JPH07121033A

JPH07121033A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH07121033A
Application number: JP5291380A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hibino; 勝日比野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】低濃度領域に対応するドット分布潜像を、ガ
サツキの抑制された現像画像に現像して、高品質の画像
を形成するとともに、２成分現像剤搬送状態の良好な画
像形成装置を提供する。【構成】磁性キャリアとして１０００ガウスの磁界に
て、１００（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）以下の磁化を有するもの
を用い、２成分現像剤２２の層厚を規制する位置で磁石
２９の磁界を変えることなく２成分現像剤２２の層厚を
規制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真現像装置を備
えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアと非磁性
トナーからなる２成分現像剤を使用しかつ磁気ブラシ法
を適用する電子写真現像装置を備えた画像形成装置に関
するものである。

【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。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。

【０００３】ところが、ＰＷＭ法を用いてドット分布静
電潜像を感光体に形成し、２成分現像剤により現像した
ところ、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ガサツキが生じた。又、
このガサツキは文字原稿等においては発生せず、写真原
稿等の濃度の薄い領域にて多く発生した。

【０００４】そこで、このガサツキの発生原因について
検討した結果、以下のことが判明した。

【０００５】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。更により低い濃度を再現しようとすると、感光体の
膜厚の影響からドット状潜像がなまり、図２のように最
大コントラストＶ₀ の非露光部電位とドット状潜像内の
絶対値で最小の電位との差が徐々に小さくなる。

【０００６】例えば、反射濃度０．２程度の画像を再現
しようとすると、そのときのドット潜像の最大コントラ
ストＶ₀ は１５０〜２００Ｖ程度となる。

【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、最大コントラストＶ₀ が１５０〜２
００Ｖ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Ｖ_contは０〜５０Ｖと
なる。このＶ_contが０〜５０Ｖであるということはトナ
ーが感光体側につくか現像剤担持体側に残留するかの非
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（磁気ブラシが感光体に当
接しているところは現像されず、当接していない領域に
現像される）し、ドットの欠落等によるガサツキ（濃度
の細かいムラの分布）が発生し易くなる。

【０００８】上記の状態を図３に説明的に図示する。同
図において、Ｐは１画素を示し、ＰＷＭ法により変調さ
れたレーザービームによって、各画素Ｐに、低濃度画像
に対応するドット状潜像Ｌ１〜Ｌ５が形成されているの
が示されている。又、ドット状潜像Ｌ１〜Ｌ５のトナー
付着領域、即ち現像された領域がＤ１〜Ｄ４（斜線部
分）により示されている。図３に示すように、ドット状
潜像Ｌ２は完全に現像されているが、ドット状潜像Ｌ
１、Ｌ３、Ｌ４は部分的にしか現像されおらず、そして
ドット状潜像Ｌ５は全く現像されていない。

【０００９】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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のような低濃度領
域におけるガサツキを少なくし、且つ全濃度領域におい
て高濃度の最終画像を得るための方法として、現像領域
の磁気ブラシの穂を緻密にした２成分現像方式、あるい
は磁性キャリアの粒径を小さくしてＴ／（Ｔ＋Ｃ）比を
向上させる２成分現像方式（粒径を小さくすることによ
り、また穂も密になる傾向がある）が考えられる。しか
し、穂を密にするためには現像位置の磁場中で、磁性キ
ャリアの単位体積当たりの磁化の大きさ（ｅｍｕ／ｃｍ
³ ）を小さくする必要があり、この場合、磁性キャリア
が現像剤支持手段上に拘束される力が弱まり、感光体上
にキャリア付着しやすくなる。また粒径を小さくした場
合も、キャリア１個当りの磁化の大きさ（ｅｍｕ／ｃｍ
³ ）が小さくなることにより、キャリア付着が起こりや
すくなる。

【００１１】上記の方法に対して、現像領域の穂を緻密
にして、低濃度領域を滑らかに再現し、且つキャリア付
着を生じさせないためには、現像剤として用いるキャリ
アに、現像極位置の磁場中で、磁性キャリアの単位体積
当りの磁化の大きさを小さくしつつ、ある程度の残留磁
化を持たせる方法が効果的であることが知られている。
しかしながら、この強磁性キャリアを磁性部材を含む現
像装置に用いると、磁性ブレードの、現像剤支持手段の
上流側に現像剤が滞留してしまい、現像支持手段の回転
にともなって、磁性ブレードの下流側に現像剤が搬送さ
れてこなくなるといった問題が生じていた。

【００１２】従って、本発明の目的は、低濃度領域に対
応するドット分布潜像を、ガサツキの抑制された現像画
像に現像して、高品質の画像を形成するとともに、２成
分現像剤搬送状態の良好な現像装置を備えた画像形成装
置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
潜像を形成する像担持体と、該像担持体に対向して、ト
ナー及び硬強磁性キャリアを含む２成分現像剤を現像位
置に搬送する現像剤支持手段、及び該現像剤支持手段の
内部に設けられた複数の磁界発生手段、及び２成分現像
剤の層厚を規制する層厚規制手段を具備する現像手段と
を有し、前記磁性キャリアとして１０００ガウスの磁界
にて、１００（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）以下の磁化を有するも
のを用い、前記現像剤支持手段上の２成分現像剤の層厚
を規制する位置で前記磁界発生手段の磁界を変えること
なく層厚を規制することを特徴とする画像形成装置であ
る。

【００１４】前記現像剤支持手段上で、２成分現像剤の
層厚を規制する層厚規制手段の材質は非磁性であること
が好ましい。

【００１５】好ましくは、前記層厚規制手段をその先端
で前記現像剤支持手段に最近接させ、かつ前記現像剤支
持手段の周面上の接線方向に対し、前記現像剤支持手段
の回転方向と逆方向に０〜３０°の角度をなすように設
置する。

【００１６】更に前記現像剤支持手段と逆方向に回転す
る現像剤撹拌部材を設けるのが好ましい。

【００１７】好ましくは、前記ドット潜像は画像濃度値
に対応して１画素当りの光源の発光時間を変調して形成
する。

【００１８】前記像担持体上の潜像を現像する時に、交
流バイアスを重畳した直流バイアスを印加することが好
ましい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明に係る画像形成装置の実施例を
図面に則して更に詳しく説明する。

【００２０】実施例１第１の実施例における画像形成装置として、代表的な電
子写真方式のカラープリンタを図４に示す。このプリン
タは、矢印方向に回転する像担持体としての矢印方向に
回転する感光ドラム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レーザービ
ームスキャナＬＳなどからなる画像形成手段が配設され
る。各現像器は、トナー粒子と硬強磁性キャリア粒子を
含有する２成分現像剤を感光ドラム３に供給する。現像
器１Ｍ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。

【００２１】被複写原稿は、図面に示さない原稿読み取
り装置で読み取られる。この読み取り装置は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、白黒画像情報にそれぞれ対応した画像
信号を出力する。スキャナー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を放射する。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。

【００２２】次に、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。まず、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、原稿（図示せず）のマゼンタ画像信号
により変調されたレーザ光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。

【００２３】一方、カセットＣから取り出され、給紙ガ
イド５ａ、給紙ローラー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、当接用ローラー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４に
おいてはシアン）の画像の転写に備える。

【００２４】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により上記のよ
うな露光を受け、静電潜像が形成される。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
像の反転現像を行い、シアン顕画像を形成する。

【００２５】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い、４色
分の顕画像（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を解除するとともに、分離爪１５によって転写ドラム
９から分離され、搬送ベルト１６によって定着器（熱圧
ローラー定着器）１７に送られる。定着器１７により転
写材上に重ねられた４色の顕画像の定着がなされる。

【００２６】このようにして、一連のフルカラープリン
トシーケンスが終了し、所定のフルカラープリント画像
が形成される。

【００２７】図５に示すように、半導体レーザー素子１
０２は、レーザー光を発生するための発光信号（駆動信
号）を送る発光信号発生器であるレーザードライバー５
００に接続され、該レーザードライバーの発光信号に応
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はコリメーターレンズ系１０３にて略平行光
とされる。

【００２８】ポリゴンミラー、即ち、回転多面鏡１０４
は、矢印ｂ方向に一定速度で回転することにより、コリ
メーターレンズ系１０３から放射された平行光を反射し
て所定方向の矢印Ｃ方向に走査する。回転多面鏡１０４
の前方に設けたｆ−θレンズ群１００は、該多面鏡１０
４により偏向されたレーザー光束Ｌを非走査面、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。

【００２９】上記のレーザービームＬによる感光ドラム
３の走査露光により、感光ドラム３にはドット分布静電
潜像が形成される。

【００３０】上記の各現像器は、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は感光
体３のトナーが付着されるべき領域を露光する。

【００３１】次に、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うため、ＰＷＭ方式について説明す
る。

【００３２】図６はパルス幅変調回路の一例を示す回路
ブロック図、図７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。

【００３３】図６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を発振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。

【００３４】かかる構成からなる回路動作を、図７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。

【００３５】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’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。

【００３６】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（時間長）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、ＯＶ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。

【００３７】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。

【００３８】尚、図７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。

【００３９】図７において、ａ〜ｇの信号波形に関する
横軸は時間であり、ｈに関する横軸はビーム走査方向の
距離である。

【００４０】次に図１を参照して、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について説明する。

【００４１】現像装置は、現像剤を収容する現像容器１
８、現像剤支持手段としての現像スリーブ２５及びその
内部に固定された磁界発生手段としての磁石２９からな
る現像ローラー３２、現像剤層圧規制手段としての規制
ブレード２８などにより構成される。即ち、現像容器１
８の、像担持体である感光ドラム３に近接する位置には
開口部が形成されており、この開口部に上記現像スリー
ブ２５が回転可能に設けられており、更に現像スリーブ
２５の上方にブレード２８が所定間隔を設けて取付けら
れている。

【００４２】尚、現像スリーブ２５は非磁性材料で構成
され、現像動作時には図示矢印方向に回転する。又、現
像スリーブ２５内部の磁石２９は、現像スリーブ２５か
ら感光ドラム３に現像剤を付与して潜像を現像する現像
位置近傍に磁界を形成して現像剤の磁気ブラシを形成す
る現像磁極Ｎ３と、現像剤２２を搬送する磁極Ｓ１、Ｓ
２、Ｎ１、Ｎ２とを有する。

【００４３】また、規制ブレード２８はアルミニウム
（Ａｌ）、ＳＵＳ３１６等の非磁性材料にて構成され、
現像スリーブ２５上の２成分現像剤の層厚を規制する位
置で、磁石２９の磁界分布を変えることがないことが必
要である。これは、２成分現像剤のキャリアとして後述
する硬強磁性キャリアを用いて従来の磁性部材からなる
ブレードにより現像剤層厚を規制した場合、磁性部材か
らなるブレードの、現像剤支持手段の上流側に現像剤が
滞留してしまい、現像剤支持手段の回転にともなって、
磁性部材からなるブレードの下流側に現像剤が搬送され
てこなくなると行った問題点が生じるからである。

【００４４】規制ブレード２８は前述のように現像スリ
ーブ２５の表面との間に所定の間隔を設けて取付けら
れ、この隙間は現像スリーブ２５上を現像部へと搬送さ
れる現像剤２２の量、具体的には現像スリーブ２５上の
現像剤２２の厚さを規制する。従って、本実施例におい
ては、ブレード２８の先端部と現像スリーブ２５の表面
との間を非磁性トナーと硬強磁性粒子との双方を有する
現像剤が通過して現像部へと送られる。規制ブレード２
８によって規制された現像剤は現像位置において感光ド
ラム３に接触するような厚みである。

【００４５】尚、現像剤２２は後述する非磁性トナーと
硬強磁性粒子（キャリア）とからなる２成分現像剤であ
る。この現像剤２２はＮ３極の現像部へと搬送され、ス
リーブ２５に保持されたまま搬送極Ｓ２へと搬送され、
Ｎ１極まで搬送されると、Ｎ１極とＮ２極とによって形
成される反発磁界により、Ｎ１に滞留した現像剤は現像
剤剥離手段３０の時計回りの回転により、撹拌スクリュ
ー２３の位置まで掻き落とされる。落下した補給用トナ
ー２０と十分に撹拌され均一になった現像剤は、現像剤
供給手段３１によって、再び現像スリーブ２５の近傍に
運ばれ、磁石２９のＮ２極に磁気的に吸引される。

【００４６】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。

【００４７】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ース（日科機製）
及びＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン製）を
接続し、電解液は一級塩化ナトリウムを用いて１％Ｎａ
ｃｌ水溶液を調整する。

【００４８】測定法としては、上記電解水溶液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、
更に測定資料を０．５〜５０ｍｇを加える。

【００４９】資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、上記コールターカウンタ
ーＴＡ−ＩＩ型によりアパーチャーとして１００μｍア
パーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測
定し体積分布を求める。これら求めた体積分布により、
サンプルの体積平均粒径が得られる。

【００５０】本発明に適用される硬強磁性粒子として
は、例えば、表面酸化または未酸化の鉄、ニッケル、コ
バルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそ
れらの合金または酸化物フェライトなどが使用される。
これら磁性粒子の製造法は特に制限されない。また上記
硬強磁性粒子として重量平均粒径が２０〜１００μｍ、
好ましくは３０〜７０μｍで保持力が１００エルステッ
ド以上、好ましくは２００エルステッド以上のネオジウ
ム、サマリウム、バリウムなどを含むフェライト粒子に
樹脂被膜し、抵抗値が１０⁷ Ωｃｍ以上のものを用い
た。キャリアの平均粒径は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。

【００５１】また、磁化及び保磁力の測定は、振動試料
型磁力計（商品名：ＶＳＭ−Ｐ１型東英工業社製）によ
り、最大１００００エルステッドの磁場中に置かれた磁
性粒子の磁化を測定し、記録紙に描かれたヒステリシス
曲線に基づいて求めた。磁性粒子の抵抗値の測定は、測
定電極面積４ｃｍ、電極間感覚０．４ｃｍのサンドイッ
チタイプのセルを用い、片方の電極に１ｋｇ重量の加圧
下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、
回路に流れた電流から磁性粒子の抵抗値を得る方法をと
っている。

【００５２】再度、図１において、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
位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を振り切
って潜像に対応して感光ドラム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ほう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】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Ｎ３による現像部
２６での磁界により形成される現像剤の磁気ブラシの現
像スリーブ２５表面上での高さが、感光ドラム３を取り
去った状態で、現像スリーブ・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。

【００５６】前述のように、現像スリーブ２５内にはロ
ーラ状の磁石２９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Ｎ３を有している。現
像磁極Ｎ３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、穂ではなくスリーブ表面に付着しているトナーも、
潜像の露光部に転移してこれを現像する。

【００５７】なお、現像磁極Ｎ３による現像磁界の現像
スリーブ２５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。

【００５８】このような現像装置を用いて前述の課題に
ついて検討を行ったところ、まず、前述のようなガサツ
キを無くすためには、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。

【００５９】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。

【００６０】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。この際、直径（内径）
６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍ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。

【００６１】先ず、現像磁極Ｎ３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、
キャリアとしては、図１１のグラフに示すような磁気特
性を有する軟強磁性キャリアを用いて実験したところ、
図８のグラフに示すような結果を得た。

【００６２】図８のグラフ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。穂
の密度をα（本／ｍｍ² ）、１０００ガウスの磁気力に
おけるキャリアの磁化の値をσ₁₀₀₀（ｅｍｕ／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αは密に
なる。しかし、逆に拘束力が小さくなることにより、キ
ャリア付着しやすくなる傾向がある。

【００６３】また、現像剤の穂の密度とガサツキの関係
には、記録密度（ドット状潜像の分布密度、即ち画素の
分布密度）が関係している。記録密度が低い場合には、
穂の密度が多少粗くてもガサツキは出にくいが、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、記録密度を副走査方向
（感光ドラム移動方向）について、２００ｄｐｉ、４０
０ｄｐｉと変化させ、主走査方向（ビーム走査方向）に
ついて、２００ｄｐｉ、４００ｄｐｉに変えた場合につ
いて、キャリア付着状況とともに画像性を実験した。

【００６４】次に示す表１は、各記録密度の場合の磁気
ブラシの密度とガサツキ、キャリア付着の関係を示した
ものである。キャリアは、図１１のグラフに示すような
磁気特性を有する軟強磁性キャリアを用いている。

【００６５】

【表１】

【００６６】表１において、記号の意味は下記のとおり
である。Ａ：「ガサツキ」がなく、非常になめらかな画質Ｂ：「ガサツキ」がなく、更になめらかな画質Ｃ：「ガサツキ」が目立たなく、なめらかな画質Ｄ：「ガサツキ」が目立つＥ：「ガサツキ」が非常に目立つ ○：Ｖｂ３００Ｖでキャリア付着せず △：Ｖｂ１５０Ｖでキャリア付着せずＸ：Ｖｂ１５０Ｖでキャリア付着する。

【００６７】表１に示す結果からわかるように、σ₁₀₀₀
の値が７５（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）以下のキャリアを用い
て、穂の密度が１ｍｍ² 当り８本以上ある場合において
は、記録密度が高い場合においてもガサツキはほとんど
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。

【００６８】ところで、図９に示すグラフは、空間周波
数ν（ｌｉｎｅ／ｍｍ）と認識可能なレベル数Ｌ（濃度
差）との関係を表している。又、このレベル数Ｌは下記
の数式にて表すことができる。

【００６９】

【数１】

【００７０】一般にガサツキ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９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
周波のガサツキ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、記録密度が高い場合においてもガサツキは
ほとんど目立たなかった。

【００７１】尚、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 ）より小さい場合、現
像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。

【００７２】以上の説明は、現像磁界ピーク値ｄが１０
００ガウスの場合について行ったが、ピーク値ｄが１０
００ガウス以外の場合でも結果は同様であった。

【００７３】すなわち、ｄ（ガウス）が５００、８０
０、１５００、２０００の夫々の場合の磁化の強さσｄ
（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）と磁気ブラシの穂の密度α（本／ｍ
ｍ² ）の関係は図１０のグラフに示す通りとなった。い
ずれの場合も、σｄ×α＝６００という関係を満たして
いることが分かる。

【００７４】また、ｄ（ガウス）が５００、８００、１
５００、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。

【００７５】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ガサツキ防止性は、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分かる。

【００７６】ところで、以上の例においては図１１に示
す磁気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、１００ｅｍｕ／ｃｍ³ 以下の軟強磁性キ
ャリアを用いた場合、Ｖｂ１５０Ｖでキャリア付着をし
ていることがわかる。これに対する対策として、図１２
に示すようなヒステリシス特性を有するキャリア、即ち
硬強磁性キャリアを使用することにより、磁気ブラシの
穂を緻密にしたまま、キャリア付着を抑制することがで
きる。

【００７７】図１２に示す特性を有する硬強磁性キャリ
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（画像部にキャリアが付着し画像を乱す現象）
防止の点で有利となる。

【００７８】本実施例の変形例として強硬磁性キャリア
を用いる場合においては、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上記軟強磁性キャリアを
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２０００（Ｏｅ）のものを用い、１０
００ガウスの磁気力における磁化の値σ₁₀₀₀（ｅｍｕ／
ｃｍ³ ）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１３の
グラフの白丸にて示し、またドット分布静電潜像を現像
して得られた評価結果（ガサツキ、キャリア付着）を次
の表２に示す。

【００７９】表２の記号の意味は表１と同じである。

【００８０】

【表２】

【００８１】図１３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。

【００８２】また、表２から分かるように、磁気ブラシ
密度を大きくするほどガサツキのない良好な画像が得ら
れ、σ₁₀₀₀の値が７５ｅｍｕ／ｃｍ³ 以下で穂の密度を
８（本／ｍｍ² ）以上にした場合、記録密度が高い場合
においても、ガサツキは目立たなかった。

【００８３】キャリア付着に関しては、表１と比較して
も分かるとおり、Ｖｂ１５０Ｖで、σ₁₀₀₀の値が６０ｅ
ｍｕ／ｃｍ³ 以上の場合でキャリア付着がない。

【００８４】一方、図１４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×σ₁₀₀₀＝６００という式が成立する。即ち、磁気ブ
ラシの穂の密度α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）におけるキャリアの磁
化の強さに依存する。

【００８５】以上は現像磁界ピーク値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。

【００８６】即ち、ｄ（ガウス）が５００、８００、１
５００、２０００のいずれの場合もα×σ₁₀₀₀＝６００
という関係を満たしている。

【００８７】また、ｄ（ガウス）が５００、８００、１
５００、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。

【００８８】従って、ガサツキに関しては、硬強磁性キ
ャリアの場合も、上記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１０００ガウスを印加した時の磁性キャリ
アの磁化の強さを１００（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）以下とした
場合、ドット状潜像を欠損なく現像してガサツキが発生
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。また、硬強磁性キャリアを
用いた場合には、ガサツキに関してのみならず、キャリ
ア付着に関しても良好な結果を得る。

【００８９】なお、本実施例においては、負帯電性のト
ナーを用い、暗電位を−７００Ｖ、明電位を−２００Ｖ
とし、現像スリーブ３に交番電圧（周波数２００Ｈｚ、
Ｖｐｐ２０００Ｖの交番電圧に直流電圧−５５０Ｖを重
畳した）を印加し反転現像を行った。

【００９０】また、像担持体としての感光ドラム１の外
径はφ８０ｍｍ、現像スリーブ３の外径はφ３２ｍｍ、
現像スリーブ３と規制ブレード４との間隔を５００μ
ｍ、現像スリーブ３と感光ドラム１との間隔を５００μ
ｍ、感光ドラム１の周速を１６０ｍｍ／ｓ、現像スリー
ブ３の周速を１６０ｍｍ／ｓ、現像スリーブ３の周速を
２８０ｍｍ／ｓとした。

【００９１】上記画像形成装置を用いて画像形成したと
ころ、規制ブレードの、現像剤支持手段の上流側に現像
剤が滞留し、規制ブレードの下流側に現像剤が搬送され
てこないといった問題点を生じることなく、均一な現像
剤層をコートすることができ、更に、用いたキャリアに
よってハイライトのガサツキのない高画質な最終が像を
得ることができた。

【００９２】実施例２次に本発明の特徴部分である現像装置の第２実施例につ
いて、図１５を参照して説明する。

【００９３】本実施例は、規制ブレードの現像スリーブ
との当接状態についてのみ第１実施例と異なっている点
を特徴とする。尚、第１実施例における部材と同一の部
材には同一の符号を付し説明を省略する。

【００９４】規制ブレード２８の材質は第１実施例と同
様に、アルミニウム、ＳＵＳ３１６などの非磁性材料を
用いている。規制ブレード２８はその先端で現像スリー
ブ２５に最近接し、且つ現像スリーブ２５の周面上の接
線方向に対し、現像スリーブ２５の回転方向と逆方向に
０〜３０°の角度をなすように配設されている。本実施
例では、この規制ブレード２８は、その先端Ｘで現像ス
リーブ２５と４００μｍの間隔で最近接させ、且つ現像
スリーブ２５の周方向上の接線方向に対し、現像スリー
ブ２５の回転方向と逆方向に０〜３０°の角度をなすよ
うに配置している。

【００９５】本実施例によれば、上記の規制ブレード２
８を現像スリーブ２５に対して以上のように配設した構
成とすることにより、規制ブレード２８で現像スリーブ
２５上の現像剤を規制しても、規制ブレード２８の、現
像剤の回転方向に対して上流側に現像剤が滞留すること
なく、均一に現像剤層をコートすることができるだけで
なく、規制ブレード２８の現像スリーブ２５の回転方向
上流側の近傍に現像剤の溜りが発生してパッキング状態
になり、現像剤に無用の圧力がかかることがなく、現像
剤を構成する樹脂トナーに劣化を生じるのを防ぐことも
できる。

【００９６】上記画像形成装置を用いて画像形成したと
ころ、規制ブレードの、現像スリーブの上流側に現像剤
が滞留してしまい、規制ブレードの下流側に現像剤が搬
送されてこないといった問題点が生じることなく、画像
も初期のハイライトが滑らかに再現でき、かつ耐久劣化
の少ない画像を形成することができた。

【００９７】実施例３次に本発明の特徴部分である現像装置の第３実施例につ
いて、図１６を参照して説明する。

【００９８】本実施例では、規制ブレードの当接状態を
第２実施例と同様にして、規制ブレードの上方に現像ス
リーブと逆方向に回転する現像剤撹拌部材を配置したこ
とが大きな特徴である。尚、第２実施例と同様、第１実
施例の部材と同一の部材については同一符号を付し説明
を省略する。

【００９９】規制ブレード２８はＳＵＳ３１６などの非
磁性材料からなり、本実施例では厚さを１ｍｍとした。
この規制ブレード２８は、現像スリーブ２５に対してそ
の回転方向の上流側に向けて傾けて、現像スリーブ２５
の周面上の接線方向と同方向に配設し、その最近接点で
の現像スリーブ２５との間の距離ｇは０．８ｍｍに設定
した。本実施例によれば、規制ブレード２８の最近接点
における現像スリーブ２５の周面上の接線と為す角度を
０〜３０°となるようにしている。

【０１００】本実施例で用いた撹拌部材３３は、例えば
ＳＵＳ３１６などの非磁性部材を使用して形成される。
本実施例では、撹拌部材３３は８枚の羽根３３ａを均一
間隔で取付けた形状とした。この撹拌部材３３の位置
は、その回転軸３３ｂが現像スリーブ２５の中心に対し
て規制ブレードの先端よりも現像スリーブ２５の回転方
向下流側に１０°ずれた位置に来るようにした。撹拌部
材３３の回転方向は、規制ブレード２８の規制により余
った現像剤が規制ブレード２８の近傍に滞留するのを防
ぐために、上記のように、現像スリーブ２５の回転方向
に対して逆方向とした。

【０１０１】次に、本現像装置での回転方向と現像剤の
循環について説明する。まず、現像スリーブ２５内のマ
グネットローラー２９のＳ２極で現像スリーブ２５上に
汲み上げられた現像剤は、現像スリーブ２５の回転によ
り搬送され、上記のように配設された規制ブレード２８
によって薄層コートされ、現像主極Ｓ１極に運ばれる。
規制ブレード２８の規制により現像スリーブ２５に塗布
されずに余った現像剤２２は、規制ブレード２８の箇所
で撹拌部材３３の回転により容器１８内に戻され、撹拌
搬送スクリュウ２３ａ、２３ｂにより均一なトナー濃度
に撹拌された後、再びＳ２極に磁気的に吸引される。

【０１０２】本実施例によれば、硬強磁性キャリアを用
いた場合においても、上記の規制ブレード２８を現像ス
リーブ２５に対して以上のように配設し、更に規制ブレ
ード２８の上部に、現像スリーブ２５と逆方向に回転す
る現像剤撹拌部材３３を配設する構成とすることによ
り、規制ブレード２８により現像スリーブ２５上の現像
剤を規制しても、規制ブレード２８の、現像剤の回転方
向に対して上流側に現像剤が滞留し、規制ブレードの下
流側に現像剤が搬送されてこなくなるといった問題が生
じることなく、均一に現像剤層をコートすることができ
る。更に加えて、規制ブレード２８の現像スリーブ２８
の回転方向上流側の近傍に現像剤の溜りが発生して、現
像剤に無用の圧力がかかるのを防止し、現像剤を構成す
る樹脂トナーに劣化を生じるのを防ぐこともできる。

【０１０３】上記画像形成装置を用いて画像形成したと
ころ、均一に現像剤層をコートすることができ、画像
も、初期のハイライトが滑らかに再現でき、更に耐久劣
化の少ない画像を形成することができた。

【０１０４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
による画像形成装置は、磁性キャリアとして１０００ガ
ウスの磁界にて１００（ｅｍｕ／ｃｍ³ ）以下の磁化を
有する硬強磁性キャリアを用い、現像剤支持手段上の２
成分現像剤の層厚を規制する位置で磁界発生手段の磁界
を変えることなく２成分現像剤の層厚を規制する構成と
したことにより、低濃度領域に対応するドット分布潜像
を、ガサツキの抑制された現像画像に現像して、高品質
の画像を形成すると共に、キャリア付着を抑制すること
ができ、更に現像装置の２成分現像剤搬送状態を良好と
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像形成装置の第１実施例の特徴
部分である現像装置を示す概略説明図である。

【図２】ドット状潜像の電位に関する説明図である。

【図３】ドット状潜像の現像像の説明図である。

【図４】本発明を具現化するカラー電子写真装置の一例
を示す全体構成図である。

【図５】図４の装置に使用されるＰＷＭ回路図である。

【図６】図５の回路の動作を示すタイミングチャートで
ある。

【図７】ＰＷＭ法の信号波形説明図である。

【図８】キャリアの磁化の強さと穂の密度の相関図であ
る。

【図９】視力限界の説明図である。

【図１０】現像ピーク磁界の強さに対する、キャリアの
磁化の強さの関係を示す説明図である。

【図１１】軟強磁性キャリアの磁気特性を示すグラフで
ある。

【図１２】硬強磁性キャリアの磁気特性を示すグラフで
ある。

【図１３】硬強磁性キャリア及び軟強磁性キャリアの磁
化と穂の密度との相関図である。

【図１４】硬強磁性キャリアの残留磁化σｒを変化させ
たときの、硬強磁性キャリアの磁化と穂の密度の相関図
である。

【図１５】第２実施例の現像装置を示す概略構成図であ
る。

【図１６】第３実施例の現像装置を示す概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１現像装置３感光ドラム（像担持体）２２２成分現像剤２５現像スリーブ（現像剤支持手段）２８規制ブレード（層厚規制手段）２９磁石（磁界発生手段）３３現像剤撹拌部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ドット潜像を形成する像担持体と、該像
担持体に対向して、非磁性トナー及び硬強磁性キャリア
を含む２成分現像剤を現像位置に搬送する現像剤支持手
段、該現像剤支持手段の内部に固定して設けられた複数
の磁界発生手段、及び前記現像剤支持手段上で２成分現
像剤の層厚を規制する層厚規制手段を具備する現像装置
とを有する画像形成装置において、前記磁性キャリアとして１０００ガウスの磁界にて、１
００（ｅｍｕ／ｃｍ³）以下の磁化を有するものを用
い、前記現像剤支持手段上の２成分現像剤の層厚を規制
する位置で前記磁界発生手段の磁界を変えることなく２
成分現像剤の層厚を規制することを特徴とする画像形成
装置。
【請求項２】前記層厚規制手段の材質を非磁性とする
ことを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項３】前記層厚規制手段を、その先端で前記現
像剤支持手段に最近接させ、かつ前記現像剤支持手段の
周面上の接線方向に対し前記現像剤支持手段の回転方向
と逆方向に０〜３０°の角度をなすように設置したこと
を特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
【請求項４】更に前記現像剤支持手段と逆方向に回転
する現像剤撹拌部材を設けたことを特徴とする請求項３
の画像形成装置。
【請求項５】前記ドット潜像は画像濃度値に対応して
１画素当りの光源の発光時間を変調して形成することを
特徴とする請求項１ないし４のうちいずれかひとつの画
像形成装置。
【請求項６】前記像担持体上の潜像を現像する時に、
交流バイアスを重畳した直流バイアスを印加することを
特徴とする請求項１ないし５のうちいずれかひとつの画
像形成装置。