シール不良によるトナー漏れや、固着したトナーが現像ローラ表面に付着することに起因するフィルミングの原因となり得る。

特に、上記従来技術のようにトナー担持ローラ表面に規則性のある凹凸パターンを設けている場合、シール部材へのトナー付着も規則性を持って現れることとなり、このような局所的なトナー付着によって、トナー漏れやフィルミング等を引き起こしやすくなることが考えられる。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、表面に規則的な凹凸を有するトナー担持ローラの製造方法および該トナー担持ローラを使用する現像装置ならびに画像形成装置において、シール部材へのトナー付着に起因するトナー漏れやフィルミング等の問題を防止することのできる技術を提供することを目的とする。

この発明にかかるトナー担持ローラの製造方法は、円筒状または円柱状をなし、その外周面にトナーを担持するための凹凸部を有するトナー担持ローラの製造方法であって、上記目的を達成するため、円筒状または円柱状のローラ素材を用意する工程と、前記ローラ素材の外周面に、つるまき線状の第１の溝を形成する工程と、前記ローラ素材の外周面に、前記第１の溝と交わるつるまき線状の第２の溝を形成する工程とを備えている。

この発明では、前記第１の溝と前記第２の溝とのピッチ比を非整数比とする。このような構成によれば、シール部材にトナーが付着するのを抑制することのできるトナー担持ローラを提供することが可能である。その理由は以下の通りである。

ローラ素材の外周面に互いに交わるつるまき線状の第１および第２の溝を形成することにより、ローラ素材の外周面にはいわゆる綾目格子状の凹部が形成される。その結果、このような格子状の凹部に囲まれてそれぞれが略平行四辺形を有する多数の凸部がトナー担持ローラの外周面に形成されることになる。このとき、第１および第２の溝のピッチの比を非整数比とするので、トナー担持ローラ外周面の周方向に並ぶ各凸部の間では、トナー担持ローラの軸心に平行な軸方向における位置が少しずつずれることになる。

このようにして製造されたトナー担持ローラでは、凸部はシール部材に付着したトナーを掻き取る作用を有し、特に、凸部の平行四辺形の各頂点のうち、ローラの回転に伴うトナー担持ローラ表面の移動方向において最前方側に位置する頂点が最もトナー掻き取り効果が大きい。そして、トナー担持ローラをシール部材と当接させた状態で回転させると、シール部材と当接する平行四辺形の頂点の位置が、回転に伴ってその回転軸方向に少しずつ移動してゆく。このため、平行四辺形の頂点によるトナーの掻き取りは軸方向においてまんべんなく行われ、局所的なトナー付着が解消される。

このように、この発明にかかるトナー担持ローラの製造方法によれば、シール部材にトナーが付着するのを抑制し、その結果として、シール部材へのトナー付着に起因するトナー漏れやフィルミング等の問題を防止することのできるトナー担持ローラを製造することが可能である。なお、これらの製造方法において、上記第１および第２の溝はそれぞれ多条に形成してもよい。

これらの製造方法においては、例えば、前記第１の溝を形成する工程では、前記第１の溝を形成するための突起部を有する第１の工具を前記ローラ素材の外周面に押し当て前記ローラ素材を回転させながらその軸方向に移動させる一方、前記第２の溝を形成する工程では、前記第２の溝を形成するための突起部を有する第２の工具を前記ローラ素材の外周面に押し当て前記ローラ素材を回転させながらその軸方向に移動させ、しかも、前記第１の工具と前記第２の工具とを互いに異なる形状とするようにしてもよい。このように、互いに形状の異なる２種類の工具によってローラ素材表面を加工することにより、シール部材にトナーが付着するのを抑制することのできるトナー担持ローラを製造することができる。

この場合において、加工は例えば切削または転造によって行うことができる。また、２種類の工具をローラ素材表面の互いに異なる位置に押し当てることにより、第１の溝を形成する工程と第２の溝を形成する工程とを同時に実行するようにしてもよい。

例えば、前記第１の溝を形成するための突起部を有する第１の工具と、前記第２の溝を形成するための突起部を有する第２の工具とを前記ローラ素材に押し当てて前記ローラ素材を回転させることにより、前記第１の溝を形成する工程および前記第２の溝を形成する工程とを同時に実行するようにしてもよい。このようにすれば、上記のような特徴を有するトナー担持ローラを短時間で効率よく製造することが可能となる。

また、この発明にかかる現像装置は、上記目的を達成するため、内部にトナーを貯留するハウジングと、略円筒または略円柱形状に形成されるとともに前記ハウジングに回転自在に軸着され、その表面に帯電トナーを担持しながら回転してトナーを前記ハウジングの外部に搬送するトナー担持ローラと、前記ハウジング外部からハウジング内へ向かう前記トナー担持ローラ表面に当接してトナー漏れを防止するシール部材とを備え、前記トナー担持ローラは、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部をその表面に有しており、前記複数の凸部それぞれの頂面は互いに同一の円筒面の一部をなしており、各凸部の前記頂面の周囲のうち前記トナー担持ローラの回転に伴う移動方向において最も先頭に位置する部分を当該凸部の先頭部と定義したとき、前記トナー担持ローラが１周する間に前記各凸部それぞれの前記先頭部が描く軌跡同士の、前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における間隔の最大値が、０より大きく前記トナーの体積平均粒径よりも小さいことを特徴としている。

このように構成された発明では、各凸部の先頭部によるシール部材上のトナー掻き取り作用が得られ、各先頭部の軌跡上にあるシール部材の表面に付着したトナーはこの作用により掻き取られる。シール部材表面のうちいずれの先頭部の軌跡にも含まれない領域のトナーは掻き取りを受けないことになるので、このような領域をできるだけなくすことが望ましい。この発明では。各軌跡の間隔が最も大きい箇所でもトナーの体積平均粒径未満としてなるようにしているので、少なくとも平均的な粒径以上の粒径を有するトナーについては、シール部材表面から確実に掻き取ることができる。すなわち、この発明によれば、シール部材にトナーが付着するのを抑制し、シール部材へのトナー付着に起因するトナー漏れやフィルミング等の問題を防止することができる。

特に、前記間隔の最大値を０とすれば、シール部材表面の全領域を先頭部と当接させることができ、トナー掻き取り効果を最大にすることができる。

また、前記凸部のそれぞれについて、当該凸部の前記先頭部と、当該凸部に隣接する凸部のうち前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における位置の差が最も小さい凸部の前記先頭部との間の前記軸方向における間隔が、０より大きく前記トナーの体積平均粒径よりも小さくなるようにしてもよい。

一の凸部とこれに隣接する凸部との間で先頭部同士の軸方向における間隔が０であるということは、両凸部が軸方向において同一位置にあることを意味するが、このような構成では両凸部の先頭部がシール部材表面の同一位置に当接することとなり、先頭部によるトナー掻き取り効果が局所的にしか得られない。これに対し、両凸部の軸方向位置を異ならせると、シール部材表面の互いに異なる位置でそれぞれの先頭部によるトナー掻き取り効果を得ることが可能である。このとき、その位置の差をトナーの体積平均粒径よりも小さくすることで、平均的な粒径以上の粒径を有するトナーをシール部材表面から確実に掻き取ることができる。

また、前記凸部のそれぞれについて、当該凸部に隣接し前記移動方向において当該凸部よりも前方側に位置する凸部のうち前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における位置の差が最も小さい前方側隣接凸部の前記先頭部と、当該凸部に隣接し前記移動方向において当該凸部よりも後方側に位置する凸部のうち前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における位置の差が最も小さい後方側隣接凸部の前記先頭部とが、前記軸方向において互いに位置が異なるようにしてもよい。

このようにすると、トナー担持ローラの回転に伴って前方側隣接凸部、当該凸部および後方側隣接凸部が順にシール部材に当接するとき、先頭部の当接位置が全て異なることとなる。これにより、より確実にトナーを掻き取ることができる。特に、前記軸方向において、前記前方側隣接凸部と前記後方側隣接凸部とが、当該凸部を挟んで互いに反対側に位置するように構成するのが好ましい。こうすれば、トナー担持ローラの回転に伴って先頭部がシール部材に当接する位置、つまりトナーの掻き取り効果の得られる位置が軸方向に沿って次第に移動してゆくこととなり、１つの先頭部との当接で掻き取りきれなかったトナーを次の先頭部により掻き取ることができる。

また、前記複数の凸部それぞれの頂面は、前記移動方向における前方側に最も突出した頂点を有しており、該頂点が前記先頭部を構成することが望ましい。このような頂点はトナーの掻き取り効果が大きいので、頂面の先頭部に頂点を設けることで、より効果的にシール部材表面のトナーを掻き取ることができる。

また、この発明にかかる現像装置の他の態様は、上記目的を達成するため、内部にトナーを貯留するハウジングと、略円筒または略円柱形状に形成されるとともに前記ハウジングに回転自在に軸着され、その表面に帯電トナーを担持しながら回転してトナーを前記ハウジングの外部に搬送するトナー担持ローラと、前記ハウジング外部からハウジング内へ向かう前記トナー担持ローラ表面に当接してトナー漏れを防止するシール部材とを備え、前記トナー担持ローラは、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部をその表面に有しており、前記複数の凸部それぞれの頂面は、互いに同一の円筒面の一部をなすとともに前記トナー担持ローラ表面の移動方向における前方側に最も突出した頂点を有しており、互いに隣接する凸部のうち前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における位置の差が最も小さい２つの凸部それぞれの前記頂点同士を前記円筒面に沿った最短距離で結んだ線がいずれも、前記円筒面上の単一のつるまき線の一部をなすことを特徴としている。

このように構成された発明では、トナー担持ローラ表面の全ての凸部の頂点が、円筒面上の単一のつるまき線上に位置していることになる。このため、トナー担持ローラの回転に伴って、シール部材に当接する凸部の頂点の位置は微小距離ずつずれてゆき、トナー担持ローラがちょうど１周した時点で、最初に当接していた位置と重なることになる。このようにすると、トナー担持ローラ表面の移動方向に沿って互いに隣接する頂点間の軸方向における位置の差を最小にすることができ、しかも軸方向の全領域においてシール部材上のトナー掻き取り効果を均等にすることができる。このため、粒径の小さな粒子についても確実に掻き取ることができ、またその掻き取り効果は軸方向において均等である。したがって、この発明によれば、シール部材にトナーが付着するのを抑制し、シール部材へのトナー付着に起因するトナー漏れやフィルミング等の問題を防止することができる。

また、この発明にかかる画像形成装置は、上記目的を達成するため、静電潜像を担持する潜像担持体と、内部にトナーを貯留するハウジングと、略円筒または略円柱形状に形成されるとともに前記ハウジングに回転自在に軸着され、その表面に帯電トナーを担持しながら回転してトナーを前記潜像担持体との対向位置に搬送するトナー担持ローラと、前記ハウジング外部からハウジング内へ向かう前記トナー担持ローラ表面に当接してトナー漏れを防止するシール部材とを備え、前記トナー担持ローラは、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部をその表面に有しており、前記複数の凸部それぞれの頂面は互いに同一の円筒面の一部をなしており、各凸部の前記頂面の周囲のうち前記トナー担持ローラの回転に伴う移動方向において最も先頭に位置する部分を当該凸部の先頭部と定義したとき、前記トナー担持ローラが１周する間に前記各凸部それぞれの前記先頭部が描く軌跡同士の、前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における間隔の最大値が、０より大きく前記トナーの体積平均粒径よりも小さいことを特徴としている。

このように構成された発明では、上記した現像装置と同様に、シール部材にトナーが付着するのを抑制し、シール部材へのトナー付着に起因するトナー漏れやフィルミング等の問題を防止することができる。

図１はこの発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０に設けられたＣＰＵ１０１がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。

このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ユニット２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ユニット２３は所定の帯電バイアスを印加されており、感光体２２の外周面を所定の表面電位に均一に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ユニット２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置本体に対し着脱自在となっている。

そして、この帯電ユニット２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。

こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この画像形成装置では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色のトナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されている。そして、このエンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋが選択的に感光体２２と所定のギャップを隔てて対向する所定の現像位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラ４４が感光体２２に対し対向配置され、その対向位置において現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化される。

図３は現像器の外観を示す図である。また、図４は現像器の構造および現像バイアス波形を示す図である。より詳しくは、図４（ａ）は現像器の構造を示す断面図である。また、図４（ｂ）は現像バイアス波形と感光体表面電位との関係を示す図である。各現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋはいずれも同一構造を有している。したがって、ここでは、現像器４Ｋの構成について図３および図４（ａ）を参照しながらさらに詳しく説明するが、その他の現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍについてもその構造および機能は同じである。

この現像器４Ｋでは、その内部に一成分トナーＴを収容するハウジング４１に供給ローラ４３および現像ローラ４４が軸着されており、当該現像器４Ｋが上記現像位置に位置決めされると、現像ローラ４４が感光体２と現像ギャップＤＧを隔てて対向位置決めされるとともに、これらのローラ４３、４４が本体側に設けられた回転駆動部（図示省略）と係合されて所定の方向に回転する。供給ローラ４３は例えば発泡ウレタンゴム、シリコンゴムなどの弾性材料により円筒状に形成されている。また、現像ローラ４４は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属または合金により円筒状に形成されている。そして、２つのローラ４３、４４が接触しながら回転することでトナーが現像ローラ４４の表面に擦り付けられて所定厚みのトナー層が現像ローラ４４表面に形成される。ここでは負帯電トナーを用いた例について説明するが、正帯電トナーであってもよい。

ハウジング４１の内部空間は隔壁４１ａによって第１室４１１および第２室４１２に仕切られている。供給ローラ４３および現像ローラ４４はともに第２室４１２に設けられており、これらのローラの回転に伴って第２室４１２内のトナーが流動し攪拌されながら現像ローラ４４の表面に供給される。一方、第１室４１１に貯留されているトナーは、供給ローラ４３および現像ローラ４４とは隔離されているので、これらの回転によっては流動しない。このトナーは、現像ユニット４が現像器を保持したまま回転することによって、第２室４１２に貯留されたトナーと混合され攪拌される。

このように、この現像器では、ハウジング内部を２室に仕切り、供給ローラ４３および現像ローラ４４の周囲をハウジング４１の側壁および隔壁４１ａで囲み比較的容積の小さい第２室４１２を設けることにより、トナー残量が少なくなった場合でも、トナーが効率よく現像ローラ４４の近傍に供給されるようにしている。また、第１室４１１から第２室４１２へのトナー供給およびトナー全体の攪拌を現像ユニット４の回転によって行うようにすることで、現像器内部にトナー攪拌のための攪拌部材（オーガ）を省いたオーガレス構造を実現している。

また、この現像器４Ｋでは、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層の厚みを所定厚みに規制するための規制ブレード４６が配置されている。この規制ブレード４６は、ステンレスやリン青銅などの弾性を有する板状部材４６１と、板状部材４６１の先端部に取り付けられたシリコンゴムやウレタンゴムなどの樹脂部材からなる弾性部材４６２とで構成されている。この板状部材４６１の後端部はハウジング４１に固着されており、図４の矢印に示す現像ローラ４４の回転方向Ｄ4において、板状部材４６１の先端部に取り付けられた弾性部材４６２が板状部材４６１の後端部よりも上流側に位置するように配設されている。そして、その弾性部材４６２が現像ローラ４４表面に弾性的に当接することで規制ニップを形成し、現像ローラ４４の表面に形成されるトナー層を最終的に所定の厚みに規制する。

このようにして現像ローラ４４の表面に形成されたトナー層は、現像ローラ４４の回転によって順次、その表面に静電潜像が形成されている感光体２との対向位置に搬送される。そして、エンジンコントローラ１０に制御されるバイアス用電源１４０からの現像バイアスが現像ローラ４４に印加される。図４（ｂ）に示すように、感光体２２の表面電位Ｖｓは、帯電ユニット２３により均一に帯電された後露光ユニット６からの光ビームＬの照射を受けた露光部では残留電位Ｖｒ程度にまで低下し、光ビームＬが照射されなかった非露光部ではほぼ均一の電位Ｖoとなっている。一方、現像ローラ４４に与えられる現像バイアスＶｂは直流電位Ｖaveを重畳した矩形波交流電圧であり、そのピーク間電圧を符号Ｖppにより表す。このような現像バイアスＶｂが印加されることにより、現像ローラ４４上に担持されたトナーは現像ギャップＤＧにおいて飛翔して感光体２２の表面各部にその表面電位Ｖｓに応じて部分的に付着し、こうして感光体２２上の静電潜像が当該トナー色のトナー像として顕像化される。

現像バイアス電圧Ｖｂとしては、例えば、ピーク間電圧Ｖppが１５００Ｖ、周波数が３ｋＨｚ程度の矩形波電圧を用いることができる。また、その直流成分Ｖaveは、感光体２２の残留電位Ｖｒとの電位差がいわゆる現像コントラストとなり画像濃度に影響を与えるので、所定の画像濃度を得るために必要な値とすることができる。

さらに、ハウジング４１には、現像ローラ４４の回転方向において感光体２２との対向位置よりも下流側で現像ローラ４４表面に圧接されたシール部材４７が設けられている。シール部材４７は、ポリエチレン、ナイロンまたはフッ素樹脂などの柔軟性を有する材料により形成され、現像ローラ４４の回転軸に平行な軸方向Ｘに沿って延びる帯状のフィルムであり、長手方向Ｘに直交する短手方向における一方端部がハウジング４１に固着されるとともに、他方端部が現像ローラ４４表面に当接されている。他方端部は現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における下流側に向かうように、いわゆるトレイル方向に現像ローラ４４に当接されており、感光体２２との対向位置を通過した現像ローラ４４表面に残留しているトナーをハウジング４１内に案内するともに、ハウジング内のトナーが外部へ漏れ出すのを防止している。

図５は現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図である。現像ローラ４４は略円筒形のローラ状に形成されており、その長手方向の両端にはローラと同軸にシャフト４４０が設けられており、該シャフト４４０が現像器本体により軸支されて現像ローラ４４全体が回転自在となっている。現像ローラ４４表面のうちその中央部４４ａには、図５の部分拡大図（点線円内）に示すように、規則的に配置された複数の凸部４４１と、それらの凸部４４１を取り囲む凹部４４２とが設けられている。

複数の凸部４４１のそれぞれは、図５紙面の手前側に向けて突出しており、各凸部４４１の頂面は、現像ローラ４４の回転軸と同軸である単一の円筒面の一部をそれぞれ成している。以下ではこの仮想的な円筒面を現像ローラ４４の「包絡円筒面」と称する。また、凹部４４２は凸部４４１の周りを網目状に取り囲む連続した溝となっており、凹部４４２全体も現像ローラ４４の回転軸と同軸かつ凸部の成す円筒面とは異なる１つの円筒面を成す。そして、凸部４４１とそれを取り囲む凹部４４２との間は緩やかな斜面４４３によって繋がれている。すなわち、該斜面４４３の法線は現像ローラ４４の半径方向外向き（図において上方）、つまり現像ローラ４４の回転軸から遠ざかる方向の成分を有する。

図６は現像ローラの表面構造をより詳細に示す図である。より詳しくは、略円筒面をなす現像ローラ４４表面を平面に展開した図である。上記したように、現像ローラ４４の表面には多数の凸部４４１が設けられている。各凸部４４１は、図６において斜め方向の格子状に形成された凹部４４２に囲まれており、現像ローラ４４の軸方向Ｘに対して傾斜角αおよびβをそれぞれ有する線ＳａおよびＳｂに沿ってそれぞれ等間隔に配列されている。ここで、２つの傾斜角α、βをいずれも４５度とする一方、線ＳａのピッチＡと、線ＳｂのピッチＢとを互いに僅かに異なる値としている。ここでは、Ａ＞Ｂとする。この結果、各凸部４４１の頂面４４１１は軸方向Ｘおよび移動方向Ｄ4において線対称性を有する菱形ではなく、非対称な略平行四辺形となる。

また、１つの凸部４４１の頂面４４１１のうち現像ローラ４４の回転に伴う移動方向の先頭側に位置する先頭側頂点４４１２と、当該凸部に隣接する凸部のうちで軸方向Ｘにおける位置の差が最も小さいものの頂面の先頭側頂点とを結ぶ線が軸方向Ｘに対してなす角は９０度から少しずれた値となる。例えば、図６に示す１つの凸部４４１ａに着目すると、これに隣接する凸部のうち軸方向Ｘにおける位置の差が最も小さいのは、図６において当該凸部４４１ａの略下方（移動方向Ｄ4において後方）に位置する凸部４４１ｂである。この凸部４４１ｂは、図６において当該凸部４４１ａの真下ではなく、僅かに右方向にずれた位置にある。

したがって、両凸部４４１ａ、４４１ｂがそれぞれ有する頂面の先頭側頂点４４１２ａ、４４１２ｂを結んだ線Ｓｖは図６において右下がりの線となり、そのＸ方向となす角γは９０度より僅かに大きい。凸部４４１ｂの略下方に位置する凸部４４１ｃの先頭側頂点４４１２ｃも、同じ線Ｓｖ上にある。このような関係は、現像ローラ４４表面の各凸部４４１においてもそれぞれ同様に成立する。

このため、現像ローラ４４表面上における各凸部４４１の配置は、各凸部４４１が線Ｓｖに沿って等間隔に配列されたものと見ることもできる。以下の説明においては、線Ｓｖに沿った凸部４４１の列を「凸部列」と称する。なお、図６では現像ローラ４４表面を平面状に展開したものを示しているのでこの線Ｓｖは直線として表されているが、実際には現像ローラ４４の包絡円筒面に沿った曲線となる。

ここで、後の説明のために、以下のように符号を定義しておく。１つの凸部と、当該凸部に隣接する凸部のうち軸方向Ｘにおける位置の差が最も小さいものとのそれぞれの先頭側頂点間の、現像ローラ４４表面の移動方向Ｄ4に沿った距離を符号Ｌ1により表す。この値Ｌ1は、凸部列上において互いに隣接する凸部間のピッチを表す。ここでいう「距離」は、現像ローラ４４表面がなす包絡円筒面上に沿った距離であり、このことは以下の定義においても同様である。また、これら２つの先頭側頂点間の軸方向Ｘに沿った距離を符号Ｌ3により表す。この値Ｌ3は、凸部列上で隣接する２つの凸部の軸方向Ｘにおける位置ずれ量を表している。また、１つの凸部と、これに隣接する凸部のうち方向Ｄ4における位置の差が最も小さいものとのそれぞれの先頭側頂点間の、軸方向Ｘにおける位置の差を符号Ｌ2により表す。この値Ｌ2は、隣接する凸部列間のピッチを表している。

図１に戻って画像形成装置の説明を続ける。上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から１枚ずつ取り出され搬送経路Ｆに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。

このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には、搬送経路Ｆ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられており、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに合わせてゲートローラ８１が回転することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。

また、こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９によりトナー像を定着され、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ3方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路Ｆに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。

また、図２に示すように、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍおよび４Ｋには該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの残量などに関するデータを記憶するメモリ９１〜９４がそれぞれ設けられている。さらに、各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ、４Ｋには無線通信器４９Ｙ、４９Ｃ、４９Ｍ、４９Ｋがそれぞれ設けられている。そして、必要に応じて、これらが選択的に本体側に設けられた無線通信器１０９と非接触にてデータ通信を行い、インターフェース１０５を介してＣＰＵ１０１と各メモリ９１〜９４との間でデータの送受を行って該現像器に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。なお、この画像形成装置では、無線通信等の電磁的手段を用いて非接触にてデータ送受を行っているが、本体側および各現像器側にコネクタ等を設け、コネクタ等を機械的に嵌合させることで相互にデータ送受を行うようにしてもよい。

また、この装置では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。

なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。

また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６が配置されている。このクリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能となっている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナ７６のブレードがローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを除去する。

さらに、ローラ７５の近傍には、濃度センサ６０が配置されている。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるトナー像の画像濃度を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像器に与える現像バイアスや、露光ビームＬの強度、さらには装置の階調補正特性などの調整を行っている。

この濃度センサ６０は、例えば反射型フォトセンサを用いて、中間転写ベルト７１上の所定面積の領域の濃淡に対応した信号を出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ１０１は、中間転写ベルト７１を周回移動させながらこの濃度センサ６０からの出力信号を定期的にサンプリングすることで、中間転写ベルト７１上のトナー像各部の画像濃度を検出することができる。

次に、上記のように構成された画像形成装置の現像器４Ｋ等における、現像ローラ４４上のトナー層規制の詳細について説明する。上記のようにトナーを担持する現像ローラ４４表面に凹凸を設けた構成においては、その凸部４４１および凹部４４２の双方にトナーを担持させることが可能であるが、この実施形態では、規制ブレード４６を直接現像ローラ４４表面の凸部４４１に当接することにより凸部４４１のトナーを除去するようにしていう。このようにする理由は以下の通りである。

まず、凸部４４１に均一なトナー層を形成するためには規制ブレード４６と凸部４４１とのギャップの精密な管理が必要となるが、凹部４４２のみにトナーを担持させるためには規制ブレード４６と凸部４４２とを当接させて凸部４４１のトナーを全て除去すればよいので実現が比較的容易である。また、搬送されるトナーの量は規制ブレード４６と凹部４４２との隙間に生じる空間の容積によって決まるので、トナー搬送量を安定させることができる。

また、搬送されるトナー層の良好さという点においても利点がある。すなわち、凸部４４１にトナーを担持させると規制ブレード４６との摺擦に起因するトナーの劣化が起こりやすい。具体的には、トナーの流動性や帯電性が低下したり、トナーが圧粉状態となり凝集したり現像ローラ４４に固着してフィルミングを生じさせるなどの問題がある。これに対し、規制ブレード４６からの押圧をあまり受けない凹部４４２にトナーを担持させるとこのような問題が起こりにくい。また、凸部４４１に担持されるトナーと凹部４４２に担持されるトナーとでは規制ブレード４６との摺擦のされ方が大きく異なるため、トナーの帯電量のばらつきが大きくなることが予想されるが、凹部４４２のみにトナーを担持させることでこのようなばらつきも抑えられる。

特に近年では、画像の高精細化やトナー消費量および消費電力の削減を実現するためにトナーの小粒径化や定着温度の低温化が求められているが、上記の構成はこのような要求にも対応することが可能なものである。小粒径トナーにおいては帯電の立ち上がりが鈍いにもかかわらず飽和帯電量が高いため、凸部４４１に担持されたトナーは凹部４４２に担持されたトナーよりも帯電量が著しく高く（過帯電）なる傾向にある。このような帯電量の差はいわゆる現像履歴として画像に現れる。また、低融点トナーでは摺擦によるトナー同士または現像ローラ４４等への固着が起きやすい。しかしながら、凹部４４２のみにトナーを担持する上記の構成ではこのような問題は生じにくい。

次に、本発明の主題であるシール部材４７へのトナー固着の問題について検討する。上記したトナーの固着などの問題は、規制ブレード４６や現像ローラ４４だけでなく、シール部材４７に対しても起こり得る問題である。図４（ａ）に示すように、シール部材４７は現像ローラ４４表面にトレイル方向に当接されている。このような構成は現像器外へのトナー飛散を防止する上で必要なものであるが、結果的に現像ローラ４４上のトナーが現像ローラ４４とシール部材４７とに挟まれて押圧され、現像ローラ４４やシール部材４７へのトナー固着を招くおそれがある。

図７は従来技術の画像形成装置におけるトナー固着の様子を示す模式図である。ここでは、図７（ａ）に示すように、回転方向Ｄz4に回転する現像ローラＺ44にシール部材Ｚ47を当接させ、シール部材Ｚ47の表面状態を観察した。現像ローラＺ44の表面構造は前記した特許文献１（特開２００７−１２１９４８号公報）に記載されたものであり、図７（ｂ）に示すように、略菱形の頂面を有する多数の凸部Ｚ441が規則的に配列されたものである。この構成では、現像ローラＺ44の回転に伴う表面の移動方向Ｄz4における各凸部Ｚ441の先頭側頂点Ｚ442は、軸方向ＸＸに直交する線に沿って一列に並んでいる。

このような装置において図７（ａ）に示す矢印ＡＡ方向からシール部材Ｚ47の表面を観察したところ、図７（ｂ）に示すように、現像ローラＺ44に当接しているシール部材Ｚ47の表面領域において、現像ローラＺ44の回転方向Ｄz4における上流側端部Ｚ471から下流側端部Ｚ472に向けて尾を引くように、スジ状にトナーが固着していることが認められた。このスジは、トナー粒子およびトナー粒子から脱落した外添剤がシール部材４７上で互いに凝集または融着したものである。また、このスジは軸方向（ＸＸ方向）に周期的に現れており、その周期は現像ローラＺ44表面の凸部Ｚ441の軸方向の配列ピッチと相関性がある。

このような現象は以下のモデルにより説明することができる。各凸部Ｚ441のうち、現像ローラの回転に伴う移動方向Ｄz4において最も先頭側に位置する先頭側頂点Ｚ442は、シール部材Ｚ47と当接した際にシール部材表面に付着したトナーを掻き落とす作用を有する。掻き取られたトナーは凸部Ｚ441頂面の稜線に沿って左右に押しやられてゆくと考えられる。図７（ａ）に示すように、この現像ローラでは、各凸部Ｚ441の先頭側頂点Ｚ442がＸＸ方向において互いに重なり合うような位置関係にあるため、シール部材表面では各凸部Ｚ441の先頭側頂点Ｚ442と当接する位置と、当接しない位置とがＸＸ方向に交互に現れる。このため、先頭側頂点Ｚ442と当接する位置では効果的に付着トナーが除去される一方、当接がない位置では、トナー除去効果が少ないことに加えて周辺からの除去トナーが流れ込んでくることとなる。その結果、シール部材表面には、凸部Ｚ441の配列ピッチに対応したスジ状の周期的なトナー固着が生じる。

そこで、この実施形態では、現像ローラ表面における凸部の配列を工夫することにより、シール部材表面へのトナー固着を防止するようにしている。すなわち、この実施形態では、図６に示すように、現像ローラ４４表面の凸部列を、軸方向Ｘに直交させるのでなく僅かに傾けている。このようにすることによるシール部材上のトナー付着防止効果について、次に説明する。

図８はこの実施形態におけるシール部材のトナー付着防止効果を説明するための図である。この実施形態の現像ローラ４４の表面では、図８に示すように、現像ローラ表面の移動方向Ｄ4とは少し異なる方向の線Ｓｖに沿って各凸部４４１が配列されている。このため、現像ローラ４４が回転すると、凸部４４１の各先頭側頂点４４１２が順番に、少しずつ位置を変えながらシール部材４７表面に当接してゆくことになる。

例えば、時刻ｔ1において、現像ローラ４４に当接するシール部材４７の表面領域のうち現像ローラ４４の回転方向Ｄ4における最上流側端部が図８のＱ1−Ｑ1線上にあったとする。このとき、各凸部のうち符号４４１ｄで示す凸部の先頭側頂点４４１２ｄがシール部材４７の最上流側端部と当接する。現像ローラ４４が回転し時刻ｔ2になると、凸部４４１ｄの略後方に位置する凸部４４１ｅの先頭側頂点４４１２ｅが、先に頂点４４１２ｄが当接した位置とは少し（図８において右方に）ずれた位置でシール部材４７の最上流側端部に当接する。同様に、現像ローラ４４の回転に伴い凸部の先頭側頂点とシール部材４７との当接位置は少し位置を変えてゆく。軸方向Ｘにおける他の位置においても同様である。

各時刻におけるシール部材４７と凸部４４１の先頭側頂点４４１２との当接位置を示す点をＸ軸上に投影すると、投影された点の集合は、シール部材４７の最上流側端部のうち、現像ローラ４４の回転によって凸部４４１の先頭側頂点と当接する可能性のある全ての箇所を表すことになる。図８では一部しか図示していないが、この実施形態では、Ｘ軸上に投影されたこれらの点はほとんど隙間なくＸ軸上に並ぶこととなる。このことは、シール部材４７表面のほとんどの領域が、現像ローラ４４が１周回転する間に少なくとも１回、凸部４４１の先頭側頂点４４１２との当接を受けることを意味している。

前記したように、凸部４４１の先頭側頂点４４１２は、シール部材４７と当接した際にはシール部材４７上のトナーを掻き取るように作用する。したがって、この実施形態では、現像ローラ４４の回転により、シール部材４７のほとんどの領域が凸部４４１の先頭側頂点４４１２との当接によるトナー掻き取り作用を受けることになる。このように、この実施形態では、シール部材４７に付着したトナーの掻き取り効果がほぼ全域で得られるため、シール部材４７へのトナー固着が防止され、特に従来技術のような周期的なスジ状のトナー固着が現れることがない。

次に、シール部材４７へのトナー固着を効果的に防止するための定量的な要件について説明する。シール部材４７の全領域で、凸部４４１の先頭側頂点４４１２によるトナー掻き取り効果を得るためには、シール部材４７の表面領域のうち凸部４４１の先頭側頂点４４１２と当接しない部分ができるだけ少ない方がよい。また、その当接しない領域の軸方向（Ｘ方向）の幅ができるだけ小さい方がよい。

図９は現像ローラの回転に伴う凸部の先頭側頂点の軌跡を示す図である。現像ローラ４４表面上の任意の凸部４４１ｆを考えたとき、その凸部頂面の先頭側頂点を通り現像ローラ４４の回転軸ＡＸを中心とする円Ｃｆを定義することができる。この円Ｃｆは、現像ローラ４４が回転したときの凸部４４１ｆの先頭側頂点の軌跡を表しており、以下ではこの円Ｃｆを当該凸部４４１ｆの「軌跡円」と称する。現像ローラ４４表面に当接するシール部材４７の表面領域のうち、この軌跡円上にある位置では、凸部４４１ｆの先頭側頂面によるトナー掻き取り効果が期待できる。

同様に、現像ローラ４４表面上の他の凸部についても同様の軌跡円を定義することができる。ここで、もう１つの凸部４４１ｇの先頭側頂面を通り現像ローラ４４の回転軸ＡＸを中心とする軌跡円を符号Ｃｇにより表し、２つの軌跡円ＣｆおよびＣｇのＸ方向における間隔を符号Ｐにより表す。

全ての凸部の軌跡円を現像ローラ４４上に仮想的に描いたとき、多数の円が現像ローラ４４表面を取り巻くように描かれるが、これらの軌跡円の隙間の領域は、シール部材４７表面に対する凸部によるトナー掻き取り効果が弱い領域である。したがって、シール部材４７上の全領域で良好なトナー掻き取り効果を得るには、互いに隣接する軌跡円間の間隔Ｐができるだけ小さいことが好ましく、より具体的には、最も間隔の広い部分でも、使用されるトナーの体積平均粒径より小さいことが望ましい。

軌跡円間の間隔がトナーの体積平均粒径以上の部分が存在する場合、この部分に対応するシール部材４７表面には平均的な粒径またはそれ以上の粒径を有するトナーの付着を許容してしまうことになる。このような付着トナーはさらなるトナーの付着を招き、次第にシール部材４７表面に固着する。一方、軌跡円間の間隔Ｐが最大でもトナーの体積平均粒径未満の値となるようにすれば、平均的な粒径以上のトナーは凸部との当接により確実に掻き取られる。

特に、凸部列上で隣接している２つの凸部（例えば図６における凸部４４１ａと凸部４４１ｂ）間で、それらの頂面の先頭側頂点の軸方向における位置の差Ｌ3をトナーの体積平均粒径未満とすることがより好ましい。また、凸部列に沿って隣接する各凸部間の軸方向における位置ずれの方向が同一でかつその量が均一であることがより好ましい。その理由は次の通りである。原理的には、シール部材４７表面の各箇所が、現像ローラ４４が１周する間に少なくとも１回凸部の頂点と当接すればよく、この意味においては、現像ローラ４４の回転に伴う凸部頂点のシール部材４７への当接位置の変化はランダムなものであってもよい。

しかしながら、凸部の当接のたびに当接位置を大きく変化させた場合、１つの凸部との当接で取りきれなかった、あるいは軸方向に沿って側方に押しやられたトナーが、次の凸部との当接時にその頂点以外の部分と当接すると、凸部は掻き取りよりもむしろトナーをシール部材に押し付けるように作用してしまうおそれがある。これを防止しトナーを確実に掻き取るためには、１つの凸部頂点のシール部材への当接位置と、これに続いてシール部材に当接する他の１つの凸部頂点の当接位置との間は、互いに異なり、しかもその差はできるだけ小さいことが望ましく、最大でもトナーの体積平均粒径未満であることが望ましい。また、トナーがシール部材上の特定の領域で往復しないように、軸方向における凸部の位置ずれの方向が同じであることが望ましい。

なお、この実施形態では各凸部４４１の頂面４４１１の形状を斜め向きの略平行四辺形としているため、現像ローラ４４表面の移動方向Ｄ4において最も前方側に位置し、回転に伴って最初にシール部材４７と当接するのは該平行四辺形の１つの頂点である。したがってこの頂点の軌跡円は幅を持たず、厳密には各凸部の軌跡円を互いにオーバーラップさせることができない。しかしながら、先頭側頂点４４１２に代えて、現像ローラ４４表面の移動方向Ｄ4における先頭側に軸方向に平行な辺を有する形状の凸部を設ければ、この辺がなす軌跡は一定の幅を有する円筒形状となるので、これらを互いにオーバーラップさせて、互いの間隔をゼロにすることが可能である。このとき、シール部材４７表面の全域が必ず凸部との当接を受けて、付着トナーをより確実に取り去ることが可能となる。

また、図６に示した各部の寸法を使って、次式：
（２πＲ／Ｌ1）・Ｌ3 ≧ Ｌ2 … （式１）
の関係が成立するように、凸部４４１の寸法および配置にかかる値Ｌ1、Ｌ2およびＬ3を設定してもよい。ただし、符号Ｒは現像ローラ４４の包絡円筒面の半径である。この式の意味するところは次の通りである。

上式において、値（２πＲ）は包絡円筒面の円周を表している。したがって、この値を、凸部列上で隣接する２つの凸部の頂点間の距離Ｌ1で割った値（２πＲ／Ｌ1）は、現像ローラ４４の１周中に存在する凸部の数を表している。したがって、この値（２πＲ／Ｌ1）に、凸部列における隣接凸部間の位置ずれ量に相当する値Ｌ3を乗じた（式１）左辺の値は、この位置ずれ量を現像ローラ１周分にわたって積算したものである。一方、（式１）右辺の値Ｌ2は、隣接する２つの凸部列の間隔を表している。

したがって、（式１）の意味するところは、ある凸部列に属する各凸部４４１のシール部材４７への当接位置の、現像ローラ４４が１周する間の移動量が、隣接する凸部列間のピッチ以上である、という関係である。図８に示したように、ある凸部列に属する凸部のシール部材４７への当接位置は、現像ローラ４４の回転に伴ってその軸方向へ移動してゆくが、上記（式１）の関係を満たす場合、１つの凸部列に属する各凸部によってカバーされるシール部材への当接位置と、これに隣接する別の凸部列に属する各凸部によってカバーされるシール部材への当接位置との間に大きな隙間が生じない。これにより、シール部材４７表面へのトナー残留が抑制される。特に好ましいのは、上記（式１）において等号が成立する場合である。

図１０は凸部の好ましい配列を示す図である。図６に示した、各凸部列の配列方向を示す線Ｓｖは、この線上にある先頭側頂点４４１２ａ、４４１２ｂ等がいずれも現像ローラ４４の包絡円筒面上にあることから、同円筒面上のつるまき線の一部をなしている。つまり、これらの凸部の先頭側頂点４４１２ａ、４４１２ｂおよび４４１２ｃは、現像ローラ４４の包絡円筒面上の同一のつるまき線上に存在している。

このように、現像ローラ４４表面の移動方向Ｄ4に沿って並ぶ各凸部４４１それぞれの先頭側頂点４４１２を順番に結んでゆくと、図１０に符号Ｈ1およびＨ2で示すように、現像ローラ４４の包絡円筒面上のつるまき線となる。当該つるまき線のピッチは、現像ローラ４４表面の移動方向Ｄ4において隣接する凸部間の該方向Ｄ4における位置の差（図６に示す値Ｌ1）および軸方向Ｘにおける位置の差（図６に示す値Ｌ2）によって決まる。そして、このつるまき線のピッチが原理的に最も小さくなるのは、図１０に符号Ｈ1で示すように、現像ローラ４４表面において凸部列の１つを通るつるまき線が現像ローラ４４の周囲を１周して、さらに軸方向Ｘにおいてこの凸部列と隣接する凸部列上を通る場合である。このとき、現像ローラ４４上の全ての凸部の先頭側頂点が単一のつるまき線上に位置することになる。この場合のつるまき線のピッチは、凸部列のピッチと同一であり、図６に示す値Ｌ2に等しい。

このようにした場合、現像ローラ４４の回転に伴って、凸部列に沿った各凸部４４１の先頭側頂点４４１２がシール部材４７と当接する位置は少しずつ軸方向に移動し、現像ローラ４４がちょうど１周したときに、隣の凸部列に属する凸部が当接していた位置の直近位置に達することになる。つまり、この場合、現像ローラ４４表面に設けられた各凸部４４１の先頭側頂点４４１２は、全て異なる位置においてシール部材４７表面に当接し、二つ以上の先頭側頂点が互いに同一位置でシール部材４７表面に当接することはない。このとき、シール部材４７表面で凸部４４１の先頭側頂点と当接する箇所の数が最大（つまり凸部の数と同じ）となり、しかもそれらの箇所の間隔は一定かつ最小となる。したがって、シール部材４７に付着したトナーに対する掻き取り効果も、シール部材４７表面の広い領域において均一とすることができる。

上記（式１）において等号が成立する条件とは、まさにここで説明したような位置関係に各凸部４４１が配列されていることである。すなわち、現像ローラ４４が１周する間の凸部４４１の軸方向位置ずれ量の積算値が凸部列のピッチと同じであるとき、各凸部４４１の先頭側頂点４４１２は全て異なる位置でシール部材４７と当接し、かつそれらの当接位置の間隔が一定となる。

なお、上記のように各凸部４４１が全て単一のつるまき線上に配置されることが望ましいが、必要十分なトナー掻き取り効果を得るという点において、このことは必須というわけではない。すなわち、各凸部４４１が複数のつるまき線上に配列されていてもよい。図１０の符号Ｈ2で示す例では、ある凸部列に沿ったつるまき線Ｈ2が、これに隣接する凸部列ではなくさらにその隣の凸部列を通過するように、各凸部４４１が配列されている。つるまき線Ｈ2上に位置する凸部列間に挟まれた凸部列に属する各凸部も、つるまき線Ｈ2と平行な別のつるまき線上に配置されている。つまりこの場合、現像ローラ４４上の各凸部４４１は、現像ローラ４４上の２条のつるまき線に沿って配置されていると言える。

このような配列のとき、シール部材４７表面の同一箇所が、現像ローラ４４が１周する間に、互いに隣接する凸部列にそれぞれ属する２つの凸部に当接することになる。すなわち、凸部列の配列を２条のつるまき線状としたとき、現像ローラ１周当たりのシール部材４７表面の同一箇所への凸部の先頭側頂点の当接回数は１条の場合の２倍となるが、当接箇所間の間隔も２倍となる。すなわち、当接回数の増加による掻き取りの効果は向上するが、間隔が粗くなることで、細かい粒子をシール部材４７上に残留させてしまう可能性が高まる。ただし、シール部材４７表面から除去すべき粒子の想定される大きさよりも当接箇所間の間隔が小さければ、このことは特に問題とならない。より多い条数の場合も同様に考えることができる。

以上のように、この実施形態では、トナーの掻き取り効果が高い各凸部４４１の先頭側頂点４４１２の軸方向位置が少しずつずれるように、現像ローラ４４表面に凸部を配列している。このような構成によれば、現像ローラ４４の回転に伴って、各先頭側頂点４４１２のシール部材４７への当接位置が少しずつ変化してゆくので、トナーの掻き取り効果の不均一が生じず、現像ローラ４４表面に当接するシール部材４７の表面領域の全体で、高いトナー掻き取り効果を得ることができる。その結果、この実施形態では、シール部材４７へのトナー固着を防止して、これに起因するトナー漏れや画質劣化等の問題を未然に防止することが可能である。

なお、上記のように凸部の軸方向位置を少しずつ変化させた配置を開示した公知例として、特開２００３−５７９４０号公報（特に、図４）がある。しかしながら、同公報には、凸部の位置ずれ量をどのように設定するかについては一切記載されておらず、特に、トナー粒径との関係や、各凸部を結んでなるつるまき線の形状等については全く考慮されていないものである。

次に、上記のような現像ローラ４４の製造方法について説明する。図７に示す従来技術の現像ローラ、すなわち凸部列が現像ローラ表面の移動方向に沿って並ぶ現像ローラの製造方法については、本願出願人が先に開示した例えば特開２００７−１２７８００号公報や特開２００７−１４００８０号公報などに記載されている。一方、本実施形態における現像ローラ４４については、これらの文献に記載された製造方法を改良した製造方法によって製造することが可能である。具体的には、以下に説明するようにダイスの形状を変えることによって製造することができる。

図１１はこの発明にかかる現像ローラの製造方法の概要を示す図である。本実施形態の現像ローラ４４は、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属または合金製の円筒形状を有するローラ素材４００に、互いに交わる二種類の溝を形成することによって製造することができる。より具体的には、図１１に示すように、互いに同一方向に回転する１対のダイス９０１、９０２をローラ素材４００の表面に押し当てながら所定方向に送る通し転造法によって、つるまき線状の第１の溝４０１および第２の溝４０２を形成する。

ダイス９０１の回転軸とローラ素材４００の中心軸とは平行ではなくわずかに（例えば１度）傾けられる。また、ダイス９０２の回転軸とローラ素材４００の中心軸との間も、上記とは反対方向かつ同じ大きさ（例えば−１度）に傾けられる。こうすることにより、ローラ素材４００にはダイス９０１および９０２の回転に起因するスラスト力が作用することとなり、ダイス９０１および９０２を回転させるとローラ素材４００が軸方向に沿って送られることになる。図１１に示す例では、ダイス９０１および９０２の回転によってローラ素材４００は回転しながら図の右方向に送られる。

ダイス９０１、９０２のそれぞれは、円筒の外周面に螺旋状の突起を有する形状となっている。ダイス９０１における該螺旋のピッチをＰ1a、螺旋角をθ1aとする。この突起をローラ素材４００に押し当てることにより、ローラ素材４００の表面が塑性変形して、つるまき線状でピッチＰ1bおよび螺旋角θ1bを有する第１の溝４０１が刻まれる。ここで、第１の溝の螺旋角θ1bは、ダイス９０１の突起の螺旋角θ1aと、ローラ中心軸に対するダイス９０１の回転軸の傾きの大きさとによって決めることができる。また、図１１に破線で示す三角形から、９０度から第１の溝４０１の螺旋角θ1bを引いた値が、図６に示した傾斜角αに相当していることがわかる。第１の溝４０１は、１条、多条のいずれであってもよく、ダイスの形状によって選択可能である。

また、ダイス９０２に設けられた突起の螺旋のピッチをＰ2a、螺旋角をθ2aとする。この突起をローラ素材４００に押し当てることにより、ピッチがＰ2b、螺旋角がθ2bのつるまき線状の第２の溝４０２が刻まれる。また、図１１に破線で示す三角形から、１８０度から第２の溝４０２の螺旋角θ2bを引いた値が、図６に示した傾斜角βに相当していることがわかる。第２の溝４０２も、１条、多条のいずれであってもよい。

こうすることにより、ローラ素材４００の外周面には格子状に交わる２種類の溝が刻まれて、この溝が現像ローラ表面の凹部４４２として機能する。また、溝に囲まれた多数の突起部が現像ローラ表面の凸部４４１として機能することとなる。各凸部の頂面は、もとのローラ素材４００の表面そのままであって、当然にこれらはいずれも単一の円筒面の一部をなしている。

ここで、第１の溝を形成するためのダイス９０１と、第２の溝を形成するためのダイス９０２との間で、そのピッチを僅かに異ならせてＰ1a≠Ｐ1bとすると、ローラ素材４００の表面に刻まれる第１の溝のピッチＰ1bと第２の溝のピッチＰ1bとの間も異なった値となる。第１の溝のピッチＰ1bが図６の凸部配列ピッチＡに関係する一方、第２の溝のピッチＰ2bが図６のもう１方向の凸部配列ピッチＢに関係しているので、これにより、配列ピッチＡ、Ｂが互いに異なる本実施形態の現像ローラ４４の表面構造を形成することができる。

なお、２組のダイスのピッチ比については、非整数比とすることが望ましい。というのは、ピッチ比を整数比とした場合、凸部の位置変化のパターンは、いくつかの位置の間を交互に変化するものに限定されてしまい、凸部との当接によるトナー除去効果が局所的になってしまうからである。例えば、ピッチ比が１：２である場合、１つの凸部列に属する各凸部の頂点は、軸方向において２つの位置を交互に取るだけで、その他の位置を取り得ない。これによりシール部材上の固着トナーによるスジのピッチは図７（ｂ）に示すものの半分となるが、シール部材全体で十分なトナー除去効果が得られるとは言い難い。

また、第１の溝を形成するためのダイス９０１と、第２の溝を形成するためのダイス９０２との間で、その螺旋角θ1a、θ2a（より厳密には、これらに両ダイスの回転軸の傾きも加えた角度）を僅かに異なる値に設定し、ローラ素材４００上に形成される第１および第２の溝の螺旋角θ1bおよびθ2bを互いに異ならせることによっても、図６の配列とは少し異なるものの、これと同様に軸方向位置が少しずつ移動してゆく凸部列を形成することが可能である。

図１２は凸部の形状および配列の他の例を示す図である。２組のダイスそれぞれのピッチを同一とする一方、螺旋角θ1a、θ2aを異ならせて図１１と同様にローラ素材４００の表面を加工した場合を考える。この場合、図１２に示すように、それぞれの螺旋角に対応した２種類の溝が現像ローラ表面に刻まれることによって凹部４４６が形成され、これらの溝に囲まれて、配列ピッチＡとＢとが同一で、傾斜角α、βが直交しない凸部４４５の配列が形成される。このような構造においても、同一凸部列において隣接する各凸部４４５の頂面４４５１の先頭側頂点４４５２を結ぶ線がＸ方向に対してなす角γは９０度以外の値を取る。つまり、このような構成によっても、現像ローラの回転に伴いシール部材に当接する凸部４４５の位置は軸方向Ｘに少しずつ移動してゆき、シール部材の各所でトナーの掻き取り効果を発揮させることができる。

図１３はこの発明にかかる現像ローラの製造方法を示すフローチャートである。最初に、ローラ素材４００の下処理を行う（ステップＳ１０１）。ここでの下処理は、例えばローラ素材４００となるべき金属円筒または円柱を作成したり、その表面を平滑に仕上げるための処理などである。そして、このローラ素材４００を図示しない転造加工機にセットし（ステップＳ１０２）、第１のダイス、すなわちダイス９０１と、第２のダイス、すなわちダイス９０２とをローラ素材４００に押し当てた状態でこれらのダイスを回転させることにより、第１の溝４０１および第２の溝４０２を形成する（ステップＳ１０３）。第１および第２のダイスを回転させることによりローラ素材４００は回転しながら軸方向に沿って送られ、これによりローラ素材４００表面の所定領域に連続的に第１および第２の溝を形成することができる。最後に、こうして２種類の溝を形成されたローラ素材４００を洗浄したり、表面のストレスを取るための熱処理等の後処理を行って（ステップＳ１０４）、現像ローラとなるべきローラ素材の加工が完了する。

以上のように、この製造方法によれば、互いに同一円筒面の一部をなし、しかも、回転に伴う表面の移動方向に沿って並ぶ各凸部の軸方向位置が少しずつ変化してゆく凸部およびこれを囲む凹部を有する現像ローラを製造することができる。そして、こうして製造された現像ローラは、シール部材と当接しながら回転することにより、シール部材上の付着トナーを効果的に除去することが可能である。

なお、本願出願人が先に開示した前出の特開２００７−１４００８０号公報では、「互いに異なる型を用いて２種類の溝を形成してもよい」旨の記載があるが（例えば段落００１２）、どのような形状の型を組み合わせるのか、またその組み合わせで製造された現像ローラがどのような技術的意義を有するのかについては、具体的には開示していない。

図１４はこの発明の効果を説明するための図である。図１４において数値例１ないし数値例４として示す各部の寸法を有する４種類の現像ローラを試作し、その特性を評価した。ここでは、斜め方向の凸部の配列の傾斜角α、βを一定とし、そのピッチＡ、Ｂを変化させた。また、評価項目としては、（１）固着トナーによるシール部材４７上のフィルミング発生の有無、（２）現像ローラ４４表面、特にその凸部４４１へのトナー固着による現像ローラ４４上のフィルミング発生の有無、（３）現像ローラ等にトナーが付着したことに起因するスジ状の画像欠陥（画像スジ）発生の有無、（４）現像ローラ表面に担持されるトナーの帯電リセット性の良否に起因して生じる現像履歴現象の有無、（５）画像へのカブリの程度、（６）現像器外へのトナー飛散の程度、を用いた。

数値例１および２に示すように、凸部列における隣接凸部間の軸方向位置ずれ量Ｌ3がトナーの体積平均粒径Ｄaveよりも小さく、かつ現像ローラ１周分の該位置ずれ量の積算値（２πＲ／Ｌ1）・Ｌ3が軸方向の凸部配列ピッチＬ2と同等またはこれより大きいときに、各評価項目において良好な結果を得られた。特に、現像ローラ１周分の凸部位置ずれ量の積算値（２πＲ／Ｌ1）・Ｌ3が軸方向の凸部配列ピッチＬ2とほぼ等しいときに、最も良好であった。

これに対して、現像ローラ１周分の凸部位置ずれ量の積算値（２πＲ／Ｌ1）・Ｌ3が軸方向の凸部配列ピッチＬ2よりも小さい数値例３の構成や、凸部列における隣接凸部間の軸方向位置ずれ量Ｌ3がトナーの体積平均粒径Ｄaveよりも大きい数値例４の構成では、いずれの評価項目においてもよい結果を得ることができなかった。このことから、本発明がシール部材や現像ローラへのトナー固着防止に効果的に寄与していることがわかる。

以上説明したように、この実施形態では、現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃおよび４Ｋがそれぞれ本発明の「現像装置」として機能しており、現像ローラ４４が本発明の「トナー担持ローラ」として機能している。また、この実施形態の現像ローラ４４表面において、各凸部４４１が有する頂面４４１１の先頭側頂点４４１２が、本発明の「先頭部」に相当している。また、図８に示す凸部４４１ｂから見た凸部４４１ａおよび凸部４４１ｃがそれぞれ本発明の「前方側隣接凸部」および「後方側隣接凸部」に相当している。また、上記実施形態では、感光体２２が本発明の「潜像担持体」として機能している。

また、上記実施形態では、１組のダイス９０１および９０２が、それぞれ本発明の「第１の工具」および「第２の工具」として機能している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した現像ローラの製造方法においては、回転するダイスを押し当ててローラ素材表面を塑性変形させる、いわゆる通し転造法によって現像ローラ表面の凹凸構造を形成しているが、これに限定されるものではなく、例えば回転しながら軸方向に移動するローラ素材にバイトを押し当ててローラ素材表面の切削することによって溝を形成するようにしてもよい。

また、上記した製造方法では、互いに交わる２種類の溝を同時に形成しているが、例えば、２種類の溝をそれぞれ別工程で個別に形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態の現像ローラは、互いに交わる２種類の溝を形成する通し転造法により形成されたものであるため、その頂面が略平行四辺形を有する多数の凸部を有するものであるが、本発明の条件を満たすものであれば、凸部の形状はこれに限定されず、また他の製造方法により製造されたものであってもよい。

また、上記実施形態の現像ローラ４４では、斜め方向における凸部の配列の傾斜角α、βをそれぞれ４５°、１３５°としているが、これらの数値はこれに限定されるものでなく、適宜に変更してもよい。また、各部の寸法についても同様である。

さらに、上記各実施形態は、複数の現像器を回転するロータリー現像ユニットに装着したいわゆるロータリー現像方式の画像形成装置に本発明を適用したものであるが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、例えば複数の現像器を転写媒体の回転方向に沿って並べたいわゆるタンデム現像方式の画像形成装置や、現像器を１個のみ備えたモノクロ画像形成装置に対しても、本発明を適用することが可能である。

この発明を適用した画像形成装置の一実施形態を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 現像器の外観を示す図。 現像器の構造および現像バイアス波形を示す図。 現像ローラおよびその表面の部分拡大図を示す図。 現像ローラの表面構造をより詳細に示す図。 従来技術の画像形成装置におけるトナー固着の様子を示す模式図。 シール部材のトナー付着防止効果を説明するための図。 現像ローラの回転に伴う凸部の先頭側頂点の軌跡を示す図。 凸部の好ましい配列を示す図。 この発明にかかる現像ローラの製造方法の概要を示す図。 凸部の形状および配列の他の例を示す図。 この発明にかかる現像ローラの製造方法を示すフローチャート。 この発明の効果を説明するための図。

符号の説明

４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ…現像器（現像装置）、 ２２…感光体（潜像担持体）、 ４４…現像ローラ（トナー担持ローラ）、 ４７…シール部材、 ４００…ローラ素材、 ４４１…凸部、 ４４２…凹部、 ４４１２…（凸部頂面の）先頭側頂点（先頭部）、 ４４１ａ…（凸部４４１ｂから見た）前方側隣接凸部、 ４４１ｃ…（凸部４４１ｂから見た）後方側隣接凸部、 ９０１…ダイス（第１の工具）、 ９０２…ダイス（第２の工具）

Claims (10)

1. 円筒状または円柱状をなし、その外周面にトナーを担持するための凹凸部を有するトナー担持ローラの製造方法であって、
   円筒状または円柱状のローラ素材を用意する工程と、
   前記ローラ素材の外周面に、つるまき線状の第１の溝を形成する工程と、
   前記ローラ素材の外周面に、前記第１の溝と交わるつるまき線状の第２の溝を形成する工程と
   を備え、しかも、
   前記ローラ素材の軸方向における前記第１の溝と前記第２の溝とのピッチ比を非整数比とする
   ことを特徴とするトナー担持ローラの製造方法。
2. 前記第１の溝を形成する工程では、前記第１の溝を形成するための突起部を有する第１の工具を前記ローラ素材の外周面に押し当て前記ローラ素材を回転させながらその軸方向に移動させる一方、前記第２の溝を形成する工程では、前記第２の溝を形成するための突起部を有する第２の工具を前記ローラ素材の外周面に押し当て前記ローラ素材を回転させながらその軸方向に移動させ、しかも、
   前記第１の工具と前記第２の工具とを互いに異なる形状とする請求項１に記載のトナー担持ローラの製造方法。
3. 前記第１の溝を形成するための突起部を有する第１の工具と、前記第２の溝を形成するための突起部を有する第２の工具とを前記ローラ素材に押し当てて前記ローラ素材を回転させることにより、前記第１の溝を形成する工程および前記第２の溝を形成する工程とを同時に実行する請求項１または２に記載のトナー担持ローラの製造方法。
4. 内部にトナーを貯留するハウジングと、
   略円筒または略円柱形状に形成されるとともに前記ハウジングに回転自在に軸着され、その表面に帯電トナーを担持しながら回転してトナーを前記ハウジングの外部に搬送するトナー担持ローラと、
   前記ハウジング外部からハウジング内へ向かう前記トナー担持ローラ表面に当接してトナー漏れを防止するシール部材と
   を備え、
   前記トナー担持ローラは、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部をその表面に有しており、
   前記複数の凸部それぞれの頂面は互いに同一の円筒面の一部をなしており、各凸部の前記頂面の周囲のうち前記トナー担持ローラの回転に伴う移動方向において最も先頭に位置する部分を当該凸部の先頭部と定義したとき、
   前記トナー担持ローラが１周する間に前記各凸部それぞれの前記先頭部が描く軌跡同士の、前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における間隔の最大値が、０より大きく前記トナーの体積平均粒径よりも小さい
   ことを特徴とする現像装置。
5. 前記凸部のそれぞれについて、当該凸部の前記先頭部と、当該凸部に隣接する凸部のうち前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における位置の差が最も小さい凸部の前記先頭部との間の前記軸方向における間隔が、０より大きく前記トナーの体積平均粒径よりも小さい請求項４に記載の現像装置。
6. 前記凸部のそれぞれについて、当該凸部に隣接し前記移動方向において当該凸部よりも前方側に位置する凸部のうち前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における位置の差が最も小さい前方側隣接凸部の前記先頭部と、当該凸部に隣接し前記移動方向において当該凸部よりも後方側に位置する凸部のうち前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における位置の差が最も小さい後方側隣接凸部の前記先頭部とが、前記軸方向において互いに位置が異なる請求項５に記載の現像装置。
7. 前記軸方向において、前記前方側隣接凸部と前記後方側隣接凸部とが、当該凸部を挟んで互いに反対側に位置する請求項６に記載の現像装置。
8. 前記複数の凸部それぞれの頂面は、前記移動方向における前方側に最も突出した頂点を有しており、該頂点が前記先頭部を構成する請求項４ないし７のいずれかに記載の現像装置。
9. 互いに隣接する前記凸部のうち前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における位置の差が最も小さい２つの凸部それぞれの前記頂点同士を前記円筒面に沿った最短距離で結んだ線がいずれも、前記円筒面上の単一のつるまき線の一部をなす請求項８に記載の現像装置。
10. 静電潜像を担持する潜像担持体と、
    内部にトナーを貯留するハウジングと、
    略円筒または略円柱形状に形成されるとともに前記ハウジングに回転自在に軸着され、その表面に帯電トナーを担持しながら回転してトナーを前記潜像担持体との対向位置に搬送するトナー担持ローラと、
    前記ハウジング外部からハウジング内へ向かう前記トナー担持ローラ表面に当接してトナー漏れを防止するシール部材と
    を備え、
    前記トナー担持ローラは、規則的に配置された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部をその表面に有しており、
    前記複数の凸部それぞれの頂面は互いに同一の円筒面の一部をなしており、各凸部の前記頂面の周囲のうち前記トナー担持ローラの回転に伴う移動方向において最も先頭に位置する部分を当該凸部の先頭部と定義したとき、前記トナー担持ローラが１周する間に前記各凸部それぞれの前記先頭部が描く軌跡同士の、前記トナー担持ローラの回転軸に平行な軸方向における間隔の最大値が、０より大きく前記トナーの体積平均粒径よりも小さい
    ことを特徴とする画像形成装置。

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