JP3519028B2 - 現像方法 - Google Patents

現像方法

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JP3519028B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の画
像形成装置において、担持体上の静電潜像をトナーで可
視像化する現像方法に関する。
【0002】
【従来の技術】(従来技術1)静電潜像が形成される担
持体である感光体は、図2で示す等価回路のように、厚
み方向の抵抗成分ΔRvおよび容量成分ΔCpと、表面
方向の抵抗成分ΔRsとのモデルで表すことができる。
したがって、露光が終了してから現像が終了するまでの
間、抵抗成分ΔRsが充分高ければ容量成分ΔCpに蓄
積された電荷、すなわち静電潜像は保持される。ところ
が、汚れの付着などによって抵抗成分ΔRsが低くなっ
ていると、容量成分ΔCpに蓄積された電荷は消失して
しまい、所望する解像度が得られなくなってしまうとい
う問題がある。
【0003】この様子を図3に示す。図3はx=0の位
置をエッジとなるように形成した静電潜像の時間経過に
伴う拡散の一例を示す図である。これより、時間の経過
とともに表面方向に電荷の漏れが生じ、静電潜像が変化
していることがわかる。
【0004】ここで、電荷の拡散による静電潜像の時間
変化の観点から感光体の解像度について検討した先行技
術として、「静電潜像の解析による感光体解像度特性の
検討」(電子写真学会誌 第30巻 第4号(199
1) 432〜438頁)がある。これによれば、感光
体の静電容量および帯電部材の抵抗による静電潜像の解
像度の経時劣化のシミュレーション結果が報告されてお
り、感光体上の電位変化を (δV/δt)=(1/(Rs・Cp))・(δV2/δx2) −V/(Rv・d・Cp) (1) で表し、その一般解を V=Vs(x,t)・exp(−t/(Rv・d・Cp)) (2) で表している。
【0005】また、1次元の静電潜像のエッジ幅Wを W=3.55(t/(Cp・Rs))1/2 (3) で表している。
【0006】(従来技術2)感光体電位、トナー層厚、
トナー帯電量、現像ローラの抵抗値、現像バイアスなど
の組合わせによって決まる現像特性を最適化するために
現像領域をモデル化して現像特性を数式化する検討結果
が種々発表されている。その代表的な先行技術として、
「接触型一成分非磁性現像方式(1)」(電子写真学会
誌 第31巻第4号(1992) 531〜541頁)
がある。これによれば、現像領域の電界をポアソン方程
式より導出し、現像方程式およびシミュレーション結果
が報告されており、半導電性現像ローラを用いた場合の
現像方程式として、 msi=(1/A)・(mc+(k・mO/A)・(qp/q)・R1) /(1+(1/(A・k)・R1)) (4) ただし、A=dp/εp+dt/εt (5) mc=(1/A)・(−(V0−Vb)/q +(k・mo/2)・(dt/εt)) (6) を示している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来技術1では、現像
電位が感光体の未露光部の電位(反転現像ではVH)と
露光部の電位(反転現像ではVL)との中点に仮定され
たシミュレーションに基づくものである。これには、任
意の潜像電位との相関についての開示はなく、特に感光
体の特性はそのままでも、最も高い解像度を得ることが
できる現像電位や、汚れの付着に対しても初期の性能を
保証できる現像電位など、実際の使用状態に則した任意
の潜像電位における解像度がわからないという問題があ
る。
【0008】従来技術2では、現像ニップ部の摩擦帯電
により生じた電荷qpにより流れる現像電流が拡大され
すぎて取り扱われている。また、感光体側の抵抗に関し
ては全く配慮されていないといった問題がある。
【0009】本発明は、上記に鑑み、担持体の表面抵抗
による潜像電荷の拡散を考慮した現像条件を設定するこ
とにより、高解像度化したときでも良好な画質を実現で
きる現像方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による課題解決手
段は、担持体上に形成された静電潜像を現像部材によっ
て反転現像する現像方法において、担持体の静電容量を
Cp(F/m2)、表面抵抗をRs(Ω)、静電潜像形
成領域から現像完了領域までの移動時間をt(se
c)、静電潜像形成時の画像領域における静電潜像の非
画像部の電位をVo(V)、現像部材がソリッド画像に
おける飽和潜像電位で現像を開始し始めるときの担持体
の表面電圧(現像開始電圧)をVth(V)、所望とす
る最小画像幅をW(m)とし、該最小画像幅における限
界潜像電位V1(V)を V1=(0.348Wr2−1.161Wr+1.01
63)Vo Wr=(1/3.63)・(Rs・Cp/t)1/2・W としたとき、 abs(V1)<abs(Vth) ただし、abs(X)はXの絶対値に設定するものであ
る。
【0011】これによれば、電荷拡散による画質劣化の
限界値、すなわち解像度の限界値を引き出すことができ
る現像開始電圧を設定することができる。したがって、
これに基づいて現像条件を調整することにより、高解像
度化された原稿像に応じた静電潜像を形成することが可
能となり、良好な画質を実現することができる。
【0012】ここで、担持体の厚み方向の抵抗をRv
(Ω・m2)とし、V1’=V1・exp(−t/(R
v・Cp))とするとき、 abs(V1’)<abs(Vth) に設定することにより、暗減衰を考慮した現像開始電圧
が得られる。
【0013】また、バイアス電圧Vb(V)が印加され
た現像部材の表面にトナー層を形成し、この現像部材を
所定幅の現像ニップで担持体に摺接させるとき、現像ニ
ップ通過直後のトナー層の電荷密度をρd、現像部材上
のトナー層の電位をVt(V)、現像部材の抵抗をRr
(Ω・m2)、現像部材の周速vb(m/sec)と担
持体の周速vp(m/sec)との比(vb/vp)を
nとすると、 (−V1+n・Vt+Vb)/ρd>0 あるいは (−V1’+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することにより、周速比、ト
ナー層厚等を考慮した現像開始電圧が得られる。
【0014】さらに、現像ニップ通過時のトナーとの摩
擦による担持体表面電位の変動をdV(V)とすると
き、 (−(V1+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 あるいは (−(V1’+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することにより、現像ニップ
における担持体とトナーとの摩擦帯電も考慮した現像開
始電圧が得られる。
【0015】このように、現像開始電圧をより厳密に設
定すれば、高解像度化された原稿像の静電潜像に対して
電荷拡散による影響を少なくして解像度の低下を防止で
き、さらに良好な画質を実現することができる。
【0016】なお、正転現像による現像方法においても
同様に、限界潜像電位V2(V)を V2=(−0.348Wr2+1.161Wr−0.0
163)Vo Wr=(1/3.63)・(Rs・Cp/t)1/2・W としたとき、 abs(V2)<abs(Vth) に設定することによって、高解像度化された原稿像に対
して良好な画質を実現することができる。
【0017】そして、担持体の感光体層の厚みをdp
(m)、その誘電率をεp(F/m)、現像前のトナー
層厚をdt(m)、その誘電率をεt(F/m)、現像
部材の抵抗をRr(Ω・m2)、現像部材の周速vb
(m/sec)と担持体の周速vp(m/sec)との
比(vb/vp)をnとするとき、 Rr/n≦(dt/εt+dp/εp) を満たすように各値を調整する。あるいは、担持体がR
p(Ω・m2)の抵抗層を有するときには、 Rr/n+Rp≦(dt/εt+dp/εp) を満たすように各値を調整する。このような現像条件に
すれば、高い現像効率が得られるので、安定した現像を
行うことができる。
【0018】また、バイアス電圧Vb(V)が印加され
た現像部材の表面にトナー層を形成し、この現像部材を
所定幅の現像ニップで担持体に摺接させるとき、担持体
における画像部の電位の飽和値をVsat(V)、担持
体の感光体層の厚みをdp(m)、その誘電率をεp
(F/m)、担持体の抵抗層の抵抗をRp(Ω・
2)、現像ニップ通過直後のトナー層の電荷密度をρ
d(C/m)、トナー層厚をdt(m)、その誘電率を
εt(F/m)、現像部材の抵抗をRr(Ω・m2)、
現像ニップ通過時のトナーとの摩擦による担持体表面電
位の変動をdV(V)、現像部材の周速vb(m/se
c)と担持体の周速vp(m/sec)との比(vb/
vp)をn、現像効率の許容値をηとするとき、 −(Vsat+dV)+Vb+n・Vt≧η・(n・d
t)・ρd・(dt/εt+dp/εp+Rr/n+R
p) を満たすように各値を調整する。これによって、現像ニ
ップに供給されるトナーを効率よく担持体に移動させる
ことができるので、現像効率以上の現像を保証すること
が可能となる。そのため、トナーが有効的に消費される
ことになり、トナー劣化やトナー固着を防止でき、トナ
ーや担持体の長寿命化を図れる。
【0019】また、γ=(1/η)−1で表すとき、現
像部材の抵抗Rr、担持体の抵抗層の抵抗Rpとして、 Rr/n+Rp≦γ・(dt/εt+dp/εp) を満たすように設定すれば、これが高い現像効率を確保
するための各抵抗の条件となる。したがって、各抵抗が
設定値より高いときに生じる現像量の減少を防止でき、
現像効率を高めることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の現像方法が適用される電
子写真方式の画像形成装置の一実施形態を図面に基づい
て説明する。この画像形成装置では、反転現像方式によ
る現像が行われ、担持体であるドラム状感光体の周囲
に、帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置、クリー
ニング装置、除電装置が配されている。図1に画像形成
装置の主要部の概略構成を示す。図示しないクリーニン
グ装置によって残留トナーが除去された感光体1は、帯
電装置2によって所定の負電庄Vhに帯電され、原稿像
の露光によって感光体1の表面の電荷が除去されて静電
潜像が形成される。静電潜像は現像装置3から供給され
る一成分非磁性現像剤によってトナー像に現像されて顕
像化され、図示しない転写装置によって記録紙に転写さ
れる。
【0021】感光体1は、アルミニウムから成る円筒状
の導電性基材4に、リーク電流防止等のための高抵抗層
5と感光体層6とが積層されて形成されている。基材4
は、回転軸を介して回転自在に支持されるとともに、接
地されている。
【0022】帯電装置2は、帯電ローラ7を用い、回転
自在な金属シャフト8を中心にして設けられた円筒状の
導電性基材9に、低抵抗を有する弾性体からなる抵抗層
10が積層されて形成される。金属シャフト8には、定
電圧電源11が接続され、所定の負電圧Vhが印加され
ている。この帯電ローラ7は、感光体1の表面に帯電ニ
ップW1で密着している。
【0023】現像装置3は、現像部材として現像ローラ
12を用い、回転自在な金属シャフト13を中心にして
設けられた円筒状の導電性基材14に、低抵抗を有する
弾性体からなる抵抗層15が積層されて形成される。金
属シャフト13には、定電圧電源16が接続され、現像
バイアスである所定の負電圧Vbが印加されている。こ
の現像ローラ12は、感光体1の表面に現像ニップW2
で密着している。なお、現像ローラ12には、図示しな
いトナー槽からトナーが補給され、ドクターによってそ
のトナー層厚が規制される。
【0024】また、感光体1は、周速vpで回転駆動さ
れ、その表面に摺接する帯電ローラ7は感光体1に従動
して回転する。現像ローラ12は、感光体1よりも速い
周速vdで反対方向に回転駆動される。なお、露光装
置、転写装置、クリーニング装置、除電装置は図示して
いないが、公知のものを使用している。
【0025】上述のように構成される画像形成装置にお
いて、まず、任意の露光幅Wを有する潜像電位V1
(V)と、露光時の画像領域における静電潜像の非画像
部の電位Vo(V)との間に、分布定数回路のトムソン
ケーブルあるいは熱伝導方程式等と同類の関係が適用で
きるものと予想し、従来技術の図3に示すデータを整理
して(7)式を求めた。
【0026】 V1=(0.348Wr2−1.161Wr+1.0163)Vo (7) ただし、 Wr=(1/3.63)・(Rs・Cp/t)1/2・W (8) であり、Wは均一な光パワー分布でかつ充分な幅を有す
る露光を行なったときの露光部と未露光部の境界におけ
る潜像の電位が90%〜10%の範囲のエッジの幅
(m)であり、所望とする最小画像幅に相当する。ま
た、Cpは感光体1の単位面積当たりの静電容量(F/
2)、Rsは単位長さ当たりの表面抵抗(Ω)、tは
露光領域から現像完了領域までの移動時間(sec)で
ある。
【0027】そして、現像装置が現像を開始し始めると
きの感光体1の表面電圧をVth(V)とするとき、 abs(V1)<abs(Vth) (9) abs(X)はXの絶対値となる条件を満たすことによ
り、感光体1上ヘトナー像を形成することが可能とな
る。
【0028】ここで、上記(7)、(8)、(9)式の
導出課程を詳細に説明すると、本発明者も先行技術と同
様に感光体1上の電位変化を基本式である(δV/δ
t)= (1/(Rs・Cp))・(δV2/δx2)−V/(Rv・d・Cp) (10) (10)式の一般解である V=Vs(x,t)・exp(−t/(Rv・d・Cp)) (11) (11)式で一端にステップ電圧を加えた場合の解であ
るV(x,t)= Vo・erfc(0.5・(Rs・Cp/t)1/2・X) (12) を基にして、露光による感光体1上の電位分布を初期条
件として検討を行なった。
【0029】そして、表1に示す図3のデータの潜像の
電位が90%〜10%のエッジの幅W90-10に注目し、 0.5・(Rs・Cp/t)1/2・W90-10 =1.813(const) (13) が成り立つことを確認した。
【0030】
【表1】
【0031】次に、実使用状態に則するため,図4に示
すように光パワー分布が方形の露光を行い、孤立した線
を形成したときの潜像電位を求める。潜像電位のプロフ
ィールは、露光幅、感光体1の静電容量Cp、表面抵抗
Rsや露光領域から現像完了領域までの移動時間tの組
合わせに基づき様々に変化する。露光の中央が潜像電位
の最小値となることより最低電位を正規化した正規化潜
像電位をVminiとして、表2に示した条件1〜8に
おける露光幅Wに対する正規化潜像電位Vminiをプ
ロットした結果を図5に示す。
【0032】
【表2】
【0033】図5からは両者の相関が読み取れないが、
本発明者はエッジの幅W90-10に注目し、(14)式に
示すように露光幅Wを幅W90-10で除した正規化露光幅
Wrを求め、これをプロットしたのが図6である。
【0034】 Wr=W/W90-10 =(0.5・(Rs・Cp/t)1/2)/1.813・W =(1/3.63)・(Rs・Cp/t)1/2)・W (14) 図6から正規化幅Wrと正規化潜像電位Vminiとの
間には一定の関係があることが判明し、潜像電位Vmi
niについて下記の近似式(15)式を得た。
【0035】 Vmini =(0.348Wr2−1.161Wr+1.0163)・Vo (15) 図6および表2に示した本発明者の検討結果より、露光
幅W、感光体1の静電容量Cp、表面抵抗Rsや露光領
域から現像完了領域までの移動時間tを変化させても、
正規化露光幅Wrと正規化潜像電位Vminiとの関係
は、上記(7)式の曲線上にあることが理解される。
【0036】このように、任意の感光体電位Voとエッ
ジ幅Wと潜像電位Vminiとの相関を求めることがで
き、潜像電位Vminiに対して現像開始電圧Vthを
適切に設定することにより、所定のトナー像形成が可能
となる。そこで、この潜像電位Vminiが最小画像幅
の画像を形成可能な限界潜像電位V1となる。
【0037】したがって、例えば感光体1の特性はその
ままでも、最も高い解像度を得ることができる現像電位
や汚れの付着に対しても初期の性能を保証できる現像電
位など、実際の使用状態に則した任意の潜像電位におけ
る解像度を求めることができる。そのため、実際の露光
幅に比べて電荷拡散によって潜像の幅が広くなり、解像
度が低下するといった画質劣化が生じるときの限界潜像
電位V1を導き出すことにより、(9)式に基づいてこ
れに対する現像開始電圧Vthを適切に設定することが
でき、上記の画質劣化を防止することができる。
【0038】また、上記(9)式において、感光体1の
厚み方向の単位面積当たりの抵抗値をRv(Ω・m2
とするとき、 abs(V1’)<abs(Vth) (16) ただし、 V1’=V1・exp(−t/(Rv・Cp)) (17) としてもよい。これによって、暗所において帯電電荷が
感光体1の厚み方向に拡散してしまう暗減衰を考慮した
潜像電位の限界値を設定することができるので、高解像
度化したとき、より一層実際の使用状態に応じた良好な
画質を実現することができる。
【0039】なお、誘電率εp(F/m)、体積固有抵
抗ρv(Ω・m)の感光体1で表面に付着物がなく、厚
みdp(m)、幅ΔW(m)、長さΔx(m)の微小立
方体を考えたとき、 ΔCp=Cp・Δx・ΔW Cp=εp/dp ΔRs=Rs・Δx/ΔW Rs=ρv/dp ΔRv=Rv/(Δx・ΔW) Rv=ρv・dp である。すなわち、感光体1の静電容量、表面抵抗、厚
み方向の抵抗は、いずれも感光体1の厚みの影響を受け
るものであるので、暗減衰を考慮しておくことは必要で
ある。
【0040】上記では導電性現像ローラ12を用いた場
合であるが、次に半導電性現像ローラ12を用いたとき
の現像特性の導出課程を説明する。ここで、半導電性現
像ローラ12とは、円筒状の導電性基材14に半導電性
の弾性体層が積層されて形成されるものである。
【0041】図7は周速比を考慮した現像動作の等価モ
デルである。現像電流の経路は、感光体1の抵抗層5の
抵抗Rp、感光体1の静電容量Cp、現像ローラ12の
表面に形成されるトナー層を感光体1上に移行する領域
と現像ローラ12上に残留する領域に分けて、2つのコ
ンデンサで表した場合の静電容量Ct1,Ct2、現像
ローラ12の抵抗層15の抵抗Rr、および現像バイア
スVbを発生する高圧直流の電源16からなる直列回路
で表すことができる。
【0042】感光体1側にも高抵抗の抵抗層5を配置し
たモデルとしたのは、感光体1の接触帯電技術として感
光体1側に抵抗を配置させるものが提案されていること
を考慮してである。その一例としては、帯電ローラ7、
現像ローラ12ともに設けられる抵抗層を感光体1側に
設ける構造である。その動作は、帯電ローラ7自身の抵
抗成分は低抵抗ですむので、製造が容易になるととも
に、ロット間ばらつきや湿度などの環境要因による抵抗
値の変動があってもその幅は小さくなり、帯電特性や現
像特性には影響しない。また、抵抗層5は感光体1にコ
ートされて形成されるため、この層は吸湿のおそれが少
なく、抵抗値の変動を抑えることができる。
【0043】また、感光体1の基材4を吸水率の小さな
導電性樹脂、例えばポリカーボネートにカーボンブラッ
クを分散させたものなどで成形し、抵抗層を兼ねるよう
にすれば、別途抵抗層を設ける必要がないので、感光体
1の構成を簡素化できる。さらに、抵抗層5が感光体1
に設けられる電荷注入阻止層を兼ねるようにしても、感
光体1の構成を簡素化できる。
【0044】感光体1側に抵抗層5を有する第2の例と
しては、接触帯電における低電圧とオゾンを抑制する技
術として感光体最表面に抵抗層5を配置することによ
り、抵抗層5を介して感光体1へ直接、電荷注入を行な
う方法が特開平8−69156号公報に提案されてい
る。
【0045】以上のような感光体1側に抵抗層5を有す
る構成も考慮して、以下のように各パラメータを設定す
ることによって、高解像度を得ることができる現像が可
能になる。
【0046】そこで、現像特性の検討をすると、まず現
像電流による電圧降下および電荷の移動を加味して電界
の平衡を求めることにより、現像量Mpを導出する近似
式を以下に示す。トナー層の電荷密度をρ(C/
3)、現像前のトナー層層厚をdt(m)、トナー層
の誘電率をεt(F/m)、現像ローラ12の抵抗層1
5の単位面積当たりの厚み方向の抵抗をRr(Ω・
2)、感光体層6の厚みをdp(m)、感光体1の誘
電率をεp(F/m)、感光体1の抵抗層5の単位面積
当たりの厚み方向の抵抗をRp(Ω・m2)、現像ニッ
プ進入直前の感光体表面電位をVo(V)、現像バイア
スをVb(V)、現像ローラ12の周速vdと感光体1
の周速vpとの周速比をn=vd/vpとする。
【0047】周速比を考慮した等価モデル(コンデンサ
ーモデル)は図7に示すようになり、感光体側抵抗層
5、感光体層6、感光体側トナー層、現像ローラ側トナ
ー層、現像ローラ抵抗層15の各電圧をそれぞれVr
p’、Vp’、V1’、V2’、Vrr’とする。トナ
ー層の電界が0となるトナー層の切断条件より、 Vrp’+Vp’+V1’=V2’−Vrr’+Vb (18) である。現像後の感光体1上のトナー層の電荷をn・Q
1’、その厚みをX、現像ニップ進入前の感光体1の電
荷をQpo、現像ニップ進入前のトナー層の電荷をQt
とする。
【0048】現像ニップ通過時に感光体1とトナーの摩
擦により発生する電荷としてトナー層側をdq、感光体
側を逆極性の−n・dq、電荷密度および帯電量の変動
分をdρ、dq、すなわち現像ニップ通過後のトナー層
の電荷Qt’=Qt+dq、トナー層の電荷密度ρd=
ρ+dρとする。
【0049】現像量n・Q1’、周速vp、vdを考慮
すると、現像ローラ12上の単位面積当たりの現像電流
Ir=Q1’、感光体1上での単位面積当たりの現像電
流Ip=n・Q1’となり、これらを(18)式に代入
すると n・Q1’・Rp+(Qpo−n・dq+n・Q1’)/Cp +n・Q1’/C1=n・Q2’/C2−Q1’・Rr+Vb (19) ここで、(ρ+dρ)・X=n・Q1’ Qt’=Q1’+Q2’ 1/C1+1/C2=dt/(2・εt) Ct=εt/dt Vt’=(ρ+dρ)・dt^2/(2・εt) dV=−n・dq/Cp を用いて、上式を整理すると、 X=(−(Vo+dV)+n・Vt’+Vb)/(ρ+dρ) ・(Rp+1/Cp+1/Ct+Rr/n)) (20) ただし、 0≦X≦n・dt
【0050】なお、現像ニップ通過時の摩擦帯電による
電荷dqについては、離接後、徐々にギャップが拡大す
る課程をコンデンサーによりモデル化して検討した結
果、ニップ部で付与された電荷dqは離接時に電荷dq
の全てが移動するのではなく、電荷付与時に第1の電荷
の移動が起こり、その移動量は感光体とトナー層の静電
容量Cp、Ctによって決まる。また、離接し始めると
移動方向が第1と逆である第2の電荷移動が緩やかに起
こり、最終的に付与された初期値に復元することが判明
した。例えば感光体1のOPC膜厚20μmとトナー層
厚12μmの場合では、付与直後、第1の電荷移動で電
荷dqの約30%が移動する。現像前後のトナー層電荷
の変動が30%程度以下であり、総合すると10%程度
以下であること、摩擦帯電はニップ全域で起きていると
考えるのが妥当であること、更に離接により最終的に0
に収束することより、上式には現像ローラ12上に残留
したトナーの電荷dqについても現像電流成分を考慮す
るという考え方は取り入れていない。
【0051】現像前の現像ローラ12上のトナーの付着
量をm(kg/m2)とすると、現像量Mp(kg/
2)は、 Mp=(m/dt)・X (21) と求まる。なお(20)式において、感光体1の抵抗層
5を配置しない場合はRpに0を代入するか、もしくは
Rpを消去すればよく、現像ニップにおける摩擦が無視
できる場合はdVおよびdρに0を代入もしくは消去す
ればよい。
【0052】(21)式を用いて現像特性を求めた結果
例を図8、9に示す。横軸VopはVo−Vb(V)、
縦軸はMp(kg/m2)である。図8は現像ローラ1
2が導電性ローラの場合であり、プロットは実測値、f
4−1はn=1.3のとき、f4−2はn=2.36の
とき、f4−3はn=3.32のときを表す。また、図
9は現像ローラ12が半導電性ローラの場合であり、n
=2.36に固定し、プロットは実測値、f5−1は現
像ローラ12の抵抗値が1.1E5(Ω・m2)のと
き、f5−2は現像ローラ12の抵抗値が1.3E6
(Ω・m2)のときを表す。
【0053】また、図10に現像ローラ12の抵抗値R
rと現像量Mpとの関係を示す。ここではVo−Vb=
100(V)、n=2.36に固定しており、プロット
は実測値である。同図において、現像量Mpの変極点に
対応する折点の抵抗値Rc以下、あるいは最大の現像量
Mpの80%となる抵抗値Rc’以下の抵抗では高い現
像効率が得られるので、この領域の現像特性を用いれば
安定した現像を行うことができる。
【0054】したがって、(20)式、(21)式で求
められる所望とする現像量Mpとなるように、感光体表
面電位Voに代えて、最小画像幅を考慮した限界潜像電
位V1を用いることにより、周速比、トナー層厚等を考
慮した限界値を設定できる。すなわち、摩擦帯電電荷d
qが無視できる場合、 (−V1+n・vt+Vb)/ρd>0 (22) または、 (−V1’+n・Vt+Vb)/ρd>0 (23) とする。
【0055】現像ニップにおける感光体1とトナーの摩
擦による感光体表面電位変動dV(=−dq・n/C
p)(V)を考慮するときは、 (−(V1+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 (24) または、 (−(V1’+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 (25) とする。
【0056】ところで、前述の現像ローラ12の抵抗値
をRr(Ω・m2)および感光体1の抵抗層5の抵抗値
をRp(Ω・m2)としたとき、 (Rp+Rr/n)/(dt/εt+dp/εp)≦1 (26) を満たす抵抗値であれば、図10における抵抗値がRc
以下となる条件に相当する。dpは感光体層6の厚み
(m)、εpは感光体層6の誘電率(F/m)、dtは
現像前のトナー層厚(m)、εtはトナー層の誘電率
(F/m)である。
【0057】したがって、抵抗層Rpを省略した場合
は、 Rr/n≦(dt/εt+dp/εp) (27) 抵抗層Rpを考慮した場合は、 Rr/n+Rp≦(dt/εt+dp/εp) (28) とすることによって、現像効率を確保でき、安定した現
像が可能となる。
【0058】さらにまた、現像効率ηは、 η=(感光体上に移動したトナー量)/(現像ニップに供給されたトナー量) (29) であり、トナー層厚を用いると、 η=(現像後の感光体上のトナー層厚)/(n・dt) (30) となる。ここで、画像部の感光体表面電位の飽和値をV
sat、現像ニップ通過直後のトナー層の電荷密度をρ
d(c/m3)として、(20)式に代入することによ
り感光体1上のトナー層厚を求め、(29)式に代入し
整理すると、 −(Vsat+dV)+Vb+n・Vt≧ η・(n・dt)・ρd・(dt/εt+dp/εp+Rr/n+Rp) (31) となる。したがって、現像効率ηを考慮した許容値で、
現像効率η以上を保証することにより、トナー劣化、ト
ナー固着などを防止でき、感光体1の長寿命を確保でき
る。
【0059】また、現像ローラ12の抵抗および感光体
1の抵抗層5の抵抗の影響を明確にするため、Rr、R
p≒0としたときのトナー層厚Xo、所定の抵抗値R
r、Rpのときのトナー層厚Xrを(20)式に代入し
て、Xoが飽和しない電位条件でXo、Xrを求め、比
をとると、 Xr/Xo= 1/((Rp+Rr/n)/(dt/εt+dp/εp)+1) (32) となる。ここで、上記電位条件より、 Xr/Xo≧η (33) であり、 γ=(1/η)−1 (34) と定義し、(32)、(33)、(34)式を整理する
と、 Rr/n+Rp≦γ・(dt/εt+dp/εp) (35) となる。これより、現像効率を確保するための抵抗値の
条件が求まり、現像ローラ12の抵抗および感光体1の
抵抗層5の抵抗による現像量の減少を防止できる。
【0060】なお、静電潜像が正転現像される画像形成
装置の場合には、反転現像とは逆に露光中心が潜像電位
の最高値となるので、(7)式より最高潜像電位Vma
xは、 Vmax=Vo−V1 =(1−(0.348Wr2−1.161Wr +1.0163))Vo (36) となる。これを整理して、潜像電位Vmaxを限界潜像
電位V2とし、 V2=(−0.348Wr2+1.161Wr−0.0163)Vo (37) とすればよい。また、(9)式は、 abs(V2)>abs(Vth) (38) となり、同様に(16)、(17)、(22)〜(2
5)式はそれぞれ abs(V2’)>abs(Vth) (39) V2’=V2/exp(−t/(Rv・Cp)) (40) (−V2+n・Vt+Vb)/ρd>0 (41) (−V2’+n・Vt+Vb)/ρd>0 (42) (−(V2+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 (43) (−(V2’+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 (44) とすればよい。
【0061】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多く
の修正および変更を加え得ることは勿論である。例え
ば、担持体としては、乾式現像の感光体、湿式現像の感
光体、静電プリンタの誘電体ドラムでもよい。また、上
記実施形態では、非磁性一成分トナーを用いたが、磁性
トナーを用いる現像方法にも適用が可能である。
【0062】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、担持体の表面抵抗による潜像の電荷拡散を考慮
した現像条件を設定することにより、電荷拡散による解
像度劣化を防止でき、高解像度化した原稿像に対して良
好な画質を得ることができる。また、実際の使用状態に
則した現像条件に容易に調整可能となり、経時的な原因
による画質劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置の主要部の概略構成図
【図2】感光体の電気的等価回路図
【図3】感光体表面上における静電潜像の時間経過に伴
う拡散を示す図
【図4】静電潜像の時間変化を示す図
【図5】正規化潜像電位と露光幅との関係を示す図
【図6】正規化潜像電位と正規化露光幅との関係を示す
【図7】半導電性現像ローラを用いたときの電気的等価
回路図
【図8】導電性現像ローラにおける現像特性を示す図
【図9】半導電性現像ローラにおける現像特性を示す図
【図10】現像ローラの抵抗値と現像量との関係を示す
【符号の説明】
1 感光体 2 帯電装置 3 現像装置 5 抵抗層 6 感光体層 7 帯電ローラ 12 現像ローラ 15 抵抗層

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 担持体上に形成された静電潜像を現像部
    材によって反転現像する現像方法において、担持体の静
    電容量をCp(F/m2)、表面抵抗をRs(Ω)、静
    電潜像形成領域から現像完了領域までの移動時間をt
    (sec)、静電潜像形成時の画像領域における静電潜
    像の非画像部の電位をVo(V)、現像部材がソリッド
    画像における飽和潜像電位で現像を開始し始めるときの
    担持体の表面電圧をVth(V)、所望とする最小画像
    幅をW(m)とし、該最小画像幅における限界潜像電位
    V1(V)を V1=(0.348Wr2−1.161Wr+1.01
    63)Vo Wr=(1/3.63)・(Rs・Cp/t)1/2・W としたとき、 abs(V1)<abs(Vth) ただし、abs(X)はXの絶対値に設定することを特
    徴とする現像方法。
  2. 【請求項2】 担持体の厚み方向の抵抗をRv(Ω・m
    2)とし、V1’=V1・exp(−t/(Rv・C
    p))とするとき、 abs(V1’)<abs(Vth) に設定することを特徴とする請求項1記載の現像方法。
  3. 【請求項3】 バイアス電圧Vb(V)が印加された現
    像部材の表面にトナー層を形成し、この現像部材を所定
    幅の現像ニップで担持体に摺接させるとき、現像ニップ
    通過直後のトナー層の電荷密度をρd、現像部材上のト
    ナー層の電位をVt(V)、現像部材の抵抗をRr(Ω
    ・m2)、現像部材の周速vb(m/sec)と担持体
    の周速vp(m/sec)との比(vb/vp)をnと
    すると、 (−V1+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    1記載の現像方法。
  4. 【請求項4】 現像ニップ通過時のトナーとの摩擦によ
    る担持体表面電位の変動をdV(V)とするとき、 (−(V1+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    3記載の現像方法。
  5. 【請求項5】 バイアス電圧Vb(V)が印加された現
    像部材の表面にトナー層を形成し、この現像部材を所定
    幅の現像ニップで担持体に摺接させるとき、現像ニップ
    通過直後のトナー層の電荷密度をρd、現像部材上のト
    ナー層の電位をVt(V)、現像部材の抵抗をRr(Ω
    ・m2)、現像部材の周速vb(m/sec)と担持体
    の周速vp(m/sec)との比(vb/vp)をnと
    すると、 (−V1’+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    2記載の現像方法。
  6. 【請求項6】 現像ニップ通過時のトナーとの摩擦によ
    る担持体表面電位の変動をdV(V)とするとき、 (−(V1’+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    5記載の現像方法。
  7. 【請求項7】 担持体上に形成された静電潜像を現像部
    材によって正転現像する現像方法において、担持体の静
    電容量をCp(F/m2)、表面抵抗をRs(Ω)、静
    電潜像形成領域から現像完了領域までの移動時間をt
    (sec)、静電潜像形成時の画像領域における静電潜
    像の非画像部の電位をVo(V)、現像部材がソリッド
    画像における飽和潜像電位で現像を開始し始めるときの
    担持体の表面電圧をVth(V)、所望とする最小画像
    幅をW(m)とし、該最小画像幅における限界潜像電位
    V2(V)を V2=(−0.348Wr2+1.161Wr−0.0
    163)Vo Wr=(1/3.63)・(Rs・Cp/t)1/2・W としたとき、 abs(V2)<abs(Vth) ただし、abs(X)はXの絶対値に設定することを特
    徴とする現像方法。
  8. 【請求項8】 担持体の厚み方向の抵抗をRv(Ω・m
    2)とし、V2’=V2・exp(−t/(Rv・C
    p))とするとき、 abs(V2’)<abs(Vth) に設定することを特徴とする請求項7記載の現像方法。
  9. 【請求項9】 バイアス電圧Vb(V)が印加された現
    像部材の表面にトナー層を形成し、この現像部材を所定
    幅の現像ニップで担持体に摺接させるとき、現像ニップ
    通過直後のトナー層の電荷密度をρd、現像部材上のト
    ナー層の電位をVt(V)、現像部材の抵抗をRr(Ω
    ・m2)、現像部材の周速vb(m/sec)と担持体
    の周速vp(m/sec)との比(vb/vp)をnと
    すると、 (−V2+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    7記載の現像方法。
  10. 【請求項10】 現像ニップ通過時のトナーとの摩擦に
    よる担持体表面電位の変動をdV(V)とするとき、 (−(V2+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    9記載の現像方法。
  11. 【請求項11】 バイアス電圧Vb(V)が印加された
    現像部材の表面にトナー層を形成し、この現像部材を所
    定幅の現像ニップで担持体に摺接させるとき、現像ニッ
    プ通過直後のトナー層の電荷密度をρd、現像部材上の
    トナー層の電位をVt(V)、現像部材の抵抗をRr
    (Ω・m2)、現像部材の周速vb(m/sec)と担
    持体の周速vp(m/sec)との比(vb/vp)を
    nとすると、 (−V2’+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    8記載の現像方法。
  12. 【請求項12】 現像ニップ通過時のトナーとの摩擦に
    よる担持体表面電位の変動をdV(V)とするとき、 (−(V2’+dV)+n・Vt+Vb)/ρd>0 を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    11記載の現像方法。
  13. 【請求項13】 担持体の感光体層の厚みをdp
    (m)、その誘電率をεp(F/m)、現像前のトナー
    層厚をdt(m)、その誘電率をεt(F/m)、現像
    部材の抵抗をRr(Ω・m2)、現像部材の周速vb
    (m/sec)と担持体の周速vp(m/sec)との
    比(vb/vp)をnとするとき、 Rr/n≦(dt/εt+dp/εp) を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    1または7記載の現像方法。
  14. 【請求項14】 担持体がRp(Ω・m2)の抵抗層を
    有するとき、 Rr/n+Rp≦(dt/εt+dp/εp) を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    13記載の現像方法。
  15. 【請求項15】 バイアス電圧Vb(V)が印加された
    現像部材の表面にトナー層を形成し、この現像部材を所
    定幅の現像ニップで担持体に摺接させるとき、担持体に
    おける画像部の電位の飽和値をVsat(V)、担持体
    の感光体層の厚みをdp(m)、その誘電率をεp(F
    /m)、担持体の抵抗層の抵抗をRp(Ω・m2)、現
    像ニップ通過直後のトナー層の電荷密度をρd(C/
    m)、トナー層厚をdt(m)、その誘電率をεt(F
    /m)、現像部材の抵抗をRr(Ω・m2)、現像ニッ
    プ通過時のトナーとの摩擦による担持体表面電位の変動
    をdV(V)、現像部材の周速vb(m/sec)と担
    持体の周速vp(m/sec)との比(vb/vp)を
    n、現像効率の許容値をηとするとき、 −(Vsat+dV)+Vb+n・Vt≧η・(n・d
    t)・ρd・(dt/εt+dp/εp+Rr/n+R
    p) を満たすように各値を調整することを特徴とする請求項
    1または7記載の現像方法。
  16. 【請求項16】 現像ニップ通過時のトナーとの摩擦に
    よる担持体表面電位の変動を無視できる、もしくは担持
    体が抵抗層を有さないかあるいはこれを無視できる場
    合、Rpもしくはdvを省略するかその値を0とするこ
    とを特徴とする請求項15記載の現像方法。
  17. 【請求項17】 γ=(1/η)−1で表すとき、現像
    部材の抵抗Rr、担持体の抵抗層の抵抗Rpが、 Rr/n+Rp≦γ・(dt/εt+dp/εp) を満たすように設定されることを特徴とする請求項1ま
    たは7記載の現像方法。
  18. 【請求項18】 担持体の抵抗層を有さないあるいは無
    視できる場合、Rpを省略するかその値を0とすること
    を特徴とする請求項17記載の現像方法。
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