JP3630960B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、プリンタ等の画像形成装置に関し、特には、像担持体上の静電潜像を２成分現像剤で現像する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来の画像形成装置の一例の断面図を示す。
【０００３】
同図において、まず、原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を下側にしてセットする。次にコピーボタンを押すことにより複写が開始される。原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーが一体に構成されたユニット９が原稿を照射しながら走査することにより、その照明走査光の原稿面反射光が、短焦点レンズアレイによって結像されてＣＣＤセンサーに入射される。
【０００４】
ＣＣＤセンサーは受光部、転送部、出力部より構成されており、ＣＣＤ受光部において光信号が電荷信号に変えられ、転送部でクロックパルスに同期して順次出力部へ転送され、出力部において電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。このようにして得られたアナログ信号を周知の画像処理を行なってデジタル信号に変換してプリンター部に送る。
【０００５】
プリンター部においては、上記の画像信号を受けて以下のようにして静電潜像を形成する。感光ドラム１は、中心支軸を中心に所定の周速度で矢印方向に回転駆動され、その回転過程にて帯電器３により約−６５０Ｖになるように一様な帯電処理を受け、その一様帯電された表面上を画像信号に対応してＯＮ、ＯＦＦ発光される固体レーザー素子の光を高速で回転する回転多面鏡によって走査することにより、感光ドラム１面には原稿画像に対応した静電潜像が順次に形成されていく。
【０００６】
ここで現像工程について説明する。一般的に現像方法は、非磁性トナーについては、ブレード等でスリーブ上にコーティングし、磁性トナーについては、磁気力によってコーティングして搬送し、感光ドラムに対して非接触状態で現像する２つの方法（１成分非接触現像）と、上記のようにしてコーティングしたトナーを感光ドラムに対して磁性キャリアを混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送し、感光ドラムに対して接触状態で現像する方法（２成分接触現像）と上記の２成分現像剤を非接触状態にして現像する方法（２成分非接触現像）の４種類に大別される。
【０００７】
上記の４つの現像方法のなかで、高解像度でかつ中間調が得易いことからトナー粒子と磁性キャリアを混合したものを現像剤として用い、感光ドラムに対して接触状態で現像する２成分接触現像法を用いている。
【０００８】
この場合、キャリアとしては過帯電防止、現像電極効果から体積抵抗率１０６〜１０１０Ωｃｍのものを用い、更に、現像電界に交番電界を用い現像効率、画像品位を向上させている。
【０００９】
また、近年環境意識の高まりとともにコロナ放電を用いない帯電方法として直接帯電部材が使用されるようになってきた。特に注入帯電方式が感光体を帯電する際に放電量が極めて少ない方式で非常に優れている。注入帯電方式とは、感光体表面材質の持つトラップ電位に注入帯電部材で電荷を注入して帯電を行なうもの、あるいは、感光体表面に導電性粒子を分散させた電荷注入層を設け、この導電性粒子に対して注入帯電部材で電荷を充電して帯電を行なうものである。
【００１０】
この注入帯電は注入帯電部材に印加するバイアスに交番電圧を重畳すると帯電効率が良化し、接触帯電部材の長寿命化を達成し得ることがわかっている。又、重畳する交番電界としては、ピークｔｏピーク電圧、即ちＶｐｐが５００Ｖ以上、特には７００Ｖ以上、周波数が、３００〜５０００Ｈｚ、好ましくは５００〜２０００Ｈｚのものが好適である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように注入帯電と交番現像電界を用いる２成分接触現像を採用した装置では、画像にかぶりや濃度低下が発生するという問題が生じた。
【００１２】
そこで、本発明者らは、上記のかぶりならびに画像濃度の低下が発生する現象について様々な検討を行なった結果、これらの現象は、感光ドラムに対して、現像時に磁性キャリアから電荷が注入され静電潜像の電位が変わってしまうことにより発生することが判明した。
【００１３】
詳述すると、体積抵抗率が、１０１０Ω・ｃｍ以下、体積平均粒径が略１００μｍ以下、好ましくは１５〜５０μｍのフェライト等の磁性粒子をマグネットを内包した帯電用スリーブに対し、帯電用スリーブ表面の単位面積（１ｃｍ２）あたり１００ｍｇ以上、ただし、上述磁性粒子の比重が５．０であるとき、即ち、１００ｍｇ／ｃｍ２以上のコート状態で担持し、感光ドラムに対し、前記帯電用スリーブを略５００μｍの間隔を保って摺擦しながら、帯電させた目標電位に略等しい直流電圧にＶｐｐ＝５００Ｖ以上、好ましくは７００Ｖ以上で、周波数Ｖｆ＝３００〜５０００Ｈｚ、好ましくは５００〜２０００Ｈｚの交番電圧を重畳したバイアスを印加することによって感光ドラムを帯電することができるような装置では、体積抵抗率が、１０６〜１０１０Ω・ｃｍ程度の磁性キャリアを用い感光体に、これらの磁性キャリアを直接接触させて現像を行なう２成分接触現像においても、注入帯電と同様の電荷注入現象が発生する場合があることがわかった。
【００１４】
又、これは、現像時に現像スリーブ−感光ドラム間に発生する、最大電界強度Εｍａｘ−Ｄｅ＝｛−１０００＋（−５００）｝／５００×１０−６＝−３．０×１０６〔Ｖ／ｍ〕
が、注入帯電時に注入帯電用スリーブ−感光ドラム間に発生する最大電界強度Εｍａｘ−ｃｈ＝｛−３５０＋（−６５０）｝／５００×１０−６＝−２．０×１０６〔Ｖ／ｍ〕
よりも大きくなってしまっていることも原因の１つと考えられる。
【００１５】
従って注入帯電用の感光ドラムに体積抵抗率が１０６〜１０１０Ω・ｃｍ程度の磁性キャリアを有する２成分現像剤にＶｐｐが５００Ｖ以上、周波数が２０００Ｈｚ程度の交番電界を重畳して反転現像を行なおうとすると、現像部において現像用の磁性キャリアが感光ドラムに対して電荷注入が行なわれるため、白地部（感光ドラムに一様帯電した後、露光しなかった部分）、黒字部（感光ドラムに一様帯電した後、露光した部分）共に、その電位が現像スリーブに印加している電圧のＤＣ成分に収束するようになる。このため、白地部と現像スリーブの電位差が減少し、かぶりが発生するとともに、黒字部と現像スリーブの電位差も減少することから画像濃度が低下してしまうことを見出した。
【００１６】
上述の従来例の説明においては、現像方式としては反転現像方式についてのみ説明したが、このような問題は反転現像方式特有のものではなく、正規現像方式を用いた場合に同様に発生することも本発明者等の研究により判明した。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明は、注入帯電可能な像担持体と、振動成分を有する電圧が印加され感光体を注入帯電する注入帯電部材と、トナーとキャリアを有する２成分現像剤を現像剤担持体に担持して像担持体に接触させ、且つ、交番する現像電界下で現像を行なう現像手段と、を有する現像装置において、
前記キャリアの体積抵抗率は１０６〜１０１０Ωｃｍで、現像電界は交番部と休止部が繰り返してなり、
前記休止部の時間は交番周期の１〜５倍であり、
前記休止部の前記現像剤担持体の電位の絶対値は、前記像担持体の画像部の電位の絶対値より大きく、非画像部の電位の絶対値より小さいことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の実施例の画像形成装置の断面図である。
【００１９】
尚、図６に示した装置と同一部材には同一番号を符して説明は省略する。
【００２０】
図７は、前記の装置においてレーザー光を走査するレーザー走査部１００の概略構成を示すものである。このレーザー走査部１００によりレーザー光を走査する場合には、まず入力された画像信号に基づき発光信号発生器１０１により、固体レーザー素子１０２を所定タイミングで明滅させる。そして固体レーザー素子１０２から放射されたレーザー光は、コリメーターレンズ系１０３により略平行な光束に変換され、更に矢印Ｂ方向に回転する回転多面鏡１０４により矢印Ｃ方向に走査されると共にｆθレンズ群１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃにより感光ドラム１等の被走査面１０６にスポット状に結像される。このようなレーザー光の走査により被走査面１０６上には画像一走査分の露光分布が形成され、更に各走査毎に被走査面１０６を前記走査方向とは垂直に所定量だけスクロールさせれば、被走査面１０６上に画像信号に応じた露光分布が得られる。
【００２１】
現像装置４は、図８に示すように現像剤容器１６を備え、この現像剤容器１６の内部は隔壁１７によって現像室（第１室）Ｒ１と撹拌室（第２室）Ｒ２とに区画され、トナー貯蔵室Ｒ３内には補給用トナー（非磁性トナー）１８が収容されている。なお、トナー貯蔵室Ｒ３の底部には補給口２０が設けられ、消費されたトナーに見合った量の補給用トナー１８が補給口２０を経て撹拌室Ｒ２内に落下補給される。
【００２２】
これに対し現像室Ｒ１及び撹拌室Ｒ２内には現像剤１９が収容されている。現像剤１９は、前述したように非磁性トナーと磁性粒子（キャリア）とを有する２成分現像剤である。なお、混合比は重量比で非磁性トナーが約４〜１０％である。非磁性トナーは約５〜１５μｍの体積平均粒径を有する。また、磁性粒子は樹脂コーティングされたフェライト粒子（最大磁化６０ｅｍｕ／ｇ）からなり、その重量平均粒径は２５〜６０μｍであり、その抵抗値は１０６ 〜１０１０Ω・ｃｍの値を示す。また、磁性粒子の透磁率は約５．０である。
【００２３】
現像剤容器１６の感光ドラム１に近接する部位には開口部が設けられ、該開口部から現像スリーブ１１が外部に半周分突出し、現像剤容器１６内に回転可能に組込まれている。現像スリーブ１１の外径寸法は３２ｍｍであり、その周速は２８０ｍｍ／ｓｅｃで、図中矢印の方向に回転される。現像スリーブ１１は感光ドラム１との間隔が５００μｍになるように配置されている。現像スリーブ１１は非磁性体からなり、その内部には磁界発生手段である磁石１２が固定されている。
【００２４】
磁石１２は現像磁極Ｓ１とその下流に位置する磁極Ｎ３と現像剤を搬送するための磁極Ｎ２、Ｓ２、Ｎ１とを有する。磁石１２は現像磁極Ｓ１が感光ドラム１に対向するように現像スリーブ１１内に配置されている。現像磁極Ｓ１は、現像スリーブ１１と感光ドラム１との間の現像部の近傍に磁界を形成し、該磁界によって磁気ブラシが形成される。
【００２５】
現像スリーブ１１の上方にはブレード１５が現像スリーブ１１と８００μｍの間隔をおいて現像剤容器１６に固定され、現像スリーブ１１上の現像剤１９の層厚を規制する。ブレード１５はアルミニウム、ＳＵＳ３１６などの非磁性材料からなる。
【００２６】
現像室Ｒ１内には搬送スクリュー１３が収容されている。搬送スクリュー１３は図中の矢印が示す方向に回転され、該搬送スクリュー１３の回転駆動によって現像室Ｒ１内の現像剤１９は現像スリーブ１１の長手方向に向けて搬送される。
【００２７】
貯蔵室Ｒ２内には搬送スクリュー１４が収容されている。搬送スクリュー１４はその回転によってトナーを現像スリーブ１１の長手方向に沿って搬送し、そのトナーは補給口２０から撹拌室Ｒ２内に自由落下する。
【００２８】
現像スリーブ１１は磁極Ｎ２近傍の位置で現像剤を担持し、現像スリーブ１１の回転に伴い現像剤１９が現像部に向けて搬送される。現像剤１９が現像部近傍に到達すると現像剤１９の磁性粒子が磁極Ｓ１の磁気力で連なりながら現像スリーブ１１から立ち上がり、現像剤１９の磁気ブラシが形成される。 図３に帯電器３を示す。
【００２９】
尚、注入帯電とは、帯電部材から被帯電部材へ直接電荷注入を行ないながら帯電する方式で、帯電部材に印加したバイアスとほぼ１：１で立ち上がる表面電位が、被帯電部材表面に得られる。
【００３０】
下図にも示すように従来のローラー帯電等の接触帯電では、放電による被帯電部材への帯電であるため、帯電部材に印加したバイアスと、被帯電部材表面に表れる表面電位との間に差分が生じる。（通常約６００Ｖ）
【００３１】
これに対し、注入帯電では、図からもわかるように帯電部材に印加したバイアスと、被帯電部材表面に表れる電位の差は、前述のようにほぼＯＶか、２００Ｖ以下、特に好ましくは１００Ｖ以下である。
【００３２】
帯電器３は容器３４の中に、固定されたマグネット３２を内包したスリーブ３１に注入帯電用の帯電用磁性粒子３５を規制部材３３でコーティングし、感光体１との接触部において感光体１の移動方向とは逆方向にスリーブ３１が移動するように接触摺擦しながら、スリーブ３１を回転させる。又、スリーブ３１と感光体１との距離は略５００μｍとなるよう構成した。
【００３３】
ところで帯電用磁性粒子３５は、
・樹脂とマグネタイト等の磁性粉体を混練して粒子に成型したもの、もしくはこれに抵抗値調節のために導電カーボン等を混ぜたもの、
・焼結したマグネタイト、フェライト、もしくはこれらを還元または酸化処理して抵抗値を調節したもの、
・上記の磁性粒子を抵抗調整したコート材（フェノール樹脂にカーボンを分散したもの等）でコートまたはＮｉ等の金属でメッキ処理して抵抗値を適当な値にしたもの、等が考えられる。
【００３４】
これら帯電用磁性粒子３５の抵抗値としては、高すぎると感光体に電荷が均一に注入できず、微小な帯電不良によるカブリ画像となってしまう。低すぎると感光体表面にピンホールがあったとき、ピンホールに電流が集中して帯電電圧が降下し、感光体表面を帯電することができず、帯電ニップ状の帯電不良となる。よって磁性粒子の抵抗値としては、１×１０２ 〜１×１０１０Ωのものが、好ましくは、感光ドラムにピンホールのようなものが存在することを考慮すると１×１０６ Ω以上が望ましい。帯電磁性粒子の抵抗値は、電圧が印加できる金属セル（低面積２２８ｍｍ２ ）に帯電磁性粒子を２ｇ入れた後加重し、電圧を１００Ｖ印加して測定した。
【００３５】
帯電用磁性粒子の磁気特性としては、ドラムへの帯電用磁性粒子付着を防止するために磁気拘束力を高くする方がよく、飽和磁化が１００（ｅｍｕ／ｃｍ３ ）以上が望ましい。
【００３６】
実際に、本実施例で用いた帯電用磁性粒子は、平均粒径が３０μｍで、抵抗値が１×１０６ Ω、飽和磁化が２００（ｅｍｕ／ｃｍ３ ）であった。
【００３７】
帯電用スリーブ３１に対してバイアス−６５０ＶにＶｐｐ＝７００Ｖ，Ｖｆ＝１０００ＨｚのＳｉｎ波からなる交番電界を重畳したバイアスを印加することによって、感光体１は一様に−６５０Ｖに帯電する。あとは従来例で説明したような工程で画像を形成する。従って、帯電時に帯電用スリーブ３１と感光体１間で、発生する最大電界強度は、｛−３５０＋（−６５０）｝／５００×１０−６＝−２．０×１０−６〔Ｖ／ｍ〕である。
【００３８】
帯電器３はコロナ帯電器を用いてもよいが、注入帯電方式は感光体を帯電する際に放電量が極めて少ない方式で感光体表面の状態を放電生成物等による汚染を押さえる、非常に優れた方式である。
【００３９】
次に、本実施例における感光ドラムについて説明する。
【００４０】
・感光ドラムＡについて
φ３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体に第１層として下引き層が設けられ、露光の反射によるモアレの発生を防止するための厚さ２０μｍの導電層とされている。第２層は正電荷注入防止層であり、ドラム基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって体積抵抗率１０６ Ω・ｃｍ程度に抵抗調整された厚さ約０．１μｍの中抵抗層である。第３層は電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂分散した厚さ約０．３μｍの層で、露光によって正負の電荷対を発生する。第４層は電荷輸送層であり、ポリカーボネイト樹脂にヒドラゾンを分散したもので、ｐ型の半導体である。第５層はポリカーボネイト樹脂に表面抵抗率を落とすためにＳｎＯ２ 等の低抵抗粒子を樹脂３重量部に対し、５重量部分散した２μｍの表面層である。その表面層の体積抵抗率は１０１３Ω・ｃｍである。表面抵抗率をこのようにコントロールすることにより直接帯電性が向上し高品位な画像を得ることができる。感光体はＯＰＣに限らずａ−Ｓｉドラムでも実現でき、さらに高耐久化を実現できる。
【００４１】
この第４層は、画像形成時に感光ドラムに与えられるマイナス電荷に対しては、体積抵抗率に換算して１０１６Ω・ｃｍ以上の絶縁性を示す。従って、本発明の特徴の１つである第５層とは、電気物性的に違いがありその関係は体積抵抗率で見ると第４層＞第５層の関係になる。
【００４２】
ここで表面層の体積抵抗率は、金属の電極を２００μｍの間隔で配し、その間に表面層の調合液を流入して成膜させ、電極間に電圧を１００Ｖ印加して測定した値である。測定は温度２３℃、湿度５０％ＲＨの条件下で測定した値である。
【００４３】
次に、本発明の最も特徴たる部分について説明する。本発明者等は、注入帯電用の像担持体、特には、表面層の体積抵抗率が１０９〜１０１４Ω・ｃｍ程度に調整された像担持体である感光ドラム、及び体積抵抗率が１０６〜１０１０Ω・ｃｍ程度の２成分現像剤を用いた現像装置を備えた画像形成装置において、現像時に白地部と現像スリーブの電位差が減少してかぶりが発生すると共に、黒字部と現像スリーブの電位差も減少して画像濃度が低下するといった問題を解消できるような現像バイアスを見出した。
【００４４】
即ち、本発明者等の検討によれば、現像スリーブに印加する現像バイアスを、交番電界部と、交番電界を印加した時間の合計時間の略１〜５倍の時間、ＤＣ成分だけからなる直流電界部が、交互に含まれるようなバイアスとすることにより上述のような問題を回避できることが判明した。
【００４５】
例えば、現像スリーブ１１と感光ドラム１との間に図１に示す波形の現像バイアスを印加することにより、かぶりや画像濃度の低下を発生することなく、がさつきのない良好な画像形成が行なえるようになった。
【００４６】
ここで、図１を用いて、本発明による現像バイアスの特徴を説明する。
【００４７】
引き戻し電圧Ｖ１をＴ１時間印加した後、現像電圧Ｖ２をＴ２時間印加し、更に非画像部のかぶりとりを考慮したＤＣバイアスに相当する電圧、即ちブランク電圧Ｖ３＝１／２・（Ｖ１＋Ｖ２）をＴ３時間印加する。このＶ３の値については、（Ｖ１＋Ｖ２）の１／２だけではなくＶ１とＶ２の間の値であれば同様の効果を得ることができる。
【００４８】
このとき、これらのバイアスの印加時間は、前述したように現像用キャリアにより、感光ドラムへの注入現象を防止し、勝つがさつきのない良好な画像を得るために下記のように設定した。
【００４９】
（Ｔ１＋Ｔ２）≦Ｔ３≦５・（Ｔ１＋Ｔ２） （秒）
【００５０】
ここで、図９を用いて現像バイアスにおける交番電界部の時間的割合Ｐ、即ち、Ｐ＝（Ｔ１＋Ｔ２）／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）と、現像ニップ通過後の感光体電位の関係について説明する。
【００５１】
図９において、横軸に現像バイアスにおける交番電界部の時間的割合Ｐをとり、縦軸に現像ニップ通過後の感光体電位をとった。
【００５２】
交番電界部の時間的割合Ｐを０〜１の間で、ふったところ、Ｐの値が、０．５を超えたあたりから、感光体電位におけるＶＤ部：非画像部電位で、例えば、−６５０Ｖに、注入帯電部材で、感光体に帯電を施した部分、又、ＶＬ部：ＶＤ部に露光を与えて、高濃度画像部に相当する電位で、例えば、−２００Ｖに調整された部分が、それぞれ現像バイアスにおけるＶ１とＶ２の平均値図９においては−５００Ｖに収束していくことが判明した。
【００５３】
図９の結果からもわかるように、現像バイアスの交番電界部に直流電圧のみからなる休止（ブランク）電圧部を設けること、特に、現像ニップ中で、実際の現像が行なわれている総時間に対し、１／２以上とることにより、現像用の磁性キャリアから感光ドラムに対して電荷注入がほとんど行なわれなくなり、その結果、かぶりや画像濃度の低下の発生を防止することが可能となった。
【００５４】
これはブランク部はＤＣ電圧であるため電荷注入が起こりにくく、交番部で電荷注入しようとする動きをブランク部で阻止する効果があるためと考えられる。
【００５５】
尚、ブランク部の電圧の絶対値を非画像部電位ＶＤの絶対値と画像部電位ＶＬの絶対値の間とすることで、画像部と非画像部との電位差が小さくなり、電荷注入防止効果は高い。
【００５６】
又、現像バイアスにおいて、このように交番電界を印加した時間の合計時間の略１倍〜５倍の時間、ＤＣ成分だけからなるバイアスを印加することの、現像特性に与える影響について考察すると、５倍以下とすることで、交番電界を印加することにより現像スリーブ上のトナーに対する揺さぶり効果が十分に得られるようになっている上に、１倍以上であることで、現像用キャリアから離れたトナーが、逆電界が、印加されることにより現像スリーブ側に引き戻される前に、感光ドラムに付着するに十分な時間が与えられることとなり、ハイライト部のがさつき防止効果が発揮できるようになったことも見てとることができる。
【００５７】
尚、図１に示した現像バイアスの他にも、図４に示すように、バイアス電圧を２組としたもの、図５に示すように、バイアス電圧を３組としたもの、即ち、バイアス電圧を複数組としたものでも上記と同様の作用効果を得ることができることが判明した。
【００５８】
次に、図２に示すような実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ａを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
【００５９】
・現像条件
現像スリーブ１１は感光体１との距離を略５００μｍに設定し、図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。つまり、図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ２ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ３ ＝２．０×１０−４ 秒
とした。従って、現像時に、現像スリーブ１１と感光体１間で発生する最大電界強度は（−１５００）／５００×１０６〔Ｖ／ｍ〕であり、帯電時に帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００６０】
かぶり濃度の評価基準は下記の表１の通りである。
【００６１】
【表１】
【００６２】
尚、かぶりは、以下の方法により求めた。ＴＯＫＹＯ ＤＥＮＳＨＯＫＵ ＣＯ．，ＬＴＤの濃度計ＴＣ−６ＤＳにより転写紙上のかぶり部と画像形成前の転写紙のそれぞれの反射濃度を求め、下記の式、
かぶり濃度（％）＝（転写紙上のかぶり部の反射濃度）−（転写紙の反射濃度）で求めた。
【００６３】
また、画像濃度についてはＸ−ｌｉｔｅ社製の濃度計９４１型を用いて転写紙上画像の反射濃度を測定した。
【００６４】
上記の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりがなく、即ち表１の評価基準でレベルＢ、画像濃度も１．４以上得られ、ハイライト部のがさつきのない良好な画像が得られた。
【００６５】
実施例２
実施例２においては、図２に示す実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ａを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶりならびに画像濃度の評価を行なった。
【００６６】
・現像条件
現像スリーブ１１は、前述実施例１と同じく、感光体１との距離を５００μｍに設定し、図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ２ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ３ ＝８．０×１０−４ 秒
とした。従って、本実施例においても、前述実施例１と同じく、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００６７】
以上の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりが殆ど無く、即ち表１の評価基準でレベルＢ、画像濃度も１．５以上得られ、ハイライト部のがさつきのない良好な画像が得られた。
【００６８】
実施例３
実施例３においては、図２に示す実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ａを用いて、以下の現像条件で、画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
【００６９】
・現像条件
現像スリーブ１１は、前述実施例１、２と同じく、感光体１との距離を５００μｍに設定し、図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図２の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ２ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ３ ＝１．６×１０−４ 秒
とした。従って、本実施例においても、前述実施例１、２と同じく、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が、帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００７０】
以上の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりが殆ど無く、即ち表１の評価基準でレベルＡ、画像濃度も１．６以上得られ、ハイライト部のがさつきのない良好な画像が得られた。
【００７１】
実施例４
実施例４においては、感光ドラムＢを下記の構成とした。即ち、上記の感光ドラムＡの製造で形成した第５層の表面層に代えて、第５層目にポリカーボネイト樹脂に表面抵抗を落とすためにＳｎＯ２ 等の低抵抗粒子を樹脂２重量部に対し、５重量部分散した２μｍの表面層を有した感光体を用いている。表面抵抗は１０９ Ωｃｍである。
【００７２】
次に、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
【００７３】
・現像条件
現像スリーブ１１は、前述実施例１、２、３と同じく感光体１との距離を５００μｍに設定し図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ２ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ３ ＝２．０×１０−４ 秒
とした。従って、本実施例においても、前述実施例１、２、３と同じく、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が、帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００７４】
以上の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりが若干あった、即ち表１の評価基準でレベルＣ、画像濃度も１．５以上得られ、ハイライト部のがらつきのない良好な画像が得られた。
【００７５】
実施例５
実施例５においては、実施例４の感光ドラムＢを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
【００７６】
・現像条件
現像スリーブ１１は、は、前述実施例１、２、３、４と同じく、感光体１との距離を５００μｍに設定し図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ、
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ２ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ３ ＝８．０×１０−４ 秒
とした。従って、本実施例においても、前述実施例１、２、３、４と同じく、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００７７】
以上の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりが若干あった、即ち表１の評価基準でレベルＣ、画像濃度も１．５以上得られ、ハイライト部のがらつきのない良好な画像が得られた。
【００７８】
比較例１
上記実施例との比較例１として、図２に示す実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ａを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶりならびに画像濃度の評価を行なった。
【００７９】
・現像条件
現像スリーブ１１は、感光体１との距離を５００μｍに設定し図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ、
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝２．５×１０−４ 秒
Ｔ２ ＝２．５×１０−４ 秒
Ｔ３ ＝０ 秒
とした。従って、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００８０】
以上の条件にて画像形成を行なったところ、かぶりがあり、即ち、表１の評価基準でレベルＤ、画像濃度は１．０しか得られず、ハイライト部はややがさつきのある低品位な画像しか得られなかった。
【００８１】
実施例６
上記実施例との比較例２として、図２に示す実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ｂを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶりならびに画像濃度の評価を行なった。
【００８２】
・現像条件
現像スリーブ１１は、感光体１との距離を５００μｍに設定し図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ、
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ、
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ２ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ３ ＝１．１×１０−３ 秒
とした。従って、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００８３】
以上の条件にて画像形成を行なったところ、かぶりはほとんどなかった、即ち、表１の評価基準でレベルＡであったが、画像濃度は０．８で、ハイライト部はややがさつきがあった。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、注入帯電方式で、且つ、かぶりや濃度低下を発生することなく２成分接触現像を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った現像バイアス電圧の波形を示す波形図である。
【図２】本発明が具現化される画像形成装置を示す概略構成図である。
【図３】図２の画像形成装置の帯電器を示す構成図である。
【図４】本発明に従った他の現像バイアス電圧の波形を示す波形図である。
【図５】本発明に従った更に他の現像バイアス電圧の波形を示す波形図である。
【図６】従来の画像形成装置の一例を示す構成図である。
【図７】図２の画像形成装置の露光装置を示す構成図である。
【図８】図２の画像形成装置の現像装置を示す構成図である。
【図９】現像バイアスにおける交番電界部の比率と、感光体表面電位の関係を示す図である。
【図１０】注入帯電の説明図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム（像担持体）
３ 帯電装置（接触帯電部材）
４ 現像装置
１１ 現像スリーブ（現像剤担持体）
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、プリンタ等の画像形成装置に関し、特には、像担持体上の静電潜像を２成分現像剤で現像する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来の画像形成装置の一例の断面図を示す。
【０００３】
同図において、まず、原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を下側にしてセットする。次にコピーボタンを押すことにより複写が開始される。原稿照射用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーが一体に構成されたユニット９が原稿を照射しながら走査することにより、その照明走査光の原稿面反射光が、短焦点レンズアレイによって結像されてＣＣＤセンサーに入射される。
【０００４】
ＣＣＤセンサーは受光部、転送部、出力部より構成されており、ＣＣＤ受光部において光信号が電荷信号に変えられ、転送部でクロックパルスに同期して順次出力部へ転送され、出力部において電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。このようにして得られたアナログ信号を周知の画像処理を行なってデジタル信号に変換してプリンター部に送る。
【０００５】
プリンター部においては、上記の画像信号を受けて以下のようにして静電潜像を形成する。感光ドラム１は、中心支軸を中心に所定の周速度で矢印方向に回転駆動され、その回転過程にて帯電器３により約−６５０Ｖになるように一様な帯電処理を受け、その一様帯電された表面上を画像信号に対応してＯＮ、ＯＦＦ発光される固体レーザー素子の光を高速で回転する回転多面鏡によって走査することにより、感光ドラム１面には原稿画像に対応した静電潜像が順次に形成されていく。
【０００６】
ここで現像工程について説明する。一般的に現像方法は、非磁性トナーについては、ブレード等でスリーブ上にコーティングし、磁性トナーについては、磁気力によってコーティングして搬送し、感光ドラムに対して非接触状態で現像する２つの方法（１成分非接触現像）と、上記のようにしてコーティングしたトナーを感光ドラムに対して磁性キャリアを混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送し、感光ドラムに対して接触状態で現像する方法（２成分接触現像）と上記の２成分現像剤を非接触状態にして現像する方法（２成分非接触現像）の４種類に大別される。
【０００７】
上記の４つの現像方法のなかで、高解像度でかつ中間調が得易いことからトナー粒子と磁性キャリアを混合したものを現像剤として用い、感光ドラムに対して接触状態で現像する２成分接触現像法を用いている。
【０００８】
この場合、キャリアとしては過帯電防止、現像電極効果から体積抵抗率１０６〜１０１０Ωｃｍのものを用い、更に、現像電界に交番電界を用い現像効率、画像品位を向上させている。
【０００９】
また、近年環境意識の高まりとともにコロナ放電を用いない帯電方法として直接帯電部材が使用されるようになってきた。特に注入帯電方式が感光体を帯電する際に放電量が極めて少ない方式で非常に優れている。注入帯電方式とは、感光体表面材質の持つトラップ電位に注入帯電部材で電荷を注入して帯電を行なうもの、あるいは、感光体表面に導電性粒子を分散させた電荷注入層を設け、この導電性粒子に対して注入帯電部材で電荷を充電して帯電を行なうものである。
【００１０】
この注入帯電は注入帯電部材に印加するバイアスに交番電圧を重畳すると帯電効率が良化し、接触帯電部材の長寿命化を達成し得ることがわかっている。又、重畳する交番電界としては、ピークｔｏピーク電圧、即ちＶｐｐが５００Ｖ以上、特には７００Ｖ以上、周波数が、３００〜５０００Ｈｚ、好ましくは５００〜２０００Ｈｚのものが好適である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように注入帯電と交番現像電界を用いる２成分接触現像を採用した装置では、画像にかぶりや濃度低下が発生するという問題が生じた。
【００１２】
そこで、本発明者らは、上記のかぶりならびに画像濃度の低下が発生する現象について様々な検討を行なった結果、これらの現象は、感光ドラムに対して、現像時に磁性キャリアから電荷が注入され静電潜像の電位が変わってしまうことにより発生することが判明した。
【００１３】
詳述すると、体積抵抗率が、１０１０Ω・ｃｍ以下、体積平均粒径が略１００μｍ以下、好ましくは１５〜５０μｍのフェライト等の磁性粒子をマグネットを内包した帯電用スリーブに対し、帯電用スリーブ表面の単位面積（１ｃｍ２）あたり１００ｍｇ以上、ただし、上述磁性粒子の比重が５．０であるとき、即ち、１００ｍｇ／ｃｍ２以上のコート状態で担持し、感光ドラムに対し、前記帯電用スリーブを略５００μｍの間隔を保って摺擦しながら、帯電させた目標電位に略等しい直流電圧にＶｐｐ＝５００Ｖ以上、好ましくは７００Ｖ以上で、周波数Ｖｆ＝３００〜５０００Ｈｚ、好ましくは５００〜２０００Ｈｚの交番電圧を重畳したバイアスを印加することによって感光ドラムを帯電することができるような装置では、体積抵抗率が、１０６〜１０１０Ω・ｃｍ程度の磁性キャリアを用い感光体に、これらの磁性キャリアを直接接触させて現像を行なう２成分接触現像においても、注入帯電と同様の電荷注入現象が発生する場合があることがわかった。
【００１４】
又、これは、現像時に現像スリーブ−感光ドラム間に発生する、最大電界強度Εｍａｘ−Ｄｅ＝｛−１０００＋（−５００）｝／５００×１０−６＝−３．０×１０６〔Ｖ／ｍ〕
が、注入帯電時に注入帯電用スリーブ−感光ドラム間に発生する最大電界強度Εｍａｘ−ｃｈ＝｛−３５０＋（−６５０）｝／５００×１０−６＝−２．０×１０６〔Ｖ／ｍ〕
よりも大きくなってしまっていることも原因の１つと考えられる。
【００１５】
従って注入帯電用の感光ドラムに体積抵抗率が１０６〜１０１０Ω・ｃｍ程度の磁性キャリアを有する２成分現像剤にＶｐｐが５００Ｖ以上、周波数が２０００Ｈｚ程度の交番電界を重畳して反転現像を行なおうとすると、現像部において現像用の磁性キャリアが感光ドラムに対して電荷注入が行なわれるため、白地部（感光ドラムに一様帯電した後、露光しなかった部分）、黒字部（感光ドラムに一様帯電した後、露光した部分）共に、その電位が現像スリーブに印加している電圧のＤＣ成分に収束するようになる。このため、白地部と現像スリーブの電位差が減少し、かぶりが発生するとともに、黒字部と現像スリーブの電位差も減少することから画像濃度が低下してしまうことを見出した。
【００１６】
上述の従来例の説明においては、現像方式としては反転現像方式についてのみ説明したが、このような問題は反転現像方式特有のものではなく、正規現像方式を用いた場合に同様に発生することも本発明者等の研究により判明した。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明は、注入帯電可能な像担持体と、振動成分を有する電圧が印加され感光体を注入帯電する注入帯電部材と、トナーとキャリアを有する２成分現像剤を現像剤担持体に担持して像担持体に接触させ、且つ、交番する現像電界下で現像を行なう現像手段と、を有する現像装置において、
前記キャリアの体積抵抗率は１０６〜１０１０Ωｃｍで、現像電界は交番部と休止部が繰り返してなり、
前記休止部の時間は交番周期の１〜５倍であり、
前記休止部の前記現像剤担持体の電位の絶対値は、前記像担持体の画像部の電位の絶対値より大きく、非画像部の電位の絶対値より小さいことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の実施例の画像形成装置の断面図である。
【００１９】
尚、図６に示した装置と同一部材には同一番号を符して説明は省略する。
【００２０】
図７は、前記の装置においてレーザー光を走査するレーザー走査部１００の概略構成を示すものである。このレーザー走査部１００によりレーザー光を走査する場合には、まず入力された画像信号に基づき発光信号発生器１０１により、固体レーザー素子１０２を所定タイミングで明滅させる。そして固体レーザー素子１０２から放射されたレーザー光は、コリメーターレンズ系１０３により略平行な光束に変換され、更に矢印Ｂ方向に回転する回転多面鏡１０４により矢印Ｃ方向に走査されると共にｆθレンズ群１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃにより感光ドラム１等の被走査面１０６にスポット状に結像される。このようなレーザー光の走査により被走査面１０６上には画像一走査分の露光分布が形成され、更に各走査毎に被走査面１０６を前記走査方向とは垂直に所定量だけスクロールさせれば、被走査面１０６上に画像信号に応じた露光分布が得られる。
【００２１】
現像装置４は、図８に示すように現像剤容器１６を備え、この現像剤容器１６の内部は隔壁１７によって現像室（第１室）Ｒ１と撹拌室（第２室）Ｒ２とに区画され、トナー貯蔵室Ｒ３内には補給用トナー（非磁性トナー）１８が収容されている。なお、トナー貯蔵室Ｒ３の底部には補給口２０が設けられ、消費されたトナーに見合った量の補給用トナー１８が補給口２０を経て撹拌室Ｒ２内に落下補給される。
【００２２】
これに対し現像室Ｒ１及び撹拌室Ｒ２内には現像剤１９が収容されている。現像剤１９は、前述したように非磁性トナーと磁性粒子（キャリア）とを有する２成分現像剤である。なお、混合比は重量比で非磁性トナーが約４〜１０％である。非磁性トナーは約５〜１５μｍの体積平均粒径を有する。また、磁性粒子は樹脂コーティングされたフェライト粒子（最大磁化６０ｅｍｕ／ｇ）からなり、その重量平均粒径は２５〜６０μｍであり、その抵抗値は１０６ 〜１０１０Ω・ｃｍの値を示す。また、磁性粒子の透磁率は約５．０である。
【００２３】
現像剤容器１６の感光ドラム１に近接する部位には開口部が設けられ、該開口部から現像スリーブ１１が外部に半周分突出し、現像剤容器１６内に回転可能に組込まれている。現像スリーブ１１の外径寸法は３２ｍｍであり、その周速は２８０ｍｍ／ｓｅｃで、図中矢印の方向に回転される。現像スリーブ１１は感光ドラム１との間隔が５００μｍになるように配置されている。現像スリーブ１１は非磁性体からなり、その内部には磁界発生手段である磁石１２が固定されている。
【００２４】
磁石１２は現像磁極Ｓ１とその下流に位置する磁極Ｎ３と現像剤を搬送するための磁極Ｎ２、Ｓ２、Ｎ１とを有する。磁石１２は現像磁極Ｓ１が感光ドラム１に対向するように現像スリーブ１１内に配置されている。現像磁極Ｓ１は、現像スリーブ１１と感光ドラム１との間の現像部の近傍に磁界を形成し、該磁界によって磁気ブラシが形成される。
【００２５】
現像スリーブ１１の上方にはブレード１５が現像スリーブ１１と８００μｍの間隔をおいて現像剤容器１６に固定され、現像スリーブ１１上の現像剤１９の層厚を規制する。ブレード１５はアルミニウム、ＳＵＳ３１６などの非磁性材料からなる。
【００２６】
現像室Ｒ１内には搬送スクリュー１３が収容されている。搬送スクリュー１３は図中の矢印が示す方向に回転され、該搬送スクリュー１３の回転駆動によって現像室Ｒ１内の現像剤１９は現像スリーブ１１の長手方向に向けて搬送される。
【００２７】
貯蔵室Ｒ２内には搬送スクリュー１４が収容されている。搬送スクリュー１４はその回転によってトナーを現像スリーブ１１の長手方向に沿って搬送し、そのトナーは補給口２０から撹拌室Ｒ２内に自由落下する。
【００２８】
現像スリーブ１１は磁極Ｎ２近傍の位置で現像剤を担持し、現像スリーブ１１の回転に伴い現像剤１９が現像部に向けて搬送される。現像剤１９が現像部近傍に到達すると現像剤１９の磁性粒子が磁極Ｓ１の磁気力で連なりながら現像スリーブ１１から立ち上がり、現像剤１９の磁気ブラシが形成される。 図３に帯電器３を示す。
【００２９】
尚、注入帯電とは、帯電部材から被帯電部材へ直接電荷注入を行ないながら帯電する方式で、帯電部材に印加したバイアスとほぼ１：１で立ち上がる表面電位が、被帯電部材表面に得られる。
【００３０】
下図にも示すように従来のローラー帯電等の接触帯電では、放電による被帯電部材への帯電であるため、帯電部材に印加したバイアスと、被帯電部材表面に表れる表面電位との間に差分が生じる。（通常約６００Ｖ）
【００３１】
これに対し、注入帯電では、図からもわかるように帯電部材に印加したバイアスと、被帯電部材表面に表れる電位の差は、前述のようにほぼＯＶか、２００Ｖ以下、特に好ましくは１００Ｖ以下である。
【００３２】
帯電器３は容器３４の中に、固定されたマグネット３２を内包したスリーブ３１に注入帯電用の帯電用磁性粒子３５を規制部材３３でコーティングし、感光体１との接触部において感光体１の移動方向とは逆方向にスリーブ３１が移動するように接触摺擦しながら、スリーブ３１を回転させる。又、スリーブ３１と感光体１との距離は略５００μｍとなるよう構成した。
【００３３】
ところで帯電用磁性粒子３５は、
・樹脂とマグネタイト等の磁性粉体を混練して粒子に成型したもの、もしくはこれに抵抗値調節のために導電カーボン等を混ぜたもの、
・焼結したマグネタイト、フェライト、もしくはこれらを還元または酸化処理して抵抗値を調節したもの、
・上記の磁性粒子を抵抗調整したコート材（フェノール樹脂にカーボンを分散したもの等）でコートまたはＮｉ等の金属でメッキ処理して抵抗値を適当な値にしたもの、等が考えられる。
【００３４】
これら帯電用磁性粒子３５の抵抗値としては、高すぎると感光体に電荷が均一に注入できず、微小な帯電不良によるカブリ画像となってしまう。低すぎると感光体表面にピンホールがあったとき、ピンホールに電流が集中して帯電電圧が降下し、感光体表面を帯電することができず、帯電ニップ状の帯電不良となる。よって磁性粒子の抵抗値としては、１×１０２ 〜１×１０１０Ωのものが、好ましくは、感光ドラムにピンホールのようなものが存在することを考慮すると１×１０６ Ω以上が望ましい。帯電磁性粒子の抵抗値は、電圧が印加できる金属セル（低面積２２８ｍｍ２ ）に帯電磁性粒子を２ｇ入れた後加重し、電圧を１００Ｖ印加して測定した。
【００３５】
帯電用磁性粒子の磁気特性としては、ドラムへの帯電用磁性粒子付着を防止するために磁気拘束力を高くする方がよく、飽和磁化が１００（ｅｍｕ／ｃｍ３ ）以上が望ましい。
【００３６】
実際に、本実施例で用いた帯電用磁性粒子は、平均粒径が３０μｍで、抵抗値が１×１０６ Ω、飽和磁化が２００（ｅｍｕ／ｃｍ３ ）であった。
【００３７】
帯電用スリーブ３１に対してバイアス−６５０ＶにＶｐｐ＝７００Ｖ，Ｖｆ＝１０００ＨｚのＳｉｎ波からなる交番電界を重畳したバイアスを印加することによって、感光体１は一様に−６５０Ｖに帯電する。あとは従来例で説明したような工程で画像を形成する。従って、帯電時に帯電用スリーブ３１と感光体１間で、発生する最大電界強度は、｛−３５０＋（−６５０）｝／５００×１０−６＝−２．０×１０−６〔Ｖ／ｍ〕である。
【００３８】
帯電器３はコロナ帯電器を用いてもよいが、注入帯電方式は感光体を帯電する際に放電量が極めて少ない方式で感光体表面の状態を放電生成物等による汚染を押さえる、非常に優れた方式である。
【００３９】
次に、本実施例における感光ドラムについて説明する。
【００４０】
・感光ドラムＡについて
φ３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体に第１層として下引き層が設けられ、露光の反射によるモアレの発生を防止するための厚さ２０μｍの導電層とされている。第２層は正電荷注入防止層であり、ドラム基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって体積抵抗率１０６ Ω・ｃｍ程度に抵抗調整された厚さ約０．１μｍの中抵抗層である。第３層は電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂分散した厚さ約０．３μｍの層で、露光によって正負の電荷対を発生する。第４層は電荷輸送層であり、ポリカーボネイト樹脂にヒドラゾンを分散したもので、ｐ型の半導体である。第５層はポリカーボネイト樹脂に表面抵抗率を落とすためにＳｎＯ２ 等の低抵抗粒子を樹脂３重量部に対し、５重量部分散した２μｍの表面層である。その表面層の体積抵抗率は１０１３Ω・ｃｍである。表面抵抗率をこのようにコントロールすることにより直接帯電性が向上し高品位な画像を得ることができる。感光体はＯＰＣに限らずａ−Ｓｉドラムでも実現でき、さらに高耐久化を実現できる。
【００４１】
この第４層は、画像形成時に感光ドラムに与えられるマイナス電荷に対しては、体積抵抗率に換算して１０１６Ω・ｃｍ以上の絶縁性を示す。従って、本発明の特徴の１つである第５層とは、電気物性的に違いがありその関係は体積抵抗率で見ると第４層＞第５層の関係になる。
【００４２】
ここで表面層の体積抵抗率は、金属の電極を２００μｍの間隔で配し、その間に表面層の調合液を流入して成膜させ、電極間に電圧を１００Ｖ印加して測定した値である。測定は温度２３℃、湿度５０％ＲＨの条件下で測定した値である。
【００４３】
次に、本発明の最も特徴たる部分について説明する。本発明者等は、注入帯電用の像担持体、特には、表面層の体積抵抗率が１０９〜１０１４Ω・ｃｍ程度に調整された像担持体である感光ドラム、及び体積抵抗率が１０６〜１０１０Ω・ｃｍ程度の２成分現像剤を用いた現像装置を備えた画像形成装置において、現像時に白地部と現像スリーブの電位差が減少してかぶりが発生すると共に、黒字部と現像スリーブの電位差も減少して画像濃度が低下するといった問題を解消できるような現像バイアスを見出した。
【００４４】
即ち、本発明者等の検討によれば、現像スリーブに印加する現像バイアスを、交番電界部と、交番電界を印加した時間の合計時間の略１〜５倍の時間、ＤＣ成分だけからなる直流電界部が、交互に含まれるようなバイアスとすることにより上述のような問題を回避できることが判明した。
【００４５】
例えば、現像スリーブ１１と感光ドラム１との間に図１に示す波形の現像バイアスを印加することにより、かぶりや画像濃度の低下を発生することなく、がさつきのない良好な画像形成が行なえるようになった。
【００４６】
ここで、図１を用いて、本発明による現像バイアスの特徴を説明する。
【００４７】
引き戻し電圧Ｖ１をＴ１時間印加した後、現像電圧Ｖ２をＴ２時間印加し、更に非画像部のかぶりとりを考慮したＤＣバイアスに相当する電圧、即ちブランク電圧Ｖ３＝１／２・（Ｖ１＋Ｖ２）をＴ３時間印加する。このＶ３の値については、（Ｖ１＋Ｖ２）の１／２だけではなくＶ１とＶ２の間の値であれば同様の効果を得ることができる。
【００４８】
このとき、これらのバイアスの印加時間は、前述したように現像用キャリアにより、感光ドラムへの注入現象を防止し、勝つがさつきのない良好な画像を得るために下記のように設定した。
【００４９】
（Ｔ１＋Ｔ２）≦Ｔ３≦５・（Ｔ１＋Ｔ２） （秒）
【００５０】
ここで、図９を用いて現像バイアスにおける交番電界部の時間的割合Ｐ、即ち、Ｐ＝（Ｔ１＋Ｔ２）／（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）と、現像ニップ通過後の感光体電位の関係について説明する。
【００５１】
図９において、横軸に現像バイアスにおける交番電界部の時間的割合Ｐをとり、縦軸に現像ニップ通過後の感光体電位をとった。
【００５２】
交番電界部の時間的割合Ｐを０〜１の間で、ふったところ、Ｐの値が、０．５を超えたあたりから、感光体電位におけるＶＤ部：非画像部電位で、例えば、−６５０Ｖに、注入帯電部材で、感光体に帯電を施した部分、又、ＶＬ部：ＶＤ部に露光を与えて、高濃度画像部に相当する電位で、例えば、−２００Ｖに調整された部分が、それぞれ現像バイアスにおけるＶ１とＶ２の平均値図９においては−５００Ｖに収束していくことが判明した。
【００５３】
図９の結果からもわかるように、現像バイアスの交番電界部に直流電圧のみからなる休止（ブランク）電圧部を設けること、特に、現像ニップ中で、実際の現像が行なわれている総時間に対し、１／２以上とることにより、現像用の磁性キャリアから感光ドラムに対して電荷注入がほとんど行なわれなくなり、その結果、かぶりや画像濃度の低下の発生を防止することが可能となった。
【００５４】
これはブランク部はＤＣ電圧であるため電荷注入が起こりにくく、交番部で電荷注入しようとする動きをブランク部で阻止する効果があるためと考えられる。
【００５５】
尚、ブランク部の電圧の絶対値を非画像部電位ＶＤの絶対値と画像部電位ＶＬの絶対値の間とすることで、画像部と非画像部との電位差が小さくなり、電荷注入防止効果は高い。
【００５６】
又、現像バイアスにおいて、このように交番電界を印加した時間の合計時間の略１倍〜５倍の時間、ＤＣ成分だけからなるバイアスを印加することの、現像特性に与える影響について考察すると、５倍以下とすることで、交番電界を印加することにより現像スリーブ上のトナーに対する揺さぶり効果が十分に得られるようになっている上に、１倍以上であることで、現像用キャリアから離れたトナーが、逆電界が、印加されることにより現像スリーブ側に引き戻される前に、感光ドラムに付着するに十分な時間が与えられることとなり、ハイライト部のがさつき防止効果が発揮できるようになったことも見てとることができる。
【００５７】
尚、図１に示した現像バイアスの他にも、図４に示すように、バイアス電圧を２組としたもの、図５に示すように、バイアス電圧を３組としたもの、即ち、バイアス電圧を複数組としたものでも上記と同様の作用効果を得ることができることが判明した。
【００５８】
次に、図２に示すような実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ａを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
【００５９】
・現像条件
現像スリーブ１１は感光体１との距離を略５００μｍに設定し、図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。つまり、図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ２ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ３ ＝２．０×１０−４ 秒
とした。従って、現像時に、現像スリーブ１１と感光体１間で発生する最大電界強度は（−１５００）／５００×１０６〔Ｖ／ｍ〕であり、帯電時に帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００６０】
かぶり濃度の評価基準は下記の表１の通りである。
【００６１】
【表１】
尚、かぶりは、以下の方法により求めた。ＴＯＫＹＯ ＤＥＮＳＨＯＫＵ ＣＯ．，ＬＴＤの濃度計ＴＣ−６ＤＳにより転写紙上のかぶり部と画像形成前の転写紙のそれぞれの反射濃度を求め、下記の式、
かぶり濃度（％）＝（転写紙上のかぶり部の反射濃度）−（転写紙の反射濃度）で求めた。
【００６３】
また、画像濃度についてはＸ−ｌｉｔｅ社製の濃度計９４１型を用いて転写紙上画像の反射濃度を測定した。
【００６４】
上記の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりがなく、即ち表１の評価基準でレベルＢ、画像濃度も１．４以上得られ、ハイライト部のがさつきのない良好な画像が得られた。
【００６５】
実施例２
実施例２においては、図２に示す実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ａを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶりならびに画像濃度の評価を行なった。
【００６６】
・現像条件
現像スリーブ１１は、前述実施例１と同じく、感光体１との距離を５００μｍに設定し、図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ２ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ３ ＝８．０×１０−４ 秒
とした。従って、本実施例においても、前述実施例１と同じく、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００６７】
以上の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりが殆ど無く、即ち表１の評価基準でレベルＢ、画像濃度も１．５以上得られ、ハイライト部のがさつきのない良好な画像が得られた。
【００６８】
実施例３
実施例３においては、図２に示す実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ａを用いて、以下の現像条件で、画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
【００６９】
・現像条件
現像スリーブ１１は、前述実施例１、２と同じく、感光体１との距離を５００μｍに設定し、図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図２の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ２ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ３ ＝１．６×１０−４ 秒
とした。従って、本実施例においても、前述実施例１、２と同じく、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が、帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００７０】
以上の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりが殆ど無く、即ち表１の評価基準でレベルＡ、画像濃度も１．６以上得られ、ハイライト部のがさつきのない良好な画像が得られた。
【００７１】
実施例４
実施例４においては、感光ドラムＢを下記の構成とした。即ち、上記の感光ドラムＡの製造で形成した第５層の表面層に代えて、第５層目にポリカーボネイト樹脂に表面抵抗を落とすためにＳｎＯ２ 等の低抵抗粒子を樹脂２重量部に対し、５重量部分散した２μｍの表面層を有した感光体を用いている。表面抵抗は１０９ Ωｃｍである。
【００７２】
次に、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
【００７３】
・現像条件
現像スリーブ１１は、前述実施例１、２、３と同じく感光体１との距離を５００μｍに設定し図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ２ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ３ ＝２．０×１０−４ 秒
とした。従って、本実施例においても、前述実施例１、２、３と同じく、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が、帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００７４】
以上の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりが若干あった、即ち表１の評価基準でレベルＣ、画像濃度も１．５以上得られ、ハイライト部のがらつきのない良好な画像が得られた。
【００７５】
実施例５
実施例５においては、実施例４の感光ドラムＢを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶり並びに画像濃度の評価を行なった。
【００７６】
・現像条件
現像スリーブ１１は、は、前述実施例１、２、３、４と同じく、感光体１との距離を５００μｍに設定し図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ、
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ２ ＝８．０×１０−５ 秒
Ｔ３ ＝８．０×１０−４ 秒
とした。従って、本実施例においても、前述実施例１、２、３、４と同じく、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００７７】
以上の現像条件にて画像形成を行なったところ、かぶりが若干あった、即ち表１の評価基準でレベルＣ、画像濃度も１．５以上得られ、ハイライト部のがらつきのない良好な画像が得られた。
【００７８】
比較例１
上記実施例との比較例１として、図２に示す実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ａを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶりならびに画像濃度の評価を行なった。
【００７９】
・現像条件
現像スリーブ１１は、感光体１との距離を５００μｍに設定し図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ、
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝２．５×１０−４ 秒
Ｔ２ ＝２．５×１０−４ 秒
Ｔ３ ＝０ 秒
とした。従って、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００８０】
以上の条件にて画像形成を行なったところ、かぶりがあり、即ち、表１の評価基準でレベルＤ、画像濃度は１．０しか得られず、ハイライト部はややがさつきのある低品位な画像しか得られなかった。
【００８１】
実施例６
上記実施例との比較例２として、図２に示す実施形態の画像形成装置に上述の感光体Ｂを用いて、以下の現像条件で画像形成を行ない、転写紙上のかぶりならびに画像濃度の評価を行なった。
【００８２】
・現像条件
現像スリーブ１１は、感光体１との距離を５００μｍに設定し図示しない電源から図１に示したような波形の直流電圧及び交流電圧を印加した。トナーの帯電極性はマイナスとした。図１の波形図にて、
非画像部表面電位ＶＤ ＝−６５０Ｖ、
高濃度画像部表面電位ＶＬ ＝−２００Ｖ、
引き戻し電圧Ｖ１ ＝＋５００Ｖ、
現像電圧Ｖ２ ＝−１５００Ｖ、
ブランク電圧Ｖ３ ＝−５００Ｖ、
の条件で、Ｔ１ 、Ｔ２ 、Ｔ３ は、
Ｔ１ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ２ ＝１．０×１０−４ 秒
Ｔ３ ＝１．１×１０−３ 秒
とした。従って、現像スリーブ１１と感光体１間に発生する最大電界強度が帯電用スリーブ３１と感光体１間で発生する最大電界強度よりも大きくなっている。
【００８３】
以上の条件にて画像形成を行なったところ、かぶりはほとんどなかった、即ち、表１の評価基準でレベルＡであったが、画像濃度は０．８で、ハイライト部はややがさつきがあった。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、注入帯電方式で、且つ、かぶりや濃度低下を発生することなく２成分接触現像を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った現像バイアス電圧の波形を示す波形図である。
【図２】本発明が具現化される画像形成装置を示す概略構成図である。
【図３】図２の画像形成装置の帯電器を示す構成図である。
【図４】本発明に従った他の現像バイアス電圧の波形を示す波形図である。
【図５】本発明に従った更に他の現像バイアス電圧の波形を示す波形図である。
【図６】従来の画像形成装置の一例を示す構成図である。
【図７】図２の画像形成装置の露光装置を示す構成図である。
【図８】図２の画像形成装置の現像装置を示す構成図である。
【図９】現像バイアスにおける交番電界部の比率と、感光体表面電位の関係を示す図である。
【図１０】注入帯電の説明図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム（像担持体）
３ 帯電装置（接触帯電部材）
４ 現像装置
１１ 現像スリーブ（現像剤担持体）
Claims (5)
- 注入帯電可能な像担持体と、振動成分を有する電圧が印加され感光体を注入帯電する注入帯電部材と、トナーとキャリアを有する２成分現像剤を現像剤担持体に担持して像担持体に接触させ、且つ、交番する現像電界下で現像を行なう現像手段と、を有する現像装置において、
前記キャリアの体積抵抗率は１０６〜１０１０Ωｃｍで、現像電界は交番部と休止部が繰り返してなり、
前記休止部の時間は交番周期の１〜５倍であり、
前記休止部の前記現像剤担持体の電位の絶対値は、前記像担持体の画像部の電位の絶対値より大きく、非画像部の電位の絶対値より小さいことを特徴とする画像形成装置。 - 前記交番部は複数回交番することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
- 前記注入帯電部材は、前記像担持体と接触する磁性粒子の穂を有することを特徴とする請求項１または２の画像形成装置。
- 現像部の最大電界強度は帯電部の最大電界強度以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記像担持体は、感光体と、感光体上に設けられ体積抵抗率１０９〜１０１４ｃｍの表面層を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
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