JPH1048926A

JPH1048926A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH1048926A
Application number: JP8208562A
Authority: JP
Inventors: Migaku Fukuhara; 琢福原; Shigeru Inaba; 繁稲葉; Yutaka Kanai; 豊金井; Kazuhiko Yanagida; 和彦柳田; Ishi Kin; 石金
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】環境変化や経時変化の影響を受けにくく中間調
再現性のよい画像形成装置を提供することを目的とす
る。【解決手段】現像バイアス電位と像担持体の全露光部電
位によって定まる現像コントラスト電位に対する現像ト
ナー量のカーブの傾きが、現像コントラスト電位が０近
傍にある時の傾きの１／５にある点の現像コントラスト
電位をＶｓ、像担持体の全露光部電位をＶｄ、現像バイ
アス電位をＶｂ、キャリア表面に対するトナー被覆率を
Ｃｖ（％）、像担持体移動速度をＰｄ、現像剤担持体移
動速度をＰｓ、トナー濃度（％）をＴＣ、キャリア粒径
（μｍ）をＲとしたとき、｜Ｖｓ｜＜｜Ｖｂ｜−｜Ｖｄ｜１５≦Ｃｖ≦５５（％）０．８≦Ｐｓ／Ｐｄ≦２．１１２０≦（ＴＣ×Ｒ×Ｐｓ／Ｐｄ）≦９６０なる関係を満たすように設定されて成る画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子写真方式のディ
ジタルプリンタ及びディジタルコピアなどに用いられる
画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式により多階調を再現
するディジタル画像形成装置が広く用いられている。特
に、近年フルカラーディジタル画像形成装置の普及がめ
ざましい。フルカラーディジタル画像形成装置において
は、例えば、入力信号をイエロー、マゼンタ、サイア
ン、ブラックの４色のディジタル画像信号に変換し、こ
の各ディジタル画像信号に対応した光により像担持体を
露光して、像担持体上に静電潜像を形成し、イエロー、
マゼンタ、サイアン、ブラックの４色の現像器によりこ
れら静電潜像を順次現像して像担持体上に顕像を形成
し、転写手段により像担持体上の顕像を順次記録用紙上
に転写してフルカラー画像を得ている。

【０００３】フルカラーディジタル画像形成装置の現像
方式としては、磁性を有するキャリアと色材を含むトナ
ーとから成る二成分現像剤を用い、この二成分現像剤
を、表面に磁極を有する現像剤担持体上に供給して現像
剤担持体上に現像剤がブラシ状に付着した磁気ブラシを
形成させ、この磁気ブラシを介して像担持体上の静電潜
像にトナーを転移させる二成分磁気ブラシ現像方式がよ
く知られている。この二成分磁気ブラシ現像方式は、安
定した現像濃度や帯電性能の点で他の方式よりも有利で
あるため広く採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この二成分
磁気ブラシ現像方式においては、現像剤担持体に印加す
る現像バイアスと像担持体の露光部位にて定まる現像コ
ントラスト電位と、その現像コントラスト電位で現像さ
れるトナー量との間には、一般に、図１７に示すように
ほぼ線形の関係がある。

【０００５】図１７は、現像コントラスト電位と現像ト
ナー量とが線形関係にあり、飽和領域を持たない場合の
現像特性のグラフである。図１７に示すように、この場
合の現像特性グラフはほぼ直線を示し、その傾斜は主に
トナー帯電量に依存する。例えば、トナー帯電量が低い
場合傾斜は急となり、現像コントラスト電位はこの傾斜
領域内に設定されるため、トナー帯電量が高い場合と比
較して同一の現像コントラスト電位での現像トナー量は
多くなる。そのため、この現像方式においては、温湿度
などの環境変化や現像剤の経時変化、或いはトナー濃度
の変化などにより、トナー帯電量は変化し現像トナー量
が変化してしまうという欠点を有している。また、感光
体の感度変動によるコントラスト電位自体の変動によっ
ても現像トナー量が変化し、画像濃度が変動する。

【０００６】このような画像濃度の変動を防止する方法
として、従来から、現像トナー量と画像濃度の飽和特性
を利用した現像方法が広く採用されている。例えば、コ
ントラスト電位に対する現像トナー量の変化が図１７に
示したように線形であっても、記録用紙上の画像濃度
は、あるコントラスト電位以上でほぼ飽和するという現
象を利用する。この飽和現象は、黒色現像剤において顕
著であり、記録用紙上にトナー層が１層以上現像される
ように現像コントラスト電位を設定すると、現像トナー
量が多少変動しても記録用紙には見かけ上安定した画像
濃度が得られる。しかし、この方法においては、原稿に
光照射しその反射光の強度に応じた露光光を像担持体に
照射するアナログ方式の画像形成装置では、中間調の再
現が犠牲になってしまうという問題がある。面積階調法
により中間調再現を行うデジタル方式の場合、白黒画像
用の画像形成装置であれば、上記の方法を採用すること
はできるが、現像トナー量が過剰となるために線再現性
が損なわれたり、トナー厚みが厚くなり過ぎて問題とな
ったりする。また、カラー画像用の画像形成装置におい
ては、複数色トナーの混合による画像形成のため画像濃
度の飽和が不明確になったり、余分な現像量が彩度を低
下させたり、光沢度を変化させたりする。従って、カラ
ー画像においては、上記方法では画像濃度の安定化を図
ることは難しい。

【０００７】画像濃度の変動を防止する他の方法とし
て、特開昭６１−２７２６７２号には、黒濃度に対応す
る露光量での電位検出結果により現像バイアスを制御す
る方法が開示されており、また、特開昭６０−２０９７
５３号には、像担持体の温湿度を検知して露光量を制御
する方法が開示されている。これらの、いわゆるプロセ
スコントロールによる方法では、像担持体の一部に経時
変化による感度変化が生じた場合や、像担持体の製造時
における厚膜変動による感度ムラには対処できない。

【０００８】また、フィードバック方式のプロセスコン
トロールの場合、検知から制御までの時間遅れのため変
動に対して即時に追従できないという問題がある。とこ
ろで、現像コントラスト電位変動及びトナー帯電量変動
に対して現像トナー量を安定化させるためには、図１７
に示したような現像コントラスト電位に対する現像トナ
ー量の線形性は必要ではなく、むしろ、図１８に示すよ
うに、現像コントラスト電位に対して現像トナー量が飽
和領域を持つ現像特性であることが望ましい。

【０００９】図１８は、現像コントラスト電位に対して
現像トナー量が飽和領域を持つ現像特性のグラフであ
る。図１８に示すように、この現像特性グラフにおい
て、現像トナー量は現像コントラスト電位の増加につれ
て右上がりの増加傾向を示すが、現像コントラスト電位
がＶｓに達すると、現像量は飽和状態となり、それ以上
に現像コントラスト電位を増加させても現像トナー量は
ほぼ一定値で推移する。このＶｓ点以上の領域を飽和領
域である。

【００１０】このような飽和領域内では現像トナー量が
トナー帯電量に依存しないため環境変化や経時変化にか
かわらず現像量は一定となり、階調性が維持される。ま
た、例えば現像コントラスト電位が感光体の感度変動な
どにより変化した場合も現像トナー量は変化せず安定し
た画像を得ることができる。図１８に示すような現像特
性を利用した現像方式の代表的な方式としては、一成分
現像方式が知られており、例えば、電子写真学会誌第２
０巻第１号、第８〜１７頁（１９８１年）にその記載が
ある。この一成分現像方式では、トナー飽和量は、現像
剤担持体上の層形成トナー量と、像担持体と現像剤担持
体との速度比との積で決定されるトナー供給量と一致す
る。但し、上記論文中に実験装置として使用されている
ような、像担持体と現像剤担持体間に空隙を有する装置
においては十分な飽和領域は得られない。また、例えば
中間調画像などにおいては、像担持体と対向した位置か
らトナー飛翔が起こるだけでなく、その周囲のトナーも
静電潜像に引かれて飛翔するため、安定した現像トナー
量が得られない。従って、中間調再現を必要とする画像
形成装置には一成分現像方式を使用することはできな
い。

【００１１】また、電子写真学会誌第３０巻第３号、第
２９３〜３０１頁（１９９１年）には、接触型の一成分
現像方式が記載されている。この方式においては中間調
再現においても、電位変動に対して安定した飽和濃度を
維持することが可能であるが、現像トナー量を決定する
現像剤担持体上のトナー付着量は環境変化や経時変化に
よって大きく変動する。これは現像剤担持体へのトナー
付着がトナー電荷による鏡像力と機械的な摩擦力によっ
て決定され、このトナー電荷が環境変化や経時変化によ
って大きく変化するからである。従って、この方式は、
環境変化や経時変化によるトナー帯電量の変化によって
画像濃度が変動するという欠点を有している。

【００１２】これらの欠点を回避するためには、磁気吸
引力を利用して、現像剤担持体上から現像剤を剥離し剥
離した現像剤を像担持体に供給できる二成分現像方式が
有利である。二成分現像方式による現像方法としては、
例えば、特開昭６１−１３０９５９号公報には、体積抵
抗率６．０×１０⁴ 〜２．５×１０⁶ Ω・ｃｍのフェラ
イト焼結粒子をキャリアとし、これを絶縁性トナーと組
合せて二成分現像剤として用いることにより、コントラ
スト電位に対する現像トナー量が飽和特性を示す方法が
開示されている。しかし、ここに記載されている例で
は、原稿の反射光を直接像担持体に照射することにより
静電潜像を形成しており、図１７に示したように現像コ
ントラスト電位に対して現像トナー量が線形な領域のみ
を用いなければ十分な階調性を得ることができない。従
って、前述のように飽和領域を使う方式とは基本的に着
想の異なる方式といえる。なお、この公報に開示されて
いる現像剤のキャリアはフェライト焼結粒子のみで構成
されているが、一般に、このようなキャリアでは、トナ
ーの帯電制御をキャリア側で十分行なうことができない
ため、トナー側で帯電制御を行なわなければならない。
その際、トナーに要求される定着特性やクリーニング性
などをトナーに付与した上で、帯電特性を付与すること
は難かしい。また、トナーの外添剤として用いられる微
粉粒子やトナー成分によってキャリアが汚染され、帯電
性が低下して現像剤としての寿命が短縮されるという問
題もある。これらの問題を回避するために、一般的に
は、キャリアを、フェライト焼結粒子などから成るコア
材と、コア材を被覆する樹脂などから成るコート材とに
よって構成することにより、キャリアによる帯電制御と
コート材の選択によるキャリア表面のトナー付着低減と
を図ることが行われている。例えば、特開平１−１２０
５６６号公報に開示されているように、特定のコート材
を選択することによって帯電性が良く表面汚染性が良好
なキャリアを得ることができる。しかしながら、この方
法においては、樹脂によりキャリア表面が被覆されるた
め高抵抗なキャリアとなってしまい、そのため現像電界
が小さくなり、像担持体の使用される電位領域では現像
特性が飽和点に到達せずほぼ線形な現像特性領域で現像
が行われることとなる。前述のようにトナーの帯電量を
下げることによって現像特性曲線の傾きを変えて像担持
体の使用される電位領域を飽和領域とすることも不可能
ではないが、逆極性分布の部分が生じるため、かぶりが
発生する恐れがある。

【００１３】また、飽和特性（図１８参照）を利用した
二成分現像方式として、例えば、Ｌ．Ｂ．Ｓｈｅｉｎ
著、”ＥｌｅｃｔｒｏｇｒａｐｈｙａｎｄＤｅｖｅ
ｌｏｐｍｅｎｔＰｈｙｓｉｃｓ”（１９９２年）、第
１５２頁には、現像機構の解析のために行なった二成分
現像方式の実験結果が記載されているが、現像コントラ
スト電位に対して現像トナー量が飽和する領域を有効に
使用する技術思想は示唆されていない。

【００１４】以上説明したように、長期間にわたり安定
性が高く、中間調再現に適した飽和現像特性を利用した
現像技術は完成されていないのが現状である。そこで、
これら上記の問題点を解決する方法として、飽和特性を
持つ二成分現像方式を二値化された静電潜像に適用する
ことによって安定した中間調再現を得る方法が考えられ
るが、実際に飽和現像領域を使うに当たっての具体的方
法が確立されていない。また、この方法においても、飽
和特性が不十分であったり画質欠陥が生じる恐れがある
などの問題点がある。例えば、飽和現像量はトナー濃度
に依存するが、トナー濃度が低過ぎるとキャリア表面の
トナー被覆率が低下し、低抵抗キャリアを使用している
ため高電界下ではキャリアと像担持体の間で絶縁破壊が
おきて潜像が破壊されるためにブラシ状の白抜けが発生
する。また、トナー被覆率が低下すると、低抵抗キャリ
アのため電荷が注入されたキャリアが像担持体側に引か
れてキャリア付着が起こる。一方、トナー濃度が高過ぎ
ると絶縁体であるトナーの割合が増え、現像剤全体とし
て高抵抗となり飽和特性が得られる領域から外れてしま
う。飽和現像量は現像剤担持体と像担持体との速度比に
も依存するが、速度比が低過ぎると、トナー濃度が高い
場合でも現像剤の像担持体に対する接触機会不足による
画質荒れが生じ、逆に速度比が高過ぎると、画像の後端
部の濃度が高くなるといった現象が発生し、カラー画像
では特に色相の変化となって現れ画質を損なう一因とな
る。

【００１５】本発明は、上記の事情に鑑み、環境変化や
経時変化の影響を受けにくく中間調再現性のよい画像形
成装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の第１の画像形成装置は、静電潜像を担持して所定
の方向に移動する像担持体と、その像担持体を帯電した
後像担持体上に画像情報を担持した露光光を照射するこ
とにより像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成
手段と、所定の現像位置において上記像担持体に対向し
て配備された、トナー及びキャリアより成る２成分系の
現像剤を担持し上記現像位置において上記像担持体の移
動方向と同一方向に移動する現像剤担持体を有し、その
現像剤担持体と上記像担持体との間に現像バイアスを印
加すると共に、現像剤担持体の担持する現像剤中のトナ
ーを上記像担持体上の静電潜像に供給することによりそ
の像担持体上の静電潜像を現像してトナーによる顕像を
形成する現像手段とを備えた画像形成装置において、現
像バイアス電位と像担持体の全露光部電位によって定ま
る現像コントラスト電位に対する現像トナー量のカーブ
の傾きが現像コントラスト電位が０近傍にある時の傾き
の１／５にある点の現像コントラスト電位をＶｓ、像担
持体の全露光部電位をＶｄ、上記現像バイアス電位をＶ
ｂ、キャリア表面に対するトナー被覆率をＣｖ（％）、
像担持体移動速度をＰｄ、現像剤担持体移動速度をＰ
ｓ、トナー濃度（％）をＴＣ、キャリア粒径（μｍ）を
Ｒとしたとき、｜Ｖｓ｜＜｜Ｖｂ｜−｜Ｖｄ｜１５≦Ｃｖ≦５５（％）０．８≦Ｐｓ／Ｐｄ≦２．１１２０≦（ＴＣ×Ｒ×Ｐｓ／Ｐｄ）≦９６０なる関係を満たすように設定されて成ることを特徴とす
る。

【００１７】また、上記の目的を達成する本発明の第２
の画像形成装置は、静電潜像を担持して所定の方向に移
動する像担持体と、その像担持体を帯電した後像担持体
上に画像情報を担持した露光光を照射することにより像
担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、所
定の現像位置において上記像担持体に対向して配備され
た、各色のトナー及びキャリアより成る２成分系の現像
剤を担持し上記現像位置において上記像担持体の移動方
向と同一方向に移動する複数の現像剤担持体を有し、そ
の現像剤担持体と上記像担持体との間に現像バイアスを
印加すると共に、現像剤担持体の担持する現像剤中のト
ナーを上記像担持体上の静電潜像に供給することにより
その像担持体上の静電潜像を現像してトナーによる顕像
を形成する現像手段とを備えた画像形成装置において、
現像バイアス電位と像担持体の全露光部電位によって定
まる現像コントラスト電位に対する現像トナー量のカー
ブの傾きが現像コントラスト電位が０近傍にある時の傾
きの１／５にある点の現像コントラスト電位をＶｓ、像
担持体の全露光部電位をＶｄ、上記現像バイアス電位を
Ｖｂ、キャリア表面に対するトナー被覆率をＣｖ
（％）、像担持体移動速度をＰｄ、現像剤担持体移動速
度をＰｓ、トナー濃度（％）をＴＣ、キャリア粒径（μ
ｍ）をＲとしたとき、｜Ｖｓ｜＜｜Ｖｂ｜−｜Ｖｄ｜１５≦Ｃｖ≦４０（％）１．０≦Ｐｓ／Ｐｄ≦１．８１２０≦（ＴＣ×Ｒ×Ｐｓ／Ｐｄ）≦５６０なる関係を満たすように設定されて成ることを特徴とす
る。

【００１８】ここで、上記本発明の第１及び第２の画像
形成装置が、上記現像剤担持体上のトナー濃度を検知す
るトナー濃度検知手段を有し、トナー濃度検知手段によ
り検知された結果に基づいて上記現像手段へのトナーの
供給量を制御するトナー供給量制御手段を備えたもので
あってもよく、また、上記本発明の第１及び第２の画像
形成装置が、上記現像剤担持体上のトナー濃度を検知す
るトナー濃度検知手段を有し、トナー濃度検知手段によ
り検知された結果に基づいて上記像担持体移動速度に対
する上記現像剤担持体移動速度の比を制御する速度比制
御手段を備えたものであってもよい。

【００１９】また、上記静電潜像形成手段が、上記像担
持体上に、面積率約５０％露光時の潜像コントラストが
上記像担持体の帯電電位と全露光時の表面電位とで形成
される潜像コントラストと一致する静電潜像を形成する
ものであってもよい。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本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の一実施形態
を内蔵したカラー複写機の概略構成図である。図１に示
されたカラー複写機の構成要素のうち、感光体ドラム１
が本発明にいう像担持体に相当し、静電潜像形成用帯電
器２、原稿読取り部１０、光ビーム走査部２０、及び光
ビームパルス幅変調回路（ＰＷＡ）３０などが本発明に
いう静電潜像形成手段に相当し、回転現像器３が本発明
にいう現像手段に相当する。

【００２１】図１を参照しながらこのカラー複写機の動
作について説明する。原稿読取り部１０の上部に下向き
に原稿がセットされ、その原稿に記録された画像が原稿
読取り部１０により光電的に読み取られて画像信号が生
成される。光ビーム走査部２０は、画像信号に基づいて
オン、オフ変調された光ビームを生成し、その光ビーム
２５を、矢印方向に回転する感光体ドラム１上に、その
感光体ドラム１の回転方向（副走査方向）に垂直な主走
査方向、すなわちこの図１の紙面に垂直な方向に繰返し
走査する。

【００２２】感光体ドラム１は、静電潜像形成用帯電器
２により一様に帯電された後、光ビーム走査部２０から
の光ビーム２５により主走査方向に繰返し走査される。
その光ビーム２５は、光ビームパルス幅変調回路３０で
画像信号に応じてオン、オフ変調されたものであり、こ
の光ビーム２５により感光体ドラム１が露光され感光体
ドラム１上に静電潜像が形成される。感光体ドラム１上
に形成された静電潜像は、回転現像器３に対向した現像
位置に移動する。回転現像器３は、イエロー、シアン、
マゼンタ、黒色のトナーをそれぞれ有する４台の現像器
により構成されている。各現像器は、２成分磁気ブラシ
現像を用いた反転現像方式を採っている。この回転現像
器３は各色に対応した静電潜像を現像する度に回転し、
その色に対応したトナーでその静電潜像が現像される。
このとき、現像に用いられている現像剤担持体３１には
バイアス電圧が印加され、静電潜像の背景部へのトナー
付着を抑制する。

【００２３】現像により得られたトナー像は、感光体ド
ラム１の回転により、転写ドラム４に対向した転写位置
に至る。転写ドラム４には、用紙トレイ１１から所定の
用紙搬送経路１２を経由して搬送されてきた記録用紙
（図示せず）が、用紙吸着用帯電器４ａの作用により転
写ドラム４の外周に吸着され、転写ドラム４の矢印方向
への回転に伴って感光体ドラム１と対向した転写位置に
搬送されてきており、感光体ドラム１上に形成されたト
ナー像は、転写位置において、転写帯電器４ｂの作用に
より、転写ドラム４の外周に吸着された記録用紙上に静
電転写される。

【００２４】転写後の感光体ドラム１は、クリーナ５に
より残存するトナーの除去が行なわれ、前露光器６によ
り光が照射されて除電され、再び、静電潜像形成用帯電
器２により、次の静電潜像形成のための帯電が行なわれ
る。一方、転写ドラム４には、感光体ドラム１にイエロ
ー、シアン、マゼンタ、黒の各色のトナー像が順次形成
される間、一枚の記録用紙が吸着され転写ドラム４の回
転に伴って回転しており、各色のトナー像が転写位置に
到達するのと同期して転写ドラム４に吸着された記録用
紙も転写位置に搬送され、その一枚の記録用紙上に各色
のトナー像が順次重なるように転写される。

【００２５】転写ドラム４に吸着された記録用紙上にイ
エロー、シアン、マゼンタ、黒の４色のトナー像の転写
が終了すると、その転写ドラム４に吸着された記録用紙
は、剥離用帯電器４ｃにより転写ドラム４との静電的な
吸着力が除去され、剥離爪４ｅにより転写ドラム４上か
ら剥離されて定着器９で定着され、さらに装置外部に搬
出される。一方、記録用紙が剥離された転写ドラム４は
除電用帯電器４ｄで除電され、再度画像形成を行なうと
きは、上記と同様にして、次の記録用紙が吸着される。

【００２６】図２は、本実施形態のカラー複写機に用い
られる回転現像器の一部拡大図である。前述のとおり、
回転現像器３には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒色
のトナーをそれぞれ有する４台の現像器が備えられてい
るが、図２にはそのうちの、１台の現像器が拡大して示
されている。図２に示すように、この現像器は、筐体３
３内に配置された、複数の固定磁石３４と固定磁石３４
の周囲を回転する現像スリーブ３２とから成る現像剤担
持体３１と、スクリューオーガ３５などから成る。

【００２７】なお、現像剤担持体３１にはバイアス電源
３７による直流重畳交流バイアス電圧が供給される。ト
ナーとキャリアが混合された二成分現像剤は、スクリュ
ーオーガ３５により現像剤担持体３１に供給され、現像
剤担持体３１の周囲には二成分現像剤が現像剤担持体３
１内の固定磁石３４の磁気力によって磁気ブラシとなっ
て、矢印Ａ方向に回転するスリーブに伴われて矢印Ａ方
向に搬送される。磁気ブラシは、層厚規制部材３６によ
って一定の厚さに規制された後、現像剤担持体３１と像
担持体１とが互いに対向する現像位置に搬送されると、
像担持体１上に形成された静電潜像と摺擦し現像が行わ
れる。現像が終了した現像剤は回転方向Ａの下流側に搬
送され、同極性の固定磁石３４ａ，３４ｂによる磁気吸
引力の低下した現像剤剥離領域に至って現像剤担持体３
１から剥離される。剥離された現像剤はスクリューオー
ガ３５により撹拌される。スクリューオーガ３５で撹拌
されている現像剤に新たなトナーが補給され、撹拌され
現像剤として再調整された現像剤は再び現像剤担持体３
１に供給される。

【００２８】なお、現像剤担持体３１は図示しない制御
装置によって所定の移動速度に設定されており、その移
動速度は後述する条件（図８参照）により定められる
が、その条件内で、現像剤担持体３１の移動速度を可変
とするよう構成してもよく、像担持体１の移動速度を可
変とするように構成してもよい。このように、本実施形
態では、安定的に飽和特性を実現するための現像手段と
して、二成分磁気ブラシ現像方式が採用されている。な
お、本発明にいう飽和特性を利用した現像方式とは、現
像バイアス電位と像担持体の全露光部電位によって定ま
る現像コントラスト電位に対する現像トナー量のカーブ
の傾きが現像コントラスト電位が０近傍にある時の傾き
の１／５にある点の現像コントラスト電位をＶｓ、現像
バイアス電位と像担持体の全露光部電位によって定まる
現像コントラスト電位に対する現像トナー量のカーブの
傾きが現像コントラスト電位が０近傍にある時の傾きの
１／５にある点の現像コントラスト電位をＶｓ、像担持
体の全露光部電位をＶｄ、前記現像バイアス電位をＶｂ
としたとき、｜Ｖｓ｜＜｜Ｖｂ｜−｜Ｖｄ｜なる関係を満たすように設定することによって、現像コ
ントラスト電位の変動によっても現像トナー量がほとん
ど変動しない飽和領域を利用して安定した画像形成を行
なうことを意味する。

【００２９】ところで、従来の現像方式のように現像ト
ナー量が現像コントラスト電位とトナー帯電量に依存す
る方式とは異なり、本実施形態においては、トナー帯電
量が変動しても飽和領域に至るまでのカーブの傾きが変
化するだけで、図１８に示すように、現像コントラスト
電位を飽和領域Ａ内に設定することによって現像トナー
量自体は変化しない。飽和領域Ａにおける飽和現像量
は、最終画像の目標現像量に合わせて決定される。最終
画像の目標現像量は、最終画像の濃度再現性や階調性、
粒状性、光沢度といった画質などに基づいて決定され
る。カラー画像の場合は、これらの項目に加え再現色域
の広さ、画質欠陥、現像後転写時の転写性などの項目が
加味される。この飽和現像量は、本実施形態の現像方式
においては、現像装置の現像領域へのトナー供給量によ
って定まり、そのトナー供給量はトナー濃度、及び現像
剤担持体と像担持体との移動速度の速度比に依存する。
トナー濃度が低過ぎるとキャリア表面に対するトナー被
覆率が低下し、高電界下で絶縁破壊によるブラシ状の白
抜けや、像担持体へのキャリア付着が発生する。逆にト
ナー濃度が高過ぎると現像剤としての抵抗を上昇させ飽
和特性が得られなくなるので、本発明の第１の画像形成
装置においては、キャリア表面に対するトナー被覆率は
１５から５５％の範囲内に設定する。

【００３０】しかし、特に、カラー画像においては多重
転写性などの観点から目標現像量が黒色に対して低く設
定されているため、トナー被覆率は本発明の第１の画像
形成装置より低めに設定する。すなわち、本発明の第２
の画像形成装置においては、キャリア表面に対するトナ
ー被覆率は１５から４０％の範囲内に設定する。次に、
トナー被覆率の計算方法について説明する。まず、キャ
リア及びトナーはそれぞれ半径Ｒ及び半径ｒを持つ均一
な球であるものと仮定する。半径Ｒのキャリアのまわり
に半径ｒのトナーによってトナー層が形成されていると
するとトナー濃度ＴＣ及びトナー被覆率Ｃｖは下式で表
せる。

【００３１】Ｋ＝ｒ／ＲＴＣ＝（（６Ｋ＋１２Ｋ² ＋８Ｋ³ ）ρ_t ・Ｃｖ・ｐ）
／（ρ_c ＋（６Ｋ＋１２Ｋ² ＋８Ｋ³ ）ρ_t ・Ｃｖ・
ｐ）×１００（％）Ｃｖ＝ＴＣ・ρ_c ／（１−ＴＣ）（６Ｋ＋１２Ｋ² ＋８
Ｋ³ ）ρ_t ・ｐここで、ρ_t ：トナーの比重 ρ_c ：キャリアの比重ｐ＝π／３√３：トナーの細密充填密度（平面近似）キャリア粒径は、キャリアの飛散、像担持体への付着防
止及び十分な画像濃度と画質を両立させるため、３０〜
８０μｍの範囲内とすることが望ましい。

【００３２】このような現像手段に用いるキャリアとし
ては、体積抵抗率１０⁸ Ω・ｃｍ以下であることが望ま
しい。なぜなら、高抵抗キャリア（≧１０⁹ Ω・ｃｍ）
を用いた場合は現像電界が弱いために現像曲線の立ち上
がりが緩やかとなり、現像剤層内に存在する電界のため
に、現像剤層表面のトナーばかりでなく現像剤層内部の
トナーも像担持体に移行するため、現像コントラスト電
位が非常に高くなり現像電界を完全に中和するまで飽和
特性が得られないからであり、低抵抗キャリアを用いた
場合は現像電界が強いために現像曲線の立ち上がりが急
峻となり、現像剤層内が導電性に近くなり電界が存在し
ないため現像剤層表面のごく近傍のトナーしか現像に寄
与せず現像トナー量が飽和するからである。

【００３３】また、キャリアのコート材の体積抵抗率
は、１０¹ Ω・ｃｍ以上１０⁸ Ω・ｃｍ以下であること
が望ましく、キャリアのコア材の体積抵抗率は１０¹ Ω
・ｃｍ以下であることが望ましい。なぜなら、コート材
の抵抗とコア材の抵抗のバランスによってキャリア全体
の抵抗が規定され、キャリア全体の抵抗により上述の飽
和領域の出現が左右されるものであることに加え、コー
ト材の抵抗がコア材の抵抗に比較して小さくなると、コ
ート材側に電荷が集まりやすく、キャリア内部よりも像
担持体により近いキャリア表面部に電荷が誘起され、結
果として像担持体側へキャリアが強く引かれキャリア付
着から転写時の白抜けを起こす恐れがあるからである。
また、低抵抗キャリアをトナー濃度が低い状態で使用す
ると、高電界下においてキャリアと像担持体の間で絶縁
破壊が起きて潜像が破壊されるためにブラシ状の白抜け
が発生する可能性がある。この現象はキャリアの表面抵
抗が低いことに起因するものであるから、コート材の体
積抵抗率としては１０¹ Ω・ｃｍ以上で１０⁸ Ω・ｃｍ
以下とすることが望ましい。

【００３４】また、像担持体のキャリア付着の回避には
キャリアの磁力を上げることが最も効果的であるので、
キャリア全体としての飽和磁化としては６０ｅｍｕ／ｇ
以上、好ましくは、７０ｅｍｕ／ｇ以上とすることが望
ましい。また、現像手段に印加する現像バイアスとして
は、直流電界に交番電界を重畳したバイアスを用い、Ｖ
ｐ−ｐとしては１００Ｖ以上７００Ｖ以下、周波数とし
ては４ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下とすることが望まし
い。これは、現像バイアスは飽和特性には直接影響を与
えないが、交番電界を印加することによりトナーとキャ
リアの間、あるいはトナーと現像剤担持体の間の非静電
的付着力や磁力、鏡像力の影響を小さくし、飽和状態の
出現を安定なものにするという効果が得られるからであ
る。また、交番電界による振動によって非画像部かぶり
の発生を抑えることができるが、Ｖｐ−ｐを過大にする
とキャリア抵抗が低いためにリークが発生するので、上
記の範囲内での使用が望ましい。また、現像バイアスの
周波数が低過ぎると非画像部かぶりが発生し、あまりに
周波数が高い場合はトナーの追従性が悪くなり上記効果
が失われるので、上記の範囲内での使用が望ましい。

【００３５】次に、本実施形態において、静電潜像形成
手段が、像担持体上に面積率約５０％露光時の潜像コン
トラストが静電像担持体の帯電電位及び全露光時の表面
電位とで形成される潜像コントラストとほぼ一致する、
二値化された静電潜像を形成するものである場合につい
て説明する。従来、例えば高線数での中間画像面積率の
露光を行なった時などに光ビームが分布を持っているた
め潜像レベルで露光エネルギプロファイルのコントラス
トが低下し、現像電界が弱まる結果、最終画像が悪化す
ることがある。この露光エネルギプロファイルのコント
ラスト低下は、画素間距離を大きくとるか、ビーム径を
小さくすることにより解決することができるが、最近の
高画質化の要求下では単純に画素間距離を大きくするこ
と、すなわち低線数化することは避けなければならない
ので、従来の像担持体を使用する場合、ビーム径を小径
化することが必要となってくる。しかし、図３に示すよ
うに、いわゆるＳ字形状の光電位減衰特性を持つ像担持
体の場合は、露光エネルギを適切に調整することでビー
ム径が多少大きくとも露光エネルギプロファイルのコン
トラストを維持することができる。

【００３６】図３は、Ｓ字形状の光電位減衰特性のグラ
フである。図３に示すように、像担持体の光電位減衰特
性がある領域までは変動せず急激な過渡領域を経てほぼ
電位０近くまで減衰している。このような像担持体を用
いることにより、二値化された静電潜像形成が可能とな
るが、二値化された静電潜像に対して、前述の飽和特性
を利用した現像方式を用い、この飽和領域の範囲内で現
像が行なわれるように現像バイアスを設定することによ
り、環境変化や経時変化によるトナー帯電量の低下や像
担持体の感度ムラなどに対しても現像トナー量は安定
し、良好な画像再現が可能となる。この方式は多階調な
どが要求されるカラー画像形成装置などに特に好適であ
る。

【００３７】次に、本実施形態の装置を使用して行った
実施例を比較例と共に説明する。ここでは、先ず本実施
例及び比較例に用いられたキャリアについて説明する。
本実施例に用いられるキャリアは、カーボンブラックを
分散させた樹脂でコーティングされている。カーボンブ
ラックは、特に限定されるものではなく、コート剤や電
気抵抗率との関係から適当なものが選択される。なお、
導電性を呈する粉体で前述の要件を満たすものであれば
必ずしもカーボンブラックに限定されるものではない。
また、特定の種類のものを単独で用いても、複数の種類
のものを混合して用いてもよい。

【００３８】また、キャリアのコア材には、低抵抗の特
性を示すマグネタイトが用いられるが、マグネタイトの
みに限定されるものではない。以下に、本実施例に用い
られたキャリアＡ，Ｂ，Ｃの特性を示す。（キャリアＡ：１０^-1Ω・ｃｍ）粒径：５０μｍカーボンブラック：（ＶＸＣ７２、キャボット社製）１５体積％コア材：マグネタイト（ＭＸ０３０Ａ、富士電気化学社製）１００重量部トルエン：１３．５重量部スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比２０：８０）１．８重量部コア材抵抗：１０^-5Ω・ｃｍコート材抵抗：１０¹ Ω・ｃｍ飽和磁化：７０ｅｍｕ／ｇ（キャリアＢ：１０² Ω・ｃｍ）粒径：５０μｍカーボンブラック：（ＶＸＣ７２、キャボット社製）１２体積％コア材：マグネタイト（ＭＸ０３０Ａ、富士電気化学社製）１００重量部トルエン：１３．５重量部スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比２０：８０）１．８重量部コア材抵抗：１０^-5Ω・ｃｍコート材抵抗：１０³ Ω・ｃｍ飽和磁化：７０ｅｍｕ／ｇ（キャリアＣ：１０⁸ Ω・ｃｍ）粒径：５０μｍカーボンブラック：（ＶＸＣ７２、キャボット社製）８体積％コア材：マグネタイト（ＭＸ０３０Ａ、富士電気化学社製）１００重量部トルエン：１３．５重量部スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比２０：８０）１．８重量部コア材抵抗：１０^-5Ω・ｃｍコート材抵抗：１０⁵ Ω・ｃｍ飽和磁化：７０ｅｍｕ／ｇ次に、比較例のキャリアＤ〜Ｇの特性を示す。（キャリアＤ：１０⁶ Ω・ｃｍ）粒径：５０μｍカーボンブラック：（ＶＸＣ７２、キャボット社製）１４体積％コア材：フェライト（Ｆ−３００、パウダテック社製）１００重量部トルエン：１２．３重量部スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比２０：８０）１．７重量部コア材抵抗：１０⁸ Ω・ｃｍコート材抵抗：１０¹ Ω・ｃｍ飽和磁化：６０ｅｍｕ／ｇ（キャリアＥ：富士ゼロックス社製キャリア：１０⁹ Ω・ｃｍ）粒径：５０μｍコア材：フェライト（Ｆ−３００、パウダーテック社製）コア材抵抗：１０⁸ Ω・ｃｍ飽和磁化：６０ｅｍｕ／ｇ（キャリアＦ：１０¹¹Ω・ｃｍ）粒径：５０μｍコア材：フェライト１００重量部トルエン：１４重量部スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比２０：８０）：１．０重量部飽和磁化：５０ｅｍｕ／ｇ（キャリアＧ：１０⁶ Ω・ｃｍ）粒径：５０μｍカーボンブラック：（ＶＸＣ７２、キャボット社製）１０体積％コア材：フェライト（Ｃ２８−ＦＢ、富士電気化学社製）１００重量部トルエン：１３．５重量部スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比２０：８０）：１．８重量部コア材抵抗：１０⁴ Ω・ｃｍコート材：１０⁴ Ω・ｃｍ飽和磁化：５０ｅｍｕ／ｇまた、トナーとしては市販のカラー用トナーを用い、こ
れを上記キャリアと混合した後、タービュラシェイカミ
キサ（Ｉｎｖｅｒｓｉｎａ社製）により３分間混合した
ものを用いる。なお、トナーの平均粒径は７μｍであ
る。

【００３９】次に、本発明の実施例に用いたキャリアの
抵抗率測定方法について説明する。図４は、キャリアの
抵抗率を測定する装置の概要図である。図４に示すよう
に、このキャリア抵抗率測定装置５０には、内部に固定
磁石５１が配備された回動自在なシリンダ５２と、シリ
ンダ５２と対向配置されたセル５３と、セル５３の両側
に配備されたガード電極５４と、セル５３にバイアスを
印加するための直流電源５５と、バイアス電圧及びバイ
アス電流を測定する電圧計５６及び電流計５７が備えら
れている。シリンダ５２は現像器の現像剤担持体を模し
たものであり、また、セル５３は画像形成装置の像担持
体を模したものである。

【００４０】このように構成されたキャリア抵抗率測定
装置５０のシリンダ５２表面に現像剤を供給し現像剤層
厚規制板５８により所定層厚の現像剤層５９を形成し、
１０ ⁶ Ｖ／ｍのバイアス電圧を印加した時に電流計５７
に流れる電流値を測定する。そして、セル５３に対向す
る部分の現像剤層が占める体積からキャリア抵抗率を算
出する。なお、セル５３の寸法はシリンダ軸方向に６０
ｍｍ、シリンダ幅方向に５ｍｍである。また、セル５３
とシリンダ５２とのギャップは２．２ｍｍとした。現像
剤層厚は、現像剤層５９をセル５３に当接させシリンダ
５２を回転させた時にセル５３との間で現像剤詰りを発
生させない厚さに調節する。なお、低抵抗のキャリアの
場合、バイアス電圧を１０⁶ Ｖ／ｍまで上げる前にブレ
イクダウンを起こす場合があるが、その場合は、電界の
１／２乗と電流密度の関係から１０⁶Ｖ／ｍ時の抵抗値
を外挿しこれを用いてキャリア抵抗率を求めた。

【００４１】次に、前述のキャリアＡ〜Ｇを用いて実施
例及び比較例について説明する。（実施例１）図５は、キャリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ
を用いて作製した現像剤による現像量曲線を示すグラフ
である。図５には、キャリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを
負帯電トナーと混合し、それを図１に示す画像形成装置
の回転現像器３に入れ、現像バイアス条件を調整しなが
ら現像テストを行って得られた現像量曲線が示されてい
る。この時の実験条件は表１に示すとおりである。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１に示すとおり、像担持体と現像剤担持
体とは互いに異なる方向、すなわち接点上では互いに同
一接線方向に移動するウイズモードで回転させた。像担
持体と現像剤担持体との速度比は１である。図５に示す
ように、体積抵抗率１０⁸ Ω・ｃｍ以下のキャリアＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄでは現像曲線は飽和特性を示しており、現像
コントラスト電位が５００Ｖ以上に上昇しても現像トナ
ー量はほぼ一定に保たれていることがわかる。これに対
して、体積抵抗率１０⁹ Ω・ｃｍ以上のキャリアＥ，Ｆ
では、現像曲線は飽和特性を示さず、現像トナー量はコ
ントラスト電位の増加に応じて増加し続ける。また、現
像曲線の立ち上がりの傾きはキャリア抵抗が低いものほ
ど急峻となっている。この傾きはトナー帯電量にも依存
し、例えばトナー帯電量が低くなると傾きは高くなる
が、それぞれの現像剤において傾きをトナー帯電量で正
規化した後も、キャリア抵抗に依存していることが明ら
かとなった。この理由としては、抵抗の低いキャリアの
場合、現像電界が強いため現像曲線の立上りが急峻とな
るが、現像剤層内は導電性に近く、電界が存在しないた
め現像剤層表面近傍のトナーのみが現像に寄与し、この
現像剤層表面近傍のトナーが現像完了となって現像量が
飽和に達する。これに対し、抵抗の高いキャリアの場
合、現像電界が弱いため現像曲線の立ち上がりが緩やか
となるが、現像剤層内に電界が存在するため、現像に寄
与するトナーは現像剤層表面のトナーだけでなく、内部
のトナーまで現像に寄与することとなり、飽和が起こり
にくいと考えられる。（実施例２）図６は、種々の環境条件下における現像テ
ストの結果を示すグラフである。

【００４４】図６には、キャリアＢ、Ｅを用い、種々の
温湿度条件下で実施例１と同様の現像テストを行って得
られた現像量曲線が示されている。実験条件は表１に示
した条件と同様である。また、現像コントラスト電位は
５００Ｖとした。図６に示すように、体積抵抗率１０⁸
Ω・ｃｍ以下のキャリアＢ（本実施例）を用いた場合
は、同一のトナー濃度下で温湿度の変化によりトナー帯
電量を変化させても飽和領域の現像量は変動しないが、
体積抵抗率１０⁹ Ω・ｃｍ以上のキャリアＥ（比較例）
を用いた場合は、温湿度の変化に伴うトナー帯電量変化
の影響により現像量が変動している。前述のように、こ
の現象が従来の現像方式の問題点である。

【００４５】図６に示す実験結果から、飽和特性はトナ
ー帯電量に依存しないことが明らかである。（実施例３）図７は、現像剤担持体上の現像剤重量と現
像トナー量比率との関係を示すグラフである。

【００４６】図７には、キャリアＢ、Ｅを用い、現像剤
担持体上の単位面積当たりの現像剤重量を変化させた場
合の現像トナー量の変化の様子が示されている。図７の
縦軸は、現像剤担持体上の現像剤重量を、初期値４５ｍ
ｇ／ｃｍ² を１として正規化し、初期値に対する比率と
して表示したものである。なお、現像コントラスト電位
は５００Ｖとした。

【００４７】図７に示すように、体積抵抗率１０⁹ Ω・
ｃｍのキャリアＥ（比較例）を用いた場合は、現像剤担
持体上の単位面積当たりの現像剤重量を増加するにつれ
て現像トナー量比率も増加していくが、体積抵抗率１０
⁸ Ω・ｃｍのキャリアＢ（本実施例）を用いた場合は、
単位面積当たりの現像剤重量が増加しても現像トナー量
比率はほとんど変化しない。これは、前述のように、高
抵抗のキャリアを用いた場合は、現像電界が弱く現像剤
層内に電界が存在し、現像剤層の表面のトナーが現像に
寄与するだけでなく現像剤層内部のトナーまで現像に寄
与するため、現像剤担持体上の単位面積当たりの現像剤
重量が増加するにつれて、現像トナー量も増加する。一
方、低抵抗のキャリアを用いた場合は、仮想の現像電極
が現像剤層表面近傍まで近づくが、単位面積当たりの現
像剤重量が増加するにつれて現像剤層中の導電路がさら
に増加し、仮想の現像電極位置がさらに像担持体側に近
づき、現像剤層表面に近いトナーのみが現像に寄与する
ようになる。そのため単位面積当たりの現像剤重量は増
加するが、現像電界の影響を受けるトナーは現像剤層表
面近傍に存在するものに限定され、結果として現像トナ
ー量は変化しなくなるものと考えられる。従って、低抵
抗キャリアを用いた場合は、例えば、層厚規制部材の作
動状態の変動などにより現像剤担持体上の単位面積当た
りの現像剤重量が変動しても飽和現像量は変化しないこ
とが明らかである。（実施例４）図８は、現像トナー量に対するトナー濃
度、及び現像剤担持体と像担持体の速度比の関係を表わ
すグラフである。

【００４８】図８には、キャリアＣを用いて、トナー濃
度、及び現像剤担持体と像担持体の移動速度の比（以
下、速度比という）を変更した場合の現像トナー量の変
化を測定した結果が示されている。この時の現像コント
ラスト電位は５００Ｖであり、トナーとしてはマゼンタ
トナーを使用し、キャリア粒径は５０μｍとした。図８
に示すように、速度比の増加に伴い現像トナー量は直線
的に増加するが、その直線の傾きはトナー濃度によって
決まり、トナー濃度が３％から４％へ、さらに５％へと
増加するに従って直線の傾きは急峻となっている。図８
におけるトナー濃度の範囲内では５００Ｖのコントラス
ト電位で現像トナー量は飽和しているので、飽和現像ト
ナー量はトナー濃度と速度比に依存することがわかる。
図８の結果から、目標とする現像トナー量を得るための
トナー濃度と速度比の関係を計算で求めることができ
る。

【００４９】ところで、現像剤担持体と像担持体との速
度比は、低過ぎるとトナー濃度が高く設定されていても
像担持体に対する接触機会不足による画質荒れが生じ、
高過ぎると画像後端部の濃度が高くなるといった画像欠
陥を生じるため、０．８以上２．１以下とする必要があ
る。特に、カラー画像においては画質に関する要求が厳
しく、また、濃度変化は色相の変化につながるため、現
像剤担持体と像担持体との速度比は１．０以上１．８以
下とすることが望ましい。

【００５０】図９は、目標現像トナー量を得るためのト
ナー濃度と速度比との関係を示すグラフである。目標現
像トナー量は、ベタ部の単位面積当たり０．４５ｍｇ／
ｃｍ² 、０．５５ｍｇ／ｃｍ² 、０．６５ｍｇ／ｃｍ²
の３水準とした。この目標現像トナー量は最終画像の濃
度再現性や階調性、粒状性、光沢度といった画質面か
ら、さらにカラー画像の場合は再現色域の広さ及び画質
欠陥や現像後転写時の転写性などから決定される。単位
面積あたりの現像トナー量が低過ぎると、濃度再現性や
階調性、粒状性、光沢度などが低下したり、あるいは再
現色域の広さが減少したりするという問題が生じ、逆
に、単位面積当たりの現像トナー量が高過ぎると、階調
性の低下、特に転写性の悪化が生じる。そこで、これら
の問題点に鑑み、カラー画像の場合は、０．６５ｍｇ／
ｃｍ² 程度に設定される。ちなみに、粒径７μｍのトナ
ーを使用しそれを細密充填構造で１層現像した場合の単
位面積当りの現像トナー量を計算すると、０．５１ｍｇ
／ｃｍ² となる。そこで、トナーの色材重量を増加させ
たり、転写性を向上させることによって上記の問題点を
解決しながらより低い現像トナー量を実現させることが
可能であるため、目標現像トナー量は上記３水準に設定
した。

【００５１】図９に示すように、目標現像トナー量が低
くなるとそれに応じてトナー濃度、速度比とも低く設定
する必要がある。次に、トナー被覆率及び速度比が画質
欠陥及び飽和安定性に及ぼす影響について説明する。表
２は、トナー被覆率が画質欠陥及び飽和安定性に及ぼす
影響の評価結果を示す表である。

【００５２】

【表２】

【００５３】この評価テストはキャリアＣを用いて行わ
れた。また、目標現像トナー量は、黒画像の場合０．８
〜１．０ｍｇ／ｃｍ² 、カラー画像の場合０．４５〜
０．６５ｍｇ／ｃｍ² とし、この時、目標現像量との関
係で、速度比をある一定範囲内で変化させてテストを行
った。この評価結果から、トナー被覆率Ｃｖが１５％以
下の場合は速度比を上げてもトナー供給量の不足が生じ
画像荒れが目立ち、また低抵抗であるキャリア表面が像
担持体に接触する機会が増えるため絶縁破壊が生じ潜像
を破壊するブラシ状の白抜けが顕著に発生した。さら
に、目標現像トナー量を得るために速度比を上げること
に伴い画像後端部が高濃度になる現象も見られる。トナ
ー被覆率Ｃｖが１５％以上４０％以下の範囲、及び４０
％以上５５％以下の範囲では一部画質欠陥の発生が見ら
れるが、全体としてはほぼ許容範囲内である。しかし、
トナー被覆率Ｃｖが４０％以上５５％以下の範囲では、
現像剤抵抗の上昇も伴い現像量の増加傾向が見られ飽和
安定性がやや低下し始める。このことは、色相や階調性
の面で要求特性が厳しいカラー画像の場合に問題となる
可能性がある。トナー被覆率Ｃｖが５５％以上になる
と、さらに飽和安定性が失われ許容不可能なレベルに達
する。従って、トナー被覆率は１５％以上５５％以下の
範囲内で使用される必要があり、画質要求の厳しいカラ
ー画像の場合は１５％以上４０％以下の範囲内での使用
が望ましい。

【００５４】表３は、速度比が画質欠陥及び飽和安定性
に及ぼす影響の評価結果を示す表である。

【００５５】

【表３】

【００５６】この評価テストは表２の場合と同様キャリ
アＣを用い、目標現像トナー量も表２の場合と同様の条
件下で行われた。なお、目標現像量との関係でトナー被
覆率Ｃｖをある一定範囲内で変化させてテストを行っ
た。この評価結果から、速度比Ｐｓ／Ｐｄが０．８以下
の場合は、トナー被覆率Ｃｖを上限値まで上げても画質
荒れ、ブラシ状白抜けが許容範囲を越えており、速度比
Ｐｓ／Ｐｄが０．８以上１以下の場合は、カラー画像に
おいて中間調画像の粒状性悪化のため許容不可能なレベ
ルに達する。速度比Ｐｓ／Ｐｄが１以上２．１以下の場
合は、すべての画質欠陥がほぼ許容範囲内に納まるが、
速度比Ｐｓ／Ｐｄの上昇に従い画像後端部の高濃度化が
目立ち始め、カラー画像においては色相変動、階調変動
を惹き起こす。速度比Ｐｓ／Ｐｄが２．１以上の場合
は、目標トナー濃度に対応してトナー被覆率Ｃｖを下げ
て使用するため、結果として表２と同様、白抜けの発生
が顕著となる。また、画像後端部の高濃度化も一層顕著
となる。これらの観点から、速度比Ｐｓ／Ｐｄは０．８
以上２．１以下の範囲内で使用する必要があり、カラー
画像においては速度比Ｐｓ／Ｐｄは１．０以上１．８以
下の範囲内での使用が望ましい。

【００５７】さらに、上記のトナー被覆率Ｃｖから求め
られるトナー濃度ＴＣと、キャリア粒径Ｒと、速度比Ｐ
ｓ／Ｐｄとの積（ＴＣ×Ｒ×Ｐｓ／Ｐｄ）との関連か
ら、キャリア粒径Ｒが非常に小さい場合は、キャリア自
体の飽和磁化が弱まり、結果としてキャリア飛散や像担
持体へのキャリア付着が発生する。またキャリア粒径Ｒ
が所定値よりも大きい場合は、キャリア間に隙間が多く
なりその結果、飽和特性が得られにくくなったり、また
画質レベルが悪化したりする。従って、積（ＴＣ×Ｒ×
Ｐｓ／Ｐｄ）は１２０以上９６０以下の範囲内である必
要があり、さらにカラー画像においては積（ＴＣ×Ｒ×
Ｐｓ／Ｐｄ）は１２０以上５６０以下の範囲内であるこ
とが望ましい。

【００５８】表２及び表３に示した画像欠陥は、特にカ
ラー現像剤の場合に大きな問題となる。それは、カラー
画像には特に高画質が要求され、また、カラー画像の場
合、微妙な濃度変化が階調や色相の変化につながるため
である。黒画像の場合は、記録用紙の下地が見えやすい
ことや、ライン部の画像の細線再現性が問題となるため
目標現像トナー量が０．８０〜１．００ｍｇ／ｃｍ²
と、カラー画像の場合に比較して高いため、トナー濃度
が８％と高くトナー被覆率が５５％となる場合でも、速
度比は１．２と、カラー画像の場合より高い値で使え
る。また、逆に、トナー濃度を下げてトナー被覆率が低
下した場合でも、速度比上昇による画像後端部の濃度上
昇が目立ちにくいため、結果としてトナー被覆率、速度
比とも画質面からの許容範囲が広くなる。

【００５９】以上の結果から、カラー画像においてはト
ナー被覆率は１５％以上４０％以下であることが望まし
く、速度比は１．０以上１．８以下であることが望まし
い。黒画像においてはトナー被覆率の上限を５５％まで
広げることができ、速度比も０．８以上２．１以下まで
の使用が可能である。本実施例においては、目標トナー
現像量を達成するための上記トナー被覆率及び速度比の
範囲内において画質欠陥が認められず良好な飽和特性を
得ることができた。（実施例５）表４は、キャリアＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける
コア材とコート材の抵抗値及び像担持体へのキャリア付
着状況を示す表である。

【００６０】

【表４】

【００６１】表４に示すように、本実施例のキャリア
Ａ，Ｂ，Ｃの場合は、像担持体へのキャリア付着の発生
はみられず問題はないが、比較例として挙げたキャリア
Ｄにおいては、像担持体へのキャリア付着の発生が顕著
であった。この原因としては、キャリアＤはコア抵抗が
１０⁸ Ω・ｃｍでコート抵抗が１０¹ Ω・ｃｍと、コー
ト材の抵抗がコア材の抵抗より低いため、コート材側に
電荷が行きやすく、キャリア内部よりも像担持体に近い
キャリア表面部に電荷が誘起され、結果としてキャリア
が像担持体側に引かれやすくなり、キャリア付着を起こ
すからであると考えられる。コート抵抗がコア抵抗より
高いキャリアＡ，Ｂにおいてはキャリア付着は一部にし
か発生せず、キャリアＣにおいてはキャリア付着の発生
はみられない。すでに図５を参照して説明したように、
体積抵抗率１０⁸ Ω・ｃｍ以下のキャリアＡ，Ｂ，Ｃ，
Ｄを用いることにより飽和特性を得ることができるが、
このうちキャリアＤのみに像担持体へのキャリア付着が
発生することから、キャリアのコア抵抗はコート抵抗よ
り低いことが望ましい。（実施例６）図１０は、キャリアＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅを用い
た場合のキャリア磁化と像担持体へのキャリア付着量の
関係を示すグラフである。

【００６２】図１０に示すように、本実施例のキャリア
Ａ，Ｂ，Ｅを用いた場合は像担持体へのキャリア付着量
は少ないが、比較例のキャリアＤを用いた場合はキャリ
ア付着量が多い。キャリアＤは、コア材の磁化が低いた
め、キャリア全体の磁化が５０ｅｍｕ／ｇと低く、それ
がキャリア付着の主要因であろうと考えられる。よって
キャリア付着防止の観点からキャリア磁化は６０ｍｕ／
ｇ以上であることが望ましい。（実施例７）図１１は、現像バイアス周波数及び交番成
分のピーク電圧を変化させた場合の現像曲線のグラフで
ある。

【００６３】この実施例ではキャリアＣを用い、実験条
件としては、現像バイアス以外は表１に示した条件と同
様の条件で実験を行った。図１１に示すように、現像バ
イアス周波数及び交番成分のピーク電圧（以後Ｖｐ−ｐ
と表わす）を変化させても現像曲線には大きな変化はな
く、飽和現像量には現像バイアスは影響しないことが明
らかである。しかし、交番成分のピーク電圧が８００Ｖ
以上では現像剤担持体と像担持体との間にリークが発生
して、白抜けや濃度低下などの画像欠陥が生じた。ま
た、現像バイアス周波数が４ｋＨｚ以下の場合は非画像
部かぶりを発生した。その結果を図１２に示す。

【００６４】図１２は、現像バイアス周波数と非画像部
かぶりの関係を示すグラフである。図１２の縦軸は明度
Ｌ^* を表しており、この値が低いほどかぶりが多いこと
を示す。図１１及び図１２に示す結果からみて、直流電
界に電圧１００Ｖ以上７００Ｖ以下、周波数４Ｈｚ以上
２０ｋＨｚ以下の交番電界を重畳させた現像バイアスを
使用することが望ましい。（実施例８）図１３は、図３に示した光減衰特性を持つ
像担持体とキャリアＣとを用いて画像濃度についての維
持性実験を行った結果を示すグラフであり、図１４は、
図３に示した光減衰特性を持つ像担持体とキャリアＣと
を用いて肌色再現色差についての維持性実験を行った結
果を示すグラフである。

【００６５】表５は、図１３及び図１４における実験条
件を示す表である。

【００６６】

【表５】

【００６７】図１３及び図１４に示すように、出力枚数
の増加にもかかわらず、ベタ部の画像濃度再現性は安定
しており、また、肌色などの中間調の再現性も安定して
いる。この原因は、静電潜像が中間調域においても充分
なコントラスト電位を持っていて、本実施形態における
飽和領域の利用との組み合わせにより二値化された静電
潜像に対して安定した中間調再現性が得られることが確
認された。（実施例９）図１５は、キャリアの経時変化による現像
特性への影響を示すグラフである。

【００６８】使用したキャリアはキャリアＢ（本実施
例）、及びキャリアＥ（比較例）の２種類である。模擬
的に経時変化させた現像剤を調製するため、新しい現像
剤を図３に示した現像器により約６時間（１０，０００
枚コピーに相当する時間）連続撹拌を行った。この撹拌
処理前後のトナー帯電量を表６に示す。

【００６９】

【表６】

【００７０】キャリアＢ，Ｅともに撹拌後の帯電量は初
期帯電量の約２／３程度に減少している。ここで、現像
トナー量は像担持体上のトナー現像重量を表わす。図１
５に示すように、キャリアＢの場合は、経時変化による
現像特性への影響はほとんど認められないが、キャリア
Ｅの場合は、経時変化後の現像トナー量は初期状態にお
けるより大幅に増加し現像曲線の形状が大きく変化して
いる。このことから、現像トナー量がトナー帯電量に依
存せず、トナー供給量によって決定されることがわか
る。

【００７１】次に、本発明の画像形成装置の他の実施形
態について説明する。前述のように、飽和現像量はトナ
ー濃度と速度比に依存し、これによって目標現像濃度が
決定される。従って、現像濃度は電位変動やトナー帯電
量変動には左右されないが、トナー濃度の変化や速度比
の変動による影響を受ける。従って、トナー濃度の変化
を検知しトナー供給量を制御するトナー供給量制御手
段、あるいは速度比の変動を検知し速度比を制御する速
度比制御手段を設けることが望ましい。従来から現像剤
担持体上のトナー濃度を検知する手段は知られている
が、トナー濃度の変化により帯電量も変動し、この帯電
量の変動によって直接現像量が変化し、また、環境変化
によっても帯電量が変化するため、トナー濃度検知結果
から直接トナー供給量を決定することはできず、データ
テーブルなどを用いた複雑な補正が必要であった。しか
し、本実施形態では帯電量変動による現像量変動が無い
ため、トナー濃度検知結果から直接トナー供給量を決定
するトナー濃度制御手段を作動させることができる。ま
た速度比を変化させることによってもトナー供給量を制
御することができるため、トナー濃度検知結果から速度
比を制御することも可能である。トナー供給量制御手段
と速度比制御手段のどちらか一方を作動させてもよい
し、両方を作動させてもよい。

【００７２】図１６は、本発明の画像形成装置の第２の
実施形態を示す概要図である。図１６に示すように、こ
の画像形成装置は図１に示した画像形成装置と類似して
おり、両者の相違点は、この画像形成装置には、トナー
濃度検知手段４２、比較・演算回路４３、制御回路４
４、速度比変動手段４５などが付加されていることであ
る。

【００７３】これらの付加された部分について以下に説
明する。４台の現像器の現像材担持体４１の所定の回転
位置に対向して配備されたトナー濃度検知手段４２は、
現像材担持体４１の担持するトナー濃度を検知し、その
検知結果を比較・演算回路４３に転送する。比較・演算
回路４３は、検知されたトナー濃度と目標トナー現像量
とから演算された速度比の値を制御回路４４に転送す
る。制御回路４４は、速度比変動手段４５により現像担
持体４１または像担持体１あるいはその両方の移動速度
を制御する。また、制御回路４４は、トナー補給装置４
６にも接続されており、上記の速度比との関係から所定
量のトナーが回転現像器３に供給されるよう制御する。
速度比制御とトナー供給量制御との関係としては、先
ず、検知されたトナー濃度が所定の目標トナー濃度より
少し低い場合は、速度比を制御させた方が追従性の観点
から好ましい。つまり、トナー供給量制御の場合は、ト
ナー濃度が検知されてから、図示しないトナーディスペ
ンサからトナーが回転現像器３に補給されるまでの時間
遅れが避けられないため、画像形成サイクル内でこの一
連の動作を行うことは難しい。一方、速度比制御の場合
は、トナー濃度が検知されてから比較・演算を行い速度
制御が開始されるまでの時間遅れが少なく、追従性の高
い制御が可能である。しかし、長期にわたる使用によっ
てトナー濃度が大幅に変化すると、速度比制御だけでは
対応できなくなり、トナー補給が必要となる。従って、
第１段階では速度比制御を行い、トナー濃度検知結果に
基づき第２段階としてトナー供給量制御を適宜行うこと
が望ましい。また、必要に応じて像担持体近傍に図示し
ない現像量検知手段を配備することにより、さらに正確
な制御を行うことも可能である。なお、本発明において
は、トナー帯電量に影響されずにトナー濃度と速度比か
ら画像濃度を決定することができるので、従来の画像形
成装置に見られるような環境センサやトナー濃度の変化
による帯電量変動を考慮した複雑なデータテーブルを必
要としない。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成
装置によれば、飽和領域を利用した二成分現像方式を採
用し、トナー濃度、キャリア粒径、及び現像剤担持体と
像担持体間の速度比の積を所定の範囲内とすることによ
って、環境変化、経時変化によるトナー帯電量の変化及
び像担持体の感度変動などに対して安定で画像欠陥がな
く中間調再現性のよい画像を形成することのできる画像
形成装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の一実施形態を内蔵した
カラー複写機の概略構成図である。

【図２】本実施形態のカラー複写機に用いられる回転現
像器の一部拡大図である。

【図３】Ｓ字形状の光電位減衰特性のグラフである。

【図４】キャリアの抵抗率を測定する装置の概要図であ
る。

【図５】キャリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを用いて作製
した現像剤による現像量曲線を示すグラフである。

【図６】種々の環境条件下における現像テストの結果を
示すグラフである。

【図７】現像剤担持体上の現像剤重量と現像トナー量比
率との関係を示すグラフである。

【図８】現像トナー量に対するトナー濃度、及び現像剤
担持体と像担持体の速度比の関係を表わすグラフであ
る。

【図９】目標現像トナー量を得るためのトナー濃度と速
度比との関係を示すグラフである。

【図１０】キャリアＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅを用いた場合のキャ
リア磁化と像担持体へのキャリア付着量の関係を示すグ
ラフである。

【図１１】現像バイアス周波数及び交番成分のピーク電
圧を変化させた場合の現像曲線のグラフである。

【図１２】現像バイアス周波数と非画像部かぶりの関係
を示すグラフである。

【図１３】図３に示した光減衰特性を持つ像担持体とキ
ャリアＣとを用いて画像濃度についての維持性実験を行
った結果を示すグラフである。

【図１４】図３に示した光減衰特性を持つ像担持体とキ
ャリアＣとを用いて肌色再現色差についての維持性実験
を行った結果を示すグラフである。

【図１５】キャリアの経時変化による現像特性への影響
を示すグラフである。

【図１６】本発明の画像形成装置の第２の実施形態を示
す概要図である。

【図１７】現像コントラスト電位と現像トナー量とが線
形関係にあり、飽和領域を持たない場合の現像特性のグ
ラフである。

【図１８】現像コントラスト電位に対して現像トナー量
が飽和領域を持つ現像特性のグラフである。

【符号の説明】

１像担持体（感光体ドラム）２静電潜像形成用帯電器３回転現像器４転写ドラム４ａ用紙吸着用帯電器４ｂ転写帯電器４ｃ剥離用帯電器４ｄ除電用帯電器５クリーナ６前露光器９定着器１０原稿読取り部１１用紙トレイ１２用紙搬送経路２０光ビーム走査部２５光ビーム３０光ビームパルス幅変調回路３１，４１現像剤担持体４２トナー濃度検知手段４３比較・演算回路４４制御回路４５速度比変動手段４６トナー補給装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳田和彦神奈川県南足柄市竹松1600番地富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者金石神奈川県南足柄市竹松1600番地富士ゼロックス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像を担持して所定の方向に移動す
る像担持体と、該像担持体を帯電した後該像担持体上に画像情報を担持
した露光光を照射することにより該像担持体上に静電潜
像を形成する静電潜像形成手段と、所定の現像位置において前記像担持体に対向して配備さ
れた、トナー及びキャリアより成る２成分系の現像剤を
担持し該現像位置において前記像担持体の移動方向と同
一方向に移動する現像剤担持体を有し、該現像剤担持体
と前記像担持体との間に現像バイアスを印加すると共
に、該現像剤担持体の担持する現像剤中のトナーを前記
像担持体上の静電潜像に供給することにより該像担持体
上の静電潜像を現像してトナーによる顕像を形成する現
像手段とを備えた画像形成装置において、現像バイアス電位と像担持体の全露光部電位によって定
まる現像コントラスト電位に対する現像トナー量のカー
ブの傾きが現像コントラスト電位が０近傍にある時の傾
きの１／５にある点の現像コントラスト電位をＶｓ、像
担持体の全露光部電位をＶｄ、前記現像バイアス電位を
Ｖｂ、キャリア表面に対するトナー被覆率をＣｖ
（％）、像担持体移動速度をＰｄ、現像剤担持体移動速
度をＰｓ、トナー濃度（％）をＴＣ、キャリア粒径（μ
ｍ）をＲとしたとき、｜Ｖｓ｜＜｜Ｖｂ｜−｜Ｖｄ｜１５≦Ｃｖ≦５５（％）０．８≦Ｐｓ／Ｐｄ≦２．１１２０≦（ＴＣ×Ｒ×Ｐｓ／Ｐｄ）≦９６０なる関係を満たすように設定されて成ることを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項２】静電潜像を担持して所定の方向に移動す
る像担持体と、該像担持体を帯電した後該像担持体上に画像情報を担持
した露光光を照射することにより該像担持体上に静電潜
像を形成する静電潜像形成手段と、所定の現像位置において前記像担持体に対向して配備さ
れた、各色のトナー及びキャリアより成る２成分系の現
像剤を担持し該現像位置において前記像担持体の移動方
向と同一方向に移動する複数の現像剤担持体を有し、該
現像剤担持体と前記像担持体との間に現像バイアスを印
加すると共に、該現像剤担持体の担持する現像剤中のト
ナーを前記像担持体上の静電潜像に供給することにより
該像担持体上の静電潜像を現像してトナーによる顕像を
形成する現像手段とを備えた画像形成装置において、現像バイアス電位と像担持体の全露光部電位によって定
まる現像コントラスト電位に対する現像トナー量のカー
ブの傾きが現像コントラスト電位が０近傍にある時の傾
きの１／５にある点の現像コントラスト電位をＶｓ、像
担持体の全露光部電位をＶｄ、前記現像バイアス電位を
Ｖｂ、キャリア表面に対するトナー被覆率をＣｖ
（％）、像担持体移動速度をＰｄ、現像剤担持体移動速
度をＰｓ、トナー濃度（％）をＴＣ、キャリア粒径（μ
ｍ）をＲとしたとき、｜Ｖｓ｜＜｜Ｖｂ｜−｜Ｖｄ｜１５≦Ｃｖ≦４０（％）１．０≦Ｐｓ／Ｐｄ≦１．８１２０≦（ＴＣ×Ｒ×Ｐｓ／Ｐｄ）≦５６０なる関係を満たすように設定されて成ることを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項３】前記現像剤担持体上のトナー濃度を検知
するトナー濃度検知手段を有し、該トナー濃度検知手段
により検知された結果に基づいて前記現像手段へのトナ
ーの供給量を制御するトナー供給量制御手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
【請求項４】前記現像剤担持体上のトナー濃度を検知
するトナー濃度検知手段を有し、該トナー濃度検知手段
により検知された結果に基づいて前記像担持体移動速度
に対する前記現像剤担持体移動速度の比を制御する速度
比制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２記
載の画像形成装置。
【請求項５】前記静電潜像形成手段が、前記像担持体
上に、面積率約５０％露光時の潜像コントラストが前記
像担持体の帯電電位と全露光時の表面電位とで形成され
る潜像コントラストと一致する静電潜像を形成するもの
であることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成
装置。