JPH1173008A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コート層自体を低抵抗化した樹脂コートキャ
リアを用いた場合でもドット均一性に優れ画像ノイズが
発生しない画像形成装置を提供する。 【解決手段】 磁性粒子にカーボンを分散させた樹脂コ
ートキャリアを用い、感光体に接触しない状態で現像剤
を搬送させる。さらに、現像領域中に振動電界を形成
し、静電潜像画像部にトナーを移動させる位相の時間を
ｔ_１，振動電界の周期をt_２，トナーの重量平均粒径を
Ｌ_Ｔ，磁性キャリアの重量平均粒径をＬｃとするとき、
１．０×１０^−４＜ｔ_１ ^２／ＬＴ＜１．０×１０
^−３［sec^２／m］及びｔ_２ ^２／Ｌｃ＜０．００５［sec
^２／m ］が成り立つように現像装置の各条件を設定す
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、プリン
タ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】二成分現像は電子写真その他の、粉体ト
ナーを用いた画像形成方法において、特に高速対応性に
優れた現像法式として知られている。近年では複写機や
レーザープリンタなどの商品分野において主流の技術と
して使われている。

【０００３】二成分現像では、現像剤担持体である、内
部に磁石を設置した非磁性スリーブの表面に現像剤を搬
送し、現像剤をブラシ状(磁気ブラシ)に保持させて像担
持体に接触ないし近接させ、静電潜像が形成された像担
持体と電気的バイアスが印加されたスリーブとの間の電
界によってトナーが潜像面に選択的に付着することによ
り、現像が行われる。

【０００４】しかし、より高い品質を要求する市場(装
置)において、トナーが静電潜像に対して不規則に付着
して画像ノイズが出現しやすいことが問題となってい
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６−１９２１３号公報、特開平７−７２６９
９公報、特開平７−１１４２２３公報などで、振動成分
を有する現像バイアス（以下、交流バイアスと呼ぶ）を
印加する方法が提案されている。

【０００６】しかし、上記各公報に記載された従来の現
像方法においては、現像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。本願発明者の実施した実験においてもこの点
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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】特開平７−１１４２２
３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が記載され、周波数は
６０００Ｈｚ以上の高周波が良いとされている。また現
像効率を維持するためにキャリアの体積抵抗率を１０１
０Ωcm以下にするのが好ましいとされている。

【０００８】しかし本願発明者の追試によれば、この周
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」と呼ぶ)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交流バイ
アス印加の効果が無くなるという結果が得られた。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。

【０００９】キャリアとしては従来よりいくつかのタイ
プが知られているが、耐久性を得るために磁性粒子を樹
脂でコートするタイプのものが広く用いられている（例
えば、特開平６−１９２１３号）。また、特開平７−７
２６９９号公報には、磁性体樹脂コートキャリアを用
い、交流バイアス（振動バイアス）を印加しながら非接
触状態で現像する方法が記載されている。

【００１０】しかし本願発明者の追試によれば、ドット
面積の均一性が不十分で、端部のかすれなどの現象が見
られるなどの画質上の問題があった。これはキャリアの
抵抗が高く、トナーがキャリア表面から離れたときにト
ナーと反対極性の電荷が残り、他のトナーの運動に対す
るノイズとなっているためと推測される。

【００１１】磁性体樹脂コートキャリアを低抵抗化する
にはいくつかの方法がある。その中でコート層を薄層化
して抵抗を下げるものは現像剤を長寿命化する上で問題
がある。他の方法として、コート層自体を低抵抗化する
ことが考えられる。具体的にはフェライトやマグネタイ
トを芯材として、シリコーン樹脂などのコート層にカー
ボンを分散させるものが、安価で特性も安定しているの
で、実用的である。

【００１２】しかし、本願発明者が上記のフェライトや
マグネタイトを芯材として、シリコーン樹脂などのコー
ト層にカーボンを分散させたキャリアを用いて交流バイ
アスを印加して現像を行ったところ、画像のトナー付着
部が白く小さく抜ける現象（以下、白斑点と呼ぶ）が見
られた。

【００１３】さらに実験を重ね、交流バイアスのピーク
電圧を小さくすると白斑点の発生量が少なくなること、
トナー付着部（交流バイアスのピーク値からの電位差が
大きい部分）に限って発生すること、カーボンを分散し
ないタイプのキャリアを使用すると白斑点は発生しない
こと、などが明らかになった。これらのことから、白斑
点発生現象はキャリア表面近傍のカーボンから像担持体
への放電によるものと推測される。

【００１４】本発明は、従来技術における上記諸問題を
解決し、高耐久向きの（コート層自体を低抵抗化した）
樹脂コートキャリアを用いた場合でもドット均一性に優
れ画像ノイズが発生しない画像形成装置を提供すること
を課題とする。

【００１５】また、振動成分を有する現像バイアスを印
加しても白斑点が生じない画像を得ることのできる画像
形成装置を提供することも本発明の課題である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の課題は、本発明に
より、トナーとキャリアからなる現像剤を現像剤担持体
に担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触で、前記像
担持体と前記現像剤担持体との間の領域にトナーを移動
させる振動電界を形成して現像を行う画像形成装置にお
いて、前記像担持体へトナーを移動させる位相時間をｔ
_１，トナーの重量平均粒径をＬ_Ｔとするとき、１．０×
１０^−４＜ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔ＜１．０×１０ ^−３［sec^２／m
］が成立するように前記ｔ_１，Ｌ_Ｔを設定することに
より解決される。

【００１７】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、トナーとキャリアからなる現像剤を現像剤担持体に
担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触で、前記像担
持体と前記現像剤担持体との間の領域にトナーを移動さ
せる振動電界を形成して現像を行う画像形成装置におい
て、前記振動電界の周期をｔ_２，キャリアの重量平均粒
径をＬｃとするとき、ｔ_２ ^２／Ｌｃ＜０．００５［sec
^２／m ］が成立するように前記ｔ_２，Ｌｃを設定するこ
とを提案する。

【００１８】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、トナーとキャリアからなる現像剤を現像剤担持体に
担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触で、前記像担
持体と前記現像剤担持体との間の領域にトナーを移動さ
せる振動電界を形成して現像を行う画像形成装置におい
て、前記像担持体へトナーを移動させる位相時間を
ｔ _１，前記振動電界の周期をｔ_２，トナーの重量平均粒
径をＬ_Ｔ，キャリアの重量平均粒径をＬｃとするとき、
１．０×１０^−４＜ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔ＜１．０×１０
^{− ３}［sec^２／m ］及びｔ_２ ^２／Ｌｃ＜０．００５［sec
^２／m ］が成立するように前記ｔ_１，ｔ_２，Ｌ_Ｔ，Ｌｃ
を設定することを提案する。

【００１９】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、トナーとキャリアからなる現像剤を現像剤担持体に
担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触で、前記像担
持体と前記現像剤担持体との間の領域にトナーを移動さ
せる振動電界を形成して現像を行う画像形成装置におい
て、像担持体と現像剤担持体上に担持された現像剤との
最近接距離をｄ［ｍ］とするとき、像担持体の表面電位
と現像剤担持体の最大電位との電位差の絶対値が５．０
×１０^８ｄ［Ｖ］以下であることを提案する。

【００２０】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、トナーとキャリアからなる現像剤を現像剤担持体に
担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触で、前記像担
持体と前記現像剤担持体との間の領域にトナーを移動さ
せる振動電界を形成して現像を行う画像形成装置におい
て、前記像担持体へトナーを移動させる位相時間を
ｔ _１，トナーの重量平均粒径をＬ_Ｔ，像担持体と現像剤
担持体上に担持された現像剤との最近接距離をｄ［ｍ］
とするとき、１．０×１０^−４＜ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔ＜１．０
×１０^−３［sec^２／m ］及び、像担持体の表面電位と
現像剤担持体の最大電位との電位差の絶対値が５．０×
１０^８ｄ［Ｖ］以下となるように前記ｔ_１，Ｌ_Ｔ，ｄを
設定することを提案する。

【００２１】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、トナーとキャリアからなる現像剤を現像剤担持体に
担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触で、前記像担
持体と前記現像剤担持体との間の領域にトナーを移動さ
せる振動電界を形成して現像を行う画像形成装置におい
て、前記振動電界の周期をｔ_２，キャリアの重量平均粒
径をＬｃ，像担持体と現像剤担持体上に担持された現像
剤との最近接距離をｄ［ｍ］とするとき、ｔ_２ ^２／Ｌｃ
＜０．００５［sec^２／m ］及び、像担持体の表面電位
と現像剤担持体の最大電位との電位差の絶対値が５．０
×１０^８ｄ［Ｖ］以下となるように前記ｔ_２，Ｌｃ，ｄ
を設定することを提案する。

【００２２】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、トナーとキャリアからなる現像剤を現像剤担持体に
担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触で、前記像担
持体と前記現像剤担持体との間の領域にトナーを移動さ
せる振動電界を形成して現像を行う画像形成装置におい
て、前記像担持体へトナーを移動させる位相時間を
ｔ _１，前記振動電界の周期をｔ_２，トナーの重量平均粒
径をＬ_Ｔ，キャリアの重量平均粒径をＬｃ，像担持体と
現像剤担持体上に担持された現像剤との最近接距離をｄ
［ｍ］とするとき、１．０×１０^−４＜ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔ＜
１．０×１０^−３［sec^２／m ］及びｔ_２ ^２／Ｌｃ＜
０．００５［sec^２／m ］及び、像担持体の表面電位と
現像剤担持体の最大電位との電位差の絶対値が５．０×
１０^８ｄ［Ｖ］以下となるように前記ｔ_１，ｔ_２，
Ｌ_Ｔ，Ｌｃ，ｄを設定することを提案する。

【００２３】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、前記キャリアは導電性微粒子を含有したものである
ことを提案する。また、前記の課題を解決するため、本
発明は、前記導電性微粒子はカーボンであることを提案
する。

【００２４】

【発明の実施の形態】具体的な実施形態を説明する前
に、本願発明のバックグラウンドと本願発明の作用から
説明を始める。

【００２５】本願発明者は、従来の画像形成装置におけ
る諸問題を踏まえて鋭意検討を重ねた結果、現像領域
(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)において像担持体と現像剤担持体上の現像剤とを非
接触にして現像した場合、交流バイアスを印加しても白
斑点の発生が押さえられることを見出した。さらに、交
流バイアスの限定的な条件において画像品質が向上する
ことも判明した。

【００２６】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
パルスの巾）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、パルス巾が特定の範囲(周
期が一定であるから、ここではデューティ比が特定の範
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３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
ルス巾を、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。この図からも解るよ
うに、所定のパルス巾の範囲（ここでは所定のデューテ
ィ比の範囲）でドット面積のバラツキが小さくなってい
る。

【００２７】なお、ドット面積のバラツキは、画像解析
装置で複数のドット面積を計測し、その標準偏差を平均
面積で割ったものを評価値とした。この値が０．１５以
下ではドット均一性が良好で、０．１以下ではさらに優
れたドット均一性を示すことが本願発明者の検討結果に
よって明らかになった。

【００２８】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Ｅ_０，トナーの粒径
をＬ_Ｔ 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。 Ａ＝ｋ・Ｅ_０／（ｆ^２・Ｌ_Ｔ ）

【００２９】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。

【００３０】確認実験ではトナー粒径と矩形波バイアス
のデューティ比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４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○（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本の放物線に挟まれ
た領域に分布している。

【００３１】なお、この確認実験で用いたキャリアは、
マグネタ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、コート層にカーボンを分散させることによ
り、その体積抵抗率はおよそ１０^１０Ωcmに制御された
ものである。

【００３２】上記のような結果から、本願発明者は、振
動電界(交流バイアス)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の時間(パルス幅)をｔ
_１，トナーの重量平均粒径をＬ_Ｔとするとき、 １．０×１０^−４＜ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔ＜１．０×１０^−３［sec^２／m ］・・・・・ ・ となるように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。

【００３３】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、現像剤担持体（現像スリーブ）上の
磁気ブラシからキャリアが離脱して像担持体に付着する
ことで画像品質が劣化することが予測された。

【００３４】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_２，磁性キャリアの重量平均粒径をＬｃとすると
き、 ｔ_２ ^２／Ｌｃ＜０．００５［sec^２／m ］・・・・・・ となるように電界を形成することが画像品質向上をもた
らす。

【００３５】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。

【００３６】このように、現像領域において非接触状態
でコート層にカーボンを分散したキャリアを使用するこ
とで、局所的な放電（キャリア表面近傍のカーボンから
像担持体への放電）を防止することができ、問題となっ
ていた白斑点の発生を防ぐことができるとともに、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
運動をより活発にできるため、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。さらに、キャリアの
抵抗値が低いことで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
する静電的な吸引力が大きくなり難いため、端部かすれ
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。

【００３７】さて、本発明の具体的な実施形態について
説明する。図１は、本発明に係る画像形成装置の一例に
おける現像部付近の構成を示すものである。この図に示
す現像装置１は、現像スリーブ(現像剤担持体)２，攪拌
部材４，ドクターブレード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にはバイアス電源６から後述するような現像バイ
アス(交流バイアス)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本の攪拌部材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ブレード５が配
設されている。

【００３８】２本の攪拌部材４によって攪拌・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内部磁
石３の作用で現像スリーブ２に汲み上げられる。そし
て、ドクターブレード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。

【００３９】ドクターブレード５と現像スリーブ２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。現像領域では、内部磁石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)が感光体ドラム(像担持体)１０に近接（非
接触）し、現像スリーブ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移動
する。

【００４０】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(交流バイアス)の波形を示す
波形図である。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電
圧値である。この図において、トナーが感光体ドラム１
０に向かう最大の力を受けるときの電圧値をＶ_１，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Ｖ_０とし、Ｖ _１が持続する時間(Ｖ_１のパルス幅)
をｔ_１ 、振動バイアスの周期をｔ_２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−５
００Ｖ〜ー７００Ｖ程度に設定される。ただし、Ｖａ＝
Ｖ_０＋（Ｖ_１−Ｖ_０）・ｔ_１／ｔ_２とする。

【００４１】本実施形態の第１実施例として、キャリア
は重量平均粒径が５０μmのマグネタイトのコアにシリ
コーン樹脂をコートし、コート層にカーボンを分散させ
ることにより、その体積抵抗率をおよそ１０^１０Ωcmに
制御したものを用いた。トナーは重量平均粒径が７．５
μmのものを用いた。そして、それらをトナー濃度５wt
％（現像剤に対するトナーの質量比）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。

【００４２】本実施例における現像スリーブ２上の現像
剤層の厚さを測定したところ、最大で約５００μmであ
った。現像ギャップは６００μmに設定してある。従っ
て、感光体ドラム１０と現像スリーブ上に保持されてい
る現像剤との距離（最近接距離）：ｄは、１００μmで
ある。

【００４３】この場合の現像バイアスとして、積分平均
Ｖａを−６００Ｖ，振動成分を周波数５ｋＨｚ，ピーク
間電圧を１．５ｋＶに設定し、前述の式及び式を満
足するようにデューティ比を変えて現像したところ、振
動バイアスのデューティ比（ｔ_１／ｔ_２）が１５％から
４０％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。

【００４４】デューティ比が上記適正範囲（１５〜４０
％）を下回り、例えば１０％とすると、現像量が低下
し、充分な画像濃度が得られず、ドット面積のバラツキ
が大きくなった。また、デューティ比が上記適正範囲を
上回り、例えば４５％とすると、トナーが過剰に現像さ
れ、画像のエッジ付近の背景部にトナーが付着したり、
ドットが大きくなって中間調の濃度値が高めになり、階
調再現性のバランスが崩れ、ドット面積の均一性も低下
するという問題が生じる。逆にデューティ比が２０〜３
０％のときは優れたドット均一性を示した。ドット面積
のバラツキは、画像解析装置で複数のドット面積を計測
し、その標準偏差を平均面積で割ったものを評価値とし
た。先に図３で説明したように、この値が０．１５以下
ではドット均一性が良好で、０．１以下ではさらに優れ
たドット均一性を示すことが本願発明者の検討結果によ
って明らかになった。

【００４５】上記適性条件ではｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔは１．２×
１０^−４［sec^２／m］から８．５×１０^−４［sec^２／m
］の範囲、また、ｔ_２ ^２／Ｌｃは８×１０^−４［sec^２
／m］となる。現像スリーブ２上の現像剤先端と感光体
１０の間に生じる電界の絶対値の最大値は１．４〜１．
８×１０^７Ｖ／ｍとなる。

【００４６】なお、デューティ比１５％のとき、感光体
ドラム１０の最小電位（画像部の表面電位）は−１００
Ｖ、現像スリーブ２の最大電位（絶対値がもっとも大き
くなる電位）は−１８７５Ｖなので、現像スリーブ２上
の現像剤先端と感光体ドラム１０との電界の最大値は約
−１．８×１０^７［Ｖ／ｍ］となっている。同様に、デ
ューティ比４０％のときは、現像スリーブ２上の現像剤
先端と感光体ドラム１０との電界の最大値は約−１．４
×１０^７［Ｖ／ｍ］となる。また、デューティ比１５％
のとき、ピーク間電圧を２ｋＶにした場合には、現像ス
リーブ２上の現像剤先端と感光体ドラム１０との電界の
最大値は約−２．２×１０^７［Ｖ／ｍ］となる。これら
いずれの条件でも白斑点は発生しなかった。

【００４７】このとき、ドクターブレード５の位置を調
整して磁気ブラシの先端を感光体ドラム１０に近づけた
ところ、間隙が５μmまでは異常は見られなかったが、
４μmでは白斑点が急に増加した。

【００４８】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
スのデューティ比を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。

【００４９】現像バイアス周波数が上記適正範囲を下回
り、例えば２．３ｋＨｚに設定すると、トナーが過剰に
現像され、画像のエッジ付近の背景部にトナーが付着し
たり、ドットが大きくなって中間調の濃度値が高めにな
り、階調再現性のバランスが崩れ、ドット面積の均一性
も低下するという問題が生じる。また、現像バイアス周
波数が上記範囲を上回り、例えば７．４ｋＨｚに設定す
ると、現像量が低下し、充分な画像濃度が得られず、ド
ット面積のバラツキが大きくなった。

【００５０】上記適性条件では、ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔは１．１
×１０^−４［sec^２／m］から８．５×１０^−４［sec^２
／m ］の範囲、また、ｔ_２ ^２／Ｌｃは４．１×１０^−４
［sec ^２／m］から３．２×１０^−３［sec^２／m］の範囲
となる。また、現像スリーブ２上の現像剤先端と感光体
１０の間に生じる電界の絶対値の最大値は１．７×１０
^７Ｖ／ｍとなる。

【００５１】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、デューティ比を１０
％に固定した場合、現像バイアス周波数２ｋＨｚ〜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。

【００５２】現像バイアス周波数が上記適正範囲を上回
り、例えば３．７ｋＨｚに設定すると、現像量が低下し
て充分な画像濃度が得られず、ドット面積のバラツキが
大きくなった。逆に現像バイアス周波数が３．２ｋＨｚ
から３．５ｋＨｚの間では特にキャリア付着防止に効果
があった。

【００５３】上記適性条件では、ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔは１．１
×１０^−４［sec^２／m］から３．３×１０^−４［sec^２
／m ］の範囲、また、ｔ_２ ^２／Ｌｃは１．６×１０^−３
［sec ^２／m］から５．０×１０^−３［sec^２／m］の範囲
となる。また、現像スリーブ２上の現像剤先端と感光体
１０の間に生じる電界の絶対値の最大値は１．８５×１
０^７Ｖ／ｍとなる。

【００５４】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、デューティ比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。

【００５５】デューティ比が上記適正範囲を下回り、例
えば１１％に設定すると、現像量が低下して充分な画像
濃度が得られず、ドット面積のバラツキが大きくなっ
た。また、デューティ比が上記適正範囲を上回り、例え
ば３６％に設定すると、トナーが過剰に現像され、画像
のエッジ付近の背景部にトナーが付着したり、ドットが
大きくなって中間調の濃度値が高めになり、階調再現性
のバランスが崩れ、ドット面積の均一性も低下するとい
う問題が生じる。

【００５６】上記適性条件では、ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔは１．８
×１０^−４［sec^２／m］から７．２×１０^−４［sec^２
／m ］の範囲、また、ｔ_２ ^２／Ｌｃは８．０×１０^−４
［sec ^２／m］となる。また、現像スリーブ２上の現像剤
先端と感光体１０の間に生じる電界の絶対値の最大値は
１．６×１０^７Ｖ／ｍから１．８×１０^７Ｖ／ｍの範囲
となる。

【００５７】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デューティ比を２
０％に固定した場合、現像バイアスの周波数３〜８．５
ｋＨｚ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。

【００５８】現像バイアス周波数が上記適正範囲を下回
り、例えば２．８ｋＨｚに設定すると、トナーが過剰に
現像され、画像のエッジ付近の背景部にトナーが付着し
たり、ドットが大きくなって中間調の濃度値が高めにな
り、階調再現性のバランスが崩れ、ドット面積の均一性
も低下するという問題が生じる。さらに２ｋＨｚまで周
波数を下げると、キャリア付着が生じるようになる。ま
た、現像バイアス周波数が上記範囲を上回り、例えば９
ｋＨｚに設定すると、現像量が低下して充分な画像濃度
が得られず、ドット面積のバラツキが大きくなった。逆
に現像バイアス周波数が４〜６ｋＨｚでは優れたドット
均一性を示した。

【００５９】上記適性条件では、ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔは１．１
×１０^−４［sec^２／m］から８．９×１０^−４［sec^２
／m ］の範囲、また、ｔ_２ ^２／Ｌｃは２．８×１０^−４
［sec ^２／m］から２．２×１０^−３［sec^２／m］の範囲
となる。また、現像スリーブ２上の現像剤先端と感光体
１０の間に生じる電界の絶対値の最大値は１．７×１０
^７Ｖ／ｍとなる。

【００６０】さらに、本実施形態の第６実施例として、
上記第１実施例と同じ条件で、ドクターブレード５と現
像スリーブ２の間隔を調整することにより現像スリーブ
２上の現像剤層と感光体１０との最小ギャップを変更し
て現像を行ったところ、最小ギャップ（最近接距離：
ｄ）が５μmでは白斑点は発生せず、最小ギャップをそ
れ以下にすると発生することが明らかになった。

【００６１】最小ギャップが５μmのとき、現像スリー
ブ２上の現像剤先端と感光体１０の間に生じる電界の絶
対値の最大値は３．６×１０^８Ｖ／ｍとなる。ただし、
この条件においては、局所的に強い電界が発生してごく
まれに白斑点が発生することがある。現像剤層と感光体
との間隙を広げるなどして、上記電界の最大値を５．０
×１０^７Ｖ／ｍとすることにより、完全に白斑点を防止
することができる。

【００６２】以上のことから、感光体ドラム１０と現像
スリーブ２に保持されている現像剤との最近接距離をｄ
［ｍ］とするとき、感光体１０の表面電位と現像スリー
ブ２の最大電位との電位差の絶対値を、５．０×１０^８
ｄ［Ｖ］以下となるように構成すれば、白斑点の発生を
防止できることが判った。

【００６３】さらに、本実施形態の第７実施例として、
上記第１実施例のトナーに代えて粒径９μmのトナーを
用いた場合（他の条件は第１実施例と同一）、現像バイ
アス周波数を５ｋＨｚに固定すると、デューティ比１５
〜４５％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。

【００６４】デューティ比が上記適正範囲を下回り、例
えば１４％に設定すると、現像量が低下して充分な画像
濃度が得られず、ドット面積のバラツキが大きくなっ
た。また、デューティ比が上記適正範囲を上回り、例え
ば４８％に設定すると、トナーが過剰に現像され、画像
のエッジ付近の背景部にトナーが付着したり、ドットが
大きくなって中間調の濃度値が高めになり、階調再現性
のバランスが崩れ、ドット面積の均一性も低下するとい
う問題が生じる。

【００６５】上記適性条件では、ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔは１．０
×１０^−４［sec^２／m］から９．０×１０^−４［sec^２
／m ］の範囲、また、ｔ_２ ^２／Ｌｃは８．０×１０^−４
［sec ^２／m］となる。現像スリーブ２上の現像剤先端と
感光体１０の間に生じる電界の絶対値の最大値は１．３
×１０^７Ｖ／ｍから１．８×１０^７Ｖ／ｍの範囲とな
る。

【００６６】さらに、本実施形態の第８実施例として、
上記第１実施例のキャリアに代えて粒径４０μmのキャ
リアを用いた場合、デューティ比を１５％、ピーク間電
圧を２ｋＶに固定すると、現像バイアス周波数２．３〜
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（他の条件は第１実施例と同一）。なお、この
ときの現像剤層の厚さは４００μmで、感光体ドラム１
０と現像剤との最近接距離：ｄは２００μmとなる。

【００６７】現像バイアス周波数が上記適正範囲を下回
り、例えば２．２ｋＨｚに設定すると、画像へのキャリ
ア付着が著しく増加する。また、現像バイアス周波数が
上記範囲を上回り、例えば５．５ｋＨｚに設定すると、
現像量が低下して充分な画像濃度が得られず、ドット面
積のバラツキが大きくなった。

【００６８】上記適性条件では、ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔは１．２
×１０^−４［sec^２／m］から５．７×１０^−４［sec^２
／m ］の範囲、また、ｔ_２ ^２／Ｌｃは１．０×１０^−３
［sec ^２／m］から４．７×１０^−３［sec^２／m］の範囲
となる。また、現像スリーブ２上の現像剤先端と感光体
１０の間に生じる電界の絶対値の最大値は１．１×１０
^７Ｖ／ｍとなる。

【００６９】さらに、本実施形態の第９実施例として、
上記第１実施例のキャリアに代えて粒径７０μmのキャ
リアを用いた場合、デューティ比を１５％、ピーク間電
圧を１ｋＶに固定すると、現像バイアス周波数１．７〜
３．５ｋＨｚ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（他の条件は第１実施例と同一）。なお、
このときの現像剤層の厚さは５５０μmで、感光体ドラ
ム１０と現像剤との最近接距離：ｄは５０μmとなる。

【００７０】現像バイアス周波数が上記適正範囲を下回
り、例えば１．６ｋＨｚに設定すると、画像へのキャリ
ア付着が著しく増加する。また、現像バイアス周波数が
上記範囲を上回り、例えば５．５ｋＨｚに設定すると、
現像量が低下して充分な画像濃度が得られず、ドット面
積のバラツキが大きくなった。

【００７１】上記適性条件では、ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔは１．１
×１０^−４［sec^２／m］から４．６×１０^−４［sec^２
／m ］の範囲、また、ｔ_２ ^２／Ｌｃは１．２×１０^−３
［sec ^２／m］から４．９×１０^−３［sec^２／m］の範囲
となる。また、現像スリーブ２上の現像剤先端と感光体
１０の間に生じる電界の絶対値の最大値は２．８×１０
^７Ｖ／ｍとなる。

【００７２】図５に、各実施例における「ｔ_１ ^２／
Ｌ_Ｔ」の適正範囲を示す。この図に示す通り、「ｔ_１ ^２
／Ｌ_Ｔ」が１．０〜１０×１０^−４［sec^２／m］すなわ
ち１．０×１０^−４〜１．０×１０^−３［sec^２／m］の
範囲がドット均一性にとっての適性範囲で、上記各実施
例はこの範囲内の数値を示している。また、「ｔ_１ ^２／
Ｌ _Ｔ」が２．０〜５．０×１０^−４［sec^２／m］の範囲
では、さらに優れたドット均一性が得られることが明ら
かになっている。

【００７３】図６に、各実施例における「ｔ_２ ^２／Ｌ
ｃ」の適正範囲を示す。この図に示す通り、「ｔ_２ ^２／
Ｌｃ」が５０×１０^−４［sec^２／m］すなわち５．０×
１０^{− ３}［sec^２／m］以下の範囲がキャリア付着にとっ
ての適性範囲で、上記各実施例はこの範囲内の数値を示
している。また、「ｔ_２ ^２／Ｌｃ」が２０×１０
^−４［sec^２／m］すなわち２．０×１０^−３［sec^２／
m］以下の範囲では、さらにキャリア付着防止に効果が
あることが明らかになっている。

【００７４】図７に、各実施例における「現像スリーブ
上の現像剤先端と感光体との間に生じる電界の絶対値」
の適性範囲を示す。本発明ではこの適性範囲を５．０×
１０ ^８ｄ［Ｖ／ｍ］以下、すなわち５０×１０^７ｄ［Ｖ
／ｍ］以下と規定しており、これ以上の値では白斑点が
発生する。図では、「ｘ」印で白斑点が発生する条件
を、「○」印で良好な条件を、「◎」印でさらに白斑点
防止に効果的な条件を示している。上記各実施例の値は
図に「◎」印で示されている（図７には、同一実施例内
での複数条件が示されている）。

【００７５】以上、本発明を図１に示す実施形態とその
各実施例により具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態及び各実施例に限定されるものではなく、本発明の
範囲内で種々の変更が可能である。例えば、図１に示す
画像形成装置はネガポジ方式（第１実施例に記載したよ
うに、感光体ドラム１０上の地肌部電位−７００Ｖ、画
像部電位−１００Ｖで、感光体上の電位の減衰した部分
にトナーを付着させる反転現像）であるが、ポジポジ方
式（正規現像）の装置にも本発明を適用することができ
る。

【００７６】

【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、像担持体に接触しない状態で現像剤を搬
送し、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
定するので、現像剤に最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。

【００７７】請求項２の構成により、キャリアの像担持
体への付着が防止されるので、良質な画像を形成するこ
とができる。請求項３の構成により、ドット均一性に優
れ、また、キャリア付着のない良質な画像を形成するこ
とができる。

【００７８】請求項４の構成により、低抵抗キャリアに
おける局所的な放電を防ぎ、ドット均一性に優れ、ま
た、白斑点の発生を防止できるので、良質な画像を形成
することができる。

【００７９】請求項５の構成により、ドット均一性に優
れ、また、白斑点の発生を防止した良質な画像を形成す
ることができる。請求項６の構成により、キャリアの付
着を防ぎ、ドット均一性に優れ、また、白斑点の発生を
防止した良質な画像を形成することができる。

【００８０】請求項７の構成により、キャリアの付着を
防ぎ、ドット均一性に優れ、また、白斑点の発生を防止
した良質な画像を形成することができる。請求項８の構
成により、キャリアが導電性微粒子を含有したものであ
っても局所的な放電を起こすことがなく、ドット均一性
に優れ、白斑点の発生を防止した良質な画像を形成する
ことができる。

【００８１】請求項９の構成により、キャリアコート層
にカーボンが分散されている場合であっても局所的な放
電を起こすことがなく、ドット均一性に優れ、白斑点の
発生を防止した良質な画像を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の画像形成装置における現
像部付近を示す概略構成図である。

【図２】図１に示す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である。

【図３】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である。

【図４】トナー粒径と矩形波バイアスのデューティ比の
水準を変えた場合の、ドット再現性の良否の分布を示す
グラフである。

【図５】本実施形態の各実施例の、トナーを像担持体へ
移動させる移送時間とトナー重量平均粒径の関係におけ
る適正範囲を示すグラフである。

【図６】本実施形態の各実施例の、現像バイアスの周期
とキャリアの重量平均粒径との関係における適正範囲を
示すグラフである。

【図７】本実施形態の各実施例の、現像スリーブ上の現
像剤先端と感光体との間に生じる電界の絶対値の適性範
囲を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 現像装置 ２ 現像スリーブ(現像剤担持体) ３ 内部磁石 ４ 攪拌部材 ５ ドクターブレード ６ バイアス電源 １０ 感光体ドラム(像担持体)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｇ 15/09 Ｇ０３Ｇ 9/10 ３６１

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーとキャリアからなる現像剤を現像
   剤担持体に担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触
   で、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の領域にト
   ナーを移動させる振動電界を形成して現像を行う画像形
   成装置において、 前記像担持体へトナーを移動させる位相時間をｔ_１，ト
   ナーの重量平均粒径をＬ_Ｔとするとき、 １．０×１０^−４＜ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔ＜１．０×１０
   ^−３［sec^２／m ］ が成立するように前記ｔ_１，Ｌ_Ｔを設定することを特徴
   とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 トナーとキャリアからなる現像剤を現像
   剤担持体に担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触
   で、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の領域にト
   ナーを移動させる振動電界を形成して現像を行う画像形
   成装置において、 前記振動電界の周期をｔ_２，キャリアの重量平均粒径を
   Ｌｃとするとき、 ｔ_２ ^２／Ｌｃ＜０．００５［sec^２／m ］ が成立するように前記ｔ_２，Ｌｃを設定することを特徴
   とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 トナーとキャリアからなる現像剤を現像
   剤担持体に担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触
   で、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の領域にト
   ナーを移動させる振動電界を形成して現像を行う画像形
   成装置において、 前記像担持体へトナーを移動させる位相時間をｔ_１，前
   記振動電界の周期をｔ _２，トナーの重量平均粒径を
   Ｌ_Ｔ，キャリアの重量平均粒径をＬｃとするとき、１．
   ０×１０^−４＜ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔ＜１．０×１０^−３［sec
   ^２／m ］及びｔ_２ ^２／Ｌｃ＜０．００５［sec^２／m ］
   が成立するように前記ｔ_１，ｔ_２，Ｌ_Ｔ，Ｌｃを設定す
   ることを特徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 トナーとキャリアからなる現像剤を現像
   剤担持体に担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触
   で、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の領域にト
   ナーを移動させる振動電界を形成して現像を行う画像形
   成装置において、 像担持体と現像剤担持体上に担持された現像剤との最近
   接距離をｄ［ｍ］とするとき、像担持体の表面電位と現
   像剤担持体の最大電位との電位差の絶対値が５．０×１
   ０^８ｄ［Ｖ］以下であることを特徴とする画像形成装
   置。
5. 【請求項５】 トナーとキャリアからなる現像剤を現像
   剤担持体に担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触
   で、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の領域にト
   ナーを移動させる振動電界を形成して現像を行う画像形
   成装置において、 前記像担持体へトナーを移動させる位相時間をｔ_１，ト
   ナーの重量平均粒径をＬ_Ｔ，像担持体と現像剤担持体上
   に担持された現像剤との最近接距離をｄ［ｍ］とすると
   き、１．０×１０^−４＜ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔ＜１．０×１０
   ^−３［sec^２／m ］及び像担持体の表面電位と現像剤担
   持体の最大電位との電位差の絶対値が５．０×１０^８ｄ
   ［Ｖ］以下となるように前記ｔ_１，Ｌ_Ｔ，ｄを設定する
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】 トナーとキャリアからなる現像剤を現像
   剤担持体に担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触
   で、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の領域にト
   ナーを移動させる振動電界を形成して現像を行う画像形
   成装置において、 前記振動電界の周期をｔ_２，キャリアの重量平均粒径を
   Ｌｃ，像担持体と現像剤担持体上に担持された現像剤と
   の最近接距離をｄ［ｍ］とするとき、ｔ_２ ^２／Ｌｃ＜
   ０．００５［sec^２／m ］及び像担持体の表面電位と現
   像剤担持体の最大電位との電位差の絶対値が５．０×１
   ０^８ｄ［Ｖ］以下となるように前記ｔ_２，Ｌｃ，ｄを設
   定することを特徴とする画像形成装置。
7. 【請求項７】 トナーとキャリアからなる現像剤を現像
   剤担持体に担持し、該現像剤を像担持体に対し非接触
   で、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の領域にト
   ナーを移動させる振動電界を形成して現像を行う画像形
   成装置において、 前記像担持体へトナーを移動させる位相時間をｔ_１，前
   記振動電界の周期をｔ _２，トナーの重量平均粒径を
   Ｌ_Ｔ，キャリアの重量平均粒径をＬｃ，像担持体と現像
   剤担持体上に担持された現像剤との最近接距離をｄ
   ［ｍ］とするとき、１．０×１０^−４＜ｔ_１ ^２／Ｌ_Ｔ＜
   １．０×１０^−３［sec^２／m ］及びｔ_２ ^２／Ｌｃ＜
   ０．００５［sec^２／m ］及び像担持体の表面電位と現
   像剤担持体の最大電位との電位差の絶対値が５．０×１
   ０^８ｄ［Ｖ］以下となるように前記ｔ_１，ｔ_２，Ｌ_Ｔ，
   Ｌｃ，ｄを設定することを特徴とする画像形成装置。
8. 【請求項８】 前記キャリアは導電性微粒子を含有した
   ものであることを特徴とする、請求項１乃至７に記載の
   画像形成装置。
9. 【請求項９】 前記導電性微粒子はカーボンであること
   を特徴とする、請求項８に記載の画像形成装置。