(57)【要約】【課題】像担持体と現像剤担持体との間のギャップを狭小化した場合においても、画像濃度周期ムラが発生しない高品質な画像形成装置等を提供すること。【解決手段】表面が移動可能な像担持体１と、表面に現像剤を担持し、像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体４３を備えた現像装置４と、像担持体表面を帯電させるための帯電装置２とを有する画像形成装置において、現像剤担持体表面に、長手方向に伸びる複数の溝を有し、この複数の溝の溝ピッチが、０．７５［ｍｍ］以上であって、この溝の溝ピッチをＰ、溝の断面積をＷとした場合に、Ｐ／Ｗ≧７５の関係を満たすようにした。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に現像剤を担持し、像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体において、
上記現像剤担持体の表面に長手方向に延びる複数の溝を有し、該溝ピッチを０．７５［ｍｍ］以上であって、該複数の溝の溝ピッチをＰ，該溝の断面積をＷとした場合に、次の数１を満たすことを特徴とする現像剤担持体。
＜数１＞Ｐ／Ｗ≧７５
ここで、溝の断面積は次の数２により求める。
＜数２＞溝断面積（Ｗ）≒（溝深さ（Ｄ））２
【請求項２】
表面に現像剤を担持し、像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体を備えた現像装置において、
上記現像剤担持体として請求項１の現像剤担持体を用いることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２の現像装置において、
上記現像剤として体積平均粒径が８．５［μｍ］以下のものを用いることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項２又は３の現像装置において、
上記現像剤がトナーと磁性粒子とからなる二成分現像剤であり、該磁性粒子の体積平均粒径を６０［μｍ］以下としたことを特徴とする現像装置。
【請求項５】
表面が移動可能な像担持体と、表面に現像剤を担持し、該像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体を備えた現像装置と、該像担持体表面を帯電させるための帯電装置とを有する画像形成装置において、
上記現像装置として、請求項２、３、又は４の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５の画像形成装置において、
上記現像剤担持体の上記溝による空間周波数が、１．５［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］以上である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、複写機、ファクシミリ、プリンター等に用いられる現像剤担持体、現像装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記現像剤担持体として例えば現像スリーブの表面は、低速機の場合を除き、サンドブラスト加工または溝加工（例えば、特許文献１）等の荒らし加工を施している。これは高速で回転する現像スリーブ上で現像剤がスリップして主に現像剤規制部材としてのドクタのところで現像剤が汲みあがらず停滞することによる画像濃度低下の発生を防止するためである。
【０００３】
上記サンドブラスト加工では、現像スリーブ材質として、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂の使用が可能である。コスト及び精度を考慮するとアルミニウムが一般的である。アルミニウム製の現像スリーブにサンドブラスト加工を行う場合、例えば、高温でスリーブ状に押し出されたアルミ管に冷間で砥粒を吹き付け表面に凹凸を作る。表面粗さは、Ｒｚ５〜１５[μｍ]程度が多く使用される。サンドブラスト加工を施した現像スリーブでは、高速で回転しても、現像剤は表面に設けられている凹凸に引っかる。このためスリップの発生を防止することが可能となるのである。
ところが、サンドブラスト加工を施した現像スリーブでは、経時で表面の凹凸が摩耗し、現像剤搬送能力が低下するという耐久性の問題がある。この問題は、現像スリーブ材質を高硬度のステンレスにしたり、表面の硬化処理を施したりすることで改善されるが、コストアップにつながり好ましくない。
【０００４】
一方、上記溝加工でも、像スリーブ材質として、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂の使用が可能である。コスト及び精度を考慮するとアルミニウムが一般的である。アルミニウム製の現像スリーブに溝加工を行う場合、例えば、高温でスリーブ状に押し出されたアルミ管を冷間で引き抜き、ダイスにより溝を形成する。溝の形状としては台形型、Ｖ字型、Ｕ字型等が一般的である。また、溝の深さは現像スリーブ表面から０．２［ｍｍ］程度、溝の数は例えば直径２５［ｍｍ］の現像スリーブで５０本程度が一般的である。このように溝加工を施した現像スリーブでは、高速で回転しても、現像剤は溝部に引っかかりスリップの発生が防止可能となる。また、サンドブラスト加工を施した現像スリーブに比べ長期間の使用でも摩耗が少なく、安定した現像剤の搬送が可能という利点もある。
【０００５】
ところが、上記溝加工を施した現像スリーブでは、溝による画像濃度の周期的な変動、いわゆるピッチムラの発生が見られる。一般に溝が深いほど現像剤搬送性能は向上するがピッチムラが発生しやすくなる。一方、溝が浅いほどピッチムラは発生しにくくなるが現像剤搬送性能が低下する。特に近年では、小粒径トナーやキャリアの画像形成技術の進歩、及び、近接現像の画像形成技術の進歩等により画像再現性が向上しているため、ピッチムラが目立ちやすくなっている。
そこで、本出願人は特願２００１−４０１１５５号で、現像剤担持体の溝の深さを最適な範囲に設定することで、ピッチムラの発生を防止しつつ、現像剤搬送性能を維持することができる現像剤担持体を提案した。この現像剤担持体では、溝深さを従来よりも浅めに設定した。具体的には、溝深さを０．０５［ｍｍ］以上、０．１５［ｍｍ］以下に設定することを提案した。
ところが、上記特願２００１−４０１１５５号で提案した現像剤担持体を用いて画像形成を行なったところ、現像剤担持体１周相当の比較的長い周期の画像濃度周期ムラ（以下、「画像濃度周期ムラ」という）が発生するという問題が生じた。従来から、このような画像濃度周期ムラは現像剤担持体の偏心で生じることが知られているため、現像剤担持体の偏心量を測定した。しかしながら、現像剤担持体の偏心量は画像濃度周期ムラを生じない程度の量であり、現像剤担持体の偏心とは別の原因で画像濃度周期ムラが発生していることがわかった。
そのため、本出願人は画像濃度周期ムラの原因について鋭意検討を行ったところ、現像剤担持体表面の複数の溝深さにバラツキがあることをつきとめた。そして、特願２００２−０２６８４２号において、現像剤担持体の表面に長手方向に延びる複数の溝の深さのばらつきを、±３０％以下に抑えることで、画像濃度周期ムラを解決できる現像剤担持体を提案した。
【特許文献１】特開平８−１５９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、像担持体と現像剤担持体との間のギャップを狭小化した場合には、上記特願２００２−０２６８４２号の提案によっても画像濃度周期ムラを解決することができなかった。近年、高画質化に対する要求が厳しくなってきており、粒状度の高いもの（画像のザラツキ度合いが少ないもの）が求められている。これに伴い、現像剤担持体と像担持体との間のギャップは狭小化される傾向にある。このギャップの狭小化に伴い、現像剤担持体上の現像剤が離脱して像担持体の静電潜像上に移転する際の単位時間あたりの現像剤の汲み上げ量も減少させなければならくなってきた。そのため、現像剤担持体とドクタとの間のギャップ（以下、「ドクタギャップ」という）を狭くして現像剤の汲み上げ量を減少させていた。また、これに付随して、ドクタギャップの調整幅（公差幅）も狭くなった。その結果、組立製造上の歩留まりが悪くなるばかりでなく、画像濃度周期ムラの発生やピッチムラが目立ちやすくなるという不具合が発生してしまった。
【０００７】
そこで、現像剤担持体と像担持体との間のギャップ（以下、「現像ギャップ」という）を狭小化した場合における上記不具合を解消すべく本出願人は、特願２００３−１８７５３９号を提案した。この提案において、本出願人は、画像濃度周期ムラの発生やピッチムラが目立ち難い所望の現像剤の汲み上げ量に設定すべきドクタギャップと溝ピッチの関係について鋭意検討した。ここで、溝ピッチは、次の数３により求められる。
＜数３＞溝ピッチ＝（現像スリーブ外径×π）／溝本数
複数の溝ピッチ幅を変えた現像剤担持体（具体的には、溝ピッチが０．３５［ｍｍ］、０．５［ｍｍ］、０．７５［ｍｍ］、及び１．０［ｍｍ］の現像剤担持体）を用いて、ドクタギャップに対する現像剤の汲み上げ量を測定したところ、図９に示すような結果が得られた。この結果より以下の知見を得た。ドクタギャップを一定とした場合、現像剤担持体に形成した溝のピッチが小さいときには、それが大きい場合に比して現像剤の汲み上げ量が多くなる。また、現像剤の汲み上げ量を一定とした場合、溝ピッチが大きい方がそれが小さい場合に比してドクタギャップを広くすることが可能である。また、現像剤の汲み上げ量を一定とした場合、溝ピッチが大きい方がそれが小さい場合に比して所望の現像剤汲み上げ量Ｓ（図９の縦軸参照）に設定するためのドクターギャップの調整可能範囲である交差幅Ｇｄ（図９の横軸参照）も広く取ることができる。具体的には、現像剤の汲み上げ量Ｓにするためのドクタギャップの調整可能範囲である交差幅Ｇｄは、溝ピッチが０．３５のときには交差幅Ｇｄ１となり、溝ピッチが０．５のときには交差幅Ｇｄ２となる。すなわち、溝ピッチが大きくなるに従って交差幅Ｇｄが広くなる。ドクタギャップの交差幅Ｇｄが広くなることにより、現像剤を狙いの汲み上げ量Ｓに設定することが容易となり、現像剤の汲み上げ量のバラツキによる画像濃度周期ムラのない良好な画像形成が可能となる。また、ドクタギャップの交差幅Ｇｄが広い場合は、交差幅Ｇｄが狭い場合に比して、画像濃度周期ムラを発生させないための現像スリーブ溝深さ偏差、現像スリーブ揺れ等の許容範囲が広くなる。これらの結果、像担持体と現像剤担持体との間のギャップを狭小化した場合においても、画像濃度周期ムラの発生しない良好な画像を形成することが可能となる。
なお、ドクタギャップの交差幅は、一定の溝ピッチの現像剤担持体を用いて狙いの汲み上げ量Ｓに設定可能なドクタギャップの上下限値を求めることにより決定した。溝ピッチが０．７５［ｍｍ］の現像剤担持体を用いた場合、狙いの汲み上げ量を６５±１５［ｍｇ／ｃｍ２］としたときの設定可能なドクタギャップの交差幅は、±０．０５［ｍｍ］であった。
【０００８】
しかしながら、本発明者らがさらに鋭意検討を重ねた結果、溝ピッチを０．７５［ｍｍ］以上とした場合であっても、溝の断面積により画像濃度周期ムラが発生する場合があることを突き止めた。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、以下のような現像剤担持体、現像装置、画像形成装置を提供することである。すなわち、像担持体と現像剤担持体との間のギャップを狭小化した場合においても、画像濃度周期ムラが発生しない高品質な現像剤担持体等である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面に現像剤を担持し、像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体において、上記現像剤担持体の表面に長手方向に延びる複数の溝を有し、該溝ピッチを０．７５［ｍｍ］以上であって、該複数の溝の溝ピッチをＰ，該溝の断面積をＷとした場合に、次の数１を満たすことを特徴とするものである。
＜数１＞Ｐ／Ｗ≧７５
ここで、溝の断面積は次の数２により求める。
＜数２＞溝断面積（Ｗ）≒（溝深さ（Ｄ））２
また、請求項２の発明は、表面に現像剤を担持し、像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体を備えた現像装置において、上記現像剤担持体として請求項１の現像剤担持体を用いることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の現像装置において、上記現像剤として体積平均粒径が８．５［μｍ］以下のものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項２又は３の現像装置において、上記現像剤がトナーと磁性粒子とからなる二成分現像剤であり、該磁性粒子の体積平均粒径を６０［μｍ］以下としたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、表面が移動可能な像担持体と、表面に現像剤を担持し、該像担持体に形成された潜像を現像する現像剤担持体を備えた現像装置と、該像担持体表面を帯電させるための帯電装置とを有する画像形成装置において、上記現像装置として、請求項２、３、又は４の現像装置を用いることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記現像剤担持体の上記溝による空間周波数が、１．５［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］以上であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１乃至６の発明によれば、像担持体と現像剤担持体との間のギャップを狭小化した場合においても、画像濃度周期ムラが発生しない高品質な画像を形成することが可能となるという優れた効果がある。
上記効果が得られる理由を以下に説明する。上記画像形成装置では、現像剤担持体表面に形成した複数の溝の溝ピッチをＰ，溝の断面積をＷとした場合に、次の数４を満たす。なお、溝の断面積は次の数５により求められる。
＜数４＞Ｐ／Ｗ≧７５
＜数５＞溝断面積（Ｗ）≒（溝深さ（Ｄ））２
ここで、溝深さとは、現像剤担持体に対する縦断面において溝の両端を結んだ円弧上の点のうち、現像剤担持体の半径から現像剤担持体の中心軸と溝底部との距離を差し引いた値のうち最大の値をいう。
【００１２】
本発明者らは、現像剤担持体と像担持体との間の現像ギャップを狭小化した場合における、所望の現像剤の汲み上げ量に設定すべきドクタギャップとＰ／Ｗの関係について鋭意検討した。複数の現像剤担持体を用いて、ドクタギャップに対する現像剤の汲み上げ量を測定した。まず、上記特願２００３−１８７５３９号の結果を踏まえ、現像剤担持体の溝ピッチは、０．７５［ｍｍ］に固定した。そして、溝深さを表１に示すように変動させ、Ｐ／Ｗが３３、５２、７５、１１７となるＶ字溝の現像剤担持体を用いて実験を行った。溝の角度は、９０度のものを用いた。ここで、溝の角度とは、縦断面において溝内面の間の交差角をいう。
【表１】
2005062656.tif 000003
上記実験により、以下の知見を得た。図１０に示すように、ドクタギャップを一定とした場合、現像剤担持体に設定したＰ／Ｗが小さいときには、それが大きい場合に比して現像剤の汲み上げ量が多くなる。また、現像剤の汲み上げ量を一定とした場合、Ｐ／Ｗが大きいほうがそれが小さい場合に比してドクタギャップを広くすることが可能である。また、現像剤の汲み上げ量を一定とした場合、Ｐ／Ｗが大きい方がそれが小さい場合に比して所望の現像剤汲み上げ量Ｓ（図１０の縦軸参照）にするためのドクタギャップの調整可能範囲である交差幅Ｇｄ（図１０の横軸参照）も広く取ることができる。具体的には、現像剤の汲み上げ量Ｓにするためのドクタギャップの調整可能範囲である交差幅Ｇｄは、Ｐ／Ｗが３３のときには交差幅Ｇｄ５となり、Ｐ／Ｗが５２のときには交差幅Ｇｄ６となる。すなわち、Ｐ／Ｗが大きくなるに従って交差幅Ｇｄが広くなる。ドクタギャップの交差幅Ｇｄが広くなることにより、現像剤の狙いの汲み上げ量Ｓに設定することが容易となり、現像剤の汲み上げ量のバラツキによる画像濃度周期ムラのない良好な画像形成が可能となる。また、ドクタギャップの交差幅Ｇｄが広い場合は、交差幅Ｇｄが狭い場合に比して、画像濃度周期ムラを発生させないための現像スリーブ溝深さ偏差、現像スリーブ揺れ等の許容範囲が広くなる。これらの結果、像担持体と現像剤担持体との間のギャップを狭小化した場合においても、画像濃度周期ムラの発生しない良好な画像を形成することが可能となる。実際、Ｐ／Ｗが７５以上の現像スリーブを用いて画像形成を行ったところ、画像濃度周期ムラのない良好な画像を形成することができた（図１１参照）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を画像形成装置であるプリンタに適用した一の実施形態について説明する。図１は本実施形態に係るプリンタの要部概略構成図である。
像担持体である感光体ドラム１の周囲には、帯電ローラー等で感光体ドラム１の表面を帯電する帯電装置２、レーザー光線等で感光体ドラム１の一様帯電処理面に潜像を形成する露光装置３が配設されている。また、感光体ドラム１上において潜像に対し帯電したトナーを付着させることでトナー像を形成させる現像装置４が配設されている。また、転写ベルトまたは転写ローラー、チャージャー等で感光体ドラム１上に形成されたトナー像を記録紙６に転写する転写装置５、転写後に感光体ドラム１上に残ったトナーを除去するクリーニング装置７が配設されている。さらに、感光体ドラム１上の残留電位を除去する除電装置８が順に配設されている。
【００１４】
上記構成のプリンタにおいて、帯電装置２の帯電ローラによって表面を一様に帯電された感光体ドラム１は、露光装置３によって静電潜像を形成され、現像装置４によってトナー像を形成される。現像条件としては−７００［Ｖ］に帯電された感光体ドラム１を露光して画像部は−１５０［Ｖ］に減衰させる。この静電潜像に−５５０［Ｖ］の現像バイアスが印加されて現像を行っている。
そして、上記トナー像は転写装置５によって感光体ドラム１表面から、不図示の給紙トレイから搬送された記録紙６へ転写される。その後記録紙上のトナー像は不図示の定着装置によって記録紙に定着される。一方、転写されずに感光体ドラム上に残ったトナーはクリーニング装置７によって回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム１は除電ランプ８で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
【００１５】
上記プリンタでは、環境変動や経時変動による画質変動を抑えるために、プロセスコントロールを行なっている。具体的には、まず現像装置４における現像能力を検出する。例えば、あるトナーパターンの画像を現像バイアス電圧を一定にした条件下で感光体ドラム１上に形成し、その画像濃度を光学センサ９で検出し、濃度変化から現像能力を把握する。そして、この現像能力が所定の目標現像能力になるように、トナー濃度の目標値を変更することで、画質を一定に保つことができる。例えば、光センサ９で検出したトナーパターンの画像濃度が、目標現像濃度よりも薄い場合には、トナー濃度を高くするように、ＣＰＵ１０がモータ駆動回路１２を制御する。一方、光センサ９で検出したトナーパターンの画像濃度が、目標現像濃度よりも薄い場合には、トナー濃度を低くするように、ＣＰＵ１０がモータ駆動回路１２を制御する。ここで、上記トナー濃度はトナー濃度センサ４８（図２参照）で検知される。なお、感光体ドラム１上に形成されるトナーパターンの画像濃度は、現像スリーブ４３による前記画像濃度周期ムラの影響で多少変動することがある。
【００１６】
次に、上記現像装置４の構成を図２に基づき説明する。現像装置４は、現像容器４Ａとトナー補給部４Ｂとで構成されている。そのうち現像容器４Ａ内には現像剤担持体としての現像ローラ４１が、像担持体としての感光体ドラム１に近接するようにして配置されており、両者の対向部分に現像領域Ｄが形成されるようになっている。
【００１７】
上記現像ローラ４１には、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒状に形成してなる現像スリーブ４３が備えられている。この現像スリーブ４３は、図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向すなわち反時計回り方向に回転する。現像スリーブ４３内には該現像スリーブ４３の表面上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石ローラ体４４が固定状態で備えられている。このとき現像剤を構成するキャリアは、上記磁石ローラ体４４から発せられる磁力線に沿うようにして現像スリーブ４３上にチェーン状に穂立ちされる。そして、このチェーン状に穂立ちされたキャリアに対して帯電トナーが付着されて磁気ブラシが形成されるようになっている。形成された磁気ブラシは、現像スリーブ４３の回転移送にともなって現像スリーブ４３と同方向、すなわち反時計回り方向に移送されることとなる。現像剤の搬送方向すなわち反時計回り方向における前記現像領域Ｄの上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さすなわち現像剤の量を規制するドクターブレード４５が設置されている。
【００１８】
さらに上記現像ローラ４１の後方領域には、撹拌ローラ４６およびパドルホィール４７が設けられており、撹拌ローラ４６により撹拌混合されて現像剤がパドルホィール４７によって汲み上げられるようになっている。現像ローラ４１、パドルホイール４７、撹拌ローラ４６を包み込むように現像剤収納部材としての現像剤ケース５１が下側に配置されている。
【００１９】
また、上記トナー補給部４Ｂは、例えば感光体ドラム１に供給されるトナーの濃度が低下したことをトナー濃度センサ４８が検知すると、トナー補給ローラ４Ｂの回転によりトナーＴを撹拌ローラ４６に向け繰り出すようになっている。そして、前述したドクターブレード４５の近傍には、延長方向一端をドクターブレード４５の近傍に位置させ、延長方向他端を撹拌ローラ４６の上に位置させたセパレータ４９が配置されている。また、このセパレータ４９における延長方向他端には、回転可能な搬送スクリュー５０が配置されている。
【００２０】
上記構成の現像容器４Ａにおいては、パドルホィール４７の回転によって現像剤が汲み上げられ、現像ローラ４１に向け放出され、磁石ローラ体４４の磁力により現像ローラ４１の表面に担持される。そして、現像ローラ４１に担持された現像剤は、現像スリーブ４３の回転に伴って表面を移動し、ドクターブレード４５によって層厚を規制された上で、現像ローラ４１と感光体ドラム１とが対向する現像領域Ｄを通過する。その後、現像剤ケース５１との間隙を通過し、磁石ローラ体４４の磁力が作用しなくなる位置で現像ケース５１の底部に落下し、再度、パドルホィール４７により撹拌される。また、ドクターブレード４５によって掻き取られた余剰の現像剤は、セパレータ４９上に配置された複数の傾斜するフィン４９ａによって画像形成装置奥側に順次搬送される。セパレータ４９の最奥端には現像剤案内路が配置され、その延長方向他端に位置する搬送スクリュー５０に向け案内される。この搬送スクリュー５０により前述とは反対に画像形成装置の手前側に搬送され、最手前端に配置された撹拌ローラ４６と対向する図示しないスリットを通して落下する。この前後それぞれの現像剤の搬送により、画像形成装置前後方向においてトナー濃度が均一になるよう撹拌されると同時に前後それぞれの現像剤の搬送量を等しく設定することにより現像剤の水準を一定に維持可能である。
【００２１】
次に、本実施形態の特徴部である現像スリーブについて説明する。
図３は、現像スリーブ４３を軸方向からみた部分断面の拡大図である。現像スリーブ４３の表面には長手方向に延びる複数の溝が等間隔に形成されている。一般に溝が深いほど現像剤搬送性能は向上するが、図４に示すような１［ｍｍ］周期程度のピッチムラが発生しやすくなる。一方、溝が浅いほどピッチムラは発生しにくくなるが現像剤搬送性能が低下する。特に近年では、小粒径トナーやキャリアの画像形成技術の進歩、及び、近接現像の画像形成技術の進歩等により画像再現性が向上しているため、ピッチムラが発生しやすくなっている。そこで、本実施形態の現像スリーブ４３では、溝深さを従来よりも浅めに設定して、現像剤搬送性能とピッチムラ防止との両立を図っている。具体的には、現像スリーブ４３の溝深さを０．０５〜０．１５［ｍｍ］の範囲で設定している。
【００２２】
ここで装置の具体的な条件は、以下の通りである。
メカ条件は以下の通りである。
感光体ドラム  ３６０ｍｍ／ｓｅｃ（１００〜５００ｍｍ／ｓｅｃで設定可能）
現像スリーブ４３と感光体ドラム１との間のギャップ    ０．３〜０．６ｍｍ
現像スリーブ４３とドクタ４５との間のギャップ        ０．３〜０．６ｍｍ
現像スリーブ４３の外径          直径１８ｍｍ（Φ１６〜Φ４０で設定可能）
感光体線速に対する現像スリーブ４３の線速比      １．８（１．５〜３で設定可能）
現像スリーブ４３の溝本数            ７５本（現像スリーブ外径により可変）
現像スリーブの溝深さ                            ０．０５〜０．１５ｍｍ
現像スリーブ４３の抵抗値                                  １００Ω以下
磁石ローラ体４４の磁力の強さ                          ６０〜１４０ｍＴ
また、現像剤条件は以下の通りである。
キャリア（マグネタイト、鉄又はフェライト）              ３０〜８０μｍ
トナー        磁性体量                                １５〜５０ｗｔ％
シリカ量                            ０．１〜１．０ｗｔ％
体積平均粒径                              ５〜９．５μｍ
キャリアに対するトナー被覆率                            ５０〜１２０％
トナー帯電量（Ｑ／Ｍ）                              １５〜５０μｃ／ｇ
【００２３】
図５は、溝深さに対するピッチムラと現像剤搬送性能との実験結果を示すグラフである。図５からわかるように、溝深さが０．１５［ｍｍ］よりも深いと現像剤搬送性能は向上するが、ピッチムラが発生してしまう。このピッチムラの発生原因としては、次のことが考えられる。現像スリーブ４３の溝の深さが０．１５［ｍｍ］よりも深いと、感光体ドラム１と現像ローラ４１との現像領域Ｄにおいて、感光体ドラム１と現像スリーブ４３の溝とが対向したときに、感光体ドラム１と溝との間の現像電界が弱くなる。この結果、現像能力が低下し、溝に対向した部分の感光体ドラム１上で現像濃度が薄くなってしまうためと考えられる。一方、溝深さが０．０５［ｍｍ］よりも浅いとピッチムラは発生しないが、現像剤搬送性能が低下してしまう。この現像剤搬送性能が低下する原因としては、現像スリーブ４３の溝の深さが０．０５［ｍｍ］よりも浅いと、現像スリーブ４３上で現像剤がスリップしたり、溝による現像剤の搬送量が低下したりするためと考えられる。そこで、本実施形態に係るプリンタの現像スリーブ４３では、溝の深さを０．０５［ｍｍ］以上、０．１５［ｍｍ］以下の範囲内として、従来構成よりも浅めに設定し、ピッチムラ防止と現像剤搬送性能との両立を図っている。
また、例えばサンドブラスト加工で現像スリーブ表面に形成した凹凸に比べ、凹部としての溝の深さが深い。よって、サンドブラスト加工で形成した凹凸に比べ溝は摩耗しにくく、経時においても現像剤の搬送性を維持し、安定した画像濃度を維持することができる。また、高速で使用した場合でも、現像剤搬送性能を維持することができる。さらに、プロセスコントロール時に感光体ドラム１上に形成されるトナーパターンの画像濃度が安定するため、より適切なプロセスコントロールが行なえる。
【００２４】
上述したように、現像スリーブ４３の溝深さを０．０５［ｍｍ］以上、０．１５［ｍｍ］以下の範囲内とすることで、ピッチムラ防止と現像剤搬送性能との両立を図ることができた。
ところが、上記現像スリーブ４３を用いて画像形成を行なったところ、図６に示すように、記録紙６に３０〜５０［ｍｍ］の比較的長い周期の画像濃度周期ムラが発生してしまった。ここで、現像スリーブ４３は直径が１８［ｍｍ］であるため、外周長は５６．５［ｍｍ］となる。感光体ドラム１に対する線速比が１．８なので、画像上では約３１［ｍｍ］が現像スリーブ１周に相当する。よって、上記記録紙６上で生じた画像濃度周期ムラの周期は、現像スリーブ４３の１回転の周期に略相当する。このような画像濃度周期ムラは現像スリーブの偏心で生じることが多いため、現像スリーブ４３の偏心量を測定したが、現像スリーブ４３の偏心量は画像濃度周期ムラを生じるほど大きくはなかった。
【００２５】
そこで、本出願人は、現像スリーブ４３に形成した複数の溝の深さをレーザ測定器で測定したところ、図７のグラフに示すように、溝の深さにスリーブ周方向のムラが見られた。この結果、溝の浅い所では汲み上げ量が少なくて画像濃度が低く、溝の深いところでは反対に汲み上げ量が多くて画像濃度が高くなっていることがわかった。図８は、現像スリーブ４３の溝深さのばらつきを模式的に示した側面図である。現像スリーブ４３に形成した溝の深さにバラツキが生じる原因としては、次のことが考えられる。現像スリーブの溝はダイスで加工するが、本実施形態のように、従来に比べて浅い溝を形成するときに、従来の深い溝の場合と同程度の加工精度で加工すると、溝深さのバラツキが相対的に大きくなってしまうためと考えられる。
【００２６】
図１１は、Ｐ／Ｗと画像濃度周期ムラとの関係の実験結果を示すグラフである。図１１からわかるように、Ｐ／Ｗが７５よりも狭いと画像濃度周期ムラが発生してしまう。上述したように溝ピッチを小さくすると、所望の現像剤の汲み上げ量Ｓに設定するためには、ドクターギャップを狭くする必要がある（図１０参照）。また、所望の現像剤の汲み上げ量Ｓに設定するためのドクタギャップの調整可能な範囲としての交差幅Ｇｄも狭くなる。交差幅Ｇｄが狭くなれば、狙いの汲み上げ量Ｓを維持することが現像剤の汲み上げ量のバラツキによって困難となり、画像濃度周期ムラが発生しやすくなってしまうのである。また、交差幅Ｇｄが狭くなれば、画像濃度周期ムラを発生させないための現像スリーブの溝深さ偏差、現像スリーブ揺れ等の許容範囲が狭くなってしまうのである。本実施形態ではＰ／Ｗを７５以上として、画像濃度周期ムラの防止を図っている。
なお、ドクタギャップの交差幅は、一定のＰ／Ｗの現像剤担持体を用いて狙いの汲み上げ量Ｓに設定可能なドクタギャップの上下限値を求めることにより決定した。Ｐ／Ｗが７５の現像剤担持体を用いた場合、狙いの汲み上げ量を６５±１５［ｍｇ／ｃｍ２］としたときの設定可能なドクタギャップの交差幅は、±０．０５であった。
【００２７】
図１２は、溝の空間周波数ｆとピッチムラとの関係の実験結果を示すグラフである。ここで、感光体ドラム上の画像は、略そのままの形で記録紙に転写される。よって、空間周波数ｆは、感光体ドラム表面の表面移動方向で１［ｍｍ］あたりに現像スリーブの溝が通過する回数となり、下記数６により算出することができる。
＜数６＞ｆ＝現像スリーブの対感光体線速比×溝本数／（現像スリーブ外径×π）
図１２からわかるように、現像スリーブ４３の溝による空間周波数は、１．５［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］より小さいとピッチムラが発生してしまう。ピッチムラが１．５［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］以上の場合、感光体ドラム１から記録紙６に転写された画像上でのピッチは０．４１［ｍｍ］以下に相当する。一般に肉眼では１［ｍｍ］程度のピッチに最も強い感度を持つと言われ、それより高い空間周波数のピッチムラは目立ちづらくなる。
本実施形態に係るプリンタの現像スリーブ４３では、空間周波数を１．５［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］以上として、ピッチムラを防いでいる。より具体的には、現像スリーブ４３の現像スリーブ径を直径１８［ｍｍ］、現像スリーブの対感光体線速比を１．８倍、溝数を７５本に設定している。これらの数値を上記数６に代入して空間周波数を算出すると、ｆ＝２．４［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］が得られ、ピッチムラの発生が有効に抑えられる。なお、感光体の線速比は、１．５から３．０の間で設定可能であるが、高画質化のため２以下であることが好ましい。
【００２８】
また、一般的に体積平均粒径が８．５［μｍ］以下のトナーを使用して画像形成を行なうと、図１３のグラフに示すように、画像の再現性が格段に向上するためピッチムラも目立ちやすくなる。本実施形態のプリンタでは、上記構成の現像スリーブ４３を用いることで、体積平均粒径が８．５［μｍ］以下のトナーを使用した場合であっても、ピッチムラを防ぎつつ再現性のよい高品質な画像を形成することができる。なお、体積平均粒径が４［μｍ］よりも小さいと、感光体ドラム上に残ったトナーのクリーニング性が低下するので、トナーの体積平均粒径は４［μｍ］以上が望ましい。
【００２９】
更に、本実施形態のプリンタに用いる現像剤はその構成成分である磁性粒子に粒径が６０［μｍ］以下のものを使用している。従来の二成分現像剤には一般的に粒径７０［μｍ］程度の磁性粒子が使用されることがあったが、本実施形態においては、粒径が６０μｍ以下のものを使用することによって、画像の高画質化に有効である。明度７０〜９０領域のハーフトーンドット画像において、磁性粒子の粒径が６０μｍ以上の場合には粒状度０．３程度であっても、粒径を４０［μｍ］程度まで下げると粒状度が０．１と３倍近くもドット再現性が向上する。
図１４は、磁性粒子の粒径を４０［μｍ］，６０［μｍ］，８０［μｍ］の３種類に変化させて形成した画像の粒状性を比較したグラフである。この粒状性は０〜５までのランクで示したもので、ランクが大きいほど画像上でのドット再現性が良く、ランクが小さいほどドット再現性が悪いことを示している。この図から、ａ（粒径８０μｍ）がランク２、ｂ（粒径６０μｍ）がランク３、ｃ（粒径４０μｍ）がランク４となり、粒径が小さいほどドット再現性が良好であることが分かる。
このことから、本実施形態のように磁性粒子に粒径が６０［μｍ］以下のものを使用することは、高画質化に有効である。
【００３０】
なお、上記実施形態に使用したプリンタは、本発明が適用できる装置の一例であり、この装置に限定されるものではない。また、各装置や部材の設定条件も、本実施形態のものに限定されるものではない。さらに、実施例では、現像剤担持体の溝形状が、ｖ字溝のものについて説明したが、これに限定されるものではなく、台形、Ｕ字のものを用いることもできる。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態では、現像剤担持体としての現像スリーブにおいて、現像スリーブ表面の溝ピッチは、０．７５［ｍｍ］以上であり、Ｐ／Ｗは７５以上である。実験によれば、溝ピッチを大きくすることにより、所望の現像剤を汲み上げるためのドクタギャップを広くすることができる。また、Ｐ／Ｗを大きくすることにより、所望の現像剤を汲み上げるためのドクタギャップを広くすることができる。さらに、所望の現像剤を汲み上げるためのドクタギャップの公差幅（調整幅）も広くすることが可能となる。ドクタギャップ公差幅を広く設定できると、現像剤を狙いの汲み上げ量に設定することが容易となり、現像剤の汲み上げ量のバラツキに起因する画像濃度周期ムラの発生を抑えることができる。また、ドクタギャップ公差幅を広く設定できると、画像濃度周期ムラを発生させないための現像スリーブ溝深さ偏差、現像スリーブ振れの許容範囲が広くなる。実際、溝ピッチが０．７５［ｍｍ］以上であって、Ｐ／Ｗが７５以上の現像スリーブを用いた画像評価実験では、現像剤の汲み上げ量のばらつきが抑えられ、画像濃度周期ムラが発生しない良好な画像を形成することができた。
また、溝の空間周波数を１．５［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］以上とすることにより、ピッチムラを目立ち難くすることができる。一般に肉眼では１［ｍｍ］程度のピッチに最も強い感度を持つと言われている。実験によれば、現像スリーブの溝による空間周波数は、１．５［ｃｙｃｌｅ／ｍｍ］以上がピッチムラの防止に有効（図１２参照）であることがわかった。
また、上記実施形態では、現像剤として体積平均粒径が８．５μｍ以下のトナーを用いる。これにより、ピッチムラを防ぎつつ再現性のよい高品質な画像を形成することができる。一般的に体積平均粒径が８．５［μｍ］以下のトナーを使用して画像形成を行なうと、画像の再現性が格段に向上するためピッチムラも目立ちやすくなる。しかし、上記現像スリーブを用いることで、ピッチムラの防止を図ることができる。
また、上記実施形態では、現像剤がトナーと磁性粒子とからなる二成分現像剤であり、該磁性粒子の体積平均粒径を６０［μｍ］以下とした。これにより、実験によれば、画像上のドット再現性がよくなるため、粒径がそれより大きいものを用いた場合に比してより良好な画像を形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態に係るプリンタの要部概略構成図。
【図２】現像装置の構成図。
【図３】現像スリーブを軸方向からみた部分断面拡大図。
【図４】記録紙上のピッチムラの説明図。
【図５】溝深さに対するピッチムラと現像剤搬送性能との実験結果を示すグラフ。
【図６】記録紙上の画像濃度周期ムラの説明図。
【図７】現像スリーブの溝深さ、現像剤汲み上げ量及び画像濃度の関係を示すグラフ。
【図８】現像スリーブの溝深さのばらつきを模式的に示した説明図。
【図９】現像スリーブの溝ピッチに対する、ドクタギャップと現像剤汲み上げ量の関係を示すグラフ。
【図１０】現像スリーブのＰ／Ｗに対する、ドクタギャップと現像剤汲み上げ量の関係を示すグラフ。
【図１１】Ｐ／Ｗと画像濃度周期ムラとの関係を示すグラフ。
【図１２】空間周波数とピッチムラとの関係を示すグラフ。
【図１３】トナーの体積平均粒径とピッチムラとの関係を示すグラフ。
【図１４】磁性粒子の粒径による画像の粒状性を比較したグラフ。
【符号の説明】
【００３３】
１    感光体ドラム
２    帯電装置
４    現像装置
４３    現像スリーブ
【図１】
2005062656.tif 000004
【図２】
2005062656.tif 000005
【図３】
2005062656.tif 000006
【図４】
2005062656.tif 000007
【図５】
2005062656.tif 000008
【図６】
2005062656.tif 000009
【図７】
2005062656.tif 000010
【図８】
2005062656.tif 000011
【図９】
2005062656.tif 000012
【図１０】
2005062656.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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