JP2001117332A

JP2001117332A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2001117332A
Application number: JP29567599A
Authority: JP
Inventors: Fumitake Hirobe; 文武廣部; Shigeo Kimura; 木村　　茂雄; Yuji Sakami; 裕二酒見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-04-27
Anticipated expiration: 2019-10-18
Also published as: JP3450761B2

Abstract

(57)【要約】【課題】適切な現像バイアスの印加により、ハイライ
ト部のがさつきを防止し、画像濃度が十分に得られ、か
つ異常放電による不良のない画像を得ることである。【解決手段】現像バイアスとして休止部と振動部から
なるＢＰバイアスを印加する。このＢＰバイアスの振動
部を４個のパルスから形成し、休止部の直ぐ後に、トナ
ーを現像スリーブに引戻す電界として９００Ｖを印加
し、ブランク電位に対して−９００Ｖを印加し、さらに
ブランク電位に対し９００Ｖを印加し、最後にトナーを
感光ドラムに飛翔させる方向に−９００Ｖを印加し、そ
の後休止部となる。このとき、振動部から休止部に変化
する際、現像スリーブ電位がブランク電位に対してオー
バーシュートすると、現像性の低下を引き起こすので、
これを防ぐために、時間Ｔ２＝５０μｓかけて振動部か
ら休止部へゆるやかに接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機やプリンタ
等とされる電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形
成装置に関し、特にその現像器に特徴を有する画像形成
装置である。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式、静電記録方式の画像形成
装置では、静電潜像を担持した像担持体に、現像器の現
像剤を担持した現像スリーブ（現像剤担持体）を対応さ
せて現像を行うことが一般的であり、像担持体と現像ス
リーブの間には現像電界を形成するために、現像スリー
ブに現像バイアスが印加される。

【０００３】この現像バイアスとしては、図１１に示す
ように、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳したものが用いられ
てきており、図１１に示すＡＣ成分の矩形波は、従来、
周波数２ｋＨｚ（１／２周期＝２５０μ秒）程度、ピー
クツウピーク電圧（Ｖpp）２ｋＶ程度が用いられ、良好
な現像像が得られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示すような現像バイアスには、画像のハイライト部分
が「がさつく」という欠点と、現像剤のトナーの粒径を
小さくして行った場合には、十分な画像濃度が得られな
いという欠点があった。

【０００５】この欠点の改善のために、たとえば図１２
に示すように、ＤＣ成分にＡＣ成分を断続的に重畳した
ような現像バイアスを用いることが、本出願人より提案
されている。

【０００６】図１２に示すような現像バイアス（本明細
書では、ブランクパルスバイアスもしくはＢＰバイアス
と称する）は、パルス部と休止部（ブランク部）とから
なっており、図１１に示したような現像バイアス（本明
細書では、矩形バイアスと称する）に比べて現像性がよ
いが、ハイライト部のがさつきをなくすためには、パル
ス部の周波数を４ｋＨｚ（１／２周期＝１２５秒）以上
に上げることが必要であった。また濃度を出す条件とし
てパルス部のＶppを、従来の矩形バイアスと同様に約２
ｋＶ以上に設定することが必要であった。

【０００７】しかし、パルス部のＶppが２ｋＶを超え、
また周波数を４ｋＨｚ以上に設定することから、現像部
に導電性の異物が混入した場合には、その部分で異常放
電が発生し、画像上にリング状の斑点が形成され、著し
く画像品位を落とす問題があった。

【０００８】したがって、ＢＰバイアスを用いた場合、
従来の矩形バイアスの場合よりもＶppを小さく抑制する
ことが要求される。

【０００９】本発明の目的は、適切な現像バイアスによ
り良好な現像を行って、ハイライト部のがさつきを防止
し、画像濃度が十分に得られ、かつ異常放電による画像
不良のない画像形成装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電
潜像を現像する現像器とを具備し、前記現像器は、前記
像担持体と対向する、トナーとキャリアとを有する２成
分現像剤を担持した現像剤担持体と、前記現像剤担持体
に現像バイアスを印加するバイアス印加手段とを有し、
前記バイアス印加手段により印加される現像バイアス電
圧の波形の周期は、振動部と休止部とを備え、前記振動
部から休止部に変化する際、前記現像剤担持体上の電位
が休止部電位に対してオーバーシューせずに休止部に至
ることを特徴とする画像形成装置である。

【００１１】本発明によれば、好ましくは、前記現像バ
イアス電圧の振動部は実質的に矩形波である。前記現像
バイアス電圧が振動部から休止部に変化する際、前記現
像バイアス電圧の波形はゆるやかに変化して休止部に至
る。さらに、次式：｜Ｖpp−２Ｖcont｜・Ｔｂ²／４＜ｄ²／｜Ｑ｜ただし、Ｖpp：現像バイアスのピークツウピーク電圧［Ｖ］、Ｔｂ：現像剤担持体にかかる現像バイアスの交番電圧の
現像剤担持体にトナーを引き戻す最大の時間[秒]、Ｖcont：画像コントラスト電位[Ｖ]、Ｑ：トナーの平均の摩擦帯電電荷量[Ｃ／ｋｇ]、ｄ：像担持体と現像剤担持体間の距離[ｍ] を満たす。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施例を図面
に則してさらに詳しく説明する。

【００１３】実施例１図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構
成図である。

【００１４】図１において、静電潜像担持体としての感
光ドラム１は、図中矢印Ｒ方向に回転し、その表面が一
次帯電器２により均一に帯電される。その後、感光ドラ
ム１には画像に応じたレーザー光Ｌが露光され、表面に
静電潜像が形成される。静電潜像は、内部にトナーとキ
ャリアとからなる２成分現像剤を収容した現像器４によ
り現像バイアスの印加下に現像され、トナー像として可
視化される。本実施例では、トナーはマイナス極性に帯
電している。

【００１５】得られたトナー像は、紙搬送装置によって
搬送されて感光ドラム１に搬送された紙上に転写帯電器
５により転写される。その後、トナー像を転写した紙を
図示しない定着器に送ってトナー像が定着されて、画像
として出力される。

【００１６】転写工程において、感光ドラム１上に残留
した転写残りトナーは、感光ドラム１に押圧されたクリ
ーニングブレードを有したクリーニング装置６によりク
リーニングされる。その後、感光ドラム１は前露光装置
１１によって除電されて、再度の画像形成に供される。

【００１７】本発明は、現像時に、現像器４の現像スリ
ーブ（現像剤担持体）４ａに、バイアス印加手段である
図示しない現像電源から、現像バイアスとしてＢＰバイ
アスを印加し、そのＢＰバイアスを工夫したことに特徴
がある。

【００１８】図２に、キヤノン製複写機ＣＬＣ１０００
等で用いられている、従来のＢＰバイアス波形を示す。
しかし、実際に作成されたＢＰバイアス波形をオシロス
コープ等で確認すると、図３に示すように、振動部から
休止部に変化する際、現像スリーブ電位がブランク電位
に対して５０μｓ（マイクロ秒）ほどオーバーシュート
していた。

【００１９】そこで、本実施例では、図４に示すよう
に、振動部から休止部に変化する際に、現像スリーブ電
位がブランク電位に対してオーバーシュートすることな
く、ゆるやかに休止部に至るようなＢＰバイアスを作成
した。

【００２０】具体的には、本実施例のＢＰバイアスは、
振動部が４個のパルスから形成されており、休止部の直
ぐ後に、トナーを現像剤担持体である引戻す電界として
９００Ｖ印加し、ブランク電位（休止部電位）に対して
−９００Ｖ印加し、さらにブランク電位に対し９００Ｖ
印加し、最後にトナーを像担持体である感光ドラム１に
飛翔させる方向に−９００Ｖ印加し、その後休止部とな
る。

【００２１】上記のＢＰバイアスは、本発明の特徴であ
る振動部から休止部へのゆるやかな接続が、時間Ｔ２＝
５０μｓをかけて行われる。各パルスの時間Ｔ１は６
２．５μｓで、４個のパルスで２５０μｓである。また
休止部は、本実施例ではＴ１×１２、つまり７５０μｓ
に設定することにより、１周期で１ｋＨｚのバイアスと
なった。

【００２２】ここで、図３、図４のバイアスを用いて、
同一条件で画像を出力した場合のＶ−Ｄ（現像コントラ
ストｖｓ画像濃度）曲線を図５に示す。図５に示される
ように、本実施例のＢＰバイアス（図４のバイアス）に
よれば、従来のＢＰバイアス（図３のバイアス）のよう
なオーバーシュートによる現像性の低下がないことが確
認された。

【００２３】この電位のオーバーシュートによる現像性
低下の現象について考えてみると、ＢＰバイアスにおけ
る振動部は、現像スリーブ上に鏡映力等で付着したトナ
ーを飛翔させ、さらに加速度を付与するように働く。休
止部は、振動部で加速されたトナーを感光ドラム上に形
成された現像コントラスト電位（＝ブランク電位−潜像
電位）に付着させる働きを持っているのだが、オーバー
シュート部では、現像コントラスト電位が小さくなる状
態が発生するため、現像効率が低下すると予想される。

【００２４】このことを別の実験により確認した。ま
ず、現像プロセスの終了について考えると、現像プロセ
スの終了状態とは、感光ドラム上トナー像のトナー層上
電位（充電電位）が、現像スリーブ上電位（ブランク部
電位）と同電位となることと同義と考えられる。そこ
で、画像形成装置を改造した、図６に示す実験装置を使
用して確認実験を行った。

【００２５】実験は、図６の矢印Ｒ方向に回転する感光
ドラム１の表面を帯電器２により均一に帯電し、感光ド
ラム１上に静電潜像をレーザ光Ｌで１７階調電位に露光
して形成し、その潜像を現像器４により２成分現像剤で
現像して、感光ドラム１上に形成された１７階調のトナ
ー像のトナー層上電位（充電電位）を電位センサ３で測
定して、その現像性を比較することにより行った。結果
を図７に示す。

【００２６】図７は、１７階調のうち１０階調分の潜像
電位および従来バイアス（図３）、本発明バイアス（図
４）による充電電位を示したものである。図７から明ら
かなように、図３の従来バイアスでは、充電電位がブラ
ンク部電位に達していないことが分かる。また前記した
Ｖ−Ｄ特性の結果と一致していることからも、オーバー
シュート部が現像性を低減していることが分かる。

【００２７】そこで、振動部と休止部における接像部分
の形状を変更した際のバイアス波形と充電効率（＝充電
電位／ブランク部電位）の関係を調べた。具体的には、
振動部から休止部まで至る時間（Ｔ２とする）をパラメ
ータにした結果を表１に示す。図９中、Ｔ２のマイナス
値はオーバーシュート時間を意味する。

【００２８】

【表１】表１から明らかなように、時間Ｔ２を長くすることによ
り、べた部の現像性（充電電位）を向上させるが、本実
験では５０μｓ以上で効果が飽和し、逆に白地部に地カ
ブリが生じてしまった。これは、Ｔ２時間中は現像コン
トラスト電位が大きくとれてしまうので、べた分現像性
はよくなるが、逆に白地部のかぶり取り電位が少なくな
ってしまう弊害と考えられる。したがって、本検討で
は、Ｔ２は５０μｓ程度が好ましかった。

【００２９】従来のＢＰバイアスでは休止部の効果を達
成するために、振動部時間と休止部時間の比が１：４以
上必要であったが、本実施例のように、振動部から休止
部に変化する際、現像スリーブ電位がブランク部電位に
対してオーバーシュートせずに休止部に至るバイアスに
よれば、振動部時間と休止部時間の比が１：１／２で
も、同様の効果を得ることができた。

【００３０】以上から、振動部から休止部に変化する際
に現像スリーブ電位がブランク電位に対してオーバーシ
ュートすることなく、ゆるやかに休止部に至るような波
形を用いることにより、従来、ピークツウピーク電圧Ｖ
ppを２ｋＶまで上げなければ得られなかった画像濃度
が、Ｖppを１．８ｋＶまで低下させても十分に得られる
ようになった。

【００３１】本実施例では、このようにＢＰバイアスの
Ｖppを１．８ｋＶに抑えることができ、その結果、現像
部への導電性の異物の混入があっても、従来問題になっ
ていた異常放電による画像不良を発生することがなく、
高濃度の画像が安定して得られるようになった。

【００３２】実施例２実施例１では、現像バイアスとして図４に示したＢＰバ
イアスを用いたが、本発明に有効なバイアスはこれに限
られない。

【００３３】本発明に適したＢＰバイアス、現像装置お
よび現像剤について説明する。

【００３４】本実施例では、現像剤として非磁性トナー
と磁性キャリア（磁性粒子）とからなる２成分現像剤を
使用している。混合比は重量比で、非磁性トナーが約５
％になるようにした。非磁性トナーは約８μｍの体積平
均粒径を有する。磁性キャリア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５０μｍであり、抵抗値は１０
⁸Ωｃｍ以上の値を示す。また磁性キャリアの透磁率は
約５．０である。トナーの摩擦帯電量は約−２．０×１
０^-2Ｃ／ｋｇである。

【００３５】現像器４は、２成分現像剤を収容した現像
容器の感光ドラム１に近接する部位に開口部が設けら
れ、この開口部から現像剤担持体としての現像スリーブ
が外部に突出している。現像スリーブは現像容器内に回
転可能に組み込まれ、感光ドラム１との間隔が５００μ
ｍとなるように配置されている。現像スリーブの外径は
２５ｍｍ、その周速は２８０ｍｍ／秒である。

【００３６】本実施例において、現像バイアスとして、Ｖpp：現像剤担持体にかかる交番電圧のピークツウピー
ク電圧［Ｖ］、Ｔｂ：現像剤担持体にかかる交番電圧の現像剤担持体に
トナーを引き戻す最大の時間[秒]、Ｖcont：画像コントラスト電位[Ｖ]（現像バイアスのＤ
Ｃ電圧から最大画像濃度を出力する場合の潜像電位との
電位差）、Ｑ：トナーの平均の摩擦帯電電荷量[Ｃ／ｋｇ]、ｄ：像担持体と現像剤担持体間の距離[ｍ] としたとき、現像バイアスとして、｜Ｖpp−２Ｖcont｜・Ｔｂ²／４＜ｄ²／｜Ｑ｜の条件を満たす交番電界が断続的に形成されるような交
互電圧が印加される。

【００３７】本発明では、トナーの摩擦帯電電荷量は、
図８に示す測定装置を使用して測定した。

【００３８】まず、摩擦帯電量を測定しようとするトナ
ーをキャリアと合して２成分現像剤の形にして、５０〜
１００ｍｌ容量のポリエチレン製のビンに入れ、約１０
〜４０秒間手で振盪し、ついでこの現像剤を約０．５〜
１．５ｇ、底が５００メッシュの導電性スクリーン１４
３になった金属製の測定用器１４２に入れ、容器１４２
に金属製の蓋１４４を被せる。この状態の測定用器１４
２全体の重量を計り、これをＷ１（ｋｇ）とする。

【００３９】つぎに、測定用器１４２を吸引機１４１に
設置し（吸引機１４１の少なくとも測定用器１４２と接
する部分は絶縁体）、吸引口１４７から吸引し、風量調
節弁１４６を調節して、真空計１４５の圧力を２５０ｍ
ｍＡｑとする。この状態で十分、好ましくは２分間吸引
を行い、トナーを吸引除去する。このときの測定用器１
４２に接続した電位計１４９が示す電位を読み、これを
Ｖ１（Ｖ）とする。また吸引後の測定容器１４２全体の
重量を計り、これをＷ２（ｋｇ）とする。測定用器１４
２に電位計１４９と並列接続したコンデンサ１４８の容
量をＣ１（μＦ）とすると、トナーの摩擦帯電量は、下
式：トナーの摩擦帯電量（μＣ／ｋｇ）＝Ｃ１×Ｖ１×１０
^-3／（Ｗ１−Ｗ２）のごとく計算される。

【００４０】本実施例において、画像濃度が約０．２程
度のハイライトハーフトーン画像とベタ画像を出力し、
ハイライトハーフトーン画像の滑らかさと、ベタ画像の
濃度で、画像を評価する実験を行った。

【００４１】その結果、Ａ＝｜Ｖpp−２Ｖcont｜・Ｔｂ
²／４、Ｂ＝ｄ²／｜Ｑ｜として、これらの関係がＡ＜Ｂ
となる場合にのみ、ベタにおいて高濃度を維持し、さら
にハイライトの再現性が良好であった。

【００４２】これについて説明する。図９は現像スリー
ブ上のトナー粒子１個にかかる力を示した図、図１０は
その拡大図である。図中ｑはトナーの電荷量、ｍは質
量、ａは加速度、ΔＶは感光ドラムと現像スリーブ間の
電位差、ｄは感光ドラムと現像スリーブ間のギャップで
ある。

【００４３】感光ドラムから現像スリーブへトナーが移
動できる距離Ｘは、以下のようにして求められる。トナ
ーに対して、現像スリーブに引戻す剥ぎ取り電圧が振動
電界印加中に最大時間としてＴｂ秒間印加される。この
間にトナーが移動できる距離Ｘは、下記の式（１）：Ｘ＝｜Ｑ｜・｜Ｖｂ−Ｖcont｜・Ｔｂ²／２ｄ・・・（１）で求められる。

【００４４】ここで、感光ドラム上に現像されたトナー
が、剥ぎ取り電圧が最大時間だけ印加された場合の移動
距離Ｘでは、現像スリーブに戻されない条件を設定して
やることにより、トナーは感光ドラム上に偏った振動を
繰り返す。このときの条件は、Ｘが感光ドラムと現像ス
リーブ間のギャップｄよりも小さくなるときである。

【００４５】式で表すと、Ｘ＝｜Ｖｂ−Ｖcont｜・Ｔｂ²／２＜ｄ²／｜Ｑ｜・・・（２）このような条件下において現像を行うと、振動部は、剥
ぎ取り電圧が最大時間の電界によっても、Ｓ−Ｄ間を十
分に往復運動できない状態にあり、その後休止部へ変化
する際、感光ドラムに付着させる最大加速度を得たトナ
ーは、現像スリーブ上電位がブランク電位よりオーバー
シュートしないように到達するよう、現像バイアスを設
計することにより、トナーは振動部で作られた感光ドラ
ム上に飛翔させる方向の最大速度のまま現像コントラス
トに対して忠実に現像工程が進むため、ピークツウピー
ク電圧Ｖppが低い場合でも、ＤＣ成分が潜像電位に見合
った量のトナーを感光ドラムに引き付けるように働き、
このためドットの欠落が発生しなくなり、また感光ドラ
ム上においてトナーが断続的に振動を繰り返すことによ
り、潜像部にトナーが集中し、１つ１つのドットが忠実
に再現されるため、従来の矩形バイアスでは不均一な画
像しか得られないような浅い潜像でも、均一な画像を出
力できるようになる。

【００４６】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術思想内でのあらゆる変形が可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成
装置では、バイアス印加手段により現像剤担持体に印加
する現像バイアス電圧を、波形の１周期に振動部と休止
部とを備えるブランクパルスバイアスとし、そのバイア
ス電圧が振動部から休止部に変化する際、現像剤担持体
上電位が休止部電位に対してオーバーシュートせずに休
止部に至るようにしたので、周波数が高くピークツウピ
ーク電圧が低い条件でも、画像の均一性が高く、濃度が
十分な画像が得られ、異常放電による画像欠陥もなく、
高画質の画像を安定して得られるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構
成図である。

【図２】従来のＢＰバイアスを示す波形図である。

【図３】図２のＢＰバイアスの実波形を示す波形図であ
る。

【図４】図１の実施例で使用したＢＰバイアスを示す波
形図である。

【図５】図３、図４のバイアスを用いて同一条件で画像
を出力した場合のＶ−Ｄ曲線を示す図である。

【図６】本発明において、トナー層の充電電位測定によ
りバイアスのオーバーシュート部での現像性低下を確認
するのに用いた実験装置を示す概略図である。

【図７】１０階調分の潜像電位および図３、図４のバイ
アスによる充電電位を示す図である。

【図８】本発明で２成分現像剤におけるトナーの摩擦帯
電量を測定するのに使用した測定装置を示す斜視図であ
る。

【図９】現像スリーブ上のトナー粒子１個にかかる力を
示した図である。

【図１０】図９の拡大図である。

【図１１】矩形バイアスを示す波形図である。

【図１２】従来のＢＰバイアスの一例を示す波形図であ
る。

【符号の説明】

１感光ドラム２一次帯電器４現像器４ａ現像スリーブ５転写帯電器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒見裕二東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H073 BA07 BA13 BA41 BA45 CA03 2H077 AD02 AD06 AD37 DB08 EA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像を担持する像担持体と、前記像
担持体上の静電潜像を現像する現像器とを具備し、前記
現像器は、前記像担持体と対向する、トナーとキャリア
とを有する２成分現像剤を担持した現像剤担持体と、前
記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス印加
手段とを有し、前記バイアス印加手段により印加される
現像バイアス電圧の波形の周期は、振動部と休止部とを
備え、前記振動部から休止部に変化する際、前記現像剤
担持体上の電位が休止部電位に対してオーバーシューせ
ずに休止部に至ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記現像バイアス電圧の振動部は実質的
に矩形波である請求項１の画像形成装置。
【請求項３】前記現像バイアス電圧が振動部から休止
部に変化する際、前記現像バイアス電圧の波形はゆるや
かに変化して休止部に至る請求項１または画像形成装
置。
【請求項４】次式：｜Ｖpp−２Ｖcont｜・Ｔｂ²／４＜ｄ²／｜Ｑ｜ただし、Ｖpp：現像バイアスのピークツウピーク電圧［Ｖ］、Ｔｂ：現像剤担持体にかかる現像バイアスの交番電圧の
現像剤担持体にトナーを引き戻す最大の時間[秒]、Ｖcont：画像コントラスト電位[Ｖ]、Ｑ：トナーの平均の摩擦帯電電荷量[Ｃ／ｋｇ]、ｄ：像担持体と現像剤担持体間の距離[ｍ] を満たす請求項１〜３のいずれかの項に記載の画像形成
装置。