JP2003280340A

JP2003280340A - 現像装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2003280340A
Application number: JP2002078047A
Authority: JP
Inventors: Akira Asami; 彰浅見; Takamasa Ozeki; 孝将尾関
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】現像能力に影響を与えることなく、スリーブ
汚れを低減することである。【解決手段】感光体ドラム上の紙間領域に対して、潜
像形成領域に印加される交番電界の周波数よりも高い周
波数の交番電界を形成する。これにより、紙間領域が現
像位置にあるとき、その紙間領域に対向する現像スリー
ブの表面に付着したトナーの付着力を弱めることがで
き、スリーブ汚れを低減することができる。交番電界の
周波数を高めるほど、現像スリーブ表面とトナーとの間
の付着力を弱める効果が高まるが、画質が劣化すること
がある。しかし、紙間領域にだけ高い周波数の交番電界
を形成するので、現像能力に悪影響を及ぼすことはな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、潜像担持体と現像
剤担持体との間に交番電界を形成するための電界形成手
段を備えた現像装置、及び、この現像装置を備えた複写
機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法を利用又は応用した画像形成
装置においては、デジタル潜像技術を使用した高速デジ
タル複写機やプリンタの商品開発が進んでいる。デジタ
ル方式では、ドット画像を忠実に再現するためにドット
ピッチの狭い潜像が感光体ドラム上に形成される。その
ため、近年の画像形成装置では、このような潜像を適切
に現像するために小粒径化したトナーが用い、ドット再
現性を高めている。また、トナーの平均粒径が同じ現像
剤を用いる場合でも、微紛トナーの含有率が多い現像剤
を用いる方がドット再現性の向上に効果的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述したよ
うにトナーの小粒径化が進んだり、微紛トナーの含有率
が高まったりするほど、それが引き起こす問題も非常に
重大で、解決が困難なものとなる。特に、現像剤担持体
である現像スリーブの表面にトナーが固着して汚れる現
象（以下、「スリーブ汚れ」という。）が発生する問題
は重要である。これは、小粒径トナーや微紛トナーが多
くなると、トナー粒子１個当りのＱ／Ｍ（帯電量／質
量）が大きくなりやすいことが原因である。トナーのＱ
／Ｍが増加すると、感光体ドラム上の静電潜像が形成さ
れない非潜像形成領域と現像スリーブとの間で形成され
る電界（以下、「逆現像電界」という。）から受ける静
電力が増加する。更に、トナーのＱ／Ｍが増加すると、
トナーと現像スリーブとの間に生じる鏡像力も増加す
る。これらの力によって、現像スリーブにトナーが付着
しやすくなるからである。

【０００４】また、近年の画像形成装置では、現像能力
を高くして画像濃度を安定化させるため、感光体ドラム
表面と現像スリーブ表面との間の最小距離すなわち現像
ギャップを狭くする傾向にある。しかし、現像ギャップ
が狭くなると、地肌部に対して形成される逆現像電界か
らトナーが受ける静電力が増加する。そのため、現像ギ
ャップを狭くすることによっても、トナーが現像スリー
ブ表面に付着しやすくなり、スリーブ汚れが生じやすく
なる。

【０００５】また、近年の画像形成装置では、トナーが
転写材に転写されずに感光体ドラム上に残留した転写残
トナーを現像装置に戻して再利用するトナーリサイクル
機構を採用する傾向にある。このような画像形成装置に
使用されるトナーには、通常、トナーの流動性を高める
ために添加剤が外添される。そのため、トナー母体とキ
ャリアとの間に添加剤が介在することになり、トナー母
体とキャリアとの間の距離が離れることになる。その結
果、トナー母体とキャリアとの間に働くファンデルワー
ルス力が小さくなり、トナーとキャリアとの吸着力が小
さくなる。したがって、添加剤が外添されたトナーの場
合、トナーがキャリアから離れやすくなる結果、現像ス
リーブ表面に接触するトナーの数が増え、スリーブ汚れ
が生じやすくなる。

【０００６】また、近年の画像形成装置では、ワックス
を内添したトナーが使用されることがあるが、このよう
なトナーの場合、トナー表面に染み出たワックスにより
トナーが現像スリーブに固着してしまうこともある。

【０００７】また、近年の画像形成装置では、融点の低
い低融点トナーが使用されることがあるが、このような
トナーの場合、機内温度の上昇等によって、トナーが現
像スリーブ上で軟化しやすい。軟化したトナーは、現像
スリーブ表面との吸着力が増すため、低融点トナーが使
用するとスリーブ汚れが生じやすくなる。

【０００８】また、近年の画像形成装置では、現像位置
に搬送される現像剤量（以下、「現像剤汲上量」とい
う。）を増やす目的で、現像スリーブ表面にサンドブラ
スト加工を施すことがある。現像剤汲上量を増やすため
の他の方法に、従来から現像スリーブ表面に溝を切る方
法もあるが、この構成では溝ピッチの縞が画像上に発生
することがある。そのため、サンドブラスト加工を施し
て現像剤汲上量を増やす方法が採用される。しかし、現
像スリーブ表面をサンドブラスト加工した場合でも、現
像剤の搬送の際に現像剤が現像スリーブ上で僅かにスリ
ップするため、現像剤の移動速度と現像スリーブの表面
移動速度との間に差が生じる。このような差が生じる
と、現像スリーブ上におけるトナーとキャリアの動きの
自由度が増す結果、現像スリーブ表面に接触するトナー
の数が増え、スリーブ汚れが生じやすくなる。

【０００９】従来、スリーブ汚れを解決する目的で、特
開平８−５４７８７号公報には、湿度の低下によってト
ナーの帯電量が高くなった場合に、画像形成動作に入る
前に現像スリーブを１回転させる画像形成装置が開示さ
れている。しかし、上述したように、スリーブ汚れはト
ナー帯電量の上昇だけでなく様々な要因で生じ得るもの
である。また、トナー材料によっては低湿環境下に限ら
ずトナー帯電量が高くなることもある。よって、上記公
報に開示の画像形成装置では、スリーブ汚れを抑制する
効果は少ないという不具合がある。また、湿度が低下す
るたびに現像スリーブを１回転させるのでは、近年の高
速化の要求に応えることができないという不具合もあ
る。

【００１０】また、特開平１１−１９４６１８号公報に
は、現像スリーブ表面を滑らかな凸凹状にサンドブラス
ト加工し、その表面に無電解メッキを施した画像形成装
置が開示されている。この画像形成装置によれば、主に
帯電性の低いトナーの現像スリーブへの付着を抑制でき
るとしている。しかし、この画像形成装置を長期的に使
用すると、現像スリーブ表面が磨耗して、その効果が減
ってしまうという不具合がある。また、上述したような
現像スリーブを製造するには製造コストが高くなるとい
う不具合もある。

【００１１】また、特開２００１−２４２７１１号公報
及び特開２００１−２４２７１２号公報には、現像位置
における磁力分布を調節して、スリーブ汚れが起きにく
いように現像剤を穂立ちさせる画像形成装置が開示され
ている。しかし、これらの公報に開示の磁力分布を実現
するには実用上多くの制限があるという不具合がある。

【００１２】また、特開２００１−３１２１２６号公報
には、十分に大きな逆現像電界を形成するために非潜像
形成領域である地肌部分と現像スリーブ表面との間の地
肌ポテンシャルを大きくした画像形成装置が開示されて
いる。この画像形成装置では、スリーブ汚れが発生して
も画像の地肌部分に汚れが生じないようにしている。し
かし、地肌ポテンシャルが大きいと、トナーと逆極性に
帯電したキャリアが感光体ドラム上の地肌部分に付着す
るキャリア付着が生じ、そのキャリア付着により画質が
劣化するという別の不具合が生じやすくなる。特に、小
粒径のキャリアを使用した画像形成装置では、キャリア
付着が顕著となり、実用レベルで使用することは困難で
あるという不具合もある。

【００１３】このようにしてスリーブ汚れが発生する
と、現像が繰り返し行われることで、現像スリーブ表面
に付着したトナーの帯電量がキャリアとの摩擦等により
増加することになる。これにより、トナーが付着した現
像スリーブの表面部分における電位の絶対値は、その現
像スリーブに印加されている現像バイアスより決まる電
位の絶対値よりも高いものとなる。この結果、トナーが
付着した現像スリーブの表面部分では、トナーが付着し
ていない表面部分に比べ、ネガ／ポジ現像方式では現像
バイアスが高くなったのと同じ状態になり、ポジ／ポジ
現像方式では現像バイアスが低くなったのと同じ状態に
なる。したがって、スリーブ汚れが生じると、現像電界
にムラが生じ、画質が劣化することになる。また、トナ
ーが付着した現像スリーブの表面部分における電位の絶
対値が大きくなる結果、逆現像電界が弱まり、これも画
質に悪影響を及ぼす。具体的には、例えば、いわゆるネ
ガ／ポジ現像方式を採用する場合には、感光体ドラム上
の潜像が存在しない部分にもトナーが付着しやすくな
り、地肌汚れが発生しやすくなる。なお、ネガ／ポジ現
像方式とは、負極性に帯電された感光体ドラム上にネガ
潜像を作像し、現像バイアスとして負極性を印加して負
極性に帯電したトナーを現像する方式である。

【００１４】本発明は、以上の背景に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、上述した公報に開示
の装置がもつ不具合がなく、上述した種々の要因で発生
するスリーブ汚れを低減することができる現像装置及び
画像形成装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、潜像担持体上の潜像を現像する
ための現像剤を担持する現像剤担持体と、上記潜像担持
体と上記現像剤担持体との間に交流成分を含む現像電界
を形成するための電界形成手段とを備えた現像装置にお
いて、上記電界形成手段は、上記潜像担持体の表面移動
方向における潜像が形成されない非潜像形成領域に対し
て、該潜像担持体の表面移動方向における潜像が形成さ
れる潜像形成領域に印加される電界の周波数よりも高い
周波数で電界強度が変化する電界を形成することを特徴
とするものである。また、請求項２の発明は、潜像担持
体上の潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担
持体と、上記潜像担持体と上記現像剤担持体との間に交
流成分を含む現像電界を形成するための電界形成手段と
を備えた現像装置において、上記電界形成手段は、上記
潜像担持体の表面移動方向における潜像が形成されない
非潜像形成領域に対して、該潜像担持体の表面移動方向
における潜像が形成される潜像形成領域に印加される電
界の電界強度のピークツゥピークよりも大きいピークツ
ゥピークをもつ電界を形成することを特徴とするもので
ある。また、請求項３の発明は、潜像担持体上の潜像を
現像するための現像剤を担持する現像剤担持体と、上記
潜像担持体と上記現像剤担持体との間に現像電界を形成
するための電界形成手段とを備えた現像装置において、
上記電界形成手段は、上記潜像担持体の表面移動方向に
おける潜像が形成される潜像形成領域に対しては直流成
分のみからなる電界を形成し、該潜像担持体の表面移動
方向における潜像が形成されない非潜像形成領域に対し
ては交流成分を含む電界を形成することを特徴とするも
のである。また、請求項４の発明は、請求項１、２又は
３の現像装置において、上記非潜像形成領域は、複数枚
の画像を連続して形成するときの各画像に対応する潜像
間における領域であることを特徴とするものである。ま
た、請求項５の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上
の潜像を現像するための現像手段とを備えた画像形成装
置において、上記現像手段として、請求項１、２、３又
は４の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
上記請求項１乃至３の現像装置においては、非潜像形成
領域に対して交流成分を含む電界が印加される。これに
より、非潜像形成領域が現像位置にあるとき、その非潜
像形成領域に対向する現像剤担持体の表面に付着したト
ナーには、強弱変化する静電力が働く。このような静電
力が働くことで、現像剤担持体表面とトナーとの間の付
着力が弱めることができ、スリーブ汚れを低減すること
ができるものと考えられる。特に、非潜像形成領域に対
して印加される電界が、その電界の向きを周期的に変化
させる交番電界であれば、更に効果的にスリーブ汚れを
低減することができるものと考えられる。なお、非潜像
形成領域とは、潜像担持体の表面移動方向に直交する方
向に潜像が存在しない領域を意味する。したがって、非
潜像形成領域には、複数枚の画像を連続して形成すると
きの各画像に対応する潜像間における領域、いわゆる紙
間領域が含まれる。また、例えば、転写紙の上端が潜像
担持体表面上の移動方向下流側に対応する場合、一枚の
転写紙の上半分にだけ画像がある画像を形成するときの
下半分に対応する潜像担持体の表面領域も含まれる。こ
こで、交流成分を含む電界の周波数を高めるほど、現像
剤担持体表面とトナーとの間の付着力を弱める効果が高
まる。しかし、潜像形成領域に印加される電界の周波数
も高くすると、ベタ画像に隣接するハーフトーン画像中
にトナー抜けが生じるなど画質が劣化する。そこで、請
求項１の現像装置においては、非潜像形成領域では、潜
像形成領域に印加される電界の周波数よりも高い周波数
をもつ電界を形成する。これにより、潜像形成領域に印
加される電界の周波数を低くして画質の劣化を抑制でき
るとともに、スリーブ汚れを効果的に低減することがで
きる。また、請求項３の現像装置においては、潜像形成
領域に対しては直流成分のみからなる電界を形成し、非
潜像形成領域に対しては交流成分を含む電界を形成す
る。これにより、潜像形成領域には交流成分を含む電界
が印加されないのでそのような電界による画質の劣化を
防止できるとともに、スリーブ汚れを低減することがで
きる。また、交流成分を含む電界の強さの変化量が大き
いほど、現像剤担持体表面とトナーとの間の付着力を弱
める効果が高まる。しかし、潜像形成領域に印加される
電界の電界強度のピークツゥピークが大きいと、いわゆ
る画像の白抜けが生じるなど画質が劣化する。そこで、
請求項２の現像装置においては、非潜像形成領域では、
潜像形成領域に印加される電界の電界強度のピークツゥ
ピークよりも大きいピークツゥピークをもつ電界を形成
する。これにより、潜像形成領域に印加される電界の電
界強度のピークツゥピークを小さくして画質の劣化を抑
制できるとともに、スリーブ汚れを効果的に低減するこ
とができる。なお、このように潜像形成領域と非潜像形
成領域とで互いに異なる現像電界が形成される画像形成
装置は、特開平５−６０８８号公報、特開２００１−４
２７３２号公報及び特開２００１−４２７３９号公報に
開示されている。しかし、これらの画像形成装置は、潜
像担持体上に残留したトナーを現像剤担持体に付着させ
てクリーニングするものである。したがって、これらの
画像形成装置は、非潜像形成領域に形成される現像電界
によりトナーを現像剤担持体表面に吸着させるものであ
り、上述した請求項１乃至３の発明とは全く逆にスリー
ブ汚れが加速することになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、画像形成装置で
ある電子写真方式のカラーレーザプリンタ（以下、「レ
ーザプリンタ」という。）に適用した実施形態について
説明する。なお、本実施形態では、本発明をカラー画像
形成装置に適用する場合について説明するが、モノクロ
画像形成装置についても同様に適用することができる。
図２は、本実施形態に係るレーザプリンタの概略構成図
である。このレーザプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼ
ンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の画像を形
成するための４組のトナー像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，
１Ｋを有する。なお、以下の説明において、各符号の添
字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シ
アン、黒用の部材であることを示す。トナー像形成部１
Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、転写材としての転写紙の移動
方向（図中の矢印Ａ方向）における上流側から順に配置
されている。トナー像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ
は、それぞれ、潜像担持体としての感光体ドラム１１
Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋを有する感光体ユニット
と、現像ユニットを備えている。また、各トナー像形成
部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの配置は、各感光体ユニット
内の感光体ドラムの回転軸が平行になるように、かつ、
転写紙移動方向に所定のピッチで配列するように、設定
されている。

【００１７】また、本実施形態に係るレーザプリンタ
は、上記トナー像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋのほ
か、光書込ユニット２と、給紙カセット３，４と、レジ
ストローラ対５とを備えている。また、このレーザプリ
ンタは、転写紙を担持して各トナー像形成部の転写位置
を通過するように搬送する転写材搬送部材としての転写
紙搬送ベルト６０を有する転写ユニット６、ベルト定着
方式の定着ユニット７、排紙トレイ８等も備えている。
また、このレーザプリンタは、図示していない手差しト
レイ、トナー補給容器、廃トナーボトル、両面・反転ユ
ニット、電源ユニットなども備えている。上記光書込ユ
ニット２は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反
射ミラー等を備え、色分解された画像データに基づいて
各感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの表面
にレーザ光を走査しながら照射する。また、図２中の一
点鎖線は、転写紙の搬送経路を示している。給紙カセッ
ト３，４から給送された転写紙は、図示しない搬送ガイ
ドに案内されながら搬送ローラで搬送される。そして、
このようにして搬送される転写紙は、レジストローラ対
５が設けられている一時停止位置に送られる。このレジ
ストローラ対５により所定のタイミングで送出された転
写紙は、転写紙搬送ベルト６０に担持され、各トナー像
形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの転写位置を通過するよ
うに搬送される。各トナー像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，
１Ｋにより各色トナー像が重ね合わせて転写されると転
写紙上に合成トナー像が形成され、定着ユニット７で合
成トナー像が転写紙上に定着された後、排紙トレイ８上
に排出される。

【００１８】図３は、上記トナー像形成部１Ｙ，１Ｍ，
１Ｃ，１Ｋのうち、イエローのトナー像形成部１Ｙの概
略構成を示す拡大図である。他のトナー像形成部１Ｍ，
１Ｃ，１Ｋについてもそれぞれ同じ構成となっているの
で、それらの説明は省略する。図３において、トナー像
形成部１Ｙは、前述のように感光体ユニット１０Ｙ及び
現像ユニット２０Ｙを備えている。感光体ユニット１０
Ｙは、感光体ドラム１１Ｙのほか、感光体ドラム表面に
潤滑剤を塗布するブラシローラ１２Ｙと、感光体ドラム
表面をクリーニングする揺動可能なクリーニングブレー
ド１３Ｙとを備えている。また、この感光体ユニット１
０Ｙは、感光体ドラム表面を除電する除電ランプ１４
Ｙ、感光体ドラム表面を一様帯電する非接触型の帯電ロ
ーラ１５Ｙ等を備えている。本実施形態では、各感光体
ユニットの感光体ドラムとして、表面に有機感光体（Ｏ
ＰＣ）層を有するものを用いている。

【００１９】上記構成の感光体ユニットにおいて、ま
ず、帯電ローラ１５Ｙにより感光体ドラム１１Ｙの表面
が一様帯電される。そして、その表面上に上記光書込ユ
ニット２で変調及び偏向されたレーザ光Ｌが走査されな
がら照射されることで、感光体ドラム１１Ｙの表面に静
電潜像が形成される。感光体ドラム１１Ｙ上の静電潜像
は、後述の現像ユニット２０Ｙで現像されてイエローの
トナー像となる。転写紙搬送ベルト６０上の転写紙１０
０が通過する転写位置Ｐｔでは、感光体ドラム１１Ｙ上
のトナー像が転写紙１００に転写される。トナー像が転
写された後の感光体ドラム１１Ｙの表面は、ブラシロー
ラ１２Ｙで所定量の潤滑剤が塗布された後、クリーニン
グブレード１３Ｙでクリーニングされる。その後、除電
ランプ１４Ｙから照射された光によって除電され、次の
静電潜像の形成に備えられる。

【００２０】上記現像ユニット２０Ｙは、磁性キャリア
及びマイナス帯電のトナーを含む二成分現像剤を使用し
ている。この現像ユニット２０Ｙには、現像ケース２１
Ｙの感光体ドラム側の開口から一部露出するように現像
剤担持体としての現像スリーブ２２Ｙが配設されてい
る。この現像スリーブ２２Ｙは、非磁性材質からなり、
その内部には、固定配置された磁界発生手段としてマグ
ネットローラが備わっている。現像スリーブ２２Ｙの材
質としては、特に限定されることはなく、ステンレス
鋼、アルミニウム、セラミックス等の非磁性材料や、更
にこれらにコーティング等したものなどが用いられる。
また、本実施形態では、現像スリーブ２２Ｙの表面がサ
ンドブラスト加工されている。また、現像ユニット２０
Ｙには、搬送スクリュー２３Ｙ，２４Ｙ、現像ドクタ２
５Ｙ、トナー濃度センサ２６Ｙ、粉体ポンプ２７Ｙ等も
設けられている。トナー濃度センサ２６Ｙは、現像剤の
透磁率を検知する透磁率センサー（Ｔセンサ）から構成
されている。また、現像ドクタ２５Ｙは、剛性かつ磁性
を有する材料で形成される。なお、現像ドクタ２５Ｙ
は、鉄、ステンレス等の金属材料からなるものに限ら
ず、フェライト、マグネタイト等の磁性粒子を配合した
樹脂材料で構成することも可能である。さらに、現像ド
クタ２５Ｙ自体を磁性材料で構成することなく、磁性材
料で構成された金属板等の別部材を現像ドクタ２５Ｙに
直接もしくは間接的に固定する構成とすることによって
も同様の効果を得ることができる。

【００２１】現像ケース２１Ｙ内に収容された現像剤
は、搬送スクリュー２３Ｙ，２４Ｙによって撹拌搬送さ
れることにより、トナーと磁性キャリアが互いに逆極性
に摩擦帯電される。そして、この現像剤の一部が現像ス
リーブ２２Ｙの表面に担持され、現像ドクタ２５Ｙで層
厚が規制された後、感光体ドラム１１Ｙと対向する現像
位置に搬送される。現像位置では、感光体ドラム１１Ｙ
上の静電潜像と、現像スリーブ２２Ｙに印加される現像
バイアスとで形成される現像電界によって、現像スリー
ブ２２Ｙ上の現像剤中のトナーが静電潜像に向かって移
動する。これにより、感光体ドラム１１Ｙ上の静電潜像
が現像される。なお、本実施形態では、負極性に帯電さ
れた感光体ドラム１１Ｙ上にネガ潜像を作像し、現像バ
イアスとして負極性を印加して負極性に帯電したトナー
を現像する、いわゆるネガ／ポジ現像方式を採用してい
るが、この方式に限られない。例えば、いわゆるポジ／
ポジ現像方式であってもよく、また、トナーと感光体ド
ラム１１Ｙの表面の極性が上述とは逆であってもよい。
なお、ポジ／ポジ現像方式の場合には、現像スリーブ２
２Ｙの表面汚れで生じる問題は、地肌汚れではなく低濃
度画像となる。

【００２２】現像ケース２１Ｙ内の現像剤のトナー濃度
は、画像データから得られる画像面積及び上記トナー濃
度センサ２６Ｙの検知結果に応じて、粉体ポンプ２７Ｙ
によるトナー補給によって一定に保たれる。また、本実
施形態に係るプリンタでは、１０枚に１回の頻度で、感
光体ドラム１１Ｙ上に形成された複数のハーフトーンパ
ターン及びベタパターンを反射濃度センサ（Ｐセンサ）
により検知する。そして、この検知結果に基づいてトナ
ー付着量を換算し、トナー付着量が狙いの量になるよう
に帯電電位、光量、トナー濃度センサの狙い値を適宜設
定する。なお、このようなプロセスコントロールの頻度
は、コピースピードなどに応じて例えば５〜２００枚の
間で適宜設定される。

【００２３】次に、本発明の特徴部分である現像バイア
スについて説明する。図４は、イエローの現像剤により
現像を行う現像ユニット２０Ｙの現像スリーブ２２Ｙに
現像バイアスを印加して現像位置に現像電界を形成する
電界形成手段としての現像電界形成部の概略構成を示す
ブロック図である。他の現像ユニット２０Ｍ，２０Ｃ，
２０Ｋについてもそれぞれ同じ構成となっているので、
それらの説明は省略する。上記現像電界形成部は、現像
スリーブ２２Ｙにバイアスを印加するパワーパック２８
Ｙと、そのパワーパック２８Ｙから出力されるバイアス
を制御するバイアス制御部２９とから構成されている。
なお、バイアス制御部２９は、他の現像ユニット２０
Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋでも共用されている。

【００２４】上記パワーパック２８Ｙは、直流成分（以
下、「ＤＣ」という。）のみのバイアス又はそのＤＣに
交流成分（以下、「ＡＣ」という。）が重畳したバイア
スを出力するものである。また、上記バイアス制御部２
９は、ＣＰＵ等から構成され、ＤＣに重畳されるＡＣを
制御するための制御信号をパワーパック２８Ｙに出力す
る。このような現像電界形成部により形成される現像電
界の具体的な形成方法については、以下の各実施例にお
いて詳述する。

【００２５】〔実施例１〕次に、図４に示したシステム
を用いた一実施例（以下、本実施例を「実施例１」とい
う。）について説明する。まず、本実施例で用いるプリ
ンタの主な機械条件について説明する。本実施例では、
径が３０ｍｍである感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１
Ｃ，１１Ｋを使用し、その線速を１８５ｍｍ／ｓｅｃと
している。現像位置における感光体ドラム１１Ｙ，１１
Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの表面線速に対する現像スリーブ２
２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの表面線速の比（現像ス
リーブ線速／感光体ドラム線速）は１．５である。な
お、現像スリーブ２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの径
は１８ｍｍである。また、現像ギャップは０．４ｍｍで
ある。また、現像スリーブ２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２
２Ｋの表面と現像ドクタ２５Ｙとの間の最小距離すなわ
ちドクタギャップは０．６ｍｍである。これにより、初
期の現像剤汲上量は、６０ｍｇ／ｃｍ²となった。ま
た、現像スリーブ２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ内部
のマグネットローラには、現像位置に対向して磁性キャ
リアを穂立ちさせるための磁界を形成する主磁極が備わ
っている。現像スリーブ表面移動方向における主磁極の
磁力線を出す面の向きは、感光体ドラム１１Ｙ，１１
Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの軸と現像スリーブ２２Ｙ，２２
Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの軸とを通る平面に対して０°であ
る。また、主磁極により形成される最大磁束密度は１０
０ｍＴである。また、帯電ローラ１５Ｙ，１５Ｍ，１５
Ｃ，１５Ｋにより一様帯電されたときの感光体ドラム１
１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋの表面電位すなわち非潜
像形成領域の電位は、−７００Ｖである。また、光書込
ユニット２からのレーザ光Ｌが照射されることで形成さ
れる静電潜像部分の電位は、−１００Ｖである。

【００２６】次に、本実施例で使用するトナー及び磁性
キャリアについて説明する。トナーに使用される結着樹
脂としては、従来から公知の樹脂を全て使用することが
可能である。例えば、スチレン−アクリロニトリル−ア
クリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂（スチレ
ンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合
体）、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられ
る。また、単独で使用してもよいが、２種類以上を併用
してもよい。また、これらの樹脂の製造方法も特に限定
されるものではなく、塊状重合、溶液重合、乳化重合、
懸濁重合などいずれも使用できる。外添剤としては、無
機微粒子を好ましく用いることができる。本実施例にお
けるトナーの外添剤には、１．０重量％のシリカと、
０．５重量％の酸化チタンを用いている。また、オイル
レス定着のための離型剤としては、酸化ライスワック
ス、低分子量ポリプロピレンワックス、カルナウバワッ
クス等が使用できる。なお、必要に応じて帯電制御剤を
含有させてもよい。本実施例におけるトナーの体積平均
粒径は５〜１０μｍであり、５μｍ以下の粒子が６０〜
８０個数％となる粒径分布を有する。また、本実施例で
使用する磁性キャリアには、重量平均粒径が３５μｍの
フェライト粒子にメチルメタクリレート樹脂（ＭＭＡ）
を膜厚が０．５μｍとなるようにコートしたものを用い
た。磁性キャリアの芯剤としては、マグネタイトのコー
ティングキャリアでも使用できる。これらのトナー及び
磁性キャリアの混合比（ＴＣ）及び帯電量（Ｑ／Ｍ）を
ブローオフ法によって測定したところ、混合比（ＴＣ）
は５〜８重量％であり、帯電量（Ｑ／Ｍ）は３０〜４０
μＣ／ｇであった。

【００２７】図１は、本実施例１におけるバイアス制御
部２９のバイアス制御の内容を説明するタイミングチャ
ートである。なお、現像ユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０
Ｃ，２０Ｋのバイアス制御の内容はそれぞれ同じ内容で
あるため、ここでは現像ユニット２０Ｙについてのみ説
明する。本実施例１では、現像スリーブ２２Ｙが対向す
る感光体ドラム１１Ｙの表面が潜像形成領域である場合
と非潜像形成領域である場合とで互いに異なるバイアス
が出力される。なお、ここでいう非潜像形成領域とは、
連続プリント中における紙間部分に対応する感光体ドラ
ム上の表面領域を指す。

【００２８】本実施例１では、パワーパック２８Ｙから
常にＤＣにＡＣを重畳させたバイアスが出力される。そ
して、バイアス制御部２９の制御の下、現像スリーブ２
２Ｙが非潜像形成領域に対向する場合には、潜像形成領
域に対向する場合よりも高い周波数をもつＡＣを重畳さ
せたバイアスが現像スリーブ２２Ｙに印加される。これ
により、感光体ドラム１１Ｙ表面上の非潜像形成領域に
対して印加される現像電界の周波数は、潜像形成領域に
対して印加される交番電界の周波数よりも高くなる。な
お、本実施例１における現像バイアスの具体的な特性値
は、下記の表１に示すとおりである。

【表１】

【００２９】〔実施例２〕次に、図４に示したシステム
を用いた他の実施例（以下、本実施例を「実施例２」と
いう。）について説明する。なお、本実施例２は、バイ
アス制御部２９のバイアス制御の内容が異なる以外は、
上記実施例１と同じであるので、以下、バイアス制御の
内容についてのみ説明する。

【００３０】図５は、本実施例２におけるバイアス制御
部２９のバイアス制御の内容を説明するタイミングチャ
ートである。本実施例２では、パワーパック２８Ｙから
常にＤＣにＡＣを重畳させたバイアスが出力される。そ
して、バイアス制御部２９の制御の下、現像スリーブ２
２Ｙが非潜像形成領域に対向する場合には、潜像形成領
域に対向する場合よりも高いピーク間電圧をもつバイア
スが現像スリーブ２２Ｙに印加される。これにより、感
光体ドラム１１Ｙ表面上の非潜像形成領域に対して印加
される現像電界の強さの変化量は、潜像形成領域に対し
て印加される交番電界の強さの変化量よりも大きくな
る。なお、本実施例２における現像バイアスの具体的な
特性値は、下記の表２に示すとおりである。

【表２】

【００３１】〔実施例３〕次に、図４に示したシステム
を用いた更に他の実施例（以下、本実施例を「実施例
３」という。）について説明する。なお、本実施例３
は、バイアス制御部２９のバイアス制御の内容が異なる
以外は、上記実施例１と同じであるので、以下、バイア
ス制御の内容についてのみ説明する。

【００３２】図６は、本実施例３におけるバイアス制御
部２９のバイアス制御の内容を説明するタイミングチャ
ートである。本実施例３では、バイアス制御部２９の制
御の下、現像スリーブ２２Ｙが潜像形成領域に対向する
場合には、ＤＣのみのバイアスが現像スリーブ２２Ｙに
印加される。一方、現像スリーブ２２Ｙが非潜像形成領
域に対向する場合には、ＤＣにＡＣを重畳させたバイア
スが現像スリーブ２２Ｙに印加される。これにより、感
光体ドラム１１Ｙ表面上の潜像形成領域に対しては、直
流成分のみからなる電界が印加され、非潜像形成領域に
対しては直流成分と交流成分からなる交番電界が印加さ
れる。なお、本実施例３における現像バイアスの具体的
な特性値は、下記の表３に示すとおりである。

【表３】

【００３３】以下、上述した３つの実施例についての評
価結果について説明する。この評価の比較対象には、現
像スリーブ２２Ｙが潜像形成領域に対向する場合にも非
潜像形成領域に対向する場合にもＤＣのみのバイアスを
現像スリーブ２２Ｙに印加する比較例を用いた。なお、
この比較例は、バイアス制御の内容が異なる以外は上記
実施例１と同じである。

【００３４】図７は、上述した３つの実施例と上記比較
例のプリンタを用いて行った評価結果を示すグラフであ
る。この評価においては、４０万枚の画像を連続プリン
トする間の地肌ポテンシャルを変化を測定した。なお、
地肌ポテンシャルとは、感光体ドラムの帯電電位すなわ
ち非潜像形成領域である地肌部分の電位と現像スリーブ
の表面電位との間の電位差を意味する。具体的な測定方
法は、連続プリント中画像の地肌部分の汚れすなわち地
肌汚れを観察し、定期的に地肌汚れが消えるように感光
体ドラムの帯電電位又は現像バイアスの調節したときの
地肌ポテンシャルをプロットした。なお、地肌ポテンシ
ャルが小さいほど、感光体ドラムへのキャリア付着を抑
制でき、またスリーブ汚れを低減できる。

【００３５】この評価で行った４０万枚の連続プリント
は、複数日に分け、断続的に行ったものである。そのた
め、図７に示すように、連続プリントを中断したときに
は一時的に地肌ポテンシャルが下がった。これは、連続
プリント中は現像スリーブに付着したトナーの帯電量が
磁性キャリアとの摩擦により増加するが、中断時には、
そのトナー中の電荷が現像スリーブ側に逃げて、そのト
ナーの帯電量が一次的に低下したものと考えられる。

【００３６】以下、評価結果について考察する。なお、
上述のように、プリント開始時の地肌ポテンシャルはい
ずれの場合も２００Ｖである。ＤＣのみのバイアスを現
像スリーブに印加する比較例では、プリント枚数が５万
枚に達したときには、地肌ポテンシャルが２００Ｖであ
るにも関わらず、すでに地肌汚れが発生していた。そし
て、４０万枚まで地肌汚れを発生させないためには、４
００Ｖ以上の地肌ポテンシャルが必要となることが判明
した。

【００３７】一方、潜像形成領域にはＤＣのみの現像バ
イアスを印加し、非潜像形成領域にはＤＣにＡＣを重畳
させた現像バイアスを印加する実施例３では、プリント
枚数が５万枚に達したときには、まだ地肌汚れが発生し
ていなかった。このとき、地肌ポテンシャルを約１２５
Ｖまで下げることができた。そして、４０万枚まで地肌
汚れを発生させないためには、３００Ｖ程度の地肌ポテ
ンシャルが必要となるが、比較例に比べて必要となる地
肌ポテンシャルを少なくできることが判明した。

【００３８】また、非潜像形成領域には潜像形成領域の
ときよりも高いピーク間電圧のＡＣ成分をもつ現像バイ
アスが印加される実施例２でも、プリント枚数が５万枚
に達したときには、まだ地肌汚れが発生していなかっ
た。このとき、地肌ポテンシャルを約５０Ｖまで下げる
ことができた。そして、４０万枚まで地肌汚れを発生さ
せないために必要な地肌ポテンシャルは、２００Ｖ程度
に抑えることができた。

【００３９】また、非潜像形成領域には潜像形成領域の
ときよりも高い周波数のＡＣ成分をもつ現像バイアスが
印加される実施例１でも、プリント枚数が５万枚に達し
たときには、まだ地肌汚れが発生していなかった。この
とき、地肌ポテンシャルを約５０Ｖまで下げることがで
きた。そして、４０万枚まで地肌汚れを発生させないた
めに必要な地肌ポテンシャルは、１５０Ｖ程度に抑える
ことができた。

【００４０】また、上記実施例１及び２と上記実施例３
とを比較すると、潜像形成領域に対してもＡＣ成分をも
つ現像バイアスを印加すれば、地肌ポテンシャルを低く
抑えることができることも判明した。しかし、ＡＣの条
件、現像剤の構成、機械条件等によっては、潜像形成領
域に対してもＡＣ成分をもつ現像バイアスを印加すると
画像上に不具合が発生することがある。なお、上記実施
例１及び２では、そのような画像上の不具合は発生して
いない。

【００４１】以上、本実施形態の実施例１によれば、現
像ユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、潜像担
持体である感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１
Ｋ上の潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担
持体としての現像スリーブ２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２
２Ｋと、感光体ドラムと現像スリーブとの間に交流成分
（ＡＣ）を含む電界を形成するための電界形成手段とし
ての現像電界形成部を備えている。そして、その現像電
界形成部は、感光体ドラム表面移動方向における静電潜
像が形成されない非潜像形成領域に対して、感光体ドラ
ム表面移動方向における静電潜像が形成される潜像形成
領域に印加される交番電界の周波数よりも高い周波数の
交番電界を形成する。これにより、非潜像形成領域が現
像位置にあるとき、その非潜像形成領域に対向する現像
スリーブの表面に付着したトナーには、強弱変化又は力
の向きが周期的に反転する静電力が働くことになる。よ
って、現像剤担持体表面とトナーとの間の付着力が弱め
ることができ、スリーブ汚れを低減することができるも
のと考えられる。なお、この作用効果は、上記実施例２
及び３においても同様である。特に、本実施形態の実施
例１によれば、交番電界の周波数を高めるほど、現像剤
担持体表面とトナーとの間の付着力を弱める効果が高ま
るが、画質が劣化することがある。しかし、この現像ユ
ニット２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋは、非潜像形成
領域では、潜像形成領域に印加される交番電界の周波数
よりも高い周波数の交番電界を形成するので、潜像形成
領域に印加される交番電界の周波数を低くして画質の劣
化を抑制できるとともに、スリーブ汚れを効果的に低減
することができる。また、本実施形態の実施例２によれ
ば、上記現像電界形成部が、非潜像形成領域に対して、
潜像形成領域に印加される交番電界の電界強度のピーク
ツゥピークよりも大きいピークツゥピークをもつ交番電
界を形成する。また、交番電界の電界強度のピークツゥ
ピークが大きいほど、現像剤担持体表面とトナーとの間
の付着力を弱める効果が高まるが、画質が劣化すること
がある。しかし、この現像ユニット２０Ｙ，２０Ｍ，２
０Ｃ，２０Ｋは、非潜像形成領域では、交番電界の強さ
の電界強度のピークツゥピークよりも大きいピークツゥ
ピークをもつ交番電界を形成するので、潜像形成領域に
印加される交番電界の電界強度のピークツゥピークを小
さくして画質の劣化を抑制できるとともに、スリーブ汚
れを効果的に低減することができる。また、本実施形態
の実施例３によれば、上記現像電界形成部が、潜像形成
領域に対しては直流成分のみからなる電界を形成し、非
潜像形成領域に対しては交番電界を形成する。これによ
り、潜像形成領域には交番電界が印加されないので交番
電界による画質の劣化を防止できるとともに、スリーブ
汚れを低減することができる。また、本実施形態の実施
例１乃至３によれば、複数枚の画像を連続して形成する
ときの各画像に対応する潜像間における領域を非潜像形
成領域としている。上述のように、非潜像形成領域に
は、例えば、転写紙の上端が潜像担持体表面上の移動方
向下流側に対応する場合、一枚の転写紙の上半分にだけ
画像がある画像を形成するときの下半分に対応する潜像
担持体の表面領域も含まれる。このような領域を非潜像
形成領域とする場合、スリーブ汚れをより効果的に低減
できる。しかし、この場合には、例えば、光書込ユニッ
ト２に送られる画像データを、バイアス制御部２９にも
送り、バイアス制御部２９でその画像データに基づいて
感光体ドラム表面の潜像が存在しない部分を算出し、こ
れをバイアス制御にフィードバックするという複雑な制
御が必要となる。一方、本実施形態の実施例１乃至３に
ように、いわゆる紙間領域を非潜像形成領域とすれば、
このような複雑な制御を必要とせずに、スリーブ汚れを
十分に低減することができる。

【００４２】尚、本実施形態では、ＡＣバイアスとして
正弦波電圧を利用しているが、矩形波電圧の方がより好
ましい。

【００４３】

【発明の効果】請求項１乃至５の発明によれば、非潜像
形成領域に対しては潜像形成領域の場合とは異なる交番
電界を形成するので、トナーが現像剤担持体表面に付着
したとしても、潜像形成領域に対する現像に影響を与え
ることなく、トナーの付着力を弱めることができ、スリ
ーブ汚れを低減することができるという優れた効果があ
る。しかも、上述した公報に開示の装置がもっていたよ
うな不具合もなく、スリーブ汚れを低減することができ
るという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るレーザプリンタの実施例１に係
るバイアス制御部のバイアス制御の内容を説明するタイ
ミングチャート。

【図２】同レーザプリンタの概略構成図。

【図３】同レーザプリンタにおけるイエローのトナー像
形成部の概略構成を示す拡大図。

【図４】同トナー像形成部における現像ユニットの現像
電界形成部の概略構成を示すブロック図。

【図５】実施例２に係るバイアス制御部のバイアス制御
の内容を説明するタイミングチャート。

【図６】実施例３に係るバイアス制御部のバイアス制御
の内容を説明するタイミングチャート。

【図７】実施例１〜３及び比較例におけるプリンタを用
いて行った評価結果を示すグラフ。

【符号の説明】

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋトナー像形成部１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ感光体ドラム２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ現像ユニット２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ現像スリーブ２５Ｙ現像ドクタ２８Ｙパワーパック２９バイアス制御部６０転写紙搬送ベルト１００転写紙

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像担持体上の潜像を現像するための現像
剤を担持する現像剤担持体と、上記潜像担持体と上記現
像剤担持体との間に交流成分を含む現像電界を形成する
ための電界形成手段とを備えた現像装置において、上記
電界形成手段は、上記潜像担持体の表面移動方向におけ
る潜像が形成されない非潜像形成領域に対して、該潜像
担持体の表面移動方向における潜像が形成される潜像形
成領域に印加される電界の周波数よりも高い周波数で電
界強度が変化する電界を形成することを特徴とする現像
装置。
【請求項２】潜像担持体上の潜像を現像するための現像
剤を担持する現像剤担持体と、上記潜像担持体と上記現
像剤担持体との間に交流成分を含む現像電界を形成する
ための電界形成手段とを備えた現像装置において、上記
電界形成手段は、上記潜像担持体の表面移動方向におけ
る潜像が形成されない非潜像形成領域に対して、該潜像
担持体の表面移動方向における潜像が形成される潜像形
成領域に印加される電界の電界強度のピークツゥピーク
よりも大きいピークツゥピークをもつ電界を形成するこ
とを特徴とする現像装置。
【請求項３】潜像担持体上の潜像を現像するための現像
剤を担持する現像剤担持体と、上記潜像担持体と上記現
像剤担持体との間に現像電界を形成するための電界形成
手段とを備えた現像装置において、上記電界形成手段
は、上記潜像担持体の表面移動方向における潜像が形成
される潜像形成領域に対しては直流成分のみからなる電
界を形成し、該潜像担持体の表面移動方向における潜像
が形成されない非潜像形成領域に対しては交流成分を含
む電界を形成することを特徴とする現像装置。
【請求項４】請求項１、２又は３の現像装置において、
上記非潜像形成領域は、複数枚の画像を連続して形成す
るときの各画像に対応する潜像間における領域であるこ
とを特徴とする現像装置。
【請求項５】潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現
像するための現像手段とを備えた画像形成装置におい
て、上記現像手段として、請求項１、２、３又は４の現
像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。