JP2000056546A - 現像バイアス制御装置及び現像バイアス制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像剤担持体に、ＡＣ電圧とＤＣ電圧とを重
畳した現像バイアス電圧を印加するに際し、ＡＣ電圧部
分の上下電圧時間比や上下電圧幅（Ｖｐ−ｐ）を変化さ
せたい場合でも、Ｖｐ−ｐ中心の位置が最適となるよう
に、重畳させるべきＤＣ電圧を制御する現像バイアス制
御装置を提供する。 【解決手段】 感光体等の表面電位と一致させるべきＶ
ｐ−ｐ中心の電圧値、上下電圧幅（Ｖｐ−ｐ）の値、上
下電圧時間比に基づいて、下記（数１）の式に従って重
畳すべきＤＣ電圧の値を算出し、ＤＣ電圧の制御を行
う。 【数１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やレーザプ
リンタなどの画像形成装置において、現像バイアスを制
御する現像バイアス制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、画像形成装置においては、帯電装
置によって一様に帯電された感光体の表面を、露光装置
によって露光することにより静電潜像を形成し、その静
電潜像をトナーによって可視像化した後、形成されたト
ナー像を転写材上に転写している。ここで、前記静電潜
像をトナーにより可視像化する現像プロセスにおいて、
磁性一成分現像法を用いる場合の現像方式の一つとし
て、感光体表面と、トナーを供給する現像装置との間に
トナーを飛翔させることにより現像を行う非接触現像方
式がある。

【０００３】図７は、上記非接触現像方式について説明
するための図である。同図において、９０１は現像スリ
ーブ、９０２はマグネットローラ、９０３は磁性体ブレ
ードである。同図に示されるように、非接触現像方式で
は、現像スリーブ９０１上のトナーと感光体ドラム９０
５とを接触させず、両者の間（以下、「現像ギャップ
間」という。）にトナーを飛翔させることにより現像す
る。

【０００４】具体的には、現像スリーブ９０１や磁性体
ブレード９０３によりトナーを摩擦帯電させて、現像ス
リーブ９０１上に薄膜のトナー層を形成する。その後、
現像スリーブ９０１の回転により、トナー層を感光体ド
ラム９０５の表面に近接させ、この間に現像バイアス用
電源９０４によって現像バイアスを印加することによ
り、現像ギャップ間にトナーを飛翔させて現像する。こ
こで現像バイアスとして直流（以下、「ＤＣ」と表記す
る。）電圧と、交流（以下、「ＡＣ」と表記する。）電
圧とを重畳させた現像バイアス電圧を印加するに際して
は、当該ＡＣ電圧の上下電圧時間比は５０％とするのが
通常である。

【０００５】なお、ここで、「上下電圧時間比」とは、
ＡＣ電圧の信号波形の一サイクル分において、ある電圧
より上の値を取る部分の面積と、下の値を取る部分の面
積とが等しくなる場合の当該電圧（以下、「面積中心電
圧」という。）を基準電圧とし、当該基準電圧の上下そ
れぞれの値を取る時間の、ＡＣ成分の周期中の比率をい
うものとする。

【０００６】ここで、ＤＣ電圧と矩形波ＡＣ電圧とを重
畳させた現像バイアス電圧を印加する場合の波形につい
て説明する。図８は、−２５０ＶのＤＣ電圧と、上下電
圧時間比が５０％の矩形波ＡＣ電圧とを重畳させた場合
の現像バイアス電圧の信号波形を模式的に示す図であ
る。

【０００７】同図に示すように、ＡＣ電圧の上下のピー
ク電圧の中心（以下、「Ｖｐ−ｐ中心」という。ｐ−ｐ
とは、「peak to peak」の意味である。）の電圧は−２
５０Ｖとなる。また、ＡＣ電圧波形の山の部分によって
囲まれる範囲の面積（図中斜線部Ａの面積）と、谷の部
分によって囲まれる範囲の面積（図中斜線部Ｂの面積）
とが一致する中心（以下、「面積中心」という。）の電
圧、即ち、前述の面積中心電圧も、また−２５０Ｖとな
る。

【０００８】以上に説明した如く、上下電圧時間比が５
０％である場合には、Ｖｐ−ｐ中心の電圧、及び面積中
心電圧は等しく、また、それぞれ、重畳されているＤＣ
電圧と等しくなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、非接触現像
方式を用いる場合に、現像濃度を制御して適正ベタ濃度
を得るためには、現像バイアスとして印加する矩形波Ａ
Ｃ電圧の上下電圧時間比や、上下のピーク電圧の幅（以
下、「上下電圧幅」、若しくは「Ｖｐ−ｐ」という。）
を自由に制御できることが好ましい。即ち、非接触現像
方式とは、ＡＣ電圧を印加することによる現像ギャップ
間でのトナーの往復運動を利用する現像方式であり、上
下電圧時間比やＶｐ−ｐの値は、かかるトナーの往復運
動に影響を与えるからである。

【００１０】しかしながら、上下電圧時間比を５０％以
外に制御した場合には、以下に説明するような問題点が
生じる。図９は、上記問題点について説明するための図
である。

【００１１】まず、通常、現像バイアスとしては、矩形
波ＡＣ電圧のＶｐ−ｐ中心の電圧を、感光体等の表面電
位と一致させることが好ましいとされている（同図の例
では、感光体等の表面電位が−２５０Ｖであるものとす
る）。なぜなら、非接触現像方式においては、原則とし
て、可能な限りＶｐ−ｐを大きくとることが好ましいか
らである。即ち、必要以上に小さいＶｐ−ｐしか設定で
きないとすると、具体的には、ハーフトーンの再現性が
悪くなるという問題が生じる。

【００１２】一方、Ｖｐ−ｐを大きくしようとした結
果、上下のピーク電圧が放電限界を越えてしまうと、現
像ギャップ間で放電してしまい、画質の低下を招く。従
って、放電限界を越えないように、Ｖｐ−ｐをできるだ
け大きくするには、上記Ｖｐ−ｐ中心の電圧を感光体表
面電位と一致させることが好ましいことになる。

【００１３】ところが、上下電圧時間比が５０％以外で
ある場合には、重畳するＤＣ電圧を感光体表面の電位と
一致させても、当該ＤＣ電圧がＶｐ−ｐ中心の電圧とは
ならないという問題がある。即ち、ＡＣトランスの原理
上、重畳するＤＣ電圧は、Ｖｐ−ｐ中心の電圧ではな
く、面積中心電圧となってしまうからである。従って、
重畳するＤＣ電圧を感光体表面の電位と一致させるよう
に制御したのでは、図９に示されるように、矩形波ＡＣ
電圧のピークの電圧が放電限界を越える場合が発生す
る。ここで、放電限界を越えないようにＶｐ−ｐを小さ
くした場合の問題点は上述のとおりである。

【００１４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、非接触現像方式を用いる画像形成装置にお
いて、現像バイアスとして印加すべきＡＣ電圧の上下電
圧時間比や上下電圧幅を変化させたい場合でも、Ｖｐ−
ｐ中心の位置が最適となるように制御できる現像バイア
ス制御装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の現像バイアス制御装置は、現像剤を担持す
る現像剤担持体に印加すべき電圧であって、直流成分と
交流成分とが重畳された現像バイアス電圧を制御する現
像バイアス制御装置であって、前記現像バイアス電圧の
信号波形における最大電圧と最小電圧との間の電圧幅、
及び、前記現像バイアス電圧の信号波形において、ある
電圧より上の値を取る部分の面積と、下の値を取る部分
の面積とが等しくなる場合の当該電圧を基準電圧とし、
当該基準電圧の上下それぞれの値を取る時間の、前記交
流成分の周期中の比率の、少なくとも一つに応じて、重
畳させるべき直流成分の電圧を制御することを特徴とす
る。即ち、上下電圧幅及び上下電圧時間比の少なくとも
一つに応じて重畳させるべき直流成分の電圧を制御する
ので、上下電圧幅、上下電圧時間比の一方若しくは両方
が変化した場合でも、直流成分の電圧を適切に制御でき
る。

【００１６】ここで、前記現像バイアス制御装置は、前
記現像バイアス電圧の信号波形における最大電圧と最小
電圧との中間電圧値が一定となるように、重畳させるべ
き直流成分の電圧を制御することが好ましい。

【００１７】また、前記現像バイアス制御装置は、前記
現像バイアス電圧の信号波形における、最大電圧と最小
電圧との中間電圧値をＶoffset、最大電圧と最小電圧と
の間の電圧幅をＶｐ−ｐ、前記現像バイアス電圧の信号
波形において、ある電圧より上の値を取る部分の面積
と、下の値を取る部分の面積とが等しくなる場合の当該
電圧を基準電圧とし、当該基準電圧の下の値を取る時間
の、前記交流成分の周期中の比率をLowdutyとした場合
に、重畳させるべき直流成分の電圧が、下記の（数２）
におけるＶDCで表される値となるように制御することが
好ましい。

【００１８】

【数２】

【００１９】なお、上記（数２）においては、一又は複
数の変数を固定値とすることも可能である。

【００２０】また、本発明の現像バイアス制御方法は、
画像を現像する現像剤を担持する現像剤担持体を含み、
直流成分と交流成分とが重畳された現像バイアス電圧
を、前記現像剤担持体に印加するようにした画像形成装
置において、前記現像バイアス電圧を制御する現像バイ
アス制御方法であって、画像形成装置における作像条件
に応じて、前記現像バイアス電圧の信号波形における最
大電圧と最小電圧との間の電圧幅、及び、前記現像バイ
アス電圧の信号波形において、ある電圧より上の値を取
る部分の面積と、下の値を取る部分の面積とが等しくな
る場合の当該電圧を基準電圧とし、当該基準電圧の上下
それぞれの値を取る時間の、前記交流成分の周期中の比
率の、少なくとも一つを取得する作像条件取得ステップ
と、前記作像条件取得ステップにおいて取得された情報
に基づいて、重畳させるべき直流成分の電圧を制御する
直流電圧制御ステップとを含むことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る現像バイアス
制御装置の一適用例として、本発明を画像形成装置に適
用した場合の実施の形態について図面を参照しながら説
明する。

【００２２】（１）画像形成装置の全体構成 図１に、本実施の形態に係る画像形成装置の概略断面図
を示す。同図に示されるように、本実施の形態の画像形
成装置１は、露光走査部１０と、画像形成部２０とに分
けられる。

【００２３】本実施の形態の画像形成装置は、例えば、
図示しない外部のコンピュータや、イメージリーダ等と
接続することが可能であり、制御部１００が、当該外部
コンピュータ等から送られてきた画像信号に必要な処理
を行い、生成された画像データに基づいて、レーザダイ
オード（以下、「ＬＤ」と表記する。）１１に駆動信号
を出力する。

【００２４】ＬＤ１１は、駆動信号を受けてレーザ光を
発光し、コリメートレンズ１２を通過して平行光とな
り、さらにポリゴンモータ１４により低速で回転駆動さ
れるポリゴンミラー１３のミラー面で反射して偏向され
る。偏向されたレーザ光は、ｆθレンズ１５を通過し
て、折り返しミラー１６に反射され、感光体ドラム２１
の表面を露光走査する。

【００２５】画像形成部２０の感光体ドラム２１は、上
記露光を受ける前にクリーナ２２で感光体表面の残留ト
ナーが除去され、さらにイレーサランプ２３に照射され
て除電された後、帯電チャージャ２４により一様に帯電
されており、このように一様に帯電した状態で露光を受
けることにより、感光体ドラム２１の表面に静電潜像が
形成される。

【００２６】この静電潜像が現像装置４０により可視化
されることにより、感光体ドラム２１の表面にトナー像
が形成される。現像装置４０は、現像スリーブや攪拌装
置を備えた現像器５０と、当該現像器５０内に適宜トナ
ーを供給するためのトナー容器６０とからなる。なお、
本実施の形態の現像装置４０は、現像スリーブと感光体
ドラム２１とが接触しない非接触方式の現像装置であ
り、現像バイアスとして、通常のＤＣ電圧と矩形波ＡＣ
電圧とが重畳された現像バイアスが印加される。印加さ
れる現像バイアスは、図示しない電圧制御部２００によ
り制御されるが、電圧制御部２００による印加電圧の制
御については後述する。

【００２７】感光体ドラム２１の回転動作と同期してカ
セット２６にセットされた図示しない転写材が給紙ロー
ラ２６１、タイミングローラ対２５及び搬送ベルト２７
によって感光体ドラム２１の下方の転写位置まで搬送さ
れ、当該転写位置において、搬送ベルト２７の裏面側に
設置された転写チャージャ２８の電荷により、感光体ド
ラム２１の表面に形成されたトナー像が転写材上に転写
される。

【００２８】トナー像が転写された転写材は、搬送ベル
ト２７により定着装置２９まで搬送され、ここで高温で
加圧されて定着された後、排出ローラ対３０により排紙
トレイ３１上に排出される。

【００２９】（２）電圧制御部２００の構成 次に、図２に基づき、本実施の形態の電圧制御部２００
の構成を説明する。同図に示されるように、本実施の形
態の電圧制御部２００は、電圧設定部２１０、ＤＣ制御
回路２２０、矩形波ＡＣ制御回路２３０、ＤＣ高圧トラ
ンス２４０、ＡＣ高圧トランス２５０を含む構成により
現像バイアスＶDBを出力するようになっている。

【００３０】電圧設定部２１０は、作像条件等に基づい
て、矩形波ＡＣ電圧のＶｐ−ｐや上下電圧時間比、重畳
すべきＤＣ電圧を設定し、ＤＣ制御回路２２０及び矩形
波ＡＣ制御回路２３０を制御する。ここで、作像条件等
に基づいて算出されたＶｐ−ｐ中心の電圧、及びＶｐ−
ｐの値や、矩形波ＡＣ電圧の上下電圧時間比等に基づい
て、重畳すべきＤＣ電圧を取得し、ＤＣ制御回路２２０
を制御することが本発明の骨子である。

【００３１】ＤＣ制御回路２２０及び矩形波ＡＣ制御回
路２３０は、電圧設定部２１０により設定された上下電
圧時間比、Ｖｐ−ｐの値や、Ｖｐ−ｐ中心の電圧等に基
づいて、現像バイアスＶDBとして適切な電圧が出力され
るように制御する。なお、ＤＣ制御回路２２０及び矩形
波ＡＣ制御回路２３０の内容については公知の技術であ
るので、ここでの詳細な説明は省略する。

【００３２】（３）現像バイアス制御動作 次に、上記構成を有する電圧制御部２００における現像
バイアス制御動作について説明する。

【００３３】図３は、本実施の形態の現像バイアス制御
動作の内容を示すフローチャートである。同図に示され
るように、まず、電圧設定部２１０が、作像条件等を取
得し（Ｓ３１０）、上下電圧幅（Ｖｐ−ｐ）、上下電圧
時間比、感光体等の表面電位（Ｖｐ−ｐ中心の電圧）等
を設定する（Ｓ３２０）。次に、ＤＣ電圧の算出を行う
（Ｓ３３０）。ＤＣ電圧の算出は、本実施の形態では、
以下の（数３）にて表される式を用いて行う。

【００３４】

【数３】

【００３５】ここで、ＶoffsetはＶｐ−ｐ中心の電圧
（単位はＶ）であり、通常、感光体等の表面電位と一致
させる。また、Ｖｐ−ｐは上下電圧幅、Lowdutyは、矩
形波ＡＣ電圧が、面積中心電圧よりも下の電圧を取る時
間が占める、矩形波ＡＣ電圧の周期中の割合（単位は
％）である。なお、上記変数のうち、一又は複数の変数
を固定値とするようにしてもよい。

【００３６】即ち、上記（数３）において求めるＤＣ電
圧ＶDCは、上下電圧時間比やＶｐ−ｐが変化した場合に
おいても、Ｖｐ−ｐ中心を所定量オフセットさせ、感光
体等の表面電位と一致させるための、面積中心のＤＣ電
圧値となる。

【００３７】電圧設定部２１０は、上記（数３）に基づ
いてＶDCを算出すると、算出されたＶDCの値に基づいて
ＤＣ制御回路２２０を制御し、ＤＣ電圧の制御を行う
（Ｓ３４０）。図４に、本実施の形態の現像バイアス制
御装置により、ＤＣ電圧を制御した場合の矩形波ＡＣ電
圧の波形の一例を示す。同図の例は、Lowdutyを３０
％、Ｖｐ−ｐを１０００Ｖに制御したい場合であって、
感光体表面の電位（Ｖoffset）が−２５０Ｖである場合
の例である。

【００３８】同図に示されるように、上記（数３）に従
って算出されたＶDCの値である−５０Ｖとなるように、
重畳するＤＣ電圧を制御することにより、Ｖｐ−ｐ中心
が、適切な値である−２５０Ｖとなるように、現像バイ
アスが制御されることがわかる。

【００３９】また、図５は、感光体表面の電位は−２５
０Ｖ、Ｖｐ−ｐは１０００Ｖであるが、Lowdutyを２０
％に制御したい場合の例を示す図である。この場合に
は、同図に示されるように、上記（数３）に従って、Ｖ
DCの値を５０Ｖとなるように制御すればよい。

【００４０】図６は、感光体表面の電位は−２５０Ｖ、
Lowdutyは３０％であるが、Ｖｐ−ｐを１５００Ｖに制
御したい場合の例を示す図である。この場合には、同図
に示されるように、上記（数３）に従って、ＶDCの値を
５０Ｖとなるように制御すればよい。

【００４１】以上に説明したように、本実施の形態の現
像バイアス制御装置を用いることにより、現像バイアス
として印加すべき矩形波ＡＣ電圧部分の上下電圧時間比
や上下電圧幅（Ｖｐ−ｐ）を変化させたい場合でも、Ｖ
ｐ−ｐ中心の位置が最適となるように制御することがで
きる。

【００４２】＜変形例＞本発明の技術的範囲は、上記実
施の形態に限られないことは言うまでもなく、例えば、
次のような変形例を考えることが可能である。

【００４３】（１）上記実施の形態では、電子写真方式
の画像形成装置に適用した場合について説明したが、直
接記録方式、例えば、マルチスタイラス（針電極）を用
いて直接潜像を現像をするものや、電界カーテンにより
トナーを飛翔させるもの、その他種々の画像形成装置に
適用することが可能である。

【００４４】（２）また、上記実施の形態では、ＡＣ電
圧の波形が矩形波である場合について説明した。これ
は、矩形波とするのがトナーの飛翔を制御するのに適し
ていることに基づくものであるが、勿論、矩形波に限定
されるわけではなく、周期的に変化するものであれば、
通常の交流や、台形波等の場合に適用することもでき
る。また、その際に、重畳させるＤＣ電圧を求める式と
して、上記（数３）で表される式に補正を加えることも
可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の現像バ
イアス制御装置によれば、現像バイアス電圧の信号波形
における最大電圧と最小電圧との間の電圧幅（上下電圧
幅）、及び、前記現像バイアス電圧の信号波形におい
て、ある電圧より上の値を取る部分の面積と、下の値を
取る部分の面積とが等しくなる場合の当該電圧を基準電
圧とし、当該基準電圧の上下それぞれの値を取る時間
の、前記交流成分の周期中の比率（上下電圧時間比）
の、少なくとも一つに応じて、重畳させるべき直流成分
の電圧を制御するので、非接触現像方式を用いる画像形
成装置において、現像剤担持体に、ＡＣ電圧とＤＣ電圧
とを重畳させた現像バイアス電圧を印加するに際し、Ａ
Ｃ電圧部分の上下電圧時間比や上下電圧幅（Ｖｐ−ｐ）
を変化させたい場合でも、Ｖｐ−ｐ中心の位置が最適と
なるように、重畳させるべきＤＣ電圧を制御することが
可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される画像形成装置の概略断面図
である。

【図２】本発明の一実施の形態における電源制御部の構
成を示す図である。

【図３】本実施の形態における現像バイアス制御動作の
内容を示すフローチャートである。

【図４】本実施の形態の現像バイアス制御により、制御
された現像バイアス電圧の信号波形の一例を示す図であ
る。

【図５】上下電圧時間比を変化させた場合の、ＤＣ電圧
の制御について説明するための図である。

【図６】上下電圧幅を変化させた場合の、ＤＣ電圧の制
御について説明するための図である。

【図７】従来の非接触現像方式について説明するための
図である。

【図８】従来の非接触現像方式における現像バイアス電
圧について説明するための図である。

【図９】従来の現像バイアス制御の問題点について説明
するための図である。

【符号の説明】

２１ 感光体ドラム ２４ 帯電チャージャ ２７ 搬送ベルト ２８ 転写チャージャ ４０ 現像装置 ５０ 現像器 ６０ トナー容器 １００ 制御部 ２００ 電圧制御部 ２１０ 電圧設定部 ２２０ ＤＣ制御回路 ２３０ 矩形波ＡＣ制御回路 ２４０ ＤＣ高圧トランス ２５０ ＡＣ高圧トランス

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現像剤を担持する現像剤担持体に印加す
   べき電圧であって、直流成分と交流成分とが重畳された
   現像バイアス電圧を制御する現像バイアス制御装置であ
   って、 前記現像バイアス電圧の信号波形における最大電圧と最
   小電圧との間の電圧幅、及び、 前記現像バイアス電圧の信号波形において、ある電圧よ
   り上の値を取る部分の面積と、下の値を取る部分の面積
   とが等しくなる場合の当該電圧を基準電圧とし、当該基
   準電圧の上下それぞれの値を取る時間の、前記交流成分
   の周期中の比率の、 少なくとも一つに応じて、重畳させるべき直流成分の電
   圧を制御することを特徴とする現像バイアス制御装置。
2. 【請求項２】 前記現像バイアス制御装置は、 前記現像バイアス電圧の信号波形における最大電圧と最
   小電圧との中間電圧値が一定となるように、重畳させる
   べき直流成分の電圧を制御する請求項１に記載の現像バ
   イアス制御装置。
3. 【請求項３】 前記現像バイアス制御装置は、 前記現像バイアス電圧の信号波形における、最大電圧と
   最小電圧との中間電圧値をＶoffset、最大電圧と最小電
   圧との間の電圧幅をＶｐ−ｐ、前記現像バイアス電圧の
   信号波形において、ある電圧より上の値を取る部分の面
   積と、下の値を取る部分の面積とが等しくなる場合の当
   該電圧を基準電圧とし、当該基準電圧の下の値を取る時
   間の、前記交流成分の周期中の比率をLowdutyとした場
   合に、重畳させるべき直流成分の電圧が、下記の（数
   １）におけるＶDCで表される値となるように制御する請
   求項２に記載の現像バイアス制御装置。 【数１】
4. 【請求項４】 画像を現像する現像剤を担持する現像剤
   担持体を含み、直流成分と交流成分とが重畳された現像
   バイアス電圧を、前記現像剤担持体に印加するようにし
   た画像形成装置において、前記現像バイアス電圧を制御
   する現像バイアス制御方法であって、 画像形成装置における作像条件に応じて、 前記現像バイアス電圧の信号波形における最大電圧と最
   小電圧との間の電圧幅、及び、 前記現像バイアス電圧の信号波形において、ある電圧よ
   り上の値を取る部分の面積と、下の値を取る部分の面積
   とが等しくなる場合の当該電圧を基準電圧とし、当該基
   準電圧の上下それぞれの値を取る時間の、前記交流成分
   の周期中の比率の、 少なくとも一つを取得する作像条件取得ステップと、 前記作像条件取得ステップにおいて取得された情報に基
   づいて、重畳させるべき直流成分の電圧を制御する直流
   電圧制御ステップとを含むことを特徴とする現像バイア
   ス制御方法。