JP2000122411A - 画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地汚れの発生をより確実に回避することがで
きる非接触方式の画像形成方法を提供する。 【解決手段】 感光体ドラムの潜像部と現像ローラとの
間におけるトナー飛翔を回避すべく、トナーの帯電極性
と同極性側のＡＣ電圧ピーク値と、該潜像部の表面電位
との電位差を最低飛翔電位差Ｅｍｉｎよりも小さく維持
させ、且つ、該ＡＣ電圧ピーク値と感光体ドラムの非潜
像部との電位差を該最低飛翔電位差以上に維持させるよ
うにした。また、ＡＣ電圧の周波数ｆを１０［ｋＨｚ］
未満とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ、プ
リンタ、複写機、などの画像形成装置及びこれに用いら
れる画像形成方法に係り、詳しくは、静電潜像担持体と
画像形成粒子を担持する粒子担持体とを接触させずに画
像を形成する非接触方式の画像形成方法及びこれに用い
られる画像形成方法に関するものである。

【０００２】従来、この種の画像形成方法としては、特
開昭５８−３２３７５号で提案されているジャンピング
方式のものや、実開昭５４−２６８２１号で提案されて
いるプロジェクション方式のものなどがある。

【０００３】以下、これらの方式の画像形成方法の作像
原理を、「電子写真技術の基礎と応用」（コロナ社、電
子写真学会編、ｐ１６５〜ｐ１７０）の記載に基づいて
説明する。

【０００４】図１は上記ジャンピング方式の画像形成方
法を用いる画像形成装置の現像部の一例を示す断面図で
ある。図１において、静電潜像担持体としての感光体ド
ラム１は、例えば、半径が４０［mm］で、金属製ドラム
の表面に感光層１ａが被覆され、図中矢印Ａの方向に１
００［ｍｍ／ｓｅｃ］の周速で回転駆動される。この回
転駆動に伴い、感光層１ａの潜像形成対称部は露光装置
（図示せず）との対向位置で露光され、例えば＋５００
［Ｖ］に帯電して潜像部となる。なお、感光層１ａの非
潜像部の電位は、例えば０［Ｖ］である。一方、現像器
の現像ケーシング４の開口部から一部を露出させ、０．
２［ｍｍ］の間隙Ｇを介して感光体ドラム１と対向する
粒子担持体としての現像ローラ２は、例えば、半径が１
５［ｍｍ］で、図中矢印Ｂの方向に１００［ｍｍ／ｓｅ
ｃ］の周速で回転駆動される。現像器に内包される画像
形成粒子としてのトナー３は、現像ローラ２表面に供給
され、現像ローラ２の回転に伴い、現像ローラ２とブレ
ード５との間に挟まれて層厚を規制されるとともに摩擦
によりマイナスに帯電する。帯電したトナー３は現像ロ
ーラ２の回転に伴い、感光体ドラム１との対向位置であ
る現像位置に搬送される。

【０００５】感光体ドラム１ａと現像ローラ２との間に
は、電圧印加手段６により、例えば、振幅＝４００
［Ｖ］（Ｖｐ−ｐ＝８００Ｖ）、周波数ｆ＝２００
［Ｖ］、の交流電圧の正弦波に＋２００［Ｖ］の直流電
圧が重畳された変動電圧が印加される。図２（ｃ）に示
すように、この変動電圧は、最高電圧＝＋６００
［Ｖ］、最低電圧＝−２００［Ｖ］、Ｖｐ−ｐ＝８００
［Ｖ］、周波数ｆ＝２００［Ｈｚ］、周期Ｔ＝５［ｍｓ
ｅｃ］、の電圧である。このような変動電圧の印加によ
り、上記現像位置まで搬送されたトナー３は感光層１ａ
表面と現像ローラ２表面との間を往復するように飛翔す
る。なお、図２（ｃ）において、ＶＤ、ＶＬはそれぞれ
感光層１ａの潜像部電位、非潜像部電位を示すものであ
る。

【０００６】図２（ａ）は感光層１ａの潜像部と現像ロ
ーラ２との間におけるトナーの飛翔状態を、（ｂ）は感
光層１ａの非潜像部と現像ローラ２との間におけるトナ
ーの飛翔状態を、それぞれ説明する模式図である。これ
らの図において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ、感光層
１ａと現像ローラ２との再接近により上記変動電圧の電
界の影響が最も強くなる領域、両者の距離が少し離れて
該影響が少し弱まる領域、両者の距離が更に離れて該影
響が殆どなくなる領域、を示すものである。また、図中
の矢印はそれぞれトナー３の飛翔方向及び飛翔強さを、
＋記号は上記潜像部の正電荷を、それぞれ示すものであ
る。

【０００７】領域Ｒ１においては、感光層１ａが潜像を
担持しているか否かにかかわらず、感光層１ａと現像ロ
ーラ２との間におけるトナー３の往復飛翔により、現像
ローラ２表面から感光層１ａ表面への転移と、感光層１
ａ表面から現像ローラ２表面への逆転移とが繰り返され
る（（ａ）及び（ｂ）のＲ１）。但し、トナー転移量は
上記非潜像部（（ｂ）の感光層１ａ）よりも上記潜像部
（（ａ）の感光層１ａ）の方が多くなる。このようにト
ナー転移量に差が生ずる原因は、潜像部電位ＶＤと非潜
部電位ＶＬとの差にある。マイナス帯電したトナー３の
感光層１ａへの転移は、感光層１ａの表面電位が現像ロ
ーラ２の表面電位よりも大きくなった状態のときに生ず
る。図２（ｃ）に示したように、領域Ｒ１において、
「潜像部電位ＶＤ>現像ローラ２の電位」となる転移時
間ｔ４は、「潜像部電位ＶＤ<現像ローラの電位」とな
る逆転移時間ｔ３よりも長くなる。また、転移時間ｔ４
における上記潜像部と現像ローラ２との最大電位差は、
７００［Ｖ］（５００Ｖ＋２００Ｖ）となる。一方、
「非潜像部電位ＶＬ>現像ローラ２の電位」となる転移
時間ｔ１は、「非潜像部電位ＶＬ<現像ローラの電位」
となる逆転移時間ｔ２よりも短くなる。また、転移時間
ｔ１における上記非潜像部と現像ローラ２との最大電位
差は、２００［Ｖ］（０Ｖ＋２００Ｖ）となる。従っ
て、上記潜像部は上記非潜像部よりも、転移時間が長く
なり且つ該転移時間における最大電位差が大きくなるの
で、トナー転移量が多くなる。なお、次の数１及び数２
に示すように、転移時間ｔ４における上記潜像部と現像
ローラ２との間の最大電界強度Ｅ１ａは３．５［Ｖ／μ
ｍ］であり、転移時間ｔ１における該間の最大電界強度
Ｅ２ａは１．０［Ｖ／μｍ］である。

【数１】Ｅ１ａ＝７００／２００＝３．５［Ｖ／μｍ］

【数２】Ｅ２ａ＝２００／２００＝１．０［Ｖ／μｍ］

【０００８】領域Ｒ２においては、上記潜像部と現像ロ
ーラ２との間でトナー転移が生ずるのに対し（図２
（ａ）のＲ２参照）、上記非潜像部と現像ローラ２との
間ではトナー逆転移が生ずる（図２（ｂ）のＲ２参
照）。領域Ｒにおいて、感光層１ａと現像ローラ２との
電位差は領域Ｒ１における該電位差と同様であるが、感
光層１ａと現像ローラ２との間のギャップＧが領域Ｒ１
よりも大きくなるので、該間における電界強度が領域Ｒ
１よりも小さくなる。例えば、ギャップＧが４００［μ
ｍ］（領域Ｒ１の約２倍）になると、次の数３及び数４
に示すように、転移時間ｔ４における上記潜像部と現像
ローラ２との間の最大電界強度Ｅ１ｂは３．５［Ｖ／μ
ｍ］から１．７５［Ｖ／μｍ］に低下し、転移時間ｔ１
における該間の最大電界強度Ｅ２ｂは０．５［Ｖ／μ
ｍ］に低下する。

【数３】 Ｅ１ｂ＝７００／４００＝１．７５［Ｖ／μｍ］

【数４】Ｅ２ｂ＝２００／４００＝０．５［Ｖ／μｍ］

【０００９】現像ローラ２に担持されるトナー３を現像
ローラ２から離脱・飛翔させるためには、トナー３に対
して、トナー３と現像ローラ２との間に作用している付
着力（ファンデルワールス力や液架橋力などの総和）や
鏡像力などよりも大きな力を付与する必要がある。この
ような大きな力を付与するために必要となる最小限の電
界強度が、例えば０．８［Ｖ／μｍ］であると仮定する
と、領域Ｒ２における転移時間ｔ４内ではトナー転移が
生じ、逆転移時間ｔ３内ではトナー逆転移が生じなくな
る。このため、領域Ｒ２における上記潜像部と現像ロー
ラ２との間では、現像ローラ２から該潜像部にトナー３
が転移する。一方、転移時間ｔ１ではトナー転移が生じ
なくなり、逆転移時間ｔ２内ではトナー逆転移が生ず
る。このため、領域Ｒ２における上記非潜像部と現像ロ
ーラ２との間では、該非潜像部から現像ローラ２にトナ
ー３が逆転移する。

【００１０】回転駆動により感光層１ａが領域Ｒ３に到
達して上記ギャップが例えば１０００［μｍ］まで大き
くなると、次の数５に示すように、転移時間ｔ４内にお
ける最大電界強度Ｅ１ｃが０．７［Ｖ／μｍ］まで低下
してトナー転移が生じなくなる。また、次の数６に示す
ように、逆転移時間ｔ２内における最大電界強度Ｅ２ｃ
が０．６［Ｖ／μｍ］まで低下してトナー逆転移が生じ
なくなる。これらの結果、領域Ｒ３においては、現像ロ
ーラ２から上記潜像部へのトナー転移と、上記非潜像部
から現像ローラ２へのトナー逆転移とが終了する。

【００１１】ジャンピング方式では、以上のようにし
て、感光層１ａ上の潜像部にトナー３が付着して静電潜
像が現像される。なお、原稿画像を忠実に再現するため
には、潜像部電位ＶＤ、非潜像部電位ＶＬ、上記変動電
圧の振幅及び周波数、などを適正に設定する必要があ
る。また、現像ローラ２に上記変動電圧を印加せずに直
流電圧のみを印加して静電潜像を現像する態様も考えら
れるが、この場合には、上記潜像部の電位が低いと濃淡
差のある画像を現像することが困難になる。

【００１２】図３は、現像画像の画像濃度ＩＤと潜像部
電位ＶＤとの関係を示すグラフである。図３において、
上記交流電圧を印加しないときや、高周波数（１［ｋＨ
ｚ］、２［ｋＨｚ］）の該交流電圧を印加するときに比
べて、５０［Ｈｚ］や８００［Ｈｚ］の低周波数の該交
流電圧を印加したときには、０［Ｖ］から＋３５０
［Ｖ］までの潜像を滑らかに現像し得ることがわかる。
写真原稿などの濃淡差を忠実に再現するためには、この
ように低電位の潜像を現像し得るようにすることが必須
である。このため、従来、直流のパルス電圧を印加した
り、形成画像の特性、現像剤の特性、湿度等の環境変
化、等に応じて印加電圧の振幅や周波数を変更したりし
て、形成画像の高品質化するジャンピング方式の画像形
成方法が種々提案されている。

【００１３】しかしながら、これらの画像形成方法にお
いては、最終的な形成画像の非画像部にトナーを付着さ
せるいわゆる地汚れを発生させ易いという不具合があ
る。この不具合は、領域１で上記非潜像部にもトナー転
移が起こることにより発生するものである。上述したよ
うに、理論上、領域Ｒ１において上記非潜像部に転移し
た全てのトナー３は、領域Ｒ２において現像ローラ２に
逆転移するので、該非潜像部には残留しないことにな
る。しかし、実際には、僅かではあるが、逆転移せずに
上記非潜像部に残留して地汚れを発生させるトナー３が
出現する。この出現の理由は、種々考えられている。例
えば、粉砕法により製造された形状精度の低いトナー３
を用いると、感光層１ａとの接触姿勢により個々のトナ
ー３における感光層１ａとの接触面積を大きく異ならせ
る。このため、接触面積が大きくなったトナー３に対し
て、感光層１ａとの付着力を大きくして逆転移を困難に
する場合がある。この場合には、感光体ドラム１の表面
平滑性を向上させたり、より球形に近いトナーを用いた
りすることにより、上記付着力の増大による逆転移の阻
害を軽減することができるが、完全に解消することは不
可能である。

【００１４】一方、上記プロジェクション方式の画像形
成方法においては、領域Ｒ１で静電潜像担持体の非潜像
部にトナーを転移させないので、該転移による地汚れを
回避することができる。図４はプロジェクション方式の
画像形成方法を用いる画像形成装置の現像部の一例を示
す断面図である。図４において、感光体ドラム１と現像
ローラ２との間のギャップＧは、０．１５２４から０．
１７７８［ｍｍ］に設定されている。感光体ドラム１の
感光層１ａは、帯電装置（図示せず）との対向位置で−
１００［Ｖ］に一様帯電させられた後、露光装置（図示
せず）との対向位置で潜像部が露光される。この露光に
より感光層１ａの潜像部電位ＶＤが＋２００［Ｖ］にな
る。現像ローラ２には、図５のチャート図に示すよう
な、高さＶｈが約−７５０［Ｖ］で、且つ電圧印加周波
数ｆが１０〜３０００［ｋＨｚ］である変動電圧として
の直流パルス電圧が電圧印加手段６により印加される。
これにより、感光層１ａの潜像部と現像ローラ２との間
では、現像ローラ２に−７５０［Ｖ］の電圧が印加され
ている印加時間Ｔｂ内において、マイナス帯電したトナ
ー３が現像ローラ２から該潜像部に向けて飛翔する。ま
た、非印加時間Ｔａに現像ローラ２の電位が０［Ｖ］に
変化しても、印加時間Ｔｂ内に飛翔を開始したトナー３
は、上記潜像部の正電荷に引かれて該飛翔を継続し、該
潜像部に付着・転移する。一方、非印加時間Ｔａにおい
て、感光層１ａの非潜像部と現像ローラ２との間では、
先に飛翔を開始したトナー３は正電荷を有さない非潜像
部に引かれずに現像ローラ３に向けて引き返す。

【００１５】図６は、トナー３の引き返しの状態を示す
模式図である。図示のように、プロジェクション方式で
は、上記潜像部と現像ローラ２との間において現像ロー
ラ２表面のトナー３を該潜像部に向けて飛翔・転移さ
せ、上記非潜像部と現像ローラ２との間において現像ロ
ーラ２表面のトナー３を該潜像部に向けて一旦飛翔させ
た後、現像ローラ２に向けて引き戻す。変動電圧として
交流電圧を印加すると、上記非潜像部と現像ローラ２と
の間に存在するトナー３に対して、現像ローラ２への引
き戻しの力をより強く作用させることができる。

【００１６】図７は、プロジェクション方式の画像形成
方法において、変動電圧として１８００［Ｖ］（Ｖｐ−
ｐ＝３６００Ｖ）の交流電圧を印加した場合におけるト
ナー３の飛翔位置と飛翔時間との関係を示すグラフであ
る。なお、図７（ａ）は上記潜像部と現像ローラ２との
間においてこの関係を示したものであり、図７（ｂ）は
上記非潜像部と現像ローラ２との間において該関係を示
したものである。それぞれの図に示すように、上記非潜
像部と現像ローラ２との間において、現像ローラ２から
飛翔したトナー３は、現像ローラ２から１５０［μｍ］
離れた位置まで一旦到達した後、現像ローラ２に向けて
引き返して該潜像部に付着・転移することはない。一
方、上記潜像部と現像ローラ２との間において、現像ロ
ーラ２から飛翔したトナー３は、現像ローラ２に向けて
引き返すことなく該潜像部に付着する。

【００１７】このようにプロジェクション方式の画像形
成方法においては、現像ローラ２から上記非潜像部にト
ナーを転移させないので、該転移による地汚れを回避す
ることができる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プロジェク
ション方式の画像形成方法においては、現像ローラ２か
ら上記潜像部までのトナー３の飛翔時間を長くしてしま
うという問題があった。図７（ａ）において、一部のト
ナーは上記交流電圧の印加開始から７［ｍｓｅｃ］後に
上記潜像部に到達するが、残りのトナーは現像ローラか
ら１５０［μｍ］程度離れた位置に一旦留まった後、該
印加開始から１２［ｍｓｅｃ］後に該潜像部に到達して
いる。このように、プロジェクション方式の画像形成方
法においては、上記潜像部と現像ローラ２との間でトナ
ー３を一旦停止させたり、スイッチバックさせたりしな
がら該潜像部に転移させる。このため、現像ローラ２か
ら上記潜像部までのトナー３の飛翔時間を長くしてい
る。このように飛翔時間を長くしてしまうと、プリンタ
等のデジタル画像で６００［ｄｐｉ］以上の微小トッド
を形成する場合には、個々のドットや形成画像のエッジ
部分が不鮮明になり画像品質を低下させるという致命的
な問題が生ずる。

【００１９】プロジェクション方式の画像形成方法にお
いては、周波数ｆの高い変動電圧を印加するほど、トナ
ー飛翔時間が長くなる。また、感光層１aの非潜像部と
現像ローラ２との間で感光層１ａに向けて飛翔させたト
ナー３を現像ローラ２に確実に再付着させるべく、変動
電圧の周波数ｆを高く設定する必要がある。具体的に
は、上記実開昭５４−２６８２１号や「電子写真技術の
基礎と応用」（コロナ社：電子写真学会編、ｐ１６５〜
ｐ１７０）によれば、１０［ｋＨＺ］以上に設定する必
要がある旨が記載されている。従って、１０［ｋＨｚ］
の周波数ｆの変動電圧を印加したときにトナー飛翔時間
を最も短縮し得るが、本発明者らの鋭意研究によれば、
３５０［μｓｅｃ］程度までの短縮が限度であった。

【００２０】また、従来、上述のように、現像ローラ２
から上記非潜像部へのトナー転移による地汚れの発生を
回避し得ると考えられてきた。しかしながら、本発明者
らの鋭意研究により、プロジェクション方式の画像形成
方法においても、トナー３を上記非潜像部に転移させて
地汚れを発生させるおそれがあることを見出した。具体
的には、現像ローラ２から飛翔させたトナー３を現像ロ
ーラ２に引き戻した際に、トナー３と現像ローラ２との
衝突によりトナー３を現像ローラ２上で跳ね返らせ、こ
の跳ね返りの力と電界の力との相乗作用によってトナー
３を上記非潜像部に転移させるおそれがある。

【００２１】本発明は以上の背景に鑑みなされたもので
あり、その第１の目的とするところは、地汚れの発生を
より確実に回避することができる非接触方式の画像形成
方法を提供することである。

【００２２】また、その第２の目的とするところは、上
記第１の目的に加えて、ドット等の単位画像や形成画像
のエッジ部分をより鮮明にすることができる非接触方式
の画像形成方法を提供することである。

【００２３】また、その第３の目的とするところは、地
汚れの発生をより確実に回避することができ、且つ、ド
ット等の単位画像や形成画像のエッジ部分をより鮮明に
することができる非接触方式の画像形成装置を提供する
ことである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１の発明は、静電潜像を担持する静電
潜像担持体と、帯電した画像形成粒子を担持する粒子担
持体とを、所定の間隙を介して対向させ、経時に伴って
値が変動する変動電圧を少なくとも該粒子担持体に印加
して、該粒子担持体上の画像形成粒子を該静電潜像担持
体に向けて飛翔させ、飛翔させた画像形成粒子を該静電
潜像に付着させて可視画像を形成する画像形成方法にお
いて、該粒子担持体の潜像非対応部から該静電潜像担持
体の非潜像部に向けて画像形成粒子を飛翔させず、且
つ、該粒子担持体の潜像対応部から該静電潜像担持体の
潜像部に向けて画像形成粒子を飛翔させるように制御す
ることを特徴とするものである。

【００２５】請求項２の発明は、請求項１の画像形成方
法において、上記変動電圧の値をピーク値に到達させた
ときに、上記静電潜像担持体の非潜像部と上記粒子担持
体の潜像非対応部との電位差では該潜像非対応部の画像
形成粒子を飛翔させず、該静電潜像担持体の潜像部と該
粒子担持体の潜像対応部との電位差で該潜像対応部の画
像形成粒子を飛翔させるように、該潜像部と該非潜像部
との電位差、及び、該ピーク値、を設定することを特徴
とするものである。

【００２６】請求項１又は２の画像形成方法において
は、粒子担持体の潜像非対応部に担持される画像形成粒
子を、静電潜像担持体の潜像部に向けて飛翔させない。
これにより、粒子担持体の潜像非対応部に担持される画
像形成粒子に対して、該粒子担持体との衝突による跳ね
返りを回避させる。そして、静電潜像担持体の非潜像部
と粒子担持体の潜像非対応部との間に形成される電界の
力と、この跳ね返りの力との相乗作用による画像形成粒
子の非潜像部への転移を回避することができる。潜像非
対応部に担持される画像形成粒子の潜像部への飛翔回避
は、例えば、静電潜像担持体の潜像部の電位、及び、変
動電圧のピーク値、の調整により実現される。具体的に
は、変動電圧がピーク値に到達させても、静電潜像担持
体の非潜像部と粒子担持体の潜像非対応部との電位差
（以下、非潜像領域電位差という）では、該潜像非対応
部の画像形成粒子を飛翔させないように、静電潜像担持
体の潜像部の電位、及び、変動電圧のピーク値を調整す
ることにより実現し得る。

【００２７】請求項３の発明は、請求項２の画像形成方
法であって、上記変動電圧の変動周波数が１０［ｋＨ
ｚ］未満であることを特徴とするものである。

【００２８】この画像形成方法においては、１０［ｋＨ
ｚ］未満の変動周波数の変動電圧を印加することによ
り、画像形成粒子を粒子担持体の潜像対応部から静電潜
像担持体の潜像部に到達させるまでに要する粒子飛翔時
間をより短縮化し得る。

【００２９】上記第２の目的を達成するために、請求項
４の発明は、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、所
定の間隙を介して該静電潜像担持体に対向し、帯電した
画像形成粒子を担持する粒子担持体と、経時に伴って値
が変動する変動電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
該変動電圧を少なくとも該粒子担持体に印加して、該粒
子担持体上の画像形成粒子を該静電潜像担持体に向けて
飛翔させ、飛翔させた画像形成粒子を該静電潜像に付着
させて可視画像を形成する画像形成装置において、請求
項３の画像形成方法を用いるように構成したことを特徴
とするものである。

【００３０】この画像形成装置においては、請求項３の
画像形成方法を用いることにより、非潜像部と潜像非対
応部との間に形成される電界の力と、該粒子担持体上で
の跳ね返りの力との相乗作用による画像形成粒子の該非
潜像部への転移を回避することができる。また、画像形
成粒子を粒子担持体の潜像対応部から静電潜像担持体の
潜像部に到達させるまでに要する粒子飛翔時間をより短
縮化し得る。

【００３１】請求項５の発明は、請求項４の画像形成装
置において、湿度を検知する湿度検知手段を設け、画像
形成粒子を上記粒子担持体から飛翔させるために最低限
必要となる上記静電潜像担持体と該粒子担持体との電位
差である最低飛翔電位差よりも、該静電潜像担持体の潜
像部と該粒子担持体の潜像非対応部との電位差を小さく
維持させるように、湿度変化に応じて上記ピーク値を変
化させるように構成したことを特徴とするものである。

【００３２】この画像形成装置においては、潜像非対応
部から潜像部への画像形成粒子の飛翔をより確実に回避
する。例えば、画像形成粒子を上記粒子担持体から飛翔
させるために最低限必要となる静電潜像担持体と粒子担
持体との電位差である最低飛翔電位差の値は、湿度変化
により変化してしまう。このため、湿度変化に伴って最
低飛翔電位差の値が変化すると、上記非潜像領域電位差
の値が該最低飛翔電位差と同等になるか、あるいは上回
って、粒子担持体の潜像非対応部の画像形成粒子を飛翔
させてしまうおそれがある。そこで、この画像形成装置
においては、上記非潜像領域電位差の値を最低飛翔電圧
の値よりも小さく維持するように、湿度変化に応じて上
記ピーク値を変化させることで、湿度変化に伴う潜像非
対応部からの画像形成粒子の飛翔を回避する。

【００３３】請求項６の発明は、請求項４の画像形成装
置において、画像形成粒子を上記粒子担持体から飛翔さ
せるために最低限必要となる上記静電潜像担持体と該粒
子担持体との電位差である最低飛翔電位差を環境の変化
に伴って変化させても、上記静電潜像担持体の非潜像部
と該粒子担持体の潜像非対応部との電位差を該最低飛翔
電位差より小さく維持させ、且つ該静電潜像担持体の潜
像部と該粒子担持体の潜像対応部との電位差を該最低飛
翔電位差と同等以上に維持させ得る程度に、該潜像部と
該非潜像部との電位差を大きく設定したことを特徴とす
るものである。

【００３４】この画像形成装置においては、湿度等の環
境の変化に伴って最低飛翔電位差を変化させても、上記
非潜像領域電位差を該最低飛翔電位差よりも小さく維持
させ得る程度に、静電潜像担持体の潜像部と非潜像部と
の電位差を大きく設定してある。これにより、湿度変化
等の環境変化に伴う潜像非対応部からの画像形成粒子の
飛翔を回避する。このため、潜像非対応部からの画像形
成粒子の飛翔をより確実に回避することができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明は非磁性一成分トナーを用
いた非接触方式の現像方法における変動電圧の基礎的研
究により創作された。そこで、まず、この基礎的研究に
ついて説明する。

【００３６】本発明者らは、まず、図８に示すような実
験装置を用いて、非磁性一性分トナー３（以下、単にト
ナー３という）の最低飛翔電位差を測定した。図８にお
いて、トナー３は、平均粒径が６［μｍ］で、帯電量が
−１５［μＣ／ｇ］の黒色重合トナーであり、粒径及び
帯電量Ｑの分布幅の小さいものが用いられている。粒子
担持体としての基板電極２は、厚さ５［ｍｍ］のアルミ
板２ｃに、直径＝１０［ｍｍ］、深さ＝０．１［ｍ
ｍ］、の窪みからなるトナーホッパー２ｄが形成された
ものである、トナーホッパー２ｄには、トナー３が充填
されている。トナー３のトナーポッパへの充填は、薬さ
じなどでトナーホッパー２ｄ上に盛られたトナー３が、
ゴムブレードなどのスキージによってスキージングされ
ることにより行われた。基板電極２の上方には、０．５
［ｍｍ］の間隙を介して、厚さ５［ｍｍ］のアルミ板か
らなる静電潜像担持体としての対向電極１が配設されて
いる。対向電極１は、基板電極２上に搭載された厚さ
０．５［ｍｍ］のスペーサ（図示せず）により、基板電
極２との間隙が維持されている。対向電極１にはＤＣ電
圧印加手段６からの導線が連結されている。図面の奥側
にはコールドライト（図示せず）が、図面の手前側には
Ｋｏｄａｋ社製の高速度カメラ（図示せず）が、それぞ
れ配設されており、基板電極２と対向電極２との間を飛
翔するトナー３が撮影される。

【００３７】以上のような構成の実験装置において、対
向電極１に種々の値のＤＣ電圧を印加し、それぞれの該
値におけるトナー３の飛翔状態を撮影してモニター画面
で観察した。このモニター画面に表示されるトナー３の
倍率を約２００倍に設定してあるので、６［μｍ］の粒
径のトナー３を約１．２［ｍｍ］の大きさに表示させ、
個々のトナー粒子の飛翔状態を十分に認識することがで
きる。また、撮影速度を１／９０００〜１／４０５００
［ｓｅｃ／コマ］に設定してあるので、トナー３の微小
な動きまで観察することができる。

【００３８】対向電極１に印加するＤＣ電圧の値を、０
［Ｖ］から５０［Ｖ］ピッチで上昇させていった。する
と、ＤＣ電圧値＝＋１０５０［Ｖ］までの条件でトナー
３の飛翔が認められなかったが、ＤＣ電圧値＝＋１１０
０［Ｖ］の条件では、モニター画面が真っ暗になるほど
多量のトナー３が一斉に飛翔した。但し、ＤＣ電圧値を
更に上昇させても、トナー３の飛翔量は漸増するだけで
特に多くはならなかった。

【００３９】以上の結果より、この実験装置におけるト
ナー３の最低飛翔電位差は、＋１１００［Ｖ］であり、
最低飛翔電界強度は２．２×１０^６［Ｖ／ｍ］程度であ
ることがわかった。但し、これらは、常温常湿（２５
℃、６０％ＲＨ）の状態で測定・演算されたものであ
り、最低飛翔電位差は実験室の湿度が５０［％ＲＨ］に
低下すると１０００［Ｖ］に低下し、湿度が７０［％Ｒ
Ｈ］に上昇すると１２００［Ｖ］に上昇した。これによ
り、最低飛翔電位差は湿度変化に伴って変化することが
わかる。

【００４０】次いで、変動電圧であるＡＣバイアスによ
るトナー飛翔を調査すべく、対向電極１を接地し、基板
電極２に種々の値のＡＣ電圧を印加して同様に撮影を行
った。具体的には、ＡＣ電圧のＶｐ−ｐを１［ｋＶ］に
設定し、周波数ｆを１．０［ｋＨｚ］から１．０［ｋＨ
ｚ］ピッチで高めた。すると、対向電極１を接地してい
るにもかかわらず、１．０［ｋＨｚ］又は２．０［ｋＨ
ｚ］の周波数ｆのＡＣ電圧を印加したときに、多量のト
ナー３が飛翔して対向電極１に付着することが確認され
た。このときの対向電極１は、上記ジャンピング方式の
画像形成方法における感光層１ａの非潜像部に相当す
る。周波数ｆを３．０［ｋＨｚ］に設定した場合にも少
量のトナー飛翔を確認したが、４．０［ｋＨｚ］以上に
設定した場合には、トナー飛翔が認められなかった。ま
た、各周波数ｆにおいて、Ｕターンして基盤電極２に再
付着するトナー３は、全く認められなかった。

【００４１】そこで、周波数ｆのみならず、ＡＣ電圧の
Ｖｐ−ｐ値をも変化させて同様に撮影を行ったが、基板
電極２に向けてＵターンするトナー３は認められず、基
板電極２から飛翔を開始したトナー３は全て対向電極１
に到達し、飛翔しないトナー３はそのまま動かなかっ
た。このような撮影結果より、トナー３をＵターンさ
せ、且つ基板電極２に再付着させるために要求されるＡ
Ｃ電圧のＶｐ−ｐ値と周波数ｆとの組み合わせを見出す
ことが非常に困難であることがわかった。

【００４２】そこで、トナーの飛翔状態を簡易に予測す
ることができるシミュレーションシステムを用いて、種
々の特性のＡＣ電圧を印加した場合におけるトナーの飛
翔状態を予測した。このシミュレーションシステムは、
トナー飛翔シミュレーションプログラムにより演算され
たトナーの予測飛翔状態をモニタ画面に表示するもので
あり、実際のトナー飛翔状態に酷似する該予測飛翔状態
を表示することが多くの実験結果から証明されている。
なお、シミュレーションにおいては、基板電極２と対向
電極１とのギャップを０．１［ｍｍ］に設定し、直径＝
６［μｍ］、帯電量＝−１５［μＣ／ｇ］のトナー３を
基板電極２上に１個担持させた場合を想定した。また、
実験とは逆に、基板電極２を上側に、対向電極１を下側
に配設した場合を想定した。周知のように、粒径６［μ
ｍ］のトナーに対する重力の作用は無視できる程度であ
るので、このように対向電極１を下側に配設した場合を
想定しても特に問題はない。

【００４３】上記シミュレーションプログラムでは、ト
ナー３に作用する力として、対向電極１と基板電極２と
の電位差により形成される電界の静電力、鏡像力、トナ
ー３同士のクーロン力（本シミュレーションにおいては
関係ない）、トナー３と基盤電極２との付着力（ファン
デルワールス力及び液架橋力）、空気抵抗力、重力、及
び、トナー３と物体との衝突による反撥力、が演算され
る。これらの力のうち、トナー３と基盤電極２との付着
力の他は周知の力であり正確に求めることができる。付
着力の設定は困難であるが、本シミュレーションにおい
ては、液架橋力の計算式より３．０［ｎＮ］とし、作用
領域（作用可能距離）を０．１［μｍ］とした。

【００４４】以上のような条件を想定し、まず、最低飛
翔電圧を求めるべく、基板電極２に印加するＤＣ電圧Ｖ
ｄｃの値を種々変更してシミュレーションした。する
と、Ｖｄｃの値を＋２１０［Ｖ］と想定したシミュレー
ションではトナー３の仮想飛翔は認められなかったが、
Ｖｄｃの値を＋２２０［Ｖ］と想定したシミュレーショ
ンではトナー３の仮想飛翔が認められた。

【００４５】図９（ａ）から（ｏ）はＶｄｃの値を＋２
１０［Ｖ］と想定したシミュレーションにおけるトナー
３の仮想飛翔の状態を示す模式図であり、図１０（ａ）
から（ｌ）はＶｄｃの値を＋２２０［Ｖ］と想定したシ
ミュレーションにおける該仮想飛翔の状態を示す模式図
である。それぞれの図に示すように、Ｖｄｃ＝＋２１０
［Ｖ］の条件では基板電極２からのトナー３の仮想飛翔
は認められないが、Ｖｄｃ＝＋２２０［Ｖ］の条件では
基板電極２からのトナー３の仮想飛翔が認められる。こ
れにより、本シミュレーションで仮想した装置における
最低飛翔電位差は２２０［Ｖ］であることがわかった。
なお、図９及び図１０の各図は、１０［μｓｅｃ］経過
毎のトナーの仮想飛翔状態を示している。

【００４６】次いで、対向電極１を接地状態にし、Ｖｐ
−ｐ値＝１．０［ｋＶ］のＡＣ電圧を種々の周波数ｆで
印加した場合を想定してトナー３の仮想飛翔の状態を観
察した。具体的には、周波数ｆを、１．０、２．０、
３．０、４．０、５．０、７．０、１０．０、１５．
０、２０．０、３０．０［ｋＨｚ］にそれぞれ変更して
シミュレーションした。すると、これら列記した全ての
周波数ｆにおいて、トナー３は対向電極１に向けて仮想
飛翔し、トナー３の基板電極２への再付着は認められな
かった。但し、周波数ｆが高周波である場合、途中で速
度が一旦遅くなったり、途中で基板電極２側に若干後戻
り（スイッチバック）したりするトナー３が認められ
た。

【００４７】図１１（ａ）から（ｏ）は、それぞれＡＣ
電圧の周波数ｆを１．０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝１ｍｓｅ
ｃ）と想定したシミュレーションにおけるトナー３の仮
想飛翔の状態を示す模式図である。図１１の各図は、１
１［μｓｅｃ］経過毎のトナーの仮想飛翔状態を示して
いる。図示のように、ＡＣ電圧の値が−２２０［Ｖ］に
なった時点（ｊ）でトナー３が対向電極１に向けて仮想
飛翔を開始している。なお、図示を省略しているが、仮
想飛翔したトナー３はＡＣ電圧の値がマイナス側のピー
ク値である−５００［Ｖ］に達する前に対向電極１に到
達した。

【００４８】図１２（ａ）から（ｉ）は、それぞれそれ
ぞれＡＣ電圧の周波数ｆを７．０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝
１４３μｓｅｃ）と想定したシミュレーションにおける
トナー３の仮想飛翔の状態を示す模式図である。図１２
の各図も、１１［μｓｅｃ］経過毎のトナーの仮想飛翔
状態を示している。図示のように、このシミュレーショ
ンにおいても、トナー３は、ＡＣ電圧の値が−２２０
［Ｖ］になった時点（ｃ）で対向電極１に向けて仮想飛
翔を開始し、ＡＣ電圧の値がマイナス側ピーク値の−５
００［Ｖ］に達する前に対向電極１に到達した。トナー
３の仮想飛翔時間は約６０［μｓｅｃ］であった。

【００４９】図１３（ａ）から（ｏ）は、それぞれ周波
数ｆを１０．０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝１００μｓｅｃ）
と想定したシミュレーションにおけるトナー３の仮想飛
翔の状態を示す模式図である。図１３の各図において
も、１１［μｓｅｃ］経過毎のトナーの仮想飛翔状態を
示している。また、図中の矢印はトナー３の飛翔方向を
示している（以下、仮想飛翔の模式図において同様であ
る）。図示のように、このシミュレーションにおいて
も、トナー３は、ＡＣ電圧の値が−２２０［Ｖ］になっ
た時点（ｃ）で対向電極１に向けて仮想飛翔を開始す
る。しかしながら、ＡＣ電圧の値がマイナス側ピーク値
の−５００［Ｖ］に達する前に対向電極１に到達するこ
とができず、対向電極１の直前で若干スイッチバックす
る。このスイッチバックはＡＣ電圧がプラス側に反転し
てトナー３に対して逆方向の静電力が作用することによ
り生ずるものである。スイッチバックしたトナー３は、
ＡＣ電圧が再びマイナス側に反転したとき（ｌ）に対向
電極１に向けて再加速され、プラス側に再反転する前に
対向電極１に到達する。なお、飛翔したトナー３が一旦
停止した後、対向電極１に向けて再加速される現象は高
速度カメラによる観察においても観察された。但し、ト
ナー３のスイッチバックは確認できなかった。

【００５０】１０．０［ｋＨｚ］以上のＡＣ電圧の印加
を想定したシミュレーションにおいては、前述のシミュ
レーションと同様に、ＡＣ電圧が−２２０［Ｖ］に達し
た時点でトナー３の仮想飛翔が開始され、トナー３はＡ
Ｃ電圧がプラス側に反転すると減速されたり、一旦停止
したり、スイッチバックしたりした。そして、周波数ｆ
が高くなるほど、１周期内に仮想飛翔する距離が短くな
り、対向電極１に到達するまでのトナー３の仮想飛翔時
間が延長された。

【００５１】以上のシミュレーションにおいて、何れの
周波数ｆの場合にも基板電極２に再付着するトナー３は
認められなかったので、次に、ＡＣ電圧のＶｐ−ｐ値を
１０００［Ｖ］から６００［Ｖ］に下げ、先に列記した
周波数ｆと同様の周波数に設定した場合を想定して個々
にシミュレーションした。しかし、これら何れのシミュ
レーションにおいても、基板電極２に再付着するトナー
３は認められなかった。

【００５２】図１４（ａ）から（ｏ）は、それぞれＶｐ
−ｐ値を６００［Ｖ］と想定し、且つ周波数ｆを１０．
０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝１００μｓｅｃ）と想定したシ
ミュレーションにおけるトナー３の仮想飛翔の状態を示
す模式図である。図１４の各図においては、１２［μｓ
ｅｃ］経過毎のトナーの仮想飛翔状態を示している。図
示のように、ＡＣ電圧の１周期が終わった時点（ｊ）
で、トナー３はギャップＧの中間よりやや基板電極２側
に位置し、基盤電極２表面には戻っていないので、以
降、対向電極１に徐々に近づき、基板電極２に再付着す
ることはない。

【００５３】次いで、ＡＣ電圧のＶｐ−ｐ値を更に５０
０［Ｖ］に下げ、先に列記した周波数ｆと同様の周波数
に設定した場合を想定して個々にシミュレーションした
が、これら何れのシミュレーションにおいても、トナー
３の基板電極２への再付着は認められなかった。

【００５４】図１５（ａ）から（ｏ）は、それぞれＶｐ
−ｐ値を５００［Ｖ］と想定し、且つ周波数ｆを１０．
０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝１００μｓｅｃ）と想定したシ
ミュレーションにおけるトナー３の仮想飛翔の状態を示
す模式図である。図１５の各図においては、１０［μｓ
ｅｃ］経過毎のトナーの仮想飛翔状態を示している。図
示のように、このシミュレーションにおいても、図１４
におけるシミュレーションと同様に、トナー３が基板電
極２に再付着することはない。

【００５５】そこで、ＡＣ電圧のＶｐ−ｐ値を更に４４
０［Ｖ］まで下げ、先に列記した周波数ｆと同様の周波
数に設定した場合を想定して個々にシミュレーションし
た。これらのシミュレーションにおいては、ＡＣ電圧の
マイナス側ピーク値は、−２２０［Ｖ］であり、最低飛
翔電位差に等しい。このため、基板電極２上のトナー３
は、ＡＣ電圧がマイナス側ピーク値に達した時点でよう
やく飛翔を開始することになる。

【００５６】図１６（ａ）から（ｏ）は、それぞれＶｐ
−ｐ値を４４０［Ｖ］と想定し、且つ周波数ｆを３．０
［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝３３３μｓｅｃ）と想定したシミ
ュレーションにおけるトナー３の仮想飛翔の状態を示す
模式図である。図１６の各図においては、２０［μｓｅ
ｃ］経過毎のトナーの仮想飛翔状態を示している。図示
のように、基板電極２から飛翔したトナー３は、対向電
極１と基板電極２との間に形成される電界の極性がプラ
ス側に反転すると（ｊ）、減速されたしてから（ｋ）基
板電極２に向けて逆飛翔を開始し（ｌ）、ＡＣ電圧の印
加開始から２８０［μｓｅｃ］経過した時点（（ｏ）、
仮想飛翔時間＝約１８０μｓｅｃ）で基板電極２に再付
着する。基板電極２にトナー３を再付着させ得るＡＣ電
圧の特性をようやく見出すことができた。上述の実験結
果でトナー３の基板電極２への再付着を確認することが
できなかったのは、ＡＣ電圧のピーク値を最低飛翔電位
差と同等の値まで低下させなかったためである。但し、
ＡＣ電圧のピーク値と最低飛翔電圧とが一致したのは偶
然であり、トナー３に対して、マイナス電界による加速
時間を短縮し、プラス電界による減速時間や逆方向加速
時間を延長することが基板電極２に再付着させるための
必須条件と考えられる。このような必須条件が存在する
ことは、常識的には予想できなかったことである。

【００５７】ところで、本シミュレーションにより、プ
ロジェクション方式の画像形成方法においても、トナー
３を上記非潜像部に転移させて地汚れを発生させるおそ
れがあることを見出した。図１７（ａ）から（ｏ）は、
それぞれＶｐ−ｐ値を４４０［Ｖ］と想定し、且つ周波
数ｆを５．０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝２００μｓｅｃ）と
想定したシミュレーションにおけるトナー３の仮想飛翔
の状態を示す模式図である。図１７の各図においても、
図１６と同様に２０［μｓｅｃ］経過毎のトナーの仮想
飛翔状態を示している。なお、図１７において対向電極
１は、プロジェクション方式の画像形成装置における感
光層１ａの非潜像部に相当する。図示のように、基板電
極２から飛翔したトナー３は、Ｕターンにより基盤電極
２に向けて逆飛翔（（ｈ）から（ｊ））するが、基板電
極２との接触により再付着せずに、基板電極２上で跳ね
返る（ｋ）。そして、この跳ね返りの力と、該跳ね返り
の直後にマイナス側に再反転する電界の力との相乗作用
により、対向電極１に向けて加速される力が増加して対
向電極１に到達してしまう（仮想飛翔時間＝約２３０μ
ｓｅｃ）。このようにトナー３が対向電極１に到達する
と、上述のように、地汚れを生じ易くなるという不具合
がある。このような不具合を軽減すべく、ＡＣ電圧の特
性を変化させてＵターントナーを基板電極２にソフトラ
ンディングさせる方法が考えられるが、この方法の実現
は甚だ困難である。なお、上記シミュレーションシステ
ムではトナーの反撥係数を０．７として演算する。一般
的にトナーの母体樹脂は比較的硬いので、この反撥係数
の値は妥当である。また、反撥係数を０．５や０．３に
変更してシミュレーションしても、結果に変化はなかっ
た。

【００５８】［実施例］次に、本発明に係る画像形成方
法の実施例について説明する。本発明においては、感光
体ドラム１の感光層１ａの潜像部と現像ローラ２との間
におけるトナー３の飛翔を回避すべく、トナー３の帯電
極性と同極性側のＡＣ電圧ピーク値と、該潜像部の表面
電位との電位差を最低飛翔電位差よりも小さく維持さ
せ、且つ、該ＡＣ電圧ピーク値と感光層１ａの非潜像部
との電位差を該最低飛翔電位差以上に維持させる。ま
た、プロジェクション方式の画像形成方法とは異なり、
１０［ｋＨｚ］未満のＡＣ電圧を印加する。具体的に
は、例えば上記各シミュレーションで想定した装置と同
様の構成の装置を用いる場合には、常温常湿において、
周波数ｆ＝２［ｋＨｚ］で、Ｖｐ−ｐ＝４００［Ｖ］の
ＡＣ電圧を印加し、且つ、潜像部の電位を＋２０［Ｖ］
に、非潜像部の電位を０［Ｖ］に設定する。このような
設定により、常温常湿の条件下でＡＣ電圧をピーク値の
−２００［Ｖ］に到達させたときに、潜像部と現像ロー
ラ２との電位差を２２０［Ｖ］（最低飛翔電位差と同等
の値）にし、且つ、非潜像部と現像ローラ２との電位差
である非潜像領域電位差を＋２００［Ｖ］（最低飛翔電
圧よりも小さい値）にする。これにより、潜像部と現像
ローラ２との間でトナー３を飛翔させ、且つ、非潜像部
と現像ローラ２との間でトナー３を飛翔させないように
することができる。また、上述のように、湿度変化に伴
って最低飛翔電位差を変化させるので、該湿度変化に応
じてＡＣ電圧のＶｐ−ｐを変更するように構成する。

【００５９】図１８は、ジャンピング方式の画像形成方
法と、プロジェクション方式の画像形成方法と、本発明
に係る画像形成方法との関係を示すグラフである。図１
８において、縦軸はＡＣ電圧などの変動電圧の周波数ｆ
を示し、横軸は感光層１ａの非潜像部と現像ローラ２と
の最大電位差Ｅｘを示すものである。図示のように、ジ
ャンピング方式の画像形成方法では、全てのトナーを感
光体ドラム１に向けて飛翔させるので、最大電位差Ｅｘ
の値は最低飛翔電位差Ｅｍｉｎよりも大きくなる。これ
に対し、本発明に係る画像形成方法では、現像ローラ２
から非潜像部へのトナー飛翔が回避される結果、最大電
位差Ｅｘの値は最低飛翔電位差Ｅｍｉｎよりも小さくな
る。また、プロジェクション方式の画像形成方法では、
感光層１ａと現像ローラ２との間のトナー３を現像ロー
ラ２に向けて逆飛翔させて確実に再転移させるべく、１
０［ｋＨｚ］以上の変動電圧が印加される。これに対
し、本発明に係る画像形成方法では、１０［ｋＨｚ］未
満の変動電圧が印加される。

【００６０】本発明に係る画像形成方法において、変動
電圧を印加する最大の目的は、感光層１ａの潜像部と非
潜像部との電位差を低く抑えて、低電位の潜像部の現像
を可能にすることである。これにより、現像効率を上げ
ることができとともに、形成画像に微妙な濃淡差をつけ
ることができる。

【００６１】図１９（ａ）から（ｏ）は静電潜像担持体
である対向電極１の表面電位を非潜像部と同等の０
［Ｖ］に、ＡＣ電圧のＶｐ−ｐ値を４００［Ｖ］に、該
ＡＣ電圧の周波数ｆを２．０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝５０
０μｓｅｃ］に、設定した場合を想定したシミュレーシ
ョンにおけるトナー３の仮想飛翔の状態を示す模式図で
ある。図１９の各図においては、１７［μｓｅｃ］経過
毎のトナーの仮想飛翔状態を示している。また、対向電
極１は感光体ドラムの非潜像部に相当する。図示のよう
に、ＡＣ電圧をマイナス側ピーク値の−２００［Ｖ］に
到達させても（ｉ）、現像ローラ２の潜像非対応部に相
当する基板電極２上のトナー３を飛翔させないことがわ
かる。

【００６２】図２０（ａ）から（ｏ）は対向電極１の表
面電位を潜像部と同等の＋２０［Ｖ］に設定し、他の条
件を先のシミュレーションと同様に設定した場合を想定
したシミュレーションにおけるトナー３の仮想飛翔の状
態を示す模式図である。図２０の各図においても、図１
９と同様に１７［μｓｅｃ］経過毎のトナーの仮想飛翔
状態を示している。また、対向電極１は感光体ドラム上
の潜像部に相当する。図示のように、基板電極２上のト
ナー３は、ＡＣ電圧がマイナス側ピーク値に到達したと
き（ｉ）から飛翔を開始し、ＡＣ電圧がプラスから再度
マイナスに切り替わるとき（ｏ）に対向電極１に到達し
ている（仮想飛翔時間＝約１２５μｓｅｃ）。

【００６３】これらのシミュレーションの結果に基づい
て、ほぼ同一の条件により実機を用いて潜像を現像した
ところ、地汚れの発生が認められた。このように地汚れ
を発生させた原因は、個々のトナー粒子の帯電量にバラ
ツキがあったことであると考えられる。具体的には、個
々のトナー粒子の平均帯電量は−１５［μＣ／ｇ］であ
ったが、中には高電位に帯電している高帯電トナー粒子
も含まれ、この高帯電トナー粒子が感光体の非潜像部に
付着したと考えられる。そこで、地汚れの発生を軽減す
べく、ＡＣ電圧のＶｐ−ｐ値を４００［Ｖ］から２００
［Ｖ］に下げたところ、地汚れの発生を回避することが
できたが、低電位の潜像部を現像することができなくな
ってしまった。従って、本発明に係る画像形成方法にお
いて、地汚れの発生を回避し、且つ、低電位の潜像の現
像を可能にするためには、帯電量分布幅の狭いトナーを
用いるか、あるいはトナー帯電量分布幅を狭め得るトナ
ー帯電法を用いることが必要である。今後、トナーとト
ナー帯電技術の開発がより進展し、トナー帯電量分布幅
の狭小化が実現されることで、本発明はより一層の効果
を発揮し得る。

【００６４】トナー帯電量分布幅をより狭小化した条件
であれば、変動電圧ではなく定電位ＤＣ電圧を印加して
も低電位の潜像を現像し得るが、地汚れを生ずる確率が
大きくなる。変動電圧を印加する場合には、ＡＣ電圧値
をトナーの帯電極性と同極性側のピーク値に到達させた
とき付近でしかトナーを飛翔させ得ないのに対し、定電
位ＤＣ電圧を印加する場合には、印加している限りにお
いてトナーを飛翔させ得るからである。また、変動電圧
を印加する場合には、現像ローラの潜像非対応部から飛
翔させてしまったトナーを逆極性の電界で現像ローラに
再転移させ得るのに対し、定電位ＤＣ電圧を印加する場
合には、再転移させ得ないからである。

【００６５】なお、上述のように、最低飛翔電位差は湿
度等の環境変化により変動する。このため、上記非潜像
領域電位差を最低飛翔電位差よりも小さく維持すること
が望ましい。具体的には、湿度変化に応じてＡＣ電圧の
Ｖｐ−ｐ値を変化させたり、感光体ドラムの潜像部と非
潜像部との電位差を十分に大きく設定することが望まし
い。

【００６６】［比較例１］次に、本発明に係る画像形成
方法が適用されない比較例１の画像形成方法について説
明する。本比較例１の画像形成方法においては、１０
［ｋＨｚ］の周波数ｆのＡＣ電圧を印加する。これ以外
の条件を上記実施例の画像形成方法と同様に設定したこ
とを想定してシミュレーションした。

【００６７】図２１（ａ）から（ｏ）は対向電極１の表
面電位を潜像部と同等の＋２０［Ｖ］に、ＡＣ電圧のＶ
ｐ−ｐ値を４００［Ｖ］に、該ＡＣ電圧の周波数ｆを１
０．０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝１００μｓｅｃ］に、設定
した場合を想定したシミュレーションにおけるトナー３
の仮想飛翔の状態を示す模式図である。図２１の各図に
おいては、１６［μｓｅｃ］経過毎のトナーの仮想飛翔
状態を示している。また、対向電極１は感光体ドラムの
潜像部に相当する。図示のように、トナー３は、ＡＣ電
圧がマイナス側のピーク値になった時点（（ｃ）、印加
開始から２５μｓｅｃ後）で飛翔を開始するが、ＡＣ電
圧の値がプラス側に逆転すると（ｅ）、基板電極２の方
にスイッチバックした後（（ｆ）から（ｈ））、再びＡ
Ｃ電圧の値がマイナス側に逆転すると（ｉ）、再び対向
電極１に向けて飛翔する（（ｊ）、（ｋ））。このよう
な飛翔とスイッチバックとを数回繰り返した後、ＡＣ電
圧の印加開始から４７０［μｓｅｃ］後に対向電極に到
達しており（図示せず）、上記実施例の画像形成装置よ
りも仮想飛翔時間が約３倍に延長された（仮想飛翔時間
＝４４５μｓｅｃ）。

【００６８】ドットの大きい通常のアナログ潜像を現像
する場合には、４４５［μｓｅｃ］程度のトナー飛翔時
間であっても問題ないが、微小ドットのデジタル画像を
現像する場合には、このトナー飛翔時間は問題となって
くる。例えば、１２００［ｄｐｉ］の１ドットの潜像の
大きさは約３０［μｍ］である。ここで、感光体ドラム
の線速を１００［ｍｍ／ｓｅｃ］、現像ローラの線速を
２００［ｍｍ／ｓｅｃ］、に設定すると両者の相対線速
は１００［ｍｍ／ｓｅｃ］である。この相対線速におい
て、３０［μｍ］の移動に要する時間は３００［μｓｅ
ｃ］である。一方、トナーは現像ローラの回転方向と同
方向に初速度１００［ｍｍ／ｓｅｃ］の慣性力が付与さ
れて飛翔するので、感光体ドラムの潜像部に到達するこ
とができなくなり、非潜像部に付着して地汚れを生じた
り、潜像部周囲に付着してドットや形成画像のエッジ部
分のシャープ性を低下させたりする問題を生ずることに
なる。なお、トナーは、粒径が小さいので、空気抵抗に
より現像ローラ回転方向への初速度が減速されるように
なる。しかし、現像ローラの回転によりギャップＧに気
流が生ずるので、条件によっては適正に減速されないお
それがある。また、感光体ドラムと現像ローラの線速を
同等に設定することで、上記問題を解消することができ
るが、画像濃度を低下させるという副作用が生ずる。

【００６９】［比較例２］次に、上記比較例１の画像形
成方法と異なる比較例２の画像形成方法について説明す
る。プロジェクション方式の画像形成方法では、現像ロ
ーラの潜像非対応部から飛翔させたトナーを確実に該潜
像非対応部に再転移させるべく、１０［ｋＨｚ］以上の
変動電圧を印加する。潜像非対応部からトナーを飛翔さ
せるためには、感光体ドラムの非潜像部と潜像非対応部
との電位差を最低飛翔電位差よりも大きく設定する必要
がある。そこで、本比較例２の画像形成方法では、Ｖｐ
−ｐ＝４４０［Ｖ］で、１０．０［ｋＨｚ］のＡＣ電圧
を印加し、感光体ドラムの潜像部の電位を＋２０［Ｖ］
に、非潜像部の電位を０［Ｖ］にそれぞれ設定し、且
つ、他の条件を上記実施例の画像形成方法と同様に設定
して画像を形成する。

【００７０】図２２（ａ）から（ｏ）は対向電極１の表
面電位を非潜像部と同等の０［Ｖ］に、ＡＣ電圧のＶｐ
−ｐ値を４４０［Ｖ］に、該ＡＣ電圧の周波数ｆを１
０．０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝１００μｓｅｃ］に、設定
した場合を想定したシミュレーションにおけるトナー３
の仮想飛翔の状態を示す模式図である。図２２の各図に
おいては、１２［μｓｅｃ］経過毎のトナーの仮想飛翔
状態を示している。また、対向電極１は感光体ドラム上
の非潜像部に相当する。図示のように、このシミュレー
ションにおいては、Ｕターンしたトナー３が基板電極２
上で跳ね返る（ｊ）。そして、この跳ね返りの力と、極
性をプラス側に反転させたＡＣ電圧により形成される電
界の力との相乗作用により、対向電極１に向けて大きく
加速されて対向電極１に到達してしまう（図示せず）。
従って、地汚れを生ずることになる。

【００７１】図２３（ａ）から（ｏ）は対向電極１の表
面電位を潜像部と同等の＋２０［Ｖ］に、ＡＣ電圧のＶ
ｐ−ｐ値を４４０［Ｖ］に、該ＡＣ電圧の周波数ｆを１
０．０［ｋＨｚ］（周期Ｔ＝１００μｓｅｃ］に、設定
した場合を想定したシミュレーションにおけるトナー３
の仮想飛翔の状態を示す模式図である。図２２の各図に
おいても、図２２と同様に１２［μｓｅｃ］経過毎のト
ナーの仮想飛翔状態を示している。また、対向電極１は
感光体ドラム上の潜像部に相当する。図示のように、こ
のシミュレーションにおいては、図２１で示した比較例
１のシミュレーションと同様に、飛翔したトナーが飛翔
とスイッチバックとを繰り返すことがわかる。なお、図
示を省略しているが、ＡＣ電圧の印加を開始してからト
ナー３を対向電極１に到達させるまでに要した時間は約
３５０［μｓｅｃ］であり、仮想飛翔時間は３２５［μ
ｓｅｃ］であった。従って、比較例１の画像形成方法と
同様に、地汚れを生じたり、ドットや形成画像のエッジ
部分のシャープ性を低下させたりするおそれがある。

【００７２】以上、感光層を露光する方式の画像形成方
法について説明したが、静電潜像担持体上の誘電層に静
電潜像を形成する方式の画像形成方法にも本発明の適用
が可能である。

【００７３】また、粒子担持体としての現像ローラの表
面は、導電層である場合に限られず、誘電層であっても
よい。

【００７４】また、静電潜像担持体がドラム状であり、
且つ、粒子担持体がローラ状である画像形成方法につい
て説明したが、これらは例えば無端ベルト状であっても
よい。

【００７５】また、変動電圧としてＡＣ電圧を印加する
実施例について説明したが、例えば、変動電圧としてＤ
Ｃパルス電圧を印加するようにしてもよい。

【００７６】また、基板電極２（現像ローラ２）にＡＣ
電圧を印加する実施例について説明したが、基板電極２
と対向電極１とに（現像ローラ２と感光体ドラム１と
に）ＡＣ電圧を印加するようにしてもよい。

【００７７】

【発明の効果】請求項１又は２の発明によれば、静電潜
像担持体の非潜像部と粒子担持体の潜像非対応部との間
に形成される電界の力と、該粒子担持体上での跳ね返り
の力との相乗作用による画像形成粒子の該非潜像部への
転移を回避することができるので、地汚れの発生をより
確実に回避することができるという優れた効果がある。

【００７８】請求項３の発明によれば、粒子飛翔時間を
より短縮化し得るので、ドット等の単位画像や形成画像
のエッジ部分をより鮮明にすることができるという優れ
た効果がある。

【００７９】請求項４の発明によれば、非潜像部と潜像
非対応部との間に形成される電界の力と、該粒子担持体
上での跳ね返りの力との相乗作用による画像形成粒子の
該非潜像部への転移を回避することができるという優れ
た効果がある。また、粒子飛翔時間を短縮化し得るの
で、ドット等の単位画像や形成画像のエッジ部分をより
鮮明にすることができるという優れた効果がある。

【００８０】請求項５又は６の発明によれば、粒子担持
体の潜像非対応部からの画像形成粒子の飛翔をより確実
に回避するので、地汚れの発生を更に確実に回避するこ
とができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のジャンピング方式の画像形成方法を用い
る画像形成装置の現像部の一例を示す断面図。

【図２】（ａ）は同画像形成装置の感光層１ａの潜像部
と現像ローラ２との間におけるトナーの飛翔状態を示す
模式図。（ｂ）は同感光層１ａの非潜像部と現像ローラ
２との間におけるトナーの飛翔状態を示す模式図。
（ｃ）は同画像形成装置における変動電圧印加のタイミ
ングチャート。

【図３】同画像形成装置における現像画像の画像濃度Ｉ
Ｄと潜像部電位ＶＤとの関係を示すグラフ。

【図４】従来のプロジェクション方式の画像形成方法を
用いる画像形成装置の現像部の一例を示す断面図。

【図５】同画像形成装置における変動電圧印加のタイミ
ングチャート。

【図６】同画像形成装置におけるトナー３の引き返しの
状態を示す模式図。

【図７】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ同画像形成装置
におけるトナー３の飛翔位置と飛翔時間との関係を示す
グラフ。

【図８】本発明者らが用いた実験装置の概略構成を示す
断面図。

【図９】（ａ）から（ｏ）は、それぞれＶｄｃの値を＋
２１０［Ｖ］と想定したシミュレーションにおけるトナ
ー３の仮想飛翔の状態を示す模式図。

【図１０】（ａ）から（ｌ）は、それぞれＶｄｃの値を
＋２２０［Ｖ］と想定したシミュレーションにおける該
仮想飛翔の状態を示す模式図。

【図１１】（ａ）から（ｏ）は、それぞれＶｐ−ｐが４
４０［Ｖ］で周波数ｆが１．０［ｋＨｚ］であるＡＣ電
圧の印加を想定したシミュレーションにおけるトナー３
の仮想飛翔の状態を示す模式図。

【図１２】（ａ）から（ｉ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいて周波数ｆを７．０［ｋＨｚ］に変更した
場合を想定したシミュレーションにおけるトナー３の仮
想飛翔の状態を示す模式図。

【図１３】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいて周波数ｆを１０．０［ｋＨｚ］に変更し
た場合を想定したシミュレーションにおけるトナー３の
仮想飛翔の状態を示す模式図。

【図１４】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいてＶｐ−ｐ値を６００［Ｖ］に変更した場
合を想定したシミュレーションにおけるトナー３の仮想
飛翔の状態を示す模式図。

【図１５】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいてＶｐ−ｐ値を５００［Ｖ］に変更した場
合を想定したシミュレーションにおけるトナー３の仮想
飛翔の状態を示す模式図。

【図１６】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいてＶｐ−ｐ値を４４０［Ｖ］に変更した場
合を想定したシミュレーションにおけるトナー３の仮想
飛翔の状態を示す模式図。

【図１７】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいて周波数ｆを５．０［ｋＨｚ］に変更した
場合を想定したシミュレーションにおけるトナー３の仮
想飛翔の状態を示す模式図。

【図１８】従来のジャンピング方式の画像形成方法と、
従来のプロジェクション方式の画像形成方法と、本発明
に係る画像形成方法との関係を示すグラフ。

【図１９】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいて、周波数ｆを２．０［ｋＨｚ］、Ｖｐ−
ｐ値を４００［Ｖ］に変更した場合を想定したシミュレ
ーションにおけるトナー３の仮想飛翔の状態を示す模式
図。

【図２０】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいて、対向電極１の表面電位を＋２０［Ｖ］
に変更した場合を想定したシミュレーションにおけるト
ナー３の仮想飛翔の状態を示す模式図。

【図２１】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいて、周波数ｆを１０．０［ｋＨｚ］に変更
した場合を想定したシミュレーションにおけるトナー３
の仮想飛翔の状態を示す模式図。

【図２２】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいて、Ｖｐ−ｐ値を４４０［Ｖ］に、周波数
ｆを１０．０［ｋＨｚ］に、対向電極１の表面電位を０
［Ｖ］に変更した場合を想定したシミュレーションにお
けるトナー３の仮想飛翔の状態を示す模式図。

【図２３】（ａ）から（ｏ）は、それぞれ同シミュレー
ションにおいて、対向電極１の表面電位を＋２０［Ｖ］
に変更した場合を想定したシミュレーションにおけるト
ナー３の仮想飛翔の状態を示す模式図。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム（又は対向電極） １ａ 感光層 ２ 現像ローラ（又は基板電極） ２ｃ アルミ板 ２ｄ トナーホッパー ３ トナー ４ 現像ケーシング ５ ブレード ６ 電圧印加手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門永 雅史 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H073 BA04 BA09 BA13 BA33 CA02 CA14 2H077 AD13 AD16 AD36 AE03 AE04 BA07 DA18 DB08 DB12 DB14 EA14 EA16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電潜像を担持する静電潜像担持体と、帯
   電した画像形成粒子を担持する粒子担持体とを、所定の
   間隙を介して対向させ、経時に伴って値が変動する変動
   電圧を少なくとも該粒子担持体に印加して、該粒子担持
   体上の画像形成粒子を該静電潜像担持体に向けて飛翔さ
   せ、飛翔させた画像形成粒子を該静電潜像に付着させて
   可視画像を形成する画像形成方法において、該粒子担持
   体の潜像非対応部から該静電潜像担持体の非潜像部に向
   けて画像形成粒子を飛翔させず、且つ、該粒子担持体の
   潜像対応部から該静電潜像担持体の潜像部に向けて画像
   形成粒子を飛翔させるように制御することを特徴とする
   画像形成方法。
2. 【請求項２】請求項１の画像形成方法において、上記変
   動電圧の値をピーク値に到達させたときに、上記静電潜
   像担持体の非潜像部と上記粒子担持体の潜像非対応部と
   の電位差では該潜像非対応部の画像形成粒子を飛翔させ
   ず、該静電潜像担持体の潜像部と該粒子担持体の潜像対
   応部との電位差で該潜像対応部の画像形成粒子を飛翔さ
   せるように、該潜像部と該非潜像部との電位差、及び、
   該ピーク値、を設定することを特徴とする画像形成方
   法。
3. 【請求項３】請求項２の画像形成方法であって、上記変
   動電圧の変動周波数が１０［ｋＨｚ］未満であることを
   特徴とする画像形成方法。
4. 【請求項４】静電潜像を担持する静電潜像担持体と、所
   定の間隙を介して該静電潜像担持体に対向し、帯電した
   画像形成粒子を担持する粒子担持体と、経時に伴って値
   が変動する変動電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
   該変動電圧を少なくとも該粒子担持体に印加して、該粒
   子担持体上の画像形成粒子を該静電潜像担持体に向けて
   飛翔させ、飛翔させた画像形成粒子を該静電潜像に付着
   させて可視画像を形成する画像形成装置において、請求
   項３の画像形成方法を用いるように構成したことを特徴
   とする画像形成装置。
5. 【請求項５】請求項４の画像形成装置において、湿度を
   検知する湿度検知手段を設け、画像形成粒子を上記粒子
   担持体から飛翔させるために最低限必要となる上記静電
   潜像担持体と該粒子担持体との電位差である最低飛翔電
   位差よりも、該静電潜像担持体の潜像部と該粒子担持体
   の潜像非対応部との電位差を小さく維持させるように、
   湿度変化に応じて上記ピーク値を変化させるように構成
   したことを特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】請求項４の画像形成装置において、画像形
   成粒子を上記粒子担持体から飛翔させるために最低限必
   要となる上記静電潜像担持体と該粒子担持体との電位差
   である最低飛翔電位差を環境の変化に伴って変化させて
   も、上記静電潜像担持体の非潜像部と該粒子担持体の潜
   像非対応部との電位差を該最低飛翔電位差より小さく維
   持させ、且つ該静電潜像担持体の潜像部と該粒子担持体
   の潜像対応部との電位差を該最低飛翔電位差と同等以上
   に維持させ得る程度に、該潜像部と該非潜像部との電位
   差を大きく設定したことを特徴とする画像形成装置。