JP6288976B2

JP6288976B2 - 現像装置

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Publication number: JP6288976B2
Application number: JP2013159287A
Authority: JP
Inventors: 三洋古川; 坂巻　智幸; 智幸坂巻
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Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2018-03-07
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Description

本発明は、画像形成装置に搭載され、像担持体に形成された静電潜像に現像剤を付与して可視像化する現像装置に関する。

従来の現像装置においては、現像スリーブの表面にブラスト加工により粗面処理を施すことにより現像剤を良好に担持及び搬送することが可能となっているが、粗面処理された現像スリーブの表面が長期使用に伴って摩耗するに従い現像剤の搬送性が低下する。そこで、近年は、現像スリーブの表面に軸方向に平行な複数の溝を等間隔に設け、この溝によって現像剤を担持することにより、比較的低コストで良好な現像剤搬送性と高耐久性を実現可能な技術が提案されている。

しかし、現像スリーブに溝を設けた場合は、溝部と非溝部とで磁気穂の密度差により現像性に差異が生じるため、現像剤の量が溝のピッチに対応して周期的に変化してしまっていた。このため、形成された画像には、溝のピッチで濃度が周期的に変化する濃度ムラ、すなわち溝ピッチムラが現れてしまい画質を低下させていた。特に、写真画像のようにハーフトーンが多く含まれる画像では、溝ピッチムラが顕著に現れてしまっていた。

そこで、像担持体の移動速度と現像スリーブの移動速度と溝のピッチとの関係を規定し、現像スリーブの移動速度を速く設定するか又は溝のピッチを狭く設定することにより、溝ピッチムラを低減する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、磁気ブラシの穂立ち長よりも溝のピッチを狭く設定することにより、溝ピッチムラを低減する技術が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００２−１３２０４０号公報特開２００７−１１４３１７号公報

しかしながら、特許文献１のように、現像スリーブの移動速度を速く設定する場合、トナーの飛散や磁気穂によるトナー像の掻き取りによる画質劣化を招き得るという問題がある。また、特許文献１や特許文献２のように溝のピッチを狭く設定する場合、現像剤の搬送性が高くなるため、規制ブレードとスリーブ間のギャップを狭く設定する必要性があるため、異物混入時のギャップ詰まりが起こり易いという問題がある。

本発明は、画質劣化やギャップ詰まりを回避しつつ、溝ピッチムラを低減することができる現像装置を提供することを目的としている。

本発明の現像装置は、像担持体と、前記像担持体と対向して配置され、前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像するためにトナーとキャリアを含む現像剤を担持して回転する現像剤担持体を有する現像装置と、前記現像剤担持体に現像バイアスを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、前記現像剤担持体は、表面に前記現像剤担持体の回転軸線方向に沿って、且つ前記現像剤担持体の周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、前記バイアス印加手段は、１周期が直流バイアスと交流バイアスとが重畳された第１バイアス部と、前記第１バイアス部に後続し前記直流バイアスのみからなる第２バイアス部とによって構成される波形の前記現像バイアスを出力可能であり、前記現像剤担持体の周方向における前記複数の溝部のそれぞれの長さをＬ、画像形成時における前記現像剤担持体の周速をＶ、前記１周期における前記第２バイアス部の時間をｔ１、前記１周期における前記第１バイアス部のうち、正規の帯電極性を持つ前記トナーを前記現像剤担持体側から前記像担持体側へ移動させるための電界が前記現像剤担持体と前記像担持体との間に形成される時間をｔ２としたとき、ｔ２＜Ｌ／Ｖ＜ｔ１の関係を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、画質劣化やギャップ詰まりを回避しつつ、溝ピッチムラを低減することができる現像装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の概略構成図。第１実施形態に係る画像形成装置の現像装置の断面図。（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る現像装置の現像スリーブの作製手順を示す図であり、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´矢視断面図。第１実施形態に係る現像装置の電源が出力する現像バイアスの波形を示す図。電源が出力する現像バイアスのブランク数と現像性との関係を示す図。第２実施形態に係る現像装置の電源が出力する現像バイアスの波形を示す図。第３実施形態に係る現像装置の電源が出力する現像バイアスの波形を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明においては、タンデム型の画像形成装置に本発明に係る現像装置を適用した場合を例に説明するが、実施形態の構成の一部又は全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、画像形成装置は、タンデム型又は１ドラム型の何れであってもよく、また、中間転写型又は直接転写型の何れであってもよい。更に、現像装置は、２成分現像剤又は１成分現像剤の何れを用いるものであってもよい。本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の画像形成装置の現像装置に適用することができる。

＜第１実施形態＞
［画像形成装置］
図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、記録材搬送ベルト２４に沿ってイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応する画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配列したタンデム型記録材搬送ベルト方式のフルカラープリンタである。

記録材搬送ベルト２４には、図示しない記録材カセットから搬送された記録材Ｓが、感光ドラム１０Ｙのトナー像にタイミングを合わせて送り出される。画像形成部ＰＹでは、感光ドラム１０Ｙにイエロートナー像が形成されて、記録材搬送ベルト２４に担持された記録材Ｓに転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１０Ｍにマゼンタトナー像が形成されて、記録材搬送ベルト２４に担持された記録材Ｓに転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、それぞれ感光ドラム１０Ｃ、１０Ｋにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、記録材搬送ベルト２４に担持された記録材Ｓに転写される。

４色のトナー像を転写された記録材Ｓは、記録材搬送ベルト２４から曲率分離して定着装置２５へ送り込まれる。記録材Ｓは、定着装置２５で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外部へ排出される。

画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、現像装置１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、同一に構成される。以下では、画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫの区別を表す符号末尾のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略した符号を構成部材に付して、画像形成部Ｐの構成及び動作を総括的に説明する。

画像形成部Ｐは、像担持体としての感光ドラム１０を囲んで、コロナ帯電器２１、露光装置２２、現像装置１、第１転写帯電器２３、クリーニング装置２６を配置している。感光ドラム１０は、外周面に感光層が形成され、所定のプロセススピード（本実施形態では、３００ｍｍ／ｓ）で矢印Ｒ１方向に回転する。ここで、感光ドラム１０のプロセススピードは、感光ドラム１０のドラム周速Ｖｐと等しい。

コロナ帯電器２１は、コロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム１０を一様な負極性の暗部電位ＶＤに帯電させる。露光装置２２は、各色の分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１０の表面に画像の静電像を書き込む。現像装置１は、トナーを感光ドラム１０に供給して、静電像をトナー像に現像する。

ブレード状の第１転写帯電器２３は、記録材搬送ベルト２４を押圧して、感光ドラム１０と記録材搬送ベルト２４との間にトナー像の転写部を形成する。第１転写帯電器２３にトナーの帯電極性と逆極性の直流電圧が印加されることにより、感光ドラム１０に担持されたトナー像が、記録材搬送ベルト２４上の記録材Ｓへ転写される。感光ドラム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。また、現像装置１には、画像形成動作で消費された分の現像剤中のトナーがトナー補給槽２０から補給される。本実施形態では、現像剤として後述する２成分現像剤が用いられる。

なお、画像形成装置１００は、上記のような感光ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋで形成されたトナー像を記録材Ｓに直接転写する直接転写方式に限定されない。画像形成装置１００としては、記録材搬送ベルト２４の代わりに中間転写体を備える２次転写方式を採用してもよい。２次転写方式においては、感光ドラム１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｙ、１０Ｋから各色のトナー像を中間転写体に１次転写した後、各色のトナー像からなる複合トナー像を中間転写体から記録材Ｓに一括して２次転写する。

［２成分現像剤］
次いで、本実施形態に係る現像装置１で用いられる現像剤について説明する。現像装置１では、非磁性トナーと磁性キャリアとを含む２成分現像剤が用いられる。トナーは、結着樹脂、着色剤及び必要に応じて添加される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た着色粒子とを含んで構成される。このトナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、本実施形態では、体積平均粒径は７．０μｍのものを用いる。

キャリアは、表面酸化或が未酸化の鉄、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、或は酸化物フェライト等の磁性粒子を含んで構成される。キャリアに用いる磁性粒子の製造法は特定のものに限定されない。

［現像装置］
次に、現像装置１の構成及び概略動作について図２を参照して説明する。図２は、第１実施形態に係る画像形成装置１００の現像装置１の断面図である。

現像装置１は、現像容器２、規制ブレード９及び現像バイアス印加手段としての電源１１と、現像容器２に収容された隔壁７、第１搬送スクリュー５、第２搬送スクリュー６、現像スリーブ８及びマグネットローラ８´を有している。

現像容器２は、非磁性トナーと磁性キャリアを含む２成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）を収容しており、更に、その内部を仕切る隔壁７の上方及び下方に、第１搬送スクリュー５、第２搬送スクリュー６をそれぞれ収容している。

また、現像剤担持体としての現像スリーブ８は、感光ドラム１０に現像領域を隔てて対向配置されている。現像スリーブ８は、現像容器２の感光ドラム１０に対向する側に形成された開口部にその一部が露出するように回転可能に配置されている。感光ドラム１０と現像スリーブ８の間の空間が、現像剤が現像スリーブ８から感光ドラム１０に移動する現像領域である。現像領域の幅、すなわち現像スリーブ８と感光ドラム１０とのギャップ（ＳＤギャップ）の幅は、約２５０μｍに設定されている。現像スリーブ８は、φ２０ｍｍの径の円筒状の非磁性材料（アルミニウム等）により構成されている。

磁界発生手段としてのマグネットローラ８´は、現像スリーブ８の内部に非回転状態で配置されており、現像極Ｓ１と、現像剤を搬送する磁極Ｓ２、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３とを有している。これらの磁極のうち、極性が等しい磁極Ｎ３と磁極Ｎ１は、隣り合って現像容器２の内部側に配置されており、磁極Ｎ３と磁極Ｎ１との間に反発磁界が形成されている。このため、現像剤は、撹拌室４において現像スリーブ８の表面から離間する。

現像スリーブ８は、現像時に矢印Ｒ２方向に回転し、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２成分現像剤を担持する。また、現像スリーブ８は、担持した２成分現像剤を感光ドラム１０と対向した現像領域に搬送し、感光ドラム１０上に形成された静電潜像に現像剤を供給してこの静電潜像を現像する。

現像剤規制部材としての規制ブレード９は、現像スリーブ８に対向するように現像スリーブ８の回転方向上流側の現像容器２の開口端部に設けられており、現像剤磁気ブラシの穂切りを行っている。すなわち、規制ブレード９は、現像スリーブ８表面に担持された現像剤の層厚を規制している。規制ブレード９は、現像スリーブ８の長手方向軸線に沿って延在するように、板状の非磁性材料（アルミニウム等）を板状に形成したものである。

現像剤のトナーとキャリアの両方は、規制ブレード９の先端部と現像スリーブ８との間を通過する過程でその層厚が規制されて現像領域へと送られる。現像スリーブ８上に担持された現像剤磁気ブラシの穂切り量、及び現像領域へ搬送される現像剤の量は、規制ブレード９の先端部と現像スリーブ８との間隙（ギャップ）を変化させることによって調整される。本実施形態では、現像スリーブ８への単位面積当りの現像剤の付与量が３０ｍｇ／ｃｍ^２に設定されている。また、感光ドラム１０に対する現像スリーブ８の周速比（現像スリーブ周速比Ｒ）は１７５％に設定されている。

隔壁７は、現像容器２の内部空間において、上下方向の略中央部を仕切るように図２の奥側及び手前側の両方向に延在し、この現像容器２の内部空間をその上部の現像室３と下部の撹拌室４とに区分している。

第１搬送スクリュー５及び第２搬送スクリュー６は、現像剤を撹拌及び搬送して現像容器２内で循環させる循環手段として、現像室３及び撹拌室４に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と略平行に配置されており、回転することで現像室３内の現像剤を軸線方向に沿って一方側に搬送する。また、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と略平行に配置されており、回転することで撹拌室４内の現像剤を軸線方向に沿って他方側、すなわち第１搬送スクリュー５と反対方向に搬送する。第１搬送スクリュー５及び第２搬送スクリュー６の回転によって軸線方向の一方側及び他方側にそれぞれ搬送された現像剤は、隔壁７の両端部で現像室３と撹拌室４とを連通する不図示の連通部を通じて、現像室３と撹拌室４との間で循環される。現像剤は、現像室３と撹拌室４との間で循環されながら、第１搬送スクリュー５の回転によって、現像室３から規制ブレード９と隔壁７との間と通して現像スリーブ８の表面に供給される。

第１搬送スクリュー５及び第２搬送スクリュー６は、詳しくは、非磁性材料からなる不図示の螺旋状の撹拌翼が回転軸の周りに設けられた構造を有している。第１搬送スクリュー５及び第２搬送スクリュー６は、スクリュー径がφ２０ｍｍ、スクリューピッチが３０ｍｍに設計されている。第１搬送スクリュー５及び第２搬送スクリュー６は、共に６００ｒｐｍの回転数で駆動される。

［現像スリーブの溝］
次いで、現像スリーブ８の表面に形成された溝について図３を参照して説明する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、第１実施形態に係る現像装置１の現像スリーブ８の作製手順を示す図であり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）のＡ−Ａ´矢視断面図である。

図３（ｄ）に示すように、現像スリーブ８の表面には、深さが５０μｍ、谷部の角度が９０°のＶ字断面形状の溝部８ａが５０本形成されている。溝部８ａは、現像スリーブ８の軸方向に延在し周方向に互いに平行且つ均一間隔となるように、現像スリーブ８の外周の全面に亘って形成されている。

現像スリーブ８の作成手順の一例を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、表面加工されていないφ２０ｍｍの径のアルミニウムの素管を用意する。次いで、図３（ｂ）に示すように、型（ダイス）を用いた引き抜き法、又はエッチング等によって、所望の形状、深さ、本数、及び角度等の溝部８ａを形成する。最後に、図３（ｃ）に示すように、非コート領域である軸方向両端部の現像剤の搬送性を落とすために、軸方向両端部を切削して金環部８ｂを設ける。

ここで、溝部８ａがその深さが５０μｍで谷部の角度が９０°のＶ字断面形状に形成されている場合、溝部８ａの溝幅Ｌは１００μｍとなる。また、感光ドラム１０の表面の１点を溝部８ａが通過するのに要する時間である溝部通過時間Ｔは、現像スリーブ周速比Ｒが１７５％であるとき、以下の関係式より１９０μｓとなる。
溝部通過時間Ｔ＝溝幅Ｌ／（現像スリーブ周速比Ｒ×ドラム周速Ｖｐ）

［現像バイアス］
次いで、本実施形態で用いる現像バイアスについて図４を参照して説明する。図４は、第１実施形態に係る現像装置１の電源１１が出力する現像バイアスの波形を示す図である。

現像バイアス印加手段としての電源１１は、交流成分に直流成分が重畳された現像バイアスを現像スリーブ８に印加する。本実施形態では、現像バイアスの交流成分は１０ｋＨｚの矩形波である。この現像バイアスには、図４に示すように、交流成分が間欠的に間引かれて直流成分のみとなったブランク部が設けられている。本明細書では、交流成分が間引かれていない場合にブランク部に相当する部分に存在した矩形波のパルス、換言すると、交流成分の間引きによりブランクとなったパルス（存在しなくなったパルス）のことを「ブランクパルス」という。また、交流成分を間欠的に間引くことで直流成分となった部位を「ブランク部」という。

従って、電源１１が出力する現像バイアスは、交流成分に直流成分が重畳された交流バイアス部と、この交流バイアス部に後続し直流成分のみからなるブランク部と、を１周期とする波形となる。

本実施形態では、図４に示すように、１周期（２パルス）の矩形波の交流バイアス部の後にブランク部が設けられたシングルブランクパルス波形（以下、ＳＢＰという）を現像バイアスとして用いている。なお、本明細書では、矩形波のパルス数は、矩形波の半周期を１パルスとして数えるものとする。また、現像バイアスの１周期におけるブランク部の時間をブランク時間ｔ１とする。また、現像バイアスの１周期において交流バイアス部の現像側の電界（パルス）が発生する時間の合計を現像時間ｔ２とする。また、交流バイアス部における現像側（現像剤付与側）の電界と現像剤回収側（現像剤引き戻し側）の電界の比率（以下、デューティー比）は５０％とした。ここで、現像側の電界とは、現像バイアスの１周期中において交流バイアス部によりトナーが現像スリーブ８側（現像剤担持体側）から感光ドラム１０側（像担持体側）へ飛翔する電界である。また、回収側の電界とは、現像バイアスの１周期中において交流バイアス部によりトナーが感光ドラム１０側から現像スリーブ８側へ引き戻される電界である。

［溝ピッチムラの発生レベルに関する実験］
まず、実験の条件について説明する。ブランクパルスの数（以下、ブランク数）を変化させて、溝部８ａのピッチ（溝ピッチ）で周期的に発生する濃度ムラである溝ピッチムラの発生レベルを確認する実験を行った。

具体的には、画像形成装置１００により、ブランク数が０パルスの矩形波及びブランク数が互いに異なる複数のＳＢＰから選択した１の波形の現像バイアスを順次用いて、テスト画像としてＡ３サイズのハーフトーン画像を出力（画像形成）した。また、出力されたテスト画像の１０ｍｍ×４００ｍｍのサイズの領域を、ＥＰＳＯＮ社製ＥＳ−１００００Ｇにより６００ｄｐｉの解像度でスキャンした。その後、そのスキャンしたテスト画像のデータをＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）により解析し、テスト画像に含まれる横縞の周波数成分（周波数特性）を取得した。

本実施形態では、現像スリーブ８の径をφ２０ｍｍ、溝部８ａの本数を５０本、感光ドラム１０に対する現像スリーブ周速比Ｒを１７５％としたため、テスト画像には、２０×π／５０／１．７５＝０．７１８ｍｍのピッチを有する溝ピッチムラが発生し得る。よって、画像形成装置１００のプロセススピードすなわち感光ドラム１０のドラム周速Ｖｐが３００ｍｍ／ｓであるため、テスト画像に溝ピッチムラが発生している場合、溝ピッチに固有の周波数である４１８Ｈｚにピークが立つことになる。

表１に示すように、実験に用いた現像バイアスの条件は、実施例１−１ではブランク数が２パルスのＳＢＰとし、実施例１−２ではブランク数が４パルスのＳＢＰとし、実施例１−３ではブランク数が８パルスのＳＢＰとした。また、比較例１として、ブランク部が設けられておらずブランク数が０パルスの矩形波のみを現像バイアスに用いた。

次いで、実験の結果について説明する。表１において、矩形部周波数は、交流バイアス部を構成する矩形波の周波数である。また、長周期周波数は、交流バイアス部とブランク部とからなる長周期の周波数である。また、ピーク値は、ＦＦＴ解析において溝ピッチ固有の周波数である４１８Ｈｚに発生した値である。

表１から分かるように、比較例１の矩形波のみの場合は、テスト画像のＦＦＴ解析において、溝ピッチ固有の周波数である４１８Ｈｚに０．２０という鋭いピークが立ち、テスト画像の目視評価においても溝ピッチムラが確認された。

これに対し、ブランク数が２パルスの実施例１−１ではピーク値が０．０５であり、比較例１よりもピーク値が減少することが確認された。また、ブランク数が４パルスの実施例１−２及びブランク数が８パルスの実施例１−３では、何れもピークが検出されずピーク値が０であった。

このように、実施例１−１、１−２、１−３のようにブランク部が設けられた現像バイアスを用いた場合は、比較例１のように現像バイアスが矩形波のみからなる場合よりも溝ピッチムラが低減することが分かった。また、実施例１−１、１−２、１−３のように、ブランク数を増やしてブランク時間ｔ１を長く設定することにより、溝ピッチムラの低減効果が高まる。

［溝ピッチムラが低減するメカニズム］
溝ピッチムラが発生する原理と低減するメカニズムについて説明する。まず、溝ピッチムラが発生する原理について説明する。溝部８ａが形成された現像スリーブ８においては、溝部８ａと非溝部（溝部８ａ以外の部分）との間で、磁気穂の密度差があるため現像性に差異が生じる。これにより、テスト画像において、溝部８ａが通過した部分の濃度が高くなり、溝ピッチムラが発生してしまう。

次に、溝ピッチムラが低減するメカニズムについて説明する。直流成分のみからなるブランク部では、直流成分が重畳された交流成分からなる交流バイアス部よりも現像性が低くなる。このため、ブランク部を現像バイアスに設けることにより、感光ドラム１０のある１点を溝部８ａが通過するタイミングに、ブランク部が出力されるタイミングが重なり得るため、溝部８ａと非溝部との濃度差が発生しにくくなり、溝ピッチムラが低減される。

更に、ブランク時間ｔ１を長く設定することで、感光ドラム１０のある１点を溝部８ａが通過するタイミングと、現像バイアスのブランク部が出力されるタイミングが重なり易くなるため、溝ピッチムラの低減効果が高まる。

表１の実施例１−２、１−３のように、ブランク時間ｔ１を溝部通過時間Ｔ（＝１９０μｓ）より長くした場合は、ピーク値が検出されず０となり、溝ピッチムラの低減効果を十分に得ることができる。すなわち、溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１を満たすことで溝ピッチムラの低減効果が高まる。

なお、溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の条件を満たす場合であっても、溝部通過時間Ｔに交流バイアス部の現像側のパルスによる電界の発生タイミングが重なり得る。しかし、溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の条件を満たしていれば、溝部通過時間Ｔに１周期分以上の現像側の電界が重なることはないため、溝ピッチムラの低減効果は発揮される。

また、本実施形態では、現像バイアスの長周期周波数が、感光ドラム１０の表面を溝部８ａが通過する周波数（溝ピッチの周波数）の整数倍とならないように設定している。このため、溝部８ａに１パルス分の現像側の電界が作用することがあっても、溝部８ａで常に現像側の電界だけが作用することがないので、溝ピッチムラの低減効果は発揮される。

また、実施例１−１、１−２、１−３の比較から、ブランク数を増やしてブランク時間ｔ１を長くした方が、溝ピッチムラの低減効果を高めることが分かったが、ブランク数が多過ぎる場合は現像性が低下する懸念がある。そこで、ブランク数と現像性との関係を実験により求めた。

図５は、ブランク数と現像効率［％］の関係を示す実験結果である。なお、図５に示す現像効率は、｛（充電電位−露光電位）／（現像ＤＣ−露光電位）｝×１００で求められる。ここで、充電電位とは、感光ドラム１０の露光された部分（露光部）に現像によりトナーが載った状態の電位であり、トナーの帯電状態などに応じて変化する。また、露光電位とは、感光ドラム１０の露光部の電位であり、現像ＤＣとは、現像バイアスの直流成分の電位である。

図５に示すように、ＳＢＰの場合、ブランク数が２パルス〜１０パルスの範囲では現像効率が良好であるが、ブランク数が１０パルスを超える場合は現像効率の低下率が大きい。すなわち、現像時間ｔ２とブランク時間ｔ１の比率が１：１０を超える場合（ブランク数が１０パルスを超える場合）は現像性の低下が顕著であった。一方、後述するＷＢＰの場合、ブランク数が２パルス〜２０パルスの範囲で現像効率が良好であった。従って、現像効率が良好であるためには、ブランク時間ｔ１と現像時間ｔ２とを、ｔ１／ｔ２≦１０の関係を満たすように設定することが好ましい。

また、表１の実施例１−１のように、ブランク数が２パルスの場合は、溝ピッチに起因するピーク値が０．０５となった。従って、溝ピッチムラを低減するためには、現像バイアスがＳＢＰである場合は、ブランク数を４パルス〜１０パルスの範囲に設定することが好ましい。

以上説明したように、本実施形態に係る現像装置１は、電源１１は、現像バイアスとして、交流成分に直流成分が重畳された交流バイアス部と、この交流バイアス部に後続し直流成分のみからなるブランク部と、を１周期とする波形を出力する。そして、溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の関係を満たすように溝部通過時間Ｔ、ブランク時間ｔ１を設定することにより、感光ドラム１０のある１点を溝部８ａが通過するタイミングに、ブランク部が出力されるタイミングが重なり易くなる。このため、溝部８ａと非溝部との濃度差が発生しにくくなり、溝ピッチムラを低減することができる。

また、本実施形態に係る現像装置１は、ブランク時間ｔ１と現像時間ｔ２とを、ｔ１／ｔ２≦１０の関係を満たすように設定することで、良好な現像効率を維持しつつ溝ピッチムラを低減することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る現像装置１の電源１１の出力について図６を参照して説明する。図６は、第２実施形態に係る現像装置の電源が出力する現像バイアスの波形を示す図である。なお、本実施形態において、画像形成装置１００、現像装置１の基本構成及び動作は、第１実施形態と同様である。従って、第１位実施形態と同一又は同様の構成要素には同一符号を付して詳しい説明は省略し、本実施形態に特徴的な点を説明する。

第１実施形態では、現像バイアスとしてＳＢＰを用い、ブランク数を変化させて溝ピッチムラの変化を確認した。

これに対し、本実施形態では、図６に示すように、２周期（４パルス）の矩形波の交流バイアス部の後にブランク部を配置したダブルブランクパルス波形（以下、ＷＢＰという）を現像バイアスとして用いた。そして、現像時間ｔ２等の条件を変化させて溝ピッチムラの変化を観察した。なお、図６において、現像時間ｔ２は、交流バイアス部の現像側の電界、すなわち下向きの２つのパルスが発生する時間の合計である。

表２に示すように、本実施形態では、現像バイアスの波形にＷＢＰを用い、実施例２−１と実施例２−２とで、ブランク時間ｔ１が共に２００μｓとなるように、矩形部周波数、ブランク数、長周期周波数、現像時間ｔ２を異ならせた条件で実験を行った。

具体的には、実施例２−１では、矩形部周波数を１０ｋＨｚ、ブランク数を４パルス、長周期周波数を２．５ｋＨｚ、現像時間ｔ２を１００μｓとした。また、実施例２−２では、矩形部周波数を５ｋＨｚ、ブランク数を２パルス、長周期周波数を１．７ｋＨｚ、現像時間ｔ２を２００μｓとした。すなわち、実施例２−２では、実施例２−１に対してブランク時間ｔ１を等しくし現像時間ｔ２を長くした。また、実施例２−１、実施例２−２の双方ともに、ブランク時間ｔ１は、第１実施形態の実施例１−２、１−３のように、溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１を満たしている。

次いで、実験の結果について説明する。表２から分かるように、実施例２−１では、現像バイアスの波形がＳＢＰである第１実施形態の実施例１−２と比較して、現像バイアスの波形がＷＢＰであるため現像時間ｔ２が長くなるが、ピーク値は０となった。従って、実施例２−１では、第１実施形態と同様に溝ピッチムラの低減効果を得ることができた。

一方、実施例２−２では、目視で認識し得る溝ピッチムラは確認されなかったが、溝ピッチに起因するピーク値が０．０５となり、実施例２−１の方が、実施例２−２よりも好ましい結果となった。すなわち、実施例２−２では、ブランク時間ｔ１が溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１となる関係を満たしており、溝ピッチムラの低減効果を得られたが、実施例２−１の構成とすることで、更に溝ピッチムラを低減できた。

実施例２−１と実施例２−２とでピーク値に差異が生じた理由について考察する。実施例２−２では、溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１を満たしているものの、現像時間ｔ２が実施例２−１より長いことが原因となって、実施例２−１よりも溝ピッチムラの低減効果が劣ったと考えられる。すなわち、溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の関係を満たすようにブランク時間ｔ１を長くした場合であっても、溝部８ａで現像側のパルス（ＳＢＰの場合は１パルス。ＷＢＰの場合は２パルス）による電界が作用することがある。このため、実施例２−２では、実施例２−１より矩形部周波数及び長周期周波数が低く且つ現像時間ｔ２が長くなるように設定したため、溝部８ａに現像側の電界が長時間作用し、実施例２−１よりも溝ピッチムラの低減効果が劣ったものと考えられる。

従って、溝ピッチムラの発生を低減するためには、溝部通過時間Ｔの範囲に下限値を設定し、現像時間ｔ２＜溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の条件を満たすように、ブランク時間ｔ１、現像時間ｔ２、溝部通過時間Ｔを設定することが好ましい。このようにすることにより、溝部８ａに現像側の電界だけが作用することがなくなり、溝ピッチムラの低減効果を確実に発揮することができる。

実施例２−１では、現像時間ｔ２＝１００μｓ＜溝部通過時間Ｔ＝１９０μｓ＜ブランク時間ｔ１＝２００μｓであり、現像時間ｔ２＜溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の条件を満たしているため、溝ピッチムラが低減される。

本実施形態では、現像バイアスにＷＢＰを用いた場合について説明したが、現像時間ｔ２＜溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１、の条件を満たしていれば、現像バイアスとしてＷＢＰ又はＳＢＰ以外の波形を用いることができる。例えば、現像バイアスとして、３周期（６パルス）の矩形波の交流バイアス部の後にブランク部を配置したトリプルブランクパルス波形を用いてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る現像装置１は、現像時間ｔ２＜溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の条件を満たすようにしたことにより、溝部８ａに現像側の電界だけが作用することがなくなり、溝ピッチムラの低減効果を確実に発揮することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る現像装置１の電源１１の出力について図７を参照して説明する。図７は、第３実施形態に係る現像装置の電源が出力する現像バイアスの波形を示す図である。なお、本実施形態において、画像形成装置１００、現像装置１の基本構成及び動作は、第１実施形態、第２実施形態と同様である。従って、第１実施形態、第２実施形態と同一又は同様の機能要素には同一符号を付して詳しい説明は省略し、本実施形態に特徴的な点を説明する。

第２実施形態では、現像時間ｔ２＜溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の条件を満たすことで溝ピッチムラを更に低減することができることを説明した。ここで、現像時間ｔ２の設定パラメータとしては、矩形部周波数、長周期周波数、１周期中の交流バイアス部の矩形波のパルス数、デューティー比がある。これらの設定パラメータを変更することで現像時間ｔ２を、現像時間ｔ２＜溝部通過時間Ｔとなる好適な条件に設定することも可能である。

本実施形態では、図７に示すように、ＷＢＰの現像バイアスにおいて交流バイアス部のデューティー比を６０％に設定した。すなわち、現像時間ｔ２と回収時間（現像剤引き戻し側の電界作用時間の合計）の比率を４：６に設定した。この場合、現像側の電界強度と現像剤回収側の電界強度は６：４となる。なお、図７において、現像時間ｔ２は、交流バイアス部の現像側の電界、すなわち下向きの２つのパルスが発生する時間の合計である。

このように交流バイアス部のデューティー比を６０％にすることで、デューティー比が５０％の場合よりも、現像時間ｔ２＜溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の条件を満たすための現像時間ｔ２を、現像性を維持したまま短い値に設定することが可能となる。なお、デューティー比だけでなく、現像時間ｔ２が好適な条件になるように周波数を設定したり、又は周波数とデューティー比の組み合わせを設定してもよい。

本実施形態では、表３に示すように、現像時間ｔ２＜溝部通過時間Ｔ＜ブランク時間ｔ１の条件を満たす範囲で、実施例３−１と実施例３−２とで、矩形部周波数、ブランク数、長周期周波数、現像時間ｔ２、ブランク時間１を異ならせた条件で実験を行った。また、実施例３−１及び実施例３−２の双方とも、現像バイアスとして交流バイアス部のデューティー比が６０％のＷＢＰを用いた。

具体的には、実施例３−１では、矩形部周波数を１０ｋＨｚ、ブランク数を４パルス、長周期周波数を２．５ｋＨｚ、現像時間ｔ２を８０μｓ、ブランク時間ｔ１を２００μｓとした。また、実施例３−２では、矩形部周波数を１２ｋＨｚ、ブランク数を６パルス、長周期周波数を２ｋＨｚ、現像時間ｔ２を６７μｓ、ブランク時間ｔ１を２５０μｓとした。すなわち、実施例３−２では、実施例３−１よりも周波数を高くすることで現像時間ｔ２を更に短くした。

次いで、実験の結果について説明する。表３から分かるように、実施例３−１、実施例３−２の何れも、ピーク値が０となり、溝ピッチに由来するピーク値が発生せず、溝ピッチムラの無い良好な結果を得ることができた。

ここで、デューティー比の変更によって現像時間ｔ２を短く設定する場合は回収時間が長くなるが、この回収時間は現像に寄与しない。このため、実施例３−１、実施例３−２のようにデューティー比の設定により現像時間ｔ２を短くすることで、ブランクパルスを設けた場合と同様の溝ピッチムラの低減効果を更に得ることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る現像装置１は、交流バイアス部のデューティー比を、現像時間ｔ２が回収時間より短くなるように設定することで、ブランクパルスを設けた場合と同様の溝ピッチムラの低減効果を更に得ることができる。

１現像装置
８現像スリーブ（現像剤担持体）
８ａ溝部
１０感光ドラム（像担持体）
１１電源（現像バイアス印加手段）

Claims

像担持体と、
前記像担持体と対向して配置され、前記像担持体の表面に形成された静電潜像を現像するためにトナーとキャリアを含む現像剤を担持して回転する現像剤担持体を有する現像装置と、
前記現像剤担持体に現像バイアスを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、
前記現像剤担持体は、表面に前記現像剤担持体の回転軸線方向に沿って、且つ前記現像剤担持体の周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、
前記バイアス印加手段は、１周期が直流バイアスと交流バイアスとが重畳された第１バイアス部と、前記第１バイアス部に後続し前記直流バイアスのみからなる第２バイアス部とによって構成される波形の前記現像バイアスを出力可能であり、
前記現像剤担持体の周方向における前記複数の溝部のそれぞれの長さをＬ、画像形成時における前記現像剤担持体の周速をＶ、前記１周期における前記第２バイアス部の時間をｔ１、前記１周期における前記第１バイアス部のうち、正規の帯電極性を持つ前記トナーを前記現像剤担持体側から前記像担持体側へ移動させるための電界が前記現像剤担持体と前記像担持体との間に形成される時間をｔ２としたとき、
ｔ２＜Ｌ／Ｖ＜ｔ１
の関係を満たすことを特徴とする現像装置。
前記ｔ１と前記ｔ２が、
ｔ１／ｔ２≦１０
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
前記１周期における前記第１バイアス部のうち、正規の帯電極性を持つ前記トナーを前記像担持体側から前記現像剤担持体側へ移動させるための電界が前記像担持体と前記現像剤担持体との間に形成される時間をｔ３としたとき、
ｔ２＜ｔ３
の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。