JPH1039620A

JPH1039620A - 現像方法、現像装置とそれを用いた多色カラー画像形成方法及び形成装置

Info

Publication number: JPH1039620A
Application number: JP8190478A
Authority: JP
Inventors: Fukashi Okuyama; 奥士奥山
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 1998-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触二成分現像において、現像性を損ねず
細線の再現性確保、現像偏り低減を図った現像方法と装
置及び多色画像形成方法及び装置を提供する。【解決手段】二成分現像剤層を、内部に磁石を設置し
た現像スリーブ上に形成して現像領域内に搬送し、交流
電界を印加して非接触現像する現像装置において、像形
成体と現像スリーブ最近接距離が４００〜７００μｍの
際、現像領域が異なる極性の磁極間に設定され、磁極の
現像スリーブ面の法線方向の磁束密度が７００〜１２０
０ガウスで、両磁極の磁束密度の差が１００ガウス以下
であり、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線
方向の磁力線が現像領域を挟む開き角が６０〜９０゜、
該法線方向の磁束密度の５０％における磁力分布の幅が
６０゜以下、該法線方向の磁束密度の８０％における磁
力分布の幅が４０゜以下、該現像領域を挟む磁極の現像
スリーブ面上の法線方向の磁束密度の５０％及び８０％
以下における磁力分布の幅の差が２０゜以下であること
を特徴とする現像装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリンタ
等に用いられる現像装置、現像方法に関するものであ
り、さらにそれを用いた多色カラー画像形成方法及び装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複写機、プリンタ等に用いられる
画像形成方式のうち、高画質のものについては、殆ど全
て電子写真方式によっている。

【０００３】近年は、これらの分野においてもカラー化
の要望が強く、電子写真方式によるカラー画像形成方法
及び装置の研究が盛んにされてきている。その中で、コ
ンパクトな機構であり、高画質な画像も得られることか
ら、像形成体上に一様帯電、像露光を行い形成された潜
像を反転現像する一連の工程を繰り返し行って、重ね合
わせカラー画像を形成後、転写体上に一括転写する画像
形成方式（いわゆるＫＮＣ方式）が注目され多くの技術
検討がなされている。

【０００４】代表的な特許出願としては、特開昭６０−
７６７６６号等多数あるが、特開昭６０−９５４５６号
には、現像剤搬送担持体と像形成体の間に形成された振
動電界により、該像担持体上に形成されている潜像を非
接触現像する工程を２回以上繰り返しカラー重ね合わせ
像を作製する画像形成方法において、レーザー光等によ
りドット露光によって静電潜像を作製し、イエロー、マ
ゼンタ、シアンの色像の各ドットを重ね合わせる事によ
ってより良い画質が得られるという技術が開示されてい
る。

【０００５】又、特開昭６１−１１８７７５号には、上
記方式において繰り返し像形成体上に作製する潜像の重
ね合わせの精度をあげるためには、金属製等剛体の感光
体ドラムを用い、そのドラム軸にドラムインデックスを
取り付る。ここから発生させた信号に基づいて毎回露光
開始することによって、極めて重ね合わせ精度良く、各
色像の潜像を形成できることが述べられている。

【０００６】一方、画像形成方法の中心的技術として静
電荷像現像法の検討は盛んになされており、その中で非
接触現像に関するものも数多く特許出願されている。

【０００７】斯かる現像方式を採用する現像装置は像担
持体と現像剤が非接触状態で現像することから、接触状
態で現像する方式のように像担持体とトナーのファンデ
ルワールス力の助けを借りて細線再現性とトナー搬送量
の確保を図って現像させることはできないため、現像に
関わる他の多くの因子を細かく最適化し厳選された条件
を選択しなければならない。特に、ＫＮＣ現像では多色
重ね合わせ画像を形成するために画像端部の濃度むらを
なくさねばならない。

【０００８】さらに画像形成装置の小型化が進むと現像
装置自体も小型化となり、必然的に現像スリーブの直径
も小さくなる。そのため、現像スリーブの曲率による現
像領域での像担持体と現像スリーブ間の距離の偏差が大
きくなり、さらに最適現像条件が定まりにくい。

【０００９】非接触現像の問題を根本的に解決するため
には現像条件を均一な条件で行う必要がある。斯かる現
像条件を達成するために、現像領域において像担持体
とスリーブ間の距離を一定に保つこと、現像への寄与
の大きい絶縁性２成分磁気ブラシ現像における穂立ち先
端と像担持体間の距離を一定に保つことが支配因子とな
ってくる。このような試みとしてスリーブの磁極設定に
関しては極上現像方式と極間現像方式（磁極間の現像剤
層により現像する方式）とがあるが、高画質を得るため
には極間現像方式が有利とされている。

【００１０】極上現像方式は現像剤穂立ちが立っている
ため実質的な現像領域が限定できる。そのため画像端部
の濃度むらは発生しにくいという利点があるが、キャリ
アがスリーブ上に立ち上がった形状となるので穂立ち先
端と像担持体間の距離がばらつきが生じ、画像全体はむ
らとなりやすいという欠点がある。磁極配置は、穂立ち
先端を像担持体と対向させる関係上、像担持体とスリー
ブの最近接距離又はそのごく近傍に磁束密度の極大を設
定する（特開平０７−１４０７９０号、特開平０５−１
５８３５２号参照）。

【００１１】一方、極間現像方式では、現像領域におけ
る現像剤がスリーブ上で寝ているため、穂立ち先端と像
担持体間の距離のばらつきは生じにくいため画像全体の
むらは生じにくい利点を有している。しかしながら、現
像剤層がスリーブの形状とほぼ同一となるため実質的に
現像領域が制限されないため良好な現像条件が定まりに
くく、画像端部の濃度むらが生じやすい。

【００１２】また、これを解決するために低磁化キャリ
アを用いると、像担持体上にキャリア付着が生じてしま
う事もあり、極間現像方式においても画質の向上は困難
であった。

【００１３】極間現像方式を採用する現像装置は、例え
ばステンレスやアルミニウム等の非磁性材料から円筒状
に形成したスリーブと、当該スリーブ内に表面に複数の
通常５００〜１，０００ガウスの磁束密度に磁化した
Ｎ、Ｓ磁極を周方向に有する磁石体をケーシングに固設
し、像担持体に最近接したスリーブ位置から、スリーブ
の移動方向の上流側及び下流側に近接配置してあること
により均一に寝た状態の磁気ブラシを形成でき、又、像
担持体の表面に接触せず間隙を保つように、スリーブと
規制ブレードの間隙及びスリーブと像担持体の最近接距
離を調整してある。

【００１４】この極間現像方式において、現像領域を挟
む磁極の法線方向の磁束密度の大きさと、現像領域を挟
む角度（開き角）が重要であり、例えば特開平５−２１
６３２４号ではその数値を規定している。

【００１５】しかし、これらの技術を組み合わせて、真
に実用に耐え得る技術は、なお開発されていないと言え
る。ＫＮＣ方式では、現像スリーブ上の１００〜３００
μｍ程度の薄い現像剤層から、高濃度、高解像力でかぶ
りの無い、しかも均一で、現像の偏りの無い、極めて高
画質な画像を得る必要があるからである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するために成された。すなわち、非接触二成分現
像において、現像性を損ねること無しに細線の再現性確
保や、現像における偏り低減等現像の安定化を図ること
の出来る現像方法と装置、及びそれを用いた多色カラー
画像形成方法及び装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記構
成の何れかを採ることにより達成される。

【００１８】（１）磁性キャリアとトナーよりなる二
成分現像剤層を、内部に磁石を設置した現像スリーブ上
に形成して現像領域内に搬送し、現像スリーブと像形成
体間に交流電界を印加し、トナーを像形成体上の潛像に
非接触現像する現像装置において、像形成体と現像スリ
ーブの最近接距離が４００〜７００μｍの際、現像領域
が異なる極性の磁極間に設定され、現像領域を挟む磁極
の現像スリーブ面の法線方向の磁束密度が７００〜１２
００ガウスで、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面
の法線方向の磁束密度の差が１００ガウス以下であり、
該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線方向の磁
力線が現像領域を挟む開き角が６０〜９０゜、該法線方
向の磁束密度の５０％における磁力分布の幅が６０゜以
下、該法線方向の磁束密度の８０％における磁力分布の
幅が４０゜以下、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ
面上の法線方向の磁束密度の５０％及び８０％以下にお
ける磁力分布の幅の差が２０゜以下であることを特徴と
する現像装置。

【００１９】（２）現像剤層の穂立を規制する部材の
設置位置直下に現像スリーブ中の磁石の磁極が位置する
ことを特徴とする（１）記載の現像装置。

【００２０】（３）現像剤を現像スリーブ表面から剥
ぎ取るための部材が、現像スリーブ中の８５゜以上の開
き角を持つ同極の磁石の磁極間に設置したことを特徴と
する（１）記載の現像装置。

【００２１】（４）感光体上に帯電、像露光して形成
した潛像をカラートナーにて現像する工程を複数回繰り
返して、感光体上に重ね合せカラートナー像を形成して
後、転写材に一括転写し、感光体より転写材を分離して
定着する一連の工程を経て、多色カラー画像を作る画像
形成方法において、（１）に記載された現像装置を用い
ることを特徴とする多色カラー画像形成装置。

【００２２】（５）現像領域における現像スリーブ上
の現像剤搬送量が５〜３０（ｍｇ／ｃｍ²）であること
を特徴とする（１）記載の現像装置。

【００２３】（６）像形成体と現像スリーブの周速比
が１：１〜５の範囲であることを特徴とする（１）記載
の現像装置。

【００２４】（７）磁性キャリアとトナーよりなる二
成分現像剤層を、内部に磁石を設置した現像スリーブ上
に形成して現像領域内に搬送し、現像スリーブと像形成
体間に交流電界を印加し、トナーを像形成体上の潛像に
非接触現像する現像方法において、像形成体と現像スリ
ーブの最近接距離が４００〜７００μｍの際、現像領域
が異なる極性の磁極間に設定され、現像領域を挟む磁極
の現像スリーブ面の法線方向の磁束密度が７００〜１２
００ガウスで、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面
の法線方向の磁束密度の差が１００ガウス以下であり、
該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線方向の磁
力線が現像領域を挟む開き角が６０〜９０゜、該法線方
向の磁束密度の５０％における磁力分布の幅が６０゜以
下、該法線方向の磁束密度の８０％における磁力分布の
幅が４０゜以下、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ
面上の法線方向の磁束密度の５０％及び８０％以下にお
ける磁力分布の幅の差が２０゜以下であることを特徴と
する現像方法。

【００２５】（８）感光体上に帯電、像露光して形成
した潛像をカラートナーにて現像する工程を複数回繰り
返して、感光体上に重ね合せカラートナー像を形成して
後、転写材に一括転写し、感光体より転写材を分離して
定着する一連の工程を経て、多色カラー画像を作る画像
形成方法において、（４）に記載された現像方法を用い
ることを特徴とする多色カラー画像形成方法。

【００２６】（９）二成分現像剤層を形成する磁性キ
ャリアの１０００ガウスの磁界における磁化が１５〜５
０（ｅｍｕ／ｇ）であることを特徴とする（４）記載の
現像方法。

【００２７】（１０）二成分現像剤層を形成するトナ
ーの体積平均粒径が、３〜１５μｍで、トナー帯電量が
１０〜３０（μＣ／ｇ）であることを特徴とする（４）
記載の現像方法。

【００２８】前述したごとく、近年反転現像を用いた複
写機、プリンタが広く実用化されている。これらの中に
は、カラー対応のものも多い。これらの複写機及びプリ
ンタ特にカラー複写機及びカラープリンタにおいて、現
像性を損ねること無しに細線の再現性確保や、現像にお
ける偏り低減等、現像の安定化を図ることの出来る現像
方法と装置を提供することは、極めて重要である。

【００２９】しかし、現在採用されている２成分系の非
接触現像方法は、接触現像方法に比し極めて安定性が悪
かった。その現象の一つとして、従来の非接触現像方法
ではパッチ画像などに、エッジ効果を含んだ偏りといわ
れる画像ノイズが発生する。

【００３０】この大きな原因の一つが、現像スリーブ面
と像形成体（多くは電子写真感光体のため、以後感光体
ということもある）面が近接し現像が実際に行われる領
域（本発明では現像領域と呼ぶ）における現像スリーブ
面上の現像層の不均一化がある事を突き止め、現像性、
細線の再現性確保を損ねること無しに、現像の偏りを低
減する方法として現像スリーブの磁極配置、磁力、磁束
密度を最適化した。その結果、現像領域における現像ス
リーブ表面の現像剤層を均一化出来、現像の偏りは低減
した。又、その他の問題特性、例えば現像時のはぎと
り、混色等も低減した。

【００３１】後述するごとく図４は図３に記載されてい
る現像スリーブ中の磁石による磁力の強さを示すもので
ある。

【００３２】本発明者等は、鋭意検討した結果、現像領
域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線方向の磁力は７０
０〜１２００ガウスが適当である。７００ガウスより小
さいと現像剤中のキャリアがスリーブに吸引される磁気
束縛力が弱くなり、現像領域両端部にできる現像剤穂立
ち高さが現像スリーブを回転することで高くなる。つま
り現像領域での像担持体と現像剤層との実質的な間隔が
狭くもしくは接触することになり、感光体上に現像され
た画像を現像剤の穂立ち先端でこすってしまい、例えば
現像時のはぎとり、混色等を起こしやすい。又、この場
合はトナーの機内飛散等も起こりやすい。一方、１２０
０ガウスを越える場合は、現像剤中のキャリアがスリー
ブに吸引される磁気束縛力が強すぎ逆に現像領域両端部
にできる現像剤穂立ち高さが低くなりすぎ現像領域の像
担持体と現像剤層との実質的な間隔が広くなり、現像時
の偏り大、現像性の低下が起きる。

【００３３】また、本発明において現像時のはぎとり、
混色の低下と偏り低下、現像性向上を両立させるために
は、現像領域両端部にできる現像剤穂の立ち上がった部
分の大きさには少なくもあまり大きな差は無いほうが良
く、現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線方向の
磁束密度の差が１００ガウス以下である必要がある。さ
らに、現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線方向
の磁力線が現像領域を挟む開き角（図３におけるθ₁＋
θ₂）が６０〜９０゜である必要がある。

【００３４】この場合、法線方向の磁束密度の強さ５０
％（図４におけるＡ、Ａ′の部位）における磁力分布の
幅（図４におけるＤ、Ｅの値）が６０゜以下、該法線方
向の磁束密度の８０％（図４におけるＢ、Ｂ′の部位）
における磁力分布の幅（図４におけるＦ、Ｇの値）が４
０゜以下、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面上の
法線方向の磁束密度の５０％及び８０％における磁力分
布の幅の差が２０゜以下であることにより、本発明の効
果が得られることがわかった。

【００３５】

【発明の実施の形態】まず、ＫＮＣプロセスを採用する
画像形成装置の主要な構成について説明する。

【００３６】図１は本実施の形態におけるＫＮＣプロセ
スを採用する画像形成装置の概略構成を示す断面図であ
り、図２は書き込み装置の概略構成を示した平面図であ
り、図３は本実施の形態における現像装置の概略構成を
示す断面図である。

【００３７】画像作成に当たっては、まず矢印方向への
感光体ドラム１０の回転を開始し、帯電器１２により感
光体を一様帯電する。図２の露光光学系１３により像露
光し、現像器１４の一つ例えば１４Ｙ（イエロー現像
器）により現像する。この時、其のほかの現像器１４Ｍ
（マゼンタ現像器）、１４Ｃ（シアン現像器）、１４Ｂ
Ｋ（ブラック現像器）は、退避もしくは不作動とし、前
記イエロー現像器ノミにより現像が行われる。感光体ド
ラムは現像トナー像を担持したまま回転を続け（転写極
１８、分離極１９、クリーニング装置２２は、この時離
間不作動状態にしてある）、必要により除電極１１で除
電され、再び帯電極１２にて一様帯電される。これを像
露光の後、今度は１４Ｙ（イエロー現像器）以外の現像
器（例えばマゼンタ現像器）にて現像するという工程を
繰り返して、感光体上に重ね合わせカラートナー像を作
る。必要最後の現像が終わったら、タイミングをあわせ
て転写紙Ｐを第一給紙ローラ１６、第二給紙ローラ１７
の働きにより転写位置へと送り出す。このとき転写極１
８、分離極１９を作動状態にして、像担持体上に作られ
ていた重ね合わせカラートナー像を転写紙Ｐへ一括転写
後、分離極１９の働きで、転写紙Ｐを感光体ドラム１０
から分離して、定着器２０へと送り、十分定着して後、
排紙ローラにて装置外へ出す。

【００３８】感光体ドラム１０は、導電性支持体上に中
間層塗布液を塗布し、これを乾燥硬化して中間層を形成
し、その上に感光層を形成した電子写真感光体のドラム
であり、Ａ４判サイズの転写材を使用して長手（２９７
ｍｍ）方向に搬送するために半径を４０ｍｍ以上にして
ある。斯かる４０ｍｍ以上の半径は、像書き込み中や転
写器１８が圧着又は解除されても像にずれを生じないよ
うにするためにも必要とされるものである。なお、導電
性支持体は接地してある。感光体ドラム１０は７５〜１
００ｍｍ／ｓｅｃの線速度で矢示方向に回転する（−）
帯電の有機感光体（以後ＯＰＣと記すことがある）から
成る直径８０〜１２０ｍｍのドラム状の感光体であり、
感光体ドラム１０の回転軸に位相を検出するためのエン
コーダ（図示せず）を設けてあり、エンコーダ（図示せ
ず）は感光体ドラム１０の位相を示す位相信号をＣＰＵ
２５０に送出している。

【００３９】導電性支持体は、例えばアルミニウム、ス
テンレススチール等の金属基体等、あるいは金属酸化物
等の導電性粉末を樹脂層に分散した導電層などが挙げら
れ、所定の表面粗さをもつものが用いられる。支持体表
面に粗さを与える加工方法としては、特に方法は問わな
い。例えば、金属基体については、化学エッチング、電
気メッキなどの化学的方法、蒸着、スパッタリングなど
の物理的方法、旋盤加工などの機械的方法などが例とし
てあげられる。また、ある種の樹脂導電層のように、層
中に含有する導電性粉末等の構成材料の形状や存在状態
の影響により凹凸を生じ、表面粗さをもつものでもよ
い。支持体表面の凹凸の断面形状は、Ｖ字型状、Ｕ字型
状、鋸刃形状等をはじめ、それ以外の不規則な形状でも
よく、特に限定されるものではない。

【００４０】中間層は、金属アルコキシド化合物や有機
金属化合物の有機金属化合物と、シランカップリング剤
を主成分としたものを、溶媒に溶かし塗布液とする。こ
の液を塗布、乾燥硬化して形成される。

【００４１】有機感光体を形成する電荷発生物質（ＣＧ
Ｍ）は長波長領域でも充分な分光感度をもち、又、微少
な露光量の差にも対応して忠実に電荷を発生することが
必要であることから、このような諸特性を考えあわせ
て、ＣＧＭとしてはチタニルフタロシアニン（ＴｉＯＰ
ｃと略することがある）が最も好適である。

【００４２】帯電極１２は例えば帯電ワイヤとして白金
線（クラッド又はアロイ）を採用したスコロトロン帯電
器、又は鋸歯電極或いはブラシ電極のいずれかを現像器
１４と転写器１８の間に配置してあり、潜像形成プロセ
スに先立ち感光体ドラム１０を−７５０Ｖに均一帯電を
行うものである。

【００４３】露光光学系１３は、図２に示すようにプリ
ンターコマンドを解読するフォーマッタからの画像デー
タをレーザダイオード（ＬＤ）変調回路に送り、変調さ
れた画像信号により半導体レーザ１３１を発光して２０
ＭＨｚのドットクロックで感光体ドラム１０上をライン
走査して潜像を形成するものであり、半導体レーザ１３
１とコリメータレンズ１３２とポリゴンミラー１３４及
びｆθレンズ１３５と第１のシリンドリカルレンズ１３
３及び第２のシリンドリカルレンズ１３６を備え、パル
ス幅変調した変調信号で半導体レーザ１３１を発振さ
せ、レーザ光を所定速度で回転するポリゴンミラー１３
４で偏向させ、ｆθレンズ１３５及び第１のシリンドリ
カルレンズ１３３及び第２のシリンドリカルレンズ１３
６によって感光体ドラム１０上に６００ＤＰＩ（約６０
×８０μｍ）相当にするスポットに絞って走査するもの
である。

【００４４】半導体レーザ１３１はＧａＡｌＡｓ等が用
いられ、最大出力１０ｍＷであり、光効率２５％であ
り、拡がり角として接合面平行方向８〜１６°、接合面
垂直方向２０〜３６°である。なお、カラートナーを順
次重ね合わせることもあるので、着色トナーによる吸収
の少ない波長光による露光が好ましく、この場合の波長
は７８０ｎｍである。

【００４５】ポリゴンミラー１３４は、偏向光学系に相
当するものであり、ビームを集光すると共に走査面の平
坦化を実現するためにペッパール和と非点隔差を小さく
するものであり、６面のポリゴン面を設け、書き込み密
度６００ｄｐｉで２３６００（ｒｐｍ）の回転数で回転
する。

【００４６】ｆθレンズ１３５は走査面の平坦化を実現
するためにペッパール和と非点隔差を小さくし、像面湾
曲を除去するものである。

【００４７】第１のシリンドリカルレンズ１３３と第２
のシリンドリカルレンズ１３６は、補正光学系に相当す
るものであり、ポリゴンミラー１３４の面倒れ誤差によ
る走査線のピッチむらを低減する。これにより、ポリゴ
ン倒れ角１２０秒Ｐ−Ｐであり、倒れ角補正率１′２０
以上となる。第２のシリンドリカルレンズ１３６はビー
ムを感光体ドラム１０上に結像するものである。

【００４８】画像データ出力部は、変調回路（図示せ
ず）と、ＬＤ駆動回路（図示せず）、同期系としてイン
デックスセンサ１３８及びインデックス検出回路（図示
せず）、ポリゴンドライバ（図示せず）を設けてある。

【００４９】変調回路は、参照波と所定ビットからなる
記録信号をＤ／Ａ変換したアナログ記録信号とを比較し
多値化するものである。このようにして得られる変調信
号はＬＤ駆動回路の駆動信号となる。ＬＤ駆動回路は、
変調信号で半導体レーザ１３１を発振させるものであ
り、半導体レーザ１３１からのビーム光量に相当する信
号がフィードバックされ、その光量が一定となるように
駆動するものであり、半導体レーザ１３１に導通する電
流を変更することができるようになっている。これによ
り、潜像電位を調整することができる。同期系は、偏向
光学系からのビームを反射するミラーを介してインデッ
クスセンサ１３８に入射する。インデックスセンサ１３
８はビームに感応して電流を出力し、当該電流はインデ
ック検出回路で電流／電圧変換してインデックス信号と
して出力する。このインデックス信号により所定速度で
回転するポリゴンミラー１３４の面位置を検知し、主走
査方向の周期によって、ラスタ走査方式で変調信号によ
る光走査を行う。

【００５０】転写器１８は、ステンレス鋼棒からなる軸
体と、その外周にポリウレタンゴム、シリコーンゴム、
スチレンブタジエン共重合体エラストマー、オレフィン
系エラストマー等の樹脂材をセルサイズ１０〜３００μ
ｍ程度のは発泡タイプ若しくは連泡タイプで形成し、更
に前述の樹脂材に導電性付与材としてカーボンブラック
等の無機物及び又は有機導電剤を混合させた電荷供給可
能な導電性とした弾性部材とから構成してある。弾性部
材としてカーボンブラックを含有した発泡ポリウレタン
系樹脂のルビセルローラ（トーヨーポリマー（株）製
造）を用いた。転写器１８の電気抵抗は２×１０⁸Ω、
ゴム硬度はアスカーＣスケールで硬度２５°程度が好ま
しい。弾性部材の外形は１６ｍｍ、軸体の外形は８ｍｍ
である。

【００５１】分離極１９は転写プロセスの直後に記録紙
を交流コロナ又は高圧電流で除電して記録紙の感光体ド
ラム１０への静電吸着力を低減し、紙の剛性や自重を利
用して分離しやすくする。この時、薄く剛性の弱い記録
紙ほど分離が難しくなるため、記録紙種や環境を考慮し
て除電量をバランスよく設定してある。

【００５２】クリーニング装置２２は、ブレード等を感
光体ドラム１０の表面に接触させることにより、感光体
ドラム１０の表面に付着したトナー及び粉塵を掻き落と
して廃トナーボックスに捕獲する。

【００５３】感光体ドラム１０周縁に図１に示すように
イエロー、マゼンタ、シアン、黒色等のトナーとキャリ
アとからなる二成分現像剤を装填した現像器１４が設け
られてある。

【００５４】現像装置１４は、例えばイエロー、マゼン
タ、シアン、黒色のいずれかの現像剤を収容するもので
あり、図１に示すように感光体ドラム１０と所定の間隙
（Ｄｓｄ）を保つ現像スリーブ１２０を備え、感光体ド
ラム１０上の潜像を非接触の反転現像法により顕像化す
るものであり、特に感光体ドラム１０に最近接した現像
スリーブ位置から、現像スリーブ１２０の移動方向の上
流側及び下流側に磁極を配置することにより均一に寝た
状態の磁気ブラシを形成するものであり、複数の現像装
置は同一構成であるので、図３に示す現像装置１４を代
表として説明する。

【００５５】ここで、現像領域とは前述したように現像
スリーブ１２０上の現像剤層のトナーが感光体ドラム１
０の現像位置に対して飛翔する現像スリーブ１２０上の
領域である。静止磁界を形成するマグネットローラ１１
０の磁石のうち現像領域の真中を挟んで両側に配置され
現像領域を規定する二つの磁石を極間現像用磁石とい
う。

【００５６】現像装置１４は、図３に示すように現像時
に現像スリーブ１２０の回転と共に所定の基準電位に接
地してある感光体ドラム１０と直流電源と交流電源によ
り保護抵抗を介して直流に交流を重畳した電圧を印加し
てある。二つの極間現像用磁石１１１，１１２、その隣
接磁石１１３，１１４，１１５の複数の磁石が周面に並
べられたマグネットローラ１１０の外周面を非磁性材料
からなる現像スリーブ１２０が回転可能に設けられてい
る。現像を行うにあたっては体積平均粒径８．５μｍの
ポリエステル系材料からなるトナーと体積平均粒径３０
μｍのフェライト系コーティングキャリアとをトナー濃
度７〜９％に制御した現像剤を撹拌スクリュウ１０５，
１０６を回転することにより撹拌して所定の帯電量（Ｑ
／Ｍ）に設定した後、現像スリーブ１２０の周面に供給
させ穂立ち規制板ブレード１０２によって現像剤の穂立
ちの層の厚さが略均一に層規制された磁気ブラシを形成
する。

【００５７】本発明においては、規制板ブレード（穂立
ち規制部材）１０２の設置された位置の直下（相対する
位置）には、現像スリーブ中の磁石の磁極が存在するこ
とが望ましい。磁石の磁極が存在する位置では、現像ス
リーブ上の現像剤の立ち上がりがあり、いわゆる現像剤
の穂が他より高く形成されいる。従って、この部位で現
像剤を規制することにより、比較的少量の現像剤量でも
精度良く規制することが可能である。本発明において
は、現像領域における現像スリーブ上の現像剤は薄層で
少量であることが望ましく、具体的には５〜３０ｍｇ／
ｃｍ²であることが望ましい。

【００５８】この場合、感光体ドラムと現像スリーブ間
にかけられるバイアスとしては、１．７ｋＶ、８ｋＨＺ
の交流バイアスと、−６５０Ｖの直流バイアスが印加さ
れる。現像スリーブ１２０の回転によって穂立ちした現
像剤は感光体ドラム１０と接触しない状態で現像領域に
運ばれ該現像剤Ｄｅｖ中のトナーは穂立ちのキャリアと
分離されて感光体ドラム１０上の潜像にその電荷の大き
さに応じる量を飛翔させながら感光体ドラム１０上に形
成してある潜像をトナー粒子で顕像化する。

【００５９】現像器１４は、感光体ドラム１０と対向す
る筺体の開口付近に直径２０（ｍｍ）の現像スリーブ１
２０で覆ったマグネットローラ１１０の回動軸を筺体の
側壁に嵌入してあり、その後方に直径１６（ｍｍ）の撹
拌スクリュウ１０５、１０６の駆動軸を筺体の側壁に嵌
入してあり、これら現像スリーブ１２０、撹拌スクリュ
ウ１０５、供給ローラ１０６の駆動軸は例えば歯車を介
して駆動系（図示せず）に接続することにより、回転数
を変更することができるようになっている。この制御動
作はＣＰＵ２５０によって行われる。この機能を利用し
て例えば現像スリーブ１２０の回転軸を例えば２００
（ｒｐｍ）、２５０（ｒｐｍ）、３００（ｒｐｍ）に変
更してトナー搬送量を５〜４０ｍｇ／ｃｍ²に制御する
ことにより現像後の反射濃度に基づいて画像濃度を調整
するようにしている。なお、キャリア及び余剰のトナー
は再び現像剤槽に戻され消費されたトナーに見合うトナ
ーの補給をトナー補給器と搬送ホイールにより受け、再
び均一混合と摩擦帯電によるトナー及びキャリアへの荷
電とが前述の撹拌によりなされる。

【００６０】以下に、各部材の構成及び機能について説
明する。

【００６１】現像スリーブ１２０は、前述したように直
径５〜２５ｍｍのステンレスやアルミニウム等の非磁性
材料から円筒状に形成し、内包するマグネットローラ１
１０に対して回転可能にしてある。マグネットローラ１
１０は、その表面にフェライト粒子の配向を特定の方向
に揃えて焼結した高磁化磁石１１１〜１１５を周方向に
有し、ケーシング１０１に固設してある。なお、現像ス
リーブ１２０は図示した矢示左方向に回転する。

【００６２】なお、高磁化磁石１１３と１１４は同極を
スリーブ外面上に向けているが、この部分で現像スリー
ブ面から、現像が行われた後の現像剤層を一旦はがしと
り、高磁化磁石１１５のとろにスリーブが達する迄に、
新たな現像剤で現像剤層を形成させるようにするのが良
い。このためには高磁化磁石１１３と１１４を同極にす
ると共に、その磁極の設置角度を、８５゜以上の開き角
を持たせるのが望ましい（現像剤をはぎとるという点か
らはこの角度は大きい方が良いが、実際の装置設計にお
いて採り得るのは１０５゜ぐらいまでである）。

【００６３】また、現像領域におけるマグネットローラ
１１０の極間現像用磁石１１１、１１２の現像スリーブ
１２０面における磁力によって現像スリーブ１２０の表
面にトナー粒子とキャリア粒子とからなる現像剤Ｄｅｖ
の層即ち、磁気ブラシを形成する。当該磁気ブラシは現
像スリーブ１２０の回転によって現像スリーブ１２０の
回転と同方向に移動し、現像領域に搬送される。この現
像スリーブ１２０上に形成される磁気ブラシは現像領域
の近傍に配置した極間現像用磁石１１１、１１２によっ
て感光体ドラムとの最近接点では寝た穂の状態となり、
感光体ドラム１０の表面に接触せず間隙を保つように、
現像スリーブ１２０と規制ブレード１０２の間隙及び現
像スリーブ１２０と感光体ドラム１０の間隙（以下、こ
れをＤｓｄと略称することもある。）を調整する。本実
施の形態においてＤｓｄは４００〜７００μｍであるこ
とが好ましい。又、感光体ドラム１０と現像スリーブ１
２０との周速比は１：１〜５の範囲が好ましい。

【００６４】ここで、θ₁，θ₂は感光体ドラム１０に最
近接した現像スリーブ位置から、現像スリーブ１２０の
移動方向の上流側及び下流側に近接配置した磁極間角度
である。θ₁，θ₂は各々３０〜４５゜とすることが望ま
しい。この様にすることにより均一に寝た状態の磁気ブ
ラシ（現像剤層）を形成できる。

【００６５】前述したごとく撹拌スクリュウ１０５，１
０６は現像剤Ｄｅｖを図中前後に現像剤を循環させて撹
拌し成分を均一にする。

【００６６】規制ブレード１０２は磁気ブラシの高さ及
び量を規制するため設けられた非磁性体や磁性材料から
成形したものである。

【００６７】バイアス電源は、前述したように直流電源
と交流電源を保護抵抗を介して出力する電源である。感
光体ドラム１０の感光層表面を例えば−７５０（Ｖ）に
帯電した場合、直流電源は−６５０Ｖの電圧を出力する
ことにより反転現像時のカブリを防止するものであり、
交流電源は例えば周波数８ｋＨｚで１７００Ｖ_p-pの交
流電圧を出力する交流電源であり、これらの電圧は直列
に配設されて現像スリーブ１２０に印加してある。

【００６８】なお、交流電源から供給される交流成分は
正弦波に限らず、矩形波や三角波等であってもよい。そ
して周波数も関係するが、電圧値は高い程現像剤の磁気
ブラシを振動させるようになって、トナー粒子に電荷粒
子からの分離飛翔が行われ易くなるが、反面、かぶりや
落雷現象のような絶縁破壊が発生し易くなる。かぶりの
発生は直流成分で防止し、絶縁破壊は、現像スリーブ１
２０の表面を樹脂や酸化皮膜等により絶縁ないしは半絶
縁にコーティングすること、あるいは現像剤のキャリア
粒子に球形で絶縁性のキャリア粒子を用いること等によ
って防止することができる。

【００６９】又、キャリアは実際には表面を樹脂等で包
んだコーティングキャリアとして用いられる事が多い
が、この場合用いられる樹脂やコーティング方法に特に
限定は無く、現在用いられている各種のものを用いるこ
とが出来る。トナーについても主成分として、バインダ
樹脂と着色剤を含有し、必要により離型剤、荷電制御剤
等を含有する公知のトナーを広く用いることが出来る。

【００７０】なお、ＫＮＣプロセスに２成分の非接触現
像法を採用する理由は、前述したようにトナー粒子が比
較的容易にキャリアとの摩擦帯電を行い、安定した帯電
量が得られ、かつ、カラー現像での色にごりの心配等が
ないことによる。

【００７１】本発明において現像剤は好ましくは、体積
平均粒径が１５〜６０μｍで１０００ガウスにおける磁
化が１５〜５０ｅｍｕ／ｇの磁性キャリア粒子と、体積
平均粒径が３〜１５μｍでトナー帯電量が１０〜３０μ
Ｃ／ｇの非磁性トナー粒子からなるものがよい。この場
合、トナー粒子やキャリア粒子が細かく、磁化、帯電量
が適正なので、繊細な線や点或いは濃淡差を高画質で再
現できる。

【００７２】ちなみに、キャリアの磁化の測定方法は下
記のごとく行った。

【００７３】ａ）測定機材直流磁化特性自動記録装置：横河電機製ＴＹＰＥ３２５７−３６電磁石型磁化器：横河電機製ＴＹＰＥ３２６１−１５ピックアップコイル：横河電機製ＴＹＰＥ３２６１−２０試料セル（アクリル樹脂）：内径１５．８ｍｍ（外径２０．０ｍｍ）高さ２０ｍｍｂ）測定方法試料セルに電荷を入れ盛り上がった余分な電荷をセルの
上端と同じ高さで払いのける。この状態で電荷の重量を
測定し、合わせて密度ρｍ（ｇ／ｃｍ³単位）を求め
る。その後、上記の測定機材により１０００（Ｏｅ単
位；エルステッドと読む）まで磁場を印加ヒステリシス
ループを測定し１０００（Ｏｅ単位）における磁束密度
Ｂｍ（ガウス単位）を求める。この値からキャリア磁化
を求めた。

【００７４】又、キャリア粒径の測定は、下記の方法に
よった。

【００７５】ａ）測定機材デジタルマイクロスコープ：キーエンス社製ＶＨ−６
２００型ｂ）測定方法上記機材によりキャリアを拡大観察し、その外径（直
径）をあらかじめ校正しておいた基準寸法に則り測定す
る。この操作を５００個のキャリアに対して行い、その
体積平均値をキャリア粒径とした。

【００７６】次にトナ−体積平均粒径の測定は下記の方
法によった。

【００７７】ａ）測定機材コールターカウンタ：株式会社日科機製ＴＡ−II型ｂ）測定方法あらかじめ分散媒イソトンに分散させたトナーの粒度分
布を上記測定機材により測定する。この測定で求められ
る体積平均粒径をトナー径とした。

【００７８】トナー帯電量の測定方法の例を示す。

【００７９】ａ）測定機材エレクトロメータ：Ｋｅｉｔｈｌｅｙ社（アメリカ）製
６５１７型ｂ）測定方法上記測定機材を用いてブローオフ法によって測定した。

【００８０】なお、本発明において、現像剤のスリーブ
上におけるキャリア穂立ち（現像剤層の状態）の観察、
測定には、下記の方法を用いた。

【００８１】ａ）測定機材デジタルマイクロスコープ：キーエンス社製ＶＨ−６
２００型ｂ）測定方法測定対象の現像スリーブ上の現像剤の穂立ち状態を上記
測定機材により観察し、その穂立ちを形成するキャリア
の高さとその方向を測定する。この測定をスリーブ角度
を変化させて実施し、そのキャリア径と穂立ち個数を参
考にしてキャリア穂立ち高さの測定を実施した。この測
定結果をもとにして現像領域（すなわち感光体ドラムと
スリーブの最近接部分近傍）におけるキャリア穂立ちの
角度分布を観察した。

【００８２】又、現像スリーブ面の磁束密度測定方法
は、特に限定は無いが下記のごとく行った。

【００８３】ａ）測定機材ガウスメーター：Ｆ．Ｗ．Ｂｅｌｌ社（アメリカ）製Ｍ
ＯＤＥＬ９５００ガウスメータープローブ：Ｆ．Ｗ．Ｂｅｌｌ社（アメリ
カ）製トランスバース型ＳＴＭ９９−０２０４ｂ）測定方法上記のガウスメータを用いて、プローブの測定箇所を現
像スリーブに接触させた状態で、スリーブを１ＲＰＭの
速度で回転させてスリーブ法線方向の磁束密度を測定し
た。この測定データはＧＰ−ＩＢインターフェースを通
じてコンピュータに取り込んだ。更に測定は軸方向に関
して５箇所測定を実施し、その平均値を測定値とした。

【００８４】なお、上記測定方法は代表的な例として示
したもので、これによらなければ成らないというもので
はない。

【００８５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明す
るが、本発明の態様はこれに限定されない。

【００８６】（画像性能の確認に用いた機器）コニカ株式会社製カラーレーザープリンターＣｏｌｏｒＬａｓｅｒＢｉｔＫＬ２０１０を改造して用いた。

【００８７】光学系では、感光体面上レーザー径（６０
０ＤＰＩ仕様）主走査方向４２．３μｍ副走査方向４２．３μｍ５０ｍｍ×２０ｍｍのベタ画像が書き込めるように改造
し、レーザーの点灯パルス幅を制御（いわゆるＰＷＭ方
式）して所望のハーフトーン画像が形成出来るようにし
た。

【００８８】現像器の構造は、基本的に図３にて示した
ものと同一とした。この時、現像スリーブ面上の磁力分
布も図４と同様になる。

【００８９】磁石１１１と磁石１１２のスリーブ面上法
線方向の磁束密度は９００ガウスとし、磁石１１１と磁
石１１２との磁極間角度は６０°同じく、磁石１１３と
磁石１１４との磁極間角度は９５°とした。

【００９０】其のほか磁力分布幅Ｄ，Ｅ，Ｆ，ＧやＤ−
Ｅ，Ｆ−Ｇの角度は表１に記載した。

【００９１】

【表１】

【００９２】現像条件としては、感光体と現像スリーブの最近接距離（Ｄｓｄ）＝４６０
μｍ現像領域への現像剤搬送量＝１７（ｍｇ／ｃｍ²）感光体周速と現像スリーブ周速の比＝１：３現像剤組成キャリア磁化＝３０（ｅｍｕ／ｇ）キャリア体積平均粒径＝３０μｍトナー帯電量＝−２２（μＣ／ｇ）トナー体積平均粒径＝８．５μｍトナー濃度＝９％（評価特性）下記の項目について測定を行った。

【００９３】（１）現像トナー量（Ｍ／Ａ）上述したような５０ｍｍ×２０ｍｍのベタ画像を感光体
上に形成させ、その現像トナーを一旦テープに写し採
り、その重量変化（付着量）を電子天秤によって測定し
た。

【００９４】（２）細線再現性ａ）測定機材印字評価システム：ＹＡ−ＭＡＮ社製ＲＴ−２０００
型ｂ）測定方法上記改造プリンターにより転写紙（ＸＥＲＯＸ４０２４
２０ポンド紙）の上に形成された細線を上記測定機材
により線幅を測定した。実際には、線画像の濃度分布デ
ータをとってその最大値の半値における全幅を線幅とし
た。

【００９５】（３）偏りａ）測定機材印字評価システム：ＹＡ−ＭＡＮ社製ＲＴ−２０００
型ｂ）測定方法ＰＷＭ幅５０％のハーフトーン画像を２０ｍｍ×２０ｍ
ｍ形成し、その中央部に１０ｍｍ×１０ｍｍのベタ画像
を形成する。

【００９６】このハーフトーンの通紙方向の後端部分に
生じた濃度ムラの幅（濃度が濃くなる）をかたよりとし
て評価した。

【００９７】（４）混色イエローベタ画像を現像し、その後ブラック画像の現像
プロセスは実施するが、感光体電位は非露光状態にした
部分の画像を拡大観察し、イエローベタ画像１ｍｍ×１
ｍｍのなかに混入したブラックトナーの数を数えて混色
の評価とした。

【００９８】（５）トナー飛散連続プリントを実施し、現像器周辺に飛散するトナーの
状況を観察した。

【００９９】評価結果は、プリント開始時と８万プリン
ト終了時の特性を下記表２に示した。

【０１００】

【表２】

【０１０１】表２から明らかなごとく、本発明内の実施
例１，２は全ての特性で実用レベル以上にあるのに対
し、本発明外の比較例１〜６は少なくとも何れかの特性
に問題があることがわかる。

【０１０２】

【発明の効果】本発明により、非接触二成分現像におい
て、現像性を損ねること無しに細線の再現性確保や、現
像における偏り低減等現像の安定化を図ることの出来る
現像方法と装置、及びそれを用いた多色カラー画像形成
方法及び装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる多色カラー画像形成装置の断面
図。

【図２】本発明に係わる画像形成装置の光学系の上面
図。

【図３】本発明に係わる現像器（装置）の断面図。

【図４】本発明に係わる現像スリーブ法線方向の磁力の
強さを説明する図。

【符号の説明】

１０感光体ドラム１１除電極（除電器）１２帯電極（帯電器）１３露光光学系（露光光学装置）１４現像器（現像装置、Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼン
タ、Ｃ：シアン、ＢＫ：ブラック）１６第一給紙ローラ１７第二給紙ローラ１８転写極（転写器）１９分離極（分離器）２０定着器（定着装置）２２クリーニング器（クリーニング装置）１１１，１１２，１１３，１１４，１１５磁石１２０現像スリーブＡ，Ａ′ 法線方向の磁力の強さ５０％の位置Ｂ，Ｂ′ 法線方向の磁力の強さ８０％の位置Ｄ，Ｅ，Ａ，Ａ′における磁力分布の幅Ｆ，Ｇ，Ｂ，Ｂ′における磁力分布の幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性キャリアとトナーよりなる二成分現
像剤層を、内部に磁石を設置した現像スリーブ上に形成
して現像領域内に搬送し、現像スリーブと像形成体間に
交流電界を印加し、トナーを像形成体上の潛像に非接触
現像する現像装置において、像形成体と現像スリーブの
最近接距離が４００〜７００μｍの際、現像領域が異な
る極性の磁極間に設定され、現像領域を挟む磁極の現像
スリーブ面の法線方向の磁束密度が７００〜１２００ガ
ウスで、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線
方向の磁束密度の差が１００ガウス以下であり、該現像
領域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線方向の磁力線が
現像領域を挟む開き角が６０〜９０゜、該法線方向の磁
束密度の５０％における磁力分布の幅が６０゜以下、該
法線方向の磁束密度の８０％における磁力分布の幅が４
０゜以下、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面上の
法線方向の磁束密度の５０％及び８０％以下における磁
力分布の幅の差が２０゜以下であることを特徴とする現
像装置。
【請求項２】現像剤層の穂立を規制する部材の設置位
置直下に現像スリーブ中の磁石の磁極が位置することを
特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】現像剤を現像スリーブ表面から剥ぎ取る
ための部材が、現像スリーブ中の８５゜以上の開き角を
持つ同極の磁石の磁極間に設置したことを特徴とする請
求項１記載の現像装置。
【請求項４】感光体上に帯電、像露光して形成した潛
像をカラートナーにて現像する工程を複数回繰り返し
て、感光体上に重ね合せカラートナー像を形成して後、
転写材に一括転写し、感光体より転写材を分離して定着
する一連の工程を経て、多色カラー画像を作る画像形成
方法において、請求項１に記載された現像装置を用いる
ことを特徴とする多色カラー画像形成装置。
【請求項５】現像領域における現像スリーブ上の現像
剤搬送量が５〜３０（ｍｇ／ｃｍ²）であることを特徴
とする請求項１記載の現像装置。
【請求項６】像形成体と現像スリーブの周速比が１：
１〜５の範囲であることを特徴とする請求項１記載の現
像装置。
【請求項７】磁性キャリアとトナーよりなる二成分現
像剤層を、内部に磁石を設置した現像スリーブ上に形成
して現像領域内に搬送し、現像スリーブと像形成体間に
交流電界を印加し、トナーを像形成体上の潛像に非接触
現像する現像方法において、像形成体と現像スリーブの
最近接距離が４００〜７００μｍの際、現像領域が異な
る極性の磁極間に設定され、現像領域を挟む磁極の現像
スリーブ面の法線方向の磁束密度が７００〜１２００ガ
ウスで、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線
方向の磁束密度の差が１００ガウス以下であり、該現像
領域を挟む磁極の現像スリーブ面の法線方向の磁力線が
現像領域を挟む開き角が６０〜９０゜、該法線方向の磁
束密度の５０％における磁力分布の幅が６０゜以下、該
法線方向の磁束密度の８０％における磁力分布の幅が４
０゜以下、該現像領域を挟む磁極の現像スリーブ面上の
法線方向の磁束密度の５０％及び８０％以下における磁
力分布の幅の差が２０゜以下であることを特徴とする現
像方法。
【請求項８】感光体上に帯電、像露光して形成した潛
像をカラートナーにて現像する工程を複数回繰り返し
て、感光体上に重ね合せカラートナー像を形成して後、
転写材に一括転写し、感光体より転写材を分離して定着
する一連の工程を経て、多色カラー画像を作る画像形成
方法において、請求項４に記載された現像方法を用いる
ことを特徴とする多色カラー画像形成方法。
【請求項９】二成分現像剤層を形成する磁性キャリア
の１０００ガウスの磁界における磁化が１５〜５０（ｅ
ｍｕ／ｇ）であることを特徴とする請求項４記載の現像
方法。
【請求項１０】二成分現像剤層を形成するトナーの体
積平均粒径が、３〜１５μｍで、トナー帯電量が１０〜
３０（μＣ／ｇ）であることを特徴とする請求項４記載
の現像方法。