JP4641383B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式等によって、像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視画像を形成する現像装置を備えた複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式や静電記録方式を用いた複写機等の画像形成装置では、感光ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を、現像剤を付着させて可視像化して現像剤像（トナー像）を形成する現像装置が備えられている。現像装置が実施するこの現像動作には、大きく分けて、一成分現像方式と二成分現像方式とがあるが、ここではトナーとキャリアを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式を採用した従来例について説明する。

現像装置の基本構成として、現像剤を収容する現像容器にて構成され、現像容器の像担持体と対向する部分に開口部を有し、この開口部には、内部に非回転の磁界発生手段を内蔵した、回転自在の現像剤担持体、例えば現像スリーブや現像ローラがその周面を露出させて設置されている。この現像剤担持体が、内部の磁界発生手段の機能により、現像容器内の現像剤を汲み出し、回転によって、像担持体表面に現像剤を担持搬送し、現像バイアスが印加されて現像剤が像担持体表面に移動し、現像動作が行われる。

こうした基本構成をとる二成分現像剤を収容する従来の現像装置では、先ず、第１の例として、図８に示すような、現像容器２に収容された二成分現像剤を攪拌しながら搬送し、現像容器２内を循環させる循環手段である第１の搬送スクリュー５と第２の搬送スクリュー６とを水平方向に２本配置している現像装置１０２の構成のものが多い。

現像装置１０２では、現像剤が収容される現像容器２に不図示の像担持体との対向部に開口部が設けられ、この開口部に回転体である現像スリーブ８が設けられている。そして、現像スリーブ８には、磁界発生手段であるマグネットローラ８ａが、現像スリーブ８の回転に対して固定して内蔵されている。そして、現像容器２内部に現像剤攪拌部材（搬送部材）として設けられた２本の循環手段５、６のうち不図示の像担持体に近い方に位置する第１の搬送スクリュー５が、現像スリーブ８に現像剤を供給し、現像スリーブ８と像担持体との対向部である現像部を通過した後の現像剤を回収するために用いられる。又、第２の搬送スクリュー６は、現像スリーブ８から回収された現像剤と新しく補給された現像剤とを混合攪拌するために用いられる。

一方、近年、複写機、プリンタ等の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、省スペースを達成するために装置本体の小型化の要求が強くなっており、特に、フルカラー方式の画像形成装置においては、現像装置を複数用いるため、小型化の要望が強い。

この問題を解決するため、図８に示す第１の構成を改良した第２の構成として、特許文献１に記載されたような、図９に示す構成の現像装置１０３が考案されている。この図９の現像装置１０３は、上記の現像スリーブ８を備えた基本構成に加え、現像剤の循環手段である２本の搬送スクリュー５、６を上下に配置したことが特徴である。

より詳細に説明すれば、現像装置１０３は現像剤を収容した現像容器２を備え、現像容器２の感光ドラム１０と対面した開口部に現像剤担持体である現像スリーブ８を有している。そして、現像容器２内の開口部との反対側には隔壁７によって区画された現像室３と攪拌室４が上下に形成されており、これらの現像室３と攪拌室４内には現像剤を攪拌・搬送し、現像容器２内を循環させる循環手段として第１及び第２の搬送スクリュー５、６が、それぞれ設置されている。第１の搬送スクリュー５は現像室３内の現像剤を搬送し、又、第２の搬送スクリュー６は、トナー補給口（不図示）から攪拌室４内に第２の搬送スクリュー６の上流側に供給されるトナーと攪拌室４内に既にある現像剤とを攪拌しながら搬送し、現像剤のトナー濃度を均一化する。

以上説明したように、図９に示した縦攪拌型の現像装置１０３は、現像室３と攪拌室４とが鉛直方向上下に配置されているため、その水平方向の占有スペースが小さくて済むという長所があり、例えば複数の現像装置を水平方向に並列搭載するタンデム方式等のカラー画像形成装置でも小型化が可能となる。又、現像スリーブ８への現像剤の提供を、現像スリーブ８回転方向下流側の現像室３で行い、回収を上流側の攪拌室４で行う、といったように現像スリーブ８に対する現像剤の提供と回収を別々の収容部にて行うことで、新しい現像剤が均一に混合された状態で現像スリーブ８に提供されるので、高画質化に貢献できる。

現像装置１０３は、縦攪拌型にすることによって小型化を実現してきたが、近年、二成分現像方式による現像装置に対して小型化以外にも、更なる高画質化、長寿命化の開発が進められている。特に、その中で二成分現像方式による現像装置の長寿命化を達成するためには、現像剤が圧縮されないような構成をとり、トナー劣化とキャリア劣化（キャリアスペント化）とを防止することが必要となる。

例えば、図９を用いて説明すると、現像容器２内で現像剤が圧縮される場所は、現像スリーブ８上での現像剤の層厚が規制される部分、つまり現像容器２の開口部に設けられた例えばブレード状の規制ブレード９との対向部である層厚規制部であり、通常、かかる現像装置の構成では、規制ブレード９に規制される現像剤を現像スリーブ８上に担持させるためのマグネットローラ８ａの現像剤層厚規制磁極が、規制ブレード９近傍において、規制ブレード９より現像スリーブ８の回転方向上流側に位置している。このことにより、現像剤層厚規制磁極によって、現像スリーブ８上に引き付けられた現像剤が、現像容器２の内部側で現像スリーブ８と規制ブレード９との間で圧縮されることとなる。

そこで、現像容器２内部側における現像スリーブ８と規制ブレード９との間の現像剤の圧縮を弱めるには、マグネットローラ８ａにおいて、現像剤層厚規制磁極が現像剤を現像スリーブ８上に引き付ける力、即ち現像スリーブ８に垂直な方向に働く力Ｆｒを弱めることが有効であり、そのためには、現像剤中のキャリアの磁化を小さくすること、即ち、現像部での像担持体１０上に現像されたトナー像を摺擦する力を弱くして高画質化することで、現像剤層厚規制磁極からの磁力線が隣接磁極に回りこみづらく、できるだけ現像スリーブ８の半径方向に出るようなマグネットパターンを構築することである。

現像剤中のキャリアの磁化を小さくする方法の一つに、第３の構成として、図９の現像装置１０３にも採用されているが、現像スリーブ８内のマグネットローラ８ａの現像容器２内部側に設けられた反発極によって反発磁界を形成し、該反発極を現像剤層厚規制磁極として用いる現像方法が提案されている（特許文献２参照。）。

この方法に従って、互いに同極性の磁極が隣り合って、反発磁界を形成している時には、各々の磁極の磁力線は現像スリーブ８表面に対して、垂直に出ることとなる。この場合、現像スリーブ８表面に対して垂直な方向の磁束密度の変化率が小さいため、その結果、現像剤を現像スリーブ８に引きつける力が小さくなり、現像剤の圧縮度は小さくなる。

しかしながら、かかる従来の二成分現像方式による現像装置の構成、即ち、反発磁極の一つの磁極を現像剤層厚規制磁極として用いる構成をとった場合、ベタ画像、特に黒ベタ画像が形成された記録材の搬送方向後端部分にスクリューピッチ状の濃度ムラが発生する虞がある。

この現象は、反発磁界により剥ぎ取られた後に現像剤層厚規制磁極に移動する、（画像履歴のある）トナー濃度の低下した現像剤と、搬送スクリューで撹拌搬送されて現像スリーブの現像剤層厚規制磁極部分に供給される現像剤との混合比率が、画像域長手で搬送スクリューの回転周期で変わることで発生する。

又、この現象は、現像スリーブ近傍の現像剤の剤面が比較的低く、現像剤層厚規制磁極の近傍に搬送スクリューが配置されている場合に生じやすい。更に、上記現象は、磁性キャリアの磁化の大きさを小さくしていった時にも生じやすい。これは、キャリアの磁化が小さいときは、現像剤が磁場に対して磁気的に鈍感になり、現像後の現像剤が剥ぎとり極で剥ぎとられずに現像剤層厚規制磁極に移動しやすいからである。

そこで、基本構成及び、第２の構成の縦攪拌型の構成、及び第３の構成としての現像容器内において現像剤担持体に内蔵される磁界発生手段に、層厚規制磁極を含む反発磁極を設ける構成に加え、第４の構成として、現像剤担持体を複数本を配置した現像装置が考えられた。その一例として、図１０に示す現像装置１０１では、現像スリーブは２本、感光ドラム１０回転方向上流側で対向する現像スリーブ８と下流側で対向する現像スリーブ１１が配置されており、それぞれが感光ドラム１０との対向部で第一現像部Ｘ１と第二現像部Ｘ２を構成している。現像装置１０１では、スクリューピッチ状の濃度ムラを目立たなくすることができる。これは、上流側の現像スリーブ８でスクリューピッチ状の濃度ムラが発生しても、下流側に配置された現像ローラ１１の現像によって、濃度ムラが軽減される作用によるものである。

ところが、複数本の現像スリーブを有していても、完全にスクリューピッチ状の濃度ムラを消せるわけでない。

近年の写真画像や、画像Ｄｕｔｙの高いプレゼンテーション資料など文字やグラフ以外のグラフィック系の画像に対応する性能が必要とされている事情から、スクリューピッチ状の濃度ムラの発生を防止する需要がある。
特開平５−３３３６９１公報 特願平９−３１６４７８公報

本発明の目的は、小型化や現像剤寿命を長くする現像器構成を実現し、磁化の小さい磁性キャリアを採用する場合にも、ベタ部でスクリューピッチムラを生じることなく、均一なベタ画像を安定して得ることができ、濃度ムラを完全に防止し、高速化高画質化に貢献できる現像装置を備える画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体と対向する第１現像位置へ現像剤を搬送して前記像担持体上に現像剤像を形成する第１現像剤担持体と、
前記第１現像剤担持体から搬送された現像剤を、前記第１現像位置よりも前記像担持体の回転方向下流側の第２現像位置へ搬送して前記像担持体上に現像剤像を形成する第２現像剤担持体と、
前記第１現像剤担持体が収納された収納室に設けられ、前記第１現像剤担持体の回転軸方向に現像剤を搬送して、前記第１現像剤担持体に現像剤を供給する回転自在な搬送スクリューと、
を有し、
前記第１現像剤担持体上の前記第１現像位置にある現像剤を、前記第２現像剤担持体を経由して前記第２現像位置まで移動させるのに要する時間をＴＡとし、前記像担持体上の現像剤が前記第１現像位置から前記第２現像位置までに移動に要する時間をＴＢとし、前記搬送スクリューの角速度をＶ１とし、Ｎは０以上の整数とする時、数式（１）を満たすことを特徴とする画像形成装置である。
Ｎ＋０．２５＜（｜ＴＡ−ＴＢ｜）／（２π／Ｖ１）＜Ｎ＋０．７５ （１）

本発明によれば、スクリューピッチ状の濃度ムラがない面内の濃度均一性の高い画像を長期にわたって安定して出力できる。

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
先ず、本発明が適用される現像装置が設置された画像形成装置の構成を説明する。画像形成装置の構成としては、一例として、例えば以下に述べるような画像形成装置が挙げられるが、必ずしもこの形態に限られるものではない。

図１は、図４に示されるようなフルカラー画像形成装置における、各画像形成部（ステーション）Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおける像担持体（感光ドラム）１０と現像装置１との位置関係を示したものである。Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各ステーションはほぼ同様の構成であり、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１とあれば、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各ステーションにおける現像装置１Ｙ、現像装置１Ｍ、現像装置１Ｃ、現像装置１Ｋを共通して指すものとする。

図４により、画像形成装置全体の動作を説明する。各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、記録材搬送方向に沿って、一列に並んでおり、各ステーションにて形成された色の異なる現像剤像が記録材搬送の過程で、記録材に重ねて転写される。

各ステーションは、像担持体とそれに作用する画像形成手段で構成される。各ステーションにおいて、像担持体である感光ドラム１０は回動自在に設けられており、その感光ドラム１０を、画像形成手段のひとつである帯電手段である一次帯電器２１で一様に帯電し、潜像形成手段である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潜像を形成する。その潜像は現像手段である現像装置１により、後述のような過程で現像剤像（トナー像）として可視像化される。そのトナー像を、転写手段である第１転写帯電器２３によって、記録材搬送シート２４によって搬送されてきた記録材である転写紙２７上にステーション毎に転写し、その後、定着装置２５によって定着して永久画像を得る。

又、感光ドラム１０上の転写残トナーはクリーニング手段として各ステーションに配置されたクリーニング装置２６により除去する。又、画像形成で消費された現像剤中のトナーは各々の現像装置１に対応して設けられたトナー補給槽２０から補給される。

又、ここでは、感光ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから記録材搬送シート２４に搬送された記録材である転写紙２７に直接転写する方法をとったが、転写紙搬送シート２４の代わりに中間転写体を設け、各色の感光ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから中間転写体に各色のトナー像を一次転写した後、転写紙に各色の複合トナー像を一括して二次転写する構成の画像形成装置においても、本発明は適用できる。

次に、図１を用いて、本発明が適用された現像装置１の動作を説明する。本実施例の現像装置１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、第１の現像剤担持体としての第１現像スリーブ８と、現像スリーブ８と対向して設置され、現像スリーブ８表面に担持された現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材である規制ブレード９と、第２の現像剤担持体としての第２現像スリーブ１１と、を有している。現像容器２の感光ドラム１０に対向した現像部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、１１が感光ドラム１０側に一部露出するように回転可能に配設されている。そして、現像スリーブ８、１１は、後に詳しく説明されるように磁極を配置した非回転の円筒状磁界発生手段であるマグネット８ａ、１１ａを内蔵し、その作用で、現像容器２から現像剤を汲み上げ、回転することによって現像部まで搬送する。ここで、感光ドラム１回転方向上流側に配置された現像スリーブ（以下、「上流現像スリーブ」と称す。）８による現像部を第一現像部Ｘ１とし、下流側の現像スリーブ（以下、「下流現像スリーブ」と称す。）１１による現像部を第二現像部Ｘ２とする。即ち、本実施例の現像装置１は、従来の基本構成及び現像スリーブを複数有するとする第４の構成を有する。

そして、従来の第２の構成を有する。つまり、縦攪拌型の構成をとり、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と攪拌室４に上下に区画されており、現像剤は現像室３及び攪拌室４に収容されている。現像室３及び攪拌室４には現像剤Ｔを攪拌・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の搬送スクリュー５、６がそれぞれ配置されている。

つまり、図５に示す現像容器２の第１、第２のスクリュー５、６の軸部分の横断面図を参照すればよく理解されるように、第１の搬送スクリュー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。又、第２の搬送スクリュー６は攪拌室４内の底部に第１の搬送スクリュー５とほぼ平行に配置され、攪拌室４内の現像剤Ｔを第１の搬送スクリュー５と反対方向に搬送する。

このようにして、第１及び第２の搬送スクリュー５、６の回転による搬送によって、現像剤Ｔが隔壁７の両端部の開口部である連通部７１、７２を通じて現像室３と攪拌室４との間で循環される。

更に、この現像装置１は、現像スリーブ８内のマグネット８ａが、現像容器２内で反発磁極を有する、第３の構成を有す。即ち、現像スリーブ８は、非磁性材料で構成され、上記したように、その内部には第１の磁界発生手段であるマグネットローラ８ａが非回転状態で設置されているが、このマグネットローラ８は現像極Ｓ２と現像剤を搬送する磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を有している。このうち同極である第１磁極Ｎ３極と第２磁極Ｎ１極は、隣り合って現像容器２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、攪拌室４にて現像剤Ｔを離すように構成されている。そして、その反発磁極のうち下流側のＮ１極が層厚規制磁極となる。

以下に、より具体的な現像剤Ｔの流れを図６の現像スリーブ８と現像スリーブ１１付近の拡大図を用いて説明する。上記に説明したように、現像スリーブ８内の第１磁極Ｎ３極と第２磁極Ｎ１極間には反発磁界が形成されおり、又、現像スリーブ１１の第３磁極Ｓ３極と第４磁極Ｓ４極間にも反発磁界が形成されている。そして、現像スリーブ８と１１の対向部にて、現像スリーブ８の第１磁極Ｎ３極と現像スリーブ１１の第３磁極Ｓ３極は近接している。尚、現像スリーブ８内のＮ１極とＮ３極の反発磁界及び現像スリーブ１１内のＳ３極とＳ４極の反発磁界は同じ側を向き、現像容器２の内部方向を向いている。

このことによって、現像スリーブ８上を搬送され、現像部を通過してきた現像剤Ｔは、マグネット８ａの第１磁極Ｎ３極の位置へ至り、下流の第２磁極Ｎ１極との反発磁界によって、両スリーブ８と１１の対向部である最近接位置をすり抜けて、ほとんどの現像剤Ｔは矢印ｅのように通過することができない。

大半の現像剤Ｔは、現像スリーブ８に連れ回ることができず、矢印ｆのように現像スリーブ８側のＮ３極から現像スリーブ１１側のマグネット１１ａの第３磁極Ｓ３極方向へのびる磁力線に従って、現像スリーブ１１側へ移動し、現像スリーブ１１上を攪拌室４内の第２の搬送スクリュー５まで搬送されていく。このサイクルを繰り返していく。

当然ながら、従来に説明した、第１〜第４の構成を有するので、従来例に示した単一現像スリーブの現像器に比べて、現像効率を高めることができ、潜像により忠実な像を現像することができる。

このような現像装置１においては、従来例に説明したように、複数の現像スリーブを有する構成であっても、反発磁極の一つの磁極を現像剤層厚規制磁極として用いる構成をとった場合、ベタ画像が形成された記録材の搬送方向後端部分にスクリューピッチ状の濃度ムラが発生する虞がある。

この現象は、従来例にも説明したように、反発磁界により剥ぎ取られた後に現像剤層厚規制磁極に移動する、画像履歴のあるトナー濃度の低下した現像剤が、搬送スクリュー５によって直ぐに現像スリーブ８へと搬送されてしまう。そして、スクリューピッチの凹凸状にトナー濃度ムラの状態を持ちながら現像スリーブ１１へと搬送、供給される。それが、画像域長手で搬送スクリュー５の回転周期で変わりながら発生していく。そして、第４の、複数の現像スリーブを備える構成を有することで濃度ムラを目立たなくさせるという対策がなされていたが、それでも、ベタ画像においてはスクリューピッチムラが完全に防止されるわけではなかった。

本実施例のように複数の現像スリーブ８、１１を感光ドラム１０に近接させ、現像に寄与させた場合のベタ画像におけるスクリューピッチムラについて説明する。

層厚規制極９に混合比率の不安定な現像剤が到来し、感光ドラム１０回転方向で上流現像スリーブ８にスクリューピッチ状の濃度ムラＤがある状態で現像剤Ｔが供給される。すると、図６に示す上記の矢印ｆに従って、現像スリーブ８上下の現像剤が下流現像スリーブ１１に移動し、図７（ａ）に示すように、濃度ムラＤの位相は変わるものの下流現像スリーブ１１へも、この濃度ムラを有した状態で現像剤が搬送されていく。そのため、図７（ｂ）に示すように、ドラム１０上の画像Ｚ上にスクリューピッチ状の濃度ムラＤが現れてしまう虞がある。

特に、高Ｄｕｔｙなベタ画像を連続で流した場合など、急激なトナーの消費を行うため、現像容器２内のトナー濃度がムラになりやすく不安定になり、スクリューピッチ状のムラが生じやすくなる。

又、上流現像スリーブ８で現像に供され、トナー濃度の下がった現像剤が、僅かではあるが上流現像スリーブ８から下流の現像スリーブ１１間の受け渡し磁界と、反発磁界と、に逆らい、つれ回る現像剤が存在してしまう。そして、そのスクリューピッチ状のトナー濃度ムラがある状態で上流現像スリーブ８に現像剤が供給されてしまうこともある。

いずれの場合も、上流現像スリーブ８にスクリューピッチ状の濃度ムラをもった画像がドラム１０上に現像され、更に、下流現像スリーブ１１にも濃度ムラを持った状態で現像剤が搬送されてくる。

ここで、実際に記録材Ｐに形成される画像は、感光ドラム１０表面の第二現像部Ｘ２を通過した後の画像、つまり図１で第二現像部Ｘ２と転写部２３との間の領域Ｃに形成されている画像である。そして第二現像部Ｘ２には、第一現像部Ｘ１にて形成された画像上に、現像スリーブ１１に担持される現像剤が現像される。つまり、ベタ画像の場合は、感光ドラム１０の第一現像部Ｘ１と第二現像部Ｘ２との間の領域Ｂに形成されている画像上の現像剤（この場合ベタ画像であるので現像剤層）と、現像スリーブ８から、第一現像部Ｘ１にて現像されていない現像剤層が現像スリーブ１１との対向部を通じて現像スリーブ１１に担持された現像剤層、つまり、図６では矢印ｆの経路である、図１に示す経路Ａに形成されている現像剤層に対する現像動作の影響を受けて形成される画像である。

この時、この図１における上記経路Ａ、及び領域Ｂ、Ｃにおける現像剤層のドラム１０上や現像スリーブ８上のトナー載り量を光センサなどで検知した濃度の断面プロファイルを測定することができる。以下に、スクリューピッチ状の濃度ムラが発生する状況について、こうして測定された模式的な断面プロファイルの図２、図３を用いて説明する。

スクリューピッチ状の濃度ムラ発生する場合の、上記経路Ａ、及び領域Ｂ、Ｃにおける現像剤層のそれぞれのプロファイルを図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。

まず、領域Ｂ部分の現像剤層における濃度ムラ、つまり現像スリーブ８で形成された濃度ムラのドラム１０軸方向でトナー載り量の断面図を測定すると、濃度が低い部分のトナー量が低く測定され、図３（ｂ）のように、断面ではほぼ等間隔毎にトナーの載りが低くなる部分が生じる。又、上流現像スリーブ８で形成された、同様のスクリューピッチ状の濃度ムラ（トナー載り量ムラ）が保たれたまま、下流側の現像スリーブ１１の現像部へ経路Ａをたどって運ばれていき、図３（ａ）に示すように、現像スリーブ８によるドラム１０上のトナーの状態（図３（ｂ））と同様な状態となる。

この時、下流現像スリーブ１１の現像部Ｘ２において、図３（ａ）に示す経路Ａをたどって部分の現像スリーブ８から運ばれたプロファイルＡ２と、図３（ｂ）に示す第一現像部Ｘ１を通過後の領域Ｂにおける感光ドラム１上のプロファイルＢ２が重ね合わさる位相となり、感光ドラム１表面が第二現像部Ｘ２を通過した後つまり領域Ｃにおいては、表面のトナーは、図３（ｃ）に示すプロファイルＣ２のような状態に現像される。

つまり、現像スリーブ８によって感光ドラム１０上に現像されたトナーのプロファイルＡ２と、現像スリーブ８から現像スリーブ１１へとその対向部を通じて移動するトナーのプロファイルＢ２とが、同様の間隔でスクリューピッチムラが生じるため、トナーが低く載る部分同士が重なるようになり、上流側現像スリーブ８によってできた濃度ムラを、下流側の現像スリーブ１１で若干、軽微にするものの濃度ムラを消すことはできないと考えることができる。よって、高画質化のために複数本の現像スリーブを配設しても、その性能を活かし切れていない。

そこで、上流及び下流現像スリーブ８、１１の周速、ドラム１０の周速、又は現像スリーブ８へ現像剤を供給する搬送スクリュー５の角速度等を調整して、第二現像部Ｘ２において、現像スリーブ８から現像スリーブ１１へと直接移動した経路Ａにおける現像剤の現像剤層と現像スリーブ８により現像された感光ドラム１の領域Ｂ上のトナー層の両者におけるスクリューピッチムラの凹部分が重ならないようにした。

この時のドラムの軸方向でのトナー載り量の断面プロファイルを図３と同様に、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。この時の現像スリーブ８から現像スリーブ１１に直接移動した経路ＡにおけるプロファイルＡ１は、同位置の上記のプロファイルＡ２と同様であるが、第１現像部Ｘ１を通過した後の、つまり領域Ｂにおける現像スリーブ８によるトナー像の状態においては、この時の下流現像スリーブ１１におけるトナー載り量の断面プロファイルＢ１は図２（ｂ）に示すように、プロファイルＡ１の凹部と重ならない位置に凹部が発生し、第二現像部Ｘ２にて両者が重なっても、凹部同士が重なることがなく、図２（ｃ）に示す領域ＣにおけるプロファイルＣ１のように、上流現像スリーブ８で現像された時の断面プロファイルＢ１には、濃度ムラがあったが、下流現像スリーブ１１の現像によって凹んでいる部分にトナーを補い、濃度ムラを大幅に軽減できる。実際に紙上の濃度ムラを測定しても、反射濃度でΔ０．０２５と面内の濃度均一性が大幅に向上していることが確認できた。

以上より、上流現像スリーブ８で現像し、ドラム１上にできたスクリューピッチ状の濃度ムラが下流現像スリーブ１１へ搬送されてきた時の位相と、下流現像スリーブ１１上の濃度ムラの位相の重ね合わせによって、最終的なスクリューピッチ状の濃度ムラのレベルが決定されることが分かった。

以上に述べたことから、本実施例においては、第二現像部Ｘ２にて、第１現像部Ｘ１にて形成されたトナー像と下流現像スリーブ１１によって現像されるトナー像とのピッチムラの凹部同士が重ならないように条件を定めたことを特徴とする。

本実施例においては、次の条件を満たすことによって、下流現像スリーブ１１側の濃度ムラの位相と上流現像スリーブ８によって現像された感光ドラム１０上の濃度ムラの位相との濃淡部分が重なり合わないようにした。

まず、現像スリーブ８へ現像剤と供給、攪拌する攪拌スクリュー５の角速度Ｖ１とすると、現像スリーブ８上にできるスクリューピッチ状の濃度ムラは２π／Ｖ１の間隔で形成される。次に、現像スリーブ８から現像スリーブ１１に受け渡されて担持されることによる、それぞれの回転による移動で上流現像スリーブ８の現像部Ｘ１から下流現像スリーブ１１の現像部Ｘ２まで現像剤が搬送される時間、つまり、図１に示す経路Ａにおける現像剤層の移動時間をＴＡとし、感光ドラム１上において、現像剤が第一現像部Ｘ１から第二現像部Ｘ２まで搬送される時間つまり図１における領域Ｂを移動する時間をＴＢとする。当然ながら、ＴＡやＴＢは、現像スリーブ８、１１の周速、現像スリーブ８、１１内のマグネットローラ８ａ、１１ａの磁力分布と配置や感光ドラム１０の周速等によって決まるパラメータである。

ここで、感光ドラム１０上の搬送時間ＴＢから現像スリーブ８、１１上の搬送時間ＴＡの差分をとり、現像スリーブ８に形成されるスクリューピッチ状の濃度ムラ間隔２π／Ｖ１との比率Ｓをとれば、感光ドラム１０と現像スリーブ８、１１上の位相のずれがどの位か把握できる。比率Ｓは式（５）のように表される。

（｜ＴＡ−ＴＢ｜）／（２π／Ｖ１）＝Ｓ （５）

ここで、実際に、様々な条件下において、比率Ｓ（感光ドラム１０と現像スリーブ８、１１上の位相）をずらしながら記録材２７上に形成されたベタ画像のスクリューピッチ状の濃度ムラのレベルを確認していった。その結果を表１に示す。本検討においては、搬送スクリュー５、６としては、図５に示すようなスパイラル状であり、スパイラルの間隔は凡そ１５ｍｍの攪拌スクリューを用いた。尚、表１におけるスクリューピッチ状の濃度ムラレベルの評価は、下記のように表現する。

××：ムラが大きく目立つ。×：ムラが確認できる。△×：ムラが薄く確認できる。△：ムラが確認できるが目立たない。○：ムラが確認できない。

すると、比率Ｓが０．２５〜０．７５であれば面内の濃度差も０．０５以下で、スクリューピッチ状の濃度ムラもベタ画像であってもほとんど目立たないレベルまで抑えることが分かった。

本検討の現像装置の設定においては、濃度ムラが出る時は、１５ｍｍ間隔で幅３ｍｍ強のスクリューピッチ状の濃度ムラが出た。ここで、比率Ｓを０．２５〜０．７５まで許容すると、上流現像スリーブ８で１５ｍｍ間隔の０ｍｍ位置を中心に幅３ｍｍの濃度ムラを形成し、下流現像スリーブ１１で約４ｍｍ位置を中心に幅３ｍｍの濃度ムラを現像する状況となり、夫々の濃度ムラは重なることはなく、画像上でも目立たないレベルとなる。

これが、比率Ｓを０．２以下まで許容するとなると、幅を持つ濃度ムラ同士が重なり合ってしまい、スクリューピッチ状の濃度ムラが見えるようになってしまう。

尚、実際の現像スリーブおよび、感光ドラム１０上の濃度ムラ（濃淡パターン）は、上下の現像スリーブ８、１１のうち、一方のみに現像バイアスを印加し、片側の現像スリーブでのみ現像を行い、トナー載り量分布（濃淡パターン）の光センサによって観測した。

又、紙上濃度との対応をとると、感光ドラム１０上の軸方向上の載り量に０．０３ｍｇ／ｃｍ²以上の差があり、上下の現像スリーブ８、１１によって現像で凹部（淡部）と凹部（淡部）が重なる位相であると、紙上の濃度ムラが０．１以上と目立ってしまう。

しかし、上述の範囲となるように位相をずらせば、感光ドラム１０上の軸方向上の載り量が、例え、０．０３５ｍｇ／ｃｍ²の差を持っていたとしても、凹部（淡部）を下流現像スリーブ１１の凸部（濃部）で重ね合わせれば、記録材２７上の濃度差としては、０．０４以下になることが検証できている。この紙２７上の濃度差が０．０４になった時の下流側現像スリーブ１１の現像後における感光ドラム１０上のトナー載り量の分布（最大載り量―最小載り量）は、約０．０１〜０．００５ｍｇ／ｃｍ²であった。

従って、感光ドラム１０上のトナーの載り量分布（濃淡パターン）を０．０１ｍｇ／ｃｍ²以下に抑えれば、ベタ画像上などで濃度ムラが目立つことはなくなることがわかった。

又、実験における現像スリーブ８、１１上のスクリューピッチ状の濃度ムラの搬送時間、および感光ドラム１０上のスクリューピッチ状の濃度ムラの搬送時間は、フォトロン社製の高速カメラ ＦＡＳＴＣＡＭ １２０ＫＣにオリンパス社製の工業用硬性鏡および、工業用ファイバースコープを組み合わせて測定を行った。

以上より、下記の数式（６）を満足するように、現像スリーブ８へ現像剤と供給、攪拌する攪拌スクリュー５の角速度Ｖ１と、第一現像部Ｘ１から第二現像部Ｘ２までの、感光ドラム１上における現像剤の搬送時間ＴＢと、現像スリーブ８、１１上における現像剤の搬送時間ＴＡを設定すれば、問題であったスクリューピッチ状の濃度ムラを解消することができる。

Ｎ＋０．２５＜（｜ＴＡ−ＴＢ｜）／（２π／Ｖ１）＜Ｎ＋０．７５
（Ｎは０以上の整数） （６）

又、本実施例においては、現像スリーブ内に内包するマグネットの磁力を利用して一方の現像スリーブからもう一方の現像スリーブへと現像剤を受け渡す構成とした。これは、現像剤に対して最小限の負荷で、現像装置内を搬送、攪拌しながら利用することができるので、現像剤の寿命を延命する効果がある。よって、ベタ画像などで濃度ムラのない高品位な画像を長期にわたって提供できるようになる。

それから、本実施例における現像スリーブ間の受け渡し部におけるマグネット磁極は異極同士（図１の現像スリーブ８のＮ３と現像スリーブ１１のＳ３）を近接させた構成にしたが、同極同士の構成としても、本発明の効果、作用を同様に得ることができる。又、図１のような受け渡しの構成でなくても、上流側で現像された感光ドラム上の濃度ムラの位相と下流側の現像スリーブ上に形成された濃度ムラの位相の濃淡が重ね合わさらないようにすれば、同様の効果が得ることができる。

実施例２
次に、図１に示す本発明の実施例２の現像装置１００について説明する。本実施例では、実施例１の効果に加え、更に、現像剤の長寿命化を目指した。

従来例に説明したように、現像剤は、現像剤規制部９にて現像剤同士が摩擦することによって生じるが、この現像剤規制部９での現像剤劣化を防止するために、現像室３における規制ブレード９の配置を調整した。

即ち、ここでは、現像室３上部に規制ブレード９が配置されているが、この規制ブレード９の位置を、現像スリーブ８の回転方向において、内部のマグネット８ａのＮ１極とＮ３極である反発極のうちスリーブ８回転方向下流側の第２磁極であるＮ１極より回転角５°下流側に現像スリーブ８と４００μｍの間隔を開けて最近接点が位置するように配置した。そして、スリーブ８−ブレード９間距離（ＳＢ距離）は、Ｎ１極の磁力、スリーブ８上のコート量（本実施例では約３０ｍｇ／ｃｍ²）により最適化するように決定される。

本実施例での規制ブレード９は、非磁性材料にて作製されたブレードと、その側面に接着された厚み０．３ｍｍの磁性材料にて作製された磁性板とから構成されている。

よって、上記のようにして、現像剤規制部の近傍に反発磁界を形成する一方の磁極を配置する構成にすることによって、現像剤規制部へ溜まる剤溜まり量が少なく、剤に対する負荷が小さいので剤劣化が軽減される。

更に、前述でも述べたが、現像剤中のキャリアの磁化を小さくすること、即ちキャリアの磁化を小さくすることにより、現像部での、感光ドラム上に現像されたトナー像を摺擦する力が弱くし、高画質化することによっても、現像剤層厚規制部での剤だまりが小さくなり、剤劣化を軽減することができる。

しかし、低い磁化のキャリアを用いることと上記の磁極配置は、ブレードでの現像剤層厚規制部の剤溜まりが小さくなり、現像スリーブ上へ搬送される現像剤量のむら（現像スリーブ上のコートムラ）を生じやすくなる。又、低磁化のキャリアは、反発磁界では剥ぎ取れない、所謂つれまわる現像剤が多くなり、現像スリーブ上のトナー濃度にムラが発生しやすくなる。そのため、スクリューピッチ状の濃度ムラを発生する虞が高い。

しかしながら、現像スリーブへ搬送されてくる現像剤量のムラの虞の高い低磁化キャリアを用いることと、上記のような軽負荷の現像器構成を用いることは、現像剤の寿命を延ばすために不可欠である。

そこで、実施例１と同様に、Ｎ＋０．２５＜（｜ＴＡ−ＴＢ｜）／（２π／Ｖ１）＜Ｎ＋０．７５（Ｎは０以上の整数）となる範囲に、現像スリーブ８へ現像剤と供給、攪拌する攪拌スクリュー５の角速度Ｖ１と、現像スリーブ８、１１上にて、上流現像スリーブ８の現像部Ｘ１から下流側の現像スリーブ１１の現像部Ｘ２まで現像剤が搬送される時間ＴＡと、感光ドラム１０上にて、上流現像スリーブ８の現像部Ｘ１から、下流側の現像スリーブ１１の現像部Ｘ２まで搬送される時間ＴＢを設定すれば、現像剤の長寿命化とスクリューピッチ状の濃度ムラの解消との両立ができる。

本発明により低磁化キャリアや軽負荷構成の現像装置を使いこなすことによって、スクリューピッチ状の濃度ムラがなく面内の濃度均一性の高い画像を、長期にわたって安定して出力できる。

又、本発明の現像装置の特徴である、現像容器を現像室と攪拌室に分割する構成は、一般に二成分現像装置に対して実行されているが、現像剤は、二成分現像剤に限定されるわけではなく、トナーを含んでキャリアを含まない一成分現像剤を用いても本発明は適用できる。又、現像装置構成は図１のものに限定されるものではなく、現像剤担持体を複数個有するものであれば、例えば従来例に説明した図８のように攪拌部材を水平配置するものにも適用できる。

そして、現像剤担持体の数も、ここでは２つの場合のみについて説明したが、３個以上の時でも、現像容器内に搬送部材を有し、互いに対向する現像剤担持体が２つ以上備えられるものであれば、ベタ画像におけるスクリューピッチムラの問題は、生じる危険性はあり、本発明は適用される。そして、互いに対向する現像剤担持体が３個以上連なる場合は、像担持体の表面移動方向で、最上流の現像剤担持体からそれより下流の現像剤担持体に同様にスクリューピッチムラが移動するので、少なくとも最下流の現像剤担持体において、上流現像剤担持体から移動されてくるスクリューピッチムラの位相を変えるように設定する。

そして、本発明は、図１０に示されるような、現像室３を重力方向下方に設置し、現像剤担持体８に提供する現像剤の剤圧を下げ、少ない剤量でも現像剤担持体８への現像剤補給が好適にできる構成のものにも適用できる。

そして、本発明は図４に示す構成の画像形成装置にのみ適用されるのではなく、静電記録方式の画像形成装置や単色画像形成装置や、色を更に増やした画像形成装置においても適用でき、中間転写方式の画像形成装置や、又、タンデム方式をとらず、感光ドラムを複数個有さない画像形成装置においても適用できる。

以上に説明した画像形成装置の構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置などは、特に特定的な記載がない限りは、この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。

本発明に係る現像装置の一例を示す断面図である。 スクリューピッチムラを防止できる時の、第一現像部通過後の現像剤担持体（図２（ａ））及び像担持体（図２（ｂ））表面、第二現像部通過後の像担持体表面（図２（ｃ））における現像剤層の断面プロファイルを示す図である。 スクリューピッチムラが生じる時の、第一現像部通過後の現像剤担持体（図３（ａ））及び像担持体（図３（ｂ））表面、第二現像部通過後の像担持体表面（図３（ｃ））における現像剤層の断面プロファイルを示す図である。 本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明に係る現像装置の一例を示す長手方向の断面図である。 本発明に係る上流及び下流現像剤担持体の一例を示す断面図である。 スクリューピッチムラの現像剤担持体から像担持体への転移を示す説明図である。 従来の現像装置の一例を示す断面図である。 従来の現像装置の他の例を示す断面図である。 従来の現像装置の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像容器
５ 第１の搬送スクリュー（搬送部材）
６ 第２の搬送スクリュー
８ 上流現像スリーブ（上流現像剤担持体）
８ａ マグネットローラ
９ 規制ブレード（現像剤規制部材）
１０ 感光ドラム（像担持体）
１１ 下流現像スリーブ（下流現像剤担持体）
１１ａ マグネットローラ

Claims (1)

1. 表面に静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体と対向する第１現像位置へ現像剤を搬送して前記像担持体上に現像剤像を形成する第１現像剤担持体と、
   前記第１現像剤担持体から搬送された現像剤を、前記第１現像位置よりも前記像担持体の回転方向下流側の第２現像位置へ搬送して前記像担持体上に現像剤像を形成する第２現像剤担持体と、
   前記第１現像剤担持体が収納された収納室に設けられ、前記第１現像剤担持体の回転軸方向に現像剤を搬送して、前記第１現像剤担持体に現像剤を供給する回転自在な搬送スクリューと、
   を有し、
   前記第１現像剤担持体上の前記第１現像位置にある現像剤を、前記第２現像剤担持体を経由して前記第２現像位置まで移動させるのに要する時間をＴＡとし、前記像担持体上の現像剤が前記第１現像位置から前記第２現像位置までに移動に要する時間をＴＢとし、前記搬送スクリューの角速度をＶ１とし、Ｎは０以上の整数とする時、数式（１）を満たすことを特徴とする画像形成装置。
   Ｎ＋０．２５＜（｜ＴＡ−ＴＢ｜）／（２π／Ｖ１）＜Ｎ＋０．７５ （１）

Images