JP2001343822A

JP2001343822A - 現像装置

Info

Publication number: JP2001343822A
Application number: JP2000163858A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Kin; 英憲金; Takehiko Okamura; 岳彦岡村; Yoshiro Koga; 欣郎古賀; Fumio Takagi; 富美男高城
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2001-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】カブリや細線の途切れ、太り、散りによるに
じみなどの発生を防ぐようにする。【解決手段】直流バイアスに交流を重畳した交流重畳
バイアス５、６を現像剤担持体２に印加し層形成部材４
により現像剤担持体２上に現像剤薄層を形成して潜像担
持体１の潜像を現像する現像装置において、先端に半導
体ゴムチップを付設した層形成部材４を現像剤担持体２
に接触させ、層形成部材４を交流重畳バイアス５、６が
印加される現像剤担持体２と同電位にするように構成
し、層形成部材４に付設された半導体ゴムの抵抗を管理
することにより、層形成部材４と現像剤担持体２は、半
導体ゴムを介して同電位に設定し、バイアスを印加する
電極を省く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直流バイアスに交
流を重畳した交流重畳バイアスを現像剤担持体に印加し
層形成部材により前記現像剤担持体上に現像剤薄層を形
成して潜像担持体の潜像を現像する現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は現像装置の現像剤担持体に印加さ
れる交流重畳バイアスの大きさを説明するための図であ
る。従来より現像装置において、層形成部材により現像
剤担持体上に現像剤薄層を形成してその現像剤を潜像担
持体の画像部に移動させ付着させるため、現像剤担持体
に直流バイアスが印加されるが、現像剤に振動を与え現
像剤担持体上から画像部へ移動を容易にするために交流
が重畳される（例えば特公昭５８−３２３７５号公報参
照）。この現像装置は、現像剤担持体と潜像担持体との
間にギャップを有し潜像担持体の画像部に現像剤担持体
から現像剤を飛ばす、所謂非接触のジャンピング現像で
あり、交流の振幅（Ｖ_max−Ｖ_min）は、図９に示すよ
うに潜像担持体の非画像部電位Ｖ₀と画像部電位Ｖ_ONと
の幅を越える大きさに設定されている。これは、潜像担
持体の画像部に現像剤を付着させるのに十分なバイアス
の閾値が非画像部の電位より高くなり、逆に非画像部に
付着した現像剤を剥離するのに十分なバイアスの閾値が
画像部の電位より低くなるためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の現像装
置では、潜像担持体の非画像部に現像剤が付着し、剥離
が十分に実現できないため、非画像部に現像剤が付着す
るカブリが発生したり、中間調画像での細線の途切れ、
太り、散りによるにじみなどが発生し、画質が低下する
という問題が生じている。特に、カラー画像の形成で
は、このようなカブリや細線の途切れ、太り、散りによ
るにじみなどが発生すると、各色材の重ね合わせ出力と
なるため、ハーフトーンで満足のできる色がだせなくな
るという問題がある。また、これらの問題を軽減するた
めには、現像剤担持体と潜像担持体との間の高精度なギ
ャップ管理が必要になる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、カブリや細線の途切れ、太り、散
りによるにじみなどの発生を防ぐようにするものであ
る。

【０００５】そのために本発明は、直流バイアスに交流
を重畳した交流重畳バイアスを現像剤担持体に印加し層
形成部材により前記現像剤担持体上に現像剤薄層を形成
して潜像担持体の潜像を現像する現像装置において、先
端に半導体ゴムチップを付設した層形成部材を現像剤担
持体に接触させ、前記層形成部材を前記交流重畳バイア
スが印加される現像剤担持体と同電位にするように構成
したことを特徴とするものである。

【０００６】前記現像剤担持体は、金属シャフト表面に
均一な凹凸面を形成後、メッキ層を形成させたものであ
り、前記現像剤担持体は、アルミシャフト表面にショッ
トブラストを行って凹凸を形成し、ニッケル無電解メッ
キ処理を行ったものであり、前記層形成部材は、ステン
レス板に体積抵抗率が１０⁹Ωｃｍ以下のウレタンゴム
を付設したものであり、前記ウレタンゴムは、カーボン
ブラック分散により、現像剤付着のない現像剤担持体に
当接させた状態で５００Ｖの直流電圧を印加した場合に
体積抵抗率１０⁵Ωｃｍ以上に導電化したものであるこ
とを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る現像装置の
実施の形態を説明するための図、図２は本発明に係る現
像装置の交流重畳バイアスを説明するための図、図３は
帯電ローラに印加される直流バイアスと潜像担持体の表
面電位との関係を説明するための図、図４は現像γ、交
流重畳バイアスの最大値・最小値間電圧Ｖ_PP、閾値Ｖth
の関係を説明するための図である。図中、１は潜像担持
体、２は現像剤担持体、３は供給部材、４は層形成部
材、５は直流バイアス電源、６は交流バイアス電源、７
は現像剤を示す。

【０００８】図１において、潜像担持体１は、例えば接
触して従動回転する帯電ローラ（図示せず）に直流バイ
アスＶ_aが印加されることにより非画像部の表面電位
（非画像部電位、帯電電位）Ｖ₀が設定され、露光デー
タにより書き込みが行われ画像部電位（露光電位）Ｖ_ON
が設定されて静電潜像が形成されるものである。現像剤
担持体２は、潜像担持体１に当接して潜像担持体１の表
面に露光データにより書き込まれた静電潜像に現像剤７
を付着させて現像するものである。供給部材３は、現像
剤担持体２と接触回転するように配置され現像剤担持体
２に現像剤７を供給するものであり、層形成部材４は、
現像剤担持体２の上に現像剤薄層を形成する弾性規制部
材である。直流バイアス電源５及び交流バイアス電源６
は、現像剤担持体２及び供給部材３に交流重畳バイアス
を印加するものである。

【０００９】本発明は、直流バイアスをＶ_dcとし、これ
に交流が重畳された交流重畳バイアスの最大値、最小値
をＶ_max、Ｖ_min、交流バイアスの最大値・最小値間電
圧をＶ_PP（＝Ｖ_max−Ｖ_min）で表すと、〔数１〕｜Ｖ₀−Ｖ_on｜≧｜Ｖ_pp｜｜Ｖ_dc｜≦｜Ｖ₀−Ｖ_on｜／２の関係を満たす範囲で設定するものであり、｜Ｖ_min｜
≧｜Ｖ_on｜でＶ_ppを比較的小さくした場合の例を示した
のが図２（ａ）、｜Ｖ₀−Ｖ_on｜＝｜Ｖ_pp｜で、かつ｜
Ｖ_dc｜＝｜Ｖ₀−Ｖ_on｜／２とした場合の例を示したの
が図２（ｂ）、ここからＶ_dcを下げていった場合の例を
示したのが図２（ｃ）である。図２（ｂ）に示す例の場
合には｜Ｖ_max｜＝｜Ｖ₀｜、｜Ｖ_min｜＝｜Ｖ_on｜と
なり、ここからＶ_dcを下げる図２（ｃ）に示す例の場合
には｜Ｖ_min｜＜｜Ｖ_on｜となる。上記のようにバイア
スを設定することにより、非画像部に対する現像剤の付
着は発生せず、仮に発生しても軽微なものに抑えること
ができ、問題ないレベルであることが本発明の大きな効
果である。発明者は、Ｖ₀とＶ_on、Ｖ_ppとＶ_dcを様々に
変化させて画像形成を行ったところ、非画像部のカブリ
がなく、かつ画像にムラが少ない、しかも階調性に優
れ、細線の再現性がよい印字の条件として、上記の条件
を見いだしたものである。

【００１０】交流バイアスの最大値・最小値間電圧Ｖ_pp
が大きいほど、ＤＣγカーブが離れるため階調性が向上
するが、ある程度Ｖ_ppを大きくすると、その効果が殆ど
変わらなくなる領域があり、それが｜Ｖ₀−Ｖ_on｜近傍
であった。｜Ｖ₀−Ｖ_on｜を越えてＶ_ppを大きくしても
それほど効果の違いが見いだせないと共に、潜像担持体
における潜像破壊や地カブリ発生といった不具合が発生
しやすかった。特に地カブリに関しては、Ｖ_ppを大きく
すると避けられず、一旦発生した地カブリは、Ｖ_minと
Ｖ₀との電位差による剥離作用を強める必要があるた
め、さらにＶ_ppを大きくするか、重畳する交流のデュー
ティや波形を変化させるなど極めて煩雑な設計を余儀な
くされることが判明した。さらにそのようにしても、一
旦、潜像担持体上に付着した現像剤は、ファンデルワー
ルス力や現像剤電荷による鏡像力が働くために、電界の
みにおいては完全に除去することが困難であった。よっ
て、良好な画像を得るこめには、非画像部には現像剤付
着を極力発生させないように各電位を設定することが最
も賢明な手法であることを見いだした。

【００１１】上記の各バイアスの１実施例として、帯電
ローラに印加する直流バイアスＶ_a＝−１２００Ｖが設
定されると、潜像担持体１の帯電電位Ｖ₀＝−６００
Ｖ、現像バイアス（交流重畳バイアス）の最大値Ｖ_max
＝−５００Ｖ以上に設定され、潜像担持体１の露光電位
Ｖ_ON＝−３０Ｖ、現像バイアスの最小値Ｖ_min＝−１０
０Ｖ以下に設定される。そして、最大値・最小値間電圧
Ｖ_PP＝４００Ｖ、周波数ｆ＝２ｋＨｚ、直流バイアスＶ
_dc＝−３００Ｖに制御される。現像剤担持体２に対して
加える交流重畳バイアス源としては、例えば５０％デュ
ーティの方形波が比較的安価に簡略な電源回路で実現で
きるが、この他にも台形波、三角波、正弦波等を使用す
ることも可能であり、デューティも任意に可変である。

【００１２】潜像担持体ＯＰＣ表面電位Ｖ₀は、表面電
位計（トレック社製：Ｍodel1344など）により測定で
き、帯電ローラに印加される直流バイアスＶ_aにより変
化し、その直流バイアスＶ_aと表面電位Ｖ₀、Ｖ_ONとの
関係を示したグラフが図３である。このように直流バイ
アスＶ_aの設定により表面電位Ｖ₀、Ｖ_ONを定めること
ができ、直流バイアスＶ_dcや最大値・最小値間電圧Ｖ_PP
及び直流バイアスＶ_aは任意に設定することが可能であ
るので、例えば中間転写媒体上で現像剤の濃度検知を行
った後、所望の濃度が得られる直流バイアスＶ_dcや最大
値・最小値間電圧Ｖ_PPを設定し、それらの値に応じて予
めデータ入力されたＶ₀ーＶ_aの関係式から直流バイア
スＶ_aを設定することができる。

【００１３】図４において、横軸は電位Ｖ、縦軸は現像
剤の付着濃度を示し、直流バイアスＶ_dcによる現像γ１
に対し最大値・最小値間電圧Ｖ_PPの交流重畳バイアスに
よる現像γ１′はより寝た特性となり階調性が良好とな
る。しかも、交流重畳バイアスの最小値Ｖ_minを直流バ
イアスとした場合の現像γ_minと最大値Ｖ_maxを直流バ
イアスとした場合の現像γ_maxとすると、この振幅の交
流重畳バイアスを印加した場合には、図示のようにその
間で寝た特性となるので、振幅が大きくなるほど大きく
寝た特性となる。つまり、交流重畳バイアスによる現像
γ１′は、交流重畳バイアスの最大値・最小値間電圧Ｖ
_PPの大きさに依存し、その分閾値Ｖth１もＶth１′へシ
フトする。ここで閾値Ｖth１、Ｖth１′は、現像剤が付
着し始めるバイアス値である。したがって、この閾値Ｖ
th１、Ｖth１′よりバイアスを低く設定すれば、現像剤
の付着はなく、バイアスが閾値Ｖth１、Ｖth１′を越え
ると現像剤の付着が見られ、その越える程度が大きくな
るにしたがって付着の度合いが強くなる。このことから
明らかなようにカブリをなくし、また剥離効果を上げる
には、バイアスをこの閾値より少なくとも低く設定する
ことが条件となる。しかも、この閾値は、直流バイアス
Ｖ_dcを変えることによりシフトするだけでなく、交流重
畳バイアスの最大値・最小値間電圧Ｖ_PPを変えることに
よってもシフトする。

【００１４】図５は本発明に係る現像装置の他の実施の
形態を示す図であり、８は直流バイアス電源を示す。図
５に示す実施の形態は、現像剤担持体２に直流バイアス
電源５と交流バイアス電源６の電圧が重畳された交流重
畳バイアス電圧が印加され、供給部材３には直流バイア
ス電源８により直流バイアス電圧が印加されている。供
給部材３に加えられるバイアス電圧は現像剤担持体２に
現像剤を供給するような電界を形成するものである。

【００１５】図６は本発明に係る現像装置の概略全体構
造の１例を示す図であり、１１は現像室、１２はサブホ
ッパー、１３は台、１４は現像器、１５はアジテータ機
構、１６はトナー補給口、１７はトナーカートリッジを
示す。なお、フルカラー現像装置の場合、Ｙ，Ｍ，Ｃ，
Ｂｋの現像装置があるが、図６では１つの現像装置のみ
示している。

【００１６】図６において、潜像担持体１は、表面に感
光層が形成された弾性ローラからなり、表面が他部材、
例えば帯電装置と当接する位置において弾性ローラを内
方から支持するバックアップローラが設けられている。
現像装置２は、例えば潜像担持体１に対向して設けら
れ、現像器筐体１４が台１３に固定され、サブホッパー
１２内にはトナーカートリッジ１７からトナー補給口１
６を通して供給される現像剤を現像室１１へ攪拌搬送す
るアジテータ機構１５、アジテータ機構１５から搬送さ
れた現像剤を供給する供給部材３、供給部材３と弾性接
触して表面に供給された現像剤を潜像担持体１に移行さ
せる現像剤担持体２、現像剤担持体１の表面の現像剤薄
層の厚みを規制する層形成部材４を備えている。

【００１７】現像剤担持体２と供給部材３とは弾性接触
して周速差をもってアゲインスト方向に回転し、現像剤
を擦り付けるようにして現像剤担持体表面に所定厚み
（例えば、数１００μｍ）の厚みの現像剤層を形成す
る。この時、現像剤は現像剤担持体２と供給部材３との
摩擦により所定極性に帯電し、さらに層形成部材４で１
０μｍ程度の層厚に規制され、このときブレードとの摩
擦によっても同じ極性に帯電する。現像剤担持体２と潜
像担持体１はフォワード方向に回転して、周速差により
スリップしながら感光体上の静電潜像を接触現像する。

【００１８】そのため現像剤担持体２には、上記のよう
に潜像担持体１に対して現像剤を付着させて画像を形成
するような交流重畳バイアスが印加され、さらに、供給
部材３には、現像剤担持体２に現像剤を供給するために
電界を形成するバイアスが印加されている。例えば供給
部材３には、現像剤担持体２に対してイエローとマゼン
タ現像器でＩ_S＝−２μＡ、シアン現像器でＩ_S＝−３
μＡ、ブラック現像器でＩ_S＝−５μＡの定電流が流れ
るような定電流電圧電源が接続される。また、現像剤担
持体２、供給部材３に対しては、潜像担持体１の潜像を
現像する時にのみ電圧を印加し、その他の期間は電圧を
印加しないように制御される。

【００１９】次に、上記現像装置を構成する各部材につ
いて具体的な実施例により詳述する。まず、現像剤担持
体は、アルミシャフト表面にショットブラストにて凹凸
形成後、ニッケル無電解メッキ処理をして作製してい
る。凹凸形成においては、ショットブラストとして♯４
００の真球セラミックビーズを用い、ショット圧力２ｋ
ｇ／ｃｍ²、ノズル距離３０ｃｍ、２０ｒｐｍにて回転
させたアルミシャフトのシャフト全域にショットブラス
ト処理がされるように往復運動されたノズルにより、３
０秒間ショットブラスト処理をして凹凸を形成させてい
る。ショットブラストに使用できるのは、セラミックビ
ーズには限定されず、ガラスビーズやステンレス等の鉄
製ビーズを使用することもできる。このようなショット
ブラスト後の表面粗さを測定したところ、表面粗さＲｚ
＝７．５μｍ、Ｐｃ＝２３０であった。表面を切断して
電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて５００〜１０００倍で観察を
行っこところ、表面凹凸はクレータ状で均一な凹凸面が
形成されていた。

【００２０】このようなショットブラストを行ったアル
ミシャフトにニッケル無電解メッキ処理を行い、メッキ
層を形成させて現像剤担持体を完成させた。メッキ厚み
を３〜５μｍを狙いとしてメッキ処理を行い、洗浄・脱
脂・前処理後、ニッケル無電解メッキ処理を行い、その
後洗浄・乾燥して作製した。このようなメッキ処理後の
現像剤担持体の表面粗さを測定したところ、Ｒｚ＝７μ
ｍ、Ｐｃ＝２２０であった。このときの表面を電子顕微
鏡にて５００〜１０００倍で観察したところ、メッキは
下地のショットブラスト面にきれいにならって形成され
ており、ショットブラスト後に観察されたディンプル形
状が再現よく残っていた。

【００２１】また、表面にニッケルメッキ処理を施した
現像剤担持体の他、ブラスト処理後にアルマイト処理や
プラズマ処理などにより、表面に抵抗層を設けたものも
使用することもできる。さらに、用途に応じて表面に導
電剤を分散させた樹脂コートや絶縁生樹脂コート処理を
施した現像剤担持体を使用することも可能であるが、ニ
ッケルメッキ処理を施したものと比較すると樹脂コート
層は磨耗するため耐久寿命が若干短くなる。

【００２２】弾性規制部材からなる層形成部材４は、剛
体金属板に先端ゴムチップを付設したものであり、剛体
金属板として厚み１．５ｍｍのステンレス板、ゴムチッ
プとしてウレタンゴムを使用している。ウレタンゴム
は、カーボンブラック分散により、現像剤付着のない現
像剤担持体に当接させた状態で５００Ｖの直流電圧を印
加した場合に体積抵抗率１０⁵Ωｃｍに導電化したもの
である。イオン導電剤などを分散させた樹脂を表面に塗
工することもできる。ウレタンゴムの体積抵抗率が大き
い場合には、現像剤担持体上の搬送面がライン状凹凸に
はなるものの、コントラストの不鮮明なラインとなり、
コントラストの高い目視上でハッキリとしたライン状凹
凸搬送面が形成できるのは、ウレタンゴムの体積抵抗率
が１０⁹Ωｃｍ以下であった。ライン状凹凸搬送面がハ
ッキリと確認できない場合は、周方向にスジ状の搬送ム
ラが確認され、均一性が悪くなる。

【００２３】ウレタンゴムのゴム硬度Ｈｓは、ＪＩＳ
ＡにてＨｓ＝５５〜８０度がよい。ゴム硬度が大きい
と、ゴム弾性が機能しなくなるために現像剤担持体に追
従せず、現像剤担持体上にライン状の凹凸搬送面が形成
されにくく、ゴム硬度が小さいと、現像剤担持体に当接
した場合にゴムが振動してしまうため、交流重畳バイア
スの周波数に対応して形成されるはずのライン状凹凸搬
送面がゴム振動により乱されてしまう。

【００２４】１実施例では、ゴム硬度７０度のウレタン
ゴムを使用して、射出成形により剛体金属板の先端に付
設し、射出成形後、現像剤担持体と接する部分を研削
し、Ｒ形状を作製している。層形成部材の段差は検査工
程時に作製し、研削砥石の形状および研削量により所望
の段差、位置、大きさを作製する。これ以外にも射出成
形に用いる金型により、段差を所望の位置・大きさに作
成することもできる。層形成部材として、当接位置より
１．５ｍｍの位置、０．１ｍｍの大きさで段差を作成し
た。また、層形成部材表面粗さは、研削工程に使用する
砥石の粗さを変化させて作成しており、上流側の表面粗
さをＲａ＝０．３μｍ、下流側の表面粗さをＲａ＝０．
０８μｍとしている。このようにして作成された層形成
部材を現像剤担持体に対してエッジ当接させる。層形成
部材は位置決めの長孔を設けて位置決めピンによりエッ
ジ当接が常に一定の角度と現像剤担持体に対して平行に
なるようにした。エッジ当接とすることにより、小さな
当接荷重により薄層形成が可能となり、現像剤が進入す
る楔部分（層形成部材と現像剤担持体との間の三角部
分）の面積が小さくなり、現像剤つまりが生じにくくな
り、長手方向に均一なライン状凹凸搬送面を形成でき
た。

【００２５】また、層形成部材は、現像剤担持体のシー
ル部分で現像剤を介することなく接触させ、現像剤担持
体に対して接触させている部分以外において、電気的に
フロートにしている。その結果、層形成部材と現像剤担
持体は、半導体ゴムを介して同電位に設定される。層形
成部材と現像剤担持体の電位を同電位にするために通常
考えられるのは、バイアスを印加する電極を設置する構
成であるが、本発明では、層形成部材に付設された半導
体ゴムの抵抗を管理することにより、電極を省略してい
る。

【００２６】供給部材としては、ウレタンフォームロー
ラを現像剤担持体に圧接して配置し、現像剤担持体に対
してアゲインスト方向に一定の周速比で回転させてい
る。ウレタンフォームの体積抵抗率は１０⁵〜１０⁸Ω
ｃｍがよい。抵抗値が高過ぎると電荷が追従しないため
に供給バイアスの効果がなく、小さ過ぎると現像剤担持
体との間でリークしてしまうため好ましくない。本実施
例では、１０⁷Ωｃｍのウレタンフォームを用いた。ウ
レタンフォームと現像剤担持体との接触ニップは２〜
４．５ｍｍが良い。接触ニップが小さい場合は現像剤の
供給力が低下し、接触ニップが大きい場合は現像剤担持
体の駆動トルクが大きくなり、バンディングなどにより
画質劣化が生ずる。本実施例では３．５ｍｍとした。現
像剤担持体に対する周速比はアゲインスト回転の場合は
０．３〜１が良い、周速比が小さいと供給性が不足し、
大きいと駆動トルクが増加し、画質が劣化する。本実施
例では０．５３とした。ウレタンフォームのセル径は現
像剤の体積平均粒径の１０〜５０倍が良い。現像剤の体
積平均粒径に対して小さい場合はセルに現像剤が詰まっ
てしまい供給性が不足し、大きい場合はセル径によるハ
ケメが画像上発生し、画質劣化が生ずる。本実施例では
セル径が１２０μｍで、現像剤の体積平均粒径７μｍに
対し、約１７倍であるウレタンフォームを使用した。

【００２７】現像装置を組み立てた後、ポリエステル樹
脂をメインとする現像剤を現像装置内に封入した。現像
剤の母粒子は、ポリエステル樹脂、顔料、荷電制御剤、
ワックスを高温で混錬した後、粉砕、分級して作製し、
さらに、この母粒子に粒径の異なる２種類のシリカ微粒
子を３重量％外添させたものであり、粒体の粒度測定器
コールタカウンター（コールター社製：ＴＡーII）によ
る測定で体積平均粒径７μｍである。

【００２８】次に、本発明に係る現像装置により形成さ
れる現像剤担持体上のライン状凹凸搬送面について説明
する。図７は現像剤担持体上のライン状凹凸搬送面を説
明するための図であり、３０は現像剤層、３１は現像剤
担持体の表面を示す。

【００２９】層形成部材４の先端に設けられている弾性
体ゴムはその体積抵抗率が１０⁹Ωｃｍ以下、好ましく
は１０⁵乃至１０⁷Ωｃｍの半導電性のゴムである。層
形成部材４は金属性の現像剤担持体２に当接しており、
現像剤担持体２に対して交流重畳バイアスを印加したと
き、現像剤担持体２と層形成部材４とは同電位で変動す
る。この電位変動は、０Ｖの場合、現像剤が現像剤担持
体２と層形成部材４との接触部（ニップ部）に進入する
力を受けて、ニップ部を通過して搬送され、−４００Ｖ
の場合、現像剤がニップ部に進入するのと逆の力を受け
てニップ部を通過できないため搬送されない。このよう
な電位変動により現像剤に対してＯＮ／ＯＦＦシャッタ
ー作用が起こり、これが交流バイアスの周期で起こるた
め現像剤担持体の搬送面上にはライン状に凹凸現像剤層
が形成される。

【００３０】現像剤担持体２に印加される交流重畳バイ
アスにおいて、その最大値・最小値間電圧Ｖ_ppは任意に
設定可能であるが、小さい場合には、現像剤に対する電
界振動の影響が小さくなるために、バンディング低減や
縦帯ムラ低減の効果がほとんどなく、また、大きい場合
には、潜像担持体１に当接させた際に電荷注入が発生
し、潜像を破壊してしまうという不具合がある。本実施
例では、Ｖ_pp＝４００Ｖ、Ｖ_dc＝−２００Ｖ（０〜−４
００Ｖの範囲の振幅で振動するバイアス）、Ｖ_dc＝０Ｖ
（＋２００Ｖ〜−２００Ｖの範囲の振幅で振動するバイ
アス）を印加している。

【００３１】現像剤担持体上のライン状凹凸搬送面は、
現像剤担持体に印加される交流重畳バイアスの周波数と
周速によりその幅が決定される。１実施例として、現像
剤担持体の周速を３６０ｍｍ／ｓ、現像剤担持体へ印加
される交流重畳バイアスを２ｋＨｚとすると、その電圧
変動に従い現像剤担持体上に形成されるラインは、図７
に示すように０．１８ｍｍ間隔、ライン幅０．０９ｍｍ
で形成された。この判定は、現像剤担持体上に形成され
た搬送面の目視観察で可能であるが、より客観的にはテ
ープ転写後のラインをマイクロデンシトメータ（株式会
社阿部設計製）にて測定し、数回測定したときのＭＴＦ
値の平均が１０以上であればライン状と判別できる。Ｍ
ＴＦ値は５本のラインを測定した時のライン濃度最大値
の平均値Ｉonと、ライン間濃度最小値の平均値Ｉoff を
算出し、簡易的には次式にて算出される。

【００３２】ＭＴＦ値＝｛（Ｉon−Ｉoff ）／（Ｉon＋
Ｉoff ）｝×１００本実施例の現像装置を用いてバイアスを印加しながら、
現像剤担持体を駆動させて現像剤担持体上に現像剤薄層
を形成したところ、搬送面はライン状になり、搬送面上
のライン状現像剤を乱さないように注意して１２ｍｍ幅
テープに転写し、マイクロデンシトメータにてＭＴＦ値
を測定したところ、ＭＴＦ＝２５であった。

【００３３】このライン状の凹凸搬送面は、交流バイア
スの周波数設計によりその凹凸ピッチをコントロールす
ることが可能で、駆動ギヤ送りムラのピッチよりも小さ
くすることにより、現像剤担持体駆動ギヤの間欠送りの
ムラを是正して現像剤の搬送量を常に一定にするという
搬送量の安定化作用が得られる。このように、搬送量を
均一にすることができるため、所謂バンディングが低減
されるという効果が達成される。

【００３４】またバンディングの発生にはもう１つの原
因があり、潜像担持体と現像剤担持体の接触部において
現像剤担持体送りムラにより、現像される量に差が発生
することに起因して、濃淡差が画像上に現れるものであ
る。このようなバンディングは実質的に搬送量の厚みを
一定にしても現像ニップ部に入った時点で周速が変動す
ると発生する。現像剤担持体に交流バイアスを印加しな
い場合の搬送面においては、現像剤充填率（現像ニップ
部での空間と現像剤の比率）が８０％以上と高く、現像
剤担持体送り方向の現像剤が動ける自由度（スペース）
がほとんどないために、現像ニップ部で現像量差が発生
すると、それがそのまま画像上の濃淡となる。

【００３５】これに対して、本発明の現像装置では、交
流重畳バイアスにより搬送面に積極的にライン上の凹凸
を形成しているため、現像剤充填率が少なくとも５０％
以下となり、特に現像剤担持体送り方向に対する現像剤
の動ける自由度が高いため、現像バイアスに従って送り
方向前後にも現像剤が自由に動くことができ、その結
果、潜像担持体表面への付着が可能になるため静電潜像
が忠実に再現され、バンディングを発生しない。さら
に、潜像担持体として弾性感光体を用いると、ニップ部
において感光体が弾性変形し、その結果、一層現像剤が
動けるスペースが増すためバンディングの発生を抑止す
ることができる。

【００３６】以上のように積極的にライン状の凹凸搬送
面を形成することにより、ギヤ送りムラによる影響を低
減することと、現像ニップ部において現像剤充填率を低
減化して現像剤の動ける自由度を高くできることの相乗
効果により、実質的にバンディングの発生を皆無にする
ことが可能となり、カラープリンタのように多くの色を
重ねて形成される画像においてノイズのない良好な画質
が得られる。

【００３７】また、搬送面がライン状凹凸に形成される
ため、非画像部に付着した現像剤がこの凹凸によりかき
取られ、カブリや散りが低減される。また、搬送面上の
凹凸周期は交流重畳バイアスの周波数に応じて現像剤担
持体上に形成され、同じ搬送量がある場合は凸部の現像
剤の厚みは一般的な薄層搬送面と比較して約２倍とな
る。このような凹凸現像剤層が潜像担持体と接触した場
合、凹部では現像剤充填率が低いため、現像剤がバイア
ス電界にしたがって移動しやすく、非画像部に付着した
現像剤は現像剤担持体側に剥離されやすい。また凸部で
は、非画像部に付着した現像剤と凸部とが少なくとも一
旦は接触し、その際ファンデルワールス力により付着し
ている現像剤がかき取られて現像剤担持体側に移ること
になる。このような作用からカブリや散りをほとんどな
くすことができる。

【００３８】また、本発明によれば、現像剤凝集体の解
砕効果により層形成部材と現像剤担持体間の詰まりを低
減する作用がある。現像器内の現像剤は放置等によりあ
る程度の大きさの凝集体を形成して存在する。アジテー
タの攪拌により、このような凝集体は機械的にある程度
の大きさに解砕されて現像剤担持体に供給されるが、層
形成部材と現像剤担持体のニップ部に進入すると、すり
抜けることができず、詰まりを生ずる場合がある。この
詰まりが発生した箇所では、搬送量が少なくなり、縦帯
ムラや縦スジ等の搬送ムラとなり、画像上の濃淡ムラと
なる。また、詰まった現像剤はその箇所に溜まるために
繰り返し現像剤担持体と接触して現像剤担持体フィルミ
ングを発生する。しかし、本発明では現像剤担持体に交
流重畳バイアスを印加し、層形成部材と現像剤担持体と
のニップ部の前半で電位変動により現像剤を振動させて
凝集塊が解砕し、１次粒子に近い状態で現像剤担持体層
形成部材間に進入するようになる。このため、層形成部
材と現像剤担持体間のニップ部を容易にすり抜けるか、
もしくは規制されて現像器後方に流動するため、現像剤
詰まりがなく良好な画像を得ることができる。

【００３９】前述したように、交流重畳バイアスにより
層形成部材と現像剤担持体とが同電位で変動し、現像剤
に対して高または低電位の時は現像剤がすり抜け、低ま
たは高電位のときは現像剤が遮断されることにより、ラ
イン状の凹凸搬送面が形成されるので、層形成部材が絶
縁性（１０¹⁰Ωｃｍ以上）の場合はチャージアップ等に
より現像剤担持体に対する電位が不安定となり、ライン
状搬送面が安定してできないので好ましくない。

【００４０】次に、本発明に係る現像装置を搭載した画
像形成装置について説明する。図８は本発明に係る現像
装置を搭載した画像形成装置の１構成例を示す図であ
り、この画像形成装置は、イエローＹ、シアンＣ、マゼ
ンタＭ、ブラックＫからなる４色のトナー（現像剤）に
よる現像器を用いてフルカラー画像を形成することので
きる装置である。

【００４１】図８において、１００は像担持体ユニット
が組み込まれた像担持体カートリッジである。この例で
は、感光体カートリッジとして構成されていて、その感
光体（潜像担持体）１４０が図示しない適宜の駆動手段
によって図示矢印方向に回転駆動される。感光体１４０
は、薄肉円筒状の導電性基材と、その表面に形成された
感光層とを有している。その感光体１４０の周りには、
その回転方向に沿って、帯電手段として帯電ローラ１６
０、現像手段としての現像器１０（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）、
中間転写装置３０、およびクリーニング手段１７０が配
置される。

【００４２】帯電ローラ１６０は、感光体１４０の外周
面に当接してその外周面を一様に帯電させる。一様に帯
電した感光体１４０の外周面には、露光ユニット４０に
よって所望の画像情報に応じた選択的な露光Ｌ１がなさ
れ、この露光Ｌ１によって感光体１４０上に静電潜像が
形成される。この静電潜像は、現像器１０によって現像
剤が付与されて現像される。

【００４３】現像器として、イエロー用の現像器１０
Ｙ、シアン用の現像器１０Ｃ、マゼンタ用の現像器１０
Ｍ、およびブラック用の現像器１０Ｋが設けられてい
る。これら現像器１０Ｙ、１０Ｃ、１０Ｍ、１０Ｋは、
それぞれ揺動可能に構成されており、選択的に１つの現
像器の現像ローラ（現像剤担持体）１１のみが感光体１
４０に当接し得るようになっている。したがって、これ
らの現像器１０は、イエローＹ、シアンＣ、マゼンタ
Ｍ、ブラックＫのうちのいずれかのトナーを感光体１４
０の表面に付与して感光体１４０上の静電潜像を現像す
る。現像ローラ１１は、硬質のローラ、例えば表面を粗
面化した金属ローラで構成されている。現像されたトナ
ー像は、中間転写装置３０の中間転写ベルト３６上に転
写される。クリーニング手段１７０は、上記転写後に、
感光体１４０の外周面に残留し付着しているトナーＴを
掻き落とすクリーナブレードと、このクリーナブレード
によって掻き落とされたトナーを受ける受け部とを備え
ている。

【００４４】中間転写装置３０は、駆動ローラ３１と、
４本の従動ローラ３２、３３、３４、３５と、これら各
ローラの周りに張架された無端状の中間転写ベルト３６
とを有している。駆動ローラ３１は、その端部に固定さ
れた図示しない歯車が、感光体１４０の駆動用歯車１９
０と噛み合っていることによって、感光体１４０と略同
一の周速で回転駆動され、したがって中間転写ベルト３
６が感光体１４０と略同一の周速で図示矢印方向に循環
駆動されるようになっている。

【００４５】従動ローラ３５は、駆動ローラ３１との間
で中間転写ベルト３６がそれ自身の張力によって感光体
１４０に圧接される位置に配置されており、感光体１４
０と中間転写ベルト３６との圧接部において一次転写部
Ｔ１が形成されている。従動ローラ３５は、中間転写ベ
ルト３６の循環方向上流側において一次転写部Ｔ１の近
くに配置されている。

【００４６】従動ローラ３１には、中間転写ベルト３６
を介して図示しない電極ローラが配置されており、この
電極ローラを介して、中間転写ベルト３６の導電層に一
次転写電圧が印加される。従動ローラ３２は、テンショ
ンローラであり、図示しない付勢手段によって中間転写
ベルト３６をその張り方向に付勢している。従動ローラ
３３は、二次転写部Ｔ２を形成するバックアップローラ
である。このバックアップローラ３３には、中間転写ベ
ルト３６を介して二次転写ローラ３８が対向配置されて
いる。二次転写ローラ３８には、二次転写電圧が印加さ
れ、図示しない接離機構により中間転写ベルト３６に対
して接離可能になっている。従動ローラ３４は、ベルト
クリーナ３９のためのバックアップローラである。ベル
トクリーナ３９は、中間転写ベルト３６と接触してその
外周面に残留し付着しているトナーを掻き落とすクリー
ナブレード３９ａと、このクリーナブレード３９ａによ
って掻き落とされたトナーを受ける受け部３９ｂとを備
えている。このベルトクリーナ３９は、図示しない接離
機構により中間転写ベルト３６に対して接離可能になっ
ている。

【００４７】中間転写ベルト３６は、導電層と、この導
電層の上に形成され、感光体１４０に圧接される抵抗層
とを有する複層ベルトで構成されている。導電層は、合
成樹脂からなる絶縁性基体の上に形成されており、この
導電層に前述した電極ローラを介して一次転写電圧が印
加される。なお、ベルト側縁部において抵抗層が帯状に
除去されることによって導電層が帯状に露出し、この露
出部に電極ローラが接触するようになっている。

【００４８】中間転写ベルト３６が循環駆動される過程
で、一次転写部Ｔ１において、感光体１４０上のトナー
像が中間転写ベルト３６上に転写され、中間転写ベルト
３６上に転写されたトナー像は、二次転写部Ｔ２におい
て、二次転写ローラ３８との間に供給される用紙等のシ
ート（記録材）Ｓに転写される。シートＳは、給紙装置
５０から給送され、ゲートローラ対Ｇによって所定のタ
イミングで二次転写部Ｔ２に供給される。５１は給紙カ
セット、５２はピックアップローラである。

【００４９】二次転写部Ｔ２でトナー像が転写されたシ
ートＳＨ、定着装置６０を通ることによってそのトナー
像が定着され、排紙経路７０を通って、装置本体のケー
ス８０上に形成されたシート受け部８１上に排出され
る。なお、この画像形成装置は、排紙経路７０として、
互いに独立した２つの排紙経路７１、７２を有してお
り、定着装置６０を通ったシートはいずれかの排紙経路
７１又は７２を通って排出される。また、この排紙経路
７１、７２は、スイッチバック経路をも構成しており、
シートの両側に画像を形成する場合には、排紙経路７１
又は７２に一旦進入したシートが、返送路７３を通って
再び二次転写部Ｔ２に向けて給送されるようになってい
る。

【００５０】以上のような画像形成装置全体の作動の概
要は次の通りである。（１）図示しないホストコンピュータ等（パーソナルコ
ンピュータ等）からの印字指令信号（画像形成信号）が
画像形成装置の制御部９０に入力されると、感光体１４
０、現像器１０の各ローラ１１、および中間転写ベルト
３６が回転駆動される。（２）感光体１４０の外周面が帯電ローラ１６０によっ
て一様に帯電される。（３）一様に帯電した感光体１４０の外周面に、露光ユ
ニット４０によって第１色目（例えばイエロー）の画像
情報に応じた選択的な露光Ｌ１がなされ、イエロー用の
静電潜像が形成される。（４）感光体１４０には、第１色目の例えばイエロー用
の現像器１０Ｙの現像ローラのみが接触し、これによっ
て上記静電潜像が現像され、第１色目のイエローのトナ
ー像が感光体１４０上に形成される。（５）中間転写ベルト３６には、上記トナーの帯電極性
と逆極性の一次転写電圧が印加され、感光体１４０上に
形成されたトナー像が、一次転写部Ｔ１において中間転
写ベルト３６上に転写される。このとき、二次転写ロー
ラ３８およびベルトクリーナ３９は、中間転写ベルト３
６から離間している。（６）感光体１４０上に残留しているトナーがクリーニ
ング手段１７０によって除去された後、除電手段４１か
ら除電光Ｌ２によって感光体１４０が除電される。（７）上記（２）〜（６）の動作が必要に応じて繰り返
される。すなわち、上記印字指令信号の内容に応じて、
第２色目、第３色目、第４色目と繰り返され、上記印字
指令信号の内容に応じたトナー像が中間転写ベルト３６
上において重ね合わされて形成される。（８）所定のタイミングで給紙装置５０からシートＳが
給送され、シートＳの先端が二次転写部Ｔ２に達する直
前にあるいは達した後に（要するにシートＳ上の所望の
位置に、中間転写ベルト３６上のトナー像が転写される
タイミングで）二次転写ローラ３８が中間転写ベルト３
６に押圧されるとともに二次転写電圧が印加され、中間
転写ベルト３６上のトナー像（基本的には４色のトナー
像が重ね合わせられたフルカラー画像）がシートＳ上に
転写される。また、ベルトクリーナ３９が中間転写ベル
ト３６に当接し、二次転写後に中間転写ベルト３６上に
残留しているトナーが除去される。（９）シートＳが定着装置６０を通過することによって
シートＳ上にトナー像が定着し、その後、シートＳが所
定の位置に向け（両面印刷でない場合にはシート受け部
８１に向け、両面印刷の場合には、スイッチバック経路
７１または７２を経て返送路７３に向け）搬送される。

【００５１】本発明に係る現像装置を搭載した上記画像
形成装置により、全面ベタ画像・全面４０％ハーフトー
ン画像を形成したところ、濃度ムラがなく均一な画像が
得られた。縦方向のムラは、濃度変移を目視観察および
濃度計測定（Ｘ-rite 製：４０４）で濃度差０．２以内
という基準にて判定したが、全面ベタ画像で０．１以
下、全面４０％ハーフトーン画像で０．０５以下となり
良好であった。目視上で画像横方向に発生するバンディ
ングムラは確認されず極めて良好であった。カブリ評価
は、白ベタ連続１０００枚印字時の現像剤消費量２ｇ以
下という基準で評価し、０．５ｇ／１０００枚と十分な
レベルであった。さらに、耐久印字評価として、１０万
枚の連続印字を行ったが、現像剤担持体上のフィルミン
グ発生はなく、１０万枚後も初期と同様に良好な画像が
得られた。

【００５２】上記のような評価を体積抵抗率を変化させ
て行った結果を示したのが〔表１〕である。

【００５３】

【表１】

【００５４】いずれの場合も画像特性は良好で、実使用
上の問題はなかった。

【００５５】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、交流重畳バイアスの最大値Ｖ
_maxは、潜像担持体の非画像部表面電位である帯電電位
Ｖ₀を基準として設定し、交流重畳バイアスの最小値Ｖ
_minは、潜像担持体の画像部表面電位である露光電位Ｖ
_ONを基準として設定したが、潜像担持体の表面電位に対
し現像γが立ち上がるポイントを基準として設定しても
よい。すなわち、現実的に現像剤が付着し始める閾値Ｖ
thは、図４で説明したように表面電位Ｖ₀、Ｖ_ONと必ず
しも一致するものではない。例えば装置の使用条件、環
境などに応じたそれぞれの閾値Ｖthを求め、非画像部で
のカブリをなくす条件としては、交流重畳バイアスの最
大値Ｖ_maxを潜像担持体の帯電電位Ｖ₀に対し現像γが
立ち上がるポイント、つまり閾値Ｖth₀より低くする如
くである。つまり、上記表面電位Ｖ₀、Ｖ_ONをそれぞれ
に対応する閾値Ｖth₀、Ｖth_ONに読み替えてもよい。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、直流バイアスに交流を重畳した交流重畳バイ
アスを現像剤担持体に印加し層形成部材により現像剤担
持体上に現像剤薄層を形成して潜像担持体の潜像を現像
する現像装置において、先端に半導体ゴムチップを付設
した層形成部材を現像剤担持体に接触させ、層形成部材
を交流重畳バイアスが印加される現像剤担持体と同電位
にするように構成したので、層形成部材に付設された半
導体ゴムの抵抗を管理することにより、層形成部材と現
像剤担持体は、半導体ゴムを介して同電位に設定し、バ
イアスを印加する電極を省略することができる。

【００５７】また、現像剤担持体に印加する交流重畳バ
イアスの最大値、最小値と潜像担持体の帯電電位、露光
電位の関係を適切に設定することにより、非画像部に現
像剤が付着するのを防ぎ、カブリの発生を抑えることが
でき、適切な現像γを設定し、細線の途切れ、太り、散
りによるにじみなどの発生を防ぎ濃度ムラのない均一な
画像の形成が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る現像装置の実施の形態を説明す
るための図である。

【図２】本発明に係る現像装置の交流重畳バイアスを
説明するための図である。

【図３】帯電ローラに印加される直流バイアスと潜像
担持体の表面電位との関係を説明するための図である。

【図４】現像γ、交流重畳バイアスの最大値・最小値
間電圧Ｖ_PP、閾値Ｖthの関係を説明するための図であ
る。

【図５】本発明に係る現像装置の他の実施の形態を示
す図である。

【図６】本発明に係る現像装置の概略全体構造の１例
を示す図である。

【図７】現像剤担持体上のライン状凹凸搬送面を説明
するための図である。

【図８】本発明に係る現像装置を搭載した画像形成装
置の１構成例を示す図である。

【図９】現像装置の現像剤担持体に印加される交流重
畳バイアスの大きさを説明するための図である。

【符号の説明】

１…潜像担持体、２…現像剤担持体、３…供給部材、４
…層形成部材、５…直流バイアス電源、６…交流バイア
ス電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０４Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０４Ｂ (72)発明者古賀欣郎長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者高城富美男長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2H073 AA03 BA04 BA12 BA13 2H077 AD06 AD13 AD17 AD23 AD36 FA03 FA14 FA16 FA22 FA25 3J103 AA02 AA13 AA61 EA20 FA30 GA57 GA58 HA02 HA31 HA37 HA54

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流バイアスに交流を重畳した交流重畳
バイアスを現像剤担持体に印加し層形成部材により前記
現像剤担持体上に現像剤薄層を形成して潜像担持体の潜
像を現像する現像装置において、先端に半導体ゴムチッ
プを付設した層形成部材を現像剤担持体に接触させ、前
記層形成部材を前記交流重畳バイアスが印加される現像
剤担持体と同電位にするように構成したことを特徴とす
る現像装置。
【請求項２】前記現像剤担持体は、金属シャフト表面
に均一な凹凸面を形成後、メッキ層を形成させたもので
あることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】前記現像剤担持体は、アルミシャフト表
面にショットブラストを行って凹凸を形成し、ニッケル
無電解メッキ処理を行ったものであることを特徴とする
請求項２記載の現像装置。
【請求項４】前記層形成部材は、ステンレス板に体積
抵抗率が１０⁹Ωｃｍ以下のウレタンゴムを付設したも
のであることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項５】前記ウレタンゴムは、カーボンブラック
分散により、現像剤付着のない現像剤担持体に当接させ
た状態で５００Ｖの直流電圧を印加した場合に体積抵抗
率１０⁵Ωｃｍ以上に導電化したものであることを特徴
とする請求項４記載の現像装置。
【請求項６】前記現像剤担持体は、前記潜像担持体に
当接するものであることを特徴とする請求項１記載の現
像装置。