JP2018180522A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続印刷時の記録材間距離が現像ローラの周長よりも短い構成において、現像ゴーストの軽減と、画像形成領域の上流側領域で発生する画像抜けの発生を防止することを目的とする。【解決手段】 第１画像形成領域の先端から後端に向かう画像形成領域の区間で、供給ローラから現像ローラへの方向の力がトナーに作用するよう、前記現像ローラと前記供給ローラとの間の電位差を制御する制御部を備え、前記制御部は、第２画像形成領域の先端より前記現像ローラの周長以上だけ第１画像形成領域に戻った切り替ポイントから、前記第１画像形成領域の後端まで、の区間において、トナーに作用する力が小さくなるように前記電位差を制御する。【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置あるいは静電記録装置の現像装置に関するものである。

従来から、非磁性１成分トナーを用いて静電潜像を可視化する現像装置として、トナーを担持搬送する現像剤担持体としての現像ローラと、現像ローラにトナーを供給する現像剤供給部材としての供給ローラと、を備えたものが知られている。この現像装置においては、供給ローラと現像ローラとの機械的摺擦によりトナーが摩擦帯電されながら現像ローラに供給される。供給されたトナーは、現像剤規制部材によって、現像ローラ上のトナー層厚が一定量に規制された後、静電潜像担持体である感光ドラムとの近接領域である現像領域に搬送され、静電潜像をトナー像として可視化する。

現像領域で現像に使用されずに現像ローラ上に残留するトナー（以下、現像残トナー）は、供給ローラとの当接部で供給ローラと現像ローラとの機械的摺擦により現像ローラ上から掻き取られる。それと同時に、供給ローラから現像ローラに対してトナーが供給される。一方、掻き取られたトナーは、供給ローラ内部及びその周囲のトナーと混合される。

従来、このような現像装置において印字パターン、例えば背景色をハーフトーン濃度とした場合にあっては、ベタ画像を出力した直後の領域とベタ画像を出力しなかった領域でハーフトーン濃度が異なる現象（以下、現像ゴースト）が発生する場合があった。現像ゴーストは、現像ローラで現像される印字パターンの違いによるトナー帯電量の差によって発生し、供給ローラの掻き取り性能が低い場合に発生しやすい。

これに対して、供給ローラの機械的剥ぎ取りを強めるという対応を行うと、現像ゴーストが軽減するものの、現像ローラと供給ローラとの間の機械的摺擦が増加するため、トナー劣化が促進される。トナー劣化、すなわちトナーの表面における外添剤の遊離・埋没が促進されると、凝集度の増加や帯電性能の低下を招き、現像ローラ表面にトナーが融着するトナーフィルミングなどの問題が発生し、現像装置の長寿命化が妨げられる。そのため、機械的摺擦を高める以外の方法で、現像ゴーストの発生を抑制することが必要であった。

そこで、現像ゴーストの発生を抑制する方法として、現像ローラと供給ローラとの間のバイアスを変更し、静電的な力によって現像ローラ上の現像残トナーを剥ぎ取るように制御することが検討されている。しかしながら、この場合にあっては、現像残トナーを剥ぎ取るようなバイアスを印加すると、全ベタ画像のような高印字の印字が行われた場合に、トナー供給量が不足することによる画像抜け（以下、ベタ追従性不良）が発生する恐れがあった。

特開平９−３２９９５８ 特開２０１５−１７５９９３

これに対して、現像ローラと供給ローラとの間に電位差を設けるためのバイアスを印加し、静電的な力によって供給ローラから現像ローラへの供給や、現像ローラ上のトナーを供給ローラに回収を行う方法が一般的に行われている。

特許文献１では連続して印刷する時の用紙間距離が少なくとも現像ローラ１周期分以上の距離を有している構成において、用紙間の非画像形成時には現像ローラ上のトナー帯電量を上昇させないように供給ローラを接地電位にする。そして、画像形成時には、現像ローラ上にトナー層を形成するようにバイアスを印加する制御を行う方法が提案されている。このように現像ローラ上のトナー層が用紙間に対応する領域において、供給ローラに印加する電圧を少なくとも現像ローラの１周期分にあたる時間を接地電位とする。このようにして、現像ローラ上を何回も搬送されて帯電量の高くなったトナーを供給ローラにて電気的に掻きおとす（特許文献１）。

また、画像形成時には現像ローラ上にトナーが供給ローラから供給されるようにバイアス制御を行うことで、全ベタ画像のような高印字の印刷が行われた場合に、トナー供給量が不足することによる「ベタ追従性不良」の抑制が図られている。

昨今、市場の多様化に伴い、よりスループット生産性の向上が必要とされてきている。更なるスピードアップに対して画像形成装置の稼働音や装置内の昇温をできる限り抑制するために、装置のプロセススピードアップを最小限に留めながら、従来よりも記録材の記録材間の距離を詰めることで生産性の向上を図る構成が検討されている。

しかしながら、現像ローラ１周期分よりも短くなると、記録材間中の供給バイアスによる非画像形成領域時のトナーをはぎ取る効果が充分でなく画像形成中の印字パターンによっては、現像ゴーストが悪化する場合があった。

そこで記録材間を詰め、記録材間距離を現像ローラ１周期分よりも短くした場合、現像ゴーストの軽減を図るため、供給ローラの印加バイアスを現像ローラから供給ローラへトナーを剥ぎ取る方向に電位差が生じるものとすることが考えられる。このようにして、２枚目の画像形成開始までに少なくとも現像ローラ１周分トナーを剥ぎ取る制御を行うバイアスを供給ローラに印加し、現像ゴーストの軽減を図る構成を検討した。

しかしこの現像ゴーストを抑制できる構成にあっては、１枚目の画像形成中にて、記録材の搬送方向の上流側領域で画像抜けが発生する場合があることが検証の結果、判明した。つまり、画像形成中に現像ローラから供給ローラへと付勢される方向に変動させると、本来画像形成に必要なトナーが不足することで画像形成領域の後端部で画像抜けが発生する場合があった。

本発明の目的は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、連続印刷時の記録材間距離が現像ローラの周長よりも短くなる構成において、現像ゴーストの軽減と画像後端部の画像抜け防止を両立することである。

上記目的を達成する為、本発明に係る画像形成装置は、現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体と、前記現像剤担持体に静電潜像を現像する現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段と前記現像剤担持体に前記現像剤を供給するための供給バイアス印加手段による供給バイアスが印加される供給ローラと、を備え、第１記録材に対応する第１画像形成領域と、前記現像剤担持体の周長未満の間隔で配置され、前記第１記録材に連続して搬送される第２記録材に対応する第２画像形成領域との夫々に画像を形成可能な画像形成装置であって、前記第１画像形成領域の先端から後端に向かう画像形成領域の区間で、前記供給ローラから前記現像剤担持体への方向の力が前記現像剤に作用するよう、前記現像剤担持体と前記供給ローラとの間の電位差を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第２画像形成領域の先端より前記現像剤担持体の周長以上前記第１画像形成領域に戻った切り替ポイントから、前記第１画像形成領域の後端まで、の区間において、前記現像剤に作用する前記供給ローラから前記現像剤担持体への方向の力が小さくなるように前記現像剤担持体と前記供給ローラとの間の電位差を制御する。

以上、説明したように、本発明によれば、連続印刷時の記録材間距離が現像ローラの周長よりも短い構成において、画像形成領域で発生する現像ゴーストの軽減と、画像形成領域の後端部で発生する画像抜けの発生を防止することができる。

本発明の実施例で説明に使用した画像形成装置の概略図である。 本発明の実施例で説明に使用したプロセスカートリッジの概略図である。 本発明の実施例１における電圧制御のタイミングチャートである。 本発明の実施例１の変形例における電圧制御のタイミングチャートである。 本発明の実施例２における電圧制御のタイミングチャートである。 本発明の実施例で説明に使用した画像形成装置のブロック図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、発明が適応される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［画像形成装置］
図１を参照して、本発明の実施例に係る電子写真画像形成装置（画像形成装置）の全体構成について説明する。図１は、本実施例の画像形成装置１００の断面図である。本発明の画像形成装置１００は、インライン方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザービームプリンタである。画像形成装置１００は、画像情報に従って、記録材（例えば、記録用紙、プラスチックシート、布など）にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像形成装置本体に接続された画像読み取り装置、或いは画像形成装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置本体に入力される。画像形成装置１００は、複数の画像形成部を形成するプロセスカートリッジ７が、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するためのＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを有する。本実施例では、画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。

プロセスカートリッジ７は、画像形成装置本体に設けられた装着ガイド、位置決め部材などの装着手段を介して、画像形成装置１００に着脱可能となっている。本実施例では、各色用のプロセスカートリッジ７は略同一形状を有しており、各色用のプロセスカートリッジ７内には、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナーが収容されている。

感光体ドラム１は、図６に示されるドラム駆動手段（駆動源）により回転駆動される。感光体ドラム１の周囲にはスキャナユニット（露光装置）３０が配置されている。図２に示すように、スキャナユニット３０は、画像情報に基づきレーザ１１を照射して感光体ドラム１上に静電像（静電潜像）を形成する露光手段である。レーザ露光の書き出しは、主走査方向（記録材１２の搬送方向と直交する方向）では、走査ラインごとにＢＤと呼ばれるポリゴンスキャナ内の位置信号から行われる。一方で、副走査方向（記録材１２の搬送方向）では、記録材１２搬送路内のスイッチ（不図示）を起点とするＴОＰ信号から所定の時間だけ遅延させて行われる。これにより、４つのプロセスステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋにおいて、常に感光ドラム１上の同じ位置に対してレーザ露光を行うことができる。

４個の感光体ドラム１に対向して、感光体ドラム１上のトナー像を記録材１２に転写するための中間転写体としての中間転写ベルト３１が配置されている。

中間転写体としての無端状のベルトで形成された中間転写ベルト３１は、全ての感光体ドラム１に当接し、図示矢印Ｂ方向（反時計方向）に循環移動（回転）する。

中間転写ベルト３１の内周面側には、各感光体ドラム１に対向するように、一次転写手段としての、４個の一次転写ローラ３２が並設されている。そして、一次転写ローラ３２に、図示しない一次転写バイアス印加手段としての一次転写バイアス電源（高圧電源）から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト３１上に転写（一次転写）される。例えば、フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫにおいて順次に行われ、中間転写ベルト３１上に各色のトナー像が順次に重ね合わせて一次転写される。

また、中間転写ベルト３１の外周面側において、二次転写手段としての二次転写ローラ３３が配置されている。

その後、中間転写ベルト３１の移動に同期して記録材１２が二次転写部へと搬送され、二次転写ローラ３３に図示しない二次転写バイアス印加手段としての二次転写バイアス電源（高圧電源）からトナーの正規帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これによって、記録材１２を介して中間転写ベルト３１に当接している二次転写ローラ３３の作用もあって、中間転写ベルト３１上の４色トナー像は、一括して記録材１２上に二次転写される。

トナー像が転写された記録材１２は、定着手段としての定着装置３４に搬送される。定着装置３４において記録材１２に熱および圧力を加えられることで、記録材１２にトナー像が定着される。

［プロセスカートリッジ］
本発明の画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジ７の全体構成について説明する。

図２は、感光体ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って見た本発明のプロセスカートリッジ７の断面（主断面）図である。尚、本発明では、収容している現像剤の種類（色）を除いて、各色用のプロセスカートリッジ７の構成および動作は実質的に同一である。

プロセスカートリッジ７は、感光体ドラム１等を備えた感光体ユニット１３と、現像ローラ４等を備えた現像ユニット３とを有する。

感光体ユニット１３には、図示しない軸受を介して感光体ドラム１が回転可能に取り付けられている。感光体ドラム１は、感光体ドラム駆動手段（駆動源ア）としての駆動モータの駆動力を受けることによって、画像形成動作に応じて図示矢印Ａ方向に回転駆動される。

また、感光体ユニット１３には、感光体ドラム１の周面上に接触するように、帯電ローラ２、クリーニング部材６が配置されている。帯電ローラ２には、図示しない帯電バイアス印加手段としての帯電バイアス電源（高圧電源）から、感光ドラム１上に任意の電荷を載せられるのに十分なバイアスが印加される。本実施例では、感光ドラム１上の電位（帯電電位：Ｖｄ）がー５００Ｖとなるように印加するバイアスを設定した。

スキャナユニット３０から画像情報に基づきレーザ１１が照射され感光体ドラム１上に静電像（静電潜像）を形成する。

一方、現像ユニット３は、現像室１８ａと現像剤収容室１８ｂから成り、現像剤収容室１８ｂは現像室１８ａの下方に配置されている。この現像剤収容室１８ｂの内部には、現像剤としてのトナーが収容されるトナー収容部１０が設けられている。本発明において、このトナーの正規帯電極性は、負極性であり、以下、負帯電性トナーを用いた場合について説明する。ただし、本発明は、負帯電性トナーに限定されるものではない。

また、現像剤収容室１８ｂには、このトナーを現像室１８ａに搬送するための現像剤搬送部材２２が設けられており、図中矢印Ｇの方向へ回転することによってトナーを現像室１８ａへと搬送している。

現像室１８ａには、感光体ドラム１と接触し、図６に示される現像駆動手段（駆動源）としての駆動モータの駆動力を受けることによって図示矢印Ｄ方向に回転する現像剤担持体としての現像ローラ４が設けられている。本実施例では、現像ローラ４と感光体ドラム１とは、対向部（接触部）において互いの表面が同方向に移動するようにそれぞれ回転（ウィズ回転）する。また、現像ローラ４には、図６に示される現像バイアス印加手段としての現像バイアス電源（高圧電源）から、感光体ドラム１上の静電潜像をトナー像として現像、可視化するのに十分なバイアスが印加される。なお、記録材１２の搬送方向と直交する方向において、感光体ドラム１上の静電潜像形成可能な幅、もしくは現像ローラ４の感光体ドラムの静電潜像を現像可能な幅、いずれか狭い方が画像形成領域の幅となる。一方で、記録材１２の搬送方向においては、搬送方向の上流側及び下流側に所定の間隔（非画像形成領域）を設け、その間の幅が画像形成領域の幅とされている。

また、現像室１８ａの内部には、現像剤収容室１８ｂから搬送されたトナーを現像ローラ４に供給する供給ローラ５と、供給ローラ５によって供給された現像ローラ４上のトナーのコート量規制及び電荷付与を行う規制部材８が配置されている。

次に、現像ローラ４、供給ローラ５、規制部材としての規制ブレード８の構成について、詳細に説明する。

現像ローラ４はφ１５ｍｍであって、φ６ｍｍの導電性の芯金上にシリコーンゴムの基層を形成し、その上にウレタンゴムを表層として形成したものを用いている。なお、現像ローラ４の体積抵抗としては、１０Ｅ４〜１０Ｅ１２Ωの抵抗のものを用いることができる。

供給ローラ５は、φ１５ｍｍであって、φ６ｍｍの導電性の芯金上に発泡体層を形成した弾性スポンジローラであり、現像ローラ４との対向部において、現像ローラ４の周面上に所定の接触部を形成して配設されている。現像駆動手段（駆動源イ）としての駆動モータは、現像ローラ４と供給ローラ５とのそれぞれに駆動力を伝達し、その伝達により供給ローラ５は、図示矢印Ｅの方向に現像ローラ４に対して回転する。本実施例においては、現像ローラ４は１００ｒｐｍ、供給ローラ５は２００ｒｐｍでそれぞれ駆動回転し、現像ローラ４と供給ローラ５とは、対向部（接触部）において互いの表面が同方向に移動（ウィズ回転）するようにされている。また、本実施例で用いた供給ローラ５は、抵抗値が４×１０＾６Ω、硬度が１９０ｇｆのものを用いた。ただし、本実施例における供給ローラ５の硬度は、長手幅５０ｍｍの平板を供給ローラ５の表面から１ｍｍ侵入させたときの荷重を測定した値である。

規制ブレード８は、厚さ０．１ｍｍの金属製のＳＵＳ板金であり、現像ローラ４に対して、自由端が現像ローラ回転方向の上流になるように接触配置している。本実施例で用いた規制ブレード８はＳＵＳ板金の先端をＤローラ当接面から切断加工したものを用いた。

供給ローラ５には、図６に示される供給バイアス印加手段としての供給ローラバイアス電源（高圧電源）からバイアスが印加される。供給ローラ５に印加する負のバイアスの値から現像ローラ４に印加する負のバイアスの値を減じた値がトナーの正規帯電極性と同極性の場合、供給ローラ５と現像ローラ４の当接部のトナーには供給ローラ５から現像ローラ４へ付勢される方向の力が作用する。逆に、供給ローラ５に印加するバイアスの値から現像ローラ４に印加するバイアスの値を引いた値が、トナーの正規帯電極性と逆極性の場合には、トナーに現像ローラ４から供給ローラ５に付勢する力が作用する。

また、現像ローラ４と供給ローラ５の間の電位差（絶対値）を徐々に大きくし、供給ローラ５から現像ローラ４へ付勢される方向にトナーに対して作用する力が徐々に強まる方向へ変化させた。この結果、供給ローラ５内のトナーは、供給ローラ５で保持される力が弱まっていく半面、現像ローラ４へ供給される力が強まっていく。これに伴って、供給ローラ５内および表面に存在するトナーのうち、電位差に対する応答性の高いトナーから徐々に現像ローラ４へ供給されるようになる。

供給ローラ５によって現像ローラ４に供給されたトナーは、現像ローラ４の矢印Ｄ方向への回転によって、規制部材８と現像ローラ４とが接触する当接部へ進入し、現像ローラ４の表面と規制部材８との摺擦により摩擦帯電されると同時にその層厚が規制される。規制された現像ローラ４上のトナーは、現像ローラ４の回転により、感光体ドラム１との対向部に搬送され、感光体ドラム１上の静電潜像をトナー像として現像、可視化する。

現像ローラ４上の現像領域で現像に使用されずに残留するトナー（以下、現像残トナー）は、現像ローラ４の矢印Ｄ方向の回転によって供給ローラ５との接触当接部へ進入する。現像残トナーの一部は、現像ローラ４と供給ローラ５との機械的摺擦および現像ローラ４と供給ローラ５との間の電位差によって供給ローラ５に回収され、現像室１８ａ内のトナー及び供給ローラ５に担持されたトナーと混合される。一方、現像残トナーのうち供給ローラ５に回収されず現像ローラ４上に残留したトナーは、供給ローラ５との摺擦によって電荷を付与されると同時に、供給ローラ５から新たに供給されたトナーと混合される。

［ブロック図］
画像形成装置１００のブロック図の説明をする。制御部であるところのコントローラ６０１は、演算処理を行う中心的素子である中央演算処理ユニット、記憶手段であるＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリ、周辺機器との情報の入出力を行う入出力インターフェース等を有している。ＲＡＭには、各種制御パラメータ、演算結果などが格納され、ＲＯＭには制御プログラムが格納されている。

コントローラ６０１には、少なくともは、現像駆動手段６０２、ドラム駆動手段６０３、現像バイアス電源６０４、供給ローラバイアス電源６０５が電気的に接続されている。そしてコントローラ６０１はこれら各ブロック要素との各種の電気的情報信号の授受を行い、後述する各タイミングチャートの処理を司る。

［現像ゴースト発生メカニズム］
以下、現像ゴーストの発生メカニズムと、現像ゴーストと供給ローラ５による現像残トナーの回収量の関係について説明する。ただし、本実施例における現像ゴーストは、ベタ黒の画像を印刷後（以下、黒後）、印刷したハーフトーン画像に比べ、ブランク画像（トナーを一切転写しない画像）を印刷後（以下、白後）、印刷したハーフトーン画像の方が、濃度が濃くなる現象をいう。

現像ゴーストは、白後のトナー帯電量と黒後のトナー帯電量との間の差によって、感光ドラム１上の静電潜像に対して現像されるトナー量に差が生じることが原因となって発生する。黒後では、現像ローラ４上のトナーがその都度消費されるために、規制部材８を通過したトナーの帯電量は、規制部材８の摩擦帯電能力の寄与が大きい。

一方、白後では、あらかじめ帯電されている現像残トナーに対して、供給ローラ５と現像ローラ４との間の摩擦帯電と規制部材８による摩擦帯電が加わる。そのため、白後のトナー帯電量は黒後のトナー帯電量と比較して高くなりやすい。つまり、現像残トナーが供給ローラ５によって回収されず残ってしまうことが原因であり、供給ローラ５で回収される現像残トナー量を多くすることができれば、黒後のトナー帯電量に近づけることができる。これによって黒後のトナー帯電量と白後のトナー帯電量の差を少なくでき、現像ゴーストを軽減できる。

現像残トナーの供給ローラ５での回収量を多くするためには、現像ローラ４と供給ローラ５との間の電位差を現像残トナーが供給ローラ５へ付勢される方向に設定し、現像残トナーの供給ローラ５への回収量を増加させることが有効である。しかし、単に画像形成時にトナーが供給ローラ５に付勢される方向に現像ローラ４と供給ローラ５の間の電位差を設定してしまうと、供給ローラ５から現像ローラ４へのトナー供給量が不十分になってしまう。つまり、ベタ画像のような高印字の印刷を行った時にトナーの供給量が不足し、均一な濃度のベタ画像が形成できない（ベタ追従性）不良が発生してしまう。

そこで、前回転時や用紙間時等の非画像領域時には、現像ゴースト対策として、現像残トナーの供給ローラ５への回収量を多くするためには、現像ローラ４と供給ローラ５との間の電位差をトナーが供給ローラ５へ付勢される方向に設定する。そして、画像領域時にはベタ追従性対策として、トナーの現像ローラへの供給量を多くするために、現像ローラ４と供給ローラ５との間の電位差をトナーが現像ローラ４へ付勢される方向に設定する。

上記のバイアス制御を実行することで、ベタ追従性不良を防止しつつ、且つ現像残トナーの供給ローラ５への回収量を増加させて、現像ゴーストの発生を軽減している。

なお本実施例では、現像ローラ４と供給ローラ５の各々の表面がと当接部において同方向に移動する現像装置（以下、ウィズ現像装置）を用いた。このようなウィズ現像装置においては、現像ローラと供給ローラの各々の表面がと当接部において同方向に回転しているため、お互いの摺擦による機械的な供給力も弱く、顕著な現像ゴーストが発生する場合あった。しかしながらウィズ現像装置においても、上記のバイアス制御を行うことでより良く現像ゴーストの発生を軽減することができる。

［画像後端での画像抜け］
次に画像形成領域の後端部（記録材１２の搬送方向の上流側領域）の画像抜けについて説明する。画像形成領域の後端部の画像抜けは、ベタ画像のような高印字率の画像形成中に現像ローラ４と供給ローラ５との間の電位差を現像ローラ４から供給ローラ５へ現像残トナーを付勢される方向に急激に設定を変化させることが原因で発生する。つまり、現像ローラ４から供給ローラ５へトナーが移動するように急激な電位差をつけることによって、現像ローラ４上のトナーが著しく不足する。その結果、本来画像形成に必要なトナーが不足して現像ローラに供給されず、画像抜けが発生する。

以上のことを鑑みると、画像形成領域の後端部の画像抜けを防止しつつ、かつ現像ゴーストを軽減する方法が必要である。

本実施例においては、連続して印刷する時の記録材の記録材間距離が現像ローラ４の周長未満である画像形成装置において、画像形成中に現像ローラ４と供給ローラ５との電位差を徐々に小さくするように単位時間当たりの変化量を切替える。そして、少なくとも画像形成終了までは供給ローラ５から現像ローラ４へトナーを付勢される方向になるような電位差を生じさせるバイアスを印加する。その後、記録材間において、現像ローラ４から供給ローラ５へ付勢されるような力がトナーに作用するような電位差が生じるように供給ローラ５の印加バイアスを制御する。その結果、トナー供給量の急激な変化を防止して、画像抜けの発生を抑制した。

以下、制御の詳細とその効果について実施例を用いて説明する。

［実施例１］
［供給ローラバイアス制御］
本実施例における現像ローラ４と供給ローラ５間のバイアス制御について、図３を用いて説明する。図３は、複数枚連続プリントを行った場合（ここでは第１記録材と第２記録材を順次、印刷する２枚連続プリント）を行った場合のバイアス制御を実施例１と比較例とを比較して示したタイミングチャートである。

１枚目画像形成開始から１枚目画像形成終了までの区間が第１記録材に対応する第１画像形成領域に相当する。また２枚目画像形成開始から２枚目画像形成終了までの区間が第２記録材に対応する第２画像形成領域に相当する。各々の画像形成領域においては、露光装置により主走査方向及び副走査方向に展開された２次元の静電潜像が感光体ドラム１上に形成される。

そして、第１画像形成領域と第２画像形成領域は、第１及び第２画像形成領域が配置される方向において、それらの間隔は現像ローラ４の周長以下又は周長未満となっている。

ここで、タイミングチャート内の各タイミングについて詳しく説明する。以下のタイミングは、１枚の記録材１２のプリント中（画像形成動作時）におけるそれぞれのタイミングである。

現像駆動開始とは、現像ローラ４及び供給ローラ５が現像駆動手段（駆動源イ）としての駆動モータの駆動力を受け回転を開始したタイミングである。

画像形成開始とは、副走査方向のレーザ露光の書き出しタイミングである。画像形成終了は、副走査方向のレーザ露光が終了するタイミングとしている。現像駆動停止は、現像駆動手段（駆動源イ）としての駆動モータの駆動力が停止し、現像ローラ４および供給ローラ５の回転が停止するタイミングである。

ただし、各タイミングはこれに限ったものではない。例えば、画像形成開始を副走査方向のレーザ露光の書き出しタイミングより所定の時間だけ前に設定してもよい。また、画像形成終了についても、例えばレーザ露光終了タイミングより所定の時間だけ後に設定してもよい。現像装置および画像形成装置の構成に応じて最適になるよう変更して良い。

また、実際には、副走査方向のレーザ露光の書き出し／終了タイミングにおける静電潜像が現像位置に到達するタイミングと、供給ローラ５への印加バイアス変更時の供給ローラ５と現像ローラとの接点が現像位置に到達するタイミングにはずれが生じ得る。即ち、供給ローラ５の印加バイアスの変更位置と画像形成可能領域の先端位置／後端位置にズレが生じ得る。以下の説明では、そのズレが無い場合、或いはズレが無視できる程度の場合とする。しかながら、そのズレが無視できない程度の場合には、レーザ露光の書き出し／終了タイミングから（ｔ２−ｔ１）だけ待機した後を、供給ローラ５の印加バイアスを変更するタイミングにすれば良い。なおｔ１がｔ２よりも大きい場合は、負の時間待機するということで、変更タイミングは早めになる。ここでｔ１は、供給ローラ５への印加バイアス変更時の供給ローラ５と現像ローラとの接点が現像位置に到達するまでに要する時間を指す。またｔ２は、副走査方向のレーザ露光の書き出し／終了タイミングにおける静電潜像が現像位置に到達するまでの時間を指す。

現像ローラ４に印加するバイアスは、現像駆動開始から現像駆動終了まで一定のバイアスであり、本実施例では−４００Ｖを印加してある。

供給ローラ５には、現像駆動開始から画像形成開始までの間（以下、前回転）において、負帯電極性トナーが現像ローラ４から供給ローラ５へと付勢されるよう、現像ローラ４の印加バイアスに比べて高いバイアスが印加されている。これによって、現像ローラ４上に不必要なトナーが供給されるのを抑制し、供給ローラ５でのトナー回収量を増加させることができるため、前回転時に現像ローラ４上のトナーの帯電量が上昇することを抑制できる。

次に、画像形成開始から搬送方向における１枚目の記録材１２の画像形成領域の中央部より後端側（上流側）に位置する切り替えポイントＰまでの間では、供給ローラ５に印加するバイアスに傾きを持たせている。これにより、供給ローラ５から現像ローラ４へ付勢されるようにトナーに作用する力が大きくなるように、供給ローラ５に印加するバイアスは、現像ローラ４に印加バイアスとの電位差が大きくなるように、徐々に低くなる制御を行う。

そして、画像形成中の切り替えポイントＰから１枚目の画像形成終了までは、さらに供給ローラ５に印加するバイアスに傾きを変化させる。これにより、供給ローラ５から現像ローラ４へ付勢されるようにトナーに作用する力が加わるようにしつつも、トナーに作用する力が小さくなるように、現像ローラ４の大小関係は変えず、徐々に電位差を小さくする制御を行う。

これにより、現像ローラ４と供給ローラ５間の電位差に対して応答性の高いトナーから徐々に供給ローラ５から現像ローラ４へ供給され、画像先端側（上流端側）においては必要量以上のトナーが供給ローラ５から現像ローラ４上に供給されるのを抑制できる。その結果、画像形成中においても白後のトナー帯電量の上昇が抑制でき、白後のトナー帯電量と黒後のトナー帯電量との差を小さくすることが可能となる。

画像後半部においては、現像ローラ４と供給ローラ５との間の電位差を十分に設けているため、十分な量のトナー供給量が現像ローラ４上に供給されている。その結果、例えば全ベタ画像のような高印字画像が印刷された場合においても、トナー供給量不足によるベタ追従性不良が発生することなく、高品質な画像を提供することができる。

更に、画像形成領域の後端部においては、切り替えポイントＰから徐々にトナーが供給ローラ５から現像ローラ４へ付勢される方向の電位差を小さくして、画像形成が終了した時点では同電位になるように設定する。そうすることで、切り替えポイントＰから画像形成終了までは、現像ローラ４へのトナー供給力を少しずつ弱めるような制御をしている。このように、画像形成が終了した時点までは必ず供給ローラ５から現像ローラ４へトナーが付勢される方向のバイアス範囲内で設定しておくことで、現像ローラ４上のトナー供給不足による画像抜けの発生を防止することができる。

なお、本実施例では、前回転時には供給ローラ５にー３００Ｖ印加している。また、画像形成開始時に印加するバイアスを−４００Ｖ、切り替えポイントＰでの印加するバイアスをー５００Ｖとした。さらに画像形成が終了した時点で−４００Ｖとなるように供給ローラ５に印加するバイアスの単位時間当たりの変化量（以下、供給ローラバイアス傾き）を一定として変化させる制御を行った。

また切り替えポイントＰは、１枚目の記録材１２の画像形成領域において、搬送方向における２枚目の記録材１２における画像形成領域の開始位置（先端、つまり下流端）までの距離が現像ローラ４の周長以上（１周期分以上）となる位置とした。より具体的には、今、１枚目の記録材に対応する画像形成領域の後端と、２枚目の記録材に対応する画像形成領域の先端との、画像形成領域が配置される方向における距離が５ｍｍの場合とする。そのとき、切り替えポイントＰの位置は、記録材１２の搬送方向における画像形成領域の終了位置から１６ｍｍとなるように制御を行った。

また、切り替えポイントＰから画像形成終了におけるバイアス制御については、一定の供給ローラバイアス傾きを維持したままの制御に限られたものではない。供給ローラバイアス傾きは１回変化させる場合に限られず、複数回変化させてもよい。

図４に本実施例１における供給バイアスの制御の変形例のタイミングパターンを示す。図４（ａ）は、切り替えポイントＰから段階的に電位差を変化させる制御例である。図４（ｂ）は、供給ローラバイアス傾きが正弦曲線を描くように連続的に電位差を変化させた場合の制御例である。これらはあくまで１例であり、制御パターンはこれらに限定されるものではない。本実施例での検討においては、供給ローラバイアスの変化量が８０Ｖ／５ｍｍ以内であれば、後端画像抜けを防止できる。

なお、１枚目の記録材１２の印刷終了後、２枚目の記録材１２の印刷開始までの期間において、供給ローラ５に印加するバイアスは、現像ローラ４に印加バイアスに比べて高いバイアスを印加している。これによって、負帯電極性トナーが現像ローラ４から供給ローラ５へと付勢される。現像ローラ４上に不必要なトナーが供給されるのを抑制し、供給ローラ５でのトナー回収量を増加させることができるため、前回転時に現像ローラ４上のトナーの帯電量が上昇することを抑制できる。そして２枚目、つまり連続印刷の最後の記録材１２の画像形成開始から画像形成終了までの間では、供給ローラ５に印加するバイアスに傾きを持たせ、現像ローラ４に印加バイアスに比べて徐々に低くなる制御を行う。このようにして、トナーが供給ローラ５から現像ローラ４へ付勢されるように作用する力が大きくなるようにする。つまり、１枚目や連続印刷の最後の記録材１２においては、画像形成開始から画像形成中の切り替えポイントＰまで現像ローラ４に印加バイアスに比べて徐々に低くなる制御を行っていたが、最後の記録材１２については、しなくてもよい。

［実験］
ここで、本実施例の効果を示すために行った実験について説明する。
本実験は、常温常湿条件の環境下（温度２３℃、湿度６０％）にて、評価用画像の印刷を行い、現像ゴーストと画像抜けの評価を行った。

現像ゴーストの判定は、紙先端（下流端）に５ｍｍ×５ｍｍのベタ黒パッチを搬送方向と直交する方向に１０ｍｍ間隔で配置し、それ以降にハーフトーン画像を印刷する評価画像を用いて行った。この画像において、ベタ黒パッチ後のハーフトーン画像濃度と、それ以外の部分でのハーフトーン画像濃度をＸ−Ｒｉｔｅ製ＳＰＥＣＴＯＲＤＥＮＳＩＴＯＭＥＴＥＲ ５００用いて測定し、その濃度差から以下のような基準でランク付けを行った。
Ａ：ハーフトーン画像において、濃度差が０．０４未満
Ｂ：ハーフトーン画像において、濃度差が０．０４〜０．０８未満
Ｃ：ハーフトーン画像において、濃度差が０．０８以上

画像抜けの評価は、ベタ黒画像を出力し、ベタ黒画像の出力先端（下流端）と後端の濃度差から下記に示す評価を、Ｘ−Ｒｉｔｅ製ＳＰＥＣＴＯＲＤＥＮＳＩＴＯＭＥＴＥＲ ５００を用いて行った。尚、印字テスト及び評価画像は単色で出力した。
Ａ：全ベタ画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２未満
Ｂ：全ベタ画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．２〜０．３未満
Ｃ：全ベタ画像において、紙先端と紙後端での濃度差が０．３以上

また、本実施例の効果を比較する例として、図３中に示してある比較例１−１、比較例１−２、比較例１−３、バイアス制御を行った場合に対して同様の実験を行い、現像ゴーストと画像抜けの評価を行った。比較例１−１は、連続印刷時の１枚目と２枚目の記録材間のみをトナーが現像ローラ４から供給ローラ５に付勢される方向に制御した場合である。比較例１−２は、切り替えポイントＰ時点において、供給ローラバイアスをー５００Ｖからー３００Ｖに変動させて、現像ローラ４から供給ローラ５に付勢される方向に制御した場合である。比較例１−３は、切り替えポイントＰから画像形成終了までに供給ローラバイアスが−３００Ｖになるように供給ローラバイアス傾きを変更した。このように比較例１−３では、画像形成中に供給ローラ５から現像ローラ４に付勢される方向から現像ローラ４から供給ローラ５に付勢される方向に制御した場合である。実験の結果を表１に示す。

１−１の制御を行った場合では、連続通紙時の１枚目と２枚目の記録材間のみだけ現像ローラ４から供給ローラ５に付勢される方向に制御している。この場合では、現像ローラ４の周長よりも短い為、トナーが現像ローラ４から供給ローラ５に回収されるトナー回収量が充分ではない。その結果、白後のトナー帯電量が上昇し、黒後のトナー帯電量と白後のトナー帯電量との差が広がってしまうため、現像ゴーストが発生してしまった。

また、比較例１−２の制御を行った場合では、切り替えポイントＰ時点において、供給ローラバイアスをー５００Ｖからー３００Ｖに変動させて制御している。この場合では、供給バイアスの切り替え時でトナーが現像ローラ４から供給ローラ５に付勢される。その結果、画像形成中に上記の制御をすることで現像ローラ４上のトナー供給量が減少する現象が発生し、画像抜けが発生してしまった。

さらに、比較例１−３の制御を行った場合では、切り替えポイントＰから画像形成終了までに供給ローラバイアスを−５００Ｖから−３００Ｖになるように供給ローラバイアス傾きを変更して制御している。この場合では、画像形成中にトナーを供給ローラ５から現像ローラ４に付勢される方向から現像ローラ４から供給ローラ５に付勢される方向に変更している。つまり、現像ローラに対する供給ローラバイアスの極性をマイナスからプラスに反転させている。この結果、比較例１−２よりは画像抜けレベルが良化するが、画像形成中に上記の制御をすることで現像ローラ上のトナー供給量が減少する現象が発生し、画像抜けが発生してしまった。

一方、本実施例の制御を行った場合には、上述した通りの効果が得られ、画像抜けを発生させることなく、現像ゴーストの発生を軽減できた。

なお、本実施例では、２枚の連続印刷時において１枚目の画像形成中から現像ローラ４のトナー保持力を少しずつ弱めるような電位差制御を行う場合について説明した。しかしこれに限らず、２枚以上の連続印刷を行った場合の画像形成時及び記録材間についても同様の制御を行うことができる。ただし、前回転時における現像ローラ４と供給ローラ５との間の電位差と、紙間時における現像ローラ４と供給ローラ５との間の電位差は異なる値に設定してもよい。

本実施例では、切り替えポイントＰから画像形成終了までと記録材間中から２枚目の画像形成開始までの制御において、現像ローラ上のトナー保持力を少しずつ弱める。そして、その後に、記録材間で現像ローラ４と供給ローラ５との間の電位差をトナーが現像ローラ４から供給ローラ５へ付勢される力が働く側に設定したが、これに限ったものではない。

例えば、１枚目の画像形成終了から２枚目の画像形成開始まで、現像ゴーストに効果がある範囲において、現像ローラ４と供給ローラ５との電位差を任意に設定してもよい。連続通紙時の現像ゴーストと高印字時の後端画像抜けが発生しない限り各構成における最適な設定がなされればよい。

以上、実施例１で示した本発明により、連続印刷時の記録材間距離が現像ローラ４の周長よりも短くなる構成において、現像ゴーストの軽減と画像後端部の画像抜け防止を両立することができる。

［実施例２］
実施例２では、画像形成中の所定のタイミングにおいて供給ローラバイアス傾きを複数回変える制御について説明する。なお、実施例２の説明において、上述した実施例１と重複する部分については、その説明を省略する。

この制御の効果は記録材の後半部に現像ゴーストの発生しやすい画像を印刷された場合に顕著に表れ、本実施例の制御を行うことで、このような画像を印刷された場合においても現像ゴーストの発生を軽減することができる。

以下、実施例２の制御について図５のタイミングチャートを用いて説明する。

画像形成開始から画像形成終了までの所定のタイミングに電位差変化切り替えタイミングを複数設定する。画像形成開始から電位差変化切り替えタイミングまでと電位差変化切り替えタイミングから切り替えポイントＰまでの供給ローラバイアス傾きを変化させる。より具体的には、電位差変化切り替えタイミングから切り替えポイントＰまでの供給ローラバイアス傾きが、画像形成開始から電位差変化切り替えタイミングまでの供給ローラバイアス傾きよりも小さくなるように設定する。この制御を行うことにより、画像後半部におけるトナー供給量を抑制でき、トナーが供給されやすい状態になった場合においても、現像ゴーストの発生を軽減することが可能となる。
なお、本実施例では、電位差変化切り替えタイミングを画像形成開始から０．６ｓｅｃ後に設けた。また、画像形成開始で供給ローラ５に印加するバイアスをー４００Ｖ、電位差変化切り替えタイミングで供給ローラ５に印加するバイアスがー４５０Ｖになるように設定した。また、電位差変化切り替えタイミングから切り替えポイントＰまでは一定のバイアスとし、供給ローラ５にー４５０Ｖ印加するように制御を行った。切り替えポイントＰから画像形成終了までの供給ローラバイアス傾きは、画像形成終了時に供給ローラ５に−４００Ｖ印になるように徐々に変化させるように設定した。

［実験］
本実施例の効果を示すために行った実験について説明する。
本実験は、常温常湿条件の環境下（温度２３℃、湿度６０％）にて、評価用画像の印刷を行い、現像ゴーストと画像抜けの評価を行った。

本実施例における現像ゴーストの評価は、１枚目の記録材１２の前半部（下流側）における現像ゴースト判定画像と、１枚目の記録材１２の後半部（上流側）における現像ゴースト判定画像と、を用い、行った。記録材１２の前半部（下流側）における現像ゴースト判定画像は、紙先端（下流端）に５ｍｍ×５ｍｍのベタ黒パッチを搬送方向と直交する方向に１０ｍｍ間隔で配置し、それ以降にハーフトーン画像を形成した評価画像を用いた。また、記録材１２の後半部（上流側）における現像ゴースト判定画像は、記録材１２の先端から１５０ｍｍ位置にベタ黒パッチを配置し、それ以降にハーフトーン画像を形成した評価画像を用いた。このようにして、記録材１２の前半部における現像ゴースト判定画像と、記録材１２の後半部における現像ゴース判定画像を用いて、記録材１２の前半部及び後半部の現像ゴートの発生の評価を行った。この評価に併せ、両画像のハーフトーン画像の後端側（上流側）を確認し、画像抜けの発生の評価を行った。

この実験の結果を表２に示す。

実施例１の制御を行った場合には、記録材前半部の現像ゴーストの発生を抑制することができたが、記録材後半部において明らかな現像ゴーストが発生した。これは、記録材後半部に至るまでに現像ローラ４上にトナーが必要以上に供給され供給ローラ５による現像残トナーの回収不足が起こった結果、トナーの帯電量が上昇を招き白後のトナー帯電量と黒後のトナー帯電量との差が広がったためである。

一方、実施例２の制御を行えば、記録材後半部に至るまでの現像ローラ４上のトナー帯電量の上昇が抑制され、記録材後半部においても発生する現像ゴーストをより軽減することができた。

なお、本実施例では、画像形成中に電位差変化切り替えタイミングを設け、このタイミングにおいて供給ローラバイアス傾きを切り替える制御を行った。しかしながらこれに限らず、画像形成開始から切り替えポイントＰまで連続的に供給ローラバイアス傾きが変化させる制御を行ってもよい。また、電位差変化切り替えタイミングを複数設定し、供給ローラバイアス傾きを複数回変化させるようにしてもよい。

１ 感光体ドラム
２ 帯電ローラ
３ 現像ユニット
４ 現像ローラ
５ 供給ローラ
６ クリーニング部材
７ プロセスカートリッジ
８ 現像ブレード
１２ 記録材
１３ 感光体ユニット
１８ａ 現像室
１８ｂ 現像剤収納室
２２ 現像剤搬送部材
３０ スキャナユニット
３１ 中間転写ベルト
３２ 一次転写ローラ
３３ 二次転写ローラ
１００ 画像形成装置

Claims (9)

1. 現像剤を担持する回転可能な現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体に静電潜像を現像する現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段と
   前記現像剤担持体に前記現像剤を供給するための供給バイアス印加手段による供給バイアスが印加される供給ローラと、を備え、第１記録材に対応する第１画像形成領域と、前記現像剤担持体の周長未満の間隔で配置され、前記第１記録材に連続して搬送される第２記録材に対応する第２画像形成領域との夫々に画像を形成可能な画像形成装置であって、
   前記第１画像形成領域の先端から後端に向かう画像形成領域の区間で、前記供給ローラから前記現像剤担持体への方向の力が前記現像剤に作用するよう、前記現像剤担持体と前記供給ローラとの間の電位差を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記第２画像形成領域の先端より前記現像剤担持体の周長以上前記第１画像形成領域に戻った切り替ポイントから、前記第１画像形成領域の後端まで、の区間において、前記現像剤に作用する前記供給ローラから前記現像剤担持体への方向の力が小さくなるように前記現像剤担持体と前記供給ローラとの間の電位差を制御する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記供給ローラは、前記現像剤担持体に対する当接部において前記現像剤担持体と同方向に移動するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記現像剤担持体と前記供給ローラとの間の電位差の単位時間当たりの変化量を画像形成中において複数回、切り替える制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記切り替えポイントから前記現像剤担持体と前記供給ローラとの間の電位差を徐々に近づけるよう変化させ、前記第１記録材の画像形成が終了した後に、前記現像剤担持体から前記供給ローラへ前記現像剤が移動する力が作用するように前記供給バイアスを制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記供給バイアスの単位時間当たりの変化量が、段階的に変化することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記現像バイアス印加手段は、前記第１記録材から前記第２記録材まで至る画像形成時にわたって、大きさが一定の現像バイアスを印加し、
   前記供給バイアス印加手段は、前記第１記録材及び前記第２記録材におけるそれぞれの画像形成時において、絶対値の差が徐々に大きくなるように変化する供給バイアスを印加する
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記第１記録材の前記画像形成領域の後端から、前記第２記録材の前記画像形成領域の先端までの区間において、
   前記供給バイアス印加手段は、前記現像バイアスから前記供給バイアスを減じた値の極性が前記現像剤の正規帯電極性とは逆極性となる大きさの供給バイアスを印加することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記現像剤は、正規帯電極性が負であり、
   第１記録材の画像形成領域の下流端から前記切り替えポイントまでの期間において、負極性の前記現像バイアスと負極性の前記供給バイアスとの差が徐々に大きくなるように制御され、
   前記第１記録材の前記切り替えポイントから前記第２記録材の画像形成領域の下流端までの期間において、負極性の前記現像バイアスと負極性の前記供給バイアスとの差が徐々に小さくなるように制御を行う
   ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記切り替えポイントは、前記第２画像形成領域の先端より前記配置の方向で前記現像剤担持体の周長以上且つ２周長未満に位置することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の画像形成装置。
   

Images