JPH07134480A

JPH07134480A - 現像装置

Info

Publication number: JPH07134480A
Application number: JP6243464A
Authority: JP
Inventors: Masuaki Saito; 益朗斎藤; Naoki Enomoto; 直樹榎本; Akihiko Uchiyama; 明彦内山; Tetsuya Kobayashi; 哲也小林; Hiroshi Sasame; 裕志笹目; Yoichiro Maehashi; 洋一郎前橋; Tatsuhiko Hayakawa; 竜彦早川; Tatsuya Kobayashi; 達也小林; Haruo Fujii; 春夫藤井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-09-14
Filing date: 1994-09-13
Publication date: 1995-05-23

Abstract

(57)【要約】【目的】掃き寄せ、濃度薄のない高品質画像を得るこ
とができ、高地地域でも、像担持体との間に火花放電の
発生なく現像でき、画像形成装置の安定性の確保を可能
とした現像装置にある。【構成】現像バイアスに立ち下がり規定バイアスを用
い、その交流成分の１周期で、現像スリーブ方向のトナ
ー付勢過程（Ａ）から感光ドラム方向のトナー付勢過程
（Ｂ）への間の立ち下がり過程（Ｃ）の時間Ｔ12と、過
程（Ｂ）の時間Ｔ11とを、１０．０≦Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ
12）×１００≦９０．０となるように規定し、更に過程
（Ｂ）の電位Ｖmax の調整手段を設けた。【効果】上記のバイアスにより、ＳＤ間端部でのトナ
ー往復運動を抑制して履き寄せを防止し、ＳＤ間中央部
でのトナー往復運動を十分にして濃度薄を防止し、更に
Ｖmax 値を平地でのリーク限界値内で最大限にすること
で、高現像効率を達成し、高地ではＶmax 値をそのリー
ク限界値内に設定することで、火花放電を抑えて現像で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式等を利用
した画像形成装置において、像担持体上に形成した静電
潜像を現像して可視化するのに用いられる現像装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式を利用した画像形成装置に
おいては、像担持体上に形成した静電潜像を現像装置に
より現像してトナー像として可視化することを行なって
いる。従来の現像装置を備えた画像形成装置の一例の要
部を図９に示す。

【０００３】本画像形成装置は、像担持体として有機半
導体からなる感光層を塗布された感光ドラム１を備え、
本例では感光ドラム１は直径３０ｍｍを有し、図中矢印
方向に毎秒６０ｍｍの速度で回転して、その周囲に配設
された一次帯電器５により−６００Ｖに一様に一次帯電
される。次いで感光ドラム１はレーザ、ＬＥＤ等の発光
素子４により画像情報に基づいた露光が行なわれ、露光
部の電位が−１００Ｖに変化して、感光ドラム１上に露
光部をトナーが付着する画像部とした静電潜像が形成さ
れる。この感光ドラム１に形成された静電潜像は、感光
ドラム１の周囲に配設された現像装置１２によって現像
される。

【０００４】本現像装置１２は、現像剤として非磁性ト
ナーを収容した現像容器６内に現像スリーブ２、塗布ロ
ーラ３及び弾性ブレード７が設けられている。現像スリ
ーブ２は直径１６ｍｍを有し、感光ドラム１と対向した
開口部内に矢印方向に回転自在に配設され、この現像ス
リーブ２の下部斜めの位置に当接するようにして塗布ロ
ーラ３が配設されている。塗布ローラ３は直径８ｍｍと
され、矢印方向に回転して容器６内の非磁性トナーを現
像スリーブ２の表面に擦りつけて担持させる。

【０００５】現像スリーブ２は、トナーを担持して感光
ドラム１と対向した現像部へと搬送し、その搬送途上で
トナーが弾性ブレード７により層厚を規制されて、現像
スリーブ２上に一定厚の薄層のトナー層が塗布、形成さ
れる。この弾性ブレード７はウレタン等からなり、容器
６の開口部上方に設置され、上方から垂下して現像スリ
ーブ２の表面に弾性的に当接している。

【０００６】以上のようにして現像スリーブ２上に薄層
のトナー層に塗布されたトナーは、それまでの過程にお
いて弾性ブレード７、塗布ローラ３及び現像スリーブ２
により摺擦され、−６．０μＣ／ｇ〜−３０．０μＣ／
ｇの帯電電荷が付与される。

【０００７】上記の感光ドラム１と現像スリーブ２とは
現像部において、５０〜５００μｍの間隙、通常は３０
０μｍを開けて非接触に配置され、この現像部の現像ス
リーブ２、感光ドラム１間（ＳＤ間）の間隙にバイアス
電源８により、周波数：８００〜３５００Ｈｚ、振幅：
４００〜３０００Ｖ、波形の積分平均値Ｖｄｃ：−５０
〜−５５０Ｖからなる直流電圧と交流電圧とを重畳した
現像バイアスが印加されており、現像電界が生じてい
る。

【０００８】上記の交流電圧としては、図１０に示すサ
イン波、図１１に示す三角波、図１２に示すノコギリ
波、図１３に示す矩形波、更には波形の最大電圧の１／
２値と積分平均値Ｖｄｃとが異なり、図１４に示すよう
に、トナーを現像スリーブ２から感光ドラム１に向う方
向に付勢する電界を形成する第１ピーク値（Ｖmax)が印
加される時間と、トナーを感光ドラム１から現像スリー
ブ２に向かう方向に付勢する電界を形成する第２ピーク
値（Ｖmin ）が印加される時間とから構成されているバ
イアス（以下、このバイアスをデューティーバイアス
（ＤＵＴＹバイアス）と呼ぶ）等が、従来公知である。

【０００９】現像スリーブ２上の電荷を帯びたトナー
は、現像部においてこれらの現像電界から受ける力によ
って、現像スリーブ２の表面から感光ドラム１の表面へ
転移し、感光ドラム１上の静電潜像の現像が行なわれ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、コン
ピュータグラフィクス技術の発達に伴い、電子写真方式
の画像形成装置による画像は、より高画質なものが望ま
れている。

【００１１】しかしながら、現像バイアスとしてデュー
ティーバイアス、矩形波バイアスを用いて、５ｍｍ角の
静電潜像を現像した場合、図１５に示すように、得られ
る５ｍｍ角のトナー像Ｇは、その後端部ｇの濃度が他の
部分よりも著しく濃くなる、所謂掃き寄せ現象が起こ
り、均一な画像を得ることができない。又サイン波、三
角波、ノコギリ波を用いて現像を行なうと、濃度薄を生
じて十分な画像濃度を得ることができない。

【００１２】画像濃度を高める方法としては、現像スリ
ーブ上のトナーをより多く感光ドラム上に移動させれば
よく、そのためには現像スリーブの感光ドラムに対する
周速を高くする方法や、現像効率を上げるために前記の
現像バイアスの第１ピーク値（Ｖmax)を増大する方法、
現像バイアスの直流成分を変化させる方法が公知であ
る。

【００１３】しかし、現像スリーブ周速を高くしすぎる
と現像スリーブが昇温して、その軸受けへのトナーを融
着を引き起こしたり、カブリやトナーの機内飛散を生じ
ると言う問題が発生する虞がある。又上記Ｖmax を増大
させたり、直流成分を変化させると、感光ドラムと現像
スリーブとの間（ＳＤ間）で火花放電等が起こる可能性
があるばかりでなく、地カブリが発生する虞もある。又
火花放電により感光ドラムや現像スリーブが損傷された
り、現像スリーブ上にトナーが融着する等で、部品の交
換が必要になる虞もある。

【００１４】特に気圧の低い高地地域においては火花放
電が発生するＶmax の値（リーク限界値）が平地に比べ
て低くなるため、Ｖmax の値は平地においても高地での
リーク限界値以内に納めなければならない。従って従来
は、高地では勿論、平地においても、高画質の画像を得
る要求を満たすことは甚だ困難であった。

【００１５】更にカラー画像の場合には、転写材上で各
色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を得るので、各
色のトナー像の質が転写材上に得られる画像の画質に大
きな影響を与え、各色のトナー像に掃き寄せ、濃度薄等
があると、単色画像のときよりも高画質な画像を得るこ
とが一層困難になる。

【００１６】本発明の目的は、掃き寄せ及び濃度薄を生
じることなく良好に現像して、高品質な画像を得ること
ができると共に、高地地域で使用しても、現像剤担持体
と画像形成装置の像担持体との間に火花放電を発生する
ことなく現像でき、画像形成装置の安定性を確保するこ
とを可能とした現像装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
現像装置にて達成される。要約すれば本発明は、現像剤
担持体上に現像剤を担持して像担持体と対向した現像部
へ搬送し、前記現像部において前記現像剤担持体と像担
持体との間に直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイア
スを印加して、前記像担持体上に形成された静電潜像を
前記現像剤により現像する現像装置において、前記現像
バイアスの交流成分の１周期における、前記現像剤を前
記像担持体から現像剤担持体に向かう方向に付勢する電
界（Ｖmax ）を形成する過程（Ａ）から、前記現像剤を
前記現像剤担持体から像担持体に向かう方向に付勢する
電界（Ｖmin ）を形成する過程（Ｂ）に移行する間の過
程（Ｃ）の時間（Ｔ12）と、前記過程（Ｂ）の時間（Ｔ
11) とが、１０．０≦Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ12）×１００≦９０．０の関係を満たし、且つ前記電界（Ｖmax ）及び／又は電
界（Ｖmin ）の値が気圧変動に応じて可変であることを
特徴とする現像装置である。より好ましくは、前記過程
（Ｃ）の時間（Ｔ12）と、前記過程（Ｂ）の時間（Ｔ1
1) とが、２０．０≦Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ12）×１００≦６０．０の関係を満たす。

【００１８】本発明の一態様によれば、前記電界（Ｖma
x ）の値が気圧検知手段による気圧検知により制御され
る。

【００１９】又、前記現像装置が組込まれる画像形成装
置内の温度及び又は湿度を検知する検知手段を設置し、
前記検知手段での検知結果を加味して、温度及び又は湿
度の変化に伴う補正を加えるように、前記Ｔ11／（Ｔ11
＋Ｔ12）×１００の値の値、及び／又は前記時間（Ｔ1
1) と時間（Ｔ12）の和（Ｔ1 ）と前記過程（Ａ）の時
間（Ｔ2 ）とから、Ｔ1 ／（Ｔ1 ＋Ｔ2 ）×１００により求められるデューティーパーセントの値を選択す
るようにすることができる。

【００２０】更に、前記Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ12）×１００
の値、前記電界（Ｖmax ）の値及び前記デューティーパ
ーセントの値のうちの少なくとも１つ以上が、気圧検知
手段による気圧検知結果を加味して制御されるようにす
ることができる。

【００２１】

【実施例】本発明者等は、現像により掃き寄せ及び濃度
薄等のない良好な画像を得ることができ、然も高地にお
いても火花放電を発生することなく現像することができ
る現像装置を開発するべく、鋭意研究を重ねた。

【００２２】その結果、感光ドラム、現像スリーブ間に
印加する現像バイアスについて、図１６に示すように、
その交流成分の１周期における、トナーを感光ドラムか
ら現像スリーブに向かう方向に付勢する電界を形成する
過程（現像スリーブ方向のトナー付勢過程）（Ａ）（電
位Ｖmin ）から、トナーを現像スリーブから感光ドラム
に向かう方向に付勢する電界を形成する過程（感光ドラ
ム方向のトナー付勢過程）（Ｂ）（電位Ｖmax ）に移行
する間の、立ち下がりの過程（Ｃ）の状態を規定して、
そのような交流成分の立ち下がりを規定した現像バイア
ス（以下、立ち下がり規定バイアスという）を現像に用
いることにより、掃き寄せ、濃度薄のない良好な画像を
得ることができた。更に上記の現像バイアスの感光ドラ
ム方向のトナー付勢過程（Ｂ）の電位Ｖmax の調整手段
を設けて、Ｖmax の値を平地におけるリーク限界値内で
最大限に高くすることにより、平地において非常に高い
現像効率を達成して、良好な画像を得ることができた。
又低気圧環境下（高地地域）においては、Ｖmax の値を
高地におけるリーク限界値内に設定することにより、火
花放電の発生を抑えて現像でき、且つ十分な画質を備え
た画像が得られた。

【００２３】これについて、本発明者等が行なった現像
実験により更に説明する。図１７は、現像実験に用いた
装置であり、波形発生器２１を増幅器２２を介して現像
装置２３に接続し、増幅器２２と現像装置２３との間に
接続したオシロスコープ２４により、発生器２１に発生
させる現像バイアスの波形をモニターしながら、現像バ
イアスを発生させて現像装置２３に印加し、現像を行な
わせた。現像装置２３は、先の図９に示した従来のと同
様な現像装置を使用した。

【００２４】図１８に示すように、現像バイアスの交流
成分の１周期において、感光ドラム方向のトナー付勢過
程（Ｂ）から現像スリーブ方向へのトナー付勢過程
（Ａ）に移行する間の立ち上がりの過程を（Ｄ）とし、
その過程（Ａ）と（Ｄ）の時間の合計をＴ2 、過程
（Ｂ）の時間Ｔ11と、過程（Ａ）から過程（Ｂ）に移行
する間の立ち下がり過程（Ｃ）の時間Ｔ12の合計をＴ1
として、デューティーパーセント（％）＝Ｔ1 ／（Ｔ1
＋Ｔ2 ）×１００、傾きパーセント（％）＝Ｔ11／Ｔ1
×１００＝Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ12）×１００とする。

【００２５】図１９は、上記の実験において現像に用い
た現像バイアスの交流成分の１周期における傾きパーセ
ント及びデューティーパーセントと、得られた５ｍｍ角
の画像の掃き寄せ及び濃度薄の発生状態との関係を示し
た説明図である。デューティーパーセントは５．０〜９
５．０％まで変化させ、そのそれぞれのデューティーパ
ーセントにおいて傾きパーセントを０．５〜９９．５％
まで変化させた。

【００２６】図１９から分るように、５．０〜９５．０
％の全てのデューティーパーセントにおいて、傾きパー
セントを６０．０〜９０．０％に設定すると、画像の掃
き寄せは実用上問題のないレベルまでなくなり、傾きパ
ーセントが０．５〜６０．％の範囲では掃き寄せは完全
になくなった。又デューティーパーセントを１０．０〜
２０．０％に設定すると、画像の濃度薄は実用上問題の
ないレベルになり、２０．０〜９９．５％にすると十分
な濃度が得られた。

【００２７】その理由は定かではないが、以下のように
考えられる。先ず初めに、掃き寄せの起こるメカニズム
について述べる。

【００２８】図２０は、現像バイアスを印加した現像ス
リーブと感光ドラムとのＳＤ間における電気力線を示す
断面図である。図２０に示されるように、現像スリーブ
２と感光ドラム１とのＳＤ間の横方向上の間隔の狭い中
心部１３では、電気力線ｈはほぼ直線状になっている
が、その両側の間隔が広い端部１４では電気力線ｈはゆ
がんでいる。図２１は、現像スリーブ２と対向した感光
ドラム１の表面が画像部Ｒｂ（図２２参照）になってい
るときの、ＳＤ間の横方向上の端部１４における電界の
力によるトナーの運動方向を模式的に示した説明図であ
る。

【００２９】図２１に示すように、現像スリーブ２から
飛翔したトナーは、ＳＤ間の横方向上の端部１４におけ
るゆがんだ電気力線ｈ₁ 上の点ａ₁ で、その接線方向に
ベクトル速度Ｖ１を持つ。次の瞬間トナーが点ａ₂ に来
たときに、トナーは点ａ₂ での電気力線ｈ₂ の接線方向
にベクトル速度Ｖ₂ を持つ。すると、トナーは点ａ₂か
らこれらのベクトル速度を合成したベクトル（Ｖ₁ ＋Ｖ
₂ ）の方向に飛ぶ。従ってＳＤ間の端部１４では、図２
２に示すように、現像スリーブ２からのトナーｔは電気
力線ｈの通りには飛ばずに、図中、飛翔軌跡Ｑ１で示さ
れるように、感光ドラム１との間で外側にずれるように
往復運動をする。

【００３０】又図２３に示すように、感光ドラム１の非
画像部Ｒａ（感光ドラム表面電位：−６００Ｖ）とこれ
に続く上流側の画像部Ｒｂ（感光ドラム表面電位：−１
００Ｖ）との境界である画像先端エッジ部Ｒｃが、電気
力線のゆがんでいるＳＤ間の端部１４に来ると、画像部
Ｒｂよりも下流側にある現像スリーブ２上のトナーｔ
が、軌跡Ｑ２に示すように飛翔して、画像部Ｒｂ側へ移
動する。これにより画像先端エッジ部Ｒｃにトナーｔが
集中して、その集中したトナーが現像スリーブ２の上流
側に戻るために、ＳＤ間の端部１４に対応した現像スリ
ーブ２の上流側位置にトナーｔの大きな溜りＭができ
る。

【００３１】次いで図２４に示すように、ＳＤ間の端部
１４に画像部Ｒｂが位置した状態になると、現像スリー
ブ２上のトナーｔは、軌跡Ｑ３のように外側にずれた往
復運動をする。これにより現像スリーブ２が回転するに
拘わらず、現像スリーブ２の上流側の一定位置にトナー
の溜りＭが形成され続け、その堆積するトナーｔは更に
多くなって行く。

【００３２】そして図２５に示すように、感光ドラム１
の回転によりその画像部Ｒｂとこれに続く上流側の非画
像部Ｒｄとの境界である画像後端エッジ部ＲｅがＳＤ間
の端部１４に来ると、電界は画像後端エッジ部Ｒｅに集
中し、現像スリーブ２上のトナー溜りＭのトナーｔは画
像後端エッジ部Ｒｅに引き寄せられる。これによりトナ
ー溜りＭのトナーｔがＳＤ間を往復運動しながら、画像
後端エッジ部Ｒｅの移動に伴い下流に移動してＳＤ間を
通過する。

【００３３】最後に図２６に示すように、ＳＤ間の広く
なった点で、トナー溜りＭのトナーｔが画像部Ｒｂの後
端に付着し、かくして、感光ドラム１上に形成されたト
ナー像Ｒの後端部に掃き寄せＲｆが形成される。

【００３４】以上のことから、画像の掃き寄せを発生さ
せないためには、電気力線のゆがんでいるＳＤ間の端部
においてトナーの往復運動を抑制することが効果的であ
る。又非接触現像法において十分な画像濃度を得るため
には、ＳＤ間の中央部で十分なトナーの往復運動を行な
わせることが必要であることは、従来から知られている
ことである。

【００３５】一般に、ＳＤ間の距離をｄSD、現像スリー
ブ２の電位をＶs 、トナーの電荷量をＱt とすると、ト
ナーは、Ｆt ∝Ｑt ×Ｖs ／ｄSD なる力Ｆt を現像バイアスによる電界から受けて移動す
る。

【００３６】現像スリーブ上のトナーの単位質量当たり
が有する電荷量は、図２７に示すように、一様でなく分
布を持っており、トナーが受ける電界からの力及び現像
スリーブから受ける鏡映力は、個々のトナーの電荷量に
よって異なって来る。電荷量の小さいトナーは鏡映力が
小さいために、電界から受ける力が弱いときでもＳＤ間
を往復運動することは可能であるが、その場合、往復運
動の速度は加速度が小さいために遅い。反対に電荷量の
大きいトナーは鏡映力が大きいために、電界から受ける
力が強いときでなければＳＤ間を往復運動することはで
きないが、その往復運動の速度は加速度が大きいために
速い。

【００３７】図２８は、立ち下がり規定バイアスを印加
した現像スリーブのＳＤ間の端部での電位と、現像スリ
ーブからのトナーの感光ドラム方向への移動時間との間
の関係を示した説明図である。即ち、図２２のように、
現像スリーブ２と対向した感光ドラム１表面が画像部に
なっているときに、その現像スリーブ２、感光ドラム１
のＳＤ間の広い端部１４において、立ち下がり規定バイ
アス下で現像スリーブ２から離れたトナーが感光ドラム
１方向への力を受けて移動する時間を示したものであ
る。

【００３８】図２８において、現像スリーブの電位がＶ
ａになると、電荷量の小さなトナー（これをｔａとす
る）に対するＳＤ間の現像バイアスによる電界からの力
は、トナーｔａの現像スリーブから受ける鏡映力よりも
強くなって、トナーｔａは現像スリーブから感光ドラム
方向へ移動を始めるが、現像スリーブの電位がすぐに画
像部電位Ｖｃと同電位になるので、その間のトナーｔａ
の移動時間Ｔａは短い。

【００３９】一方、電荷量の大きなトナー（これをｔｂ
とする）の現像バイアスによる電界から受ける力が、現
像スリーブからの鏡映力よりも強くなるためには、現像
スリーブの電位が負方向により大きなＶｂにならなけれ
ばならないために、トナーｔｂは現像スリーブから離れ
ることができない。

【００４０】従ってトナーの電荷量に関係なく全てのト
ナーについて、ＳＤ間の広い端部における往復運動を抑
えることができ、掃き寄せの発生を防ぐことができる。

【００４１】図２９は、立ち下がり規定バイアスを印加
した現像スリーブのＳＤ間の中央部での電位と、現像ス
リーブからのトナーの感光ドラム方向への移動時間との
間の関係を示した説明図である。

【００４２】図２９において、現像スリーブの電位がＶ
ａになると、電荷量の小さなトナーｔａに対するＳＤ間
の現像バイアスによる電界からの力が、トナーｔａの現
像スリーブから受ける鏡映力よりも強くなって、トナー
ｔａは現像スリーブから感光ドラム方向へ移動を始め
る。そして今度の場合は、トナーｔａが移動を始めてか
ら現像スリーブが電位Ｖｃになるまでの時間が長いの
で、トナーｔａの移動時間Ｔａが長くなり、ＳＤ間を十
分に往復運動することができる。

【００４３】又電荷量の大きいトナーｔｂは、現像スリ
ーブの電位がＶｂになると感光ドラム１への移動を始め
る。このトナーｔｂの移動時間ＴｂはＴａよりも短い
が、トナーｔｂは、上記したように加速度がトナーｔａ
よりも大きいために、トナーｔｂの速度はトナーｔａの
場合よりも速く、従って短い時間ではあるが十分に往復
運動することができる。

【００４４】以上のように、立ち下がり規定バイアスの
現像バイアスによれば、現像バイアスの交流成分の立ち
下がりの過程により、個々の電荷量のトナーに応じたＳ
Ｄ間の往復運動を制御して、トナーの電荷量に拘わらず
全てのトナーについて、ＳＤ間の広い端部におけるトナ
ーの往復運動を抑え、ＳＤ間の狭い中央部でのトナーの
往復運動を十分に行なわせることができるので、現像に
より得られる画像に掃き寄せ及び濃度薄が発生するのを
抑制することができる。

【００４５】以上から、本発明では、画像の履き寄せ及
び濃度薄を防止するために、上述したように、現像バイ
アスの１周期における時間Ｔ11のＴ1 （＝Ｔ11＋Ｔ12）
に対する割合を示す傾きパーセント（Ｔ11／Ｔ1 ×１０
０）を１０．０≦Ｔ11／Ｔ1 ×１００≦９０．０好ましくは、２０．０≦Ｔ11／Ｔ1 ×１００≦６０．０の関係を満たすように設定するのである。

【００４６】上記において、現像バイアスの立ち上がり
の時間が、図３０に点線で示すように長くなると、電荷
量の小さいトナーｔａの移動時間がＴａからＴａ′のよ
うに変化して長くなるので、ＳＤ間の端部においてトナ
ーの往復運動が起こって掃き寄せが発生する。従って立
ち上がり時間は短ければ短いほどよい。

【００４７】以下、本発明の実施例を説明するが、本発
明はこれに限定されるものではない。

【００４８】実施例１図１は、本発明の現像装置の一実施例を示す構成図であ
る。本実施例では、現像装置の現像スリーブ２に印加す
る現像バイアスとして、立ち下がり規定バイアスを用い
ることに大きな特徴を有するが、更にその現像装置を組
込んだ画像形成装置を使用する地域の高度により、立ち
下がり規定バイアスの感光ドラム方向のトナー付勢過程
の電位Ｖmax を変更できるように構成したことがもう１
つの大きな特徴である。

【００４９】即ち、図１に示すように、バイアス電源８
にＶmax の切換え制御器２６を設置し、これに気圧セン
サ２７をその制御部２５を介して接続して、気圧センサ
２７で高度が２０００ｍを超えたことを検知したとき
に、それを制御部２７で判断して切換え制御器２６を作
動させ、切換え制御器２６がＶmax の値を切換えて低い
値に変更できるようにした。

【００５０】本実施例のその他の構成は、先の図９に示
した従来の現像装置と基本的に同じで、図１において図
９に付した符号と同一の符号は同一の部材を示す。

【００５１】本実施例において、図１の現像装置に対
し、キヤノン販売（株）から市販されているＣＬＣ２０
０用の黒トナーを使用し、現像バイアスとして図２に示
す立ち下がり規定バイアスを用いた。

【００５２】即ち、立ち下がり規定バイアスは、周波
数：１０００Ｈｚ、波形の積分平均値Ｖｄｃ：−２００
Ｖ、Ｖmax ：−１５００Ｖ、Ｖmin ：＋１００Ｖ、デュ
ーティーパーセント：３０％、傾きパーセント：３３．
３％である。Ｖmax は気圧センサ２７を作動させず−１
５００Ｖに固定した。図２には、従来公知のデューティ
ーバイアスとの違いを明確にするために、その従来のデ
ューティーバイアスを点線で併せて書き込んである。

【００５３】上記の立ち下がり規定バイアスを現像に用
いて画像形成を行なった結果、掃き寄せ及び濃度薄のな
い良好な画像を得ることができた。

【００５４】上記において、Ｖmax ＝−１５００Ｖとい
う値は、高度２０００ｍ程度の高地（例えばメキシコ・
シティー）で火花放電が発生しないように、バイアス電
源の公差を見込んで設定した従来から採用している値で
あるが、電子機器の普及に伴い更に高度の高い地域（例
えば高度３５００ｍ以上のラ・パス等）でも画像形成装
置の使用が見込まれ、その高度の高い地域では、Ｖmax
の値は更に低くして−１２００Ｖ程度にする必要があ
る。

【００５５】そこで、本実施例では、画像形成装置を高
度の高い地域で用いる場合に、その現像装置の気圧セン
サ２７で気圧変化により高度を検知し、高度が２０００
ｍを超えたことを検知したら、制御部２７を介して切換
え制御器２６を作動させ、Ｖmax の値を−１５００Ｖか
ら−１２００Ｖに切換えるようにした。

【００５６】上記の気圧センサ２７には、自動車のエン
ジン制御に使用されている三菱電気（株）製ＭＰＳ１１
０１Ｔ型圧力センサを用いた。この圧力センサは、シリ
コン半導体のピエゾ抵抗効果を利用して、圧力の微小な
変化をシリコン半導体の抵抗変化を介して電圧の変化と
して検知するもので、図３に示すように、圧力導入パイ
プ４０が取付けられたステム４１上に、パイプ４０と連
通した中心孔４２ａを有するシリコン台座４２を設け、
その台座４２上の中心孔４２ａの位置に、パイプ４０か
ら導入された圧力の変化を検知するシリコンチップ４３
を設けてなっている。シリコンチップ４３から発生され
た電圧は、ステム４１に取付けられたリードピン４４に
金線４５を介して出力される。ステム４１上には金属キ
ャップ４６を被せて半田４７で閉じることにより、シリ
コーンチップ４３を台座４２ごと真空封止している。上
記の圧力センサは、外径１０ｍｍ程度と小さく、裏面受
圧方式のためトナーによる汚染の虞もないので、画像形
成装置の任意な場所に設置できる利点がある。

【００５７】本実施例では、以上のように、画像形成装
置を使用する地域の高度が２０００ｍを超えたときに、
現像装置の現像スリーブ２へ印加する立ち下がり規定バ
イアスのＶmax の値を−１５００Ｖから−１２００Ｖに
低下するので、２０００ｍを超える高地地域において
も、現像スリーブ２と感光ドラム１との間で火花放電が
生じる虞がなく、火花放電によるノイズの発生がない。
従って画像形成装置の安定性を確保したまま、立ち下が
り規定バイアスにより、掃き寄せ及び濃度薄の発生防止
を図った現像を行なうことができる。

【００５８】但し、この場合、立ち下がり規定バイアス
のＶmax の値を弱くすることから、濃度薄防止効果が不
十分になることが懸念されるが、これには、従来公知の
濃度変更手段により濃度を高めることにより対処するこ
とができる。具体例としては、ユーザーが画像形成装置
本体に設けられたボリューム等によりＶmin の値をマイ
ナス方向（例えば＋１００Ｖから０Ｖ）にシフトさせ、
トナーを現像スリーブ側に引き戻す力を弱めて、濃度を
高めることが挙げられる。これにより、カブリ取りが多
少落ちるが、実用上問題ないレベルで濃度が十分な画像
が得られる。

【００５９】従って本実施例の現像装置によれば、高地
地域においても、良好な現像を行なって、濃度薄がほぼ
なく、掃き寄せもない高品質な画像を得ることができる
と共に、現像スリーブと感光ドラムとの間の火花放電を
防いで、画像形成装置の安定性を確保することができ
る。

【００６０】以上では、現像剤として一成分現像剤の非
磁性トナーを用いたが、本発明はこれに限られず、一成
分現像剤の磁性トナーを用いてもよく、更に二成分現像
剤を用いてもよく、同様な効果を得ることが可能であ
る。又負に帯電するトナーでなく、正に帯電するトナー
を用いることもでき、この場合は現像バイアスの正負の
極性を逆に設定すればよい。更に現像には反転現像法を
用いたが、正規現像法を用いてもよく、同様の効果が得
られる。

【００６１】実施例２本実施例では、実施例１と同様、現像バイアスとして立
ち下がり規定バイアスを用い、高地地域での火花放電を
防止するために、立ち下がり規定バイアスの感光ドラム
方向のトナー付勢過程（Ｂ）の電位Ｖmax を小さくし
た。本実施例は、そのＶmax を小さくしたときの濃度補
正手段として、デューティーパーセントを可変としたこ
とが特徴である。

【００６２】実施例１において、Ｖmax を−１５００Ｖ
から−１２００Ｖに小さくすると、図１の現像スリーブ
２からトナーを感光ドラム１に到達させる力が弱まる。
それを補うために、トナーを現像スリーブ２の方向に引
き戻そうとする力を作用させる電界であるＶmin （立ち
下がり規定バイアスにおける現像スリーブ方向のトナー
付勢過程）（Ａ）の電位）の値をマイナス方向にシフト
させると、現像スリーブ２方向へのトナー引き戻し力が
弱まって両者の力が釣り合い、画像の濃度を維持するこ
とが可能になるが、現像スリーブ方向へのトナー引き戻
し力の弱まりから画像にカブリが多くなるので、Ｖmin
を大きく変えることができない。

【００６３】そこで、本実施例では、図４に示すよう
に、カブリに影響するＶmin の値を変えずにＶmin の時
間（Ｔ2 ）を減らし、トナーを現像スリーブ方向へ移動
させるＶmax の時間（Ｔ11）を延ばした。即ち、図１８
を参照して説明したデューティーパーセント＝Ｔ1 ／
（Ｔ1 ＋Ｔ2 ）×１００において、実施例１のときより
も、Ｔ2 を減らしＴ11＋Ｔ12＝Ｔ1 なるＴ11を延ばすよ
うに、デューティーパーセントを変更した。

【００６４】従って本実施例によれば、高度２０００ｍ
を超える地域で使用する画像形成装置の現像装置に対
し、画像形成装置がユーザーの手に渡る前の工場からの
出荷時か販売店での販売時に、Ｖmax の値を−１５００
Ｖから−１２００Ｖに変更し、その際同時に、上記した
如く、現像バイアスのデューティーパーセントの変更を
行なう。これにより、高地地域での火花放電を防いで画
像形成装置の安定性を保つと共に、現像時の濃度とカブ
リの問題を両立して、良好な現像により濃度薄及び掃き
寄せのない高品質な画像を得ることを実現した。

【００６５】実施例３図５は、本発明の現像装置の更に他の実施例を示す構成
図である。本実施例での装置構成上の特徴は、図１の現
像装置において、バイアス電源８に設置したＶmax の切
換え制御器２６に気圧センサ２７の他に、図５に示すよ
うに、温度センサ２８と湿度センサ２９を更に設けたこ
とである。これら温度センサ２８、湿度センサ２９は、
温湿度センサ制御部３０を介して切換え器２６に接続さ
れる。

【００６６】本実施例では、温度センサ２８に一般的な
熱電対の温度センサを用いた。湿度センサ２９には、松
下電機産業（株）製ＥＹＨＨ０２Ｎ型湿度センサを用い
た。さて、画像形成装置を低地地域から高地地域に移動
すると、画像形成装置は気圧の変化のみならず、気候の
変化による温度と湿度の環境変化にさらされる。

【００６７】一般に、図６のＢ点で示される常温常湿
（Ｎ／Ｎ）の環境下では、現像スリーブ上の負極性トナ
ーは、図７（ｂ）に示すように、その摩擦帯電電荷量の
分布（電荷量のトナー個数分布）がほぼ負側に納まって
いるが、図６のＡ点で示される高温高湿（Ｈ／Ｈ）環境
下では、図７（ａ）に示すように、トナーの電荷量分布
は、全体的にプラス方向にシフトすると共に幅が広くな
る。このためトナーは、現像スリーブ２との鏡映力が低
下し、感光ドラム１方向に飛び易くなって画像濃度が上
昇するが、電荷量分布が広くなるために掃き寄せは多く
なる。一方、図６のＣ点で示される低温低湿（Ｌ／Ｌ）
環境下では、図７（ｃ）に示すように、トナーの電荷量
分布は、全体的にマイナス方向にシフトすると共に幅が
狭くなり、トナーの現像スリーブ２との鏡映力が高くな
って、感光ドラム１方向に飛びにくくなるため画像濃度
が低下する。

【００６８】そこで、本実施例では、表１に示すよう
に、気圧センサ２７による気圧検知での気圧変化に伴う
Ｖmax の制御と、それに伴う濃度補正のためのデューテ
ィーパーセントの制御とに加え、温湿度センサ２８、２
９による温湿度検知での温湿度の変化に伴う濃度と掃き
寄せの補正のための傾きパーセントの制御を更に行なっ
た。

【００６９】

【表１】

【００７０】即ち、表１に示すように、高度１０００ｍ
以下の低地では、Ｖmax の値を−１７００Ｖまで高め
て、潜像とのコントラストを非常に高く取ることができ
るようにし、これにより高い現像効率が得られるので、
デューティーパーセントは低めて濃度を抑えるようにし
た。本実施例で使用したＨ／Ｈ環境での現像バイアスの
波形を図８に示す。

【００７１】使用環境がＨ／ＨからＮ／Ｎ、Ｌ／Ｌと温
湿度が低下していくと、履き寄せは減少していくが、濃
度も低下していくので、表１に示すように、傾きパーセ
ントを増加させて、濃度を補正するようにした。

【００７２】高度が高くなり気圧が低下すると、火花放
電防止のためにＶmax の値を低めるので、現像効率が低
下するが、これを、デューティーパーセントを高めるこ
とにより濃度補正した。温湿度の変化による画質の変化
の補正は、低地と同様、傾きパーセントを増加すること
により補正される。

【００７３】本実施例では、以上のような構成を採った
ので、画像形成装置を低地地域と高地地域を行き来して
使用する場合にも、火花放電の発生する虞がなく、又温
湿度の変化による画質の変化もなく常に安定した状態
で、それぞれの地域における最も画質の良い状態で装置
を使用することが可能になった。

【００７４】以上では、場合分けにより、大まかに気圧
変動と温湿度変動を補正したが、従来公知の画像形成濃
度検知手段と組合せることにより、更に細かく且つ正確
に画像形成補正を行なうことができることは言うまでも
ない。

【００７５】又気圧変動と温湿度変動を補正する手段を
組合せて説明したが、予め使用環境の気圧が分っている
場合には、温湿度変動のみを検知して、画像形成補正を
するだけでよい。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の現像装置
では、現像時に現像剤担持体に印加される直流電圧と交
流電圧を重畳した現像バイアスとして立ち下がり規定バ
イアスを採用し、そのバイアスの交流成分の１周期にお
ける立ち下がり過程を所定の範囲となるように規定して
用いたので、現像で掃き寄せ及び濃度薄のない良好な画
像を容易に得ることができる。更にその立ち下がり規定
バイアスのＶmax 調整手段を設けることにより、リーク
電界の高い平地においては画質を最優先して、Ｖmax の
値を高地でのリーク限界以上に設定することが可能とな
り、高地においても火花放電の発生しない高安定の画像
形成装置を得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像装置の一実施例を示す構成図であ
る。

【図２】図１の現像装置で使用した現像バイアスを示す
波形図である。

【図３】現像装置のバイアス電源に設けた気圧センサの
一例を示す断面図である。

【図４】本発明の現像装置の他の実施例で使用した現像
バイアスを示す波形図である。

【図５】本発明の現像装置の更に他の実施例を示す構成
図である。

【図６】図５の現像装置の使用環境の温湿度の範囲によ
る区分を示す説明図である。

【図７】図６の区分の各環境における現像スリーブ上の
負極性トナーの摩擦帯電電荷量の分布を示すグラフであ
る。

【図８】図５の現像装置において高温高湿環境で使用し
た現像バイアスを示す波形図である。

【図９】従来の現像装置を示す構成図である。

【図１０】図９の現像装置で用いられている現像バイア
スを示す波形図である。

【図１１】同じく現像バイアスの他の例を示す波形図で
ある。

【図１２】同じく現像バイアスの更に他の例を示す波形
図である。

【図１３】同じく現像バイアスの更に他の例を示す波形
図である。

【図１４】同じく現像バイアスの更に他の例を示す波形
図である。

【図１５】図１４の現像バイアス等を用いて現像した場
合に得られるトナー像に履き寄せが発生したことを示す
説明図である。

【図１６】本発明で現像バイアスとして用いた立ち下が
り規定バイアスを示す波形図である。

【図１７】本発明での現像実験で用いた装置を示すブロ
ック図である。

【図１８】図１７の装置による実験で現像に用いた現像
バイアスの交流成分の１周期における各要素過程を書き
込んだ波形図である。

【図１９】同じく現像バイアスの交流成分の１周期にお
ける傾きパーセント及びデューティーパーセントと、得
られた５ｍｍ角の画像の掃き寄せ及び濃度薄の発生状態
との関係を示した説明図である。

【図２０】現像バイアスを印加した現像スリーブと感光
ドラムとのＳＤ間における電気力線を示す断面図であ
る。

【図２１】現像スリーブと対向した感光ドラムの表面が
画像部になっているときの、現像バイアスを印加したＳ
Ｄ間の横方向上の端部における電界の力によるトナーの
運動方向を模式的に示した説明図である。

【図２２】現像バイアスを印加したＳＤ間でのトナー挙
動により画像の履きを寄せが発生するメカニズムの一部
を説明する断面図である。

【図２３】同じくメカニズムの一部を説明する断面図で
ある。

【図２４】同じくメカニズムの一部を説明する断面図で
ある。

【図２５】同じくメカニズムの一部を説明する断面図で
ある。

【図２６】同じくメカニズムの一部を説明する断面図で
ある。

【図２７】現像スリーブ上のトナーの単位質量当たりが
有する電荷量分布を示すグラフである。

【図２８】立ち下がり規定バイアスを印加した現像スリ
ーブのＳＤ間の端部での電位と、現像スリーブからのト
ナーの感光ドラム方向への移動時間との間の関係を示し
た説明図である。

【図２９】立ち下がり規定バイアスを印加した現像スリ
ーブのＳＤ間の中央部での電位と、現像スリーブからの
トナーの感光ドラム方向への移動時間との間の関係を示
した説明図である。

【図３０】立ち上がりの時間が長い現像バイアスを示す
波形図である。

【符号の説明】

１感光ドラム２現像スリーブ３塗布ローラ６現像容器７弾性ブレード８バイアス電源１２現像装置２１波形発生器２３現像装置２７気圧センサ２８温度センサ２９湿度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林哲也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)発明者笹目裕志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)発明者前橋洋一郎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)発明者早川竜彦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)発明者小林達也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)発明者藤井春夫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】現像剤担持体上に現像剤を担持して像担
持体と対向した現像部へ搬送し、前記現像部において前
記現像剤担持体と像担持体との間に交流電界乃至は交流
電圧に直流電圧を重畳した現像バイアスを印加して、前
記像担持体上に形成された静電潜像を前記現像剤により
現像する現像装置において、前記現像バイアスの交流成
分の１周期における、前記現像剤を前記像担持体から現
像剤担持体に向かう方向に付勢する電界（Ｖmin ）を形
成する過程（Ａ）から、前記現像剤を前記現像剤担持体
から像担持体に向かう方向に付勢する電界（Ｖmax ）を
形成する過程（Ｂ）に移行する間の過程（Ｃ）の時間
（Ｔ12）と、前記過程（Ｂ）の時間（Ｔ11) とが、１０．０≦Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ12）×１００≦９０．０の関係を満たし、且つ前記電界（Ｖmax ）及び／又は電
界（Ｖmin ）の値が気圧変動に応じて可変であることを
特徴とする現像装置。
【請求項２】前記過程（Ｃ）の時間（Ｔ12）と、前記
過程（Ｂ）の時間（Ｔ11) とが、２０．０≦Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ12）×１００≦６０．０の関係を満たす請求項１の現像装置。
【請求項３】前記電界（Ｖmax ）の値が気圧検知手段
による気圧検知結果より制御される請求項１又は２の現
像装置。
【請求項４】現像剤担持体上に現像剤を担持して像担
持体と対向した現像部へ搬送し、前記現像部において前
記現像剤担持体と像担持体との間に交流電界乃至は交流
電圧に直流電圧を重畳した現像バイアスを印加して、前
記像担持体上に形成された静電潜像を前記現像剤により
現像する現像装置において、前記現像バイアスの交流成
分の１周期における、前記現像剤を前記像担持体から現
像剤担持体に向かう方向に付勢する電界（Ｖmin ）を形
成する過程（Ａ）から、前記現像剤を前記現像剤担持体
から像担持体に向かう方向に付勢する電界（Ｖmax ）を
形成する過程（Ｂ）に移行する間の過程（Ｃ）の時間
（Ｔ12）と、前記過程（Ｂ）の時間（Ｔ11) とが、１０．０≦Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ12）×１００≦９０．０又は２０．０≦Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ12）×１００≦６０．０の関係を満たし、且つ前記現像装置が組込まれる画像形
成装置内の温度及び／又は湿度を検知する手段を設置
し、前記検知手段での検知結果を加味して、温度及び／
又は湿度の変化に伴う補正を加えるように、前記Ｔ11／
（Ｔ11＋Ｔ12）×１００の値の値、及び／又は前記時間
（Ｔ11) と時間（Ｔ12）の和（Ｔ1 ）と前記過程（Ａ）
の時間（Ｔ2 ）とから、Ｔ1 ／（Ｔ1 ＋Ｔ2 ）×１００により求められるデューティーパーセントの値を選択す
ることを特徴とする現像装置。
【請求項５】前記Ｔ11／（Ｔ11＋Ｔ12）×１００の
値、前記電界（Ｖmax）の値及び前記デューティーパー
セントの値のうちの少なくとも１つ以上が、気圧検知手
段による気圧検知結果を加味して制御される請求項４の
現像装置。