JP2015075582A - 現像装置及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像領域内でトナーを往復運動させる交番電圧現像方式でベタの埋まりの向上を安定して図ることを課題とする。【解決手段】二成分現像剤中のトナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を現像領域に形成するために、現像剤担持体に交番電圧を印加する現像装置において、上記交番電圧の波形は、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ現像波形部分の先頭箇所Ｃ１、及び、トナーを潜像担持体側から現像剤担持体側へ移動させる非現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所Ｄ１が、それぞれ、当該波形部分の残り箇所Ｃ２，Ｄ２よりも絶対値が大きい電圧値を有し、かつ、当該波形部分の５０％以下の印加時間を有するものであり、上記キャリアの体積固有抵抗値が１．０?１０８［Ω・ｃｍ］以上１．０?１０１０［Ω・ｃｍ］以下である。【選択図】図５

Description

本発明は、トナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を現像領域に形成して現像処理を行う現像装置及びこれを備えた画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用した複写機、プリンタ等の画像形成装置においては、潜像担持体の表面を帯電装置によって一様に帯電した後、潜像担持体の表面に像光を照射して静電潜像を形成し、この静電潜像上にトナー像を形成することにより、現像を行っている。このトナー像は、転写装置によって用紙等の記録媒体や中間転写体上に転写され、さらに紙面上へ転写される。これまで、現像方式については種々の方法が検討されてきた。具体的には、直流電圧現像方式、交番電圧現像方式があり、直流、交流それぞれで発揮される現像剤特性の違いを利用し、高画質を目指してきた。また、使用される現像剤の種類にも一成分、二成分があり、現像領域で現像剤を潜像担持体表面に接触させるか非接触にするかの違いもある。それ以外にも、潜像担持体、現像剤担持体に特徴を持たせ、新規な現像方式を開発し、それら現像剤特性などと現像方式を組み合わせることで、複写機、プリンタの性能を充足させる機能を持たせてきた。この中でも特に、現像方式として用いられてきた交番電圧現像方式には、以下のような従来技術が知らされている。

特許文献１には、現像バイアスに用いる交番電圧の周波数ｆ及びピークツウピーク電圧Ｖｐｐを大きくすることにより交番電圧現像方式のメリットを維持しつつ、画像の荒れや二成分現像剤のドラムへの飛散などのデメリットを抑制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、現像スリーブに印加する交番電圧の周波数を４［ｋＨｚ］以上７［ｋＨｚ］以下の範囲のいずれかの値とし、この交番電圧のピークツウピーク電圧を１．５［ｋＶ］以上２．５ｋＶ［ｋＶ］の範囲のいずれかの値とすることが開示されている。

また、特許文献２には、周波数ｆが５［ｋＨｚ］＜ｆ＜１５［ｋＨｚ］である現像バイアスの交流成分の振動振幅Ｖｐｐ（ｋＶ）を周期的に減少させることにより、地汚れ及び後端抜けの発生を抑制することを目的とした画像形成装置が開示されている。この特許文献２には、効果確認の実験で、現像バイアスの交流成分の周波数ｆを０［ｋＨｚ］≦ｆ≦２０［ｋＨｚ］の範囲で振ったときの地汚れ、後端抜け、粒状性についての評価結果が開示されている。その開示内容によれば、地汚れに関しては、周波数ｆが２０［ｋＨｚ］に向かって高まるほど評価結果が改善されることが示されているが、後端抜けと粒状性に関しては、周波数ｆが２０［ｋＨｚ］に向かって高まるほど評価結果が悪化することが示されている。

本発明者らは、交番電圧現像方式を採用した画像形成装置における画質改善の研究過程において、交番電圧の波形を種々変化させて画質への影響を検討した。その結果、交番電圧の波形を、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ現像波形部分の先頭箇所が、当該現像波形部分の残り箇所よりも絶対値が大きい電圧値となる波形とすることで、現像効率を向上させることができる可能性を見出した。より詳しくは、ベタ画像部分に対するトナー付着量を増大させて、ベタの埋まりを向上させることができる可能性を見出した。ただし、交番電圧の波形を単にこのような波形とするだけでは安定してベタの埋まりの向上を図ることが困難であることが判明した。

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、現像領域内でトナーを往復運動させる交番電圧現像方式でベタの埋まりの向上を安定して図ることができる現像装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を表面に担持し、潜像担持体に対して対向配置される現像剤担持体と、上記潜像担持体と上記現像剤担持体とが対向する現像領域に、上記二成分現像剤中のトナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を形成するために、該現像剤担持体に交番電圧を印加する交番電圧印加手段とを有する現像装置において、上記交番電圧の波形は、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所、及び、トナーを潜像担持体側から現像剤担持体側へ移動させる非現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所が、それぞれ、当該波形部分の残り箇所よりも絶対値が大きい電圧値を有し、かつ、当該波形部分の５０％以下の印加時間を有するものであり、上記キャリアの体積固有抵抗値が１．０×１０^８［Ω・ｃｍ］以上１．０×１０^１０［Ω・ｃｍ］以下であることを特徴とする。

以上より、本発明によれば、現像領域内でトナーを往復運動させる交番電圧現像方式でベタの埋まりの向上を安定して図ることができるという優れた効果が得られる。

実施形態の複写機の概略構成図である。 同複写機の現像装置の概略構成を示す模式図である。 同現像装置と複写機本体に設けられる電源部とを示す斜視図である。 図３中符号Ａで示す現像装置と電源部との接続箇所を拡大した拡大視図である。 同電源部から出力される交番電圧の波形の一例を示すグラフである。 同交番電圧の波形のうち現像波形部分についてのみスパイク波形を含むようにした波形例を示すグラフである。 同交番電圧の波形のうち非現像波形部分についてのみスパイク波形を含むようにした波形例を示すグラフである。 実験例で用いた実験装置の概要を示す模式図である。 同実験例の実験結果を示すグラフである。

以下、本発明を、画像形成装置としての複写機に適用した一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の複写機５００の概略構成図である。
複写機５００は、複写装置本体（以下「プリンタ部」という。）１００、給紙テーブル（以下「給紙部」という。）２００及びプリンタ部１００上に取り付けるスキャナ（以下「スキャナ部」という。）３００から構成される。

プリンタ部１００は、４つのプロセスユニットとしてのプロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ、複数の張架ローラに張架されて図１中の矢印Ａ方向に移動する中間転写体としての中間転写ベルト７、露光手段としての露光装置６、定着手段としての定着装置１２等を備えている。４つのプロセスカートリッジ１の、符号の後に付されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋという添字は、イエロー、マゼンタ、シアン、黒用の仕様であることを示している。４つのプロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、それぞれ使用するトナーの色が異なる他はほぼ同様の構成になっているので、以下、Ｋ、Ｙ、Ｍ、Ｃという添字を省略して説明する。

プロセスカートリッジ１は、潜像担持体である感光体２、帯電手段である帯電部材３、現像手段である現像装置４、及び、クリーニング手段である感光体クリーニング装置５を一体的に支持してユニット状とした構成となっている。各プロセスカートリッジ１は、それぞれの不図示のストッパーを解除することにより、複写機５００本体に対して着脱可能となっている。

感光体２は、図中の矢印で示すように、図中の時計周り方向に回転する。帯電部材３は、ローラ状の帯電ローラであり、感光体２の表面に圧接されており、感光体２の回転により従動回転する。作像時には、帯電部材３には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、感光体２の表面を帯電する。本実施形態のプロセスカートリッジ１は、帯電手段として、感光体２の表面に接触するローラ状の帯電部材３を用いているが、帯電手段としてはこれに限るものではなく、コロナ帯電などの非接触帯電方式を用いてもよい。

露光装置６は、潜像形成手段として機能し、スキャナ部３００で読み込んだ原稿画像の画像情報またはパーソナルコンピュータ等の外部装置から入力される画像情報に基づいて、感光体２の表面に対して露光し、感光体２の表面に静電潜像を形成する。プリンタ部１００が備える露光装置６は、レーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナ方式を用いているが、露光手段としてはＬＥＤアレイを用いるものなど他の構成でも良い。感光体クリーニング装置５は、中間転写ベルト７と対向する位置を通過した感光体２の表面上に残留する転写残トナーのクリーニングを行う。

４つのプロセスカートリッジ１は、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー像を感光体２上に形成する。４つのプロセスカートリッジ１は、中間転写ベルト７の表面移動方向に並列に配設され、それぞれの感光体２上に形成されたトナー像を中間転写ベルト７に順に重ね合わせるように転写し、中間転写ベルト７上に可視像を形成する。

図１において、各感光体２に対して中間転写ベルト７を挟んで対向する位置には一次転写手段としての一次転写ローラ８が配置されている。一次転写ローラ８には不図示の高圧電源により一次転写バイアスが印加され、感光体２との間で一次転写電界を形成する。感光体２と一次転写ローラ８との間で一次転写電界が形成されることにより、感光体２の表面上に形成されたトナー像が中間転写ベルト７の表面に転写される。中間転写ベルト７を張架する複数の張架ローラのうちの１つが不図示の駆動モータによって回転することによって中間転写ベルト７が図中の矢印Ａ方向に表面移動する。表面移動する中間転写ベルト７の表面上に各色のトナー像が順次重ねて転写されることによって、中間転写ベルト７の表面上にフルカラー画像が形成される。

４つのプロセスカートリッジ１が中間転写ベルト７と対向する位置に対して、中間転写ベルト７の表面移動方向下流側には、張架ローラの１つである二次転写対向ローラ９ａに対して中間転写ベルト７を挟んで対向する位置に二次転写ローラ９が配置され、中間転写ベルト７との間で二次転写ニップを形成する。二次転写ローラ９と二次転写対向ローラ９ａとの間に所定の電圧を印加して二次転写電界を形成する。給紙部２００から給紙され、図１中の矢印Ｓ方向に搬送される記録材である記録紙Ｐが二次転写ニップを通過する際に、中間転写ベルト７の表面上に形成されたフルカラー画像が、二次転写ローラ９と二次転写対向ローラ９ａとの間に形成された二次転写電界によって記録紙Ｐに転写される。

二次転写ニップに対して記録紙Ｐの搬送方向下流側に、定着装置１２が配置されている。二次転写ニップを通過した記録紙Ｐは定着装置１２に到達し、定着装置１２における加熱及び加圧によって記録紙Ｐ上に転写されたフルカラー画像が定着され、画像が定着された記録紙Ｐは複写機５００の装置外に出力される。一方、二次転写ニップで記録紙Ｐに転写されず中間転写ベルト７の表面上に残留したトナーは、転写ベルトクリーニング装置１１によって回収される。

図１に示すように、中間転写ベルト７の上方には、各色トナーを収容するトナーボトル４００Ｙ，４００Ｍ，４００Ｃ，４００Ｋが複写機５００本体に対して着脱可能に配置されている。各色トナーボトル４００に収容されたトナーは、各色に対応する不図示のトナー補給装置によって、各色の現像装置４に供給される。

図２は、本実施形態の現像装置４の概略構成を示す模式図であり、図１中の紙面奥側から見た断面図である。
図３は、現像装置４と複写機５００本体に設けられる電源部５１０とを示す斜視図である。
図４は、図３中符号Ａで示す現像装置４と電源部５１０との接続箇所を拡大した拡大視図である。
現像装置４には、現像剤担持体としての２つの現像ローラ４２Ａ，４２Ｂと、ドクタブレード４５、攪拌パドル４６、搬送スクリュー４８、トナー濃度センサ４９等が設けられている。これらの構成部材を収容する現像ケース４１は、感光体２と対向する箇所が開口しており、その開口を介して、感光体２の表面と２つの現像ローラ４２Ａ，４２Ｂとが対向するように構成されている。本実施形態では、現像ケース４１内に収容されている現像剤４３として、トナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いている。現像ケース４１内の現像剤４３は、攪拌パドル４６や搬送スクリュー４８によって攪拌される。

現像ケース４１内の現像剤４３は、現像ローラ４２Ａ，４２Ｂの内部に設置されている磁界発生手段としてのマグネットローラの磁力によって表面に担持され、各現像ローラ４２Ａ，４２Ｂの回転駆動により、各現像ローラと感光体２とが対向して現像処理が行われるそれぞれの現像領域へ搬送される。第１現像ローラ４２Ａ上の現像剤４３は、ドクタブレード４５によって所定量に規制された後に第１現像領域へ搬送され、現像処理に用いられる。その後、現像領域を通過した第１現像ローラ４２Ａ上の現像剤４３は、第１現像ローラ４２Ａと第２現像ローラ４２Ｂとが対向する箇所で第２現像ローラ４２Ｂ側へ受け渡される。そして、第２現像ローラ４２Ｂの回転駆動により第２現像領域へ搬送され、再び現像処理に用いられる。

プロセスカートリッジ１の複写機５００本体への装着に伴い、そのプロセスカートリッジ１内の現像装置４の電源入力端子４４Ａ，４４Ｂは、複写機５００本体における電源部５１０の各端子孔５１１Ａ，５１１Ｂに挿入される。これにより、現像装置４の電源入力端子４４Ａ，４４Ｂは、複写機５００本体の電源部５１０の電源出力端子５１２に接触し、電気的に接続される。この電源出力端子５１２には、電源ケーブル５１３を介して、直流電圧印加用のＤＣ電源５１４及び交番電圧印加用のＡＣ電源５１５が接続されている。本実施形態では、ＤＣ電源５１４、ＡＣ電源５１５及び制御ボックス５１６によって、交番電圧印加手段が構成されている。制御ボックス５１６はＡＣ電源５１５に接続されており、制御ボックス５１６から出力される制御信号により、ＡＣ電源５１５から出力される交流電圧の波形を変化させることができる。２つの現像ローラ４２Ａ，４２Ｂには、同じ現像電圧が印加される。

図５は、本実施形態において、電源部５１０から出力される交番電圧の波形の一例を示すグラフである。
交番電圧の波形は、トナーを現像ローラ４２Ａ，４２Ｂ側から感光体２側へ移動させる現像方向の極性をもつ現像波形部分と、トナーを感光体２側から現像ローラ４２Ａ，４２Ｂ側へ移動させる非現像方向の極性をもつ非現像波形部分とが、交番電圧の周波数に応じて交互に存在する。本実施形態では、正規帯電極性がマイナス極性であるトナーを用いるので、図５中実線で囲った波形部分が非現像波形部分であり、図５中破線で囲った波形部分が現像波形部分である。

本実施形態においては、図５中破線で囲った部分に示すように、現像波形部分の先頭箇所に、その現像波形部分の残り箇所Ｃ２よりも絶対値が大きい電圧値となっているスパイク波形部分Ｃ１が存在する。
また、本実施形態においては、図５中実線で囲った部分に示すように、非現像波形部分の先頭箇所に、その現像波形部分の残り箇所Ｄ２よりも絶対値が大きい電圧値となっているスパイク波形部分Ｄ１が存在する。

図５に示す波形例の具体的な内容は以下のとおりである。
交番電圧の周波数を２０．１［ｋＨｚ］とし、電源部の起動後、０．００００４８秒から０．００００５４４秒までの間、＋２［ｋＶ］のプラス極性の電圧（スパイク波形部分）を印加し、その後、通常の電圧値である＋５００［Ｖ］まで電圧値を戻す。その後、さらに０．００００７２９秒から０．００００７９９秒までの間、−２［ｋＶ］のマイナス極性の電圧（スパイク波形部分）を印加し、その後、通常の電圧値である−１［ｋＶ］まで電圧値を戻す。

このようなスパイク波形部分を有する交番電圧を用いることで、このようなスパイク波形部分を有しない交番電圧を用いる場合に比較して、現像効率の向上及び地汚れの低減を図ることができる。以下、このような効果を生み出すスパイク波形部分の機能について説明する。なお、現像波形部分のスパイク波形と非現像波形部分のスパイク波形とでは、その機能が異なることから、これらのスパイク波形を区別して説明する。

図６は、交番電圧の波形のうち現像波形部分についてのみスパイク波形を含むようにした波形例を示すグラフである。
すなわち、図６に示す波形例は、図５に示した本実施形態の波形例から非現像波形部分のスパイク波形部分Ｄ１を取り除いて非現像波形部分を通常の波形としたものである。図６中破線で囲った現像波形部分では、潜像部電位Ｖｌ（＝−６０［Ｖ］）に対して現像ローラ４２Ａ，４２Ｂに印加される電圧値がマイナス極性側となるので、それらの電位差に応じた強さの現像電界が現像領域に形成される。スパイク波形部分Ｃ１は、残りの現像波形部分Ｃ２と比べて、潜像部電位Ｖｌとの電位差が大きい。よって、このようなスパイク波形部分Ｃ１が印加される時期の現像電界は、残りの現像波形部分Ｃ２が印加される時期の現像電界よりも強いので、より多くのトナーを感光体２側へ移動させることができる。したがって、現像波形部分内にこのようなスパイク波形部分Ｃ１を含まない場合と比較して、現像効率が向上する。

ここで、仮に、残りの現像波形部分Ｃ２も含めて現像波形部分の全体の電圧値を、スパイク波形部分Ｃ１と同じ電圧値（−２［ｋＶ］）に設定した場合、現像効率は向上するものの、感光体２上の地肌部に付着するトナーの量も増大し、地汚れが悪化する。また、現像領域内に放電が生しやすくなるので、トナーに帯電異常が生じて、ベタの埋まり、輝度、エッジ再現性などの評価を悪化させたり、感光体２を劣化させたりする。したがって、現像波形部分の一部分、より詳しくは現像波形部分の先頭部分にだけ、スパイク波形部分Ｃ１を部分的に存在させることが必要である。好ましくは、スパイク波形部分Ｃ１の時間幅は、現像波形部分Ｃ２の時間幅（印加時間）以下、すなわち、現像波形部分全体（Ｃ１＋Ｃ２）の５０％以下の時間幅（印加時間）とする。

このようなスパイク波形部分Ｃ１を現像波形部分に部分的に存在させることによる現像効率の向上は、上述した３つの評価、すなわち、ベタの埋まり、輝度、エッジ再現性を良好にする効果がある。したがって、交番電圧として、その現像波形部分にスパイク波形部分Ｃ１を含めた交番電圧を用いることにより、これらの３つの評価を更に高めることが可能となる。なお、スパイク波形部分Ｃ１を現像波形部分に部分的に存在させることによる効果は、２０［ｋＨｚ］以上６０［ｋＨｚ］以下の周波数範囲であることが好ましいが、この周波数範囲には限られない。

図７中実線で囲った非現像波形部分では、潜像部電位Ｖｌ（＝−６０［Ｖ］）に対して現像ローラ４２Ａ，４２Ｂに印加される電圧値がプラス極性側となるので、それらの電位差に応じた強さの非現像電界（トナーを感光体側から現像ローラ側へ戻す電界）が現像領域に形成される。スパイク波形部分Ｄ１は、残りの非現像波形部分Ｄ２と比べて、潜像部電位Ｖｌとの電位差が大きい。よって、このようなスパイク波形部分Ｄ１が印加される時期の非現像電界は、残りの非現像波形部分Ｄ２が印加される時期の非現像電界よりも強いので、より多くのトナーを感光体２側から現像ローラ４２Ａ，４２Ｂ側へ戻すことができる。したがって、非現像波形部分内にこのようなスパイク波形部分Ｄ１を含まない場合と比較して、地肌部に付着したトナーをより多く現像ローラ側へ回収することができ、地汚れを改善できる。

ここで、仮に、残りの非現像波形部分Ｄ２も含めて非現像波形部分の全体の電圧値を、スパイク波形部分Ｄ１と同じ電圧値（＋２［ｋＶ］）に設定した場合、地汚れは改善するものの、現像領域内に放電が生しやすくなるので、トナーに帯電異常が生じ、ベタの埋まり、輝度、エッジ再現性などの評価を悪化させたり、感光体２を劣化させたりする。したがって、非現像波形部分の一部分、より詳しくは非現像波形部分の先頭部分にだけ、スパイク波形部分Ｄ１を部分的に存在させることにより、放電の発生を抑制しつつ、地汚れの悪化を改善することができる。好ましくは、スパイク波形部分Ｄ１の時間幅は、残りの非現像波形部分Ｄ２の時間幅（印加時間）以下、すなわち、非現像波形部分全体（Ｄ１＋Ｄ２）の５０％以下の時間幅（印加時間）とする。なお、スパイク波形部分Ｄ１を非現像波形部分に部分的に存在させることによる効果は、２０［ｋＨｚ］以上６０［ｋＨｚ］以下の周波数範囲であることが好ましいが、この周波数範囲には限られない。

２つの現像ローラ４２Ａ，４２Ｂには、同じ現像電圧が印加される。本実施形態の現像電圧は、ＤＣ電源５１４から出力される直流電圧にＡＣ電源５１５から出力される交流電圧を重畳させたもので、ＡＣ電源５１５から出力される交流電圧の周波数で、極性が切り替わる交番電圧である。本実施形態において、上述したスパイク波形部分Ｃ１，Ｄ１を含まない状態の交流電圧は、ピークツウピーク電圧が７５０［Ｖ］であり、Ｄｕｔｙ比が５０％であり、波形が矩形波となるものを用いている。また、ＤＣ電源５１４から出力される直流電圧は−３００［Ｖ］である。

ここで、交番電圧現像方式におけるベタの埋まりを向上させる構成を確認するための実験例について説明する。
図８は、本実験例で用いた実験装置６００の概要を示す模式図である。
この実験装置６００は、透明なガラス基板６０１ａ上に透明電極であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）６０１ｂを蒸着して擬似的な潜像を形成できるように構成された疑似感光体６０１と、ＩＴＯ６０１ｂに電圧を印加するための電極６０２、高速度カメラ６０３、現像ユニット６０４などで構成されている。本実施形態の現像装置４は、２つの現像ローラ４２Ａ，４２Ｂを備えた構成であり、本実験装置６００の現像ユニット６０４は、単一の現像ローラ６４２を備えた構成であるが、その他の基本構成は同様のものである。現像ユニット６０４は、その現像ローラ６４２が疑似感光体６０１と対向配置するように、固定台６０５上に固定配置されている。

疑似感光体６０１及び高速度カメラ６０３は、移動台６０６に支持されている。この移動台６０６は、ＩＴＯ６０１ｂが蒸着された疑似感光体６０１の表面が現像ローラ６４２との対向位置を通過するように、図中上下方向へスライド移動可能に構成されている。高速度カメラ６０３は、疑似感光体６０１の裏面（ＩＴＯ６０１ｂが蒸着された表面と反対側の面）から疑似潜像部に付着するトナーを撮像する位置に配置されている。

本実験では、まず、疑似感光体６０１及び高速度カメラ６０３を支持する移動台６０６を図中下方へ移動させる。また、疑似感光体６０１の疑似潜像部には−６０Ｖの直流電圧を印加して疑似潜像部電位Ｖｌを−６０Ｖとした。その後、現像ローラ６４２に本実施形態と同様に交番電圧を印加して現像ユニット６０４を稼働させるとともに、移動台６０６を上方に向けてスライド移動させる。このときのスライド移動速度は、本実施形態の感光体２の線速（表面移動速度）と同じ速度に設定されている。そして、疑似感光体６０１上の疑似潜像及び疑似地肌部が現像ローラ６４２との対向領域（現像領域）を通過した後、その現像状態を高速度カメラ６０３で観察した。

本実験例では、各々の条件で現像した際のトナー付着状態からベタの埋まりを評価したものである。ベタの埋まりとは、ベタ画像部分に現像されたトナーの隙間がどの程度埋まっているのかを判定するための指標である。このベタの埋まりの評価には、光学倍率１８倍で、かつ、縦５１２×横２５６ピクセル（１ピクセル＝１μｍ）で撮影した画像から、横１００ピクセル×縦２５６ピクセルを切り出し、トナーの存在しない空間の面積を測定した。そして、この測定面積が小さいほど、ベタの埋まりが良好であると評価した。評価方法は、スパイク波形Ｃ１，Ｄ１を含まない従来の現像条件での測定面積が１６０６ピクセル２乗であったため、それを基準ランクの４．０とし、測定面積が測定範囲外となる１０００ピクセル２乗未満となる場合を最高ランクの５．０となるように規格化して、各条件におけるベタの埋まりのランク評価を行った。

本実験例では、現像ローラ６４２に印加する交番電圧におけるスパイク波形Ｃ１，Ｄ１のＤｕｔｙ比のみを変化させ、それぞれのベタの埋まりを評価した。なお、ここでいうＤｕｔｙ比とは、現像波形部分の印加時間に対するスパイク波形Ｃ１の印加時間の比率、非現像波形部分の印加時間に対するスパイク波形Ｄ１の印加時間の比率を意味する。具体的には、本実験例では、スパイク波形Ｃ１，Ｄ１のＤｕｔｙ比を、０［％］（スパイク波形Ｃ１，Ｄ１無し）、５［％］、１０［％］、２５［％］、５０［％］、７５［％］、１００［％］という６つの条件について、それぞれベタの埋まりを評価した。その他の実験条件については、下記の表１に示す。

図９は、本実験例の実験結果を示すグラフである。
このグラフは横軸にスパイク波形Ｃ１，Ｄ１のＤｕｔｙ比をとり、縦軸にベタの埋まりについての評価ランクをとったものである。このグラフからわかるように、スパイク波形のＤｕｔｙ比が０％であるスパイク波形Ｃ１，Ｄ１を有しない従来の交番電圧ではランクが４．０であるところ、Ｄｕｔｙ比が５％である場合にはランク４．９、Ｄｕｔｙ比が１０％である場合にはランク４．８、Ｄｕｔｙ比が２５％である場合にはランク４．５、Ｄｕｔｙ比が５０％である場合にはランク４．２、Ｄｕｔｙ比が７５％である場合にはランク３．８、Ｄｕｔｙ比が１００％である場合にはランク３．８となった。この結果、少なくともスパイク波形Ｃ１，Ｄ１のＤｕｔｙ比が５０％以下であれば、スパイク波形Ｃ１，Ｄ１を有しない従来の交番電圧（Ｄｕｔｙ比＝０％）の場合よりも、ベタの埋まりが向上することが確認できた。

ここで、キャリアの体積固有抵抗値が１．０×１０^１９［Ω・ｃｍ］だったものを、１．０×１０^８［Ω・ｃｍ］以上１．０×１０^１０［Ω・ｃｍ］以下の範囲内のものに変更すると、キャリア上からトナーが離脱する個数が３０％増加することが確認されている。これは、単位時間あたりにキャリアから離脱するトナーの個数を高速度カメラで可視化・観察したものである。本実験例では、そのキャリアの体積抵抗値が１．０×１０^８．９［Ω・ｃｍ］のものを用いた。１．０×１０^８［Ω・ｃｍ］以上１．０×１０^１０［Ω・ｃｍ］以下の範囲内の体積固有抵抗値を有するキャリアを用いることで、安定してベタの埋まりを向上させることができる。よって、スパイク波形Ｃ１，Ｄ１のＤｕｔｙ比を５０％以下としつつ、キャリアの体積固有抵抗値を１．０×１０^８［Ω・ｃｍ］以上１．０×１０^１０［Ω・ｃｍ］以下の範囲内とすることで、スパイク波形Ｃ１，Ｄ１を有しない従来の交番電圧の場合よりも、安定してベタの埋まりが向上する。

次に、本実施形態で用いるトナーについて説明する。
粒径（体積平均粒径）が４［μｍ］以上７［μｍ］以下の範囲内のトナーを用いた場合と、粒径が４［μｍ］未満のトナーを用いた場合と、７［μｍ］より大きいトナーを用いた場合とにおいて、地肌部に付着するトナー（地汚れトナー）の面積率およびトナー飛散量を比較した。トナーの粒径を５［μｍ］±１［μｍ］の範囲内とした場合、トナー粒径が４［μｍ］未満のトナーを用いた場合に比べて、ベタの埋まり及び輝度の評価は５％低下したが、地汚れ及びトナー飛散量の評価はともに３０％減少した。また、トナー粒径が７［μｍ］より大きいトナーを用いた場合に比べて、地汚れ及びトナー飛散量の評価は５％増加し、ベタの埋まり及び輝度の評価も２０％向上した。本実施形態では、粒径が５［μｍ］±１［μｍ］の範囲内のトナーを用いている。

次に、現像領域内で往復移動するトナーの振幅について説明する。
交番電圧によって現像領域内に形成される電界をＥｏとし、交番電圧の周波数をｆとし、トナーの帯電量をｑとすると、現像領域内で往復運動するトナーの見かけ上の振幅Ｄは、下記の式（１）から計算することができる。
Ｄ ＝ ｑ×Ｅｏ／（２πｆ）^２ ・・・（１）

現像領域内の電界Ｅｏは、現像ローラ４２Ａ，４２Ｂと感光体２との間の距離ｄと、交番電圧のピークツウピーク電圧Ｖｐｐとを用いて、下記の式（２）に示す関係式から求めることができる。
Ｅｏ ＝ Ｖ／ｄ ・・・（２）

トナーの帯電量ｑは、トナーの半径ｒから求められる見かけ上の体積Ｖとトナーの密度ρとから求められる質量ｍ（＝Ｖ×ρ）と、１ｇ中のトナーの帯電量の総和ｑ’とを用いて、下記の式（３）に示す関係式から求めることができる。
ｑ ＝ ｑ’／ｍ ・・・（３）

このようにして求まるトナーの振幅Ｄは、上記式（１）より、交番電圧の周波数ｆの２乗に反比例する関係にあるため、交番電圧の周波数ｆを高く設定すればするほど、トナーの振幅Ｄが大幅に小さくなる。上述した実験例の条件において、交番電圧の周波数が２［ｋＨｚ］である場合、トナーの振幅Ｄは３００［μｍ］よりも大きく、その周波数が高くなるにつれて徐々に振幅Ｄが減少することを確認した。ただし、上述した実験例の条件では、現像領域内に形成される非現像電界が現像電界よりも小さいため、上記式（１）より算出されるトナーの振幅Ｄの値よりも、観測されたトナーの振幅Ｄの方が小さかった。更に、感光体表面近傍でかつ磁気ブラシが付近に存在する状態であれば、トナーが振動する際の振幅は大きくなった。そして、ベタの埋まりについて特に優良な結果が得られたのは、トナーの振幅Ｄが０．３［μｍ］以上、３０［μｍ］以下の範囲内であった。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を表面に担持し、感光体２等の潜像担持体に対して対向配置される現像ローラ４２Ａ，４２Ｂ等の現像剤担持体と、上記潜像担持体と上記現像剤担持体とが対向する現像領域に、トナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を形成するために、該現像剤担持体に交番電圧を印加する電源部５１０等の交番電圧印加手段とを有する現像装置４において、上記交番電圧の波形は、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所Ｃ１、及び、トナーを潜像担持体側から現像剤担持体側へ移動させる非現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所Ｄ１が、それぞれ、当該波形部分の残り箇所Ｃ２，Ｄ２よりも絶対値が大きい電圧値を有し、かつ、当該波形部分の５０％以下の印加時間を有するものであり、上記キャリアの体積固有抵抗値が１．０×１０^８［Ω・ｃｍ］以上１．０×１０^１０［Ω・ｃｍ］以下であることを特徴とする。
本態様においては、交番電圧の波形を、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ現像波形部分の先頭箇所と、トナーを潜像担持体側から現像剤担持体側へ移動させる非現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所の両方に、当該波形部分の残り箇所よりも絶対値が大きい電圧値となる波形部分を有している。本発明者らは、鋭意研究の結果、交番電圧の波形をこのような波形とするだけでは安定してベタの埋まりの向上を図ることが困難であった理由が、キャリアからのトナー離脱性が悪いことに起因していることを見出した。より詳しくは、交番電圧の波形をこのような波形としたり、交番電圧の周波数やピークツウピーク電圧を最適化したりしたとしても、二成分現像剤中のトナーがキャリアから良好に離脱できなければ、その交番電界によってトナーを潜像担持体上の潜像へ移動させることができず、ベタ画像部分に付着するトナー量を増やすことはできないということである。そして、上述した実験例でも説明したとおり、当該波形部分の先頭箇所（スパイク波形Ｃ１，Ｃ２）の印加時間を当該波形部分の５０％以下（Ｄｕｔｙ比≦５０％）とし、かつ、キャリアの体積固有抵抗値を１．０×１０^８［Ω・ｃｍ］以上１．０×１０^１０［Ω・ｃｍ］以下の範囲内とすることで、キャリアからのトナー離脱性が良好となり、安定したベタの埋まりの向上を図ることができる。

（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、上記トナーは、体積平均粒径が４［μｍ］以上７［μｍ］以下であることを特徴とする。
これによれば、地汚れトナーおよびトナー飛散量を少なくすることができる。

（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、上記交番電圧は、上記現像領域内でトナーを０．３［μｍ］以上３０［μｍ］以下の振幅で往復運動するように設定されていることを特徴とする。
これによれば、上述したように、より安定してベタの埋まりを向上させることができる。

（態様Ｄ）
感光体２等の潜像担持体と、該潜像担持体上に潜像を形成する露光装置６等の潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させる現像処理を行う現像手段とを有し、該現像処理によって該潜像担持体上に形成されたトナー像を最終的に記録紙Ｐ等の記録材へ転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記現像手段として、上記態様Ａ〜Ｃのいずれかの態様に係る現像装置４を用いたことを特徴とする。
これによれば、ベタの埋まりが向上した良好な画像を安定して形成することができる。

１ プロセスカートリッジ
２ 感光体
３ 帯電部材
４ 現像装置
５ 感光体クリーニング装置
６ 露光装置
７ 中間転写ベルト
８ 一次転写ローラ
９ 二次転写ローラ
１２ 定着装置
４１ 現像ケース
４２Ａ，４２Ｂ，６４２ 現像ローラ
４３ 現像剤
４４Ａ，４４Ｂ 電源入力端子
１００ プリンタ部
２００ 給紙部
３００ スキャナ部
４００ トナーボトル
５００ 複写機
５１０ 電源部
５１１Ａ，５１１Ｂ 端子孔
５１２ 電源出力端子
５１３ 電源ケーブル
５１４ ＤＣ電源
５１５ ＡＣ電源
５１６ 制御ボックス
６００ 実験装置
６０１ 疑似感光体
６０３ 高速度カメラ
６０４ 現像ユニット
６０５ 固定台
６０６ 移動台

特開２００３−２８７９６１号公報 特開２０００−３４７５０７号公報

Claims (4)

1. トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を表面に担持し、潜像担持体に対して対向配置される現像剤担持体と、
   上記潜像担持体と上記現像剤担持体とが対向する現像領域に、上記二成分現像剤中のトナーを往復運動させながら現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる交番電界を形成するために、該現像剤担持体に交番電圧を印加する交番電圧印加手段とを有する現像装置において、
   上記交番電圧の波形は、トナーを現像剤担持体側から潜像担持体側へ移動させる現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所、及び、トナーを潜像担持体側から現像剤担持体側へ移動させる非現像方向の極性をもつ波形部分の先頭箇所が、それぞれ、当該波形部分の残り箇所よりも絶対値が大きい電圧値を有し、かつ、当該波形部分の５０％以下の印加時間を有するものであり、
   上記キャリアの体積固有抵抗値が１．０×１０^８［Ω・ｃｍ］以上１．０×１０^１０［Ω・ｃｍ］以下であることを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、
   上記トナーは、体積平均粒径が４［μｍ］以上７［μｍ］以下であることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１又は２の現像装置において、
   上記交番電圧は、上記現像領域内でトナーを０．３［μｍ］以上３０［μｍ］以下の振幅で往復運動するように設定されていることを特徴とする現像装置。
4. 潜像担持体と、該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像にトナーを付着させる現像処理を行う現像手段とを有し、該現像処理によって該潜像担持体上に形成されたトナー像を最終的に記録材へ転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
   上記現像手段として、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。

Images