JP3208407B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、ファクシミ
リ、プリンター等の画像形成装置に係り、詳しくは、像
担持体上に形成した多数の微小画素からなる潜像を、該
像担持体に間隙をおいて対向させた現像剤担持体から供
給された現像剤によって現像する画像形成装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、現像剤担持体上のトナー層と像担
持体とを非接触に対向させて現像を行う非接触現像方法
において、トナーが現像剤担持体から解放される電圧部
分と、トナーが現像剤担持体の方に吸引される異極性の
電圧部分とからなるパルスバイアス電圧を現像剤担持体
に印加することにより、地肌汚れを発生させず、特にベ
タ部において十分な画像濃度が得るものが知られている
（例えば、特開昭５０−３０５３７号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、レーザビー
ムやＬＥＤアレイ等の光変調素子により形成された１画
素単位の微小ドットからなる潜像を上記非接触現像方法
で現像する場合には、その潜像の微小ドットを有する各
画素が現像領域を通過する際に十分な現像電界が形成さ
れず、現像された微小ドットの大きさが不均一になり、
濃度ムラが発生してしまう。また、この不具合を解決す
るために、単に現像電界を大きくすると、潜像が形成さ
れていない地肌部にもトナーが付着し、地肌汚れが発生
してしまう。

【０００４】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、多数の微小画素からなる潜像の場
合にも、地肌汚れ及び濃度ムラのない画像が得られる画
像形成装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の画像形成装置は、像担持体上に形成し
た多数の微小ドット状の微小画素からなる潜像を、該像
担持体に間隙をおいて対向させた現像剤担持体から供給
された現像剤によって現像する画像形成装置において、
１周期が第１の期間と第２の期間からなる周期的に変化
する現像バイアス電圧を該現像剤担持体に印加する現像
バイアス電圧印加手段を設け、該第１の期間において、
該像担持体の画像部及び非画像部に向けて該現像剤を飛
翔させる電界が該間隙に発生するような第１の電圧を該
現像剤担持体に印加し、該第２の期間において、該現像
剤を該画像部に向けて飛翔させ、該第１の期間に該非画
像部に向かっていた該現像剤を該現像剤担持体側に引き
戻す電界が該間隙に発生するような第２の電圧を該現像
剤担持体に印加し、該第１の期間を、該現像剤が該非画
像部に到達しないように設定し、該第２の期間を、該現
像剤が該現像剤担持体に十分に到達するように設定し、
該現像バイアス電圧の１周期の繰り返し周波数を、該現
像剤担持体との対向位置における該像担持体の表面の移
動速度Ｖと該像担持体の表面の移動方向における潜像の
ドットピッチｄとの比Ｖ／ｄの３．０倍になるように設
定したことを特徴とするものである。なお、該微小画素
には、該像担持体の表面の移動方向及びそれに直交する
方向に分割された微小ドットによる画素のみならず、該
像担持体の表面の移動方向に分割された細線状の画素等
も含む。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】また、請求項２の画像形成装置は、請求項
１の画像形成装置において、プロセススピード及び画像
の書き込み密度の変更に応じて、上記現像バイアス電圧
の１周期の繰り返し周波数の設定を変更する設定変更手
段を設けたことを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】請求項１の画像形成装置においては、上記現像
バイアス電圧の上記第１の期間において上記第１の電圧
が上記現像剤担持体に印加され、該現像剤担持体と上記
像担持体との間の間隙に上記微小画素が十分に現像され
る強電界が発生する。この強電界の方向に忠実に沿いな
がら、該現像剤担持体上で浮上した現像剤が、該像担持
体上の非画像部及び画像部に向かって飛翔し、該画像部
は確実に現像される。

【００１１】該像担持体に向かって飛翔していた現像剤
は、該第１の期間において該非画像部に達することな
く、該第１の期間に続く上記第２の期間において印加さ
れる上記第２の電圧によって該間隙に形成された電界に
より、該現像剤担持体に戻るように飛翔し始める。該現
像剤担持体側に引き戻される該現像剤は、該現像剤担持
体の表面に十分に到達するので、該間隙においてクラウ
ド化することがない。なお、該第２の期間においても、
該現像剤は該画像部に向かって飛翔し続ける。

【００１２】また、上記現像バイアス電圧の１周期の繰
り返し周波数ｆを、上記現像剤担持体との対向位置にお
ける上記像担持体の表面の移動速度Ｖと、該像担持体の
表面の移動方向における潜像のドットピッチｄとの比Ｖ
／ｄの３．０倍に設定することにより、該潜像の１ドッ
ト潜像に対して上記第１の電圧が必ず３回ずつ印加さ
れ、各第１の電圧によって上記強電界が上記間隙に形成
されるので、各ドット潜像が十分に、かつ均一に現像さ
れる。

【００１３】

【００１４】

【００１５】請求項２の画像形成装置においては、プロ
セススピード及び画像の書き込み密度の変更に応じて、
上記現像バイアス電圧の１周期の繰り返し周波数の設定
を変更しているので、プロセススピード及び画像の書き
込み密度が異なる場合でも、各微小画素が十分に現像さ
れるようになる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を画像形成装置である電子写真
複写機（以下、複写機という）に適用した実施例につい
て説明する。図１は本実施例に係る複写機の概略構成を
示す正面図である。感光体ドラム１上の像担持体として
の感光体は負極性に帯電され、感光体と同極性に帯電し
た現像剤としてのトナー１０を用いるネガ−ポジ現像方
法を採用している。感光体ドラム１上の感光体は、帯電
チャージャ２で一様に帯電され、露光装置（不図示）に
より電気的に変調された光、例えばレーザビーム３が照
射され、多数の微小画素としての微小ドットからなる静
電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４の現
像ローラ４１に担持されたトナー１０によって現像さ
れ、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。この現
像時には、現像バイアス電圧印加手段としての現像バイ
アス電源４２により所定のバイアス電圧が現像ローラ４
１に印加され、感光体ドラム１と現像ローラとの対向部
である現像領域に所定の現像電界が形成される。なお、
上記現像装置４は、現像領域における感光体ドラム１と
現像ローラ４１との間隙を所定の現像ギャップに維持し
た状態で現像を行なう非接触現像方法を採用している。

【００１７】感光体上に形成されたトナー像は、転写紙
５を介して転写チャージャ６によりトナー１０の帯電極
性とは逆極性の正電荷を受け、転写紙５に転写される。
トナー像が転写された転写紙５は、分離チャージャ７に
より余分な電荷が除電され、感光体ドラム１から剥離さ
れた後、定着装置（不図示）により定着されて固定化さ
れる。一方、感光体ドラム１上に残留したトナーは、ク
リーニング装置８によりクリーニングされ、さらに残留
している負電荷は除電ランプ９により除電され、初期化
されて、次の画像形成動作に備える。

【００１８】ところで、上記多数の微小ドットからなる
静電潜像の現像においては、その微小ドットが上記現像
領域を通過する際に、十分な現像電界が形成されず、現
像された微小ドットの大きさ及び画像濃度が不均一にな
り、画像濃度ムラが発生してしまっていた。また、この
不具合を解決するために、単に現像電界を大きくする
と、静電潜像が形成されていない地肌部にもトナーが付
着し、地肌汚れが発生してしまうという不具合があっ
た。

【００１９】そこで、本実施例では、図２に示すような
現像バイアス電圧（ＶB）、すなわち、一周期の第１期
間としての期間ＴAに印加される第１の電圧としてのパ
ルス電圧（ＶPULS）、及び第２の期間としての期間ＴB
に印加される第２の電圧としての直流電圧（ＶDC）から
なる周期的に電圧が変化する現像バイアス電圧（ＶB）
を現像ローラ４１に印加している。なお、図２の横軸方
向は、経過時間を示している。

【００２０】上記パルス電圧ＶPULSの電圧値は、感光体
１上の非画像部の電位（ＶD）よりも絶対値として大き
く、現像ポテンシャルが高くなるように設定され、一
方、上記直流電圧ＶDCの電圧値は、非画像部の電位（Ｖ
D）よりも絶対値として小さく、かつ画像部の電位（Ｖ
L）よりも絶対値として大きく十分な現像ポテンシャル
が得られるように設定されている。また、上記期間ＴA
は、現像ローラ４１に向かって飛翔していたトナー１０
が感光体ドラム１の表面に到達しないように設定されて
いる。

【００２１】また、上記現像バイアス電圧の１周期の繰
り返し周波数ｆは、上記現像領域における現像ニップ幅
を静電潜像の１ドットが通過する間に上記パルス電圧Ｖ
PULSの電圧値が少なくとも１回印加されるように設定す
る。特に、現像ニップ幅が狭い場合には、上記繰り返し
周波数ｆを、現像領域における感光体ドラム１の周速Ｖ
と、静電潜像のドットピッチｄとの比Ｖ／ｄ以上になる
ように設定する。さらに、現像された各微小ドットの大
きさ及び画像濃度を均一にするためには、上記現像バイ
アス電圧の１周期の繰り返し周波数ｆを、現像領域にお
ける感光体ドラム１の周速Ｖと、静電潜像のドットピッ
チｄとの比Ｖ／ｄの整数倍に略等しくなるように設定す
る。

【００２２】また、上記露光装置による静電潜像の書き
込み密度や、複写機本体のプロセススピードの設定を変
更した場合には、静電潜像のドットピッチｄ及び感光体
ドラム１の周速Ｖは変化するので、該書き込み密度及び
該プロセススピードの設定の変更に応じて、上記現像バ
イアス電圧の１周期の繰り返し周波数ｆの設定を、上記
比Ｖ／ｄ以上になるように、又は上記比Ｖ／ｄの整数倍
に略等しくなるように変更する設定変更手段（不図示）
を設ける。この設定変更手段としては、複写機本体の主
制御部を利用することもできる。

【００２３】以上、本実施例によれば、上記パルス電圧
（ＶPULS）印加時においては、現像ローラ４１上のトナ
ー１０は、現像ギャップに形成された強電界によって、
画像部、非画像部に関わりなく感光体ドラム１の表面に
向かって飛翔を開始し、該強電界の方向に沿って忠実に
飛翔し、画像部においては十分な現像電界が形成され現
像が行なわれる。このパルス電圧（ＶPULS）は静電潜像
の各微小ドットに対して少なくとも１回印加されるの
で、各微小ドットに対して十分な現像電界が形成されて
現像が行なわれ、各微小ドットの大きさ及び画像濃度が
不均一にならず、画像濃度ムラの発生を防止できる。ま
た、上記パルス電圧（ＶPULS）印加時において非画像部
に向かって飛翔していたトナー１０は、感光体ドラム１
の表面に到達することなく、その後の直流電圧（ＶDC）
印加時において現像ローラ４１に向かって引き戻される
ので、地肌汚れの発生を防止することができる。また、
現像ローラ４１に向かって引き戻されるトナー１０は、
現像ローラ４１の表面に十分に到達し、現像ギャップに
おいてクラウド化しないので、画像のシャープネスを損
なうこともない。なお、直流電圧（ＶDC）印加時におい
て、トナー１０は現像ローラ４１側から画像部に向かっ
て飛翔し続け、感光体ドラム１の表面に到達して現像に
寄与する。

【００２４】また、本実施例によれば、上記繰り返し周
波数ｆを、現像領域における感光体ドラム１の周速Ｖ
と、静電潜像のドットピッチｄとの比Ｖ／ｄ以上になる
ように設定することにより、現像ニップ幅が狭いような
場合でも、静電潜像の各微小ドットに対して確実に上記
パルス電圧（ＶPULS）を少なくとも１回印加できるよう
になり、現像された各微小ドットの大きさ及び画像濃度
を均一にでき、画像濃度ムラを防止することができる。

【００２５】また、本実施例によれば、上記現像バイア
ス電圧の１周期の繰り返し周波数ｆを、現像領域におけ
る感光体ドラム１の周速Ｖと、静電潜像のドットピッチ
ｄとの比Ｖ／ｄの整数倍に略等しくなるように設定する
ことにより、静電潜像の各微小ドットに印加される上記
パルス電圧（ＶPULS）の個数が同じになるので、さらに
各微小ドット間の大きさ及び画像濃度が均一になり、画
像濃度ムラを防止することができる。

【００２６】また、本実施例によれば、上記設定変更手
段により、上記書き込み密度及び上記プロセススピード
の設定の変更に応じて、上記現像バイアス電圧の１周期
の繰り返し周波数ｆの設定を、上記比Ｖ／ｄ以上になる
ように、又は上記比Ｖ／ｄの整数倍に略等しくなるよう
に変更しているので、該書き込み密度及び該プロセスス
ピードを変更した場合にも、各微小ドットの大きさ及び
画像濃度を均一にでき、画像濃度ムラを防止することが
できる。

【００２７】以下、本実施例の具体的な態様を具体例と
して記載する。 〔具体例１〕本例では、感光体ドラム１（６０mmφ）と
現像ローラ４１（２０mmφ）との間の現像ギャップを８
０μmに設定し、感光体ドラム１及び現像ローラ４１の
周速Ｖをともに１５０mm／secに設定した。帯電チャー
ジャ２により−９００Ｖに一様に帯電された感光体ドラ
ム１上の感光体には、露光装置（不図示）により書き込
み密度６００dpi（ドットピッチｄ＝４２．３μm）で、
図３に示すように、１画素おきに１ドットの均一な静電
潜像の書き込みを行ない、感光体の画像部の表面電位を
−１００Ｖまで光減衰させた。上記現像ローラ４１上に
は非磁性の一成分現像剤であるトナー１０の均一なトナ
ー層が形成され、現像バイアス電圧（ＶB）として、１
周期がピーク電圧−１２００Ｖ、パルス時間５０μsec
のパルス電圧（ＶPULS）及び直流電圧（ＶDC）−６００
Ｖから構成される電圧を繰り返し周波数２kＨzで現像ロ
ーラ４１に印加した。なお、上記トナー層の帯電量は−
１２μc／gであった。

【００２８】本例において、感光体ドラム１と上記トナ
ー層が形成された現像ローラ４１の回転を共に停止した
状態で、トナー１０が感光体ドラム１側に向かって飛翔
する方向の５００Ｖの電位差を現像ギャップに形成する
ような現像バイアス電圧を現像ローラ４１に１sec印加
し、感光体ドラム１面に付着したトナー１０のドラム回
転方向の幅を測定したところ約２mmであり、これによ
り、現像ニップ幅が約２mmであることがわかる。この現
像ニップ幅を上記静電潜像の１ドットが通過する時間は
約１３msecであるので、この通過時間に上記パルス電圧
が約２６回印加されることになる。

【００２９】また、感光体ドラム１上に予め現像により
トナー１０を付着させた後、現像ローラ４１上のトナー
１０を取り除いた状態で、トナー１０が感光体ドラム１
から現像ローラ４１に向かって飛翔する方向の３００Ｖ
の電位差を現像ギャップに形成するような現像バイアス
電圧を現像ローラ４１に１sec印加したところ、現像ロ
ーラ４１上に感光体ドラム１から飛翔したトナー１０の
付着は観察されなかった。さらに、現像ローラ４１上に
上記トナー層を形成し、対向する感光体ドラム１面に薄
く接着剤を塗布し、一旦感光体ドラム１に向かって飛翔
して到達したトナー１０が現像ローラに引き戻されない
ように構成した状態で、トナー１０が感光体ドラム１に
向かって飛翔する方向の３００Ｖの電位差を現像ギャッ
プに形成するような現像バイアス電圧を現像ローラ４１
に５０μsec印加し、トナー１０を現像ローラ４１側に
引き戻す方向の３００Ｖの電位差を現像ギャップに形成
するような現像バイアス電圧を現像ローラ４１に１sec
印加したところ、感光体ドラム１上にトナー付着は観察
されなかった。以上の結果により、上記パルス電圧の印
加時においてトナー１０が感光体上の非画像部に向かっ
て飛翔するが、非画像部に到達することなく、次の上記
直流電圧の印加時において現像ローラ４１側に引き戻さ
れていることがわかる。

【００３０】以上、本例によれば、図３に示す上記ドッ
トからなる静電潜像を上記現像条件で現像した結果、地
肌汚れがなく、各ドットの大きさ及び濃度のバラツキが
少ない良好な画像が得られた。

【００３１】〔具体例２〕本例では、現像ギャップを２
００μm、書き込み密度を８００dpi（ドットピッチｄ＝
３１．７５μm）に設定し、現像バイアス電圧（ＶB）と
して、１周期がピーク電圧−１２００Ｖ、パルス時間５
０μsecのパルス電圧（ＶPULS）及び直流電圧（ＶDC）
−６００Ｖから構成される電圧を繰り返し周波数５kＨz
で現像ローラ４１に印加した以外は、上記具体例１と同
様な構成にした。この繰り返し周波数５kＨzは、感光体
ドラム１の周速Ｖと静電潜像のドットピッチｄとの比
（Ｖ／ｄ＝４．７２×１０³）より大きい値である。な
お、上記条件での現像ニップ幅は非常に狭く１００μm
であった。

【００３２】以上、本例によれば、図３に示す上記ドッ
トからなる静電潜像を上記現像条件で現像した結果、地
肌汚れがなく、図４（ａ）に示すように各ドットの大き
さ及び濃度のバラツキが少ない良好な画像が得られた。

【００３３】なお、比較のために、現像バイアス電圧と
して、１周期がピーク電圧−１２００Ｖ、パルス時間５
０μsecのパルス電圧（ＶPULS）と、直流電圧（ＶDC）
−６００Ｖから構成される電圧を繰り返し周波数１．５
４kＨzで現像ローラ４１に印加した結果を図４（ｂ）に
示す。この繰り返し周波数１．５４kＨzは、感光体ドラ
ム１の周速Ｖと静電潜像のドットピッチｄとの比（Ｖ／
ｄ＝４．７２×１０³）より小さい値である。この場合
は、現像されたドットの大きさのバラツキが大きく濃度
ムラが目立った。

【００３４】〔具体例３〕本例では、現像バイアス電圧
（ＶB）として、１周期がピーク電圧−１２００Ｖ、パ
ルス時間５０μsecのパルス電圧（ＶPULS）及び直流電
圧（ＶDC）−６００Ｖから構成される電圧を繰り返し周
波数１４kＨzで現像ローラ４１に印加した以外は、上記
具体例２と同様な構成にした。この繰り返し周波数１４
kＨzは、感光体ドラム１の周速Ｖと静電潜像のドットピ
ッチｄとの比（Ｖ／ｄ＝４．７２×１０³）の約３倍の
値である。

【００３５】以上、本例によれば、図３に示す上記ドッ
トからなる静電潜像を上記現像条件で現像した結果、地
肌汚れがなく、さらに各ドットの大きさの均一な画像が
得られた。

【００３６】〔具体例４〕 本例では、上記具体例３において、書き込み密度、感光
体ドラム１の周速Ｖ、及び現像バイアス電圧の繰り返し
周波数ｆの組み合わせを、表１のように５種類に変更し
て、それぞれ図３に示す上記ドットからなる静電潜像を
現像した結果、地肌汚れがなく、図４（ａ）に示すよう
に各ドットの大きさ及び濃度のバラツキが少ない良好な
画像が得られた。本例における各現像バイアス電圧の繰
り返し周波数ｆは、いずれも感光体ドラム１の周速Ｖと
静電潜像のドットピッチｄとの比（Ｖ／ｄ）の３．０倍
の値である。

【００３７】なお、本実施例においては、負極性帯電の
非磁性トナー１０を用いたネガ−ポジ現像方式を採用し
た複写機の例を示しているが、本発明は、正極性帯電の
トナーを用いた場合、磁性トナーを用いた場合、ポジ−
ポジ現像方式を採用した場合等に対しても適用でき、同
様な効果が得られるものである。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の画像形成装置によれば、上記
像担持体に向かって飛翔していた現像剤は、上記第１の
期間において上記非画像部に達することなく、該第１の
期間に続く上記第２の期間において印加される上記第２
の電圧によって上記間隙に形成された電界により、該現
像剤担持体に戻るように飛翔し始めるので、地肌汚れの
発生を防止できるという効果がある。また、該第２の期
間において、該現像剤担持体に引き戻される該現像剤
は、該現像剤担持体の表面に十分に到達し、該現像剤が
該間隙でクラウド化しないので、画像のシャープネスが
損なわれず、地肌汚れの発生も防止できるという効果も
ある。更に、上記現像バイアス電圧の１周期の繰り返し
周波数ｆを、上記現像剤担持体との対向位置における上
記像担持体の表面の移動速度Ｖと、該像担持体の表面の
移動方向における潜像のドットピッチｄとの比Ｖ／ｄの
３．０倍に設定することにより、該潜像の１ドット潜像
に対して上記第１の電圧が必ず３回ずつ印加され、各第
１の電圧によって上記強電界が上記間隙に形成されるの
で、各ドット潜像が十分に、かつ均一に現像されるの
で、さらに各ドットの大きさ及び濃度を均一にでき、画
像濃度ムラを防止できるという効果もある。

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】請求項２の画像形成装置によれば、プロセ
ススピード及び画像の書き込み密度の変更に応じて、上
記現像バイアス電圧の１周期の繰り返し周波数の設定を
変更しているので、プロセススピード及び画像の書き込
み密度を変更した場合でも、各微小画素が十分に現像さ
れるようになり、各ドットの大きさ及び濃度を均一にで
き、画像濃度ムラを防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る複写機の概略構成を示す正面図。

【図２】実施例に係る現像バイアス電圧の波形の説明
図。

【図３】本実施例に用いた画像のドット分布の説明図。

【図４】（ａ）は本実施例に係る静電潜像電位、現像バ
イアス電圧の波形、及び現像後のドット形状の対応を示
す説明図、（ｂ）は従来例に係る静電潜像電位、現像バ
イアス電圧の波形、及び現像後のドット形状の対応を示
す説明図。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム １０ トナー ４１ 現像ローラ ４２ 現像バイアス電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−346370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−202568（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−2853（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−4153（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−83564（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−67181（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/06 - 15/095

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体上に形成した多数の微小画素から
   なる潜像を、該像担持体に間隙をおいて対向させた現像
   剤担持体から供給された現像剤によって現像する画像形
   成装置において、 １周期が第１の期間と第２の期間からなる周期的に変化
   する現像バイアス電圧を該現像剤担持体に印加する現像
   バイアス電圧印加手段を設け、 該第１の期間において、該像担持体の画像部及び非画像
   部に向けて該現像剤を飛翔させる電界が該間隙に発生す
   るような第１の電圧を該現像剤担持体に印加し、 該第２の期間において、該現像剤を該画像部に向けて飛
   翔させ、該第１の期間に該非画像部に向かっていた該現
   像剤を該現像剤担持体側に引き戻す電界が該間隙に発生
   するような第２の電圧を該現像剤担持体に印加し、 該第１の期間を、該現像剤が該非画像部に到達しないよ
   うに設定し、 該第２の期間を、該現像剤が該現像剤担持体に十分に到
   達するように設定し、 該現像バイアス電圧の１周期の繰り返し周波数を、該現
   像剤担持体との対向位置における該像担持体の表面の移
   動速度Ｖと該像担持体の表面の移動方向における潜像の
   ドットピッチｄとの比Ｖ／ｄの３．０倍になるように設
   定し たことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】プロセススピード及び画像の書き込み密度
   の変更に応じて、上記現像バイアス電圧の１周期の繰り
   返し周波数の設定を変更する設定変更手段を設けたこと
   を特徴とする請求項１の画像形成装置。