(57)【要約】【課題】本発明の課題は、現像ギャップを０．５ｍｍよりも狭くした場合においても、後端欠けが発生しない画像形成装置を提供することにある。【解決手段】記録体の移動方向に沿って配置され、互いに逆方向に回転する第１現像ローラと第２現像ローラを有し、記録体に形成した電荷潜像を前記第１及び第２ローラにより、磁性キャリアとトナーとを主成分とする２成分磁性現像剤で現像する画像形成装置において、第１現像ローラと記録体との現像ギャップ及び第２現像ローラと記録体との現像ギャップをそれぞれ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすると共に、第１現像ローラの周速（Ｖｄ１）と記録体の周速（Ｖｐ）との周速比Ｓ１（＝Ｖｄ１／Ｖｐ）を、第２現像ローラの周速（Ｖｄ２）と記録体の周速（Ｖｐ）との周速比Ｓ２（＝Ｖｄ２／Ｖｐ）より大きくした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録体の移動方向に沿って配置され、互いに逆方向に回転する第１現像ローラと第２現像ローラを有し、記録体に形成した電荷潜像を前記第１及び第２ローラにより、磁性キャリアとトナーとを主成分とする２成分磁性現像剤で現像する画像形成装置において、前記第１現像ローラと前記記録体との現像ギャップ及び前記第２現像ローラと前記記録体との現像ギャップをそれぞれ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすると共に、前記第１現像ローラの周速（Ｖｄ１）と記録体の周速（Ｖｐ）との周速比Ｓ１（＝Ｖｄ１／Ｖｐ）を、前記第２現像ローラの周速（Ｖｄ２）と記録体の周速（Ｖｐ）との周速比Ｓ２（＝Ｖｄ２／Ｖｐ）より大きくしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１において、前記周速比Ｓ１を前記周速比Ｓ２より０．１〜０．５速くすることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１において、前記磁性キャリアの動的電気抵抗値が１０の７乗〜１０の１０乗Ωｃｍの範囲に規制されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１において、前記現像剤の動的電気抵抗値が１０の８乗〜１０の１１乗Ωｃｍの範囲に規制されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
記録体の移動方向に沿って配置され、互いに逆方向に回転する第１現像ローラと第２現像ローラを有し、記録体に形成した電荷潜像を前記第１及び第２ローラにより、磁性キャリアとトナーとを主成分とする２成分磁性現像剤で現像する画像形成装置において、前記第１現像ローラと前記記録体との第１現像ギャップ及び前記第２現像ローラと前記記録体との第２現像ギャップをそれぞれ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすると共に、前記第１現像ギャップを、前記第２現像ギャップより狭くしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５において、前記第１現像ギャップを前記第２現像ギャップより０．０３〜０．０５ｍｍ狭くしたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真法や静電記録法を用いて、着色トナー像を用紙等の転写材に形成する画像形成装置に係り、特に感光体や誘電体などの記録体に形成した静電電荷潜像を、その記録体の移動方向に沿って配置され、互いに逆方向に回転する第１現像ローラと第２現像ローラにより、磁性キャリアとトナーとを主成分とする２成分磁性現像剤で現像する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真法や静電記録法において、記録体である光導電感光体や誘電体に電荷潜像を形成し、これを互いに逆方向に回転する２本の現像ローラにより、磁性キャリアとトナーを主成分とする２成分磁性現像剤で現像する方式が、特許文献１（特公昭５４−１０８６９号公報）等に開示されている。
【０００３】
この方式は、現像能力が大きいために高画像濃度域での現像方向むらの発生を防ぐことができる反面、高抵抗現像剤を用いたとき、画像濃度ＤがＤ≦１である低画像濃度域や、網点或いは線構成の中間調画像では現像ブラシの方向にむらが残るという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するために、特許文献２（特開平１０−２３２５６２号公報）には、記録体の移動方向と逆方向に移動する第１現像ローラの周速（Ｖｄ１）と、記録体の周速（Ｖｐ）との周速比（Ｓ１＝Ｖｄ１／Ｖｐ）を０．５〜２．５の範囲に規制し、且つ記録体の移動方向に移動する第２現像ローラの周速（Ｖｄ２）と、記録体の周速（Ｖｐ）との周速比（Ｓ２＝Ｖｄ２／Ｖｐ）を１．５〜３．５の範囲に規制した装置が提案されている。
【０００５】
上記の提案にかかる現像装置では、記録体と現像ローラのギャップ（以下現像ギャップと称する）を０．５ｍｍより広くとっていたが、現像ギャップが広く、高抵抗現像剤を用いた場合は、エッジ効果によって、ベタ画像の周辺部や、文字などの線画像へのトナー付着量が多くなるという問題を生ずる。このため、トナーを無駄に消費してしまうだけでなく、過剰に付着したトナーが転写時に飛散りを生じ、画像を不鮮明にしてしまうという問題がある。
【０００６】
このため本発明者は、現像ギャップを狭くすることを試みたが、現像ギャップを０．５ｍｍ以下に狭くすると、後端欠けが発生しやすくなってしまった。後端欠けとは、例えば縦横数ｃｍの黒べた部を印刷する場合、黒べた部の後端の一部が欠けたり不鮮明になる現象を言う。
【０００７】
【特許文献１】特公昭５４−１０８６９号公報
【特許文献２】特開平１０−２３２５６２号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ｊ．Ｆｏｌｋｉｎｓ：Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｉｅｓＴｈｅ  Ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｔｗｏ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｖｒｕｓｈ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ：ＩＥＥＥ−ＩＡＳ  Ａｎｎ．Ｍｅｅｔｉｎｇ  Ｃｏｎｆ．Ｒｅｃｏｒｄ，１５１０−１５１４（１９８５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来の欠点を解決した画像形成装置を提供することを目的とする。具体的には、記録体の移動方向に沿って配置され、互いに逆方向に回転する第１現像ローラと第２現像ローラを備えた現像装置において、現像ギャップを約０．５ｍｍより狭くした場合においても、画像の後端欠けが発生することなく、良質の画像を形成し得る画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明は、記録体の移動方向に沿って配置され、互いに逆方向に回転する第１現像ローラと第２現像ローラを有し、記録体に形成した電荷潜像を前記第１及び第２ローラにより、磁性キャリアとトナーとを主成分とする２成分磁性現像剤で現像する画像形成装置において、前記第１現像ローラと前記記録体との現像ギャップ及び前記第２現像ローラと前記記録体との現像ギャップをそれぞれ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすると共に、前記第１現像ローラの周速（Ｖｄ１）と記録体の周速（Ｖｐ）との周速比Ｓ１（＝Ｖｄ１／Ｖｐ）を、前記第２現像ローラの周速（Ｖｄ２）と記録体の周速（Ｖｐ）との周速比Ｓ２（＝Ｖｄ２／Ｖｐ）より大きくしたことに一つの特徴がある。
【００１０】
本発明の他の特徴は、前記周速比Ｓ１を前記周速比Ｓ２より０．１〜０．５速くしたことにある。
【００１１】
本発明の他の特徴は、前記磁性キャリアの動的電気抵抗値を１０の７乗〜１０の１０乗Ωｃｍの範囲に規制したことにある。
【００１２】
本発明の他の特徴は、前記現像剤の動的電気抵抗値を１０の８乗〜１０の１１乗Ωｃｍの範囲に規制したことにある。
【００１３】
本発明の他の特徴は、記録体の移動方向に沿って配置され、互いに逆方向に回転する第１現像ローラと第２現像ローラを有し、記録体に形成した電荷潜像を前記第１及び第２ローラにより、磁性キャリアとトナーとを主成分とする２成分磁性現像剤で現像する画像形成装置において、前記第１現像ローラと前記記録体との第１現像ギャップ及び前記第２現像ローラと前記記録体との第２現像ギャップをそれぞれ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすると共に、前記第１現像ギャップを、前記第２現像ギャップより狭くしたことにある。
【００１４】
本発明の他の特徴は、前記第１現像ギャップを前記第２現像ギャップより０．０３〜０．０５ｍｍ狭くしたことにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、現像ギャップを０．５ｍｍ以下に狭くすることにより、過剰なトナーの付着及び転写時の飛散りを防止できると共に、第１現像ローラの周速を第２現像ローラの周速より速くして、第１現像ローラと第２現像ローラによる現像トナー量のバランスをとることによって、後端欠けの発生も防止し得るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る画像形成装置の具体的な実施形態を説明する前に、まず、本発明の基本原理について説明する。
【００１７】
本発明者は、互いに逆方向に回転する２個の現像ローラにより、記録体に形成した静電電荷潜像を現像する画像形成装置において、更に高画質化を図るべく感光体と現像ローラのギャップ、即ち現像ギャップを狭くした場合に生じる問題点の分析とその解決方法の理論的検討を行った。この理論検討を行うに当たり、非特許文献１を参考にし、この文献では正しい解が導かれていない記録体表面と現像ローラ表面の移動方向が逆の場合について検討を加え、初めて正しい解を見出した。
【００１８】
前記非特許文献１は、現像抵抗と印刷の絶対速度を考慮しており、現像によって感光体上に現像されて移動していく電荷量が、現像剤中を流れる電流と等しいという原理に基づくモデルである。これは、２成分磁気ブラシ現像での導電性現像と絶縁性現像の説明に用いられてきた現象を数式で表現したモデルである。
【００１９】
導電性現像と絶縁性現像は次のように説明される。現像抵抗が低い導電性現像の場合は、逆極電荷が磁気ブラシを通して速やかに中和されるので、更に次々と現像が継続的に進行して現像性が高くなる。一方、現像抵抗が高い絶縁性現像の場合は、磁気ブラシを通しての中和が遅く逆極電荷がいつまでも残ってしまうため、次の現像が進行しなくなるため現像性が低くなる。これを数式化したこの解析モデルは、磁気ブラシの抵抗で電流の流れ易さを考慮することで、導電性現像から絶縁性現像まで、現像抵抗については連続して扱えるようになっている。
【００２０】
この現像解析モデルを図２に示す。図２で感光体表面は周速ｖｐで移動し、現像ローラのスリーブは周速ｖｓで移動する。感光体表面は、図２の丸内に引き出したように、感光体上に現像されて感光体と同じ速度で移動する現像電荷量ｑと、磁気ブラシに残りスリーブと同じ速度で移動する残留逆電荷量Ｑが移動している。この電荷の合計の単位時間当たりの移動量が電流であり、キルヒホフの電流保存則の原理に基づいて、厚みｂ、誘電率εｂ、導電率σの現像剤層を流れる電流と等しいとするモデルである。
【００２１】
この解析モデルでは、現像ローラと感光体が同じ方向に移動する場合については正しい解が得られている。しかし、現像ローラと感光体が逆方向に移動する場合については、周速比を無限大にすると現像量も無限大になってしまうという矛盾が生じている。感光体上に現像される電荷量は、現像電位差と感光体の静電容量の積で決まる量が上限となるので、この非特許文献１の逆方向現像の解析結果は誤りであった。
【００２２】
本発明者は、この問題について検討を重ね、正しい解を得ることに成功した。以下、現像量の計算式の導出について説明する。
【００２３】
図２の現像モデルで、順方向現像、逆方向現像の現像電荷量の計算式（解析解）の導出を行う。
【００２４】
まず、厚み方向の電荷と電圧の関係式として数１が得られる。
【００２５】
【数１】
2006053198.tif 000003
【００２６】
ここで、スリーブに印加される直流電圧をＶＢとするとΔＶは次式で表される。
【００２７】
【数２】
2006053198.tif 000004
【００２８】
導電率σの磁気ブラシを流れる電流Ｉ（Ｘ）が、感光体とスリーブの移動に伴ってプロセス方向に流れる電荷流の増減に等しいと置いて、数３が得られる。
【００２９】
【数３】
2006053198.tif 000005
【００３０】
ここで、
【００３１】
【数４】
2006053198.tif 000006
【００３２】
数１から数４を、ｑとＱについて解いて、次式を得る。
【００３３】
【数５】
2006053198.tif 000007
【００３４】
【数６】
2006053198.tif 000008
【００３５】
ここで、
【００３６】
【数７】
2006053198.tif 000009
【００３７】
であり、Ｒ＝１／σ，Ｄは積分常数である。
【００３８】
次に境界条件を適用して、積分定数Ｄを求める。電流の保存則より、現像域から総和として流出する電荷流は、磁気ブラシから流れこむ電流の総和と等しいとおけ、図３−１に示す記号を用いると数８を得る。
【００３９】
【数８】
2006053198.tif 000010
【００４０】
そして、次の境界条件を数８に代入することによって、数５、数６の積分定数Ｄが決定される。
（ａ）記録体と現像ローラの移動方向が同じ順方向の場合
図３−２のｖｐ＞０、ｖｓ＞０の場合、現像域からの電荷の流出は、ｑ（ｗ）×ｖｐ＋Ｑ（ｗ）×ｖｓのみであり、数８で  Ｑ（０）＝０、ｑ（０）＝０  とおく。
（ｂ）記録体と現像ローラの移動方向が反対の逆方向の場合
図３−２のｖｐ＞０、ｖｓ＜０の場合、現像域からの電荷の流出は、ｑ（ｗ）×ｖｐ−Ｑ（０）×ｖｓのみであり、数８で  Ｑ（ｗ）＝０、ｑ（０）＝０  とおく。
【００４１】
境界条件を代入して、積分常数を決定することによって次に示す解、即ち感光体上単位面積当たりに現像される電荷量の計算式が得られる。現像されるトナー重量は、この電荷量をトナー帯電量Ｑ／Ｍで割ることによって求められる。なお、数９から数１２は現像域ｗ内の位置ｘでの電荷量であり、現像域を通過後の値は、ｘにｗを代入して得られる。ここでは、逆方向現像の計算式中で、境界条件によって決められた指数関数内のｗと明示的に区別するため、ｘの表記としている。
【００４２】
順方向の現像電荷量ｑｊ（ｊは順を意味する添え字）及び残留逆電荷量Ｑｊは、数９、数１０で表される。
【００４３】
【数９】
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【００４４】
【数１０】
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【００４５】
逆方向の現像電荷量ｑｇ（ｇは逆を意味する添え字）及び残留逆電荷量Ｑｇは、数１１、数１２で表される。
【００４６】
【数１１】
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【００４７】
【数１２】
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【００４８】
この計算式に基づいて、現像ギャップｂ＝０．８ｍｍ、現像剤層の誘電率をεｂ＝１０ε（εは真空の誘電率）、感光層厚みｐ＝３０μｍ、誘電率をεｐ＝３、感光体表面移動速度ｖｐ＝０．５ｍ／ｓ、現像電位差ΔＶ＝３００Ｖ、現像域幅ｗ＝１０ｍｍ、現像抵抗Ｒ＝１．９×１０の１０乗Ωｃｍ、トナー帯電量を２０μＣ／ｇとし、周速比ｖｓ／ｖｐを１．０から２．５まで、０．１毎に順方向と逆方向の現像トナー量を計算し、その比を求めた。その結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
表１に示すように、同一の周速比では順方向の方が逆方向より、５〜６％程度現像トナー量が多い結果となっている。周速比１．０における順方向の現像トナー量は周速比１．１における逆方向の現像トナー量に等しく、周速比２．２における順方向の現像トナー量は周速比２．５における逆方向の現像トナー量と等しい。従って、逆方向の現像トナー量を順方向の現像トナー量と同じにするためには、逆方向の周速比を順方向より０．１〜０．３程度大きくする必要があることが分かる。
【００５１】
また現像ギャップが０．８ｍｍと比較的大きい場合は、周速比が１．０〜２．５と大幅に変化しても順方向の現像ローラによる現像トナー量と逆方向の現像ローラによる現像トナー量の比は１．５〜１．６でほとんど変化しないことも分かる。
【００５２】
次に現像ギャップを変えた場合についての計算結果を示す。周速比ｖｓ／ｖｐ＝１．５とし、現像ギャップを１．０ｍｍから０．１ｍｍまで狭くした場合の結果を表２に示す。現像ギャップと周速比以外の数値は表１の場合と同じである。
【００５３】
【表２】
2006053198.tif 000016
【００５４】
表２から分かるように、現像ギャップが０．６ｍｍ〜１．０ｍｍと比較的大きい場合は、順方向の現像ローラによる現像トナー量と、逆方向の現像ローラによる現像トナー量との比（以下順逆トナー量比という）が１．０５〜１．０７と比較的小さいが、現像ギャップが小さくなるに従ってその比は徐々に大きくなり、現像ギャップが０．１ｍｍになると、順逆トナー量比は１．１１とかなり大きな値になる。
【００５５】
即ち、現像ギャップを狭くした場合に、画像の後端欠けが発生するようになったのは、逆方向の現像ローラによって現像されるトナー量が、順方向の現像ローラによる現像トナー量より大幅に少なくなったためと考えられる。つまり、逆方向の現像ローラは順方向の現像ローラに比べて画像の後端の現像性に、より大きく寄与していると考えられるが、順逆トナー量比が大きくなるに従って全体の現像トナー量のバランスが崩れ、後端欠けの現象が生じるようになったものと考えることができる。
【００５６】
以上のように本発明者による理論解析の結果は表１及び表２に示す実験結果とよく一致している。
【００５７】
これらの解析結果に基づいて本発明は従来技術とは逆に、感光体の表面移動方向と逆方向に表面が移動する第１の現像ローラの周速を、感光体表面と同方向に表面が移動する第２の現像ローラの周速より速くするように構成したものである。
【実施例１】
【００５８】
以下、本発明画像形成装置の位置実施例について説明する。なお、本発明は、静電記録法や電子写真法を用いて、記録体上に形成された静電電荷潜像を現像してトナー像を得る画像形成装置全般に適用することができるが、以下説明の都合上、電子写真法による画像形成装置について述べる。
【００５９】
図１は、本発明の第１の実施例を示すレーザプリンタの構成図である。同図に示すように光導電性の感光体ドラム１は矢印Ａ（時計回り）方向に回転し、その周囲には電子写真プロセス順に帯電チャージャ２、光書き込み用のレーザビーム３を発生する光学装置、現像器４、転写ローラ１７、クリーナ２９が配置されている。
【００６０】
感光体ドラム１の表面を帯電チャージャ２で一様に帯電した後、レーザビーム３で静電電荷潜像を形成する。ここで、本発明に適する感光体ドラム１の移動速度（周速）は１０〜１００ｃｍ／ｓ、好ましくは２０〜７５ｃｍ／ｓ程度である。感光体１の周速を上記のように選定する理由は、１０ｃｍ／ｓ未満のような低速では画像欠陥が出やすいためである。
【００６１】
感光体ドラム１の直径は４０〜１５０ｍｍ、高速小形なプリンタを実現するに適する直径は６０〜１２０ｍｍ程度、好ましくは６０〜１００ｍｍである。帯電極性はプラス、マイナス何れでも良いが、この実施例ではマイナスとする。帯電電圧は−５００乃至−１０００Ｖの範囲であり、例えば−７００Ｖに帯電する。レーザビーム３による露光はイメージライティング、即ち画像部を露光する方式である。
【００６２】
続いて現像器４で反転現像し、プラス極性のトナー像を感光体ドラム１上に形成する。レーザビーム３による露光をイメージライティングとは逆のバックグランドライティングとし正規現像しても良いが、本発明は反転現像の場合により大きな効果を発揮する。
【００６３】
現像器４は、感光体ドラム１と逆方向に回転する第１現像ローラ６１と、感光体ドラム１と同方向に回転する第２現像ローラ６２を有する。両現像ローラ６１及び６２は、内部にそれぞれ固定されたマグネット５１及びマグネット５２を有し、これらマグネット５１、５２の磁力により、それぞれの現像ローラ６１、６２に磁性キャリアと着色トナー（磁性もしくは非磁性）とを主成分とする２成分磁性現像剤を吸着する。更に第１、第２現像ローラ６１、６２のそれぞれの回転により搬送し、現像剤を感光体ドラム１に接触せしめて電荷潜像を現像する。本実施例においては第１現像ローラ６１と感光体ドラム１との現像ギャップ及び第２現像ローラ６２と感光体ドラム１との現像ギャップは共に０．５ｍｍ〜０．１ｍｍに設定されている。
【００６４】
現像磁極の磁束密度は７００〜１２００ガウス、感光体ドラム１の中心と第１、第２現像ローラ６１、６２の中心とを結ぶ線に対する現像磁極の中心がなす角度θは、第１現像ローラ６１では回転手前０〜１０度に、第２現像ローラ６２では±１０度に設定されている。トナーの帯電極性は感光体ドラム１の帯電極性と同極性のプラスである。
【００６５】
現像剤の搬送量は、規制板８と第１、第２現像ローラ６１、６２のギャップにより調整される。第１現像ローラ６１にバイアス電源７１、第２現像ローラ６２にバイアス電源７２が接続されて、共にトナーと同極性のプラスのバイアス電圧が印加される。例えば感光体ドラム１に加えられる帯電電圧Ｖ０がＶ０＝−７００Ｖのときには、−２５０〜−６００Ｖのバイアス電圧が印加される。これらのバイアス電圧には１００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの交流電圧を重畳してもよく、その場合の実効電圧の大きさは直流電圧の１／２〜２倍である。
【００６６】
現像器４内の現像剤は、切欠き羽根構造の一対のスクリュウオーガ１１、１２にて左右、前後に混合撹拌される。トナーをフィードローラ１３から供給した際、速やかにトナーを現像剤中に分散せしめ、所定の帯電量にまで短時間で立ち上げることができるようにスクリューピッチや回転数を調整する。これにより、トナー補給時のかぶりや不均一現像の発生を防止できる。
【００６７】
斯くして混合撹拌された現像剤は、スクリュウオーガ１２により第２現像ローラ６２に吸着、搬送され、規制板８と第２現像ローラ６２とのギャップを通過した現像剤が、第２現像ローラ６２での電荷潜像の現像を行い、現像器４内に戻される。規制板８で規制された現像剤は第２現像ローラ６２側に向かい吸着、搬送され、規制板８と第１現像ローラ６１とのギャップを通過した現像剤が、第１現像ローラ６１での電荷潜像の現像を行い、スクレーパ１０を経て現像器４内に戻される。
【００６８】
第２現像ローラ部で規制された余剰の現像剤はガイド板９にてスクリュウオーガ部に戻される。第１、第２現像ローラ６１、６２での現像の際、感光体ドラム１上にトナーのみならず、キャリアが付着することがあるが、これを固定されたマグネット５３を内蔵するキャッチローラ６３にて引き戻し、その回転で現像器４内へ搬送、回収する。
【００６９】
キャッチローラ５３には、付着キャリアの引き戻しを助けるために、感光体帯電電圧と同極性のバイアス電源７３が接続され、感光体帯電電圧或いは第２現像ローラ６２のバイアス電圧と同程度の電圧が印加されている。キャッチローラ６３を装備することは、感光体ドラム１に付着したキャリアによる転写不良や感光体損傷等の不具合を避けたり、現像器４からのトナー飛散を防止するのに有用である。本実施例のように２本の現像ローラ６１、６２で現像する場合には、第２現像ローラ６２が付着キャリアを除去する効果を有するため、マグネット５３として安価なプラスティックマグネットを使用したり、或いは直径１０ｍｍ程度の小形キャッチローラ５３を使用することが可能となる。或いはマグネット５３を除いた、単なる導電性ローラとすることも可能である。なお、印加する電圧に、第１、第２現像ローラ６１、６２の場合と同様の交流電圧を重畳すると、キャリアを除去する効果が増大する。
【００７０】
この構成の現像器４において、感光体ドラム１の周速度が２０〜７５ｃｍ／ｓ、直径が６０〜１００ｍｍであるとき、小形現像器にして大きな現像能力を得るに適した第１、第２現像ローラ６１、６２の直径は、感光体ドラム１の直径の１／３〜１／４である。例えば感光体ドラム１の直径が１００ｍｍであるとき、第１、第２現像ローラ６１、６２の直径は２５〜３０ｍｍが好適である。
【００７１】
現像器４を配置する位置は図１に示すように、レーザビーム３での露光位置と２つの現像ローラ６１、６２の中心位置との成す角度を前述のθに設定すると、空間を効率よく使用でき、全体をコンパクトにまとめることができる。このようにできるのは、反転現像を採用しているためである。
【００７２】
本実施例では感光体ドラム１の感光体として、層厚２５〜６０μｍの厚い有機光導電感光体が用いられ、現像剤としては反導電性現像剤が用いられている。また、第１現像ローラ６１の周速比は第２現像ローラ６２のそれより大きく設定され、第１現像ローラ６１のバイアス電圧は、第２現像ローラ６２のそれと同等乃至１１０％程度に選定されている。この結果、後述のように低画像濃度から高画像濃度に至るまで現像方向むらのない均一画像が得られる。
【００７３】
また反転現像を採用している本実施例では、第１現像ローラ６１での現像の際、クリーニング機能が生じるために、感光体ドラム１へのトナーフィルミング現象を抑止できるので、感光体の寿命を長くすることができる。
【００７４】
記録紙１４は、レジストローラ１５、１６にて感光体ドラム１上のトナー像と記録紙１４との位置合わせをされつつ搬送され、転写ローラ１７によりトナー像が記録紙１４に転写される。転写ローラ１７には、スイッチ１８によりバイアス電源１９及び２０の一方が選択され、１０００〜３０００Ｖの電圧が印加される。
【００７５】
トナー像の転写時には、バイアス電源２０が選択されて、転写ローラ１７にプラス電圧が印加される。また記録紙間や記録動作のイニシャライズ時には、バイアス電源１９が選択されて転写ローラ１７にマイナス電圧が印加される。これにより転写ローラ１７に付着したトナーを感光体ドラム１側に移行せしめ、転写ローラ１７がトナーにより汚れるのを防止することができる。
【００７６】
消去ランプ２１は記録紙１４が通過しないときに感光体ドラム１上の電荷を減衰、消去するためのものである。消去ランプ２１を転写位置に設けることで、記録紙１４の先端部の電荷を減衰できるので、感光体ドラム１から記録紙１４を分離し易くなる。記録紙１４を感光体ドラム１から分離する際、除電針２２で剰余の電荷を除電して分離を助ける。除電針２２には、バイアス電源２３が接続され、１０００〜４０００Ｖのマイナス極性の電圧が印加される。分離を更に安定にするために、このバイアス電圧には、３０００Ｖから８０００Ｖの振幅の交流電圧が重畳される場合もある。
【００７７】
転写後に記録紙１４は、紙ガイド板２４を経て、定着器２５で加熱、加圧され、トナー像は定着される。定着器２５は、内部にヒータ２８を持つヒートローラ２７、バックアップローラ２６からなる。感光体ドラム１は、転写後に残るトナーをクリーナ２９で除去し、次の作像に供される。クリーナ２９は、ゴムブレード３０、感光体ドラム１と接触回転するブラシ３１、除去されたトナーを排出する排出クリーナ３２からなる。
【００７８】
本発明を適用したレーザプリンタは、直径６０〜１００ｍｍの感光体ドラム１を用いた小形プリンタであるにもかかわらず、記録速度が２０〜７５ｃｍ／ｓと高速で、且つ中間調の均一再現性に優れた画像をプリントできる。
【００７９】
なお、感光体は誘電率３〜５の場合、厚さ２０〜６０μｍ、好ましくは２５〜５０μｍのものを用いる。これは電気力線の周辺効果を減じ、現像剤やクリーナブレードでの摩耗に対する裕度を確保し、感光体を長寿命とするためである。感光体の厚さが２０μｍ未満では周辺効果が大きく、上述の画像欠陥が出やすく、寿命が短い。感光体の厚さが６０μｍを超えると光レスポンスの低下や残留電圧の増加が大きく、製作が難しい。感光層を厚くすることで生じる光レスポンスの低下や、残留電圧の増加による弊害は現像器４の設定位置θ、現像バイアス電圧の適正な設定及び補正により解消する。
【００８０】
現像剤のキャリアとしては、体積平均粒径２０〜８５μｍ、好ましくは３５〜７０μｍのフェライトもしくはマグネタイトキャリアを用いる。２０μｍ未満では感光体へのキャリア付着の増大、現像剤の流動性低下を来し、８５μｍを超すと画像濃度低下、画像乱れを知覚できてしまう。
【００８１】
これらキャリアのうち、飽和磁化密度４０〜１００ｅｍｕ／ｇのものが使用できる。４０ｅｍｕ／ｇ未満では搬送しづらく、１００ｅｍｕ／ｇを超えると現像ブラシの剛性が大きくなり画質劣化を来す。現像磁極の磁束密度として適合する強さは７００〜１２００ガウスである。また、キャリアの表面に水溶性イオンが付着していると、現像剤の初期使用時におけるプリント枚数に対する経時的な帯電量変化が大きいので、キャリア製造後、水洗、乾燥処理したものを使用することが望ましい。また、表面をシリコン樹脂でコーティングしたキャリアを用いることとより望ましい。
【００８２】
トナーとしては、体積平均粒径４〜１１μｍ、好ましくは５〜９μｍのものを用いる。４μｍ未満では製作が困難であり、現像剤の流動性が低下する。１１μｍを超すと解像度が低下し、１６本／ｍｍ以上の高解像度記録は困難である。キャリアがトナーで覆われる被覆率を０．３〜１．０、好ましくは０．４〜０．９とする。０．３未満ではトナー供給量が不足し、高画像が得られ難い。１．０を超すと帯電立ち上がり速度低下、画像かぶりの発生、トナー飛散等の弊害を発生し易くなる。
【００８３】
トナーの電荷量は絶対値で１５〜３０μＣ／ｇ（感光体上に現像されたトナーの電荷量を測定）が好適である。例えば、トナー粒径７〜９μｍの場合、１７〜２５μＣ／ｇが良好な結果を与える。１５μＣ／ｇ未満では過剰なトナー付着、トナー飛散が生じ、３０μＣ／ｇを超すと画像濃度が不足する。
【００８４】
本発明に適する現像剤の動的電気抵抗率は、１０の8乗〜１０の11乗Ωｃｍの範囲であり、好ましいキャリアの動的電気抵抗率は１０の7乗〜１０の10乗Ωｃｍの範囲であることが見出された。ここで、動的電気抵抗率は、感光体ドラム１の代わりに金属（例えばアルミニウム）ドラムを用い、現像剤或いはキャリアを現像ローラ６１、６２で搬送した状態で、ドラム１に１００Ｖの直流電圧を印加したときの電流値、ギャップ、接触幅、接触長より算出して求めた値である。
【００８５】
表３に、現像剤の動的電気抵抗率と現像トナー量の関係を示す。
【００８６】
【表３】
2006053198.tif 000017
【００８７】
表３から現像抵抗率が１０の８乗Ωｃｍ以下、１０の１１乗Ωｃｍ以上では、順方向と逆方向の現像トナー量は同じになってしまうことが判る。本発明では第１現像ローラ６１の周速を第２現像ローラ６２の周側より早くすることにより現像トナー量を調整するので上記のように順逆現像トナー量が最初から等しい範囲は好ましくない。従って、本発明が効果を奏する現像抵抗率は、１０の８乗〜１０の１１乗Ωｃｍとなる。キャリアの動的電気抵抗率を調整するには、キャリアにコーティングするシリコン樹脂にカーボンブラック等の導電性材料の添加量を調整することにより行うことができる。また、同じ条件のコーティングを施しても、キャリアのコア材を低抵抗のマグネタイトを用いれば抵抗を低くでき、高抵抗のコア材のマグネシウムフェライトを用いれば抵抗を高くできる。
【００８８】
次に一例として第１現像ローラ６１及び第２現像ローラ６２と感光体ドラム１の現像ギャップを０．３ｍｍとしたとき、現像ローラの周速比とベタ画像の後端欠けとの関係を実験した結果について説明する。なお第１現像ローラ６１の周速Ｖｄ１と感光体ドラム１の周速Ｖｐとの比Ｖｄ１／Ｖｐを周速比Ｓ１で表し、第２現像ローラ６２の周速Ｖｄ２と感光体ドラム１の周速Ｖｐとの比Ｖｄ２／Ｖｐを周速比Ｓ２で表した。周速比Ｓ１、Ｓ２及び感光体ドラム１の移動方向は図１の矢印Ａの方向を（＋）としている。
【００８９】
またこの実験では画像欠陥を判別し易いように、ベタ部の画像濃度をＤ＝１．３と若干薄めになるような現像バイアス電圧を印加している。この実験条件は、下記の通りである。
Ｓ２：１．５
感光体ドラム直径：１００ｍｍ  有機感光体厚さ：２３μｍ  比誘電率：約３
感光体ドラム周速Ｖｐ：４１０ｍｍ／ｓ
第１、第２現像ローラ直径：３０ｍｍ
第１、第２現像ローラと感光体ドラムの間隔：０．３ｍｍ
第１、第２現像ローラ現像磁極の磁束密度：１２００ガウス
第１現像ローラと感光体ドラムとのなす角度：５°
第２現像ローラと感光体ドラムとのなす角度：０°
感光体ドラム帯電電圧Ｖ０：−５５０Ｖ
第１現像ローラのバアイス電圧Ｖｂ１：−４００Ｖ
第２現像ローラのバアイス電圧Ｖｂ２：−４００Ｖ
現像剤キャリア：マグネシウムフェライト  体積平均粒径６５
飽和磁化密度５ｅｍｕ／ｇ
動的電気抵抗値値２．０×１０の９乗Ωｃｍ
現像剤トナー：体積平均粒径８．５μｍ
電荷量−２０μＣ／ｇ現像剤：トナー被覆率０．５
動的電気抵抗値値１．９×１０の10乗Ωｃｍ
第１現像ローラの現像部での現像剤充填密度：３３％
第２現像ローラの現像部での現像剤充填密度：３３％
これらの条件で画像を形成し、そのときの黒ベタ後端部欠けが無くなるように第１現像ロールの周速比Ｓ１を調べた。
【００９０】
この結果、第１現像ローラ６１の周速比Ｓ１を１．６以上にすると後端欠けを生じないことが見出された。第２現像ローラ６２の周速比Ｓ２を１．５としているので、Ｓ１＞Ｓ２のときに後端欠けが発生しないことになる。
【００９１】
更に第２現像ローラ６２の周速比Ｓ２を１．０〜２．５の範囲で変化させたとき、第１現像ローラ６１の周速比Ｓ１をＳ２より０．１〜０．５速くすることにより、後端欠けが見られなくなった。
【００９２】
図４は第２現像ローラ６２の周速比Ｓ２を１．６とし、第１現像ローラ６１の周速比Ｓ１を変化させたときのＳ１と順逆現像トナー量比との関係を示す。Ｓ１がＳ２より０．１大きいとき、即ちＳ１＝１．７のときの順逆現像トナー量比は約１．０６であり、Ｓ１がＳ２より０．５大きいとき、つまりＳ１＝２．１のときの順逆現像トナー量比は約１．０であることが分かる。従って、周速比Ｓ１をＳ２より０．１〜０．５の範囲で大きくすると後端欠けが発生しないということは、順逆現像トナー量比が１．０〜１．０６程度の範囲にあると後端欠けが生じないことを意味している。
【００９３】
以上説明したように、第１の実施例によれば、第１現像ローラ６１及び第２現像ローラ６２と感光体ドラム１との現像ギャップを０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとして線画像へのトナー付着量を適正化すると共に、周速比Ｓ１をＳ２より大きくすることによりベタ画像の後端欠けも生ずることがなく、高品質の画像を形成することが可能となった。
【実施例２】
【００９４】
次に本発明の第２の実施例について説明する。本実施例は、第１現像ローラ６１と感光体ドラム１との現像ギャップを、第２現像ローラ６２と感光体ドラム１との現像ギャップより狭くして、第１現像ローラ６１による現像性能を高めて、後端欠けを無くしたものである。
【００９５】
まず最初に、第１現像ローラ６１及び第２現像ローラ６２の直径を３０ｍｍ、第１及び第２現像ギャップを０．４ｍｍ、周速比Ｓ１、Ｓ２を１．６とした。このときの順逆現像トナー量比は、図５に示すように１．０７とかなり大きかった。
【００９６】
次に第１現像ローラ６１の直径を３０．１ｍｍとし、第１現像ローラ６１と感光体ドラム１との現像ギャップを０．３５ｍｍに狭くした。そのときの順逆現像トナー量を図５に示す。この場合、第１現像ローラ６１の直径は３０．１ｍｍであり、第２現像ローラ６２の直径３０．０ｍｍより僅かに大きいため、Ｓ１はＳ２より僅かに大きいが、その大きさの違いによる順逆現像トナー量の変化は小さい。即ち図５に示す順逆現像トナー量の変化は、主として現像ギャップの大きさの変化によってもたらされていると判断することができる。第１現像ローラ６１の現像ギャップが０．４ｍｍから０．３５ｍｍに狭められた結果、順逆現像トナー量比は約０．９９となり、略１．０に近づくために後端欠けを無くすことができる。図５より、順逆現像トナー量比が０．９９〜１．０１の範囲にある第１現像ローラ６１の現像ギャップは、０．３５ｍｍ〜０．３７ｍｍ程度である。即ち、第２現像ローラ６２の現像ギャップ０．４ｍｍより０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度狭くすると順逆現像トナー量比が１．０に近くなり、後端欠けを無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】現像の解析モデルを説明するための説明図である。
【図３−１】境界条件の適用モデルを説明するための説明図である。
【図３−２】境界条件の適用モデルを説明するための説明図である。
【図３−３】境界条件の適用モデルを説明するための説明図である。
【図４】本発明の第１実施例における第１現像ローラ周速比と順逆現像トナー量比の関係を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施例における第１現像ローラの現像ギャップと順逆現像トナー量比の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９８】
１：感光体ドラム
２：チャージャ
３：レーザビーム
４：現像器
１４：記録紙
１７：転写ローラ
２５：定着器
２９：クリーナ
６１：第１現像ローラ
６２：第２現像ローラ
【図１】
2006053198.tif 000018
【図２】
2006053198.tif 000019
【図３−１】
2006053198.tif 000020
【図３−２】
2006053198.tif 000021
【図３−３】
2006053198.tif 000022
【図４】
2006053198.tif 000023
【図５】
2006053198.tif 000024