JP6918454B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーとキャリアとを含む現像剤を用いて、感光ドラムなどの像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置に関する。

電子写真方式や静電記録方式を用いた画像形成装置では、感光ドラムなどの像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を付着させて可視像化（現像）する。このような現像に使用される現像装置では、従来から、トナーとキャリアからなる２成分現像剤（以下、現像剤と称する）を用いるものが知られている。

このような現像装置では、内側にマグネットを配置した現像スリーブの表面に現像剤を担持し、現像スリーブが回転することで現像剤が搬送される。現像剤は、現像スリーブに近接して配置された規制ブレードにより現像剤の量（層厚）が規制されて、感光ドラムと対向する現像領域に搬送される。そして、感光ドラム上に形成された静電潜像を現像剤中のトナーにより現像する。

このように現像剤を担持して搬送する現像スリーブとして、表面に断面Ｖ字形状の複数の溝を有するものが知られている（特許文献1）。このような構成の場合、表面に設けられた複数の溝で現像剤を捕捉して効率良く搬送することができる。また、溝の断面形状として、Ｖ字形状以外に台形形状としたものも知られている（特許文献２）。

特開２０１３−１９０７５９号公報 特開平５−２４９８３３号公報

特許文献1のようなＶ字形状の溝の場合、溝内に現像剤のキャリアが詰まる可能性がある。キャリアが溝内に詰まると、溝内にキャリアが留まり続けることでキャリアの劣化が促進される。これにより、トナー帯電量低下による画像不良が発生したり、現像スリーブの表面が汚れたりする可能性がある。

一方、溝のＶ字形状の角度を大きくすることで、溝内のキャリアが入れ替わり易くなって溝内にキャリアが詰まることを抑制できると考えられる。しかしながら、溝の角度を大きくすると、キャリアが溝に引っ掛かりにくくなり、現像スリーブによる現像剤の搬送性が低下することで現像スリーブ上の現像剤のコート量が不安定になってしまう。

また、特許文献２のように、溝の形状が台形形状（上底幅＞下底幅＞キャリア直径）の場合、溝内にキャリアが詰まることを抑制でき、十分な搬送性を確保することができる。しかしながら、特許文献２の構成の場合、溝の幅がキャリア直径の複数分の幅を有している。このため、溝の幅方向に担持されるキャリアが多くなり、現像スリーブの搬送力が高くなる傾向がある。そして、溝による搬送力が高くなりすぎると、現像スリーブのコート量を規制する規制部材と現像スリーブのギャップを狭くする必要があり、規制部材と現像スリーブのギャップに異物等が挟まりやすくなり、画像不良の原因となる。そこで、溝の搬送力を極力小さくすべく、溝の幅方向に担持されるキャリア数を最大でもキャリア１個分とすることが好ましい。しかしながら、溝の開口幅を小さくしていくと溝内のキャリアが入れ替わりにくくなってしまう。

本発明は、それぞれの溝部において担持されるキャリアの搬送性と、それぞれの溝部において担持されるキャリアを入れ替わり易くすることとを両立させることが可能な現像装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る現像装置は、像担持体に形成された静電像を現像する位置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回転可能な現像スリーブと、前記現像スリーブの内部に非回転に固定して配置され、前記現像スリーブの外周面に現像剤を担持させるための磁界を発生するマグネットと、を備え、前記現像スリーブの外周面には、前記現像スリーブの回転軸線方向に沿って複数の溝部が形成されており、前記現像スリーブの周方向に関して、前記複数の溝部は、前記現像スリーブの外周面の全域に亘って形成されており、それぞれの前記溝部は、前記現像スリーブの周方向における所定の間隔を介して形成されており、それぞれの前記溝部は、前記キャリアと接触する底面部と、前記現像スリーブの周方向における前記底面部の一端と他端のそれぞれに接続する一対の側面部とにより形成されており、前記現像スリーブの回転軸線と直交する断面で見たとき、前記溝部の底面部は、平面形状であり、ｒ＜ｗ＜２ｒ，２×ｒ＜Ｌ，ｒ／２≦ｓ＜２ｒを満たす（ただし、前記キャリアの体積平均粒径をｒ、前記平面形状の底面部の長さをｗ、前記現像スリーブの外周面において前記一対の側面部の間に形成される前記溝部の開口部の幅をＬ、前記現像スリーブの周方向における前記開口部の一端と他端を通る直線と前記平面形状の底面部の最下点位置との距離をｓとする）ことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る現像装置は、像担持体に形成された静電像を現像する位置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回転可能な現像スリーブと、前記現像スリーブの内部に非回転に固定して配置され、前記現像スリーブの外周面に現像剤を担持させるための磁界を発生するマグネットと、を備え、前記現像スリーブの外周面には、前記現像スリーブの回転軸線方向に沿って複数の溝部が形成されており、前記現像スリーブの周方向に関して、前記複数の溝部は、前記現像スリーブの外周面の全域に亘って形成されており、それぞれの前記溝部は、前記現像スリーブの周方向における所定の間隔を介して形成されており、それぞれの前記溝部は、前記キャリアと接触する底面部と、前記現像スリーブの周方向における前記底面部の一端と他端のそれぞれに接続する一対の側面部とにより形成されており、前記現像スリーブの回転軸線に直交する断面で見たとき、前記溝部の底面部は、円弧形状であり、ｒ＜ｗ＜２ｒ，２×ｒ＜Ｌ，ｒ／２≦ｓ＜２ｒを満たし（ただし、前記キャリアの体積平均粒径をｒ、前記円弧形状の底面部の弦の長さをｗ、前記現像スリーブの外周面において前記一対の側面部の間に形成される前記溝部の開口部の幅をＬ、前記現像スリーブの周方向における前記開口部の一端と他端を通る直線と前記円弧形状の底面部の最下点位置との距離をｓとする）、且つ、それぞれの前記側面部は、前記円弧形状の底面部と接続する第一側面部と、前記第一側面部と接続する第二側面部とにより形成されており、前記第一側面部と前記現像スリーブの外接円の接線に垂直な直線とのなす角度をθ１（ただし、θ１は鋭角とする）、前記第二側面部と前記現像スリーブの外接円の接線に垂直な直線とのなす角度をθ２（ただし、θ２は鋭角とする）とした場合、２０°≦θ１＜４５°，４５°＜θ２≦８０°を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、それぞれの溝部において担持されるキャリアの搬送性と、それぞれの溝部において担持されるキャリアを入れ替わり易くすることとを両立させることができる。

第１の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。 第１の実施形態に係る現像装置の概略構成図。 第１の実施形態に係る現像スリーブの（ａ）平面図、（ｂ）溝を拡大して示す断面図、（ｃ）溝の構成を説明する図。 （ａ）溝の底面部の幅が大きい場合を示す模式図、（ｂ）比較例１として、溝の底面部の幅が小さい場合を示す模式図。 （ａ）溝の開口部の幅が大きい場合を示す模式図、（ｂ）比較例２として、溝の開口部の幅が小さい場合を示す模式図。 （ａ）溝の深さが小さい場合を示す模式図、（ｂ）比較例３として、溝の深さが大きい場合を示す模式図。 （ａ）溝の側面部の開口部側の傾斜が大きい場合を示す模式図、（ｂ）比較例４として、溝の側面部の開口部側の傾斜が小さい場合を示す模式図。 第２の実施形態に係る現像スリーブの（ａ）平面図、（ｂ）溝を拡大して示す断面図、（ｃ）溝の構成を説明する図。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態について、図１ないし図７を用いて説明する。まず、本実施形態の現像装置を有する画像形成装置の概略構成について、図１を用いて説明する。

［画像形成装置］
画像形成装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に対応して設けられ４つの画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋを有する電子写真方式のフルカラープリンタである。画像形成装置１００は、画像形成装置本体に接続された原稿読み取り装置（図示せず）又は画像形成装置本体に対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器からの画像信号に応じてトナー像（画像）を記録材Ｐに形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。

このような画像形成プロセスの概略を説明すると、まず、各画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋでは、それぞれ、像担持体としての感光ドラム（電子写真感光体）２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｂｋ上に各色のトナー像を形成する。このように形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト１６上へ転写され、続いて中間転写ベルト１６から記録材Ｐ上に転写される。トナー像が転写された記録材は、定着装置１３に搬送されて、トナー像が記録材に定着される。以下、詳しく説明する。

なお、画像形成装置１００が備える４つの画像形成部１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、現像色が異なることを除いて実質的に同一の構成を有する。したがって、代表して画像形成部１Ｙを例に説明し、画像形成部１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋの説明を省略する。

画像形成部１Ｙには、像担持体として円筒型の感光体、即ち、感光ドラム２Ｙが配設されている。感光ドラム２Ｙは、図中矢印方向に回転駆動される。感光ドラム２Ｙの周囲には帯電手段としての帯電ローラ３Ｙと、現像手段としての現像装置４Ｙ、転写手段としての一次転写ローラ５Ｙ、クリーニング手段としてのクリーニング装置６Ｙが配置されている。感光ドラム２Ｙの図中上方には露光手段としてのレーザースキャナ（露光装置）７Ｙが配置されている。

また、各画像形成部１Ｙの感光ドラム２Ｙと対向して中間転写ベルト１６が配置されている。中間転写ベルト１６は、駆動ローラ９、二次転写内ローラ１０、張架ローラ１２により張架され、駆動ローラ９の駆動により図中矢印方向に周回移動する。二次転写内ローラ１０と中間転写ベルト１６を挟んで対向する位置には、二次転写外ローラ１５が配置され、中間転写ベルト１６上のトナー像を記録材Ｐに転写する二次転写部Ｔ２を構成している。二次転写部Ｔ２の記録材搬送方向下流には定着装置１３が配置される。

上述のように構成される画像形成装置１００により、例えば４色フルカラーの画像を形成するプロセスについて説明する。まず、画像形成動作が開始すると、回転する感光ドラム２Ｙの表面が帯電ローラ３Ｙによって一様に帯電される。このとき、帯電ローラ３Ｙには、帯電バイアス電源より帯電バイアスが印加される。次いで、感光ドラム２Ｙは、露光装置７Ｙから発せられる画像信号に対応したレーザ光により露光される。これにより、感光ドラム２Ｙ上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。感光ドラム２Ｙ上の静電潜像は、現像装置４Ｙ内に収容されたトナーによって顕像化され、可視像となる。本実施形態では、レーザ光により露光した明部電位にトナーを付着させる反転現像方式を用いる。

感光ドラム２Ｙ上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト１６を挟んで配置される一次転写ローラ５Ｙとの間で構成される一次転写部Ｔ１Ｙにて、中間転写ベルト１６に一次転写される。この際、一次転写ローラ５Ｙには一次転写バイアスが印加される。一次転写後に感光ドラム２Ｙ表面に残ったトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置６Ｙによって除去される。

このような動作をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成部で順次行い、中間転写ベルト１６上で４色のトナー像を重ね合わせる。その後、トナー像の形成タイミングに合わせて記録材収納カセット（図示せず）に収容された記録材Ｐが供給ローラ１４から二次転写部Ｔ２により搬送される。そして、二次転写外ローラ１５に二次転写バイアスを印加することにより、中間転写ベルト１６上の４色のトナー像を、記録材Ｐ上に一括で二次転写する。二次転写部Ｔ２で転写しきれずに中間転写ベルト１６に残留したトナーは、中間転写ベルトクリーナー１８により除去される。

次いで、記録材Ｐは定着手段としての定着装置１３に搬送される。そして、この定着装置１３によって、加熱、加圧されることで、記録材Ｐ上のトナーは溶融、混合されて、フルカラーの画像として記録材Ｐに定着される。その後、記録材Ｐは機外に排出される。これにより、一連の画像形成プロセスが終了する。なお、所望の画像形成部のみを用いて、所望の色の単色又は複数色の画像を形成することも可能である。

［現像装置］
次に、本実施形態の現像装置４Ｙについて、図２を用いて説明する。本実施形態では、上述したように、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの現像装置の構成は全てにおいて同一である。現像装置４Ｙは、非磁性のトナー粒子（トナー）と磁性を有するキャリア粒子（キャリア）とを主成分として含む二成分現像剤（以下、現像剤）を収容する現像容器１０８を有する。

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。このようなトナーは、重合法により製造した負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は５μｍ以上８μｍ以下が好ましい。本実施形態では、トナーの体積平均粒径を６．２μｍとした。なお、トナーとしては、粉砕法により製造されたワックス含有トナーなども使用可能である。

キャリアは、例えば、表面酸化あるいは未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属、及びそれらの合金、又は酸化物フェライトなどが好適に使用可能である。また樹脂コートキャリアも適用可能である。これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。そして、キャリアは、体積平均粒径（体積分布基準の平均粒径）が２０〜６０μｍ、好ましくは３０〜５０μｍであり、抵抗率が１０^７Ω・ｃｍ以上、好ましくは１０^８Ω・ｃｍ以上である。本実施形態では、体積平均粒径が４０μｍ、抵抗率が１０^８Ω・ｃｍのものとした。また、本実施形態では、低比重磁性キャリアとして、フェノール系のバインダー樹脂に磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物と所定の比で混合し、重合法により製造した樹脂磁性キャリアとしている。また、キャリアの真密度は３．６〜３．７ｇ／ｃｍ^３、磁化量は５３Ａ・ｍ^２／ｋｇである。キャリアの平均円形度については、後述するように、現像スリーブ１０３の溝２００のキャリアの入れ替わりを促すうえで、０．９１０以上０．９９５以下が好ましく、本実施形態では、キャリアの平均円形度は０．９７０とした。

磁性キャリアの体積分布基準の平均粒径（５０％粒径：Ｄ５０）は、例えばマルチイメージアナライザー（ベックマン・コールター社製）を用いて、以下のように測定される。

粒度分布測定は、レーザー回折・散乱方式の粒度分布測定装置「マイクロトラックＭＴ３３００ＥＸ」（日機装社製）にて測定を行った。測定には、鑑識測定用の試料供給機「ワンショットドライ型サンプルコンディショナーＴｕｒｂｏｔｒａｃ」（日機装社製）を装着して行った。Ｔｕｒｂｏｔｒａｃの供給条件としては、真空源として集塵機を用い、風量約３３リットル／ｓｅｃ、圧力１７ｋＰａとした。制御は、ソフトウェア上で自動的に行う。粒径は体積分布基準の累積値である５０％粒径（Ｄ５０）を求める。制御および解析は付属ソフト（バージョン１０．３．３−２０２Ｄ）を用いて行う。測定条件は、以下の通りである。
ＳｅｔＺｅｒｏ時間：１０秒
測定時間：１０秒
測定回数：１回
粒子屈折率：１．８１
粒子形状：非球形
測定上限：１２０８μｍ
測定下限：０．２４３μｍ
測定環境：常温常湿環境（２３℃、５０％ＲＨ）

キャリアの平均円形度は、体積基準の平均円形度であることが好ましい。体積基準の平均円形度は、マルチイメージアナライザー（ベックマン・コールター社製）を用いて、以下のようにして測定される。約１％ＮａＣｌ水溶液とグリセリンとを、５０体積％：５０体積％で混合した溶液を電解液として用いる。ここでＮａＣｌ水溶液は、一級塩化ナトリウムを用いて調製されればよく、例えばＩＳＯＴＯＮ（登録商標）−ＩＩ（コールターサイエンティフィックジャパン社製）であってもよい。グリセリンは、特級あるいは一級の試薬であればよい。電解液（約３０ｍｌ）に、分散剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスルホン塩酸）を、０．１〜１．０ｍｌを加え、さらに測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料が懸濁された電解液を、超音波分散器で約１分間分散処理して、分散液を得る。アパーチャーとして２００μｍアパーチャー、２０倍のレンズを用いて、以下の測定条件で円形度を算出する。
測定フレーム内平均輝度：２２０〜２３０
測定フレーム設定：３００
ＳＨ（スレシュホールド）：５０、２値化レベル：１８０

ガラス測定容器に電解液、および前記分散液を入れて、測定容器中のキャリア粒子の濃度を５〜１０体積％とする。ガラス測定容器内容物を最大撹拌スピードで撹拌する。サンプルの吸引圧を１０ｋＰａにする。キャリア比重が大きく沈降しやすい場合は、測定時間を１５〜３０分とする。また、５〜１０分ごとに測定を中断して、サンプル液の補充および電解溶液−グリセリン混合溶液の補充を行う。測定個数は２０００個とする。測定終了後、本体ソフトにより、粒子画像画面でピンぼけ画像、凝集粒子（複数同時測定）などの除去を行う。

以下の式より円形度を求める。
円形度＝（４×Ａｒｅａ）／（ＭａｘＬｅｎｇｔｈ^２×π）
ここで、「Ａｒｅａ」とは二値化されたキャリア粒子像の投影面積であり、「ＭａｘＬｅｎｇｔｈ」とは該キャリア粒子像の最大径と定義される。

現像容器１０８の内部は、垂直方向に延在する隔壁１０６によって現像室１１３と攪拌室１１４とに区画され、隔壁１０６の上方部は開放されている。現像室１１３及び攪拌室１１４には、それぞれ現像剤が収容されている。

現像室１１３及び攪拌室１１４には、それぞれ第１攪拌スクリュー１１１及び第２攪拌スクリュー１１２が配置されている。第１攪拌スクリュー１１１は、現像室１１３内の現像剤を攪拌搬送し、第２攪拌スクリュー１１２は、攪拌室１１４内の現像剤を攪拌搬送する。また、攪拌室１１４の第２攪拌スクリュー１１２の搬送方向上流側にはトナー補給槽（図示せず）からトナーが補給される。そして、第２攪拌スクリュー１１２により、補給されるトナーと既に攪拌室１１４内にある現像剤とを攪拌搬送し、トナー濃度を均一化する。

隔壁１０６には図２の手前側と奥側の端部（第１、第２攪拌スクリューの搬送方向上流及び下流側の端部）において、現像室１１３と攪拌室１１４とを相互に連通させる現像剤通路（図示せず）がそれぞれ形成されている。そして、第１、第２攪拌スクリュー１１１、１１２の搬送力により、現像剤が現像室１１３と攪拌室１１４との間で循環するようにしている。これにより、現像によってトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室１１３内の現像剤が攪拌室１１４内に移動し、攪拌室１１４内で補給されたトナーと共に攪拌搬送される現像剤が現像室１１３内に移動する。

現像室１１３は、感光ドラム２Ｙに対面した領域に相当する位置が開口しており、この開口部に一部露出するようにして現像スリーブ１０３が回転可能に配置されている。現像スリーブ１０３は、例えばアルミニウム合金やステンレスのような非磁性材料により円筒状に構成され、現像動作時には図示矢印方向に回転する。また、現像スリーブ１０３の内側（現像スリーブ内）には、磁界発生手段としてのマグネット１１０（マグネットローラ）が固定配置され、現像スリーブ１０３は、マグネット１１０の磁界により表面に現像剤を担持して回転する。また、現像スリーブ１０３の周囲には、現像剤規制部材として、アルミニウム合金やステンレスのような非磁性材料により構成された規制ブレード１０２が、先端を現像スリーブ１０３の表面の一部に近接対向させるように配置している。現像スリーブ１０３の表面（溝と溝との間の面）と規制ブレード１０２の間には所定のギャップを有する。本実施形態では、このギャップを３００μｍとした。

マグネット１１０は、複数の固定磁極を有し、現像剤を保持する磁気力を生ずる。例えば、マグネット１１０は、複数のマグネットピースを組み合わせて構成され、図２に示すように、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｎ１、Ｎ２の複数の磁極が周方向に配置されるように着磁されている。ここで、第１攪拌スクリュー１１１に最も近いＳ２極が、現像容器内（現像室１１３内）の現像剤を汲み上げて現像スリーブ１０３に担持させる汲み上げ極である。汲み上げ極（Ｓ２）の現像スリーブ１０３の回転方向下流に隣接するＮ２極は、規制ブレード１０２近傍（現像剤規制部材近傍）に配置されるカット極である。カット極（Ｎ２）の現像スリーブ１０３の回転方向下流に隣接するＳ１極は、感光ドラム２に対向する現像極である。現像極（Ｓ１）の現像スリーブ１０３の回転方向下流には、Ｎ１極とＳ３極とが順に配置され、Ｓ３極は、磁束密度が低い領域を挟んでＳ２極と隣接することで、現像スリーブ１０３の表面から現像剤を剥離させる反発極（剥ぎ取り極）を構成している。

本実施形態の場合、このように複数の磁極を現像スリーブ１０３の回転方向に沿って配置（５極構成と）することで、現像容器内の現像剤を現像スリーブ１０３により担持搬送させるようにしている。即ち、現像装置４Ｙは、第１、第２攪拌スクリュー１１１、１１２によって現像剤を攪拌搬送することで、トナー及びキャリアをそれぞれ帯電させる。そして、このような現像剤が、汲み上げのための搬送用磁極（汲み上げ極）Ｓ２の磁力で拘束され、現像スリーブ１０３の回転により搬送される。そして安定した現像剤を拘束するために、ある一定以上の磁束密度を有する搬送用磁極（カット極）Ｎ２で十分に拘束し、そして磁気ブラシを形成しつつ搬送される。次いで、規制ブレード１０２で磁気ブラシを穂切りして現像剤の量（層厚）を適正にする。

そして、現像極Ｓ１で画像形成装置本体側に設けられた電源１１５を介して現像スリーブ１０３に直流及び交互電界の重畳された現像バイアスが印加される。これにより、現像スリーブ１０３上のトナーが感光ドラム２の静電潜像側に移動され、該静電潜像は、トナー像として顕像化される。なお、現像バイアスは、直流電圧に交流電圧が重畳されたもので、本実施形態では、周波数１０ｋＨｚ、振幅１０００Ｖの交流電圧の矩形波を用いている。現像が終了した現像剤は、取り込み磁極Ｎ１を介して剥ぎ取り磁極Ｓ３に搬送され、剥ぎ取り磁極Ｓ３によって現像容器内に取り込まれる。

［現像スリーブ］
次に、現像スリーブ１０３について、図３を用いて詳しく説明する。現像スリーブ１０３は、図３（ａ）に示すように、表面（現像剤を担持する面）にそれぞれが周方向に交差する方向に形成された複数の溝２００を有する、所謂溝スリーブである。本実施形態では、複数の溝２００は、それぞれ現像スリーブ１０３の回転軸線方向と平行に、略等間隔で形成されている。なお、本実施形態の場合、現像スリーブ１０３の外径（溝と溝との間部分の表面における外径）は２００ｍｍ、溝の本数は１００本である。

図３（ｂ）は、溝２００部分を現像スリーブ１０３の回転軸線方向に直交する方向に切断した拡大断面図である。複数の溝２００は、図３（ｂ）に示すように、それぞれ、底面部２０１と、底面部２０１の現像スリーブの周方向両側に設けられた１対の側面部２１０とを有する。即ち、溝２００は、キャリアと接触する底面部２０１と、底面部２０１の現像スリーブ１０３の周方向両側に設けられた１対の側面部２１０とにより形成されている。

なお、以下で説明する底面部及び側面部は、キャリアの体積平均粒径ｒをその直径とする仮想円Ｃにより、それぞれの面を単独で走査した場合に描かれる軌跡に相当する面である。例えば、図３（ｂ）の図面から、底面部２０１と側面部２１０とをそれぞれ単独で抜き出した場合を考える。この場合に、底面部２０１に仮想円Ｃを接触させて底面部２０１の幅方向一端から他端まで移動した場合に仮想円Ｃが底面部２０１に接触していた点の軌跡が底面部２０１を構成する面とする。同様に、側面部２１０に仮想円Ｃを接触させて側面部２１０の下端から上端まで移動した場合に仮想円Ｃが側面部２１０に接触していた点の軌跡が側面部２１０を構成する面とする。言い換えれば、底面部及び側面部の形状は、例えば、表面粗さのようなミクロ的な凹凸を含まないマクロ的な形状である。

［溝の底面部］
底面部２０１は、略平坦面（平面）である。本実施形態では、底面部２０１は、溝２００の周方向中心位置における現像スリーブ１０３の外接円αの接線と略平行な平坦面（平面形状）としている。ここで、キャリアの体積平均粒径ｒをその直径とする仮想円Ｃを、その中心を底面部２０１の中心を通る外接円αの法線方向の仮想線β上（仮想線上）に位置させ、且つ、底面部２０１に接するように配置した場合を考える。この場合に、底面部２０１が平坦面であるため、仮想円Ｃは、底面部２０１と１個所で接する。また、底面部２０１は、現像スリーブ１０３の周方向に関する幅（現像スリーブの回転軸線と直交する断面における底面部の長さ）をｗ、キャリアの体積平均粒径をｒとした場合に、ｒ＜ｗを満たすようにしている。より好ましくは、５ｒ／４≦ｗ＜２ｒである。本実施形態では、キャリアの体積平均粒径は上述のように４０μｍであり、底面部２０１の幅ｗは、６０μｍとした。

［溝の開口幅及び深さ］
溝２００は、開口部２０２の両端を結んだ線γの長さ（現像スリーブの最表面側の開口幅、現像スリーブの回転軸線と直交する断面において側面部間の最表面側の幅）をＬ（図３（ｂ））とした場合に、２ｒ＜Ｌを満たすようにしている。即ち、開口部２０２の幅を２×ｒよりも大きくしている。本実施形態では、Ｌ＝１１０ｍｍとしている。また、本実施形態の場合、溝２００の深さ（開口部２０２の両端を結んだ線γと底面部２０１の最下点位置との距離）をｓとすると、ｒ／２≦ｓ＜２ｒを満たすようにしている。本実施形態では、ｓ＝５０μｍとしている。

［溝の側面部］
１対の側面部２１０は、それぞれ、底面部２０１の両端部から溝２００の開口部２０２に向けて立ち上がるように形成され、隣り合う溝２００同士の間部分２０３と連続している。また、１対の側面部２１０は、互いの間隔が底面部２０１側よりも開口部２０２側の方が広くなるように、且つ、線対称となるように形成されている。即ち、１対の側面部２１０は、溝２００の周方向中心位置を通る外接円αの法線（仮想線βと同じ）に関して線対称となるように形成されている。

１対の側面部２１０のうち現像スリーブ１０３の回転方向上流側の側面部２１０は、図３（ｃ）に示すように、現像スリーブ１０３の外接円αの法線（鉛直線）Ｑとのなす角度を傾斜角度θ（Θ１、Θ２）とした場合に、次のような条件を満たす。本実施形態では、１対の側面部２１０は、線対称となるように形成されているため、何れの側面部２１０も次の条件を満たす。即ち、側面部２１０のうち、底面部２０１から溝２００の開口部２０２に向かう第１領域２１１（第一表面部）を有する。第１領域２１１は、法線Ｑとのなす角度が４５°未満（θ（Θ１）＜４５°）を満たす急斜面部となっている領域と定義する。第１領域（急斜面部）２１１は、現像スリーブ１０３の回転軸線方向に直交する断面において、直径ｒからなる仮想円Ｃが溝に侵入した際に、仮想円Ｃが第１領域２１１に対して接触可能な位置に設けられた領域である。即ち、仮想円Ｃと第１領域２１１が互いに共通接線を有する。

また、側面部２１０のうち、第１領域（急斜面部）２１１よりも高い位置に第２領域２１２（第二表面部）を有する。第２領域２１２は、法線Ｑとのなす角度が４５°よりも大きい（θ（Θ２）＞４５°）を満たす緩斜面部となっている領域と定義する。本実施形態では、第２領域（緩斜面部）２１２は、開口部２０２から底面部２０１に向かう領域である。そして、側面部２１０全体としては、底面部２０１から開口部２０２に向かうにつれて、θが同じ若しくは大きくなるように形成されている。即ち、側面部２１０は、底面部２０１に近い第１領域２１１と、第１領域２１１よりも底面部２０１から遠い第２領域２１２とを有する。そのため、溝２００の幅（現像スリーブの周方向の幅）は、底面部２０１から開口部２０２に向かうにつれて（溝２００の深さが浅くなるほど）、同じ若しくは大きくなる（単調増加する）ように構成されている。尚、溝幅が単調増加する構成であれば、角度θは、必ずしも単調増加する必要はない。

本実施形態の第１領域２１１は、θが一定となる領域２１１を有する。また第１領域２１１は、θが、徐々に大きくなる領域２１３を有している。更に、第２領域２１２では、θが、徐々に大きくなるように構成されている。また、第２領域２１２では、間部分（非溝部分）２０３と滑らかに連続する湾曲面としている。

なお、側面部２１０の各領域は、それぞれ、平坦な傾斜面であっても良いし、湾曲面、或いは、平坦な傾斜面と湾曲面を組み合わせたものであっても良い。何れであっても、各領域で上述の条件を満たせば良い。例えば、第１領域２１１を湾曲面で形成した場合、湾曲面の各接線の法線Ｑに対する角度θが４５°未満となるようにし、第２領域２１２を湾曲面で形成した場合、湾曲面の各接線の法線Ｑに対する角度θが４５°よりも大きくなるようにすれば良い。また、１対の側面部２１０は、線対称でなくても良いが、この場合には、少なくとも現像スリーブ１０３の回転方向上流側の側面部２１０で上述の条件を満たすようにする。但し、線対称でなくても、それぞれの側面部２１０の各領域で上述の条件を満たすようにすることが好ましい。

また、第１領域２１１は、底面部２０１の最下点位置からの高さがｓｍｉｎ（θ）以上の位置に少なくとも形成されるようにしている。また、第１領域２１１は、傾斜角度がθの場合、底面部２０１の最下点位置からの高さｓｍａｘ（θ）よりも低い位置に形成されることが好ましい。

ここで、ｓｍａｘ（θ）は、後述するように第１領域２１１の角度θに応じて決定される、傾斜角度がθのときの第１領域２１１の上限値である。本実施形態では、底面部２０１の最下点位置から第１領域２１１の上限位置までの溝２００の深さ方向の長さ（高さ）である。なお、ｓｍａｘ（θ）及びｓｍｉｎ（θ）のθは、側面部２１０のその位置における法線Ｑに対する角度である。

また、ｓｍｉｎ（θ）は、第１領域２１１の角度θに応じて決定される、第１領域２１１が必要となる領域の下限値であり、底面部２０１の最下点位置から第１領域２１１の下限値までの溝２００の深さ方向の長さ（高さ）である。本実施例形態では、ｓｍｉｎ（θ）＝ｒ／２（１−ｓｉｎθ）である。第１領域２１１の少なくとも一部が、この下限位置ｓｍｉｎ（θ）以上の領域に形成されていれば、キャリアが第１領域２１１と接触可能となる。

例えば、θが３０°の場合、第１領域２１１の下限は、ｒ／４となる。このため第１領域２１１をｒ／４以上の位置に形成すれば、仮想円Ｃと第１領域２１１は接することができる。この結果、少なくともキャリア１個分が第１領域２１１と接触可能となる。この結果、少なくともキャリア１個分の搬送性を高めることができる。

一方、第１領域２１１の上限ｓｍａｘ（θ）＝ｒ＋ｒ／２（１−ｓｉｎθ）である。即ち、第１領域２１１がこの上限ｓｍａｘ（θ）よりも低くなる位置に形成する。例えば、θが３０°の場合、第１領域２１１のｓｍａｘ（３０°）＝５ｒ／４となる。即ち、第１領域２１１の角度がθ＝３０°の場合は、第１領域２１１を５ｒ／４よりも低くなる位置に設定すればよい。こうすることで、溝２００に２層目のキャリアが侵入したとしても、２層目のキャリアが第１領域２１１に接触しにくくすることができる。このため、２層目のキャリアが溝に引っ掛かりにくくすることができ、キャリアの入れ替えを促進することができる。

以上より、第１領域２１１は、溝２００の深さ方向に関して底面部２０１の最下点位置からｒ／２（１−ｓｉｎθ）以上となる領域に少なくとも形成されるように構成している。かつ、底面部２０１の最下点位置からの高さがｒ＋ｒ／２（１−ｓｉｎθ）以上となる領域には形成されないように構成している。

ここで、現像スリーブ１０３の回転軸線方向に直交する断面において、底面部２０１の最下点位置から高さ（ｒ／２）の位置での１対の側面部２１０の間隔をＸとする。即ち、現像スリーブ１０３の回転方向下流側の側面部２１０において、底面部２０１の最下点位置から高さ（ｒ／２）の位置をＡ１とする。また、現像スリーブ１０３の回転方向上流側の側面部２１０において、底面部２０１の最下点位置から高さ（ｒ／２）の位置をＣ１とする。

そして、Ａ１とＣ１とを結ぶ線の現像スリーブ１０３の周方向に関する幅、即ち、Ａ１、Ｃ１位置での１対の側面部２１０の間隔をｘとする。この場合に、間隔ｘをキャリアの体積平均粒径ｒよりも大きく（ｘ＞ｒ）している。また、Ａ１とＣ１とを結ぶ線と底面部２０１との距離をｒ／２（＝２０μｍ）としている。また、本実施形態では、Ａ１、Ｃ１の位置における側面部２１０の法線Ｑとのなす角度Θ１を３５°としている。こうすることで、溝に担持される最下層のキャリアが、溝の側面間で詰ることがない。

また、第２領域２１２の開口部２０２からの溝２００の深さ方向の長さをｓ２とした場合に、ｓ×０．１≦ｓ２を満たすようにしている。また、より好ましくは、ｓ２≦ｓ×０．５を満たすようにする。本実施形態では、開口部２０２の両端を結んだ線γから５μｍまでの領域（ｓ２＝５μｍ）について考える。即ち、現像スリーブ１０３の回転方向下流側の側面部２１０の第２領域２１２の底面部２０１側の端部位置をＡ２、現像スリーブ１０３の回転方向上流側の側面部２１０の第２領域２１２の底面部２０１側の端部位置をＣ２とする。この場合に、Ａ２とＣ２とを結ぶ線と線γとの距離ｓ２が５μｍよりも大きくしている。また、本実施形態では、線γから溝２００の深さ方向に５μｍの位置における側面部２１０の法線Ｑとのなす角度Θ２を５５°としている。

［溝の各条件の理由］
次に、上述のように溝２００の各条件を規定した理由について、図４ないし図７を用いて説明する。

［底面部の幅ｗ］
まず、底面部２０１の幅ｗについて、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、底面部２０１の幅ｗがｒ＜ｗを満たす場合を、図４（ｂ）は、底面部２０１ａの幅ｗがｒ≧ｗである比較例１を、それぞれ示す。図４（ａ）に示すように、底面部２０１の幅ｗがｒ＜ｗを満たす場合、キャリアＣ（体積平均粒径ｒと同じ直径を有する仮想円Ｃと同じ）が溝２００内に詰まりにくい。一方、図４（ｂ）に示すように、底面部２０１の幅ｗがｒ≧ｗである場合、キャリアＣが溝２００内に詰まり易い。このため、本実施形態では、底面部２０１の幅ｗがｒ＜ｗを満たすようにしている。

より好ましくは、ｒ＜ｗ≦２×ｒとする。これは、２ｒ＜ｗとなった場合、溝内にキャリアが多数存在できるため、溝による現像剤の搬送力が大きくなり過ぎてしまう場合があるためである。溝による現像剤の搬送力が大きくなると、現像スリーブ１０３上の現像剤量が過多になることで、画像にトナー汚れが発生し易くなる。また、現像スリーブ１０３と規制ブレード１０２のギャップを狭く設定することで現像スリーブ１０３上の現像剤量を適正化した場合、ギャップ間に異物詰まりが発生してしまう場合がある。また、搬送性を抑えるために溝の本数を減らし、溝の間隔を広げ過ぎると溝ピッチムラが目立ちやすくなる。このため、底面部２０１の幅ｗは、ｒ＜ｗ≦２ｒを満たすことが好ましい。言い換えれば、それぞれの溝２００は、現像スリーブ１０３の回転軸線と直交する断面において、次のように配置される。即ち、溝２００は、１粒の体積平均粒径ｒのキャリアが底面部２０１に接触した時に１対の側面部２１０に同時に接触せず、２粒の体積平均粒径ｒのキャリアが同時に底面部２０１に接触できないように配置される。

［開口部の幅］
次に、開口部２０２の幅Ｌについて、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、開口部２０２の幅Ｌが２×ｒ＜Ｌを満たす場合を、図５（ｂ）は、開口部２０２ａの幅Ｌが２×ｒ≧Ｌである比較例２を、それぞれ示す。図５（ａ）に示すように、開口部２０２の幅Ｌが２ｒ＜Ｌを満たすことで、溝２００に存在するキャリアＣが移動し易くなり、同一のキャリアＣが溝２００内に留まりにくくなる。一方、図５（ｂ）に示すように、開口部２０２の幅ＬがＬ≦２ｒである場合、キャリアＣが溝内に留まり易くなる。このため、本実施形態では、開口部２０２の幅Ｌが２×ｒ＜Ｌを満たすようにしている。

また、Ｌ＜３×ｒとすることが好ましい。これは、３×ｒ≦Ｌとなった場合、開口部２０２の幅Ｌが大きくなることで、溝内にキャリアが多数存在し、溝による現像剤の搬送力が大きくなり過ぎてしまう場合があるためである。この場合、上述したように、現像スリーブ１０３上の現像剤量が過多になることで、画像にトナー汚れが発生し易くなる。以上より、開口部２０２の幅Ｌは、２×ｒ＜Ｌ＜３×ｒを満たすことが好ましい。

［第１領域の上端位置における溝の幅］
本実施形態では、第１領域の上端位置における溝の幅（現像スリーブ周方向の幅）をｒよりも大きく、２ｒよりも小さくしている。こうすることで、搬送性に強く関与する第１領域の間で担持されて搬送されるキャリアの数を現像スリーブの周方向に関して最大でも１個とすることができる。

［溝の深さ］
次に、溝２００の深さｓについて、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、深さｓがｓ＜２×ｒを満たす場合を、図６（ｂ）は、深さｓがｓ≧２×ｒである比較例３を、それぞれ示す。図６（ａ）に示すように、溝２００の深さｓがｓ＜２×ｒを満たすことで、溝２００内に存在するキャリアＣが移動し易くなり、同一のキャリアＣが溝２００内に留まりにくくなる。一方、図６（ｂ）に示すように、溝２００ｃの深さｓが２×ｒ≦ｓである場合、キャリアＣが溝２００ｃ内に留まり易くなる。このため、本実施形態では、溝２００の深さｓがｓ＜２×ｒを満たすようにしている。

また、本実施形態では、ｒ／２≦ｓ＜２×ｒとしている。これは、ｓ＜ｒ／２となった場合、溝によるキャリアの搬送力が低下してしまい、現像スリーブ１０３上の現像剤量が不安定になってしまう場合があるためである。このため、溝２００の深さｓは、ｒ／２≦ｓ＜２×ｒを満たすことが好ましい。さらに好ましくは、ｓ＜１．５×ｒである。こうすることで、溝に担持される最下層のキャリアの上に２層目のキャリアがきた際に、２層目のキャリアが溝部に引っ掛かりにくくすることができる。この結果、最下層のキャリアの入れ換わり性が向上できる。

［第１領域の深さ（第１領域の上端高さ）］
本実施形態では、（第１領域の上端高さ）＜ｒ＋ｒ／２（１−ｓｉｎθ）を満たすように構成されている。こうすることで、キャリアが溝部に引っ掛かり易い第１領域は、溝の最下層のキャリアのみとすることができる。このため、溝一本当たりの搬送性が過剰に大きくなってしまうことを抑制することができる。

次に、溝２００の側面部２１０の第１領域（急斜面部）２１１及び第２領域（緩斜面部）２１２について説明する。

［第１領域（急斜面部）］
まず、第１領域２１１について説明する。本実施例では、溝に担持される最下層キャリアが溝側面と接触する位置近傍における、溝側面の現像スリーブ法線方向とのなす角度θ（Θ１）が、Θ１＜４５°となっている。この場合、溝２００の底面部２０１側でのキャリアの拘束力を確保できるため、溝によるキャリアの搬送力を安定化することができる。一方、溝に担持される最下層キャリアが溝側面と接触する位置近傍における、溝側面の現像スリーブ法線方向とのなす角度θ（Θ１）が４５°≦Θ１である場合を考える。この場合、キャリアが溝内に留まらず滑ってしまうことで溝によるキャリアの搬送力が低下してしまい、現像スリーブ１０３上の現像剤量が不安定になってしまう可能性がある。そこで、本実施例では、溝に担持される最下層キャリアが溝側面と接触する位置近傍における、溝側面の現像スリーブ法線方向とのなす角度θ（Θ１）を４５°よりも小さくしている。

より好ましくは、２０°≦Θ１＜４５°とする。これは、Θ１＜２０°となった場合、溝内の底面部２０１側にキャリアが留まり易くなり、溝内に存在するキャリアの入れ替わりがスムーズに進行しなくなってしまう場合があるためである。

また、本実施形態では、上述したように、第１領域２１１の少なくとも一部は、傾斜角度がθに応じて設定される下限値ｓｍｉｎ（θ）を下回らないように形成されている。即ち、傾斜角度がθとなる第１領域２１１の少なくとも一部は、底面部２０１から深さ方向に関して、ｓｍｉｎ（θ）＝ｒ／２（１−ｓｉｎθ）以上の範囲に有するように構成される。更に、上述したように、第１領域２１１の少なくとも一部は、傾斜角度がθに応じて設定される上限値ｓｍａｘ（θ）に到達しないように形成されている。つまり、傾斜角度がθである第１領域２１１は、ｒ＋ｒ／２（１−ｓｉｎθ）を超えない様に構成されている。このように、θ＝Θ１＜４５°である第１領域２１１が、底面部２０１から、ｒ／２（１−ｓｉｎΘ１）以上に相当する領域を占めることで、溝による最下層キャリアの搬送性をより安定化させることができる。また、θ＝Θ１＜４５°である第１領域２１１が、底面部２０１から、ｒ＋ｒ／２（１−ｓｉｎΘ１）未満とすることで、２層目以降のキャリアが溝部に引っ掛かりにくくすることができ、最下層キャリアの入れ替えを促進することができる。

なお、本実施形態では、好ましくは、底面部２０１から第１領域２１１の上端位置までの溝の深さ方向の距離（底面部２０１の最下点位置から第１領域２１１の上端位置までの高さ）は、ｒ／２以上３ｒ／２未満としている。より好ましくは、ｒ以上３ｒ／２未満としている。こうすることで、溝による最下層キャリアの搬送性をより安定化させつつ、２層目以降のキャリアが溝部に引っ掛かりにくくする効果が得られる。

［第２領域（緩斜面部）］
次に、第２領域２１２について、図７を用いて説明する。図７（ａ）は、溝の現像スリーブ表層面近傍における傾斜角度θ（Θ２）が、Θ２＞４５°を満たす場合を、図７（ｂ）は、溝の現像スリーブ表層面近傍が、Θ２≦４５°である比較例４を、それぞれ示す。図７（ａ）に示すように、溝の現像スリーブ表層面近傍が、Θ２＞４５°を満たす場合、新しいキャリアＣが溝２００内に進入し易くなり、更には、溝２００内に存在していたキャリアＣが溝２００から外に出やすくなる。このため、溝２００内に存在するキャリアＣの入れ替えを促進させることができる。一方、図７（ｂ）に示すように、溝の現像スリーブ表層面近傍が、Θ２≦４５°である場合、溝２００ｄ内に存在するキャリアＣが外に出にくくなり、溝２００ｄ内に長期間に亘り留まってしまう。この結果、キャリアの劣化が促進されてしまう。このため、本実施形態では、溝の現像スリーブ表層面近傍がΘ２＞４５°を満たすようにしている。

より好ましくは、第２領域２１２（溝の現像スリーブ表層面近傍）は、４５°＜Θ２≦８０°とする。これは、８０°＜Θ２となった場合、逆に溝２００内に存在するキャリアの入れ替わりがスムーズに進行しなくなってしまう場合があるためである。

また、本実施形態では、第２領域２１２は、第２領域２１２の開口部２０２からの溝２００の深さ方向の長さをｓ２とした場合に、ｓ×０．１≦ｓ２を満たすようにしている。即ち、側面部２１０は、少なくとも開口部２０２から０．１×ｓまでの領域（本実施形態では開口部２０２から５μｍまでの領域）が、Θ１＞４５°を満たすことが好ましい。これは、ｓ×０．１＞ｓ２である場合、溝内に存在するキャリアの入れ替わりがスムーズに進行しなくなってしまう場合があるためである。

［実験］
ここで、本実施形態を満たす実施例（図３（ｂ））、比較例１（図４（ｂ））、比較例２（図５（ｂ））、比較例３（図６（ｂ））、比較例４（図７（ｂ））で説明した現像スリーブを用いて、次のような実験を行った。具体的には、このような各現像スリーブを図１に示したような画像形成装置に組み込んで、Ａ４サイズの用紙に画像を連続形成した。そして、トナーかぶりの様子を調べた。なお、トナーかぶりとは、潜像に対応する領域外にもトナーが付着してしまう現象である。例えば、トナー帯電量が低いと、感光ドラム上の潜像以外の領域にトナーが付着し易くなる、即ち、トナーかぶりが生じ易くなる。そして、トナーかぶりが生じると、これが用紙に転写されて画像不良となる場合がある。

実施例の現像スリーブを用いた場合、Ａ４で１００００００枚の画像形成を行った場合でもトナーかぶりは許容レベルだった。これに対して、比較例１〜４の現像スリーブを用いた場合、Ａ４で５０００００枚〜７０００００枚でトナーかぶりが許容できないレベルとなってしまった。これは、溝内に留まったキャリアがシェアを受け続けることで劣化が促進し、トナー帯電能力が低下してしまったためである。

以上のように、本実施形態では、現像スリーブの溝２００の形状について、底面部２０１の幅ｗがｒ＜ｗ≦２ｒ、溝２００の開口幅Ｌが２ｒ＞Ｌ、溝の深さｓがｒ／２≦ｓ＜２ｒを満たすようにしている。これにより、溝の１本当たりの搬送力が過剰となることを抑制しながら、溝２００内のキャリアを入れ替わり易くしてキャリアの劣化を抑制できる。また、側面部２１０の傾斜角度θについて、底面部２０１側の第１領域２１１ではθ＜４５°を満たし、開口部２０２側の第２領域２１２では４５°＜θを満たすようにしている。これにより、現像剤の搬送力を低下させることなく、溝２００に存在する現像剤をスムーズに入れ替えることができる。その結果、長期にわたり安定した画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。

また、本実施形態の場合、このように現像剤の搬送性の確保とキャリアの劣化抑制との両立を、現像スリーブを大型化させることなく、且つ、低コストで実現できる。例えば、前述の特許文献１のように、Ｖ字形上の溝を有する現像スリーブを用いた構成で、溝のＶ字形状の角度を大きくすると共に、溝の深さを大きくすることが考えられる。但し、溝の角度を大きくすると、溝に存在するキャリアが溝に引っ掛かりにくくなり、現像剤の搬送性が低下してしまう。また、溝の深さを大きくする場合、現像スリーブを厚肉化する必要があり、現像スリーブが大型化してしまうと共に、製造コストも高くなってしまう。これに対して本実施形態のように、現像スリーブの溝２００の形状を上述のように規定することで、現像スリーブを大型化することなく、現像剤の搬送性の確保とキャリアの劣化抑制との両立を図れる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について、図８を用いて説明する。上述の第１の実施形態では、現像スリーブ１０３の溝２００の底面部２０１を平坦面（平面形状）とした。これに対して本実施形態では、現像スリーブ１０３Ａの溝３００の底面部３０１を湾曲面（円弧形状）としている。溝３００の構成以外は、第１の実施形態と同じであるため、同一の構成についての説明及び図示は、省略又は簡略にし、以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態の現像スリーブ１０３Ａは、図８（ａ）に示すように、表面（現像剤を担持する面）にそれぞれが周方向に交差する方向に形成された複数の溝３００を有する、所謂溝スリーブである。本実施形態でも、複数の溝３００は、それぞれ現像スリーブ１０３Ａの回転軸線方向と平行に、略等間隔で形成されている。なお、本実施形態の場合も、現像スリーブ１０３Ａの外径（溝と溝との間部分の表面における外径）は２００ｍｍ、溝の本数は１００本である。

図８（ｂ）は、溝３００部分を現像スリーブ１０３Ａの回転軸線方向に直交する方向に切断した拡大断面図である。複数の溝３００は、図８（ｂ）に示すように、それぞれ、底面部３０１と、底面部３０１の現像スリーブの周方向両側に設けられた１対の側面部３１０とを有する。底面部３０１及び側面部３１０についても、第１の実施形態と同様に、キャリアの体積平均粒径ｒをその直径とする仮想円Ｃにより、それぞれの面を単独で走査した場合に描かれる軌跡に相当する面である。

［溝の底面部］
底面部３０１は、現像スリーブ１０３Ａの回転軸線に直交する断面形状が現像スリーブ１０３Ａの径方向内側に凹む湾曲面（円弧）である。本実施形態では、底面部３０１は、湾曲面の曲率半径は、ｒ／２よりも大きい。なお、ｒは、キャリアの体積平均粒径である。ここで、キャリアの体積平均粒径ｒをその直径とする仮想円Ｃを、その中心を底面部３０１の中心を通る現像スリーブ１０３Ａの外接円αの法線方向の仮想線β上（仮想線上）に位置させ、且つ、底面部３０１に接するように配置した場合を考える。この場合に、底面部３０１は、仮想円Ｃが、底面部３０１と１個所で接するように形成されている。また、底面部３０１は、現像スリーブ１０３Ａの周方向に関する幅をｗ、キャリアの体積平均粒径をｒとした場合に、ｒ＜ｗを満たすようにしている。本実施形態では、ｗは、現像スリーブ１０３Ａの回転軸線と直交する断面における湾曲面（円弧）の弦の長さである。

ここで、底面部３０１の幅方向の両端位置は、後述する第１領域３１１の最下端位置とする。即ち、第１領域３１１よりも下方（底面部３０１の最下端位置側）において、現像スリーブ１０３Ａの外接円αの法線（鉛直線）Ｑとのなす角度をθがθ＞４５°となる範囲を底面部３０１とする。なお、法線Ｑとのなす角度とは、底面部３０１の現像スリーブ１０３Ａの回転軸線に直交する断面における湾曲面の接線方向と法線Ｑとのなす角度である。底面部３０１の幅ｗは、第１の実施形態と同様に、ｒ＜ｗ≦２ｒを満たすことが好ましい。即ち、本実施形態では、溝３００の最底面部に存在するキャリアが、最底面部以外に溝３００との接点を持たないようにしている。言い換えれば、それぞれの溝３００は、現像スリーブ１０３Ａの回転軸線と直交する断面において、次のように配置される。即ち、溝３００は、１粒の体積平均粒径ｒのキャリアが底面部３０１に接触した時に１対の側面部３１０に同時に接触せず、２粒の体積平均粒径ｒのキャリアが同時に底面部３０１に接触できないように配置される。

［溝の開口幅及び深さ］
溝３００は、開口部３０２の両端を結んだ線γの長さ（現像スリーブの最表面側の開口幅、現像スリーブの回転軸線と直交する断面において側面部間の最表面側の幅）をＬ（図８（ｂ））とした場合に、２ｒ＜Ｌを満たすようにしている。即ち、開口部３０２の幅を２×ｒよりも大きくしている。本実施形態では、Ｌ＝１１０ｍｍとしている。開口部３０２の幅Ｌは、第１の実施形態と同様に、２×ｒ＜Ｌ≦３×ｒとすることが好ましい。

また、本実施形態の場合も、溝３００の深さ（開口部３０２の両端を結んだ線γと底面部３０１の最も深い位置（最下点位置）との距離）をｓとすると、ｒ／２≦ｓ＜２ｒを満たすようにしている。さらに好ましくは、ｓ＜１．５×ｒである。本実施形態では、キャリアの体積平均粒径は上述のように４０μｍであり、ｓ＝５０μｍとしている。

［溝の側面部］
１対の側面部３１０は、それぞれ、底面部３０１の両端部から溝３００の開口部３０２に向けて立ち上がるように形成され、隣り合う溝３００同士の間部分３０３と連続している。また、１対の側面部３１０は、互いの間隔が底面部３０１側よりも開口部３０２側の方が広くなるように、且つ、線対称となるように形成されている。即ち、１対の側面部３１０は、溝３００の周方向中心位置を通る外接円αの法線（仮想線βと同じ）に関して線対称となるように形成されている。

１対の側面部３１０のうち現像スリーブ１０３Ａの回転方向上流側の側面部３１０は、図８（ｃ）に示すように、現像スリーブ１０３Ａの外接円αの法線（鉛直線）Ｑとのなす角度をθ（Θ１、Θ２）とした場合に、次のような条件を満たす。本実施形態では、１対の側面部２１０は、線対称となるように形成されているため、何れの側面部２１０も次の条件を満たす。即ち、側面部３１０のうち、底面部３０１から溝３００の開口部３０２に向かう第１領域３１１を有する、第１領域３１１（第一表面部）は、法線Ｑとのなす角度が４５°未満（θ（Θ１）＜４５°）を満たす急斜面部となっている領域と定義する。第１領域（急斜面部）３１１は、現像スリーブ１０３Ａの回転軸線方向に直交する断面において、直径ｒからなる仮想円Ｃが溝に侵入した際に、仮想円Ｃが第１領域３１１に対して接触可能な位置に設けられた領域である。即ち、仮想円Ｃと第１領域３１１が互いに共通接線を有する。

また、側面部３１０のうち、第１領域（急斜面部）３１１よりも高い位置に第２領域３１２（第二表面部）を有する。第２領域３１２は、法線Ｑとのなす角度が４５°よりも大きい（θ（Θ２）＞４５°）を満たす緩斜面部となっている領域と定義する。本実施形態では、第２領域（緩斜面部）３１２は、開口部３０２から底面部３０１に向かう領域である。そして、側面部３１０全体としては、底面部３０１から開口部３０２に向かうにつれて、θが同じ若しくは大きくなるように形成されている。即ち、側面部３１０は、底面部３０１に近い第１領域３１１と、第１領域３１１よりも底面部３０１から遠い第２領域３１２とを有する。

そのため、溝３００の幅（現像スリーブの周方向の幅）は、底面部３０１から開口部３０２に向かうにつれて（溝３００の深さが浅くなるほど）、同じ若しくは大きくなる（単調増加する）ように構成されている。尚、溝幅が単調増加する構成であれば、角度θは、必ずしも単調増加する必要はない。また、第１の実施形態と同様に、第１領域３１１の角度Θ１は、２０°≦Θ１＜４５°を満たすことが、第２領域３１２の角度Θ２は、４５°＜Θ２≦８０°を満たすことが、それぞれ好ましい。

本実施形態では、第１領域３１１ではθが一定となる領域３１１を有する。また、第１領域３１１は、θが第２領域に向けて徐々に大きくなる領域３１３を有する。また、第２領域３１２では、間部分（非溝部）３０３と滑らかに連続する湾曲面としている。

なお、側面部３１０の各領域は、それぞれ、平坦な傾斜面であっても良いし、湾曲面、或いは、平坦な傾斜面と湾曲面を組み合わせたものであっても良い。何れであっても、各領域で上述の条件を満たせば良い。例えば、第１領域３１１を湾曲面で形成した場合、湾曲面の各接線の法線Ｑに対する角度θが４５°未満となるようにし、第２領域３１２を湾曲面で形成した場合、湾曲面の各接線の法線Ｑに対する角度θが４５°よりも大きくなるようにすれば良い。また、１対の側面部３１０は、線対称でなくても良いが、この場合には、少なくとも現像スリーブ１０３の回転方向上流側の側面部２１０で上述の条件を満たすようにする。但し、線対称でなくても、それぞれの側面部２１０の各領域で上述の条件を満たすようにすることが好ましい。

また、第１領域３１１は、底面部３０１の最下点位置からの高さがｓｍｉｎ（θ）以上の位置に少なくとも形成されるようにしている。また、第１領域３１１は、傾斜角度がθの場合、底面部３０１の最下点位置からの高さｓｍａｘ（θ）よりも低い位置に形成されることが好ましい。

ここで、ｓｍａｘ（θ）は、実施の形態１と同様に第１領域３１１の角度θに応じて決定される、傾斜角度がθのときの第１領域３１１の上限値である。本実施形態では、底面部３０１の最下点位置から第１領域３１１の上限位置までの溝３００の深さ方向の長さ（高さ）である。なお、ｓｍａｘ（θ）及びｓｍｉｎ（θ）のθは、側面部２１０のその位置における法線Ｑに対する角度である。

また、ｓｍｉｎ（θ）は、第１領域３１１の角度θに応じて決定される、第１領域３１１が必要となる領域の下限値であり、底面部３０１の最下点位置から第１領域３１１の下限値までの溝３００の深さ方向の長さ（高さ）である。本実施例形態では、ｓｍｉｎ（θ）＝ｒ／２（１−ｓｉｎθ）である。第１領域３１１の少なくとも一部が、この下限位置ｓｍｉｎ（θ）以上の領域に形成されていれば、キャリアが第１領域３１１と接触可能となる。

例えば、θが３０°の場合、第１領域３１１の下限は、ｒ／４となる。このため第１領域３１１をｒ／４以上の位置に形成すれば、仮想円Ｃと第１領域３１１は接することができる。この結果、少なくともキャリア１個分が第１領域３１１と接触可能となる。この結果、少なくともキャリア１個分の搬送性を高めることができる。

一方、第１領域３１１の上限ｓｍａｘ（θ）＝ｒ＋ｒ／２（１−ｓｉｎθ）である。即ち、第１領域３１１がこの上限ｓｍａｘ（θ）よりも低くなる位置に形成する。例えば、θが３０°の場合、第１領域３１１のｓｍａｘ（３０°）＝５ｒ／４となる。即ち、第１領域３１１の角度がθ＝３０°の場合は、第１領域３１１を５ｒ／４よりも低くなる位置に設定すればよい。こうすることで、溝３００に２層目のキャリアが侵入したとしても、２層目のキャリアが第１領域３１１に接触しにくくすることができる。このため、２層目のキャリアが溝３００に引っ掛かりにくくすることができ、キャリアの入れ替えを促進することができる。

以上より、第１領域３１１は、溝３００の深さ方向に関して底面部３０１の最下点位置からｒ／２（１−ｓｉｎθ）以上となる領域に少なくとも形成されるように構成している。かつ、底面部３０１の最下点位置からの高さがｒ＋ｒ／２（１−ｓｉｎθ）以上となる領域には形成されないように構成している。

ここで、現像スリーブ１０３Ａの回転軸線方向に直交する断面において、底面部３０１の最下点位置から高さ（ｒ／２）の位置での１対の側面部２１０の間隔をＸとする。即ち、現像スリーブ１０３Ａの回転方向下流側の側面部３１０において、底面部３０１の最下点位置から高さ（ｒ／２）の位置（最上点位置）をＡ１とする。また、現像スリーブ１０３Ａの回転方向上流側の側面部３１０において、底面部３０１の最下点位置から高さ（ｒ／２）の位置をＣ１とする。

そして、Ａ１とＣ１とを結ぶ線の現像スリーブ１０３Ａの周方向に関する幅、即ち、Ａ１、Ｃ１位置での１対の側面部３１０の間隔をｘとする。この場合に、間隔ｘをキャリアの体積平均粒径ｒよりも大きく（ｘ＞ｒ）している。また、間隔ｘを６０μｍとしている。また、本実施形態では、Ａ１、Ｃ１の位置における側面部３１０の法線Ｑとのなす角度Θ１を３５°としている。

また、第２領域３１２の開口部３０２からの溝３００の深さ方向の長さをｓ２とした場合に、ｓ×０．１≦ｓ２を満たすようにしている。また、より好ましくは、ｓ２≦ｓ×０．５を満たすようにする。本実施形態では、第２領域３１２は、開口部３０２の両端を結んだ線γから５μｍまでの領域（ｓ２＝５μｍ）としている。即ち、現像スリーブ１０３Ａの回転方向下流側の側面部３１０の第２領域３１２の底面部３０１側の端部位置をＡ２、現像スリーブ１０３Ａの回転方向上流側の側面部３１０の第２領域３１２の底面部３０１側の端部位置をＣ２とする。この場合に、Ａ２とＣ２とを結ぶ線と線γとの距離ｓ２を５μｍとしている。また、本実施形態では、Ａ２、Ｃ２の位置における側面部３１０の法線Ｑとのなす角度Θ２を５５°としている。

［第１領域の上端位置における溝の幅］
本実施形態では、第１の実施形態と同様に以下の関係を満たす。即ち、第１領域の上端位置における溝の幅（現像スリーブ周方向の幅）をｒよりも大きく、２ｒよりも小さくしている。こうすることで、搬送性に強く関与する第１領域の間で担持されて搬送されるキャリアの数を現像スリーブの周方向に関して最大でも１個とすることができる。

［第１領域の深さ（第１領域の上端高さ）］
本実施形態では、第１の実施形態と同様に以下の関係を満たす。即ち、（第１領域の上端高さ）＜ｒ＋ｒ／２（１−ｓｉｎθ）を満たすように構成されている。こうすることで、キャリアが溝部に引っ掛かり易い第１領域は、溝の最下層のキャリアのみとすることができる。このため、溝一本当たりの搬送性が過剰に大きくなってしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態の場合も、好ましくは、底面部３０１から第１領域３１１の上端位置までの溝の深さ方向の距離（底面部３０１の最下点位置から第１領域３１１の上端位置までの高さ）は、ｒ／２以上３ｒ／２未満としている。より好ましくは、ｒ以上３ｒ／２未満としている。こうすることで、溝による最下層キャリアの搬送性をより安定化させつつ、２層目以降のキャリアが溝部に引っ掛かりにくくする効果が得られる。

以上のように、本実施形態では、現像スリーブの溝３００の形状について、底面部３０１が円弧形状になっていて、溝３００の最底面部に存在するキャリアが、最底面部以外に溝３００との接点を持たないようにしている。即ち、底面部３０１の幅ｗがｒ＜ｗ≦２ｒを満たす。また、溝３００の開口幅Ｌが２ｒ＞Ｌ、溝の深さｓがｒ／２≦ｓ＜２ｒを満たすようにしている。これにより、溝の１本当たりの搬送力が過剰となることを抑制しながら、溝３００内のキャリアを入れ替わり易くしてキャリアの劣化を抑制できる。また、側面部３１０の傾斜角度θについて、底面部３０１側の第１領域３１１ではθ＜４５°を満たし、開口部３０２側の第２領域３１２では４５°＜θを満たすようにしている。これにより、現像剤の搬送力を低下させることなく、溝３００に存在する現像剤をスムーズに入れ替えることができる。その結果、長期にわたり安定した画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。また、本実施形態の場合、第１の実施形態と同様に、このように現像剤の搬送性の確保とキャリアの劣化抑制との両立を、現像スリーブを大型化させることなく、且つ、低コストで実現できる。

なお、上述の各実施形態の現像装置が組み込まれる画像形成装置としては、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらのうちの複数の機能を有する複合機などが挙げられる。

本発明によれば、表面に複数の溝が形成される現像スリーブを有する現像装置において、溝の１本当たりの搬送力が過剰となることを抑制しながら、溝内のキャリアを入れ替わり易くしてキャリアの劣化を抑制できる。

４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ・・・現像装置／１０３、１０３Ａ・・・現像スリーブ／１０８・・・現像容器／２００、３００・・・溝／２０１、３０１・・・底面部／２０２、３０２・・・開口部／２１０、３１０・・・側面部／２１１、３１１・・・第１領域（第一表面部）／２１２、３１２・・・第２領域（第二表面部）

Claims (15)

1. 像担持体に形成された静電像を現像する位置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回転可能な現像スリーブと、
   前記現像スリーブの内部に非回転に固定して配置され、前記現像スリーブの外周面に現像剤を担持させるための磁界を発生するマグネットと、を備え、
   前記現像スリーブの外周面には、前記現像スリーブの回転軸線方向に沿って複数の溝部が形成されており、
   前記現像スリーブの周方向に関して、前記複数の溝部は、前記現像スリーブの外周面の全域に亘って形成されており、
   それぞれの前記溝部は、前記現像スリーブの周方向における所定の間隔を介して形成されており、
   それぞれの前記溝部は、前記キャリアと接触する底面部と、前記現像スリーブの周方向における前記底面部の一端と他端のそれぞれに接続する一対の側面部とにより形成されており、
   前記現像スリーブの回転軸線と直交する断面で見たとき、
   前記溝部の底面部は、平面形状であり、
   ｒ＜ｗ＜２ｒ，
   ２×ｒ＜Ｌ，
   ｒ／２≦ｓ＜２ｒ
   を満たす
   （ただし、前記キャリアの体積平均粒径をｒ、前記平面形状の底面部の長さをｗ、前記現像スリーブの外周面において前記一対の側面部の間に形成される前記溝部の開口部の幅をＬ、前記現像スリーブの周方向における前記開口部の一端と他端を通る直線と前記平面形状の底面部の最下点位置との距離をｓとする）
   ことを特徴とする現像装置。
2. それぞれの前記側面部は、前記平面形状の底面部と接続する第一側面部と、前記第一側面部と接続する第二側面部とにより形成されており、
   前記第一側面部と前記現像スリーブの外接円の接線に垂直な直線とのなす角度をθ_１（ただし、θ_１は鋭角とする）、前記第二側面部と前記現像スリーブの外接円の接線に垂直な直線とのなす角度をθ_２（ただし、θ_２は鋭角とする）とした場合、
   ２０°≦θ_１＜４５°，
   ４５°＜θ_２≦８０°
   を満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記現像スリーブの回転軸線に直交する断面で見たとき、
   前記平面形状の底面部の最下点位置から、前記第一側面部と前記第二側面部が接続する接続位置までの高さは、ｒ／２以上３ｒ／２未満である
   ことを特徴とする請求項２に記載の現像装置。
4. ５ｒ／４≦ｗ＜２ｒ
   を更に満たす
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. Ｌ＜３ｒ
   を更に満たす
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記キャリアの体積平均粒径は、２０μｍ以上６０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 前記キャリアの体積平均粒径は、３０μｍ以上５０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項６に記載の現像装置。
8. 前記キャリアの平均円形度は、０．９１０以上０．９９５以下である
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の現像装置。
9. 像担持体に形成された静電像を現像する位置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回転可能な現像スリーブと、
   前記現像スリーブの内部に非回転に固定して配置され、前記現像スリーブの外周面に現像剤を担持させるための磁界を発生するマグネットと、を備え、
   前記現像スリーブの外周面には、前記現像スリーブの回転軸線方向に沿って複数の溝部が形成されており、
   前記現像スリーブの周方向に関して、前記複数の溝部は、前記現像スリーブの外周面の全域に亘って形成されており、
   それぞれの前記溝部は、前記現像スリーブの周方向における所定の間隔を介して形成されており、
   それぞれの前記溝部は、前記キャリアと接触する底面部と、前記現像スリーブの周方向における前記底面部の一端と他端のそれぞれに接続する一対の側面部とにより形成されており、
   前記現像スリーブの回転軸線に直交する断面で見たとき、
   前記溝部の底面部は、円弧形状であり、
   ｒ＜ｗ＜２ｒ，
   ２×ｒ＜Ｌ，
   ｒ／２≦ｓ＜２ｒ
   を満たし、
   （ただし、前記キャリアの体積平均粒径をｒ、前記円弧形状の底面部の弦の長さをｗ、前記現像スリーブの外周面において前記一対の側面部の間に形成される前記溝部の開口部の幅をＬ、前記現像スリーブの周方向における前記開口部の一端と他端を通る直線と前記円弧形状の底面部の最下点位置との距離をｓとする）
   且つ、
   それぞれの前記側面部は、前記円弧形状の底面部と接続する第一側面部と、前記第一側面部と接続する第二側面部とにより形成されており、
   前記第一側面部と前記現像スリーブの外接円の接線に垂直な直線とのなす角度をθ _１ （ただし、θ _１ は鋭角とする）、前記第二側面部と前記現像スリーブの外接円の接線に垂直な直線とのなす角度をθ _２ （ただし、θ _２ は鋭角とする）とした場合、
   ２０°≦θ _１ ＜４５°，
   ４５°＜θ _２ ≦８０°
   を満たす
   ことを特徴とする現像装置。
10. 前記現像スリーブの回転軸線に直交する断面で見たとき、
    前記円弧形状の底面部の最下点位置から、前記第一側面部と前記第二側面部が接続する接続位置までの高さは、ｒ／２以上３ｒ／２未満である
    ことを特徴とする請求項９に記載の現像装置。
11. ５ｒ／４≦ｗ＜２ｒ
    を更に満たす
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の現像装置。
12. Ｌ＜３ｒ
    を更に満たす
    ことを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の現像装置。
13. 前記キャリアの体積平均粒径は、２０μｍ以上６０μｍ以下である
    ことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の現像装置。
14. 前記キャリアの体積平均粒径は、３０μｍ以上５０μｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１３に記載の現像装置。
15. 前記キャリアの平均円形度は、０．９１０以上０．９９５以下である
    ことを特徴とする請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の現像装置。

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