JP3595662B2

JP3595662B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3595662B2
Application number: JP29029597A
Authority: JP
Inventors: 雅弘吉田; 淳一加藤; 聡居波; 祐輔中園; 聖一篠原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JPH11109731A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子写真複写機、電子写真プリンター等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザービームプリンターや複写機といった電子写真方式による電子写真画像形成装置では粉体状の現像剤（以下「トナー」という）を使用している。
【０００３】
トナーは、現像剤保有容器である現像容器内に収容され、トナー搬送手段により現像剤担持体（以下「現像スリーブ」という）へ搬送されてその上に保持される。そしてトナーはトナー層厚規制部材（以下「ドクターブレード」という）により所定の電荷を付与され、像を担持する像担持体（以下「感光体」という）上の静電潜像形成部へ移動し、感光体上の静電潜像を可視化する。その後この可視像は転写手段により紙等の転写材へ転写され、更に定着装置にて定着される。転写材に転写されずに感光体上に残ったトナーは感光体上に当接されたクリーニング部材により感光体上から剥ぎ取られクリーニング容器に送られる。以上で一連の画像形成プロセスが終了し、ユーザーは所望の画像を得ることができる。
【０００４】
ところで現像法の一つとしては、現像装置のトナー担持体を感光体と非接触に保持しながら、感光体上の潜像の現像を行なうジャンンピング現像法が知られている。ジャンピング現像法を採用した現像装置の一例として、図１２に示す従来の現像装置について説明する。
【０００５】
図１２の現像装置７では、現像容器３内に収容されたネガ極性のトナー３２を現像スリーブ１０上に保持し、現像スリーブ１０が図中矢印ｂ方向に回転することにより、保持されたトナー３２が感光体１と対向した現像領域へ向けて搬送される。その搬送途上でトナー３２は、現像スリーブ１０と当接されたドクターブレード９により規制されて、現像スリーブ１０上に薄層状に塗布される。現像領域において現像スリーブ１０と感光体１とは、５０〜５００μｍの間隙を隔てて保持されており、バイアス電源３３により現像スリーブ１０に直流に交流を重畳した現像バイアスを印加することにより、現像スリーブ１０上に薄層状に塗布されたトナー３２が感光体１上の静電潜像に飛翔、付着して、潜像が反転現像されトナー像として可視化される。
【０００６】
また、上記現像バイアスは、感光体の画像形成時以外において回転している、画像形成前の前回転時、画像形成後の後回転時、連続プリント時の紙間時などの非印字領域にも同様に印加されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像形成装置では、寿命初期、即ち装置としての使用初期においては、トナーに付与される帯電量が安定しないため、画像濃度の立ち上がりが悪く（以下「初期濃度薄」という）、所望の濃度を得ることが困難であった。
【０００８】
また、感光体上に発生するオゾン生成物が感光体上の転写材の紙粉中の水分に溶け込み、イオン解離することにより、感光体上の表面抵抗が下がり、感光体上の潜像部が欠落する画像流れが発生した。
【０００９】
すなわち、従来の画像形成装置では、高解像、高精細な画像及び画像濃度の安定性を得ることと、画像流れとを共に解決することは難しかった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、耐久初期濃度薄を良化させ、画像流れを防止することができ、よって高品位画像形成が可能な画像形成装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、少なくとも、像を担持する像担持体と、該像担持体上を帯電処理する帯電装置と、前記像担持体上の潜像を顕像化する現像剤を担持し搬送する現像剤担持体と、現像剤を保有し、前記現像剤担持体に現像剤を補給する現像剤保有容器と、を有し、前記現像剤には現像剤と逆極性の粒子が外添され、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の現像領域に、前記現像剤担持体により現像剤を担持搬送し、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加して現像を行なう画像形成装置において、
非画像形成時においては、前記現像バイアスの、現像剤に外添されている現像剤と逆極性の粒子に対し、前記現像剤担持体から前記像担持体上の表面電位に向かう力を及ぼす成分の波形の表面電位に対する面積が印字枚数に関する情報に応じて変動可能とされ、
画像形成時においては、前記現像バイアスの前記面積が前記印字枚数に関する情報にかかわらず固定されることを特徴とする画像形成装置である。
【００１２】
少なくとも、前記像担持体と、前記現像剤担持体と、現像剤を保有する前記現像剤保有容器とで装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを構成し、該プロセスカートリッジに対する印字総枚数に関する情報により、前記現像バイアスの前記面積を制御することが好ましい。前記プロセスカートリッジ上、もしくは前記プロセスカートリッジ内に、前記情報を記憶する記憶装置が配置され、前記記憶装置内の前記情報により前記現像バイアスの前記面積を制御することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１４】
実施例１
本発明の実施例１について図１〜図６を参照して説明する。図１には本実施例の画像形成装置が示される。
【００１５】
画像形成装置１００は、感光体１、帯電ローラ２、現像装置７、及びクリーニング装置１４のプロセス装置が組込まれたプロセスカートリッジ４３、転写ローラ１３、定着装置１９、及び光学系としてレーザースキャナ４、ミラー６等が配設されている。
【００１６】
被帯電体（像担持体）としての感光体１は円筒状であるアルミニウム製の導電性基体１ｂの表面に光導電性の感光層１ａを積層して構成し、図示矢印ａ方向に回転駆動される。
【００１７】
感光体１は、回転過程において帯電ローラ２により負極性の均一帯電を受け、次いで、ビデオコントローラ（不図示）から送られる画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応したレーザー光５がレーザースキャナ４により出力され、画像形成装置１００本体に設置されている、ミラー６を介して、表面に静電潜像が形成される。
【００１８】
感光体１上の静電潜像は、現像装置７内の現像スリーブ１０上に担持されたトナー８により反転現像され、トナー像として顕像化される。
【００１９】
上記トナー像は転写ローラ１３の作用によって、給紙トレー２４から給紙された転写紙Ｐ上に転写される。トナー像の転写を受けた転写紙Ｐは、感光体１から分離されて定着装置１９へ導入され、そこでトナー像の定着を受けた後、画像形成装置本体から排紙トレー２３上に排出される。
【００２０】
尚、トナー像転写後の感光体１上に残った転写残りトナーは、クリーニング装置１４により除去され、次の像形成プロセスが行なわれる。
【００２１】
帯電ローラ２は、芯金２ａとその外周のローラ状に被覆された中抵抗弾性ゴム層２ｂとで構成されていて、芯金２ａの両端を軸受で回転可能に、且つ帯電ローラ２が常時感光体１に当接するように支持されている。また、帯電ローラ２は感光体１に対して従動回転している。
【００２２】
帯電ローラ２の芯金２ａは、ＤＣバイアスとＡＣバイアスを介して重畳できる帯電バイアス印加電源１７と電気的に接続しており、芯金２ａを介して帯電ローラ２にバイアス印加することで感光体１表面を所定電位に帯電処理する。
【００２３】
現像装置７は、非接触現像方式を採用したものでトナー８を担持してこれを感光体１へと搬送する現像スリーブ１０と、トナー８を収容する現像剤保有容器である現像容器３とを有している。
【００２４】
現像スリーブ１０は、素管上にカーボンを分散させた塗料をコートしたものであり、非磁性であって、その素管はアルミニウム、ステンレス鋼等で構成されている。また塗料コートによって現像スリーブ１０の表面上は粗さをもっており、その粗さは現像スリーブ１０のトナー搬送に寄与する。
【００２５】
さらに、現像スリーブ１０は、不図示の軸受によって回転自在に支持されており、感光体１からギヤ（不図示）を介して、図示矢印ｂ方向に回転している。また、現像スリーブ１０はＤＣバイアスにＡＣバイアスが重畳できる現像バイアス電源１２に接続されており、現像バイアス電源１２によるバイアス印加で感光体１上の潜像がトナー像として可視化される。また、現像スリーブ１０は、感光体１に対して所定の現像間隔をもって対向支持されている。
【００２６】
本実施例における現像スリーブ１０上のトナー８の層厚規制を行なうトナー層厚規制部材であるドクターブレード９は、現像スリーブ１０と共に、摩擦帯電によりトナー８に適正なトリボを与えている。
【００２７】
ドクターブレード９は、ウレタン、シリコン等のゴム弾性体、リン青銅、ステンレス鋼等の金属弾性体、ポリエチレンテレフタレート等の剛性樹脂弾性体等を使用するとよい。また、ドクターブレード９は板金２２に溶着されており、板金２２は現像容器７内に固定されている。
【００２８】
トナー８は、磁性一成分ネガトナーであり、現像容器３に収容されている。トナー８には画像流れ対策として外添剤（不図示）が外添されている。
【００２９】
外添剤としては、画像流れが感光体上にトナーの乗らない非印字面で発生し易いため、非印字面により多く飛翔（正規現像）するポジ性の粒子が好ましい。また、ポジ性の粒子をネガ極性のトナーに外添することにより、プロセスカートリッジ４３の寿命初期におけるトナーのトリボ量を安定して確保できるため、寿命を通じて安定した画像を得ることも可能である。
【００３０】
ポジ性の粒子にはチタン酸ストロンチウム粒子やメラミン樹脂粒子などがあるが、本実施例においてはチタン酸ストロンチウム粒子（以下「ポジ性外添剤」という）を用いた。ポジ性外添剤はトナーに対して１．３重量％外添した。
【００３１】
現像スリーブ１０の内部にはマグネットローラ１１が固定配設されている。現像スリーブ１０内のマグネットローラ１１は４つの磁極を持っている。４つの磁極のうち、感光体１に対向してＳ１極が配設され、トナー８が感光体１上に飛翔し現像されるときに、カブリの要因となるトナーを現像スリーブ１０上に付着させておくために必要である。Ｓ１極の反対側にはＳ２極が配設されており、現像容器３のトナー８を現像スリーブ１０に吸着させ、現像スリーブ１０の回転に伴いその近傍でトナー８を循環させる（図中矢印Ｅ方向）機能がある。この循環はトナー８のトリボ付与に寄与する。Ｎ１、Ｎ２極は共に現像スリーブ１０上にコートされているトナー８の搬送及びトリボ付与に寄与する。本実施例では、４極構成のマグネットローラを用いたが、上記機能を果たす極が存在すれば、４極に限ることはない。
【００３２】
また、現像スリーブ１０の下部にあたる現像容器３の内側にはトナー吹出し防止シート１８が設けられており、現像スリーブ下部からのトナー漏れを防いでいる。
【００３３】
尚、本実施例におけるプロセスカートリッジ４３の寿命は１ページ当たりの平均ドット比４％印字で５０００枚である。
【００３４】
また、現像装置７の下部に、不揮発メモリを使用した記憶手段５０が配設されている。記憶手段５０は、画像形成装置本体１００内に配置されたＣＰＵ１０４に接続器１０５を介して接続されている。記憶手段５０には、ＣＰＵ１０４から入力された印字枚数が記憶されており、１枚印字を行なう毎に印字枚数が加算される。また、この記憶手段５０に対して記憶させる情報については、プロセスカートリッジ４３の使用量を、画像形成装置１００本体によって判断できるならば、特に制限はない。例えば、帯電ローラ２の感光体１への帯電バイアス印加時間や感光体１の駆動時間に関する情報などでももちろんよい。
【００３５】
プロセスカートリッジ４３が画像形成装置１００内に装着されているときは、記憶手段５０はＣＰＵ１０４と接続されており、ＣＰＵ１０４によって印字枚数が随時書き込まれ、または読み出される。
【００３６】
ここで本実施例における現像バイアス印加方法について詳述する。
【００３７】
本実施例では、プロセスカートリッジ４３の寿命即ち使用可能期間を通じて、現像剤に外添された現像剤とは逆極性のポジ性外添剤の感光体への飛翔量を適正化するために、現像スリーブ１０に印加する現像バイアスの、そのポジ性外添剤を感光体上に飛翔させる波形成分の感光体上の非印字部の表面電位に対する面積（以下、単に飛翔側面積という）をプロセスカートリッジ４３の印字枚数に応じて変更することが大きな特徴である。
【００３８】
本実施例における画像形成装置１００において、現像スリーブ１０に印加する現像バイアスを、ＡＣバイアス成分Ｖｐｐ＝１２００Ｖ、ＡＣ周波数Ｖｆ＝１８００Ｈｚ、ＤＣバイアス成分Ｖｄｃ＝−４００Ｖのデューティー比１：１の矩形波に固定して５０００枚の印字耐久試験を行なった。またこのとき、ポジ性外添剤の感光体上への飛翔量も同時に確認した。
【００３９】
その結果、耐久初期濃度薄は改善できたが、画像流れに対する効果は５０００枚印字通紙まで満足することができなかった。また、他にも、耐久初期にスジ画像、耐久後半に白ポチ画像が発生した。スジ画像については、感光体上に飛翔したポジ性外添剤の一部がクリーニングを擦り抜け潜像形成を阻害して発生することが判明した。また、白ポチ画像については、ポジ性外添剤が感光体上に埋め込まれ核となり、その上にトナーが付着して発生（いわゆる融着画像）したことが判明した。
【００４０】
また、上記耐久試験におけるポジ性外添剤の感光体上への飛翔量の推移は、図２に示す通りであった。図２において、ポジ性外添剤の感光体上への飛翔量は、耐久初期において過剰であり、耐久を経るにつれて徐々に減少し、ついにはトナーに外添された外添量より少なくなってしまう推移を示した。つまり、初期の過剰飛翔が、ポジ性外添剤のクリーニング不良による画像上スジ、感光体上へのポジ性外添剤の埋め込まれによる融着を発生させた。また、ポジ性外添剤の飛翔量が所定の外添量より少なくなってしまい、画像流れに対する効果が持続せず、徐々に画像流れを悪化させていた。
【００４１】
次に、現像バイアスとしてデューティー比が変更可能な矩形波バイアスを用い、飛翔側面積を振って、それぞれの場合のポジ性外添剤の感光体上への飛翔量（以下、単にポジ性外添剤の飛翔量という）を調べた。
【００４２】
この実験に用いた現像バイアスについて、図４に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
図４は、現像スリーブ上に周波数１８００Ｈｚの現像バイアスが印加されたときの様子を示している。Ｖｄｃは現像バイアスの時間的平均値、即ち、現像バイアスのピーク値Ｖ１、Ｖ２の印加時間をＴ１、Ｔ２とすると、１周期（Ｔ１＋Ｔ２）における時間的積分値（以下、単に積分値という）を表している。この積分値により画像濃度を制御することが可能である。ＶＬは感光体上の潜像印字部の表面電位、ＶＤは潜像の非印字部の表面電位である。また、Ｖ１、Ｖ２は現像バイアスの最小値、最大値、即ちピーク値を示す。
【００４４】
なお、本実施例で用いた現像バイアスは、Ｔ１＝Ｔ２（デューティー比１：１）のとき、｜Ｖ１−Ｖ２｜＝１２００Ｖなる現像バイアスであって、このときＶｄｃ＝−４００Ｖである。また、感光体上の表面電位は、それぞれＶＬ＝−１５０Ｖ、ＶＤ＝−６５０Ｖとしたが、飛翔側面積の制御により画像濃度が大きく変わる場合は、｜Ｖｄｃ−ＶＬ｜＝２５０Ｖを光量の調整により制御し、｜Ｖｄｃ−ＶＤ｜＝２５０Ｖを、現像バイアス波形全体を−側、もしくは＋側に移動させることで、同時に制御した。
【００４５】
また、印字部では、負極性の潜像を負極性に帯電したトナーで反転現像するので、トナー８に電界が、時間Ｔ１において、トナー８の移動方向として現像スリーブ１０から感光体１上に向かう方向（感光体上の潜像を現像する方向）に大きさ｜ＶＬ−Ｖ１｜で作用する。そのため、トナー８にはその移動方向に｜ＶＬ−Ｖ１｜に比例し力が働く。また、時間Ｔ２では、ポジ性外添剤に電界が、ポジ性外添剤の移動方向として現像スリーブ１０から感光体上に向かう方向（このとき、トナーにとっては感光体上から現像スリーブ上へと引き剥される方向）となる向きに大きさ｜Ｖ２−ＶＬ｜で作用して、ポジ性外添剤にはその移動方向に｜Ｖ２−ＶＬ｜に比例した力が働く。
【００４６】
非印字部では、トナー８に電界が、時間Ｔ１において、トナー８の移動方向として現像スリーブ１０から感光体１上に向かう方向（感光体上のＶＤ部を現像する方向）に大きさ｜ＶＤ−Ｖ１｜で作用する。そのため、トナー８にはその移動方向に｜ＶＤ−Ｖ１｜に比例し力が働く。また、時間Ｔ２では、ポジ性外添剤に電界が、ポジ性外添剤の移動方向として現像スリーブ１０から感光体１上に向かう方向（このとき、トナーにとっては感光体上から現像スリーブ上へと引き剥される方向）となる向きに大きさ｜Ｖ２−ＶＤ｜で作用して、ポジ性外添剤にはその移動方向に｜Ｖ２−ＶＤ｜に比例した力が働く。
【００４７】
また、飛翔側面積は、感光体の非印字部の表面電位ＶＤと現像バイアスの最大値Ｖ２とのコントラストＶと、現像バイアスの最大値Ｖ２の印加時間Ｔ２との積で定義される。
【００４８】
以下の表１に飛翔側面積とポジ性外添剤の飛翔量との相関性を確認するための実験結果を示す。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１によれば、飛翔側面積とポジ性外添剤の感光体上への飛翔量には良好な関係がある。飛翔側面積を小さくとれば、ポジ性外添剤の飛翔量は少なくなり、逆に、飛翔側面積を大きくとれば、ポジ性外添剤の飛翔量が多くなる。つまり、飛翔側面積を制御することで、ポジ性外添剤の飛翔量を制御することが可能になる。尚、上記実験において、飛翔側面積を成す成分の、上記コントラストＶ、及び上記印加時間Ｔ２において、どちらがポジ性外添剤の感光体上への飛翔量との相関性が大きいということはなく、単に飛翔側面積と相関性があるということも確認された。従って、飛翔側面積の制御は、上記コントラストＶ、上記印加時間Ｔ２のどちらか一方の要素を用いてもよいし、また両方用いて行なってもよい。
【００５１】
次に、ポジ性外添剤の感光体上への飛翔量と、各画像問題（初期濃度薄、ポジ性外添剤のクリーニング不良、融着、画像流れ）の関係を、上記デューティー比が変更可能な現像バイアスを用いて確認した。
【００５２】
その結果を、下記の表２に示す。表２において、○は発生しない、△は発生するが実用上問題ない、×は発生することを表している。
【００５３】
【表２】

【００５４】
表２によれば、ポジ性外添剤の飛翔量と各画像問題には明らかに相関性があることがわかる。つまり、クリーニング不良、融着を発生させないためには、ポジ性外添剤の飛翔量を２重量％未満に抑えればよい。また、初期濃度薄、画像流れを発生させないためには、ポジ性外添剤の飛翔量を０．５重量％以上に保てばよいことがわかる。つまり、プロセスカートリッジ４３の寿命即ち使用可能期間を通じて、上記各画像問題を発生させないためには、ポジ性外添剤の飛翔量を０．５重量％以上、２重量％未満の間に保てばよい。
【００５５】
従って、ポジ性外添剤の飛翔量、飛翔側面積、各画像問題のそれぞれの上記相関性から、プロセスカートリッジ４３の寿命を通じて上記各画像問題を発生させず良好な画像品位を保つには、飛翔側面積を０．３８Ｖ・ｓｅｃ以上０．５８Ｖ・ｓｅｃ未満に制御すればよいことがわかる。
【００５６】
そこで、上記図２の現像バイアス固定による印字耐久試験でのポジ性外添剤の飛翔量推移を考察すると、初期から５００枚印字までは、２重量％以上の飛翔量であり、画像上においても初期濃度薄は改善されているが、この間にクリーニング不良が発生していた。
【００５７】
さらに、２５００枚を過ぎて５０００枚印字までは、ポジ性外添剤の飛翔量は０．５重量％未満になっており、画像流れもこの間に発生し徐々に悪化した。つまり、初期〜５００枚印字までのポジ性飛翔量を０．５重量％以上２重量％未満（飛翔側面積を０．３８Ｖ・ｓｅｃ以上０．５０Ｖ／ｓｅｃ未満）に制御すれば、初期濃度薄を改善させつつ、クリーニング不良及び融着を防止でき、２５００枚以降のポジ飛翔量を０．５重量％以上（飛翔側面積を０．３８Ｖ・ｓｅｃ以上）にすれば、画像流れをプロセスカートリッジ４３の寿命を通じて発生させないことが可能になる。
【００５８】
そこで、プロセスカートリッジ４３の寿命を通じて良好な画像を出力するために、現像バイアスの飛翔側面積を画像形成装置１００内の記憶手段５０の情報に基づいて、印字枚数０〜５００枚までは０．４３Ｖ・ｓｅｃ、５０１〜２５００枚までは０．４７Ｖ・ｓｅｃ、２５０１〜５０００枚では０．４８Ｖ・ｓｅｃに制御するようにシーケンスを設定した。
【００５９】
また、本実施例の印字枚数に対応した現像バイアスの飛翔側面積の制御方法を図５と図６に基づいて詳細に説明する。図５に本実施例のブロック図を示す。
【００６０】
図５において、プロセスカートリッジ４３に印字枚数を記憶する記憶手段５０が具備され、画像形成装置１００内には、記憶手段５０に対し情報の読み出し、書き込みを行なう読み出し／書き込み手段１８２と、記憶手段５０から読み出した情報によりプロセスカートリッジ４３の使用量を判断する判断手段１８３と、現像バイアス電源１２と、ＣＰＵ１０４とが具備されている。
【００６１】
判断手段１８３は、プロセスカートリッジ４３に記憶されている印字枚数から、プロセスカートリッジ４３の使用量の状況によりＣＰＵ１０４に信号を発信する。
【００６２】
ＣＰＵ１０４は、判断手段１８３からの信号を受けて、現像バイアス電源１２の出力する現像バイアスの飛翔側面積を制御する。
【００６３】
また、印字終了後、印字した枚数を記憶手段５０から読み出した印字枚数に加算して、読み出し／書き込み手段１８２を通じて記憶手段５０に入力して記憶させる。
【００６４】
次に、図６のフローチャートに基づいて、本実施例の画像形成装置１００の制御を詳細に説明する。
【００６５】
まず、コンピュータ等の画像信号入力手段から、画像信号の入力を受けると、ＣＰＵ１０４は、読み出し／書き込み手段１８２を通じて、記憶手段５０から印字枚数の情報を読み出す（ステップ１）。
【００６６】
次に、判断手段１８３が、印字枚数が（ａ）０〜５００枚以内、（ｂ）５０１〜２５００枚以内、（ｃ）２５０１枚以上のいずれかであるか判断する（ステップ２）。
【００６７】
ここの判断において、印字枚数が（ａ）の場合であれば、現像バイアス電源１２の出力を現像バイアスの飛翔側面積が０．４３Ｖ・ｓｅｃになるように設定する。印字枚数が（ｂ）の場合であれば、現像バイアス電源１２の出力を現像バイアスの飛翔側面積が０．４７Ｖ・ｓｅｃになるよう設定する。印字枚数が（ｃ）の場合であれば、現像バイアス電源１２の出力を現像バイアスの飛翔側面積が０．４８Ｖ・ｓｅｃになるように設定する（以上ステップ３）。
【００６８】
そして上記設定に基づき印字を行ない（ステップ４）、印字した枚数を、随時記憶手段５０から読み出した印字枚数に加算する（ステップ５）。次いで、読み出し／書き込み手段１８３を通じて記憶手段５０に書き込み（ステップ６）、印字動作を終了する（ステップ７）。
【００６９】
以上、説明した制御方法により、５０００枚の印字耐久試験を行なった。またこのとき、ポジ性外添剤の感光体上への飛翔量も同時に確認した。
【００７０】
その結果、クリーニング不良、融着、画像流れは発生せず、また初期画像も安定しており、耐久を通じて良好な画像を出力することができた。また、図３のグラフに示すように、このときのポジ性外添剤の飛翔量推移から、ポジ性外添剤の飛翔量もプロセスカートリッジ４３の寿命を通じて、０．５重量％以上２重量％未満に制御されていることがわかる。
【００７１】
以上説明したように、本実施例においては、プロセスカートリッジ４３の寿命を通じて、ポジ性外添剤の感光体上への飛翔量を制御すべく飛翔側面積の変動可能な現像バイアスを用いることにより、寿命を通じてポジ性外添剤の感光体への飛翔量を適正化し、初期画像の安定性を保持しつつ、画像流れへの効果を持続させ、且つ画像スジ、融着の発生しない高品位画像形成が可能となった。
【００７２】
実施例２
以下に、本発明の実施例２を図７〜図１１に基づいて説明する。図７には本実施例の画像形成装置１０１が示される。
【００７３】
画像形成装置１０１は、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置３０、及びクリーニング装置１４のプロセス装置が組込まれているプロセスカートリッジ４４、転写装置１３、定着装置１９、及び光学系としてのレーザースキャナ４、ミラー６等が配設されている。尚、図７において、図１と同一要素には同一符号が付せられている。
【００７４】
現像容器３中にはトナー２１が収容されている。トナー２１中のポジ性外添剤は、実施例１と同様のものであり、本実施例においては、０．７５重量％外添されている。また、プロセスカートリッジ４４の寿命は、１ページ当たりの平均ドット比４％印字で４０００枚である。
【００７５】
次の本実施例の特徴部分である現像バイアス印加方法について詳述する。
【００７６】
本実施例において、プロセスカートリッジ４４の寿命後半に悪化する画像流れを防止するため、寿命後半において、連続印字通紙の転写紙間、及び画像形成前の感光体に潜像が形成される前の感光体の前回転時（以下、単に前回転時という）により多くのポジ性外添剤を感光体上に飛翔させる現像バイアスを印加することが特徴である。
【００７７】
ここで、本実施例における画像形成装置１０１において、現像スリーブ１０に印加する現像バイアスを、ＡＣバイアス成分Ｖｐｐ＝１６００Ｖ、ＡＣ周波数Ｖｆ＝２４００Ｈｚ、ＤＣバイアス成分Ｖｄｃ＝−４００Ｖのデューティー比１：１の矩形波に固定して４０００枚の印字耐久試験を行なってみた。またこのとき、ポジ性外添剤の感光体上への飛翔量も同時に確認した。その結果、耐久初期における画像濃度の立ち上がりは改善できたが、画像流れに対する効果は２０００枚までで、寿命である４０００枚印字通紙時まで満足することができなかった。また他にも耐久初期にスジ画像、耐久後半に白ポチ画像が発生したが実用上問題ないレベルであった。尚、スジ画像、及び白ポチ画像については、実施例１と同じ原因で発生していた。
【００７８】
また、上記耐久試験におけるポジ性外添剤の感光体上への飛翔量の推移は図８のグラフに示す通りであった。図８において、ポジ性外添剤の感光体上への飛翔量は、実施例１と同様、耐久初期において多く、耐久を経るにつれて徐々に減少し、ついにはトナーに外添された外添量より少なくなってしまう推移を示した。つまり、初期の大量の飛翔が、実用上問題ないレベルであるがポジ性外添剤によるクリーニング不良及び融着の原因となる核を発生させ、耐久後半に至っては、ポジ性外添剤の飛翔量が所定の外添量よりも少なくなってしまい、画像流れへの効果が持続せず、徐々に画像流れを悪化させていた。
【００７９】
つぎに、画像形成時には、上記耐久試験と同様、現像スリーブ１０に印加する現像バイアスを、ＡＣバイアス成分Ｖｐｐ＝１６００Ｖ、ＡＣ周波数Ｖｆ＝２４００Ｈｚ、ＤＣバイアス成分Ｖｄｃ＝−４００Ｖのデューティー比１：１の矩形波に固定し、紙間、及び前回転時にも、現像バイアスとしてデューティー比が変更可能な矩形波バイアスを印加（以下、紙間現像バイアスという）し、その紙間現像バイアスの飛翔側面積を振って、それぞれの場合のポジ性外添剤の感光体上への飛翔量を調べる実験を行なった。
【００８０】
なお、本実施例では、２０００枚印字以降に発生する画像流れが実用上問題となるものであるため、プロセスカートリッジ４４において印字を２０００枚行なった時点でこの実験を行なった。また、紙間現像バイアスは、基本的には実施例１と同様のものであり、本実施例では、図４で説明したＴ１＝Ｔ２のとき、｜Ｖ１−Ｖ２｜＝１６００Ｖとなる現像バイアスであって、このときの周波数は２４００Ｈｚ、Ｖｄｃ＝−４００Ｖである。また、紙間現像バイアス印加時の感光体上の表面電位はＶＤ＝−６５０Ｖに固定した。また、紙間、前回転時は、感光体円周長１周分設けることとした。
【００８１】
以下の表３に飛翔側面積とポジ性外添剤の飛翔量との相関性を確認するためのの実験結果を示す。
【００８２】
【表３】

【００８３】
表３によれば、飛翔側面積とポジ性外添剤の感光体上への飛翔量には良好な関係がある。実施例１と同様、飛翔側面積を小さくとれば、ポジ性外添剤の飛翔量は少なくなり、逆に、飛翔側面積を大きくとれば、ポジ性外添剤の飛翔量が多くなる。つまり、飛翔側面積を制御することで、ポジ性外添剤の飛翔量を制御することが可能になる。また、実施例１の場合より飛翔量に対する飛翔側面積の割合が小さいのは、画像形成時に感光体上に飛翔するポジ性外添剤の飛翔量が約０．４重量％ほどあるためである。
【００８４】
なお、上記実験において、飛翔側面積を成す成分の、上記コントラストＶ、及び上記印加時間Ｔ２において、どちらがポジ性外添剤の感光体上への飛翔量との相関性が大きいということはなく、単に飛翔側面積と相関性があるということも確認された。どちらがポジ性外添剤の感光体上への飛翔量ということはなく、単に飛翔側面積と相関性があるということも確認された。従って、飛翔側面積の制御は、上記コントラストＶ、上記印加時間Ｔ２のどちらか一方の要素を用いてもよいし、また両方用いて行なってもよい。
【００８５】
次に、ポジ性外添剤の感光体上への飛翔量と、各画像問題（ポジ性外添剤のクリーニング不良、融着、画像流れ）の関係を、上記デューティー比が変更可能な現像バイアスを用いて確認した。なお、本実験もプロセスカートリッジ４４の印字を２０００枚行なった時点で行なった。
【００８６】
その結果を表４に示す。表４において、○は発生しない、△は発生するが実用上問題ない、×は発生することを表している。
【００８７】
【表４】

【００８８】
表４によれば、ポジ性外添剤の飛翔量と各画像問題には明らかに相関性があることがわかる。つまり、クリーニング不良、融着を発生させないためには、ポジ性外添剤の飛翔量を２重量％未満に抑えればよい。また、画像流れを発生させないためには、ポジ性外添剤の飛翔量を０．５重量％以上に保てばよいことがわかる。つまり、プロセスカートリッジ４４の寿命後半において、画像流れの発生を抑え、他のクリーニング不良、及び融着を発生させないためには、ポジ性外添剤の飛翔量を０．５重量％以上、２重量％未満の間に保てばよい。つまり、ポジ性外添剤の飛翔量、飛翔側面積、各画像問題（ポジ性外添剤のクリーニング不良、融着、画像流れ）のそれぞれの上記相関性から、プロセスカートリッジ４４の寿命後半において、飛翔側面積０．２５Ｖ・ｓｅｃ以上０．４２Ｖ・ｓｅｃ未満に制御すればよいことがわかった。
【００８９】
そこで、上記図８の現像バイアス固定による印字耐久試験でのポジ性外添剤の飛翔量推移を考察すると、初期から２０００枚印字までは、０．５重量％以上３重量％未満の飛翔量であり、画像上においても初期濃度薄は改善され、この間にクリーニング不良の発生、融着の核もこの間に形成されていたが実用上問題ないレベルであった。更に、２０００枚を過ぎて４０００枚印字までは、ポジ性外添剤の飛翔量は０．５重量％未満になっており、画像流れもこの間に発生し徐々に悪化した。つまり、２０００枚以降のポジ性飛翔量を０．５重量％以上（飛翔側面積を０．２５Ｖ・ｓｅｃ以上）に制御すれば、初期濃度薄を改善しつつ、画像流れをプロセスカートリッジ４４の寿命を通じて発生させないことが可能となる。
【００９０】
そこで、プロセスカートリッジ４４の寿命を通じて良好な画像を出力するために、紙間現像バイアスの飛翔側面積を画像形成装置１０１内の記憶手段５０の情報に基づいて、印字枚数０〜２０００枚までは紙間現像バイアスに印加なし、２０００〜４０００枚では０．３３Ｖ・ｓｅｃに制御するようにシーケンスを設定した。
【００９１】
また、本実施例の印字枚数に対応した現像バイアスの飛翔側面積の制御方法を図９と図１０に基づいて説明する。図９には本実施例のブロック図が示され、図５と同一要素には同一符号が付せられている。また図９における機構は図５における説明と同じであるため、ここでは省略する。
【００９２】
次に、図１０のフローチャートに基づいて、本実施例の画像形成装置１０１の制御について説明する。尚、本実施例と実施例１の制御上の違いは、図６におけるステップ２とステップ３においてあり、他のステップについては、実施例１と同様であるのでここでの説明は省略する。
【００９３】
本実施例のステップ２においては、判断手段１８３が、印字枚数が（ａ）０〜２０００枚以内、（ｂ）２００１枚以上のいずれかであるか判断している。ステップ３においては、ステップ２の判断において、印字枚数が（ａ）の場合であれば、現像バイアス電源１２から紙間現像バイアスを出力しないように設定する。印字枚数が（ｂ）の場合であれば、現像バイアス電源１２から出力される紙間現像バイアスの飛翔側面積が０．３３Ｖ・ｓｅｃになるように設定している。
【００９４】
以上説明した制御方法により、４０００枚の印字耐久試験を行なった。また、このとき、ポジ性外添剤の感光体上への飛翔量も同時に確認した。
【００９５】
その結果、２００１枚以降、クリーニング不良、融着、画像流れは発生せず、耐久を通じて良好な画像を出力することができた。また、図１１に示すように、このときのポジ性外添剤の飛翔量推移から、ポジ性外添剤の飛翔量もプロセスカートリッジ４４の寿命後半において、０．５重量％以上２重量％未満に制御されていることがわかる。
【００９６】
以上説明したように、プロセスカートリッジ４４の印字枚数に応じて、飛翔側面積を制御して印加する紙間現像バイアスを用いることにより、ポジ性外添剤の感光体への飛翔量を制御することが可能となり、プロセスカートリッジ４４の寿命を通じて、初期画像の安定性を保持しつつ、画像流れへの効果を持続させ、安定した高品位画像を出力することが可能となる。
【００９７】
また、本実施例では、紙間においてポジ性外添剤の飛翔量を制御するので、画像形成時の印字率に左右されることなく確実に感光体上へ飛翔させることができる。さらには、非画像領域において飛翔側面積の制御を行なうため、それに伴う画像濃度の変動を考慮する必要がなく思い切った制御をすることが可能である。
【００９８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、非画像形成時においては、現像バイアスの、現像剤に外添されている現像剤と逆極性の粒子に対し、現像剤担持体から像担持体上の表面電位に向かう力を及ぼす成分の波形の表面電位に対する面積が印字枚数に関する情報に応じて変動可能とされ、画像形成時においては、現像バイアスの前記面積が前記印字枚数に関する情報にかかわらず固定される構成とされ、非画像形成時において、現像剤と逆極性の粒子の飛翔量を制御するので、画像形成時の印字率に左右されることなく確実に像担持体上へ飛翔させることができ、さらには、非画像領域において飛翔側面積の制御を行なうため、それに伴う画像濃度の変動を考慮する必要がなく思い切った制御をすることが可能となる。それによって、本発明では、装置の使用初期においても濃度薄を良化でき、画像流れを防止することができ、したがって高品位な画像の出力をすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例１の画像形成装置の概略構成図である。
【図２】実施例１の現像バイアスを固定させた場合のポジ性外添剤の飛翔量推移を表すグラフである。
【図３】実施例１の現像バイアスの飛翔側面積を制御した場合のポジ性外添剤の飛翔量推移を表すグラフである。
【図４】実施例１の現像バイアスにおける説明図である。
【図５】実施例１の画像形成装置のブロック図である。
【図６】実施例１の現像バイアスの飛翔側面積を制御するフローチャートである。
【図７】実施例２の画像形成装置の概略構成図である。
【図８】実施例２の現像バイアスを固定させた場合のポジ性外添剤の飛翔量推移を表すグラフである。
【図９】実施例２の画像形成装置のブロック図である。
【図１０】実施例２の現像バイアスの飛翔側面積を制御するフローチャートである。
【図１１】実施例２の現像バイアスの飛翔側面積を制御した場合のポジ性外添剤の飛翔量推移を表すグラフである。
【図１２】従来の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１感光体（像担持体）
２帯電装置
３現像容器（現像剤保有容器）
７現像装置
８、２１現像剤
１０現像スリーブ（現像剤担持体）
４３、４４プロセスカートリッジ
５０記憶装置

Claims

少なくとも、像を担持する像担持体と、該像担持体上を帯電処理する帯電装置と、前記像担持体上の潜像を顕像化する現像剤を担持し搬送する現像剤担持体と、現像剤を保有し、前記現像剤担持体に現像剤を補給する現像剤保有容器と、を有し、前記現像剤には現像剤と逆極性の粒子が外添され、前記像担持体と前記現像剤担持体との間の現像領域に、前記現像剤担持体により現像剤を担持搬送し、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加して現像を行なう画像形成装置において、
非画像形成時においては、前記現像バイアスの、現像剤に外添されている現像剤と逆極性の粒子に対し、前記現像剤担持体から前記像担持体上の表面電位に向かう力を及ぼす成分の波形の表面電位に対する面積が印字枚数に関する情報に応じて変動可能とされ、
画像形成時においては、前記現像バイアスの前記面積が前記印字枚数に関する情報にかかわらず固定されることを特徴とする画像形成装置。
少なくとも、前記像担持体と、前記現像剤担持体と、現像剤を保有する前記現像剤保有容器とで装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを構成し、該プロセスカートリッジに対する印字総枚数に関する情報により、前記現像バイアスの前記面積を制御することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
前記プロセスカートリッジ上、もしくは前記プロセスカートリッジ内に、前記情報を記憶する記憶装置が配置され、前記記憶装置内の前記情報により前記現像バイアスの前記面積を制御することを特徴とする請求項１または２の画像形成装置。