JP3471941B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式、静電記
録方式等によって像担持体上に形成された静電潜像を現
像して可視画像を形成する複写機、プリンタ、記録画像
表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、現像剤担持体の表面に顕画剤とし
てのトナー粒子と磁性キャリアからなる乾式現像剤を担
持した像担持体の表面近傍に搬送供給して現像剤担持体
上に現像剤の磁気ブラシを形成させ、像担持体と現像剤
担持体の間に交互（交番）電界を印加しながら静電潜像
を現像して顕画像化する方法はよく知られている。この
現像方法は磁気ブラシ現像法と通称される場合が多い。

【０００３】なお、上記現像剤担持体は一般に現像装置
に現像スリーブとして用いられる場合が多いので以下の
説明では現像スリーブと総称するものとし、また、像担
持体は一般に感光体ドラムとして用いられる場合が多い
ので以下の説明では、同様に感光体ドラムと総称するも
のとする。

【０００４】上記現像方法として、従来よりたとえば２
成分系組成（キャリア粒子とトナー粒子）からなる現像
剤（２成分現像剤）により、内部に磁石を配置した現像
スリーブの表面に磁気ブラシを形成させて微小な現像間
隙を保持して対向させた感光体ドラムにこの磁気ブラシ
を摺擦または近接させ、現像スリーブと感光体ドラム間
に連続的に交互電界を印加することでトナー粒子の現像
スリーブ側から感光体ドラム側への転移および逆方向へ
の逆転移を繰り返し行わせて現像を行う、いわゆる磁気
ブラシ現像法が知られている（例えば、特開昭５５−３
２０６０号公報、特開昭５９−１６５０８２号公報参
照）。また、簡易なカラー現像や多重現像を目的とした
２成分現像剤を用いた非接触方式の交互電界現像法もよ
く知られている（例えば、特開昭５６−１４２６８号公
報、特開昭５８−６８０５１号公報、特開昭５６−１４
４４５２号公報、特開昭５９−１８１３６２号公報、特
開昭６０−１７６０６９０号公報参照）。一方、上記現
像方式を用いた画像形成装置のなかで高速かつ低騒音の
プリンタとして電子写真方式を採用したレーザービーム
プリンタがある。このプリンタの代表的な用途は文字、
図形のような画像の２値記録であり、記録すべき画像信
号に対応してレーザービームを発光し、消光しつつ電子
写真感光体を走査するいわゆる２値記録が行われる。し
かして、文字、図形の記録は中間調を必要としないので
プリンタの構造も簡単なものとなる。この２値記録方式
のレーザービームプリンタで中間調を表現できるものと
してはディザ法、濃度パターン法等を採用したものがよ
く知られている。

【０００５】しかしながら、周知のようにディザ法、濃
度パターン法を採用したプリンタでは高解像度が得られ
難い。そこで、近年記録密度を低下させずに高解像度を
得つつ中間調画像を形成する方式が提案されている。こ
の方式は、画像信号によってレーザーを駆動するパルス
信号の幅を変調することにより、中間調画像形成を行
う。すなわち、レーザーの１画素あたりの光束放出時間
長が画像の濃度に対応して制御され、従って、感光体を
走査するレーザービームの１画素あたりの感光体照射時
間長が画像濃度に対応して制御される。

【０００６】具体的には、低濃度の画像部分に対して上
記パルス信号のパルス幅を短くして上記感光体照射時間
長を短くし、高濃度の画像部分に対しては上記パルス幅
を長くして上記感光体照射時間長を長くする。このよう
なパルス幅変調（ＰＷＭ）方式によれば高解像度かつ、
高階調性の画像を形成できる。従って、高解像度と高階
調性を必要とする特にカラー画像形成装置にはこのＰＷ
Ｍ方式は非常に有効である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
のような複写機により画像を出力したところ、反射濃度
にして０．３以下のハーフトーン領域において、がさつ
きが生じてしまった。このがさつきは、文字原稿等にお
いてはあまり発生せず、写真画像等の濃度の薄い領域に
て多く発生した。

【０００８】そこで、がさつきの発生原因について検討
を行ったところ以下のことがわかった。通常ドット潜像
によりハイライト部の潜像を形成する場合、ミクロに見
ると感光体上の潜像は、アナログ潜像のようなブロード
な潜像ではなく局所的な潜像となっている。さらにより
低濃度を再現しようとすると、感光体の膜厚の影響から
潜像がなまり図３のように最大コントラストＶ₀ が徐々
に小さくなってしまう。例えば、反射濃度０．２程度の
画像を再現しようとするときのＶ₀ は、１５０〜２５０
Ｖ程度となってしまう。また、反転現像の場合、かぶり
をとるために非画像部の表面電位は、現像バイアスのＤ
Ｃ成分よりも１００〜２００Ｖ高く設定されているた
め、Ｖ₀ が１５０〜２５０Ｖの場合の現像バイアスのＤ
Ｃ成分との電位差Ｖ_CONTは、０〜１００Ｖ程度になって
しまう。このＶ_CONTが０〜１００Ｖと言うのは、トナー
が感光体側につくかスリーブ側につくか非常に不安定な
コントラストである。そのために、２成分現像剤によっ
て上記潜像を現像する際、磁気ブラシの接触状態が現像
効率に大きく寄与し磁気ブラシの穂のむらに対応したド
ットの欠落等によるがさつきが発生しやすくなるのであ
る。

【０００９】さらにそのがさつきをなくす目的で現像バ
イアスに交番電界を重畳させ、そのバイアスを６ＫＨｚ
以上に高周波化し、１パルスでトナーが往復しないよう
にする方法が提案されている。この方法によるとトナー
はＳ−Ｄ間を往復仕切らないような振動運動をする。感
光ドラムの表面電位と現像バイアスのＤＣ成分との電位
差Ｖ_CONTがＶ_CONT＜０の場合にはＤＣ成分がスリーブ側
にトナーを引き付けるように働き、トナーがスリーブ側
に片寄りＶ_CONTがＶ_CONT＞０の場合においては、ＤＣ成
分が潜像電位に応じてドラム側にトナーを引き付ける様
に働き潜像電位に見合った量のトナーが感光ドラム側に
片寄る。この傾向は交番電界を断続的に印加することに
よりさらに顕著となる。またこのような条件下で現像す
ると感光ドラムに到達したトナーは感光ドラム上で振動
を繰り返し潜像部へ集中してくる。このためドット形状
が均一化されてむらの無い良好な画像を得ることが可能
となった。

【００１０】しかしながら、この現像方法はある範囲の
トリボを有したトナーしか現像に供しないという欠点が
あり、トリボの高いトナーはキャリアや現像スリーブが
飛び出しにくく、トリボの低いトナーは飛び出しても潜
像に至る前に引き戻されてしまい、結果的にＴ／（Ｔ＋
Ｃ）比に依存して濃度が大きく変化するという欠点があ
った。

【００１１】現像スリーブの回転によって現像部に供給
されているトナーは通常現像に使用されるトナーの２か
ら３倍の量であるので、もし現像部で大部分のトナーが
感光体ドラムと現像スリーブとの間にて現像バイアスに
よる往復運動を行い現像に関与するのであれば、潜像の
状態により現像条件が決定され、現像剤のＴ／（Ｔ＋
Ｃ）比による濃度変動は少なくなると考えられる。

【００１２】しかしながら、従来の現像方法では上述し
たようにＴ／（Ｔ＋Ｃ）比に依存して濃度が大きく変化
してしまう。これは従来の現像方法がトリボの適当な範
囲のトナーしか現像に関与しておらず、従ってＴ／（Ｔ
＋Ｃ）比の変動にともない現像に関与するトナーの量が
変わり、それが現像濃度を変化させてしまうことになる
と考えられる。このため従来の改良された現像方式で、
０．２〜０．３の濃度のがさつきは低減するが、Ｔ／
（Ｔ＋Ｃ）比による濃度変動が特に低濃度側で大きくな
るという問題があった。

【００１３】従って、本発明の目的は、ハイライト部分
を均一に現像でき、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比の変動による濃度
変動が少なく、従って、高品位の画像を安定して得るこ
とのできる画像形成装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は、静電像を担持する像担持体と、この像担持体と対
向し、トナーとキャリアを有する２成分現像剤を担持す
る現像剤担持体と、この現像剤担持体に現像バイアスを
印加するバイアス印加手段と、を有する画像形成装置に
おいて、上記印加手段が、トナーに像担持体から現像剤
担持体にむかう力を与える電圧Ｖ１（Ｖ）とトナーに現
像剤担持体から像担持体にむかう力を与える電圧Ｖ２
（Ｖ）とをこの順に所定回数印加した後に電圧Ｖ３を引
き続き印加する工程を繰り返し有する現像バイアスであ
って、以下の関係を満たす現像バイアスを印加すること
を特徴とするものである。

【００１５】

【外２】 Ｖ３＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２ ｜ＶＬ｜＜｜Ｖ３｜＜｜ＶＤ｜ Ｔ１（ｓｅｃ）：電圧Ｖ１が継続する時間 Ｔ２（ｓｅｃ）：電圧Ｖ２が継続する時間 Ｔ３（ｓｅｃ）：電圧Ｖ３が継続する時間 ＶＬ（Ｖ）：像担持体上の画像部の電圧 ＶＤ（Ｖ）：像担持体上の非画像部の電圧 ｄ（ｍ）：像担持体と現像剤担持体間の距離

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１７】図７には本発明実施例のカラー画像形成装
置の概略断面図を示す。

【００１８】本例は、上部にデジタルカラー画像リーダ
部、下部にデジタルカラー画像プリンタ部を有する。

【００１９】リーダ部において、原稿３０を原稿台ガラ
ス３１上に載せ、露光ランプ３２により露光走査するこ
とにより、原稿３０からの反射光像を、レンズ３３によ
りフルカラーセンサ３４に集光し、カラー色分解画像信
号を得る。カラー色分解濃度信号は、（図示しない）増
幅回路を経て、（図示しない）ビデオ処理ユニットにて
処理を施され、プリンタ部に送出される。

【００２０】プリンタ部において、像担持体である感光
ドラム１は矢印方向に回転自在に担持され、感光ドラム
１に周りに前露光ランプ１１、コロナ帯電器２、光ビー
ム出射手段たるレーザ露光光学系３、電位センサ１２、
色の異なる４個の現像器４ｙ、４ｃ、４ｍ、４ＢＫ、ド
ラム上光量検知手段１３、転写装置５、クリーニング器
６を配置する。

【００２１】レーザ露光光学系３において、リーダ部か
らの画像信号は、レーザ出力部（不図示）にて光信号に
変換され、変換されたレーザ光がポリゴンミラー３ａで
反射され、レンズ３ｂおよびミラー３ｃを通って、感光
ドラム１の面に投影される。

【００２２】このレーザ出力部は、画像濃度情報に応じ
てＰＷＭ（パルス幅変調）された電気信号でオンオフ変
調される。

【００２３】プリンタ部画像形成時には、感光ドラム１
を矢印方向に回転され、前露光ランプ１１で除電した後
の感光ドラム１を帯電器２により一様に帯電させて、各
分解色ごとに光像Ｅを照射し、潜像を形成する。

【００２４】次に、所定の現像器を動作させて、感光ド
ラム１上の潜像を反転現像し、感光ドラム１上に樹脂を
基体としたトナー画像を形成する。現像器は、偏心カム
２４ｙ、２４ｃ、２４ｍ、２４ＢＫの動作により、各分
解色に応じて択一的に感光ドラム１に接近するようにし
ている。

【００２５】さらに、感光ドラム１上のトナー画像を、
記録材カセット７より搬送系及び転写装置５を介して感
光ドラム１と対向した位置に供給された記録材に転写す
る。転写装置５は、本例では転写ドラム５ａ、転写帯電
器５ｂ、記録材を静電吸着させるための吸着帯電器５ｃ
と対向する吸着ローラ５ｇ、内側帯電器５ｄ、外側帯電
器５ｅとを有し、回転駆動されるように軸支された転写
ドラム５ａの周面開口域には誘電体からなる記録材担持
シート５ｆを円筒状に一体的に張設している。記録材担
持シート５ｆはポリカーボネートフィルム等の誘電体シ
ートを使用している。

【００２６】ドラム状とされる転写装置、つまり転写ド
ラム５ａを回転させるに従って感光ドラム上のトナー像
は転写帯電器５ｂにより記録材担持シート５ｆに担持さ
れた記録材上に転写する。

【００２７】このように記録材担持シート５ｆに吸着搬
送される記録材には所望数の色画像が転写され、フルカ
ラー画像を形成する。

【００２８】フルカラー画像形成の場合、このようにし
て４色のトナー像の転写を終了すると記録材を転写ドラ
ム５ａから分離爪８ａ、分離押し上げコロ８ｂ及び分離
帯電器５ｈの作用によって分離し、熱ローラ定着器９を
介してトレイ１０に排紙する。

【００２９】他方、転写後感光ドラム１は、表面の残留
トナーをクリーニング器６で清掃した後再度画像形成工
程に供する。

【００３０】記録材の両面に画像を形成する場合には、
定着器９を排出後、すぐに搬送バス切替ガイド１９を駆
動し、搬送縦パス２０を経て、反転パス２１ａにいった
ん導いた後、反転ローラ２１ｂの逆転により、送り込ま
れた際の後端を先頭にして送り込まれた方向と反対向き
に退出させ、中間トレイ２２に収納する。その後再び上
述した画像形成工程によってもう一方の面に画像を形成
する。

【００３１】また、転写ドラム５ａの記録材担持シート
５ｆ上の粉体の飛散付着、記録材上のオイルの付着等を
防止するために、ファーブラシ１４と記録材担持シート
５ｆを介して該ブラシ１４に対向するバックアップブラ
シ１５や、オイル除去ローラ１６と記録材担持シート５
ｆを介して該ローラ１６に対向するバックアップブラシ
１７の作用により清掃を行う。このような清掃は画像形
成前もしくは後に行い、また、ジャム（紙づまり）発生
時には随時行う。

【００３２】また、本例においては、所望のタイミング
で偏心カム２５を動作させ、転写ドラム５ｆと一体化し
ているカムフォロワ５ｉを作動させることにより、記録
材担持シート５ａと感光ドラム１とのギャップを任意に
設定可能な構成としている。例えば、スタンバイ中また
は電源オフ時には、転写ドラムと感光ドラムの間隔を離
す。

【００３３】図１に現像器の拡大断面図である。

【００３４】現像器は現像容器１１６を備え、この現像
剤容器１１６の内部は隔壁１１７によって現像室（第１
室）Ｒ１と撹拌室（第２室）Ｒ２とに区画され、トナー
貯蔵室Ｒ３内には補給用トナー（非磁性トナー）１１８
が収容されている。なお、隔壁１１７には補給口１２０
が設けられ、該補給口１２０を経て消費されたトナーに
見合った量の補給料トナー１１８が撹拌室Ｒ２内に落下
補給される。

【００３５】これに対し現像室Ｒ１及び撹拌室Ｒ２内に
は現像材１１９が収容されている。現像剤１１９は、非
磁性トナーと磁性粒子（キャリア）とを有する二成分現
像剤である。（混合比は重量比で非磁性トナーが約４〜
１０％になるようにした。） ここで非磁性トナーは５〜８×１０^-6ｍの体積平均粒径
を有する。また、磁性粒子は樹脂コーティングされてい
るフェライト粒子（最大磁化６０ｅｍｕ／ｇ）からな
り、その重量平均粒径は５．０×１０^-5ｍであり、その
抵抗値は１０⁸ Ω・ｃｍ以上の値を示す。また、磁性粒
子の透磁率は約５．０である。

【００３６】現像剤容器１１６の感光ドラム１に近接す
る部位には開口部が設けられ、該開口部から現像スリー
ブ１１１が外部に突出している。現像スリーブ１１１は
現像容器１１６内に回転可能に組み込まれている。現像
スリーブ１１１の外径寸法は３２ｍｍであり、その周速
は２．８×１０^-1ｍ／ｓｅｃである。現像スリーブ１１
１はそれと感光ドラム１との間隔が５．０×１０^-4ｍに
なるように配置されている。現像スリーブ１１１は非磁
性からなり、その内部には磁界発生手段である磁石１１
２が固定されている。

【００３７】磁石１１２は現像磁極Ｓ₁ とその下流に位
置する磁極Ｎ₃ と現像剤１１９を搬送するための磁極Ｎ
₂ 、Ｓ₂ 、Ｎ₁ とを有する。磁石１１２は現像磁極Ｓ₁
が感光ドラム１に対向するように現像スリーブ１１１内
に配置されている。

【００３８】現像磁極Ｓ₁ は、現像スリーブ１１１と感
光ドラム１との間の現像部の近傍に磁界を形成し、該磁
界によって磁気ブラシが形成される。

【００３９】現像スリーブ１１１の上方にはブレード１
１５が該現像スリーブ１１１と所定の間隔をおいて配置
されている。現像スリーブ１１１とブレード１１５の間
隔は８．０×１０^-4ｍである。ブレード１１５は現像容
器１１６に固定されている。ブレード１１５はアルミニ
ウム、ＳＵＳ３１６などの非磁性材料からなり、現像ス
リーブ１１１上の現像剤１９の層厚を規制する。現像室
Ｒ１内には搬送スクリュー１１３が収容されている。搬
送スクリュー１１３は図中の矢印が示す方向に回転さ
れ、該搬送スクリュー１１３の回転駆動によって現像室
Ｒ１内の現像剤１１９は現像スリーブ１１１の長手方向
に向けて搬送される。

【００４０】貯蔵室Ｒ２内には搬送スクリュー１１４が
収容されている。搬送スクリュー１１４はその回転によ
ってトナーを現像スリーブ１１１の長手方向に沿って搬
送し、そのトナーは補給口１２０から撹拌室Ｒ２内に自
由落下する。

【００４１】現像スリーブ１１１は磁極Ｎ₂ 近傍の位置
で現像剤を担持し、現像スリーブ１１１の回転にともな
い現像剤１１９は現像部に向けて搬送される。現像剤１
１９が現像剤近傍に到達すると現像剤１１９の磁性粒子
が磁極Ｓ₁ の磁気力で連なりながら現像スリーブ１１１
から立ち上がり、現像剤１１９の磁気ブラシが形成され
る。

【００４２】磁気ブラシの先端は感光ドラム１表面を摺
擦することにより、現像が行われる。このとき現像剤の
現像空間に占める体積率（後に定義し詳述する）を後述
する式に示す範囲内になるようにするとともに、現像ス
リーブ１１と感光ドラム１との間に図４に示すバイアス
を印加することによりハイライトがなめらかでＴ／（Ｔ
＋Ｃ）比変動も少ない画像が得られるようになった。

【００４３】ここで、図４を用いて本発明のバイアスの
特徴を説明する。まず、バイアスとして引き戻し電圧Ｖ
₁ がＴ₁ 時間印加されるとドラム上の画像部のトナーも
非画像部のトナーも一様にスリーブ側に飛翔する力をう
ける。次に現像電圧Ｖ₂ をＴ₂ 時間印加すると現像領域
のトナーは画像部にも非画像部にも飛翔する力を受け
る。さらに非画像部のかぶりとりを考慮したＤＣバイア
スに相当する電圧Ｖ₃ ＝１／２・（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）（以下
ブランク電圧）をＴ₃ 時間印加すると非画像部のトナー
にはスリーブ上に引き戻される力が与えられ画像部（図
３のハイライト部に相当する部分も含め）のトナーには
ドラム上に引き寄せる力が与えられる。

【００４４】この工程を現像中に数十回以上繰り返すと
前述したように画像部近傍でトナーが片寄って振動する
ために特に通常は均一に現像されにくいハイライト部の
画像も十分均一に現像されなめらかな画像が得られる。

【００４５】ここで、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比変動の少ない均
一な画像を得るには現像バイアスの電位差と、Ｓ−Ｄ間
距離ｄ（ｍ）、および電圧印加時間Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ の
関係が重要であり以下にそれらの関係を述べる。

【００４６】まず、トナー動きを説明しながら以上の関
係について説明する。図２は現像部の現像剤の様子を示
した図である。図中ｑは電荷量、ｍは質量、ａは加速
度、ΔＶは感光ドラムと現像スリーブ間の電位差、ｄは
感光ドラムと現像スリーブ間のギャップである。まず、
本発明の特徴である感光ドラム上に現像されたトナーが
引き戻し電圧Ｖ₁ が印加された時間Ｔ₁ の間に現像スリ
ーブに戻されない条件を設定してやることによりトナー
BR>は感光ドラム上に偏り振動を繰り返す。

【００４７】ここで感光ドラムの画像部の電位を考慮し
てスリーブに戻されない条件を導くが前述したように
０．２程度の画像を再現するときの潜像はスリーブのＤ
Ｃ成分（画像部には飛翔させるが非画像部には引き戻す
方向の電圧）とほぼ等しくなっている。

【００４８】そこで本発明では引き戻し電圧Ｖ₁ と、現
像剤をスリーブから感光ドラムに飛翔させる電圧Ｖ₂ の
中間値（ＤＣ成分）の電圧１／２・（Ｖ₁ ＋Ｖ₂ ）を感
光ドラムのハイライト画像部の電位とし、それとスリー
ブの引き戻し電圧Ｖ₁ が印加されている条件でトナーが
スリーブまで引き戻されない時間を出せばよく、これ
は、下記式にて表わされる。

【００４９】

【外３】

【００５０】ここで｜Ｑ｜が大きいほうが電界の影響を
受け往復しやすくなる。本発明ではＱが大きいトナーも
現像スリーブに戻されない選択をした。通常のトリボ分
布でも転写まで考慮したＱの最大値は、５．０×１０^-2
Ｃ／ｋｇであるのでＴ₁ の条件として、下記式が成立す
る。

【００５１】

【外４】

【００５２】また、本発明では現像剤を引き戻す電圧と
飛翔させる電圧を複数回印加した後に画像部は飛翔させ
る方向で、非画像部には引き戻す方向の電圧（前述した
ＤＣ成分の電圧）をＴ₃ 時間抑制するのがＴ₃ 時間の長
さにも特徴を持たせた。

【００５３】前述した条件ではトリボの高いトナーがス
リーブとほぼ同電位の潜像に現像された場合に引き戻し
電界により再びスリーブまで戻らない条件を出したが、
ここではトリボの低いトナーがスリーブ、ドラム間を現
像電圧Ｖ₂ 及びブランク電圧Ｖ₃ だけ印加された時間に
スリーブ上からハイライト画像部まで飛翔する条件を求
めた。トリボの低いトナーが飛翔すればハイライト部分
まで選択性が少なく十分な現像性が得られるようにな
る。そのための条件は下記式にて表わされる。

【００５４】

【外５】

【００５５】ここで、トリボの低いトナーで転写まで考
慮した最小値は１．５×１０^-2Ｃ／ｋｇで、それを代入
すると

【００５６】

【外６】

【００５７】以上に示すＴ₃ 時間以上印加することによ
りＴ／（Ｔ＋Ｃ）比変動の少ない画像が得られる。

【００５８】さらに本発明では前述したように、トナー
の引き戻し電界と飛翔電界を複数回印加した後にＤＣバ
イアスのみをＴ₃ 時間印加することを特徴とするもので
あって、複数回交互電界を印加する間に、トリボが高く
キャリアに付着していたトナーも電界で振動を受け、現
像に関与するようになると考えられる。以下に詳しく説
明する。

【００５９】まず、（Ｔ₁ ＋Ｔ₂ ）時間は高周波にすれ
ばするほど現像剤の振動回数は増加するために、ハイラ
イト部の均一性が増加する。実験の結果、Ｓ−Ｄ間距離
５００μｍで、Ｖ₂ −Ｖ₁ の電位差が２ｋＶの場合に
は、（Ｔ₁ ＋Ｔ₂ ）の時間を２．５×１０^-4秒以下にす
れば、非常に均一な画像が得られた。

【００６０】しかしながら、（Ｔ₁ ＋Ｔ₂ ）が短くなれ
ばなるほど、画質は良くなるが、濃度が出にくくなる現
象が発生した。このことは次のように考えられる。

【００６１】図４に示すように、高周波の振動を１回加
えただけではキャリアに付着したトリボの高いトナー
は、十分にはキャリアから引き離されず、そのため先程
述べたトナーの飛翔が十分に行われず、結果として現像
能力が落ちてしまう。そこで、図５に示すように、トナ
ーに現像スリーブに向かう方向の力を与えるバイアス電
圧Ｖ₁ と、トナーに感光ドラムに向かう方向の力を与え
るバイアス電圧Ｖ₂ を複数回（図５の実施例では２回）
印加することが更に好ましく、トリボの高いトナーもキ
ャリアから引き離され現像に使用される。

【００６２】次に、本発明を実施例について更に説明す
る。

【００６３】実施例１ 現像条件として以下に示す条件で画像出しを行った。現
像装置Ｂは図１に示す構成とされ、前述した動作で現像
を行った。

【００６４】現像スリーブ外径寸法 ３２ｍｍ 現スリーブ周速 ２８０ｍｍ／ｓｅｃ 感光ドラム周速 １６０ｍｍ／ｓｅｃ Ｓ−Ｄ間距離 ５００μｍ

【００６５】現像バイアスとして、図４に示すバイアス
方式を用いた。トナーはポジトナーを用いた。つまり、
図４にて、 Ｖ_D ＝６００Ｖ、Ｖ_L ＝５０Ｖ Ｖ₁ ＝−５５０Ｖ Ｖ₂ ＝１４５０Ｖ Ｖ₃ ＝４５０Ｖ の条件で、Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ は、 Ｔ₁ ＝Ｔ₂ ＝６．２５×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝３．７５×１０^-4ｓｅｃ つまり、

【００６６】

【外７】 の条件にて現像を行ったところ、ハイライト再現も良好
でＴ／（Ｔ＋Ｃ）比による濃度変動の少ない画像が得ら
れた。

【００６７】実施例２ 本実施例にては、バイアス電圧とトナーの帯電極以外は
実施例１と同一の現像条件を用いた。トナーのトリボは
マイナスで図４に示すバイアス方式を用い、バイアス電
圧の値は、 Ｖ_D ＝−６００Ｖ、Ｖ_L ＝−５０Ｖ Ｖ₁ ＝−５０Ｖ Ｖ₂ ＝−１４５０Ｖ Ｖ₃ ＝−５５０Ｖ の条件で、Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ は、 Ｔ₁ ＝Ｔ₂ ＝５．０×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝４．０×１０^-4ｓｅｃ つまり、

【００６８】

【外８】 の条件にて現像を行ったところ、実施例１と同等以上の
ハイライト再現性を示し、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比による濃度
変動の少ない画像が得られた。

【００６９】実施例３ 本実施例では、前記実施例２と同様に、 Ｖ_D ＝−６００Ｖ、Ｖ_L ＝−５０Ｖ Ｖ₁ ＝−５０Ｖ Ｖ₂ ＝−１４５０Ｖ Ｖ₃ ＝−５５０Ｖ の条件で、図５に示すバイアス方式を用いて現像を行っ
た。Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ の条件としては、 Ｔ₁ ＝Ｔ₂ ＝４．１６×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝４．９９×１０^-4ｓｅｃ つまり、

【００７０】

【外９】 で画像出しを行ったところ、実施例２以上の画質、濃度
ハイライト再現性を示し、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比による濃度
変動の少ない画像が安定して得られた。

【００７１】実施例４ 本実施例では、前記実施例２と同様に、 Ｖ_D ＝−６００Ｖ、Ｖ_L ＝−５０Ｖ Ｖ₁ ＝−５０Ｖ Ｖ₂ ＝−１４５０Ｖ Ｖ₃ ＝−５５０Ｖ の条件で、図６に示すバイアス方式を用いて現像を行っ
た。Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ の条件としては、 Ｔ₁ ＝Ｔ₂ ＝３．５７×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝４．９９×１０^-4ｓｅｃ つまり、

【００７２】

【外１０】 で画像出しを行ったところ、実施例３と同等の画質、濃
度、ハイライト再現性を示し、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比による
濃度変動の少ない画像が安定して得られた。

【００７３】比較例１ 実施例２と同様に、 Ｖ_D ＝−６００Ｖ、Ｖ_L ＝−５０Ｖ Ｖ₁ ＝−５０Ｖ Ｖ₂ ＝−１４５０Ｖ Ｖ₃ ＝−５５０Ｖ の条件で、図４に示すバイアス方式を用いて現像を行っ
た。Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ の条件としては、 Ｔ₁ ＝Ｔ₂ ＝６．２５×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝１．２５×１０^-4ｓｅｃ

【００７４】

【外１１】 の条件で画像出しを行ったところ、ハイライト部分は均
一であるが、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比による濃度変動が大き
く、色味の不安定な画像しか得られなかった。

【００７５】次に、上記構成の現像器において、現像が
行われる領域、すなわち現像部空間における現像剤の占
める割合を示す現像剤相対体積比率について説明する。
相対体積比率は現像部、すなわち現像部におけるスリー
ブ２２の表面の単位面積あたりの現像剤（混合物…非穂
立時）の塗布量Ｍ（ｋｇ／ｍ² ）と現像部空間の高さｄ
（ｍ）とキャリア粒子の真密度ρ_C （ｋｇ／ｍ³ ）とト
ナー粒子の真密度ρ_T（ｋｇ／ｍ³ ）とキャリア重量Ｃ
（ｋｇ）、トナー重量Ｔ（ｋｇ）、スリーブ２２と感光
体１との相対速度比σとによって定義され、以下の式に
よって示される。

【００７６】相対体積比率Ｐ＝Ｍ／ｄ×σ×｛１／ρ_C
×Ｃ／（Ｔ＋Ｃ）＋１／ρ_T ×Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）｝×１０
０（％）

【００７７】ところで、この相対体積比率の値は複写画
像、特にハイライト部の画像に対して大きな影響を与え
る。これは前述したようにこの値Ｐが６３．８より大き
いと現像部における現像剤なかでもトナーの自由な動き
を疎外してしまい、本発明による新規な現像バイアスを
用いてもトナーが十分な振動を行えずハイライト部がが
さついたり、濃度の均一性が十分に得られないといった
問題が生じてしまう。また逆にこの値Ｐが２４．１より
小さいと後述するＴ／（Ｔ＋Ｃ）比にもよるが、現像工
程において十分なトナーが供給されないので画像濃度の
低下や、現像するトナーの存在しないキャリアのみにな
った磁気ブラシがドラムに当接することにより画像がボ
ソついてしまうという問題が生じてしまう。

【００７８】また、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比もこの値が０．１
よりも大きいと、特に小粒径のトナー粒子を用いた場合
にキャリアとの比表面積の関係からトナー飛散が生じて
しまうといった問題が生じてしまう。

【００７９】逆にＴ／（Ｔ＋Ｃ）比の値が０．０４より
も小さいと上に述べた相対体積比率Ｐが２４．１未満に
なったときと同じように現像工程において十分なトナー
が供給されないので画像濃度の低下や、現像するトナー
の存在しないキャリアのみになった磁気ブラシがドラム
に当接することにより画像がボソついてしまうという問
題が生じてしまう。

【００８０】従って、これまでに述べてきたような現像
バイアスを用いるとともに、相対体積比率Ｐが、２４．
１≦Ｐ≦６３．８の範囲にあり、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比が、
０．０４≦Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）≦０．１の範囲内とすること
でハイライト部分が均一で、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比による濃
度変動が少なく、十分な濃度が得られ高品位な画像を安
定して得ることができるようになった。

【００８１】次に、本発明を実施例についてさらに説明
する。

【００８２】実施例５ 現像条件として以下に示す条件で画像出しを行った。現
像装置Ｂは図１に示す構成とされ、前述した動作で現像
を行った。

【００８３】 現像スリーブ周速 ２．８×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 感光ドラム周速 １．６×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 相対速度比 σ＝１．７５ Ｓ−Ｄ間距離 ｄ＝５．０×１０^-4ｍ トナー粒子の真密度 ρ_T ＝１．０×１０³ ｋｇ／ｍ³ キャリア粒子の真密度 ρ_C ＝５．０×１０³ ｋｇ／ｍ
³ 現像剤塗布量 Ｍ＝５．０×１０^-1ｋｇ／ｍ³ Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比 ０．０５ つまり、相対体積比率Ｐ＝４２．０で前述の２４．１以
上６３．８以下の範囲内、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比も０．０５
で０．０４以上０．１以下の範囲内とした。

【００８４】次に、現像バイアスとして、図４に示すバ
イアス方式を用いた。トナーの帯電極性はマイナスとし
た。つまり、図４にて、 Ｖ_D ＝−６００Ｖ、Ｖ_L ＝−５０Ｖ Ｖ₁ ＝＋５５０Ｖ、Ｖ₂ ＝−１４５０Ｖ、Ｖ₃ ＝−４５
０Ｖ の条件で、Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ は、 Ｔ₁ ＝５．０×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₂ ＝５．０×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝４．０×１０^-4ｓｅｃ つまり、

【００８５】

【外１２】 以上の条件にて現像を行ったところ、ハイライト再現性
が良好で、最大画像濃度も十分出ており、Ｔ／（Ｔ＋
Ｃ）比による濃度変動の少ない画像が得られた。

【００８６】実施例６ 本実施例にては以下の現像条件には画像出しを行った。

【００８７】 現像スリーブ周速 ２．４×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 感光ドラム周速 １．３×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 相対速度比 σ＝１．８５ Ｓ−Ｄ間距離 ｄ＝６．０×１０^-4ｍ トナー粒子の真密度 ρ_T ＝１．０×１０³ ｋｇ／ｍ³ キャリア粒子の真密度 ρ_C ＝５．０×１０³ ｋｇ／ｍ
³ 現像剤塗布量 Ｍ＝６．０×１０^-1ｋｇ／ｍ³ Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比 ０．０７ つまり、相対体積比率Ｐ＝４７．４で前述の２４．１以
上６３．８以下の範囲内、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比も０．０７
で０．０４以上０．１以下の範囲内とした。

【００８８】次に、現像バイアスとして、図５に示すバ
イアス方式を用いた。トナーの帯電極性はマイナスとし
た。つまり、図５にて、 Ｖ_D ＝−６００Ｖ、Ｖ_L ＝−５０Ｖ Ｖ₁ ＝＋５５０Ｖ、Ｖ₂ ＝−１４５０Ｖ、Ｖ₃ ＝−４５
０Ｖ の条件で、Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ は、 Ｔ₁ ＝４．１６×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₂ ＝４．１６×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝４．９９×１０^-4ｓｅｃ つまり、

【００８９】

【外１３】 の条件にて現像を行ったところ、実施例１と同等以上の
ハイライト再現性を示し、最大画像濃度も十分出てお
り、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比による濃度変動の少ない画像が常
に安定して得られた。

【００９０】実施例７ 本実施例にては以下の現像条件にて画像出しを行った。

【００９１】 現像スリーブ周速 ２．９×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 感光ドラム周速 ２．０×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 相対速度比 σ＝１．４５ Ｓ−Ｄ間距離 ｄ＝４．０×１０^-4ｍ トナー粒子の真密度 ρ_T ＝１．０×１０³ ｋｇ／ｍ^３ キャリア粒子の真密度 ρ_Ｃ ＝５．０×１０³ ｋｇ／
ｍ³ 現像剤塗布量 Ｍ＝４．０×１０^-1ｋｇ／ｍ² Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比 ０．０８ つまり、相対体積比率Ｐ＝３８．３で前述の２４．１以
上６３．８以下の範囲内、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比も０．０８
で０．０４以上０．１以下の範囲内とした。

【００９２】次に、現像バイアスとして、図６に示すバ
イアス方式を用いた。トナーの帯電極性はマイナスとし
た。つまり、図６にて、 Ｖ_D ＝−６００Ｖ、Ｖ_L ＝−５０Ｖ Ｖ₁ ＝＋５５０Ｖ、Ｖ₂ ＝−１４５０Ｖ、Ｖ₃ ＝−１４
５０Ｖ の条件で、Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ は、 Ｔ₁ ＝３．５７×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₂ ＝３．５７×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝４．９９×１０^-4ｓｅｃ つまり、

【００９３】

【外１４】 の条件にて現像を行ったところ、実施例２と同等のハイ
ライト再現性を示し、最大画像濃度も十分出ており、Ｔ
／（Ｔ＋Ｃ）比による濃度変動の少ない画像が常に安定
して得られた。

【００９４】なお、上述実施例１、２、３においては、
バイアス印加時間Ｔ₁ 、Ｔ₂ についてＴ₁ ＝Ｔ₂ となる
ものについてのみ示したが、これに限定されるものでな
く、Ｔ₁ とＴ₂ が異なるものについても、本発明による
効果が得られることは言うまでもない。

【００９５】実施例８ 現像条件として以下に示す条件で画像出しを行った。

【００９６】 現像スリーブ周速 ２．８×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 感光ドラム周速 １．６×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 相対速度比 σ＝１．７５ Ｓ−Ｄ間距離 ｄ＝５．０×１０^-4ｍ トナー粒子の真密度 ρ_T ＝１．０×１０³ ｋｇ／ｍ³ キャリア粒子の真密度 ρ_C ＝５．０×１０³ ｋｇ／ｍ
³ 現像剤塗布量 Ｍ＝５．０×１０^-1ｋｇ／ｍ² Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比 ０．０５ つまり、上記条件については前述の実施例１と同様で相
対体積比率Ｐ＝４２．０で前述の２４．１以上６３．８
以下の範囲内、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比も０．０５で０．０４
以上０．１以下の範囲内とした。

【００９７】次に、現像バイアスとして、図４に示すバ
イアス方式を用いた。トナーの帯電極性はマイナスとし
た。つまり、図４にて、 Ｖ_D ＝−６００Ｖ、Ｖ_L ＝−５０Ｖ Ｖ₁ ＝＋５５０Ｖ、Ｖ₂ ＝−１４５０Ｖ、Ｖ₃ ＝−４５
０Ｖ の条件で、Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ を、 Ｔ₁ ＝６．２５×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₂ ＝６．２５×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝１．２５×１０^-4ｓｅｃ つまり、

【００９８】

【外１５】 以上の条件にて現像を行ったところ、ハイライト再現性
は良好で、最大画像濃度も十分出た。しかし実施例１〜
３に比べるとＴ／（Ｔ＋Ｃ）比による濃度変動があり、
色味は不安定であった。

【００９９】比較例２ 現像条件として以下に示す条件で画像出しを行った。

【０１００】 現像スリーブ周速 ２．４×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 感光ドラム周速 １．６×１０^-1ｍ／ｓｅｃ 相対速度比 σ＝１．５ Ｓ−Ｄ間距離 ＝６．５×１０^-4ｍ トナー粒子の真密度 ρ_T ＝１．０×１０³ ｋｇ／ｍ³ キャリア粒子の真密度 ρ_C ＝５．０×１０³ ｋｇ／ｍ
³ 現像剤塗布量 Ｍ＝３．５×１０^-1ｋｇ／ｍ² Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比 ０．０４ つまり、上記条件については前述の実施例１と異なり、
相対体積比率Ｐ＝１８．７で前述の２４．１以上６３．
８以下の範囲外、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比は０．０４で０．０
４以上０．１以下の範囲内とした。

【０１０１】次に、現像バイアスとして、図４に示すバ
イアス方式を用いた。トナーの帯電極性はマイナスとし
た。つまり、図４にて、 Ｖ_D ＝−６００Ｖ、Ｖ_L ＝−５０Ｖ Ｖ₁ ＝＋５５０Ｖ、Ｖ₂ ＝−１４５０Ｖ、Ｖ₃ ＝−４５
０Ｖ の条件で、Ｔ₁ 、Ｔ₂ 、Ｔ₃ を、 Ｔ₁ ＝５．０×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₂ ＝５．０×１０^-5ｓｅｃ Ｔ₃ ＝４．０×１０^-4ｓｅｃ つまり、

【０１０２】

【外１６】 以上の条件にて現像を行ったところ、ハイライト再現
性、最大画像濃度とも不十分な画像しか得られなかっ
た。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ハ
イライト部分を均一に現像でき、Ｔ／（Ｔ＋Ｃ）比の変
動による濃度変動が少なく、十分な濃度が得られ高品位
な画像を安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる現像装置の拡大断面図である。

【図２】現像剤（トナー）に作用する力を示す図であ
る。

【図３】ベタ部及びハイライト部の潜像を表わした表面
電位図である。

【図４】本発明に従った現像バイアス電圧の波形を示す
図である。

【図５】本発明に従った現像バイアス電圧の波形を示す
図である。

【図６】本発明に従った現像バイアス電圧の波形を示す
図である。

【図７】本発明の実施例の画像形成装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 像担持体（感光体ドラム） １１１ 現像剤担持体（現像スリーブ） １１２ 磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 泉崎 昌巳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 雨宮 幸司 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 校條 健 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電像を担持する像担持体と、この像担
   持体と対向し、トナーとキャリアを有する２成分現像剤
   を担持する現像剤担持体と、この現像剤担持体に現像バ
   イアスを印加するバイアス印加手段と、を有する画像形
   成装置において、 上記印加手段が、トナーに像担持体から現像剤担持体に
   むかう力を与える電圧Ｖ１（Ｖ）とトナーに現像剤担持
   体から像担持体にむかう力を与える電圧Ｖ２（Ｖ）とを
   この順に所定回数印加した後に電圧Ｖ３を引き続き印加
   する工程を繰り返し有する現像バイアスであって、以下
   の関係を満たす現像バイアスを印加することを特徴とす
   る画像形成装置。 【外１】 Ｖ３＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２ ｜ＶＬ｜＜｜Ｖ３｜＜｜ＶＤ｜ Ｔ１（ｓｅｃ）：電圧Ｖ１が継続する時間 Ｔ２（ｓｅｃ）：電圧Ｖ２が継続する時間 Ｔ３（ｓｅｃ）：電圧Ｖ３が継続する時間 ＶＬ（Ｖ）：像担持体上の画像部の電圧 ＶＤ（Ｖ）：像担持体上の非画像部の電圧 ｄ（ｍ）：像担持体と現像剤担持体間の距離
2. 【請求項２】 上記印加手段は、上記電圧Ｖ１、Ｖ２を
   この順に複数回繰り返し印加した後に上記電圧Ｖ３
   （Ｖ）を引き続き印加することを特徴とする請求項１の
   画像形成装置。
3. 【請求項３】 トナーＴとキャリアＣの重量比Ｔ／（Ｔ
   ＋Ｃ）は０．０４以上０．１以下であることを特徴とす
   る請求項１の画像形成装置。
4. 【請求項４】 現像部空間における現像剤の相対体積比
   率Ｐ（％）は２４．１以上６３．８以下であることを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれかの画像形成装置。
5. 【請求項５】 上記Ｔ１とＴ２は等しいことを特徴とす
   る請求項１乃至４のいずれかの画像形成装置。
6. 【請求項６】 画像信号に応じて変調された光ビームを
   像担持体に向けて出射する出射手段と、画像濃度に応じ
   て１画素あたりの光ビーム出射時間を制御する制御手段
   と、を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
   かの画像形成装置。