JP6335642B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いて画像を形成する画像形成装置に関する。

特許文献１には、軸方向に沿って延びて周方向の複数個所にＶ字溝を有する現像ローラを備える画像形成装置が開示される。こうした現像ローラが用いられると、従来のブラスト処理による現像ローラの場合よりも現像ローラの耐摩耗性が向上する。

特開２０００−３２１８６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、現像剤がＶ字溝を起点として穂を形成するために、Ｖ字溝により形成される凹凸に対応して現像ローラ上に穂ムラが起きる。このために、感光体ドラム上のトナー像に現像ローラ上の穂ムラに対応した画像濃度ムラが起きる場合がある。

本発明は、上記実情に鑑み、現像ローラの外表面において周方向に所定間隔を設けて形成された複数の溝に起因する像担持体の表面の画像濃度ムラの発生を抑制することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の画像形成装置は、像回転体と、前記像回転体に対向配置され且つ前記像回転体とは逆方向に回転し、前記像回転体に形成された静電像を現像する現像領域に向けてトナーとキャリアを含む現像剤を担持搬送する現像回転体と、前記現像回転体の内部に固定配置され、前記現像剤を前記現像回転体に担持させるための磁界を発生するマグネットと、現像バイアスを前記現像回転体及び前記像回転体の少なくとも一方に印加するバイアス印加手段と、を備えた画像形成装置において、前記現像回転体の表面には、前記現像回転体の回転軸線方向に沿って、且つ前記現像回転体の回転方向の全域に亘って所定の間隔を介して複数の溝部が形成され、画像形成時における前記現像回転体の周速をＶｓ、前記画像形成時における前記像回転体の周速をＶｄ、前記現像回転体の半径をＲｓ、前記像回転体の半径をＲｄ、前記像回転体の回転軸線に直交する断面で見たとき、前記像回転体の回転方向に関して前記現像領域の最上流位置と最下流位置とを結ぶ線分の長さをＬｎｉｐ、前記現像回転体の回転軸線に直交する断面で見たとき、前記現像回転体の回転方向に関して前記複数の溝部のそれぞれの溝部と溝部のピッチをｐ、任意の自然数をｎ、とした場合、０．９５ｎｐ≦２［（Ｖｓ／Ｖｄ）×Ｒｄ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｄ）−Ｒｓ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｓ）］≦１．０５ｎｐの関係を満たす（ｎ＝２）ことを特徴とする。

本発明によれば、現像ローラの外表面において周方向に所定間隔を設けて形成された複数の溝に起因する像担持体の表面の画像濃度ムラの発生を抑制することができる。

実施例１に係る画像形成装置の断面図である。 現像装置の断面図である。 現像装置の変形例の断面図である。 現像装置の断面図である。 現像スリーブに形成する溝の断面図等である。 現像スリーブに形成する変形例の溝の断面図である。 現像スリーブと感光体ドラムとの間で現像剤が搬送される様子を示す概念図である。 現像スリーブに現像剤が担持される様子を示す断面図である。 現像剤搬送方向の溝間における現像スリーブ上の現像剤密度と感光体ドラム上の濃度の関係を示すグラフである。 感光体ドラム上の点Ａが、現像領域にて追い抜かされる溝の範囲を模式的に示す断面図である。 感光体ドラム上の点Ａからｗ／αよりも短い距離だけ離れた点Ｂが、現像領域にて追い抜かされる溝の範囲を模式的に示す断面図である。 感光体ドラム上の点Ａからｗ／αよりも長く、（２ｐ−Ｌ）／αよりも短い距離だけ離れた点Ｃが、現像領域にて追い抜かされる溝の範囲を模式的に示す断面図である。 感光体ドラム上の点Ａから（２ｐ−Ｌ）／αよりも長く、（２ｐ＋ｗ−Ｌ）／αよりも短い距離だけ離れた点Ｄが、現像領域にて追い抜かされる溝の範囲を模式的に示す断面図である。 感光体ドラム上の点Ａから（２ｐ＋ｗ−Ｌ）／αよりも長く、ｐ／αよりも短い距離だけ離れた点Ｅが、現像領域にて追い抜かされる溝の範囲を模式的に示す断面図である。 ｐ＋ｗ≦Ｌ＜２ｐのとき、感光体ドラムの各点の溝が通過する回数を示すグラフである。 Ｌ＝２ｐのとき、感光体ドラム上の点Ａが現像領域にて追い越される溝の範囲を模式的に示す断面図である。 感光体ドラム上の任意の点にて、現像領域中で追い越される溝の本数を示すグラフである。 （ａ）は、比較例の場合の転写材上の濃度と転写材の位置の関係を示すグラフである。（ｂ）は、本実施例の場合の転写材上の濃度と転写材の位置の関係を示すグラフである。 感光体ドラムの径、現像スリーブの径、溝の形状等は本実施例と同様の場合を用い、周速比αのみを細かく変化させた場合の感光体ドラム上に現れる溝の周期に相当する部分の濃度ムラのピーク値をプロットした図である。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、実施例１に係る画像形成装置１００の断面図である。図１に示される画像形成装置１００はフルカラー画像形成装置であり、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各ステーションはほぼ同様の構成である。各ステーションは、フルカラー画像において、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像を形成する。以下の説明において、例えば現像装置１０４とあれば、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各ステーションにおける現像装置１０４Ｙ、現像装置１０４Ｍ、現像装置１０４Ｃ、現像装置１０４Ｋを共通して指すものとする。また、以下で使用する符号の１０、２０、２１、２２、２３、２６、３０についても同様とする。

まず、画像形成装置１００の全体の動作を説明する。『像担持体』としての感光体ドラム１０は、現像ローラ３０に対向して配置され、静電像を担持する部材である。感光体ドラム１０は、回動自在に設けられており、その感光体ドラム１０を一次帯電器２１で一様に帯電し、例えばレーザのような発光素子２２によって情報信号に応じて変調された光で露光して静電像を形成する。その静電像は現像装置１０４により、後述のような過程でトナー像（現像剤像）として可視像化される。

そのトナー像は、第１転写帯電器２３によって、転写材搬送シート２４によって搬送されてきた記録材である転写材２７上に各ステーションごとに転写され、その後、定着装置２５によって定着されて永久画像が得られる。感光体ドラム１０上の転写残トナーはクリーニング装置２６により除去される。画像形成で消費された現像剤Ｔ中のトナーはトナー補給槽２０から補給される。

ここでは、感光体ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから転写材搬送シート２４に搬送された転写材２７に直接転写する方法をとった。ただし、転写材搬送シート２４の代わりに中間転写体を設ける構成にも本発明は適用できる。この場合には、各色の感光体ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから中間転写体に各色のトナー像が一次転写された後、転写紙に各色の複合トナー像が一括して二次転写される構成となる。

＜二成分現像剤の説明＞
次に、本実施例にて用いられる二成分現像剤について説明する。トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。そして、トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、本実施例では体積平均粒径は７．０μｍのトナーを用いた。

キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。本実施例では体積平均粒径が４０μｍ、抵抗率が５×１０^８Ωｃｍ、磁化量が２６０ｅｍｕ／ｃｃのキャリアを用いた。

＜現像装置の動作＞
図２は、現像装置１０４の断面図である。この図２により、現像装置１０４の動作を説明する。本実施例の現像装置１０４は、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤が収容された現像容器２内に、現像ローラ３０と、規制ブレード９と、を有する。『現像剤担持体』としての現像ローラ３０は、トナーとキャリアを有する現像剤Ｔを担持可能なローラである。現像ローラ３０は、現像スリーブ８と、現像スリーブ８の内部に周方向で複数の磁極が配置されたマグネットローラ８’を有する。現像ローラ３０は、外表面において周方向に所定間隔を設けて形成されて軸線方向に延びる複数の溝２００を有する。

画像形成装置１００は、現像ローラ３０と感光体ドラム１０の対向部である現像領域に、交流電界を有する現像バイアスを作用させて感光体ドラム１０の静電像を現像ローラ３０が担持する現像剤Ｔで現像する。

規制ブレード９は、現像スリーブ８と対向して設置されて現像スリーブ８の表面に担持された現像剤Ｔの層厚を規制する部材である。現像容器２内の略中央部は紙面に垂直方向に延在する隔壁７によって現像室３と撹拌室４に上下に区画されており、現像剤Ｔは現像室３及び撹拌室４に収容されている。

現像室３及び撹拌室４には、現像剤Ｔを撹拌しつつ搬送し、現像容器２内を循環させる循環手段である第１及び第２搬送スクリュー５、６がそれぞれ配置されている。第１搬送スクリュー５は現像室３の底部に現像スリーブ８の軸方向に沿ってほぼ平行に配置されており、回転して現像室３内の現像剤Ｔを軸線方向に沿って一方向に搬送する。第２搬送スクリュー６は撹拌室４内の底部に第１搬送スクリュー５とほぼ平行に配置され、撹拌室４内の現像剤Ｔを第１搬送スクリュー５と反対方向に搬送する。

このようにして、第１及び第２搬送スクリュー５、６の回転による搬送によって、現像装置１０４内の現像剤Ｔの分布は、隔壁７の両端部の開口部（連通部）（図４では連通部７１、７２）を通じて現像室３と撹拌室４との間で循環される。

更に、現像容器２の感光体ドラム１０に対向した現像領域に相当する位置には開口部があり、この開口部に現像スリーブ８が感光体ドラム１０側に一部露出するように回転可能に配設されている。この現像スリーブ８は非磁性材料で構成され、その内部には磁界発生手段であるマグネットローラ８’が非回転状態で設置されており、このマグネットローラ８’は現像極Ｓ２と現像剤Ｔを搬送する磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を有している。

このうち同極である第１磁極Ｎ３と第２磁極Ｎ１は、隣り合って現像容器２の内部側に設置されており、極間に反発磁界が形成され、現像剤Ｔに対してはバリアが形成されており、撹拌室４にて現像剤Ｔを離すように構成されている。ただし、現像室３と撹拌室４は本実施例のように上下に区画される形状に限られるものではなく、図３のように左右に区画されても問題ない。また、現像スリーブ８上のバリアにより現像スリーブ８から取り除かれた現像剤Ｔが回収される部屋は撹拌室４に限定されるものではなく、現像室３に回収されても問題ない（図３参照）。

図２に戻って説明する。ここで、現像スリーブ８の直径は２０ｍｍ、感光体ドラム１０の直径は３０ｍｍ、又、この現像スリーブ８と感光体ドラム１０との最近接領域を約３００μｍの距離とする。このことによって、現像部に搬送した現像剤Ｔを感光体ドラム１０と接触させた状態で、現像が行なえるように設定されている。なお、この現像スリーブ８はアルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成され、その内部には磁界手段であるマグネットローラ８’が非回転状態で設置されている。

而して、現像スリーブ８は、現像時に図示矢印方向（反時計方向）に回転し、第２磁極Ｎ１と対向する規制ブレード９による磁気ブラシの穂切りによって層厚を規制された二成分現像剤Ｔを担持して、これを感光体ドラム１０と対向した現像領域に搬送する。そして、感光体ドラム１０上に形成された静電像に現像剤Ｔを供給して静電像を現像する。

この時、現像効率、つまり、静電像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ８には電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。本実施例では、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが１３００Ｖ、周波数ｆが１０ｋＨｚの交流電圧とした。しかし、直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。

また、一般に、二成分磁気ブラシ現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生し易くなる。このため、現像スリーブ８に印加する直流電圧と感光体ドラム１０の帯電電位（即ち白地部電位）との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止している。

現像領域に於いては、現像装置１０４の現像スリーブ８は、共に感光体ドラム１０の移動方向と順方向で移動し、周速比は、感光体ドラムに対して１．５８１倍で移動している。この周速比に関しては、０．５〜２．５倍の間で設定され、好ましくは、１．０〜２．０倍の間に設定されればよい。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、トナー飛散、現像剤Ｔの劣化等の問題点が発生するので、上記の範囲内で設定することが好ましい。

また、第２磁極Ｎ１に対向する穂切り部材である規制ブレード９は、現像スリーブ８の長手方向の軸線に沿って延在した板状のアルミニウムなどで形成された非磁性部材で構成され、感光体ドラム１０よりも現像スリーブ８の回転方向の上流側に配設されている。

そして、この規制ブレード９の先端部と現像スリーブ８との間を現像剤Ｔのトナーとキャリアの両方が通過して現像領域へと送られる。尚、規制ブレード９の現像スリーブ８の表面との間隙（ギャップ）を調整することによって、現像スリーブ８上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制されて現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。

本実施例においては、規制ブレード９によって、現像スリーブ８上の単位面積当りの現像剤Ｔのコート量を３０ｍｇ／ｃｍ^２に規制している。なお、規制ブレード９と現像スリーブ８は、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定される。本実施例では４００μｍに設定した。

図４は、現像装置１０４を正面から見た断面図である。第１搬送スクリュー５は、現像室３内の底部に現像スリーブ８の軸方向（現像幅方向）に沿ってほぼ平行に配置されており、本実施例では、強磁性体で構成される回転軸１２の周りに非磁性材料で構成された撹拌翼１３をスパイラル状のスクリュー構造とされる。第１搬送スクリュー５は、回転して現像室３内の現像剤Ｔを現像室３の底部にて現像スリーブ８の軸線方向に沿って搬送する。

第２搬送スクリュー６も第１搬送スクリュー５と同様に回転軸の周りに撹拌翼を第１搬送スクリュー５とは逆向きにしてスパイラル状のスクリュー構造とされる。第２搬送スクリュー６は、撹拌室４内の底部に第１搬送スクリュー５とほぼ平行に配設され、第１搬送スクリュー５と同方向に回転して撹拌室４内の現像剤Ｔを第１搬送スクリュー５と反対方向に搬送する。

このような第１及び第２搬送スクリュー５、６の回転によって、現像剤Ｔが現像室３と撹拌室４との間で循環する。また、現像装置１０４では、現像室３と撹拌室４とが鉛直方向上下に配置されており（図２参照）、現像室３から撹拌室４への現像剤Ｔは上から下へ、又、撹拌室４から現像室３への現像剤Ｔは下から上へ動く。特に、撹拌室４から現像室３へは、端部に溜まった現像剤Ｔの圧力により下から上へと押し上げられるようにして現像剤Ｔが受け渡される。

次に、本実施例の特徴的な部分である現像スリーブ８の感光体ドラム１０に対する周速比について詳述する。通常内部にマグネットローラ８’を備えた現像スリーブ８においては、現像剤Ｔの搬送性を向上させるために 現像スリーブ８の表面を粗に形成する手段が採用されている。このような手段としては、まず細粒の硬質粒子を現像スリーブ８の表面に投射するブラスト処理がある（ 例えば特公平１−５７１１号公報、特公平１−３２５０６ 号公報参照）。しかしながらブラスト処理によって表面を粗にしたものは、使用中に摩耗し易く、耐久性が劣るという問題点がある。

これを解決する方法として現像スリーブ８の表面にローレット加工（溝加工）により粗面を形成する手段がある（例えば特開昭５４−７９０４３ 号公報参照）。これにより現像スリーブ８の耐摩耗性能は格段に向上する。

図５（ａ）は、現像スリーブ８に形成する溝２００の断面図である。ここでは、溝２００は深さＤ＝４０［μｍ］、幅Ｗ＝１００［μｍ］の左右対称な断面視Ｖ字型で現像スリーブ８上に間隔Ｉ＝約７７０［μｍ］をもって各々現像スリーブ８の軸線に平行に５０本形成されている。溝間隔Ｉは、図示されるような溝２００間の距離である。

図中のｐは溝２００と溝２００のピッチであり、本実施例の場合、ｐ＝Ｗ＋Ｉ＝８７０［μｍ］である。また、溝形状のＶ字の角度Θは約５０［°］である。溝形状は現像剤Ｔが引っ掛かり搬送されさえすれば断面視Ｖ字型に限定されない。例えば、図５（ｂ）の断面視でＶ字の底がＵ字型、図６（ａ）の断面視Ｕ字型、図６（ｂ）の断面視四角型等でも良い。ただしいずれの場合も引っかかるためには少なくとも一個以上のキャリアが溝２００に入る必要があることから、溝２００の深さＤ＞キャリア半径、溝２００の幅Ｗ ＞ キャリア直径であることが発明者らの鋭意検討により分かっている。

図７は、現像スリーブ８と感光体ドラム１０との間で現像剤Ｔが搬送される様子を示す概念図である。ここで、破線で囲まれる領域は互いに対向する現像スリーブ８と感光体ドラム１０との間の現像領域を示す。図７中でキャリアは省略している。現像剤Ｔは、現像スリーブ８に内包されるマグネットローラ８’により穂立ちを形成しつつ、現像スリーブ８に形成される溝２００（図２参照）に拘束される。

図８は、現像スリーブ８に現像剤Ｔが担持される様子を示す断面図である。図８に示されるように、溝２００と溝２００との間にある現像剤Ｔは、現像剤搬送方向Ｊの上流の溝２００に拘束される磁気穂によって力を受けて現像剤搬送方向Ｊの下流へと押し出されて搬送される。このために、現像スリーブ８の表面の現像剤Ｔの密度は微視的に一定ではなく、現像剤Ｔの密度は、溝２００の部位では密度が大きく、溝２００よりも現像剤搬送方向Ｊの下流に行くに従って徐々に密度が小さくなっていく。

このように、現像スリーブ８の表面の現像剤Ｔの密度が不均一になると、この不均一さに由来する濃度ムラが感光体ドラム１０のトナー像に発生することがある。以下で更に詳しく説明する。

図９は、現像剤搬送方向Ｊの溝２００間における現像スリーブ８上の現像剤Ｔの密度と感光体ドラム１０上の濃度の関係を示すグラフである。通常は、現像領域である感光体ドラム１０と現像スリーブ８との間に現像剤Ｔが多く入れば、その分トナーもたくさん存在することになり、同じ現像条件であれば画像は濃くなる。このため、現像スリーブ８の感光体ドラム１０に対する周速比が１である場合には、図８のような現像剤Ｔの密度となると、図９のようにその現像剤Ｔの密度に対応した濃度ムラが感光体ドラム１０の表面に発生する。

しかしながら、通常は、現像スリーブ８の感光体ドラム１０に対する周速比は１よりも大きく、概ね１．０以上２．５以下であるので、感光体ドラム１０の表面の濃度ムラは現像スリーブ８の表面の現像剤Ｔの密度と１対１では対応しない。

ここで、図７に戻って説明する。現像スリーブ８の感光体ドラム１０に対する周速比αが１よりも大きいときの現像領域の様子を説明する。第１時刻ｔ１にて、現像領域における感光体ドラム１０の最上流側の点Ｐの位置を位置Ａｄとし、現像領域における現像スリーブ８の最上流側の点Ｑの位置を位置Ａｓとする。そして、第２時刻ｔ２にて、点Ｐの位置は現像領域における感光体ドラム１０の最下流側の位置Ｂｄまで進み、点Ｑの位置は位置Ｂｓまで進む。

現像スリーブ８の表面の現像領域の最下流側の点を点Ｒとして、その位置をＣｓとする。点Ｐが現像領域の最下流に到達した時の時刻をｔ２とすると、感光体ドラム１０上の点Ｐは現像領域において、時間ｔ２−ｔ１だけ現像され、その間に現像スリーブ８の表面の周方向の先行幅Ｌ＝Ｂｓ−Ｃｓが点Ｐの対向部を通過する。

ここで、Ｖｓ、Ｖｄは、それぞれ現像スリーブ８、感光体ドラム１０の周速である。現像スリーブ８の感光体ドラム１０に対する先行領域の先行幅Ｌは、現像領域の幅をＬｎｉｐ、感光体ドラム１０の半径をＲｄ、現像スリーブ８の半径をＲｓ、現像スリーブ８の感光体ドラム１０に対する周速比をα＝Ｖｓ／Ｖｄとすると、次式（１）になる。 ［数１］Ｌ＝２［α×Ｒｄ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｄ）−Ｒｓ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｓ）］・・・（１）

現像領域の周方向の幅Ｌｎｉｐは、感光体ドラム１０を停止させた状態で、現像装置１０４を画像形成時と同じ状態で駆動及び現像させたときに、感光体ドラム１０の表面に付着したトナーの幅を測定することで求めることができる。ここで、現像装置１０４の駆動条件や、印加するバイアスや、また、感光体ドラム１０と現像スリーブ８との位置関係や距離は、画像形成時と同様にすることに注意する。

感光体ドラム１０の電位は、レーザ露光がされなくてもトナーが感光体ドラム１０へと現像される程度の電位であれば良い。現像バイアスやトナーにもよるが、本実施例のようにトナーが負極性の二成分現像の場合は、概ね現像バイアスの直流電圧成分よりも５０［Ｖ］〜１００［Ｖ］くらい大きければよい。

本実施例の場合では現像バイアスの直流成分が−５００［Ｖ］のために、感光体ドラム１０の電位は−４００［Ｖ］〜−４５０［Ｖ］が好ましい。また、バイアス印加時間は長すぎると感光体ドラム１０上のトナー幅が実際よりも広く出てしまうことがあるため、１秒以上３０秒以下が好ましい。

式（１）は、点Ｐについてだけではなく、感光体ドラム１０のどの点でも成り立ち、感光体ドラム１０の全ての点は常に現像スリーブ８によって先行幅Ｌだけ現像領域において追い抜かれていく。

よって、感光体ドラム１０のそれぞれの点において、現像領域において追い抜かれる現像スリーブ８の先行領域（先行幅Ｌ部分）は、感光体ドラム１０の各点に対応して現像スリーブ８に連続的に存在する。感光体ドラム１０上の距離は、現像スリーブ８上の距離の１／α倍に対応するために、感光体ドラム１０の各点が現像領域にて追い抜かされる溝２００の様子を示すと、後述する図１０のようになる。以下詳述する。

図１０は、感光体ドラム１０上の点Ａが、現像領域にて追い抜かされる溝２００の範囲を模式的に示す断面図である。図１０中の底辺の長さがＬ／αの台形は、先行領域（先行幅Ｌ部分）を表す。点Ａは、現像領域で２本の溝２００に追い抜かされる。図中のＷ、Ｉ、ｐは、それぞれ溝幅、溝間隔、溝ピッチである。

図１１は、感光体ドラム１０上の点Ａからｗ／αよりも短い距離だけ離れた点Ｂが、現像領域にて追い抜かされる溝２００の範囲を模式的に示す断面図である。先行領域（先行幅Ｌ部分）の内部には、溝２００は１本と少ししかない。

図１２は、感光体ドラム１０上の点Ａからｗ／αよりも長く、（２ｐ−Ｌ）／αよりも短い距離だけ離れた点Ｃが、現像領域にて追い抜かされる溝２００の範囲を模式的に示す断面図である。先行領域（先行幅Ｌ部分）の内部には、溝２００は丁度１本だけある。

図１３は、感光体ドラム１０上の点Ａから（２ｐ−Ｌ）／αよりも長く、（２ｐ＋ｗ−Ｌ）／αよりも短い距離だけ離れた点Ｄが、現像領域にて追い抜かされる溝２００の範囲を模式的に示す断面図である。先行領域（先行幅Ｌ部分）の内部には、溝２００は、１本と少しだけある。

図１４は、感光体ドラム１０上の点Ａから（２ｐ＋ｗ−Ｌ）／αよりも長く、ｐ／αよりも短い距離だけ離れた点Ｅが、現像領域にて追い抜かされる溝２００の範囲を模式的に示す断面図である。先行領域（先行幅Ｌ部分）の内部には、溝２００は丁度２本だけある。

そしてさらに点Ａから距離ｐ／αよりも長い領域にある各点は以上の例のように１本と２本の溝２００の通過を繰り返していく。このように、感光体ドラム１０上の各点を通過する溝２００の本数は一定ではなく周期的に変動し、その変動の割合は現像領域の幅Ｌｎｉｐ、先行領域の先行幅Ｌ、周速比α、そして溝２００の溝ピッチｐによって決まる。ただし、感光体ドラム１０上の各点を通過する溝２００の本数の変動周期自体は、ｐ／αであり、周速比αと溝ピッチｐのみで決まる。

図１５は、図１０〜図１４で説明した場合、つまりｐ＋ｗ≦Ｌ＜２ｐのときに感光体ドラム１０の各点の溝２００が通過する回数を示すグラフである。図１５に示されるように、感光体ドラム１０の表面を通過する溝２００の通過回数は、１回と２回とを行ったり来たりする。これでは、感光体ドラム１０の表面の濃度ムラが生じやすい。

この一方で、ｎを自然数としてＬ＝ｎｐのとき、つまり先行領域（先行幅Ｌ部分）がちょうど溝ピッチｐのゼロを除く整数倍の場合は感光体ドラム１０上の任意の位置において現像領域中の溝２００の通過回数をｎ回（＝一定）にできる。このことから、現像領域内の感光体ドラム１０の表面で周方向の所定位置を通過する現像ローラ３０の溝２００の本数は、常に一定の自然数倍である。溝２００の通過回数を一定化することができるので、感光体ドラム１０の表面の濃度ムラが抑制される。以下で説明する。

図１６は、Ｌ＝２ｐのとき、感光体ドラム１０上の点Ａが現像領域にて追い越される範囲を模式的に示す断面図である。図１６中のＬ／αの台形は、先行領域（先行幅Ｌ部分）を表しており、点Ａは現像領域で２本の溝２００に追い越される。点Ａの隣の点Ｂは、先行領域（先行幅Ｌ部分）の中に点Ａの対向部の溝Ｍ１の一部を含まない代わりに同じ長さだけ２本隣の溝Ｍ２の一部を含み、溝Ｍ１の一部と溝Ｍ２の一部を合わせるとちょうど溝１本分となる。

よって、点Ｂにおいても先行領域（先行幅Ｌ部分）内にはちょうど２本分含まれる。このように、Ｌ＝２ｐの場合に、感光体ドラム１０上のどの点をとっても先行領域（先行幅Ｌ部分）内の溝２００の本数はちょうど２本である。

図１７は、感光体ドラム１０上の任意の点にて、現像領域中で追い越される溝２００の本数を示すグラフである。感光体ドラム１０上の任意の点において現像領域中で追い越される溝２００の本数は常に２本である。本実施例の場合はＬ＝２ｐの場合であるが、一般にＬ＝ｎｐであれば、感光体ドラム１０上の任意の点において現像領域中で追い越される溝２００の本数は常にｎ本となる。

以上のように、感光体ドラム１０上の各点において現像領域中で追い越される溝２００の本数は、以下の値によって決まる。即ち、その溝２００の本数は、現像領域の幅Ｌｎｉｐ、先行領域の先行幅Ｌ＝２［α×Ｒｄ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｄ）−Ｒｓ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｓ）］、周速比α、そして溝ピッチｐによって決まる。

そして、現像スリーブ８上の現像剤Ｔの密度は溝２００において現像剤Ｔの密度が大きく、非溝部においては現像剤Ｔの密度が小さいため、現像領域における溝通過回数が多いほど対応する感光体ドラム１０上の濃度は濃くなる。よって、感光体ドラム１０上の各点における溝通過回数に応じた濃度ムラが感光体ドラム１０上のトナー像に（つまり出力画像上に）出現する。

＜実験＞本実施例による効果を表す実験内容を以下に示す。図１８（ａ）は、比較例の場合の転写材２７上の濃度と転写材２７の位置の関係を示すグラフである。比較例として、感光体ドラム１０の径、現像スリーブ８の径、溝２００の形状等は本実施例と同様の場合を用いる。現像スリーブ８の感光体ドラム１０に対する周速比α＝１．４５、ｐ＝０．８７［ｍｍ］、ｗ＝１００［μｍ］、Ｌｎｉｐ＝３［ｍｍ］、である。つまり先に説明したｐ＋ｗ≦Ｌ＜２ｐの場合である。

図１８（ｂ）は、本実施例の場合の転写材２７上の濃度と転写材２７の位置の関係を示すグラフである。本実施例の場合は、先述のとおり、現像スリーブ８の感光体ドラム１０に対する周速比α＝１．５８１、ｐ＝０．８７［ｍｍ］、ｗ＝１００［μｍ］、Ｌｎｉｐ＝３［ｍｍ］、であり、Ｌ＝２ｐ＝０．７４である。

濃度ムラの測定方法としては、出力されたＡ３ハーフトーン画像をＥＰＳＯＮ製スキャナーｏｆｆｉｒｉｏ ＥＳ−１００００Ｇを用いて濃度を数値化した。図１８（ａ）の比較例の場合には、溝２００の通過毎に感光体ドラム１０の表面に濃度ムラが生じていたことを示しており、図１８（ｂ）の本実施例の場合には、溝２００の通過毎に感光体ドラム１０の表面に目立った濃度ムラが生じていないことが分かる。

図１９は、感光体ドラム１０の径、現像スリーブ８の径、溝２００の形状等は本実施例と同様の場合を用い、図１８で求めた濃度ムラ画像を更にＦＦＴすることでスペクトル解析を行い、周速比αのみを細かく変化させた場合の感光体ドラム１０上に現れる溝２００の周期に相当する部分の濃度ムラのピーク値をプロットした図である。図１９によると、本実施例の場合であるα＝１．５８１を略中心とする１．５６＜＝α＜＝１．６１の範囲で大きく濃度ムラ強度が減少していることが分かる。

理論的にはαの値が約１．５８１でちょうどＬ＝２ｐとなることを考慮すると、発明者らの検討によると上記結果のように、先行領域の先行幅Ｌがｐのちょうど整数倍となる値を中心として約±５％の範囲で濃度ムラ抑制の効果がある。

すなわち、Ｌ＝２ｐに約±５％の範囲の誤差を考慮する場合には、以下のような関係が成立するとしても良い。前提として、現像ローラ３０の線速度をＶｓ、感光体ドラム１０の線速度をＶｄ、現像ローラ３０の感光体ドラム１０に対する周速比をα＝Ｖｓ／Ｖｄ、とする。また、現像ローラ３０の半径をＲｓ、感光体ドラム１０の半径をＲｄ、現像領域の周方向の幅をＬｎｉｐ、現像ローラ３０の溝２００のピッチをｐ、任意の自然数をｎ、とする。こうした場合に、（１−０．０５）×ｎｐ ≦ ２［α×Ｒｄ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｄ）−Ｒｓ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｓ）］≦（１＋０．０５）×ｎｐ、の関係を満たす。

以上、感光体ドラム１０上の任意の位置で現像領域中の溝２００の通過回数を一定にして、現像ローラ３０の外表面において周方向に所定間隔を設けて形成された複数の溝２００に起因する感光体ドラム１０の表面の画像濃度ムラの発生を抑制することができる。

８’ マグネット
１０ 感光体ドラム（像担持体）
２０ 現像ローラ（現像剤担持体）
１００ 画像形成装置
２００ 溝
α＝Ｖｓ／Ｖｄ 現像ローラの感光体ドラムに対する周速比
Ｌｎｉｐ 現像領域の周方向の幅
ｎ 任意の自然数
ｐ 現像ローラの溝のピッチ
Ｒｓ 現像ローラの半径
Ｒｄ 感光体ドラムの半径
Ｔ 現像剤
Ｖｓ 現像ローラの線速度
Ｖｄ 感光体ドラムの線速度

Claims (1)

1. 像回転体と、
   前記像回転体に対向配置され且つ前記像回転体とは逆方向に回転し、前記像回転体に形成された静電像を現像する現像領域に向けてトナーとキャリアを含む現像剤を担持搬送する現像回転体と、
   前記現像回転体の内部に固定配置され、前記現像剤を前記現像回転体に担持させるための磁界を発生するマグネットと、
   現像バイアスを前記現像回転体及び前記像回転体の少なくとも一方に印加するバイアス印加手段と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記現像回転体の表面には、前記現像回転体の回転軸線方向に沿って、且つ前記現像回転体の回転方向の全域に亘って所定の間隔を介して複数の溝部が形成され、
   画像形成時における前記現像回転体の周速をＶｓ、
   前記画像形成時における前記像回転体の周速をＶｄ、
   前記現像回転体の半径をＲｓ、
   前記像回転体の半径をＲｄ、
   前記像回転体の回転軸線に直交する断面で見たとき、前記像回転体の回転方向に関して前記現像領域の最上流位置と最下流位置とを結ぶ線分の長さをＬｎｉｐ、
   前記現像回転体の回転軸線に直交する断面で見たとき、前記現像回転体の回転方向に関して前記複数の溝部のそれぞれの溝部と溝部のピッチをｐ、
   任意の自然数をｎ、
   とした場合、
   ０．９５ｎｐ≦２［（Ｖｓ／Ｖｄ）×Ｒｄ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｄ）−Ｒｓ×ａｒｃｓｉｎ（Ｌｎｉｐ／２Ｒｓ）］≦１．０５ｎｐ
   の関係を満たす（ｎ＝２）
   ことを特徴とする画像形成装置。

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