JP2000035709A

JP2000035709A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2000035709A
Application number: JP10204991A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Miho; 広晃三保
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2000-02-02
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP3815066B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非接触現像で発生する吸い込み、白抜けを防
止し、特に、トナー粒径が小さい場合に顕著に発生する
吸い込み、白抜けを防止し、かつ、現像性の低下も防止
することにより、高画質な画像が安定して得られる画像
形成装置を提供する。【解決手段】現像装置４は、現像剤担持体４１と像担
持体１との間に交流電圧Ｖ_ACと直流電圧Ｖ_DCとを重畳し
た現像バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段４
８を有し、交流電圧Ｖ_ACは、交流電圧Ｖ_ACの１周期にお
いて非点対称な波形であり、かつ断続的に印加されてい
る画像形成装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体上の静電
潜像を現像して可視画像を形成する現像装置及びこの現
像装置を備えて画像を形成する複写機、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】従来、現像剤担持体の表面に現像剤を担
持して、この現像剤を静電潜像を担持した像担持体と対
向した現像領域に搬送し、現像剤担持体に直流電圧に交
流電圧を連続的に重畳して印加しながら、静電潜像を現
像して可視画像を形成する画像形成装置が知られてい
る。

【０００３】また、静電潜像を現像する際に、現像剤担
持体に担持させた現像剤層を像担持体に摺擦して現像す
る磁気ブラシ現像等の接触現像と、現像領域においてト
ナー粒子を現像剤担持体から像担持体に向けて空気層中
を飛翔させて静電潜像を現像する非接触現像とが知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１０は、像担持体と
現像剤担持体とが対向する現像領域におけるトナー移動
を示す拡大模式図である。

【０００５】例えば、前述した現像領域において非接触
現像をする場合、像担持体上の潜像電位にギャップがあ
るエッジ部では、対向する現像剤担持体（現像スリー
ブ）上のエッジ部付近のトナーｔが、高濃度部（電位差
大領域）に吸い込まれてしまい、境界部付近のトナー付
着量が予想以上に多くなり、画像濃度が高まったりす
る。また、トナーｔが多く付着する領域も広くなったり
した（以下、この現象を「吸い込み」と称す）。

【０００６】逆に、高濃度部に隣接する低濃度部（電位
差小領域）に付着したトナーｔが、図１０の破線のよう
に高濃度部に吸い込まれる結果、低濃度部にトナーｔが
付着し難くなり、白く抜けてしまうことがあった（以
下、この現象を「白抜け」と称す）。

【０００７】これらの吸い込みや白抜けの問題は、非接
触現像方法で顕著に発生する。

【０００８】この吸い込み、白抜けの発生メカニズム
を、図１０の模式図を用いて更に説明する。

【０００９】トナーが現像剤担持体（現像スリーブ）か
ら離れ、像担持体（感光体）に付着するまでの空気層で
は、低濃度部上の領域（空間）から高濃度部上の領域
（空間）に電気力線（図示の矢印）が生じている。この
電気力線は、図中の等電位線に垂直作用するものであ
る。

【００１０】通常は、像担持体上の静電潜像に対するト
ナー付着量は、潜像電位により一義的に定まるとされて
いる。しかしながら実際は、低濃度部に対向した現像剤
担持体上のトナーｔがこの電気力線に沿いながら飛翔す
るので、エッジ部の高濃度部側のトナー付着量が、潜像
電位より予想されたトナー付着量より多く、また、エッ
ジ部の低濃度部側のトナー付着量は、潜像電位より予想
されたトナー付着量より少なくなってしまうと考えられ
る。

【００１１】即ち、現像剤担持体に交流連続波を印加し
たとき、交流電圧による電界の向きが半周期毎に変わる
ため、その都度トナーｔの移動する方向が変わるので、
トナーｔの移動する方向が変わる点付近でのトナー飛翔
速度が減衰し、トナーｔが図１０に示す電気力線に沿い
やすく、エッジ部の高濃度部側のトナー付着量が多くな
り、吸い込みが発生する。この吸い込みにより、エッジ
部の低濃度部側のトナー付着量が減少し、白抜けが発生
する。

【００１２】また、トナーｔが像担持体の低濃度部に飛
翔しても、トナーｔが像担持体上でバウンドを繰り返す
際に最終的に高濃度部に着床することも吸い込み、白抜
けの原因と考えられる。

【００１３】非接触現像では、現像剤担持体上の現像剤
層と像担持体面とを非接触状態に維持するため、現像剤
担持体表面と像担持体面との間の距離を、接触現像の場
合と比べ、長く設定する必要がある。この距離設定によ
り、電気力線の曲がりが大きくなり、吸い込み、白抜け
が目立ってしまった。

【００１４】また、この吸い込み、白抜けの現象は、非
接触現像程は目立たないが、接触現像においても、発生
するものである。

【００１５】この吸い込み、白抜けに対して、交流電圧
に直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加している電圧
波形において、交流成分を断続的に休止させるブランク
部を有し、このブランク部では直流成分のみを印加する
波形（ブランクパルス波形）の印加電圧を現像剤担持体
に印加することにより解決できることが近年発見されて
いる。

【００１６】従来の現像バイアス電圧にブランクパルス
波形を用いた現像方法の公知例を以下に示す。特開平７
−３１１４９７号、特開平８−１６０７２５号、特開平
５−３５０６３号、特開昭６０−１３４２６２号、特開
昭６０−５３９６８号、特開平７−２９５３７３号、特
開平６−３４８１１７号、特開平７−９２７８６号各公
報等。

【００１７】しかし、これらの公知例に示された現像方
法では、吸い込み、白抜けに対しては効果がある一方、
交流電圧の印加を休止するブランク部において、トナー
が現像剤担持体表面から離脱するきっかけを与える交流
電圧が印加されないことから、トナーの離脱量が減少
し、ブランク部ではない連続波形部に比べ、全体的に現
像性（トナー付着性）が低下するという問題があった。

【００１８】本発明は、上述の吸い込み、白抜けを防止
し、かつ、現像性（トナー付着性）の低下を防止する画
像形成装置を提供することを目的とする。

【００１９】また、近年では、画質の向上のため、小粒
径のトナーが採用されている。しかしながら、小粒径の
トナーは前述した電気力線の影響を受けやすい。

【００２０】そこで、本発明は、トナー粒径が小さい場
合に顕著に発生する吸い込み、白抜けを防止することに
より、高解像度と高階調性を有する高品位の画像を安定
して形成する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
明の画像形成装置は、像担持体の周囲に少なくとも、該
像担持体表面を帯電する帯電装置と、帯電された前記像
担持体表面を露光し静電潜像を形成する露光装置と、該
静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持
体を有する現像装置と、該現像装置によって現像された
現像像を転写材に転写する転写装置とを有する画像形成
装置において、前記現像装置は、前記現像剤担持体と前
記像担持体との間に交流電圧と直流電圧とを重畳した現
像バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を有
し、前記交流電圧は、該交流電圧の１周期において非点
対称な波形であり、かつ断続的に印加されていることを
特徴とするものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の説明に先立
って、本発明の画像形成装置の一例であるカラープリン
タの構成とその作用を図１の断面構成図によって説明す
る。

【００２３】このカラープリンタは、像担持体上に順次
形成される各色トナー像を重ね合わせたのち、転写部で
記録紙上に１回で転写してカラー画像を形成し、その
後、分離手段により像担持体面から記録紙を分離する方
式のカラー画像形成装置である。

【００２４】図１において、１は像担持体である感光体
ドラム（以下、感光体と称す）で、有機感光体層をドラ
ム基体上に塗布形成したもので、接地されて図示の時計
方向に回転する。２は帯電装置（スコロトロン帯電器）
で、感光体１の周面に対し高電位の感光体帯電電位Ｖ_H
の一様な帯電を、グリッド電位Ｖ_Gに電位保持されたグ
リッドとコロナ放電ワイヤによるコロナ放電によって与
える。この帯電装置２による帯電に先だって、今までの
感光体１の履歴をなくするために、発光ダイオード等を
用いた帯電前除電器（ＰＣＬ）８による露光を行って感
光体１の周面の除電をしておく。上記の感光体１上の履
歴とは、先行した画像形成時の帯電、画像露光で作像し
た感光体１上に残留した静電潜像パターンをいう。

【００２５】感光体１への一様帯電ののち、露光装置
（像露光手段）３により画像信号に基づいた像露光が行
われ、感光体１上の表面に静電潜像が形成される。露光
装置３は図示しないレーザーダイオードを発光光源とし
回転するポリゴンミラー、ｆθレンズ、シリンドリカル
レンズ及び反射ミラーを経て、主走査がなされるもの
で、感光体１の回転（副走査）によって潜像が形成され
る。本実施の形態では、トナーを付着させる予定の部分
に対して露光を行い、感光体１上の画像部（露光部）の
潜像電位Ｖ_Lの絶対電位が、感光体１上の感光体帯電電
位Ｖ_Hの絶対電位よりも低電位となる反転潜像を形成す
る（｜Ｖ_H｜＞｜Ｖ_L｜）。

【００２６】感光体１の周縁には、イエロー（Ｙ），マ
ゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），黒色（Ｋ）等のトナーと
キャリアとから成る二成分現像剤をそれぞれ内蔵した複
数の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋから成る現像装置４
が設けられている。

【００２７】先ず１色目のイエローの現像が、複数の磁
石体から成る磁界発生手段４２を内蔵し現像剤を保持し
て回転する現像剤担持体（以下、現像スリーブと称す）
４１によって行われる。現像剤はマグネタイトをコアと
してそのまわりに絶縁性樹脂をコーティングした粒径３
０〜８０μｍのキャリアと、ポリエステルを主材料とし
て色に応じた顔料と荷電制御剤、シリカ、酸化チタン等
を加えた粒径４〜１０μｍのトナーとからなるもので、
現像剤は後述する現像剤層規制部材４３によって現像ス
リーブ４１上に１００〜６００μｍの現像剤層厚に規制
されて現像領域へと搬送される。

【００２８】現像領域における現像スリーブ４１と感光
体１との間隙は現像剤層厚よりも大きい０．５〜１．０
ｍｍとして、この間に交流電圧Ｖ_ACと直流電圧Ｖ_DCが重
畳して印加される。直流電圧Ｖ_DCと感光体帯電電位
Ｖ_H、トナーの帯電は同極性であるため、交流電圧Ｖ_AC
によってキャリアから離脱するきっかけを与えられたト
ナーは、直流電圧Ｖ_DCより絶対電位の高い感光体帯電電
位Ｖ_Hの部分には付着せず、直流電圧Ｖ_DCより絶対電位
の低い画像部（露光部）の潜像電位Ｖ_Lの部分に付着
し、顕像化（反転現像）が行われる。

【００２９】１色目の顕像化が終った後、２色目のマゼ
ンタの画像形成行程に入り、再び帯電装置２による一様
帯電が行われ、２色目の画像データによる潜像が露光装
置３によって形成される。このとき１色目の画像形成行
程で行われたＰＣＬ８による除電は、１色目の画像部に
付着したトナーがまわりの電位の急激な低下により飛び
散るため行わない。

【００３０】再び感光体１周面の全面に亘って帯電電位
Ｖ_Hに帯電された感光面のうち、１色目の画像のない部
分に対しては１色目と同様の潜像がつくられ現像が行わ
れるが、１色目の画像がある部分に対し再び現像を行う
部分では、１色目の付着したトナーによる遮光とトナー
自身のもつ電荷の影響によって、１色目の露光部の潜像
電位Ｖ_Lよりも若干高い電位Ｖ_Mの潜像が形成され、直流
バイアス電圧Ｖ_DCと電位Ｖ_Mの電位差に応じた現像が行
われる。

【００３１】３色目のシアン、４色目の黒色についても
２色目のマゼンタと同様の画像形成行程が行われ、感光
体１周面上には４色のカラートナー像が形成される。

【００３２】前記現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋには、
トナーカートリッジ５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）から新規の各
色トナーが補給される。

【００３３】一方、給紙カセット２０より半月ローラ２
１を介して搬出された一枚の記録媒体（転写紙等）Ｐ
は、中間給紙ローラ対２２Ａ，２２Ｂを経て、レジスト
センサ（図示せず）位置近傍で一旦停止し、転写のタイ
ミングの整った時点で、給紙部のレジストローラ対２３
の回転動作により転写域へと給紙される。

【００３４】転写域においては、転写のタイミングに同
期して感光体１の周面に形成されたトナー像を記録媒体
Ｐに転写するための電圧を印加する転写ローラ等の転写
装置６が感光体１に圧接され、給紙された記録媒体Ｐを
挟着して４色のカラートナー像が記録媒体Ｐに一括して
転写される。

【００３５】次いで、記録媒体Ｐは、鋸歯電極７によっ
て除電され、感光体１の周面より分離して、定着装置２
４に搬送され、熱ローラ（上ローラ）２４１と圧着ロー
ラ（下ローラ）２４２の加熱、加圧によって転写された
トナーを溶着されたのち、排紙ローラ対２５Ａ，２５
Ｂ，２５Ｃを経て装置外部の排紙トレイ２６上に排出さ
れる。なお、転写装置６は記録媒体Ｐの通過後、感光体
１の周面より退避離間して、次なるトナー像の形成に備
える。

【００３６】一方、記録媒体Ｐを分離した感光体１は、
クリーニング装置９のブレード９１の圧接により残留ト
ナーを除去・清掃され、再びＰＣＬ８による除電とスコ
ロトロン帯電器２による帯電を受けて次なる画像形成の
プロセスに入る。なお、ブレード９１は感光体１面のク
リーニング後、直ちに移動して感光体１の周面より退避
する。ブレード９１によってクリーニング装置９内に掻
き落された廃棄トナーは、スクリュー９２により排出さ
れたのち、図示しない廃トナー回収容器内へ貯留され
る。

【００３７】図２は本発明による複数組の現像器４Ｙ，
４Ｍ，４Ｃ，４Ｋから成る現像装置４の断面図である。
これらの現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、各現像スリ
ーブ４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋが前記感光体１の
感光面に対向して、上下方向に平行配置されている。

【００３８】これら複数組の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，
４Ｋは、ほぼ同一構造をなすから、以下、現像器４Ｙを
代表して説明する。

【００３９】図３は現像器４Ｙの断面図である。

【００４０】図において、４０はトナーとキャリアとか
ら成る二成分現像剤を収容する現像剤収容部、４１は現
像剤を担持して搬送する現像剤担持体（以下、現像スリ
ーブと称す）、４２は現像スリーブ４１の内部に複数の
固定磁石体を配置した磁界発生手段（以下、マグネット
ロールと称す）、４３は現像スリーブ４１上の現像剤層
厚を所定量に規制する磁性の丸棒から成る現像剤層規制
部材（現像剤の穂立ちを規制する部材）である。４４は
現像後の現像スリーブ４１上に付着した現像剤を除去す
るスクレーパ、４５はスクレーパ４４により現像スリー
ブ４１の周面上から除去された現像剤を現像剤攪拌部に
搬送するパドルホイール形状の現像剤搬送ローラ、４６
は現像スリーブ４１に現像剤を現像剤攪拌部分から補給
するパドルホイール形状の現像剤供給ローラ、４７Ａ，
４７Ｂは現像剤攪拌部の現像剤を攪拌する現像剤攪拌ス
クリューである。図示の矢印は各ローラの回転方向を示
す。なお、現像スリーブ４１に圧接するスクレーパ４４
の代わりに、現像剤除去手段として、現像スリーブ４１
の外周に接触せず近接して磁石を配置してもよい。

【００４１】現像スリーブ４１内には、複数個のＮ極、
Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３と、複数個のＳ極、Ｓ１，Ｓ２が交互
に配置されたマグネットロール４２が固設されている
（５極配置）。これらの複数個の磁極のうち、互いに隣
接して配置された２つの磁極Ｎ２と磁極Ｎ３は同極性で
あり、この隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３により反発
磁界が形成され、現像スリーブ４１上の現像剤を除去す
る。磁極Ｓ１は現像剤層規制部材４３に対向する。スク
レーパ４４の先端部は、同極性の磁極Ｎ２とＮ３との中
間の現像スリーブ４１の周面に圧接する。

【００４２】現像スリーブ４１の外径は、φ８ｍｍ以
上、φ６０ｍｍ以下が望ましい。外径が、φ８ｍｍ以上
であると、画像形成に必要な少なくとも５極の磁極を有
するマグネットロール４２を形成することが容易であ
る。

【００４３】また、現像スリーブ４１の外径がφ６０ｍ
ｍ以下であると、現像装置が小型化し易い。特に、複数
組の現像装置（現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）を有す
るカラープリンタ（図１参照）においては、現像装置４
が小型化すると、感光体１の外径を小さくできるから、
記録媒体Ｐへの転写、除電後に、記録媒体Ｐを感光体１
の周面から曲率分離することが可能になる。更に、現像
装置４と感光体１の小型化により画像形成装置がコンパ
クトに構成できる。

【００４４】現像剤層規制部材４３は、磁性ステンレス
鋼（ＳＵＳ）等の磁性部材から成る丸棒により形成され
ている。

【００４５】現像剤攪拌スクリュー４７Ａと現像剤攪拌
スクリュー４７Ｂとは、現像器ハウジング（現像剤収容
部）４０の底部から直立した仕切り壁４０ａを挟んで両
側に形成された第１の攪拌室４０ｂ及び第２の攪拌室４
０ｃ内にそれぞれ平行に配置され、互いに逆方向に回転
する。第１の攪拌室４０ｂ及び第２の攪拌室４０ｃの上
部は、蓋体４０Ａにより閉蓋されている。

【００４６】トナーカートリッジ５から補給されたトナ
ーは、蓋体４０Ａに穿設されたトナー補給口部（図示せ
ず）から現像器ハウジング４０の第１の攪拌室４０ｂ内
に投入、補給された後、第１の攪拌室４０ｂ及び第２の
攪拌室４０ｃ内において、現像剤攪拌スクリュー４７
Ａ，４７Ｂにより現像剤と混合、攪拌されて、現像剤供
給ローラ４６により現像スリーブ４１に供給される。マ
グネットロール４２を内蔵する回転可能な現像スリーブ
４１上に供給された現像剤は、現像剤層規制部材４３に
より現像剤層厚が規制され、感光体１に対向する現像領
域に搬送され、非接触現像が行われる。

【００４７】図３において、４８は、ＡＣ電源Ｅ１、Ｄ
Ｃ電源Ｅ２等から成るバイアス電圧印加手段、４９は波
形制御回路である。波形制御回路４９は、後述の交流電
圧波形の休止部（ブランク部）時間Ｔ_B、パルス部時間
Ｔ_P、パルス部と休止部の時間比（Ｔ_P／（Ｔ_P＋
Ｔ_B））、パルス振幅、パルス周波数（ｆ）等を制御す
る。

【００４８】図４は、ブランクパルスの波形を示す図で
ある。ブランクパルスの波形とは、交流電圧に直流電圧
を重畳したバイアス電圧を印加している電圧波形におい
て、交流成分を断続的に休止させるブランク部を有し、
このブランク部では直流成分のみを印加する波形のこと
である。

【００４９】前記の発明が解決しようとする課題におい
て、図１０を用いトナーの挙動による吸い込み、白抜け
を説明したが、ここで連続波とブランクパルスとの違い
によるトナーの挙動を説明する。

【００５０】図４において、実線及び破線で示す連続波
を現像スリーブに印加した場合、交流電圧の半周期毎に
電界の向きが変わるため、その都度トナーｔの移動する
方向が変わるので、トナーｔの移動する方向が変わる点
付近でのトナー飛翔速度が減衰し、トナーｔが図１０に
示す電気力線に沿いやすく、エッジ部の高濃度部側のト
ナー付着量が多くなり、吸い込みが発生する。この吸い
込みにより、エッジ部の低濃度部側のトナー付着量が減
少し、白抜けが発生する。

【００５１】また、連続波であると像担持体上でトナー
ｔが頻繁にバウンドするので白抜けが更に発生しやす
い。

【００５２】図４において実線で示すブランクパルスを
現像スリーブに印加した場合は、連続波と比較してブラ
ンク部におけるトナーｔの移動する方向の変化がなく、
トナー飛翔速度の減衰が少ない。

【００５３】その結果、ブランク部においては曲がった
電気力線に沿いにくく低濃度部にもトナーｔが付着しや
すくなり、吸い込みを防止できる。また、ブランク部に
おいては像担持体上でトナーｔのバウンドも抑えられる
ので白抜けも防止できる。

【００５４】この吸い込み、白抜けはトナー粒径が小さ
い１０μｍ以下の場合、顕著に発生し、このようなトナ
ー粒径を使用した画像形成装置において、ブランクパル
スを現像スリーブに印加すれば非常に効果的であること
を本発明者は発見した。

【００５５】トナー径が大きい（例えば、粒径１５μ
ｍ）場合には、現像領域内でトナーが潜像に付着するこ
とにより、画像部の潜像電位が飽和しやすい。潜像電位
が飽和すると、それ以上にトナーが付着しないために、
潜像電位の大きい高濃度部の領域内部とエッジ部とでト
ナー付着量の差がなくなるため、吸い込みが起こりにく
くなる。また、潜像電位の小さい低濃度部の領域部のエ
ッジ部にも規定量のトナーが付着し、白抜けも起こりに
くくなる。

【００５６】このように、ブランクパルスを印加するこ
とにより吸い込み、白抜けを防止できることが分かった
が、交流電圧の印加を休止するブランク部において、ト
ナーが現像スリーブ表面から離脱するきっかけを与える
交流電圧が印加されないから、トナーの離脱量が減少
し、ブランク部のない連続波形部に比べ、全体的に現像
性（トナー付着性）が低下（１０〜２０％低下）すると
いう問題がある。

【００５７】そこで、本発明者はブランクパルスの現像
性低下防止策を検討した。

【００５８】図５は、従来の現像バイアス電圧波形と画
像欠陥を示す図である。

【００５９】図５（ａ）は、現像スリーブ４１Ｙ上のイ
エロートナーＹｔが、現像領域において、現像スリーブ
４１Ｙに印加される交流電圧Ｖ_ACと直流電圧Ｖ_DCとによ
り飛翔して感光体１の周面に付着することを示す模式図
である。

【００６０】現像スリーブ４１Ｙには、交流電圧Ｖ_ACと
直流電圧Ｖ_DCとが重畳印加される。交流電圧Ｖ_ACを２８
００Ｖ、直流電圧Ｖ_DCを−６００Ｖとすると、重畳印加
電圧は、＋８００Ｖ［（＋１４００Ｖ）＋（−６００
Ｖ）］から−２０００Ｖ［（−１４００Ｖ）＋（−６０
０Ｖ）］の間で変化する。

【００６１】感光体１上の画像部の潜像電位Ｖ_Lが−５
０Ｖの高濃度の場合、現像器４Ｙによる現像時には、イ
エロートナーＹｔは、−６００Ｖの直流電圧Ｖ_DCによ
り、スリーブ電位が−２０００Ｖの現像スリーブ４１Ｙ
面上から画像部の潜像電位Ｖ_L（−５０Ｖ）の感光体１
面上に飛翔する（図示の矢印方向）。

【００６２】感光体１上へのトナー付着量を増大させる
ため、交流バイアス電圧を印加している間の交流電圧値
Ｖ_ACを、前記の２８００Ｖから更に３８００Ｖ〜４８０
０Ｖに増大させることによって、トナーをキャリアから
剥ぎ取る力が大となり、現像スリーブ４１上へのトナー
付着量を増大させることが可能となる。しかし、このよ
うにすると、現像スリーブ４１と感光体１との電位差が
周期的に大きくなり、画像部の潜像電位Ｖ_L（−５０
Ｖ）との電位差が増大し、現像スリーブ４１Ｙと感光体
１との間で放電破壊（落雷現象）を発生し、感光体１上
にリング状にクレータを生じるいわゆるリングマークを
発生する。したがって、交流電圧値Ｖ_ACを増大させるこ
とによりトナー付着量を増大させるには限界がある。

【００６３】図５（ｂ）は、感光体１上に複数のトナー
像を重ね合わせて形成する際の現像領域において、感光
体１上に先行形成されたイエロートナーＹｔが感光体１
上から剥ぎ取られて、現像スリーブ４１に再付着するこ
とを示す模式図である。

【００６４】現像器４Ｍによりマゼンタ画像を現像処理
するとき、感光体１上には、先行の帯電、露光、現像か
ら成るイエロー画像形成プロセスにより、イエロートナ
ーＹｔが付着している。現像器４Ｍによりマゼンタ画像
を現像処理時に、前述のように交流電圧Ｖ_ACを増大させ
ると、再帯電された感光体電位（−７５０Ｖ）の感光体
１上に付着しているイエロートナーＹｔを感光体１上か
ら剥ぎ取る力も増大してしまい、現像スリーブ４１Ｍに
印加される交流電圧Ｖ_ACと、直流電圧Ｖ_DCとにより、イ
エロートナーＹｔが現像スリーブ４１Ｙから剥ぎ取られ
て、更にスリーブ電位（＋８００Ｖ）の現像スリーブ４
１Ｍに向けて飛翔して、イエロートナーＹｔが現像スリ
ーブ４１Ｍ上のマゼンタトナーＭｔに混合してしまうこ
とがある（以下、この現象を剥ぎ取りと称す）。

【００６５】以上をまとめると、交流電圧Ｖ_ACを増大さ
せると、トナー付着量（現像性）は増大するが、ある電
圧値を越えると、前記放電破壊（落雷現象）を発生
し、感光体１にダメージを与えたり、感光体１上に複
数のトナー像を重ね合わせる画像形成装置においては、
前記剥ぎ取りが発生して異色トナーの混合を生じる。し
たがって、トナー付着量（現像性）を向上させるために
は、放電破壊を防止し、かつ剥ぎ取りの発生を抑える工
夫が必要である。

【００６６】そこで本発明者は、鋭意、検討した結果、
ブランクパルス波形の交流電圧の印加部の波形を交流電
圧の１周期において非点対称の波形にすることにより、
ブランクパルス部における現像性低下を防止できること
を発見した。

【００６７】図６は、現像バイアス電圧の非点対称波形
を示す図である。図において、破線は対称波形を示し、
実線は本発明による非点対称波形を示す。この波形は、
交流電圧の１周期において、対称点の無い波形、すなわ
ち非点対称波形である。また、好ましくは、この非点対
称波形は、現像スリーブ４１から感光体１上へトナーが
移動する現像駆動側の積分値（図示上側のハッチング部
の面積）と、感光体１上から現像スリーブ４１側へトナ
ーが移動する戻り側の積分値（図示下側のハッチング部
の面積）とを等しい一定値となし（実効電圧レベル一
定）、非点対称波形のピーク値と、実効的に印加されて
いる直流電圧値との差の絶対値が、直流電圧値の高い側
と低い側で異なるようにしたものである。印加電圧と時
間の比率を変更したものである。

【００６８】図示のＴ₁は現像駆動側の印加時間、Ｔ₂は
戻り側の印加時間である。なお、図示の波形は、Ｄｕｔ
ｙ比：Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）を０．６に設定したものであ
る（Ｔ₂＞Ｔ₁）。更に、この実効的に印加されている直
流電圧Ｖ′_DCが実際に実際に印加されている直流電位差
Ｖ_DCと等しいことが望まれる。

【００６９】図６に示すように現像バイアス電圧の交流
電圧を非点対称波形にすることにより、対称波形に比べ
て現像駆動側の印加電圧の絶対値が上昇するので、ブラ
ンク部で低下する現像性を、交流電圧印加部により補う
ことができ、現像スリーブ４１から感光体１に付着する
トナー量が全体的に増大し現像性が向上する。かつ、戻
り側の印加電圧の絶対値も小さくなるので、前述した剥
ぎ取りも抑えられる。

【００７０】以下に、対称ブランクパルス波形、非点対
称ブランクパルス波形の現像性の比較を示す。なお、感
光体１の帯電電位Ｖ_H＝−７５０Ｖ、感光体１上の潜像
電位Ｖ_L＝−５０Ｖ、直流電圧Ｖ_DC＝−６００Ｖ、感光
体１と現像スリーブ４１間の最近接距離ｄ＝０．５７ｍ
ｍ、現像スリーブ４１の現像剤搬送量ＤＷＳ＝９ｍｇ／
ｃｍ²、周波数ｆ＝６ｋＨｚに設定した。また、パルス
部２波長分、その後にブランク部２波長相当分を印加し
た。

【００７１】（１）対称ブランクパルス波形現像：この
ときの、剥ぎ取りが発生しない最大交流電圧はＶ_AC＝
２．４ｋＶ、感光体１上のトナー付着量（Ｍ／Ａ）は
０．５６ｍｇ／ｃｍ²であった。

【００７２】（２）Ｄｕｔｙ比：Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）を
０．６に設定した非点対称ブランクパルス波形現像：こ
のときの、剥ぎ取りが発生しない最大交流電圧はＶ_AC＝
２．６ｋＶに向上し、感光体１上のトナー付着量は０．
７８ｍｇ／ｃｍ²に増大した。

【００７３】図４で示したブランクパルスのパルス部の
波形を、非点対称波形にしたこと（非点対称ブランクパ
ルス）により、ブランクパルスで問題であった現像性低
下を抑えることができ、現像性低下を押さえたことによ
り、高濃度部の電位が飽和しやすくなるので、前述の吸
い込み、白抜けも起こりづらくなるという効果もある。

【００７４】図７は、現像バイアス電圧の非点対称ブラ
ンクパルス波形の一例を示す図である。図において、破
線は前述の連続波形を示し、実線は非点対称ブランクパ
ルス波形を示す。

【００７５】なお、帯電電位Ｖ_H、潜像電位Ｖ_L、直流電
圧Ｖ_DC、距離ｄｍｍ、現像剤搬送量ＤＷＳ、周波数ｆは
上述の設定値と同じである。

【００７６】非点対称ブランクパルスを採用することに
より、感光体１上のトナー付着量（Ｍ／Ａ）は、ブラン
ク時間に対する交流電圧の印加時間の割合を上げること
によって増大する。例えば、ブランク部の時間１に対し
て、パルス部の時間を１から２に設定したときに、トナ
ー付着量（Ｍ／Ａ）は０．７ｍｇ／ｃｍ²から０．８ｍ
ｇ／ｃｍ²に増加する。なお、感光体１上のトナー付着
量（Ｍ／Ａ）の評価は、感光体１上に付着した単位面積
（ｃｍ²）当たりのトナー量（重さ、ｍｇ）を天秤で測
定したものである。

【００７７】ブランク部の時間を１、パルス部Ｔ_Pの時
間を２〜３としたとき、前述の吸い込みは、１５０ＬＰ
Ｉ（ライン／インチ）のライン１本分（１７０μｍｍ）
以下となった。

【００７８】なお、現像剤搬送量ＤＷＳ［ｍｇ／ｃ
ｍ²］と、現像スリーブ４１と感光体１との間の最近接
距離ｄ［ｍｍ］との比は、以下の関係を満足することが
望ましい。

【００７９】５＜（ＤＷＳ／ｄ）＜４０現像剤搬送量（ＤＷＳ）とは、現像スリーブ４１により
現像領域に搬送される現像剤の搬送量を称し、その評価
は、現像スリーブ４１表面の現像剤をテープで単位面積
分採取し、天秤で現像剤の単位面積当たりの重さを測定
したものである。

【００８０】更に本発明者は、交流電圧Ｖ_ACを変化させ
たときの現像剤（トナー）が現像スリーブ４１から感光
体１に移動（飛翔）する方向の最大電界Ｅｍａｘ（＝
（１／２・Ｖ_AC＋｜Ｖ_DC｜−｜Ｖ_L｜）／２）の変化
と、非点対称ブランクパルスによるパルス部時間Ｔ_P、
休止部時Ｔ_Bを変化させたときのパルス部比率Ｔ_P／（Ｔ
_P＋Ｔ_B）の変化とを組み合わせた各種可変条件で複数の
画像を形成し、これらの画像を評価して、非点対称ブラ
ンクパルスによるトナー付着量の増加と吸い込み現象の
低下とを達成可能な現像適正領域を実験的に確認した。

【００８１】図８は、パルス部の周波数ｆを所定値に設
定したときの、最大電界Ｅｍａｘ［ＭＶ／ｍ］と、パル
ス部比率Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）との相関における現像適正
領域の限界を示す特性図である。

【００８２】なお、本発明に係わる画像形成装置は、Ｋ
ｏｎｉｃａＫＬ−２０１０カラーレーザープリンタ
（コニカ（株）製）実験機を使用し、感光体１の外径は
φ１００ｍｍ、現像スリーブ４１の外径はφ１８ｍｍで
ある。

【００８３】図８における実験では、現像スリーブ４１
と感光体１との最近接距離ｄ＝０．５ｍｍ、直流電圧Ｖ
_DC＝−６００Ｖ、感光体帯電電位Ｖ_H＝−７５０Ｖ、画
像部の潜像電位Ｖ_L＝−５０Ｖに設定した。

【００８４】なお、ＤＷＳ＝１１．６ｍｇ／ｃｍ²、ｄ
＝Ｏ．５ｍｍに設定したので、（ＤＷＳ／ｄ）は２３．
２である。

【００８５】まず、パルス部の周波数ｆ＝４ｋＨｚに設
定し、Ｄｕｔｙ、Ｖ_ACを変えながら、ＥｍａｘとＴ_P／
（Ｔ_P＋Ｔ_B）とをそれぞれ適宜選択設定して現像し、前
述の主走査方向に発生する吸い込み、副走査方向に発生
する白抜け、トナー付着量の評価を行った結果、図８
（ａ）に示すように線分Ａより図示の右側の領域内です
べて良好であった。

【００８６】例えば、Ｖ_AC＝２６００Ｖ、Ｄｕｔｙ＝
０．６にすると、最大電界Ｅｍａｘは、Ｅｍａｘ＝（２
６００×０．６＋６００−５０）／０．５＝４．２２
［ＭＶ／ｍ］となる。

【００８７】Ｅｍａｘ＝２．６［ＭＶ／ｍ］に設定し、
Ｄｕｔｙを０．５〜０．９の範囲で種々変化させたとき
のＶ_ACの変化を下記に示す。

【００８８】Ｄｕｔｙ：０．５のとき、Ｖ_AC＝１５００ＶＤｕｔｙ：０．６のとき、Ｖ_AC＝１２５０ＶＤｕｔｙ：０．７のとき、Ｖ_AC＝１０７１ＶＤｕｔｙ：０．８のとき、Ｖ_AC＝９３８ＶＤｕｔｙ：０．９のとき、Ｖ_AC＝８３３Ｖ即ち、パルス部比率が０．９のときはＶ_AC＝８３３Ｖに
したとき、Ｅｍａｘ＝２．６［ＭＶ／ｍ］である。ま
た、Ｄｕｔｙが０．５のときはＶ_AC＝１５００Ｖにした
とき、Ｅｍａｘ＝２．６［ＭＶ／ｍ］となる。

【００８９】なお、上記の吸い込みの評価は、感光体１
上の露光量が２０％と１００％との境界部において、１
５０ＬＰＩ（ライン／インチ）のラインが１本分（１７
０μｍ）欠けると画像不良と判断した。

【００９０】同じように、パルス部の周波数ｆ＝６ｋＨ
Ｚの場合は、図８（ｂ）に示すように線分Ｂより図示の
右側の領域内ですべて良好であった。

【００９１】パルス部の周波数ｆ＝８ｋＨＺの場合は、
図８（ｃ）に示すように線分Ｃより図示の右側の領域内
ですべて良好であった。

【００９２】パルス部の周波数ｆ＝８ｋＨＺの場合は、
図８（ｄ）に示すように線分Ｄより図示の右側の領域内
ですべて良好であった。

【００９３】以上の結果より、非点対称ブランクパルス
によるトナー付着量の増加と吸い込み現象の低下とを達
成可能な現像適正領域を、最大電界Ｅｍａｘ、パルス部
比率Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）、パルス部の周波数ｆをパラメ
ータにした近似式で表すと、Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）＞（−
４Ｅｍａｘ）＋１１．３＋０．４（ｆ−４）：式であ
ることが分かった。

【００９４】図９も同じように、パルス部周波数ｆを所
定値に設定したときの、最大電界Ｅｍａｘ［ＭＶ／ｍ］
と、パルス部比率Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）との相関における
現像適正領域の限界を示す特性図である。

【００９５】まず、パルス部の周波数ｆ＝４ｋＨｚに設
定し、ＥｍａｘとＴ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）とをそれぞれ適宜
選択設定して現像し、前述の主走査方向に発生する吸い
込み、副走査方向に発生する白抜け、トナー付着量の評
価を行った結果、図９（ａ）に示すように線分Ｅより図
示の左側の領域内ですべて良好であった。

【００９６】なお、上記の吸い込みの評価は、感光体１
上の露光量が２０％と１００％との境界部において、１
５０ＬＰＩのラインが１本分欠けると画像不良と判断し
た。

【００９７】例えば、パルス部比率が０．１のときは、
Ｖ_AC＝２０００Ｖ、Ｄｕｔｙ＝０．９において、最大電
界Ｅｍａｘは４．７０［ＭＶ／ｍ］となる。

【００９８】Ｅｍａｘ＝４．７０［ＭＶ／ｍ］に設定
し、Ｄｕｔｙを０．５〜０．９の範囲で種々変化させた
ときのＶ_ACの変化を下記に示す。

【００９９】Ｄｕｔｙ：０．５のとき、Ｖ_AC＝３６００ＶＤｕｔｙ：０．６のとき、Ｖ_AC＝３０００ＶＤｕｔｙ：０．７のとき、Ｖ_AC＝２５７１ＶＤｕｔｙ：０．８のとき、Ｖ_AC＝２２５０ＶＤｕｔｙ：０．９のとき、Ｖ_AC＝２０００Ｖ即ち、Ｄｕｔｙが０．９のときはＶ_AC＝２０００Ｖにし
たとき、Ｅｍａｘ＝４．７０［ＭＶ／ｍ］である。ま
た、Ｄｕｔｙが０．５のときはＶ_AC＝３６００Ｖにした
とき、Ｅｍａｘ＝４．７０［ＭＶ／ｍ］となる。

【０１００】同じように、パルス部の周波数ｆ＝６ｋＨ
Ｚの場合は、図９（ｂ）に示すように線分Ｆより図示の
左側の領域内ですべて良好であった。

【０１０１】パルス部の周波数ｆ＝８ｋＨＺの場合は、
図９（ｃ）に示すように線分Ｇより図示の左側の領域内
ですべて良好であった。

【０１０２】パルス部の周波数ｆ＝１０ｋＨＺの場合
は、図９（ｄ）に示すように線分Ｈより図示の左側の領
域内ですべて良好であった。

【０１０３】以上の結果より、非点対称ブランクパルス
によるトナー付着量の増加と吸い込み現象の低下とを達
成可能な現像適正領域を、最大電界Ｅｍａｘ、パルス部
比率Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）、パルス部の周波数ｆをパラメ
ータにした近似式で表すと、（−４Ｅｍａｘ）＋１８．
９＋０．４（ｆ−４）＞Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）：式であ
ることが分かった。

【０１０４】以上をまとめると、断続的に休止する交流
成分（ブランクパルス）を非点対称に形成し、かつ、前
記式、式を満たすような適正な範囲に、Ｅｍａｘ、
Ｔ_P、Ｔ_Bを設定することにより、吸い込みや白抜けに効
果があり、かつ、現像性の低下も防止することが可能で
ある。

【０１０５】なお、本発明の現像装置及びこの現像装置
を備えた画像形成装置は、上記の実施の形態に限定され
るものではなく、ベルト感光体を備えたカラー画像形成
装置や、透明感光体を備えたカラー画像形成装置やタン
デム型カラー画像形成装置及び他の静電方式のカラー画
像形成装置にも適用可能である。また、本発明の現像装
置は、二成分現像剤に限定されるものではなく、一成分
現像剤にも適用可能である。

【０１０６】

【発明の効果】本発明の現像装置及び画像形成装置によ
り、非接触現像で発生する吸い込み、白抜けが防止さ
れ、特に、トナー粒径が小さい場合に顕著に発生する吸
い込み、白抜けを防止し、かつ十分な濃度が得られ、現
像性、現像安定性が向上し、高品位な画像を安定して得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の現像装置を複数組搭載したカラープリ
ンタの断面構成図。

【図２】本発明による複数組の現像器から成る現像装置
の断面図。

【図３】本発明の現像装置の断面図。

【図４】ブランクパルスの波形を示す図。

【図５】現像バイアス電圧波形と画像欠陥を示す図。

【図６】本発明による現像バイアス電圧の非点対称波形
を示す図。

【図７】本発明による現像バイアス電圧の非点対称ブラ
ンクパルス波形を示す図。

【図８】最大電界とパルス部比率との関係を示す特性
図。

【図９】最大電界とパルス部比率との関係を示す特性
図。

【図１０】現像領域における電気力線とトナー移動を示
す拡大模式図。

【符号の説明】

１像担持体（感光体ドラム、感光体）２帯電装置（スコロトロン帯電器）３露光装置４現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ現像器６転写装置４０現像器ハウジング（現像剤収容部）４１現像剤担持体（現像スリーブ）４２磁界発生手段（マグネットロール）４３現像剤層規制部材４４スクレーパ４５現像剤搬送ローラ４６現像剤供給ローラ４７Ａ，４７Ｂ現像剤攪拌スクリュー４８バイアス電圧印加手段４９波形制御回路Ｅｍａｘトナーが現像スリーブから感光体に移動する
方向の最大電界Ｖ_AC 現像スリーブに印加する交流電圧Ｖ_DC 現像スリーブに印加する直流電圧Ｖ_L 感光体上の画像部の潜像電位（露光部の潜像電
位）Ｖ_H 感光体帯電電位Ｔ_P 現像スリーブに印加する交流成分のパルス部時間Ｔ_B 現像スリーブに印加する交流成分の休止部時間ｆ現像スリーブに印加する交流成分のパルス部周波数ＤＷＳ現像剤搬送量ｄ現像スリーブと感光体との最近接距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体の周囲に少なくとも、該像担持
体表面を帯電する帯電装置と、帯電された前記像担持体
表面を露光し静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜
像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を有
する現像装置と、該現像装置によって現像された現像像
を転写材に転写する転写装置とを有する画像形成装置に
おいて、前記現像装置は、前記現像剤担持体と前記像担
持体との間に交流電圧と直流電圧とを重畳した現像バイ
アス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を有し、前記
交流電圧は、該交流電圧の１周期において非点対称な波
形であり、かつ断続的に印加されていることを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項２】前記交流電圧は、該交流電圧の１周期に
おいて交流電圧の波形と実効的に印加されている直流電
圧とに挟まれる領域の面積値が、該実効的に印加されて
いる直流電圧値よりも高い側と低い側で同一値に設定
し、かつ、前記交流電圧のピークと前記実効的に印加さ
れている直流電圧との差の絶対値が、該実効的に印加さ
れている直流電圧よりも高い側と低い側で異なることを
特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記実効的に印加されている直流電圧値
と、前記バイアス電圧印加手段によって印加される直流
電圧値とが同一値であることを特徴とする請求項２に記
載の画像形成装置。
【請求項４】前記バイアス電圧印加手段が下記の関係
式を満たすように直流電圧と交流電圧を印加することを
特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。０．５＜〔Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）〕＜０．９式中、Ｔ₁［ｓｅｃ］：実効的に印加されている直流電圧に対
し、現像剤が現像剤担持体から像担持体へ移動する側に
交流電圧を印加する時間Ｔ₂［ｓｅｃ］：実効的に印加されている直流電圧に対
し、現像剤が像担持体から現像剤担持体へ移動する側に
交流電圧を印加する時間Ｔ₁＋Ｔ₂：交流電圧の１周期の時間
【請求項５】前記バイアス電圧印加手段が下記の関係
式を満たすように前記交流電圧を印加することを特徴と
する請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装
置。０．１＜〔Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）〕＜０．９式中、Ｔ_P［ｍｓｅｃ］：交流電圧を印加する時間Ｔ_B［ｍｓｅｃ］：交流電圧の印加を休止する時間
【請求項６】前記画像形成装置の諸条件を、下記の関
係式を満たすように設定することを特徴とする請求項１
乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。〔−４Ｅｍａｘ＋１１．３＋０．４（ｆ−４）〕＜〔Ｔ
_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）〕＜〔−４Ｅｍａｘ＋１８．９＋０．
４（ｆ−４）〕Ｅｍａｘ＝（１／２・Ｖ_AC＋｜Ｖ_DC｜−｜Ｖ_L｜）／ｄ式中、Ｅｍａｘ［ＭＶ／ｍ］：現像剤が現像剤担持体から像担
持体に移動する方向の最大電界Ｖ_AC［Ｖ］：バイアス電圧印加手段により印加される交
流電圧の電圧値Ｖ_DC［Ｖ］：バイアス電圧印加手段により印加される直
流電圧の電圧値Ｖ_L［Ｖ］：像担持体上に形成された潜像の最小電位ｄ［ｍｍ］：現像剤担持体と像担持体との最近接距離Ｔ_P［ｍｓｅｃ］：交流電圧を印加する時間Ｔ_B［ｍｓｅｃ］：交流電圧の印加を休止する時間ｆ［ｋＨｚ］：バイアス電圧印加手段により印加される
交流電圧の周波数
【請求項７】前記現像剤はトナーとキャリアから構成
される二成分現像剤であることを特徴とする請求項１乃
至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
【請求項８】前記トナーの粒径が１０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】請求項１に記載の像担持体、現像装置、
露光装置を備え、前記像担持体上の均一帯電面から光ビ
ームにより電荷が除去された潜像部分に、前記現像装置
により現像剤を付着させる反転現像により顕像化するこ
とを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項１０】請求項１に記載の像担持体、現像装
置、バイアス電圧印加手段を備え、前記現像剤担持体
に、直流電圧に交流電圧を重畳させるバイアス電圧を印
加し、前記現像装置の現像剤担持体上の現像剤を前記像
担持体上の静電潜像上へ飛翔させる非接触現像により顕
像化することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装
置。
【請求項１１】異なる色の現像剤をそれぞれ収容した
前記請求項１に記載の複数の現像装置を有し、前記請求
項９に記載の反転現像及び前記請求項１０に記載の非接
触現像により、像担持体上に形成された静電潜像を現像
し、前記像担持体上に複数色の重ね合わせカラー現像像
を形成し、該カラー現像像を転写装置により被転写材上
に一括転写してカラー画像を形成することを特徴とする
請求項１、９、１０の何れか１項に記載の画像形成装
置。