JP3373361B2

JP3373361B2 - 現像バイアス制御機能を備えた画像形成装置

Info

Publication number: JP3373361B2
Application number: JP18868296A
Authority: JP
Inventors: 謡次郎佐藤; 寿向高; 圭司厳島; 義夫小沢
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 2003-02-04
Anticipated expiration: 2016-06-28
Also published as: JPH1020633A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感光体に形成され
た潜像に現像するための現像バイアスを制御する現像バ
イアス制御機能を備えた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より画像形成装置の一種である、い
わゆるカールソンプロセスに基づく電子写真装置は周知
であり、この種の電子写真装置においては、感光体表面
に均一帯電を図るために一般に４〜８ＫＶ以上の高電圧
をワイヤ印加する必要があり、そのためにオゾンやその
放電生成物である窒素酸化物やアンモニウム塩が発生
し、これらが感光体表面に吸着して画像流れが生じ易く
なる。

【０００３】かかる欠点の解消のために、感光体ドラム
上に導電性ローラを接触させ、該導電性ローラに直流電
圧を印加して暗所で感光体ドラムの接触帯電を行うよう
に構成したローラ帯電方式が存在するが、この帯電方式
においても、感光体ドラムと帯電ローラとの間に微小楔
状空隙が存在するために、その部分で僅かながら放電現
象が生じ、オゾンの発生が認められ、前記した欠点を必
ずしも解消し得ない。

【０００４】一方電子写真装置に用いる感光体ドラムに
は近年耐久性の向上とフリーメインテナンス化を図るた
めに、ａ−Ｓｉドラムを用いているものがあるが、ａ−
Ｓｉは、有機半導体に比較して吸湿性が高くこの為前記
画像流れはａ−Ｓｉドラムに多く発生しやすいために、
前記感光体ドラムの背面側にシートヒータその他のヒー
ト体を配し、感光体ドラムを加熱する事により前記画像
流れの発生を防止している。

【０００５】しかしながらヒータを設ける事は熱制御手
段等も必要となりその構成が煩雑化するのみならず、特
に複写機、プリンターの小型化、パーソナル化の中でヒ
ーターを用いると、該システムが複雑になってしまう。
また、ヒーターの昇温には一定の時間を要し、電源を入
れてからプリントするまでの時間（ウォームアップタイ
ム）が長く、そのための消費電力を要する。また、感光
体を加熱すると、トナーのＴＧ温度（ガラス転移温度）
近くまで昇温されるために、感光体表面にトナーが固着
してしまう。という種々の問題が発生する。

【０００６】また、画像流れが発生しない状態において
も、この種の電子写真装置においては、現像工程におい
て感光体上に形成された静電潜像の現像領域にトナーを
付着させ、非現像領域に付着させないために、帯電工程
において感光体表面電位を４００Ｖ以上とし、露光工程
において形成される静電潜像の高電位部の差を４００Ｖ
以上とし、さらに現像電位を２００Ｖ以上が必要であっ
た。したがって、感光体としては４００Ｖ以上の帯電能
力を有する光導電材料が要求され、材料選択の上で、ま
た膜厚の設定の上で制約が大きい。

【０００７】また、ａ−Ｓｉは、白地部にトナーが付着
する、いわゆる‘かぶり‘現象が発生しやすい。これ
は、装置中のトナーが鏡像力等により感光体表面に付着
する現象である。このトナーの鏡像力は感光層の比誘電
率に大きく影響を受け、比誘電率が大きいほど鏡像力は
大きくなる。この比誘電率は通常、有機感光体で３〜
３．５であり、ａ−Ｓｉでは１０〜１２程度と大きいた
め、ａ−Ｓｉは‘かぶり‘現象が発生しやすい。

【０００８】また、従来は粉砕トナーが使用され、この
粉砕トナーは、樹脂、着色剤、電荷制御剤などの小粒子
を混合した混練物を冷却後にハンマミル、カッタミル等
で粗粉砕し、さらにジェットミルなどにより粒径８〜１
５μｍ程度に微粉砕して作成される。作成が比較的容易
であるが、凹凸があるいびつな形状に作成され、帯電は
凸部に集中しやすく、感光体表面とは１粒子に対して複
数の凸部が接触する場合があり、その際には鏡像力が大
きくなる。

【０００９】一方、重合トナーは、モノマーからポリマ
ーを重合する段階において、着色剤、電荷制御剤等をポ
リマー粒子中に包含させてトナー粒子を製作するので、
球形の粒子が得られ、電荷は球形粒子に均一に帯電する
ので、感光体表面とは点接触により、１粒子に対して接
触箇所が少なく鏡像力は小さい。

【００１０】このような事情から、本願出願人は、本願
に先だってａ−Ｓｉドラムを用い、特にコロナ放電器や
帯電ローラ、更には帯電ブラシのように、放電現象を含
んで感光体に均一帯電を行った電子写真装置においても
画像流れ、‘かぶり’現象が生じることなく鮮明画像を
形成し得る電子写真装置を提供する事を目的とした出願
を行っている。つまり、基体上に光導電層及び表面層を
積層被覆してなる電子写真感光体の表面層の膜厚を２５
μｍ以下のａ−Ｓｉ層で形成するとともに、前記感光体
の表面電位を略４００Ｖ以下に設定し、該表面層に、現
像電位を略１５０Ｖ以下に設定した現像ローラが転接さ
せるとともに、前記現像ローラの体積固有抵抗を３×１
０⁷Ωｃｍ以下に設定し、前記現像ローラ上に、重合法
により作成されたトナー粒子の薄層を形成しながら前記
感光体の潜像の現像を行うように構成した電子写真装置
を開示している。この出願による装置は、ａ−Ｓｉと重
合トナーとを組み合わせた非磁性一成分現像方式であ
り、現像効率が高く、低電界による現像が実現でき、高
い転写効率を有する画像形成装置を提供することができ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ａ−Ｓ
ｉの電気抵抗は、１０⁹Ωｃｍであり、ＯＰＣ（有機感
光体）の電気抵抗は、１０¹²〜¹³Ωｃｍであり、ＯＰＣ
に比べて電気抵抗が低いために、ａ−Ｓｉ感光体に用い
る現像ローラの電気抵抗も低く、よって、高温高湿、ま
たは低温低湿などの環境変化におけるリーク抵抗による
抵抗値の変動の度合いは大きい。

【００１２】特に、環境の変化による、現像ローラの抵
抗変動により抵抗値が上昇すると、感光体と現像ローラ
間の電位差が少なくなる方向に現像バイアスが変化し、
感光体表面の画像の白地部分のトナーの回収を少なくし
て現像効率を低下させる。

【００１３】また、感光体の転写残トナーである残留ト
ナーを現像と同時に回収する現像機構の場合は、感光体
の転写効率が減少して、残留トナーが増加すると、感光
体の表面から残留トナーを回収しきれなくなり、ゴース
トが発生する。そして、この現象は上述したように、現
像ローラの抵抗値の上昇により現像バイアスが低下する
ことにより、特に顕著となる。

【００１４】本発明は上述の事情に鑑み、環境の変化に
よる、現像の際に現像バイアスが印加される負荷体の抵
抗変動により抵抗値が上昇しても、現像効率が低下しな
いで良好な画像を形成する画像形成装置を提供すること
を目的とする。また、本発明の他の目的は、ａ−Ｓｉド
ラムを用いた画像形成装置において構成の簡単化や安全
性を配慮しつつ、画像流れ及び‘かぶり’現象となるこ
とがない鮮明画像を形成し得る画像形成装置を提供する
事にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、電気的な負荷
体で構成される感光体もしくは現像ローラもしくはトナ
ー供給ローラと、前記負荷体に前記感光体に形成された
潜像を現像する現像バイアスを印加する現像バイアス印
加手段とを備え、この現像バイアス印加手段を制御して
前記現像バイアスを制御する現像バイアス制御機能を備
えた画像形成装置において、現像行程に先立ち前記負荷
体の抵抗値変化を検出する抵抗値変化検出手段と、この
抵抗値変化検出手段の出力により前記現像バイアス印加
手段を制御する現像バイアス制御手段とを備え、現像行
程に先立ち前記負荷体の抵抗値を検出し、該検出値が、
常温常湿の所定抵抗値より高い抵抗値である場合に、現
像行程時には常温常湿の所定電圧より低い電圧を負荷体
に印加され、現像バイアスを所定範囲に制御し、該検出
値が、常温常湿の所定抵抗値より低い抵抗値である場合
に、現像行程時には常温常湿の所定電圧より高い電圧を
負荷体に印加され、現像バイアスを所定範囲に制御する
ことを特徴とする。

【００１６】また、前記負荷体に印加される現像バイア
スは現像ローラと供給ローラ間に印加されるように構成
することも本発明の有効な手段である。

【００１７】本発明は、上述したように、図３に示すよ
うに、現像バイアスが印加される電気的な負荷体（負
荷）２９である感光体（感光ドラム）１、または、現像
機構（現像ユニット）４内の現像ローラ４０、もしく
は、供給ローラ４５等に現像バイアスを印加する現像バ
イアス印加手段１９は、現像行程に先立ち、前記負荷体
２９の抵抗値変化を検出する抵抗値変化検出手段（２
４、２７）と、この抵抗値変化検出手段の出力により現
像バイアスを制御する現像バイアス制御手段（２０、２
７）とを備えている。

【００１８】よって、現像行程に先立ち前記負荷体２９
の抵抗値変化が検出される。そして、温度２０℃、湿度
６０％の常温常湿の所定抵抗値より高い抵抗値が検出さ
れると、現像行程時には常温常湿の所定電圧より低い電
圧が負荷体２９に印加され、現像バイアスを所定範囲に
制御する。また、前記常温常湿の所定抵抗値より低い抵
抗値が検出されると、現像行程時には常温常湿の所定電
圧より高い電圧が負荷体２９に印加され、現像バイアス
を所定範囲に制御する。

【００１９】このように負荷体２９の抵抗値変化に応じ
て、現像バイアスを可変とするので、感光体と現像ロー
ラ間の電位差、または現像ローラと供給ローラの電位差
が少なくなる方向に現像バイアスが変化し、感光体表面
の画像の白地部分のトナーの回収を少なくして現像効
率、トナー回収率を低下させることがない。

【００２０】また、前記感光体を、ａ−Ｓｉで形成し、
前記感光体表面に摺擦する前記現像ローラ上のトナー粒
子の層を０．３〜０．９ｍｇ／ｃｍ²に設定するととも
に、感光体と現像ローラとの電位差を１５０Ｖを超え、
３００Ｖ未満であることを特徴としたり、また、前記現
像ローラ及び前記トナー供給ローラを有する現像機構を
設け、この現像機構内に前記感光体の残留トナーを回収
する回収手段を具備して構成したり、また、重合法によ
り製造されたトナー粒子を用いることも、本発明の有効
な手段である。

【００２１】本発明は、図１Ａに拡大して示すように、
ａ−Ｓｉ感光体においては一般にアルミ円筒からなる導
電性基体１ａ上に光導電層１ｂ、及び表面層１ｃが積層
されて形成されており、表面層１ｃは、α−ＳｉＣ系の
無機高抵抗若しくは絶縁材料を用い、前記光導電層１ｂ
上における表面電位Ｖｏと潜像電位分布の維持を図って
いる。

【００２２】従来においては、感光体の表面に画像形成
プロセス中のコロナ放電により生成される硝酸イオンや
アンモニウムイオン等の放電生成物が吸着されて、それ
らが高温高湿環境下で光導電層上における表面電位と潜
像電位分布に基づいて表面層上に形成される潜像電荷が
表面方向に移動し、電荷流れ即ち画像流れが生じ、この
画像流れ現象により潜像電荷が、画像流れがない場合の
潜像の周囲に流れて画像の‘にじみ’現象が発生する。

【００２３】すなわち、本発明は、前記感光体の表面層
を、ＯＰＣと比べて電気抵抗の少ないａ−Ｓｉ層で形成
しているので、該表面層に摺擦する現像ローラの体積固
有抵抗を低く（たとえば、３×１０⁷Ωｃｍ以下に）設
定することができるので、ローラ層における過大な電圧
降下を防止し、ａ−Ｓｉ感光体の低い比誘電率との相乗
効果で、感光体の表面電位及び現像ローラの現像電位を
低く設定でき、画像流れ現象の発生を抑えることができ
る。

【００２４】その結果、本発明は、前記感光体の表面電
位を略４００Ｖ以下、望ましくは３００〜３５０Ｖに設
定したり、また、前記現像ローラの現像電位を略１５０
Ｖ以下、望ましくは８０〜１２０Ｖに設定することがで
き、これにより感光体の膜厚も２５μｍ以下に減少させ
たり、また、前記現像ローラ上のトナー粒子の層を０．
３〜０．９ｍｇ／ｃｍ²、望ましくは、０．４〜０．８
ｍｇ／ｃｍ²に設定することができ、低価格の画像形成
装置を提供することができる。

【００２５】また、現像機構（現像ユニット）４の現像
容器４１内において、トナー回収手段として動作する現
像ローラ４０は感光体１の表面に摺擦して感光体１上の
残留トナーを掻き落としながら新しいトナーを付与して
現像を行っているので、現像容器内にトナーの回収を行
うことができ、現像に利用されない残留トナーの再利用
が可能である。また、かかる構成を取ることにより、光
導電層１ｂを支持する基体内にヒータを内蔵しない状態
でも、画像流れが生じることなく画像形成を行うことが
可能となる。

【００２６】また、本発明は、現像ローラ上に、重合法
により作成されたトナー粒子の薄層を形成しながら前記
感光体の潜像の現像を行っているので、球形のトナー粒
子に電荷は均一に帯電し、また、感光体表面とは点接触
により、１トナー粒子に対して接触箇所が少なく鏡像力
は小さく、‘かぶり’現象は少ない。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載
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。

【００２８】図１は本発明が適用される画像形成装置の
一実施例を示し、図上時計回りに回転するａ−Ｓｉ感光
体ドラム（感光体）１の周囲に、回転方向に沿って露光
用ＬＥＤヘッド２及びセルフォックレンズ３からなる光
学系、現像ユニット４、転写ローラ５、クリーニング部
材６、除電ランプ７、及び帯電ユニット８が配設されて
いる。

【００２９】次に夫々の各構成要素について説明する。
感光体ドラム１は、Ａに示すように、導電性支持体１ａ
上に光導電層１ｂ、及び表面層１ｃが積層されて形成さ
れており、導電性支持体１ａと光導電層１ｂの間にはキ
ャリア注入阻止層１ｅを、又光導電層１ｂと表面層１ｃ
の間には遷移層１ｆが、夫々介挿されている。前記支持
体１ａは、一般にはアルミ性の円筒体を用いるが、ＳＵ
Ｓ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料、表面に導電
膜を被着させたガラス等無機材料や、エポキシ等の透明
な樹脂等で形成され、本実施例においては肉厚が３ｍｍ
で外周径を３０ｍｍに設定すると共に、軸方向に２５４
ｍｍの長さを有するアルミ製円筒体を用いている。

【００３０】前記キャリア注入阻止層１ｅは光導電層１
ｂの材料に応じ種々のものを用いるが、光導電層１ｂに
ａ−Ｓｉ系材料を用いた場合には、ａ−Ｓｉ系のキャリ
ア注入阻止層１ｅとするのが良い。

【００３１】又前記ａ−Ｓｉ系光導電層１ｂは、グロー
放電分解法、スパッタリング法、ＥＣＲ法、蒸着法等に
より膜形成し、その形成にあたって、ダングリングボン
ド終端用の元素、例えば（Ｈ）やハロゲンを５〜４０ｗ
ｔ％含有させるのがよい。即ち、光導電層１ｂにはａ−
Ｓｉ：Ｈからなる光導電体を用い、そして現像バイアス
が正の場合には電子の移動度を高める為、ノンドープ又
はＶａ族元素を含有させ、又現像バイアスが負の場合に
は正孔の移動度を高めるため、III ａ族元素を含有させ
るのが好ましい。又必要に応じて暗導電率や光導電率等
の電気的特性、光学的バンドギャップ等について所望の
特性を得るために、Ｃ、Ｏ、Ｎ等の元素を含有させても
良い。

【００３２】そして、前記光導電層１ｂ全体の膜厚は、
必要な帯電および絶縁耐圧の確保や、露光された光の吸
収や前記した残留電位の抑制等から３〜５０μｍ程度に
するのがよい。

【００３３】又、表面層１ｃは、厚みとしては２５μｍ
以下に、グロー放電分解法、スパッタリング法、ＥＣＲ
法、蒸着法等により膜形成され、元素比率組成式（ａ-
Ｓｉ₁-_XＣ_X:Ｈ）として表された場合、ｘが０．９５≦
ｘ＜１であって、且つ最表面（自由表面層）の動的押込
み硬さが５０〜２００Ｋｇｆ／ｍｍ²である水酸化アモ
ルファスシリコンカーバイトから構成され、特にその抵
抗値を１０¹²〜１０¹³Ω・ｃｍ範囲の抵抗値に設定す
る。そして前記表面層１ｃは最表面側より光導電層１ｂ
側の奥側に進むに連れ徐々に硬度が大きくなるように設
定する。

【００３４】そして前記のような硬度の勾配（最表面側
より光導電層１ｂ側の奥側に進むに連れ徐々に硬度が大
きくなるような勾配）を付けるには、例えば前記表面層
１ｃをグロー放電分解法で成膜する場合においては、原
料ガスにおいてＳｉ含有ガスに対するＣ含有ガスの比率
を経時的に徐々に大きくする、成膜形成時のガス圧力を
徐々に高くする、原料ガスの水素ガスによる希釈率を徐
々に小さくする、放電電力を徐々に小さくする、アルミ
円筒ドラムの基体温度を徐々に低くする等の手段で形成
される。

【００３５】又光導電層１ｂと表面層１ｃとの間には、
ａ−ＳｉＣ：Ｈ中のＣ含有量を表面層１ｃ中のＣ含有量
よりも小さくした遷移層１ｆを設けるとよい。またこの
遷移層１ｆのＣ含有量は、その層中で変化させて含有量
の勾配を有するようにしても良い。このような遷移層１
ｆを設ける事により、光導電層１ｂで生成された光キャ
リアの走行がスムーズになって、光感度が高く、残留電
位が低くなり、画像特性も良好なものになる。このよう
な遷移層１ｆの厚みは１μｍ以下、好適には０．０５〜
０．５μｍの範囲に設定される。

【００３６】又露光用ＬＥＤヘッド２には露光波長が６
８５ｎｍのヘッドアレイを用い、これをダイナミック駆
動にて一走査ライン毎に６４ビット×４０回分割露光す
るように構成する。

【００３７】現像機構（現像ユニット）４は、非磁性一
成分トナーが収納された現像容器４１とウレタンゴム等
の弾性材料から構成された弾性体４２からなる現像ロー
ラ４０と、該ローラ４０へのトナー層厚を規制する現像
ブレード１７と、前記現像ローラ４０にトナーを供給す
る供給ローラ４５等を備え、前記現像ローラ４０、供給
ローラ４５、現像ブレード１７等には例えば５０〜５０
０Ｖの間で任意に設定できる図示しない直流現像バイア
ス電源Ｅ１（３５０Ｖ），Ｅ２（３５０Ｖ），Ｅ３（１
２０Ｖ）に接続して、現像を行うように構成する。

【００３８】この現像ユニット４内においては、図２に
示すように、反時計方向に回転する供給ローラ４５によ
り、新しいトナー５０が現像ローラ４０に供給され、ト
ナー層厚を規制する現像ブレード１７により、トナー層
厚０．３ｍｇ／ｃｍ²〜０．９ｍｇ／ｃｍ²に規制され、
感光体１に供給される。

【００３９】一方、前記記録紙９に転写されないトナー
の残留トナー４９は、現像ローラ４０の弾性体４２に再
度接触し、現像ローラ４０は感光体１との接触位置にお
いて、感光体１より周速度が速く回転しているので、現
像ローラ４０の弾性体４２により残留トナー４９は、符
号５１に示すようにこすり落とされるとともに新しいト
ナー４８が感光体１の表面の潜像を現像する。

【００４０】また、５１で示すように現像容器４１内の
下部に落下せず、現像ローラ４０に付着された残留トナ
ー５２は、現像ローラ４０と供給ローラ４５がお互いに
影響を及ぼし合うニップ領域において現像ローラ４２と
反対方向に回転する供給ローラ４５によって、符号５３
に示すように現像容器４１の下方に落下され回収され
る。

【００４１】又、本実施例は感光体１と現像ローラ４０
が摺擦式であるために、抵抗値が低すぎるとリークする
関係上、トナーは、重合トナーであって１０⁶Ωｃｍ以
上の高抵抗若しくは絶縁性トナーが用いられる。重合ト
ナーは、モノマーからポリマーを重合する段階におい
て、着色剤、電荷制御剤等をポリマー粒子中に包含させ
てトナー粒子を製作するので、球形の粒子が得られ、電
荷は球形粒子に均一に帯電するので、感光体表面とは点
接触により、１粒子に対して接触箇所が少なく鏡像力は
小さい。

【００４２】前記現像ローラ４０は感光体１の表面層１
ｃに１ｍｍ以上（好ましくは１〜２ｍｍ）のニップ幅で
摺擦するとともに、該摺擦位置では同方向に回転し、そ
の位置での周速差は感光体１に対して１．１倍以上（好
ましくはトナー層厚０．３ｍｇ／ｃｍ²〜０．９ｍｇ／
ｃｍ²に対して１．１〜６．０倍）の速さに設定されて
いる。また、さらに好ましくは、トナー層厚０．７ｍｇ
／ｃｍ²に対して１．２〜５．０倍の速さに設定され
る。

【００４３】また、トナー粒子の層厚は０．３ｍｇ／ｃ
ｍ²〜１．０ｍｇ／ｃｍ²、好ましくは、０．３ｍｇ／ｃ
ｍ²〜０．９ｍｇ／ｃｍ²、より好ましくは０．４ｍｇ／
ｃｍ²〜０．８ｍｇ／ｃｍ²に設定される。転写ローラ５
は記録紙９への転写効率を上げるために導電性ローラを
用い、前記トナーの帯電電位と逆極性の転写バイアスを
印加させるとともに、前記感光体ドラム１の周面に均一
に圧接し、該ドラム１と同期して回転可能に構成する。

【００４４】クリーニング部材６は、転写ローラ５の下
流側に位置し、ポリエステル、アクリル、カーボン入り
レーヨン、ナイロン、ビニロン等の導電性繊維を回転軸
の周囲に、または、前記繊維を卷回して回転ローラ状に
紙粉取りローラ６ａとして形成し、その外周面が前記感
光体１の表面に接触し、その接触位置で感光体１の回転
方向とは反対方向に回転するように配置される。記録紙
９の紙粉は、トナーほど開口体１に密着されないので、
前記した導電性のローラ６ａによりトナー排除力より弱
い力で取り去ることができる。

【００４５】帯電ユニット８にはすでに公知であるスコ
ロトロン方式の帯電器にて感光体上に均一に帯電させ
た。図中８１はコロナ放電線、８２は制御グリッド、８
３は放電バイアス、８４は帯電制御バイアスである。

【００４６】尚、前記したクリーニング部材６のローラ
６ａは、導電性材料で形成されているために、除電ラン
プ７の代わりに感光体１の表面を除電する除電ローラを
兼ねてもよい。また、除電ランプ７及び前記帯電ユニッ
ト８を取り去り、前記ローラ６ａによって感光体１を帯
電してもよいものである。

【００４７】また、本実施例は、図３に示すように、現
像バイアス印加手段１９を有している。この現像バイア
ス印加手段１９は、感光体（感光ドラム）１、または、
現像機構（現像ユニット）４内の現像ローラ４０、もし
くは、供給ローラ４５等で例示される現像バイアスを印
加される負荷体（負荷）２９に現像バイアスを調整して
印加する作用をなす。

【００４８】前記現像バイアス印加手段１９は、コレク
タＣがＥ５の直流電圧を出力する端子に接続され、ベー
スがベース・ドライブ回路を有した発信器３０に接続し
たエミッタフォロア型トランジスタ２０を有し、該トラ
ンジスタ２０のエミッタＥは、ダイオード３２を介して
接地され、また、フィルタ回路３１を介して変圧器２１
の第１コイルの一方の端子に接続され、他方の端子は発
振トランジスタ２２のコレクタに接続され、該発振トラ
ンジスタ２２のエミッタは接地され、ベースはベース・
ドライブ回路を有した発信器２３に接続されている。

【００４９】変圧器２１の第２コイル側はダイオード、
及びコンデンサ２６を介して接地され、変圧器２１の出
力側はＡ／Ｄ変換の基準電圧となる第３コイル部２５が
設けらている。前記ダイオードとコンデンサ２６の接続
点は負荷２９の一端が接続され、他端はＲｓ抵抗２４を
介して接地されている。この抵抗２４と負荷２９との接
続点はＣＰＵ（中央演算素子）２７に接続され、前記発
信器３０はＣＰＵ２７の出力端子に接続され、ＣＰＵ２
７の指令により、トランジスタ２０のＯＮ時間ｔ、スイ
ッチング周期Ｔ等を変更して、変圧器２１の第１コイル
側に異なった電圧が印加されるように構成されている。

【００５０】また、ＣＰＵ２７の出力端は前記発信器２
３に接続され、発振トランジスタ２２の発振を制御して
いる。したがって、前記現像バイアス印加手段１９は、
降圧型回路であるチョッパ式スイッチング電源回路とＤ
Ｃ−ＤＣコンバーターの組み合わせであって、Ｅ５＝２
４Ｖの直流電圧を、８〜１０Ｖに降圧して、変圧器２１
の１次コイルに印加し、２次コイルにおいて８０〜１０
０Ｖに昇圧して負荷２９に印加する。そして、前記第３
コイル部２５の出力電圧、及び前記抵抗２４の端子電圧
は、それぞれＣＰＵ２７の入力端子に入力可能に構成さ
れ、これらの電圧値により後述するように、ＲＯＭ２８
のプログラムに従って変圧器２１への入力電圧値、及び
前記負荷２９への印加電圧値の制御が行われるように構
成されている。

【００５１】図３の現像バイアス印加手段１９は、上述
のように構成しているので、ＣＰＵ２７は図示しない電
源スイッチの操作により、発信器２３を発振させるとと
もに発信機３０を駆動してトランジスタ２０をｏｎｏｆ
ｆ駆動させ、変圧器２１に入力電圧Ｖｉｏを印加する。
第２コイルには変圧された交流電圧が発生し、この交流
電圧はダイオードを介して直流に変換され、負荷２９に
その直流電圧Ｖｏｏが印加する。

【００５２】負荷２９を流れる電流Ｉは抵抗２４の端子
電圧Ｖｓを発生する。この端子電圧ＶｓはＣＰＵ２７内
でＡＤ変換されて演算処理されるが、このＶｓが基準電
圧Ｖｓｏと等しいときは、前記直流電圧Ｖｏｏが持続し
て負荷に印加されるように、トランジスタ２０のＯＮ時
間ｔ、スイッチング周期Ｔ等を調整して制御する。

【００５３】上述の動作は前記現像機構４が現像動作を
開始する以前に行われる。今、環境条件が低温低湿とな
り、負荷抵抗が上昇し、前記抵抗２４の端子電圧Ｖｓが
下がり、Ｖｓｄとなると、負荷抵抗２９間の端子電圧を
下げるために前記印加電圧Ｖｏｏより低い電圧Ｖｏｄを
現像時に印加する。また、環境条件が高温高湿となり、
負荷抵抗が下がり、前記抵抗２４の端子電圧Ｖｓが上昇
し、Ｖｓｕとなると、負荷抵抗２９間の端子電圧を上げ
るために前記印加電圧Ｖｏｏより高い電圧Ｖｏｕを現像
時に印加する。

【００５４】このように、現像行程に先立ち負荷体２９
の抵抗値変化が検出される。そして、温度２０℃、湿度
６０％の常温常湿の所定抵抗値より高い抵抗値が検出さ
れると、現像行程時には常温常湿の所定電圧より低い電
圧が負荷体２９に印加され、現像バイアスを所定範囲に
制御する。また、前記常温常湿の所定抵抗値より低い抵
抗値が検出されると、現像行程時には常温常湿の所定電
圧より高い電圧が負荷体２９に印加され、現像バイアス
を所定範囲に制御する。

【００５５】また、前記現像バイアスの制御は、感光体
と現像ローラ間であれば、前記負荷は現像ローラもしく
は感光体であり、現像ローラと供給ローラ間であれば、
前記負荷は現像ローラもしくは供給ローラであり、前記
負荷である負荷体２９の抵抗値変化に応じて、現像バイ
アスを可変とするので、感光体と現像ローラ間の電位
差、または現像ローラと供給ローラの電位差が少なくな
る方向に適宜前記負荷体２９に電圧を印加して、現像バ
イアスが変化するように制御すればよいことは勿論のこ
とである。結果として、感光体表面の画像の白地部分の
トナーの回収を少なくして現像効率、トナー回収率を低
下させることがない。

【００５６】さて、現像バイアスが決定されると現像工
程に移行するが、帯電装置８は、帯電制御バイアスを４
００Ｖ前後の間で適宜バイアスに設定されているので、
この高電圧の放電バイアスを印加させる事により、感光
体ドラム１の表面電位Ｖｋを上記の設定値に帯電させた
後、露光ヘッド２により所定の潜像を露光させる。その
後、現像ユニット４により該潜像に重合法により作成さ
れたトナー像を付着させ、感光体１と転写ローラ５間に
挿入される記録媒体（記録紙）９に転写させる。

【００５７】この記録紙９は、図示しない収納庫から送
出され、感光体１と転写ローラ５との間に挿入され、転
写後に図示しない定着工程に送出される。この工程中の
特に転写工程を含むその前後において、ローラ等の圧接
により、紙粉が記録紙から剥離する。そして、剥離した
紙粉は感光体１の表面に付着して転写ローラ５の下流側
に位置するクリーニング部材６に移送される。

【００５８】クリーニング部材６の紙粉取りローラ６ａ
は、外周が前記感光体１の表面に接触し、その接触位置
で感光体１の回転方向とは反対方向に回転して、記録紙
９の紙粉は、トナーほど開口体１に密着されないので、
前記した導電性のローラ６ａにより取り去られる。

【００５９】一方、図２において、前記記録紙９に転写
されないトナーの残留トナー４９は、現像ローラ４０の
弾性体４２に再度接触する。現像ローラ４０は感光体１
との接触位置において、感光体１より周速度が速く回転
しているので、現像ローラ４０の弾性体４２により残留
トナー４９は、符号５１に示すようにこすり落とされる
とともに新しいトナー４８が感光体１の表面の潜像を現
像する。

【００６０】また、符号５１で示す残留トナーは、感光
体１の表面を研磨した感光体粉末を若干含んでいる。こ
の残留トナー５１は、現像ローラ４０により掻き取ら
れ、現像容器４１の下方に落下するが、符号５２のよう
に現像ローラ４０の表面に付着され移送される場合があ
り、該残留トナー５２は、両ローラがお互いに影響を及
ぼし合うニップ領域において現像ローラ４０と反対方向
に回転する供給ローラ４５によって、符号５３に示すよ
うに現像容器４１の下方に落下され回収される。

【００６１】この残留トナー５３は、現像容器４１内に
おいて、新しいトナーと混ざり合うが、新しいトナーの
量に対して小量であるために、希釈化される。よって、
前記残留トナー５３は現像容器４１内を還流して、新し
いトナーが供給される入り口付近において新しいトナー
内に注入され、攪拌されるように構成するのが望まし
い。

【００６２】さて、本実施例は画像流れを防止すること
ができる。ここで、画像流れの原因について説明する
と、図１Ａに拡大して示すように、ａ−Ｓｉ感光体にお
いては一般にアルミ円筒からなる導電性基体１ａ上に光
導電層１ｂ、及び表面層１ｃが積層されて形成されてお
り、表面層１ｃは、α−ＳｉＣ系の無機高抵抗若しくは
絶縁材料を用い、前記光導電層１ｂ上における表面電位
Ｖｋと潜像電位分布の維持を図っている。

【００６３】従って、前記表面層１ｃに画像形成プロセ
ス中のコロナ放電により生成される硝酸イオンやアンモ
ニウムイオン等の放電生成物が吸着されて、それらが高
温高湿環境下で光導電層１ｂ上における表面電位Ｖｋと
潜像電位分布に基づいて表面層１ｃ上に形成される潜像
電荷が表面方向に移動し、電荷流れ即ち画像流れが生じ
る。また、連続プリントによって感光体表面が酸化劣化
し、親水性を示すようになることも画像流れの要因とも
考えられる。

【００６４】この画像流れ現象により潜像電荷が、画像
流れがない場合の潜像の周囲に流れて画像の‘にじみ’
現象が発生する。これに対して、本実施例は、前記感光
体の表面層を、ａ−Ｓｉ層で形成しているので、該表面
層に摺擦する現像ローラの電気抵抗を低く、（たとえ
ば、体積固有抵抗を３×１０⁷Ωｃｍ以下に）設定する
ことができ、ローラ層における過大な電圧降下を防止
し、ａ−Ｓｉ感光体の低い比誘電率との相乗効果で、感
光体の表面電位及び現像ローラの現像電位を低く設定し
ても十分の画像濃度を得ることができる。

【００６５】その結果、本実施例は、前記感光体の表面
電位を略４００Ｖ以下、望ましくは３００〜３５０Ｖに
設定したり、また、前記現像ローラの現像電位を略１５
０Ｖ以下、望ましくは８０〜１２０Ｖに設定することが
でき、これにより感光体の膜厚も２５μｍ以下に減少さ
せることができ、低価格の画像形成装置を提供すること
ができる。また、かかる構成を取ることにより、光導電
層１ｂを支持する基体内にヒータを内蔵しない状態で
も、画像流れが生じることなく画像形成を行うことが可
能となる。

【００６６】また、本実施例においては、現像ローラ４
０を感光体１の表面層１ｃ表面に転接させるとともに、
前記感光体１に対して周速差をもたせて前記感光体の表
面層を現像するように構成しているので、現像容器４１
内において、現像とともに、現像容器内に前記トナーの
回収を行うことができ、現像に利用されない残留トナー
の再利用が可能である。

【００６７】また、上述の現像の際に、本実施例は、現
像ローラ４０上に、重合法により作成されたトナー粒子
の薄層を形成しながら前記感光体１の潜像の現像を行っ
ているので、球形のトナー粒子に電荷は均一に帯電し、
また、感光体表面とは点接触により、１トナー粒子に対
して接触箇所が少なく鏡像力は小さく、‘かぶり’現象
は少ない。

【００６８】また、本実施例は、前記感光体上の形成画
像を記録媒体に転写する際に、前記感光体上に付着する
前記記録媒体の剥離粉末を排除するクリーニング部材６
を備えているので、感光体１に付着した状態で現像ロー
ラ４０に転送され、前記現像ローラ４０により残留トナ
ーとともに現像容器４１内に回収される量が極めて少な
くなり、長期間の使用によりトナーに前記剥離粉末が混
入して画像を乱すことが極めて少なくなる。

【００６９】また、前記現像ローラ４０が前記感光体１
に接触するニップ幅は１．５〜２．０ｍｍに設定するこ
とにより、前記現像ローラ４０の有効な現像状態を保持
できる。

【００７０】また、本実施例は、現像行程に先立ち負荷
体２９の抵抗値変化が検出され、そして、温度２０℃、
湿度６０％の常温常湿の所定抵抗値より高い抵抗値が検
出されると、現像行程時には常温常湿の所定電圧より低
い電圧が負荷体２９に印加され、現像バイアスを所定範
囲に制御し、また、前記常温常湿の所定抵抗値より低い
抵抗値が検出されると、現像行程時には常温常湿の所定
電圧より高い電圧が負荷体２９に印加され、現像バイア
スを所定範囲に制御する。したがって、現像バイアスの
電位差が少なくなって、トナーの引き戻しが困難になる
ことがなく、良好な画像を形成することができる。

【００７１】また、本実施例によればヒータを用いずに
画像形成を行ってもかぶり等が生じることがないため
に、消費電力の大幅低減のほかに、ヒータ、ドラム表面
温度を検知するサーミスタ、該サーミスタよりの検知温
度に基づくヒータ制御回路等の電装部品の低減と回路構
成が簡単化するとともに、前記ヒータを用いない為にウ
オーミングアップタイムが不用となり、装置立上げ時間
を大幅に低減させることが出来る。

【００７２】

【実施例】

実施例（１）表面層の膜厚を、２５μｍのａ−Ｓｉ感
光体を用意し、帯電はスコロトロン方式Ｖｋ：３５０
Ｖ、現像は非磁性１成分方式、現像ロールは、導電ロー
ラで径１８ｍｍ、体積固有抵抗値：５×１０⁶Ω・ｃ
ｍ、表面粗さ１０ミクロン以下、現像ニップ約１ｍｍ、
現像線速１２０ｍｍ／ｓｅｃ（感光体線速６０ｍｍ／ｓ
ｅｃ）、現像ブレードは、厚み１．３ｍｍ、抵抗値：１
０⁴Ω・ｃｍ以下、供給ロールは、径１２ｍｍ、抵抗
値：１０⁴Ω・ｃｍ以下、現像ロールとのニップ約１ｍ
ｍ、各バイアス値は、現像ブレード３５０Ｖ、供給ロー
ラ３５０Ｖ、トナーは、スチレンアクリル系材料をもと
に重合法によって平均粒径８ミクロンに生成したものを
使用、転写は、ローラ方式で転写電流２０〜３０マイク
ロアンペアに設定した。

【００７３】常温常湿下にて、５０００枚のランニング
印字の後に、高温高湿８時間放置の後に、前記条件設定
において、現像ローラへの現像ブレードの当て方を変え
て現像ローラへのトナー層厚を調節して、感光体と現像
ローラとの電位差Ｖｓを変化して画像形成状態を測定し
た。その結果を表１に示す。

【００７４】

【表１】この表１から、現像ローラの層厚は０．２ｍｇ／ｃｍ²
では、画像濃度は低く、感光体摺擦効果低く、像流れが
発生する。また、１．０ｍｇ／ｃｍ²では、クリーニン
グ力が弱く、微少ながら残留トナーが感光体に残った。
そして、１．２ｍｇ／ｃｍ²では、かぶり除去電界は高
く、クリーニング力弱く、残留トナーが感光体に残っ
た。したがって、現像ローラにおけるトナー層厚は、
１．０〜０．３ｍｇ／ｃｍ²、望ましくは、０．４〜
１．０ｍｇ／ｃｍ²、さらに望ましくは０．４〜０．８ｍ
ｇ／ｃｍ²において、良好な画像を得ることがわかる。

【００７５】実施例（２）表面層の膜厚を、２５μｍ
のａ−Ｓｉ感光体を用意し、帯電はスコロトロン方式Ｖ
ｋ：３５０Ｖ、現像は非磁性１成分方式、現像ロール
は、導電ローラで径１８ｍｍ、体積固有抵抗値：５×１
０⁶Ω・ｃｍ、表面粗さ１０ミクロン以下、現像ニップ
約１ｍｍ、現像線速１２０ｍｍ／ｓｅｃ（感光体線速６
０ｍｍ／ｓｅｃ）、現像ブレードは、厚み１．３ｍｍ、
抵抗値：１０⁴Ω・ｃｍ以下、供給ロールは、径１２ｍ
ｍ、抵抗値：１０⁴Ω・ｃｍ以下、現像ロールとのニッ
プ約１ｍｍ、各バイアス値は、現像ブレード３５０Ｖ、
供給ローラ３５０Ｖ、感光体と現像ローラとの電位差２
２０Ｖ，トナー層厚は０．７ｍｇ／ｃｍ２、トナーは、
スチレンアクリル系材料をもとに重合法によって平均粒
径８ミクロンに生成したもの、及び粉砕法にて製造した
ものを使用、転写は、ローラ方式で転写電流２０〜３０
マイクロアンペアに設定した。

【００７６】温度２０℃、湿度６０％の常温常湿（Ｎ／
Ｎ）、３３℃、湿度８５％の高温高湿（Ｌ／Ｌ）にて各
トナーにおける転写効率を測定し、その結果を表２に示
す。

【００７７】

【表２】この表２から、転写効率は重合法トナーのほうが勝るこ
とがわかる。

【００７８】実施例（３）表面層を、元素比率組成式
（ａ-Ｓｉ₁-_XＣ_X:Ｈ）として表された場合、ｘが０．９
５≦ｘ＜１であって、且つ最表面の動的押込み硬さが３
００Ｋｇｆ／ｍｍ² 以下であり、最表面側より光導電層
側の奥側が硬度が大きく、奥側に進むに連れ徐々に硬度
が大きくなるように設定した電子写真感光体を用意し、
帯電はスコロトロン方式Ｖｋ：３００〜３５０Ｖ、現像
は非磁性１成分方式、現像ロールは、径１８ｍｍ、抵抗
値：１０⁶Ω・ｃｍ〜１０⁷Ω・ｃｍ、表面粗さ１０ミク
ロン以下、現像ニップ約１ｍｍ、現像ブレードは、厚み
１．３ｍｍ、抵抗値：１０⁴Ω・ｃｍ以下、供給ロール
は、径１２ｍｍ、抵抗値：１０⁴Ω・ｃｍ以下、現像ロ
ールとのニップ約１ｍｍ、各バイアス値は、現像ローラ
１００Ｖ，現像ブレード３５０Ｖ、供給ローラ３５０
Ｖ、トナーは、スチレンアクリル系材料をもとに重合法
によって平均粒径８ミクロンに生成したものを使用、転
写は、ローラ方式で転写電流２０〜３０マイクロアンペ
アに設定した。

【００７９】上記設定にて、常温５０００枚のランニン
グ試験を行った後に、３３℃、湿度８５％の環境下に８
時間以上放置後に画像評価を行ったところ画像流れのな
い良好な画像を得ることができた。

【００８０】

【発明の効果】以上記載したごとく本発明によれば、環
境の変化による、現像バイアスを印加される負荷体の抵
抗変動により抵抗値が上昇しても、現像効率が低下しな
いで良好な画像を形成しえる、また、本発明の他の目的
は、ａ−Ｓｉドラムを用いた画像形成装置において構成
の簡単化や安全性を配慮しつつ、画像流れ及び‘かぶ
り’現象となることがない鮮明画像を形成し得る、等の
種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される画像形成装置を示す一実施
例図である。

【図２】現像容器内の構成を示す構成図である。

【図３】現像バイアス制御回路の一実施例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１感光体ドラム１ａ導電性基体１ｂ光導電層１ｃ表面層２露光用ヘッド３光学系４現像ユニット６クリーニング部材８帯電装置１９現像バイアス印加手段２７ＣＰＵ２９負荷（負荷体）４０現像ローラ４１現像容器

───────────────────────────────────────────────────── 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704−19 京セラ株式会社三重玉城工場内 (56)参考文献特開平７−271139（ＪＰ，Ａ) 特開平４−186264（ＪＰ，Ａ) 特開平７−114254（ＪＰ，Ａ) 特開平４−34573（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/06 101 G03G 15/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気的な負荷体で構成される感光体もし
くは現像ローラもしくはトナー供給ローラと、前記負荷
体に前記感光体に形成された潜像を現像する現像バイア
スを印加する現像バイアス印加手段とを備え、この現像
バイアス印加手段を制御して前記現像バイアスを制御す
る現像バイアス制御機能を備えた画像形成装置におい
て、現像行程に先立ち前記負荷体の抵抗値変化を検出する抵
抗値変化検出手段と、この抵抗値変化検出手段の出力により前記現像バイアス
印加手段を制御する現像バイアス制御手段とを備え、現像行程に先立ち前記負荷体の抵抗値を検出し、該検出
値が、常温常湿の所定抵抗値より高い抵抗値である場合
に、現像行程時には常温常湿の所定電圧より低い電圧を
負荷体に印加され、現像バイアスを所定範囲に制御し、該検出値が、常温常湿の所定抵抗値より低い抵抗値であ
る場合に、現像行程時には常温常湿の所定電圧より高い
電圧を負荷体に印加され、現像バイアスを所定範囲に制
御することを特徴とした現像バイアス制御機能を備えた
画像形成装置。
【請求項２】前記負荷体に印加される現像バイアスは
現像ローラと供給ローラ間に印加されることを特徴とす
る請求項１記載の現像バイアス制御機能を備えた画像形
成装置。
【請求項３】前記感光体をａ−Ｓｉで形成し、前記感
光体表面に摺擦する前記現像ローラ上のトナー粒子の層
を０．３〜０．９ｍｇ／ｃｍ²に設定するとともに、感
光体と現像ローラとの電位差を１５０Ｖを超え、３００
Ｖ未満であることを特徴とする請求項１記載の現像バイ
アス制御機能を備えた画像形成装置。
【請求項４】前記トナー粒子は重合法により製造され
たことを特徴とする請求項１若しくは３記載の現像バイ
アス制御機能を備えた画像形成装置。