JPH117182A

JPH117182A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH117182A
Application number: JP9365348A
Authority: JP
Inventors: Hisafumi Shoji; 尚史庄司; Masahiko Akafuji; 昌彦赤藤; Nobutaka Takeuchi; 信貴竹内; Hirokatsu Suzuki; 宏克鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-12-19
Publication date: 1999-01-12
Also published as: US5937228A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】トナー粒径及びキャリア粒径に基づいて現像
領域に振動電界を形成することにより、ドット均一性に
優れ、ノイズの少ない高品質の画像を形成することがで
きる画像形成装置を提供する。【解決手段】トナーとキャリアからなる現像剤を現像
スリーブ２に保持しながら搬送し、感光体ドラム１０に
形成された静電潜像に対してトナーを付着させる画像形
成装置において、感光体ドラム１０と現像スリーブ２と
の間でトナーを移動させる振動電界を形成し、該振動電
界の静電潜像にトナーを移動させる位相時間をｔ₁、該
振動電界の周期をＴ、トナーの質量平均粒径をＬｔ、キ
ャリアの質量平均粒径をＬｃとするとき、１．０×１０
^{- 4}＜ｔ₁ ²／Ｌｔ＜１．０×１０^{- 3}［sec²／m］及びＴ²
／Ｌｃ＜０．００５［sec²／m］が成り立つように各条
件を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、ファクシ
ミリ、プリンター等の画像形成装置の現像装置に係り、
詳しくはトナーとキャリアからなる現像剤を現像剤担持
体に保持しながら搬送し、像担持体に形成された静電潜
像に対してトナーを付着させる画像形成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】

〔従来技術１〕従来、トナーとキャリアからなる二成分
現像剤（以下、「現像剤」という）を用いた二成分現像
方式は、電子写真方式その他の、粉体トナーを用いた画
像形成装置における高速対応性に優れた現像方式として
知られ、近年では複写機やレーザプリンタ等の商品分野
において主流の技術として使われている。

【０００３】上記二成分現像方式では、磁石を内蔵した
非磁性スリーブ等の現像剤担持体の表面に現像剤を担持
して現像領域に搬送する。そして、現像領域においてブ
ラシ状になった現像剤を像担持体に接触乃至近接させ、
像担持体と電気的バイアスが印加された現像剤担持体と
の間に形成された電界で像担持体上の静電潜像にトナー
を選択的に付着させることにより、現像が行われる。

【０００４】近年、上記二成分現像方式を採用する画像
形成装置の市場において、より高い画像品質を要求され
るようになり、像担持体上の静電潜像に対してトナーが
不規則に付着して発生する画像ノイズが問題になってい
る。例えば、プリンタやデジタル複写機などでは中間調
を滑らかに再現するために、数十μｍ間隔で形成される
ドットの均一形成が要求される。しかし、ドット画像を
顕微鏡などで拡大して観察すると、ドットの形状や面積
のバラツキが大きく、かつドット間に不規則にトナーが
付着しているのが観察される。これらの程度が大きい場
合、粗さが目立ち均一感に乏しい画像となってしまう。

【０００５】このような画質上の問題を解決するため
に、特開平３−６７２７８号公報、特開平４−１６２０
５９号公報、特開平４−３５６０７６号公報、特開平７
−１１４２２８号公報、特開平７−９３３９５７号公
報、特開平８−６２９５５号公報などで、振動成分を有
する現像バイアス（振動バイアス）を現像剤担持体に印
加する方法が提案されている。

【０００６】〔従来技術２〕上記二成分現像方式におい
ては、現像剤の撹拌時間やトナー消費あるいはトナー補
給によるトナー濃度の変動により、トナーの帯電量は増
減する傾向にある。図２５にトナー濃度とトナー帯電量
と形成した画像の画像濃度との関係を示す。図中特性線
Ｃ１はトナー帯電量のトナー濃度依存性を、特性線Ｃ２
は画像濃度のトナー濃度依存性を示す。この図で示すよ
うにトナー濃度と帯電量との関係はトレードオフの関係
にある。また、トナー帯電量が増加するにつれ、画像濃
度は低下する傾向にある。このような傾向は現像剤を担
持する現像剤担持体と像担持体との間に印加する現像バ
イアスとして、直流電圧のみを用いた場合に顕著に現れ
る。このような画像濃度の低下を解決するために、現像
剤担持体の回転速度を大きくしたり、現像剤担持体と像
担持体との間隔を狭くするなどの方法が良く知られてい
る。しかしながら、この方法によれば、像担持体上の現
像された画像部が現像剤担持体上のキャリアにより掻き
取られ、画像後端部のかすれや縦横線の線幅の差が生じ
たりする。

【０００７】このような理由から、上記画像濃度を高め
るために、現像バイアスとして直流電圧に交流電圧を重
畳したバイアスを用い、現像剤担持体と像担持体との対
向領域（現像領域）に振動電界を形成し、帯電したトナ
ーを像担持体上の静電潜像に付着させる方法が良く知ら
れている。この方法は交流電圧の振動によりトナーが活
性化され、また、周波数や交流電圧の最大値−最小値の
絶対値であるピーク間の値を最適化することにより、画
像濃度を高めるだけでなく、高品質に現像することも可
能である。

【０００８】最近では上記交流電圧の波形を矩形波に
し、更にそのデューティを変化させるなどトナーが像担
持体の画像部にいかに効率良く付着するか、あるいは、
非画像部にトナーを付着させないか、等の高画質化のた
めの開発が行われている。

【０００９】例えば、上記特開平７−３３９５７号公報
においては、交流電圧の現像剤担持体から像担持体へト
ナーを移動させる電位と像担持体から現像担持体へトナ
ーを移動させる電位とを固定し、交流電圧の矩形波デュ
ーティのみを可変にした現像装置が開示されている。こ
の装置においては、該デューティと、交流電圧の現像剤
担持体から像担持体へトナーを移動させる電位と像担持
体から現像担持体へトナーを移動させる電位との差の絶
対値であるピーク間の値とから算出される時間平均電圧
値を、交流電圧のデューティを変化させることで制御
し、時間平均電圧値と像担持体の露光部分、すなわち、
画像部電位との電位差を変化させて画像濃度を高めてい
る。また、キャリア付着や、非画像部へのトナー付着す
なわちかぶり防止のために、ピーク間の値を現像剤担持
体から像担持体へトナーを移動させる電位が像担持体の
非露光部分、すなわち、非画像部の電位を超えないよう
にしている。

【００１０】また、特開平４−１３６９５９号公報にお
いては、交流電圧の現像剤担持体から像担持体にトナー
を移動させる位相の矩形波デューティを５０％以下に
し、更に該交流電圧のピーク間の値を大きく確保するこ
とにより、交流電圧の現像剤担持体から像担持体にトナ
ーを移動させる電位と像担持体の露光後の画像部電位と
の電位差を、像担持体から現像担持体にトナーを移動さ
せる電位と像担持体の非画像部電位との電位差より大き
くすることによって画像濃度を高くするとともに、非画
像部に付着したトナーを現像剤担持体に引き戻すバイア
スがかかる時間を長くすることによってかぶりを防止し
ている。また、トナーが交流電圧の振動により活性化さ
れるので、画像品質も良い。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】

〔課題１〕上記従来技術１で示した各公報に記載された
振動バイアスを現像剤担持体に印加する方法において
は、振動バイアスの印加条件によっては画質の改良につ
ながらず、かえって品質を低下させる場合もあるという
問題があった。本願発明者の実施した実験においてもこ
の問題点が確認されている。これはトナーやキャリアの
運動が様々な要因の影響を受けるためであると予測され
る。

【００１２】また、上記特開平４−３５６０７６号公
報、特開平７−９９３９５７号公報および特開平８−６
２９５５号公報には、特にパルス波形の振動バイアスを
印加した場合の周波数、ピーク値、デューティ比などに
ついて限定した条件が記載されている。しかし、これら
の条件においては振動バイアスによって運動する現像剤
の特性が考慮されていないため、様々なトナーやキャリ
アに対して優れた画質を得られる条件とはなっていな
い。

【００１３】また、特開平７−１１４２２３号公報に
は、トナー粒径・キャリア粒径の範囲と、振動バイアス
の周波数についての条件の記述があり、振動バイアスの
周波数は６０００Ｈｚ以上の高周波がよいとされてい
る。そして、現像効率を維持するためにキャリアの体積
抵抗率を１０¹⁰Ωｃｍ以下にするのが好ましいとされて
いる。しかし、本願発明者の追試によれば、上記周波数
領域ではベタ画像の後端部がかすれる現象（以下、「後
端かすれ」という。）が現れやすくなるという問題が確
認された。また、際限なく周波数を上げると振動バイア
ス印加の効果が無くなるという結果が得られた。従来か
ら多く用いられている１０¹²Ωｃｍ以上の抵抗を有する
キャリアの場合と比較して、低抵抗キャリアを使うこと
によってわずかに改善は認められるが、満足できる画質
とはなっていない。

【００１４】上記二成分現像方式の場合、トナーはキャ
リアに対し主に静電的な付着力により付着している。振
動バイアスを印加するとトナーのキャリアへの束縛が解
かれ、電界により移動しやすくなるという作用がある。
ところが、振動バイアスの周波数が上がり、トナーに対
して特定方向へ継続的に作用する時間（振動電界は静電
潜像にトナーを移動させる位相と現像スリープにトナー
を移動させる位相とを有しており、電界がトナーに対し
て特定方向に継続的に作用する時間）が短くなると、ト
ナーがキャリアから離脱することができなくなり、効果
が小さくなる。逆に低周波になると、トナーの動きのス
パンが長くなり、像担持体の地肌部にトナーが付着する
という問題が生じる。さらにキャリアの振動電界への反
応が大きくなって運動を始め、画像面にキャリアが付着
した状態になったり、像担持体上に付着したトナーを移
動させて画像品質を低下させるなどの副作用が目立つよ
うになる。

【００１５】また一方で、従来の現像装置を備えた画像
形成装置においては、使用される現像剤がヴァージョン
アップされ現像剤の成分が変更されるような場合、新し
い現像剤に対応する現像条件の設定ができないという問
題もあった。

【００１６】〔課題２〕また、本願発明者らが鋭意研究
を重ねた結果、上記従来技術２で示した特開平７−３３
３９５７号記載の装置構成においては、画像濃度を向上
させることはできるが、上記現像バイアスの交流電圧の
ピーク間の値の制限により交流電圧によるトナーの振動
が制限され、交流電圧を印加する効果が減少してしまう
ので、ドット均一性が悪くなり、高品質の画像を得るこ
とができないという問題点が生じることが明らかとなっ
た。

【００１７】また、上記特開平４−１３６９５９号記載
の装置構成においては、現像条件が常に一定に保たれる
ため、トナー帯電量の増減による画像濃度の変動が生じ
るおそれがあった。

【００１８】本発明は、以上の問題点に鑑みなされたも
のであり、その第１の目的は、ドット均一性に優れ、ノ
イズの少ない高品質の画像を形成することができる画像
形成装置を提供することである。

【００１９】また、その第２の目的は、画像濃度を安定
に保ち、且つ、ドット均一性に優れた高品質の画像を形
成することができる画像形成装置を提供することであ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１の発明は、トナーとキャリアからな
る現像剤を現像剤担持体に保持しながら搬送し、像担持
体に形成された静電潜像に対してトナーを付着させる画
像形成装置において、上記像担持体と上記現像剤担持体
との間でトナーを移動させる振動電界を形成し、上記静
電潜像にトナーを移動させる位相時間をｔ₁、上記振動
電界の周期をＴ、トナーの質量平均粒径をＬｔ、キャリ
アの質量平均粒径をＬｃとするとき、１．０×１０^{- 4}
＜ｔ₁ ²／Ｌｔ＜１．０×１０^{- 3}［sec²／m］及びＴ²／
Ｌｃ＜０．００５［sec²／m］が成り立つように上記各
条件を設定することを特徴とするものである。なお、上
記現像剤は、トナー及びキャリアのみからなるものに限
定されず、トナー及びキャリアに添加剤などを加えたも
のも含むものである（以下の請求項の発明においても同
様である。）

【００２１】請求項２の発明は、請求項１の画像形成装
置において、ブローオフ法によって計測された上記トナ
ーの平均帯電量の絶対値が、４０μＣ／ｇ以上１００μ
Ｃ／ｇ以下であることを特徴とするものである。

【００２２】請求項３の発明は、請求項１の画像形成装
置において、上記振動電界のピーク間の値を変更する制
御手段を設けたことを特徴とするものである。

【００２３】請求項４の発明は、請求項３の画像形成装
置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内の
現像剤の混合を伴う該現像装置の動作時間に基づいて、
上記振動電界のピーク間の値を変更する制御手段を設け
たことを特徴とするものである。

【００２４】請求項５の発明は、請求項３の画像形成装
置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内の
現像剤の混合を伴う該現像装置の動作停止時間に基づい
て、上記振動電界のピーク間の値を変更する制御手段を
設けたことを特徴とするものである。

【００２５】請求項６の発明は、請求項３の画像形成装
置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内又
は周囲の湿度に基づいて、上記振動電界のピーク間の値
を変更する制御手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００２６】請求項７の発明は、請求項３の画像形成装
置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内の
トナー濃度又は上記像担持体上のトナー付着量に基づい
て、上記振動電界のピーク間の値を変更する制御手段を
設けたことを特徴とするものである。

【００２７】また、上記第１の目的を達成するために、
請求項８の発明は、トナーとキャリアからなる現像剤を
現像剤担持体に保持しながら搬送し、像担持体に形成さ
れた静電潜像に対してトナーを付着させる画像形成装置
において、上記キャリアとして体積抵抗率が１０¹⁰Ωｃ
ｍ以下のものを用い、上記像担持体と上記現像剤担持体
との間でトナーを移動させる振動電界を形成し、上記静
電潜像にトナーを移動させる位相時間をｔ₁、上記振動
電界の周期をＴ、上記トナーの質量平均粒径をＬｔ、上
記キャリアの質量平均粒径をＬｃとするとき、１．０×
１０^{- 4}＜ｔ₁ ²＜５．０×１０^{- 4}［sec²／m］及びＴ²／
Ｌｃ＜０．００２［sec²／m］が成り立つように上記各
条件を設定することを特徴とするものである。ここで、
上記キャリアの体積抵抗率は、現像剤担持体にキャリア
からなる磁気ブラシを形成し、像担持体と同形状の電極
との間に２０００Ｖの電位差を設け、流れる電流を求め
て抵抗値を計算することにより得られた値である。

【００２８】請求項９の発明は、請求項８の画像形成装
置において、ブローオフ法によって計測された上記トナ
ーの平均帯電量の絶対値が、４０μＣ／ｇ以上１００μ
Ｃ／ｇ以下であることを特徴とするものである。

【００２９】請求項１０の発明は、請求項８の画像形成
装置において、上記振動電界のピーク間の値を変更する
制御手段を設けたことを特徴とするものである。

【００３０】請求項１１の発明は、請求項１０の画像形
成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置
内の現像剤の混合を伴う該現像装置の動作時間に基づい
て、上記振動電界のピーク間の値を変更する制御手段を
設けたことを特徴とするものである。

【００３１】請求項１２の発明は、請求項１０の画像形
成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置
内の現像剤の混合を伴う該現像装置の動作停止時間に基
づいて、上記振動電界のピーク間の値を変更する制御手
段を設けたことを特徴とするものである。

【００３２】請求項１３の発明は、請求項１０の画像形
成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置
内又は周囲の湿度に基づいて、上記振動電界のピーク間
の値を変更する制御手段を設けたことを特徴とするもの
である。

【００３３】請求項１４の発明は、請求項１０の画像形
成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置
内のトナー濃度又は上記像担持体上のトナー付着量に基
づいて、上記振動電界のピーク間の値を変更する制御手
段を設けたことを特徴とするものである。

【００３４】また、上記第２の目的の達成するために、
請求項１５の発明は、トナーとキャリアからなる現像剤
を現像剤担持体に保持しながら搬送し、像担持体に形成
された静電潜像に対してトナーを付着させる画像形成装
置において、上記像担持体と上記現像剤担持体との間で
トナーを移動させる振動電界を、交流電圧と直流電圧と
で形成し、該交流電圧のデューティと該直流電圧とを変
化させる制御手段を設けたことを特徴とするものであ
る。ここで、上記交流電圧のデューティとは、交流電圧
の１周期をＴとし、該１周期のうち現像剤担持体から像
担持体へトナーを移動させるような第一電位部の電圧印
加時間（位相時間）をｔ₁としたときの、１周期Ｔに対
する該第一電位部の電圧印加時間ｔ₁の比率、すなわ
ち、ｔ₁／Ｔ×１００（％）をいう。

【００３５】請求項１６の発明は、請求項１５の画像形
成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置
内の現像剤の混合を伴う該現像装置の動作時間に基づい
て、上記交流電圧のディーティと上記直流電圧とを変化
させる制御手段を設けたことを特徴とするものである。

【００３６】請求項１７の発明は、請求項１５の画像形
成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置
内の現像剤の混合を伴う該現像装置の動作停止時間に基
づいて、上記交流電圧のディーティと上記直流電圧とを
変化させる制御手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００３７】請求項１８の発明は、請求項１５の画像形
成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置
内又は周囲の湿度に基づいて、上記交流電圧のディーテ
ィと上記直流電圧とを変化させる制御手段を設けたこと
を特徴とするものである。

【００３８】請求項１９の発明は、請求項１５の画像形
成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置
内のトナー濃度又は上記像担持体上のトナー付着量に基
づいて、上記交流電圧のディーティと上記直流電圧とを
変化させる制御手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００３９】請求項２０の発明は、請求項１５の画像形
成装置において、上記交流電圧のディーティおよび上記
直流電圧の変化に伴い、上記振動電界の時間平均値を一
定にすることを特徴とするものである。

【００４０】請求項２１の発明は、請求項２０の画像形
成装置において、上記交流電圧の振幅は一定であること
を特徴とするものである。（以下、余白）

【００４１】以下、本願発明のバックグラウンドと本願
発明に係る画像形成装置の作用について説明する。

【００４２】上記請求項１の画像形成装置に関し、本願
発明者は、従来の現像方法における諸問題を踏まえて鋭
意検討を重ねた結果、像担持体と現像剤担持体の間のト
ナーが移動しうる領域（以下、「現像領域」という。）
中に限定的な条件の振動電界を形成すると画像品質が向
上することを見出した。

【００４３】本願発明者が実施した実験において、周期
が一定の矩形波バイアスを現像剤担持体に印加して、ト
ナーが像担持体方向に移動する時間（矩形波バイアス
の、トナーを像担持体方向に移動させるように作用する
パルスの幅を変えながら画像を形成し、ドット面積のバ
ラツキを測定したところ、パルス幅が特定の範囲（周期
が一定であるから、ここではデューティが特定の範囲を
意味する）でバラツキが小さくなり、ドット均一性が向
上するデータが得られた。そのデータを図２６のグラフ
に示す。このグラフでは、横軸に矩形波バイアスのパル
ス幅を、縦軸にドット面積のバラツキ（標準偏差を平均
値で割ったもの）をとってある。このドット面積は金属
顕微鏡で拡大した映像をＣＣＤカメラで読み取り、画像
データに変換し、画像解析ソフトウェアを用いて検出し
た。この図からも解るように、所定のパルス幅の範囲
（ここでは所定のデューティの範囲）でドット面積のバ
ラツキが小さくなっている。

【００４４】一方、単純なモデルを設定して予測する
と、荷電粒子を振動電界中に置いたとき、粒子は往復運
動を始め、その運動の振幅は振動電界の周波数の２乗と
粒径に反比例することが明らかになった。すなわち、振
動電界の周波数をｆ、電界の振幅をＥｏ、トナーの粒径
をＬｔとしたとき、トナーの往復運動の振幅Ａは次式で
表される。ただし、ｋは定数である。

【数１】Ａ＝ｋ・Ｅｏ／（ｆ²・Ｌｔ）

【００４５】これらの結果から、本願発明者は、トナー
が像担持体に向かって高速で移動する時間及びトナーの
粒径と画像品質との間に関連があると仮説を立て、確認
実験を行った。この確認実験ではトナ一粒径と矩形波バ
イアスのデューティの水準を変えて画像を形成し、評価
を行った。その結果、トナーが像担持体に向かう力を受
ける時間（トナーを像担持体に向ける力を与えるパルス
の幅）の２乗をトナー粒径で除した値を特定の範囲に設
定すると、ドット再現性が飛躍的に向上することが明ら
かになった。その実験データを図２７のグラフに示す。
このグラフでは、横軸に矩形波バイアスのパルス幅を、
縦軸にトナー粒径をとり、各トナー粒径ごとに比較して
良好なドット均一性を示すデータに〇（白丸）印を良好
でないものに●（黒丸印）を付した。このグラフから明
らかなように、ドット均一性が良好な条件は２本の放物
線Ｃ１，Ｃ２に挟まれた領域に分布している。

【００４６】なお、この確認実験で用いたキャリアは、
フェライトのコアにシリコーン樹脂をコートした磁性キ
ャリアで、その体積抵抗率はおよそ１０¹²Ωｃｍに制御
されたものである。また、マグネタイト微粒子を樹脂中
に分散させて作成した体積抵抗率がおよそ１０¹³Ωｃｍ
の磁性キャリアを用いた場合にもほぼ同様の結果が得ら
れた

【００４７】上記のような結果から、本願発明者は、振
動電界（振動バイアス）における像担持体上の静電潜像
の画像部にトナーを移動させる位相時間（パルス幅）を
ｔ₁、トナーの質量平均粒径をＬｔとするとき、次式が
成り立つように振動電界を形成することが画像品質の向
上をもたらすと結論した。

【数２】１．０×１０^{- 4}＜ｔ₁ ²／Ｌｔ＜１．０×１０^{- 3}［sec²／m］・・・

【００４８】さらに本願発明者はキャリアの運動につい
ても検討を行った。従来の研究から、キャリアが激しい
運動を行った場合、像担持体にキャリアが付着したり、
現像されたトナーが掻き取られたり移動させられたりす
ることで画像品質が劣化することが予測された。

【００４９】そこで、キャリアもトナーと同じく荷電粒
子とみなすと、キャリアの動きは振動電界の周波数の２
乗とキャリア粒径に反比例していると仮定できる。その
仮定に基づいて、キャリア粒径と振動電界周波数を変え
て画像を形成し品質を評価したところ、振動電界の周期
の２乗をキャリア粒径で除した値が特定の範囲におい
て、画像面へのキャリア付着がなくなり、画像品質が向
上することが明らかになった。すなわち、振動電界の周
期をＴ、キャリアの質量平均粒径をＬｃとするとき、次
の式が成り立つように振動電界を形成することが画像
品質の向上をもたらす。

【数３】Ｔ²／Ｌｃ＜０．００５［sec²／m］・・・

【００５０】従って、上記の式及び式を満たすよう
に条件を設定してやれば、トナーは動きやすく且つキャ
リアはほとんど動かない状態を実現することができる。
その結果、中間調の再現性が向上するだけではなく、地
肌汚れや後端かすれなどの画像ノイズと呼ばれる現象も
きわめて少なくすることができた。

【００５１】次に、上記請求項８の画像形成装置に関
し、キャリアとして、フェライトをコートする樹脂層に
導電性微粒子であるカーボンを分散させ、体積抵抗率を
１０⁸Ωｃｍとしたものを用いて同様の実験を行った。

【００５２】その結果、次の２つの式が成り立つ条件に
おいて、さらにドットの均一性に優れ、後端かすれなど
の画像ノイズがほとんど無い良好な画像を得ることがで
きた。

【数４】１．０×１０^{- 4}＜ｔ₁ ²／Ｌｔ＜５．０×１０^{- 4}［sec²／m］・・・

【数５】Ｔ²／Ｌｃ＜０．００２［sec²／m］・・・

【００５３】上記のような低抵抗キャリアを使うこと
で、現像領域における振動電界の大きさが大きくなり、
トナーの運動がより活発になる。このため、静電潜像に
対してより忠実にトナーが付着するようになる。また、
キャリアの抵抗が低いことはキャリア表面の電荷が一様
になりやすく、いったんキャリアから離れたトナーに対
して作用する静電的な引力が大きくなりにくいため、後
端かすれなどの画像ノイズが発生しなくなるという効果
も認められる。

【００５４】次に、請求項２乃至７の発明および請求項
９乃至１４の発明のバックグラウンド及び作用について
述べる。二成分現像方式においては、現像剤中のトナー
は主にキャリアとの接触によって帯電する。この帯電に
よるトナーの単位質量あたりの帯電量は、トナー及びキ
ャリアの表面特性や粒径のばらつきによりある範囲に分
布するため、帯電量がほとんどゼロのトナー（以下、
「弱帯電トナー」という）の発生が避けることが難しか
った。この弱帯電トナーは、キャリアとの付着力が小さ
く浮遊しやすいため、画像部の地肌部に付着し、画像ノ
イズの原因の一つとなるおそれがある。また、この弱帯
電トナーは飛散して装置内を汚染してしまうおそれもあ
る。

【００５５】上記弱帯電トナーの発生を防止するため
に、トナーの平均帯電量を高めることが考えられる。し
かしながら、帯電量が高いトナーは磁性キャリアとの付
着力が強く、必要とされるトナー量が現像されず、安定
した現像特性が得られないという問題が生じるおそれが
あった。

【００５６】本願発明者らが、トナーの平均帯電量を高
めた場合の上記振動電界の形成条件について鋭意研究を
行った結果、トナー及びキャリアの粒径を考慮してトナ
ーは像担持体側に動きやすくキャリアはほとんど動かな
いような振動電界を形成することにより、上記画像ノイ
ズの原因となる弱帯電トナーの発生を防止するためにト
ナーの平均帯電量を一定範囲内で高めた場合でも、現像
能力の低下のない安定した現像特性が得られることを見
いだした。

【００５７】さらに、本願発明者らが、上記画像ノイズ
の低減のために上記特定の振動電荷形成条件下で低抵抗
のキャリアを用いる現像装置における実験を重ねた結
果、該キャリアの電荷保持能力が小さく該キャリアにト
ナーの電荷を長時間保持することができないことによ
り、トナーの帯電量が変化しやすく現像特性が不安定に
なるという課題が発生するおそれがあることが分かっ
た。

【００５８】例えば、現像剤の混合を伴う現像装置の動
作を長時間停止した後では、トナーの帯電量が低下して
トナーが像担持体に付着しやすくなっているため、その
後の画像形成時に画像濃度が過度に上昇したり、地肌汚
れが発生したりするおそれがあった。また、現像剤の混
合を伴う現像装置の連続運転中は、トナーの帯電量が次
第に高くなり、現像能力が低下し、十分な画像濃度が得
られなくなるおそれがあった。

【００５９】また例えば、トナーの帯電量は環境、特に
湿度の影響を受けやすい。一般に低湿時には帯電量が上
昇し、高湿時には帯電量が低下する傾向にある。従っ
て、現像剤周辺の湿度が変化すると、トナーの帯電量が
変動し、安定した現像特性が得られないおそれがあっ
た。

【００６０】また例えば、トナーの帯電量は現像装置内
の現像剤のトナー濃度の変動によっても変化し、現像特
性が変動するおそれがあった。

【００６１】上記請求項２及び９の画像形成装置におい
ては、上記振動電界を形成するとともに、ブローオフ法
によって測定したトナーの平均帯電量の絶対値を４０μ
Ｃ／ｇ以上にすることにより、地肌汚れやトナー飛散の
原因となる弱帯電トナーの発生を抑えるとともに、上記
振動電界により現像トナー量の低下を抑えて安定した現
像特性を得ることができる。また、上記トナーの平均帯
電量の絶対値を１００μＣ／ｇ以下にすることにより、
上記振動電界によっても十分な現像トナー量を得ること
ができ、より安定した現像特性となる。

【００６２】上記請求項３乃至７及び請求項１０乃至１
４の画像形成装置においては、上記振動電界のピーク間
の値を変更することができるので、トナー帯電量の変化
に左右されずに現像トナー量が一定になり、安定した現
像特性を得ることができる。

【００６３】特に、上記請求項４及び１１の画像形成装
置においては、上記現像装置内の現像剤の混合を伴う現
像装置の動作時間に基づいて、上記振動電界のピーク間
の値を変更することにより、現像装置の動作時間の長短
によりトナー帯電量が変動があっても、現像トナー量が
常に所定量になり、安定した現像特性を得ることができ
る。

【００６４】特に、上記請求項５及び１２の画像形成装
置においては、上記現像装置の動作停止時間に基づい
て、上記振動電界のピーク間の値を変更することによ
り、現像装置の動作停止時間の長短によりトナー帯電量
が変動があっても、現像トナー量が常に所定量になり、
安定した現像特性を得ることができる。

【００６５】特に、上記請求項６及び１３の画像形成装
置においては、現像装置の内部又は周囲の湿度に基づい
て、上記振動電界のピーク間の値を変更することによ
り、湿度の変化によりトナー帯電量が変動があっても、
現像トナー量が常に所定量になり、安定した現像特性を
得ることができる。

【００６６】特に、上記請求項７及び１４の画像形成装
置においては、現像装置内の現像剤のトナー濃度、又は
該トナー濃度に応じて変化する像担持体上のトナー付着
量に基づいて、上記振動電界のピーク間の値を変更する
ことにより、トナー濃度の変化によりトナー帯電量が変
動があっても、現像トナー量が常に所定量になり、安定
した現像特性を得ることができる。

【００６７】次に、請求項１５乃至２１の発明のバック
グラウンド及び作用について述べる。本願発明者らの鋭
意研究の結果、現像バイアスの時間平均電圧値を変化さ
せずに交流電圧のデューティを小さくすれば、画像濃度
が上昇するように時間平均電圧値を変化させる場合に比
して画像濃度が確保しやすく、かつ、ドット均一性の良
い画像を得ることができることがわかった。

【００６８】上記請求項１５の画像形成装置において
は、上記交流電圧のデューティと上記直流電圧とを変化
させ、画像濃度が低下しやすい場合には、上記デューテ
ィを小さくし、かつ、時間平均電圧値をデューティを変
化させる前の時間平均電圧値と同程度になるように直流
電圧を調節することができる。

【００６９】上記請求項１６の画像形成装置において
は、上記現像装置内の現像剤の混合を伴う現像装置の動
作時間に基づいて、上記交流電圧のディーティと上記直
流電圧とを変化させることにより、現像装置の動作時間
の長短によりトナー帯電量が変動があっても、現像トナ
ー量が常に所定量になり、安定した現像特性を得ること
ができる。

【００７０】特に、上記請求項１７の画像形成装置にお
いては、上記現像装置の動作停止時間に基づいて、上記
交流電圧のディーティと上記直流電圧とを変化させるこ
とにより、現像装置の動作停止時間の長短によりトナー
帯電量が変動があっても、現像トナー量が常に所定量に
なり、安定した現像特性を得ることができる。

【００７１】特に、上記請求項１８の画像形成装置にお
いては、現像装置の内部又は周囲の湿度に基づいて、上
記交流電圧のディーティと上記直流電圧とを変化させる
ことにより、湿度の変化によりトナー帯電量が変動があ
っても、現像トナー量が常に所定量になり、安定した現
像特性を得ることができる。

【００７２】特に、上記請求項１９の画像形成装置にお
いては、現像装置内の現像剤のトナー濃度、又は該トナ
ー濃度に応じて変化する像担持体上のトナー付着量に基
づいて、上記交流電圧のディーティと上記直流電圧とを
変化させることにより、トナー濃度の変化によりトナー
帯電量が変動があっても、現像トナー量が常に所定量に
なり、安定した現像特性を得ることができる。具体的に
は、上記トナー濃度が低下してトナーの帯電量が大きく
なりやすい場合には、画像濃度が低下しやすくなるの
で、上記デューティを小さくし、時間平均電圧値をデュ
ーティを変化させる前の時間平均電圧値と同程度になる
ように直流電圧を調節する。

【００７３】上記請求項２０の画像形成装置において
は、上記振動電界を形成する交流電圧のデューティを変
化させるときにも、上記振動電界の時間平均値を一定に
保つ。

【００７４】上記請求項２１の画像形成装置において
は、上記交流電圧の振幅を一定に保つことにより、上記
直流電圧を変化させて上記時間平均値を一定に保つこと
ができるようにする。

【００７５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施形態について説明する。〔実施形態１〕まず、請求項１に係る発明の実施形態に
ついて説明する。図１は、本発明の画像形成装置で用い
る現像装置であって、トナーと磁性キャリアからなるニ
成分現像剤を現像剤担持体に保持しながら搬送し、像担
持体に形成された静電潜像に対してトナーを付着させて
現像するニ成分現像方法を実施できる現像装置の一例を
示す断面構成図である。この現像装置１は、現像剤担持
体としての現像スリーブ２，撹伴部材４，ドクタープレ
ード５などから構成される。現像スリーブ２は非磁性の
導電性部材で構成され、その表面はサンドブラストなど
で適度な凸凹が設けられている。現像スリーブ２は矢印
の如く図中反時計回りに回転し、内部には複数の固定磁
石３が配置されている。現像スリーブ２には現像バイア
ス電源６から後述するような現像バイアス（振動バイア
ス）が印加されるようになっている。そして、現像装置
の現像剤溜りには、現像剤を互いに逆方向に移動させる
２本の撹伴部材４が設けられている。また、現像スリー
ブ２の上方の近傍には、現像剤の現像領域への搬送量を
規制するためのドクターフレード５が配設されている。

【００７６】２本の撹拌部材４によって撹拌・搬送され
た現像剤は、現像スリーブ２近傍に達したときに固定磁
石３の作用で現像スリーブ２に汲み上げられる。そし
て、ドクターフレード５の上流側（スリーブ２の回転方
向上流側＝図においてブレード５の右側）で現像剤の対
流が起こり、トナーとキャリアとが混合してトナーが充
分且つ均一に帯電される。

【００７７】ドクターブレード５と現像スリーブ２との
間のギャップにより、現像領域に搬送される現像剤量が
一定になる。現像スリーブ２からトナーが静電潜像が形
成された感光体ドラム５０へ移動しうる現像領域では、
固定磁石３の作用によって形成された磁気ブラシ（トナ
ーとキャリアがブラシ状に形成されたもの）が像担持体
としての感光体ドラム１０に接触し、現像スリープ２の
電圧と感光体ドラム１０の静電潜像との間で形成された
電界によって、トナーが現像スリーブ２から感光体ドラ
ム５０に向かってトナーが移動する。

【００７８】図２は、バイアス電源６から現像スリーブ
２に印加する現像バイアス（振動バイアス）の波形を示
す波形図である。この波形図の横軸は時間、縦軸はトナ
ーが感光体ドラム１０に向かう力を受ける方向を上にと
った現像バイアスの電圧値である。この図において、ト
ナーが感光体ドラム１０に向かう最大の力を受けるとき
の電圧値をＶ１、トナーが現像スリーブ２に向かう最大
の力を受けるときの電圧値をＶｏとし、Ｖ１が持続する
時間（Ｖ１のパルス幅）をｔ₁、振動バイアスの周期を
Ｔとする。なお、電圧値の積分平均Ｖａは通常のＤＣバ
イアスと同様に−５００Ｖ〜−７００Ｖ程度に設定され
る。ただし、Ｖａ＝Ｖｏ＋（Ｖ１−Ｖｏ）・ｔ₁／Ｔと
する。

【００７９】上記現像バイアスの印加により、上記現像
領域Ｄに振動電界が形成される。この現像バイアスの一
周期Ｔの波形は２つの位相時間（第１の位相時間ｔ₁及
び第２の位相時間ｔ２）で構成され、図中のｔ₁で示す
位相時間が、感光体ドラム５０に向かってトナーが移動
しようとする振動電界の第１の位相時間に対応してい
る。また、図中のｔ２で示す位相時間が、現像スリーブ
２に向かってトナーが移動しようとする振動電界の第２
の位相時間に対応している。

【００８０】本実施形態では、トナーの質量平均粒径を
Ｌｔ、キャリアの質量平均粒径をＬｃとしたとき、前述
の式及び式で示すように、１．０×１０^{- 4}＜ｔ₁ ²
／Ｌｔ＜１．０×１０^{- 3}［sec²／m］及びＴ²／Ｌｃ＜
０．００５［sec²／m］が成り立つように、各条件を設
定した。

【００８１】以上、本実施形態によれば、現像領域中に
振動電界を形成し、トナー粒径に応じて現像剤中のトナ
ーを感光体ドラム１０に移動させる時間ｔ₁を設定し、
キャリア粒径に応じて振動電界の周期Ｔを設定するの
で、現像剤に量適な条件の振動電界を形成することがで
き、トナーを効率よく静電潜像に対して付着させること
ができる。その結果、ドット均一性に優れ（中間調の均
一再現性が優れる）、ノイズが少ない画像を形成するこ
とができる。

【００８２】本実施形態の第１実施例として、キャリア
は質量平均粒径が５０μｍで体積抵抗率が１０¹²Ωｃｍ
の樹脂コートキャリア、トナーは質量平均粒径が７．５
μｍのものをトナー濃度５ｗｔ％として用いた。さら
に、感光体ドラム１０に地肌部電位−７００Ｖ、画像部
電位−１００Ｖの静電潜像を形成した。

【００８３】なお、上記キャリアの体積抵抗率は、現像
スリーブ２にキャリアからなる磁気ブラシを形成し、感
光体ドラム１０と同形状の電極との間に２０００Ｖの電
位差を設け、流れる電流を求めて抵抗値を計算すること
により得られた値である。この磁性キャリアの体積抵抗
率は、サンプルを容器に入れて上下方向から電極で挟
み、上から軽く圧縮し、電極間に電圧を印加して電流を
測ることによって求めることもできる。この場合、上記
容器内の磁性キャリアのサンプルの高さは約４mmであ
り、上記印加電圧は１００Ｖから１０００Ｖまで変化さ
せ、得られた値の平均値を体積抵抗率とする。

【００８４】この場合の現像バイアスとして、積分平均
Ｖａを−８００Ｖ、振動成分を周波数５ｋＨｚ、ピーク
間電圧２ｋＶに設定し、前述の式及び式を満足する
ようにデューティを変えて現像したところ、振動バイア
スのデューティ（＝ｔ₁／Ｔ）が１５％から４０％の範
囲でドット均ー性に像れた画像を得ることができた。

【００８５】また、本実施形態の第２実施例として、前
記第１実施例で用いたものと同じ現像剤で、現像バイア
スのデューティを２０％に固定した場合、現像バイアス
の周波数２．５ｋＨｚ〜７ｋＨｚの範囲でドット均一性
に優れた画像を得ることができた。

【００８６】さらに、本実施形態の第３実施例として、
前記各実施例と同じ現像剤を用い、現像バイアスのデュ
ーティを１０％に固定した場合、現像バイアス周波数２
ｋＨｚ〜９．５ｋＨｚの範囲で良好な画像を得ることが
できた。なお、周波数が２ｋＨｚ以下になると、画像へ
のキャリア付着が著しく増加した。

【００８７】さらに、本実施形態の第４実施例として、
粒径５μｍのトナーを用いた（キャリア粒径は前記各実
施例と同じとする）場合、周波数を５ｋＨｚに固定する
と、現像バイアスのデューティ１５〜３０％の範囲でド
ット均一性が良好な画像を得ることができた。

【００８８】さらに、本実施形態の第５実施例として、
前記第４実施例と同じ現像剤を用いて現像バイアスのデ
ューティを２０％に固定した場合、現像バイアスの周波
数３〜８．５ｋＨｚの範囲でドット均一性が良好な画像
を得ることができた。

【００８９】さらに、本実施形態の第６実施例として、
磁性微粒子分散タイプで体積抵抗率が１０¹³Ωｃｍで質
量平均粒径が３５μｍの樹脂キャリアと、粒径７．５μ
ｍのトナーを混合した現像剤を用いた場合、現像バイア
スのデューティを１０％に固定すると、現像バイアス周
波数２．５〜３．５ｋＨｚの範囲で良好な画像を得るこ
とができた。なお、周波数２．４ｋＨｚ程度以下ではキ
ャリアの付着が目立つようになった。

【００９０】図３は、本実施形態の現像装置に供給する
現像バイアスを発生させる現像バイアス発生装置の構成
を示すブロック図である。この図に示すバイアス発生装
置は現像剤情報入力部１１、演算部１２、波形発生回路
１３及び増幅器１４から成っている。現像剤情報入力部
１１にはトナーとキヤリアの粒径に関する情報が入力さ
れている。この情報に基づいて演算部１２が前述の式
及び式を満たす範囲で現像バイアスのパルス幅を設定
し、波形発生回路１３にパルス幅情報を送る。波形発生
回路１３はそのパルス幅情報により波形を形成し、増幅
器１４で高電圧の現像バイアスを発生させ、現像スリー
プに印加する。なお、演算部１２では他の条件によりパ
ルス幅のほか、ピーク電圧値、直流成分値を定めること
もできる。ただし、その場合でも、パルス幅は式及び
式を満たす範囲内に設定される。

【００９１】現像剤情報入力部１１は、通常は出荷段階
で設定されたままにしておき、特に設定し直す（トナー
及びキャリアの粒径に関する情報を更新する）必要はな
い。しかし、現像剤のヴァージョンアップ等、何らかの
理由で現像剤の変更（成分変更）などがあった場合に
は、変更された現像剤の情報を入力する（それまで保持
していたデータを書き換える）ことにより、新しい現像
剤を使用する場合でも最適な条件で現像を行うことがで
きる。このため、常に、使用する現像剤に応じて最も品
質のよい画像を形成することが可能になる。（以下、余白）

【００９２】〔実施形態２〕次に、請求項８に係る発明
の実施形態について説明する。なお、本発明に係る画像
形成装置に用いる現像装置等の構成は図１に示したもの
と同様なので、それらの共通の説明は省略する。

【００９３】本実施形態の現像装置では、現像剤のキャ
リアとして体積抵抗率ρｃが１０¹⁰Ωｃｍ以下のものを
用いた。そして、前述の式及び式で示すように、
１．０×１０^{- 4}＜ｔ₁ ²＜５．０×１０^{- 4}［sec²／m］
及びＴ²／Ｌｃ＜０．００２［sec²／m］が成り立つよう
に、各条件を設定した。

【００９４】このように各条件を設定することにより、
トナーは動きやすく且つ磁性キャリアはほとんど動かな
い状態を実現でき、良好なドット画像の均一性による中
間調の再現性の向上や磁性キャリアの付着などの防止に
よる画質向上を達成することができた。また、これらの
不均一なドット形状や磁性キャリアの付着などによる画
像ノイズを防止できただけでなく、地肌汚れや後端かす
れ等の画像ノイズと呼ばれる現象もきわめて少なくする
ことができた。

【００９５】なお、上記振動電界を形成する本実施形態
の現像装置において、キャリアを体積抵抗率ρｃが１０
¹¹Ωｃｍ以上のものに交換して比較実験を行ったとこ
ろ、中間調部分の均一性が十分でなく、「後端かすれ」
等の画像ノイズが発生した。

【００９６】一方、本実施形態のように、上記振動電界
を形成するとともに体積抵抗率が１０¹⁰Ωｃｍ以下の磁
性キャリアを使用した場合は、現像領域Ｄにおける振動
電界の大きさが大きくなり、トナーの運動がより活発に
なる。このため、感光体ドラム５０上の静電潜像に対し
てより忠実にトナーが付着するようになる。また、磁性
キャリアの電気抵抗が低い場合は、磁性キャリアの表面
の電荷が一様になりやすく、一旦磁性キャリアから離れ
たトナーに対して作用する静電的な引力が大きくなりに
くいので、後端かすれ等の画像ノイズが発生しにくい。

【００９７】本実施形態の第１実施例として、キャリア
としてコート層の樹脂に導電性カーボン微粒子を分散さ
せた質量平均粒径が５０μｍで体積抵抗率が１０⁸Ωｃ
ｍの樹脂コートキャリアを、トナーは質量平均粒径が
７．５μｍのものを、トナー濃度５ｗｔ％で用い、感光
体ドラム１０に地肌部電位−７００Ｖ、画像部電位−１
００Ｖの静電潜像を形成した。

【００９８】現像バイアスとして、積分平均Ｖａを−６
００Ｖ、振動成分を周波数５ＫＨｚ、ピーク間電圧２ｋ
Ｖに設定し、前述の式及び式を満足するようにデュ
ーティを変えて現像したところ、振動バイアスのデュー
ティが１５〜３０％の範囲でドット均一性に優れた画像
を得ることができた。

【００９９】また、本実施形態の第２実施例して、前記
第１実施例と同じ現像剤を用い、現像バイアスのデュー
ティを２０％に固定した場合、現像バイアス周波数３．
５〜７ｋＨｚの範囲でドット均一に優れた画像を得るこ
とができた。

【０１００】さらに、本実施形態の第３実施例として、
前記第１及び第２実施例と同じ現像剤を用い、現像バイ
アスのデューティを１０％に固定した場合、現像バイア
ス周波数３．２〜３．７ｋＨｚの範囲で良好な画像を得
ることができた。なおバイアス周波数が８．２ｋＨｚよ
り低いときはキャリア付着が著しく増加し、バイアス周
波数が３．７ｋＨｚより高いときはドット均一性が低下
した。

【０１０１】さらに、本実施形態の第４実施例として、
粒径５μｍのトナーを用いた（キャリアは前記各実施例
と同じ）場合、現像バイアス周波数を５ｋＨｚに固定す
ると、デューティ１５〜２５％の範囲でドット均一性に
優れた画像を得ることができた。

【０１０２】さらに、本実施形態の第５実施例して、前
記第４実施例と同じ現像剤を用い、現像バイアスのデュ
ーティを２０％に固定すると、バイアス周波数４〜８．
５ｋＨｚの範囲でドット均一性に優た画像を得ることが
できた。

【０１０３】さらに、本実施形態の第６実施例して、磁
性微粒子分散タイプで質量平均粒径が３５μｍの樹脂キ
ャリアを導電でコートして体積抵抗率を１０⁸Ωｃｍと
したものと、粒径７．５μｍのトナーを混合した現像剤
を用いた場合、現像バイアスのデューティを２０％に固
定すると、周波数４〜７ｋＨｚの範囲でドット均一性に
優れた画像を得ることができた。なお、この現像剤を用
いてデューティを１０％に固定した場合、周波数３．８
ｋＨｚ程度以下でキャリアの付着が目立ち、それ以上の
周波数ではドット均一性の向上が認められなかった。

【０１０４】次に、請求項２乃至７及び請求項９乃至１
４の発明の実施形態について説明する。〔実施形態３〕本実施形態の画像形成装置に用いる現像
装置は、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持す
る現像剤担持体と、該現像剤担持体と像担持体との間の
現像領域に、トナーが該像担持体に向かって移動しよう
とする第１の位相とトナーが該現像剤担持体に向かって
移動しようとする第２の位相とを有する振動電界を形成
する振動電界形成手段とを備え、該現像剤担持体で現像
領域に搬送した現像剤により該像担持体上の潜像を現像
することができる現像装置である。本現像装置の基本的
な構成は、上記実施形態１の図１に示したものと同様な
ので、それらの共通説明は省略する。

【０１０５】また、本実施形態における現像剤のキャリ
アとして、上記実施形態１のように高抵抗のキャリアの
ほか、上記実施形態２のように体積抵抗率が１０¹⁰Ωｃ
ｍ以下の低抵抗のキャリアを用いてもよい。ここで、上
記実施形態１のように高抵抗のキャリアを用いた場合
は、前述の式および式が成り立つように各条件を設
定することが好ましく、上記実施形態２のように体積抵
抗率が１０¹⁰＾Ωｃｍ以下の低抵抗のキャリアを用いた
場合は、前述の式および式が成り立つように各条件
を設定することが好ましい。

【０１０６】本実施形態では、現像装置に用いる現像剤
として、荷電制御剤の添加量が異なる２種類のトナー
ａ，ｂを同じ条件で試作し、同じキャリアに混合したも
のを用意した。図４は、この２種類の現像剤の帯電量の
分布を測定した結果を示している。図中の曲線Ｃａがト
ナーａを含む現像剤、曲線Ｃｂがトナーｂを含む現像剤
の帯電量分布である。ここで、帯電量分布の測定は、ホ
ソカワミクロン（株）製の「イースパートアナライザ
ー」（商品名）を用いた。図４の曲線ＣａおよびＣｂを
比較すると、単位質量あたりの電荷量の平均値が異なる
ものの、その分布幅はほぼ同じである。上記トナーａに
はほとんど帯電しないトナーが存在し、上記トナーｂに
は存在しないことが分かる。

【０１０７】ここで、上記２種類のトナーａ，ｂの平均
帯電量をブローオフ法を用いて測定したところ、トナー
ａの平均帯電量は−２５μＣ／ｇであり、トナーｂの平
均帯電量は−５０μＣ／ｇであった。なお、このブロー
オフ法は、両側にトナーを通過させて磁性キャリアを通
さないメッシュを備えた円柱状の導体の容器（ブローオ
フゲージ）を水平に置き、圧縮空気を吹き付けてトナー
が持ち去った電荷を測定する方法である。

【０１０８】これらの結果から、同じ条件で作成された
トナーでは、平均帯電量を大きくするように荷電制御す
ることにより、地肌汚れやトナー飛散の原因になる弱帯
電トナーの発生を防ぐことが分かった。

【０１０９】図５は、上記２種類のトナーａ，ｂのそれ
ぞれを用いて現像した画像の画像濃度を測定した結果を
示している。図５の横軸は現像ポテンシャルである。ま
た、図中の実線Ｃａ，Ｃｂはそれぞれ、トナーａ，ｂを
含む現像剤を用い、通常行われている直流電圧のみから
なる現像バイアスを印加した場合の結果である。また、
図中の破線Ｃｂ’は、平均帯電量の高いトナーｂを含む
現像剤を用い、上記振動電界を発生させる現像バイアス
を印加した場合の結果である。この図５の結果により、
直流電圧のみからなる現像バイアスを印加すると、平均
帯電量の高いトナーｂは著しく現像能力が低下すること
が明らかになった。これに対し、本実施形態のように上
記振動電界を発生させる現像バイアスを印加した場合
は、図中の破線で示すように十分な画像濃度（現像トナ
ー量）を得ることができ、安定した現像特性が得られ
た。

【０１１０】以上のような実験をいろいろな平均帯電量
を有するトナーに対して繰り返し行ったところ、ブロー
オフ法で測定した平均帯電量の絶対値が４０μＣ／ｇ以
上のトナーを用いることにより、そのほとんどのトナー
が十分な帯電量を持つようになり、地肌汚れやトナー飛
散が発生しなくなることが明らかになった。また、ブロ
ーオフ法で測定した平均帯電量の絶対値が１００μＣ／
ｇ以下のトナーを用いることにより、十分な画像濃度が
得られることが明らかになった。同法で測定した平均帯
電量の絶対値が１００μＣ／ｇよりも大きなトナーを用
いたときは、上記振動電界を形成するような現像バイア
スを印加しても現像が進まず、十分な画像濃度が得られ
なかった。

【０１１１】以上、本実施形態によれば、ブローオフ法
によって測定したトナーの平均帯電量の絶対値を４０μ
Ｃ／ｇ以上１００μＣ／ｇ以下にすることにより、地肌
汚れやトナー飛散の原因となる弱帯電トナーの発生を防
止できるとともに、安定した現像特性が得られるので、
が発生しなくなるとともに、上記振動電界により画像濃
度（現像トナー量）の低下を抑えて安定した現像特性を
得ることができる。

【０１１２】次に、本実施形態のより具体的な実施例に
ついて説明する。現像スリーブ２に印加する現像バイア
スの積分平均Ｖａは、通常のＤＣバイアスと同様に−５
００〜−７００Ｖ程度に設定した。

【０１１３】キャリアとしては、コート層の樹脂に導電
性カーボン微粒子を分散させた質量平均粒径が５０μｍ
で体積抵抗率が１０¹⁰Ωｃｍの樹脂コートキャリアを用
いた。また、トナーとしては、質量平均粒径が７．５μ
ｍで荷電制御剤の量を３水準とった３種類のトナーを作
成した。この３種類のトナーをそれぞれ上記磁性キャリ
アにトナー濃度５ｗｔ％の割合で混合し、ブローオフ法
でトナーの平均帯電量を測定したところ、−４０、−５
０、−６０μＣ／ｇであった。

【０１１４】上記現像剤を用い、現像バイアスの積分平
均値Ｖａを−６００Ｖ、周波数を５ｋＨｚ、ピーク間電
圧を２ｋＶに設定し、上記第１の期間のデューティＲ
（＝ｔ₁／Ｔ）を変えて現像して画像を形成し、画質の
評価を行った。その結果、Ｒ＝１５％〜３０％の範囲で
ドット再現性に優れた画像が得られた。

【０１１５】また、上記現像剤を用い、上記現像バイア
スのデューティ比Ｒを２０％に固定し、周波数ｆを変え
て現像して画像を形成し、画質の評価を行ったところ、
ｆ＝３．５ｋＨｚ〜７ｋＨｚの範囲でドット再現性に優
れた画像が得られた。また、同様に上記現像バイアスの
デューティ比Ｒを１０％に固定し、周波数ｆを変えて現
像して画像を形成し、画質の評価を行ったところ、ｆ＝
３．２ｋＨｚ〜３．７ｋＨｚの範囲でドット再現性に優
れた画像が得られた。現像バイアスの周波数ｆが上記好
適範囲を下回ると、キャリア付着が著しく増加し、上記
好適範囲を上回るとドット均一性が低下した。

【０１１６】本実施例との比較のため、トナーに添加す
る荷電制御剤の量を減らして平均帯電量が−３０μＣ／
ｇのトナーを試作し、上記同様な条件で画像を作成した
ところ、地肌部が汚れ、トナー飛散も多く発生した。

【０１１７】次に、質量平均粒径が５μｍで平均帯電量
が−７０μＣ／ｇのトナーを用いて上記同様に現像して
画像を形成した。その結果、現像バイアスの周波数ｆを
５ｋＨｚに固定すると、上記デューティ比Ｒ＝１５％〜
２５％の範囲でドット均一性が良好な画像が得られ、上
記デューティ比Ｒを２０％に固定すると、周波数ｆ＝４
ｋＨｚ〜８．５ｋＨｚの範囲でドット均一性が良好な画
像が得られた。

【０１１８】次に、磁性微粒子分散タイプで質量平均粒
径Ｌｃが３５μｍの樹脂キャリアを導電層でコートして
体積抵抗率ρｃを１０⁸Ωｃｍにした磁性キャリアと、
質量平均粒径Ｌｔが７．５μｍで平均帯電量が−５０μ
Ｃ／ｇのトナーとを混合した現像剤を用いて現像して画
像を形成した。ここで、現像バイアスのデューティ比Ｒ
を１０％に固定し、周波数ｆを変えていったところ、
３．８ｋＨｚ以下でキャリア付着が目立ち、それ以上で
は、ドット均一性の向上は認められなかった。デューテ
ィ比を２０％にすると、周波数ｆ＝４ｋＨｚ〜７ｋＨｚ
の範囲でドット均一性に優れた画像が得られた。

【０１１９】〔実施形態４〕本実施形態の画像形成装置
に用いる現像装置の基本的な構成は、上記トナーの平均
帯電量の限定を除いて上記実施形態１で示した図１の構
成とほぼ同じであるので、それらの説明は省略する。

【０１２０】図６は、上記実施形態１で示した低抵抗の
キャリアと高帯電性のトナーとを含む現像剤を混合し、
放置したときのトナー帯電量の変化を示したものであ
る。図中の記号Ｔｍで示した期間は現像剤の混合中、及
び記号Ｔｓで示した期間は現像剤の放置中を示してい
る。この図６のデータから、現像剤の混合時間あるいは
放置時間によって現像特性が異なってしまい、画像形成
装置に用いる現像装置の動作時間が短かったり停止時間
が長かったりすると、画像濃度の上昇や地肌汚れの発生
など画質低下が予想される。

【０１２１】また、図７は、上記実施形態１で示した現
像バイアスのピーク間電圧と現像トナー量との関係を示
す実験結果である。図中の記号Ｃａの曲線は、上記実施
形態１における平均帯電量が低いトナーａを用いた場合
のデータであり、記号Ｃｂの曲線は、平均帯電量が高い
トナーｂを用いた場合のデータである。平均帯電量が低
いトナーａの場合は、現像バイアスのピーク間電圧を低
下させることにより、過剰な現像を抑えることができ
る。この場合、地肌汚れも同時に減少することが確認さ
れた。但し、ドットの均一性等は低下する。

【０１２２】以上の図６及び図７の実験結果により、画
像形成装置（現像装置）の連続動作時間あるいは停止時
間と、現像スリーブに印加する現像バイアスのピーク間
電圧とを関連づけておけば、過剰なトナーの付着や地肌
汚れの発生を防止できることが分かった。上記ピーク間
電圧の実際の設定値は、予め実験等によって求めておけ
ばよい。

【０１２３】図８は、本実施形態の現像装置において、
現像剤の混合を伴う現像装置の連続動作時間あるいは停
止時間に基づいて、上記振動電界のピーク間の値に対応
する現像バイアスのピーク間電圧を変更する制御手段と
しての制御系のブロック図である。主制御部１００は、
現像バイアス電源６に対し必要なタイミングでＯＮ／Ｏ
ＦＦを制御する信号を送るとともに、トナーの帯電量を
推定する帯電量推定部１０１に対し現像スリーブ２が動
作中か停止中かの信号を送る。上記帯電量推定部１０１
では、その時点での現像装置中のトナー帯電量を推定
し、現像バイアスのピーク間電圧の値を設定する振動波
形設定部１０２に送る。振動波形設定部１０２は推定さ
れたトナー帯電量と現像バイアスのピーク間電圧との関
係を変換表に記憶していて、この変換表に基づいて、上
記ピーク間電圧が設定される。このピーク間電圧に関す
る情報が現像バイアス電源６に送られ、主制御部１００
からＯＮ信号が送られたタイミングで新たに設定された
ピーク間電圧を有する現像バイアスＶｂが、現像スリー
ブ２に印加される。

【０１２４】図９は上記帯電量推定部１０１の動作のフ
ローチャートである。帯電量推定部１０１は、前述の図
７に相当する実験データに基づいて予め作成したトナー
帯電量の増減表（図１０参照）を記憶しており、所定の
タイミングで、該増減表に基づいてトナー帯電量の推定
値を変更する。図１０の増減表では、各帯電量推定値に
対して、現像装置の動作中に増加する変分を「＋」の欄
に、停止中に減少する変分を「−」の欄に設定してい
る。ある帯電量推定値のときに動作中であれば「＋」の
欄に示す量だけ推定値を増加させ、停止中であれば
「−」の欄に示す量だけ推定値を減少させる。図１１
は、上記振動波形設定部１０２に記憶している変換表の
内容の一例であり、トナー帯電量と現像バイアスのピー
ク間電圧との関係が予め実験データに基づいて設定され
ている。

【０１２５】以上、本実施形態によれば、現像装置の動
作時間あるいは停止時間の長短によりトナー帯電量の変
動があっても、現像バイアスのピーク間電圧を調整する
ことにより安定した現像特性が得られるので、トナーが
付着しすぎることがなく、地肌汚れのない画像を常に得
ることができる。

【０１２６】〔実施形態５〕本実施形態の画像形成装置
に用いる現像装置の基本的な構成は、上記トナーの平均
帯電量の限定を除いて上記実施形態１で示した図１の構
成とほぼ同じであるので、それらの説明は省略する。

【０１２７】図１２は、上記実施形態２で示した低抵抗
の磁性キャリアと高帯電性のトナーとを含む現像剤を特
定の湿度条件の雰囲気中で十分に混合したときのトナー
帯電量を示している。高湿度の場合は、トナー帯電量が
低下し、画像濃度の上昇や地肌汚れの発生等の画質低下
が予想される。

【０１２８】そこで、本実施形態では、湿度検知手段と
しての湿度センサを設け、この湿度センサの出力と、現
像スリーブに印加する現像バイアスのピーク間電圧とを
関連づけておき、過剰なトナーの付着や地肌汚れの発生
を防止している。上記ピーク間電圧と湿度との関係は、
予め実験等によって求めておけばよい。

【０１２９】図１３は、湿度センサ１５による湿度検知
結果に基づいて、上記振動電界のピーク間の値に対応す
る現像バイアスのピーク間電圧を変更する制御手段とし
ての制御系のブロック図である。上記湿度センサ１５
は、上記図１の現像装置内、該現像装置を備えた画像形
成装置内又はそれらの周囲の湿度を検知するように設け
る。

【０１３０】図１３において、湿度センサ１５の検出値
が振動波形設定部１０２に入力され、現像バイアスのピ
ーク間電圧がそのときの湿度に応じた値に設定される。
このピーク間電圧に関する情報が現像バイアス電源６に
送られ、新たに設定されたピーク間電圧を有する現像バ
イアスＶｂが、現像スリーブ２に印加される。

【０１３１】上記振動波形設定部１０２では、湿度とそ
れに対応するピーク間電圧の値が、図１２に示すような
データに基づいて作成された変換表に記憶されていて、
その変換表に基づいて、上記現像バイアスのピーク間電
圧が設定される。

【０１３２】以上、本実施形態によれば、湿度の変化に
よるトナー帯電量の変動があっても、現像バイアスのピ
ーク間電圧を調整することにより安定した現像特性が得
られるので、トナーが付着しすぎることがなく、地肌汚
れのない画像が常に得られる。

【０１３３】〔実施形態６〕本実施形態の画像形成装置
に用いる現像装置の基本的な構成は、上記トナーの平均
帯電量の限定を除いて上記実施形態１で示した図１の構
成とほぼ同じであるので、それらの説明は省略する。

【０１３４】図１４は、上記実施形態２で示した低抵抗
のキャリアと高帯電性のトナーを異なるトナー濃度（現
像剤に示すトナーの質量比）で混合したときのトナー帯
電量を示している。トナー濃度が大きくなるにつれてト
ナー帯電量が低下する傾向にあり、画像濃度の上昇や地
肌汚れの発生等の画質低下が予想される。

【０１３５】そこで、本実施形態では、トナー濃度検知
手段としてのトナー濃度センサを設け、このトナー濃度
センサの出力と、現像スリーブに印加する現像バイアス
のピーク間電圧とを関連づけておき、過剰なトナーの付
着や地肌汚れの発生を防止している。上記ピーク間電圧
とトナー濃度との関係は、予め実験等によって求めてお
けばよい。

【０１３６】図１５は、トナー濃度センサ９によるトナ
ー濃度の検知結果に基づいて、上記振動電界のピーク間
の値に対応する現像バイアスのピーク間電圧を変更する
制御手段としての制御系のブロック図である。上記トナ
ー濃度センサは、現像装置内に設置される。図１５にお
いて、トナー濃度センサ９の検出値が振動波形設定部１
０２に入力され、現像バイアスのピーク間電圧がそのと
きのトナー濃度に応じた値に設定される。このピーク間
電圧に関する情報が現像バイアス電源６に送られ、新た
に設定されたピーク間電圧を有する現像バイアスＶｂ
が、現像スリーブ２に印加される。

【０１３７】上記振動波形設定部１０２では、トナー濃
度とそれに対応するピーク間電圧の値が、図１４に示す
ようなデータに基づいて作成された変換表に記憶されて
いて、その変換表に基づいて、上記現像バイアスのピー
ク間電圧が設定される。

【０１３８】以上、本実施形態によれば、現像剤のトナ
ー濃度の変化によるトナー帯電量の変動があっても、現
像バイアスのピーク間電圧を調整することにより安定し
た現像特性が得られるので、トナーが付着しすぎること
がなく、地肌汚れのない画像が常に得られる。

【０１３９】なお、本実施形態において、上記トナー濃
度センサ９の出力を用いる代わりに、現像装置内のトナ
ー濃度に応じて変化する感光体ドラム１０上のトナー付
着量を検知するセンサ（例えば反射型光センサ）の出力
を用いて、上記制御を行うように構成してもよい。ま
た、本実施形態において、上記トナー濃度センサの出力
値に基づいて現像装置へのトナー補給を制御するように
構成してもよい。この場合は、長期的にもさらに安定し
た画像が得られる。（以下、余白）

【０１４０】次に、請求項１５乃至２１の発明の実施形
態について説明する。〔実施形態７〕図１６は本実施形態に係る現像装置であ
って、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を磁力によ
り担持する現像剤担持体と、直流電圧に交流電圧を重畳
して生成し、該現像剤担持体から像担持体へトナーを移
動させるような第一電位部と該像担持体から該現像剤担
持体へトナーを移動させるような第二電位部とを有する
矩形波バイアスを、現像バイアスとして該現像剤担持体
に印加するバイアス印加手段とを備え、該現像バイアス
が印加される現像剤担持体により上記現像剤を像担持体
と対向する現像領域に搬送し、該像担持体に形成された
潜像を現像することができる現像装置の概略構成を示す
断面図である。また、図１７は、同現像装置の現像スリ
ーブ２周面の現像スリーブ半径方向における磁力分布の
説明図である。なお、本実施形態の現像装置では、静電
潜像の現像方式として、帯電電位が除去された領域にト
ナーを付着させる、いわゆる反転現像方式を採用してい
る。

【０１４１】この現像装置の現像スリーブ２は中空円筒
状の非磁性体から構成され、感光体ドラム１０の回転軸
と平行に対向する位置に配置されている。現像スリーブ
２内にはＳ極及びＮ極を図１７に示すように交互に配置
した磁気ロール（固定磁石）３が備えられてあり、現像
スリーブ２が図１６の矢印Ａ方向に回転することによ
り、磁気ロール３の磁力によって現像スリーブ２の外周
に現像剤を磁気ブラシ状に付着させる。該現像剤として
は非磁性体からなるトナーと磁性体からなるキャリアが
所定の割合で混合されたものを用いることができる。そ
して、矢印Ｂ方向に回転する像担持体としての感光体ド
ラム１０の表面方向に現像剤を搬送するように構成され
ている。このとき、現像スリーブ２上に搬送された現像
剤を規制するために現像剤規制部材としてのドクタ４が
配置され、磁気ブラシ状の現像剤を所定の厚さに規制す
るようになっている。また、現像剤を撹拌・搬送するた
めの第１撹拌部材４ａおよび第２撹拌部材４ｂが現像ス
リーブ２の回転軸と平行になるように長手方向に沿って
形成されている。第１撹拌部材４ａによる撹拌領域と第
２撹拌部材４ｂによる撹拌領域とは仕切板７によって仕
切られており、第１撹拌部材４ａは現像スリーブ２近傍
に、第２撹拌部材４ｂはこの現像装置の側方に設けられ
た図示しないトナー補給装置からの図示しないトナー補
給口近傍に位置している。上記仕切板７の現像スリーブ
２長手方向の前後端面と、現像器の前後側壁内面との間
には、現像剤をやり取りするための間隙が設けられてい
る。該第１撹拌部材４ａ及び第２撹拌部材４ｂはそれぞ
れ図示しない駆動部により矢印方向に回転駆動され、現
像スリーブ２長手方向では互いに逆向きに現像剤を搬送
しながら現像剤を撹拌する。そして、該現像剤は上記現
像剤をやり取りするための間隙を介し、上記仕切板７の
周りをループ状に循環するようになっている。このよう
に現像剤は該２本の撹拌部材により撹拌混合されて帯電
する。なお、この現像装置においては、トナーはマイナ
スに帯電する。

【０１４２】図１７に示す各磁極のうち、Ｓ１、Ｎ１極
は上記第１撹拌部材４ａにより長手方向に撹拌搬送され
る現像剤を現像スリーブ２周面上に汲み上げるための剤
汲み上げ極である。Ｓ２極は、ドクタ５を通過した現像
剤を現像スリーブ２と感光体ドラム１０との間の現像領
域へ搬送する剤搬送極である。Ｎ２極は静電潜像現像用
の現像主極である。またＳ３極は現像剤搬送用の補極で
ある。また、上記Ｓ３極とＳ１極とは、共にＳ極となっ
ていて互いに反発磁界を形成するため、両極の間の現像
スリーブ２周面からは現像剤が離されて、上記第１、第
２撹拌部材４ａ，４ｂにより再度撹拌搬送される。

【０１４３】上記現像剤は、上記第１撹拌部材４ａによ
り現像スリーブ長手方向に搬送される間に上記現像スリ
ーブ２内部の磁気ロール３の磁力により、該現像スリー
ブ２表面に供給される。そして、該現像スリーブ２は現
像剤を磁力により吸引して上記回転にともなって搬送
し、該現像剤はドクタ５により層厚が規制されて該現像
スリーブ２と感光体ドラム１０との対向部に供給されて
該感光体ドラム１０上の静電潜像を現像する。

【０１４４】上記静電潜像は、上記感光体ドラム１０が
上記現像スリーブ２に対向する現像領域よりも該感光体
ドラム１０回転方向上流側において、その表面を所定の
電位、図示の例では−９００Ｖに均一に帯電した後、画
像情報にもとづいてレーザを照射して、画像部が所定の
電位、図示の例では−２００Ｖになるようにして形成さ
れている。そして、該画像部に上記磁気ブラシ状の帯電
した現像剤中のトナーが付着することにより、該静電潜
像がトナー像化される。

【０１４５】上記現像スリーブ２には現像バイアス電源
６が接続しており、直流電圧に交流電圧を重畳した現像
バイアスを印加する。本実施形態に係る現像装置におい
ては、この現像バイアスとして矩形波バイアスを用いて
いる。この現像バイアス印加方法については後述する。

【０１４６】また、該現像スリーブ２表面に形成される
磁気ブラシ状の現像剤の高さは、ドクタ５により０．５
mmになるように規制される。該現像スリーブ２と感光体
ドラム１０との間隔は０．６mmに保持されている。ま
た、現像スリーブ２の線速は感光体ドラム１０の線速９
０mm/secの２．５倍である２２５mm/secとなるように設
定されている。

【０１４７】現像器内の現像剤のうち、トナーは現像の
度に消費されていく。該現像剤のトナー濃度は、トナー
濃度検知手段としての、現像装置下部に設けられたトナ
ー濃度センサ９により、所定のタイミング、例えば１枚
の画像形成動作毎で繰り返し検知される。そして該トナ
ー濃度センサ９による検知結果に応じてトナー補給装置
によりトナー補給が行われ、現像装置内のトナー濃度を
所定の範囲内に保ち、画像濃度が一定に保たれる。該ト
ナー濃度センサ９としては、例えば現像剤の透磁率を測
定することでトナー濃度を検知する透磁率センサなどを
用いることができる。

【０１４８】そして、本実施形態においては、現像スリ
ーブ２に印加する現像バイアスの直流電圧及び交流電圧
のデューティと画像濃度との関係を利用してトナー濃度
の変動による画像濃度の変動の防止を行う。まず、現像
バイアスの直流電圧及び交流電圧のデューティと画像濃
度との関係について、詳しい説明を行う。

【０１４９】図１８は、本実施形態に係る現像装置で用
いる現像バイアスの波形の説明図である。この現像装置
においては、図１８に示すように現像スリーブ２から感
光体ドラム１０にトナーを移動させる第一電位部と感光
体ドラム１０から現像スリーブ２にトナーを移動させる
第２電位部とが交互に繰り返されるような現像バイアス
を現像スリーブ２に印加する。この現像バイアスは、所
定の直流電圧Ｖ₀にピークツウピーク値（ピーク間の
値）Ｖp-pが該第一電位部の電位Ｖ₁と該第二電位部の電
位Ｖ₂との差の絶対値｜（Ｖ₁−Ｖ₂）｜の矩形波の交流
電圧を重畳することにより生成している。そして、上記
デューティは、交流電圧の１周期において、上記現像ス
リーブ２から感光体ドラム１０にトナーを移動させる電
位Ｖ₁の印加時間をｔ₁、感光体ドラム１０から現像スリ
ーブ２にトナーを移動させる電位Ｖ₂の印加時間をｔ₂と
したときの、１周期Ｔ＝ｔ₁＋ｔ₂に対する上記現像スリ
ーブ２から感光体ドラム１０にトナーを移動させる電位
Ｖ₁の印加時間ｔ₁の割合ｔ₁／（ｔ₁＋ｔ₂）×１００
（％）をいう。

【０１５０】また、図１８中のＶDCは、時間平均電圧値
である。この時間平均電圧値は現像バイアスの時間平均
値であり、該現像バイアスの交流電圧のデューティ、ピ
ークツウピーク値Ｖp-p、及び直流電圧値Ｖ₀により設定
することができる。

【０１５１】次に、現像スリーブ２に印加する現像バイ
アスの直流電圧及び交流電圧のデューティと画像濃度と
の関係を調べるべく、本発明者らが行った実験結果につ
いて説明する。先ず、上記現像装置において、該現像装
置内のトナー濃度を観測しながらデューティ５０％で現
像を行ったときの結果について説明する。該現像時の現
像バイアスのピークツウピーク値Ｖp-pは２ｋＶ、Ｖ₁＝
−１６００Ｖ、Ｖ₂＝＋４００Ｖ、ＶDC＝Ｖ₀＝−６００
Ｖ、周波数ｆ＝５ｋＨｚ、周期Ｔ＝２００μｓ、ｔ₁＝
ｔ₂＝１００μｓに設定した。また、このときに現像に
用いたトナーは粒径が７．５μｍ、キャリアは５０μｍ
で、該キャリアの抵抗は１０⁸〜１０⁹のオーダー程度の
比較的低抵抗のものであった。このときの現像バイアス
波形を感光体ドラム１０上の画像部の電位Ｖ₃＝−２０
０Ｖ、及び、非画像部の電位Ｖ₄＝−９００Ｖとともに
図１９に、該時間平均電圧値と感光体ドラム１０表面と
の電位差である現像ポテンシャルによる画像濃度の変化
を図２０に示す。

【０１５２】図２０の特性線ａ１で示すように、上記現
像開始後しばらくは、図１９に示す現像バイアス条件で
十分な画像濃度を得ることができた。しかしながら、経
時によりトナー濃度が低下してくると、特性線ａ２で示
すように、十分な画像濃度を得ることができなくなっ
た。これは、トナー濃度の低下によりトナーの帯電量が
大きくなったためである。

【０１５３】次に、上記トナー濃度低下時にデューティ
２０％まで小さくして、かつ、ＶDC＝−６００Ｖになる
ように電源６から出力される直流電圧を設定して現像を
行った。該現像時の現像条件は、ピークツウピーク値Ｖ
p-pが２ｋＶ、Ｖ₁＝−２２００Ｖ、Ｖ₂＝−２００Ｖ、
Ｖ₀＝−１２００Ｖ、周波数ｆ＝５ｋＨｚ、周期Ｔ＝２
００μｓ、ｔ₁＝４０μｓ、ｔ₂＝１６０μｓである。こ
のときの現像バイアス波形を感光体ドラム１０上の画像
部の電位Ｖ₃＝−２００Ｖ、及び、非画像部の電位Ｖ₄＝
−９００Ｖとともに図２１に、現像ポテンシャルによる
画像濃度の変化を示す特性線ｂ１を図５の特性線ａ２と
ともに図２２に示す。上記デューティを２０％まで小さ
くすることにより、トナー濃度が低下した場合でも十分
に画像濃度を得ることができた。また、上記周波数が５
ｋＨｚと比較的高い周波数に設定されていることで、キ
ャリア付着も発生しなかった。

【０１５４】同様に上記ＶDC＝−６００Ｖになるように
設定して、交流電圧のデューティを例えば５０％よりも
大きく９０％以下の範囲で大きくした場合には、画像濃
度は一応目標値に達するが、デューティを小さくした場
合に比して上記目標値までの余裕が小さいことがわかっ
た。さらに、画像のドット画像部分のばらつきが大きく
なり、画像の後端部分が白く抜けるなどの不具合も生じ
た。一方、デューティを２０％よりも小さくした場合に
は、画像品質が極端に悪化することがわかった。これ
は、トナーが現像スリーブ２から感光体ドラム１０へ移
動する過程において、トナー振動できず、活性化しない
からである。

【０１５５】以上の結果から、トナー濃度が低下し、ト
ナーの帯電量が大きくなって画像濃度が確保しにくくな
った場合でも、周波数を一定に保ち、現像バイアスの交
流電圧成分のデューティを所定の範囲、例えば２０以上
５０以下の範囲で変化させ、かつ、時間平均電圧の値を
一定に保つように上記電源６を制御することにより、画
像濃度の低下の防止及びドットの均一性の向上を実現で
きることがわかった。

【０１５６】本実施形態の現像装置においては、このこ
とを利用して画像濃度の低下の防止及びドットの均一性
の向上を実現するために、周波数を一定に保ち、かつ、
上記交流電圧のデューティ及び直流電圧を変化させるこ
とができるような構成を採用している。具体的には、前
述の図２５で示したトナー濃度とトナー帯電量と画像濃
度との関係と上記実験から得たトナー濃度と現像バイア
スの交流電圧のデューティ及び直流電圧との関係とを利
用し、上記トナー濃度センサ９によるトナー濃度検知結
果に基づいて、上記現像バイアスの交流電圧のデューテ
ィ及び直流電圧を制御する制御手段（バイアス可変手
段）を設けている。

【０１５７】図２３に、この制御手段としての制御部２
００の概略構成を示す。該制御部２００は、上記トナー
濃度センサ９からのトナー濃度情報から画像濃度を換算
し、目標とする画像濃度からの差を補正するための現像
バイアスの交流電圧デューティ、直流電圧を演算するた
めの演算回路２０１と、該演算回路２０１による演算結
果に基づいた波形を発生して、上記電源６から該波形に
基づいた現像バイアスを出力させるための波形発生回路
２０２とを有している。そして、上記トナー濃度センサ
９に基づいて該演算回路２０１により演算した現像バイ
アスを波形発生回路２０２により上記電源６から現像ス
リーブ２に出力する。具体的には、トナー濃度が低下し
てトナーの帯電量が大きくなり、画像濃度が低下しやす
い場合には、上記交流電圧のデューティを小さくし、か
つ、時間平均電圧値が一定の値となるように上記直流電
圧を調節する。これにより、画像濃度の低下を防止する
ことができるとともに、ドット均一性の良い良好な画像
を得ることができる。

【０１５８】また、上記制御部によりトナー濃度に基づ
いて自動的に現像バイアスを調節するように構成してい
るので、操作性も良い。

【０１５９】また、本実施形態の現像装置においては、
上記交流電圧のデューティを変化させるときにも、該第
一電位部の電位と該第二電位部の電位との差の絶対値と
交流電圧のデューティと上記直流電圧とから算出される
上記時間平均電圧値を一定の値に保つ。これにより、上
記時間平均電圧値の変動による画像濃度の変動を抑制す
ることができる。

【０１６０】また、該時間平均電圧値を一定に保つため
にピークツウピーク値の値を変化させた場合には、キャ
リア付着やかぶりなどの影響を及ぼすおそれがある。し
かし、本実施形態に係る現像装置においては、上記現像
バイアスを調節する際にピークツウピーク値は一定に保
ったまま上記直流電圧を調節するので、キャリア付着や
かぶりなどの影響を及ぼすことなく上記画像濃度を確保
することができる。

【０１６１】図２４は上記制御部の変形例の概略構成図
である。この制御部２００’は、トナー濃度と現像バイ
アスの交流電圧のデューティ及び直流電圧との関係か
ら、目標画像濃度を得るためのトナー濃度、現像バイア
スに関する情報、具体的には、上記第一電位部の電位Ｖ
₁と印加時間ｔ₁、第二電位部の電位Ｖ₂と印加時間、及
び、直流電圧Ｖ₀に関する情報を入力した参照テーブル
２０３と、該参照テーブル２０３からの情報に基づいた
波形を発生して、上記電源６から該波形に基づいた現像
バイアスを出力させるための波形発生回路２０２とを有
している。そして、上記トナー濃度センサ９に基づいて
目標画像濃度を得るために必要な現像バイアスに関する
情報を上記参照テーブル２０３から選択し、その情報を
波形発生回路２０２に出力し、該情報に基づく現像バイ
アスを上記電源６から現像スリーブ２に出力する。具体
的には、トナー濃度が低下してトナーの帯電量が大きく
なり、画像濃度が低下しやすい場合には、上記交流電圧
のデューティを小さくし、かつ、時間平均電圧値が一定
の値となるように上記直流電圧を調節する。これによ
り、画像濃度の低下を防止することができるとともに、
ドット均一性の良い良好な画像を得ることができる。

【０１６２】なお、上記実施形態においては、トナー濃
度を検出するトナー濃度検知手段としてトナー濃度セン
サを用いた例について説明したが、例えば像担持体に現
像されたトナーの反射率（例えば光反射率）から検知す
る方式を採用してもよい。

【０１６３】また、上記実施形態においては、上記制御
部によりトナー濃度に基づいて自動的に現像バイアスを
調節するように構成した例について説明したが、このよ
うな自動制御を行う制御手段を設けずに、ユーザーが手
動で現像バイアスを調節できるように構成してもよい。
例えば、出力画像をユーザーが見て濃度が薄いと判断し
たときに例えば装置上面などに設けた操作パネルなどで
濃度の設定を変更し、これに基づき現像バイアスの調節
がなされるように構成すればよい。また、経時によるト
ナー濃度の変動を予測したプログラムを上記制御部に組
み込んでおき、該プログラムにもとづいて上記現像バイ
アスを調節するように構成してもよい。

【０１６４】また、上記実施形態では、静電潜像の現像
方式として反転現像方式を採用した例について説明を行
ったが、該静電潜像の現像方式として反転現像方式を採
用した場合でも、本発明を適用することができて、同様
の効果を得ることができる。

【０１６５】

【発明の効果】請求項１乃至７の発明によれば、現像領
域中に振動電界を形成し、トナー粒径に応じて現像剤中
のトナーを像担持体に移動させる時間を設定し、キャリ
ア粒径に応じて振動電界の周波数（周期の逆数）を設定
するので、現像剤に量適な条件の振動電界を形成するこ
とができ、トナーを効率よく静電潜像に対して付着させ
ることができる。その結果、ドット均一性に優れ（中間
調の均一再現性が優れる）、ノイズが少ない画像を形成
することができるという効果がある。

【０１６６】また、トナー粒径とキャリア粒径の情報を
現像バイアスの振動成分に反映させることができるの
で、現像剤が変更された場合でも最適な現像を行うこと
が可能となるという効果がある。

【０１６７】請求項８乃至１４の発明によれば、トナー
粒径及びキャリア粒径に応じた最適な条件の振動電界を
形成できることに加え、低抵抗キャリアを用いることで
現像領域での電界の大きさが大きくなり、トナーがより
効率的に運動して静電潜像に対して忠実に付着しやすく
なり、さらにドット均一性に優れノイズが少ない画像を
形成することができるという効果がある。

【０１６８】請求項１５乃至２１の発明によれば、画像
濃度が低下しやすい場合には上記交流電圧のデューティ
を小さくし、かつ、時間平均電圧値をデューティを変化
させる前の時間平均電圧値と同程度の時間平均電圧値に
なるように直流電圧を調節することができるので、画像
濃度を安定に保ち、かつ、ドット均一性のよい画像を得
ることができるという効果がある。

【０１６９】特に、請求項２及び９の発明によれば、弱
帯電トナーによる地肌汚れ等の画像ノイズを防止できる
とともに、安定した現像特性を得ることができるという
効果がある。

【０１７０】特に、請求項３乃至７及び１０乃至１４の
発明によれば、トナー帯電量の変化に左右されずに現像
トナー量が一定になり、安定した現像特性を得ることが
できるという効果がある。

【０１７１】特に、請求項４、１１及び１６の発明によ
れば、現像装置の動作時間の長短によりトナー帯電量の
変動があっても、安定した現像特性を得ることができる
という効果がある。

【０１７２】特に、請求項５、１２及び１７の発明によ
れば、現像装置の動作停止時間の長短によりトナー帯電
量の変動があっても、安定した現像特性を得ることがで
きるという効果がある。

【０１７３】特に、請求項６、１３及び１８の発明によ
れば、湿度の変化によるトナー帯電量の変動があって
も、安定した現像特性を得ることができるという効果が
ある。

【０１７４】特に、請求項７、１４及び１９の発明によ
れば、現像剤のトナー濃度の変化によるトナー帯電量の
変動があっても、安定した現像特性を得ることができる
という効果がある。

【０１７５】特に、請求項１９の発明によれば、現像剤
のトナー濃度をトナー濃度検知手段で検知し、その検知
結果に基づいて、画像濃度を確保し、かつ、ドット均一
性のよい画像を得ることができるように自動的に現像バ
イアスを調節するように構成することが可能となるの
で、操作性が向上するという効果がある。

【０１７６】特に、請求項２０及び２１の発明によれ
ば、時間平均電圧値を一定に保つので、時間平均電圧値
の変動による画像濃度の変動を抑制することができると
いう効果がある。

【０１７７】特に、請求項２１の発明によれば、上記交
流電圧の振幅を一定に保つことにより、上記直流電圧を
変化させて上記時間平均値を一定に保つことができるの
で、キャリア付着やかぶりなどの発生を防止することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置で用いた現像装置の一例
を示す断面構成図。

【図２】同現像装置の現像スリーブに印加される現像バ
イアスの波形を示す波形図。

【図３】同現像装置に供給する現像バイアスを発生する
現像バイアス発生装置の構成を示すブロック図。

【図４】現像剤の帯電量分布を示す特性図。

【図５】現像ポテンシャルと画像濃度との関係を示す特
性図。

【図６】現像剤の混合時及び放置時におけるトナー帯電
量の変化を示す特性図。

【図７】現像バイアスのピーク間電圧と現像トナー量と
の関係を示す特性図。

【図８】実施形態４に係る現像装置における現像バイア
スの制御を行う制御系のブロック図。

【図９】同現像装置における現像バイアスの制御のフロ
ーチャート。

【図１０】同現像装置における現像バイアスの制御に用
いる推定帯電量値の増減表の説明図。

【図１１】トナー帯電量と現像バイアスのピーク間電圧
との関係を示す特性図。

【図１２】湿度とトナー帯電量との関係を示す特性図。

【図１３】実施形態５に係る現像装置における現像バイ
アスの制御を行う制御系のブロック図。

【図１４】トナー濃度とトナー帯電量との関係を示す特
性図。

【図１５】実施形態６に係る現像装置における現像バイ
アスの制御を行う制御系のブロック図。

【図１６】実施形態７に係る現像装置の概略構成を示す
断面図。

【図１７】同現像装置の現像スリーブ周面の現像スリー
ブ半径方向における磁力分布の説明図。

【図１８】同現像装置で用いる現像バイアスの波形の説
明図。

【図１９】デューティ５０％で現像を行ったときの現像
バイアス波形を示す図。

【図２０】同現像装置内のトナー濃度を観測しながらデ
ューティ５０％で現像を行ったときの現像ポテンシャル
による画像濃度の変化を示す図。

【図２１】デューティ２０％で現像を行ったときの現像
バイアス波形を示す図。

【図２２】トナー濃度低下後にデューティ２０％で現像
を行ったときの現像ポテンシャルによる画像濃度の変化
を示す図。

【図２３】同現像装置の制御部の一例の概略構成図。

【図２４】同現像装置の制御部の変形例の概略構成図。

【図２５】トナー濃度とトナー帯電量と画像濃度との関
係を示す説明図。

【図２６】矩形波現像バイアスのパルス幅とドット面積
のバラツキの関係を示すグラフ。

【図２７】トナ−粒径と矩形波バイアスのデューティの
水準を変えた場合の、ドット再現性の良否の分布を示す
グラフ。

【符号の説明】

１現像装置２現像スリーブ（現像剤担持体）３固定磁石４撹拌部材５ドクターブレード６現像バイアス電源９トナー濃度センサ１０感光体ドラム（像担持体）１１現像剤情報入力部１２演算部１３波形発生回路１４増幅部１５湿度センサ１００主制御部１０１帯電量推定部１０２振動波形設定部２００制御部２０１演算回路２０２波形発生回路２０３参照テーブル

フロントページの続き (72)発明者鈴木宏克東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーとキャリアからなる現像剤を現像剤
担持体に保持しながら搬送し、像担持体に形成された静
電潜像に対してトナーを付着させる画像形成装置におい
て、上記像担持体と上記現像剤担持体との間でトナーを移動
させる振動電界を形成し、上記静電潜像にトナーを移動
させる位相時間をｔ₁、上記振動電界の周期をＴ、トナ
ーの質量平均粒径をＬｔ、キャリアの質量平均粒径をＬ
ｃとするとき、１．０×１０^{- 4}＜ｔ₁ ²／Ｌｔ＜１．０
×１０^{- 3}［sec²／m］及びＴ²／Ｌｃ＜０．００５［sec
²／m］が成り立つように上記各条件を設定することを特
徴とする画像形成装置。
【請求項２】請求項１の画像形成装置において、ブローオフ法によって計測された上記トナーの平均帯電
量の絶対値が、４０μＣ／ｇ以上１００μＣ／ｇ以下で
あることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】請求項１の画像形成装置において、上記振動電界のピーク間の値を変更する制御手段を設け
たことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】請求項３の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内の現像剤の混合
を伴う該現像装置の動作時間に基づいて、上記振動電界
のピーク間の値を変更する制御手段を設けたことを特徴
とする画像形成装置。
【請求項５】請求項３の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内の現像剤の混合
を伴う該現像装置の動作停止時間に基づいて、上記振動
電界のピーク間の値を変更する制御手段を設けたことを
特徴とする画像形成装置。
【請求項６】請求項３の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内又は周囲の湿度
に基づいて、上記振動電界のピーク間の値を変更する制
御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】請求項３の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内のトナー濃度又
は上記像担持体上のトナー付着量に基づいて、上記振動
電界のピーク間の値を変更する制御手段を設けたことを
特徴とする画像形成装置。
【請求項８】トナーとキャリアからなる現像剤を現像剤
担持体に保持しながら搬送し、像担持体に形成された静
電潜像に対してトナーを付着させる画像形成装置におい
て、上記キャリアとして体積抵抗率が１０¹⁰Ωｃｍ以下のも
のを用い、上記像担持体と上記現像剤担持体との間でトナーを移動
させる振動電界を形成し、上記静電潜像にトナーを移動
させる位相時間をｔ₁、上記振動電界の周期をＴ、上記
トナーの質量平均粒径をＬｔ、上記キャリアの質量平均
粒径をＬｃとするとき、１．０×１０^{- 4}＜ｔ₁ ²＜５．
０×１０^{- 4}［sec²／m］及びＴ²／Ｌｃ＜０．００２［s
ec²／m］が成り立つように上記各条件を設定することを
特徴とする画像形成装置。
【請求項９】請求項８の画像形成装置において、ブローオフ法によって計測された上記トナーの平均帯電
量の絶対値が、４０μＣ／ｇ以上１００μＣ／ｇ以下で
あることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】請求項８の画像形成装置において、上記振動電界のピーク間の値を変更する制御手段を設け
たことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】請求項１０の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内の現像剤の混合
を伴う該現像装置の動作時間に基づいて、上記振動電界
のピーク間の値を変更する制御手段を設けたことを特徴
とする画像形成装置。
【請求項１２】請求項１０の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内の現像剤の混合
を伴う該現像装置の動作停止時間に基づいて、上記振動
電界のピーク間の値を変更する制御手段を設けたことを
特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】請求項１０の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内又は周囲の湿度
に基づいて、上記振動電界のピーク間の値を変更する制
御手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】請求項１０の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内のトナー濃度又
は上記像担持体上のトナー付着量に基づいて、上記振動
電界のピーク間の値を変更する制御手段を設けたことを
特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】トナーとキャリアからなる現像剤を現像
剤担持体に保持しながら搬送し、像担持体に形成された
静電潜像に対してトナーを付着させる画像形成装置にお
いて、上記像担持体と上記現像剤担持体との間でトナーを移動
させる振動電界を、交流電圧と直流電圧とで形成し、該
交流電圧のデューティと該直流電圧とを変化させる制御
手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１６】請求項１５の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内の現像剤の混合
を伴う該現像装置の動作時間に基づいて、上記交流電圧
のディーティと上記直流電圧とを変化させる制御手段を
設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１７】請求項１５の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内の現像剤の混合
を伴う該現像装置の動作停止時間に基づいて、上記交流
電圧のディーティと上記直流電圧とを変化させる制御手
段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１８】請求項１５の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内又は周囲の湿度
に基づいて、上記交流電圧のディーティと上記直流電圧
とを変化させる制御手段を設けたことを特徴とする画像
形成装置。
【請求項１９】請求項１５の画像形成装置において、上記現像剤担持体を収容する現像装置内のトナー濃度又
は上記像担持体上のトナー付着量に基づいて、上記交流
電圧のディーティと上記直流電圧とを変化させる制御手
段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２０】請求項１５の画像形成装置において、上記交流電圧のディーティおよび上記直流電圧の変化に
伴い、上記振動電界の時間平均値を一定にすることを特
徴とする画像形成装置。
【請求項２１】請求項２０の画像形成装置において、上記交流電圧の振幅は一定であることを特徴とする画像
形成装置。