JP3542458B2 - 画像形成装置とそれに使用されるプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上に形成した静電潜像を現像装置により現像して可視化する電子写真方式等を利用した画像形成装置とそれに用いられるプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式を利用した画像形成装置においては、像担持体（感光ドラム）上に形成した静電潜像を現像装置により現像してトナー像として可視化することを行なっている。この現像装置として一成分、二成分の現像剤を用いた様々な現像方式があるが、一成分現像剤を用いる現像法の１つとして、現像装置の現像剤担持体（現像スリーブ）を像担持体と非接触に保持しながら、像担持体上の潜像の現像を行うジャンピング現像法が知られている。
【０００３】
このジャンピング現像法は、現像スリーブ上に一成分現像剤を層形成し、直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスを現像剤を層形成した現像スリーブに印加することにより、現像領域において現像剤（トナー）が感光ドラム上の静電潜像に飛翔、付着して、潜像がトナー像として可視化されるものである。
【０００４】
直流電圧に重畳する上記の交流電圧としては、図１１に示すサイン波、図１２に示す三角波、図１０に示す矩形波、更には図１３に示すデューティーバイアス等が用いられる。デューティーバイアスは、波形の最大電圧の１／２値と積分平均値Ｖｄｃとが異なり、図１３の、トナーを現像スリーブから感光ドラムに向う方向に付勢する電界を形成する第１ピーク値であるＶｍａｘが印加される時間と、トナーを感光ドラムから現像スリーブに向かう方向に付勢する電界を形成する第２ピーク値であるＶｍｉｎが印加される時間とから構成されているバイアスである。
【０００５】
また、近年のコンピュータグラフイクス技術の発達に伴い、より高画質の電子写真方式の画橡形成装置が望まれている。従って、より高画質なものにするために高解像・高精細の現像方式が要求されている。
【０００６】
ところで、一成分磁性現像方式では、現像時にトナーが鎖状（一般には「穂」と呼ばれている）となって現像される為、トナーによる顕画像化に際し、トナーが画像部から穂の状態のままはみ出す尾引き現象や、画橡周辺部へのトナーの飛び散り現象を生じ、解像度低下の一因となる。そこで画像再現性をより向上させる方法として、磁性トナーの穂立ちをより短くすることが必要となる。
【０００７】
現像装置としては、現像スリーブ上へのトナーの塗布を薄くする薄層形成方法の開発が行われており、弾性体からなるブレードを現像スリーブに当接させ、スリーブ上のトナーにトリボを与えながらコート量を規制する弾性ブレード法等が実用化されている。
【０００８】
また、トナーに関しては、磁性トナーの磁化の強さが大きいと、磁性トナー粒子間には磁界方向に沿った強い引力と、磁界に垂直な方向に強い反発力が生じる。スリーブ上に層形成される磁性トナー粒子は、この磁気力と帯電電荷によるクーロン力によって穂を形成する。このとき、トナーが微粒子になるほど穂はより短く、密になる。
【０００９】
さらに、トナーの粒径が小さくなると帯電量の高い微粉が増加し、高画質化に適するため、トナーの微粒径化が進んでいる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現像スリーブ上へのトナー塗布を薄くすると、トナーの摩擦帯電が過剰となりすぎる場合があり、現像性が悪化するという問題があった。
【００１１】
この場合は、▲１▼ライン画像の飛び散りやシャープネスの悪化、▲２▼ベタ画像の画像濃度低下、▲３▼カブリの増加（特に地カブリが増加する傾向がある）、等の生じた低品位な画像になってしまう。これは、トナーのトリボがあるレベル以上大きくなるとスリーブとの鏡映力が大きくなるためにトナーが感光ドラムに飛びにくくなることと、スリーブ上のトナーのトリボ分布がブロードになることによる。
【００１２】
これらの問題を解決するために、現像バイアスとしては、交流成分の振幅を増大する方法や直流成分を変化させる方法が従来知られている。しかし、現像バイアスの交流成分の振幅を増大させたり、直流成分を変化させると、▲３▼′カブリがさらに悪化する、▲４▼現像スリ−ブと感光ドラムとの間（ＳＤ間という）でリーク等が起こる可能性がある。従って、従来は、▲１▼〜▲４▼の要求全てを満たすことは困難であった。特に、高画質化のためにトナーの粒径を小さくして帯電量を高くした画像形成装置の場合、▲１▼〜▲４▼の要求を満たすことは困難であった。
【００１３】
本願発明の画像形成装置とそれに使用されるプロセスカートリッジは、ライン画像の飛び散り防止やシャープネス再現性に優れ、ベタ画像の画像濃度が十分高く、カブリの十分少ない高解像、高精細な画像形成装置を提供することを目的とするとともに、高品位な画像をしかも低コストで得られるプロセスカートリッジを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本出願にかかる第１の発明によれば、上記目的は、像担持体と、像担持体に対向して所定間隔を保って配置される現像剤担持体を有する現像装置と、直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスを前記現像剤担持体に印加する現像バイアス印加手段とを有し、現像剤担持体に現像バイアスを印加することにより像担持体上の静電潜像を現像する画像形成装置であって、像担持体と現像剤担持体との間隔をＧ（μｍ）とし、現像バイアス印加手段から印加されて現像剤担持体から像担持体に向かう方向に付勢する促進側での促進側最大電圧をＶｍａｘとした場合、促進側最大電界がＶｍａｘ／Ｇ（Ｖ／μｍ）で表わされ、直流成分を基準にして交流バイアスの促進側の波形の実効電圧をＶｆｍとし、直流成分を基準にして交流バイアスの促進側最大電圧をＶｐｆとしたとき、現像剤担持体に現像バイアスを印加する際に、促進側最大電界Ｖｍａｘ／Ｇを４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇ＜５．０の範囲を満たす値とするとともに、交流バイアス促進側の波形の実効電圧Ｖｆｍと交流バイアスの促進側最大電圧Ｖｐｆとを、０．７５×Ｖｐｆ≦Ｖｆｍ≦０．９０×Ｖｐｆの範囲を満たす値とするようにすることにより達成される。
【００１５】
また、本出願にかかる第２の発明のよれば、上記目的は、交流バイアスの促進側電圧の印加が始まってから促進側最大電圧Ｖｐｆに達するまでの時間をｔｐｆ、交流バイアスの１周期をＴとしたとき、ｔｐｆをｔｐｆ≦Ｔ／４を満たす値にすることにより達成される。
【００１６】
また、本出願の第３の発明によれば、上記目的は、促進側で印加される電圧のピーク電圧をＶｐｆとし、直流成分を基準にして像担持体から現像剤担持体に向かう方向に付勢する戻し側で印加される電圧のピーク電圧をＶｐｂとしたときに、促進側のピーク電圧Ｖｐｆと戻し側のピーク電圧Ｖｐｂとを、｜Ｖｐｆ｜＞｜Ｖｐｂ｜の関係で表わせるようにすることにより達成される。
【００１７】
また、本出願の第４の発明によれば、上記目的は、画像形成装置内に設けられた現像装置内に封入されて静電潜像の現像に使用される現像剤の重量平均粒径を３．５〜７．０μｍの一成分磁性トナーとすることにより達成される。
【００１８】
また、本出願の第５の発明によれば、上記目的は、上記第１〜３の発明の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジとして、画像形成装置内に収容可能な形状に一体型カートリッジを形成し、カートリッジ内には、少なくとも画像形成装置内に設けられている現像装置に替えて、前記現像装置と同様に現像剤担持体を有する現像装置を設けるとともに、プロセスカートリッジを画像形成装置内に収容した状態でカートリッジ内の現像剤担持体と、任意位置に設けられた現像バイアス印加手段とを入力可能に接続して、第１から３の発明の条件の現像バイアスをカートリッジ内の現像剤担持体に印加できるようにすることによって達成される。さらに、カートリッジ内に設けられる現像装置には、静電潜像の現像に使用される現像剤の重量平均粒径が３．５〜７．０μｍの一成分磁性トナーを用いることにより達成される。
【００１９】
つまり、本出願の第１の発明においては、像担持体と現像剤担持体との間隔Ｇ（μｍ）と、現像剤担持体から像担持体に向かう方向に付勢する促進側最大電圧Ｖｍａｘとで表わされる、促進側最大電界Ｖｍａｘ／Ｇ（Ｖ／μｍ）が、４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇ＜５．０となるように、像担持体と現像剤担持体との間隔、および、促進側最大電圧を調節するとともに、交流バイアス促進側の波形の実効電圧Ｖｆｍと、交流バイアスの促進側最大電圧Ｖｐｆとの関係が、０．７５×Ｖｆｐ≦Ｖｆｍ≦０．９０×Ｖｐｆとなるように交流バイアスを調整して、現像剤担持体に印加される現像バイアスを最適なものにすることにより、ライン画像の飛び散りを防止し、シャープネス、ベタ画像の画像濃度に優れた高解像、高精細な画像形成が、カブリの増加なく行われる。
【００２０】
また、本出願の第２の発明によれば、交流バイアスの促進側電圧の印加が始まってから促進側最大電圧Ｖｐｆに達するまでの時間をｔｐｆ、交流バイアスの１周期をＴとしたとき、ｔｐｆ≦Ｔ／４の関係になるように交流バイアスを調整すれば、促進側の電圧のピークが交流バイアスの周期で促進側の前半にくることになり、より効果的に高解像、高精細な画像形成が行われる。
【００２１】
また、本出願の第３の発明によれば、促進側のピーク電圧Ｖｐｆと戻し側のピーク電圧Ｖｐｂとの関係が｜Ｖｐｆ｜＞｜Ｖｐｂ｜となるように交流バイアスを調整することにより、ライン画像の飛び散りを防止し、シャープネス、ベタ画像の画像濃度に優れた高解像、高精細な画像形成を、カブリの増加なく行うとともに、反転カブリが減少する。
【００２２】
また、本出願の第４の発明によれば、現像剤の重量平均粒径が３．５〜７．０μｍである一成分磁性トナーを現像装置に用いることにより、より効果的に高解像、高精細な画像形成が行われる。
【００２３】
また、本出願の第５の発明によれば、画像形成装置に収容可能にプロセスカートリッジを形成し、前記カートリッジ内に、少なくとも画像形成装置内に設けられている現像装置に替えて、前記現像装置と同様に現像剤担持体を有する現像装置を設けるとともに、プロセスカートリッジを画像形成装置内に収容した状態でカートリッジ内の現像剤担持体と、任意位置の現像バイアス印加手段とを入力可能に接続することによって、４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇ＜５．０となるように像担持体と現像剤担持体との間隔および促進側最大電圧を調節するとともに、０．７５×Ｖｆｐ≦Ｖｆｍ≦０．９０×Ｖｐｆとなるように交流バイアスを調整したり、ｔｐｆ≦Ｔ／４の関係になるようにｔｐｆを調整したり、｜Ｖｐｆ｜＞｜Ｖｐｂ｜となるように調整した現像バイアスを、カートリッジ内の現像剤担持体に印加することができる。このことにより、シャープネス、ベタ画像の画像濃度に優れた高解像、高精細な画像形成を、カブリの増加なく行うことができるようになるとともに、一体型カートリッジの利点である画橡安定性・イージーメンテナンス性を有する画像形成装置が構成される。さらに、カートリッジ内に設けられる現像装置に、静電潜像の現像に使用される現像剤の重量平均粒径が３．５〜７．０μｍの一成分磁性トナーを用いることにより、より効果的に高解像、高精細な画像形成が行われる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を図１〜図６を用いて説明する。
【００２６】
図６は、本発明を適用する電子写真プロセスを用いた画像形成装置であるレーザービームプリンタ（以下、ＬＢＰとする）の一例の槻略構成図である。表面に静電潜像を形成する像担持体として設けられた電子写真感光体１（以下、感光ドラム）は、例えばＯＰＣ感光体が用いられている。感光ドラム１の回転スピード（以下、プロセススピード）は１００ｍｍ／ｓｅｃとする。
【００２７】
ＬＢＰの画像形成プロセスは、感光ドラム１上にローラー帯電器２によって一様帯電を行う。次にレーザースキャナー１０１によって画像信号に応じて露光し、レーザースキャナー１０１は、半導体レーザーの点滅をポリゴンスキャナーで走査し、光学系により感光ドラム１上に結像させる。これにより感光ドラム１の表面に静電潜像がつくられる。感光ドラム１に形成された静電潜像は、現像装置６で現像される。現像は、ジャンピング現像等の現像法が用いられ、記録するところを、レーザーを点灯し、電荷の少ない方に現像剤（トナー）を付着させる反転現像が用いられる。
【００２８】
現像された画像は、例えば紙などを用いた転写材１０４に転写される。転写材は、カセット１０３に収められており、給紙ローラー１０５によって１枚ずつ給送されるようになっており、ホストからＬＢＰにプリント信号が送られると、給紙ローラー１０５により給紙が行われ、転写ローラー１０７で転写材上にトナー像が転写される。転写ローラー１０７は、導電性の弾性体で、感光ドラム１と転写ローラー１０７で形成されるニツプ部で、バイアス電界によって静電的に転写が行われるようになっている。画像が転写された転写材１０４は、定着器１０９で定着される。一方、転写残りのトナーはクリーナーでブレード５によってクリーニングされる。
【００２９】
図５に、現像装置６付近の要部拡大図を示す。感光ドラム１は一次帯電器により帯電電位Ｖｄ＝一６００Ｖに均一帯電される。次いで、画像信号に従いレーザーで露光されて、露光部の電位が画像部電位Ｖｌ＝−１００Ｖになり、感光ドラム１上に、露光部にトナーが付着する画像部とした静電潜像が形成される。この感光ドラム１に形成された静電潜像は、現像装置６によって現像される。
【００３０】
現像装置６内に封入された現像剤であるトナー７は、例えば負帯電性磁性一成分トナーが用いられている。トナー７の結着樹脂としては、例えば、スチレンｎ−ブチルアクリレート共重合体１００重量部に、磁性体粒子１００重量部、モノアゾ系鉄錯体の負荷電制御剤２部、ワックスとして低分子量ポリプロピレン３部を１４０℃に加熱された２軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、粗粉砕物をジェットミルで微粉砕し、得られた微粉砕物を風力分級して、重量平均径５．０μｍの分級粉を得た。平均粒径５．０μｍの分級品に疎水性シリカ微粉体１．０重量部をヘンシェルミキサーで混合して得られたものである。本発明の各実施形態で用いられるトナーは、重量平均拉径３．５〜７．０μｍの範囲のものを用いることにより高画質化を図ることができ、各実施形態においては微粒径で帯電量が高い場合でも効果的に高解像、高精細な画像形成を行うことができる。
【００３１】
現像装置６内のトナー７は、撹拌１０で現像スリ−ブ３付近に送られた後、マグネットロール４の形成する磁界作用で現像スリーブ３に供給されて、スリーブの回転とともに搬送される。その後、現像ブレード８との当接部でトリボ付与と層厚規制を安けて現像領域へ搬送される。なお、スリーブ上のトナー量はＭ／Ｓ（Ｍ／Ｓ：スリーブ表面１ｃｍ^２あたりのトナーコート重量（ｍｇ））で表わされ、本実施形態においてはＭ／Ｓが０．４〜２．０望ましくは０．６〜１．５０の値となるように現像ブレード８と現像スリーブ３との当接力や当接幅が調整されている。また、トナー７には、単位体積当たりの帯電電荷量Ｑ／Ｍ＝−１０〜−３０μＣ／ｇが付与されている。
【００３２】
トナー７を運ぶ現像スリーブ３は、例えば、φ１６．０の非磁性のアルミスリーブで、表面を導電性粒子を含有する樹脂層でコートした表面粗さＲａ＝１．０μｍのスリーブが用いられており、この現像スリーブ３を対ドラムの１００〜１４０％の周速で回転させるようになっている。現像スリーブ３内にはマグネットロール４が固定配置されており、マグネットロール４の一つの磁極を感光ドラム１と対向して配置するようにして、その極のスリーブ表面上での径方向磁束密度のピーク値が７５０〜９５０Ｇになるようにして、現像領域でトナーの穂を形成するとともにカブリトナーを現像スリーブ３方向に引き戻すことができるようになっている。
【００３３】
上記の感光ドラム１と現像スリーブ３とは現像部において、１００〜５００μｍの間隙を開けて非接触に配置されている。この現像部の現像スリーブ３と感光ドラム１の間（ＳＤ間またはＳＤという）の間隙に、現像バイアス印加手段に設けられたバイアス電源１１から、周波数ｆ：８００〜３５００Ｈｚ、振幅Ｖｐｐ：５００〜３０００Ｖ、直流電圧Ｖｄｃ：−１５０〜−５５０Ｖからなる直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスを印加し、ＳＤ間に現像電界が生じている。
【００３４】
本実施例では図１に示す波形の現像バイアスを印加した。すなわち、現像Ｖｄｃ＝−４５０（Ｖ）、ＳＤ＝３００μｍで、Ｖｐｐ＝１８００Ｖ、ｆ＝２．４ｋＨｚであり、Ｖｍａｘ＝−１３５０Ｖの現像バイアスを印加した。このとき、現像スリーブ３から感光ドラム１に向かう方向に付勢する促進側最大電界は、Ｅｆｍａｘ＝Ｖｍａｘ／Ｇ＝４．５（Ｖ／μｍ）で、交流バイアス促進側の波形の実効電圧はＶｆｍ＝０．８５×Ｖｐｆとした。
【００３５】
ここで、波形の説明に用いられている語を次のように定義する。
【００３６】
促進側ｆ：現像スリーブから感光ドラムに向かう方向
戻し側ｂ：感光ドラムから現像スリーブに向かう方向
Ｖｐｆ：交流バイアスの促進側のピーク電圧
Ｖｐｂ：交流バイアスの戻し側のピーク電圧
Ｖｐｐ：交流バイアスの促進側と戻し側の和で、Ｖｐｐ＝Ｖｐｆ＋Ｖｐｂ
Ｖｆｍ：交流バイアス促進側の波形の実効電圧
Ｖｄｃ：直流電圧
Ｖｍａｘ：促進側最大電圧で、Ｖｍａｘ＝Ｖｐｆ＋Ｖｄｃ
Ｇ：現像スリーブと感光ドラムとの間隔で、Ｇ（μｍ）
Ｅｍａｘ：促進側最大電界で、Ｅｆｍａｘ＝Ｖｍａｘ／Ｇ（Ｖ／μｍ）。
【００３７】
以下に、本実施形態の詳細な説明を行う。
【００３８】
本実施例では、バイアス電源１１として、波形発生器と増幅器を組み合わせて使用し、増幅器と現像スリーブとの間に接続したオシロスコープにより、現像バイアスの波形をモニターしながら実験を行った。実験条件としては、Ｖｄ＝−６００（Ｖ），Ｖｌ＝−１００（Ｖ）、現像Ｖｄｃ＝−４５０（Ｖ）、ＳＤ＝３００μｍ、トナーは重量平均粒径６．０μｍのものを用い、トナーコート層のＭ／Ｓ＝１．１０ｍｇ／ｃｍ^２、Ｑ／Ｍ＝−１５μＣ／ｇとし、特にカブリ、画像が悪化する低温低湿環境下で実験を行った。
【００３９】
上記の条件で、交流バイアスの波形、交流バイアスＶｐ−ｐと周波数ｆによる画像の関係を調べるため、Ｖｐｐとｆとを、次のように変えて画像評価を行った。
【００４０】
ｆ：１．５〜３．５ｋＨｚ ・・ ０．２ｋＨｚステップ
Ｖｐｐ：１０００〜２０００Ｖ ・・ １００Ｖステップ
また、上記の実験結果の画像評価に関して以下に説明する。
【００４１】
▲１▼ライン画像のシャープ性：耐久評価サンプルの文字画像、ドット画像を約３０倍に拡大し、次の基準で評価を行った
◎優：ラインが非常にシャープで飛び散りがほとんど無い
○良：わずかに飛び散っている程度でラインは比較的シャープ
△可：飛び散りがやや多くラインがばんやりとした感じになる
×悪い：△のレベルに満たない
▲２▼カブリ：ドラム上、紙上のカブリを測定した
◎優：ドラム上３％、紙上１％以下
○良：ドラム上５％、紙上２％以下
△可：ドラム上７％、紙上３％以下
×悪い：それ以上
▲３▼ベタ黒濃度：濃度はマクベス反射濃度計（マクベス社製）を用いて測定した
◎優：１．４５以上
○良：１．４０以上
△可：１．３５以上
×悪い：１．３５未満
【００４２】
以上の様に評価を行い、それぞれ、○良、以上をＯＫとした。その結果である、ｆ，Ｖｐ−ｐと画像特性▲１▼〜▲３▼のＯＫ領域の関係を図２〜図４に示す。なお、図２〜図４の、矢印は、▲１▼がライン画像のＯＫ領域を，▲２▼がカブリのＯＫ領域を，▲３▼がベタ画像のＯＫ領域をそれぞれ示している。また、図２〜図４の斜線の領域は、実験の結果▲１▼〜▲３▼全ての画像特性を満足する（良好な画像形成を行うことができる）ｆ，Ｖｐｐの領域を示している。
【００４３】
図３は、比較例１で、交流バイアスとして図１０に示す矩形波を用いた。図３に示すように、画像特性▲１▼〜▲３▼全てを満足するｆ，Ｖｐｐの範囲（斜線の領域）は、その領域が小さいことがわかる。
【００４４】
図４は、比較例２で、交流バイアスとして図１１に示すサイン波を用いた。図４に示すように、画像特性▲１▼〜▲３▼全てを満足するｆ，Ｖｐｐの範囲（斜線の領域）は、その領域が比較例１よりもさらに小さいことがわかる。
【００４５】
上記比較例１と比較例２とから、次のことがわかる。
【００４６】
ライン画像の再現を良くするためには、比較例１、２ともに、Ｖｐｐをある値以上に大きくする必要があること。また、波形に対する依存より、Ｖｐｐに対する依存が大きいこと。カブリと濃度は波形と関係があり、比較例１と２を比べると、比較例１の矩形波ではカブリが悪化すること、また、比較例２のサイン波では濃度が不十分になることがわかった。なお、ここでのカブリは地カブリ（正規極性に帯電したトナーがドラム上の非画像部に到達してカブリとして残るもの）が主である。
【００４７】
そこで、本願発明者は、画質向上のためにＶｐｐはあるレベル以上に大きく保ちながら、カブリ、濃度を満足する波形を考え、図１のように、交流バイアスの促進側波形の実効電圧を変えた波形を用いて実験を行った（本実施形態）。
【００４８】
図２に、促進側波形の実効電圧Ｖｆｍを０．８５×Ｖｐｆ（Ｖｐｆは促進側最大電圧）にしたときの画像特性の結果を示す。図２からわかるように、本実施形態では、比較例１、２に比べてカブリと濃度の両立（画像特性▲１▼〜▲３▼全てを満足）するＶｐｐとｆの領域が拡大している。さらに促進側波形の実効電圧を変えて画像特性を調べたところ、ＶｆｍがＶｐｆの０．９０〜０．７５倍、望ましくは、０．９０〜０．８０倍の範囲ならば、カブリと濃度の両立するＶｐｐとｆの領域拡大の効果が確認できた。なお、ＶｆｍをＶｐｆの０．９０倍より大きくするとカブリが悪化し、逆に０．７５倍より小さくすると画像濃度が悪化する。
【００４９】
さらに、ＳＤ間距離Ｇを２００または４００μｍに変えて実験を行った結果、これまでＶｐｐで表している値については、現像促進側の電界強度Ｖｍａｘ／Ｇとの相関で表せることがわかった。その結果をまとめて表すと次のようになる。
【００５０】
すなわち、促進側最大電界Ｖｍａｘ／Ｇ（Ｖ／μｍ）が、４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇ＜５．０（Ｖｍａｘ／Ｇ≧５．０になるとＳＤ間でリークが生じる危険性がある）で、交流バイアス促進側の波形の実効電圧Ｖｆｍと、促進側最大電圧Ｖｐｆとを、０．７５×Ｖｐｆ≦Ｖｆｍ≦０．９０×Ｖｐｆとすることによって、画質向上の効果が得られるものである。
【００５１】
ところで、現像スリーブ上のトナーの電荷量は、一様でなく分布を持っており、トナーが受ける電界からの力及び現像スリーブから受ける鏡映力は、個々のトナーの電荷量によって異なるが、電荷量の大きいトナーは鏡映力が大きいために、電界から受ける力が強いときでなければスリーブ表面から離れて往復運動することはできない。
【００５２】
そこで、促進側最大電界Ｖｍａｘ／Ｇ（Ｖ／μｍ）を４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇにすることで、電荷量の大きいトナーでも鏡映力に打ち勝ってトナーをスリーブ表面から離すことができる。さらに、０．７５×Ｖｐｆ≦Ｖｆｍ≦０．９０×Ｖｐｆであるような波形で促進側波形の実効電圧を小さくすることで、トナーの飛翔速度を適正にして画像とカブリのラチチュードを拡大できる。
【００５３】
これは、帯電量の大きいトナーでもスリーブ表面から離れることができれば、鏡映力は距離の２乗に反比例して減少するので、促進側電界が小さくなってもＳＤ間を往復運動できることによると考えられる。すなわち、Ｖｆの区間内に短い時間でも促進側最大電界Ｖｍａｘ／Ｇ（Ｖ／μｍ）が、４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇ＜５．０になるようなＶｐｆがあれば良い。逆に、Ｖｐｆが続く矩形波では、ドラム上に到達するカブリトナーが増加し、地カブリが悪化する。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態の現像装置では、現像時に現像剤担持体に印加される直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスとして、促進側最大電界Ｖｍａｘ／Ｇ（Ｖ／μｍ）が、４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇ＜５．０であり、交流バイアス促進側の波形の実効電圧Ｖｆｍと、交流バイアスの促進側最大電圧Ｖｐｆとを、０．７５×Ｖｐｆ≦Ｖｆｍ≦０．９０×Ｖｐｆとすることによって、ライン画像の飛び散り防止、シャープネス、ベタ画像の画像濃度に優れた高解像、高精細な画像形成を、カブリの増加なく行うことができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を図７により説明する。
【００５６】
本実施形態は、促進側最大電圧が交流バイアスのＴ／４周期以内の時間にピークに達するように、促進側最大電圧のピークの位置を規定したことに特徴がある。
【００５７】
図７に、本実施形態に用いられる現像バイアス波形を示す。ここで、交流バイアス促進側電圧の印加が始まってから最大電圧Ｖｐｆに達するまでの時間をｔｐｆとし、印加する交流バイアスの１周期をＴとする。
【００５８】
実施例１と同じ条件で促進側波形の実効電圧を０．８５×Ｖｐｆに固定して、交流バイアス促進側電圧が最大電圧に達するまでの時間ｔｐｆを種々変更して画像特性を調べた。このとき、ｔｐｆが、ｔｐｆ≦Ｔ／４（Ｔ／２（促進側の周期）の前半にピークに達する）の範囲ならば、カブリと濃度の両立するＶｐｐとｆの領域拡大の効果が確認できた。これは、本願発明で使用されているような高トリボのトナーは、強電界でないとスリーブ表面から離すことができないが、促進側最大電界Ｖｍａｘ／Ｇが促進側の周期の前半にある波形（促進側の周期の前半に印加電圧のピークに達する場合）では、帯電量の大きいトナーをスリーブ表面から離した後、逆電界になるまでの時間が十分に確保されるため、必要量のトナーが感光ドラム側に付着できるためであると考えられる。
【００５９】
逆に、ｔｐｆが、ｔｐｆ≧Ｔ／４（ピークがＴ／２の後半にある波形）の場合、ピークに達した後に短い時間で戻し側の電界に切り替わってしまい、現像性が悪化し、画質の悪化と濃度薄が生じてしまうことがわかった。これについては、促進側最大電界Ｖｍａｘ／Ｇが後半にある波形（促進側の周期の後半に印加電圧のピークに達する場合）では、帯電量の大きいトナーはスリーブ表面から離れてすぐに逆電界によりスリーブ方向に戻ることになり、十分にトナーが感光ドラム側に付着できないことになるからと考えられる。
【００６０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を図８により説明する。
【００６１】
本実施形態は、促進側のピーク電圧Ｖｐｆの絶対値が戻し側のピーク電圧Ｖｐｂの絶対値よりも大きくなるように、促進側と戻し側のピーク電圧の関係を規定したことに特徴がある。
【００６２】
図８に、本実施形態に用いられる現像バイアス波形を示す。図８にに示すように、交流バイアスの促進側最大電圧Ｖｐｆと戻し側最大電圧Ｖｐｂを｜Ｖｐｆ｜＞｜Ｖｐｂ｜となる波形にした。これにより、ライン画像、ベタ画像の再現性、地カブリの特性は実施例１，２と比べて変わらずに、反転カブリも減少させることができる。これは、戻し側の実効電圧は実施例１，２の波形と変わらないので、ＳＤ間を往復しているトナーに対して戻しの効果は得られる。一方、スリーブ上に正規の極性とは逆の極性に帯電した反転トナーがある場合、最大電圧Ｖｐｂが小さくなるので反転トナーが非画像部に到達するのを減少する効果が得られるためである。
【００６３】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を図９により説明する。
【００６４】
本実施形態は、上記第１の実施形態で説明した現像装置を、感光体ドラム、クリーナ、帯電装置等と一緒に交換可能な一体型カートリッジ内に設け、画像形成装置内に収納可能とするとともに、上記各実施形態で示した条件の現像バイアスを印加できるようにしたことを特徴としている。
【００６５】
図９に、画像形成装置内に収容される一体型カートリッジを用いたプロセスカートリッジの一例を示した。なお、第１の実施形態で述べた画像形成装置と同構成の部材には同符号を付けた。
【００６６】
画像形成装置内に収容可能に形成された一体型カートリッジとして、外装１００が形成されている。外装１００内には、現像装置６と感光ドラム１とクリーニング装置５と帯電装置２との各装置を適宜位置に配置させて一体型カートリッジとしている。なお、現像装置６と感光ドラム１とクリーニング装置５と帯電装置２との各装置は、画像形成装置内に設ける替りにカートリッジ内に設けられている。
【００６７】
この一体型カートリッジの場合は、トナー７を使い切った時に、他の装置もほぼ同時に寿命を迎えるよう設計されており、画像形成装置から外装１００を取り外して、新しいカートリッジと交換することにより、画像形成が可能となるようになっている。従って、ユーザはカートリッジ内のトナーがある間は常に安定した画像を得る事ができ、しかも一体型であるために、その交換も容易に行う事が出来るという利点がある。
【００６８】
そして、カートリッジ内の現像装置に印加される現像バイアスを、例えば画像形成装置内に配置された現像バイアス印加手段のバイアス電源１１から印加するようにして、上記各実施形態で示した、４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇ＜５．０となるように像担持体と現像剤担持体との間隔および促進側最大電圧を調節するとともに、０．７５×Ｖｆｐ≦Ｖｆｍ≦０．９０×Ｖｐｆとなるように交流バイアスを調整したり、ｔｐｆ≦Ｔ／４の関係になるようにｔｐｆを調整したり、｜Ｖｐｆ｜＞｜Ｖｐｂ｜となるように調整した現像バイアスを、カートリッジ内の現像剤担持体に印加することにより、一体型カートリッジ本来の利点に加えて、高精細な画像形成を安定して行えるという利点がある。ところで、カートリッジ内の現像装置には、現像剤として重量平均粒径が３．５〜７．０μｍの一成分磁性トナーを用いるようにして、より効果的に高解像、高精細な画像形成ができるようにしてもよい。また、現像バイアス印加手段を、プロセスカートリッジ内に配置して、上記各実施形態で示した現像バイアスを印加できるようにしてもかまわない。
【００６９】
なお、カートリッジ内には、現像装置のみを設けるようにして、感光体ドラム、クリーナ、帯電装置等は画像形成装置内に固定して設けるようにしてもかまわない。また、現像装置を設けたカートリッジと、感光ドラムやクリーニング装置，帯電装置を設けたカートリッジを別体に設けて、それぞれを現像装置内に収容できるようにしてもよい。
【００７０】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想内で種々の変形が可能である。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願にかかる第１の発明によれば、像担持体と現像剤担持体との間隔をＧ（μｍ）、現像剤担持体から像担持体に向かう方向に付勢する促進側最大電圧をＶｍａｘとした場合、最大電界Ｖｍａｘ／Ｇ（Ｖ／μｍ）が、４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇ＜５．０となるとともに、交流バイアス促進側の波形の実効電圧Ｖｆｍと、交流バイアスの促進側最大電圧Ｖｐｆとが、０．７５×Ｖｐｆ≦Ｖｆｍ≦０．９０×Ｖｐｆとなるように、現像バイアスを印加することにより、ライン画像の飛び散りを防止し、シャープネス、ベタ画像の画像濃度に優れた高解像・高精細な画像形成を、カブリの増加なく行うことができる。
【００７２】
また、本出願にかかる第２の発明によれば、交流バイアスの促進側電圧の印加が始まってからＶｐｆに達するまでの時間をｔｐｆ、交流バイアスの１周期をＴとしたとき、ｔｐｆがｔｐｆ≦Ｔ／４の範囲になるように促進側電圧の印加を調整することにより、より効果的に高解像、高精細な画像形成を行える。
【００７３】
また、本出願にかかる第３の発明によれば、促進側のピーク電圧Ｖｐｆと戻し側のピーク電圧Ｖｐｂを｜Ｖｐｆ｜＞｜Ｖｐｂ｜となるように調整することにより、第１と２の発明の効果を損なうことなく、反転カブリも減少できる。
【００７４】
また、本出願にかかる第４の発明によれば、現像装置に現像剤の重量平均粒径が３．５〜７．０μｍの一成分磁性トナーを用いることにより、より効果的に高解像、高精細な画像形成ができる。
【００７５】
また、本出願にかかる第５の発明によれば、一体型カートリッジ内に、少なくとも現像装置を設けて、第１〜３の発明と同じ条件の現像バイアスをカートリッジ内の現像剤担持体に印加できるようにすることにより、カートリッジの利点である画像安定性・イージーメンテナンス性に加え、更なる高品位な画像が得られるプロセスカートリッジを提供できる。
【００７６】
さらにまた、本出願にかかる第６の発明によれば、カートリッジ内の現像装置に現像剤の重量平均粒径が３．５〜７．０μｍの一成分磁性トナーを用いることにより、より効果的に高解像、高精細な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の現像バイアス波形を示すグラフである。
【図２】本発明の実施形態の実験結果を示すグラフである。
【図３】本発明の比較例１の実験結果を示すグラフである。
【図４】本発明の比較例２の実験結果を示すグラフである。
【図５】本発明の現像装置を示す断面概略図である。
【図６】本発明の実施形態の画線形成装置を示す断面概略図である。
【図７】本発明の第２実施形態の現像バイアス波形を示すグラフである。
【図８】本発明の第３実施形態の現像バイアス波形を示すグラフである。
【図９】本発明の第４実施形態のプロセスカートリッジを示す断面概略図である。
【図１０】従来の矩形波を用いた現像バイアス波形を示すグラフである。
【図１１】従来のサイン波を用いた現像バイアス波形を示すグラフである。
【図１２】従来の三角波を用いた現像バイアス波形を示すグラフである。
【図１３】従来のデューティーバイアスを用いた現像バイアス波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
３ 現像スリーブ
６ 現像装置
７ トナー
１１ バイアス電源
Ｖｐｆ 交流バイアスの促進側のピーク電圧
Ｖｐｂ 交流バイアスの戻し側のピーク電圧
Ｖｆｍ 交流バイアス促進側の波形の実効電圧
Ｖｍａｘ 促進側最大電圧
ｔｐｆ 交流バイアスの促進側電圧印加開始後Ｖｐｆに達するまでの時間

Claims (6)

1. 像担持体と、像担持体に対向して所定間隔を保って配置される現像剤担持体を有する現像装置と、直流成分に交流成分を重畳した現像バイアスを前記現像剤担持体に印加する現像バイアス印加手段とを有し、現像剤担持体に現像バイアスを印加することにより像担持体上の静電潜像を現像する画像形成装置であって、像担持体と現像剤担持体との間隔をＧ（μｍ）とし、現像バイアス印加手段から印加されて現像剤担持体から像担持体に向かう方向に付勢する促進側での促進側最大電圧をＶｍａｘとした場合、促進側最大電界がＶｍａｘ／Ｇ（Ｖ／μｍ）で表わされ、直流成分を基準にして交流バイアスの促進側の波形の実効電圧をＶｆｍとし、直流成分を基準にして交流バイアスの促進側最大電圧をＶｐｆとしたとき、現像剤担持体に現像バイアスを印加する際に、促進側最大電界Ｖｍａｘ／Ｇが４．０≦Ｖｍａｘ／Ｇ＜５．０の範囲を満たす値となるとともに、交流バイアス促進側の波形の実効電圧Ｖｆｍと交流バイアスの促進側最大電圧Ｖｐｆとが、０．７５×Ｖｐｆ≦Ｖｆｍ≦０．９０×Ｖｐｆの範囲を満たす値となるようにしたことを特徴とする画像形成装置。
2. 交流バイアスの促進側電圧の印加が始まってから促進側最大電圧Ｖｐｆに達するまでの時間をｔｐｆ、交流バイアスの１周期をＴとしたとき、ｔｐｆがｔｐｆ≦Ｔ／４を満たす値であることとする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 促進側で印加される電圧のピーク電圧をＶｐｆとし、直流成分を基準にして像担持体から現像剤担持体に向かう方向に付勢する戻し側で印加される電圧のピーク電圧をＶｐｂとしたときに、促進側のピーク電圧Ｖｐｆと戻し側のピーク電圧Ｖｐｂとが、｜Ｖｐｆ｜＞｜Ｖｐｂ｜の関係で表わされることとする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 画像形成装置内に設けられた現像装置には、像担持体に形成される静電潜像の現像に使用される現像剤の重量平均粒径が３．５〜７．０μｍの一成分磁性トナーが用いられていることとする請求項１から３のいずれか１つに記載の画像形成装置。
5. 請求項１から３のいずれか１つに記載の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジであって、画像形成装置内に収容可能な形状に一体型カートリッジが形成され、前記カートリッジ内には、少なくとも画像形成装置内に設けられている現像装置に替えて、前記現像装置と同様に現像剤担持体を有する現像装置が設けられているとともに、プロセスカートリッジを画像形成装置内に収容した状態でカートリッジ内の現像剤担持体と、任意位置に設けられた現像バイアス印加手段とが入力可能に接続されて、請求項１から３に記載された条件の現像バイアスをカートリッジ内の現像剤担持体に印加できることを特徴とするプロセスカートリッジ。
6. カートリッジ内に設けられる現像装置には、静電潜像の現像に使用される現像剤として重量平均粒径が３．５〜７．０μｍの一成分磁性トナーが用いられていることとする請求項５に記載のプロセスカートリッジ。

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