JPH10240018A

JPH10240018A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH10240018A
Application number: JP9058299A
Authority: JP
Inventors: Migaku Fukuhara; 琢福原; Shigeru Inaba; 繁稲葉; Yutaka Kanai; 豊金井
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-02-26
Filing date: 1997-02-26
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現
像剤を用い、現像ロール上に磁気ブラシを形成しながら
像担持体上の潜像を現像する画像形成装置において、画
像濃度の変動を防止するとともに、現像バイアス電圧下
での微小リーク電流による白抜けの発生を防止する。【解決手段】現像ロール３１と像担持体１との間に交
流に直流を重畳した現像バイアス電圧を印加する。その
際、直流成分と潜像の露光部の電位との差である現像コ
ントラストを、該現像コントラストの上昇に対して現像
トナー量がほとんど増加しない飽和領域に設定する。ま
た、現像ロール３１と像担持体１との間に流れる電流を
検知する微小電流検知装置８を設け、パルス状の微小リ
ーク電流が検知されたときに、制御手段９により現像バ
イアス電位の直流成分を低減する。これにより、環境の
変化によりトナーの帯電量が変動してもほぼ一定の濃度
の画像が得られるとともに、白抜けの発生が防止され
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、像担持体上に静電
潜像を形成し、これにトナーを選択的に付着して可視像
とした後、記録媒体に転写する画像形成装置に係り、具
体的にはトナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像
剤を用い、現像装置内の現像剤担持体上に磁気ブラシを
形成しながら現像を行う、いわゆる二成分磁気ブラシ現
像方式を利用した画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られている画像形成装置で
は、像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をト
ナーの付着によって可視化する。そして、像担持体上に
形成されたトナー像を記録媒体に転写し、定着すること
によって記録画像を得る。例えば電子写真式の画像形成
装置においては、表面に感光体層を有する像担持体を均
一に帯電する帯電工程、帯電された像担持体表面に像光
を照射することで静電潜像を形成する露光工程、該静電
潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像工
程、該トナー像を記録媒体に転写する転写工程、該記録
媒体上のトナー像を定着する定着工程、及び前記転写工
程後の像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニ
ング工程によって画像が形成される。

【０００３】また、最近では、画像情報に応じて強度変
調及びパルス幅変調された光ビームで像担持体を走査す
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広く採用さ
れており、特に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。このようなフルカラーディジタル画像
形成装置においては、例えば入力信号がイエロー、マゼ
ンタ、シアン、ブラックの４色の画像信号に変換され、
この各画像信号に対応した光ビームが像担持体に照射さ
れて表面に静電潜像が形成される。像担持体上に形成さ
れた静電潜像は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラッ
クの４色の現像装置により順次現像され、転写部におい
て記録媒体に転写されて４色のトナー像が重ね合わさ
れ、定着装置により定着されてフルカラーの画像が形成
される。

【０００４】上記のような画像形成装置における現像方
式としては、キャリアとトナーよりなる二成分現像剤を
用いた二成分磁気ブラシ現像方式が、安定した現像濃度
や帯電性能が得られる点で一成分現像方式等の他の方式
よりも有利であり、広く利用されている。

【０００５】このような二成分磁気ブラシ現像方式で
は、二成分現像剤を磁気的に吸着した磁気ブラシを表面
に担持しながら搬送する現像剤担持体が備えられ、この
現像剤担持体の回転により磁気ブラシを像担持体と対向
する現像領域に搬送する。そして、現像剤担持体に現像
バイアス電位が印加されることによって、現像電界内で
二成分現像剤中のトナーが像担持体上の静電潜像に転移
し、潜像が可視化されるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記二成分磁
気ブラシ現像方式を用いる画像形成装置では、以下に示
すような問題点がある。現像剤担持体に印加する現像バ
イアス電位と像担持体の露光部電位との差であるコント
ラスト電位に対する現像トナー量は、図９に示すよう
に、およそ線形な特性を持ち、この傾きは主にトナーの
帯電量に依存していることは知られている。

【０００７】例えば、トナーの帯電量が低い場合、現像
トナー量曲線の傾きは大きくなり、トナーの帯電量が高
い場合と比較して同一のコントラスト電位では現像トナ
ー量が多くなる。したがって、温度・湿度等の環境の変
化や、経時変化などによりトナーの帯電量が変化する
と、現像トナー量が変動し、画像濃度が変動してしま
う。このため、特に中間調画像が良好に再現できないと
いった問題がある。また、像担持体の感度が経時的もし
くは環境により変化すると、その変化によりコントラス
ト電位が変化し、現像トナー量が変動してしまうという
問題もある。

【０００８】本発明は、上記のような問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、環境や経時変化による
トナー帯電量の変化や像担持体の電位変動に対しても現
像トナー量が安定であり、長期にわたり安定で良好な中
間調再現を可能とする画像形成装置を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、帯電電位の差による静
電潜像が形成される像担持体と、この像担持体をほぼ
一様に帯電する帯電装置と、前記帯電装置によってほ
ぼ一様に帯電された像担持体に像光を照射して静電潜像
を形成する像露光装置と、前記像担持体と対向するよ
うに配置された現像剤担持体上に、トナーと磁性キャリ
アとが混合された二成分現像剤の層を形成し、この現像
剤層からトナーを前記像担持体に転移して前記静電潜像
を可視化する現像装置とを有し、前記現像装置が有す
る現像剤担持体には、交流に直流を重畳した現像バイア
ス用の電位を印加し、この現像剤担持体と前記像担持体
との間に形成される交番電界内で前記トナーを転移させ
る画像形成装置において、前記磁性キャリアは、抵抗率
が１０⁸ Ω・ｃｍ以下のものが用いられ、前記現像バ
イアス用の電位の直流成分Ｖbiasと前記静電潜像の露光
部の電位Ｖl との電位差である現像コントラストＶs
は、該現像コントラストＶs の上昇に対して現像トナー
量がほとんど増加しない飽和領域に設定されており、
前記像担持体と前記現像剤担持体との間に流れる電流を
検知する微少電流検知手段と、前記微少電流検知手段
がパルス状の微少リーク電流を検知したときに、前記現
像バイアス用電位の直流成分Ｖbiasを低減する制御手段
とを備えるものとする。

【００１０】上記画像形成装置では、現像バイアス用の
電位の直流成分Ｖbiasと静電潜像の露光部の電位Ｖl と
の電位差である現像コントラストＶs は、該現像コント
ラストＶs の上昇に対して現像トナー量がほとんど増加
しない飽和領域に設定されているが、これを具体的に図
１０を用いて説明する。図１０に示すように、現像コン
トラストＶs が上昇すると現像トナー量は増加していく
が、ある現像コントラストＶsa以上で現像トナー量がほ
とんど増加しない飽和領域に到達することがわかる。す
なわち上記現像コントラストＶs の設定は、この飽和領
域を利用するものであり、言い換えると、現像トナー量
が飽和状態となる領域に該現像コントラストＶs が入る
ように現像バイアス用の電位の直流成分Ｖbiasおよび静
電潜像の露光部の電位Ｖl を設定することである。これ
により、温度・湿度等の環境の変化によりトナーの帯電
量が変動しても、図１０に示す現像量曲線の飽和状態に
至る傾きが変化するだけで、現像トナー量に変化は生じ
ない。また、像担持体の電位が変動しても、現像トナー
量は飽和領域にあるので、現像量の変化はない。このた
め、環境の変化や像担持体の電位変動に対しても、現像
濃度の変動のない安定した画像を得ることが可能とな
る。

【００１１】このような飽和現像特性を利用するために
は、磁性キャリアの抵抗率が低いことが必要となってく
る。現像剤担持体上には、図１１に示すようにトナーを
付着した磁性キャリアが穂状に連なったいわゆる磁気ブ
ラシが形成されているが、磁性キャリアの抵抗率が低い
と、磁気ブラシ中が導電性に近く電界がゼロとなり、い
わゆる仮想現像電極の位置が像担持体に近接することに
なる。したがって、トナーを転移させる電界は磁気ブラ
シの先端付近と像担持体の表面との間に形成される。そ
の結果、電界の及ぶ領域内のトナー量が磁気ブラシの先
端付近すなわち像担持体の近傍に存在するものに限ら
れ、現像に寄与するトナー量が制限されるので、ある電
位以上では現像トナー量が飽和するようになる。そし
て、キャリアに付着しているトナー量すなわちキャリア
に対するトナーの濃度が常に一定に維持されると、環境
の変動等によってトナーの帯電量が変化しても、現像ト
ナー量はほぼ一定に保たれ、常に適切な濃度の現像が行
われる。一方、上記磁気ブラシと像担持体との間では電
界強度が大きくなるため、従来の二成分現像方式に比較
して、図１０に示す現像量曲線の立ち上がりが急峻とな
る。このような現像を行うためには、磁性キャリアの抵
抗率を１０⁸ Ω・ｃｍ以下するのが好ましい。

【００１２】一方、上記飽和現像特性を得るために磁性
キャリアの抵抗率を低くした場合には、画像上に発生す
るブラシ状の白抜けが問題となってくる。これは、磁性
キャリアの抵抗率が低いと、上記仮想現像電極の位置が
像担持体に近づき実質上狭い間隙に高電圧が印加される
ことになるため、磁気ブラシの磁性キャリア先端部と像
担持体との間で絶縁破壊が生じてパルス状の微小リーク
電流が流れ、静電潜像が破壊されるためである。特に、
高温高湿下の環境においては水分を介在して導電パスが
形成され易くなるほか、磁性キャリアの抵抗率自体も低
下するため、より微小リークが起きやすい状況となる。

【００１３】上記画像形成装置では、像担持体と現像剤
担持体との間に流れる電流を検知する微少電流検知手段
を設け、該微少電流検知手段がパルス状の微少リーク電
流を検知したときに、現像バイアス用電位の直流成分Ｖ
biasを低減するように制御されているので、図１０に示
すように現像コントラストＶs が現像トナー量の飽和領
域に維持されたまま、現像電界を小さくすることが可能
となり、微小リークによる白抜けの発生を回避できる。

【００１４】また、現像剤に経時変化が起きた場合、環
境条件が変化しなくても磁性キャリアの抵抗率が低下し
て同様に微小リークが発生するという問題があるが、こ
の場合には、例えば温度・湿度を検知する環境検知手段
により現像バイアス用電位の直流成分Ｖbiasを制御した
のでは、微小リークによる白抜けの発生を回避できな
い。しかし、上記画像形成装置では、微少電流検知手段
によって上記直流成分Ｖbiasを制御するので、経時によ
る磁性キャリアの抵抗率の変動にも対応できる。

【００１５】さらに、より効果的に高温高湿環境下にお
ける白抜けの発生を回避する手段としては、前記現像バ
イアス用電位の直流成分Ｖbiasの制御に加えて、請求項
２に示すように、微少電流検知手段がパルス状の微少リ
ーク電流を検知したときに、現像バイアス用電位の交流
成分の周波数を増大するように制御することが望まし
い。

【００１６】上記現像バイアス用電位の交流成分は、現
像トナー量の飽和特性に関しては影響を持たないが、ト
ナー、磁性キャリア間あるいは現像剤担持体間の非静電
的付着力、磁力、および鏡像力の影響を交番電界による
トナーの振動によって小さくし、飽和現像領域の出現を
安定化させることができるという効果がある。このた
め、現像時に交流バイアスを使用することが望ましい。
加えて、交流成分の周波数を高くすることにより、磁気
ブラシと像担持体との間で微小リークが起こる電荷移動
の時定数よりも、高周波数による電荷移動の切り替わり
が早くなると推定され、絶縁破壊の発生を回避すること
が可能となる。このため、高温高湿環境下においても微
小リークによる白抜けの発生を回避することができる。
しかし、周波数が余りに高いと、トナーの電界追従性が
悪くなることにより別の画像欠陥が発生するため、４ｋ
Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下が望ましい。

【００１７】また、請求項３に示すように、微少電流検
知手段がパルス状の微少リーク電流を検知したときに、
前記現像バイアス用電位の直流成分Ｖbiasを低減する制
御に加え、交流成分のピーク電圧を低減するように制御
してもよい。これにより、磁気ブラシと像担持体との間
の絶縁破壊による微小リークの発生を回避でき、現像ト
ナー量を変化させずに潜像破壊を抑制することができ
る。しかし、余りに交流成分のピーク電圧を下げると交
番電界によるトナーの振動効果が損なわれるため、１０
⁶ Ｖ／ｍ以上２×１０⁶ Ｖ／ｍ以下が望ましい。

【００１８】以上の構成により、環境変動等に影響され
ることなく、現像コントラストＶsに対して現像トナー
量がおよそ飽和特性を示すように制御することが可能と
なり、画像濃度の変動を防止できるとともに、特に高温
高湿環境下での微小リークによる白抜けの発生を防止で
き、長期にわたって安定した画像を得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本願に係る発明の実施の形
態を図に基づいて説明する。図１は、請求項１に記載の
発明の一実施形態である画像形成装置を示す概略構成図
である。この画像形成装置は、一様帯電後にレーザー光
を照射することによって表面に静電潜像が形成される像
担持体１を備えており、この像担持体１の上方に、画像
読み取り部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等からなる静電潜像形成
手段が配置されている。また、上記像担持体１の周囲に
は、像担持体１の表面を一様に帯電する帯電器２と、像
担持体上の静電潜像をそれぞれブラック、イエロー、マ
ゼンタ、シアンのトナーにより可視化する４台の現像装
置を搭載した回転式現像装置３と、周面に用紙を吸着し
ながら回転する転写ドラム４と、転写後の像担持体１上
に残留するトナーを除去するクリーニング装置５と、像
担持体１の表面を除電する除電ランプ６とを備えてい
る。

【００２０】さらに、上記転写ドラム４の周囲には、用
紙トレイ１１から用紙を一枚ずつ取り出して転写ドラム
４に搬送する用紙搬送路１２と、用紙を転写ドラム４に
吸着させる吸着用帯電器１３と、転写ドラム上に吸着さ
れた用紙に像担持体１上のトナー像を転写する転写帯電
器１４と、トナー像が転写された用紙を転写ドラム４か
ら剥離する剥離帯電器１５及び剥離爪１６と、用紙上の
トナー像を定着する定着装置１７とを備えている。

【００２１】さらに装置内には、回転式現像装置３内に
配置された現像ロール３１と像担持体１との間に流れる
電流を検知する微小電流検知装置８と、この微小電流検
知装置８がパルス状の微小リーク電流を検知したときに
現像バイアス用電位の直流成分Ｖbiasを低減する制御手
段９とを備えている。

【００２２】上記像担持体１は、電気的に接地された導
電性の基体上に感光体層を備えており、軸線回りに回転
駆動されるものである。この像担持体１は、帯電器２に
より表面が一様に帯電された後、光ビーム走査部２０か
らレーザー光が照射されることによって表面電位が減衰
し、表面に静電電位の差による潜像が形成されるように
なっている。

【００２３】上記帯電器２は、シールド内に電極ワイヤ
ーを備えたコロトロン帯電器であり、像担持体１の表面
をトナーの極性（本例ではマイナス）と同極性に帯電す
ることができるものである。

【００２４】上記回転式現像装置３は、イエロー、マゼ
ンタ、シアン、ブラックのトナーをそれぞれ有する４台
の現像装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが回転可能な支持体
２３に設置されたものである。図２はそのうちの１台の
現像装置が拡大して示されている。図２に示すようにこ
の現像装置は、ハウジング３９内に、像担持体１と微小
間隙をおいて配置された現像ロール（現像剤担持体）３
１と、現像ロール３１上の現像剤量を規制する現像剤規
制部材３６とを有している。

【００２５】上記現像ロール３１は、周方向に複数の固
定磁石を有する磁石ロール３３と、この磁石ロール３３
の周囲で回転可能に支持された非磁性の中空円筒状のス
リーブ３２とからなるものであり、スリーブ３２の外周
面に現像剤を磁気的に吸着して搬送することができるよ
うになっている。また、現像ロール３１の後方には第１
の撹拌室３７および第２の撹拌室３８が設けられてお
り、各撹拌室内にはそれぞれ現像剤を撹拌しながら現像
ロール３１の軸線方向に搬送する第１のオーガー３４お
よび第２のオーガー３５が備えられている。

【００２６】この現像装置内に収容される現像剤は、磁
性キャリアとトナーとを混合した二成分現像剤が用いら
れる。また、二成分現像剤中に含まれるトナー量すなわ
ちトナー濃度は、ほぼ一定となるように調節されてい
る。上記二成分現像剤中のトナーは、平均粒径が７μｍ
の市販の各色カラートナーが用いられており、キャリア
と混合されることにより負極性に帯電されるようになっ
ている。

【００２７】キャリアは、コアの表面をカーボンブラッ
ク、又は酸化スズコート硫酸バリウムを分散させた樹脂
で被覆したものであり、抵抗率が１０⁸ Ω・ｃｍ以下の
ものが用いられている。カーボンブラック、酸化スズコ
ート硫酸バリウムについては、特に限定はなく、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。
また、導電性を呈する粉体でコート剤や電気抵抗率との
関係を満たすものであれば、上記導電粉種に限定される
ものではない。また、特定の種類を単独で用いても、複
数の種類を混合して使用しても構わない。また、上記材
料で被覆されるコア材には、マグネタイトが用いられ
る。このコア材は低抵抗の特性を示すものであれば、特
にマグネタイトに限定されるものではない。

【００２８】上記４台の現像装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３
ｄを備える回転式現像装置３は、支持体２３が回転する
ことにより各現像ロール３１が像担持体１と対向するよ
うに配置され、この現像ロール３１が軸線回りに回転駆
動されることにより各色トナーを付着する現像剤の磁気
ブラシを像担持体１の対向位置へ搬送するようになって
いる。また、現像ロール３１には電源４０から交流に直
流を重畳した現像バイアス用電位が印加され、像担持体
１との間に形成される交番電界によりマイナスの電荷を
有するトナーが像担持体１の露光部に転移されるような
っている。このとき、現像バイアス用電位の直流成分Ｖ
biasと静電潜像の露光部の電位Ｖｌとの電位差である現
像コントラストＶｓは、該現像コントラストＶｓの上昇
に対して現像トナー量がほとんど増加しない飽和領域に
設定されている。本例では、上記現像ロール３１に印加
する現像バイアス用電位は、直流成分が５５０Ｖ、交流
成分のピークツーピーク電圧が２．０ｋＶ／ｍｍ、周波
数が１０ｋＨｚ、および現像コントラストＶｓが約５０
０Ｖとなっている。この現像バイアス用電位は、微小電
流検知装置８がパルス状の微小リーク電流を検知したと
きは変更されるが、このときの制御については後述す
る。

【００２９】また、上記現像装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３
ｄ内においては、ハウジング３９内の現像剤はオーガー
３４，３５によりミキシングされて帯電されるととも
に、スリーブ３２の周面に供給される。スリーブ３２上
に供給された現像剤は、現像ロール３１内の磁石ロール
３３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３２に伴われて搬送される。そして、
磁気ブラシは現像剤規制部材３６により均されて所定の
厚みの現像剤層が形成され、これが像担持体１と対向す
る現像領域に搬送され、像担持体１上に形成された静電
潜像と摺擦され現像が行われる。現像が終了した現像ロ
ール３１上の現像剤は回転方向Ａの下流側に搬送され、
同極性の固定磁石３３ａ，３３ｂ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ロール３１から剥離
される。剥離された現像剤は、オーガー３４により搬送
されると共に新たなトナーが補給され、撹拌されて再調
整された現像剤は再び現像ロール３１に供給される。

【００３０】上記転写ドラム４は、例えば導電性フィル
ムを張り付けた構成となっており、この外周面に用紙を
吸着して回転するようになっている。

【００３１】上記微小電流検知装置８は、例えば帯電、
現像、転写などのプロセスにより流れる微小電流も検知
するが、ある閾値を越えたパルス状の微小リーク電流が
発生したときのみ制御手段９に制御信号を送るようにな
っている。

【００３２】上記制御手段９は、微小電流検知装置８か
ら送られる制御信号に基づき、現像バイアス用電位の直
流成分Ｖbiasを所定の電位に低減するものである。本例
では、現像バイアス用の電位の直流成分Ｖbiasと静電潜
像の露光部の電位Ｖｌとの電位差である現像コントラス
トＶｓは通常時には約５００Ｖに設定されており、微小
電流検知装置８が微小リーク電流を検知したときには、
現像バイアス用電位の直流成分Ｖbiasを低減することに
よって現像コントラストＶｓが約４００Ｖに制御される
ようになっている。

【００３３】次に、上記のような構成の画像形成装置の
動作について説明する。ドラム状の像担持体１は回転駆
動され、帯電器２によってほぼ一様に帯電される。その
後、光ビーム走査部２０との対向位置に移動し、画像信
号に応じて一色目（イエロー）の潜像を形成するための
レーザー光が像担持体表面に照射される。これと共にイ
エロー用現像装置３ａが像担持体１と対向するようにセ
ットされ、像担持体上に形成された潜像はイエロー用現
像装置３ａとの対向位置を通過する。そして、像担持体
１との間に交流成分が重畳されたバイアス電圧が印加さ
れることによって、イエロートナーが像担持体１に転移
され、潜像が可視化される。このように形成されたトナ
ー像は、転写帯電器１４によって転写ドラム４上に吸着
されている用紙上に転写され、イエローの転写像が得ら
れる。トナー像の転写後に像担持体１上に残留するトナ
ーはクリーニング装置５により除去され、像担持体表面
が除電ランプ６により除電された後、第２色目のサイク
ルに入る。

【００３４】第２色（マゼンタ）の基本的な形成プロセ
スは第１色の場合と同じであるが、現像に関しては回転
式現像装置３が１／４回転し、マゼンタ用現像装置３ｂ
が像担持体１と対向するようにセットされる。そして、
像担持体１上の静電潜像はマゼンタ用現像装置３ｂによ
って可視化され、トナー像が形成される。その後、この
トナー像は転写帯電器１４によって転写ドラム４上に吸
着されている用紙上に転写され、マゼンタの転写像が得
られる。このとき転写ドラム４はレジストレーションを
合わせるために１周分回転しており、第１色の転写像と
第２色の転写像とが重なるように制御されている。

【００３５】以下、第３色（シアン）及び第４色（ブラ
ック）の転写像が同様の手順で転写ドラム４の用紙上に
重ねられ、フルカラーの画像が得られる。その後、転写
ドラム４上の用紙は剥離帯電器１５及び剥離爪１６によ
って転写ドラム４上から剥離され、定着装置９との対向
位置を通過し、そこで加えられる熱によって転写像は用
紙上で溶融されて定着像が得られ、フルカラーの画像形
成が終了する。

【００３６】このような画像形成装置では、現像バイア
ス用の電位の直流成分Ｖbiasと静電潜像の露光部の電位
Ｖｌとの電位差である現像コントラストＶｓ（本例では
５００Ｖ、４００Ｖ）が、該現像コントラストＶｓの上
昇に対して現像トナー量が飽和状態となる領域に設定さ
れているので、環境の変化によりトナーの帯電量が変動
しても飽和領域に至る傾きが変化するだけで現像トナー
量に変化は生じない。また、像担持体の電位が変動して
も現像トナー量が飽和領域にあるので、現像トナー量に
変化はない。このため、画像濃度の変動を防止でき、中
間調の再現性を安定化することが可能である。

【００３７】また、微小電流検知装置８がパルス状のリ
ーク電流を検知したときに制御信号を出力し、これに基
づき制御手段９が現像バイアス用電位の直流成分Ｖbias
を低減して現像コントラストＶｓを小さく（本例では４
００Ｖ）するように設定されているので、現像トナー量
の飽和特性を維持したまま現像電界を小さくすることが
可能になり、微小リーク電流による白抜けの発生を回避
することができる。また、現像剤の経時変化により磁性
キャリアの抵抗率が低下して微小リークが発生しやすく
なる場合があるが、この場合でも現像トナー量をほぼ一
定に維持したまま白抜けの発生を防止できる。

【００３８】次に、上記画像形成装置を用いて、画像濃
度の安定性を確認するため、２種類のキャリアＡおよび
キャリアＢを用いて現像トナー量を調べる実験を行った
結果を説明する。また、比較のため、抵抗率が１０⁸ Ω
・ｃｍより大きいキャリアＣを用いて同様に実験を行っ
た。各キャリアＡ，Ｂ，Ｃの構成及び製法は以下に示
す。

【００３９】（キャリアＡ：抵抗率１０⁴ Ω・ｃｍ）粒径：５０μｍカーボンブラック（ＶＸＣ７２，キャボット社製）０．４重量部コア材：マグネタイト（ＭＸ０３０Ａ，富士電気化学社製）１００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重量部トルエン１３．５重量部マグネタイトを除く上記成分をサンドミルにて１時間分
散してコート層形成用溶液を作製する。次に、このコー
ト層形成用溶液とマグネタイトを真空脱気型ニーダーに
入れて、温度６０℃で減圧しながら２０分撹拌してコー
ト層を形成し、キャリアＡを得る。

【００４０】（キャリアＢ：抵抗率１０⁸ Ω・ｃｍ）粒径：５０μｍ酸化スズコート硫酸バリウム（パストランＴＹＰＥ−ＩＶ、三井金属社製）６．１重量部コア材：マグネタイト（ＭＸ０３０Ａ，富士電気化学社製）１００重量部スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比２０：８０）２重量部トルエン１４重量部マグネタイトを除く上記成分をサンドミルにて１時間分
散してコート層形成用溶液を作製する。次に、このコー
ト層形成用溶液とマグネタイトを真空脱気型ニーダーに
入れて、温度６０℃で減圧しながら２０分撹拌してコー
ト層を形成し、キャリアＢを得る。

【００４１】（キャリアＣ：抵抗率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）１００重量部スチレン−メタクリレート共重合体（共重合比３０：７０）０．５重量部トルエン１４重量部フェライトを除く上記成分をサンドミルにて１時間分散
してコート層形成用溶液を作製する。次に、このコート
層形成用溶液とフェライトを真空脱気型ニーダーに入れ
て、温度６０℃で減圧しながら２０分撹拌してコート層
を形成し、キャリアＣを得る。

【００４２】ここで、上記実験に用いるキャリアの抵抗
率測定法を以下に説明する。図３は、キャリアの抵抗率
を測定する装置の概要図である。図３に示すように、こ
のキャリア抵抗率測定装置４０は、内部に固定した磁石
４１を持つ回転可能なシリンダー４２と、シリンダー４
２と対向するように配置されたセル４３と、セル４３の
両側に配備されたカード電極４４と、セル４３にバイア
スを印加するための直流電源４５と、バイアス電圧及び
バイアス電流を測定する電圧計４６及び電流計４７とが
備えられている。シリンダー４２は現像装置の現像ロー
ルを模したものであり、また、セル４３は画像形成装置
の像担持体を模したものである。

【００４３】このように構成されたキャリア抵抗率測定
装置４０のシリンダー４２の表面に現像剤を供給し、現
像剤層厚規制板４８により所定層厚の現像剤層４９を形
成し、１０⁶ Ｖ／ｍの電界を形成するバイアス電圧を印
加した時に電流計４７に流れる電流値を測定する。そし
て、セル４３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。ここで、セル４３の大き
さはシリンダー軸方向に６０ｍｍ、シリンダー周方向に
５ｍｍ、またセルとシリンダーの間隔は２．２ｍｍとな
っている。現像剤の層厚はセル４３に当接してしかもシ
リンダー４２を回転させたときにセルとの間で現像剤詰
まりを発生させないように調節している。なお、抵抗率
の低いキャリアでは、１０⁶ Ｖ／ｍの電界を形成する前
にブレイクダウンが起こる場合がある。その場合、電界
の１／２乗と電流密度の関係から１０⁶ Ｖ／ｍ時の抵抗
値を外挿して求め、これを代用した。

【００４４】次に、前述のキャリアＡ、Ｂ、Ｃを用いて
作成した現像剤を使用し、現像コントラストを変えたと
きの現像トナー量を測定した結果を示す。〈実験１〉図４は、キャリアの違いによるコントラスト
電位と現像トナー量との関係を示すグラフである。ここ
で、キャリアＡ、Ｂ、Ｃは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式現像装置３に入れ、
現像ロール３１に印加する現像バイアス条件を調整しな
がらコントラスト電位を順次変化させた。このときの実
験条件は表１に示すとおりである。（以下余白）

【表１】

【００４５】表１に示すとおり、像担持体１と現像ロー
ル３１とは互いに異なる方向、すなわち接点上では互い
に同一の方向に移動するウイズモードで回転させた。像
担持体と現像ロールの速度比は１である。

【００４６】図４に示すように、体積抵抗率が１０⁸ Ω
・ｃｍ以下のキャリアＡ、Ｂにおいては現像トナー量曲
線は飽和特性を示しており、コントラスト電位が５００
Ｖ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、体積抵抗率が１０⁹
Ω・ｃｍ以上のキャリアＣでは現像トナー量曲線は飽和
を示さず、コントラスト電位の増加に応じて増加し続け
る。また現像トナー量曲線の立ち上がりの傾きはキャリ
アの抵抗率が低いほど急峻となっている。この傾きはト
ナーの帯電量にも依存し、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
を前記帯電量で正規化した結果も、やはりキャリアの抵
抗率に依存していることが明らかになった。この理由と
しては、抵抗率の低いキャリアの場合、現像電界が強い
ため現像トナー量曲線の立ち上がりは急峻であるが、一
方、現像剤層内が導電性に近く電界を持たないため、現
像剤層表面近傍のトナーのみが現像に寄与し、このトナ
ーの現像によって現像が完了し現像トナー量が飽和に達
するためである。これに対し、抵抗率の高いキャリアの
場合、現像電界が弱いため現像トナー量曲線の立ち上が
りは緩やかとなるが、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が現像剤層の表面だけでなく
内部まで存在するため、飽和しにくいと考えられる。

【００４７】〈実験２〉図５は、環境条件を変えたとき
のコントラスト電位と現像トナー量との関係を示すグラ
フである。この実験では、キャリアＢ、Ｃを用いて常温
常湿環境下と高温高湿環境下とで実験１と同様の現像テ
ストを行ったものである。実験条件は表１に示した条件
と同じである。図５に示すように、体積抵抗率が１０⁸
Ω・ｃｍ以下のキャリアＢ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、飽和領域に至る傾きが変化するだけで現像トナー
量は変動しない。これに対し、体積抵抗率が１０⁹ Ω・
ｃｍ以上のキャリアＣ（比較例）を用いた場合は、飽和
特性を示さないため、温湿度の変化に伴いトナー帯電量
が変化することが影響して現像トナー量が変動してい
る。したがって、図５に示す結果から、キャリアＢを用
いた場合には現像トナー量の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。

【００４８】〈実験３〉また、実験２と同様に常温常湿
環境下と高温高湿環境下における現像テストを行い、各
現像コントラスト電位と飽和量、ブラシ状の白抜けの発
生状態との関係を調べた結果を表２および表３に示す。
このテストにおいて使用したキャリアはキャリアＡ、Ｂ
であり、実験条件は実験２と同様、表１に示した条件で
ある。

【表２】（以下余白）

【００４９】

【表３】

【００５０】表２および表３に示す実験結果から、高温
高湿環境下においては、キャリアＡ、Ｂとも現像量が飽
和状態となるコントラスト電位が、常温常湿環境下と比
較して１００Ｖ程度低い値となっていることがわかる。
これは前述したとおり、トナー帯電量が低くなったこと
で飽和現像量に至る傾きが急峻となったためと、キャリ
アの抵抗率自体が高温高湿環境下で下がったことが挙げ
られる。

【００５１】図６は、各環境条件でのキャリアの抵抗率
の変化を示したものである。図６に示すように、高温高
湿環境下のキャリアの抵抗率は、常温常湿環境下の抵抗
率に比較して下がっていることが明らかで、特により抵
抗率の高いキャリアＢにおいて、この傾向が顕著である
ことがわかる。表２および表３のブラシ状の白抜けの評
価結果を見ると、高温高湿下では常温常湿下に比べ低い
コントラスト電位からブラシ状の白抜けが発生している
ことがわかる。これは前述したように、高温高湿下での
キャリアの抵抗率の低下から、仮想現像電極位置がより
像担持体に近くなり、像担持体付近に高電界が形成され
るからである。従って、低いコントラスト電位でも電界
としては常温常湿下よりも高くなっているため、微小リ
ークによる白抜けの発生が早くなってくる。

【００５２】このように飽和現像と、ブラシ状の白抜け
の回避とに対して要求される抵抗率は、相反するもので
両立が困難であると考えられるが、表２および表３の評
価結果から、高温高湿下でも飽和現像とブラシ状の白抜
けの回避との両方を満たす現像コントラスト領域が存在
することがわかる。この領域は常温常湿下と比較してコ
ントラスト電位が低い領域である。つまり、高温高湿下
ではキャリアの抵抗率が低下することから白抜けが発生
し始めるコントラスト電位が低下するが、同時にトナー
帯電量の低下から飽和現像が出現するコントラスト電位
も低下する。このため、高温高湿下において、コントラ
スト電位を飽和現像が開始されるコントラスト電位以上
で、白抜けが発生しはじめるコントラスト電位以下に変
更することによって、飽和特性を損なわず、ブラシ状白
抜けを効果的に回避することが可能となる。

【００５３】このように、図１に示す画像形成装置で
は、微小電流検知装置がパルス状の微小リーク電流を検
知したときに、現像バイアス電位の直流成分の電位を低
減することによってコントラスト電位が約１００Ｖ低下
するように制御されているので、現像トナー量を飽和状
態に維持したまま、白抜けの発生を防止することができ
る。

【００５４】次に、請求項２に記載の発明の一実施形態
である画像形成装置について説明する。この画像形成装
置は、図１に示す画像形成装置とほぼ同じ構成である
が、制御手段の機能が異なり、微小電流検知手段がパル
ス状の微小リーク電流を検知したときに、前記現像バイ
アス電位の直流成分を低減する制御に加え、現像バイア
ス電位の交流成分の周波数を増大するように制御されて
いる。この現像バイアス電位の交流成分の周波数の値
は、通常は約１０ｋＨｚに設定されており、微小電流検
知手段がパルス状の微小リーク電流を検知したときには
制御手段によって約１５ｋＨｚに制御されるようになっ
ている。また、現像バイアス電位の直流成分の制御は、
図１に示す画像形成装置と同じに設定されている。な
お、この画像形成装置の他の構成は図１に示す画像形成
装置と同じである。

【００５５】このような画像形成装置では、現像バイア
ス電位の交流成分の周波数を高くすることにより、微小
リークが起こる電荷移動の時定数よりも高周波数により
電荷移動の切り替わりのほうが早くなり、これにより潜
像破壊の発生を回避することが可能となる。

【００５６】〈実験４〉上記画像形成装置の効果を確認
するため、現像バイアス電位の交流成分の周波数を変化
させたときの現像トナー量を測定する実験を行った結果
を以下に示す。図７は、現像バイアス電位の交流成分の
周波数の違いによる現像コントラスト電位と現像トナー
量との関係を示すグラフである。この実験ではキャリア
Ｂを用い、現像バイアス電位以外の実験条件は表１の条
件で行った。図７に示すように、現像バイアス電位の交
流成分の周波数を変化させても現像トナー量曲線には大
きな変化はなく、飽和現像量には現像バイアス電位は大
きく影響しないことがわかる。

【００５７】また、各環境条件における現像バイアス電
位の交流成分の周波数とブラシ状の白抜け、濃度ムラの
発生状態との関係を調べた結果を表４に示す。ここで、
現像コントラスト電位は５００Ｖに固定した。

【表４】

【００５８】表４に示すように、現像バイアス電位の交
流成分の周波数を変化させると、高温高湿環境下では微
小リークによるブラシ状の白抜けが発生するが、交流成
分の周波数を高く設定することによりブラシ状白抜けを
回避できることがわかる。しかし、あまりに周波数が高
くなると、トナーの電界追従性が悪くなることにより、
高濃度画像と低濃度画像の境界でかぶりなどの画像欠陥
などが発生しやすくなるため、周波数としては４ｋＨｚ
以上２０ｋＨｚ以下が望ましい。したがって、微小リー
ク電流が検出されたときに周波数を増大するように制御
することにより、前記実験３に加えてさらにブラシ状白
抜けの回避が可能となる。

【００５９】次に、請求項３に記載の発明の一実施形態
である画像形成装置について説明する。この画像形成装
置は、図１に示す画像形成装置とほぼ同じ構成である
が、制御手段の機能が異なり、微小電流検知手段がパル
ス状の微小リーク電流を検知したときに、前記現像バイ
アス電位の直流成分を低減する制御に加え、現像バイア
ス電位の交流成分のピーク電圧を低減するように制御さ
れている。この交流成分のピーク電圧によって形成され
る電界は、通常は２．０ｋＶ／ｍｍに設定されている
が、微小電流検知手段がパルス状の微小リーク電圧を検
知したときには１．０ｋＶ／ｍｍに制御される。なお、
この画像形成装置の他の構成は図１に示す画像形成装置
と同じである。

【００６０】このような画像形成装置では、パルス状の
微小リーク電流が検知されたときに、現像バイアス電位
の交流成分のピーク電圧を低減するように制御されるの
で、像担持体と現像ロール上の磁気ブラシとの間に高電
界が形成されるのを回避でき、現像トナー量を変化させ
ずに潜像破壊の発生を抑制することが可能となる。

【００６１】〈実験５〉上記画像形成装置の効果を確認
するため、現像バイアス電位の交流成分のピーク電圧を
変化させたときの現像トナー量を測定する実験を行った
結果を以下に示す。図８は、現像バイアス電位の交流成
分のピーク電界を変化させたときのコントラスト電位と
現像トナー量との関係を示すグラフである。ここでいう
ピーク電界とは、印加するピーク電圧を像担持体と現像
ロールとの間隙の距離で割ったものであり、現像領域内
に交流成分によって形成される電界を表す。これは間隙
の距離が変わった場合でも、同様の交流成分のピーク電
界の効果が得られるように規定したものである。

【００６２】この実験では、キャリアＢを用い、実験条
件は表１に示す条件で行った。その結果、図８に示すよ
うに、交流成分のピーク電界を変化させた場合には、飽
和現像に至る傾きは多少変化するが、飽和現像量はほと
んど変化しないことがわかる。これは、前記実験４の現
像バイアスの交流成分の周波数を変化させた場合と同様
である。

【００６３】また、各環境条件における交流成分のピー
ク電界とブラシ状白抜けの発生状況との関係を調べた結
果を表５に示す。（以下余白）

【表５】

【００６４】この評価結果から、高温高湿環境では常温
常湿環境より低いピーク電界でブラシ状の白抜けが発生
していることがわかる。これは前記したように高温高湿
環境におけるキャリアの抵抗率の低下などで微小リーク
が発生する電圧が下がるためである。よって、ピーク電
界を下げていくと白抜けの発生は回避できるが、余りに
低下させると交流バイアスを印加する効果がなくなるた
め、１０⁶ Ｖ／ｍ以上、２×１０⁶ Ｖ／ｍ以下の電界と
するのが望ましい。この結果から、リーク電流を検知し
たときに制御手段によってピーク電界を下げるように制
御することにより、飽和現像量を変えることなく、ブラ
シ状白抜けの発生をより効果的に回避できる。これは前
述した交流成分の周波数を増大する効果と同様で、実験
３の現像コントラストを変更する制御方法と組み合わせ
ることにより、より大きな効果をもたらす。

【００６５】〈実験５〉次に、各環境条件における現像
コントラストの変更と周波数の変更、又はピーク電界の
変更の効果を実証するテストを行った結果について説明
する。表６にこのとき用いた実験条件を示す。また、キ
ャリアとしてはキャリアＢを用いた。

【表６】表６のうちテスト条件４は、コントラスト電位を大きく
して飽和現像量を確認するために行ったテストである。（以下余白）

【００６６】表７に上記実験条件における評価結果を示
す。

【表７】

【００６７】表７の結果から、テスト条件１のようにコ
ントラスト電位を５００Ｖに設定し、常温常湿環境で現
像テストを行った結果、飽和現像確認用のテスト条件４
と同じ現像量が得られ、飽和トナー量に達していること
がわかる。しかし、このコントラスト電位に固定したま
ま高温高湿環境で現像した結果、現像トナー量は変化が
なかったが、ブラシ状白抜けの発生が顕著に見られるこ
とがわかる。

【００６８】また、テスト条件２、３のようにコントラ
スト電位をあらかじめ低く４００Ｖに固定すると、常温
常湿環境では現像量が飽和領域に達しないため、得られ
た現像トナー量がテスト条件１、４よりも低い量となっ
た。このコントラスト電位で固定して高温高湿条件でテ
ストした結果、飽和開始点が低いコントラスト電位に移
動するため、現像トナー量はテスト条件２、３とも飽和
量が得られた。また、ブラシ状白抜けは、コントラスト
電位が１００Ｖ低いために高温高湿環境でもテスト条件
１と比較して良好であるが、テスト条件２とテスト条件
３の比較では、現像バイアスの交流成分の周波数が高
く、ピーク電界が低いテスト条件３の方がより白抜けの
発生が少ないことが確認された。

【００６９】以上のように、現像条件を固定した設定で
環境が変動すると、飽和特性の維持とブラシ状白抜けの
回避とが難しいことが分かるが、現像条件は常温常湿環
境ではテスト条件１を選択し、高温高湿環境では微小電
流検知装置がパルス状の微小リーク電流を検知したとき
にテスト条件３に変更することで、両環境下でも飽和特
性の維持とブラシ状白抜けの回避との両立が可能とな
る。したがって、高温高湿環境での上述した現像条件の
変更が効果的であることが実証された。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明に係る画
像形成装置では、飽和現像領域を利用した二成分現像方
式を採用し、微小リーク電流の検知結果に基づき現像コ
ントラスト電位、現像バイアスの交流成分の周波数、交
流成分のピーク電界などを所定の範囲に制御しているの
で、環境変化、経時変化などによるトナー帯電量の変化
や像担持体の電位変動などに対して安定で画像欠陥のな
い画像を形成することができる。このため、画像濃度が
一定で中間調再現性の良い画像形成装置を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施形態である画像形成装置を示
す概略構成図である。

【図２】上記画像形成装置で用いられる現像装置を示す
概略構成図である。

【図３】キャリアの抵抗率を測定する装置を示す概略構
成図である。

【図４】キャリアの抵抗率の違いによるコントラスト電
位と現像トナー量との関係を示す図である。

【図５】環境条件の違いによるコントラスト電位と現像
トナー量との関係を示す図である。

【図６】環境条件の違いによるキャリアの抵抗率の変化
を示す図である。

【図７】現像バイアス電位の交流成分の周波数の違いに
よるコントラスト電位と現像トナー量との関係を示す図
である。

【図８】現像バイアス電位の交流成分のピーク電界の違
いによるコントラスト電位と現像トナー量との関係を示
す図である。

【図９】従来の画像形成装置におけるコントラスト電位
と現像トナー量との関係を示す図である。

【図１０】コントラスト電位に対する現像トナー量の飽
和領域を説明する図である。

【図１１】像担持体と現像剤担持体との対向位置におけ
る磁気ブラシの状態を示す概略図である。

【符号の説明】

１像担持体２帯電器３回転式現像装置４転写ドラム５クリーニング装置６除電ランプ８微小電流検知装置９制御手段１０画像読み取り部１１用紙トレイ１２用紙搬送路１３帯電器１４転写帯電器１５剥離帯電器１６剥離爪１７定着装置２０光ビーム走査部３０光ビームパルス幅変調回路３１現像ロール３２現像スリーブ３３磁石ロール３４第１のオーガー３５第２のオーガー３６層厚規制部材３７第１の攪拌室３８第２の攪拌室３９ハウジング４０電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯電電位の差による静電潜像が形成さ
れる像担持体と、この像担持体をほぼ一様に帯電する帯電装置と、前記帯電装置によってほぼ一様に帯電された像担持体に
像光を照射して静電潜像を形成する像露光装置と、前記像担持体と対向するように配置された現像剤担持体
上に、トナーと磁性キャリアとが混合された二成分現像
剤の層を形成し、この現像剤層からトナーを前記像担持
体に転移して前記静電潜像を可視化する現像装置とを有
し、前記現像装置が有する現像剤担持体には、交流に直流を
重畳した現像バイアス用の電位を印加し、この現像剤担
持体と前記像担持体との間に形成される交番電界内で前
記トナーを転移させる画像形成装置において、前記磁性キャリアは、抵抗率が１０⁸ Ω・ｃｍ以下のも
のが用いられ、前記現像バイアス用の電位の直流成分Ｖbiasと前記静電
潜像の露光部の電位Ｖl との電位差である現像コントラ
ストＶs は、該現像コントラストＶs の上昇に対して現
像トナー量がほとんど増加しない飽和領域に設定されて
おり、前記像担持体と前記現像剤担持体との間に流れる電流を
検知する微少電流検知手段と、前記微少電流検知手段がパルス状の微少リーク電流を検
知したときに、前記現像バイアス用電位の直流成分Ｖbi
asを低減する制御手段とを備えることを特徴とする画像
形成装置。
【請求項２】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記微少電流検知手段がパルス状の微少リーク電流を検
知したときに、前記現像バイアス用電位の交流成分の周
波数を増大する制御手段を備えることを特徴とする画像
形成装置。
【請求項３】請求項１に記載の画像形成装置におい
て、前記微少電流検知手段がパルス状の微少リーク電流を検
知したときに、前記現像バイアス用電位の交流成分のピ
ーク電圧を低減する制御手段を備えることを特徴とする
画像形成装置。