JP2003107898A

JP2003107898A - 画像形成装置

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Publication number: JP2003107898A
Application number: JP2001319925A
Authority: JP
Inventors: Toshinori Nishimura; 俊紀西村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-10-17
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-10-17
Also published as: JP3599187B2

Abstract

(57)【要約】【課題】二成分現像剤を使用する非接触現像方式の画
像形成装置、特にカブリの発生を回避しつつ、残像（ゴ
ースト）の発生を抑制して、鮮明な画像を形成すること
ができる画像形成装置の提供。【解決手段】磁気ロール１の絶縁若しくは高抵抗のト
ナーとキャリアによる磁気ブラシを介して非磁性スリー
ブからなり、現像バイアスが印加されている現像ロール
２表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電
潜像を現像して画像を形成する画像形成装置において、
前記磁気ロール１側に形成される軸方向の磁気ブラシ形
成領域Ｈ_３より、前記現像ロール２表面に形成される軸
方向のトナー薄層形成領域Ｈ_１を小さく形成したことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を利
用した複写機、プリンタ、ファクシミリ又はこれらの複
合機等の画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアを用
いて非磁性トナーを帯電させるニ成分現像剤を使用し、
帯電したトナーのみを現像ロール上に保持し、トナーを
飛翔させることにより静電潜像を現像する非接触現像方
式の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の画像形成装置は、特
開平６−６７５４６号公報、特開平７−９２８０４号公
報等ですでに公知である。そして、これらの従来技術
は、図１２（ｂ）に示すような残像（ゴースト）として
現れる画像、いわゆる履歴現象が発生しやすいという不
具合があり、その解決を課題としている。

【０００３】すなわち、履歴現象とは、図１２（ａ）に
示すように、矩形のソリッドパタン１３の画像を形成し
てプリントした後に、このソリッドパタン１３よりも広
いハーフトーンパタン１７を画像形成してプリントした
場合に、図１２（ｂ）に示すように、ハーフトーンパタ
ン１７の領域中にソリッドパタン１３の残像１４Ａが現
れることをいう。

【０００４】これらの従来技術は非画像形成時に、画像
形成時とは逆の電位差を現像ロール及び磁気ロール間に
印加して、現像ロール上の残留トナーを磁気ロール側に
回収して、この履歴現象の発生を防止している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現像ロール上の残留ト
ナーを磁気ロール側に回収するには、両ロール間に電位
差を印加することは有効なことであり、電位差を大きく
すれば、残留トナーの回収が容易になることも事実であ
る。しかしながら、現像ロール上にトナー粒径から比べ
て幾層ものトナー層を磁気ロールに回収するには現像ロ
ールを回転させることは必要であり、その残留トナーを
磁気ロールが形成する磁気ブラシのキャリアに付着させ
て回収するものであり、結局両ロールの回転によって残
留トナーを回収することになる。

【０００６】そうであるなら、磁気ロールの周速度を現
像ロールの周速度よりも速くすれば、磁気ブラシが現像
ロールに接触する機会を増加させることができる上、現
像ロール上の残存トナーに働く、磁気ブラシによる剪断
応力が高まり、現像ロール上の残存トナーによる現像ロ
ールへの圧接力を弱めることができる。その結果、現像
ロールと磁気ロール間に電位差を印加しなくても、等電
位において、高磁性キャリアにより効果的に残存トナー
を回収することができる。発明者はこの事実に着目し
た。

【０００７】しかしながら、図１１（ｂ）に示すよう
に、現像ロール３２の高さ方向のトナー層形成幅Ｈ_１と
磁気ロール３１の磁気ブラシ形成域高さ方向の幅Ｈ_１と
を同じ長さに形成し、現像器ケース１２ａ，１２ｂの同
じ位置に配置して、（ａ）に示す記録紙１６に画像形成
を行うと、記録紙１６の両縁１４Ｂ、１４Ｃのごとく残
像が形成された。

【０００８】これは、図１０（ａ）に示すように、現像
ロール２と磁気ロール１とが同じ寸法で同じ高さで配置
された場合は、キャリア２４Ａ_１によりトナー１５ａが
回収され、キャリア２４Ａ_２によりトナー１５ｂが回収
され、キャリア２４Ａ_３によりトナー１５ｃが回収され
るが、図１０（ｂ）に示すように、現像ロール２が磁気
ロール１より高さ方向の幅が高い場合は、キャリア２４
Ｂによりトナー１５ｃは回収されるが、トナー１５ｂ及
びトナー１５ａはキャリア２４Ｂより高い位置にはキャ
リアによる磁気ブラシが形成されないので回収されるこ
とがないためと理解される。

【０００９】よって、図９に示すように、磁気ロール１
の磁気ブラシが形成されるスリーブ軸方向幅Ｈ_３が、現
像ロールのトナー薄層が形成される軸方向幅Ｈ_１より相
対的に長く形成することによって現像残トナー１５ａ，
１５ｂ，１５ｃは磁気ブラシのキャリア２４Ｃ_２，２４
Ｃ_３，２４Ｃ_４によって回収される。

【００１０】しかしながら、画像形成時には、現像ロー
ル２と磁気ロール１間に形成される電位差によって前記
現像ロール２の側面２ａ上に磁気ブラシのキャリア２４
Ｃ_１のトナー１５ｄ，１５ｅ，１５ｆが飛翔し捕捉され
る。非画像形成時に磁気ブラシによって現像残トナー１
５ａ，１５ｂ，１５ｃは回収されるが、トナー１５ｄ，
１５ｅ，１５ｆは磁気ブラシに接触することはなく、回
収されずに残り飛散することにより機内を汚染すること
となる。

【００１１】本発明は、上記の問題を解決すべ<なされ
たものであり、二成分現像剤を使用する非接触現像方式
の画像形成装置、特にカブリの発生を回避しつつ、残像
（ゴースト）の発生を抑制して、鮮明な画像を形成する
ことができる画像形成装置の提供を目的とする。

【００１２】また、本発明の他の目的は、現像ロールの
側面に磁気ロールからのトナーの付着を防止することが
できる画像形成装置を提供することでる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的の達成を図る
ため、本発明は、磁気ロールの絶縁若しくは高抵抗のト
ナーとキャリアによる磁気ブラシを介して非磁性スリー
ブからなり、現像バイアスが印加されている現像ロール
表面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜
像を現像して画像を形成する画像形成装置において、前
記磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領
域より、前記現像ロール表面に形成される軸方向のトナ
ー薄層形成領域を小さく形成したことを特徴とする。

【００１４】かかる発明によると、磁気ロール側に形成
される軸方向の磁気ブラシ形成領域より、現像ロール表
面に形成される軸方向のトナー薄層形成領域を小さく形
成しているので、感光体上に形成される静電潜像域を十
分カバーするトナー薄層域を、対応する現像ロール表面
に形成することができる。一方、現像ロール表面に形成
される軸方向のトナー薄層形成領域より、磁気ロール側
に形成される軸方向の磁気ブラシ形成領域を小さく形成
した場合は、現像ロール両端側においては、画像形成時
に、磁気ブラシが乱れ均一なトナー薄層を形成すること
ができない。

【００１５】また、非画像形成時に、感光体上に形成さ
れる静電潜像域の全てに対応する現像ロール上のトナー
薄層域には磁気ロールの磁気ブラシが摺擦することがな
く、よって、磁気ブラシによって摺擦されない部分は、
現像ロール上の残存トナーに回収されずに残ることとな
り、画像形成時に残像現象が発生することになる。

【００１６】かかる発明は、磁気ロール側に形成される
軸方向の磁気ブラシ形成領域を現像ロール表面に形成さ
れる軸方向のトナー薄層形成領域より大きく形成してい
るので、感光体上に形成される静電潜像域を充分カバー
するトナー薄層域を現像ロール側に得ることができ、画
像形成時に感光体上に形成される静電潜像域の幅方向外
側にトナー供給が不十分となることがなく、十分な画像
形成を行うことができるとともに、現像ロール上の残存
トナーの回収が不十分となり、残像現象が発生すること
がない。

【００１７】そして、前記トナー薄層形成領域の両端
に、絶縁若しくはトナー抵抗より高い高抵抗領域の非ト
ナー薄層形成領域を形成することが望ましい。

【００１８】かかる技術手段によると、前記トナー薄層
形成領域の両端に、絶縁若しくはトナー抵抗より高い高
抵抗領域の非トナー薄層形成領域を形成しているので、
該両端にトナーが付着することがなく、該付着トナーが
回収されずに機内を汚染したり、感光体に付着して画像
形成に影響することを防止し、良好な画像を形成するこ
とができる。

【００１９】また、画像形成時には、前記現像ロールと
磁気ロール間に形成される電位差によって前記現像ロー
ル上に形成され、非画像形成時には、前記現像ロール上
の残存トナーは、前記電位差が零の状態において前記現
像ロールより速い周速差を有する前記磁気ロールの磁気
ブラシによって回収されるように構成することが望まし
い。

【００２０】かかる技術手段によると、非画像形成時
に、前記現像ロール上の残存トナーは、前記現像ロール
と磁気ロール間に形成される電位差が零の状態において
現像ロールより速い周速差を有する前記磁気ロールの磁
気ブラシによって回収している。磁気ロールの周速度を
現像ロールの周速度よりも速くすることによって、磁気
ブラシが現像ロールに接触する機会を増加させることが
できるとともに、磁気ブラシによる剪断応力が高まっ
て、現像ロール上の残存トナーに働くことにより、現像
ロール上の残存トナーによる現像ロールへの圧接力を弱
め、現像ロールと磁気ロール間に電位差を印加しなくて
も、等電位において、高磁性キャリアにより効果的に残
存トナーを回収することができる。

【００２１】また、前記感光体と現像ロール間の間隔を
１５０〜４００μｍに設定するとともに、画像形成時に
前記磁気ロールから前記現像ロール上に、トナー平均粒
径の５〜１０倍の厚さとしたトナー薄層を形成すること
も本発明の有効な手段である。

【００２２】かかる技術手段によると、前記感光体と現
像ロール間の間隔を１５０〜４００μｍに設定している
が、この間隔が１５０μｍより狭いとカブリが発生し易
くなり、４００μｍよりも広いとトナーを感光体に飛翔
させることが困難となって、十分な画像濃度を得ること
ができない。

【００２３】また、画像形成時における現像ロール上の
トナー薄層の厚さをトナー平均粒径の５〜１０倍に設定
しているが、トナーの平均粒径を７μｍとすると、３５
〜７０μｍとなり、トナー薄層の厚さが７０μｍを超え
ると、トナーを感光体に供給することが困難となって現
像時に濃度差が生じ、また、トナー回収時に現像残トナ
ーを回収しきれずに残像現象が生じることなる。

【００２４】また、キャリアの平均粒径をトナー平均粒
径の３〜９倍に設定することが望ましい。キャリアの平
均粒径がトナーの平均粒径の３倍より小さいと、トナー
を吸引する力が小さく回収が行われにくく、トナーの外
径が９倍より大きいと、トナーに接触する機会が少なく
なり、よってトナーを回収する時間が長く必要になる。

【００２５】また、前記磁気ロールと現像ロール間の現
像バイアスを１００Ｖ〜２５０Ｖに設定し前記現像ロー
ル上にトナー平均粒径の５〜１０倍の厚さのトナー薄層
を形成することが望ましい。かかる技術手段によると、
画像形成時における現像ロール上のトナー薄層の厚さを
トナー平均粒径の５〜１０倍に相当するトナー薄層を現
像ロールに形成することができる。よって、残像やカブ
リのない適切な画像濃度を有した画像形成が可能である
とともに、現像残トナーの回収に適したトナー薄層を形
成できる。

【００２６】

【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。

【００２７】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照して説明する。まず、図８を参照して、実施の形
態における制御対象の画像形成装置の構成について説明
する。同図において、画像形成装置２０は、無端状ベル
ト５４が、給紙カセット５３からの記録紙を定着装置５
９に向かって搬送可能に配設されている。記録紙を搬送
するベルト５４の上側には、ブラック用現像装置５０
Ａ、イエロー用現像装置５０Ｂ、シアン用現像装置５０
Ｃ及びマゼンタ用現像装置５０Ｄが配設されている。

【００２８】これらの現像装置５０（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）
にはそれぞれ磁気ロール１（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）、該磁気
ロール１（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に近接して現像ロール２
（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が配設され、該現像ロール２に対面
して感光体３（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が配設され、該感光体
３の周囲には帯電器５６（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）及び露光器
５７（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が配置されている。

【００２９】そして、図示しない制御回路からプリント
開始信号が来ると、現像装置内のキャリアとトナーが撹
拌され、トナーが摩擦帯電されてキャリア表面に付着
し、磁気ロール１（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の表面にキャリア
による磁気ブラシが形成され、現像ロール２（Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ）上にトナーの薄層が形成される。

【００３０】給紙カセット５３から記録紙が送りだされ
てベルト５４に送られ、その記録紙が各色の感光体３
（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）に達するタイミングに合うように、
帯電器５６（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）による感光体３の帯電、
露光器５７（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）からの画像信号による感
光体３への露光と潜像の形成、現像ロール２上のトナー
による該潜像の現像が行われ記録紙が感光体３に達する
と、転写装置５８（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）による転写バイア
スが印加され記録紙にトナー像が転写され、定着装置５
９で定着され、排紙される。

【００３１】次に現像装置５０を説明する。図８には４
種類の現像装置が開示されているが、作用は同じであ
り、ブラック用トナーを用いる現像装置５０Ａを代表し
て説明する。図１は、現像装置５０Ａの側面断面図、図
３は平面断面図、図５は斜視図、図６は現像ロール２の
第１実施の形態を示す図である。

【００３２】断面コ字状に形成された枠体１２内には、
感光体３に所定距離離間して現像ロール２が配設され、
該現像ロール２から所定距離離間して非磁性金属材料で
円筒状に形成され、円筒内には複数の固定磁石が配設さ
れ、該固定磁石の周囲を回転可能に構成されたスリーブ
を有した磁気ロール１が配設されている。該スリーブの
軸方向幅Ｈ_３は現像ロール２の軸方向幅Ｈ_１よりも長い
寸法に形成されている。

【００３３】２２はパドルミキサー、感光体３と現像ロ
ール２との間にはバイアスＤＣ７ａとＡＣ７ｂが印加さ
れ、ＤＣ８ａは磁気ロール１に印加されるバイアス、９
は磁気ブラシの厚さを制御する穂切りブレード、２５は
トナーセンサである。

【００３４】次に、図５及び図６を用いて現像ロール２
の構成をさらに詳しく説明する。現像ロール２Ａは導電
体であるアルミで形成された非磁性スリーブとなる円筒
３３と、該円筒３３の一方の端部にはアルミ材で形成さ
れたフランジ１８の大径部が嵌合と、該フランジ１８の
小径部は枠体１２に絶縁部材で形成された軸受２８によ
って回転可能に支持され、該小径部の先端は図示しない
接点とリード線によってバイアス電源部７（図２）に接
続している。そして、フランジ１８の外面１８ａにはＰ
ＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の絶縁シート２
７が張着されている。尚、フランジ１８の外面１８ａと
円筒３３の端部との間は間隔ｍ離間しているが、円筒３
３の端部と外面１８ａは接触していてもよい。また、前
記フランジ１８の小径部には、感光体３の表面と現像ロ
ール２Ａの円筒３３の表面との間の間隔を規制するギャ
ップコロ２１が回転可能に嵌合している。

【００３５】前記円筒３３の他方の端部にはアルミ材で
形成されたフランジ１９の大径部が嵌合と、該フランジ
１９の小径部は枠体１２に絶縁部材で形成された軸受２
８によって回転可能に支持され、また、前記フランジ１
９の小径部には、感光体３の表面と現像ロール２Ａの円
筒３３の表面との間の間隔を規制するギャップコロ２１
が回転可能に嵌合するとともに、前記フランジ１９の小
径部の先端は枠体１２から外部に突出し、該先端部には
図示しない駆動源から駆動力を得るための駆動ギヤ２９
が固着されている。そして、フランジ１９の外面１９ａ
にもＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の絶縁シ
ート２７が張着され、また、前記フランジ１９の小径部
にも、感光体３の表面と現像ロール２Ａの円筒３３の表
面との間の間隔を規制するギャップコロ２１が回転可能
に嵌合している。

【００３６】尚、前記フランジ１９は、導電部材によっ
て形成したが、絶縁部材によって形成することもでき
る。その場合は、絶縁シート２７は不要である。

【００３７】現像ロール２Ａは上述したようにフランジ
１８，１９の側面側を絶縁部材で覆っているので、フラ
ンジ１８，１９の側面側が導電体であっても磁気ローラ
１の磁気ブラシ１０によって該側面側にトナーの付着が
なく、側面側に付着したトナーを磁気ローラ１側に回収
できずに、トナーが機内に飛散することがない。

【００３８】次に、感光体３と現像装置５０内の磁気ロ
ール１と、現像ロール２との作用を説明する。この画像
形成装置２０は、図１、図２及び図３に示すように、磁
気ロール１と、直径１６ｍｍの現像ロール２と、感光体
３とを備えている。この磁気ロール１は、トナー５を帯
電させて保持するキャリア４による磁気ブラシ１０を発
生させる。また、現像ロール２の表面には、磁気ブラシ
１０から供給されたトナー５によりトナー薄層６が形成
される。そして、感光体３は、トナー薄層６のトナーを
静電潜像に応じて選択的に飛翔させて画像形成を行う。

【００３９】また、感光体３は、アモルファスシリコン
の感光層を含む、厚さ１０〜２５μｍの感光体を表面に
有している。この感光体３は、基材の上に、阻止層、ア
モルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の感光層及び表面保護
層を順次に積層して構成する。

【００４０】なお、感光体の感光層の材料は、アモルフ
ァスシリコンであれば、特に制限されない。アモルファ
スシリコンとしては、例えばａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ
−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮ等の無機材料を挙げることがで
きる。

【００４１】また、表面保護層の厚さｔは０．３〜５μ
ｍである。また、表面保護層の材料としては、ａ−Ｓｉ
Ｃのうち、Ｓｉ（シリコン）とＣ（炭素）との比率が特
定のものを使用することが望ましい。このようなａ−Ｓ
ｉＣとしては、ａ−Ｓｉ_（１ _−Ｘ）Ｃ_Ｘ（０．３≦Ｘ＜
１．０）が好ましく、さらに、ａ−Ｓｉ_{（１−Ｘ）}Ｃ _Ｘ
（０．５≦Ｘ≦０．９５）がより好ましい。その理由
は、このようなａ−ＳｉＣは、１０^１２〜１０^１３Ω・
ｃｍという特に高い抵抗値を有しており、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。

【００４２】また、磁気ロール１の表面にトナー５とキ
ャリア４からなる二成分現像剤を保持させ、撹拌ミキサ
ー２３とパドルミキサー２２によって現像剤を撹拌させ
ながら、トナー５を適正なレベル５〜２０μｃ／ｇに帯
電させる。現像剤は穂切りブレード９を通過し一定の層
厚で現像ロール２に接触する。

【００４３】現像ロール２上のトナーの薄層は１０〜１
００μｍ、好ましくは３５〜７０μｍの厚さに設定され
る。この厚さはトナーの平均粒径を７μｍとした場合に
トナーの５層〜１０層程度に相当する値である。

【００４４】現像ロール２と感光体３との間のギャップ
は１５０〜４００μｍ、好ましくは２００〜３００μｍ
である。１５０μｍより狭いとカブリの要因となり、４
００μｍより広いとトナーを感光体３に飛翔させること
が困難になり、十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。

【００４５】現像剤にはトナーの回収と供給の役割を有
するために、体積固有抵抗１０^６Ω・ｃｍを超え、１０
^９Ω・ｃｍ未満の高抵抗または絶縁性のキャリアを用
い、現像ロール２と磁気ロール１間に形成されるキャリ
ア４のニップで強固に静電的に付着したトナー５を磁気
ブラシ１０が現像ロール２の表面を摺擦することで引き
剥がし、現像に必要なトナーを現像ロール２に供給す
る。このときトナー５との接点を増やすためには、磁気
ブラシ密度を高めるために、４０μｍ以下の小径のキャ
リアを用い、磁気ブラシ１０を多くしてキャリア４の表
面積を多くして、多くのトナー５を現像ロール２側に送
ることが好ましい。

【００４６】さらに、本実施の形態では、キャリア４
は、磁性を備えたキャリア芯材と、このキャリア芯材の
表面に重合形成された高分子量ポリエチレン樹脂を含む
被覆層とから構成され、１０^７〜１０^８Ω・ｃｍの抵抗
値を有し、平均粒径３５μｍのフェライトキャリアを用
い、かつ、６０〜１００ｅｍｕ／ｇの飽和磁化を有す
る。さらに、ここでは、キャリアの被覆層は、少なくと
もその最外毅層として、疎水性シリカ、磁性粉及び／又
は微粒子樹脂を含む層を有している。

【００４７】具体的には、キャリア芯材はその表面に微
小な凹凸を有し、被覆層は、この凹凸にエチレン重合触
媒を保持させた後、エチレンガスを導入して重合成長さ
せた重量平均分子量が５００００以上の高分子量ポリエ
チレンにより構成して成る。

【００４８】このため、極めて高い強度、耐久性を実現
することができる。そして、このキャリアを用いれば、
キャリアを繰り返し使用しても、キャリアの表面劣化が
少なく、現像ロール上に安定した帯電トナー薄層を形成
することができる。その結果、感光体に正確に現像する
ことが可能となる。さらに、キャリアの耐久性が高いの
で、現像機器の機械的寿命が尽きるまで、実質的にキャ
リアを交換する必要がなくなる。

【００４９】１０^６Ω・ｃｍ以下の抵抗値では、回収を
重視した低抵抗キャリアは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な
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５７を汚染する不具合を発生させてしま
う。また、１０^９Ω・ｃｍ以上の抵抗値では帯電性能を
付与することは可能であるが、帯電が上昇しやすいとい
う問題がある。キャリアの抵抗値を適正にすることで、
現像ロール２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２上に再度投入することが可能と
なる。

【００５０】本実施の形態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に対してトナー２〜４
０重量％、好ましくは３〜３０重量％、より好ましくは
４〜２５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に、トナーが現像器から飛散し、
画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが
生じる。

【００５１】帯電されたトナーは磁気ロール１と現像ロ
ール２間の電位差△で現像ロール２上に薄層で保持さ
れ、感光体３との間の直流、交流の重畳されたバイアス
を印加させることで現像される。トナーの飛散を防ぐた
めに、交流は現像の直前に印加する。

【００５２】現像残のトナーは掻き取りブレードなどの
特別な装置を設けることなく、磁気ロール１上の磁気ブ
ラシが現像ロール２上のトナー層に接触し、各ロールの
周速差によるブラシ効果と磁気ブラシの現像剤をミキサ
ーでの撹拌による現像剤の入れ替えによって、容易にト
ナーの回収と入れ替えを可能にする。

【００５３】現像ロール２上の入れ替えを促進するため
の方法として、磁気ロール１の回転速度を現像ロール２
の速度に対して、１．８倍に設定し現像ロール２上のト
ナーを回収するとともに、適切なトナー濃度に設定され
た現像剤を現像ロール２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となる。

【００５４】また、均一な現像濃度を維持するために
は、現像タイミング以外の時間において現像ロール２と
磁気ロール１間の電位差△を同電位にすることで、トナ
ーに負担をかけずに現像ロール２上のトナーを磁気ロー
ル１に回収することが有効である。

【００５５】感光体３の感光材料として、ａ−Ｓｉ感光
体を用いた場合、その表面の露光後の電位は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、潜像形成したときの感光体３の表面の
電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向にある。こ
の特性は誘電率が約１０程度と高いａ−Ｓｉ感光体では
２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下の膜厚の
場合に特に顕著である。

【００５６】図２において、感光体３と現像ロール２と
の間に０〜２００Ｖのバイアス電圧Ｖｄｃｌを印加する
第一直流用電源部７ａと、交流用電源部７ｂとからなる
電源部７が設けられている。さらに、交流用電源部７ｂ
は、静電潜像担持体（感光体）３に対して、ピーク電圧
Ｖｐｐ＝５００〜２０００Ｖの交流電圧を周波数ｆ＝１
〜３ｋＨｚで印加する。

【００５７】また、磁気ロール１に電圧Ｖｄｃ２を印加
する第二直流用電源８を設けている。そして、現像ロー
ル２の電位と磁気ロール１の電位との電位差｜Ｖｄｃ２
−Ｖｄｃ１｜＝△が１００〜３５０Ｖとなるように第一
及び第二直流用電源部７ａ及び８の電圧を決める。ここ
では、例えば、Ｖｄｃ２＝２５０Ｖ、現像バイアスＶｄ
ｃ１は１５０Ｖ以下、さらに好ましくは１００Ｖ以下に
設定する。また、｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜＝１００〜２
５０Ｖとするとよい。そして、ＡＣ成分としてＶｐ−ｐ
５００〜２０００Ｖ、周波数が１〜３ＫＨｚに設定す
る。

【００５８】磁気ロール１上の磁気ブラシ１０は穂切り
ブレード９によって層規制され、磁気ロール１と現像ロ
ール２間の電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜＝△によって
現像ロール２にトナーのみの薄層６が形成される。

【００５９】現像ロール２上のトナーの薄層６は現像剤
の抵抗や現像ロール２と磁気ロール１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る。△を大きくすると、現像ロール
２上のトナーの層６が厚くなり、△を小さくすると薄い
層６になる。△の範囲は一般的に１００Ｖから２５０Ｖ
程度が適切である。

【００６０】ここで、実験結果から、バイアス電圧Ｖｄ
ｃ１及び電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜と現像特性との
関係について説明する。バイアス電圧Ｖｄｃ１が２００
Ｖよりも高いとゴーストが発生する。また、電位差｜Ｖ
ｄｃ２−Ｖｄｃ１｜が１００Ｖ未満になってもゴースト
が発生する。一方、電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜が３
５０Ｖよりも高くなると、カブリが発生する。したがっ
て、バイアス電圧Ｖｄｃ１が０〜２００Ｖ（但し、０Ｖ
を除く）、かつ、電位差｜Ｖｄｃ２−Ｖｄｃ１｜が１０
０−３５０Ｖの範囲内であれば、高品質の画質が得られ
ることが分かる。

【００６１】画像形成装置に用いる感光体３として、従
来からＯＰＣ感光体が知られている。しかしながら、Ｏ
ＰＣ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見
られる。そこで、ＯＰＣ感光体と比較して表面が硬質で
あり、耐久性が機能保持性（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など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という問題が見受けられ
る。

【００６２】感光体３として、正帯電の有機感光体（Ｏ
ＰＣ）を用いた場合は、残留電位１００Ｖ以下とするた
めに、感光層の膜厚を２５μｍ以上に設定し、電荷材料
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剤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Ｖｄｃ１は４００Ｖ以
下、さらに好ましくは３００Ｖ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からも好ま
しい。

【００６３】このよう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と
もに、トナーの過剰帯電を防止し、現像の履歴現象の発
生を抑止するに有効である。また、現像ロール２上に１
０〜１００μｍ、好ましくは３５〜７０μｍのトナー層
を形成し、現像ロール２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。

【００６４】再び図２を参照すると、画像形成の際に
は、磁気ロール１に保持されたキャリア４及びトナー５
からなる現像剤を撹拌しながら、トナー５を適正なレベ
ルに帯電させると、現像剤は、磁気ブラシ１０を形成す
る。そして、この磁気ブラシ１０は、穂切りプレート９
を通過することにより、一定の厚さで現像ロール２に接
触する。ここでは、穂切りプレート９と磁気ロール１と
の間隙を０．３〜１．５ｍｍとしている。

【００６５】また、磁気ロール１と現像ロール２との間
隙も、同様に、０．３〜１．５ｍｍとしている。また、
現像ロール２と感光体３との間隙を、１５０〜４００μ
ｍ、好ましくは、２００〜３００μｍとしている。この
ような間隙や印加電圧条件で、トナー薄層６を形成する
と、トナー薄層６の厚さが１０〜７０μｍ、好ましくは
３５〜７０μｍとなる。

【００６６】そして、現像ロール２のプロセス線速を７
２ｍｍ／ｓとし、磁気ロール１をその１．８倍の速度で
回転させる。その結果、周速差によるブラシ効果によっ
て、現像残トナーと供給トナーとを容易に入れ替えるこ
とができる。このため、残像の発生を抑制するととも
に、鮮明な画像を形成することができる。

【００６７】そして、本実施の形態では、複数の画像を
連続形成する際の、一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、現像ロール２
の表面電位と磁気ロール１の表面電位とを等しくした等
電位状態を発生させる。そして、等電位状態下で、現像
ロール２上のトナー層６の残存トナーを磁気ブラシで回
収する。

【００６８】なお、非画像形成期間は、例えば、印刷さ
れる画像データに基づいて検出してもよいし、また、例
えば、給紙装置において、記録紙の先端や後端により検
出してもよい。

【００６９】本実施の形態では、非画像形成期間に相当
する記録紙の間隔、すなわち、給紙される際の記録紙の
後端から次の記録紙の先端までの間隔を５１ｍｍとし
た。一方、現像ロールの直径は１６ｍｍであるので、そ
の全周長は、１６π＝５０．２７ｍｍとなる。したがっ
て、非画像形成期間の全期間を等電位状態とすれば、等
電位状態を、現像ロール２が少なくともー回転する期間
継続させることができる。

【００７０】次に、本実施の形態の効果を評価するた
め、非画像形成期間内で画像ロールと磁気ロールとの表
面電位を０Ｖとした場合の実施例、及び画像ロールと磁
気ロールとの表面電位を異ならせた場合の比較例による
画像濃度、残像・カブリ状態の程度を実験により求め
た。尚、図１１（ｂ）に示すように、磁気ロール１の磁
気ブラシが形成されるスリーブ軸方向幅と、現像ロール
２のトナー薄層が形成される軸方向幅とが共にＨ_１のご
とく同じ寸法に形成し相対的に両者の高さ位置がズレな
いように設定した。 [実施例]以下の実施例、比較例１及び比較例２におい
て、それぞれ図１２に示す画像パターンによる画像形成
を行った。この画像パターンにおいては、矩形のソリッ
ドパターン１３と、このソリッドパターン１３よりも広
いハーフトーンパターン１７とが、ソリッドパターン１
３に続いてハーフトーンパターン１７が現像されるよう
に配置されている。ここでは、ハーフトーンパターン１
７の濃度を、ソリッドパターン１３の濃度の２５％とす
る。２５％としたのは、比較的ゴースト画像が現れ易い
ためである。

【００７１】本実施例では、上述した本実施の形態にお
いて、厚さ１４μｍのａ−Ｓｉ感光体を設けた感光体３
を用いた。そして、画像形成時には、感光体３の表面電
位を２００Ｖ、現像ロール２の表面電位（Ｖｄｃｌ）を
５０Ｖ、磁気ロール２の表面電位（Ｖｄｃ２）を２００
Ｖとした。また、感光体３と現像ロール２との間には、
周波数２．４ｋＨｚ、ピーク電圧１．３ｋＶの交流電圧
を印加した。また、磁気ロール１を、現像ロール２の周
速度を１．８倍した周速度で回転させた。

【００７２】そして、本実施例では、非画像形成時に、
現像ロール２の表面電位（Ｖｄｃｌ）と磁気ロール１の
表面電位（Ｖｄｃ２）とをいずれも０Ｖとして、等電位
状態を発生させた。

【００７３】[比較例１]また、比較例１においては、非
画像形成期間においても、等電位状態とせずに、画像形
成期間と同一のバイアス電圧を引き続き印加して画像形
成を行った。すなわら、非画像形成期間中も、現像ロー
ル２の表面電位（Ｖｄｃｌ）をＤＣ５０Ｖとし、磁気ロ
ール１の表面電位（Ｖｄｃ２）をＤＣ２００Ｖとした。
また、現像ロール２と感光体３との間に、画像形成中と
同様に交流電圧も印加した。なお、非画像形成期間に印
加するバイアス電圧以外の現像条件は、実施例と同ーと
した。

【００７４】[比較例２]また、比較例２においては、非
画像形成期間において、バイアス電圧を反転させて画像
形成を行った。すなわち、非画像形成期間中に、現像ロ
ールの表面電位（Ｖｄｃｌ）をＤＣ２００Ｖとし、磁気
ロールの表面電位（Ｖｄｃ２）をＤＣ５０Ｖとした。な
お、非画像形成期間に印加するバイアス電圧以外の現像
条件は、実施例と同ーとした。

【００７５】そして、上述の実施例、比較例１及び比較
例２の現像条件で画像形成を行った評価結果を、初期、
１００枚目及び１０００枚目の三段階における濃度、残
像及び力ブリの発生を確認した。

【００７６】そして、実施例においては、初期、１００
枚目及び１０００枚目のいずれの段階においても、濃度
にかすれはなく、残像及びカブリの発生もなく、良好な
画像形成ができることが確認できた。

【００７７】これに対して、比較例１においては、非画
像形成期間も画像形成期間中と同一の電位差を印加して
いたため、次第に残像が蓄積されていった。その結果、
１００枚目の段階で残像が僅かに認められ、さらに、１
０００枚目の段階では残像がはっきりと認められた。

【００７８】また、比較例２においては、非画像形成期
間の電位差を反転させたため、残像の発生は抑制できた
が、トナーの帯電が変化してカブリが発生した。すなわ
ち、１００枚目の段階でカブリが僅かに認められ、さら
に、１０００枚目の段階ではカブリがはっきりと認めら
れた。

【００７９】したがって、上記評価結果から、非画像形
成期間に等電位状態とすることにより、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
ることができることが分かった。

【００８０】次に、図４に示すように、磁気ロール１の
磁気ブラシが形成されるスリーブ軸方向幅Ｈ_３が、現像
ロールのトナー薄層が形成される軸方向幅Ｈ_１より相対
的に片方０．５ｍｍ長く形成して、図１１（ａ）に示す
ハーフトーンパターン１７の画像を形成し、初期、１０
０枚目及び１０００枚目の試験を行ったが、いずれの段
階においても、濃度にかすれはなく、残像及びカブリの
発生もなく、良好な画像形成ができることが確認でき
た。現像残トナー１５ａ，１５ｂ，１５ｃは磁気ブラシ
のキャリア２４Ｃ_２，２４Ｃ_３，２４Ｃ_４によって回収
されたものと理解される。

【００８１】尚、上述した実施形態では、非画像形成期
間を等電位状態とするにあたり、現像ロールの表面電圧
及び磁気ロールの表面電圧をいずれも０Ｖとしたが、等
電位状態として現像ロールと磁気ロールと表面電圧が互
いに等しければよく、必ずしも両表面電圧を０Ｖにする
必要はない。例えば、等電位状態の際に現像ロール及び
磁気ロールの表面電圧をそれぞれ５０Ｖとしてもよい。

【００８２】また、等電位状態とするためには、例え
ば、現像ロール及び磁気ロールの両方の表面電位を制御
してもよいし、また、例えば、現像ロール及び磁気ロー
ルのうちのー方の表面電位だけを他方の表面電位とー致
させるように制御してもよい。

【００８３】以上詳述したように、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で現像ロー
ル上に現像履歴現象を残さず、トナーの回収性に優れた
画像形成装置を提供することができる。

【００８４】また、磁気ブラシ形成領域Ｈ_３が、現像ロ
ール２上のトナーを回収する幅である為、現像ロール２
の幅Ｈ_１を磁気ブラシ形成領域Ｈ_３より短くすることに
よって確実に未回収領域をなくすことができる。そうす
ることにより、磁気ブラシ領域外の現像ロールスリーブ
に付着するトナーがなくなり、両端部のトナー飛散を無
くすことが可能となる。

【００８５】また、画像形成時には、前記現像ロールと
磁気ロール間に形成される電位差によって前記現像ロー
ル上に形成され、非画像形成時には、前記現像ロール上
の残存トナーは、前記電位差が零の状態において前記現
像ロールより速い周速差を有する前記磁気ロールの磁気
ブラシによって回収される。そして、磁気ロールの周速
度を現像ロールの周速度よりも速くすることによって、
磁気ブラシが現像ロールに接触する機会を増加させるこ
とができるとともに、磁気ブラシによる剪断応力が高ま
って、現像ロール上の残存トナーに働くことにより、現
像ロール上の残存トナーによる現像ロールへの圧接力を
弱め、現像ロールと磁気ロール間に電位差を印加しなく
ても、等電位において、高磁性キャリアにより効果的に
残存トナーを回収することができる。

【００８６】次に、図７を用いて現像ロール２の他の実
施の形態を説明する。図６にかかる第１実施の形態と本
第２実施の形態との相違点は、第１実施の形態における
フランジが導電体部材を用い、その側面に絶縁テープ張
着したのに対して本第２実施の形態においてはフランジ
を絶縁部材で形成した点である。

【００８７】本第２実施の形態にかかる現像ロール２Ｂ
は図７に示すように、導電体であるアルミで形成された
円筒３３の一方の端部にはＰＯＭ（ポリアセタール）材
で形成されたフランジ３８の大径部が、円筒３３の端面
とフランジ３８ｂとの間はｍ（約１ｍｍ）の間隔を有し
て嵌合し、該フランジ３８の小径部は枠体１２に金属製
の軸受２８によって回転可能に支持され、該小径部の先
端は枠体１２から突出するとともに、現像ロール２Ｂの
軸方向に孔３８ａが設けられ、該孔３８ａ内にはバネ材
のバイアス端子３０が配置され、図示しない接点とリー
ド線によってバイアス電源部７（図２）に接続してい
る。該バイアス端子３０は円筒３３内において円形の接
点が形成され円筒３３の内面に接触している。そして、
前記フランジ３８の小径部には、感光体３の表面と現像
ロール２Ｂの円筒３３の表面との間の間隔を規制するギ
ャップコロ２１が回転可能に嵌合している。

【００８８】前記円筒３３の他方の端部にはＰＯＭ材で
形成されたフランジ３９の大径部が、円筒３３の端面と
フランジ３９ｂとの間はｍ（約１ｍｍ）の間隔を有して
嵌合し、該フランジ３９の小径部は枠体１２に金属製の
軸受４８によって回転可能に支持され、該小径部の先端
は枠体１２から突出している。

【００８９】また、前記フランジ３９の小径部には、感
光体３の表面と現像ロール２Ｂの円筒３３の表面との間
の間隔を規制するギャップコロ２１が回転可能に嵌合す
るとともに、前記小径部の先端には図示しない駆動源か
ら駆動力を得るための駆動ギヤ２９が固着されている。

【００９０】本実施の形態によると、現像ロール２Ｂは
上述したようにフランジ３８，３９を絶縁部材で形成し
ているので、磁気ローラ１の磁気ブラシ１０によってフ
ランジ３８，３９の側面側にトナーの付着がなく、側面
側に付着したトナーを磁気ローラ１側に回収できずに、
トナーが機内に飛散することがない。

【００９１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ
形成領域より、前記現像ロール表面に形成される軸方向
のトナー薄層形成領域を小さく形成したので、感光体上
に形成される静電潜像域を十分カバーするトナー薄層域
を、対応する現像ロール表面に形成することができる。
また、非画像形成時に、磁気ロール側に形成される軸方
向の磁気ブラシ形成領域を現像ロール表面に形成される
軸方向のトナー薄層形成領域より大きく形成しているの
で、感光体上に形成される静電潜像域を十分カバーする
トナー薄層域を現像ロール側に得ることができ、画像形
成時に感光体上に形成される静電潜像域の幅方向外側に
トナー供給が不十分となることがなく、十分な画像形成
を行うことができるとともに、現像ロール上の残存トナ
ーの回収が不十分となり、残像現象が発生することがな
い。また、現像ロールの側面側にトナーの付着がなく、
該トナーの飛散を防止し、良好な画面を形成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の感光体と現像装置との
関係を説明する模式図である。

【図２】画像形成時と非画像形成時のトナーの流れを
説明する説明図である。

【図３】図１の平面断面図である。

【図４】本発明の実施の形態の現像残トナーの回収状
態を説明する説明図１である。

【図５】現像装置の斜視図である。

【図６】現像ロールの断面図である。

【図７】現像ロールの他の実施の形態を示す断面図で
ある。

【図８】本発明の実施の形態の画像形成装置の構成を
示す横式図である。

【図９】現像残トナー回収状態を説明する説明図２で
ある。

【図１０】現像残トナー回収状態を説明する説明図３
である。

【図１１】残像が発生した様子を示す模式図である。

【図１２】画像特性を評価するための画像パターンの
模式図である。

【符号の説明】

１磁気ロール２現像ロール３感光体４キャリア５トナー６トナー薄層９規制ブレード１０磁気ブラシ２０画像形成装置５０現像装置（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）

───────────────────────────────────────────────────── 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 15/09 Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０７Ｚ５０７ＬＦターム(参考） 2H005 BA00 EA05 FA02 2H031 AB03 AC04 AC09 AC10 AC15 AC33 AD01 AD11 BA05 BA09 BC05 FA01 2H073 BA02 BA04 BA11 BA13 CA02 2H077 AB03 AB14 AB15 AB18 AC12 AC16 AD02 AD06 AD14 AD16 AD18 AD24 AD31 AD35 AD36 AE06 BA03 BA07 CA02 DA10 DA44 DA51 EA13 EA16 FA11 GA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ロールの絶縁若しくは高抵抗のトナ
ーとキャリアによる磁気ブラシを介して非磁性スリーブ
からなり、現像バイアスが印加されている現像ロール表
面に形成されるトナー薄層によって感光体上の静電潜像
を現像して画像を形成する画像形成装置において、前記磁気ロール側に形成される軸方向の磁気ブラシ形成
領域より、前記現像ロール表面に形成される軸方向のト
ナー薄層形成領域を小さく形成したことを特徴とする画
像形成装置。
【請求項２】前記トナー薄層形成領域の両端に、絶縁
若しくはトナー抵抗より高い高抵抗領域の非トナー薄層
形成領域を形成したことを特徴とする請求項１に記載の
画像形成装置。
【請求項３】画像形成時には、前記現像ロールと磁気
ロール間に形成される電位差によって前記現像ロール上
に形成され、非画像形成時には、前記現像ロール上の残
存トナーは、前記電位差が零の状態において前記現像ロ
ールより速い周速差を有する前記磁気ロールの磁気ブラ
シによって回収されることを特徴とする請求項１に記載
の画像形成装置。
【請求項４】前記感光体と現像ロール間の間隔を１５
０〜４００μｍに設定するとともに、画像形成時に前記
磁気ロールから前記現像ロール上に、トナー平均粒径の
５〜１０倍の厚さとしたトナー薄層を形成することを特
徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項５】キャリアの平均粒径をトナー平均粒径の
３〜９倍に設定したことを特徴とする請求項５に記載の
画像形成装置。
【請求項６】前記磁気ロールと現像ロール間の現像バ
イアスを１００Ｖ〜２５０Ｖに設定し、前記現像ロール
上にトナー平均粒径の５〜１０倍の厚さのトナー薄層を
形成することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装
置。