JP2000066489A

JP2000066489A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000066489A
Application number: JP10231669A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Miho; 広晃三保
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】像担持体上に画像を形成するとき、非接触現
像で発生する吸い込み、白抜けの発生を防止し、かつ十
分な濃度が得られ、現像性、現像安定性に優れ、高品位
な画像を得る。さらに、２次色の変化を目立ちにくく、
良好な色相の画像が得られる画像形成装置を提供する。【解決手段】感光体１と、感光体１に対して現像剤を
非接触の状態で担持する現像スリーブ４１を有する現像
装置４とを有し、感光体１上に形成された静電潜像を、
現像スリーブ４１により担持されていた現像剤により現
像する画像形成装置であって、非点対称で断続的に休止
する交流成分を直流成分に重畳した電圧を、現像スリー
ブ４１に対して印加し、かつ、感光体１と現像スリーブ
４１とが対向する現像領域における現像スリーブ４１表
面の回転方向が感光体１の回動方向と逆方向である画像
形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体上の静電
潜像を現像して可視画像を形成する現像装置及びこの現
像装置を備えて画像を形成する複写機、プリンタ、ファ
クシミリ等の画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、現像剤担持体の表面に現像剤を担
持して、この現像剤を静電潜像を担持した像担持体と対
向した現像領域に搬送し、現像剤担持体に直流電圧に交
流電圧を連続的に重畳して印加しながら、静電潜像を現
像して可視画像を形成する画像形成装置が知られてい
る。

【０００３】また、静電潜像を現像する際に、現像剤担
持体に担持させた現像剤層を像担持体に摺擦して現像す
る磁気ブラシ現像等の接触現像と、現像領域においてト
ナー粒子を現像剤担持体から像担持体に向けて空気層中
を飛翔させて静電潜像を現像する非接触現像とが知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１１は、像担持体と
現像剤担持体とが対向する現像領域におけるトナー移動
を示す拡大模式図である。

【０００５】例えば、前述した現像領域において非接触
現像をする場合、像担持体上の潜像電位にギャップがあ
るエッジ部では、対向する現像剤担持体（現像スリー
ブ）上のエッジ部付近のトナーｔが、高濃度部（電位差
大領域）に吸い込まれてしまい、境界部付近のトナー付
着量が予想以上に多くなり、画像濃度が高まったりす
る。また、トナーｔが多く付着する領域も広くなったり
した（以下、この現象を「吸い込み」と称す）。

【０００６】逆に、高濃度部に隣接する低濃度部（電位
差小領域）に付着したトナーｔが、図１１の破線のよう
に高濃度部に吸い込まれる結果、低濃度部にトナーｔが
付着し難くなり、白く抜けてしまうことがあった（以
下、この現象を「白抜け」と称す）。

【０００７】これらの吸い込みや白抜けの問題は、非接
触現像方法で顕著に発生する。

【０００８】この吸い込み、白抜けの発生メカニズム
を、図１１の模式図を用いてさらに説明する。

【０００９】トナーが現像剤担持体（現像スリーブ）か
ら離れ、像担持体（感光体）に付着するまでの空気層で
は、低濃度部上の領域（空間）から高濃度部上の領域
（空間）に電気力線（図示の矢印）が生じている。この
電気力線は、図中の等電位線に垂直作用するものであ
る。

【００１０】通常は、像担持体上の静電潜像に対するト
ナー付着量は、潜像電位により一義的に定まるとされて
いる。しかしながら実際は、低濃度部に対向した現像剤
担持体上のトナーｔがこの電気力線に沿いながら飛翔す
るので、エッジ部の高濃度部側のトナー付着量が、潜像
電位より予想されたトナー付着量より多く、また、エッ
ジ部の低濃度部側のトナー付着量は、潜像電位より予想
されたトナー付着量より少なくなってしまうと考えられ
る。

【００１１】即ち、現像剤担持体に交流連続波を印加し
たとき、交流電圧による電界の向きが半周期毎に変わる
ため、その都度トナーｔの移動する方向が変わるので、
トナーｔの移動する方向が変わる点付近でのトナー飛翔
速度が減衰し、トナーｔが図１１に示す電気力線に沿い
やすく、エッジ部の高濃度部側のトナー付着量が多くな
り、吸い込みが発生する。この吸い込みにより、エッジ
部の低濃度部側のトナー付着量が減少し、白抜けが発生
する。

【００１２】また、トナーｔが像担持体の低濃度部に飛
翔しても、トナーｔが像担持体上でバウンドを繰り返す
際に最終的に高濃度部に着床することも吸い込み、白抜
けの原因と考えられる。

【００１３】非接触現像では、現像剤担持体上の現像剤
層と像担持体面とを非接触状態に維持するため、現像剤
担持体表面と像担持体面との間の距離を、接触現像の場
合と比べ、長く設定する必要がある。この距離設定によ
り、電気力線の曲がりが大きくなり、吸い込み、白抜け
が目立ってしまった。

【００１４】また、この吸い込み、白抜けの現象は、非
接触現像程は目立たないが、接触現像においても、発生
するものである。

【００１５】この吸い込み、白抜けに対して、交流電圧
に直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加している電圧
波形において、交流成分を断続的に休止させるブランク
部を有し、このブランク部では直流成分のみを印加する
波形（ブランクパルス波形）の印加電圧を現像剤担持体
に印加することにより解決できることが近年発見されて
いる。

【００１６】従来の現像バイアス電圧にブランクパルス
波形を用いた現像方法の公知例を以下に示す。特開平７
−３１１４９７号、特開平８−１６０７２５号、特開平
５−３５０６３号、特開昭６０−１３４２６２号、特開
昭６０−５３９６８号、特開平７−２９５３７３号、特
開平６−３４８１１７号、特開平７−９２７８６号各公
報等。

【００１７】しかし、これらの公知例に示された現像方
法では、吸い込み、白抜けに対しては効果がある一方、
交流電圧の印加を休止するブランク部において、トナー
が現像剤担持体表面から離脱するきっかけを与える交流
電圧が印加されないことから、トナーの離脱量が減少
し、ブランク部ではない連続波形部に比べ、全体的に現
像性（トナー付着性）が低下するという問題があった。

【００１８】断続的に休止する交流成分を非対称にすれ
ば、吸い込み、白抜けに効果があり、且つ現像性の低下
も防止することが出来る。

【００１９】非対称で断続的に休止する交流成分を直流
成分に重畳した電圧を印加した場合、現像ニップ領域に
おいて現像剤担持体の移動方向と像担持体の移動方向が
同一方向であり、且つ速度が同じである場合、像担持体
の移動方向で潜像電位にギャップがある場所において
も、先端部と後端部でトナー付着量の差は見られない。

【００２０】しかし、トナーの絶対付着量が少なく所定
の反射濃度を得ることは難しい。

【００２１】一方、像担持体の速度に対し現像剤担持体
の速度を増加すると所定の反射濃度は確保することがで
きるが、後端部の潜像電位ギャップ付近の潜像電位が大
きい領域のエッジにトナーが所定量以上付着する。

【００２２】これは一般的に現像ニップ内で現像剤のト
ナー消費が起こるが、潜像後端部には未消費の現像剤が
進入してくるためトナーの供給量が増えてしまうためで
ある。

【００２３】エッジから先端にかけての付着量は急激に
減少し、このため特に２次色の重ね合わせで色の変化が
目立ちやすくなった。

【００２４】また、後端部の潜像電位のギャップ付近の
潜像電位が小さい領域のエッジにはトナーが付着しづら
い。

【００２５】これは現像剤担持体上の現像剤が潜像電位
の大きいところでトナーをすでに消費してしまってから
潜像電位の小さい領域に進入してくるためである。

【００２６】従って、潜像先端と後端部分の潜像電位ギ
ャップにおいてトナー付着量のばらつきを小さくし、２
次色の色変化を目立ちにくくすることが必要となった。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に対し
て非接触状態で現像剤を担持する現像剤担持体を有する
現像装置とを有し、前記像担持体上に形成された静電潜
像を、前記現像剤担持体により担持されていた現像剤に
より現像する画像形成装置であって、非点対称で断続的
に休止する交流成分を直流成分に重畳した電圧を、前記
現像剤担持体に対して印加し、かつ、前記像担持体と前
記現像剤担持体とが対向する現像領域における前記現像
剤担持体表面の回転方向が前記像担持体の回動方向と逆
方向であることを特徴とするものである。

【００２８】また、上記目的を達成する本発明の画像形
成装置は、像担持体上に複数色の画像を重ね合わせて形
成する画像形成装置において、前記複数色の画像の各色
毎に前記請求項１に記載の現像装置を備え、前記複数色
の画像の各色毎に、前記像担持体上に静電潜像を形成す
ることと、前記現像装置により前記静電潜像を現像する
こととにより、複数色の重ね合わせ画像を形成すること
を特徴とするものである。

【００２９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の説明に先立
って、本発明の画像形成装置の一例であるカラープリン
タの構成とその作用を図１の断面構成図によって説明す
る。

【００３０】このカラープリンタは、像担持体上に順次
形成される各色トナー像を重ね合わせたのち、転写部で
記録紙上に１回で転写してカラー画像を形成し、その
後、分離手段により像担持体面から記録紙を分離する方
式のカラー画像形成装置である。

【００３１】図１において、１は像担持体である感光体
ドラム（感光体）で、ＯＰＣ感光体（有機感光体）をド
ラム基体上に塗布形成したもので、接地されて図示の時
計方向に回転する。２はスコロトロン帯電器（以下、帯
電器と称す）で、感光体１の周面に対し高電位の感光体
帯電電位Ｖ_Hの一様な帯電を、グリッド電位Ｖ_Gに電位保
持されたグリッドとコロナ放電ワイヤによるコロナ放電
によって与える。この帯電器２による帯電に先だって、
今までの感光体１の履歴をなくするために、発光ダイオ
ード等を用いた帯電前除電器（ＰＣＬ）８による露光を
行って感光体１の周面の除電をしておく。上記の感光体
１上の履歴とは、先行した画像形成時の帯電、画像露光
で作像した感光体１上に残留した静電潜像パターンをい
う。

【００３２】感光体１への一様帯電ののち、像露光手段
３により画像信号に基づいた像露光が行われ、感光体１
上の表面に静電潜像が形成される。像露光手段３は図示
しないレーザーダイオードを発光光源とし回転するポリ
ゴンミラー、ｆθレンズ、シリンドリカルレンズ及び反
射ミラーを経て、主走査がなされるもので、感光体１の
回転（副走査）によって潜像が形成される。本実施の形
態では、トナーを付着させる予定の部分に対して露光を
行い、感光体１上の画像部（露光部）の潜像電位Ｖ_Lの
絶対電位が、感光体１上の感光体帯電電位Ｖ_Hの絶対電
位よりも低電位となる反転潜像を形成する（│Ｖ_H│＞
│Ｖ_L│）。

【００３３】感光体１の周縁には、イエロー（Ｙ），マ
ゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），黒色（Ｋ）等のトナーと
キャリアとから成る二成分現像剤をそれぞれ内蔵した複
数の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋから成る現像装置４
が設けられている。

【００３４】先ず１色目のイエローの現像が、複数の磁
石体から成る磁界発生手段４２を内蔵し現像剤を保持し
て回転する現像剤担持体（現像スリーブ）４１によって
行われる。現像剤はマグネタイトをコアとしてそのまわ
りに絶縁性樹脂をコーティングしたキャリアと、ポリエ
ステルを主材料として色に応じた顔料と荷電制御剤、シ
リカ、酸化チタン等を加えたトナーとからなるもので、
現像剤は後述する現像剤層規制部材４３によって現像ス
リーブ４１上に１００〜６００μｍの現像剤層厚に規制
されて現像領域へと搬送される。

【００３５】現像領域における現像スリーブ４１と感光
体１との間隙は現像剤層厚よりも大きい０．５〜１．０
ｍｍとして、この間に交流電圧Ｖ_ACと直流電圧Ｖ_DCが重
畳して印加される。直流電圧Ｖ_DCと感光体帯電電位
Ｖ_H、トナーの帯電は同極性であるため、交流電圧Ｖ_AC
によってキャリアから離脱するきっかけを与えられたト
ナーは、直流電圧Ｖ_DCより絶対電位の高い感光体帯電電
位Ｖ_Hの部分には付着せず、直流電圧Ｖ_DCより絶対電位
の低い画像部（露光部）の潜像電位Ｖ_Lの部分に付着
し、顕像化（反転現像）が行われる。

【００３６】１色目の顕像化が終った後、２色目のマゼ
ンタの画像形成行程に入り、再びスコロトロン帯電器２
による一様帯電が行われ、２色目の画像データによる潜
像が像露光手段３によって形成される。このとき１色目
の画像形成行程で行われたＰＣＬ８による除電は、１色
目の画像部に付着したトナーがまわりの電位の急激な低
下により飛び散るため行わない。

【００３７】再び感光体１周面の全面に亘って帯電電位
Ｖ_Hに帯電された感光面のうち、１色目の画像のない部
分に対しては１色目と同様の潜像がつくられ現像が行わ
れるが、１色目の画像がある部分に対し再び現像を行う
部分では、１色目の付着したトナーによる遮光とトナー
自身のもつ電荷の影響によって、１色目の露光部の潜像
電位Ｖ_Lよりも若干高い電位Ｖ_Mの潜像が形成され、直流
バイアス電圧Ｖ_DCと電位Ｖ_Mの電位差に応じた現像が行
われる。

【００３８】３色目のシアン、４色目の黒色についても
２色目のマゼンタと同様の画像形成行程が行われ、感光
体１周面上には４色のカラートナー像が形成される。

【００３９】前記現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋには、
トナーカートリッジ５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）から新規の各
色トナーが補給される。

【００４０】一方、給紙カセット２０より半月ローラ２
１を介して搬出された一枚の記録媒体（転写紙等）Ｐ
は、中間給紙ローラ対２２Ａ，２２Ｂを経て、レジスト
センサ位置近傍で一旦停止し、転写のタイミングの整っ
た時点で、給紙部のレジストローラ対２３の回転動作に
より転写域へと給紙される。

【００４１】転写域においては、転写のタイミングに同
期して感光体１の周面にトナー像を転写するための電圧
を印加する転写ローラ６が圧接され、給紙された記録媒
体Ｐを挟着して４色のカラートナー像が記録媒体Ｐに一
括して転写される。

【００４２】次いで、記録媒体Ｐは、鋸歯電極７によっ
て除電され、感光体１の周面より分離して、定着装置２
４に搬送され、熱ローラ（上ローラ）２４１と圧着ロー
ラ（下ローラ）２４２の加熱、加圧によって転写された
トナーを溶着されたのち、排紙ローラ対２５Ａ，２５
Ｂ，２５Ｃを経て装置外部の排紙トレイ２６上に排出さ
れる。なお、転写ローラ６は記録媒体Ｐの通過後、感光
体１の周面より退避離間して、次なるトナー像の形成に
備える。

【００４３】一方、記録媒体Ｐを分離した感光体１は、
クリーニング装置９のブレード９１の圧接により残留ト
ナーを除去・清掃され、再びＰＣＬ８による除電とスコ
ロトロン帯電器２による帯電を受けて次なる画像形成の
プロセスに入る。なお、ブレード９１は感光体１面のク
リーニング後、直ちに移動して感光体１の周面より退避
する。ブレード９１によってクリーニング装置９内に掻
き落された廃棄トナーは、スクリュー９２により排出さ
れたのち、図示しない廃トナー回収容器内へ貯留され
る。

【００４４】図２は本発明による複数組の現像器４Ｙ，
４Ｍ，４Ｃ，４Ｋから成る現像装置４の断面図である。
これらの現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、各現像スリ
ーブ４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋが前記感光体１の
感光面に対向して、上下方向に平行配置されている。

【００４５】これら複数組の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，
４Ｋは、ほぼ同一構造をなすから、以下、現像器４Ｙを
代表して説明する。

【００４６】図３は現像器４Ｙの断面図である。

【００４７】図において、４０はトナーとキャリアとか
ら成る二成分現像剤を収容する現像剤収容部、４１は現
像剤を担持して搬送する現像スリーブ、４２は現像スリ
ーブ４１の内部に複数の固定磁石体を配置した磁界発生
手段（以下、マグネットロールと称す）、４３は現像ス
リーブ４１上の現像剤層厚を所定量に規制する非磁性の
丸棒から成る現像剤層規制部材（現像剤の穂立ちを規制
する部材）である。４４は現像後の現像スリーブ４１上
に付着した現像剤を除去するスクレーパ、４５はスクレ
ーパ４４により現像スリーブ４１の周面上から除去され
た現像剤を現像剤攪拌部に搬送するパドルホイール形状
の現像剤搬送ローラ、４６は現像スリーブ４１に現像剤
を現像剤攪拌部分から補給するパドルホイール形状の現
像剤供給ローラ、４７Ａ，４７Ｂは現像剤攪拌部の現像
剤を攪拌する現像剤攪拌スクリューである。図示の矢印
は各ローラの回転方向を示す。なお、現像スリーブ４１
に圧接するスクレーパ４４の代わりに、現像剤除去手段
として、現像スリーブ４１の外周に接触せず近接して磁
石を配置してもよい。

【００４８】現像スリーブ４１内には、複数個のＮ極、
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３と、複数個のＳ極、Ｓ１，Ｓ２が交互
に配置されたマグネットロール４２が固設されている
（５極配置）。これらの複数個の磁極のうち、互いに隣
接して配置された２つの磁極Ｎ２と磁極Ｎ３は同極性で
あり、この隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３により反発
磁界が形成され、現像スリーブ４１上の現像剤を除去す
る。磁極Ｓ１は現像剤層規制部材４３に対向する。スク
レーパ４４の先端部は、同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３のほぼ
中間位置Ｎｕ付近の現像スリーブ４１の周面に圧接す
る。

【００４９】現像スリーブ４１の外径は、φ８ｍｍ以
上、φ６０ｍｍ以下が望ましい。外径が、φ８ｍｍ以上
であると、画像形成に必要な少なくとも５極の磁極を有
するマグネットロール４２を形成することが容易であ
る。

【００５０】また、現像スリーブ４１の外径がφ６０ｍ
ｍ以下であると、現像装置が小型化し易い。特に、複数
組の現像装置（現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）を有す
るカラープリンタ（図１参照）においては、現像装置４
が小型化すると、感光体１の外径を小さくできるから、
記録媒体Ｐへの転写、除電後に、記録媒体Ｐを感光体１
の周面から曲率分離することが可能になる。さらに、現
像装置４と感光体１の小型化により画像形成装置がコン
パクトに構成できる。

【００５１】なお、本発明に係わる画像形成装置には、
ＫｏｎｉｃａＫＬ−２０１０カラープリンタ（コニカ
（株）製）改造機を使用し、現像スリーブ４１の外径は
φ１８ｍｍ、感光体１の外径はφ１００ｍｍである。

【００５２】現像剤層規制部材４３は、磁性ステンレス
鋼（ＳＵＳ）等の磁性部材から成る丸棒により形成され
ている。

【００５３】現像剤攪拌スクリュー４７Ａと現像剤攪拌
スクリュー４７Ｂとは、現像器ハウジング（現像剤収容
部）４０の底部から直立した仕切り壁４０ａを挟んで両
側に形成された第１の攪拌室４０ｂ及び第２の攪拌室４
０ｃ内にそれぞれ平行に配置され、互いに逆方向に回転
する。第１の攪拌室４０ｂ及び第２の攪拌室４０ｃの上
部は、蓋体４０Ａにより閉蓋されている。

【００５４】トナーカートリッジ５から補給されたトナ
ーは、蓋体４０Ａに穿設されたトナー補給口部（図示せ
ず）から現像器ハウジング４０の第１の攪拌室４０ｂ内
に投入、補給された後、第１の攪拌室４０ｂ及び第２の
攪拌室４０ｃ内において、現像剤攪拌スクリュー４７
Ａ，４７Ｂにより現像剤と混合、攪拌されて、現像剤供
給ローラ４６により現像スリーブ４１に供給される。マ
グネットロール４２を内蔵する回転可能な現像スリーブ
４１上に供給された現像剤は、現像剤層規制部材により
現像剤層厚が規制され、感光体１に対向する現像領域に
搬送され、非接触現像が行われる。

【００５５】図３において、４８は、ＡＣ電源Ｅ１、Ｄ
Ｃ電源Ｅ２等から成るバイアス電圧印加手段、４９は波
形制御手段である。波形制御手段４９は、後述の交流電
圧波形の休止部（ブランク部）時間Ｔ_B、パルス部時間
Ｔ_P、パルス部と休止部の時間比（Ｔ_P／（Ｔ_P＋
Ｔ_B））、パルス振幅、パルス周波数（ｆ）等を制御す
る。

【００５６】図４は、ブランクパルスの波形を示す図で
ある。ブランクパルスの波形とは、交流電圧に直流電圧
を重畳したバイアス電圧を印加している電圧波形におい
て、交流成分を断続的に休止させるブランク部を有し、
このブランク部では直流成分のみを印加する波形のこと
である。

【００５７】前記の、発明が解決しようとする課題にお
いて、図１１を用いトナーの挙動による吸い込み、白抜
けを説明したが、ここで連続波とブランクパルスとの違
いによるトナーの挙動を説明する。

【００５８】図４において、実線及び破線で示す連続波
を現像スリーブに印加した場合、交流電圧の半周期毎に
電界の向きが変わるため、その都度トナーｔの移動する
方向が変わるので、トナーｔの移動する方向が変わる点
付近でのトナー飛翔速度が減衰し、トナーｔが図１１に
示す電気力線に沿いやすく、エッジ部の高濃度部側のト
ナー付着量が多くなり、吸い込みが発生する。この吸い
込みにより、エッジ部の低濃度部側のトナー付着量が減
少し、白抜けが発生する。

【００５９】また、連続波であると像担持体（感光体）
１上でトナーｔが頻繁にバウンドするので白抜けがさら
に発生しやすい。

【００６０】図４において実線で示すブランクパルスを
現像スリーブに印加した場合は、連続波と比較してブラ
ンク部におけるトナーｔの移動する方向の変化がなく、
トナー飛翔速度の減衰が少ない。

【００６１】その結果、ブランク部においては曲がった
電気力線に沿いにくく低濃度部にもトナーｔが付着しや
すくなり、吸い込みを防止できる。また、ブランク部に
おいては像担持体上でトナーｔのバウンドも抑えられる
ので白抜けも防止できる。

【００６２】この吸い込み、白抜けはトナー粒径が小さ
い１０μｍ以下の場合、顕著に発生し、このようなトナ
ー粒径を使用した画像形成装置において、ブランクパル
スを現像スリーブに印加すれば非常に効果的であること
を本発明者は発見した。

【００６３】トナー径が大きい（例えば、粒径１５μ
ｍ）場合には、現像領域内でトナーが潜像に付着するこ
とにより、画像部の潜像電位が飽和しやすい。潜像電位
が飽和すると、それ以上にトナーが付着しないために、
潜像電位の大きい高濃度部の領域内部とエッジ部とでト
ナー付着量の差がなくなるため、吸い込みが起こりにく
くなる。また、潜像電位の小さい低濃度部の領域部のエ
ッジ部にも規定量のトナーが付着し、白抜けも起こりに
くくなる。

【００６４】このように、ブランクパルスを印加するこ
とにより吸い込み、白抜けを防止できることが分かった
が、交流電圧の印加を休止するブランク部において、ト
ナーが現像スリーブ表面から離脱するきっかけを与える
交流電圧が印加されないから、トナーの離脱量が減少
し、ブランク部のない連続波形部に比べ、全体的に現像
性（トナー付着性）が低下（１０〜２０％低下）すると
いう問題がある。

【００６５】そこで、本発明者はブランクパルスの現像
性低下防止策を検討した。

【００６６】図５は、従来の現像バイアス電圧波形と画
像欠陥を示す図である。

【００６７】図５（ａ）は、現像スリーブ４１Ｙ上のイ
エロートナーＹｔが、現像領域において、現像スリーブ
４１Ｙに印加される交流電圧Ｖ_ACと直流電圧Ｖ_DCとによ
り飛翔して感光体１の周面に付着することを示す模式図
である。

【００６８】現像スリーブ４１Ｙには、交流電圧Ｖ_ACと
直流電圧Ｖ_DCとが重畳印加される。交流電圧Ｖ_ACを２８
００Ｖ、直流電圧Ｖ_DCを−６００Ｖとすると、重畳印加
電圧は、＋８００Ｖ［（＋１４００Ｖ）＋（−６００
Ｖ）］から−２０００Ｖ［（−１４００Ｖ）＋（−６０
０Ｖ）］の間で変化する。

【００６９】感光体１上の画像部の潜像電位Ｖ_Lが−５
０Ｖの高濃度の場合、現像器４Ｙによる現像時には、イ
エロートナーＹｔは、−６００Ｖの直流電圧Ｖ_DCによ
り、スリーブ電位が−２０００Ｖの現像スリーブ４１Ｙ
面上から画像部の潜像電位Ｖ_L（−５０Ｖ）の感光体１
面上に飛翔する（図示の矢印方向）。

【００７０】感光体１上へのトナー付着量を増大させる
ため、交流バイアス電圧を印加している間の交流電圧値
Ｖ_ACを、前記の２８００Ｖからさらに３８００Ｖ〜４８
００Ｖに増大させることによって、トナーをキャリアか
ら剥ぎ取る力が大となり、現像スリーブ４１上へのトナ
ー付着量を増大させることが可能となる。しかし、この
ようにすると、現像スリーブ４１と感光体１との電位差
が周期的に大きくなり、画像部の潜像電位Ｖ_L（−５０
Ｖ）との電位差が増大し、現像スリーブ４１Ｙと感光体
１との間で放電破壊（落雷現象）を発生し、感光体１上
にリング状にクレータを生じるいわゆるリングマークを
発生する。したがって、交流電圧値Ｖ_ACを増大させるこ
とによりトナー付着量を増大させるには限界がある。

【００７１】図５（ｂ）は、感光体１上に複数のトナー
像を重ね合わせて形成する際の現像領域において、感光
体１上に先行形成されたイエロートナーＹｔが感光体１
上から剥ぎ取られて、現像スリーブ４１に再付着するこ
とを示す模式図である。

【００７２】現像器４Ｍによりマゼンタ画像を現像処理
するとき、感光体１上には、先行の帯電、露光、現像か
ら成るイエロー画像形成プロセスにより、イエロートナ
ーＹｔが付着している。現像器４Ｍによりマゼンタ画像
を現像処理時に、前述のように交流電圧Ｖ_ACを増大させ
ると、再帯電された感光体電位（−７５０Ｖ）の感光体
１上に付着しているイエロートナーＹｔを感光体１上か
ら剥ぎ取る力も増大してしまい、現像スリーブ４１Ｍに
印加される交流電圧Ｖ_ACと、直流電圧Ｖ_DCとにより、イ
エロートナーＹｔが現像スリーブ４１Ｙから剥ぎ取られ
て、更にスリーブ電位（＋８００Ｖ）の現像スリーブ４
１Ｍに向けて飛翔して、イエロートナーＹｔが現像スリ
ーブ４１Ｍ上のマゼンタトナーＭｔに混合してしまうこ
とがある（以下、この現象を剥ぎ取りと称す）。

【００７３】以上をまとめると、交流電圧Ｖ_ACを増大さ
せると、トナー付着量（現像性）は増大するが、ある電
圧値を越えると、前記放電破壊（落雷現象）を発生
し、感光体１にダメージを与えたり、感光体１上に複
数のトナー像を重ね合わせる画像形成装置においては、
前記剥ぎ取りが発生して異色トナーの混合を生じる。し
たがって、トナー付着量（現像性）を向上させるために
は、放電破壊を防止し、かつ剥ぎ取りの発生を抑える工
夫が必要である。

【００７４】そこで本発明者は、鋭意、検討した結果、
ブランクパルス波形の交流電圧の印加部の波形を交流電
圧の１周期において非点対称の波形にすることにより、
ブランクパルス部における現像性低下を防止できること
を発見した。

【００７５】図６は、現像バイアス電圧の非点対称波形
を示す図である。図において、破線は対称波形を示し、
実線は本発明による非点対称波形を示す。この波形は、
交流電圧の１周期において、対称点の無い波形、すなわ
ち非点対称波形である。また、好ましくは、この非点対
称波形は、現像スリーブ４１から感光体１上へトナーが
移動する現像駆動側の積分値（図示上側のハッチング部
の面積）と、感光体１上から現像スリーブ４１側へトナ
ーが移動する戻り側の積分値（図示下側のハッチング部
の面積）とを等しい一定値となし（実効電圧レベル一
定）、非点対称波形のピーク値と、実効的に印加されて
いる直流電圧値との差の絶対値が、直流電圧値の高い側
と低い側で異なるようにしたものである。印加電圧と時
間の比率を変更したものである。

【００７６】図示のＴ₁は現像駆動側の印加時間、Ｔ₂は
戻り側の印加時間である。なお、図示の波形は、Ｄｕｔ
ｙ比：Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）を０．６に設定したものであ
る（Ｔ₂＞Ｔ₁）。更に、この実効的に印加されている直
流電圧Ｖ′_DCが実際に印加されている直流電位差Ｖ_DCと
等しいことが望まれる。

【００７７】図６に示すように現像バイアス電圧の交流
電圧を非点対称波形にすることにより、対称波形に比べ
て現像駆動側の印加電圧の絶対値が上昇するので、ブラ
ンク部で低下する現像性を、交流電圧印加部により補う
ことができ、現像スリーブ４１から感光体１に付着する
トナー量が全体的に増大し現像性が向上する。かつ、戻
り側の印加電圧の絶対値も小さくなるので、前述した剥
ぎ取りも抑えられる。

【００７８】以下に、対称ブランクパルス波形、非点対
称ブランクパルス波形の現像性の比較を示す。なお、感
光体１の帯電電位Ｖ_H＝−７５０Ｖ、感光体１上の潜像
電位Ｖ_L＝−５０Ｖ、直流電圧Ｖ_DC＝−６００Ｖ、感光
体１と現像スリーブ４１間の最近接距離ｄ＝０．５７ｍ
ｍ、現像スリーブ４１の現像剤搬送量ＤＷＳ＝９ｍｇ／
ｃｍ²、周波数ｆ＝６ｋＨｚに設定した。また、パルス
部２波長分、その後にブランク部２波長相当分を印加し
た。

【００７９】（１）対称ブランクパルス波形現像：この
ときの、剥ぎ取りが発生しない最大交流電圧はＶ_AC＝
２．４ｋＶ、感光体１上のトナー付着量（Ｍ／Ａ）は
０．５６ｍｇ／ｃｍ²であった。

【００８０】（２）Ｄｕｔｙ比：Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）を
０．６に設定した非点対称ブランクパルス波形現像：こ
のときの、剥ぎ取りが発生しない最大交流電圧はＶ_AC＝
２．６ｋＶに向上し、感光体１上のトナー付着量は０．
７８ｍｇ／ｃｍ²に増大した。

【００８１】図４で示したブランクパルスのパルス部の
波形を、非点対称波形にしたこと（非点対称ブランクパ
ルス）により、ブランクパルスで問題であった現像性低
下を抑えることができ、現像性低下を抑えたことによ
り、高濃度部の電位が飽和しやすくなるので、前述の吸
い込み、白抜けも起こりづらくなるという効果もある。

【００８２】図７は、現像バイアス電圧の非点対称ブラ
ンクパルス波形の一例を示す図である。図において、破
線は前述の連続波形を示し、実線は非点対称ブランクパ
ルス波形を示す。

【００８３】なお、帯電電位Ｖ_H、潜像電位Ｖ_L、直流電
圧Ｖ_DC、最近接距離ｄ、現像剤搬送量ＤＷＳ、周波数ｆ
は上述の設定値と同じである。

【００８４】非点対称ブランクパルスを採用することに
より、感光体１上のトナー付着量（Ｍ／Ａ）は、ブラン
ク時間に対する交流電圧の印加時間の割合を上げること
によって増大する。例えば、ブランク部の時間１に対し
て、パルス部の時間を１から２に設定したときに、トナ
ー付着量（Ｍ／Ａ）は０．７ｍｇ／ｃｍ²から０．８ｍ
ｇ／ｃｍ²に増加する。なお、感光体１上のトナー付着
量（Ｍ／Ａ）の評価は、感光体１上に付着した単位面積
（ｃｍ²）当たりのトナー量（重さ、ｍｇ）を天秤で測
定したものである。

【００８５】ブランク部の時間を１、パルス部Ｔ_Pの時
間を２〜３としたとき、前述の吸い込みは、１５０ＬＰ
Ｉ（ライン／インチ）のライン１本分（１７０μｍｍ）
以下となった。

【００８６】なお、現像剤搬送量ＤＷＳ［ｍｇ／ｃ
ｍ²］と、現像スリーブ４１と感光体１との間の最近接
距離ｄ［ｍｍ］との比は、以下の関係を満足することが
望ましい。

【００８７】５＜（ＤＷＳ／ｄ）＜４０現像剤搬送量ＤＷＳとは、現像スリーブ４１により現像
領域に搬送される現像剤の搬送量を称し、その評価は、
現像スリーブ４１表面の現像剤をテープで単位面積分採
取し、天秤で現像剤の単位面積当たりの重さを測定した
ものである。

【００８８】本発明者は、非点対称で断続的に休止する
交流成分を直流成分に重畳した電圧を印加した場合の副
走査方向のトナー偏りに関してさらに検討した。

【００８９】現像領域における像担持体と現像剤担持体
の進行方向、速度等に関して考えてみると、現像剤担持
体の現像剤搬送方向と像担持体の進行方向が同一方向で
あり、且つ速度が同じである場合、進行方向で潜像電位
にギャップがある場合においても潜像先端部と潜像後端
部でトナー付着量の差は見られない。

【００９０】しかし、トナーの絶対付着量が少なく所定
の反射濃度を得ることは難しい。

【００９１】図８（ａ）は、像担持体と現像剤担持体と
が近接する現像領域におけるトナー付着を示す模式図、
図８（ｂ）は現像領域を５分割して、像担持体上の潜像
データも現像領域分割と同じ間隔で５分割したときの像
担持体上に付着したトナーを模式的に示す図である。

【００９２】図８に示すように、像担持体の周速度Ｖｐ
に対し現像剤担持体の周速度Ｖｓが早い場合は（Ｖｓ＞
Ｖｐ）、トナー像の反射濃度は増加できるが、潜像電位
が大きい領域の潜像後端部にトナーｔが所定量以上付
着する。これは一般的に、現像領域内で現像剤のトナー
消費が起こるが、潜像後端部には未消費の現像剤が侵入
してくるため、トナーｔの供給量が増えてしまうためで
ある。

【００９３】潜像後端部から潜像先端部にかけてのトナ
ー付着量は急激に減少し、このため特に２次色の重ね合
わせで色の変化が目立ちやすかった。

【００９４】また、潜像電位が小さい領域の潜像後端部
（ハイライト部）は、トナーが付着しにくい。これは
現像剤担持体上の現像剤が潜像電位の大きいところでト
ナーをすでに消費してしまってから潜像電位の小さい領
域に進入するためである。

【００９５】図９は像担持体上にイエロートナーＹｔと
マゼンタトナーＭｔとが重ね合わせられて、２色のトナ
ー画像が形成された状態を示す模式断面図、及び模式平
面図である。

【００９６】１次色のイエロートナーＹｔと、２次色の
マゼンタトナーＭｔとが均等に重ね合わせられた中央部
分は、均一なレッド色になる。

【００９７】しかし、上述のように、現像剤担持体上に
最初に形成されたイエロートナーＹｔの副走査方向の後
端部は、イエロートナーＹｔの付着量が大きく、トナー
層電位が高く、このイエロートナーＹｔ上に積層される
マゼンタトナーＭｔの付着量が低下する。

【００９８】したがって、この後端部ではイエロートナ
ーＹｔの濃度が高く、マゼンタトナーＭｔの濃度が低く
なり、イエロー色が強いレッド色に変化する。

【００９９】この２次色のマゼンタトナーＭｔの少ない
２次色の色変化部分を２次偏り幅と称し、図示のδで表
す。

【０１００】以上より、潜像先端部と潜像後端部の潜像
電位ギャップにおいてトナー付着量のばらつきを小さく
し、特に感光体上にトナー像を重ね合わせて、カラー画
像を形成するプロセスにおいては、２次色の色変化を目
立ちにくくすることが必要であった。

【０１０１】そこで、現像領域における像担持体と現像
剤担持体の回転方向に関して検討した。

【０１０２】図１０は、現像領域を９分割し、像担持体
上の潜像データも現像領域分割と同じ間隔で９分割した
ときの像担持体上のトナー付着量を説明する模式図であ
る。

【０１０３】現像剤担持体の現像剤搬送方向と像担持体
の進行方向が同方向（正転）である場合は、今まで説明
した通り、潜像後端部においてトナー付着量が大きくな
る。

【０１０４】また、現像剤担持体の周速Ｖｓと、像担持
体の周速Ｖｐとの比（Ｖｓ／Ｖｐ）が大きいほど、潜像
後端部の偏り幅が増す。

【０１０５】一方、現像剤担持体の現像剤搬送方向と像
担持体の進行方向が逆方向（逆転）である場合は、潜像
先端部においてトナー付着量が大きくなる。

【０１０６】これは潜像先端部には未消費の現像剤が進
入してくるため、トナーの供給量が増えてしまうためで
ある。

【０１０７】ところが、正転と比較して逆転は潜像後端
部から潜像先端部にかけてなだらかにトナー付着量が増
加し、トナー付着量のばらつきが目立ちにくいことがわ
かる。

【０１０８】以上より、現像剤担持体の現像剤搬送方向
と像担持体の進行方向が逆方向（逆転）にすることによ
り、潜像電位ギャップにおけるトナー付着量の急激な増
加を抑えることができ、２次色の変化を目立ちにくく、
さらに現像性を向上させることが出来る。

【０１０９】

【実施例】次に、本発明を以下の実施例について説明す
る。

【０１１０】以下に示す現像条件で現像し、画像形成を
行った。画像形成には、図１に示す画像形成装置を使用
し、現像には、図２、図３に示す現像装置を使用し、下
記の条件を設定し、トナー搬送供給量を可変にして、前
述した動作で現像して、画像を評価した。

【０１１１】なお、本発明に係わる画像形成装置には、
図１に示すＫｏｎｉｃａＫＬ−２０１０カラープリン
タ（コニカ（株）製）改造機を使用し、現像スリーブ４
１の外径はφ１８ｍｍ、感光体１の外径はφ１００ｍｍ
である。

【０１１２】現像処理の設定条件は以下の通り。

【０１１３】感光体１、現像スリーブ４１間の最近接距
離ｄ＝０．５５［ｍｍ］感光体帯電電位Ｖ_H：−７５０［Ｖ］現像スリーブ４１に印加する直流電圧Ｖ_DC：−６００
［Ｖ］感光体１上の潜像電位Ｖ_L：−５０［Ｖ］Ｖ_ACｐ−ｐ：［２．５Ｖ］現像スリーブ４１に印加する交流成分のパルス部周波
数：ｆ［ｋＨｚ］イエロー潜像ＰＷＭ：５０％、マゼンタ潜像ＰＷＭ：１
００％の重ね合わせ表１にエッジ部の色相変化の評価を示す。

【０１１４】

【表１】

【０１１５】表１において、Ｎｏ．１〜２は、何れも非
点対称型ブランクパルス波形（図７参照）の電圧が現像
スリーブ４１に印加される。また、Ｎｏ．１は、現像領
域における現像スリーブ４１の回転方向が、感光体１の
回動方向に対して逆方向（逆転）である（図８参照）。
Ｎｏ．２は、現像領域における現像スリーブ４１の回転
方向が、感光体１の回動方向に対して同方向（正転）で
ある（図８参照）。

【０１１６】Ｎｏ．３〜４は、何れも対称型連続波形の
電圧が現像スリーブ４１に印加される。また、Ｎｏ．３
は、現像領域における現像スリーブ４１の回転方向が、
感光体１の回動方向に対して逆方向（逆転）である。Ｎ
ｏ．４は、現像領域における現像スリーブ４１の回転方
向が、感光体１の回動方向に対して同方向（正転）であ
る。

【０１１７】表１のｄｕｔｙは、図６に示すように波形
幅形状を、Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）で表すもので、Ｎｏ．
１，２の非点対称波形は、Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）＝６０
％、Ｎｏ．４の対称連続波形では５０％、即ち、Ｔ₁＝
Ｔ₂である。

【０１１８】表１のＢ／Ｐ比は、図７の前記ブランクパ
ルスに示すように、Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）で表すもので、
Ｎｏ．１，２の非点対称波形は、Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）＝
０．５、即ち、Ｔ_P＝Ｔ_Bである。Ｎｏ．４の対称連続波
形では、Ｔ_B＝０で、Ｂ／Ｐ比は１である。

【０１１９】表１の２次偏り幅δとは、図９に示す２次
色のマゼンタトナーＭｔの少ない２次色の色変化部分を
称す。

【０１２０】表１のエッジ部の色相変化とは、図９に示
すイエロートナーＹｔとマゼンタトナーＭｔとを重ね合
わせた部分の境界部分（エッジ部）に発生するトナー付
着量の変化による色相の変化をいう。

【０１２１】表１に示すように、Ｖ_ACｐ−ｐ、ｄｕｔ
ｙ、Ｂ／Ｐ比、２次偏り幅を設定して現像処理し、形成
されたカラー画像の色相変化を評価をした。

【０１２２】逆転する現像スリーブ４１を備えた現像装
置では、Ｎｏ．１、Ｎｏ．３に示すように、２次偏り幅
δは画像先端部に５ｍｍ幅に現れた。正転する現像スリ
ーブ４１を備えた現像装置では、Ｎｏ．２、Ｎｏ．４に
示すように、２次偏り幅δは画像先端部に２ｍｍ幅に現
れた。

【０１２３】エッジ部の色相変化は目視により判定し、
色相変化のない画像を○、色相変化の少ない画像を△、
色相変化の大きい画像を×とした。

【０１２４】非対称ブランクパルス波形の現像バイアス
電圧と、現像スリーブ逆転とを採用したＮｏ．１の本発
明の現像装置は、エッジ部の色相変化が目立たなく、良
好な色相の画像が得られた。その上、Ｎｏ．１は、吸い
込み、白抜けの発生が防止され、かつ、十分な濃度が得
られ、現像剤性、現像安定性に優れ、高品位な画像が得
られた。

【０１２５】Ｎｏ．２、Ｎｏ．３は、エッジ部の色相変
化が若干発生した。Ｎｏ．４では色相変化が著しく発生
した。

【０１２６】なお、本発明の画像形成装置は、上記の実
施の形態に限定されるものではなく、ベルト感光体を備
えたカラー画像形成装置や、透明感光体を備えたカラー
画像形成装置やタンデム型カラー画像形成装置等にも適
用可能である。

【０１２７】また、本発明の画像形成装置の現像装置に
使用される現像剤は、二成分現像剤に限定されるもので
はなく、一成分現像剤にも適用可能である。

【０１２８】

【発明の効果】本発明の画像形成装置は、非対称で断続
的に休止する交流成分を直流成分に重畳した電圧を、現
像剤担持体に対して印加することにより、現像領域で発
生する吸い込み、白抜けを防止することができ、かつ十
分な濃度の画像を提供することが出来る。

【０１２９】さらに、現像領域における現像剤担持体と
像担持体の移動方向を逆にすることにより、潜像電位ギ
ャップにおけるトナー付着量の急激な増加を抑えること
ができる。また、請求項２に記載されるプロセスに適用
することにより、２次色の変化を目立ちにくく、さらに
現像性を向上させることが出来る。これにより現像性、
現像安定性に優れ、高品位な画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像装置を複数組搭載したカラープリ
ンタの断面構成図。

【図２】本発明による複数組の現像器から成る現像装置
の断面図。

【図３】本発明の現像装置の断面図。

【図４】ブランクパルスの波形を示す図。

【図５】現像バイアス電圧波形と画像欠陥を示す図。

【図６】本発明による現像バイアス電圧の非点対称波形
を示す図。

【図７】本発明による現像バイアス電圧の非点対称ブラ
ンクパルス波形を示す図。

【図８】感光体と現像スリーブとが近接する現像領域に
おけるトナー付着を示す模式図、及び感光体上に付着し
たトナーを模式的に示す図。

【図９】感光体上に形成された２色のトナー画像の模式
断面図、及び模式平面図。

【図１０】感光体上のトナー付着量を説明する模式図。

【図１１】現像領域における電気力線とトナー移動を示
す拡大模式図。

【符号の説明】

１像担持体（感光体ドラム、感光体）２スコロトロン帯電器（帯電器）４現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ現像器４０現像器ハウジング（現像剤収容部）４１，４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋ現像剤担持体
（現像スリーブ）４２磁界発生手段（マグネットロール）４３現像剤層規制部材４５現像剤搬送ローラ４６現像剤供給ローラ４７Ａ，４７Ｂ現像剤攪拌スクリュー４８バイアス電圧印加手段４９波形制御手段Ｖ_AC 現像スリーブに印加する交流電圧Ｖ_DC 現像スリーブに印加する直流電圧Ｖ_L 感光体上の画像部潜像電位（露光部の潜像電位）Ｖ_H 感光体帯電電位Ｔ_P 現像スリーブに印加する交流成分のパルス部時間Ｔ_B 現像スリーブに印加する交流成分の休止部時間ｆ現像スリーブに印加する交流成分のパルス部周波数ｄ現像スリーブと感光体との最近接距離 δ ２次偏り幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体と、前記像担持体に対して非接
触状態で現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像装
置とを有し、前記像担持体上に形成された静電潜像を、
前記現像剤担持体により担持されていた現像剤により現
像する画像形成装置であって、非点対称で断続的に休止
する交流成分を直流成分に重畳した電圧を、前記現像剤
担持体に対して印加し、かつ、前記像担持体と前記現像
剤担持体とが対向する現像領域における前記現像剤担持
体表面の回転方向が前記像担持体の回動方向と逆方向で
あることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】像担持体上に複数色の画像を重ね合わせ
て形成する画像形成装置において、前記複数色の画像の
各色毎に前記請求項１に記載の現像装置を備え、前記複
数色の画像の各色毎に、前記像担持体上に静電潜像を形
成することと、前記現像装置により前記静電潜像を現像
することとにより、複数色の重ね合わせ画像を形成する
ことを特徴とする画像形成装置。