JP2009251131A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドット再現性の向上とかぶりの低減を両立させ、白抜けの改善を実現できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像装置１は、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像ローラ３に印加することにより、感光体５１に形成された静電潜像をトナーによって現像する。このとき重畳するバイアス電圧波形は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される本来の周期（第１の周期）と、Ｖｐｐを初期の値から最大となる値にまで徐々に増加させる周期（第２の周期）とを有する。第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期の平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて現像側電位寄りとなるように印加される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、静電潜像担持体（たとえば、感光体）の表面を帯電させ、その帯電域に画像露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して可視化（現像）を行う現像方法が採用されている。

現像方法としては、一般的に、トナーを含む一成分系の現像剤や、キャリアとトナーとを含む二成分系の現像剤を用い、該トナーを摩擦帯電して静電潜像担持体表面における静電潜像の静電気力にて吸引させることで、該静電潜像を現像してトナー像を形成する現像方法が使用されている。

たとえば、２成分系の現像剤を用いる場合、現像装置における現像剤担持体（たとえば、現像ローラ）上にキャリアによる磁気ブラシを形成し、現像剤担持体と静電潜像担持体との間にバイアス電圧を印加しながら静電潜像を現像する方法が採られている。

また、１成分系及び２成分系の現像剤に拘わらず、静電潜像担持体に帯電される表面電位とは逆極性に帯電されるトナーを用いて現像する場合や、静電潜像担持体に帯電される表面電位と同極性に帯電されるトナーを用いて反転現像する場合がある。

さらに、振動バイアス電圧を現像剤担持体と静電潜像担持体との間に印加することで、静電潜像担持体上に形成される静電潜像を該トナーにて現像することもある。この振動バイアス電圧は、帯電されるトナーに対して現像剤担持体から静電潜像担持体に向かう方向の力を及ぼし得る現像側電位、及び、該トナーに対して静電潜像担持体から現像剤担持体に向かう方向の力を及ぼし得る逆現像側電位が交互に入れ替わるものとされており、たとえば、現像側電位及び逆現像側電位を印加する１サイクルの印加時間に対する現像側電位を印加する印加時間の比率（デューティ比）が５０％の矩形波を用いるのが一般的である。

ところで、このような従来の現像方法においては、ざらつきが少なく滑らかな画質を得るために、トナーの帯電量を大きくすることが望ましい。しかし、トナーの帯電量を大きくすると、たとえば、２成分系の現像剤を用いる場合、キャリアとトナーとの間の静電力は帯電量の２乗に比例するため、キャリアからトナーが離れて現像される割合が減少する。したがって、結果的にトナーの利用効率が低くなり、画像濃度が低下することになる。

画像濃度を大きくするためには、振動バイアス電圧の振動振幅電圧Ｖｐｐ（ピーク・ツー・ピーク電圧）を大きくすればよい。しかし、このＶｐｐを大きくすると、トナーが静電潜像担持体から現像剤担持体に戻る方向の電界が強くなるために、一旦静電潜像担持体に付着したトナー像が引き剥がされることによってドットがきれいに付着しなくなる。つまり、いわゆるドット再現性が悪化する傾向がある。

ハイライト部のがさつきおよび画像濃度の低下を防止する画像形成装置として、特許文献１には、休止部と振動部からなるＢＰバイアスを印加し、振動部から休止部に変化するときに、現像剤担持体上の電位が休止部に対してオーバーシュートせずに休止部にいたるようにＢＰバイアスを印加している。

特開２００１−１１７３３２号公報

直流電圧に重畳した交番電圧のＶｐｐを徐々に増加させることにより、画像濃度、ドット再現性を向上させることが可能であるが、第２の周期の最初に印加されるＶｐｐのオーバーシュートにより、ベタ画像の周辺のハーフトーン画像において白抜けが発生する。

特許文献１記載のバイアス電圧を印加することによってオーバーシュートを防止し、ドット再現性および白抜けは向上させることができるが、かぶりについては改善されていない。

本発明の目的は、ドット再現性の向上とかぶりの低減を両立させ、白抜けの改善を実現できる画像形成装置を提供することである。

本発明は、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置において、
印加する交番電圧は、トナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させるための現像側電位、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へ移行させるための逆現像側電位とが交互に切り替わるように印加される交番電圧波形を有し、
交番電圧は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される第１の周期と、１周期中にｎ個の第１の周期を含む第２の周期とを含み、
初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（１）を満たし、
Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（１）
ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）
第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて現像側電位寄りとなるように印加されることを特徴とする画像形成装置である。

また本発明は、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値をａ（Ｖ）とし、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最後の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値をｂ（ｋＶ）としたとき、下記の式（２）を満たすことを特徴とする。
１８＜ａ／ｂ＜６５ …（２）

また本発明は、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値をａ（Ｖ）とし、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最後の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値をｂ（ｋＶ）としたとき、下記の式（３）を満たすことを特徴とする。
３０＜ａ／ｂ＜５０ …（３）

また本発明は、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期と最後の第１の周期とを除く残余の第１の周期のいずれか１つの平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて逆現像側電位寄りとなるように印加されることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値と、第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期と最後の第１の周期とを除く残余の第１の周期のいずれか１つの平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値とが等しいことを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値が、０．３ｋＶ以上、０．５ｋＶ以下であることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第１の周期の周波数が５ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下であることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第１の周期の周波数が８ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下であることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第２の周期中に含まれる第１の周期の周期数が、３以上７以下であることを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第２の周期の周波数が１ｋＨｚ以上４ｋＨｚ以下であることを特徴とする。

また本発明は、現像剤は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤であることを特徴とする。

本発明によれば、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置である。

このとき、印加する交番電圧は、トナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させるための現像側電位、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へ移行させるための逆現像側電位とが交互に切り替わるように印加される交番電圧波形を有する。さらに、交番電圧は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される第１の周期と、ピーク・ツー・ピーク電圧を初期の最小の値から最大となる値にまで徐々に増加させる第２の周期とを有する。

第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（１）を満たす。
Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（１）
ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）
これにより、まず画像濃度とドット再現性とをともに向上させることができる。

画像濃度は最大のピーク・ツー・ピーク電圧によって決定されるので、最大のピーク・ツー・ピーク電圧を常に印加し続けた場合と同じ画像濃度が得られる。最大ピーク・ツー・ピーク電圧を常に印加し続けるとドット再現性が悪化するという欠点があるが、初期の最小の値から最大となる値にまで徐々に増加させることでドット再現性も向上される。

さらに、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて現像側電位寄りとなるように印加される。

これによりドット再現性がより向上する。さらに、べた画像の周りにハーフトーン画像があるような画像の場合、べた画像とハーフトーン画像の周辺部に白抜け現象が生じるが、本発明の交番電圧波形を用いることで、白抜けを改善することが可能となる。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値をａ（Ｖ）とし、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最後の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値をｂ（ｋＶ）としたとき、下記の式（２）を満たすことを特徴とする。
１８＜ａ／ｂ＜６５ …（２）

ａ／ｂが１８以下の場合、ドットの再現性が十分ではなく、ドットの抜け落ちが見られる。反対に、ａ／ｂが６５以上の場合、ドット再現性は十分に向上されるが、本来白地である場所にドットが見られる、かぶりが生じる。

したがって、１８＜ａ／ｂ＜６５とすることにより、かぶりを抑止しながら、十分なドット再現性も両立させることが可能となる。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値をａ（Ｖ）とし、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最後の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値をｂ（ｋＶ）としたとき、下記の式（３）を満たすことを特徴とする。
３０＜ａ／ｂ＜５０ …（３）

これにより、かぶりの防止と、ドット再現性をより向上させることができる。
また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期と最後の第１の周期とを除く残余の第１の周期のいずれか１つの平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて逆現像側電位寄りとなるように印加される。

最後の第１の周期はドット再現性に最も効果があるため、この第１の周期の平均電圧値を、逆現像側電位に変更することは、ドット再現性を悪化させる。

最初と最後の第１の周期を除く残余のいずれかの第１の周期の平均電圧値を逆現像側電位に変更した場合、ドット再現性を悪化させず、また、ドットを構成するトナーを潜像担持体から現像剤担持体に引き戻すほどの力は加わらないが、かぶりを低減する程度には働く。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値と、第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期と最後の第１の周期とを除く残余の第１の周期のいずれか１つの平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値とが等しい。

こうすることで、ドット再現性と、かぶりの低減を両立することが可能となる。
また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値が、０．３ｋＶ以上、０．５ｋＶ以下である。

こうすることで、ドット再現性と、かぶりの低減を両立することが可能となる。
また本発明によれば、交番電圧は、第１の周期の周波数が５ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下である。

５ｋＨｚ未満になると、かぶりが増加するので、好ましくない。一方２０ｋＨｚより高くなると、トナーが電界に追随しなくなるので画像濃度が低下してしまう。

また本発明によれば、交番電圧は、第１の周期の周波数が８ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下である。

これにより、かぶりおよび画像濃度の低下をさらに防止することができる。
また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期中に含まれる第１の周期の周期数が、３以上７以下である。

８以上の場合、ドット再現性に寄与している最初と最後の第１の周期の一定時間内の印加時間が減るため、ドット再現性が悪くなる。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期の周波数が１ｋＨｚ以上４ｋＨｚ以下である。

第２の周期の周波数が１ｋＨｚ未満になると、かぶりが見られる。また、４ｋＨｚより高くなると、トナーが追随しにくくなり画像濃度が低下する。

また本発明によれば、現像剤は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤であることを特徴とする。

最大のピーク・ツー・ピーク電圧を大きくすることから、トナーがキャリアから離れやすくなり、トナーの利用効率が上がる。これにより、穂立ちのムラが目立たなくなり、２成分現像剤の現像に好適である。

以下では、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、本発明に係る画像形成装置の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である画像形成装置の全体構成の概略を示す模式図である。なお、図１では、本実施形態の画像形成装置１００の主な構成要素を中心に記載し、一部を簡略化して記載した一例であって、本発明に係る画像形成装置の構成に何ら限定されるものではない。

画像形成装置１００は、静電潜像担持体となる感光体５１を複数（本実施の形態では、イエロー画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用、および黒色画像用の４つ）備えるカラー画像を形成可能とするタンデム方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１００は、ネットワーク（図示せず）を介して接続されたＰＣ（Personal Computer ）等の各種情報処理端末装置（図示せず）から送信される画像データや、スキャナ等の原稿読み取り装置（図示せず）によって読み取られた画像データに基づいて、被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐに対して、カラー画像またはモノクロ画像を形成するプリンタ機能を有するものである。

画像形成装置１００は、図１に示すように、用紙Ｐに画像を形成する機能を有する画像形成ステーション部５０（５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂ）、当該画像形成ステーション部５０で記録媒体Ｐに形成されたトナー像を定着させる機能を有する定着装置４０、記録媒体Ｐを載置する供給トレイ６０から画像形成ステーション部５０および定着装置４０へと記録媒体Ｐを搬送する機能を有する搬送部３０を備えている。

画像形成ステーション部５０は、イエロー画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用および黒色画像用のそれぞれ４つの画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂから構成されている。

具体的には、供給トレイ６０と定着装置４０との間において、供給トレイ６０側から、イエロー画像形成ステーション５０Ｙ、マゼンタ画像形成ステーション５０Ｍ、シアン画像形成ステーション５０Ｃ、および黒色画像形成ステーション５０Ｂの順に設けられている。

これら各色の画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ、実質的に同一の構成を有しており、各色に対応する画像データに基づいて、イエロー、マゼンタ、シアン、および黒色の画像を形成して、最終的に被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐ上に転写するものである。

なお、図１における各画像形成ステーション部の構成部品の符号について、黄色画像用の画像形成ステーション５０Ｙに代表させて示し、他の各画像形成ステーション部５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの構成部品の符号は、省略してある。

各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ静電潜像が形成される潜像担持体となる感光体５１を備え、これらの感光体５１の周囲には、周方向に帯電装置５２、露光装置５３、現像装置１、転写装置５５、およびクリーニング装置５６がそれぞれ配置されている。

感光体５１は、ＯＰＣ（Organic Photoconductor；有機光導電体）等の感光性材料を表面に有する略円筒のドラム形状を呈し、露光装置５３の下方に配設され、駆動手段と制御手段によって、所定方向（図中矢印Ｆ方向）に回転駆動するように制御されている。

帯電装置５２は、感光体５１の表面を所定の電位に均一に帯電するための帯電手段であって、感光体５１の上方でその外周面に近接して配置されている。本実施の形態では、接触型のローラ方式の帯電ローラが使用されているが、チャージャー型やブラシ方式の帯電装置を代用しても良い。

露光装置５３は、画像処理部（図示省略）から出力された画像データに基づいて、帯電装置５２にて帯電される感光体５１の表面にレーザ光を照射して露光することにより、当該表面に画像データに応じた静電潜像を書込み形成する機能を有する。露光装置５３は、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂに応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、または黒色に対応する画像データが入力されることにより、対応する色に応じた静電潜像を形成するようになっている。露光装置５３としては、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）や、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に並べた書込み装置（たとえば、書込みヘッド）を使用することができる。

現像装置１は、現像剤を担持する現像剤潜像体となる現像ローラ３を有している。現像ローラ３は、トナーが感光体５１へ移動し得る現像領域へ現像剤を搬送するように構成されている。この現像装置１は、本実施の形態では、トナーとキャリアとを含む２成分系の現像剤を用いて、露光装置５３にて感光体５１表面に形成された静電潜像を当該トナーにて反転現像してトナー像（可視像）を形成する。

現像装置１には、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの画像形成に応じて、イエロー、マゼンタ、シアン、または黒色の現像剤が収容されている。この現像剤は、感光体５１に帯電される表面電位と同極性に帯電されるトナーを含んでいる。なお、感光体５１に帯電される表面電位の極性および使用するトナーの帯電極性は、ここでは、何れもマイナスとされている。

転写装置５５は、感光体５１上のトナー像を搬送ベルト３３にて搬送される被転写材Ｐ上に転写するものであり、トナーの帯電極性とは、逆極性（ ここでは、プラス極性）のバイアス電圧が印加される転写ローラ５５を有している。

クリーニング装置５６は、被転写材となる用紙Ｐへの現像・画像転写後に、感光体５１の外周面上に残存しているトナーを除去・回収するものである。本実施の形態では、感光体５１を挟んで現像装置１と略対向する位置で感光体５１の側方で略水平（図１では、左側）に配置されている。

搬送部３０は、駆動ローラ３１、従動ローラ３２、および搬送ベルト３３を備え、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂにおいて、各色のトナー像が転写される被転写材Ｐを搬送するものである。搬送部３０は、無端状の搬送ベルト３３が駆動ローラ３１と従動ローラ３２との間に張架された構成となっており、供給トレイ６０から給紙された被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐを各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂへと順に搬送するようになっている。

定着装置４０は、加熱ローラ４１および加圧ローラ４２を備え、これらのニップ部に被転写材Ｐを搬送することで、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱圧着して当該用紙Ｐ上に定着させるものである。

また、本実施の形態の画像形成装置１００は、現像ローラ３と感光体５１との間の電位差が連続的かつ周期的に変化するように、振動バイアス電圧を現像ローラ３に印加するバイアス電圧印加手段となるバイアス電圧印加部を具備する。振動バイアス電圧は、帯電されるトナーに対して現像ローラ３から感光体５１に向かう方向の力を及ぼし得る現像側電位と、帯電されるトナーに対して感光体５１から現像ローラ３に向かう方向の力を及ぼし得る逆現像側電位とが交互に切り替わる電圧である。この振動バイアス電圧の印加の詳細については、後述する。

このように構成された画像形成装置１００では、搬送部３０にて搬送される用紙Ｐは、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの感光体５１との対向位置を通過する際に、当該対向位置において、搬送ベルト３３を介して下方に配置された転写ローラ５５による転写電界の作用にて、各感光体５１上のトナー像が順次に用紙Ｐ上に転写される。これによって、各色のトナー像が当該用紙Ｐ上に重なり合い、用紙Ｐ上に所望のフルカラー画像が形成される。こうしてトナー像が転写された被転写材となる用紙Ｐは、定着装置４０によってトナー像の定着処理が行われた後に、不図示の排紙トレイに送出される。

次に、現像装置１の構成について、図面を使用しながら説明する。図２は、図１に示す各画像形成ステーションにおける現像装置１の概略構成を示す模式図である。なお、図２では、現像装置１の主な構成要素を中心に記載し、一部を簡略化して記載した一例であって、本発明に係る現像装置の構成に何ら限定されるものではない。

図２に示すように、現像装置１は、上述した現像ローラ３に加えて、当該現像ローラ３上の現像剤の層厚を規制する規制部材となる規制ブレード６と、現像剤を現像ローラ３に搬送すると共に現像剤の撹拌を行う撹拌・搬送部材となる一対の撹拌・搬送スクリュー４、５と、トナーとキャリアとを含む２成分系の現像剤を収容する現像槽２とを備える。

現像槽２には、一対の撹拌・搬送スクリュー４、５が、その軸芯が略平行となるように配設されている。これらの撹拌・搬送スクリュー４、５間には、軸線方向の両端部側を除いて中央部を仕切る隔壁７が設けられている。このように現像槽２内に隔壁７を設けることによって、現像槽２内には、隔壁７を境にして独立した現像剤の搬送路が形成される。そして、現像装置１は、現像槽２内に収容される現像剤中のトナーが当該現像槽２に配設された撹拌・搬送スクリュー４、５の撹拌動作によって、キャリアと共に撹拌されて摩擦帯電されるようになっている。

また、現像槽２における感光体５１と対向する位置には、現像用開口部Ｑが設けられており、現像ローラ３は、感光体５１との間に現像ギャップ（０．３〜１．０ｍｍ程度）を設けて、現像槽２の開口部Ｑより一部を露出させた状態となるように当該現像槽２に配設されている。

現像ローラ３は、周方向に沿って複数の磁極部材が並設されるように含むマグネットローラ８と、当該マグネットローラ８に対して一定方向（図２における矢符Ｇの方向）に回転自在に外嵌された略円筒形状のアルミニウム合金および黄銅等で形成された非磁性の現像スリーブ９とを有しており、当該現像スリーブ９が不図示の制御手段・駆動手段によって、所定方向（図２における矢符Ｇの方向）に回転駆動するように構成されている。

現像剤は、トナーと磁性体よりなるキャリアとを含む二成分現像剤である。この現像剤は、マグネットの磁力により現像スリーブ９表面に吸着され、現像スリーブ９の回転方向Ｇに沿って当該現像スリーブ９上を搬送される。このとき、キャリアは、マグネットローラ８の磁力によって現像スリーブ９表面に吸着されて磁気ブラシを形成し、トナーは、摩擦帯電によるクーロン力にてキャリアに付着する。

また、現像用開口部Ｑにおける現像スリーブ９の回転方向Ｇの上流側には、規制ブレード６の先端部が現像スリーブ９に対向するように配置されている。規制ブレード６は、本実施の形態では、現像ローラ３表面に形成された現像剤の層厚を規制するように構成されている。

本実施の形態の現像装置１を以上説明したような構成とすることにより、現像装置１は、感光体５１との対向位置に一定量の現像剤が供給され、当該対向位置へ供給された現像剤におけるトナーが感光体５１の表面に形成された静電潜像の静電気力にて吸引され、静電潜像を現像してトナー像を形成するようになっている。また、現像装置１は、上記の対向位置へ供給された現像剤のうち、キャリアおよび現像に供されなかったトナーが現像スリーブ９の回転によって、再び現像槽２内に戻されるようになっている。

次に、本実施形態の現像装置１で実行される現像動作について、図面を使用しながら説明する。

バイアス電圧印加部１１０は、トナーを現像ローラ３から感光体５１へ移行させる力を及ぼす現像側電位、およびトナーを感光体５１から現像ローラ３へ移行させる力を及ぼす逆現像側電位が周期的に入れ替わる交番電圧である現像バイアス電圧として、図３に示すような波形のバイアス電圧を現像ローラ３の現像スリーブ９に印加する。

図３の波形に示すように、本実施形態では、バイアス電圧のピーク・ツー・ピーク電圧（以後、Ｖｐｐと表記）を、初期のＶｐｐから徐々に増加させ、一定数の周期が経過した後に初期のＶｐｐにまで一気に減少させて、再度Ｖｐｐを徐々に増加させることを繰り返している。徐々にＶｐｐを大きくすることにより、トナーがキャリアから離れやすくなり、最大のＶｐｐ時に最もトナーがキャリアから飛翔する。このときの飛翔量は、常に同じＶｐｐを繰り返している場合とほぼ同じである。また、最大Ｖｐｐの状態から、一旦Ｖｐｐを初期の最小のＶｐｐにまで小さくすることにより、ドット再現性が向上する。これは、最大Ｖｐｐ時に飛翔したトナーが、ドット潜像にゆるやかに移動していくことで安定したドットが形成されるためであると考えられる。

このように、本発明のバイアス電圧波形は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される本来の周期（第１の周期）と、Ｖｐｐを初期の値から最大となる値にまで徐々に増加させる周期（第２の周期）とを有している。

すなわち、本発明における現像バイアス電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧が、下記の式（１）を満たすことになる。
Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（１）
ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）

このように、第２の周期には複数の第１の周期が含まれるが、第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期の平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて現像側電位寄りとなるように印加される。

最初の第１の周期の平均電圧値を現像側電位寄りとなるように印加することで、ドット再現性がさらに向上する。

さらに、ベタ画像の周りにハーフトーン画像が形成されるような画像の場合、ベタ画像とハーフトーン画像との周辺部が抜け落ちる、いわゆる白抜け現象が生じるが、本発明はこの白抜けをも改善することができる。

図３に示した例では、第２の周期において、Ｖｐｐを同じ大きさずつ変化させている例を示している。第２の周期の周波数は２ｋＨｚ、第１の周期の交番電圧の周波数は１０ｋＨｚであり、初期の交番電圧のＶｐｐであるＶ（１）は０．４ｋＶ、次の交番電圧のＶｐｐであるＶ（２）は０．８ｋＶ、３回目のＶｐｐであるＶ（３）は１．２ｋＶ、４回目のＶｐｐであるＶ（４）は１．６ｋＶ、最後の最大のＶｐｐ Ｖ（５）を２ｋＶとしている。Ｖｐｐは、０．４ｋＶずつ大きくなっている。

また、第１周期における１周期分の波形は対称で、トナーを現像ローラ３から感光体５１に移行させる方向の電圧が印加される時間と、トナーを潜像担持体から現像剤担持体に移行させる方向が印加される時間が同じになっている。

図４は、本発明の現像バイアス波形を示す図である。図４（ａ）は、第２の周期全体を示す波形であり、図４（ｂ）は、最初の第１の周期の部分を拡大した波形である。

図４（ｂ）に示すように、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値をａ（Ｖ）とし、図４（ａ）に示すように、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最後の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値をｂ（ｋＶ）としたとき、下記の式（２）を満たすことが好ましい。
１８＜ａ／ｂ＜６５ …（２）

ａ／ｂが１８以下の場合、ドットの再現性が十分とは言えず、ドットの抜け落ちが見られる。反対に、ａ／ｂが６５以上の場合、ドット再現性は十分に向上するが、本来白地である場所にドットが見られる、いわゆるかぶりが生じる。したがって、１８＜ａ／ｂ＜６５とすることにより、かぶりを抑止しながら、十分なドット再現性を実現することが可能となる。

図４に示す現像バイアス波形では、第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期の平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて現像側電位寄りとなるように印加され、２番目の第１の周期の平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて逆現像側電位寄りとなるように印加される。

（実施例）
実施例１〜１５、比較例１〜１２は、シャープ製複合機ＭＸ−７００１Ｎを用いて出力した。ただし、各種の現像バイアス波形は、任意波形発生器（商品名：ＨＩＯＫＩ ７０７５、日置電機（株）社製）とアンプ（商品名：ＨＶＡ４３２１、（株）エヌエフ回路設計ブロック社製）を用いて表１に示す現像バイアス電圧波形を出力したものを用いた。なお、実験に用いたトナーは体積平均粒子径７μｍ、キャリアは体積平均粒子径４０μｍのものを用いた。実験時のトナー帯電量は約２５μＣ／ｇであった。

現像バイアス波形として、バイアス変更位置、バイアス変更量、最初のＶｐｐ、第１周期の周波数、周期数、繰り返し周波数を下記表１のように変更して実施例１〜１５、比較例１〜１２とした。

なお、バイアス変更位置とは、第２の周期１周期の中で最初の第１の周期からいくつ目の第１の周期で平均電圧値を逆現像側電位寄りとなるようにしたかを示している。実施例では、最初の第１の周期の平均電圧値は、必ず現像側電位寄りにあるので、バイアス変更位置は、２以上となる。

バイアス変更量とは、バイアス変更位置において、逆現像側電位寄りの変更量を示している。最初の第１の周期の平均電圧値が現像側電位寄りにある量を基準としてその量よりも等しい、少ない、多い、とした。

最初のＶｐｐとは、最初の第１の周期のピークトゥピーク電圧値を示している。周期数は、第２の周期中に含まれる第１の周期の数を示す。繰返周波数は、第１の周期の周波数を周期数で除したものである。

なお、画質の評価については、最初のＶｐｐ：０．４ｋＶ、第１の周期の周波数：１０ｋＨｚ、周期数：５回、繰返周波数：２ｋＨｚとし、第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期の平均電圧が、第２の周期の平均電圧と同じになるように印加される現像バイアスを用いて形成したときの画像と比較し、優れているものを○、同等のものを△、劣っているものを×とした。

また、画像濃度は、べた画像濃度をポータブル分光測色濃度計（商品名：Ｘ−Ｒｉｔｅ ９３９、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）にて測定した。ドットは、１ドット印字−８ドット分印字無しという孤立ドットを印字し、顕微鏡（商品名：ＤＩＧＩＴＡＬ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ ＶＨＸ−２００、（株）キーエンス社製）にて、倍率１００倍の拡大画像を目視して判断した。また、かぶりは印字の無い部分をドットと同じく顕微鏡（商品名：ＤＩＧＩＴＡＬ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ ＶＨＸ−２００、（株）キーエンス社製）にて、倍率１００倍の拡大画像を目視して判断した。白抜けは、図５に示すように、ベタ画像Ｓの周辺にハーフトーンＨ画像（印字率５％）のサンプル画像を出力し、目視にて判断した。結果は表２に示す。

実施例１において、濃度、ドット再現性、かぶり、白抜けが全て○であることから、最初の第１の周期の平均電圧値のみを現像側電位寄りにする必要があることがわかる。

実施例２において、濃度、かぶりは○であり、ドット再現性、白抜けは△である。比較例１において、濃度、かぶりは○であるが、ドット再現性、白抜けは×である。

実施例３は、濃度、ドット再現性、白抜けは○であり、かぶりは△である。比較例２において、ドット、白抜けは○であり、かぶりは×である。

以上の結果から、１８＜ａ／ｂ＜６５を満たすことが好ましく、より好ましくは、３０＜ａ／ｂ＜５０である。

実施例１、４、５全てにおいて、濃度、ドット再現性、かぶり、白抜けが○であり、比較例３は、濃度、ドット再現性、かぶりが×であり、白抜けが△である。

したがって、最初と最後の第１の周期以外の何れかの第１の周期の平均電圧値を逆現像側電位寄りにすることが好ましい。

実施例１は、濃度、ドット再現性、カブリ、白抜けが○である。比較例４は、濃度が×であり、ドット再現性、かぶり、白抜けが△であり、比較例５は、濃度、かぶりが○であり、白抜けが△であり、ドット再現性が×である。

以上の結果から、最初と最後の第１の周期以外の何れかの第１の周期の平均電圧値を逆現像側電位寄りにするにあたって、その変更量は、最初の第１の周期の平均電圧値が現像側電位寄りにある量と同じとすることが好ましい。

実施例６は、濃度、ドット再現性、白抜けは○であり、かぶりは△であり、比較例６は、濃度、ドット再現性、白抜けは○であり、かぶりは×である。

また、実施例７は、濃度、かぶり、白抜けは○であり、ドット再現性は△である。比較例７は、かぶりは○であり、濃度、白抜けは△であり、ドット再現性は×である。

以上の結果より、最初の第１の周期のピーク・ツー・ピーク電圧値は０．３ｋＶ以上０．５ｋＶ以下であることが好ましい。

実施例８は、濃度、ドット再現性、白抜けは○であり、かぶりは△であり、比較例８は濃度、ドット再現性、白抜けは○であり、かぶりは×である。

また、実施例９は、かぶり、白抜けは○であり、濃度、ドット再現性は△であり、比較例９は、かぶりは○であり、白抜けは△であり、濃度、ドット再現性は×である。

以上の結果より、第１の周期の周波数を５ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下とすることが好ましい。

実施例１０は、濃度、ドット再現性、白抜けは○であり、かぶりは△であり、実施例１１は、濃度、カブリ、白抜けは○であり、ドット再現性は△である。比較例１２は、かぶりは○であり、濃度、白抜けは△であり、ドット再現性は×である。

以上の結果から、第２の周期中に含まれる第１の周期の数は、３以上７以下とすることが好ましい。

実施例８は、濃度、ドット再現性、白抜けは○であり、かぶりは△であり、比較例１０は濃度、ドット再現性、白抜けは○であり、かぶりは×である。

また、実施例９は、かぶり、白抜けは○であり、濃度、ドット再現性は△であり、比較例１１は、かぶりは○であり、濃度、白抜けは△であり、ドット再現性は×である。

以上の結果から、第１の周期の周波数を１ｋＨｚ以上４ｋＨｚ以下とすることが好ましい。

なお、上記では二成分現像について説明したが、本発明は、現像バイアスによってトナーを現像させる構成であれば、二成分現像に限定されるものではなく、一成分現像においても同様の効果が得られる。

本発明の第１の実施形態である画像形成装置の全体構成の概略を示す模式図である。 図１に示す各画像形成ステーションにおける現像装置１の概略構成を示す模式図である。 本発明の現像バイアス電圧波形を示す図である。 本発明の現像バイアス電圧波形を示す図である。 評価用のサンプル画像を示す図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像槽
３ 現像ローラ
４，５ 撹拌・搬送スクリュー
６ 規制ブレード
３０ 搬送部
４０ 定着装置
５０ 画像形成ステーション部
６０ 供給トレイ
１００ 画像形成装置

Claims (11)

1. 直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置において、
   印加する交番電圧は、トナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させるための現像側電位、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へ移行させるための逆現像側電位とが交互に切り替わるように印加される交番電圧波形を有し、
   交番電圧は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される第１の周期と、１周期中にｎ個の第１の周期を含む第２の周期とを含み、
   初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（１）を満たし、
   Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
   Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（１）
   ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）
   第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて現像側電位寄りとなるように印加されることを特徴とする画像形成装置。
2. 交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値をａ（Ｖ）とし、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最後の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値をｂ（ｋＶ）としたとき、下記の式（２）を満たすことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
   １８＜ａ／ｂ＜６５ …（２）
3. 交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値をａ（Ｖ）とし、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最後の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値をｂ（ｋＶ）としたとき、下記の式（３）を満たすことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
   ３０＜ａ／ｂ＜５０ …（３）
4. 交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期と最後の第１の周期とを除く残余の第１の周期のいずれか１つの平均電圧が、第２の周期の平均電圧に比べて逆現像側電位寄りとなるように印加されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置。
5. 交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値と、第２の周期に含まれる第１の周期のうち、最初の第１の周期と最後の第１の周期とを除く残余の第１の周期のいずれか１つの平均電圧と第２の周期の平均電圧との差の絶対値とが等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像形成装置。
6. 交番電圧は、第２の周期に含まれる第１の周期のうちの最初の第１の周期の最大電圧と最小電圧の差の絶対値が、０．３ｋＶ以上、０．５ｋＶ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置。
7. 交番電圧は、第１の周期の周波数が５ｋＨｚ以上２０ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の現像装置。
8. 交番電圧は、第１の周期の周波数が８ｋＨｚ以上１５ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置。
9. 交番電圧は、第２の周期中に含まれる第１の周期の周期数が、３以上７以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の画像形成装置。
10. 交番電圧は、第２の周期の周波数が１ｋＨｚ以上４ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の画像形成装置。
11. 現像剤は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の画像形成装置。