JPH1063086A - 画像形成装置 - Google Patents

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
再現性に優れた画像形成装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】像担持体１と、静電潜像形成手段（２０，
３０）と、現像手段３とを備えた画像形成装置におい
て、現像手段３を、現像バイアス電位Ｖｂ及び像担持体
の全露光部電位Ｖｉによって定まるコントラスト電位に
対する現像トナー重量のカーブが所定のコントラスト電
位以上の領域で飽和特性を有するものであって、上記コ
ントラスト電位に対する現像トナー重量のカーブの傾き
がコントラスト電位が０近傍にある時の傾きの１／５に
ある点の相対湿度１５％におけるコントラスト電位をＶ
ｓ（１５）とした時、 ｜Ｖｓ（１５）｜×１．１＜｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ なる関係を満たすように設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像情報をディジタ
ル信号として扱うディジタルプリンタ及びディジタル複
写機などに用いられる電子写真方式の画像形成装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、文字や画像などを表わす二値で表
わされた画像情報に応じてオン／オフ変調された光ビー
ムで像担持体上を走査することにより像担持体上に静電
潜像を形成する、いわゆるディジタル電子写真方式の画
像形成装置がプリンタや複写機などに広く採用されてい
る。

【０００３】このようなディジタル画像形成装置におい
て、中間調を持つ画像を形成する場合、いわゆる網点構
造や万線構造を用いた面積変調法が知られている。この
方法は、アルゴリズムも比較的簡易であり、また低コス
トで実現できるため、ディジタル電子写真方式のプリン
タや複写機に広く採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このディジタル画像形
成装置では、上述のように、像担持体上にオン／オフの
二値情報による静電潜像が形成されるが、この二値情報
による静電潜像に従来の一般的な現像方式を適用する
と、現像ロールに印加する現像バイアスと像担持体の露
光部電位にて定まるコントラスト電位に対する現像トナ
ー重量は、図２５に示すように、ほぼ線形な特性を示
し、像担持体の感度が経時的もしくは温湿度等により変
化すると、その変化によるコントラスト電位の変化に対
して、現像トナー重量も変化し、中間調が正しく表現で
きないという欠点がある。

【０００５】図２５は、コントラスト電位に対して現像
トナー重量がほぼ線形である現像特性のグラフである。
また、従来の現像方式では温湿度の変化によりトナー帯
電量が変わると、それに応じて現像トナー重量が変化し
てしまうという欠点も有している。このような現像トナ
ー重量の不安定性を解消する方法として、トナー重量と
画像濃度の飽和特性を利用した方法が従来から広く利用
されている。例えば、コントラスト電位に対する現像ト
ナー重量が図２５のような特性を持っていても、図２６
に示すように、用紙上トナー重量はある一定値以上では
画像濃度は飽和状態となる特性を持っている。

【０００６】図２６は、用紙上トナー重量と画像濃度と
の関係を示すグラフである。この飽和現象は、黒トナー
のように、用紙上にトナーが１層の乗っているだけで下
地の色を隠してしまうような隠蔽力の強いトナーの場合
特に顕著である。つまり、用紙上に１層以上のトナーが
乗るように高めのコントラスト電位で現像すれば、現像
量が若干変動しても安定した画像が得られる。原稿を光
照射しその反射光で像担持体を露光して画像を形成する
アナログ方式の画像形成装置においてもこの方法を採用
したものがあるが、中間調の再現が犠牲にされるという
欠点がある。中間調の再現を面積階調で行うディジタル
方式の画像形成装置の場合はこの方法は非常に有効であ
り、白黒プリンタなどに広く適用されている。

【０００７】しかし、この方法では、画像濃度としては
十分であるにもかかわらず過剰のトナー量で現像が行わ
れるため線画像が太く再現されたり、トナーの消費量が
多くなりトナー供給を頻繁に行わなければならないとい
う問題がある。また、画像上のトナー厚みが大きくなる
ため、用紙枚数の多い印刷物を製本する場合、画像部分
だけが部分的に膨らみ製本の仕上がり品質を低下させる
などの欠陥を生じることもある。

【０００８】さらに、隠蔽力の弱いカラートナーを減色
混合することによってフルカラー画像を再現するカラー
トナーの場合は、コントラスト電位に対する画像濃度の
飽和現象が明確でなかったり、あるいは、非常に大量の
トナー量に至らないと画像濃度は飽和しなかったりす
る。また、フルカラー画像の場合は、濃度だけでなく彩
度が十分に得られないと、広い色区間を再現することが
できない。カラートナーで画像濃度が飽和するようなト
ナー量を与えると、不要吸収分の影響が強く現れかえっ
て彩度が低下してしまう。従って、カラートナーの場合
は上記の方法によっては画像濃度を安定化させることは
できない。

【０００９】ところで、画像濃度ではなく現像されるト
ナー重量そのものを安定化する方法として飽和現像状態
を利用する方法が知られている。例えば、特開昭６０−
１８５９７１号公報、特開昭６０−１８９７６１号公
報、特開昭６１−２１６２号公報、特開昭６１−１７９
４７８号公報には、液体現像剤を用いた湿式現像方式に
飽和現像状態を利用する方法が開示されている。また、
特開平１−２３００７９号公報には、飽和現像現象をコ
ンデンサと抵抗の並列回路より成るコンデンサ型現像モ
デルとしてとらえ、飽和現像を現出させるための現像バ
イアス及び現像ロール抵抗を導き出した一成分現像法が
開示されている。しかし、これらの従来例における飽和
現像状態はいずれも図２７に示すような、ある現像時間
経過後に現像トナー重量が変化しないようになる現象を
意味している。

【００１０】図２７は、現像時間に対する現像トナー重
量の関係を示すグラフである。図２７に示すように、時
間が経過すると共に現像トナー重量は増加するが、ある
時間以降は現像トナー重量は変化せず飽和状態を示す。
一般に、現像はトナーを静電潜像へ移行させる力は現像
電界の強さに支配されるが、トナーが静電潜像へ移行す
ると、トナー自身が持つ電荷量によって現像電界は中和
される。現像電界が０付近になるとトナーは静電潜像へ
移行する力を受けなくなり現像が停止する。従って、上
記の各従来例における飽和現像状態は、現像電界の中和
を促すために現像時間を十分に長くとることを意味して
いる。この方法では、現像時間を十分に長くとっておけ
ばトナーが現像領域を通過する時間が多少変動しても現
像トナー重量を一定に保てるが、電位の変化やトナー電
荷量の変化があった場合は現像トナー重量は変化してし
まう欠点を有している。

【００１１】画像濃度を安定化させる別の方法として静
電潜像電位の変動を制御する方法がある。例えば、像担
持体の表面電位を測定しその結果に基づいて現像バイア
スや露光エネルギを制御する、あるいはトナー濃度を制
御しトナー帯電量を一定に保持するなど、いわゆるプロ
セスコントロールを行う方法がある。しかし、この方法
では装置が複雑になる上、光疲労などによる像担持体の
部分的な感度変化や、像担持体の製造時に生じる膜厚変
動などによる像担持体の感度ムラなどには対処すること
はできない。

【００１２】像担持体上に、高電位と低電位の二値の電
位分布で形成された静電潜像に対しては、コントラスト
電位に対する現像トナー重量は図２５に示したような線
形の特性である必要はなく、むしろ、図２８に示すよう
に、コントラスト電位に対する現像トナー重量が飽和特
性を示すことが望ましい。図２８は、コントラスト電位
に対して現像トナー重量が飽和領域を持つ現像特性のグ
ラフである。

【００１３】図２８に示すような飽和領域を持つ現像特
性の場合は、像担持体の感度などが多少変動しそれに応
じてコントラスト電位が変化しても、飽和状態にある現
像トナー重量は変化せず良好な階調特性が維持される。
図２８に示すような現像特性を示す現像方法について
は、一成分現像方式では、例えば、”Ｃｏｎｆ．Ｒｅｃ
ｏｒｄ １９８９ ＩＥＥＥ ＩＡＳ，ｐ２２６０〜ｐ
２２６５”、”Ｃｏｎｆ．Ｒｅｃｏｒｄ １９８５ Ｉ
ＥＥＥ ＩＡＳ，ｐ１４８５〜ｐ１４９０”、「電子写
真学会誌、２０（１）、ｐ８〜ｐ１７、（１９８１）」
などの論文に記載されている。これらの論文によれば、
飽和トナー重量は現像ロール上に層形成されたトナー重
量と、像担持体の周速度に対する現像ロールの周速度の
比との積で決定されるトナー供給量と一致する。

【００１４】しかし、これらの論文中に実験装置として
使われているような、像担持体と現像ロール上の現像剤
層の間に空隙を有する現像装置においては、十分な飽和
特性を得ることは難しい。なぜなら、例えば、静電潜像
を画像面積率５０％のディザ法で中間調を再現しようと
した時、図２９（ｂ）に示すように、像担持体と現像ロ
ール上のトナー層との間の空隙を飛翔するトナーの軌跡
が乱れ画像を劣化させることがある。

【００１５】図２９は、像担持体と現像ロール上のトナ
ー層との間の空隙を飛翔するトナー軌跡の模式図であ
る。図２９（ａ）はベタ画像の場合のトナー軌跡を示し
ており、静電潜像は像担持体上に一様に形成されている
ため、現像ロール上のトナーは対向する像担持体にまっ
すぐに飛翔し正常なトナー像が形成される。一方、図２
９（ｂ）に示すように、像担持体上にドット状の静電潜
像が形成されている場合は、静電潜像と対向した位置に
あるトナーがその静電潜像に飛翔する以外に、その周囲
のトナーもその静電潜像に向かって斜めに飛翔する。こ
のような周囲のトナーの飛翔は静電潜像の画像面積率に
応じ電界が中和されるまで続けられる。つまり、ベタ画
像の場合には正常に現像が行われるトナー重量であって
も、画像面積率が低いドットの場合は現像トナー重量は
そのドットに対し過剰状態となる。従って、中間調再現
のことを考慮すると安定した飽和状態であるとはいえな
い。

【００１６】ところで、像担持体と現像ロール上の現像
剤層との間に空隙を設けず、静電潜像と現像剤層を接触
させた状態で現像する方式で、かつ、電位に対する飽和
特性を得る現像方法として、米国特許明細書第３９０９
２５８号に代表されるような導電性一成分現像方式があ
るが、この方式では、飽和トナー重量を得るためにトナ
ー抵抗を低下させると転写工程における転写効率が低下
するという問題があり、飽和トナー重量と転写効率とを
両立させることが難しい上、さらに、トナーに導電性を
付与するために添加される導電剤固有の色のためカラー
化することが難しいという欠点がある。

【００１７】絶縁性のトナーを用いた接触型の一成分現
像方式としては、現像ロールを像担持体に接触させる方
式が知られており、この方式によればベタ画像でもドッ
ト部を含む画像でも飽和濃度を一定とすることが可能で
あり、電位の変動に対して安定した画像を得ることがで
きる。しかし、この方法では、現像トナー重量を決定す
る現像ロール上のトナー付着量が環境条件による影響を
強く受けるという問題がある。なぜならば、現像ロール
へのトナー付着量はトナーの電荷によって生ずる鏡像力
と機械的な摩擦力で決定されるが、例えば、高湿環境下
ではトナー電荷が下がり現像ロールとの鏡像力も低下
し、その結果、現像ロールへのトナー付着量も低下す
る。低湿環境下においては、その逆の現象が起きる。従
って、環境条件の変化により画像濃度が変動してしまう
という欠点を有している。

【００１８】また、”Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｇｒａ
ｐｈｙ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｈｙｓｉ
ｃｓ，Ｌ．Ｂ．Ｓｃｈｅｉｎ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅ
ｒｌａｇ，（１９９２），ｐ１５２”には、トナーとキ
ャリアからなる二成分現像方式における飽和特性を示す
現像特性についての記載がある。しかし、この文献には
単に現像機構の解析のために行われた実験結果の一部と
して報告されているのみであり、電位に対して飽和して
いる領域を積極的に利用するという考え方はなんら示唆
されていない。

【００１９】ところで、像担持体上に二値化された静電
潜像を形成し、それを二成分現像剤を用いて、コントラ
スト電位に対する現像トナー重量が飽和特性を有する現
像手段で現像することにより二値情報に基づく中間調画
像を安定的に得る方法が考えられる。しかし、実際に飽
和領域を使うに当たってのバイアス設定その他の具体的
方法が確立されていない上、この方法においても環境に
よるトナー帯電量の変動に対する現像トナー重量の安定
性の確保が不十分であったり、あるいは画像欠陥を生じ
る恐れがあるなど種々の問題が残されている。

【００２０】以上説明したように、電位変動や温度湿度
などの環境変化や装置の経時変化などの影響を受けにく
く安定的に中間調を再現することのできる画像形成装置
は実現されておらず、いわゆるプロセスコントロールな
どの複雑な手段に頼らざるを得ない現状である。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に優れた画像形成装置を提供する
ことを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記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に基づい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二成分系の現
像剤を所定の厚さの現像剤層として担持し現像位置にお
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
給することにより静電潜像を現像して像担持体上にトナ
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、上記現像手段が、現像バイアス電位Ｖｂ及
び像担持体の全露光部電位Ｖｉによって定まるコントラ
スト電位に対する現像トナー重量のカーブが所定のコン
トラスト電位以上の領域で飽和特性を有するものであっ
て、上記コントラスト電位に対する現像トナー重量のカ
ーブの傾きがコントラスト電位が０近傍にある時の傾き
の１／５にある点の相対湿度１５％におけるコントラス
ト電位をＶｓ（１５）とした時、 ｜Ｖｓ（１５）｜×１．１＜｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ 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。

【００２２】また、上記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
に画像情報に基づい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、トナーより成る一成分系の現像剤を所定の厚さの現
像剤層として担持し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を上記像担
持体上の静電潜像に供給することにより静電潜像を現像
して像担持体上に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、上記現像手段が、現
像バイアス電位Ｖｂ及び像担持体の全露光部電位Ｖｉに
よって定まるコントラスト電位に対する現像トナー重量
のカーブが所定のコントラスト電位以上の領域で飽和特
性を有し、上記現像剤として体積抵抗１０¹⁰Ωｃｍ以上
のトナーを用いるものであって、上記コントラスト電位
に対する現像トナー重量のカーブの傾きがコントラスト
電位が０近傍にある時の傾きの１／５にある点の相対湿
度１５％におけるコントラスト電位をＶｓ（１５）とし
た時、 ｜Ｖｓ（１５）｜×１．１＜｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ 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。

【００２３】ここで、上記本発明の第１又は第２の画像
形成装置における上記現像手段が、上記現像剤担持体に
印加された現像バイアスにより上記移動する現像剤担持
体上の現像剤層中に微小電流リークが発生し始める電圧
を微小耐圧Ｖｍとした時、 ｜Ｖｍ｜＞｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ なる関係を満たすように設定されて成るものであること
が好ましい。

【００２４】以上説明したように、本発明の第１の画像
形成装置及び本発明の第２の画像形成装置においては、
ともに飽和特性を示す現像方式が採用される。この両者
が異なる点は、現像手段に用いられる現像剤のみであ
る。すなわち、本発明の第１の画像形成装置においては
トナー及びキャリアより成る二成分系の現像剤が用いら
れ、本発明の第２の画像形成装置においてはトナーのみ
から成る一成分系の現像剤が用いられる。さらに、本発
明の第２の画像形成装置においてはトナーの体積抵抗が
１０¹⁰Ωｃｍ以上のトナーが用いられる。

【００２５】ここで、上記の現像手段における’飽和特
性’について説明する。図１は、飽和特性を示す現像方
式を説明するための模式化された現像曲線のグラフであ
る。図１に示すように、この現像曲線には、コントラス
ト電位に対する現像トナー重量のカーブは領域（Ａ）、
及び領域（Ｂ）に二分される。領域（Ｂ）ではコントラ
スト電位に対して現像トナー重量が全く変動しないのが
理想的であるが、領域（Ｂ）のカーブの傾きが領域
（Ａ）のカーブの傾きの１／５以下であれば本発明の目
的は達成され、実用上、飽和特性を示す現像方式といっ
てよい。ここで領域（Ｂ）のカーブの傾きが領域（Ａ）
のカーブの傾きの１／５以下になる点、すなわち、飽和
開始点のコントラスト電位をＶｓとする。

【００２６】現像曲線がこのような飽和特性を示す理由
は次のように説明される。二成分現像方式の場合は、抵
抗の高いキャリアを用いると現像電界が弱いため現像曲
線の立上りが緩やかとなるが、現像剤層内に電界が存在
して現像剤表面だけでなく現像剤層内部からもトナーが
像担持体上に移行するため飽和しにくい。しかし、抵抗
の低いキャリアを用いると現像電界が強いため現像曲線
の立上りが急峻であり現像剤層内が導電性に近くなり現
像剤層内に電界が存在せず現像剤表面のトナーのみが現
像されることによりトナー量が飽和する。従って現像剤
の体積抵抗率は１０⁸ Ωｃｍ以下の低抵抗であることが
望ましい。一成分現像方式の場合は、現像電界が十分で
あれば現像ロール上のトナーがすべて現像状態となるた
め安定した飽和特性が得られる。

【００２７】ところで、領域（Ａ）は従来の現像方式に
おいて見られるのと同様、電位の増加につれて現像トナ
ー重量は直線的に増加するが、その現像トナー重量は次
式で示されるように、電位のみならずトナー帯電量にも
依存する。 ＭＡ＝ （Ｖｉ−Ｖｂ）／（ＴＶ） ＭＡ：現像トナー重量 Ｖｉ：画像部の像担持体電位 Ｖｂ：現像バイアスの電位 ＴＶ：単位重量あたりのトナー帯電量（体積平均） 本発明にいう飽和現像とは、領域（Ｂ）を使用して画像
形成することのできる安定したトナー重量を得ることで
あり、設定したコントラスト電位で確実な飽和現像が行
われる。そのためには、領域（Ａ）の幅が少なくとも広
がる方向へ変動することは望ましくない。領域（Ａ）の
幅は上式に示すとおりトナー帯電量に大きく依存する。
例えば、トナー帯電量が２倍になればカーブの傾きが１
／２になり、領域（Ａ）の幅は２倍になる。最近は、ト
ナーへの電荷付与には、ほとんどの場合摩擦帯電が利用
されており環境条件による影響が大きく、高湿下ではト
ナー帯電量は少なくなり低湿下ではトナー帯電量は多く
なる。高湿下でトナー帯電量が少なくなる分には領域
（Ａ）の幅が狭くなる方向なので飽和特性の出現の有無
には影響はないが、低湿下においては、トナー帯電量が
変動しても確実に飽和特性が得られるか否かということ
が重要な問題となってくる。そのため、通常使用条件下
でのトナー帯電量の最大値を求め、その時の領域（Ａ）
の幅、つまり飽和開始点Ｖｓのコントラスト電位より高
い電位に設定することが必要である。

【００２８】一方、従来の現像方式とは異なり、本発明
の現像方式では現像領域へのトナー供給量から飽和量が
決定される。そのトナー供給量は、二成分現像方式の場
合はトナーとキャリアの混合比（すなわちトナー濃
度）、一成分現像方式の場合は現像ロール上のトナー重
量に依存するので、二成分現像方式の場合はトナー濃度
を一定に保つことにより、また、一成分現像方式の場合
はトナー重量を一定に保つことにより飽和現像トナー重
量を一定に保つことができる。

【００２９】トナー帯電方法が摩擦帯電法である場合
は、トナー供給量と帯電付与部材の帯電能力との関係は
近似的に、 供給量×帯電量＝（Ｃｏｎｓｔ．） なる式で表すことができる。つまり、トナー供給量を一
定にした時、トナー帯電量は帯電部材の帯電能力の変化
に従って変動する。一般に、キャリア表面の汚染や現像
ロールの汚染などの原因によりトナー帯電量は経時的に
低下してゆくため、本発明の現像方式で実際に最も帯電
が高いのは比較的初期の段階で、かつ相対湿度で２０％
以下の低湿環境下で動作させる時である。飽和開始点Ｖ
ｓが最大となる環境は厳密にはトナーによって多少異な
るが、経験的に相対湿度１５％環境下でのＶｓ値の前後
±１０％の範囲内であることがわかっている。つまり、
Ｖｓ値×１．１が最大値と見込めるので、この値よりも
コントラスト電位を大きく設定すれば環境変化や経時変
動があっても現像トナー重量は変化しない。

【００３０】そこで、本発明では、現像手段が、現像バ
イアス電位Ｖｂ及び像担持体の全露光部電位Ｖｉによっ
て定まるコントラスト電位に対する現像トナー重量のカ
ーブが所定のコントラスト電位以上の領域で飽和特性を
有するものであって、コントラスト電位に対する現像ト
ナー重量のカーブの傾きがコントラスト電位が０近傍に
ある時の傾きの１／５にある点の相対湿度１５％におけ
るコントラスト電位をＶｓ（１５）とした時、 ｜Ｖｓ（１５）｜×１．１＜｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ なる関係を満たすように設定される。

【００３１】次に、’微小耐圧’について説明する。高
湿下では、現像に適さない帯電状態にまでならない限り
は領域（Ａ）の幅が狭くなるだけで現像トナー重量は一
定である。しかしながら、飽和特性を出現させるために
キャリアの抵抗あるいは現像ロールの抵抗を１０⁸ Ω・
ｃｍ以下に低下させ現像電界を強めているので、空気中
の水分が現像剤層へ取り込まれた時、導電パスが形成さ
れ微小電流リークが発生しやすい状態となる。この微小
電流リークが発生すると静電潜像が破壊され、画像上で
はベタ部の白点となって現れ、画像品質上極めて重大な
劣化要因となる。これを防止するためには高湿下で微小
電流リークが発生し始める電圧より低いコントラスト電
位に設定すればよい。この微小電流リークが発生し始め
る電圧を微小耐圧という。この微小耐圧は次のようにし
て測定される。

【００３２】図２は、微小耐圧の測定装置の概要図
（ａ）及び測定結果を示すグラフ（ｂ）である。図２
（ａ）に示すように、内部に固定磁石が配置された、回
転する現像ロール上にキャリア層を形成させ、現像ロー
ルに対向して像担持体を模した金属電極を設け、これに
現像バイアスを印加し、キャリア層内を流れる微小リー
ク電流をオシロスコープで検出する。ここで、現像バイ
アス電圧をゼロから次第に上げていくと、ある電圧以上
で、図２（ｂ）に示すように、微小リーク電流の痕跡が
観察され始める。この時の現像バイアス電圧を微小耐圧
Ｖｍと定義する。なお、オシロスコープの代わりに高速
レコーダを用いてもよく、また、電極とアース間に直列
に抵抗を設けて抵抗両端に発生する電圧を検出する方法
でもよいが、電圧降下による実印加電圧の低下に対して
十分に考慮する必要がある。この微小リーク電流は像担
持体表面を破壊しない微小な電流であり、このような電
流測定法によってのみ検出することができる。

【００３３】この微小リーク現象の発生は空気中の水分
と関係があるので、高湿下の微小耐圧Ｖｍを測定しその
値よりコントラスト電位が小さくなるように現像バイア
スを設定すれば、それ以外の環境下で画質欠陥を発生さ
せないようにすることができる。なお、相対湿度１５％
における飽和開始点のコントラスト電位Ｖｓと高湿下で
の微小耐圧Ｖｍとの間に、 Ｖｓ×１．１＞Ｖｍ なる関係が満たされる場合は、設定できるコントラスト
電位はないが、トナー帯電量を下げることによってＶｓ
を小さくして現像バイアスを設定可能とすることができ
る。

【００３４】次に、’二値化された静電潜像’について
説明する。図３は、像担持体を入力画像面積率１０％，
２０％，５０％で露光したときの像担持体上の露光エネ
ルギプロファイルを示した図であり、（ａ），（ｂ），
（ｃ）は、光ビームを走査したときの走査方向（主走査
方向）に隣り合った画素間の距離ｄＰ（ｍｍ）と光ビー
ムスポット径ｄＢ（ｍｍ）の比率をｄＢ／ｄＰ＝Ｄとし
たとき、光ビームスポットｄＢ （ｍｍ）を一定とし、
Ｄの値を１／１，１／２，１／３と変化させた時の結果
である。

【００３５】図３よりわかるように、Ｄの値を１／３，
１／２，１／１と大きくしていくほど、露光エネルギプ
ロファイルのコントラストは低下してアナログ的にな
る。図４は、像担持体の光電位減衰特性を示すグラフで
あり、図５（ａ）は、図３（ａ）に示す光電位減衰特性
を持つ像担持体を画像面積率５０％で露光した時の、Ｄ
の値を種々変化させた場合における像担持体の表面電位
プロファイルを計算で求めた結果を示すグラフである。
なお、表面電位プロファイルの計算方法は、例えば”Ｐ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ＩＳ＆Ｔ’ｓ ９ｔｈ Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｎ Ａｄ
ｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｎｏｎ−Ｉｍｐａｃｔ Ｐｒｉｎ
ｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｖｏｌ．９，ｐ
９７〜ｐ１００，１９９３”に記述されている方法によ
った。

【００３６】図５（ａ）よりわかるように、Ｄの値を大
きくするに従い、露光エネルギプロファイルのコントラ
ストが低下し、それに伴い、静電潜像の表面電位プロフ
ァイルのコントラストも低下する。すなわち、前述し
た、‘二値化された静電潜像’の定義によれば、図４
（ａ）に示すような光電位減衰特性を持つ像担持体を用
いた場合、図５（ａ）に示すように、Ｄの値を１／２以
下にすることで、二値化された静電潜像を得ることがで
きる。

【００３７】また、図４（ｂ）に示す光電位減衰特性を
持つ像担持体を用いた場合、露光エネルギを適切に調整
することにより、図５（ｂ）に示すように、Ｄの値が１
であっても二値化された静電潜像を得ることができる。
図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示す光電位減衰特性を持つ
像担持体を画像面積率５０％で露光した時の、Ｄの値を
種々変化させた場合における像担持体の表面電位プロフ
ァイルを計算で求めた結果を示すグラフである。

【００３８】二値化された静電潜像に対して飽和特性を
示す現像方式を用い、相対湿度１５％の環境下におい
て、十分な飽和特性を示すコントラスト電位に現像バイ
アスを設定することにより、像担持体の面内の感度ム
ラ、さらには環境変化や経時変動などに対しても現像ト
ナー重量が安定であり、二値情報に基づいた中間調画像
を良好に再現することが可能となる。

【００３９】現像手段として二成分磁気ブラシ現像方式
を用いた場合、飽和特性と安定性、耐久性などを合わせ
持つ現像特性を得るために、磁性粒子と絶縁性樹脂と導
電粉から成るキャリアが用いられる。この場合、磁性粒
子表面に樹脂が被覆されても現像剤の抵抗は高くなら
ず、コントラスト電位に対して現像トナー重量が飽和特
性を示しやすい現像特性を得ることができる。加えて、
キャリアコア表面が樹脂で被覆されることにより、帯電
立上り特性、帯電維持性が長期間にわたって確保され、
また、この被覆層は一定の割合で摩耗するため、トナー
の表面処理として用いられる微粉粒子などによる汚染に
よる特性劣化も防ぐことができる。

【００４０】なお、現像バイアスとして交番電界を印加
しても上述の飽和特性には変化はないが、トナーとキャ
リアあるいは現像ロール間の非静電的付着力や、磁力、
鏡像力などの影響を、トナーが交番電界で振動すること
で寄与が更に小さくなり飽和領域の出現を安定化させる
ことができる。

【００４１】

【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６は、本発明の第１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。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。

【００４２】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Ａ方向に回転する像担持体ドラム１上
に、その像担持体ドラム１の回転方向Ａ（副走査方向）
に垂直な主走査方向、すなわちこの図６の紙面に垂直な
方向に繰返し走査する。像担持体ドラム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により像担持体ドラム１が
露光され像担持体ドラム１上に静電潜像が形成される。
像担持体ドラム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、二成分磁気ブラシ現像を用いた反転現像方式を採用
している。トナーの平均粒径は７μｍである。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ロール９１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。

【００４３】現像により得られたトナー像は、像担持体
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
への回転に伴って像担持体ドラム１と対向した転写位置
に搬送されてきており、像担持体ドラム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。

【００４４】転写後の像担持体ドラム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、像担持体ドラム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。

【００４５】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。

【００４６】図７は、光ビーム走査部の構成図である。
半導体レーザ２１からは、光ビームパルス幅変調回路３
０によりオン、オフ制御されたレーザビームが出射さ
れ、そのレーザビームはコリメータレンズ２２によりコ
リメートされ、矢印Ａ方向に回転するポリゴンミラー２
３により繰り返し反射偏向され、さらに、像担持体ドラ
ム１上でのスポット径調整のためのｆθレンズ２４を経
由し、画像情報を担持した光ビーム２５として、像担持
体ドラム１上を、副走査方向（図７の上下方向）に繰り
返し走査する。光ビーム２５による各走査の開始時点
は、走査開始信号生成用光センサ２６によりセンスさ
れ、各走査の開始を表わすＳＯＳ（Ｓｔａｒｔ Ｏｆ
Ｓｃａｎ）信号として内部に取り込まれ、像担持体ドラ
ム１やポリゴンミラー２３の回転同期用として使用され
る。

【００４７】図８は、光ビームパルス幅変調回路の回路
ブロック図である。三角波発振器３１は、図示のよう
な、相互に繰り返し周波数が異なる二種類の三角波を発
生し選択回路３３に入力する。選択回路３３では、原稿
読取り部１０（図６参照）で原稿上の画像を読み取る際
に操作者によって指示された中間調画像と文字画像（二
値画像）とを判別する判別信号に基づいて、中間調画像
の場合は繰り返し周波数の低い三角波、文字画像の場合
は繰返し周波数の高い三角波が選択され、選択された三
角波が比較回路３２に伝達される。一方、原稿読取り部
１０によって原稿上の画像を読取ることにより得られた
画像信号（ディジタル信号）はＤ／Ａ変換器３４に入力
されてアナログ信号に変換され、比較回路３２に入力さ
れる。比較回路３２では、アナログ画像信号のレベルと
三角波のレベルとを比較し、アナログ画像信号のレベル
に応じたパルス幅の二値信号に変換される。この二値信
号は、図７に示す半導体レーザ２１に入力され、その半
導体レーザ２１から、その二値信号に応じてオン、オフ
を繰り返すレーザビームが射出される。

【００４８】図９は、図６に示す回転現像器を構成する
４台の現像器のうちの１台分の現像器の構成図である。
この現像器は固定磁石９６ａ，９６ｂ，・・・，９６ｅ
とその周りを回転するシリンダ９７からなる現像ロール
９１が現像容器９２内にあって、現像ロール９１の表面
にトナーとキャリアが混合された二成分系現像剤が現像
ロール９１の磁気力によって吸引されて磁気ブラシとな
り、矢印Ｂ方向に回転するシリンダ９７に従い搬送され
る。磁気ブラシは、現像容器９２の開口部において、静
電潜像を担持し矢印Ａ方向に回転する像担持体１と対向
して摺擦し、現像が行われる。現像が終了した現像剤は
さらにシリンダ９７の回転方向下流に搬送される。固定
磁石９６ｂ、９６ｃは同極であり、極間の磁気吸引力が
ゼロもしくは微弱になっており、現像剤はその位置で現
像ロール９１から離れ、スクリューオーガ９３，９４に
より搬送・撹拌される。スクリューオーガ９３，９４
は、現像容器９２内で、図９の紙面に垂直な、互いに反
対の方向に現像剤を搬送し、その間にトナーが補給さ
れ、隔壁９９の端部に形成された開口部（図示せず）で
現像剤を相互に受け渡す。固定磁石９６ｃは新しい現像
剤を吸引し、その吸引した現像剤を、シリンダ９７の回
転によって搬送するが、現像剤規制部材９５によって、
磁気ブラシからなる現像剤層が一定の厚さに規制され
る。また、現像ロール９１にはバイアス電源９８により
直流重畳交流バイアス電圧が供給されるようになってい
る。

【００４９】なお、二成分現像方式の場合、トナー濃度
を一定にする方法として、現像剤担持体上のトナー重量
を検出するトナー濃度センサとそのセンサからの信号に
応じて現像剤担持体へのトナー供給量を制御する方法
と、画像信号の印字率を計算しその印字率からトナー供
給量を決定する方法のいずれか一方あるいは両方を採用
することができる。

【００５０】ところで、図６〜図８までを参照しながら
説明した、本発明の第１の画像形成装置では、現像剤と
して、トナーとキャリアより成る二成分系現像剤あるい
はトナーより成る一成分系の現像剤のいずれかを用いる
ことができる。

【００５１】

【実施例】以下に、上記の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たキャリアについて説明す
る。本実施例のキャリアは、カーボンブラックを分散さ
せた樹脂で被膜されている。キャリアに用いるカーボン
ブラックは、市販されているカーボンブラックならどれ
でも使用でき、コート剤や電気抵抗率との関係で好まし
いものが選択される。カーボンブラックの添加量はその
種類及び目標とする電気抵抗率により決定される。カー
ボンブラックは特定の種類を単独で用いてもよく、複数
の種類のカーボンブラックを混合して用いてもよい。磁
性粒子をカーボンブラックを含むコート剤で被覆する方
法としては、粉体を塗布してもよく、あるいは、溶剤を
塗布してもよく、特に限定されるものではない。

【００５２】 （キャリアＡ：１０¹¹Ω・ｃｍ） フェライト粒子（体積平均粒径：約５０μｍ） 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 １．０重量部 フェライト粒子を除く上記成分をホモミキサで１０分間
分散し、被膜層形成液を調合し、さらにこの被膜層形成
液とフェライト粒子を真空脱気型ニーダにいれ、温度６
０℃において３０分間撹拌した後、減圧してトルエンを
留去し、被膜層を形成して体積抵抗率が１０¹¹となるキ
ャリアＡを作成した。

【００５３】 （キャリアＢ：１０⁹ Ω・ｃｍ） フェライト粒子（体積平均粒径：約５０μｍ） 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 １．０重量部 カーボンブラック （コート剤中）５ｖｏｌ．％ カーボンブラックはキャボット社製ＭＯＮＡＲＣＨ８０
０を使用した。給油量はカタログ値によれば７５ｍ／１
００ｇである。フェライト粒子を除く上記成分をホモミ
キサで１０分間分散し、被膜層形成液を調合し、さら
に、この被膜層形成液とフェライト粒子を真空脱気型ニ
ーダに入れ、温度６０℃において３０分間撹拌した後、
減圧してトルエンを留去し、被膜層を形成して体積抵抗
率が１０⁹Ω・ｃｍとなるキャリアＢを作成した。

【００５４】 （キャリアＣ：１０⁷ Ω・ｃｍ） フェライト粒子（体積平均粒径：約５０μｍ） １００重量部 トルエン １４重量部 ジエチルアミノエチルメタクリレート／スチレン／ メチルメタクリレート共重合体（共重合比４／２０／７６） １．０重量部 パーフルオロオクチルメタクリレート／ メチルメタクリレート共重合体 ０．２重量部 カーボンブラック （コート剤中）１０ｖｏｌ．％ カーボンブラックはキャボット社製Ｖｕｌｋａｎ ＸＣ
−７２を使用した。フェライト粒子を除く上記成分をホ
モミキサで１０分間分散し、被膜層形成液を調合し、さ
らに、この被膜層形成液とフェライト粒子を真空脱気型
ニーダに入れ、温度６０℃において３０分間撹拌した
後、減圧してトルエンを留去し、被膜層を形成して体積
抵抗率が１０⁷ Ω・ｃｍとなるキャリアＣを作成した。

【００５５】 （キャリアＤ：１０⁷ Ω・ｃｍ） フェライト粒子（体積平均粒径：約５０μｍ） 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 １．０重量部 カーボンブラック （コート剤中）１０ｖｏｌ．％ カーボンブラックはキャボット社製Ｖｕｌｋａｎ ＸＣ
−７２を８ｖｏｌ．％、キャボット社製Ｒｅｇａｌ ６
６０Ｒを２ｖｏｌ．％使用した。フェライト粒子を除く
上記成分をホモミキサで１０分間分散し、被膜層形成液
を調合し、さらに、この被膜層形成液とフェライト粒子
を真空脱気型ニーダに入れ、温度６０℃において３０分
間撹拌した後、減圧してトルエンを留去し、被膜層を形
成して体積抵抗率が１０⁷ Ω・ｃｍとなるキャリアＤを
作成した。

【００５６】 （キャリアＥ：１０⁵ Ω・ｃｍ） フェライト粒子（体積平均粒径：約５０μｍ） １００重量部 トルエン １４重量部 ジエチルアミノエチルメタクリレート／スチレン／ メチルメタクリレート共重合体（共重合比４／２０／７６） １．０重量部 カーボンブラック （コート剤中）１５ｖｏｌ．％ カーボンブラックはキャボット社製Ｖｕｌｋａｎ ＸＣ
−７２を使用した。フェライト粒子を除く上記成分をホ
モミキサで１０分間分散し、被膜層形成液を調合し、さ
らに、この被膜層形成液とフェライト粒子を真空脱気型
ニーダに入れ、温度６０℃において３０分間撹拌した
後、減圧してトルエンを留去し、被膜層を形成して体積
抵抗率が１０⁵ Ω・ｃｍとなるキャリアＥを作成した。

【００５７】 （キャリアＦ：１０⁵ Ω・ｃｍ） フェライト粒子（体積平均粒径：約５０μｍ） １００重量部 トルエン １４重量部 ジエチルアミノエチルメタクリレート／スチレン／ メチルメタクリレート共重合体（共重合比４／２０／７６） １．０重量部 カーボンブラック （コート剤中）１２ｖｏｌ．％ カーボンブラックはデグサ社製Ｃｏｒａｘ Ｌを使用し
た。フェライト粒子を除く上記成分をホモミキサで１０
分間分散し、被膜層形成液を調合し、さらに、この被膜
層形成液とフェライト粒子を真空脱気型ニーダに入れ、
温度６０℃において３０分間撹拌した後、減圧してトル
エンを留去し、被膜層を形成して体積抵抗率が１０⁵ Ω
・ｃｍとなるキャリアＦを作成した。

【００５８】 （キャリアＧ：１０⁸ Ω・ｃｍ） フェライト粒子（体積平均粒径：約５０μｍ） １００重量部 トルエン １４重量部 ジエチルアミノエチルメタクリレート／スチレン／ メチルメタクリレート共重合体（共重合比４／２０／７６） １．０重量部 パーフルオロオクチルメタクリレート／ メチルメタクリレート共重合体 ０．２重量部 カーボンブラック （コート剤中）９ｖｏｌ．％ カーボンブラックはキャボット社製Ｖｕｌｋａｎ ＸＣ
−７２を使用した。フェライト粒子を除く上記成分をホ
モミキサで１０分間分散し、被膜層形成液を調合し、さ
らに、この被膜層形成液とフェライト粒子を真空脱気型
ニーダに入れ、温度６０℃において３０分撹拌した後、
減圧してトルエンを留去して被膜層を形成して体積抵抗
率が１０⁸ Ω・ｃｍとなるキャリアＧを作成した。

【００５９】また、トナーとしては、富士ゼロックス
（株）製Ａ−Ｃｏｌｏｒ６３５用トナーを用い、上記各
キャリアの帯電量がほぼ同一となるよう、ＳｉＯ₂ 、Ｔ
ｉＯ₂微粉末の外添量を調整している。その結果、常温
常湿下でトナー濃度４％におけるキャリア帯電量は２５
μＣ／ｇ前後であった。なお、本発明の実施例に用いた
キャリアの抵抗率は、前述の微小耐圧測定装置（図２参
照）とほぼ同じ構成の装置を用いて測定した。すなわ
ち、図２（ａ）に示すように、内部に固定磁石が配置さ
れた、回転する現像ロール上にキャリア層を形成させ、
現像ロールに対向して像担持体を模した金属電極を設
け、これに高圧電源からのバイアス電圧を印加した時に
流れる電流値と、金属電極に対向する部分のキャリア層
が占める体積から抵抗率を算出した。なお、金属電極の
大きさは現像ロール軸方向に６０ｍｍ、現像ロール周方
向に５ｍｍ、また、金属電極と現像ロールとの間隔は実
際の画像形成時と同じ０．５ｍｍとし、キャリア層厚
は、実際の使用条件に合わせて調節した。

【００６０】（実施例１）図１０は、実施例１の現像曲
線を示すグラフである。図１０には、キャリアＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｆ、Ｇを、負帯電トナーと混合（トナー濃度：４
％）して現像器に入れ、レーザビーム光量、現像バイア
スを調整して得られた現像曲線が示されている。

【００６１】図１０からわかるように、体積抵抗率１０
⁸ Ωｃｍ以下のキャリアでは現像曲線が飽和特性を示す
が、体積抵抗率１０⁹ Ωｃｍ以上では現像曲線が上がり
続け、飽和状態は得られない。また、現像曲線の立ち上
がりはキャリアの抵抗が低いほど急峻になっている。こ
れは、抵抗の低いキャリアでは現像電界が強いため現像
曲線の立ち上りは急峻であり、一方、現像剤層内部が導
電性に近く内部には電界を持たないため現像剤層表面の
トナーが現像されると現像重量が飽和してしまうためで
あり、これに対し、抵抗の高いキャリアにおいては現像
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して現像剤層表面だけでな
く現像剤層内部からもトナーが感光体上に現像されるた
め、飽和しにくいことによると推定される。また、図１
０から、飽和した領域においては電位が変動しても現像
重量がほとんど変化しないことがわかる。飽和特性が得
られたキャリアをトナー濃度４％に設定して混合撹拌
し、相対湿度１５％の環境下に２４時間放置した後、再
撹拌し図９に示した現像装置を用いて像担持体上へ画像
形成した。図１０の結果と同様、現像トナー重量とコン
トラスト電位の特性を測定し、飽和開始点のコントラス
ト電位Ｖｓを求めた。

【００６２】図１１は、飽和開始点のコントラスト電位
Ｖｓの求め方を示す説明図である。図１１に示すよう
に、現像開始時の傾きα、すなわちコントラスト電位に
対して現像トナー重量がほぼ直線的に増加する部分の傾
きαを測定し、その１／５の傾きの接線Ｔを求め、現像
曲線と接線Ｔとの接点のコントラスト電位を飽和開始点
のコントラスト電位Ｖｓとする。

【００６３】表１は、高湿下（摂氏２８度、相対湿度８
５％）におけるキャリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの
微小耐圧、及び、’飽和開始点コントラスト電位Ｖｓ×
１．１’を示す表である。

【００６４】

【表１】

【００６５】表２は、比較例としての、常湿下における
キャリアＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの飽和開始点のコ
ントラスト電位を示す表である。

【００６６】

【表２】

【００６７】表２に示すように、キャリアＡ、Ｂは常湿
下では飽和特性を示さなかった。次に、比較例１の画像
形成結果について説明する。現像条件及び低湿下での画
像濃度低下状況、及び高湿下での白点発生状況を表３に
示す。また、出力枚数と画像濃度との関係を図１２に、
出力枚数とトナー帯電量との関係を図１３に示す。

【００６８】図１２は、キャリアＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇに
ついての出力枚数と画像濃度との関係を示すグラフであ
り、図１３は、キャリアＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇについての
出力枚数とトナー帯電量との関係を示すグラフである。
これらの画像形成におけるバイアス設定に当たっては、
常湿下での飽和開始コントラスト電位（表２参照）に１
００Ｖを加えた値を設定コントラスト電位Ｖｓ（表３参
照）とした。

【００６９】

【表３】

【００７０】表３に示すとおり、本発明の現像手段にお
ける、 ｜Ｖｓ（１５）｜×１．１＜｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ なる関係を満たさない上記の各比較例では、低湿環境に
おいては全てが濃度低下を発生し、また、キャリアＤで
は高湿環境下で白点の発生が観察された。次に、本発明
の現像手段における、 ｜Ｖｓ（１５）｜×１．１＜｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ なる関係を満たす本実施例においては、表３のデータに
基づき設定コントラスト電位を決定し、各環境下で画像
形成を行った。その結果を表４に示す。

【００７１】表４は、実施例１における画像形成結果を
示す表である。

【００７２】

【表４】

【００７３】なお、実施例１では相対湿度１５％の環境
下のＶｓ×１．１より大きく、かつ高湿下での微小耐圧
Ｖｍより小さくするために、両者の中央値を選択した。
また、キャリアＡ，Ｂは飽和がでないため、表４から除
外した。また、キャリアＤ，ＦはＶｓとＶｍの大小関係
から、選択できる中央値が存在しないためこれも表４か
ら除外した。

【００７４】表４に示すように、実施例１では、低湿環
境でも高湿環境でも濃度低下及び白点の発生は見られな
い。次に、表４のコントラスト電位条件を満たすように
現像バイアスを設定し、維持性についての実験を行っ
た。トナー濃度は一定に保持したまま、最初、常温常湿
でテストした後、低温低湿、高温高湿、常温常湿、低温
低湿、高温高湿、常温常湿という順序でそれぞれ３，０
００枚ずつプリントする毎に温度湿度条件を変えてトー
タル１８，０００枚のプリントテストを行った。その結
果を図１４、及び図１５に示す。

【００７５】図１４は、実施例１及び比較例の画像濃度
テスト結果を示すグラフであり、図１５は、実施例１及
び比較例のトナー帯電量のテスト結果を示すグラフであ
る。図１５に示すように、トナー帯電量が環境により大
きく変化しているにもかかわらず、図１４に示すよう
に、画像濃度は一定に保たれる。トナー帯電量の変化は
比較的初期における低湿下で最大になることも確認され
た。また、どのキャリアを用いた場合でも一定の画像濃
度を維持していることが確認された。さらに、高湿下で
の白点も見られなかった。なお、図１４及び図１５にお
ける比較例は図２５を参照して説明した飽和特性を示さ
ない現像方式によるテスト結果であり、図１４に示すよ
うに、２個所で白点が発生している。

【００７６】（実施例２）上記の実施例１において、選
択できるコントラスト電位が存在しなかったキャリア
Ｄ、Ｆについて、Ｖｓを下げる試みを実施した。Ｖｓは
トナー帯電量に比例するがトナー重量は画像形成上必要
な値が決まっているので変更することはできない。従っ
てトナー帯電量を低め設定するほかないが、トナー組成
の変更によりある程度トナー帯電量を低下させることが
できる。そこで、アミノシラン処理によりＳｉＯ₂ をト
ナーへ外添し、相対湿度１５％の環境下での帯電量を下
げた。その結果、キャリアＤ、Ｆのトナー帯電量はそれ
ぞれ３０μＣ／ｇ、２５μＣ／ｇとなり、Ｖｓは５００
Ｖ、４００Ｖに低下し、設定可能なコントラスト電位が
得られた。常湿、高湿下でのトナー帯電量が低下した
が、現像不可能な値ではなかった。

【００７７】

【表５】

【００７８】表５は、環境を変えて画像形成を行った結
果を示す表である。表５に示すように、キャリアＤ，Ｆ
を用いた場合でも一定の画像濃度を維持していることが
確認された、また、高湿下での白点も見られなかった。
次に、実施例１と同様の順序で、それぞれ３，０００枚
プリントする毎に温度湿度条件を変えてトータル１８，
０００枚のプリントテストを行った。その結果を図１
６、及び図１７に示す。

【００７９】図１６は、実施例２の画像濃度テスト結果
を示すグラフであり、図１７は、実施例２のトナー帯電
量のテスト結果を示すグラフである。図１７に示すよう
に、トナー帯電量が環境により大きく変化しているにも
かかわらず、図１６に示すように、画像濃度は一定に保
たれる。さらに、高湿下での白点も見られなかった。こ
のように、トナー帯電量の設定を変えることにより、本
発明の効果を得られるようにできることが確認された。

【００８０】（実施例３）図４（ｂ）のような光電位減
衰曲線を持つ像担持体とキャリアＣを用いて画像形成実
験を行った。実験条件及び実験結果を表６に示す。

【００８１】

【表６】

【００８２】静電潜像のプロファイルは前述で示した計
算方法によれば二値化されている。維持特性実験の結果
を図１８、図１９、図２０に示す。図１８は、実施例３
の画像濃度テスト結果を示すグラフであり、図１９は、
実施例３のトナー帯電量のテスト結果を示すグラフであ
り、図２０は、実施例３の肌色再現色差のテスト結果を
示すグラフである。

【００８３】図１９に示すように、トナー帯電量が環境
により大きく変化しているにもかかわらず、図１８に示
すように、ベタ部画像濃度が安定しているばかりでな
く、図２０に示すように、肌色に代表されているような
中間調の再現性も色差３以下に収まっており安定してい
る。これは、静電潜像の中間域においても十分なコント
ラスト電位が得られており、本発明の効果が及ぶものと
考えられる。従って、本発明は二値化された静電潜像に
対して中間調の安定までも得られる効果を有しているこ
とが確認された。

【００８４】（実施例４）次に、キャリアＡ，Ｃと、周
方向に感度ムラのある像担持体Ａ、回転軸方向に感度ム
ラのある像担持体Ｂ、回転軸方向に膜厚ムラのある像担
持体Ｃを用いて実験を行った。イエロー、マゼンタ、シ
アンのトナーと上記キャリアを混合した各色の現像剤を
図６に示す装置の３つの現像器それぞれに入れ、画像濃
度が低下し易い相対湿度１５％の環境下でほぼ肌色に相
当する画像を出力させた。バイアスの設定は、実施例１
のキャリアＣと同様にした。像担持体感光面の全面に相
当する画像面内での色の違いを目視で判定した結果を表
７に示す。

【００８５】

【表７】

【００８６】表７から、１０¹¹ΩｃｍのキャリアＡを用
いた線型の現像曲線の場合には、像担持体の感度ムラに
よる画像面内での色の違いがはっきり認められたが、本
発明のバイアス設定をした１０⁵ ΩｃｍのキャリアＣを
用いた飽和現像では画像面内での色の違いが認められ
ず、静電潜像の変化に対して安定した階調性を示すこと
がわかった。回転軸方向に感度ムラのある像担持体Ｂを
用いた場合でも飽和現像の場合は画像面内での色の違い
は認められなかった。従って、像担持体に感度ムラや膜
厚ムラがあっても、キャリアＣのような飽和特性を示す
キャリアを用いて飽和現像を行うと、画像面内での色の
差は認められず安全である。

【００８７】（実施例５）本実施例では、通常の白黒の
プリンタに使用されているトナーを用いて画像形成実験
を行った。トナー粒径は７μｍでカーボン添加により黒
色としている。キャリアＡ，Ｃと組み合わせトナー濃度
４％で帯電量が２５μＣ／ｇとなるようにトナー外添剤
量を調整した。このようなトナーを用いた場合の、用紙
上での単位面積あたりのトナー重量と画像濃度との関係
についてはすでに図２６を引用して説明した通りである
が、本実施例におけるキャリアＣの場合、図２６に示す
ように、画像濃度はトナー重量と共に上昇するが、画像
濃度約１．４付近で飽和しはじめ、１．４５以上ではほ
ぼ飽和状態となりトナー重量には依存しなくなる。そこ
で、キャリアＣについては、確実に飽和領域が出現する
ようにバイアス設定した。一方、飽和領域が出現しない
キャリアＡについては、現像トナー重量を０．７ｍｇ／
ｃｍ² に設定し、現像トナー重量は現像ロールの周速を
調整して画像濃度１．４となるようにした。このような
条件に初期設定して実験を行ったところ、現像トナー重
量はキャリアＡで大きく変化していたが、キャリアＡ，
Ｃのどちらも画像濃度としては安定していた。ただし、
トナーの消費量はキャリアＡの方が約１．５倍程度多い
上、線画像が太るなど画質が劣っていた。キャリアＡの
実験は用紙上でのトナー重量と、濃度の飽和を利用し安
定化を狙っているのに対し、本発明に含まれるキャリア
Ｃの場合は必要最小限のトナー重量を一定に維持できる
ため、トナー消費量、画質劣化の点から有利であること
が確認された。カラートナーの場合は隠蔽力が低いため
飽和濃度がはっきりしないか、あるいは非常に多くのト
ナー重量を必要とするため、本発明のように現像トナー
重量を一定にする方が有利である。

【００８８】（実施例６）次に、上記の飽和領域を持つ
現像方法において交番成分を直流成分に重畳した現像バ
イアスを用いて実験を行った。その結果、波高値Ｖｐ−
ｐが１００Ｖ以上であり周波数が２０ｋＨｚ以下である
場合に像担持体へのキャリア付着による転写での白抜け
が減少した。ただし、波高値が５００Ｖ以上においては
絶縁破壊が発生した。また、周波数が４００Ｈｚ未満で
は画像乱れが生じた。その結果を表８に示す。

【００８９】

【表８】

【００９０】従って、静電潜像を現像する現バイアスと
しては、直流電界に１００Ｖ≦Ｖｐ−ｐ≦５００Ｖ、４
００Ｈｚ≦周波数≦２０ｋＨｚを満たす交番電界を重畳
させたバイアスを用いることが望ましい。 （実施例７）次に、二成分系の現像剤のうちのトナーの
みを現像ロールに供給して現像を行う方式の現像器を用
いて実験を行った。

【００９１】図２１は、二成分系の現像剤を使用しその
うちトナーのみを現像ロールに供給する方式の現像器の
概要図である。なお、この方式の現像器自体は、特開平
７−９２８０３号公報にも示されているように周知のも
のである。図２１に示すように、この現像器７０には、
矢印Ａ方向に回転する現像ロール７１と、現像ロール７
１に隣接して矢印Ｂ方向に回転するトナー供給ロール７
２と、スクリューオーガ７３，７４などが示されてい
る。

【００９２】キャリアとトナーからなる現像剤が現像器
７０内のスクリューオーガ７３，７４で撹拌され、トナ
ーへの帯電付与が行われる。トナー供給ロール７２内に
は固定磁石（図示せず）が配置されており、この固定磁
石によってトナー供給ロール７２表面には現像剤による
磁気ブラシが形成される。現像ロール７１に印加された
現像バイアスにより、トナー供給ロール７２表面に形成
された磁気ブラシの中のトナーのみが現像ロール７１上
へ移行する。現像ロール７１へのトナー移行量はトナー
供給ロール７２と現像ロール７１の間に印加された電位
差により制御される。現像ロール７１上に移行するトナ
ー重量は０．６ｍｇ／ｃｍ² 程度であり、それらのトナ
ーは像担持体１に接触している。実験に用いたトナーと
キャリアは実施例１におけるキャリアＡと同様である。
常湿下でこの現像器７０の現像特性を実施例１と同様の
方法で調べたところ、相対湿度１５％の環境下でのＶｓ
は６８０Ｖであった。なお、実施例１では、約３４０Ｖ
から電位に対する飽和特性が見られた。

【００９３】また、この現像器７０の、高湿下における
微小耐圧を調べた結果、１，８００Ｖ以上で微小リーク
が見られた。これはトナーの外添剤として使用したＴｉ
Ｏ₂と空気中の水分が結びついて微小な導電パスを形成
したためと推測される。この現像器７０は、トナーへの
帯電付与とトナー重量を規制する工程とが分離している
ので、トナー帯電量と関係なく現像ロール７０上のトナ
ー重量を一定に保つための制御手段を設けることができ
る。本実施例では現像ロール７０のトナー重量を光学濃
度計を用いて測定したが、他の検出手段であってもよ
い。測定結果が基準より外れていれば現像ロール７１と
トナー供給ロール７２との間に印加されているバイアス
を変化させトナー重量を一定に保つようになっている。
現像ロール７１のバイアス設定は本発明に基づきコント
ラスト電位が８００ｖとなるように設定し、維持性実験
を行った結果、次に示すように安定した画像濃度が得ら
れた。

【００９４】図２２は、図２１に示す現像器を用いて行
った維持性実験の結果を示すグラフである。図２２に示
すように、一成分現像方式における本発明の効果が確認
された。特にトナーへの帯電付与とトナー重量を規制す
る工程が分離している現像装置であれば、現像ロール上
のトナー重量を一定にできるので電位ムラによる変動を
吸収できるばかりでなく環境変動の影響を受けず効果が
高い。

【００９５】次に、比較例として従来一般的に使用され
ている一成分現像方式の現像器（例えば特公平３−３１
２６４号公報参照）を用いて維持性実験を行った。現像
ロール上に形成されるトナー重量は０．６ｍｇ／ｃｍ²
に調整された。帯電量は低めの８μｃ／ｇに設定され
た。像担持体とトナー層は接触するようにして、実施例
１と同様の方法で求めた相対湿度１５％の環境下でのＶ
ｓは２５０Ｖであった。また、高湿下の微小耐圧を調べ
た結果、１，８００Ｖ以上で微小なリークが見られた。
トナーの外添剤として電気抵抗の低いＴｉＯ₂ を使用し
ており、この外添剤と空気中の水分が結び付いて微小な
導電パスを形成したためと推測される。

【００９６】図２３は、従来の一成分現像方式の現像器
を用いた維持性実験により得られた画像濃度のグラフで
ある。現像ロールのバイアス設定は本発明に基づきコン
トラスト電位が８００ｖとなるように設定した。維持性
実験の結果、図２３に示すように、安定な画像濃度は得
られなかった。これは、トナー帯電が高いと現像ロール
上のトナー重量が増加し、トナー帯電が低いとトナー重
量が減少するというトナー量の帯電依存特性によるもの
である。

【００９７】図２４は、従来の一成分現像方式の現像器
を用いた維持性実験により得られた現像ロール上のトナ
ー重量のグラフである。図２３及び図２４から明かなよ
うに、トナー重量と画像濃度との間に強い相関が認めら
れる。 （実施例８）トナー帯電量を大きく変化させて、本発明
の効果があるか否かの確認を行った。その結果、トナー
帯電量が５μＣ／ｇ未満の場合、または５０μＣ／ｇ以
上の場合は像担持体から転写材へのトナー移行が不十分
だったり、ムラが生じたりすることが確認された。従っ
て、本発明の効果を十分に発揮させるためにはトナー帯
電量を５μＣ／ｇから５０μＣ／ｇの範囲内とすること
が望ましい。

【００９８】

【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、飽和特性を示す現像特性を有する現像手
段において、相対湿度１５％における現像曲線の飽和現
像トナー重量を示すコントラスト電位Ｖｓ（１５）と、
現像バイアス電位Ｖｂと像担持体の全露光部電位との間
に、 ｜Ｖｓ（１５）｜×１．１＜｜Ｖｂ−Ｖｉ｜｜ なる関係を満たすように現像手段を設定したことによ
り、環境変化や経時変化の影響を受けにくく中間調再現
性に優れた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】飽和特性を示す現像方式を説明するための模式
化された現像曲線のグラフである。

【図２】微小耐圧の測定装置の概要図（ａ）及び測定結
果を示すグラフ（ｂ）である。

【図３】像担持体を入力画像面積率１０％，２０％，５
０％で露光したときの像担持体上の露光エネルギプロフ
ァイルを示した図であ

【図４】像担持体の光電位減衰特性を示すグラフであ
る。

【図５】（ａ）は、図３（ａ）に示す光電位減衰特性を
持つ像担持体を画像面積率５０％で露光した時の、Ｄの
値を種々変化させた場合における像担持体の表面電位プ
ロファイルを計算で求めた結果を示すグラフであり、
（ｂ）は、図４（ｂ）に示す光電位減衰特性を持つ像担
持体を画像面積率５０％で露光した時の、Ｄの値を種々
変化させた場合における像担持体の表面電位プロファイ
ルを計算で求めた結果を示すグラフである。

【図６】本発明の第１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７】光ビーム走査部の構成図である。

【図８】光ビームパルス幅変調回路の回路ブロック図で
ある。

【図９】図６に示す回転現像器を構成する４台の現像器
のうちの１台分の現像器の構成図である。

【図１０】実施例１の現像曲線を示すグラフである。

【図１１】飽和開始点のコントラスト電位Ｖｓの求め方
を示す説明図である。

【図１２】キャリアＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇについての出力
枚数と画像濃度との関係を示すグラフである。

【図１３】キャリアＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇについての出力
枚数とトナー帯電量との関係を示すグラフである。

【図１４】実施例１及び比較例の画像濃度テスト結果を
示すグラフである。

【図１５】実施例１及び比較例のトナー帯電量のテスト
結果を示すグラフである。

【図１６】実施例２の画像濃度テスト結果を示すグラフ
である。

【図１７】実施例２のトナー帯電量のテスト結果を示す
グラフである。

【図１８】実施例３の画像濃度テスト結果を示すグラフ
である。

【図１９】実施例３のトナー帯電量のテスト結果を示す
グラフである。

【図２０】実施例３の肌色再現色差のテスト結果を示す
グラフである。

【図２１】二成分系の現像剤を使用しそのうちトナーの
みを現像ロールに供給する方式の現像器の概要図であ
る。

【図２２】図２１に示す現像器を用いて行った維持性実
験の結果を示すグラフである。

【図２３】従来の一成分現像方式の現像器を用いた維持
性実験により得られた画像濃度のグラフである。

【図２４】従来の一成分現像方式の現像器を用いた維持
性実験により得られた現像ロール上のトナー重量のグラ
フである。

【図２５】コントラスト電位に対して現像トナー重量が
ほぼ線形である現像特性のグラフである。

【図２６】用紙上トナー重量と画像濃度との関係を示す
グラフである。

【図２７】現像時間に対する現像トナー重量の関係を示
すグラフである。

【図２８】コントラスト電位に対して現像トナー重量が
飽和領域を持つ現像特性のグラフである。

【図２９】像担持体と現像ロール上のトナー層との間の
空隙を飛翔するトナー軌跡の模式図である。

【符号の説明】

１ 像担持体ドラム ２ 静電潜像形成用帯電器 ３ 回転現像器 ４ 転写ドラム 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 ２１ 半導体レーザ ２２ コリメータレンズ ２３ ポリゴンミラー ２４ ｆθレンズ ２５ 光ビーム ２６ 走査開始信号生成用光センサ ３０ 光ビームパルス幅変調回路 ３１ 三角波発振器 ３２ 比較回路 ３３ 選択回路 ３４ Ｄ／Ａ変換器 ９１ 現像ロール ９２ 現像容器 ９３，９４ スクリューオーガ ９５ 現像剤規制部材 ９６ 固定磁石 ９７ シリンダ ９８ バイアス電源 ９９ 隔壁

───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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に基づ
   い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二成分系の現像剤を
   所定の厚さの現像剤層として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
   ることにより該静電潜像を現像して該像担持体上にトナ
   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、 前記現像手段が、現像バイアス電位Ｖｂ及び像担持体の
   全露光部電位Ｖｉによって定まるコントラスト電位に対
   する現像トナー重量のカーブが所定のコントラスト電位
   以上の領域で飽和特性を有するものであって、 前記コントラスト電位に対する現像トナー重量のカーブ
   の傾きがコントラスト電位が０近傍にある時の傾きの１
   ／５にある点の相対湿度１５％におけるコントラスト電
   位をＶｓ（１５）とした時、 ｜Ｖｓ（１５）｜×１．１＜｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ 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。
2. 【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に基づ
   い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、トナーより成る一成分系の現像剤を所定の厚さの
   現像剤層として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を前記
   像担持体上の静電潜像に供給することにより該静電潜像
   を現像して該像担持体上に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、 前記現像手段が、現像バイアス電位Ｖｂ及び像担持体の
   全露光部電位Ｖｉによって定まるコントラスト電位に対
   する現像トナー重量のカーブが所定のコントラスト電位
   以上の領域で飽和特性を有し、前記現像剤として体積抵
   抗１０¹⁰Ωｃｍ以上のトナーを用いるものであって、 前記コントラスト電位に対する現像トナー重量のカーブ
   の傾きがコントラスト電位が０近傍にある時の傾きの１
   ／５にある点の相対湿度１５％におけるコントラスト電
   位をＶｓ（１５）とした時、 ｜Ｖｓ（１５）｜×１．１＜｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ 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。
3. 【請求項３】 前記現像手段が、前記現像剤担持体に印
   加された現像バイアスにより前記移動する現像剤担持体
   上の現像剤層中に微小電流リークが発生し始める電圧を
   微小耐圧Ｖｍとした時、 ｜Ｖｍ｜＞｜Ｖｂ−Ｖｉ｜ 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
   る請求項１又は２記載の画像形成装置。