JPH10232562A

JPH10232562A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH10232562A
Application number: JP3794697A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Anzai; 正保安西; Tsuneaki Kawanishi; 恒明川西; Yoshitaka Fujinuma; 善隆藤沼; Hiroyoshi Matsumoto; 博好松本; Yasuo Takuma; 康夫詫間; Hisao Okada; 久雄岡田
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】２本の現像ローラの現像領域における摺擦
力、移動速度、現像剤並びに記録体の電気特性を整合す
ることにより、均一な画像を得る。【解決手段】互いに逆方向に回転する２本の現像ロー
ラ６１，６２を用い、第１現像ローラ６１の移動方向が
感光体ドラム１の移動方向と逆方向であって、該周速の
感光体ドラム１の周速に対する周速比は０．５〜２．５
であり、第２現像ローラ６２の移動方向が感光体ドラム
１の移動方向と同方向であって、該周速の感光体ドラム
１の周速に対する周速比は１．５〜３．５であり、第１
現像ローラ６１で形成される現像剤の現像ブラシと感光
体ドラム１との摺擦力と、第２現像ローラ６２による現
像剤の現像ブラシと感光体ドラム１との摺擦力の比が
０．９〜２．１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真法や静電
記録法を用いて、着色トナー像を用紙等の転写材に形成
する画像形成装置に係り、特に感光体や誘電体などの記
録体に形成した静電電荷潜像を、その記録体の移動方向
に沿って配置されて互いに逆方向に回転する第１現像ロ
ーラと第２現像ローラにより、磁性キャリアとトナーと
を主成分とする２成分磁性現像剤で現像する画像形成装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真法や静電記録法におい
て、記録体である光導電感光体や誘電体に電荷潜像を作
り、これを互いに逆方向に回転する２本の現像ローラに
より、磁性キャリアとトナーを主成分とする２成分磁性
現像剤で現像する方式が、特公昭５４−１０８６９号公
報、公表特開平１−５０３８１１号公報、実公昭６３−
１５８８１号公報、米国特許明細書第 4,442,790号等に
開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の従来方式
では、現像能力が増大するために高画像濃度域での現像
方向むらの発生を防ぐことができるが、高抵抗現像剤を
用いたとき、画像濃度がＤ≦１である低画像濃度域や、
網点あるいは線構成の中間調画像では現像ブラシの方向
にむらが残るという問題があった。

【０００４】図８は、従来の静電潜像現像装置におい
て、しばしば見られる画像欠陥を説明するための図であ
る。図８（イ）は縦横３ｃｍ程度の大きさの黒ベタ部３
３の中に線幅１〜２ｍｍの白抜き部３４を記録したもの
で、現像ブラシの相対移動方向が矢印方向の場合の例で
ある。

【０００５】黒ベタ部３３の後端部が鮮明に現像されな
い現象、後端部欠け３５、白抜き部３４の先端部が現像
されにくい現象、先端部抜け３６が発生している。ま
た、これらの現象は現像ブラシの相対移動方向と画像部
周辺部の電気力線とに基づいて現れるもので、例えば画
像濃度Ｄ＝１以下の低画像濃度のとき著しく、現像能力
を上げて高画像濃度とすると目立たなくなるが、細線の
白抜き画像を再現し難く、またトナー使用量が多くなる
等の欠点がある。

【０００６】図８（ロ）は長さ１０ｍｍ、幅０．１ｍｍ
程度の細線３７が０．２ｍｍ程度の間隔で約１００本
（幅約２０ｍｍ）並び、その手前に幅３ｍｍ、長さ１０
ｍｍ程度の太線３９を記録したときの像の例である。

【０００７】この場合の後端部欠け３８は、太線３９が
あるところは少ない。この現象は現像ブラシの相対移動
方向、画像部周辺部の電気力線、現像剤のキャリア内に
誘導される電荷とに基づき現れるもので、例えば画像濃
度Ｄ＝１以下の低画像濃度のとき著しく、現像能力を上
げて高画像濃度とすると目立たなくなるが、細線の再現
が難しくなる。

【０００８】図８（ハ）は、１００〜６００線の網点部
４０の中に黒ベタ部４１を記録したときに発生する欠陥
像の例である。

【０００９】前述の後端部欠けの他、黒ベタ周辺部での
画像濃度低下、あるいは白抜けによるフリンジ像４２が
発生するが、前端部の方が著しく、左右並びに後端部は
少ない。この現象は現像ブラシの相対移動方向、画像部
周辺部の電気力線に基づき現れるもので、例えば画像濃
度Ｄ＝１以下の低画像濃度のとき著しく、現像能力を上
げて高画像濃度とすると目立たなくなるが、網点が潰れ
やすくなるなどの欠点を有している。

【００１０】本発明者らはこの画像欠陥について種々検
討した結果、第１現像ローラの周速と記録体の周速との
比、ならびに第２現像ローラの周速と記録体の周速との
比が大きく関与していることを見出した。

【００１１】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消し、優れた画像品質が得られる画像形成装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明の第１の手段は、感光体や誘電体などの記録
体に形成した静電電荷潜像を、その記録体の移動方向に
沿って配置されて互いに逆方向に回転する第１現像ロー
ラと第２現像ローラにより、磁性キャリアとトナーとを
主成分とする２成分磁性現像剤で現像する画像形成装置
を対象とするものである。

【００１３】そして前記第１現像ローラの移動方向が前
記記録体の移動方向と逆方向であって、第１現像ローラ
の周速（Ｖｄ１）と記録体の周速（Ｖｐ）との周速比
（Ｓ１＝Ｖｄ１／Ｖｐ）が０．５〜２．５の範囲に規制
され、かつ前記第２現像ローラの移動方向が記録体の移
動方向と同方向であって、第２現像ローラの周速（Ｖｄ
２）と記録体の周速（Ｖｐ）との周速比（Ｓ２＝Ｖｄ２
／Ｖｐ）が１．５〜３．５の範囲に規制されていること
を特徴とするものである。

【００１４】本発明の第２の手段は、前記第１の手段に
おいて、第１現像ローラの周速比（Ｓ１）が第２現像ロ
ーラの周速比（Ｓ２）以下（Ｓ１≦Ｓ２）であることを
特徴とするものである。

【００１５】本発明の第３の手段は、前記第１の手段ま
たは第２の手段において、前記第１現像ローラで形成さ
れる現像剤の磁気ブラシと記録体との摺擦力（Ｆ１）
と、前記第２現像ローラで形成される現像剤の磁気ブラ
シと記録体との摺擦力（Ｆ２）の比（Ｆ１／Ｆ２）が
０．９〜２．１の範囲に規制されていることを特徴とす
るものである。

【００１６】本発明の第４の手段は、前記第１の手段に
おいて、前記記録体が有機光導電体から構成され、その
光導電体の比誘電率が３〜５で、かつ有機光導電体の層
厚が２０〜６０μｍの範囲に規制されていることを特徴
とするものである。

【００１７】本発明の第５の手段は、前記第１の手段に
おいて、前記磁性キャリアの動的電気抵抗値が１０⁷〜
１０¹⁰Ω・ｃｍ、現像剤の動的電気抵抗値が１０⁸〜１
０¹¹Ω・ｃｍの範囲に規制されていることを特徴とする
ものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、静電記録法や電子写真
法において、記録体上に形成された静電電荷潜像を現像
してトナー像を得る画像形成装置に関するが、以下説明
の都合上、電子写真法による画像形成装置について述べ
る。

【００１９】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザ
プリンタの構成図である。同図に示すように光導電性の
感光体ドラム１は矢印Ａ（時計回り）方向に回転し、そ
の周囲には電子写真プロセス順に帯電チャージャ２、レ
ーザビーム（光書き込み系）３、現像器４、転写ローラ
１７、クリーナ２９が配置されている。

【００２０】感光体ドラム１をチャージャ２で一様に帯
電した後、レーザビーム３で静電電荷潜像を形成する。
ここで、本発明に適する感光体ドラム１の移動速度（周
速）は１０〜５０ｃｍ／ｓ、好ましくは２０〜４０ｃｍ
／ｓ程度である。これは１０ｃｍ／ｓ未満のような低速
では画像欠陥が出やすく、５０ｃｍ／ｓを超える高速で
は現像能力が不足するためである。

【００２１】感光体ドラム１の直径は４０〜１５０ｍ
ｍ、高速小形なプリンタを実現するに適する直径は６０
〜１２０ｍｍ程度、好ましくは６０〜１００ｍｍであ
る。帯電極性はプラス、マイナス何れでも良いが、ここ
ではプラスとする。帯電電圧は５００ないし１０００
Ｖ、例えば７００Ｖに帯電する。露光はイメージライテ
ィング、即ち画像部露光である。

【００２２】続いて現像器４で反転現像し、プラス極性
のトナー像を感光体ドラム１上に形成する。露光をバッ
クグランドライティングとし正規現像しても良いが、本
発明は反転現像の場合により効果を発揮する。

【００２３】次に現像器４の動作について説明する。感
光体ドラム１と逆方向に回転する第１現像ローラ６１
と、感光体ドラム１と同方向に回転する第２現像ローラ
６２とは、内部にそれぞれ固定されたマグネット５１、
マグネット５２を有し、これらマグネット５１，５２の
磁力により、それぞれの現像ローラ６１，６２に磁性キ
ャリアと着色トナー（磁性もしくは非磁性）とを主成分
とする２成分磁性現像剤を吸着し、さらに第１、第２現
像ローラ６１，６２のそれぞれの回転により搬送し、現
像剤を感光体ドラム１に接触せしめて電荷潜像を現像す
る。

【００２４】現像磁極の磁束密度は７００〜９００ガウ
ス、感光体ドラム１の中心と第１、第２現像ローラ６
１，６２の中心とを結ぶ線に対する現像磁極の中心がな
す角度θは、第１現像ローラ６１では回転手前０〜１０
度に、第２現像ローラ６２では±１０度に設定されてい
る。トナーの帯電極性は感光体ドラム１の帯電極性と同
極性のプラスである。

【００２５】現像剤の搬送量は、規制板８と第１，第２
現像ローラ６１，６２のギャップにより調整される。第
１現像ローラ６１にバイアス電源７１、第２現像ローラ
６２にバイアス電源７２が接続されて、共にトナーと同
極性のプラスの電圧が印加され、例えば感光体ドラム１
への帯電電圧がＶ０＝７００Ｖのときには、２５０〜６
００Ｖが印加される。これらバイアス電圧には１００Ｈ
ｚ〜１０ｋＨｚの交流電圧を重畳してもよく、その実効
電圧の大きさは直流電圧の１／２〜１／４である。

【００２６】現像器４内の現像剤は、切欠き羽根構造の
一対のスクリュウオーガ１１，１２にて左右、前後に混
合撹拌される。この混合撹拌に対して切欠き羽根構造の
スクリュウオーガ１１，１２は、単純形状のスクリュウ
オーガに比べてトナーを現像剤中に混合分散、帯電せし
める効果が大きい。従ってトナーをフィードローラ１３
から供給した際、速やかにトナーを現像剤中に分散せし
め、所定の帯電量にまで短時間で立ち上げることができ
るので、トナー補給時のかぶりや不均一現像の発生を防
止できる。

【００２７】斯くして混合撹拌された現像剤は第２現像
ローラ６２に吸着、搬送され、規制板８と第２現像ロー
ラ６２とのギャップを通過した現像剤が、第２現像ロー
ラ６２での電荷潜像の現像を行い、現像器４内に戻され
る。規制板８で規制された現像剤は第２現像ローラ６２
側に向かい吸着、搬送され、規制板８と第１現像ローラ
６１とのギャップを通過した現像剤が、第１現像ローラ
６１での電荷潜像の現像を行い、スクレーパ１０を経て
現像器４内に戻される。

【００２８】第２現像ローラ部で規制された余剰の現像
剤はガイド板９にてスクリュウオーガ部に戻される。第
１、第２現像ローラ６１，６２での現像の際、感光体ド
ラム１上にトナーのみならず、キャリアが付着すること
があるが、これを固定されたマグネット５３を内蔵する
キャッチローラ６３にて引き戻し、その回転で現像器４
内へ搬送、回収する。

【００２９】キャッチローラ５３には、付着キャリアの
引き戻しを助けるために、感光体帯電電圧と同極性のバ
イアス電源７３が接続され、感光体帯電電圧あるいは第
２現像ローラ６２のバイアス電圧と同程度の電圧が印加
されている。キャッチローラ５３を装備することは、感
光体ドラム１に付着したキャリアによる転写不良や感光
体損傷等の不具合を避ける、現像器４からのトナー飛散
を防止する、意味で有用であるが、本実施の形態のよう
に２本の現像ローラ６１，６２で現像する場合には、第
２現像ローラ６２での付着キャリア除去効果があるた
め、マグネット５３として安価なプラスティックマグネ
ットの使用、もしくは直径１０ｍｍ程度の小形キャッチ
ローラ５３の使用が可能となる。あるいはマグネット５
３を除いた、単なる導電性ローラとすることも可能であ
る。なお、印加する電圧に、第１、第２現像ローラ６
１，６２の場合と同様の交流電圧を重畳すると、キャリ
ア除去効果が増大する。

【００３０】この構成の現像器４において、感光体ドラ
ム１の周速度が２０〜４０ｃｍ／ｓ、直径が６０〜１０
０ｍｍであるとき、小形現像器にして大きな現像能力を
得るに適した第１、第２現像ローラ６１，６２の直径
は、感光体ドラム１の直径の１／３〜１／４である。例
えば感光体ドラム１の直径が１００ｍｍであるとき、第
１、第２現像ローラ６１，６２の直径は２５〜３０ｍｍ
が好適である。

【００３１】現像器４の設定位置は図１に示すように、
レーザビーム３での露光位置から２つの現像ローラ６
１，６２の中心位置が角度θをなすように設定すると、
空間を効率よく使用でき、全体をコンパクトにまとめる
ことができる。このようにできるのは、反転現像を採用
しているためである。

【００３２】２つの現像ローラ６１，６２の回転数（周
速）、現像ギャップ、印加バイアス電圧、現像磁極、感
光体、現像剤の関係は後述するが、層厚２５〜６０μｍ
の厚い誘起光導電感光体、反導電性現像剤を用い、第１
現像ローラ６１の周速比を第２現像ローラ６２のそれと
同等ないし小さくし、第１現像ローラ６１で形成される
現像剤の磁気ブラシと感光体ドラム１との摺擦力と、第
２現像ローラ６２で形成される現像剤の磁気ブラシと感
光体ドラム１との摺擦力の比を１〜２の範囲とし、第１
現像ローラ６１のバイアス電圧を第２現像ローラ６２の
それと同等ないし７０％とすることで、低画像濃度から
高画像濃度に至るまで現像方向むらのない均一画像が得
られる。

【００３３】また反転現像を採用している本実施の形態
では、第１現像ローラ６１での現像の際、クリーニング
機能が生じるために、感光体ドラム１へのトナーフィル
ミング現象を抑止できるので、感光体の寿命を有効に引
き出すことができる。

【００３４】記録紙１４は、レジストローラ１５，１６
にて感光体ドラム１上のトナー像と記録紙１４との位置
合わせをされつつ搬送され、転写ローラ１７によりトナ
ー像が記録紙１４に転写される。転写ローラ１７には、
スイッチ１８によりバイアス電源１９、バイアス電源２
０が選択され、１０００〜３０００Ｖの電圧が印加され
る。

【００３５】トナー像の転写時、バイアス電源１９が選
択されてマイナス電圧が印加される。また記録紙間や記
録動作のイニシャライズ時、バイアス電源２０が選択さ
れてプラス電圧が印加される。これにより転写ローラ１
７に付着したトナーを感光体ドラム１側に移行せしめ、
転写ローラ１７のトナーによる汚れを防止する。

【００３６】消去ランプ２１は記録紙１４が通過しない
ときに感光体ドラム１上の電荷を減衰、消去するための
ものである。消去ランプ２１を転写位置に設けること
で、記録紙１４の先端部の電荷を減衰できるので、感光
体ドラム１から記録紙１４を分離し易くなる。記録紙１
４を感光体ドラム１から分離する際、除電針２２で剰余
の電荷を除電して分離を助ける。除電針２２には、バイ
アス電源２３が接続され、１０００〜４０００Ｖのプラ
ス極性の電圧が印加される。

【００３７】転写後に記録紙１４は、紙ガイド板２４を
経て、定着器２５で加熱、加圧され、トナー像は定着さ
れる。定着器２５は、内部にヒータ２８を持つヒートロ
ーラ２７、バックアップローラ２６からなる。感光体ド
ラム１は、転写後に残るトナーをクリーナ２９で除去
し、次の作像に供される。クリーナ２９は、ゴムブレー
ド３０、感光体ドラム１と接触回転するブラシ３１、除
去されたトナーを排出する排出クリーナ３２からなる。

【００３８】本発明を適用したレーザプリンタは、直径
６０〜１００ｍｍの感光体ドラム１を用いた小形プリン
タながら、記録速度２０〜４０ｃｍ／ｓと高速で、かつ
中間調の均一再現性に優れた画像をプリントできる。

【００３９】図８に示す画像欠陥は、低抵抗現像剤（動
的電気抵抗値１０⁶Ω・ｃｍ以下）を用い、図１で示す
ように互いに回転方向が異なる２本の現像ローラ６１，
６２で現像すると改善されるが、低濃度画像では完全で
なく、現像剤の寿命が短い、感光体との間で放電し感光
体の寿命を低下せしめる、バイアスリークを起こし易い
という問題があり、高抵抗現像剤では高画像濃度が得ら
れない他、低画像濃度、網点や細線構成の中間調での欠
陥が解消できないという問題がある。また、誘電率が３
〜５である有機光導電感光体（誘電体）では、層厚２０
未満で発生し易いので、本発明は上述の画像欠陥を防止
すると共に、現像剤、感光体の長寿命化を達成するもの
である。

【００４０】まず、感光体は誘電率３〜５の場合、厚さ
２０〜６０μｍ、好ましくは２５〜５０μｍのものを用
いる。これは電気力線の周辺効果を減じ、現像剤やクリ
ーナブレードでの摩耗に対する裕度を確保し、感光体を
長寿命とするためである。感光体の厚さが２０μｍ未満
では周辺効果が大きく、上述の画像欠陥が出やすく、寿
命が短い。感光体の厚さが６０μｍを超えると光レスポ
ンスの低下や残留電圧の増加が大きく、製作が難しい。
感光層を厚くすることで生じる光レスポンスの低下や、
残留電圧の増加による弊害は現像器４の設定位置θ、現
像バイアス電圧の適正な設定及び補正により解消する。

【００４１】本発明は、上述並びに下記の現像システム
とクリーナとの組み合わせで、１０万頁当たり１〜５μ
ｍの摩耗量となり、感光体ドラム１の寿命を２０〜１０
０万頁とすることが可能である。

【００４２】現像剤のキャリアは、体積平均粒径７０〜
１２０μｍ、好ましくは８０〜１００μｍのフェライト
もしくはマグネタイトキャリアを用いる。７０μｍ未満
では感光体へのキャリア付着の増大、現像剤の流動性低
下を来し、１２０μｍを超すと画像濃度低下、画像乱れ
を招来する。

【００４３】これらキャリアのうち、飽和磁化密度５０
〜１００ｅｍｕ／ｇのものが使用できる。５０ｅｍｕ／
ｇ未満では搬送しずらく、１００ｅｍｕ／ｇを超えると
現像ブラシの剛性が大きくなり画質劣化を来す。現像磁
極の磁束密度として適合する強さは７００〜９００ガウ
スである。また、キャリアの表面に水溶性イオンが付着
していると、現像剤の初期使用時におけるプリント枚数
に対する経時的な帯電量変化が大きいので、キャリア製
造後、水洗、乾燥処理したものを使用することが望まし
い。

【００４４】トナーとしては、体積平均粒径５〜１２μ
ｍ、好ましくは８〜１０μｍのものを用いる。５μｍ未
満では製作が困難であり、現像剤の流動性が低下する。
１２μｍを超すと解像度が低下し、１６本／ｍｍ以上の
高解像度記録は困難である。キャリアがトナーで覆われ
る被覆率を０．２〜０．５、好ましくは０．２５〜０．
４とする。０．２未満ではトナー供給量が不足し、高画
像が得られ難い。０．５を超すと帯電立ち上がり速度低
下、画像かぶりの発生、トナー飛散等の弊害を来し易く
なる。

【００４５】トナーの電荷量は１０〜２５μＣ／ｇ（感
光体上に現像されたトナーの電荷量を測定）が好適であ
る。例えば、トナー粒径８〜１０μｍの場合、１５〜２
０μＣ／ｇが良好な結果を与える。１０μＣ／ｇ未満で
は過剰なトナー付着、トナー飛散が生じ、２５μＣ／ｇ
を超すと画像濃度が不足する。

【００４６】本発明に適する現像剤の動的電気抵抗値
は、１０⁸〜１０¹¹Ω・ｃｍ、そのときのキャリアの動
的電気抵抗値は１０⁷〜１０¹⁰Ω・ｃｍである。ここ
で、動的電気抵抗値は、感光体ドラム１の代わりに金属
（例えばアルミニウム）ドラムを用い、現像剤あるいは
キャリアを現像ローラ６１，６２で搬送した状態で、１
００Ｖの直流電圧を印加したときの電流値、ギャップ、
接触幅、接触長より算出して求めた値である。

【００４７】この抵抗値に対して図５を用いて後述する
ように、適正な現像ギャップがあるが、これより低い場
合には、放電による感光体損傷、バイアスリーク、現像
剤寿命が短い（スペントトナーによる抵抗値変化が大き
い）等の不具合を来し、高い場合には画像濃度の不足を
来す。

【００４８】上述の感光体、現像剤を用いるとき、図８
で述べた画像欠陥の発生を抑止できる現像ローラの回転
速度について検討した結果を延べる。第１現像ローラ６
１の周速Ｖｄ１と感光体ドラム１の周速Ｖｐとの比であ
る周速比Ｓ１＝Ｖｄ１／Ｖｐ、第２現像ローラ６２の周
速Ｖｄ２と感光体ドラム１の周速Ｖｐとの比である周速
比Ｓ２＝Ｖｄ２／Ｖｐの関係で調べた。前記周速比Ｓ
１，Ｓ２及び感光体ドラム１の移動方向は図１の矢印の
方向を（＋）としている。

【００４９】互いに逆方向に回転する２本の現像ローラ
６１，６２で現像する場合、現像剤の移動方向に基づく
画像欠陥を抑止するには、第１現像ローラ６１で欠陥が
生じた部分を第２現像ローラ６２で補うようにするため
に、感光体ドラム１との相対速度は、互いに逆方向、す
なわちＳ１＞０、Ｓ２＞０とするのがよい。Ｓ１、Ｓ２
が取り得る範囲を実験により確認した各種事例を図２に
示す。

【００５０】この実験では画像欠陥を判別し易いよう
に、ベタ部の画像濃度をＤ＝１．１と薄めになる現像バ
イアス電圧に設定している。この実験条件は、下記の通
りである。

【００５１】Ｓ１：１．５感光体ドラム直径：１００ｍｍ有機感光体厚さ：３０μｍ比誘電率：約３感光体ドラム周速Ｖｐ：２５０ｍｍ／ｓ第１、第２現像ローラ直径：３０ｍｍ第１、第２現像ローラ現像磁極の磁束密度：９００ガウス第１現像ローラと感光体ドラムとのなす角度：５° 第２現像ローラと感光体ドラムとのなす角度：０° 感光体ドラム帯電電圧Ｖ０：６５０Ｖ第１現像ローラのバアイス電圧ｂ１：３００Ｖ第２現像ローラのバアイス電圧ｂ２：３５０Ｖ現像剤キャリア：マグネタイト体積平均粒径１００μｍ飽和磁化密度９０ｅｍｕ／ｇ動的電気抵抗値値１．５×１０⁸Ω・ｃｍ現像剤トナー：体積平均粒径９μｍ電荷量１５μＣ／ｇ現像剤：トナー被覆率０．３動的電気抵抗値値１．２×１０¹⁰Ω・ｃｍ第１現像ローラの現像部での現像剤充填密度：４１％第２現像ローラの現像部での現像剤充填密度：３５％これらの条件で画像を形成し、そのときの黒ベタ前端部
欠け〔図８（イ）参照〕、黒ベタ後端部欠け〔図８
（イ）参照〕、白抜き前端部〔図８（イ）参照〕、白抜
き後端部〔図８（イ）参照〕、細線構成〔図８（ロ）参
照〕、網点中ベタ前端部〔図８（ハ）参照〕、網点中ベ
タ後端部〔図８（ハ）参照〕について評価し、良好なも
のを○印、やや良好なものを△印、悪いものを×印とし
て表した。

【００５２】この評価結果から明らかなように、Ｓ１＝
１．５に対して許容できる画像が得られるＳ２の範囲は
１．５≦Ｓ２≦３．５、望ましくは２≦Ｓ２≦３であ
る。即ち、Ｓ２＝（Ｓ１＋１）±０．５の範囲であっ
た。

【００５３】感光体ドラム１の周速を２０〜４０ｃｍ／
ｓとしたとき、種々の実験条件下で得られた良好な範囲
と、其々の現像ローラが十分な現像能力を有し、他方で
は回転による負荷を極力抑えることができる範囲とが両
立するには、０．５≦Ｓ１≦２．５，１．５≦Ｓ２≦
３．５、好ましくは０．５≦Ｓ１≦２，１．５≦Ｓ２≦
２．５であることが実験で確認された。

【００５４】更に、相対速度の違いで第１現像ローラ６
１よりも第２現像ローラ６２での摺動力を同等以上とし
てクリーニング効果をもたせることができる関係、即ち
第１現像ローラ６１の感光体ドラム１との周速比差が第
２現像ローラ６２の感光体ドラム１との周速比差より大
きい（Ｓ１＋１≧Ｓ２−１）条件と、感光体ドラム１と
同方向に回転する第２現像ローラ６２の現像能力をトナ
ー搬送能力で高めるため、周速比を同等以上とする条件
（Ｓ１≦Ｓ２）を加えると、図３に示す斜線の範囲とな
る。図中の四角の範囲が０．５≦Ｓ１≦２．５でかつ，
１．５≦Ｓ２≦３．５の範囲である。

【００５５】一方、第１現像ローラ６１でのクリーニン
グ効果あるいは感光体ドラム１に対する適切な摩耗効果
を持たせるために磁気ブラシの摺擦力を大きくすること
は、感光体ドラム１へのフィルミングを防止したり、カ
ブリを抑止する上で有用であるが、大き過ぎると画像欠
陥に対するバランスが崩れたり、感光体ドラム１を摩耗
し過ぎることがある。摺擦力は、上述の如く相対速度差
の違いや現像領域での現像剤密度で変えることができ
る。

【００５６】図４は、これらの関係を調べた実験例であ
る。この実験では、現像領域での現像剤密度で変えるこ
とで摺擦力を変えた。摺擦力は感光体ドラム１にトルク
メータを取り付けて、第１現像ローラ６１もしくは第２
現像ローラ６２を動作させたときの感光体ドラム１の回
転力の変化を測定することで求まる。摺擦力は磁気ブラ
シの単位長さ当たりで表している。

【００５７】この実験では、Ｓ１＝１．５、Ｓ２＝２、
第２現像ローラ６２の摺擦力Ｆ２＝７．３３ｇｆ／ｃｍ
（充填密度３５％）とし、他の条件は図２の実験と同じ
にした。この図から明らかなように、第１現像ローラ６
１の摺擦力Ｆ１と第２現像ローラ６２の摺擦力Ｆ２との
比（Ｆ１／Ｆ２）は０．９〜２．１、好ましくは１．２
〜１．６とするのがよい。

【００５８】図５は、２本の現像ローラと感光体ドラム
とのギャップ関係を示すものである。第１現像ローラ６
１のギャップｄ１は、第２現像ローラ６２のギャップｄ
２と同等、もしくは図示のごとく０．１〜０．５ｍｍよ
りも広く設定する（図５では０．５ｍｍ広く設定）。こ
れは、感光体ドラム１に対する移動方向の違いによる現
像剤の流れやすさに基づく。図５中の斜線領域が好適な
領域である。

【００５９】また、現像器４の設定時、第２現像ローラ
６２の設定を精度よく行えば（例えば±０．０５ｍ
ｍ）、第１現像ローラ６１のそれは精度を落としてもよ
い（例えば±０．１ｍｍ）。同図においてａはフリンジ
を抑止しやすい範囲、ｂは高画像濃度を確保しやすい範
囲、ｃは端部欠けを抑止し得る範囲で、０．５ｍｍ以下
では安定な搬送が困難である。従って、好ましくは、ｄ
１，ｄ２ともに０．５〜１．５ｍｍにするのがよい。

【００６０】ここでは現像ギャップとして示したが、も
う一つの尺度として、現像ギャップ領域における現像剤
あるいはキャリアの充填密度を考慮するのがより好まし
い。即ち、ギャップを図３と同様にしたときに、第１現
像ローラ６１でのキャリアの充填密度を第２現像ローラ
６２での値と同等ないし１．５以内とする。これにより
第１現像ローラ６１での現像能力、摺動力、クリーニン
グ効果を確保することができる。具体的には第１現像ロ
ーラ６１でのキャリア充填密度は３０〜６０％、第２現
像ローラ６２でのそれは１５〜５０％である。

【００６１】図６は、感光体ドラムの光応答特性と現像
器の設定位置関係を説明するための図である。有機光導
電感光体は、図の例では光照射後、減衰電圧が飽和値近
くに達するまでに、ｔ１＝０．１５ｓを必要とする。従
来、現像器４の設定は現像ローラの位置をｔ１以後にな
るようにしていた。しかし、感光体ドラムの膜厚が厚い
場合にはｔ１も大きくなるため、露光位置から現像器４
までの距離を長くする必要が生じ、結果的に大径ドラム
にしなければならず、小形化の阻害となる。

【００６２】ところが本発明のように、２本の現像ロー
ラ６１，６２で、かつ反転現像を採用する場合、図１の
θに相当する位置をｔ２とすることができ、かかる問題
が解消できる。ｔ２は電圧減衰量７０〜９０％相当のと
ころにあたり、ｔ１の約１／２で、露光から現像器４ま
での距離が短縮できる。

【００６３】このとき、２本の現像ローラ６１，６２へ
印加するバイアス電圧は、第１現像ローラ６１へのバイ
アス電圧をＶｂ１、第２現像ローラ６２へのバイアス電
圧をＶｂ２とするとき、Ｖｂ１≦Ｖｂ２とする。

【００６４】例えば、感光体の帯電電圧（非露光部の帯
電電圧）がＶ０＝７００Ｖであるとき、Ｖｂ１＝４００
Ｖ、Ｖｂ２＝５００Ｖとする。Ｖｂ１をＶ０に対し３０
０Ｖ低くすることでクリーニング効果が得られ、かぶり
の発生や感光体ドラム１へのトナーフィルミング現象の
発生を防ぐことができ、感光体ドラム１の長寿命化に寄
与する。Ｖｂ２を４００Ｖとすることで現像性を上げ、
第１現像ローラ６１での現像不足を補うと共に、現像剤
の移動方向に基づく現像むらの発生を抑止できる。

【００６５】感光体の層厚を厚くすると、低温時に残留
電圧（露光後の帯電電圧）が大きくなるために、画像濃
度が低下する問題があるので、本発明では以下のような
工夫を施している。図７は、そのためのバイアス印加回
路を示す図である。

【００６６】現像バイアス電源４３と直列に抵抗４４、
サーミスタ４６を接続し、抵抗４５をサーミスタ４６と
並列に接続する。抵抗４５は省略できる場合もある。サ
ーミスタ４６に発生する電圧を２本の現像ローラ６１，
６２に印加する。そのときサーミスタ４６は現像器４の
近傍、現像器４、もしくは現像剤流れの一部と接触する
ように取り付けられ、現像剤の温度に依存して抵抗値が
変化するようになっている。

【００６７】プリンタ動作中は、感光体ドラム１の温度
は略現像剤の温度に近くなるので、温度が低下するとバ
イアス電圧が増加して、画像濃度の低下を補うように動
作する。このように、サーミスタ４６を現像器４に一体
的に取り付けた構造とすれば、感光体ドラム１の温度変
化に伴う残留電圧の変化を自動的に補償する現像器ユニ
ットが得られる。

【００６８】

【発明の効果】本発明は前述のように、第１現像ローラ
の移動方向が前記記録体の移動方向と逆方向であって、
第１現像ローラの周速（Ｖｄ１）と記録体の周速（Ｖ
ｐ）との周速比（Ｓ１＝Ｖｄ１／Ｖｐ）が０．５〜２．
５の範囲に規制し、かつ前記第２現像ローラの移動方向
が記録体の移動方向と同方向であって、第２現像ローラ
の周速（Ｖｄ２）と記録体の周速（Ｖｐ）との周速比
（Ｓ２＝Ｖｄ２／Ｖｐ）が１．５〜３．５の範囲に規制
することにより、画像濃度Ｄ≦１．０もしくは網点ない
し線構成の中間調を再現する場合においても、現像ブラ
シの移動方向に基づく現像むらが防止でき、優れた画像
品質を有する画像形成装置の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るレーザプリンタの構
成図である。

【図２】そのレーザプリンタにおいて、第１現像ローラ
と感光体ドラムの周速比Ｓ１に対して第２現像ローラと
感光体ドラムの周速比Ｓ２を種々変えて画像を形成した
場合の画像状態の評価をまとめた特性図である。

【図３】そのレーザプリンタにおいて、周速比Ｓ１，Ｓ
２の好適な範囲を示す特性図である。

【図４】そのレーザプリンタにおいて、感光体ドラムに
対する第１現像ローラの摺動力Ｆ１と感光体ドラムに対
する第２現像ローラの摺動力Ｆ２の比率（Ｆ１／Ｆ２）
と、他の特性との評価をまとめた特性図である。

【図５】そのレーザプリンタにおいて、２本の現像ロー
ラと感光体ドラムとのギャップの好適な範囲を示す特性
図である。

【図６】感光体の光応答特性と現像器の設定位置を示す
特性図である。

【図７】そのレーザプリンタにおけるバイアス印加回路
図である。

【図８】画像欠陥の状態を示す図である。

【符号の説明】

１感光体ドラム２チャージャ３レーザビーム４現像器１４記録紙１７転写ローラ２５定着器２９クリーナ６１第１現像ローラ６２第２現像ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松本博好茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者詫間康夫茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内 (72)発明者岡田久雄茨城県ひたちなか市武田1060番地日立工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録体に形成した静電電荷潜像を、その
記録体の移動方向に沿って配置されて互いに逆方向に回
転する第１現像ローラと第２現像ローラにより、磁性キ
ャリアとトナーとを主成分とする２成分磁性現像剤で現
像する画像形成装置において、前記第１現像ローラの移動方向が前記記録体の移動方向
と逆方向であって、第１現像ローラの周速（Ｖｄ１）と
記録体の周速（Ｖｐ）との周速比（Ｓ１＝Ｖｄ１／Ｖ
ｐ）が０．５〜２．５の範囲に規制され、かつ前記第２現像ローラの移動方向が記録体の移動方向
と同方向であって、第２現像ローラの周速（Ｖｄ２）と
記録体の周速（Ｖｐ）との周速比（Ｓ２＝Ｖｄ２／Ｖ
ｐ）が１．５〜３．５の範囲に規制されていることを特
徴とする画像形成装置。
【請求項２】請求項１記載において、前記第１現像ロ
ーラの周速比（Ｓ１）が第２現像ローラの周速比（Ｓ
２）以下（Ｓ１≦Ｓ２）であることを特徴とする画像形
成装置。
【請求項３】請求項１または２記載において、前記第
１現像ローラで形成される現像剤の磁気ブラシと記録体
との摺擦力（Ｆ１）と、前記第２現像ローラで形成され
る現像剤の磁気ブラシと記録体との摺擦力（Ｆ２）の比
（Ｆ１／Ｆ２）が０．９〜２．１の範囲に規制されてい
ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】請求項１記載において、前記記録体が有
機光導電体から構成され、その光導電体の比誘電率が３
〜５で、かつ有機光導電体の層厚が２０〜６０μｍの範
囲に規制されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】請求項１記載において、前記磁性キャリ
アの動的電気抵抗値が１０⁷〜１０¹⁰Ω・ｃｍ、現像剤
の動的電気抵抗値が１０⁸〜１０¹¹Ω・ｃｍの範囲に規
制されていることを特徴とする画像形成装置。