JP2003021966A

JP2003021966A - 画像形成装置における現像方法

Info

Publication number: JP2003021966A
Application number: JP2001206332A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Sakata; 昌一坂田; Yoshio Ozawa; 義夫小沢
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: JP3993402B2

Abstract

(57)【要約】【課題】現像装置を複雑にすることなく連続現像時の
残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロー
ルに供給し、長期にわたって安定した画像品質が得られ
るようにした画像形成装置における現像方法を提供す
る。【解決手段】非画像形成期間に現像ロール２と磁気ロ
ール１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、交流バイアスのみを印加することで、現
像ロール上のトナー５を磁気ブラシ１０のみにより全て
回収するのではなく、交流バイアスにより現像ロール上
のトナーと磁気ブラシ中のトナーとの入れ替えを促進さ
せると同時に、入れ替え時におけるトナーの帯電量分布
の変化を殆ど無くし、現像装置を複雑にすることなく連
続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナー
を現像ロールに供給し、長期にわたって安定した画像品
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、電子写真方法を利
用した複写機、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）上の潜像に飛
翔させ、該潜像を現像する非接触現像方法に供されるべ
き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）上の潜像に飛翔させ、該潜像を現像する非接
触現像方法は、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法とし
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ドラム色重ね方法用としても検討さ
れてきた。この方法では、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】こういった技術に関する従来技術として
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３，９２９，０９８号公報には、磁気ロールに２成分
現像剤による磁気ブラシを形成し、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。

【０００４】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。

【０００５】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
印加してトナークラウドを形成することで強い電界を用
いずに現像を可能とし、現像されたトナーを乱さないよ
うにした、いわゆるパウダクラウド現像法が提案されて
いるが、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。

【０００６】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
の現像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４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４において、４０、４
１は矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像であり、４
２、４３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４０、４１に
続けてこのハーフトーン画像４２、４３を印字すると、
図４（ｂ）における４４のような残像（ゴースト）が生
じる。

【０００７】また連続印字時においては、現像ロール上
の非消費領域のトナーは入れ替わりが少ないため、現像
ロール表面に強固に付着し、それが画像欠陥やトナー帯
電量低下、トナー飛散といった問題を引き起こすことが
ある。

【０００８】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、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。

【０００９】また特開平６−６７５４６号公報には、ド
ナーロールと潜像担持体との間に電極を有し、この電極
に直流と交流からなるバイアスを印加してトナーを潜像
担持体に飛翔させ、現像を行うハイブリッド型現像装置
において、選択現像による画像濃度低下、画像劣化、現
像ゴースト、トナー飛散、スリーブ付着を防ぐことを目
的に、印字時、印字間に関係なく、ドナーロール（現像
ロール）と磁気ブラシロールとの間に磁気ブラシからド
ナーロールへトナーを飛翔させる電界と、ドナーロール
から磁気ロールへトナーを剥離させる電界を交互に印加
するようにした現像装置と、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現像装置とが提案されている。

【００１０】さらに特開平７−７２７３３号公報、特開
平７−９２８０４号公報には、ドナーロールと潜像担持
体との間に電極を有し、この電極に直流と交流からなる
バイアスを印加してトナーを潜像担持体に飛翔させ、現
像を行うハイブリッド型現像装置において、選択現像に
よる画像濃度低下、トナーを現像ロールに保持させたま
まで長時間放置することによる現像欠陥、画像劣化、現
像ゴースト、トナー飛散、スリーブ付着を防ぐことを目
的に、画像形成の完了時、ドナーロール（現像ロール）
から磁気ロールへトナーを剥離させるよう直流電圧を印
加して現像ロール上のトナーを回収し、また画像形成を
始める前に、磁気ロールの磁気ブラシからドナーロール
へトナーを飛翔させる直流電圧を印加して画像形成に備
えるようにして、上記問題を解消するようにした現像装
置が提案されている。

【００１１】また特開２０００−２５０９４公報、特開
２０００−２５０９５公報には、表面に電極を埋め込
み、この電極に直流と交流からなるバイアスを印加する
ことでトナーを潜像担持体に飛翔させて現像を行うと共
に、現像残トナーの磁気ロールへの回収と磁気ロールか
ら現像ロールへのトナー供給を行わせるようにしたドナ
ーロール（現像ロール）を有したハイブリッド型現像装
置において、選択現像による画像濃度低下、画像劣化、
現像ゴースト、トナー飛散、スリーブ付着を防ぐことを
目的に、印字時、印字間に関係なく、ドナーロール（現
像ロール）と磁気ブラシロールとの間に印加するバイア
スにおける交流のデューティ比、構成（パルス＋直流な
ど）を変えるようにした現像装置が示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
特開平１１−２３１６５２号公報、特開平７−１２８９
８３号公報に示された装置は、トナーの掻き取り装置や
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、特開平６−６７５４６号公報、特開
平７−７２７３３号公報、特開平７−７９２８０４号公
報に示された装置は、ドナーロールと潜像担持体（感光
体）との間に電極が設けられたパウダークラウド現像法
であり、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おそれがある。また、特開平７
−７２７３３号公報、特開平７−９２８０４号公報に示
された現像装置では、現像ロール上のトナー層は磁気ブ
ラシから一定の電圧を印加されて形成されるため、連続
印字時など繰り返し磁気ブラシからの電界や摩擦を受
け、現像ロール上のトナー帯電量は磁気ブラシ中（２成
分現像剤中）のトナーに比べて高くなってくる。そして
この現像装置では、直流電位差を用いて現像ロール上の
トナーの回収を行っているが、現像ロール上のトナーは
磁気ブラシ中のトナーと殆ど入れ替わることなく磁気ブ
ラシに掻き取られるため短時間でトナーを回収すること
ができるが、その反面、帯電量の異なる現像ロール上の
トナーと磁気ブラシ中のトナーが瞬時に混合されるた
め、２成分現像剤中のトナー帯電分布がブロードとな
り、逆チャージの帯電を持つトナーが生じるなどして、
磁気ブラシからのトナー飛散の悪化、画像欠陥等の不具
合を起こす。

【００１４】さらに特開２０００−２５０２９４公報、
特開２０００−２５０２９５公報に示された装置は、ド
ナーロール（現像ロール）表面に埋め込んだ電極でトナ
ークラウドを発生させて現像を行うタイプの現像装置で
あり、現像位置、及び磁気ロールからドナーロールにト
ナーを飛翔させる位置の２ヶ所に、電極にバイアスを印
加するためのブラシが設けられている複雑な構成であ
り、それだけ高価になる。

【００１５】本発明は上記の事情に鑑み、現像装置を複
雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実
に帯電されたトナーを現像ロールに供給し、長期にわた
って安定した画像品質が得られるようにした画像形成装
置における現像方法を提供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
請求項１に記載した発明は、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、画像形成前後、又は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
期間のいずれか一方、若しくは両者に、前記現像ロール
と磁気ロールを回転させたまま前記第１と第２の直流バ
イアス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。

【００１７】このように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表面電位を等しくした
等電位状態を発生させ、交流バイアスのみを印加するこ
とで、現像ロール上のトナーを磁気ブラシのみにより全
て回収するのではなく、交流バイアスにより現像ロール
上のトナーと磁気ブラシ中のトナーとの入れ替えを促進
させると同時に、入れ替え時におけるトナーの帯電量分
布の変化を殆ど無くすことが可能になり、現像装置を複
雑にすることなく連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実
に帯電されたトナーを現像ロールに供給し、長期にわた
って安定した画像品質を得られるようにした画像形成装
置における現像方法を提供することができる。

【００１８】そしてこの交流バイアスは、請求項２に記
載したように、前記現像ロールに印加する交流バイアス
を矩形波とし、正帯電トナーを使用する場合は正デュー
ティ比を、負帯電トナーを使用する場合は負デューティ
比を４５％よりも小さくすることによって、現像ロール
上のトナーの入れ替わりが良くなり、現像ロール上への
トナー付着、現像ゴースト、トナー飛散等の問題が解消
され、前記したように現像装置を複雑にすることなく連
続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナー
を現像ロールに供給し、長期にわたって安定した画像品
質が得られるようにした画像形成装置における現像方法
を提供することができる。

【００１９】そして前記非画像形成期間が記録媒体間の
場合、請求項３に記載したように、該記録媒体間の長さ
を前記現像ロールにおけるプロセス周長よりも長くする
よう制御することで、記録媒体間においても前記した現
像ロール上のトナーと磁気ブラシ中のトナーとの入れ替
えを促進させることができ、連続印刷時においても、長
期にわたって安定した画像品質が得られるようにした画
像形成装置における現像方法を提供することができる。

【００２０】そして現像ロール上のトナーと磁気ブラシ
中のトナーとの入れ替えを促進させるため、請求項４に
記載したように、前記磁気ロールの回転速度を現像ロー
ルの回転速度の少なくとも１．０倍を越える速度とし、
かつ両ロールを順方向に回転させ、該速度差で磁気ブラ
シを現像ロールに接触させて現像ロール上のトナーの入
れ替えを行うことで、トナー入れ替えの効果を確実にす
ることができる。

【００２１】

【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。

【００２２】図１は本発明になる画像形成装置における
現像方法を説明するための図であり、図２は、本発明に
用いる静電潜像担持体（感光体）のａ−Ｓｉの基本的な
層構成モデルを示したもの、図３は本発明になる画像形
成装置における現像方法で印加するバイアス電圧の適正
な現像領域を説明するための図、図４は残像（ゴース
ト）の発生を説明するための図である。

【００２３】図１において、１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４による磁気ブラシ
１０を発生させる磁気ロール、２は磁気ブラシ１０から
供給されたトナー５によるトナー薄層６を担持して静電
潜像担持体（感光体）３上の静電潜像を現像する現像ロ
ール、４は現像剤を構成するキャリア、５はトナー、６
は現像ロール２上のトナー薄層、７は静電潜像担持体
（感光体）３と現像ロール２との間に現像バイアスを印
加する現像バイアス電源で、７ａは第１の直流（ＤＣ）
バイアスＶ_ｄｃ１を供給する直流電源、７ｂは交流（Ａ
Ｃ）バイアスを供給する交流電源で、本発明において
は、正帯電トナーを使用する場合は正デューティ比を、
負帯電トナーを使用する場合は負デューティ比を、４５
％よりも小さくした矩形波を供給する電源とする。８は
磁気ロール１へ第２の直流（ＤＣ）バイアスＶ_ｄｃ２を
供給する直流電源、９は磁気ロール１上の磁気ブラシ１
０の厚さを規制する規制ブレードである。

【００２４】図２において、２０は静電潜像担持体（感
光体）３における基材、２１は阻止層、２２はａ−Ｓｉ
で構成した感光層、２３は表面保護層である。なお、以
下の説明において、ａ−Ｓｉ静電潜像担持体（感光体）
３の「厚さ」と表現した場合には、静電潜像担持体（感
光体）３における基材２０の表面から、基材と反対側の
静電潜像担持体（感光体）３の表面までの距離を意味す
る。したがって図２に示すように、静電潜像担持体（感
光体）３が阻止層２１と感光層２２、及び表面保護層２
３とから構成されている場合には、感光層の厚さは、そ
れぞれの層の厚さを合算した値となる。

【００２５】画像形成装置に用いる静電潜像担持体（感
光体）３としては、従来から正帯電の有機感光体（ＯＰ
Ｃ）が知られている。しかしながら、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によ
り感光層が削れやすいという問題がある。そこで、ＯＰ
Ｃ感光体と比較して表面が硬質であると共に耐久性や機
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。そこで本件出願人は、特開平７−１７５２
７６号公報において、感光層の厚さを２５μｍ未満に設
定したａ−Ｓｉ感光体について提案をしている。

【００２６】静電潜像担持体（感光体）３に感光材料と
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以下の非常に低いという特徴を有している
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、潜像形成した
時の静電潜像担持体（感光体）３における表面の電荷密
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２５μ
ｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の場合に特に顕
著である。従って、現像バイアス７ａＶ_ｄｃ１は１８０
Ｖ以下、好ましくは１００Ｖ以下、ＡＣ成分の７ｂとし
てＶ_ｐ−ｐ５００〜２０００Ｖ、周波数が１〜３ｋＨｚ
に設定し、現像することが可能である。

【００２７】しかし感光層２２の厚さが１０μｍ未満と
なると、静電潜像担持体（感光体）３の電位の調節が困
難となり、いわゆる黒点やカブリが発生しやすくなる。
また、感光層２２の厚さが１０μｍ未満となると、飽和
帯電電位が低下し、必要な帯電電位を確保できない傾向
がある。一方、感光層２２の厚さが２５μｍを超える
と、低電位現像が困難となり、オゾンが発生しやすくな
ったり、あるいは、感光層の製造時間が長くなるなどし
て経済的に不利になりやすい。さらには、感光層２２に
おける電荷発生層で発生した正孔が感光層の表面まで移
動する時間が長くなるため、静電潜像担持体（感光体）
３の電位の調節が困難となり、いわゆるかぶりが発生し
たり、画像濃度が低下しやすいなどの問題が生じやす
い。よって、静電潜像担持体（感光体）３の電位の調節
や、経済性等とのバランスがより優れている観点から、
静電潜像担持体（感光体）３における感光層２２の厚さ
を、１１〜２５μｍの範囲の値とするのがより好まし
く、１２〜１８μｍの範囲内の値とするのがさらに好ま
しい。

【００２８】また、より好ましい感光層の態様として、
この感光層を感光層２２と表面保護層２３とから構成し
た場合、表面保護層２３の厚さを０．３μｍ以上、５μ
ｍ以下の値とするのが好ましい。すなわち表面保護層２
３の厚さが０．３μｍ未満となると、感光層２２の飽和
帯電電位、耐磨耗性、耐環境性等の特性が低下する傾向
があるためで、一方、表面保護層２３の厚さが５μｍを
超えると、画質劣化の要因になり、また製造時間が長く
なり経済的に不利となる。したがって、感光層２２の飽
和帯電電位と製造時間等とのバランスがより良好な観点
から、表面保護層２３の厚さを０．３〜３μｍの範囲内
の値とするのがより好ましい。

【００２９】感光層２２を構成する材料は、アモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）であれば特に制限されるもので
はなく、好ましい材料として、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、
ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮ等の無機材料を例示すること
できる。また、表面保護層２３としては、ａ−ＳｉＣが
特に高抵抗であり、より優れた飽和帯電電位、耐磨耗
性、耐環境性が得られることより、本実施形態における
感光層材料として好適である。また、ａ−ＳｉＣのう
ち、ＳｉとＣ（炭素）との比率が特定のものを使用する
のが好ましく、このようなａ−ＳｉＣとしては、ａ−Ｓ
ｉ_{（１−Ｘ）}Ｃ_ｘ（０．３≦Ｘ＜１．０）があげられ、
さらに好ましくは、ａ−Ｓｉ_{（１−Ｘ）}Ｃ_ｘ（０．５≦
Ｘ≦０．９５）である。この理由は、このようなａ−Ｓ
ｉＣは１０^１ ^２〜１０^１３Ωｃｍという特に高い抵抗を
有しており、優れた飽和帯電電位、耐摩耗性、耐環境性
（耐湿性）が得られるためである。

【００３０】規制ブレード９と磁気ロール１とのギャッ
プは０．３〜１．５ｍｍ、磁気ロール１と現像ロール２
間のギャップは同様に０．３〜１．５ｍｍ程度である。
現像ロール上のトナー薄層６は、１０〜１００μｍ、好
ましくは３０〜７０μｍの厚さに設定される。この厚さ
は、トナーの平均粒度を７μｍとした場合にトナー層４
から１０層程度である。また、現像ロール２と静電潜像
担持体（感光体）３との間のギャップは、１５０〜４０
０μｍ、好ましくは２００〜３００μｍである。１５０
μｍ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に飛翔させることが困難になり、充
分な画像濃度を得ることができない。また、選択現像を
発生させる要因になる。

【００３１】静電潜像担持体（感光体）３における表面
電位（帯電電位）は、２００〜５００Ｖの範囲の値とす
ることが好ましい。静電潜像担持体（感光体）３におけ
る表面電位が２００Ｖ未満となると、現像が不十分とな
りやすく、一方、５００Ｖを超えると、感光層２２の飽
和帯電電位（飽和帯電電流）を超えたり、あるいはオゾ
ンが発生しやすくなるおそれがある。特に、感光層２２
の厚さを減少させた場合には、それに対応して感光層２
２の飽和耐電電位が低下する傾向にある。従って、感光
層２２の長寿命化を図り、よりオゾンの発生を防止でき
る観点から、感光層２２における表面電位を５００Ｖ以
下の値とすることが好ましい。従って、現像性と、感光
層の飽和耐電電位等のバランスがよい観点から、表面電
位の値を２００〜４５０Ｖの範囲の値とすることがより
好ましく、さらに好ましくは、表面電位の値を２５０〜
３５０Ｖの範囲内の値とすることである。

【００３２】現像ロール２と静電潜像担持体（感光体）
３との間のバイアスは、バイアス電源７ａ、７ｂで決定
されるが、現像ロール２上のトナーを効率よく入れ替え
るためには、直流バイアス７ａＶ_ｄｃ１の電位は１８０
Ｖ以下であることが好ましい。１８０Ｖより大きい電界
を印加すると、現像ロール２にトナーが付着する静電気
力が増大し、磁気ブラシでの回収が困難になる。また、
交番電界を用いることにより、静電潜像担持体（感光
体）３への現像が正確にでき、現像ロール２上のトナー
の入れ替えが容易になるなどのメリットがある。

【００３３】図３は、本発明の現像装置における現像残
像（ゴースト）やカブリが生じない良好な現像ロール２
の直流バイアス電位７ａＶ_ｄｃ１と磁気ロール１の直流
バイアス電位８Ｖ_ｄｃ２の範囲を示したものである。横
軸は電位差｜Ｖ_ｄｃ２−Ｖ_ｄ _ｃ１｜を表し、縦軸は現像
ロール２のバイアス電位Ｖ_ｄｃ１を表す。そして、図３
からわかるように、バイアス電位Ｖ_ｄｃ１が１８０Ｖよ
りも高い場合と、電位差｜Ｖ_ｄｃ２−Ｖ_ｄｃ１｜が１０
０Ｖ未満の場合に残像（ゴースト）が発生する。またこ
の電位差が、３５０Ｖ以上になると、今度はトナーが飛
散してカブリが発生する。そのため現像ロール２の直流
バイアス電位７ａＶ_ｄｃ１としては１８０Ｖ以下で、且
つ、磁気ロール１の直流バイアス電位８Ｖ_ｄｃ２と現像
ロール２の直流バイアス電位７ａＶ_ｄｃ１との電位差｜
Ｖ_ｄｃ２−Ｖ_ｄｃ１｜が、１００Ｖから３５０Ｖの範囲
であれば高品質の画質が得られることがわかる。そし
て、現像ロール２に印加する交流（ＡＣ）バイアス電源
７ｂの電圧は、そのピーク間電圧Ｖ_ｐ−ｐが５００〜２
０００Ｖ、周波数が２〜４ｋＨｚの範囲で、正帯電トナ
ーを使用する場合は正デューティ比を、負帯電トナーを
使用する場合は負デューティ比を、４５％よりも小さく
した矩形波を発生するように設定するとよい。この様に
現像バイアスを低く設定することは、静電潜像担持体
（感光体）３のａ−Ｓｉ薄膜の絶縁破壊を抑制するとと
もに、トナー５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。

【００３４】２成分現像剤は、磁気ロール１上にトナー
５とキャリア４からなる磁気ブラシ１０を形成し、トナ
ー５は撹拌によって帯電する。このキャリア４は、フェ
ライト表面を高分子量のポリエチレンの表面重合体で覆
うと共に抵抗調整剤で処理し、トナー付着やコート剥が
れなどの問題に対して強靭な表面性能を有するようにし
て、現像器の機械的寿命が尽きるまで被覆剤が剥がれな
いようにしたものを用いる。一般的に表面被覆キャリア
の場合、表面のコート剤が２０％以上剥がれるとトナー
への帯電性能が変化し、本発明の現像方法の場合、帯電
不良トナーの飛散による画像汚染の発生や現像性の低下
が見られ、いわゆる選択現像などが発生する。そのた
め、キャリアの耐久安定性を確保することが重要で、上
記したように、現像器寿命まで被覆剤の剥がれのない重
合法のフェライト表面の高分子ポリエチレン被覆によっ
て、表面の抵抗を調整したキャリアを用いる。

【００３５】このように構成した本発明になる画像形成
装置の現像装置において、磁気ロール１には、図示して
いない現像剤容器からトナー５、キャリア４で構成され
た２成分現像剤が供給され、これら現像剤は、撹拌によ
ってトナー５を正帯電すると共に磁気ブラシ１０を形成
し、規制ブレード９で層厚規制がなされる。そしてこの
帯電されたトナー５は、磁気ロール１と現像ロール２間
の電位差｜Ｖ_ｄｃ２−Ｖ_ｄｃ１｜で現像ロール２側に移
って現像ロール２上にトナーのみの薄層６を形成し、さ
らにこのトナー薄層６は、静電潜像担持体（感光体）３
との間に印加された直流（ＤＣ）バイアス７ａ
Ｖ_ｄｃ１、矩形波を発生する交流（ＡＣ）バイアス７ｂ
の重畳されたバイアスにより、静電潜像担持体（感光
体）３上に形成された静電潜像に飛翔し、現像が行われ
る。

【００３６】そして本発明においては、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、現像ロール２
と磁気ロール１とを回転させたまま両者間の直流電位差
を無くした等電位状態を発生させると共に矩形波で構成
される交流電界を形成し、磁気ロール１上の磁気ブラシ
１０を現像ロール２上のトナー層６に接触させて、現像
後に現像ロール２上に残ったトナー薄層６を磁気ブラシ
１０と交流バイアスで入れ替える。そのため、回収され
たトナーの帯電分布をブロードにしたり、殆ど変化させ
ることなく、各ロールの周速差によるブラシ効果のみ
で、掻き取りプ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が可能になる。

【００３７】なお、非画像形成期間は、上記以外に現像
ロールが現像を行わない機械の立ち上げ時なども含み、
さらにこの非画像形成期間の検出は、例えば画像を静電
潜像担持体（感光体）３に露光する露光器に送られる印
刷画像データに基づいて検出したり、また、記録媒体を
収容する給紙カセットにおける記録媒体の先端や後端に
より検出するようにすればよい。また本発明において
は、連続画像形成時における記録媒体間などの非画像形
成期間に現像ロール２上のトナー全てを入れ替えるた
め、記録媒体間の長さを前記現像ロール２におけるプロ
セス周長よりも長くするよう制御する。さらに本発明に
おいては、このトナーの入れ替えを容易にするため、前
記磁気ロール１の回転速度を現像ロール２の回転速度の
少なくとも１．０倍を越える速度とした。

【００３８】このようにして現像ロール２上のトナーの
回収と入れ替えを行うわけであるが、この入れ替えが充
分に行われないと、図４（ｂ）のように、先に現像され
たベタ画像４１に対応する部分が次の静電潜像担持体の
現像時に充分な現像を行うことができず、ハーフ画像４
３上にゴースト（残像）４４が発生する。すなわちこの
図４に示したように、矩形の黒ベタで構成されたソリッ
ド画像４０、４１と、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４２、４３を連続して現像するよ
うに配置すると、トナーの回収と入れ替えが充分に行わ
れない場合、図４（ｂ）のように、先に現像されたベタ
画像に対する部分に残像４４が残るわけである。

【００３９】このように構成した本発明の画像形成装置
において、表１に示したように、記録媒体と記録媒体の
間（紙間）の非画像形成期間に、現像ロール２の表面電
位（すなわち直流バイアス７ａＶ_ｄｃ１と交流（ＡＣ）
電源７ｂ）と磁気ロール１の表面電位（すなわち直流バ
イアス８Ｖ_ｄｃ２）とをいろいろ変化させ、１２枚機の
試作機で画像を確認して評価した。この評価は、図４に
示したような矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像４
０、４１と、このソリッド画像より広いハーフトーン画
像４２、４３を連続して現像するように配置した画像パ
ターンで画像形成し、その際の濃度、黒ベタのソリッド
画像の残像４４が現れるか否か、そしてカブリの状態な
どをチェックし、これを表２にまとめた。さらに白紙パ
ターンを印刷し、現像ロール２へのトナー付着の発生状
況をチェックして表３にまとめた。なお、１２枚機の試
作機における現像ロール２は直径１６ｍｍであり、周長
は５０．２４ｍｍになる。そして非画像形成期間たる記
録媒体と記録媒体の間（紙間）は５１ｍｍであり、その
ためこの紙間に現像ロール１周分のトナーの入れ替えが
できることになる。

【００４０】この評価における条件は、静電潜像担持体
（感光体）３として層厚１４μｍのａ−Ｓｉを用いて表
面電位を２５０Ｖとし、現像ロール２における直流バイ
アス７ａＶ_ｄｃ１を５０Ｖ、交流（ＡＣ）バイアス７ｂ
のピーク間電圧Ｖ_ｐ−ｐを１．３ｋＶで周波数３．０ｋ
Ｈｚ、デューティ比５０％とした。また磁気ロール１へ
の直流バイアス８Ｖ_ｄｃ２を２００Ｖとし、磁気ロール
１と現像ロール２間の周速差を２倍とし、磁気ロール１
の回転速度を速くした。そして実施例１〜３として、記
録媒体と記録媒体の間（紙間）の非画像形成期間に、現
像ロール２の表面電位（すなわち直流バイアス７ａＶ
_ｄｃ１）と磁気ロール１の表面電位（すなわち直流バイ
アス８Ｖ_ｄｃ２）とをいずれも０Ｖとした等電位状態を
発生させると共に、ピーク間電圧Ｖ_ｐ−ｐを１．３ｋＶ
でデューティ比を４０、４５、５０％の３段階に変化さ
せた矩形波で構成した交流電界を印加した。また比較例
として、交流を印加しないで現像ロール２の表面電位
（すなわち直流バイアス７ａＶ _ｄｃ１）を５０Ｖとした
場合（比較例１）と、２００Ｖとした場合（比較例２）
を実施した。

【００４１】

【表１】

【００４２】そして、表２に示した濃度、残像、カブリ
の評価においては、初期状態と、１００枚、１０００枚
と印刷した三段階における濃度、残像、及びかぶりの発
生を確認した。この表２において、濃度の欄の「○」印
は、形成された画像にかすれが認められないことを示
し、「△」印は、かすれがわずかに認められた場合を示
している。さらに残像とカブリの欄における「○」、
「△」、「×」印は、図４に示す画像パターンを印字
し、（ａ）のようにハーフ画像上に残像やカブリがまっ
たく見えない場合は○を、（ｂ）のようにハーフ画像上
に残像やカブリがわずかに認められた場合に△を、また
はっきり認められた場合に×を付した。

【００４３】

【表２】

【００４４】この表２からわかるように、比較例１のよ
うに紙間で直流バイアスのみを印加して交流電界を切っ
た状態では、次第に残像が増大し蓄積される。また、積
極的に直流バイアスを印加した比較例２では、残像は抑
制できるがトナーの帯電が変化し、カブリの発生が見ら
れる。一方、直流電界を無くすかまたは極力小さくし、
交流電圧を現像ロールに印加した実施例１〜３では、交
流電界により現像ロール上のトナーの入れ替わりが効率
よく行われるため、１０００枚印字した時点でも画像濃
度、残像、カブリ共に良好であった。

【００４５】そして白紙パターンを印刷し、現像ロール
２へのトナー付着の発生状況を調べた表３においては、
初期状態と、１００枚、１０００枚、１００００枚と印
刷した四段階における現像ロール２へのトナーの付着状
況をチェックした。この表３において、「○」印は現像
ロール２へのトナー付着が全く見られない状態を示し、
「△」印はうっすらとトナーが付着した状態、「×」印
は現像ロール２全面にトナーが付着し、トナー飛散によ
り現像ロール下部の汚染、現像器からのトナー落ち等が
発生した状態を示す。

【００４６】

【表３】

【００４７】この表３からわかるように、比較例１では
１００枚耐刷した時点で既に現像ロール上に薄っすらと
トナーが付着し、１０００枚印字後には現像ロール上全
面にトナー付着が見られた。これは、現像ロール上のト
ナーの入れ替わりがほとんど無かったためと考えられ
る。付着したトナーは現像には関与せず、常に現像ロー
ル上に居続けるため、新たにその上に載るトナーの帯電
量を下げ、トナー飛散の原因となる。また、トナー帯電
量の低下により、付着部分の濃度が濃く出てしまう。ま
た、付着トナーの電気抵抗のため、現像ロール上の現像
に関与するトナー層厚が薄くなるため現像ゴースト（残
像）が顕著に現れてしまう。１００００枚印字後には、
トナー飛散により現像ロール下部の汚染、現像器からの
トナー落ちが顕著に発生した。

【００４８】比較例２では、１００枚、１０００枚印字
後には全く付着が見られなかったが、３０００枚印字し
た時点で現像ロール全面に付着が見られた。２成分現像
剤中のトナー帯電量を測定すると、初期では１６μＣ／
ｇであった帯電量が３０００枚印字後では５μＣ／ｇま
で低下しており、現像ロール上のトナー層厚も、初期に
は１．４〜１．６ｍｇ／ｃｍ^２であった層厚が３０００
枚印字後では２．５〜２．８ｍｇ／ｃｍ^２に増加してい
た。また、２成分現像剤中のトナー帯電分布を測定した
ところ、初期では２．２±０．５ｆＣ／μｍに９０％の
頻度となっていたのに対し、３０００枚印字後では０．
７±０．５ｆＣ／μｍに５０％の頻度とかなりブロード
になっていた。これは前述したように、比較的高い直流
バイアスで現像ロールから磁気ロール側にトナーを回収
したことにより、現像ロール上の高い帯電量のトナーと
比較的低い帯電量の２成分現像剤中のトナーとが急に混
合されたために起こったものと考えられる。

【００４９】一方実施例１〜３では、初期から１０００
枚印字時まで全くトナー付着が見られなかった。３００
０枚印字時から様子は変わり、実施例１より実施例２の
方が、また実施例２より実施例３の方が、トナー付着の
点で良い結果となった。この結果から、現像ロール２に
印加する矩形波で構成した交流電圧のデューティ比を、
４５％以下（正帯電のトナーを使用しているため、正の
デューティ比）に下げていくことで、現像ロール２上の
トナーの入れ替わりが良くなり、現像ロール２へのトナ
ー付着が軽減されたことがわかる。

【００５０】このように、印刷前後や印刷間において、
磁気ロール１と現像ロール２が回転している状態で、現
像ロール２と磁気ロール１との間の直流電位差を無く
し、１．３ｋＶ、デューティ比５０％の交流電圧を現像
ロール２に印加することにより、現像ロール２上のトナ
ーの入れ替わりが良くなり、特に、表１の実施例３から
もわかるように、デューティ比を４５％より小さくする
ことが好ましいことがわかる。これによって現像ロール
２上へのトナー付着、現像ゴースト、トナー飛散等の問
題が解消された。

【００５１】なお、上記した実施形態の説明では、現像
ロール２と磁気ロール１の等電位とする電位を０Ｖとし
て説明してきたが、これは両表面電位が互いに等しけれ
ばよいから例えばそれぞれを５０Ｖとしてもよい。また
この等電位状態は、現像ロール２と磁気ロール１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。

【００５２】

【発明の効果】以上種々述べてきたように請求項１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表面電位を等しくした等電
位状態を発生させ、交流バイアスのみを印加すること
で、現像ロール上のトナーを磁気ブラシのみにより全て
回収するのではなく、交流バイアスにより現像ロール上
のトナーと磁気ブラシ中のトナーとの入れ替えを促進さ
せると同時に、入れ替え時におけるトナーの帯電量分布
の変化を殆ど無くすことが可能になり、現像装置を複雑
にすることなく連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に
帯電されたトナーを現像ロールに供給し、長期にわたっ
て安定した画像品質が得られるようにした画像形成装置
における現像方法を提供することができる。

【００５３】そして請求項２に記載した本発明によれ
ば、現像ロールに印加する交流バイアスを矩形波とし、
正帯電トナーを使用する場合は正デューティ比を、負帯
電トナーを使用する場合は負デューティ比を４５％以下
にすることによって、現像ロール上のトナーの入れ替わ
りが良くなり、現像ロール２上へのトナー付着、現像ゴ
ースト、トナー飛散等の問題が解消され、前記したよう
に現像装置を複雑にすることなく連続現像時の残像の発
生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ロールに供給
し、長期にわたって安定した画像品質が得られるように
した画像形成装置における現像方法を提供することがで
きる。

【００５４】そして請求項３に記載した本発明によれ
ば、記録媒体間の長さを前記現像ロールにおけるプロセ
ス周長よりも広くするよう制御することで、記録媒体間
においても前記した現像ロール上のトナーと磁気ブラシ
中のトナーとの入れ替えを促進させることができ、連続
印刷時においても、長期にわたって安定した画像品質が
得られるようにした画像形成装置における現像方法を提
供することができる。

【００５５】そして請求項４に記載した本発明によれ
ば、磁気ロールの回転速度を現像ロールの回転速度の少
なくとも１．０倍を越える速度とし、該速度差で磁気ブ
ラシを現像ロールに接触させて現像ロール上のトナーの
入れ替えを行うことで、トナー入れ替えの効果を確実に
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる画像形成装置における現像方法
を説明するための図である。

【図２】本発明に用いる静電潜像担持体（感光体）の
ａ−Ｓｉの基本的な層構成モデルを示したものである。

【図３】本発明になる画像形成装置における現像方法
で印加するバイアス電圧の適正な現像領域を説明するた
めの図である。

【図４】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】

１磁気ロール２現像ロール３静電潜像担持体（感光体）４キャリア５トナー６トナー薄層７ａ直流（ＤＣ）バイアス電源７ｂ交流（ＡＣ）バイアス電源８直流（ＤＣ）バイアス電源９規制ブレード１０磁気ブラシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小沢義夫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 EC06 ED09 EE02 EE03 EF08 EF10 EF12 2H073 AA02 AA03 AA10 BA02 BA04 BA06 BA09 BA13 BA22 BA45 CA03 CA14 CA22 2H077 AA37 AC04 AC12 AC16 AD02 AD06 AD13 AD18 AD31 AD35 AD36 AE06 AE10 BA07 CA11 DA24 DB08 DB14 DB18 EA03 EA16

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、画像形成前後、又は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の
いずれか一方、若しくは両者に、前記現像ロールと磁気
ロールを回転させたまま前記第１と第２の直流バイアス
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
る画像形成装置における現像方法。
【請求項２】前記現像ロールに印加する交流バイアス
を矩形波とし、正帯電トナーを使用する場合は正デュー
ティ比を、負帯電トナーを使用する場合は負デューティ
比を４５％よりも小さくする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】前記非画像形成期間が記録媒体間の場
合、該記録媒体間の長さを前記現像ロールにおけるプロ
セス周長よりも長くするように制御することを特徴とす
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４】前記磁気ロールの回転速度を現像ロール
の回転速度の少なくとも１．０倍を越える速度とし、か
つ両ロールを順方向に回転させ、該速度差で磁気ブラシ
を現像ロールに接触させて現像ロール上のトナーの入れ
替えを行う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。