JP2003021961A

JP2003021961A - 画像形成装置における現像方法

Info

Publication number: JP2003021961A
Application number: JP2001206331A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ozawa; 義夫小沢; Toshinori Nishimura; 俊紀西村; Shoichi Sakata; 昌一坂田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2001-07-06
Publication date: 2003-01-24
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: JP3677223B2

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間安定した画像品質が得られる小型タン
デム画像形成装置に好適な小型のハイブリッド型の現像
装置を構成できる現像方法を提供すると同時に、現像装
置を複雑にすることなく長期にわたって安定した画像品
質を維持できる現像装置における制御方法を提供し、そ
れによって画像品質を安定させたタンデム画像形成装置
を小型に、安価に、構成することが課題である。【解決手段】現像ロール上に感光体上の潜像の現像に
用いるトナー薄層を形成するに際し、１周目のトナー薄
層形成時における前記第１と第２の直流バイアス間の電
位差を、２周目以降のトナー薄層形成時における電位差
より大きく設定し、連続現像時の残像の発生を防ぐと共
に、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給し、ト
ナー量が異なったり画像濃度の低下を招くことなく、長
期にわたって安定した画像品質を維持できる現像装置に
おける制御方法を提供して、安定した画像品質が得られ
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式によ
り画像を形成する感光体を有した複写機、プリンタ、フ
ァクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置におけ
る現像方法に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性
のトナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ロー
ル上に帯電したトナーのみを保持させて静電潜像担持体
（感光体）上の静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像する
ようにした非接触現像方式を用い、現像履歴や連続印字
時における画像濃度の変動を抑え、長期にわたって安定
した画像を維持できる画像形成装置における現像方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁性キャリアを用いて非磁性のト
ナーを帯電させる２成分現像剤を使用し、現像ロール上
に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像担持体
（感光体）上の静電潜像に飛翔させて潜像を現像する非
接触現像方式は、非接触の１成分現像の手段として検討
されてきたが、近年、高速画像形成が可能な現像方式と
して、特に静電潜像担持体（感光体）上に複数のカラー
画像を順次形成する１ドラム色重ね方式用としても検討
されてきた。この方式では、静電潜像担持体（感光体）
上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー
画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技
術として注目されている。

【０００３】また、近年高速化のため、複数色のそれぞ
れに対応した複数の感光体を用い、記録部材の送りに同
期させてカラー画像を形成し、記録部材上で色重ねを行
うタンデム方式が注目されてきている。この方式では、
高速性に優れている利点があるものの、各色の電子写真
プロセス部材を並べて配置しなければならないために大
型化する欠点を有していた。この対策として、感光体同
志の間隔を狭くし、小型化した画像形成ユニットを配置
した小型タンデム型画像形成装置が提案されている。

【０００４】そしてこのように構成された小型のタンデ
ム型画像形成装置においては、画像形成ユニットの幅方
向のサイズを極小にするため、現像装置を縦型とするこ
とが有利である。すなわち、感光体の上部方向に現像装
置を配置することがレイアウト上望ましい。しかしなが
ら従来の２成分現像方式では、このように現像装置を縦
型に配置した場合、現像剤の還流、すなわち現像剤撹拌
部から感光体に近接した現像部材への供給が複雑にな
り、装置の小型化に限界が生じると共に感光体へのキャ
リアの付着、トナーの帯電量低下によるトナーの飛散が
避けられないという問題があった。

【０００５】他の方法として、キャリアを用いない１成
分現像方式も提案されているが、現像ロールを感光体に
接触する方式では感光体のトルク変動をきたし、タンデ
ム型の弱点である色ずれを助長させてしまう欠点があっ
た。また、感光体に非接触な方式では、トナーをチャー
ジロールで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ロール上
の層厚を規制していたため、トナーの添加剤がチャージ
ロールに付着して帯電能力が低下したり規制ブレードに
トナーが付着し、層形成が不均一になってしまって画像
欠陥をきたすことがあった。

【０００６】これらの問題を解決する手段の一つとし
て、タンデム型画像形成装置においても、前記したよう
な２成分現像剤を用いて用いてトナーを帯電させ、その
後感光体に対して非接触でトナーを飛翔させる方式が提
案されてきた。このような従来技術としては、米国特許
第３，８６６，５７４号公報に、静電潜像担持体（感光
体）に対して非接触に設置したドナーロール（現像ロー
ル）上に非磁性トナーで薄層を形成し、交流電界によっ
て静電潜像担持体（感光体）上の潜像に該トナーを飛翔
させる提案がなされている。また米国特許第３，９２
９，０９８号公報には、磁気ロールを用いて現像剤をド
ナーロールに進ませ、このドナーロール上にトナーを転
移させてトナー層を形成する現像装置が示されている。

【０００７】そして理論面では、電子写真学会誌第１９
巻第２号（１９８１）に東芝(株)から、二成分現像剤を
用いた現像ロール上のトナー層の形成についての報告が
なされ、特開昭５９−１２１０７７号公報に特許として
の出願がある。

【０００８】しかしながらこれらの提案では、二成分現
像剤を採用してドナーロール上への薄層形成は可能なも
のの、トナーの帯電が高くなった場合にドナーロール上
のトナーの分離が困難になり、強い交流電界が必要とさ
れる。この電界が静電潜像担持体（感光体）上のトナー
層を乱してしまうので、色重ねなどには問題を有してい
た。そのため特開平３−１１３４７４号公報には、ドナ
ーロールと静電潜像担持体（感光体）の間にワイヤーか
らなる補助電極を設け、この補助電極に弱い交流電界を
印加して現像されたトナーを乱さないようにした、いわ
ゆるパウダークラウド現像法が提案されている。

【０００９】また、上記した従来の技術は、トナーの帯
電制御が複雑で、感光体に高い表面電位と大きな現像電
界を印加することを必要としていた。そのため、現像ロ
ール上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、
そのロール上におけるトナーの付着状態とトナーの電位
差にばらつきが生じる関係から、図５に示したように前
の現像画像の一部が次の現像時に残像（ゴースト）とし
て現れる現象、いわゆる履歴現象が発生しやすいという
不具合がある。すなわちこの図５において、５０、５１
は矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像であり、５
２、５３はそれに続くこのソリッド画像より広いハーフ
トーン画像で、現像ロール上にトナーの消費領域と非消
費領域とが生じた場合、このソリッド画像５０、５１に
続けてこのハーフトーン画像５２、５３を印字すると、
図５（ｂ）における５４のような残像（ゴースト）が生
じる。

【００１０】これを防止するため特開平１１−２３１６
５２号公報には、現像ロール上の現像残トナーを掻き取
るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置に関し
ての提案がなされている。また、現像ロール上のトナー
を確実に回収する方法として、特開２０００−８１７８
８公報に、専用の回収ロールを用いる提案がなされてい
る。さらに、特開平７−７２７３３号公報、特開平７−
９２８０４号公報には、コピーとコピーの間や紙間を利
用して電位差で現像ロール上のトナーを磁気ロールに回
収し、トナーの帯電を安定させる方法が提案され、さら
に磁気ブラシを用いた履歴現象の対応策として、特開平
７−１２８９８３号公報に、磁気ロールの磁束密度の半
値幅領域を広く設定することにより、現像ロール上のト
ナーの回収と供給を図る提案がなされている。

【００１１】また、タンデム型の現像装置の制御方法と
して特開昭６３−２４９１６４号公報には、転写工程を
行っている画像形成部以外の画像形成部における現像装
置の動作を停止させ、現像剤の劣化を防ぐようにした出
願がなされている。また、特開平６−６７５４６号公報
には、現像ロールと磁気ロール間に印加する高圧を高周
波数で切り替え、磁気ロールから現像ロールにトナーを
供給する電界と現像ロールから磁気ロールにトナーを剥
離する電界とを交互に形成する技術、また、磁気ロール
とは別にトナー剥離部材を設け、現像ロール上のトナー
を電気的に剥離して回収し、その後、剥離回収されたト
ナーを電気的に磁気ロールに回収させる技術が提案され
ている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記特開
平３−１１３４７４号公報に記載されたパウダークラウ
ド現像法は、補助電極のワイヤーが非常に汚れやすく、
また、振動による画像劣化等が発生するため、あまり一
般的な方法とはなっていない。さらに特開平１１−２３
１６５２号公報、特開平７−７２７３３号公報、特開平
７−９２８０４号公報、特開平７−１２８９８３号公
報、特開昭５９−１２１０７７号公報、特開２０００−
８１７８８公報などに示された装置も、トナーの掻き取
り装置や回収ロールの設置が必要であったり、特別な回
収バイアスの印加などによってトナーのストレスが増
し、トナーの耐久性能劣化の要因になったり、次の現像
タイミングでの現像ロールの層形成に時間を要し、高速
性を損なったりしていた。また長期使用時に、キャリア
の耐久性能劣化によってトナーの帯電性が変化し、現像
ロール上のトナーの帯電特性が大きく変化して補給トナ
ーや回収トナーの帯電の分布が広くなり、帯電不良によ
るトナーの飛散やカブリの原因になっていた。さらに劣
化したキャリアの交換の煩わしさがあり、実用にはいた
っていないのが実情である。

【００１３】また、タンデム型の現像装置の制御方法と
しての特開昭６３−２４９１６４号公報や特開平６−６
７５４６号公報に示された装置は、転写工程を行ってい
る画像形成部以外の現像装置の動作を停止させたり、現
像ロールと磁気ロール間に印加する高圧を高周波数で切
り替える装置や制御が必要であり、高価にならざるを得
ないと共に、現像装置はトナーロールや磁気ロール、及
び撹拌部材を横に並べた構成となっており、小型化が難
しいという欠点がある。

【００１４】またこれら従来の技術においては、現像ロ
ール上に感光体上の潜像の現像に用いるトナー薄層を形
成するに際し、現像ロールが一周した後で２周目の現像
に入った時、現像ロール上のトナー層のトナー量が異な
ってしまうことがあり、また、高濃度の現像を行った後
では、２周目以降でトナーの絶対量が不足して画像濃度
の低下を招くという現象も生じた。こういった現象を解
消するためには、現像タイミングまでに現像ロールを空
回しして十分なトナー量を確保したり、現像間隔を充分
確保する等の方法が考えられるが、感光体に対し現像ロ
ールの回転数を上げると現像剤に対する負荷が増大し、
トナーの帯電の劣化を生じてしまい、また、現像間隔を
充分確保すると印字速度が低下してしまって問題解決に
至らない。

【００１５】本発明は上記の事情に鑑み、長期間安定し
た画像品質が得られる小型タンデム画像形成装置に好適
な小型のハイブリッド型の現像装置を構成できる現像方
法を提供すると同時に、現像装置を複雑にすることなく
現像ロール上のトナー層のトナー量を常時一定とし、連
続現像時の残像の発生を防いで確実に帯電されたトナー
を現像ロールに供給して、トナー量が異なったり画像濃
度の低下を招くことなく、長期にわたって安定した画像
品質を維持できる現像装置における制御方法を提供し、
それによって画像品質を安定させたタンデム画像形成装
置を小型に、安価に、構成することが課題である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明においては、請求項１に記載したように、電子写
真法により潜像を形成する感光体に対面配置し、第１の
直流バイアスに交流バイアスを重畳したバイアスによっ
て前記感光体上に形成された潜像を現像する現像ロール
と、２成分現像剤で磁気ブラシを形成し、第２の直流バ
イアスによって前記現像ロールにトナー薄層を形成する
磁気ロールとを配した現像装置を有する画像形成装置に
おける現像方法において、前記現像ロール上に感光体上
の潜像の現像に用いるトナー薄層を形成するに際し、１
周目のトナー薄層形成時における前記第１と第２の直流
バイアス間の電位差を、２周目以降のトナー薄層形成時
における電位差より大きく設定したことを特徴とする。

【００１７】このように、現像ロール上に感光体上の潜
像の現像に用いるトナー薄層を形成するに際し、１周目
のトナー薄層形成時における第１と第２の直流バイアス
間の電位差を、２周目以降のトナー薄層形成時における
電位差より大きく設定することにより、従来、第１と第
２の直流バイアス間の電位差を１周目も２周目以降も同
一とした場合に生じていた、２周目の現像に入った時に
現像ロール上におけるトナー層のトナーの量が１周目と
異なる現象、及び高濃度の現像を行った後で、２周目以
降におけるトナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を
招く現象が防止でき、現像に当たって現像ロールの１周
目から必要な量のトナー層が確保できると共に、高濃度
の現像を行った後でもトナーの絶対量が不足して画像濃
度の低下を招くことがない。

【００１８】そのため、連続現像時の残像の発生を防ぐ
ことができ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供
給して、トナー量が異なったり画像濃度の低下を招くこ
となく、長期にわたって安定した画像品質を維持できる
現像装置における制御方法を提供でき、それによって画
像品質を安定させたタンデム画像形成装置を小型に、安
価に、構成することができる。

【００１９】そしてこの２周目以降より大きく設定した
１周目の電位差は、請求項２に記載したように、前記１
周目における第１と第２の直流バイアス間の電位差と、
２周目以降の電位差の差を略４５〜５５Ｖ程度としたこ
とを特徴とする。

【００２０】すなわち、この２周目以降より大きく設定
した１周目の電位差を、２周目以降の電位差より５５Ｖ
を超えて大きく設定した場合、現像ロール上のトナー量
が増大してトナー飛散の原因となり、また、４５Ｖ未満
とした場合は顕著な効果が見られないが、略５０Ｖ程度
（４５〜５５Ｖ）に設定することでこのような現象が防
止でき、前記した現像に当たって現像ロールの１周目か
ら必要な量のトナー層が確保できると共に、高濃度の現
像を行った後でもトナーの絶対量が不足して画像濃度の
低下を招くことがない。

【００２１】そしてさらに本発明においては、請求項３
に記載したように、前記第１と第２の直流バイアス間の
電位差を、画像形成前後、及び画像形成と次の画像形成
の間や連続画像形成時における記録媒体間などの非画像
形成期間に、前記現像ロールと磁気ロールを回転させた
まま等しくした等電位状態を発生させると共に前記交流
バイアスのみを印加し、前記現像ロール上のトナーを前
記磁気ブラシと交流バイアスで入れ替えることを特徴と
する。

【００２２】このように非画像形成期間に現像ロールと
磁気ロールを回転させたまま、第１と第２の直流バイア
ス間の電位差を等しくした等電位状態を発生させると共
に前記交流バイアスのみを印加することで、現像残のト
ナーは掻き取りブレードなどの特別な装置を設けたりト
ナーに負担をかけたりすることなく、磁気ロール上の磁
気ブラシが現像ロール上のトナー層に接触して各ロール
の周速差によるブラシ効果で回収することができ、か
つ、ミキサーでの撹拌による現像剤の入れ替えが可能に
なる。従って、残像の原因となる現像残トナーを容易に
回収し、カブリの発生を回避しつつ残像の発生を抑制し
て、鮮明な画像を形成することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの
発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる
説明例に過ぎない。

【００２４】図１は本発明になる現像方法を実施するタ
ンデム型画像形成装置の一実施例の概略構成であり、図
２は本発明になる現像方法を実施する現像装置の断面
図、図３は本発明における現像方法を説明するための
図、図４は本発明になる現像方法と従来の現像方法にお
ける現像ロールの回転回数によるトナー層形成状況を示
したグラフである。

【００２５】図１において、１はタンデム型画像形成装
置本体、２は現像装置、３は感光体、４は露光ユニッ
ト、５は記録媒体の搬送ベルト、６は現像剤容器、７は
記録媒体を収容した給紙カセット、８は感光体３を帯電
させるための帯電器、９は感光体３上のトナー像を記録
媒体に転写するための転写バイアスを印加するための転
写装置、１０は記録媒体に転写されたトナー像を定着す
る定着装置であり、本発明においては、現像装置２は感
光体３に対して隣接し、略垂直の方向に配置される。図
２において、２０はトナー薄層を担持して感光体３上の
静電潜像を現像する現像ロール、２１は内部に配設され
た磁石によって現像剤に含まれるキャリアで磁気ブラシ
を発生させ、現像ロール２０上にトナー薄層を形成する
磁気ロール、２２は現像剤を撹拌すると共に、現像ロー
ル２０上の現像残トナーを回収した磁気ブラシを掻き取
って現像剤を回収して撹拌するパドルミキサー、２３は
回転軸に螺旋状に設けたスクリューを有する現像剤の撹
拌ミキサー、２４は磁気ロール２１上の磁気ブラシの層
規制をする穂切りブレード、２５はトナー濃度を検出す
るトナー濃度センサ、ＡＣ３０ｂは交流バイアス電源、
ＤＣ３０ａ、ＤＣ３１ａは直流バイアス電源、２６は現
像剤補給孔、２７は現像装置２に設けた仕切り壁であ
る。

【００２６】最初にタンデム型画像形成装置の動作を簡
単に説明しておくと、イエロー、シアン、マゼンタ、ブ
ラックなどのそれぞれの色に対応したトナーとキャリア
からなる２成分現像剤は、現像剤容器６から図２に示し
た現像装置２の現像剤補給孔２６を通して補給され、撹
拌ミキサー２３及びパドルミキサー２２によって撹拌さ
れることでトナーが適正なレベルに帯電される。そして
この現像剤によって磁気ロール２１上に磁気ブラシが形
成され、穂切りブレード２４で層規制されながら一定の
層厚で現像ロール２０に接触し、磁気ロール２１と現像
ロール２０間の電位差、｜ＤＣ３１ａ−ＤＣ３０ａ｜
（以下△と表現する）によって、その磁気ブラシから現
像ロール２０上にトナーのみの薄層が形成される。この
現像ロール２０上のトナーの薄層は、現像剤の抵抗や現
像ロール２０と磁気ロール２１の回転速度差などによっ
ても変化するが、上記の電位差△によっても制御するこ
とが可能であり、△を大きくすると現像ロール上のトナ
ーの層が厚くなり、△を小さくすると薄い層になる。△
の範囲は一般的に１００Ｖから２５０Ｖ程度が適切であ
る。

【００２７】そして図示していない制御回路からプリン
ト開始の信号が来ると、図１における給紙カセット７か
ら記録媒体が送り出されて搬送ベルト５に送られ、その
記録媒体が各色の感光体３に達するタイミングに合うよ
うに、帯電器８による感光体３の帯電、露光ユニット４
に送られた画像信号による感光体３への露光と潜像の形
成、現像ロール２０への交流バイアスの印加による現像
ロール２０上のトナーによる該潜像の現像が行われ、記
録媒体が感光体３に達すると、転写装置９による転写バ
イアスが印加されて記録媒体にトナー像が転写される。
そしてこの工程が、各色に対応した感光体３で順次繰り
返され、各色の画像が記録媒体に順次転写されて定着装
置１０で定着されて排紙される。

【００２８】そして本発明においては、図２における磁
気ロールのバイアスＤＣ３１ａの値を可変させること
で、図３の３０に示すように現像ロール２０の現像開始
１周目における電位差△を、２周目以降の電位差より大
きく設定する。この電位差△の値としては、前記したよ
うに１００Ｖから、２５０Ｖの範囲で設定可能である
が、基準電位差を１５０Ｖに設定した場合、現像ロール
２０の現像開始１周目における電位差△を略＋５０Ｖ程
度（＋４５〜５５Ｖ）とするのが適当である。あまり大
きな電位差を設定すると、現像ロール上のトナー量が増
大し、トナー飛散の原因になる。また、４５Ｖ未満では
顕著な効果が見られないことがある。

【００２９】すなわち図３の３１に示したように、現像
ロール２０の現像開始１周目における電位差△を２周目
以降の電位差と同じとした場合、図４の４１に示すよう
に、現像ロール２０の回転数が２回転となっても均一な
現像性を得るのに必要なトナー量４２を現像ロール２０
上に形成することができず、図５に示すような残像や連
続印刷での濃度低下を生じてしまう。この現象は現像し
た後で現像ロール上のトナー量が不均一なために発生す
るが、前記した本発明のように、現像開始１周目におけ
る電位差△を、２周目以降の電位差より大きくとること
により、図４における４０に示すように、現像ロール２
０の１回転目からトナーの層厚を一定にすることが可能
になる。

【００３０】そしてさらに本発明においては、各プロセ
スユニットの複数の画像を連続形成する際の１つの画像
を現像してから次の画像の現像を開始するまでの非画像
形成期間又は画像形成開始前の任意の設定時間に、前記
現像ロール２０と磁気ロール２１、及びパドルミキサー
２２を回転させたまま現像ロール２０と磁気ロール２１
の表面電位ＤＣ３１ａとＤＣ３０ａを等しくした等電位
状態を発生させ、そしてこの等電位状態で前記現像ロー
ル２０上の現像残トナーを磁気ブラシで回収する。なお
この非画像形成期間は、複数の画像を連続形成する際だ
けでなく、画像形成開始前、例えば図示していない制御
回路からプリント開始の信号が来て記録媒体が給紙カセ
ット７から搬送ベルト５に送り出されるまでの期間など
でも良い。さらにこの非画像形成期間の検出も、図示し
ていない制御回路からプリント開始の信号、露光ユニッ
ト４に送られる印字画像データなどに基づいて検出して
もよいし、給紙カセット７において、記録媒体の先端や
後端により検出するようにしてもよい。

【００３１】そして現像ロール２０と磁気ロール２１の
表面電位の等電位状態は、両表面電位差｜ＤＣ３１ａ−
ＤＣ３０ａ｜（△）が０Ｖとなればよいから、例えば両
電位を０Ｖとしたり、５０Ｖなど、任意の電位でおこな
ってもよい。またこの等電位状態は、現像ロール２０と
磁気ロール２１の両表面電位を制御して実現してもよい
し、片側の表面電位を他方に合わせるように制御しても
よく、さらに非画像形成期間の全期間を等電位状態にす
るのではなく、一部分だけを等電位状態にするようにし
てもよい。

【００３２】このように、非画像形成期間、又は画像形
成開始前に、現像ロールと磁気ロール、及びパドルミキ
サーを回転させたまま表面電位を等しくした等電位状態
を発生させることにより、現像ロールにトナーが付着す
る静電気力が無くなり、その結果、現像ロールと磁気ロ
ールとの周速差による磁気ブラシ効果により、トナーに
負担をかけずに効率よく現像残トナーを磁気ロールに回
収することができる。従って、残像の原因となる現像残
トナーを容易に回収し、カブリの発生を回避しつつ残像
の発生を抑制して、鮮明な画像を形成することができ
る。

【００３３】そしてさらに本発明においては、現像ロー
ル２０上のトナーのみの薄層のうち、感光体３上の潜像
の現像に用いられなかったトナー、すなわち現像残トナ
ーは、磁気ロール２１上に形成した磁気ブラシを現像ロ
ール２０に接触させ、各ロールの周速差で生じるブラシ
効果で回収できるようにした。そしてさらにこの磁気ロ
ール２１の磁気ブラシで回収したトナーは、この磁気ブ
ラシをパドルミキサー２２のパドルで掻き取ることで新
しい現像剤と混合できるようにし、その混合した現像剤
をさらに現像ロール２０に供給することで、掻き取りブ
レードなどの特別な装置を設けることなく、容易にトナ
ーの回収と入れ替えを行える構成としてある。

【００３４】本発明の現像方法を実施する現像装置に用
いるキャリアとしては、体積固有抵抗が１０^７Ωｃｍ、
飽和磁化が７０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径３５μｍのフェラ
イトキャリアを用いた。高磁力でしかも低抵抗キャリア
としては、マグネタイトキャリア、Ｍｎ系フェライト、
Ｍｎ−Ｍｇ系フェライトなどがあり、これらのキャリア
をそのまま用いても良いが、抵抗を上げない範囲で表面
処理して用いることも可能である。このキャリアは、現
像ロール２０上の現像残トナーの回収とその後のトナー
供給の役割を有し、抵抗値が１０^６Ωｃｍ〜１０^９Ωｃ
ｍの範囲のキャリアであれば、現像ロール２０と磁気ロ
ール２１間のニップで強固に静電的に付着したトナーを
磁気ブラシで引き剥がし、現像に必要なトナーを供給す
ることができる。

【００３５】この時、トナーとの接点を増やすために
は、４０μｍ以下の小径のキャリアを用い、キャリアの
表面積を高めることが好ましい。このキャリアの抵抗値
が１０ ^６Ωｃｍ以下の低抵抗では、現像ロール２０上の
現像残トナーを回収して現像ゴースト対策には有効であ
るが、正確な帯電をトナーに付与しカブリの発生の無い
現像を維持することは困難であり、さらに長期間運転し
た場合に現像ロール表面からトナーが飛散し、帯電器や
露光ユニット４を汚染する不具合を発生させてしまう。
また、１０^９Ωｃｍ以上の抵抗では、帯電性能を付与す
ることは可能であるが帯電が上昇しやすい問題がある。
キャリアの抵抗値を適正にすることで、現像ロール２０
上のトナーを回収しつつ、確実に帯電させたトナーを現
像ロール２０に再度投入することが可能になる。

【００３６】一方トナーは帯電量を５〜２０μＣ／ｇに
制御することで、トナー飛散、カブリを防止し、なお且
つ、低電界で現像することによって現像ロール２１上に
現像履歴現象を残さず、トナーの回収性に優れた現像シ
ステムを提供できる。帯電されたトナーは、キャリアと
共に磁気ロール２１上に磁気ブラシを形成し、磁気ロー
ル２１と現像ロール２０間の電位差｜ＤＣ３１ａ−ＤＣ
３０ａ｜（△）で現像ロール２０上に薄層を形成し、感
光体３との間の直流、交流の重畳されたバイアスによっ
て感光体３に飛翔し、潜像を現像する。このとき現像ロ
ール２０上の現像残トナーは、磁気ロール２１上に形成
された磁気ブラシが現像ロール２０上のトナー層に接触
することで、各ロールの周速差で生じるブラシ効果で回
収され、パドルミキサー２２での撹拌によって掻き取り
ブレードなどの特別な装置を設けることなく、容易にト
ナーの回収と入れ替えを可能にする。

【００３７】本発明におけるトナーの混合割合は、キャ
リアおよびトナーの合計量に対し、トナー２〜４０重量
％、好ましくは３〜３０重量％、より好ましくは４〜２
５重量％である。トナーの混合割合が２重量％未満であ
ると、トナー帯電量が高くなって十分な画像濃度が得ら
れなくなり、４０重量％を超えると十分な帯電量が得ら
れなくなるため、トナーが現像装置から飛散し画像形成
装置内を汚染したり、面像上にトナーカブリが生じる。

【００３８】また、現像剤の入れ替えを促進するため本
発明においては、磁気ロール２１の回転速度を現像ロー
ル２０の速度より速く、かつ、現像ロール２０の回転速
度の２倍未満に設定し、現像ロール２０上のトナーを回
収すると共に、適切なトナー濃度に設定された現像剤を
現像ロール２０に供給することで均一なトナー層を形成
することが可能になる。

【００３９】感光体３の感光材料としてａ−Ｓｉ感光体
を用いた場合、その表面の露光後電位は１０Ｖ以下の非
常に低い特徴を有しているが、その膜厚を薄くすると飽
和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧が低下す
る。その一方で、潜像形成した時における感光体３の表
面の電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向があ
る。この特性は、誘電率が約１０程度と高いａ−Ｓｉ感
光体では、膜厚を２５μｍ以下、さらに好ましくは２０
μｍ以下とした場合に特に顕著である。この場合、直流
の現像バイアスＤＣ３０ａは１５０Ｖ以下、さらに好ま
しくは１００Ｖ以下とし、交流成分としてＡＣ３０ｂを
Ｖ_ｐ−ｐ５００〜２０００Ｖ、周波数を１〜３ｋＨｚに
設定して現像することが可能である。

【００４０】画像形成装置に用いる感光体３としては、
従来から有機感光体（ＯＰＣ）が知られているが、この
ＯＰＣ感光体は感光層表面が軟らかく、クリーニングブ
レードの摺擦で感光層が削れやすいという問題があっ
た。そこで、ＯＰＣ感光体と比較して表面が硬質であ
り、耐久性や機能保持性（メンテナンスフリー）に優れ
ていることから、感光層の厚さが２５μｍ以上のアモル
ファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体が近年使用されてい
る。しかしながら、ａ−Ｓｉ感光体はグロー放電分解法
等を用いて製膜するため、このように感光層が厚いと製
造時間や製造コストがかかり、経済的に不利であるが、
前記したように膜厚を２５μｍ以下、さらに好ましくは
２０μｍ以下とすることで、こういった問題も解決でき
る。

【００４１】感光体３として正帯電の有機感光体（ＯＰ
Ｃ）を用いた場合は、残留電位を１００Ｖ以下にするた
め、感光層の膜厚を２５μｍ以上に設定し、電荷発生材
料の添加量を増やすことが特に重要である。特に単層構
造のＯＰＣは、感光層の中に電荷発生材を添加すること
から感光層の膜減りによっても感度変化が少なく、有利
である。この場合でも、現像バイアスＤＣ３０ａは５０
０Ｖ以下、さらに好ましくは４００Ｖ以下に設定するこ
とが、トナーに強い電界をかけることを防止する意味で
も好ましい。

【００４２】この様に現像バイアスを低く設定すること
は、薄膜のａ−Ｓｉ感光体の絶縁破壊を抑制すると共に
トナーの過剰帯電を防止し、現像の履歴現象の発生を抑
止するのに有効である。また、現像ロール２０上に１０
〜１００μｍ、好ましくは３０〜７０μｍのトナー層を
形成し、現像ロール２０と感光体３とのギャップを１５
０〜４００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍとし、
この空間を直流と交流電界によってトナーを感光体３上
に飛翔させることで、鮮明な画像を得ることができる。

【００４３】そして、穂切りブレード２４と磁気ロール
２０とのギャップを０．３から１．５ｍｍ、磁気ロール
２１と現像ロール２０間のギャップを同様に０．３から
１．５ｍｍ程度とし、現像ロール２０上のトナーの薄層
を、６から１００μｍ、好ましくは３０から７０μｍの
厚さとなるようにした。この厚さは、トナーの平均粒径
を７μｍとした場合、トナーの５層から１０層程度に相
当する値である。また、現像ロール２０と感光体３との
間のギャップを、１５０から４００μｍ、好ましくは２
００から３００μｍとした。このギャップが１５０μｍ
より狭いとカブリの要因になり、４００μｍより広いと
トナーを感光体３に飛翔させることが困難になって、十
分な画像濃度を得ることが出来ない。また、選択現像を
発生させる要因になる。

【００４４】このような本発明になる現像方法を、図１
に示したタンデム型画像形成装置による評価機における
現像装置を用い、プロセス速度８４ｍｍ／ｓｅｃ、１４
枚／分の速度で印刷を行って評価した。図３の３０は、
この場合の磁気ロール２１と現像ロール２０間の電位差
△のモデルを示し、図４の４０にこの場合の現像ロール
２０上のトナー重量を示した。現像ゴーストを抑制し、
高濃度の印刷を連続して行っても安定した濃度を維持す
るためには、現像ロール２０上に感光体上の潜像の現像
に用いるトナー薄層を形成するに際し、図４の４２のよ
うに、現像ロール２０の回転数１回目から１．Oｍｇ／
ｃｍ^２以上のトナーを確保する必要があるが、本発明で
は、１周目から１．Oｍｇ／ｃｍ^２以上のトナー重量を
確保でき、安定した印刷が可能になった。

【００４５】すなわち本発明になる現像方法を用いる
と、現像ロール２０の１回転目から必要なトナー量が得
られており、それに伴い、図５に示したような残像が発
生することも防止される。すなわち本発明の現像方法で
は、従来の現像方法のように現像タイミングまでに現像
ロールを空回ししたり、十分な現像間隔を確保する等の
ことをせずに済み、現像剤に対する負荷の増大やトナー
の帯電の劣化を生じる心配や、印字速度の低下などのこ
とを生じることがなく、選択現像による現像性の低下の
心配もない。これによって、カラー画像とモノクロ画像
が混在した印刷を行う場合でも、各色の現像量を一定に
保ち良好な現像性を維持することが可能になる。

【００４６】

【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、小型のタンデムカラー機であるにもかかわら
ず、ハイブリッド型の現像装置において現像ロールと磁
気ロールの電位差を制御することによって、現像ロール
上のトナー層を均一にすることが可能になる。また、各
色の現像外タイミングで電位差をなくすことなどを盛り
込むことで現像履歴を抑え、トナーの帯電を安定させ常
に鮮明な画像を得ることができる。これによってカラー
画像とモノクロ画像が混在した印刷を行う場合でも各色
の現像量を一定に保ち良好な現像性を維持することが可
能になる。

【００４７】すなわち本発明の請求項１に記載した発明
によれば、現像ロール上に感光体上の潜像の現像に用い
るトナー薄層を形成するに際し、１周目のトナー薄層形
成時における第１と第２の直流バイアス間の電位差を、
２周目以降のトナー薄層形成時における電位差より大き
く設定することにより、従来、第１と第２の直流バイア
ス間の電位差を１周目も２周目以降も同一とした場合に
生じていた２周日の現像に入った時に現像ロール上にお
けるトナー層のトナーの量が１周目と異なる現象、及び
高濃度の現像を行った後で、２周目以降におけるトナー
の絶対量が不足して画像濃度の低下を招く現象が防止で
き、現像に当たって現像ロールの１周目から必要な量の
トナー層が確保できると共に、高濃度の現像を行った後
でもトナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を招くこ
とがない。

【００４８】そのため、連続現像時の残像の発生を防ぐ
ことができ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供
給して、トナー量が異なったり画像濃度の低下を招くこ
となく、長期にわたって安定した画像品質を維持できる
現像装置における制御方法を提供でき、それによって画
像品質を安定させたタンデム画像形成装置を小型に、安
価に、構成することができる。

【００４９】そして請求項２に記載した本発明によれ
ば、この２周目以降より大きく設定した１周目の電位差
を、２周目以降の電位差より略５０Ｖを超えて大きく設
定した場合、現像ロール上のトナー量が増大してトナー
飛散の原因となり、また、５０Ｖ未満とした場合は顕著
な効果が見られないが、このように略５０Ｖ程度に設定
することによりこのような現象が防止でき、前記した現
像に当たって現像ロールの１周目から必要な量のトナー
層が確保できると共に、高濃度の現像を行った後でもト
ナーの絶対量が不足して画像濃度の低下を招くことがな
い。

【００５０】そして請求項３に記載した本発明によれ
ば、非画像形成期間に現像ロールと磁気ロールを回転さ
せたまま、第１と第２の直流バイアス間の電位差を等し
くした等電位状態を発生させると共に前記交流バイアス
のみを印加することで、現像残のトナーは掻き取りブレ
ードなどの特別な装置を設けたりトナーに負担をかけた
りすることなく、磁気ロール上の磁気ブラシが現像ロー
ル上のトナー層に接触して各ロールの周速差によるブラ
シ効果で回収することができ、かつ、ミキサーでの撹拌
による現像剤の入れ替えが可能になる。従って、残像の
原因となる現像残トナーを容易に回収し、カブリの発生
を回避しつつ残像の発生を抑制して、鮮明な画像を形成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる現像方法を実施するタンデム型
画像形成装置の一実施例の概略構成図である。

【図２】本発明になる現像方法を実施する現像装置の
断面図である。

【図３】本発明における現像方法を説明するための図
である。

【図４】本発明になる現像方法と従来の現像方法にお
ける現像ロールの回転回数によるトナー層形成状況を示
したグラフである。

【図５】残像（ゴースト）の発生を説明するための図
である。

【符号の説明】

３０本発明による電位の印加方法３１従来の電位の印加方法

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村俊紀三重県度会郡玉城町野篠字又兵衛704番地 19 京セラ株式会社三重工場玉城ブロック内 (72)発明者坂田昌一三重県度会郡玉城町野篠字又兵衛704番地 19 京セラ株式会社三重工場玉城ブロック内Ｆターム(参考） 2H027 DA04 DE07 DE09 EA05 EB04 EC06 EC14 ED09 EE02 EF08 EF10 2H073 AA02 AA03 AA10 BA04 BA09 BA13 BA22 BA45 CA03 CA14 CA22 2H077 AA37 AB02 AB03 AC02 AC04 AC12 AC16 AD02 AD06 AD13 AD18 AD32 AD35 AD36 AE06 AE10 BA07 BA08 DA10 DA24 DB08 DB14 EA03 EA16 GA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子写真法により潜像を形成する感光体
に対面配置し、第１の直流バイアスに交流バイアスを重
畳したバイアスによって前記感光体上に形成された潜像
を現像する現像ロールと、２成分現像剤で磁気ブラシを
形成し、第２の直流バイアスによって前記現像ロールに
トナー薄層を形成する磁気ロールとを配した現像装置を
有する画像形成装置における現像方法において、前記現像ロール上に感光体上の潜像の現像に用いるトナ
ー薄層を形成するに際し、１周目のトナー薄層形成時に
おける前記第１と第２の直流バイアス間の電位差を、２
周目以降のトナー薄層形成時における電位差より大きく
設定したことを特徴とする画像形成装置における現像方
法。
【請求項２】前記１周目における第１と第２の直流バ
イアス間の電位差と、２周目以降の電位差の差を４５〜
５５Ｖとしたことを特徴とする請求項１に記載した画像
形成装置における現像方法。
【請求項３】前記第１と第２の直流バイアス間の電位
差を、画像形成前後、及び画像形成と次の画像形成の間
や連続画像形成時における記録媒体間などの非画像形成
期間に、前記現像ロールと磁気ロールを回転させたまま
等しくした等電位状態を発生させると共に前記交流バイ
アスのみを印加し、前記現像ロール上のトナーを前記磁
気ブラシと交流バイアスで入れ替えることを特徴とする
請求項１または２に記載した画像形成装置における現像
方法。