JPH06332319A

JPH06332319A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH06332319A
Application number: JP11717493A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hibino; 勝日比野; Kenichiro Waki; 健一郎脇; Yukio Nagase; 幸雄永瀬; Hiroyuki Suzuki; 啓之鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】現像部での垂直磁界のピーク値を印加した時
の磁化の強さが１００ｅｍｕ／ｃｍ³ 以下の磁性キャリ
アを含む２成分現像剤で潜像を現像した際に感光体に付
着する磁性キャリアによる弊害を防止すること。【構成】感光体３の移動方向に関して現像部２６の下
流側の位置に、固定磁石３１を内蔵したキャリア除去ス
リーブ３０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトナーと磁性キャリアを
有する現像剤、所謂二成分現像剤を用いて静電潜像を接
触現像する画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被記録画像信号に対応して変調されたレ
ーザービームにより電子写真感光体を走査露光し、ドッ
ト分布静電潜像、即ち、ドット状の潜像を画像に対応し
て分布させた静電潜像を形成する画像形成方法が知られ
ている。

【０００３】その中でも、レーザーの駆動パルス電流の
幅（即ち継続時間長）を被記録画像の濃淡に対応して変
調する、所謂パルス幅変調（ＰＷＭ）法は、高記録密度
（即ち高解像度）を得ることができ、かつ高い階調性を
得ることができるものである。

【０００４】ところが、例えば上記のＰＷＭ法を用いて
ドット分布静電潜像を感光体に形成し、そして２成分現
像剤の磁気ブラシを感光体に接触させてこの静電潜像を
反転現像した処、形成された現像画像の、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、写真原稿等の濃度の薄い領域にて多
く発生した。

【０００５】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。

【０００６】通常ドット分布潜像により低濃度部の潜像
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図２に示す
ような局所的なドット状潜像の２次元的分布となってい
る。そして低い濃度を再現しようとすると、ドット状潜
像がなまり図４のように最大コントラストＶ₀ （非露光
部電位とドット状潜像内の絶対値で最小の電位の差）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、そのときのドット状潜
像のＶ₀ は、１５０〜２００Ｖ程度となってしまう。

【０００７】一方、感光体の光露光部にトナーを付着さ
せる反転現像の場合、かぶりを防止するために、振動現
像バイアス電圧のＤＣ電圧成分は、非露光部（非画像
部）の表面電位よりも絶対値で１００〜２００Ｖ低く設
定されているため、Ｖ₀ が１５０〜２００の場合のドッ
ト状潜像の光露光部の電位と現像バイアスのＤＣ電圧成
分との電位差Ｖｃｏｎｔは、０〜５０Ｖ程度になってし
まう。このＶｃｏｎｔが０〜５０Ｖというのは、トナー
が感光体側につくか現像剤担持体側に残留するか非常に
不安定なコントラストである。そのために、２成分現像
剤によって上記ドット状潜像を現像する際、磁気ブラシ
の感光体への接触状態が現像効率に大きく寄与し、磁気
ブラシの穂のムラに対応したドットの欠落等によるがさ
つき（濃度の細かいムラの分布）が発生し易くなるので
ある。

【０００８】図５にこれを示す。図５でＰは１画素を示
す。各画素Ｐに、ＰＷＭ法により変調されたレーザービ
ームによって、低濃度画像に対応するドット状潜像Ｌ１
〜Ｌ５が形成されている。Ｄ１〜Ｄ４はドット状潜像Ｌ
１〜Ｌ４のトナー付着領域、即ち現像された領域を示
す。

【０００９】ドット状潜像Ｌ２は完全に現像されてい
る。しかし、ドット状潜像Ｌ１，Ｌ３，Ｌ４は部分的に
しか現像されていない。そしてドット状潜像Ｌ５は全く
現像されていない。

【００１０】このようにドット状潜像の欠損現像像が２
次元的に分布することにより、低濃度領域がガサついて
見えるのであり、特に複数色のトナーを重畳してカラー
画像を形成する場合、このガサツキが特に目立ち、画像
品質を低下させている。

【００１１】上記ガサツキを防止する為には、磁性キャ
リア粒子として、現像磁界中での磁化の小さいものを使
用するとよいことが、特願平４−１７３２５３号で提案
された。現像磁界中での磁化の小さい磁性キャリア粒子
を使用することにより、磁気ブラシの密度が高まり、如
上の欠損現像像の発生を防止でき、ガサツキのない低濃
度画像を形成することができる。

【００１２】ところが、現像磁極の現像剤担持体表面上
での垂直磁界の最大値の磁界を印加した時の磁化が１０
０ｅｍｕ／ｃｍ³ 以下の磁性キャリアを使用した場合、
現像部に於いて磁性キャリアが像担持体に付着して現像
剤担持体から持ち去られる、所謂キャリア付着という現
象が生じやすくなる。

【００１３】これは、如上のキャリアでは、キャリア相
互間の磁気的連結力、現像剤担持体への磁気的拘束力が
弱く、像担持体に対する静電的付着力が上記の磁気的な
力に打ち勝つ結果、像担持体に付着したまま現像部から
持ち出されるキャリア粒子量が増加する為である。

【００１４】いずれにせよ、キャリア付着は静電潜像の
背景部領域（本来トナーを付着させない領域）に特に生
じやすいが、このようなキャリア付着が生ずると、転写
部に於いて現像像の転写材への転写を阻害して画質を劣
化させ、またクリーニング部に於いて像担持体を摺擦し
て損傷する等の不都合が生ずる。

【００１５】

【発明が解決しようとしている課題】本発明の目的は、
現像剤の磁性キャリアとして上記現像磁極の現像剤担持
体表面上での垂直磁界の最大値の磁界を印加した時の磁
化の強さが１００ｅｍｕ／ｃｍ³ 以下の磁性キャリアを
使用した場合も、前述したキャリア付着による弊害を防
止できる画像形成装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決する為の手段】本発明の画像形成方法は、
トナー及び磁性キャリアを有する現像剤を現像剤担持体
で現像部に搬送し、現像剤担持体の内部に静止配置され
た磁石の現像磁極が現像部に形成する現像磁界中で上記
現像剤の磁気ブラシを像担持体に接触させて、像担持体
に形成された静電潜像を現像する画像形成装置に於い
て、上記磁性キャリアとして、上記現像磁極の現像剤担
持体表面上での垂直磁界の最大値の磁界を印加した時の
磁化の強さが１００ｅｍｕ／ｃｍ³ 以下の磁性キャリア
を使用し、像担持体移動方向に関し上記現像部の下流側
の位置で像担持体に対向して設けられ、現像部で像担持
体に付着した磁性キャリアを除去するキャリア除去手段
を有することを特徴とする画像形成装置である。

【００１７】

【実施例】図６は、本発明が適用できる電子写真方式の
カラープリンタを示す。このプリンタは、矢印方向に回
転する電子写真感光ドラム３を備え、該感光ドラム３の
周囲には、帯電器４、現像器１Ｍ、１Ｃ、１Ｙ、１ＢＫ
を備えた回転現像装置１、転写用放電器１０、クリーニ
ング手段１２及び感光ドラム３の図面上方に配設したレ
ーザービームスキャナーＬＳなどから成る画像形成手段
が配設される。各現像器はトナー粒子とキャリア粒子を
含有する２成分現像剤をドラム３に供給する。現像器１
Ｍの現像剤はマゼンタトナーを、現像器１Ｃの現像剤は
シアントナーを、現像器１Ｙの現像剤はイエロートナー
を、現像器１ＢＫの現像剤は黒トナーを含有する。

【００１８】被被写原稿は不図示の原稿読取り装置で読
み取られる。この読取り装置はＣＣＤ等の、原稿画像を
電気信号に変換する光電変換素子を有しており、原稿の
マゼンタ画像情報、シアン画像情報、イエロー画像情
報、白黒画像情報に夫々対応した画像信号を出力する。
スキャナＬＳに内蔵された半導体レーザーはこれらの画
像信号に対応して制御され、レーザービームＬを射出す
る。尚、電子計算機からの出力信号をプリントアウトす
ることもできる。

【００１９】カラープリンタ全体のシーケンスについ
て、フルカラーモードの場合を例として簡単に説明する
と、先ず、感光ドラム３は帯電器４によって均等に帯電
される。次に、マゼンタ画像信号により変調されたレー
ザー光Ｌにより走査露光が行われ、感光ドラム３上にド
ット分布静電潜像が形成され、この潜像は、予め現像位
置に定置されたマゼンタ現像器１Ｍによって反転現像さ
れる。

【００２０】一方、カセットＣから取り出され、給紙ガ
イド５ａ、給紙ローラ６、給紙ガイド５ｂを経由して進
行した紙等の転写材は、転写ドラム９のグリッパ７によ
り保持され、当接用ローラ８とその対向極によって静電
的に転写ドラム９に巻き付けられる。転写ドラム９は、
感光ドラム３と同期して図示矢印方向に回転しており、
マゼンタ現像器１Ｍで現像されたマゼンタ顕画像は、転
写部において転写帯電器１０によって転写材に転写され
る。転写ドラム９はそのまま、回転を継続し、次の色
（図１においてはシアン）の画像の転写に備える。

【００２１】一方、感光ドラム３は、帯電器１１により
除電され、クリーニング手段１２によってクリーニング
され、再び帯電器４によって帯電され、次のシアン画像
信号により変調されたレーザービームＬにより前記のよ
うな露光を受け静電潜像が形成される。

【００２２】この間に現像装置１は回転して、シアン現
像器１Ｃが所定の現像位置に定置されていてシアンに対
応するドット分布静電潜像反転現像を行い、シアン顕画
像を形成する。

【００２３】続いて、以上のような工程を、それぞれイ
エロー画像信号及びブラック画像信号に対して行ない、
４色分顕画像（トナー像）の転写が終了すると、転写材
は各帯電器１３、１４により除電され、前記グリッパ７
を解除すると共に、分離爪１５によって転写ドラム９よ
り分離され、搬送ベルト１６で定着器（熱圧ローラ定着
器）１７に送られる。定着器１７は転写材上に重なって
いる４色の顕画像を定着する。こうして一連のフルカラ
ープリントシーケンスが終了し、所要のフルカラープリ
ント画像が形成される。

【００２４】図７で、半導体レーザー素子１０２は、レ
ーザー光を発生するための発光信号（駆動信号）をおく
る発光信号発生器であるレーザードライバ５００に接続
され、該レーザードライバの発光信号に応じて明滅す
る。レーザー素子１０２から放射されたレーザー光束Ｌ
はコリメータレンズ系１０３にて略平行光とされる。

【００２５】ポリゴンミラー、即ち、回転多面鏡１０５
は、矢印Ｂ方向に一定速度で回転することにより、コリ
メータレンズ系１０３から射出された平行光を矢印Ｃ方
向に走査する。回転多面鏡１０５の前方に設けたｆ−θ
レンズ群１００は、該多面鏡１０５により偏向されたレ
ーザー光束を被走査面、即ち感光ドラム３上にスポット
状に結像するとともにその走査速度を被走査面上におい
て等速とする。

【００２６】以上のレーザービームＬによる感光体の走
査露光により、感光体３にはドット分布静電潜像が形成
される。

【００２７】前記各現像器は帯電器４による帯電極性と
同極性に帯電したトナーを潜像の明部電位部分に付着さ
せる反転現像を行うので、レーザービームＬはドラム３
のトナーが付着されるべき領域（画像部）を露光する。
潜像の背景部（非画像部）は暗部電位となる。

【００２８】本実施例においては、ＰＷＭ方式（パルス
幅変調）を用いて、最小記録単位を１画素とする多値記
録によって行ったため、ＰＷＭ方式について簡単に説明
する。

【００２９】図８はパルス幅変調回路の一例を示す回路
ブロック図、図９はパルス幅変調回路の動作を示すタイ
ミングチャートである。

【００３０】図８において、４０１は８ビットのデジタ
ル画像信号をラッチするＴＴＬラッチ回路、４０２はＴ
ＴＬ論理レベルを高速ＥＣＬ論理レベルに変換するレベ
ル変換器、４０３はＥＣＬ論理レベルをアナログ信号に
変換するＤ／Ａコンバーターである。４０４はＰＷＭ信
号を発生するＥＣＬコンパレーター、４０５はＥＣＬ論
理レベルをＴＴＬ論理レベルに変換するレベル変換器、
４０６はクロック信号２ｆを発進するクロック発振器、
４０７はクロック信号２ｆに同期して略理想的三角波信
号を発生する三角波発生器、４０８はクロック信号２ｆ
を１／２分周して画像クロック信号ｆを作成している１
／２分周期である。これによりクロック信号２ｆは画像
クロック信号ｆの２倍の周期を有していることとなる。
尚、回路を高速動作させるために、随所にＥＣＬ論理回
路を配している。

【００３１】かかる構成からなる回路動作を、図９のタ
イミングチャートを参照して説明する。信号ａはクロッ
ク信号２ｆ、信号ｂは画像クロック信号ｆを示してお
り、図示のごとく画像信号と関係付けてある。また、三
角波発生器４０７内部においても、三角波信号のデュー
ティー比を５０％に保つため、クロック信号２ｆを一旦
１／２分周してから三角波信号ｃを発生させている。更
に、この三角波信号ｃはＥＣＬレベル（０〜−１Ｖ）に
変換されて三角波信号ｄになる。

【００３２】一方、画像信号は００ｈ（白）〜ＦＦｈ
（黒）まで例えば２５６階調レベルで変化する。尚、記
号‘ｈ’は１６進数表示を示している。そして画像信号
ｅはいくつかの画像信号値についてそれらをＤ／Ａ変換
したＥＣＬ電圧レベルを示している。例えば、第１画素
は最高濃度画素レベルのＦＦｈ、第２画素は中間調レベ
ルの８０ｈ、第３画素は中間調レベルの４０ｈ、第４画
素は中間調レベルの２０ｈの各電圧を示している。

【００３３】コンパレーター４０４は三角波信号ｄと画
像信号ｅを比較することにより、形成すべき画素濃度に
応じたパルス幅（時間表）Ｔ、ｔ₂ 、ｔ₃ 、ｔ₄ 等のＰ
ＷＭ信号を発生する。低濃度画素に対応するパルス幅程
狭くなる。そしてこのＰＷＭ信号は、０Ｖ又は５ＶのＴ
ＴＬレベルに変換されてＰＷＭ信号ｆになりレーザード
ライバ回路５００に入力される。

【００３４】このようにして得られたＰＷＭ信号値に対
応して１画素当たりの露光時間を変化させることにより
１画素で２５６階調を得ることが可能となる。

【００３５】尚、図９のｈは各駆動パルス幅に対応する
感光体のレーザービーム露光面積形状を示す。各ドット
潜像の面積形状もこの露光面積形状に略対応する。

【００３６】図９でａ〜ｇの信号波形については横軸は
時間であり、ｈについては横軸はビーム走査方向の距離
である。

【００３７】感光ドラム３に形成されたドット分布静電
潜像を顕像化するための各現像装置１Ｍ〜１ＢＫは、図
１０に示すように、現像剤容器１８を備える。

【００３８】現像剤容器１８の内部は、隔壁１９によっ
て現像室（第１室）Ｒ１と攪拌室（第２室）Ｒ２とに区
画され、攪拌室Ｒ２の上方にはトナー貯蔵室Ｒ３が形成
され、該トナー貯蔵室Ｒ３内には補給用トナー（非磁性
トナー）２０が収容されている。なお、トナー貯蔵室Ｒ
３には補給口２１が設けられ、現像で消費されたトナー
に見合った量の補給用トナー２０が該補給口２１を経て
攪拌室Ｒ２内に落下補給される。

【００３９】これに対し、現像室Ｒ１及び攪拌室Ｒ２内
には上記トナー粒子と磁性キャリア粒子が混合された現
像剤２２が収容されている。

【００４０】トナーとしてはバインダー樹脂に着色剤や
帯電制御剤等を添加した公知のものが使用でき、体積平
均粒径が５〜１５μｍのものが好適に使用できる。ここ
でトナーの体積平均粒径は例えば、下記測定法で測定さ
れたものを使用する。

【００４１】測定装置としてはコールターカウンターＴ
Ａ−ＩＩ型（コールター社製）を用い、個数平均分布、
体積平均分布を出力するインターフェイス（日科機製）
及びＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（キャノン製）を
接続し、電解液は１級塩化ナトリウムを用いて１％Ｎａ
Ｃｌ水溶液を調製する。

【００４２】測定法としては、前記電解水溶液１００〜
１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくはア
ルキルベンゼンスルホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、
さらに測定試料０．５〜５０ｍｇを加える。

【００４３】試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で
約１〜３分間分散処理を行い、前記コールターカウンタ
ーＴＡ−ＩＩ型により、アパチャーとして１００μｍア
パチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定
し体積分布を求める。

【００４４】これら求めた体積分布より、サンプルの体
積平均粒径が得られる。

【００４５】一方、磁性キャリアとしては磁性体粒子の
表面に極めて薄い樹脂コーティングを施したもの等が好
適に使用され、平均粒径は５〜７０μｍが好ましい。キ
ャリアの平均粒径は、水平方向最大弦長で示し、測定法
は顕微鏡法により、キャリア３００個以上をランダムに
選び、その径を実測して算術平均をとることによって本
発明のキャリア粒径とした。

【００４６】さて、現像室Ｒ１内には搬送スクリュー２
３が収容されている。該搬送スクリュー２３の回転駆動
によって現像室Ｒ１内の現像剤２２は現像スリーブ２５
の長手方向に向けて搬送される。

【００４７】貯蔵室Ｒ２内には搬送スクリュー２４が収
容されている。搬送スクリュー２４はその回転によって
トナーを現像スリーブ２５の長手方向に沿って搬送す
る。スクリュー２４による現像剤搬送方向はスクリュー
２３によるそれとは反対方向である。

【００４８】隔壁１９には午前側と奥側に開口が設けら
れており、スクリュー２３で搬送された現像剤がこの開
口の１つからスクリュー２４に受渡され、スクリュー２
４で搬送された現像剤が上記開口の他の１つからスクリ
ュー２３に受渡される。

【００４９】トナーは磁性キャリア粒子との摩擦で潜像
を現像する為の極性に帯電する。従って磁性キャリアは
トナーとは逆極性に摩擦帯電する。

【００５０】現像剤容器１８の感光ドラム３に近接する
部位には開口部が設けられ、該開口部にアルミニウムや
非磁性ステンレス綱等の非磁性現像スリーブ２５が設け
られている。

【００５１】現像スリーブ２５は矢印ｂ方向に回転して
トナー及びキャリアの混合された現像剤を現像部２６に
担持搬送する。スリーブ２５に担持された現像剤の磁気
ブラシは現像部２６で矢印ａ方向に回転する感光体３に
接触し、静電潜像はこの現像部２６で現像される。

【００５２】尚、スリーブ２５には、電源２７により、
交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加
される。潜像の暗部電位（非露光部電位）と明部電位
（露光部電位）は、上記振動バイアス電圧の最大値と最
小値の間に位置している。これによって現像部２６に向
きが交互に変化する交番電界が形成される。この交番電
界中でトナーとキャリアは激しく振動し、トナーがスリ
ーブ及びキャリアへの静電的拘束力を振り切って潜像に
対応してドット３に付着する。

【００５３】振動バイアス電圧の最大値と最小値の差
（ピーク間電圧）は１〜５ｋＶが好ましく、また周波数
は 1〜１０ｋＨｚが好ましい。振動バイアス電圧の波形
は矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。

【００５４】そして上記直流電圧成分は潜像の暗部電位
と明部電位の間の値のものであるが、絶対値で最小の明
部電位よりも暗部電位の方により近い値であることが、
暗部電位領域へのカブリトナーの付着を防止する上で好
ましい。

【００５５】また、スリーブ２５と感光ドラム３の最小
間隙（この最小間隙位置は現像部２６間にある）は０．
２〜１ｍｍであることが好適である。

【００５６】２８は現像剤層厚規制ブレードであり、ス
リーブ２５が現像部２６に担持搬送する２成分現像剤の
層厚を規制する。ブレード２８で規制されて現像部２６
に搬送される現像剤量は、後述の現像磁極Ｓ₁ による現
像部での磁界により形成される現像剤の磁気ブラシのス
リーブ表面上での高さが、感光ドラム３を取り去った状
態で、前記スリーブ、感光ドラム間の最小間隙値の１．
２〜３倍となるような量であることが好ましい。

【００５７】現像スリーブ２５内にはローラ状の磁石２
９が固定配置されている。この磁石２９は現像部２６に
対向する現像磁極Ｓ₁ を有している。現像磁極Ｓ₁ が現
像部２６に形成する現像磁界により現像剤の磁気ブラシ
が形成され、この磁気ブラシが感光ドラム３に接触して
ドット分布静電潜像を現像する。その際、磁性キャリア
の穂（ブラシ）に付着しているトナーも、この穂ではな
くスリーブ表面に付着しているトナーも、該潜像の露光
部に転移してこれを現像する。

【００５８】現像磁極Ｓ₁ による現像磁界のスリーブ２
５表面上での強さ（スリーブ表面に垂直な方向の磁束密
度）は、そのピーク値が５００〜２０００ガウスである
ことが好適である。

【００５９】この例では磁石は上記現像磁極Ｓ₁ の他
に、Ｎ₁ 、Ｎ₂ 、Ｎ₃ 、Ｓ₂ 極を有している。

【００６０】斯かる構成により、従来と同様に、現像ス
リーブ２５の回転によりＮ₂ 極でくみ上げられた現像剤
はＳ₂ 極からＮ₁ 極へと搬送され、その途中で規制部材
２８で規制され、現像剤薄層を形成する。そして現像磁
極Ｓ₁ の磁界中で穂立ちした現像剤が像担持体３上の静
電潜像を現像する。その後Ｎ₃ 極、Ｎ₂ 極間の反発磁界
により現像剤は現像スリーブ２５から離脱せしめられ、
攪拌室Ｒ１内へ落下する。攪拌室Ｒ１内に落下した現
像剤はスクリュー２３、２４により攪拌搬送される。

【００６１】このような現像装置を用いて前記課題につ
いて検討を行ったところ、前記のようながさつきをなく
すためには、現像剤により形成される磁気ブラシの密度
（単位面積当りの本数）を現像部において高くする必要
があることがわかった。

【００６２】また、磁気ブラシの密度を高める方法とし
ては、現像部における磁性キャリアの磁化の強さを低く
することにより可能となることがわかった。

【００６３】尚、磁性キャリアの磁気特性測定には理研
電子株式会社の直流磁化Ｂ−Ｈ特性自動記録装置ＢＨＨ
−５０を用いることができる。

【００６４】この際、直径（内径）６．５ｍｍ、高さ１
０ｍｍの円柱状の容器にキャリアを荷重約２ｋｇ重程度
で充填し、容器内でキャリアが動かないようにしてその
磁化の強さを測定する。

【００６５】さて、まず、現像磁極Ｓ₁ として、スリー
ブ表面上での、スリーブ表面に対する法線方向の磁束密
度のピーク値が１０００ガウスであるものを使用したの
で、磁気力（磁束密度）が１０００ガウスの場合のキャ
リアの磁化の値と現像部での磁気ブラシの密度の関係を
調べた処、図１１のようになった。

【００６６】図１１を見てもわかるように、現像磁界の
ピーク磁束密度でのキャリアの磁化の値と磁気ブラシの
穂の密度の関係は、反比例関係になっている。

【００６７】穂の密度をａ（個／ｍｍ² ）、１０００ガ
ウスの磁気力におけるキャリアの磁化の値をσ₁₀₀₀（ｅ
ｍｕ／ｃｍ³ ）とすると、α×σ₁₀₀₀＝６００という関
係になった。つまり、σ₁₀₀₀が小さくなればなるほど穂
の密度は密になる。

【００６８】また、現像剤の穂の密度とがさつきの関係
を考える場合において記録密度（ドット状潜像の分布密
度、即ち画素の分布密度）が関係してくる。記録密度が
低い場合には、穂の密度が多少粗くてもがさつきは出に
くいが、記録密度が高い場合には、穂の密度についても
高密度であることが必要となってくる。そこで、本実施
例においては、記録密度を副走査方向（感光体移動方
向）について、２００ｄｐｉ、３００ｄｐｉ、４００ｄ
ｐｉ、６００ｄｐｉと変化させ、主走査方向（ビーム走
査方向）について、２００ｄｐｉ、４００ｄｐｉ、６０
０ｄｐｉに変えた場合について実験した。表 1は、各記
録密度の場合の磁気ブラシの密度とがさつきの関係を示
したものである。

【００６９】表１に於いて、記号の意味は下記の通り、Ａ：「がさつき」がなく、非常になめらかな画質。Ｂ：「がさつき」がなく、更になめらかな画質。Ｃ：「がさつき」が目立たなく、なめらかな画質。Ｄ：「がさつき」が目立つ。Ｅ：「がさつき」が非常に目立つ。

【００７０】

【表１】

【００７１】表１に示す結果からわかるように、記録密
度が低くても、磁気ブラシ１本当たりの画素数が２５画
素以下の場合においてはがさつきはほとんど目立たなか
った。

【００７２】また、穂の密度が１ｍｍ² 当たり８本以上
ある場合においては、記録密度が高く磁気ブラシ１本当
たりの画素数が、２５画素以上ある場合においてもがさ
つきはほとんど目立たなかった。これは、人間の目の視
覚限界によっている。

【００７３】図１２は、空間周波数ν（ｌｉｎｅ／ｍ
ｍ）と認識可能なレベル数Ｌ（濃度差）を示している
（Ｌ＝１０³ ｅ^-0.72γ （１−ｅ^-0.52γ ）＋１）。

【００７４】一般にがさつきが目立ちやすい画像濃度
０．２〜０．３の低濃度部分における濃度の振れ幅は約
０．０２程度であり、図１２から、空間周波数が約２．
７（ｌｉｎｅ／ｍｍ）よりも高い場合には、上記の程度
の濃度変動については人間の目では認識できなくなる。
つまり磁気ブラシの密度が７．３（本／ｍｍ² ）（２．
７×２．７＝７．３）以上の場合には上記の理由により
高周波ながさつきになるために認識しにくくなるのであ
る。よって穂の密度が１ｍｍ² 当たり８本以上ある場合
においては、記録密度が高く磁気ブラシ１本当たりの画
素数が、２５画素以上ある場合においてもがさつきはほ
とんど目立たなかった。

【００７５】ここで、１ｍｍ² 当りの画素数をＸとし
て、前記のα×σ₁₀₀₀＝６００という関係を用い、２５
画素当たり１本以上の磁気ブラシが必要であるとする
と、 σ₁₀₀₀≦６００×２５／Ｘ＝１５０００／Ｘという式が得られる。

【００７６】また、表１に示すように磁気ブラシの密度
が８本／ｍｍ² 以上になるためには、 σ₁₀₀₀≦７５と言う条件を満たせばよい。

【００７７】一方、現像磁界のピーク値でのキャリアの
磁化の強さが３０（ｅｍｕ／ｃｍ³）より小さいとスリ
ーブ上での現像剤の搬送性が悪く、現像画像の画質が劣
化したり、現像剤の飛散が生じやすくなるので、３０
（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）以上であることが好ましい。

【００７８】また、記録密度Ｘが６０画素／ｍｍ² より
小さいと、解像性も良いとは言えず、従って６０画素／
ｍｍ² 以上の場合に本発明を適用することが好ましい。
一方、記録密度Ｘが１００００画素／ｍｍ² より大にな
ると乾式トナー粒子によるドット画像の再現も困難にな
るので、１００００画素／ｍｍ² 以下の場合に本発明を
適用することが好ましい。

【００７９】以上により、１ｍｍ² 当たりの画素数Ｘと
σ₁₀₀₀の関係において、図３の斜線の領域を満たす場合
においてはがさつきのない、良好な画像が得られる。即
ち、図４のＤ１、Ｄ３、Ｄ４のような欠損現像画像の発
生や、Ｌ５のような非現像ドット状潜像の残存を抑制す
ることができる。

【００８０】而して上記の２式が交差する点のＸは２０
０（画素／ｍｍ² ）であるため次のことが言える。

【００８１】即ち、現像磁界のスリーブ表面上での、ス
リーブ表面の法線方向の磁束密度のピーク値（ｄガウ
ス）を印加した時の磁性キャリアの磁化の強さをσｄ
（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）とした場合、以下の条件を満たす磁
性キャリアを用いることによりがさつきが発生しにくく
なり、全濃度領域において良好なハーフトーン画像が得
られるようになった。

【００８２】Ｘ＜２００の場合σｄ≦１５０００／ＸＸ≧２００の場合σｄ≦７５

【００８３】また、表１から磁気ブラシの本数を１５画
素当たり１本以上、または１０本／ｍｍ² 以上とするこ
とによりほとんどがさつきは目で認識できなくなること
がわかった。そのためには、以下の条件を満たす磁性キ
ャリアを用いることが必要になる。

【００８４】Ｘ＜１５０の場合σｄ＜９０００／Ｘ（１
５画素当たり１本以上）Ｘ≧１５０の場合σｄ＜６０（１０本／ｍｍ² 以上）（２式が交差する点のＸは１５０（画素／ｍｍ² ）であ
るため）以上は前記現像磁界ピーク値ｄが１０００ガウスの場合
であったが、ピーク値ｄが１０００ガウス以外の場合で
も結果は同様であった。

【００８５】即ち、ｄ（ガウス）が５００、８００、１
５００、２０００の夫々の場合の磁化の強さσｄ（ｅｍ
ｕ／ｃｍ³ ）と磁気ブラシの穂の密度α（本／ｍｍ² ）
の関係を図１３に示す。いずれの場合も、σｄ×α＝６
００、という関係を満たしていることが解る。

【００８６】またｄ（ガウス）が５００、８００、１５
００、２０００のいずれの場合も、磁気ブラシの穂の密
度が８本／ｍｍ² 以上となるのは、σｄが７５ｅｍｕ／
ｃｍ³ 以下の場合であり、穂の密度が１０本／ｍｍ² 以
上となるのはσｄが６０ｅｍｕ／ｃｍ³ 以下の場合であ
った。

【００８７】従って、磁気ブラシの穂の密度、及びドッ
ト分布潜像を現像した像のがさつき防止性は、現像磁界
のピーク強度ｄ（ガウス）に依存するのではなく、ｄガ
ウスの磁界中でのキャリアの磁化の強さσｄ（ｅｍｕ／
ｃｍ³ ）に依存していることが解る。

【００８８】ところで、以上の例に於いては図１４に示
すヒステリシス特性を有するキャリア、即ち軟強磁性体
キャリアを使用したが、図１５に示すようなヒステリシ
ス特性を有するキャリア、即ち硬強磁性体キャリアを使
用することもできる。

【００８９】図１５のような硬強磁性キャリアは、保磁
力Ｈｃ及び残留磁化σｒを有することを特徴としてい
る。硬強磁性キャリアは、残留磁化σｒを有するため、
外部磁場が弱まった状態（現像部から離れた状態）にお
いても磁化が残留するためキャリア−キャリア間の引き
合う力が強くなり、軟強磁性キャリアに比べてキャリア
付着防止の点で有利となる。

【００９０】本実施例においては、潜像形成方法（パル
ス幅変調方式）及び装置構成については前記軟磁性キャ
リアを使用した実施例と同様にし、現像剤のキャリアの
みを変更して行った。用いた現像剤のキャリアとして
は、保磁力Ｈｃはすべて約２００（Ｏｅ）のものを用
い、１０００ガウスの磁気力における磁化の値σ
₁₀₀₀（ｅｍｕ／ｃｍ）及び残留磁化σｒが違うキャリア
を用いた。そしてピーク値ｄが１０００ガウスの現像磁
極Ｓ₁ を用いて現像部に形成された磁気ブラシの穂の密
度を図１６の白丸にて示し、またドット分布静電潜像を
現像して得られた評価結果を表２に示す。

【００９１】表２で記号の意味は表１と同じである。

【００９２】

【表２】

【００９３】図１６に示されているように、硬強磁性キ
ャリアの場合も、前述の軟強磁性キャリアの場合と同様
にα×σ₁₀₀₀＝６００となっている。

【００９４】また表２から解るように、記録密度が低く
ても、磁気ブラシ１本当たりの画素数が２５画素以下の
場合においてはがさつきはほとんど目立たなかった。

【００９５】また、穂の密度が１ｍｍ² 当たり８本以上
ある場合においては、記録密度が高く磁気ブラシ１本当
たりの画素数が、２５画素以上ある場合においてもがさ
つきはほとんど目立たなかった。これは、前述の通り人
間の目の視覚限界によっている。

【００９６】また、表２から磁気ブラシの本数を１５画
素当たり１本以上、または１０本／ｍｍ² 以上とするこ
とによりほとんどがさつきは目で認識できなくなること
がわかった。

【００９７】一方、図１７に示すように、硬強磁性キャ
リアの残留磁化σｒ（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）が相違しても、
α×σｄ＝６００という式が成立する。即ち、磁気ブラ
シの穂の密度はキャリアの残留磁化に依存するのではな
く、ピーク磁界ｄ（ガウス）に於けるキャリアの磁化の
強さに依存する。

【００９８】以上は前記現像磁界ピーク値ｄが１０００
ガウスの場合であったが、ピーク値ｄが１０００ガウス
以外の場合でも結果は同様であった。

【００９９】即ち、ｄ（ガウス）が５００、８００、１
５００、２０００のいずれの場合も、σｄ×α＝６００
という関係を満たしている。

【０１００】またｄ（ガウス）が５００、８００、１５
００、２０００のいずれの場合も、磁気ブラシの穂の密
度が８本／ｍｍ² 以上となるのは、σｄが７５ｅｍｕ／
ｃｍ³ 以下の場合であり、穂の密度が１０本／ｍｍ² 以
上となるのはσｄが６０ｅｍｕ／ｃｍ³ 以下の場合であ
った。

【０１０１】従って硬強磁性キャリアの場合も、前述軟
強磁性キャリアの場合と同様、現像磁界のスリーブ表面
上での、スリーブ表面の法線方向の磁束密度のピーク値
（ｄガウス）を印加した時の磁性キャリアの磁化の強さ
をσｄ（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）とした場合、以下の条件を満
たす磁性キャリアを用いることによりドット状潜像を欠
損なく現像してがさつきが発生しにくくなり、全濃度領
域において良好なハーフトーン画像が得られるようにな
る。

【０１０２】即ち、Ｘ＜２００の場合 σｄ≦１５０００／Ｘ（２５画素当
り１本以上）Ｘ≧２００の場合 σｄ≦７５（８本／ｍｍ² 以上）更に好ましくは次の条件を満たす磁性キャリアを使用す
ることである。

【０１０３】Ｘ＜１５０の場合 σｄ＜９０００／Ｘ
（１５画素当たり１本以上）Ｘ≧１５０の場合 σｄ＜６０（１０本／ｍｍ² 以上）尚、硬強磁性キャリアでもσｄ≧３０（ｅｍｕ／ｃｍ
³ ）であり、６０≦Ｘ≦１００００である。つまり、硬
強磁性キャリアを使用する場合も、磁気ブラシの穂の密
度、及びドット分布潜像を現像した像のがさつき防止性
は、現像磁界のピーク強度ｄ（ガウス）に依存するので
はなく、ｄガウスの磁界中でのキャリアの磁化の強さσ
ｄ（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）に依存している。

【０１０４】尚、１ｍｍ² 当りの画素数の画素とは、階
調情報の最小単位を示しており、多値記録であるＰＷＭ
方式等においては最小記録単位のことを言う。即ち、そ
の最小記録単位に相当する時間長のパルスで駆動された
光で露光された画素は最高濃度の画素であり、上記時間
長より短い時間長のパルスで駆動された光で露光された
部分と非露光部分とから成る画素は中間調濃度の画素で
あり、非露光部分のみから成る画素は最低濃度（白地）
の画素である。

【０１０５】一方、２値記録で疑似階調を出力するディ
ザ法等においては、例えば２×２の最小記録単位で疑似
階調を出力する場合には、４の最小記録単位の集合を１
画素としている。

【０１０６】尚、磁性キャリア粒子の組成成分である磁
性体としては、周期律表ＩＡ、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶ
Ａ、ＶＡ、ＩＢ、ＩＩＢ、ＩＶＢ、ＶＢ、ＶＩＢ、ＶＩ
ＩＢ、ＶＩＩＩ族の中から選ばれる元素を少なくとも１
種類以上含有している、例えば、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｌｉ
系、Ｌｉ−Ｚｎ系、Ｍｎ−Ｃｕ系フェライトを用いるこ
とができる。

【０１０７】σｄの大きさや保磁力は、磁性体の組成を
適宜調整することによって調整できる。

【０１０８】もちろんキャリアの材質は以上のものに限
られない。

【０１０９】ところで、以上の検討を進めていた過程で
次の事が判明した。

【０１１０】即ち、前記磁化の強さσｄが１００ｅｍｕ
／ｃｍ³ 以下の磁性キャリアを使用した場合、キャリア
付着が生じやすいことが判った。

【０１１１】そこで本発明では、感光体３の回転方向に
関し現像部の下流側の位置に、感光体３に付着したまま
現像部から持ち出された磁性キャリアを感光体３から除
去する手段を設けた。

【０１１２】以下それにつき説明する。尚、図１、図２
で図１０と共通する機能を有する部材には同一の符号を
付し、特に必要ない限り説明は省略する。

【０１１３】図１で、感光体３の回転方向に関し、現像
部の下流側の位置で、感光体３に対向して矢印Ｃ方向に
回転する非磁性導電性のスリーブ３０（例えばアルミニ
ウム、非磁性ステンレス綱等）が設けられている。

【０１１４】このスリーブ３０内には、磁石３１が固定
配置されている。図示の如くこの磁石は４極の磁石であ
るが、その内の１極（Ｓ₃ ）が、感光体３とスリーブ３
０の最近接部、又はその近傍に配置されていて、この最
近接部に磁界を形成する。このＳ₃ 極による磁界で、感
光体３に付着していた磁性キャリアをスリーブ３０上に
磁気的に吸引除去する。

【０１１５】除去磁極Ｓ₃ による感光体３表面上での磁
界の強さは、現像磁極Ｓ₁ による感光体３表面上での磁
界の強さよりも強い。

【０１１６】例えば、現像スリーブ２５表面上での磁極
Ｓ₁ による磁界の強さが１０００ガウス、キャリア除去
スリーブ３０表面上での磁極Ｓ₃ による磁界の強さが同
じく１０００ガウスであるとすると、スリーブ３０と感
光体３との最近接間隙（例えば３００μｍ）を、スリー
ブ２５と感光体３との最近接間隙（例えば５００μｍ）
よりも小とする。

【０１１７】いずれにせよ、上記のようにすることによ
って、現像部で現像磁極Ｓ₁ による磁気的拘束力を振り
切って感光体３に付着してしまった磁性キャリアのスリ
ーブ３０への回収効率を向上することができる。

【０１１８】スリーブ３０に付着した磁性キャリアはス
クレーパ３２によりスリーブ３０から除去され、容器３
３内に落下、収容される。

【０１１９】ところで、磁性キャリアはトナーと逆極性
に摩擦帯電している。本例の場合、暗部電位が−７００
Ｖ、明部電位が−２００Ｖの負極性の静電潜像を反転現
像する為、トナーは負極性に、磁性キャリアは正極性に
摩擦帯電している。いづれにせよ、反転現像に於いては
磁性キャリアは潜像の極性と逆極性に帯電している為、
特に潜像の暗部電位領域（背景部）に付着しやすい。

【０１２０】そこで、このようなキャリアの除去効率を
更に向上する為、図１に示すように、スリーブ３０に電
源３４から磁性キャリアの帯電極性と逆極性の直流バイ
アス電圧を印加する。その電圧値は、潜像の暗部電位
（例えば−７００Ｖ）よりも絶対値に於いて大（例えば
−８００Ｖ）であり、これにより磁性キャリアに感光体
３からスリーブ３０に向う方向の力を付与する電界を形
成する。

【０１２１】図２の実施例では、現像スリーブ２５を設
けた現像容器１８にキャリア除去スリーブ３０を設けて
いる。そして図２では磁石２９のＮ₁極が現像磁極とさ
れ、Ｎ₁極とＮ₃ 極との間にＳ₂ 極を配置している。

【０１２２】一方、磁石３１は前記Ｓ₃ 極の他にＮ₄ 、
Ｎ₅ 極を有していて、Ｎ₄ 、Ｎ₅ 極は同極性であり、互
いに隣接していて所謂反発磁界を形成している。

【０１２３】そして、スリーブ２５、３０は近接して対
向している。このスリーブ２５、３０の最近接間隙は、
スリーブ２５上の現像剤層がスリーブ３０に軽く接触す
るか、或いは少し離れている程度の距離であって、スリ
ーブ３０上に付着している磁性キャリアがスリーブ２５
上に磁気力により転移できる距離である。つまり、図２
ではスリーブ３０上のキャリアをスリーブ２５上に回収
して再利用する。

【０１２４】而して、互いに異極性の前記磁極Ｓ₃ 極、
Ｎ₄ 極は、スリーブ２５、３０の上記最近接部、又はこ
の近傍に位置していて、この最近接部に、スリーブ３０
からスリーブ２５へ磁性キャリアを移動させる磁界を形
成する。

【０１２５】その為、磁極Ｓ₂ によるスリーブ２５表面
上での磁界の強さ（例えば８００ガウス）は、磁極Ｎ₄
によるスリーブ３０表面上での磁界の強さ（例えば５０
０ガウス）より強く設定されている。

【０１２６】尚、スリーブ３０の回転方向（矢印Ｃに示
すように、この例ではスリーブ２５と逆方向）に関し、
Ｎ₄ 極の下流側のＮ₅ 極は、Ｎ₄ 極との間で反発磁界を
形成する。その為、磁性キャリアはＮ₄ 極の位置でスリ
ーブ３０から磁気的に離脱しようとするので、これによ
りスリーブ３０からスリーブ２５への磁性キャリアの移
動が促進される。

【０１２７】以上を除いてその余の構成は図１と同様で
ある。従って、図２に於いても図１と同様電源３４によ
りスリーブ３０にバイアス電圧を印加してもよい。この
場合スリーブ２５に印加するバイアス電圧の直流成分よ
りも絶対値に於いて高いバイアス電圧をスリーブ３０に
印加し、スリーブ３０からスリーブ２５への磁性キャリ
アの移動効率を向上することが好ましい。

【０１２８】

【発明の効果】本発明によれば、現像部での垂直磁界の
ピーク値の磁界を印加した時の磁化の強さが１００ｅｍ
ｕ／ｃｍ³ 以下の磁性キャリアを使用する２成分現像剤
を使用しながら、キャリア付着による弊害を防止してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の説明図。

【図２】本発明の他の実施例の説明図。

【図３】磁性キャリア粒子の磁化の強さと記録密度の関
連の好適範囲の説明図。

【図４】ドット状潜像の電位の説明図。

【図５】ドット状潜像の現像像の説明図。

【図６】本発明が利用できるカラー電子写真装置の一例
の説明図。

【図７】本発明に利用できるレーザービームスキャナの
説明図。

【図８】ＰＷＭ用回路の説明図。

【図９】ＰＷＭ法の信号波形説明図。

【図１０】本発明に利用できる現像装置の説明図。

【図１１】キャリアの磁化と穂の密度の相関図。

【図１２】視力限界の説明図。

【図１３】現像ピーク磁界の強さに対するキャリアの磁
化の関係の説明図。

【図１４】軟強磁性キャリアのヒステリシス曲線の説明
図。

【図１５】硬強磁性キャリアのヒステリシス曲線の説明
図。

【図１６】硬強磁性キャリア、軟強磁性キャリアの磁化
と穂の密度の相関図。

【図１７】硬強磁性キャリアの磁化と穂の密度の相関
図。

【符号の説明】

３電子写真感光ドラム２２２成分現像剤２５現像スリーブ２７バイアス電源２９磁石３０キャリア除去スリーブ３１磁石３４バイアス電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木啓之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

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナー及び磁性キャリアを有する現像剤
を現像剤担持体で現像部に搬送し、現像剤担持体の内部
に静止配置された磁石の現像磁極が現像部に形成する現
像磁界中で上記現像剤の磁気ブラシを像担持体に接触さ
せて、像担持体に形成された静電潜像を現像する画像形
成装置に於いて、上記磁性キャリアとして、上記現像磁
極の現像剤担持体表面上での垂直磁界の最大値の磁界を
印加した時の磁化の強さが１００ｅｍｕ／ｃｍ³ 以下の
磁性キャリアを使用し、像担持体移動方向に関し上記現
像部の下流側の位置で像担持体に対向して設けられ、現
像部で像担持体に付着した磁性キャリアを除去するキャ
リア除去手段を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記キャリア除去手段は、像担持体に対
向して回転する非磁性回転体と、この回転体の内部に固
定配置されており、像担持体に付着した磁性キャリアを
非磁性回転体上に磁気的に吸引除去する磁極を有する磁
石と、を備えている請求項１の画像形成装置。
【請求項３】前記非磁性回転体に磁性キャリアの帯電
極性とは逆極性のバイアス電圧を印加する請求項２の画
像形成装置。
【請求項４】前記現像剤担持体内の磁石と非磁性回転
体内の磁石は、互いに対向した異極性の磁極を有してお
り、この両磁極が形成する磁界内で非磁性回転体から現
像剤担持体上へ磁性キャリアを移動させる請求項２又は
３の画像形成装置。
【請求項５】前記像担持体は電子写真感光体であり、
被記録画像の濃淡に対応してパルス幅変調された信号に
より変調された光束で上記電子写真感光体を露光してド
ット分布静電潜像を形成する請求項１乃至４の画像形成
装置。
【請求項６】前記現像剤担持体に振動バイアス電圧を
印加する請求項１乃至５の画像形成装置。