JPH06149066A

JPH06149066A - 現像方法及びその装置

Info

Publication number: JPH06149066A
Application number: JP4322277A
Authority: JP
Inventors: Nobumasa Furuya; 信正古谷; Tsuneo Noami; 恒雄野網; Takeshi Saikawa; 健済川; Migaku Aoshima; 琢青島
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1992-11-09
Filing date: 1992-11-09
Publication date: 1994-05-27
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JP2722973B2

Abstract

(57)【要約】【目的】キャリア付着の発生を抑制することが可能で
あり、且つ十分な画像品質が得られる新規な現像方法及
びその装置を提供することを目的とする。【構成】現像バイアス電圧が直流電圧を重畳した交流
電圧であって、この交流電圧が、キャリアを静電潜像担
持体側へ移動させる電界が最大となる電圧から、キャリ
アを静電潜像担持体側へ移動させる電界が最小となる電
圧まで変化する時間を、交流成分の一周期の半分以下と
した電圧からなるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、単色あるいは多色画
像を形成する電子写真方式の複写機あるいはプリンター
等の画像形成装置に用いられる現像方法及びその装置に
関し、特に現像剤担持体上に二成分現像剤からなる磁気
ブラシの薄層を形成し、静電潜像担持体上の静電潜像を
現像する現像方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記複写機等の画像形成装置にお
いては、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像
手段によって現像し、この現像像を記録用紙上に転写し
て画像の複写等を行なうように構成されている。その
際、上記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像
する現像装置としては、静電潜像担持体表面にトナー及
び磁性キャリアからなる二成分現像剤を接触させること
により、静電潜像を顕像化する所謂接触型二成分磁気ブ
ラシ現像方法を採用したものが、多数提案されている。
この現像方法は、トナー濃度の制御が必要であること、
及び装置の大型化という課題を有するものの、画質特性
及び維持性等の観点から現像方式の主流となっている。

【０００３】ところが、上記の接触型二成分磁気ブラシ
現像方法では、静電潜像担持体面を磁気ブラシが機械的
に摺擦するため、磁気ブラシによる所謂刷毛あとや掃き
寄せ等の画像欠陥が発生しやすいという難点がある。そ
こでこれを回避するために、静電潜像担持体表面に現像
剤を接触させずに現像する所謂非接触型の現像方法が多
数提案されている。

【０００４】この種の非接触現像法としては、例えば特
開昭５６−１４４４５２号公報に開示されているよう
に、現像ロール上にトナー及び磁性キャリアからなる二
成分現像剤の薄層（現像磁気ブラシ）を形成し、静電潜
像担持体表面と前記現像磁気ブラシとを非接触状態と
し、しかも現像剤層に磁気的、電気的または機械的要素
による擾乱効果を与えて現像させるものが開示されてい
る。

【０００５】また、特開昭６０−１７６０６９号公報に
開示されるように、磁極を現像ロールと静電潜像担持体
が最近接している位置を避けて配置し、現像剤層に水平
磁界成分を作用させながら振動電界下で現像させるもの
が開示されている。

【０００６】これらの方法によれば、磁気ブラシは静電
潜像担持体表面に対して非接触であるので、刷毛あとや
掃き寄せのない画像を再現することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術の場合には、次のような問題点を有している。す
なわち、特開昭５６−１４４４５２号公報に開示されて
いる現像装置においては、画数の多い漢字等の空間周波
数が高い画像を現像すると、線画像の周縁部や線間部に
キャリア粒子が付着する所謂キャリア付着が発生しやす
いという問題点を有している。このキャリア付着は、画
数の多い漢字等の空間周波数が高い画像では、図９に示
すように、静電潜像担持体の表面に画像部と背景部が非
常に小さな間隔を隔てて隣接する静電潜像が存在するた
め、この静電潜像によって潜像担持体の表面には、図１
０に示すように、画像部と背景部の境界（縁）で電界が
互いに強め合う所謂フリンジ電界が生じ、画像部の周縁
に形成される電界強度の大きなフリンジ電界によって、
トナーと逆極性に帯電したキャリア粒子が線画像の周縁
部や線間部に付着するために生じる。

【０００８】このように、キャリア付着が生じると、静
電潜像担持体上に転移したキャリアが、トナー像と共に
転写域にて記録用紙に接することになるため、トナー像
の欠けや抜けが発生したり、キャリアが記録用紙上に転
写されて黒点となる等の画像品質低下が発生するという
問題点がある。また、キャリア付着が発生すると、現像
装置内からキャリアが少量ずつ流出していくことになる
ので、現像剤の寿命低下が促進されてしまうという問題
点もある。

【０００９】一方、特開昭６０−１７６０６９号公報に
開示されている現像装置では、十分な現像濃度を得るた
めには、振動電界強度を高める必要がある。このため、
振動電界の作用によりやはりキャリア付着が発生しやす
くなるという問題点を有している。

【００１０】このキャリア付着を回避する手段として
は、特開昭６１−１６０７６４号公報に開示されている
ように、磁性キャリアの磁性粉含有率を４０ｗｔ％以上
に高めるとともに、現像剤担持体表面上の接線方向の磁
界の強さを２００ガウス以上に設定する方法、特開平１
−９２７５９号公報に開示されているように、磁性キャ
リアの平均粒径が約５０μｍ以上９０μｍ以下の範囲内
でかつ、約２．０／１０００００〜１．０／１００００
電磁単位の範囲内で磁化されたものとし、現像領域にお
ける磁力線の強さを約２００ガウス以上とする方法、特
開平１−１７７０５６号公報に開示されているように、
磁性キャリアとして平均粒径が３０〜９０μｍの範囲内
にあってその１個あたりの帯電量が、５．０×１０^-13
クーロン以上、２．５×１０^-12クーロン以下の粒子と
する方法等が提案されている。

【００１１】しかし、特開昭６１−１６０７６４号公報
及び特開平１−９２７５９号公報に開示された方法で
は、キャリア粒子が比較的大粒径の場合には有効である
が、キャリア粒子の平均粒径が小さい場合、例えば平均
粒径５０μｍ以下の場合にはキャリア付着の発生が回避
できないという問題点がある。従って、よりきめの細か
い画像を得るためにキャリア粒子を小粒径化しようとす
ると、キャリア付着が発生するという問題点を有してい
る。

【００１２】また、キャリアが比較的大粒径の場合にお
いても、プロセススピードが速くなり現像ロールの回転
数が高くなると、キャリアに作用する遠心力が増大する
ため、キャリア付着が発生しやすくなる。従って、高速
プロセスには不向きであるという問題点を有している。

【００１３】さらに、キャリアの飽和磁化を高めてキャ
リアに作用する磁気拘束力を高めた場合には、キャリア
付着は発生し難くなるが、現像ロール上で磁気ブラシを
形成する現像剤のチェーン構造が長く、また粗くなるの
で、現像剤の均一な薄層を形成することは困難であり、
画像の均一性不良及びライン画像のエッジ再現不良が発
生しやすくなるという新たな問題点を有している。

【００１４】一方、特開平１４１７７０５６号公報に開
示された方法では、トナー濃度や環境の変動によってキ
ャリア粒子の帯電量が増加した場合に、キャリア付着が
発生しやすくなるという問題点を有している。

【００１５】そこで、この発明は、上記従来技術の問題
点を解決するためになされたもので、その目的とすると
ころは、キャリア付着の発生を抑制することが可能であ
り、且つ十分な画像品質が得られる新規な現像方法及び
その装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項第１項
記載の現像方法は、静電潜像が担持される静電潜像担持
体に対し、内部に磁極が設けられた現像剤担持体を離間
配置し、この現像剤担持体上にトナー及び磁性キャリア
から成る二成分現像剤を担持させて搬送した後に、潜像
担持体上の静電潜像をトナーで現像する現像方法におい
て、現像バイアス電圧が直流電圧を重畳した交流電圧で
あって、この交流電圧が、キャリアを静電潜像担持体側
へ移動させる電界が最大となる電圧から、キャリアを静
電潜像担持体側へ移動させる電界が最小となる電圧まで
変化する時間を、交流成分の一周期の半分以下とした電
圧からなるように構成されている。

【００１７】なお、例えば、現像剤の穂立ち高さは、静
電潜像担持体と現像剤担持体の間隙よりも小さく設定さ
れる。

【００１８】また、例えば、磁性キャリアは、飽和磁化
が、２０ｅｍｕ／ｇ以上６０ｅｍｕ／ｇ以下のものが使
用される。

【００１９】さらに、例えば、静電潜像担持体に対向す
る部位における現像剤担持体内部の磁極配置は、隣接す
る磁極の略中間に設定される。

【００２０】一方、この発明の請求項第５項記載の現像
装置は、静電潜像が担持される静電潜像担持体に対し、
内部に磁極が設けられた現像剤担持体を離間配置し、こ
の現像剤担持体上にトナー及び磁性キャリアから成る二
成分現像剤を担持させて搬送した後に、潜像担持体上の
静電潜像をトナーで現像する現像装置において、現像剤
担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段
が、直流電圧を重畳した交流電圧を発生し、この交流電
圧が、キャリアを静電潜像担持体側へ移動させる電界が
最大となる電圧から、キャリアを静電潜像担持体側へ移
動させる電界が最小となる電圧まで変化する時間を、交
流成分の一周期の半分以下とした電圧からなるように構
成されている。

【００２１】なお、例えば、現像剤の穂立ち高さは、静
電潜像担持体と現像剤担持体の間隙よりも小さく設定さ
れる。

【００２２】また、例えば、磁性キャリアは、飽和磁化
が、２０ｅｍｕ／ｇ以上６０ｅｍｕ／ｇ以下のものが使
用される。

【００２３】さらに、例えば、静電潜像担持体に対向す
る部位における現像剤担持体内部の磁極配置は、隣接す
る磁極の略中間に設定される。

【００２４】

【作用】この発明の請求項第１項記載の現像方法におい
ては、現像バイアス電圧の交流電圧が、キャリアを静電
潜像担持体側へ移動させる電界が最大となる電圧から、
キャリアを静電潜像担持体側へ移動させる電界が最小と
なる電圧まで変化する時間を、交流成分の一周期の半分
以下とした電圧からなるように構成されているので、キ
ャリアを静電潜像担持体側へ移動させる方向の加速度が
最大から最小まで変化する時間が短くなる。従って、キ
ャリアが静電潜像担持体上に到達し難くなり、キャリア
付着の発生を防止することができる。また、このときト
ナーは、磁性キャリアと反対の極性に帯電しているの
で、キャリアとは逆に静電潜像担持体上に到達し易くな
る。従って、キャリア付着を防止すると同時に十分な画
像濃度を得ることができる。

【００２５】また、この発明の請求項第５項記載の現像
装置は、上記現像方法と同様の作用を有する。

【００２６】

【実施例】以下にこの発明を図示の実施例に基づいて説
明する。

【００２７】図１は、この発明に係る現像方法を適用し
た画像記録装置の一実施例を示すものである。

【００２８】図において、１は静電潜像担持体としての
感光体ドラムを示すものであり、この感光体ドラム１
は、導電性材料からなる円筒部材１ａの表面に感光体層
１ｂを薄層に形成したものである。この感光体層１ｂと
しては、例えば、負帯電の有機感光体（以下、ＯＰＣと
称す）が用いられる。また、上記感光体ドラム１の外径
は、例えば、１００ｍｍに設定される。

【００２９】ところで、上記感光体ドラム１の周囲に
は、その回転方向に沿って、帯電器２と、露光手段３
と、現像装置４と、転写前コロトロン５と、転写コロト
ロン６と、剥離コロトロン７と、クリーナー８と、光除
電器９とからなる電子写真記録手段が、順次配設されて
いる。

【００３０】この画像記録装置において、感光体ドラム
１は、図示しない駆動手段によって矢印方向に回転駆動
される。この感光体ドラム１の表面は、帯電器２によっ
て所定の電圧に一様に帯電される。次いで、感光体ドラ
ム１の表面には、露光手段３により画像に対応した露光
が行われ静電潜像が形成される。感光体ドラム１の表面
に形成された静電潜像は、現像装置４によってトナー現
像され顕像化される。その際、現像装置４の非磁性円筒
スリーブ１１には、後述するように、現像バイアス用の
電源２０によって所定の現像バイアスが印加されるよう
になっている。次に、このようにして、感光体ドラム１
上に形成されたトナー像は、必要に応じて転写前コロト
ロン５によって帯電を受ける。続いて、記録用紙１０上
に転写コロトロン６の帯電によって転写された後、この
記録用紙１０は、剥離コロトロン７の帯電によって感光
体ドラム１の表面から剥離される。その後、この記録用
紙１０は、図示しない定着器へと搬送され、トナー像
は、記録用紙１０上に定着されて画像記録が終了する。
なお、トナー像の転写及び記録用紙１０の剥離工程が終
了した感光体ドラム１の表面は、クリーナー８によって
残留トナーが清掃された後、光除電器９による露光を受
けて残留電荷が除電され、次の画像記録工程に備える。

【００３１】上記露光手段３としては、画像情報に応じ
た露光が可能なものであれば任意の露光手段を使用する
ことができる。この露光手段３としては、例えば、レー
ザー書込み装置、ＬＥＤアレイ、一様光源と液晶マイク
ロシャッターからなる液晶ライトバルブ等任意のものが
目的に応じて使用できる。また、この露光手段３は、画
像部露光を行うものであっても、非画像部（背景部）露
光を行うものでもどちらでも良く、必要に応じて適宜選
択される。

【００３２】次に、この実施例で使用した現像装置４に
ついて、図２を用いて説明する。

【００３３】この現像装置４は、現像剤担持体としての
回転可能な非磁性円筒スリーブ１１内に、磁石ロール１
２が配置されている。磁石ロール１２は、感光体ドラム
１と磁極１４、１５の略中間位置とが対向するように固
定されている。この実施例では、非磁性円筒スリーブ１
１に付着した状態で搬送される現像剤１６は、層厚規制
部材１３によって一定の厚さに規制され、非磁性円筒ス
リーブ１１の回転に伴って感光体ドラム１と対向する現
像域ヘと搬送される。また、この実施例では、感光体ド
ラム１と非磁性円筒スリーブ１１の間隙が５００μｍ
に、感光体ドラム１と対向する部位の現像剤層厚が３５
０μｍに、それぞれ設定されている。さらに、非磁性円
筒スリーブ１１の外径は、２５ｍｍに設定され、磁極１
４と磁極１５の挟む角は、７０度に設定されている。上
記非磁性円筒スリーブ１１には、後述するように、現像
バイアス用の電源２０によって所定の現像バイアスが印
加される。この現像バイアスは、直流電圧を重畳した交
流電圧である。

【００３４】また、上記現像装置４では、現像剤１６と
してトナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤を使
用している。

【００３５】ところで、この実施例では、現像バイアス
電圧が直流電圧を重畳した交流電圧であって、この交流
電圧が、キャリアを静電潜像担持体側へ移動させる電界
が最大となる電圧から、キャリアを静電潜像担持体側へ
移動させる電界が最小となる電圧まで変化する時間を、
交流成分の一周期の半分以下とした電圧からなるように
構成されている。

【００３６】図４は、上記現像装置４の非磁性円筒スリ
ーブ１１に現像バイアスを印加するための現像バイアス
用電源を示す回路図である。

【００３７】図において、２０はこの現像バイアス用電
源を示すものであり、この現像バイアス用電源２０は、
交流電圧を発生する交流電圧発生部２１と、直流電圧を
発生する直流電圧発生部２２とを備えている。そして、
この現像バイアス用電源２０は、直流電圧を重畳した交
流電圧を現像バイアスとして出力する。

【００３８】上記交流電圧発生部２１は、図５に示すよ
うに、交流電圧の勾配ｄｖ／ｄｔが正の場合と負の場合
とで、異なった波形の交流電圧を出力するように構成さ
れている。すなわち、交流電圧発生部２１は、交流電圧
の勾配ｄｖ／ｄｔが正のとき、Ｖ_AC1＝（Ｖ_PP／２）×
ＳＩＮ（ω₁ｔ）に従って交流電圧Ｖ_ACを出力するとと
もに、ｄｖ／ｄｔが負のときには、Ｖ_AC2＝（Ｖ_PP／
２）×ＳＩＮ（ω₂ｔ）に従って交流電圧Ｖ_ACを出力す
る。

【００３９】また、上記交流電圧発生部２１は、図５に
示すように、電圧が最小値Ｖ_MINから最大値Ｖ_MAXまで
立ち上がる時間Ｔ₁と、電圧が最大値Ｖ_MAXから最小値
Ｖ_MINまで立ち下がる時間Ｔ₂とが異なる交流電圧を、
所定の周波数で発生可能となっている。しかも、上記交
流電圧発生部２１は、キャリアを感光体ドラム１側へ移
動させる電界が最大となる電圧から、キャリアを感光体
ドラム１側へ移動させる電界が最小となる電圧まで変化
する時間と交流成分の一周期Ｔとの比（以下、これをデ
ューティ比（ＤＵＴＹ）という）、すなわちＤＵＴＹ＝
Ｔ₁／（Ｔ₁＋Ｔ₂）又はＤＵＴＹ＝Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ
₂）が可変できるようになっている。さらに、交流電圧
Ｖ_ACの周期Ｔは、Ｔ＝Ｔ₁＋Ｔ₂＝１／Ｆｒｅｑ．＝１
／１５００で一定となっているが、交流電圧Ｖ_ACの振幅
Ｖ_PPは、可変となっている。

【００４０】なお、上記の如くデューティ比（ＤＵＴ
Ｙ）が２つの異なった形で表されるのは、現像バイアス
の極性とキャリアの極性とによって、キャリアに作用す
る電界の方向が反対になるためである。すなわち、図７
に示すように、現像バイアスの極性（マイナス）とトナ
ーの極性（マイナス）が同極性の場合、つまり反転現像
を行う場合には、キャリアを感光体ドラム１側へ移動さ
せる電界が最大となる電圧は、図７に示すＶ_MAXであ
り、キャリアを感光体ドラム１側へ移動させる電界が最
小となる電圧はＶ_MINである。そのため、この場合にお
けるデューティ比（ＤＵＴＹ）は、Ｔ_A／Ｔ_Bで与えら
れる。

【００４１】一方、上記直流電圧発生部２２は、公知の
直流電源２３から構成されたものであり、この直流電源
２３は、出力電圧Ｖ_DCが可変となっている。この出力電
圧Ｖ _DCは、コンデサＣ２に出力される。このコンデンサ
Ｃ２は、直流電圧に重畳される交流出力電流をバイパス
させる機能を果たすものである。また、上記出力電圧Ｖ
_DCは、外部からのＶ_DC制御信号によって制御可能となっ
ている。

【００４２】次に、上記交流電圧発生部２１の構成を更
に詳細に説明すると、この交流電圧発生部２１は、波形
信号発生手段２４を備えており、この波形信号発生手段
２４は、出力する交流電圧の波形を決定する波形信号を
発生する波形信号発生手段２４を備えている。上記波形
信号発生手段２４は、第１のバイナリカウンタ２５を有
しており、この第１のバイナリカウンタ２５と当該第１
のバイナリカウンタ２５に接続されたパルス発振器２６
とその周辺のゲイト回路は、後述する第２のバイナリカ
ウンタ２９からＰＲＯＭ３０へのアドレス出力のカウン
トアップ周期を、第２のバイナリカウンタ２９のカウン
ト値が００ｈ〜７Ｆｈの場合と８０ｈ〜ＦＦｈの場合と
で変更するための回路である。

【００４３】すなわち、上記第１のバイナリカウンタ２
５には、パルス発振器２６がＮＡＮＤ回路２７、２８を
介して接続されている。パルス発振器２６は、所定周波
数（例えば、２．８８ＭＨｚ）のクロックパルスを発生
するものであり、このパルス発振器２６から出力される
クロックパルスＣＬＫは、ＮＡＮＤ回路２７、２８を介
して第１のバイナリカウンタ２５のＣＬＫＤＷＮ端子
及びＣＬＫＵＰ端子にそれぞれ入力されている。ま
た、上記第１のバイナリカウンタ２５には、デューティ
制御データが入力されている。このデューティ制御デー
タは、図示しないデューティ制御データ設定手段によっ
て適宜設定可能となっている。

【００４４】そして、上記第１のバイナリカウンタ２５
は、次に述べる第２のバイナリカウンタ２９の出力（Ｍ
ＳＢ）がＦＡＬＳＥ（００ｈ〜７Ｆｈ）の場合には、こ
のＦＡＬＳＥの信号をＮＯＴ回路及びＮＡＮＤ回路２７
を介してＣＬＫＤＯＷＮ端子に入力し、パルス発振器
２６からクロックが入力する度にデューティ制御データ
から１ずつカウントダウンする動作を繰り返し、Ｂ．Ｏ
（ＢＯＲＲＯＷＯＵＴ）端子から一連のカウントダウ
ン動作が終了する度にクロックを出力する。したがっ
て、この第１のバイナリカウンタ２５から出力されるク
ロック（ＣＬＫＯＵＴＰＵＴ）の周期は、パルス発振器
２６の周期×デューティ制御データとなる。一方、上記
第１のバイナリカウンタ２５は、第２のバイナリーカウ
ンタ２９の出力（ＭＳＢ）がＴＲＵＥ（８０ｈ〜ＦＦ
ｈ）の場合に、このＴＲＵＥの信号をＮＡＮＤ回路２８
を介してＣＬＫＵＰ端子に入力し、パルス発振器２６か
らクロックが入力する度にデューティ制御データから１
ずつカウントアップする動作を繰り返し、Ｃ．Ｏ（ＣＡ
ＲＲＹＯＵＴ）から一連のカウントアップ動作が終了
する度にクロックを出力する。したがって、この第１の
バイナリカウンタ２５から出力されるクロック（ＣＬＫ
ＯＵＴＰＵＴ）の周期は、パルス発振器の周期×（１
５−デューティ制御データ）となる。

【００４５】次に、上記第１のバイナリカウンタ２５の
クロック出力（ＣＬＫＯＵＴＰＵＴ）は、第２のバイ
ナリカウンタ２９に入力される。この第２のバイナリカ
ウンタ２９は、第１のバイナリカウンタ２５のクロック
出力（ＣＬＫＯＵＴＰＵＴ）に基づいてカウント動作
を繰り返し、出力端子Ｑからカウント値に対応した信号
を出力するとともに、他方の出力端子Ｑ（ＭＳＢ）から
第１のバイナリカウンタ２５にＦＡＬＳＥ（００ｈ〜７
Ｆｈ）及びＴＲＵＥ（８０ｈ〜ＦＦｈ）を識別する信号
を出力する。

【００４６】ところで、上記第２のバイナリカウンタ２
９のカウント動作は、第１のバイナリカウンタ２５のク
ロック出力（ＣＬＫＯＵＴＰＵＴ）に基づいて行われ
るが、この第１のバイナリカウンタ２５のクロック出力
（ＣＬＫＯＵＴＰＵＴ）は、上述したように、ＦＡＬ
ＳＥ（００ｈ〜７Ｆｈ）の場合とＴＲＵＥ（８０ｈ〜Ｆ
Ｆｈ）の場合とで、そのクロックの出力周期が異なる。
そのため、第２のバイナリカウンタ２９から出力される
カウント値は、ＦＡＬＳＥ（００ｈ〜７Ｆｈ）の場合と
ＴＲＵＥ（８０ｈ〜ＦＦｈ）の場合とで、異なった周期
で出力される。

【００４７】また、上記第２のバイナリカウンタ２９か
らの出力信号は、ＰＲＯＭ３０に入力される。このＰＲ
ＯＭ３０には、図６に示すように、正弦波の波形に対応
したデータが各アドレス０ｄ（００ｈ）〜２５５ｄ（７
Ｆｈ）毎にＲＯＭのデータとして予め記憶されている。
そして、このＰＲＯＭ３０は、第２のバイナリカウンタ
２９から入力するアドレス信号に応じて、対応したアド
レスの正弦波の波形に対応した波形データを順次出力す
るようになっている。したがって、ＰＲＯＭ３０は、第
２のバイナリカウンタ２９から一定の周期で信号が入力
された場合には、図６に示すような正弦波の波形と相似
形の波形信号を出力する。

【００４８】ところが、上記第２のバイナリカウンタ２
９の出力信号は、上述したように、デューティ制御デー
タに基づいてＦＡＬＳＥ（００ｈ〜７Ｆｈ）の場合とＴ
ＲＵＥ（８０ｈ〜ＦＦｈ）の場合とで、異なった周期で
出力されるようになっている。そのため、ＰＲＯＭ３０
は、正弦波の立ち上がりの部分（勾配ｄｖ／ｄｔが正の
部分）と立ち下がりの部分（勾配ｄｖ／ｄｔが負の部
分）とで異なる周期で、正弦波の波形に対応したデータ
を出力することになる。

【００４９】さらに、上記ＰＲＯＭ３０の出力データ
は、ＤＡＣ３１に入力される。このＤＡＣ３１は、図６
で示すＰＲＯＭ３０の出力データに従って、アナログ値
の電流出力を出力端子ＯＵＴ１から出力する。上記ＤＡ
Ｃ３１には、Ｖ_AC制御信号が入力されており、当該ＤＡ
Ｃ３１からの電流出力ＯＵＴは、Ｖ_AC制御信号によりリ
ニアに変調されるようになっている。そのため、ＤＡＣ
３１からの電流出力ＯＵＴの振幅は、Ｖ_AC制御信号によ
ってリニアに制御可能となっている。

【００５０】次に、上記ＤＡＣ３１の電流出力ＯＵＴ
は、Ｉ／Ｖコンバータ３２に入力され、このＩ／Ｖコン
バータ３２によってＩ／Ｖ（電流／電圧）変換される。
そして、このＩ／Ｖコンバータ３２の出力は、波形信号
出力としてコンデンサＣを介してバッファーアンプ３３
に出力される。その際、上記Ｉ／Ｖコンバータ３２は、
Ｖ_AC制御信号によって所望の交流出力電圧が得られるよ
うに、可変抵抗Ｒ１でゲインが調節可能となっている。

【００５１】その結果、上記バッファーアンプ３３から
は、上記の如く波形信号発生手段２４から出力される波
形信号に応じた交流電圧が出力される。そして、このバ
ッファーアンプ３３から出力される交流電圧は、トラン
スＴによって昇圧された後、直流電圧と重畳されて現像
バイアスとして出力端子Ｖ_outから第２の現像器４ｂに
出力される。

【００５２】いま、交流電圧の出力Ｖ_ACを１５００Ｖと
し、バッファーアンプ３３の出力を１５Ｖとした場合、
トランスＴは、昇圧比が１００に設計される。上記バッ
ファーアンプ３３は、電圧ゲインが１のパワーバッファ
ーであり、この出力交流電圧Ｖ_ACは、波形信号発生手段
２４の出力電圧波形をトランスＴの昇圧比倍したものと
なる。

【００５３】このように、上記交流電圧発生部２１から
出力される交流電圧Ｖ_ACは、そのデューティ比（ＤＵＴ
Ｙ＝Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂））がデューティ制御データに
応じて可変できるようになっている。すなわち、上記交
流電圧発生部２１は、図５に示すように、キャリアを感
光体ドラム１側へ移動させる電界が最大となる電圧か
ら、キャリアを感光体ドラム１側へ移動させる電界が最
小となる電圧まで変化する時間Ｔ₂が、Ｔ₂＝パルス発
振器２６の周期×（１５−デューティ制御データ）×１
２８となり、残りのＴ₁が、Ｔ₁＝パルス発振器２６の
周期×デューティ制御データ×１２８となる。ここで、
１２８という数字は、ＰＲＯＭ３０に記憶された１周期
分のデータの半分の数を示している。従って、交流電圧
の１周期Ｔは、Ｔ＝Ｔ₁＋Ｔ₂＝パルス発振器２６の周
期×１５×１２８となり、デューティ比は、ＤＵＴＹ＝
デューティ制御データ／１５となる。よって、パルス発
振器２６の周波数が２．８８ＭＨｚの場合には、１５０
０Ｈｚの出力が得られ、交流電圧Ｖ_ACのデューテイ比
は、（１５−デューティ制御データ）／１５に応じて表
１のように制御することができる。

【００５４】

【表１】

【００５５】なお、この実施例の交流電圧発生部は、図
４の構成に基づいて説明したが、交流電圧Ｖ_ACのデュー
ティ比は、第１のバイナリカウンタ２６とその周辺回路
を変更することによって、より高分解能な制御が可能と
なることは明らかである。また、図４では、波形信号発
生手段２４を電源２０の内部に設けた場合について説明
したが、波形信号は、コントローラ側のＣＰＵとＤ／Ａ
コンバータにより容易に生成することができることは勿
論であり、電源２０は、波形信号発生手段以降の部分の
みで構成しても良い。さらに、この実施例では、波形信
号発生手段２４をデジタル回路によって構成したが、ア
ナログ回路によって波形信号を生成しても良いことは勿
論であり、アナログ回路に置換して構成しても良い。

【００５６】以上の構成において、この実施例に係る画
像記録装置では、次のようにして現像装置によって現像
が行われる。すなわち、上記感光体ドラム１上に形成さ
れた静電潜像は、現像装置４によって現像される。その
際、この現像装置の非磁性円筒スリーブ１１には、現像
バイアス用電源２０によって図７に示すような波形の、
交流電圧に所定の直流電圧を重畳させた現像バイアス電
圧が印加されている。そのため、現像剤中の負極性に帯
電したトナーは、上記現像バイアスの交流成分が形成す
る電界によって、感光体ドラム１と非磁性円筒スリーブ
１１との間を飛翔して、感光体ドラム１上の静電潜像を
現像する。

【００５７】一方、上記トナーとは逆極性の正極性に帯
電したキャリアは、上記現像バイアスの交流成分が形成
する電界によって、非磁性円筒スリーブ１１の表面に磁
気的に吸着されたままの状態で、感光体ドラム１側及び
非磁性円筒スリーブ１１側へ往復移動するように振動す
る。

【００５８】このとき、キャリアには、キャリアの帯電
量をｑとすると、現像バイアス電圧と感光体ドラム１の
表面電位とによって形成される電界Ｅにより、Ｆ＝ｑＥ
なる力Ｆが作用する。従って、上記キャリアの振動状態
は、キャリアの質量、加速度を各々ｍ、ａとし、キャリ
アに作用する磁気吸引力をＦ_Mとすると、ｍａ＝ｑＥ・
Ｆ_Mなる運動方程式によって表すことができる。但し、
力及び加速度は、非磁性円筒スリーブ１１から感光体ド
ラム１に向かう方向を正としている。

【００５９】ここで、上記現像バイアスの交流電圧は、
図７に示すように、キャリアを感光体ドラム１側へ移動
させる電界が最大となる電圧Ｖ_MAXから、キャリアを感
光体ドラム１側へ移動させる電界が最小となる電圧Ｖ
_MINまで変化する時間が、交流成分の一周期の半分以下
となるように設定されている。従って、当該キャリアに
作用し、感光体ドラム１側に磁性キャリアを移動させる
方向の加速度ａが、最大から最小まで変化する時間が、
非磁性円筒スリーブ１１側に磁性キャリアを移動させる
方向の加速度ａが、最大から最小まで変化する時間が短
くなり、キャリアの感光体ドラム１側に移動する距離が
短くなる。このためキャリアは、結果的に感光体ドラム
１側に移動し難くなり、感光体ドラム１上へのキャリア
付着の発生を効果的に防止することができる。

【００６０】また、このとき、トナーは、キャリアと反
対の極性に帯電しているので、キャリアとは逆の力が作
用して感光体ドラム１上に現像され易くなる。そのた
め、キャリア付着を防止すると同時に十分な画像濃度を
得ることができる。しかも、静電的にキャリアを感光体
ドラム１上に到達し難くしているので、平均粒径が５０
μｍ以下の小粒径キャリアを使用しても、キャリア付着
の発生を効果的に防止することができる。また、高速プ
ロセスにおいて、現像ロールの回転数が高くなっても、
キャリア付着の発生を防止することができる。さらに、
飽和磁化の小さいキャリアを使用しても、キャリア付着
の発生を防止することができる。

【００６１】さらに、トナー濃度や環境の変動によって
キャリアの帯電量が増加した場合でも、キャリア付着の
発生を防止することができる。

【００６２】実験例１次に、本発明者らは、図１に示す画像記録装置を用いて
キャリア付着の防止効果を確認する実験を行った。露光
は画像部露光、現像は反転現像とした。トナーは負帯電
の黒色トナーで、キャリアは正帯電である。感光体ドラ
ム１の表面移動線速度すなわちプロセススピードは、２
００ｍｍ／ｓに設定した。

【００６３】以下、図３を用いてこの実験例１の画像形
成工程を説明する。

【００６４】帯電器２により、ＯＰＣ感光体ドラム１の
表面を一様に−６００Ｖに帯電した（図３（ａ））。次
いで、レーザー光により画像部露光を行い、露光部電位
が−１００Ｖのネガ潜像を形成した（図３（ｂ））。そ
して、このネガ潜像を現像装置４により反転現像した
（図３（ｃ））。また、感光体ドラム１上に付着したキ
ャリアが、トナーと一緒に記録用紙１０上に転写される
ようにするため、転写前コロトロン５によって一様な負
帯電を行った。

【００６５】現像装置４の非磁性円筒スリーブ１１に
は、現像バイアス用電源２０によって現像バイアス電圧
を印加した。現像バイアス電圧の直流成分は、地カブリ
の発生を防ぐために−５００Ｖに設定した。

【００６６】キャリアとしては、樹脂中に磁性粉を分散
した所謂磁性粉分散型樹脂キャリアを使用した。キャリ
アの平均粒径は４５μｍ、密度は２．２ｇ／ｃｍ³、飽
和磁化は４０ｅｍｕ／ｇとした。

【００６７】ここで、第２現像バイアスの交流成分とし
て１５００Ｈｚの正弦波を使用し、交流電圧Ｖ_P-Pとデ
ューティ比を変化させて、キャリア付着および画像濃度
との関係を調べた。図７に現像バイアス波形を示す。交
流電圧Ｖ_P-Pは｜Ｖ_MAX−Ｖ_MIN｜を示す。デューティ
比は、上述したように、キャリアを感光体ドラム１側へ
移動させる方向の電界が最大となる電圧から、キャリア
を感光体ドラム１側へ移動させる方向の電界が最小とな
る電圧まで変化する時間Ｔ_Aと、交流成分の一周期Ｔ_B
の比を示す。

【００６８】結果を評価するに当たり、キャリア付着
は、図８に示すように、線画像と背景部が一定周期で並
んだ所謂交番ライン部で評価を行った。交番ラインの周
期は２ｃｙｃｌｅ／ｍｍで画像部と背景部の比率は、
１：１である。そして、画像解析装置（商品名：ＬＵＺ
ＥＸ−５０００）を使用して、背景部上のキャリア粒子
の面積率を測定した。キャリア粒子の面積率は、１．０
％以下であれば実用上問題の無いレベルであるので、
１．０％以下を○、１．０％を越えた場合を×とした。

【００６９】また、画像濃度は、反射濃度計（商品名：
Ｘ−ＲＩＴＥ３１０）でベタ画像について測定した。画
像濃度は、１．３以上であればベタ画像、線画像ともに
十分であるので、１．３以上を○、１．３以下を×とし
た。結果として表２を得た。

【００７０】

【表２】

【００７１】表２より、交流電圧Ｖ_PPが同一の時に、デ
ューティ比が小であるほどキャリア付着が減少すること
がわかる。即ち、キャリアを感光体ドラム１側へ移動さ
せる方向の電界が最大となる電圧から、キャリアを感光
体ドラム１側へ移動させる方向の電界が最小となる電圧
まで変化する時間Ｔ_Aを、交流成分の一周期Ｔ_Bの半分
以下とすることにより、キャリア付着の発生レベルは低
下する。なお、交流電圧Ｖ_PPが０．７５ｋＶ以下では、
画像濃度が低下する傾向が見られた。また、交流電圧Ｖ
_PPが２ｋＶ以上では、キャリア付着量が許容レベルを超
える傾向が見られた。従って、デューティ比を上記のよ
うに設定し、且つ交流電圧Ｖ_PPを０．７５ｋＶから２ｋ
Ｖの間に設定すれば、キャリア付着量が許容レベルを超
えることなく、十分な画像濃度を得ることができる。

【００７２】実験例２また、本発明者らは、図１に示す画像記録装置を用い
て、キャリアの種類を変えて実験を行った。

【００７３】キャリアとしては、実験例１と同様の磁性
粉分散型樹脂キャリアを使用し、平均粒径及び飽和磁化
を変化させた。キャリア種は、平均粒径２０μｍ、飽
和磁化１０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径２０μｍ、飽和磁化
２０ｅｍｕ／ｇ、平均粒径６０μｍ、飽和磁化６０ｅ
ｍｕ／ｇ、平均粒径６０μｍ、飽和磁化８０ｅｍｕ／
ｇ、の４種類を使用した。他の条件は、実験例１と同一
にした。

【００７４】ここで、現像バイアス電圧の交流成分とし
て１５００Ｈｚ、Ｖ_P-P＝１．５（ｋＶ）の正弦波を使
用した。他の条件は実験例１と同一にした。デューティ
比を変化させて、キャリア付着及び画像濃度、ライン画
像のエッジ不良との関係を調査した。ライン画像のエッ
ジ不良は目視で評価し、目視でギザツキが確認されない
状態を○、少量のギザツキはあるが実用上問題のないレ
ベルを△、使用不可能なレベルを×とした。結果として
表３を得た。

【００７５】

【表３】

【００７６】表３より、キャリアに作用する磁気拘束力
が小さい場合、即ちキャリアの粒径が小さく飽和磁化が
小である方がキャリア付着が発生し易いことがわかる。
また、キャリアに作用する磁気拘束力が大きい場合、即
ちキャリアの粒径が大きくキャリアの飽和磁化が大であ
る方がライン画像のエッジ不良が発生し易いことがわか
る。

【００７７】キャリアの飽和磁化を、２０ｅｍｕ／ｇ以
上６０ｅｍｕ／ｇ以下として、デューティ比を０．５以
下とすれば、キャリア付着量が許容レベルを越えること
なく十分な画像品質を得ることができる。

【００７８】なお、前記実施例では、現像バイアス交流
成分の波形として正弦波を使用したが、三角波またはそ
の他の波形を使用した場合にも同様の効果が得られる。

【００７９】また、前記実施例では、二成分現像剤を使
用した非接触現像法について説明したが、二成分現像剤
を使用した接触現像法にも適用できる。また、二成分現
像剤を用いた低摺擦力の接触磁気ブラシ現像法にも適用
できる。

【００８０】さらに、前記実施例では、静電潜像担持体
に対して対向する部位における現像剤担持体内部の磁極
配置を、隣接する異なる極性の磁極の略中間としたが、
隣接する同極性の極性の略中間に設定してもよい。ま
た、静電潜像担持体に対して現像剤担持体内部の略磁極
上を対向させる現像方式にも、適用可能である。

【００８１】また更に、前記実施例では、静電潜像担持
体として感光体を使用したが、静電潜像担持体として誘
電体を使用して、静電プリンターに使用されている放電
記録ヘッドや特開昭５９−１９０８５４号公報で開示さ
れているイオン流制御ヘッド等により静電潜像を形成し
てもよい。

【００８２】また、前記実施例では、単色の画像記録装
置について説明したが、カラー画像記録装置においても
同様に適用可能である。

【００８３】

【発明の効果】この発明は、以上の構成及び作用よりな
るもので、現像バイアス電圧が直流電圧を重畳した交流
電圧であって、この交流電圧が、キャリアを静電潜像担
持体側へ移動させる電界が最大となる電圧から、キャリ
アを静電潜像担持体側へ移動させる電界が最小となる電
圧まで変化する時間を、交流成分の一周期の半分以下と
した電圧からなるように構成したので、キャリア付着を
防止すると同時に十分な画像濃度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明に係る画像形成装置の一実施
例を示す構成図である。

【図２】図２は同画像形成装置に使用される現像装置
を示す要部構成図である。

【図３】図３は画像形成工程を示す電位説明図であ
る。

【図４】図４は現像バイアス用電源を示す回路図であ
る。

【図５】図５は現像バイアスの交流成分を示す波形図
である。

【図６】図６はＰＲＯＭに記憶された波形データを示
す説明図である。

【図７】図７は現像バイアス電圧を示す波形図であ
る。

【図８】図８は交番ラインの説明図である。

【図９】図９は交番ライン部分の感光体電位説明図で
ある。

【図１０】図１０は交番ライン部分の現像電界を示す
波形図である。

【符号の説明】

１感光体ドラム、３露光手段、４現像器、２０
現像バイアス用電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青島琢神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像が担持される静電潜像担持体に
対し、内部に磁極が設けられた現像剤担持体を離間配置
し、この現像剤担持体上にトナー及び磁性キャリアから
成る二成分現像剤を担持させて搬送した後に、潜像担持
体上の静電潜像をトナーで現像する現像方法において、
現像バイアス電圧が直流電圧を重畳した交流電圧であっ
て、この交流電圧が、キャリアを静電潜像担持体側へ移
動させる電界が最大となる電圧から、キャリアを静電潜
像担持体側へ移動させる電界が最小となる電圧まで変化
する時間を、交流成分の一周期の半分以下とした電圧か
らなることを特徴とする現像方法。
【請求項２】現像剤の穂立ち高さを、静電潜像担持体
と現像剤担持体の間隙よりも小さく設定したことを特徴
とする請求項第１項記載の現像方法。
【請求項３】磁性キャリアの飽和磁化が、２０ｅｍｕ
／ｇ以上６０ｅｍｕ／ｇ以下であることを特徴とする請
求項第１項又は第２項記載の現像方法。
【請求項４】静電潜像担持体に対向する部位における
現像剤担持体内部の磁極配置を、隣接する磁極の略中間
に設定したことを特徴とする請求項第１項乃至第３項の
いずれかに記載の現像方法。
【請求項５】静電潜像が担持される静電潜像担持体に
対し、内部に磁極が設けられた現像剤担持体を離間配置
し、この現像剤担持体上にトナー及び磁性キャリアから
成る二成分現像剤を担持させて搬送した後に、潜像担持
体上の静電潜像をトナーで現像する現像装置において、
現像剤担持体に現像バイアスを印加する現像バイアス印
加手段が、直流電圧を重畳した交流電圧を発生し、この
交流電圧が、キャリアを静電潜像担持体側へ移動させる
電界が最大となる電圧から、キャリアを静電潜像担持体
側へ移動させる電界が最小となる電圧まで変化する時間
を、交流成分の一周期の半分以下とした電圧からなるこ
とを特徴とする現像装置。
【請求項６】現像剤の穂立ち高さを、静電潜像担持体
と現像剤担持体の間隙よりも小さく設定したことを特徴
とする請求項第５項記載の現像装置。
【請求項７】磁性キャリアの飽和磁化が、２０ｅｍｕ
／ｇ以上６０ｅｍｕ／ｇ以下であることを特徴とする請
求項第５項又は第６項記載の現像装置。
【請求項８】静電潜像担持体に対向する部位における
現像剤担持体内部の磁極配置を、隣接する磁極の略中間
に設定したことを特徴とする請求項第５項乃至第７項の
いずれかに記載の現像装置。