JP2006133375A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 画像形成装置において、供給ローラを小径化しても、安定したトナー供給・回収を行うことができ、画像品質を安定させることができるようにする。
【解決手段】 レーザプリンタ100において、供給ローラ6から現像ローラ4にトナー8を供給する現像器50を備え、電源ユニット12により、現像ローラ4、供給ローラ6に対して、それぞれ現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsが印加される。現像バイアス電圧Vdと供給バイアス電圧Vsとは、それぞれ直流電圧に交流電圧が重畳された波形を有し、同一周期で変化し、現像バイアス電圧に対する供給バイアス電圧の電位差が正負交替するような構成とされる。
【選択図】 図1
【解決手段】 レーザプリンタ100において、供給ローラ6から現像ローラ4にトナー8を供給する現像器50を備え、電源ユニット12により、現像ローラ4、供給ローラ6に対して、それぞれ現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsが印加される。現像バイアス電圧Vdと供給バイアス電圧Vsとは、それぞれ直流電圧に交流電圧が重畳された波形を有し、同一周期で変化し、現像バイアス電圧に対する供給バイアス電圧の電位差が正負交替するような構成とされる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、画像形成装置に関し、例えば、電子写真方式を用いたレーザプリンタ、複写機などの画像形成装置に関する。
従来、電子写真方式の画像形成装置、例えば、レーザプリンタ、複写機などにおいて、非接触現像を行う現像器が用いられる場合がある。このような現像器では、例えばスポンジローラなどからなる供給ローラを現像ローラに当接、回転させることにより、トナーを現像ローラ上に供給し、そのトナーを、現像ローラ上にわずかに離して設けられた現像ブレードにより薄層化する。そして、静電潜像が形成された感光体との対向位置で、トナーの帯電極性に応じた電界を形成する現像バイアス電圧が印加されると、トナーが感光体に向けて飛翔し、静電潜像を顕像化できるようになっている。
このような装置では、良好な画像を得るために、供給ローラから現像ローラに対して十分な量のトナーを供給する必要がある。
そのためには、供給ローラの当接範囲を増やすことが有効であり、ローラの食い込み量をできるだけ大きくすることが行われている。
一方、トナーの供給を効率的に行うために、トナーの帯電極性に応じてトナーが供給ローラから現像ローラに移動できるような供給バイアス電圧を供給ローラに印加することが行われている。
例えば、特許文献1には、静電潜像担持体に対して非接触に設けられた現像ロールに直流電圧に交流電圧が重畳されたバイアス電圧が印加され、現像ロール上にトナーを供給する磁気ロールに直流のバイアス電圧を印加し、現像ロールのバイアス電圧の直流成分と磁気ロールの直流バイアス電圧との電位差を所定範囲に収めるようにした画像形成装置が記載されている。
また、特許文献2には、現像剤の担持体と、担持体に現像剤を供給して均一な薄層を形成する均一化部材とにそれぞれ共通するバイアス電圧が印加されており、バイアス電圧が直流電圧に交流電圧を重畳した構成を有する現像装置が記載されている。
特開2002−116618号公報(第3−4頁、図1)
特開昭60ー229065号公報(第2頁、図1、2)
このような装置では、良好な画像を得るために、供給ローラから現像ローラに対して十分な量のトナーを供給する必要がある。
そのためには、供給ローラの当接範囲を増やすことが有効であり、ローラの食い込み量をできるだけ大きくすることが行われている。
一方、トナーの供給を効率的に行うために、トナーの帯電極性に応じてトナーが供給ローラから現像ローラに移動できるような供給バイアス電圧を供給ローラに印加することが行われている。
例えば、特許文献1には、静電潜像担持体に対して非接触に設けられた現像ロールに直流電圧に交流電圧が重畳されたバイアス電圧が印加され、現像ロール上にトナーを供給する磁気ロールに直流のバイアス電圧を印加し、現像ロールのバイアス電圧の直流成分と磁気ロールの直流バイアス電圧との電位差を所定範囲に収めるようにした画像形成装置が記載されている。
また、特許文献2には、現像剤の担持体と、担持体に現像剤を供給して均一な薄層を形成する均一化部材とにそれぞれ共通するバイアス電圧が印加されており、バイアス電圧が直流電圧に交流電圧を重畳した構成を有する現像装置が記載されている。
しかしながら、上記のような従来の画像形成装置は以下のような問題があった。
近年、例えば画像形成装置の低コスト化、カラー化、高速化などの要求が高まっており、現像器を小型化することが強く求められている。そのために、現像器の現像ローラ、供給ローラも小径化することが必要となっている。
供給ローラを小径化する場合、画像の濃度低下、濃度ムラなどを起こさないためには、現像ローラに対する供給ローラの当接範囲を従来と同様に確保する必要がある。この当接範囲では、トナーの現像ローラ側への供給と、現像ローラ上の現像残トナーの供給ローラへの回収とが同時に進行している。そのため、トナー回収能力が低下すると、先行する画像が現像ローラ1回転後の位置に残像として残るという結果を招き、画像品質を著しく損ねてしまうことになる。
例えば、供給ローラがスポンジローラの場合には、スポンジの層厚を薄くすると、変形量が小さくなるためニップ幅(当接範囲)が狭くなってしまう。一方、ニップ幅を確保するために、スポンジの層厚を維持すると、ローラ軸が細径化して撓みやすくなり、撓んだ部分でニップ幅が狭くなってしまうという問題がある。
また、供給ローラがブラシローラの場合には、ブラシ繊維の植毛密度に上限があるため、小径化により当接範囲が減少すると十分なトナー回収を行うことができなくなくなるという問題がある。
一方、特許文献1に記載の技術のように、供給バイアス電圧を印加することにより供給ローラの当接範囲の減少を補うことも考えられる。
この場合には、直流電圧を印加することで、トナー供給量を増大できるものの、現像残トナーの回収には寄与しないため、残像を防止することができないという問題がある。
また、特許文献2に記載の技術では、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧が同一なので、電源は共通化できるものの、供給ローラから現像ローラへのトナーの供給・回収を制御することができないという問題がある。
近年、例えば画像形成装置の低コスト化、カラー化、高速化などの要求が高まっており、現像器を小型化することが強く求められている。そのために、現像器の現像ローラ、供給ローラも小径化することが必要となっている。
供給ローラを小径化する場合、画像の濃度低下、濃度ムラなどを起こさないためには、現像ローラに対する供給ローラの当接範囲を従来と同様に確保する必要がある。この当接範囲では、トナーの現像ローラ側への供給と、現像ローラ上の現像残トナーの供給ローラへの回収とが同時に進行している。そのため、トナー回収能力が低下すると、先行する画像が現像ローラ1回転後の位置に残像として残るという結果を招き、画像品質を著しく損ねてしまうことになる。
例えば、供給ローラがスポンジローラの場合には、スポンジの層厚を薄くすると、変形量が小さくなるためニップ幅(当接範囲)が狭くなってしまう。一方、ニップ幅を確保するために、スポンジの層厚を維持すると、ローラ軸が細径化して撓みやすくなり、撓んだ部分でニップ幅が狭くなってしまうという問題がある。
また、供給ローラがブラシローラの場合には、ブラシ繊維の植毛密度に上限があるため、小径化により当接範囲が減少すると十分なトナー回収を行うことができなくなくなるという問題がある。
一方、特許文献1に記載の技術のように、供給バイアス電圧を印加することにより供給ローラの当接範囲の減少を補うことも考えられる。
この場合には、直流電圧を印加することで、トナー供給量を増大できるものの、現像残トナーの回収には寄与しないため、残像を防止することができないという問題がある。
また、特許文献2に記載の技術では、現像バイアス電圧と供給バイアス電圧が同一なので、電源は共通化できるものの、供給ローラから現像ローラへのトナーの供給・回収を制御することができないという問題がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、供給ローラを小径化しても、安定したトナー供給・回収を行うことができ、画像品質を安定させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、像担持体の静電潜像を帯電されたトナーにより現像する現像器を備えた画像形成装置であって、前記現像器が、ローラ表面に帯電トナー層を形成する現像ローラと、該現像ローラに、交流電圧に直流電圧が重畳された現像バイアス電圧を印加する現像バイアス電源部と、前記現像ローラと当接して該現像ローラ上にトナーを供給する供給ローラと、該供給ローラに対して、前記現像バイアス電圧に対する電位差が前記交流電圧と同一周期で正負交替する供給バイアス電圧を印加する供給バイアス電源部とを備える構成とする。
この発明によれば、供給バイアス電圧が現像バイアス電圧に対して現像バイアス電圧の交流電圧と同一周期で正負交替する電位差を有するので、供給バイアス電圧から現像バイアス電圧を引いた電位差が負(正)のとき、供給ローラと現像ローラとの間に、負(正)帯電トナーが供給ローラから現像ローラへ供給する方向の電界が形成される。また、供給バイアス電圧から現像バイアス電圧を引いた電位差が正(負)のとき、負(正)帯電トナーが現像ローラから供給ローラへ回収する方向の電界が形成される。
したがって、正常帯電トナーが負(正)帯電トナーの場合、前記電位差が負(正)のときトナー供給、正(負)のときトナー回収が促進される。
その結果、現像ローラに対する新しいトナーの供給と現像残トナーの回収とが交流電圧の周期ごとに交替で行われ、現像ローラ上のトナーが順次入れ替えられる。そのため、残像や被りのない良好な画像を形成することができる。
また、供給バイアス電圧によりトナー供給、トナー回収性能が向上されるので、現像ローラに対する供給ローラの当接範囲が狭い場合でも安定した画像形成を行うことができる。
この発明によれば、供給バイアス電圧が現像バイアス電圧に対して現像バイアス電圧の交流電圧と同一周期で正負交替する電位差を有するので、供給バイアス電圧から現像バイアス電圧を引いた電位差が負(正)のとき、供給ローラと現像ローラとの間に、負(正)帯電トナーが供給ローラから現像ローラへ供給する方向の電界が形成される。また、供給バイアス電圧から現像バイアス電圧を引いた電位差が正(負)のとき、負(正)帯電トナーが現像ローラから供給ローラへ回収する方向の電界が形成される。
したがって、正常帯電トナーが負(正)帯電トナーの場合、前記電位差が負(正)のときトナー供給、正(負)のときトナー回収が促進される。
その結果、現像ローラに対する新しいトナーの供給と現像残トナーの回収とが交流電圧の周期ごとに交替で行われ、現像ローラ上のトナーが順次入れ替えられる。そのため、残像や被りのない良好な画像を形成することができる。
また、供給バイアス電圧によりトナー供給、トナー回収性能が向上されるので、現像ローラに対する供給ローラの当接範囲が狭い場合でも安定した画像形成を行うことができる。
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の画像形成装置において、前記現像バイアス電圧をVd、前記供給バイアス電圧をVs、前記現像バイアス電圧に対する前記供給バイアス電圧の電位差をΔV=Vs−Vdと表すとき、ΔVにおける、正常帯電トナーを前記供給ローラに回収する側の極性のピーク値ΔVRと、正常帯電トナーを前記現像ローラに供給する側の極性のピーク値ΔVTとが、次式を満足する構成とする。
1≦|ΔVR|/|ΔVT|≦5 ・・・(1)
この発明によれば、式(1)を満足するので、正常帯電トナーを供給ローラから現像ローラに供給する作用に対する現像ローラから供給ローラの回収する作用の大きさが適切な範囲に設定される。
そのため、現像残トナーの回収が効率的に行われ、現像残トナーが新しいトナーに入れ替えられるから、画像濃度低下を起こすことなく、また例えば残像などによる画像品質の低下を防止することができる。
下限値が1より小さいと、現像ローラからのトナー回収量が少なくなりすぎるので、現像残トナーによる画質低下が起こる。
上限値が5より大きいと、現像ローラへのトナー供給量が少なくなりすぎるので、画像濃度が低下してしまう。
1≦|ΔVR|/|ΔVT|≦5 ・・・(1)
この発明によれば、式(1)を満足するので、正常帯電トナーを供給ローラから現像ローラに供給する作用に対する現像ローラから供給ローラの回収する作用の大きさが適切な範囲に設定される。
そのため、現像残トナーの回収が効率的に行われ、現像残トナーが新しいトナーに入れ替えられるから、画像濃度低下を起こすことなく、また例えば残像などによる画像品質の低下を防止することができる。
下限値が1より小さいと、現像ローラからのトナー回収量が少なくなりすぎるので、現像残トナーによる画質低下が起こる。
上限値が5より大きいと、現像ローラへのトナー供給量が少なくなりすぎるので、画像濃度が低下してしまう。
なお、正常帯電トナーを供給ローラに回収する側の極性とは、正常帯電トナーが負(正)帯電極性を有するとき、ΔVが正(負)を意味する。また、正常帯電トナーを供給ローラに回収する側の極性とは、同じく、ΔVが負(正)を意味する。
トナー回収とトナー供給とのバランスをより良好にするためには、式(1)の上下限値をさらに狭い範囲とすることが好ましい。例えば、次式を満足することが好ましい。
3≦|ΔVR|/|ΔVT|≦4 ・・・(1a)
3≦|ΔVR|/|ΔVT|≦4 ・・・(1a)
請求項3に記載の発明では、請求項1に記載の画像形成装置において、前記現像バイアス電圧をVd、前記供給バイアス電圧をVs、それぞれの平均値をVdave、Vsave、前記現像バイアス電圧に対する前記供給バイアス電圧の電位差をΔV=Vs−Vdと表すとき、ΔVにおける、正常帯電トナーを前記供給ローラに回収する側の極性のピーク値ΔVRが、次式を満足する構成とする。
1≦|ΔVR|/|Vsave−Vdave|≦5 ・・・(2)
この発明によれば、式(2)を満足するので、正常帯電トナーを供給ローラから現像ローラに供給する平均的なトナー供給作用に対する現像ローラから供給ローラの回収する作用の大きさが適切な範囲に設定される。
そのため、現像残トナーの回収が効率的に行われ、現像残トナーが新しいトナーに入れ替えられるから、画像濃度低下を起こすことなく、例えば残像などによる画像品質が低下を防止することができる。
下限値が1より小さいと、現像ローラからのトナー回収量が少なくなりすぎるので、現像残トナーによる画質低下が起こる。
上限値が5より大きいと、現像ローラへのトナー供給量が少なくなりすぎるので、画像濃度が低下してしまう。
1≦|ΔVR|/|Vsave−Vdave|≦5 ・・・(2)
この発明によれば、式(2)を満足するので、正常帯電トナーを供給ローラから現像ローラに供給する平均的なトナー供給作用に対する現像ローラから供給ローラの回収する作用の大きさが適切な範囲に設定される。
そのため、現像残トナーの回収が効率的に行われ、現像残トナーが新しいトナーに入れ替えられるから、画像濃度低下を起こすことなく、例えば残像などによる画像品質が低下を防止することができる。
下限値が1より小さいと、現像ローラからのトナー回収量が少なくなりすぎるので、現像残トナーによる画質低下が起こる。
上限値が5より大きいと、現像ローラへのトナー供給量が少なくなりすぎるので、画像濃度が低下してしまう。
トナー回収とトナー供給とのバランスをより良好にするためには、式(2)の上下限値をさらに狭い範囲とすることが好ましい。例えば、次式を満足することが好ましい。
3≦|ΔVR|/|Vsave−Vdave|≦4 ・・・(2a)
3≦|ΔVR|/|Vsave−Vdave|≦4 ・・・(2a)
請求項4に記載の発明では、請求項1に記載の画像形成装置において、前記現像バイアス電圧をVd、前記供給バイアス電圧をVs、前記現像バイアス電圧の平均値をVdave、前記現像バイアス電圧に対する前記供給バイアス電圧の電位差をΔV=Vs−Vdと表すとき、ΔVにおける、正常帯電トナーを前記供給ローラに回収する側の極性のピーク値ΔVRと、前記現像バイアス電圧の平均値Vdaveとが、次式を満足する構成とする。
1≦|ΔVR|/|Vdave|≦3 ・・・(3)
この発明によれば、式(3)を満足するので、正常帯電トナーを平均的に現像ローラ上に保持しようとする作用に対して、正常帯電トナーを現像ローラから供給ローラの回収する作用の大きさが適切な範囲に設定される。
そのため、現像残トナーの回収が効率的に行われ、現像残トナーが新しいトナーに入れ替えられるから、画像濃度低下を起こすことなく、例えば残像などによる画像品質が低下を防止することができる。
下限値が1より小さいと、現像ローラからのトナー回収量が少なくなりすぎるので、現像残トナーによる画質低下が起こる。
上限値が3より大きいと、現像ローラからのトナー回収量が大きくなりすぎるので、画像濃度が低下してしまう。
1≦|ΔVR|/|Vdave|≦3 ・・・(3)
この発明によれば、式(3)を満足するので、正常帯電トナーを平均的に現像ローラ上に保持しようとする作用に対して、正常帯電トナーを現像ローラから供給ローラの回収する作用の大きさが適切な範囲に設定される。
そのため、現像残トナーの回収が効率的に行われ、現像残トナーが新しいトナーに入れ替えられるから、画像濃度低下を起こすことなく、例えば残像などによる画像品質が低下を防止することができる。
下限値が1より小さいと、現像ローラからのトナー回収量が少なくなりすぎるので、現像残トナーによる画質低下が起こる。
上限値が3より大きいと、現像ローラからのトナー回収量が大きくなりすぎるので、画像濃度が低下してしまう。
請求項5に記載の発明では、請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置において、前記供給ローラの表層部がスポンジからなる構成とする。
この発明によれば、供給ローラの表層部がスポンジからなるので、比較的低圧でも大きなニップ幅を得ることができ、スポンジの空孔によりトナー回収とトナー供給とを効率的に行うことができる。
この発明によれば、供給ローラの表層部がスポンジからなるので、比較的低圧でも大きなニップ幅を得ることができ、スポンジの空孔によりトナー回収とトナー供給とを効率的に行うことができる。
請求項6に記載の発明では、請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置において、前記供給ローラの表層部が導電性繊維のブラシからなる構成とする。
この発明によれば、供給ローラの表層部が導電性繊維のブラシからなるので、比較的低圧でも現像ローラと当接してトナー回収とトナー供給とを効率的に行うことができる。
この発明によれば、供給ローラの表層部が導電性繊維のブラシからなるので、比較的低圧でも現像ローラと当接してトナー回収とトナー供給とを効率的に行うことができる。
請求項7に記載の発明では、請求項1〜6のいずれかに記載の画像形成装置において、前記供給バイアス電源部が、前記現像バイアス電源部の電圧に、該電圧を整流して重畳するとともに、出力インピーダンスを直流電圧と交流電圧とでそれぞれ独立に設定できる回路構成とされた構成とする。
この発明によれば、現像バイアス電源部で生成された交流電圧に直流電圧が重畳された電圧を整流して重畳するようにしたので、現像バイアス電源部と供給バイアス電源部とが交流電源および直流電源を共有する簡単な回路構成とすることができる。そのため、部品点数を低減して安価かつ小型な画像形成装置とすることができる。
またそのように生成された供給バイアス電圧を直流電圧と交流電圧とで出力インピーダンスを独立に設定できるようにしたので、現像バイアス電圧に対して、周期が同期され振幅およびオフセット量が異なる供給バイアス電圧を容易に生成することができる。
この発明によれば、現像バイアス電源部で生成された交流電圧に直流電圧が重畳された電圧を整流して重畳するようにしたので、現像バイアス電源部と供給バイアス電源部とが交流電源および直流電源を共有する簡単な回路構成とすることができる。そのため、部品点数を低減して安価かつ小型な画像形成装置とすることができる。
またそのように生成された供給バイアス電圧を直流電圧と交流電圧とで出力インピーダンスを独立に設定できるようにしたので、現像バイアス電圧に対して、周期が同期され振幅およびオフセット量が異なる供給バイアス電圧を容易に生成することができる。
本発明の画像形成装置によれば、供給バイアス電圧が現像バイアス電圧に対して周期的に正負交替する電位差を有するので、現像ローラに対する新しいトナーの供給と現像残トナーの回収とが周期的に行われて、現像ローラ上のトナーの入れ替えが行われるから、供給ローラを小径化しても、安定したトナー供給・回収を行うことができ、残像や被りのない良好な画像を形成することができるという効果を奏する。
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置の主要部の構成について説明するための模式説明図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る電源ユニットについて説明するための構成ブロック図である。
本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置の主要部の構成について説明するための模式説明図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係る電源ユニットについて説明するための構成ブロック図である。
本実施形態のレーザプリンタ100(画像形成装置)は、1成分非接触現像方式による電子写真プロセスを用いて、印字媒体10上に印字するための装置であり、その主要部は、図1に示すように、感光ドラム1(像担持体)、帯電ローラ2、レーザ露光ユニット3、現像器50、電源ユニット12、および転写ローラ9からなる。
感光ドラム1は、表面に光導電性の感光体層が形成された円筒ドラムであり、不図示の駆動手段により、図示矢印の方向に回転駆動される。
帯電ローラ2は、感光ドラム1に当接して回転するゴムローラであり、ローラ軸が不図示の高圧電源に電気的に接続され、感光ドラム1の表面を略均一に帯電させるものである。感光ドラム1のドラム電位VDは、−700V〜−800Vが好適であり、本実施形態では、VD=−750Vに帯電させるようになっている。
帯電ローラ2は、感光ドラム1に当接して回転するゴムローラであり、ローラ軸が不図示の高圧電源に電気的に接続され、感光ドラム1の表面を略均一に帯電させるものである。感光ドラム1のドラム電位VDは、−700V〜−800Vが好適であり、本実施形態では、VD=−750Vに帯電させるようになっている。
レーザ露光ユニット3は、画像信号により変調駆動されるレーザ光を像面で適宜のスポット径に絞り、感光ドラム1の中心軸に沿う方向に延びる走査線上を反復走査する露光手段である。レーザ光の露光部分は、感光体層の電荷が放電され、0V近傍まで表面電位が失われる。そのため、回転移動する感光ドラム1上には、画像信号に対応して分布する露光部分と非露光部分とによる表面電位の差が記録され、いわゆる静電潜像が形成される。
露光位置は、帯電ローラ2の下流側の所定位置に設けられる。
露光位置は、帯電ローラ2の下流側の所定位置に設けられる。
現像器50は、帯電極性が負であるトナー8を帯電させて、感光ドラム1上にされた静電潜像を可視化するための機構であり、露光位置の下流側に感光ドラム1に近接して設けられている。その概略構成は、現像ローラ4、現像ブレード5、供給ローラ6、攪拌翼7と、それらをトナー8とともに納める現像ケース13とからなる。
現像ローラ4は、金属シャフトからなるローラ軸4aを中心として、ゴムなどの弾性体により適宜径のローラ部4bが形成された部材である。ローラ部4bは、平滑な表面を有し、その表面の上方に一定の隙間を空けて現像ローラ4上のトナー8の層厚を規制する現像ブレード5が配置されている。そして、現像ローラ4の回転に伴ってトナー8が現像ブレード5との隙間を通過することにより、トナー8の摩擦帯電が促進され、現像ローラ4上にクーロン力で十分付着できる程度に帯電されたトナー8が現像ローラ4上にトナー層を形成しつつ回転搬送されるようになっている。トナー8の層厚は例えば20μm程度などの値が採用できる。
現像ローラ4の回転方向は図示矢印のように感光ドラム1の回転方向と逆方向で、トナー供給量を適正にするために感光ドラム1よりも大きな線速を有するように回転駆動される。また、現像ローラ4の端部側にはローラ部4bの外径よりわずかに大きい外径を有するキャップスペーサカラー11が設けられており、感光ドラム1の表面に当接することで回転中も現像ローラ4と感光ドラム1との間の隙間を一定値、例えば0.2mmに保つことができるようになっている。
ローラ軸4aには、電源ユニット12が電気的に接続され、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧を印加できるようになっている。現像バイアス電圧の平均値は、感光ドラム1の帯電電位より正側に、感光ドラム1の潜像電位より負側に設定され、負帯電されたトナー8が、現像ローラ4から感光ドラム1の静電潜像に向けて飛翔できるような電界が形成されるようになっている。
ローラ軸4aには、電源ユニット12が電気的に接続され、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧を印加できるようになっている。現像バイアス電圧の平均値は、感光ドラム1の帯電電位より正側に、感光ドラム1の潜像電位より負側に設定され、負帯電されたトナー8が、現像ローラ4から感光ドラム1の静電潜像に向けて飛翔できるような電界が形成されるようになっている。
ローラ部4bの外径としては、例えばφ10mm〜φ12mm、ローラ軸4aの軸径としては、φ8mmが好適である。
ローラ部4bの材質としては、例えばゴム硬度が40°〜60°(アスカーC、JIS K7312)、電気抵抗が1.0MΩ〜5.0MΩの材質が好適である。
ローラ部4bの材質としては、例えばゴム硬度が40°〜60°(アスカーC、JIS K7312)、電気抵抗が1.0MΩ〜5.0MΩの材質が好適である。
供給ローラ6は、金属シャフトからなるローラ軸6aを中心として、例えばウレタンゴム、シリコンゴムなどのポリマーを発泡させた導電性の多孔質のスポンジからなる適宜径のローラ部6b(供給ローラの表層部)が形成された部材である。そして現像ローラ4に対してローラ部6bが径方向に一定量、例えば0.5mm、オーバーラップすることにより適切なニップ幅が形成されるような軸間距離をおいて平行に配置されている。
ローラ部6bは、表面の空孔によりトナー8を保持しつつ現像ローラ4に回転搬送し、現像ローラ4とのニップ部において帯電されたトナー8を現像ローラ4に供給するとともに、現像ローラ4上の現像残トナーを回収できるようになっている。
そのため、ローラ軸6aは、電源ユニット12と電気的に接続され、直流電圧に交流電圧を重畳した供給バイアス電圧が印加されるようになっている。
ローラ部6bは、表面の空孔によりトナー8を保持しつつ現像ローラ4に回転搬送し、現像ローラ4とのニップ部において帯電されたトナー8を現像ローラ4に供給するとともに、現像ローラ4上の現像残トナーを回収できるようになっている。
そのため、ローラ軸6aは、電源ユニット12と電気的に接続され、直流電圧に交流電圧を重畳した供給バイアス電圧が印加されるようになっている。
ローラ部6bの外径としては、例えばφ8mm〜φ9mm、ローラ軸6aの軸径としては、φ6mmを採用することができる。
ローラ部6bの特性値としては、例えばスポンジ硬度がスポンジ単体として、70°〜80°(アスカーF)、電気抵抗が0.1MΩ〜1.0MΩを採用することができる。
ローラ部6bの特性値としては、例えばスポンジ硬度がスポンジ単体として、70°〜80°(アスカーF)、電気抵抗が0.1MΩ〜1.0MΩを採用することができる。
また、供給ローラ6として、ローラ部6bが導電性繊維(導電糸)からなるブラシローラを採用することもできる。このようなブラシローラは、例えばカーボンなどの導電剤を含むナイロン、アクリルなどの導電性繊維を織り込んだベルベット地をローラ軸6aに巻き付けたり、導電性繊維をローラ部6bに静電植毛したりすることにより製造できる。
例えば、オーバーラップ量およびローラ部6bの外径が上記と同様の場合、ローラ部6bとして、繊維太さが2デニール〜5デニール、電気抵抗が0.1MΩ〜1.0MΩのカーボン導電性ナイロン繊維を、繊維密度250kF/in2で植毛したものを採用することができる。ここで、(kF/in2)は、平方インチあたりのキロ本数を示す。
例えば、オーバーラップ量およびローラ部6bの外径が上記と同様の場合、ローラ部6bとして、繊維太さが2デニール〜5デニール、電気抵抗が0.1MΩ〜1.0MΩのカーボン導電性ナイロン繊維を、繊維密度250kF/in2で植毛したものを採用することができる。ここで、(kF/in2)は、平方インチあたりのキロ本数を示す。
攪拌翼7は、現像ケース13内で回転することによりトナー8を攪拌して帯電を促進するとともに供給ローラ6の近傍にトナー8を集めるための機構である。
電源ユニット12は、図2に示すように、現像バイアス電圧Vdを生成する現像バイアス電源部12Aおよび供給バイアス電圧Vsを生成する供給バイアス電源部12Bからなる。
図3は、電源ユニット12による現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの波形について説明するためのグラフである。横軸は時間軸tを示し、縦軸はVd、Vsの電圧を示す。現像バイアス電圧Vdは破線、供給バイアス電圧Vsおよび破線と重なる範囲は実線により描かれている。図4は、図3におけるVsとVdとの電位差ΔVを示すグラフである。ここで、電位差ΔVは、次式で定義される。
ΔV=Vs−Vd ・・・(4)
また、ΔVにおいて、正側のピーク値をΔVR、負側のピーク値をΔVTと表す。
ΔV=Vs−Vd ・・・(4)
また、ΔVにおいて、正側のピーク値をΔVR、負側のピーク値をΔVTと表す。
現像バイアス電源部12A、供給バイアス電源部12Bは、いずれも直流電圧Vdave、Vsaveに、周期T(デューティ比1:1)、全振幅Vdpp、Vsppの矩形波状の交流電圧を重畳した電圧を生成できるようになっている。
交流電圧は、図4に示すように、ΔVが周期Tで、ピーク値ΔVR、ΔVTとの間で正負交替するように設定される。
以下、現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの正のピーク値をそれぞれVd+、Vs+、同じく負のピーク値をVd−、Vs−と表す。
交流電圧は、図4に示すように、ΔVが周期Tで、ピーク値ΔVR、ΔVTとの間で正負交替するように設定される。
以下、現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの正のピーク値をそれぞれVd+、Vs+、同じく負のピーク値をVd−、Vs−と表す。
これらの具体的な数値例としては、例えば、Vdave=−250V、Vsave=−175V、T=0.5ms(周波数f=1/T=2kHz)、Vdpp=1.8kV、Vspp=2.25kVを採用することができる。
このとき、Vd+=650V、Vd−=−1.15kV、Vs+=950V、Vs−=−1.3kVである。また、ΔVR=300V、ΔVT=−150Vである。
そして、|ΔVR|/|ΔVT|=2、|ΔVR|/|Vsave−Vdave|=4、|ΔVR|/|Vdave|=1.2である。したがって、式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)を満足する例となっている。
このとき、Vd+=650V、Vd−=−1.15kV、Vs+=950V、Vs−=−1.3kVである。また、ΔVR=300V、ΔVT=−150Vである。
そして、|ΔVR|/|ΔVT|=2、|ΔVR|/|Vsave−Vdave|=4、|ΔVR|/|Vdave|=1.2である。したがって、式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)を満足する例となっている。
このような電源ユニット12は、交流電源と直流電源が直列に接続された適宜の電源を用い、交流電圧の周期と位相とが一致するように構成することができる。
転写ローラ9(図1参照)は、現像器50の下流側の感光ドラム1に回転可能に当接され、不図示の搬送手段により搬送された転写紙などの印字媒体10上を挟持した状態で、現像器50により可視化された感光ドラム1上のトナー像を静電吸引して、不図示の転写するための部材である。そして、ローラ軸が不図示の高圧電源に電気的に接続され、転写電圧が印加されるようになっている。
また、図示しないが転写ローラ9の紙搬送下流側には転写された画像を印字媒体10に定着するための熱ローラなどからなる定着ユニットが設けられている。
また、図示しないが転写ローラ9の紙搬送下流側には転写された画像を印字媒体10に定着するための熱ローラなどからなる定着ユニットが設けられている。
次に、本実施形態の画像検査装置100の画像形成の全体動作について簡単に説明する。
帯電工程では、帯電ローラ2により、感光ドラム1に帯電電圧が印加され、感光ドラム1が回転するにつれて表面電位がVDとなるように均一に帯電される。
露光工程では、帯電後の感光ドラム1表面に、画像信号に応じてレーザ露光ユニット3からレーザ光が照射され、静電潜像が形成される。
現像工程では、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアス電圧により電界感光ドラム1と現像ローラ4との間に形成された電界により、現像バイアス電圧の平均値より高電位の露光部分に向かって、負帯電されたトナー8(正常帯電トナー)が飛翔し、静電潜像が現像される。
転写工程では、不図示の搬送機構により印字媒体10を感光ドラム1上のトナー像の先端と同期した状態で、転写ローラ9と感光ドラム1との間に搬送し、転写ローラ9の転写電圧を印加する。そして、感光ドラム1上のトナー8を印字媒体10側に静電吸着する。
定着工程では、不図示の熱ロール機構などの定着手段により、印字媒体10上のトナー8を溶融するなどして印字媒体10に定着し、印字媒体10を排出する。
そして、上記の各工程を繰り返し、感光ドラム1を反復使用しながら順次、画像形成を行う。
帯電工程では、帯電ローラ2により、感光ドラム1に帯電電圧が印加され、感光ドラム1が回転するにつれて表面電位がVDとなるように均一に帯電される。
露光工程では、帯電後の感光ドラム1表面に、画像信号に応じてレーザ露光ユニット3からレーザ光が照射され、静電潜像が形成される。
現像工程では、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアス電圧により電界感光ドラム1と現像ローラ4との間に形成された電界により、現像バイアス電圧の平均値より高電位の露光部分に向かって、負帯電されたトナー8(正常帯電トナー)が飛翔し、静電潜像が現像される。
転写工程では、不図示の搬送機構により印字媒体10を感光ドラム1上のトナー像の先端と同期した状態で、転写ローラ9と感光ドラム1との間に搬送し、転写ローラ9の転写電圧を印加する。そして、感光ドラム1上のトナー8を印字媒体10側に静電吸着する。
定着工程では、不図示の熱ロール機構などの定着手段により、印字媒体10上のトナー8を溶融するなどして印字媒体10に定着し、印字媒体10を排出する。
そして、上記の各工程を繰り返し、感光ドラム1を反復使用しながら順次、画像形成を行う。
次に、本実施形態の現像工程について詳しく説明する。
図1に示すように、現像ケース13内のトナー8は、攪拌翼7により攪拌されて、摩擦帯電しながら、供給ローラ6の近傍に集められる。
トナー8は、供給ローラ6の空孔に入り込んで、供給ローラ6が回転するにつれ現像ローラ4に搬送される。そしてニップ部において現像ローラ4に対して擦りつけられる。このとき、供給ローラ6と現像ブレード5との間に形成される電界により、トナー8の現像ローラ4への供給と現像ローラ4上の現像残トナーの回収とが行われる。
すなわち、ΔVが正のときは、負帯電トナーが供給ローラ6に吸引されるので、現像残トナーが回収され、ΔVが負のときは、負帯電トナーが供給ローラ6から現像ローラ4に供給される。これらは、本実施形態の場合、周波数2kHzと現像ローラ4の線速に対して高周波で行われるので、ニップ内でトナー供給とトナー回収とが複数回繰り返され、現像残トナーと新鮮なトナー8とが入れ替えられる。
図1に示すように、現像ケース13内のトナー8は、攪拌翼7により攪拌されて、摩擦帯電しながら、供給ローラ6の近傍に集められる。
トナー8は、供給ローラ6の空孔に入り込んで、供給ローラ6が回転するにつれ現像ローラ4に搬送される。そしてニップ部において現像ローラ4に対して擦りつけられる。このとき、供給ローラ6と現像ブレード5との間に形成される電界により、トナー8の現像ローラ4への供給と現像ローラ4上の現像残トナーの回収とが行われる。
すなわち、ΔVが正のときは、負帯電トナーが供給ローラ6に吸引されるので、現像残トナーが回収され、ΔVが負のときは、負帯電トナーが供給ローラ6から現像ローラ4に供給される。これらは、本実施形態の場合、周波数2kHzと現像ローラ4の線速に対して高周波で行われるので、ニップ内でトナー供給とトナー回収とが複数回繰り返され、現像残トナーと新鮮なトナー8とが入れ替えられる。
そして、現像ローラ4に付着したトナー8は感光ドラム1側に回転搬送される。現像ローラ4と感光ドラム1との間には、現像バイアス電圧Vdにより直流成分に交流成分が重畳された電界が形成されるので、トナー8が感光ドラム1側に飛翔して、高電位部に付着し、静電潜像が顕像化される。
このように、本実施形態では、ΔVを正負交替させることにより、供給ローラ6から現像ローラ4にトナー8を供給するとともに、現像ローラ4上の現像残トナーを確実に回収できるものである。
従来は、トナー回収は、現像ローラ4と供給ローラ6とのニップ幅を大きくして、機械的に掻き取っていたため、供給ローラ6を小径化するとローラの撓みでニップ幅が確保できなくなるという問題があったが、本実施形態では、トナー回収を電気的にも行うので、大きな機械的掻き取り力を必要としないためニップ幅が小さくて済み、例えばφ8mm〜φ9mmといった小径ローラであっても十分な現像残トナーの回収を行うことができるという利点がある。
従来は、トナー回収は、現像ローラ4と供給ローラ6とのニップ幅を大きくして、機械的に掻き取っていたため、供給ローラ6を小径化するとローラの撓みでニップ幅が確保できなくなるという問題があったが、本実施形態では、トナー回収を電気的にも行うので、大きな機械的掻き取り力を必要としないためニップ幅が小さくて済み、例えばφ8mm〜φ9mmといった小径ローラであっても十分な現像残トナーの回収を行うことができるという利点がある。
本実施形態における画質改善の作用効果について実験結果を基に説明する。
図5(a−1)、(a−2)は、それぞれ本実施形態に係る画像形成装置の画像サンプルおよび従来方式の比較例の画像サンプルについて説明するための模式図である。図5(b−1)、(b−2)は、それぞれ図5(a−1)、(a−2)におけるA−A断面およびB−B断面における濃度分布の模式説明図である。図5(b−1)、(b−2)の横軸は、位置であり、縦軸は画像濃度である。
図5(a−1)、(a−2)は、それぞれ本実施形態に係る画像形成装置の画像サンプルおよび従来方式の比較例の画像サンプルについて説明するための模式図である。図5(b−1)、(b−2)は、それぞれ図5(a−1)、(a−2)におけるA−A断面およびB−B断面における濃度分布の模式説明図である。図5(b−1)、(b−2)の横軸は、位置であり、縦軸は画像濃度である。
従来方式の比較例は、現像バイアス電圧を本実施形態と同様とし、供給バイアス電圧をVsave=−400V、Vspp=1.8kVのように、現像バイアス電圧を負電位側に−150Vだけずらしたものである。すなわち、ΔV=−150V(=一定)である。
印字パタンとしては、図5(a−1)に示すように、上流側にリング状の高濃度パタン20を設け、すぐ下流側に高濃度パタン20より低濃度の中間調パタン21を設ける。
図5(a−1)、(b−1)に示すように、本実施形態では、中間調パタン21が略均一濃度となっているが、比較例によれば、中間調パタン21中の現像ローラ4の周長だけ分離れた位置に、中間調パタン21よりわずかに高濃度の残像22が発生する。これは、比較例においては高濃度パタン20を現像する際に、感光ドラム1に付着しないで現像ローラ4上に残留した現像ローラ4が供給ローラ6に回収されず、中間調パタン21部の現像時に感光ドラム1に現像されるためである。
このように、本実施形態では、現像残トナーの回収が確実に行われるため、残像22が解消されている。
印字パタンとしては、図5(a−1)に示すように、上流側にリング状の高濃度パタン20を設け、すぐ下流側に高濃度パタン20より低濃度の中間調パタン21を設ける。
図5(a−1)、(b−1)に示すように、本実施形態では、中間調パタン21が略均一濃度となっているが、比較例によれば、中間調パタン21中の現像ローラ4の周長だけ分離れた位置に、中間調パタン21よりわずかに高濃度の残像22が発生する。これは、比較例においては高濃度パタン20を現像する際に、感光ドラム1に付着しないで現像ローラ4上に残留した現像ローラ4が供給ローラ6に回収されず、中間調パタン21部の現像時に感光ドラム1に現像されるためである。
このように、本実施形態では、現像残トナーの回収が確実に行われるため、残像22が解消されている。
次に、ΔVの正成分の好適な範囲を求めるため、同様な印字パタンにより、Vs+の大きさを可変することによりΔVRの大きさを0V〜750Vの間で変えて実験を行った。
すなわち、上記数値のうち、Vs+=650V〜1.35kV、Vsave=−225V〜50Vとしている。
図6(a)は、ΔVの正成分の大きさを変えたときの本実施形態における高濃度パタン(曲線25)、中間調パタンの画像濃度(曲線26)の変化を示すグラフである。図6(b)は、中間調パタンにおける残像の濃度(曲線27)および非印字部の被り濃度(曲線28)の変化を示すグラフである。いずれも、横軸はΔVRを示し、単位は(V)である。縦軸は画像濃度を示す。
すなわち、上記数値のうち、Vs+=650V〜1.35kV、Vsave=−225V〜50Vとしている。
図6(a)は、ΔVの正成分の大きさを変えたときの本実施形態における高濃度パタン(曲線25)、中間調パタンの画像濃度(曲線26)の変化を示すグラフである。図6(b)は、中間調パタンにおける残像の濃度(曲線27)および非印字部の被り濃度(曲線28)の変化を示すグラフである。いずれも、横軸はΔVRを示し、単位は(V)である。縦軸は画像濃度を示す。
図6(a)に示すように、ΔVRが0V〜750Vの範囲で、高濃度パタン20の濃度は、1.4から1.3程度に低下するものの、その変化率はきわめて緩やかとなっており安定した高濃度が得られた。また中間調パタン21の濃度は、ほぼ安定して0.4となっている。
このとき、中間調パタン21における残像部の地の部分に対する濃度差は、図6(b)の曲線27のように、ΔVRが0V〜200Vの範囲で0.09からの0.075に低下し、200Vから500Vの範囲で、0.075から0.01まで略直線的に低下し、500Vから750Vの範囲では、0.01となり略一定している。
したがって、例えばΔVRが150V以上であれば、中間調パタン21の地の濃度に対する残像の濃度差が0.08より小さくなっている。すなわち、地の濃度が0.4に比べて十分小さいので、残像が画質に及ぼす影響は十分小さくなっていることが分かる。
このとき、中間調パタン21における残像部の地の部分に対する濃度差は、図6(b)の曲線27のように、ΔVRが0V〜200Vの範囲で0.09からの0.075に低下し、200Vから500Vの範囲で、0.075から0.01まで略直線的に低下し、500Vから750Vの範囲では、0.01となり略一定している。
したがって、例えばΔVRが150V以上であれば、中間調パタン21の地の濃度に対する残像の濃度差が0.08より小さくなっている。すなわち、地の濃度が0.4に比べて十分小さいので、残像が画質に及ぼす影響は十分小さくなっていることが分かる。
このようにΔVRの値を大きくすると、正常帯電トナーの回収効率は向上されるが、一方で、何らかの原因により逆極性に帯電しているトナーは、現像ローラ4から回収されにくくなることが懸念される。そこで、非印字部の被り濃度を測定し曲線28に示した。
曲線28の変化は、バラツキはあるが、0.07から0.08の間に収まっており、ΔVRが増大により被り濃度が大きくなるという傾向は見られない。したがって、ΔVRが大きくなることによる副作用はないことが分かる。
曲線28の変化は、バラツキはあるが、0.07から0.08の間に収まっており、ΔVRが増大により被り濃度が大きくなるという傾向は見られない。したがって、ΔVRが大きくなることによる副作用はないことが分かる。
このように本実験結果によると、ΔVが正負交替する構成として電気的にもトナー回収を行える構成とすることにより、供給ローラ6のオーバーラップ量が比較的少ない構成でも、現像残トナーによる残像を低減できた。
特に、ΔVR≧150Vの領域では残像がほとんど目立たない程度に解消されている。ΔVRはトナーを回収するクーロン力を発生し、ΔVTはトナーを供給するクーロン力を発生する。本実験結果では、ΔVT=−150Vのため、|ΔVR|/|ΔVT|≧1となることにより、ΔVTが表すトナー供給能力よりΔVRのトナー回収能力が優位となり、トナー回収が促進されたために得られたと考えられる。
一方、ΔVRが大きくなりすぎると、トナー回収能力が大きくなりすぎ、現像ローラ4へのトナー供給量が低下して濃度低下を起こすことが考えられる。
このため、残像を防止するとともに高濃度部の濃度低下を許容範囲とするためには、ΔVRとΔVTとのバランスを取ることが必要となり、図6に示す実験結果から、式(1)を満足する範囲に設定することが好ましい。
より高画質とするためには、|ΔVR|/|ΔVT|の範囲は式(1)より狭い範囲とすることが好ましく、例えば、式(1a)を満足することがより好ましい。
特に、ΔVR≧150Vの領域では残像がほとんど目立たない程度に解消されている。ΔVRはトナーを回収するクーロン力を発生し、ΔVTはトナーを供給するクーロン力を発生する。本実験結果では、ΔVT=−150Vのため、|ΔVR|/|ΔVT|≧1となることにより、ΔVTが表すトナー供給能力よりΔVRのトナー回収能力が優位となり、トナー回収が促進されたために得られたと考えられる。
一方、ΔVRが大きくなりすぎると、トナー回収能力が大きくなりすぎ、現像ローラ4へのトナー供給量が低下して濃度低下を起こすことが考えられる。
このため、残像を防止するとともに高濃度部の濃度低下を許容範囲とするためには、ΔVRとΔVTとのバランスを取ることが必要となり、図6に示す実験結果から、式(1)を満足する範囲に設定することが好ましい。
より高画質とするためには、|ΔVR|/|ΔVT|の範囲は式(1)より狭い範囲とすることが好ましく、例えば、式(1a)を満足することがより好ましい。
なお、ΔVRのトナー回収作用を見積もる比較対象として、トナー供給のための平均的なクーロン力に関係する(Vsave−Vdave)、および現像ローラ4上にトナー8が付着するクーロン力に関係するΔVdaveを採用することもできる。
すなわち、図6に示す実験結果から、ΔVRの好ましい範囲として、式(2)、(3)を採用することができる。また、これらの範囲より狭い範囲をより好ましい範囲として採用することができる。
すなわち、図6に示す実験結果から、ΔVRの好ましい範囲として、式(2)、(3)を採用することができる。また、これらの範囲より狭い範囲をより好ましい範囲として採用することができる。
次に本実施形態に係る現像バイアス電圧Vdおよび供給バイアス電圧Vsの第1変形例について説明する。
図7は、本発明の第1の実施形態の電源ユニットによる現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの第1変形例の波形について説明するためのグラフである。図8は、図7におけるVsとVdとの電位差ΔVを示すグラフである。
本変形例は、VdとVsとの交流成分のデューティ比を変更した場合の一例である。図7に示すのは、Vd、Vsともに、正成分:負成分の時間が、t1:t2=1:2の場合(ただし、t1+t2=T)の一例である。
そして、Vd+=900V、Vd−=−900V、Vs+=1.2kV、Vs−=−1.275kVとしている。そのため、Vdpp=1.8kV、Vspp=2.475kV、Vdave=−300V、Vsave=−450Vとなっている。
すなわち、ΔVが正負交替しており、ΔVR=300V、ΔVT=−375Vとなっている。
そして、|ΔVR|/|ΔVT|=0.8、|ΔVR|/|Vsave−Vdave|=2、|ΔVR|/|Vdave|=1である。
これらは式(1)を満足しないが、式(3)を満たす。そして直流電圧同士の差が、Vsave−Vdave=−150Vとなっており、ΔVRと(Vsave−Vdave)とは、式(2)を満足する関係にある。
すなわち、デューティ比が1:1でない場合には、平均的なトナー供給のためのクーロン力を形成する(Vsave−Vdave)に対して、ΔVRが表すトナー回収のクーロン力が同等以上であれば、残像の発生を防止することができる。また、式(2)の上限値は、式(1)と同様に濃度低下を防止するための許容範囲を示している。
また、より画質を向上するためには、式(2)の上下限値はより狭い範囲にあることが好ましく、例えば、式(2a)を満足することがより好ましい。
図7は、本発明の第1の実施形態の電源ユニットによる現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの第1変形例の波形について説明するためのグラフである。図8は、図7におけるVsとVdとの電位差ΔVを示すグラフである。
本変形例は、VdとVsとの交流成分のデューティ比を変更した場合の一例である。図7に示すのは、Vd、Vsともに、正成分:負成分の時間が、t1:t2=1:2の場合(ただし、t1+t2=T)の一例である。
そして、Vd+=900V、Vd−=−900V、Vs+=1.2kV、Vs−=−1.275kVとしている。そのため、Vdpp=1.8kV、Vspp=2.475kV、Vdave=−300V、Vsave=−450Vとなっている。
すなわち、ΔVが正負交替しており、ΔVR=300V、ΔVT=−375Vとなっている。
そして、|ΔVR|/|ΔVT|=0.8、|ΔVR|/|Vsave−Vdave|=2、|ΔVR|/|Vdave|=1である。
これらは式(1)を満足しないが、式(3)を満たす。そして直流電圧同士の差が、Vsave−Vdave=−150Vとなっており、ΔVRと(Vsave−Vdave)とは、式(2)を満足する関係にある。
すなわち、デューティ比が1:1でない場合には、平均的なトナー供給のためのクーロン力を形成する(Vsave−Vdave)に対して、ΔVRが表すトナー回収のクーロン力が同等以上であれば、残像の発生を防止することができる。また、式(2)の上限値は、式(1)と同様に濃度低下を防止するための許容範囲を示している。
また、より画質を向上するためには、式(2)の上下限値はより狭い範囲にあることが好ましく、例えば、式(2a)を満足することがより好ましい。
次に本実施形態に係る現像バイアス電圧Vdおよび供給バイアス電圧Vsの第2変形例について説明する。
図9は、電源ユニット12による現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの第2変形例の波形について説明するためのグラフである。図10は、図9におけるVsとVdとの電位差ΔVを示すグラフである。
本変形例は、VdとVsとの交流成分のデューティ比を変更した場合の一例である。図9に示すのは、Vd、Vsともに、正成分:負成分の時間が、t1:t2=1:3の場合(ただし、t1+t2=T)の一例である。
そして、Vd+=900V、Vd−=−700V、Vs+=1.2kV、Vs−=−1kVとしている。そのため、Vdpp=1.6kV、Vspp=2.2kV、Vdave=−300V、Vsave=−450Vとなっている。すなわち、ΔVは正負交替しており、ΔVR=300V、ΔVT=−300Vである。
そして、|ΔVR|/|ΔVT|=1、|ΔVR|/|Vsave−Vdave|=2、|ΔVR|/|Vdave|=1である。したがって、式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)を満足する例となっている。
図9は、電源ユニット12による現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの第2変形例の波形について説明するためのグラフである。図10は、図9におけるVsとVdとの電位差ΔVを示すグラフである。
本変形例は、VdとVsとの交流成分のデューティ比を変更した場合の一例である。図9に示すのは、Vd、Vsともに、正成分:負成分の時間が、t1:t2=1:3の場合(ただし、t1+t2=T)の一例である。
そして、Vd+=900V、Vd−=−700V、Vs+=1.2kV、Vs−=−1kVとしている。そのため、Vdpp=1.6kV、Vspp=2.2kV、Vdave=−300V、Vsave=−450Vとなっている。すなわち、ΔVは正負交替しており、ΔVR=300V、ΔVT=−300Vである。
そして、|ΔVR|/|ΔVT|=1、|ΔVR|/|Vsave−Vdave|=2、|ΔVR|/|Vdave|=1である。したがって、式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)を満足する例となっている。
本変形例では、デューティ比を可変することにより、現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの全振幅を低減しつつ、適切なトナー回収能力を付与することができる。そのため、電源ユニット12を小型化したり安価に製作できるという利点がある。
[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態に係る画像形成装置について説明する。
図11は、本発明の第2の実施形態に係る画像形成装置の主要部の構成について説明するための模式説明図である。図12は、本発明の第2の実施形態に係る電源ユニットの概略回路構成について説明するための回路説明図である。図13は、本発明の第2の実施形態の電源ユニットによる現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの波形について説明するためのグラフである。図14は、図13におけるVsとVdとの電位差ΔVを示すグラフである。
本発明の第2の実施形態に係る画像形成装置について説明する。
図11は、本発明の第2の実施形態に係る画像形成装置の主要部の構成について説明するための模式説明図である。図12は、本発明の第2の実施形態に係る電源ユニットの概略回路構成について説明するための回路説明図である。図13は、本発明の第2の実施形態の電源ユニットによる現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsの波形について説明するためのグラフである。図14は、図13におけるVsとVdとの電位差ΔVを示すグラフである。
本実施形態のレーザプリンタ200(画像形成装置)は、第1の実施形態のレーザプリンタ100の電源ユニット12に代えて、電源ユニット120を備えたものである。以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
電源ユニット120は、図12に示すように、直列に接続された交流電源Vacと直流電源Vdcとからなる現像バイアス電源部120Aと、それらの出力を整流して得られる電圧を重畳するとともに、出力インピーダンスを直流電圧と交流電圧とで独立に設定できる回路からなる供給バイアス電源部120Bとからなる。
なお、図12では、感光ドラム1、現像ローラ4、供給ローラ6の等価回路として、それぞれに対応して抵抗RD、Rd、Rsを記載している。
なお、図12では、感光ドラム1、現像ローラ4、供給ローラ6の等価回路として、それぞれに対応して抵抗RD、Rd、Rsを記載している。
供給バイアス電源部120Bの整流回路は、現像バイアス電源部12Aに接続されたダイオードD1と設置されたコンデンサCdcにより構成される。整流回路の出力は、抵抗Rdcに直列接続されて、供給ローラ6に供給バイアス電圧Vsが印加されるようになっている。また、抵抗Rdcと出力端子の間には、設置されたコンデンサCacと直列接続された抵抗Racが接続されている。
抵抗Rdc、Racは、それぞれの抵抗値を適宜設定して、供給バイアス電源部120Bの出力インピーダンスを調整するために設けられたものである。
抵抗Rdc、Racは、それぞれの抵抗値を適宜設定して、供給バイアス電源部120Bの出力インピーダンスを調整するために設けられたものである。
このような構成によれば、図12の等価回路の回路方程式から、抵抗RD、Rd、Rsに応じて、供給バイアス電圧Vs、現像バイアス電圧Vdの波形を設定するための抵抗値Rdc、Racの値を求めることができる。
すなわち、抵抗Rdcにより、現像バイアス電圧Vdが整流され直流電圧の大きさを設定することできるので、供給バイアス電圧Vsの直流成分を現像バイアス電圧Vdの直流成分の負電位側の適宜値に設定することができる。
また、現像バイアス電圧の交流成分の周波数に対してコンデンサCacを十分大きく設定しておけば、抵抗Racにより、供給ローラ6側からみた供給バイアス電源部120Bの交流成分のインピーダンスを設定することができるので、現像バイアス電圧の全振幅Vdppより小さい供給バイアス電圧Vsの全振幅Vsppを適宜に設定することができる。
したがって、図13に示すような現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsを設定することができる、図14に示すようなΔVが正負交替するような波形を生成することができる。そして、ΔVR、ΔVTの大きさを適宜に設定することが可能となる。
これらの波形は、第1の実施形態と同様に、式(1)または式(2)を満足することが好ましい。
すなわち、抵抗Rdcにより、現像バイアス電圧Vdが整流され直流電圧の大きさを設定することできるので、供給バイアス電圧Vsの直流成分を現像バイアス電圧Vdの直流成分の負電位側の適宜値に設定することができる。
また、現像バイアス電圧の交流成分の周波数に対してコンデンサCacを十分大きく設定しておけば、抵抗Racにより、供給ローラ6側からみた供給バイアス電源部120Bの交流成分のインピーダンスを設定することができるので、現像バイアス電圧の全振幅Vdppより小さい供給バイアス電圧Vsの全振幅Vsppを適宜に設定することができる。
したがって、図13に示すような現像バイアス電圧Vd、供給バイアス電圧Vsを設定することができる、図14に示すようなΔVが正負交替するような波形を生成することができる。そして、ΔVR、ΔVTの大きさを適宜に設定することが可能となる。
これらの波形は、第1の実施形態と同様に、式(1)または式(2)を満足することが好ましい。
具体的な数値例としては、例えば、Vdave=−250V、Vsave=−175V、T=0.5ms(周波数f=1/T=2kHz、デューティ比1:1)、Vdpp=1.8kV、Vspp=1.35kVを採用することができる。
このとき、Vd+=650V、Vd−=−1.15kV、Vs+=500V、Vs−=−815Vである。また、ΔVR=300V、ΔVT=−150V、Vsave−Vdave=75Vである。
そして、|ΔVR|/|ΔVT|=2、|ΔVR|/|Vsave−Vdave|=4、|ΔVR|/|Vdave|=1.2である。したがって、式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)を満足する例となっている。
ただし、本実施形態では、第1の実施形態とは異なり、ΔVRは供給バイアス電圧Vsが負となるタイミングで発生している。このような場合でも、負帯電されたトナー8に対する作用効果は同様のため、ΔVRのタイミングでトナー回収が行われる。
本数値例は、式(1)を満足する例となっている。
このとき、Vd+=650V、Vd−=−1.15kV、Vs+=500V、Vs−=−815Vである。また、ΔVR=300V、ΔVT=−150V、Vsave−Vdave=75Vである。
そして、|ΔVR|/|ΔVT|=2、|ΔVR|/|Vsave−Vdave|=4、|ΔVR|/|Vdave|=1.2である。したがって、式(1)、(1a)、(2)、(2a)、(3)を満足する例となっている。
ただし、本実施形態では、第1の実施形態とは異なり、ΔVRは供給バイアス電圧Vsが負となるタイミングで発生している。このような場合でも、負帯電されたトナー8に対する作用効果は同様のため、ΔVRのタイミングでトナー回収が行われる。
本数値例は、式(1)を満足する例となっている。
このように、本実施形態によれば、現像バイアス電源部120Aと供給バイアス電源部120Bとにおいて、直流電源Vdc、交流電源Vacを共通化して、2つの抵抗値Rdc、Racを変更するだけの簡素な構成により電源ユニット120を構成できるという利点がある。したがって、それぞれまたは一方を別電源とする場合に比べて、部品点数を削減することができ、安価な構成とすることができる。
なお、上記の説明では、トナーの帯電極性が負の場合について説明したが、帯電極性が正の場合にも、適宜正負の極性を反転させるなどして、容易に適用できるものである。
また、上記の説明では、具体的な数値例を挙げて説明したが、ΔVが正負交替するように設定できれば、数値例以外の設定も好適に採用できる。より好ましい範囲としては、式(1)、(2)、(3)の少なくともいずれかを満足する範囲とすることができる。
また、上記の説明では、現像バイアス電圧および供給バイアス電圧の交流電圧として矩形波状の例で説明したが、それらが同一周期を有し、それらの電位差が正負交替する交流電圧であれば、矩形波でなくともよい。例えば、三角波状、台形波状、正弦波状であってもよい。
1 感光ドラム(像担持体)
4 現像ローラ
6 供給ローラ
6b ローラ部(供給ローラの表層部)
8 トナー
12 電源ユニット
12A、120A 現像バイアス電源部
12B、120B 供給バイアス電源部
50 現像器
100、200 レーザプリンタ(画像形成装置)
Vdc 直流電源
Vac 交流電源
D1 ダイオード
Rdc、Rac 抵抗
Cdc、Cac コンデンサ
4 現像ローラ
6 供給ローラ
6b ローラ部(供給ローラの表層部)
8 トナー
12 電源ユニット
12A、120A 現像バイアス電源部
12B、120B 供給バイアス電源部
50 現像器
100、200 レーザプリンタ(画像形成装置)
Vdc 直流電源
Vac 交流電源
D1 ダイオード
Rdc、Rac 抵抗
Cdc、Cac コンデンサ
Claims (7)
- 像担持体の静電潜像を帯電されたトナーにより現像する現像器を備えた画像形成装置であって、
前記現像器が、
ローラ表面に帯電トナー層を形成する現像ローラと、
該現像ローラに、交流電圧に直流電圧が重畳された現像バイアス電圧を印加する現像バイアス電源部と、
前記現像ローラと当接して該現像ローラ上にトナーを供給する供給ローラと、
該供給ローラに対して、前記現像バイアス電圧に対する電位差が前記交流電圧と同一周期で正負交替する供給バイアス電圧を印加する供給バイアス電源部とを備えることを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像バイアス電圧をVd、前記供給バイアス電圧をVs、前記現像バイアス電圧に対する前記供給バイアス電圧の電位差をΔV=Vs−Vdと表すとき、
ΔVにおける、正常帯電トナーを前記供給ローラに回収する側の極性のピーク値ΔVRと、正常帯電トナーを前記現像ローラに供給する側の極性のピーク値ΔVTとが、
次式を満足することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
1≦|ΔVR|/|ΔVT|≦5 ・・・(1) - 前記現像バイアス電圧をVd、前記供給バイアス電圧をVs、それぞれの平均値をVdave、Vsave、前記現像バイアス電圧に対する前記供給バイアス電圧の電位差をΔV=Vs−Vdと表すとき、
ΔVにおける、正常帯電トナーを前記供給ローラに回収する側の極性のピーク値ΔVRが、
次式を満足することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
1≦|ΔVR|/|Vsave−Vdave|≦5 ・・・(2) - 前記現像バイアス電圧をVd、前記供給バイアス電圧をVs、前記現像バイアス電圧の平均値をVdave、前記現像バイアス電圧に対する前記供給バイアス電圧の電位差をΔV=Vs−Vdと表すとき、
ΔVにおける、正常帯電トナーを前記供給ローラに回収する側の極性のピーク値ΔVRと、前記現像バイアス電圧の平均値Vdaveとが、
次式を満足することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
1≦|ΔVR|/|Vdave|≦3 ・・・(3) - 前記供給ローラの表層部がスポンジからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記供給ローラの表層部が導電性繊維のブラシからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記供給バイアス電源部が、前記現像バイアス電源部の電圧を整流して得られる電圧を重畳するとともに、出力インピーダンスを直流電圧と交流電圧とでそれぞれ独立に設定できる回路構成とされたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004320476A JP2006133375A (ja) | 2004-11-04 | 2004-11-04 | 画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004320476A JP2006133375A (ja) | 2004-11-04 | 2004-11-04 | 画像形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006133375A true JP2006133375A (ja) | 2006-05-25 |
Family
ID=36726995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004320476A Withdrawn JP2006133375A (ja) | 2004-11-04 | 2004-11-04 | 画像形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2006133375A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008224705A (ja) * | 2007-03-08 | 2008-09-25 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 現像装置及び画像形成装置 |
JP2008292846A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Kyocera Mita Corp | 現像装置及び画像形成装置 |
JP2008309981A (ja) * | 2007-06-14 | 2008-12-25 | Konica Minolta Business Technologies Inc | 現像装置および画像形成装置 |
JP2010276900A (ja) * | 2009-05-29 | 2010-12-09 | Kyocera Mita Corp | 現像装置及びそれを備えた画像形成装置 |
-
2004
- 2004-11-04 JP JP2004320476A patent/JP2006133375A/ja not_active Withdrawn
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