JP2010002785A - 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、画像濃度の向上を実現できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像スリーブ９に対して、第１のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖｐｐ（１）を印加する第１の期間と、第１のピーク・ツー・ピーク電圧よりも低い第２のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖｐｐ（２）を印加する第２の期間とを交互に繰り返すように交番電圧を印加する。印加する交番電圧は、トナーを現像スリーブ９から感光体５１へ移行させるための現像側電位、トナーを感光体５１から現像スリーブ９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。第１の期間の周波数よりも、第２の期間の周波数のほうを低くする。
【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（例えば、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。

このような現像方法としては、一般的に、トナーを含む１成分系の現像剤や、キャリアとトナーとを含む２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。

例えば、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（例えば、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、例えば、図９に示すような、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、例えば、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る割合が減少する。従って、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、いったん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。

このため、近年においては、現像剤担持体と像担持体とが対向する現像領域に対して、直流電界に交流電界が重畳された電界を作用させるにあたり、たとえば図１０に示すように、現像剤担持体と像担持体との間に交流電圧を作用させる第１期間と、交流電圧を作用させない第２期間とを交互に繰り返すように現像バイアス電圧を印加して現像を行う構成が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、図１１に示すように、交流電圧を作用させない第２期間に、周波数の高い小刻みな振動を与えて用いて現像を行う構成も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平７−３１１４９７号公報 特開平１１−４４９８５号公報

特許文献１記載の画像形成装置では、ドット再現性が改善され、中間調領域でのムラが減少して形成画像がなめらかになる効果があるが、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へと引き戻す力が弱く、非画像領域へのトナーの付着、いわゆるかぶりが多くなってしまう。

特許文献２記載の現像装置でも同様に、ドット再現性が改善され、中間調領域でのムラが減少して形成画像がなめらかになる効果があるが、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体に引き戻す力が不足する。第２期間に振動を与えている分、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体に戻す方向に電界がかかるが、周波数が高いため、充分にトナーを戻すことができず、やはりかぶりが多くなってしまう。

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、画像濃度の向上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と、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、
前記交番電圧は、第１のピーク・ツー・ピーク電圧を印加する第１の期間と、第１のピーク・ツー・ピーク電圧よりも低い第２のピーク・ツー・ピーク電圧を印加する第２の期間とを交互に繰り返し、前記第１の期間の交番電圧の周波数よりも、前記第２の期間の交番電圧の周波数のほうが低いことを特徴とする画像形成装置である。

また本発明は、前記交番電圧は、前記第１の期間において最後に印加する電位を、現像側電位とすることを特徴とする。

また本発明は、前記交番電圧は、前記第１の期間に含まれる周期の数が、２または３であることを特徴とする。

また本発明は、前記交番電圧は、前記第２の期間に含まれる周期の数が、１であることを特徴とする。

また本発明は、前記交番電圧は、前記第１の期間のピーク・ツー・ピーク電圧をＶｐｐ（１）、前記第２の期間のピーク・ツー・ピーク電圧をＶｐｐ（２）としたとき、
０．１≦Ｖｐｐ（２）／Ｖｐｐ（１）≦０．３
であることを特徴とする。

また本発明は、前記交番電圧は、前記第１の期間の長さをＴ１、前記第２の期間の長さをＴ２としたとき、
０．７≦Ｔ２／Ｔ１≦２．５
であることを特徴とする。

また本発明は、前記交番電圧は、前記第１の期間のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖｐｐ（１）が、
１ｋＶ≦Ｖｐｐ（１）≦３ｋＶ
であることを特徴とする。

また本発明は、前記交番電圧は、現像側電位を印加する時間をｔ１とし、逆現像側電位を印加する時間をｔ２としたとき、少なくとも前記第１の期間で、前記ｔ１と前記ｔ２とを異ならせることを特徴とする。

また本発明は、前記交番電圧は、少なくとも前記第１の期間で、前記ｔ１および前記ｔ２が、
０．３５≦ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）≦０．７０
であることを特徴とする。

また本発明は、現像剤として、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用い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において、第１のピーク・ツー・ピーク電圧を印加する第１の期間と、第１のピーク・ツー・ピーク電圧よりも低い第２のピーク・ツー・ピーク電圧を印加する第２の期間とを交互に繰り返すように前記交番電圧を印加する。また、前記第１の期間の交番電圧の周波数よりも、前記第２の期間の交番電圧の周波数のほうが低くなるようにする。

画像濃度は最大のピーク・ツー・ピーク電圧によってほぼ決定されるので、第１の期間では、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。一方で、最大のピーク・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、第２の期間を設けることで、ドット再現性を向上させている。さらに第２の期間におけるピーク・ツー・ピーク電圧が０の場合、かぶりが多くなるが、第２の期間において、第１の期間の周波数よりも低い周波数で一定の大きさのピーク・ツー・ピーク電圧を印加することでより一層かぶりを抑制することができる。

また本発明によれば、前記第１の期間において最後に印加する電位を、現像側電位とすることにより、一旦静電潜像担持体の潜像に到達したトナーが引き剥がされることがないので、画像濃度が高くなり、ドット再現性も良くなる。一方、第１の期間において最後に印加する電位を、逆現像側電位とした場合は、画像濃度が低下し、かつ、ドット再現性も悪化する。

また本発明によれば、前記第１の期間に含まれる周期の数が、２または３である。前記第１の期間に含まれる周期の数が、１の場合、かぶりが多くなるので２以上が好ましく、４以上になるとドット再現性が低下するので、２または３とすることが好ましい。

また本発明によれば、前記第２の期間に含まれる周期の数が、１である。周波数が低い第２の期間に含まれる周期の数を１とすることで、逆現像側電位を印加する時間を長くしてかぶりを抑制することができる。

また本発明によれば、前記第１の期間のピーク・ツー・ピーク電圧をＶｐｐ（１）、前記第２の期間のピーク・ツー・ピーク電圧をＶｐｐ（２）としたとき、０．１≦Ｖｐｐ（２）／Ｖｐｐ（１）≦０．３とする。

Ｖｐｐ（２）の値を小さくすると、トナーが潜像へと移動しやすくなるのでドット再現性が向上するが、小さ過ぎるとかぶりが低下してしまうので、上記の範囲内とすることが好ましい。

また本発明によれば、前記第１の期間の長さをＴ１、前記第２の期間の長さをＴ２としたとき、０．７≦Ｔ２／Ｔ１≦２．５とする。

Ｔ２／Ｔ１が０．７よりも小さくなるとかぶりが低下し、Ｔ２／Ｔ１が２．５よりも大きくなるとドット再現性が低下する。

また本発明によれば、前記第１の期間のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖｐｐ（１）を１ｋＶ≦Ｖｐｐ（１）≦３ｋＶとする。

１ｋＶよりも低いと、画像濃度が不十分となる。３ｋＶよりも高いと、静電潜像担持体と現像剤担持体との間でのリーク電流による白い斑点抜けが生じやすくなり、使用困難である。

また本発明によれば、現像側電位を印加する時間をｔ１とし、逆現像側電位を印加する時間をｔ２としたとき、少なくとも前記第１の期間で、前記ｔ１と前記ｔ２とを異ならせる。ｔ１＞ｔ２とすることで、かぶりをより抑制することができ、ｔ１＜ｔ２とすることでドット再現性を良好にすることができる。

また本発明によれば、少なくとも前記第１の期間で、前記ｔ１および前記ｔ２が、０．３５≦ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）≦０．７０である。

ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）＜０．３５になると、かぶりが低下し、ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）＞０．７０になると、ドット再現性が低下する。

また本発明によれば、現像剤として、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いると、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、穂立ちのムラが見えにくくなる効果も生じるので、２成分現像剤に好適である。

以下に添付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第１の実施形態の構成について、図面を使用しながら説明する。図１は、第１の実施形態である画像形成装置１００の全体構成の概略を模式的に示す縦断面図である。なお、図１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簡略化して記載された一例であって、本発明に係る現像方法を実施す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を複数備える（本実施形態では、黄色画像用、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、黄色画像用、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、黄色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がこの順に並設されている。

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、黄色、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。

本実施形態の画像形成ステーション部５０では、黄色、マゼンタ、シアン、および黒色の４色の画像を形成する構成であるが、特にこれら４色に限定せず、例えばシアンおよびマゼンタと同一の色相で濃度がより低いライトシアン（ＬＣ）およびライトマゼンタ（Ｌｍ）を加えた６色の画像を形成する構成であっても良い。

なお、図１における各画像形成ステーション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、イオン放出帯電方式、磁気ブラシ帯電方式等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、黄色、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（例えば、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担持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、黄色、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交番電圧である。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の概略構成を示す側面図である。なお、図２では、現像装置１の主な構成要素を中心に簡略化して記載した一例であって、本発明に係る現像方法を実施す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が略平行に配設されている。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。

本実施形態における現像装置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。

本発明で用いる現像剤に含まれるトナーとしては、トナーの形状係数ＳＦ−１が１００〜１６０およびトナーの形状係数ＳＦ−２が１００〜１５０の範囲のトナーを用いることができるが、より好ましくはＳＦ−１が１１０〜１５０、ＳＦ−２が１１０〜１４０である。

ここで、トナーの形状係数ＳＦ−１は、トナー粒子の丸さの度合を示し、形状係数ＳＦ−２は、トナー粒子表面の凹凸の度合を示す。形状係数は、例えば日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用いて、倍率５００倍に拡大して撮影したトナー像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報を、例えばニレコ社製画像解析装置（ＬｕｚｅｘＩＩＩ）で解析を行い求めた値である。

ＳＦ−１＜１１０の場合は、トナーが球形に近いこともあり、感光体から無端状の搬送ベルトへトナーを転写する際に、無端状の搬送ベルト上でトナーがスリップして転写画像が乱れる場合がある。ＳＦ−１＞１５０の場合は、トナーの異形性が大きくなり、トナー表面の角ばった箇所が、撹拌によってトナー表面から離脱し、微粉となってトナー飛散やキャリア表面または現像スリーブ表面に固着し、トナーとの充分な摩擦帯電を阻害する場合がある。

またＳＦ−２＜１１０の場合は、トナー表面の平滑性が大きく、ＳＦ−１＜１１０の場合と同様に無端状の搬送ベルト上でトナーがスリップして転写画像が乱れる場合がある。ＳＦ−２＞１４０の場合は、トナー表面の凹凸が大きくなり、トナー個々の帯電量にバラツキが生じ、画像濃度が安定せずかぶりが発生するといった場合がある。

また、転写画像の画像面積率１００％の画像領域におけるトナー重量は、０．２０〜０．５０ｍｇ／ｃｍ^２の範囲であり、プロセスブラック（イエロー、シアン、マゼンタの３色重ね合わせてブラックを形成した状態）の転写画像である場合には、転写画像の画像面積率１００％の画像領域におけるトナー重量が、０．６０〜１．５ｍｇ／ｃｍ^２の範に調整することが好ましい。

トナー重量＜０．２０ｍｇの場合は、紙面をトナーで覆い尽くすことができないため、均一かつ充分な画像濃度が得られない。トナー重量＞０．５０ｍｇでは、特に３色重ね合せの場合にトナー層が厚くなり、定着工程での温度マージンが非常に厳しくなってしまう。

本発明で用いるトナーは、公知の製造方法、例えば粉砕法、懸濁重合法、乳化重合法、溶液重合法、エステル伸張重合法等を用いることができる。キャリアは、体積平均粒径４０μｍのフェライト系樹脂コートキャリアを用いた。特にフェライト系樹脂コートキャリアでなくともフェライト系で樹脂コート無しキャリア、鉄粉型、バインダー型のキャリアでも用いることができる。

トナーの帯電量は、電気的にシールドされた筐体の中で金属メッシュ（５００メッシュ）上に２成分現像剤を約２００ｍｇ載せ、金属メッシュを介してエアーでトナーを吸引した場合のキャリアに残留する鏡像電荷を市販のクーロンメーターで測定し求めた結果、約−３０μＣ／ｇであった。

次に、画像形成装置１００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。

（第１実施形態）
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に向け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に向け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振動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（以降、Ｖｐｐと表記）の大きい第１の期間に続いて、Ｖｐｐの小さい第２の期間を設けたバイアス電圧波形を繰り返し印加する。さらに、第２の期間の周波数ｆ２が第１の期間の周波数ｆ１よりも低く設定される。トナーを現像スリーブ９から感光体５１に移行させる現像側電位を印加する時間をｔ１とし、トナーを感光体５１から現像スリーブ９に移行させる逆現像側電位を印加する時間をｔ２としたとき、本実施形態ではｔ１＝ｔ２とする。

大きなＶｐｐであるＶｐｐ（１）を印加する第１の期間を設けることで、この第１の期間においては、トナーに大きな電界が作用し、トナーがキャリアから離れやすくなり、トナーがキャリアから感光体５１へと飛翔する。このときのトナーの飛翔量は、常に同じＶｐｐを繰り返し印加する波形を用いた場合とほぼ同じである。また、Ｖｐｐ（１）を印加した状態から、小さなＶｐｐであるＶｐｐ（２）を印加した状態へと移行し、Ｖｐｐ（２）を印加する第２の期間の周波数ｆ２を、Ｖｐｐ（１）を印加する第１の期間の周波数ｆ１よりも低くすることにより、ドット再現性が向上する。これは、大きなＶｐｐ（１）が印加された第１の期間に感光体５１へと飛翔したトナーが、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と考えられる。

さらに、図３に示すように、第１の期間において最後に印加する電位（最終電位）を、現像側電位とすることが好ましい。詳細については後述するが、図４に示すようなバイアス波形、すなわち、第１の期間において最後に印加する電位を、逆現像側電位とした場合、画像濃度の低下およびドット再現性の低下が生じる。

大きなＶｐｐが印加される第１の期間では、最後に現像側電位を印加した状態で終了し、トナーが感光体５１へと向かった状態で第２の期間に移行してＶｐｐを小さくすることが重要である。そうすることで、トナーが潜像に現像されやすくなると同時に、ドット潜像にもゆるやかにトナーが現像されていく。

これとは逆に、第１の期間で、最後に逆現像側電位を印加した状態で終了してしまうと、トナーが現像スリーブ９に戻る方向に電界がかかった状態で第２の期間に移行し、Ｖｐｐが小さくなるので、トナーは感光体５１へと向かいにくく、ドットも再現されにくい。このため、画像濃度が低く、ドット再現性が低下する。

第１実施形態について、より詳細に検討するために以下のような実験を行った。
なお以降に示す実験データは特に断りが無い限り、画像形成装置としてシャープ株式会社製複合機ＭＸ−７００１Ｎを用いた。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、日置電機株式会社製）とアンプ（商品名：ＨＶＡ４３２１、株式会社エヌエフ回路設計ブロック製）を用いて出力した。実験に用いたトナーは体積平均径７ミクロンであり市販のコールターカウンター社製ＴＡ−ＩＩで測定した。

また、画像濃度は、ベタ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。ドット再現性は、１ドット分印字−３ドット分印字無しという孤立ドットを繰り返し印字し、孤立ドットを含む領域の濃度を測定することによって簡易的に評価した。また、かぶりは、印字の無い非画像領域をドット再現性と同じく濃度測定を行い、印字工程を経ていない白紙用紙の濃度との差によって評価した。ドット再現性とかぶりの評価に用いた濃度計は、ベタ濃度測定に用いた濃度計と同じである。

まず実施例１として、Ｖｐｐ（１）を１．６ｋＶ、Ｖｐｐ（２）を３２０Ｖ、第１の期間の周波数ｆ１を１０ｋＨｚ、第２の周期の周波数ｆ２を３．３ｋＨｚ、第１の期間の周期数を２回、第２の期間の周期数を１回とした。

比較例として、図９に示した波形のバイアス電圧を印加し、Ｄｕｔｙ５０％、Ｖｐｐ＝８００Ｖ、周波数１０ｋＨｚとしたものを比較例１とし、Ｄｕｔｙ５０％、Ｖｐｐ＝１．６ｋＶ、周波数１０ｋＨｚとしたものを比較例２とした。

現像バイアスの直流成分Ｖｄｃを−３００Ｖ、−３５０Ｖ、−４００Ｖと３種類に変化させてベタ領域の画像濃度を測定した。結果を図５のグラフに示す。グラフの縦軸は、ベタ画像の画像濃度（ＩＤ）を示す。

実施例１と比較例１とを比較すると、現像バイアスの直流成分Ｖｄｃにかかわらず、実施例１は、比較例１よりも０．３程度高い画像濃度が得られた。また、比較例２の画像濃度とはほぼ同等の濃度が得られた。これは、上記のように、大きいＶｐｐを印加する第１の期間によるものと考えられる。

次に、１ドット分印字−３ドット分印字無しという孤立ドットの画像濃度を測定した。孤立ドットの画像濃度は、ドット再現性を表しており、画像濃度が高いほど再現性に優れていると判断できる。結果を図６のグラフに示す。グラフの縦軸は、孤立ドットの画像濃度（ＩＤ）を示す。

実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１は、比較例１よりも高い画像濃度が得られた。また、比較例２のドットの濃度は非常に低く、ほとんどドット再現性が得られていない。これは、上記のように、小さいＶｐｐを印加する第２の期間によるものと考えられる。

感光体５１の非画像領域電位と、現像バイアスの直流電圧との差をクリーニングフィールド（以下ＣＦ）とし、ＣＦを１５０Ｖ、１００Ｖ、５０Ｖと変化させた場合の非画像領域の画像濃度と、白紙用紙の画像濃度との差（ΔＩＤ）を測定した。ΔＩＤは、かぶりを表しており、ΔＩＤが小さいほどかぶりが抑えられていると判断できる。

結果を図７のグラフに示す。グラフの縦軸は、画像濃度差（ΔＩＤ）を示す。
実施例１は、比較例２よりも若干画像濃度差が高いが、比較例１とは、ＣＦにかかわらずほぼ同じであった。

以上の結果から、実施例１では、画像濃度を高くしつつ、ドット再現性を向上し、トナーかぶりは悪化させないという結果が得られた。

次に、現像バイアス波形は、図３に示した波形に固定し、Ｖｐｐ（１）、Ｖｐｐ（２）、第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２、第１の周期数、第２の周期数、Ｖｐｐ（２）／Ｖｐｐ（１）、第１の期間Ｔ１、第２の期間Ｔ２、Ｔ２／Ｔ１および最終電位の各パラメータを種々変更し、上記と同様に、画像濃度、ドット再現性およびかぶりについて評価した。

第１の周期数は、第１の期間Ｔ１に含まれる周期の数を示し、第２の周期数は、第２の期間Ｔ２に含まれる周期の数を示す。また、最終電位については、最終電位が現像側電位としたときを「正」と記載し、逆現像側電位としたときを「逆」と記載している。

評価結果については、上記比較例１の結果と比較した相対的な結果を表１に示す。比較例１を上回る結果の場合は○、同等の場合は△、下回る場合は×とした。なお、画像濃度については、直流バイアスを上記条件より５０Ｖ高くした場合の画像濃度と比較し、これを上回る場合は○、同等の場合は△、下回る場合は×とした。また、Ｖｐｐ＝１６００Ｖとする以外は比較例１と同じ条件を比較例２として評価した。

条件４と条件２３とを比較したとき、異なる条件は、条件４の最終電位が正であり、条件２９の最終電位が逆である点である。

このとき、条件２３では、画像濃度、ドット再現性ともに比較例１を下回る結果であった。これは、前述のように最終電位が逆の場合は、第２の期間において、トナーが感光体５１へと向かいにくく、ドットも再現されにくいので、画像濃度が低く、ドット再現性が低下することになったと考えられる。

条件４，５，８，９，１８，１９を比較したとき、第１の周期数を２回または３回とするのが好ましいことがわかる。条件８，９のように第１の周期数が１回の場合は、トナーを感光体５１から現像スリーブ９に引き戻す能力が不足するために、かぶりの悪化を防ぐことができない。また、条件１９のように４回になると、逆にトナーを感光体５１から現像スリーブ９に引き戻す能力が強すぎるため、ドット再現性が悪くなってしまう。このことから、第１の周期数は、２回または３回とすることが好ましく、２回が最も好ましい。

条件４，１７を比較したとき、第２の周期数は１回とするのが好ましいことがわかる。条件１７のように第２の周期数が２回の場合は、トナーを現像スリーブ９から感光体５１へと緩やかに移動させるための時間が不足し、ドット再現性の低下を防ぐことができない。このことから、第２の周期数は、１回以上とすることが好ましい。

条件１〜７を比較すると、Ｖｐｐ（１）を一定の１６００Ｖとし、Ｖｐｐ（２）を０Ｖ〜５６０Ｖにまで変化させた条件となっている。

Ｖｐｐ（２）とＶｐｐ（１）との比をＶｐｐ（２）／Ｖｐｐ（１）とすると、条件１のように、Ｖｐｐ（２）／Ｖｐｐ（１）が０．１よりも小さくなるとかぶり低下し、条件７のように、Ｖｐｐ（２）／Ｖｐｐ（１）が０．３よりも大きくなるとドット再現性が低下する。

Ｖｐｐ（１）を印加する第１の期間に感光体５１へのトナーの飛翔量を増やし、Ｖｐｐ（２）を印加する第２の期間にトナーを感光体５１の潜像へと移動させるのであるが、Ｖｐｐ（２）の値を小さくすると、トナーが潜像へと移動しやすくなるのでドット再現性が向上するが、小さ過ぎるとかぶりが低下してしまう。このため、上記の結果より、Ｖｐｐ（２）／Ｖｐｐ（１）は、０．１〜０．３とすることが好ましく、特に好ましくは、０．１５〜０．２５である。

条件４，１０〜１６を比較すると、Ｔ１を一定の０．２０ｍｓｅｃとし、Ｔ２を０．１ｍｓｅｃ〜１．０ｍｓｅｃにまで変化させた条件となっている。

Ｔ２とＴ１との比をＴ２／Ｔ１とすると、条件１２のように、Ｔ２／Ｔ１が０．７よりも小さくなるとかぶりが低下し、条件１４のように、Ｔ２／Ｔ１が２．５よりも大きくなるとドット再現性が低下する。このため、上記の結果より、Ｔ２／Ｔ１は、０．７〜２．５とすることが好ましく、特に好ましくは、１．０〜２．０である。

条件４、２０〜２２を比較すると、Ｖｐｐ（１）を３ｋＶ以下とすることが好ましい。条件２１のようにＶｐｐ（１）が１ｋＶを下回ると、画像濃度が不足し、本発明を用いるメリットがない。Ｖｐｐ（１）を大きくすると画像濃度がさらに高くなるが、条件２２のように３ｋＶになると、感光体と現像スリーブ間にリークが発生し、白い斑点状の抜けが生じやすくなる。したがって、Ｖｐｐ（１）の上限としては３ｋＶである。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と、現像バイアス電圧の波形が異なっている。

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に向け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に向け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振動バイアス電圧として、図８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。

Ｖｐｐ（１）を印加する第１の期間において、１周期中にトナーを現像スリーブ９から感光体５１に移行させる現像側電位を印加する時間をｔ１とし、トナーを感光体５１から現像スリーブ９に移行させる逆現像側電位を印加する時間をｔ２としたとき、第１実施形態では、ｔ１＝ｔ２としていたが、本実施形態では、ｔ１とｔ２とを異ならせている。

ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００（％）の好適範囲としては、３５〜７０％とすることが好ましく、特に好ましくは４０〜６５％である。

ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００＞５０％とすることで、かぶりが向上するが、大きくなるに従って画像濃度やドット再現性の低下がみられる。ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００＜５０％の場合は、ドット再現性の向上が見られるが、小さくなるに従ってかぶりの低下がみられる。

本実施形態では、Ｖｐｐ（２）を印加する第２の期間において、１周期中にトナーを現像スリーブ９から感光体５１に移行させる現像側電位を印加する時間と、トナーを感光体５１から現像スリーブ９に移行させる逆現像側電位を印加する時間とを同じとしているが、第１の期間と同じように異ならせてもよい。

第２実施形態について、より詳細に検討するために以下のような実験を行った。
実施例３として、Ｖｐｐ（１）を１．６ｋＶ、Ｖｐｐ（２）を４８０Ｖ、第１の期間の周波数ｆ１を１０ｋＨｚ、第２の周期の周波数ｆ２を３．３ｋＨｚ、第１の期間の周期数を２回、第２の期間の周期数を１回、第１の期間においてｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００＝６０％とし、ｔ１の間に印加される電圧と平均電圧との差である｜Ｖａ｜を６４０Ｖとし、ｔ２の間に印加される電圧と平均電圧との差である｜Ｖｂ｜を９６０Ｖとした。なお、実施例３は、以下の表２中では条件２４として記載している。

現像バイアス波形を、図８に示した波形に固定し、｜Ｖａ｜、｜Ｖｂ｜およびｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００の各パラメータを種々変更し、第１実施形態と同様に、画像濃度、ドット再現性およびかぶりについて評価した。なお、｜Ｖａ｜×ｔ１＝｜Ｖｂ｜×ｔ２、Ｖｐｐ＝｜Ｖａ｜＋｜Ｖｂ｜とし、Ｖｐｐと平均電位が一定となるようにＶａとＶｂを変化させている。

評価結果については、上記比較例１の結果と比較した相対的な結果表２を示す。比較例１を上回る結果の場合は○、同等の場合は△、下回る場合は×とした。さらに、前述の第１実施形態における条件４を上回る結果については、◎とした。

条件２４〜２７のようにｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００＞５０％とすることで、かぶりは向上するが、大きくなるに従って画像濃度、ドット再現性の低下がみられ、条件２７のように８０％では画像濃度が×となった。

条件２８〜３０のようにｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００＜５０％とすることで、ドット再現性の向上が見られるが、小さくなるに従ってかぶりの低下がみられ、条件３０のように３０％ではかぶりが×となった。

このため、上記の結果より、ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）×１００（％）は、３５〜７０％とすることが好ましく、特に好ましくは４０〜６５％である。

なお、上記の第１、第２実施形態においては、二成分現像を用いた場合について説明したが、本発明はトナーを移動させる現像バイアスに関するものであり、二成分現像に限定されるものではなく、一成分現像剤においても同様の効果が得られる。また、現像剤が感光体に接触して現像する接触現像法、および現像剤が感光体に非接触で現像する非接触現像法においても同様の効果が得られる。

第１の実施形態である画像形成装置１００の全体構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 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の概略構成を示す側面図である。 第１実施形態の現像バイアス電圧波形を示す図である。 最終電位を逆現像側電位とした場合の現像バイアス電圧波形を示す図である。 実施例と比較例の画像濃度を比較した結果を示すグラフである。 実施例と比較例のドット再現性を比較した結果を示すグラフである。 実施例と比較例のかぶりを比較した結果を示すグラフである。 第２実施形態の現像バイアス電圧波形を示す図である。 従来技術の現像バイアス電圧波形を示す図である。 従来技術の現像バイアス電圧波形を示す図である。 従来技術の現像バイアス電圧波形を示す図である。

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 (10)

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と、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、
   前記交番電圧は、第１のピーク・ツー・ピーク電圧を印加する第１の期間と、第１のピーク・ツー・ピーク電圧よりも低い第２のピーク・ツー・ピーク電圧を印加する第２の期間とを交互に繰り返し、前記第１の期間の交番電圧の周波数よりも、前記第２の期間の交番電圧の周波数のほうが低いことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記交番電圧は、前記第１の期間において最後に印加する電位を、現像側電位とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記交番電圧は、前記第１の期間に含まれる周期の数が、２または３であることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記交番電圧は、前記第２の期間に含まれる周期の数が、１であ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. 前記交番電圧は、前記第１の期間のピーク・ツー・ピーク電圧をＶｐｐ（１）、前記第２の期間のピーク・ツー・ピーク電圧をＶｐｐ（２）としたとき、
   ０．１≦Ｖｐｐ（２）／Ｖｐｐ（１）≦０．３
   である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. 前記交番電圧は、前記第１の期間の長さをＴ１、前記第２の期間の長さをＴ２としたとき、
   ０．７≦Ｔ２／Ｔ１≦２．５
   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. 前記交番電圧は、前記第１の期間のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖｐｐ（１）が、
   １ｋＶ≦Ｖｐｐ（１）≦３ｋＶ
   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。
8. 前記交番電圧は、現像側電位を印加する時間をｔ１とし、逆現像側電位を印加する時間をｔ２としたとき、少なくとも前記第１の期間で、前記ｔ１と前記ｔ２とを異ならせることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の画像形成装置。
9. 前記交番電圧は、少なくとも前記第１の期間で、前記ｔ１および前記ｔ２が、
   ０．３５≦ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）≦０．７０
   であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 現像剤として、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用い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。

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