JP3663980B2 - 現像装置及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真プロセスや静電記録プロセス等を適用したプリンターや複写機、あるいはファクシミリ等の画像形成装置に使用される現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関し、特に、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加することにより現像する現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記電子写真プロセスや静電記録プロセス等を適用したプリンターや複写機、あるいはファクシミリ等の画像形成装置において、静電潜像を現像する現像装置としては、現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加する技術が広く用いられてきている。
【０００３】
かかる現像装置では、現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加することにより、現像剤担持体と静電潜像担持体との間に振動電界を形成し、この振動電界によって現像剤を現像剤担持体と静電潜像担持体との間で往復飛翔させ、現像効率を向上させるとともに、かぶり等を防止するように構成されている。
【０００４】
そして、上記現像装置を適用した画像形成装置では、画像形成動作中は、現像剤担持体に直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加することにより、現像剤を現像剤担持体と静電潜像担持体との間で往復飛翔させ、現像効率を向上させるとともに、かぶり等を防止し、画像形成動作が終了したときに、現像剤担持体への振動バイアス電圧の印加を停止させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記従来の現像装置を適用した画像形成装置では、画像形成動作が終了して、現像のために発振していた振動バイアス電圧の印加を停止すると、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像の有無に関わらず静電潜像担持体の表面に残留する。更に説明すると、振動バイアス電圧の印加を停止すると、静電潜像担持体の表面に付着した現像剤には、現像剤担持体側に引き戻す力が作用しなくなるため、振動バイアス電圧の印加停止時に静電潜像担持体の表面に付着していた現像剤は、静電潜像の有無に関わらず、ファンデルワールス力や鏡像力等によって、静電潜像担持体の表面に付着したままの状態となって残留する。
【０００６】
このように、画像形成動作が終了した後も、静電潜像担持体の表面に現像剤が残留すると、当該現像剤が画像形成装置内に飛散して、画像形成装置内の汚れとなったり、クリーニング装置によって回収されるなど、不要現像剤の増加を招くという問題点があった。
【０００７】
図１６は振動バイアス電圧の印加停止時の交流成分の位相と残留現像剤量との関係を示すグラフである。
【０００８】
このグラフから分かるように、振動バイアス電圧の印加停止時の交流成分の位相によっては、感光体ドラムの表面に多くのトナーが残留し、画像形成装置内の汚れや、不要現像剤の増加を招く。
【０００９】
さらに近年、現像された画像情報を紙などの転写媒体に転写せしめる手段として、静電潜像担持体の表面に接触する接触式のローラやブラシなどを用いた画像形成装置が実用化されてきている。かかる接触式のローラやブラシなどを用いた画像形成装置においては、静電潜像担持体の表面に残留した現像剤が、当該静電潜像担持体の表面に接触するローラやブラシなどの接触式の帯電手段に転移し、ローラやブラシなどの接触式の帯電手段を汚損するという問題点もあった。
【００１０】
また、接触式の転写手段の表面が現像剤によって汚損されると、当該接触式の転写手段に転移した現像剤が、紙などの転写媒体の裏面に付着して不要な汚れを招くこともあり、特に両面印字等の際に画質を低下させるといった大きな妨げになるという問題点もあった。
【００１１】
そこで、かかる振動バイアス電圧の印加停止時に、静電潜像担持体の表面に現像剤が残留することに伴う問題点を解決し得る技術としては、特開平２−１３０５６９号公報や特公平４−３５０７４号公報等に開示されているものがある。
【００１２】
上記特開平２−１３０５６９号公報に開示された画像形成装置は、振動バイアス電圧を停止するとき、静電潜像担持体の表面に残留する現像剤を低減するために、振動バイアス電圧が停止するときの振動位相を制御するように構成したものである。
【００１３】
また、上記特公平４−３５０７４号公報に係る画像形成方法は、振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させて停止するように構成したものである。
【００１４】
しかしながら、上記特開平２−１３０５６９号公報に開示された画像形成装置の場合には、振動バイアス電圧を停止するとき、静電潜像担持体の表面に残留する現像剤を低減するために、振動バイアス電圧が停止するときの振動位相を制御するように構成したものであるが、現像剤の中には、所定の極性と逆極性に帯電したものが存在するため、逆極帯電現像剤などの残留は低減することができず、特に一成分現像方式などでは効果が低いという問題点を有している。
【００１５】
また、上記特公平４−３５０７４号公報に係る画像形成方法の場合には、振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させて停止するものであるが、このように、振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させるには、高圧電源に複雑な回路構成を必要とすることが多く、コスト高となりがちであるという問題点を有している。なお、単に、振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させるだけであれば、従来から広く用いられてきたＣ−Ｒ結合による単純な発振回路を用いた振動バイアス電圧発生装置であれば、回路特性から、発振停止時に振動電圧の振幅を徐々に小さくすることができる。
【００１６】
しかし、近年の画像形成装置では、高画質化等のためにデジタル化されてきており、現像剤担持体に印加する振動バイアス電圧も、正弦波を使用するのではなく、任意形状の矩形波を使用する傾向にあるとともに、振動バイアス電圧の周波数も複数の周波数を使用するようになってきている。そのため、従来のＣ−Ｒ結合による単純なアナログ方式の発振回路を用いた振動バイアス電圧発生装置では、任意形状の矩形波や、複数の周波数の振動バイアス電圧を発生させ、これらの振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させるには、高圧電源に複雑な回路構成を必要とし、コスト高となるという問題点を有している。
【００１７】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、現像剤担持体に印加される振動バイアス電圧の印加停止時に、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像担持体の表面に残留することを抑制し、画像形成装置内や転写手段などの各部材の現像剤による汚れを防止し、良好な画像を得ることが可能であり、しかも簡単な回路構成でコスト高を招くことがない現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記の課題を解決するため、請求項１に記載された発明は、静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止することを特徴とする現像装置である。
【００１９】
また、請求項２に記載された発明は、静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止することを特徴とする現像装置である。
【００２０】
さらに、請求項３に記載された発明は、前記振動バイアス電圧の印加を停止するときの振動成分の位相が、静電潜像を現像するのに現像剤を静電潜像担持体側に付勢するのとは反対の力を生じるときであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置である。
【００２３】
また更に、請求項４に記載された発明は、静電潜像担持体に所望の画像情報に応じた静電潜像を形成し、前記静電潜像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して現像することにより画像の形成を行う画像形成装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止することを特徴とする画像形成装置である。
【００２４】
さらに、請求項５に記載された発明は、静電潜像担持体に所望の画像情報に応じた静電潜像を形成し、前記静電潜像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して現像することにより画像の形成を行う画像形成装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止することを特徴とする画像形成装置である。
【００２５】
又、請求項６に記載された発明は、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くする際に、画像形成部に印加される他の交流成分が持つ周波数と干渉しうる周波数を避けることを特徴とする請求項４又は５記載の画像形成装置である。
【００２６】
更に、請求項７に記載された発明は、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くする際に、当該通常の周波数よりも高く設定される周波数は、画像形成装置が設置される場所の温度や湿度などの環境条件により定められる複数種類の値を持つことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の画像形成装置である。
【００２７】
次に、この発明に係る現像装置について、ドラム状の静電潜像担持体と対向して、ロール状の現像剤担持体を持ち、この現像剤担持体に波形が正弦波である振動電圧と直流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加した現像手段を例に説明する。
【００２８】
現像中の現像剤の挙動は、次のように説明される。
【００２９】
図１に示すように、静電潜像担持体０１と現像剤担持体０２の間には、現像剤担持体０２に印加された振動バイアス電圧（図２（ａ））により周期的に向きが変化する電界Ｅが発生し、帯電し電荷を持つ現像剤０３は、生じた電界Ｅによる向きに付勢され、往復飛翔し運動する。そして、上記静電潜像担持体０１の表面に残留するトナーの量は、図２（ｂ）に示すように、振動バイアス電圧の周期に対応して変化する。実際の現像剤担持体０２の表面に存在する現像剤０３は、図３に示すように、意図とは反対の極性（例えば、プラス）の電荷を持つものや、著しく低い帯電量を持つもの（例えば、帯電量が略ゼロのもの）も存在し、先述の現像剤０３とは正反対の挙動を示したり、運動するこれら現像剤０３によってはじき出されることによって、現像部分には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、帯電量の大小や極性に関わらず、静電潜像担持体０１の表面に残留する現像剤０３が存在する。現像プロセスの進行とともに、これら現像剤０３は、静電潜像を可視化するという目的に合致したものが選択的に静電潜像担持体０１上に残留し、現像動作を終了する。
【００３０】
振動バイアス電圧は、画像形成装置の画像形成動作終了前に停止させなければならないが、振動バイアス電圧が発振している間は現像部に様々な帯電量をもつ現像剤が混沌と存在し、ただ振動バイアス電圧を停止させたのでは、先述の選択的な現像プロセス終了前の現像剤が、像担持体上の静電潜像の有無に関わらず現像され、この例のように、像担持体と現像担持体にロールを用いた場合、軸方向の帯状となって現れる。
【００３１】
この現像された現像剤は、振動バイアス電圧停止時に現像部に存在した、様々な帯電量をもつ現像剤が混じりあったものとなる。
【００３２】
像担持体上に残されるこのような現像剤量を少なくするために、振動バイアス電圧の発振を停止するとき、その振動部分の位相を制御することが知られているが、残留する現像剤の帯電量は、前述のように様々であり、問題とならないレベルまで量を制御することは難しかった。
【００３３】
従来は、このように像担持体上に付着した現像剤は、不要な現像剤として、クリーニング装置によって清掃、回収され問題となることは少なかった。また、広く用いられて来た、Ｃ−Ｒ結合による単純な発振回路を用いた振動バイアス電圧発生装置では、回路特性から、発振停止時に振動電圧の振幅が徐々に小さくなり、現像部に存在する様々な帯電量をもつものが混じりあった現像剤の絶対量が振動電圧の振幅の減衰とともに減少し、結果、発振停止時に像担持体上に残留する現像剤量も少なくなるので、障害の原因とはなり難い。
【００３４】
しかし、このようなＣ−Ｒ結合による単純なアナログ方式の発振回路を用いた振動バイアス電圧発生装置では、デジタル化した画像形成装置に対応することができない。
【００３５】
そこで、この発明では、振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くすることで、像担持体上に残留する現像剤量を極めて少なくすることが可能となった。その動作は次のように説明される。
【００３６】
振動バイアス電圧を用いて行う現像動作では、その振動周波数は、現像剤の帯電量、大きさ、重さ、振動バイアス電圧振幅などによって現像され易さが変化するため、現像するのに必要な像担持体上の静電潜像に付着する現像剤量を得るには最適値が存在し、それよりも高すぎても低すぎても現像動作はされにくくなる。従って、現像部に存在する様々な帯電量を持つものがまじりあった現像剤の絶対量は、振動バイアス電圧の周波数を高くしていく事で減少させることができる。
【００３７】
像担持体上に振動バイアス電圧の発振停止持に付着する現像剤量は、現像部に存在する様々な帯電量をもつものが混じりあった現像剤の絶対量に概略比例するので、振動バイアス電圧の発振停止する際、予めその周波数を高く変化させることで、振動バイアス電圧停止時の像担持体上に残留する現像剤量を極めて少なく抑制することが可能となる。
【００３８】
近年見られる、像担持体を帯電させるのに振動バイアス電圧を印加する方式の画像形成装置では、その振動周波数と、現像動作に用いられる振動電圧の周波数が相互に干渉したとき、像担持体の帯電電圧が周期的に変化したり現像電界が周期的変動するなどの原因で、像担持体上に地汚れを生じることがある。
【００３９】
この問題を避けるために両者の周波数は、干渉しにくい設定を行うことが考えられるが、この発明に係る振動バイアス電圧停止時の周波数変化を複数の飛び値をもって行うことで、この現象を避けることができる。
【００４０】
この発明による方式では、出力する振動バイアス電圧の振幅は一定となるため、電源回路の構成が簡単になりコストの低減効果も期待できる。
【００４１】
振動バイアス電圧の振動成分波形は、正弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波等、周期的な交流波形であればよく、直流成分を周期的にオンーオフすることによって形成された電圧をも含むものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００４３】
実施の形態１
図５はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を適用した画像形成装置としての電子写真方式の卓上ページプリンターを示すものである。
【００４４】
このページプリンター１は、図５に示すように、静電潜像担持体としての感光体ドラム２と、当該感光体ドラム２の表面を所定の電位に帯電する帯電手段３と、前記感光体ドラム２の表面に画像露光４を施すことにより静電潜像を形成する画像露光手段と、前記感光体ドラム２の表面に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体としての現像ロール５を備えた現像手段と、当該現像手段によって現像された現像像を転写用紙６に転写する転写手段としての転写ロール７と、前記感光体ドラム２上に残留した現像剤を除去するクリーニング手段８とを備えるように構成されている。
【００４５】
上記感光体ドラム２は、例えば、１００ｍｍ／ｓ程度のプロセススピードで回転駆動される。また、上記帯電手段３としては、コロナワイヤーに直流電圧が印加されるスコロトロンが用いられる。さらに、上記現像手段としては、例えば、現像剤として磁性一成分のトナーを用いた現像装置が用いられる。
【００４６】
なお、上記ページプリンター１は、感光体ドラム２や現像装置、更にはクリーニング装置８等が、プロセスカートリッジとして一体的に構成されており、感光体ドラム２等を一体的に交換することが可能となっている。また、上記ページプリンター１は、図示しない両面ユニットを備えており、転写用紙６の両面に画像形成が可能となっている。
【００４７】
ところで、この実施の形態では、静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止するように構成されている。
【００４８】
図５は上記の如く構成されるページプリンターの電気回路をも同時に示すものである。
【００４９】
上記ページプリンターの電気回路は、大別して、コントローラ１０と、高圧電源装置１１とから構成されている。コントローラ１０は、ＣＰＵ等からなる制御回路１２を備えており、当該制御回路１２は、波形発生回路１３に対して、デジタル信号からなるＯＮ／ＯＦＦ信号及び周波数情報１４を出力するとともに、高圧電源装置１１の直流電圧発生回路１５に対して信号を出力するようになっている。また、上記波形発生回路１３は、制御回路１２からのデジタル信号に応じて、所定の波形及び周波数の交流電圧を発生するものである。上記波形発生回路１３で発生された所定の波形及び周波数の交流電圧は、高圧電源装置１１の増幅回路１６によって、所定のピークツーピーク電圧を有する交流電圧に増幅される。さらに、上記高圧電源装置１１の増幅回路１６では、直流電圧発生回路１５で発生される直流電圧と重畳されて、所定の振動バイアス電圧が発生され、当該振動バイアス電圧が現像手段の現像ロール５に印加される。
【００５０】
そして、上記制御回路１２は、波形発生回路１３に対して出力する周波数情報を制御し、振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止するように構成されている。
【００５１】
以上の構成において、この実施の形態に係る現像装置を適用したページプリンターでは、次のようにして、現像剤担持体に印加される振動バイアス電圧の印加停止時に、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像担持体の表面に残留することを抑制し、画像形成装置内や転写手段などの各部材の現像剤による汚れを防止し、良好な画像を得ることが可能であり、しかも簡単な回路構成でコスト高を招くことがないようになっている。
【００５２】
すなわち、上記ページプリンター１では、図５に示すように、感光体ドラム２の表面を、スコロトロンからなる帯電手段３によって所定の電位に帯電した後、画像露光４を施すことにより、感光体ドラム２上に画像情報に応じた静電潜像が形成される。この感光体ドラム２上に形成された静電潜像は、現像手段の現像ロール５によって現像される。
【００５３】
その際、上記感光体ドラム２上に形成された静電潜像を現像するには、現像剤担持体である現像ロール５の現像スリーブに、振動高電圧と直流成分とが重畳された振動バイアス電圧を印加して、帯電した現像剤を往復飛翔させ、潜像部に付着させるこにより現像動作が行なわれる。現像動作中は、現像スリーブと感光体ドラム２とが対向する間隙（現像領域）に、所定の帯電極性を中心にして様々な帯電量を持つトナーが混沌として存在する所謂トナークラウドが形成され、現像プロセスの進行とともに選択的に良帯電トナーによって静電潜像の現像が行なわれる。
【００５４】
次に、画像形成動作が終了し、現像スリーブに振動バイアス電圧の印加を停止するとき、そのまま高圧印加を瞬時に停止すると、現像部に存在したトナークラウドが、静電潜像がないにもかかわらず感光体ドラム２上に付着し、感光体ドラム２の軸方向に沿って帯状の地かぶりが発生してしまう。
【００５５】
因に、従来のページプリンターでは、印字動作の際、ページ毎に振動バイアス電圧の印加を停止させているため、プロセスカートリッジの寿命がくるまでに、感光体ドラムの軸方向に沿った地かぶりとなるトナー重量を含め、クリーニング装置で回収されるトナーの重量は、新品のプロセスカートリッジに充填されたトナー重量比で７％程度にもなってしまっていた。
【００５６】
また、感光体ドラム上の非印字部（通紙ギャップ部）のトナー汚れは、接触式の転写ロールの表面を汚し、連続プリント動作時は次用紙の裏面にトナー汚れの帯となって現れ、両面印字動作を行うプリンターにおいては、致命的な障害となった。また、プリントジョブ終了後には、転写ロール表面にトナー汚れが残留して蓄積するため、装置の動作シーケンスに転写装置を電気的にクリーニングする動作が加えられるが、もともと感光体ドラム上に残留したトナーは、さまざまな帯電量を持ち、電気的なクリーニングの効果は小さい。
【００５７】
そこで、この実施の形態では、現像バイアスを停止させる際、現像動作の通常周波数の２倍以上の周波数まで発振を変化させた後で停止するように構成されている。
【００５８】
このように、通常周波数の２倍以上の周波数では、現像剤の運動が、早い現像電界の変化に追従しきれずに、トナークラウドが著しく減少する。従って、このとき、現像バイアスの発振を停止させても、感光体ドラム２上に残留するトナー量は極めて少なくなり、何ら障害を発生させることもない。
【００５９】
具体的に、現像周波数は、図６及び図７に示すように、通常時２．４ｋＨｚ、発振停止時は１００ｍｓの時間で連続的に５．６ｋＨｚまで上昇させ停止した。検討の結果、停止時の周波数が４ｋＨｚ以下では、感光体ドラム上の残留トナー量の低減に効果は見られなかった。停止時の最終的な周波数は、画質上最適化された通常発振時の周波数の何倍とは言えず、トナーの重量、帯電量、現像バイアス交流分の振幅、トナーの帯電量分布により異なると考えられる。
【００６０】
なお、現像周波数を上昇させる際に、図７のＡに示すように、必ずしも直線状に上昇させる必要はなく、図７のＢに示すように、停止直前に周波数を急激に上昇させるように設定してもよい。
【００６１】
現像バイアス停止方法の変更により、前述した回収トナー重量は、プロセスカートリッジ充填トナー重量比、３％程度に低減することができた。これにより、プロセスカートリッジの印字可能枚数が３％程度増加した。
【００６２】
また、両面印字時の帯状の地かぶりがなくなり画質が著しく向上し、転写装置のクリーニング動作の効率が上がり、クリーニング動作回数を減らすことが可能となり、装置の稼働効率も上昇した。
【００６３】
実施の形態２
図８はこの発明の実施の形態２を示すものであり、前記実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態２では、振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止するように構成されている。
【００６４】
すなわち、この実施の形態２に係る現像装置を適用したページプリンター１は、図８に示すように、帯電手段３として、スコロトロンではなく、感光体ドラム２の表面に接触して、当該感光体ドラムの表面を所定の電位に帯電する接触式の帯電ロール１７が用いられている。この帯電ロール１７には、直流電圧が重畳された、例えば８００Ｈｚの交流電圧を印加するように構成されている。
【００６５】
この実施の形態２では、帯電手段１７に交流電圧が印加されているため、現像バイアスの交流成分の周波数と干渉すると、感光体ドラム２の帯電電位の干渉周波数での周期変化や、現像バイアス直流成分の変動により、感光体ドラム２上に軸方向に沿った地かぶりが発生する。
【００６６】
そこで、この実施の形態２では、帯電手段１７に印加される交流電圧及び現像バイアスの交流成分の通常周波数を設定する際に、互いに周波数の干渉が発生しないように設定するか、発生してもプリント画質上問題が生じないように行うように構成されている。
【００６７】
現像バイアス電圧の印加を停止させる際、実施の形態１と同様に、現像動作の通常発振の２倍以上の周波数まで発振周波数を変化させた後に停止したところ、感光体ドラム２上に軸方向に沿った帯状のトナー付着が発生した。このトナー付着の発生原因を詳細に調査したところ、現像バイアス電圧の周波数を連続的に高くしていく際、帯電手段１７に印加した振動電圧の周波数（８００Ｈｚ）と強く共振する周波数を通過していたために発生した地かぶりであることがわかった。
【００６８】
そこで、この実施の形態２では、現像周波数を、通常時２．４ｋＨｚ、発振停止時は５．６ｋＨｚまで上昇させて停止することは同様に、図９に示すように、その間を３．２ｋＨｚ、４．０ｋＨｚ、４．８ｋＨｚというように、帯電手段１７に印加した振動電圧の周波数（８００Ｈｚ）の整数倍に段階的に変化させ、各周波数の発振時間を２５ｍｓづつとし、実施の形態１と同様１００ｍｓの時間で発振を停止した。
【００６９】
現像バイアス停止方法の変更により、実施の形態１と同じ効果を得ることができ、又、現像バイアス停止に要する時間が変わらなかったことから、装置制御シーケンスに大きな変更を加えることなく帯電手段の方式変更に対応することができる。
【００７０】
その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００７１】
【実施例】
以下にこの発明を図示の実施例に基づいて説明する。
【００７２】
実施例
図１０はこの実施例に係る画像形成装置としての電子写真方式の卓上ページプリンターを示す概略構成図である。
【００７３】
図１０において、２０はページプリンターの本体を示すものであり、このページプリンター本体２１の内部には、外部から入力される画像情報に対して所定の画像処理を施す画像処理部２１と、当該画像処理部２１によって所定の画像処理が施された画像情報に基づいて画像を出力する画像出力部２２とが配設されている。上記ページプリンター本体２０内の画像処理部２１には、図示しないパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータ、あるいは電話回線やＬＡＮ等の通信回線を介して送られてくる画像情報や、図示しない画像読取装置によって読み取られた画像情報などが入力されるようになっている。
【００７４】
上記ページプリンター本体２０内の画像出力部２２には、画像処理部２１によって所定の画像処理が施された画像情報に基づいて画像露光を行なうＲＯＳ２３（Ｒａｓｔｅｒ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｃａｎｎｅｒ）が配置されており、このＲＯＳ２３では、画像情報に応じてレーザー光ＬＢによる画像露光が行なわれる。
【００７５】
上記ＲＯＳ２３では、図１０に示すように、図示しない半導体レーザーからレーザー光ＬＢが画像情報の階調データに応じて出射される。この半導体レーザーから出射されたレーザー光ＬＢは、回転多面鏡２４によって偏向走査され、反射ミラー２５、２６を介して静電潜像担持体としての感光体ドラム２７上に走査される。
【００７６】
上記ＲＯＳ２３によってレーザー光ＬＢが走査露光される感光体ドラム２７としては、例えば、有機系の光導電性物質（ＯＰＣ）を用いた感光体が用いられ、当該感光体ドラム２７は、図示しない駆動手段によって矢印方向に沿って所定の速度で回転駆動されるようになっている。この感光体ドラム２７の表面は、図１１に示すように、予め帯電手段としての帯電ロール２８によって所定の電位に帯電された後、画像情報に応じてレーザー光ＬＢが走査露光されることによって静電潜像が形成される。上記感光体ドラム２７上に形成された静電潜像は、現像装置２９の現像剤担持体としての現像ロール３０によって現像され、トナー像となる。
【００７７】
上記感光体ドラム２７上に形成されたトナー像は、当該感光体ドラム２７に接触するように配置された転写ロール３１によって転写媒体としての転写用紙３２上に転写されるとともに、このトナー像が転写された転写用紙３２は、針状電極からなる分離帯電器３３により除電されて感光体ドラム２７から分離される。この針状電極からなる分離帯電器２７には、ＡＣ電圧、又はＤＣ電圧を重畳したＡＣ電圧が印加されるようになっている。上記転写用紙３２は、図１０に示すように、ページプリンター本体２０内の下部に配置された用紙カセット３４から給紙ロール３５によって給紙される。この給紙された転写用紙３２は、搬送ロール３６及びレジストロール３７によって感光体ドラム２７の表面まで搬送される。
【００７８】
なお、このページプリンター本体２０は、図１０に示すように、右側の側面に手差しトレイ３８を備えており、この手差しトレイ３８を時計回り方向に略水平な位置まで回動させて停止させることによって、当該手差しトレイ３８からは、ＯＨＰシートやハガキ等の材質やサイズの異なる転写媒体なども、直径の大きな給紙ロール３９を介して給紙可能となっている。
【００７９】
また、上記感光体ドラム２７上からトナー像が転写された転写用紙３２は、上述したように、針状電極からなる分離帯電器３３により除電されて感光体ドラム２７の表面から分離された後、定着器４０へ搬送される。その際、上記転写用紙３２が分離帯電器３３の除電及び感光体ドラム２７の曲率半径並びに転写用紙３２の剛性によって、感光体ドラム２７の表面から独りでに剥離しない場合には、転写用紙３２を感光体ドラム２７の表面から強制的に剥離するため、図１２に示すように、剥離爪４１が設けられている。上記感光体ドラム２７の表面から分離された転写用紙３２は、定着器４０の加熱ロール４０ａ及び加圧ロール４０ｂによって熱及び圧力でトナー像が、当該転写用紙２７上に定着された後、排出ロール４２によってページプリンター本体２０の上部に設けられた排出トレイ４３上に排出されて、画像形成工程が終了する。
【００８０】
また、上記転写用紙３２の両面に画像をプリントする場合には、図１０に示すように、片面に画像がプリントされた転写用紙３２を、そのまま排出トレイ４３上に排出せずに、排出ロール４２を逆転して複数の搬送ロール４６を備えた両面ユニット４７へと導き、転写用紙３２の表裏を反転した状態で、再度感光体ドラム２７の転写位置へと搬送するように構成されている。
【００８１】
なお、トナー像の転写工程が終了した後の感光体ドラム２７の表面は、図１１に示すように、クリーナーブレード４４を備えたクリーニング装置４５によって、残留トナーや紙粉等が除去され、次の画像形成工程に備えるようになっている。
【００８２】
また、上記の如く構成されるページプリンターでは、図１１に示すように、メンテナンス性の向上等のため、感光体ドラム２７、及びその周辺の現像装置２９やクリーニング装置４５等が、プロセスカートリッジ４８として一体的にユニット化されており、このプロセスカートリッジ４８は、ページプリンター本体２０に対して一体的に着脱可能となっている。また、上記プロセスカートリッジ４８は、感光体ドラム２７の劣化時期や、現像装置２９内の現像剤が消費される時期がほぼ同じ時期となるように設定されており、感光体ドラム２７が磨耗して劣化したり、現像装置２９内の現像剤が消費された場合に、感光体ドラム２７や現像装置２９を個々に新しいものと交換するのではなく、プロセスカートリッジ４８全体として、感光体ドラム２７や現像装置２９等をページプリンター本体２０から一体的に脱着して新しいものと交換することにより、メンテナンス性を向上することが可能となっている。
【００８３】
図１１は上記ページプリンターに使用される現像装置をプロセスカートリッジ全体と共に示す構成図である。
【００８４】
この現像装置２９は、図１１に示すように、現像装置ハウジング５０を備えており、この現像装置ハウジング５０は、大きく分けて、現像剤担持体としての現像ロール３０が設けられた現像槽５１と、この現像槽５１の後方に連設された現像剤貯蔵槽５２とから構成されている。上記現像装置ハウジング５０の現像槽５１には、感光体ドラム２７側の端部に、現像ロール３０が回転可能に配設されており、この現像ロール３０は、既知の如く、所定の位置に所定の極性の磁極が着磁され、固定状態に配置された図示しないマグネットロールと、このマグネットロールの外周に矢印方向に沿って回転可能に配置された図示しない現像スリーブとから構成されている。
【００８５】
また、上記現像ロール３０の斜め下方には、必要に応じて、当該現像ロール３０に現像剤を攪拌しつつ供給する板状ないし棒状に形成された図示しない現像部アジテータが、回転可能に配設されている。さらに、上記現像ロール３０の外周には、当該現像ロール３０の外周に図示しないマグネットロールの磁力によって吸着された一成分磁性現像剤５３（トナー）を、摩擦帯電によって所定の極性に帯電するための帯電部材としての帯電ブレード５４が設けられている。この帯電ブレード５４は、全体を合成樹脂等によって形成しても良いし、又、金属等からなる板バネ部材と、この板バネ部材の先端部に接着等の手段により固着された合成樹脂等からなる摩擦帯電部材とから構成しても良い。上記帯電ブレード５４の基端部は、現像装置ハウジング５０に固着されているとともに、その先端部は、現像ロール３０の表面に所定の圧力で圧接されている。
【００８６】
さらに、上記の如く構成される現像槽５１と、この現像槽５１の後方に連設された現像剤貯蔵槽５２との間には、図１１に示すように、当該現像剤貯蔵槽５２から現像槽５１側へ供給される現像剤５３の量を規制する開口部５５が設けられており、この開口部５５には、必要に応じて、その長手方向に沿って所定の間隔をおいて、当該開口部５５を仕切る図示しないリブが複数本設けられている。
【００８７】
また、上記現像剤貯蔵槽５２は、例えは、磁性一成分のトナーからなる現像剤５３を所定量だけ貯蔵可能なように大きく構成されており、この現像剤貯蔵槽５２の現像剤貯蔵率、つまり現像剤貯蔵槽５３の体積に占める現像剤５３の割合は、例えば、６０〜７０％に設定されている。さらに、上記現像剤貯蔵槽５２の内部には、当該現像剤貯蔵槽５２の内部に貯蔵された現像剤５３を攪拌しつつ、現像槽５１側へと搬送する２つの現像剤攪拌搬送部材５６、５７が回転可能に設けられている。これら２つの現像剤攪拌搬送部材５６、５７は、現像装置２９の背面側に配設されたギア等を介して、感光体ドラム２７等を駆動する図示しない駆動モーターによって、所定のタイミングで回転駆動されるようになっている。
【００８８】
ところで、この実施例では、静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止するように構成されている。
【００８９】
図１３は上記の如く構成されるページプリンターの電気回路を示すものである。
【００９０】
上記ページプリンターの電気回路は、大別して、コントローラ６０と、高圧電源装置６１とから構成されている。コントローラ６０は、ＣＰＵ等からなる制御回路６２を備えており、当該制御回路６２は、波形発生回路６３に対して、デジタル信号からなるＯＮ／ＯＦＦ信号及び周波数情報６４を出力するとともに、高圧電源装置６１の直流電圧発生回路６５に対して信号を出力するようになっている。また、上記波形発生回路６３は、制御回路６２からのデジタル信号に応じて、所定の波形及び周波数の交流電圧を発生するものである。上記波形発生回路６３で発生された所定の波形及び周波数の交流電圧は、高圧電源装置６１の増幅回路６６によって、所定のピークツーピーク電圧を有する交流電圧に増幅される。さらに、上記高圧電源装置６１の増幅回路６６では、直流電圧発生回路６５で発生される直流電圧と重畳されて、図１４に示すような矩形状の振動バイアス電圧が発生され、当該振動バイアス電圧が現像装置２９の現像ロール３０に印加される。
【００９１】
そして、上記制御回路６２は、波形発生回路６３に対して出力する周波数情報を制御し、振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止するように構成されている。
【００９２】
以上の構成において、この実施例に係る現像装置を適用したページプリンターでは、次のようにして、現像剤担持体に印加される振動バイアス電圧の印加停止時に、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像担持体の表面に残留することを抑制し、画像形成装置内や転写手段などの各部材の現像剤による汚れを防止し、良好な画像を得ることが可能であり、しかも簡単な回路構成でコスト高を招くことがないようになっている。
【００９３】
すなわち、上記ページプリンター１では、図１０に示すように、感光体ドラム２７の表面を、帯電ロール３１によって所定の電位に帯電した後、ＲＯＳ２３によって画像露光を施すことにより、感光体ドラム２７上に画像情報に応じた静電潜像が形成される。この感光体ドラム２７上に形成された静電潜像は、現像装置２９の現像ロール３０によって現像される。
【００９４】
上記感光体ドラム２９上に形成された静電潜像を可視化するには、現像ロール３０の現像スリーブに、振動高電圧と直流成分とが重畳された図１４に示すような矩形状の振動バイアス電圧を印加して、帯電した現像剤５３を往復飛翔させ、潜像部に付着させるこにより現像動作が行なわれる。現像動作中は、現像スリーブと感光体ドラム２７とが対向する間隙（現像領域）に、所定の帯電極性を中心にして様々な帯電量を持つトナーが混沌として存在する所謂トナークラウドが形成され、現像プロセスの進行とともに選択的に良帯電トナーによって静電潜像の現像が行なわれる。
【００９５】
次に、画像形成動作が終了し、現像スリーブに振動バイアス電圧の印加を停止するとき、現像動作の通常周波数の２倍以上の周波数まで発振を段階的に変化させた後、停止するように構成されている。
【００９６】
このように、通常周波数の２倍以上の周波数では、現像剤の運動が、早い現像電界の変化に追従しきれずに、トナークラウドが著しく減少する。従って、このとき、現像バイアスの発振を停止させても、感光体ドラム上に残留するトナー量は極めて少なくなり、何ら障害を発生させることもない。
【００９７】
具体的に、現像周波数は、通常時２．４ｋＨｚ、発振停止時は１００ｍｓの時間で段階的に５．６ｋＨｚまで上昇させ停止した。検討の結果、停止時の周波数が４ｋＨｚ以下では、感光体ドラム上の残留トナー量の低減に効果は見られなかった。停止時の最終的な周波数は、画質上最適化された通常発振時の周波数の何倍とは言えず、トナーの重量、帯電量、現像バイアス交流分の振幅、トナーの帯電量分布により異なると考えられる。
【００９８】
現像バイアス停止方法の変更により、前述回収トナー重量は、プロセスカートリッジ充填トナー重量比、３％程度に低減することができた。これにより、プロセスカートリッジの印字可能枚数が３％程度増加した。
【００９９】
また、両面印字時の帯状の地かぶりがなくなり画質が著しく向上し、転写装置のクリーニング動作の効率が上がり、クリーニング動作回数を減らすことが可能となり、装置の稼働効率も上昇した。
【０１００】
なお、前記実施の形態及び実施例では、振動バイアス電圧の印加を停止するときの振動成分の位相を特に限定しなかったが、振動バイアス電圧の印加を停止するときの振動成分の位相が、図１５に示すように、静電潜像を現像するのに現像剤を静電潜像担持体側に付勢するのとは反対の力を生じるときであるように設定しても良い。
【０１０１】
こうすることによって、正規の帯電極性に帯電した現像剤が静電潜像担持体上に残留するのを一層効果的に防止することができる。
【０１０２】
また、前記振動バイアス電圧の印加を停止する直前の出力が、図１５に示すように、通常時とは異なる（通常よりも低い）電圧ピークを持つように設定しても良い。
【０１０３】
さらに、前記振動バイアス電圧の印加を停止するときの振動成分の位相が、図１５に示すように、静電潜像を現像するのに現像剤を静電潜像担持体側に付勢するのとは反対の力を生じるときにあり、印加を停止する直前の振動成分が、通常時とは異なる波長（例えば、通常よりも長い波長）を持つように設定しても良い。
【０１０４】
こうすることによって、正規の帯電極性に帯電した現像剤が静電潜像担持体上に残留するのを一層効果的に防止することができる。
【０１０５】
また更に、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くする際に、当該通常の周波数よりも高く設定される周波数は、画像形成装置が設置される場所の温度や湿度などの環境条件により定められる複数種類の値を持つように設定しても良い。
【０１０６】
こうすることによって、画像形成装置が設置される場所の温度や湿度などの環境条件が変化した場合でも、常に現像剤が静電潜像担持体上に残留するのを防止することができる。
【０１０７】
なお、上記実施例では、現像装置が一成分の現像剤を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、二成分の現像剤を用いたものであってもよく、一成分の現像剤を用いた場合でも、現像剤は、磁性現像剤であっても、非磁性の現像剤であっても良い。
【０１０８】
【発明の効果】
この発明は、以上の構成及び作用からなるもので、現像剤担持体に印加される振動バイアス電圧の印加停止時に、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像担持体の表面に残留することを抑制し、画像形成装置内や転写手段などの各部材の現像剤による汚れを防止し、良好な画像を得ることが可能であり、しかも簡単な回路構成でコスト高を招くことがない現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明に係る現像装置の現像原理を示す概念図である。
【図２】 図２（ａ）（ｂ）は振動バイアス電圧と潜像担持体上に残留するトナー量をそれぞれ示すグラフである。
【図３】 図３はこの発明に係る現像装置の現像原理を示す概念図である。
【図４】 図４（ａ）（ｂ）は振動バイアス電圧と潜像担持体上に残留するトナー量をそれぞれ示すグラフである。
【図５】 図５はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を適用したページプリンターを示す構成図である。
【図６】 図６は振動バイアス電圧の印加状態を示す波形図である。
【図７】 図７は振動バイアス電圧の周波数を示すグラフである。
【図８】 図８はこの発明の実施の形態２に係る現像装置を適用したページプリンターを示す構成図である。
【図９】 図９は振動バイアス電圧の印加状態を示す波形図である。
【図１０】 図１０はこの発明の実施例に係る現像装置を適用したページプリンターを示す構成図である。
【図１１】 図１１はこの発明の実施例に係る現像装置を含むプロセスカートリッジを示す構成図である。
【図１２】 図１２はこの発明の実施例に係る現像装置を適用したページプリンターの画像形成部を示す構成図である。
【図１３】 図１３はこの発明の実施例に係る現像装置を適用したページプリンターの電気回路を示す構成図である。
【図１４】 図１４は振動バイアス電圧を示す波形図である。
【図１５】 図１５は振動バイアス電圧を示す波形図である。
【図１６】 図１６は従来の振動バイアス電圧停止時の交流成分位相と残留現像剤量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
０１ 静電潜像担持体、０２ 現像剤担持体、０３ 現像剤。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電子写真プロセスや静電記録プロセス等を適用したプリンターや複写機、あるいはファクシミリ等の画像形成装置に使用される現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関し、特に、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加することにより現像する現像装置及びこれを用いた画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上記電子写真プロセスや静電記録プロセス等を適用したプリンターや複写機、あるいはファクシミリ等の画像形成装置において、静電潜像を現像する現像装置としては、現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加する技術が広く用いられてきている。
【０００３】
かかる現像装置では、現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加することにより、現像剤担持体と静電潜像担持体との間に振動電界を形成し、この振動電界によって現像剤を現像剤担持体と静電潜像担持体との間で往復飛翔させ、現像効率を向上させるとともに、かぶり等を防止するように構成されている。
【０００４】
そして、上記現像装置を適用した画像形成装置では、画像形成動作中は、現像剤担持体に直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加することにより、現像剤を現像剤担持体と静電潜像担持体との間で往復飛翔させ、現像効率を向上させるとともに、かぶり等を防止し、画像形成動作が終了したときに、現像剤担持体への振動バイアス電圧の印加を停止させるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術の場合には、次のような問題点を有している。すなわち、上記従来の現像装置を適用した画像形成装置では、画像形成動作が終了して、現像のために発振していた振動バイアス電圧の印加を停止すると、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像の有無に関わらず静電潜像担持体の表面に残留する。更に説明すると、振動バイアス電圧の印加を停止すると、静電潜像担持体の表面に付着した現像剤には、現像剤担持体側に引き戻す力が作用しなくなるため、振動バイアス電圧の印加停止時に静電潜像担持体の表面に付着していた現像剤は、静電潜像の有無に関わらず、ファンデルワールス力や鏡像力等によって、静電潜像担持体の表面に付着したままの状態となって残留する。
【０００６】
このように、画像形成動作が終了した後も、静電潜像担持体の表面に現像剤が残留すると、当該現像剤が画像形成装置内に飛散して、画像形成装置内の汚れとなったり、クリーニング装置によって回収されるなど、不要現像剤の増加を招くという問題点があった。
【０００７】
図１６は振動バイアス電圧の印加停止時の交流成分の位相と残留現像剤量との関係を示すグラフである。
【０００８】
このグラフから分かるように、振動バイアス電圧の印加停止時の交流成分の位相によっては、感光体ドラムの表面に多くのトナーが残留し、画像形成装置内の汚れや、不要現像剤の増加を招く。
【０００９】
さらに近年、現像された画像情報を紙などの転写媒体に転写せしめる手段として、静電潜像担持体の表面に接触する接触式のローラやブラシなどを用いた画像形成装置が実用化されてきている。かかる接触式のローラやブラシなどを用いた画像形成装置においては、静電潜像担持体の表面に残留した現像剤が、当該静電潜像担持体の表面に接触するローラやブラシなどの接触式の帯電手段に転移し、ローラやブラシなどの接触式の帯電手段を汚損するという問題点もあった。
【００１０】
また、接触式の転写手段の表面が現像剤によって汚損されると、当該接触式の転写手段に転移した現像剤が、紙などの転写媒体の裏面に付着して不要な汚れを招くこともあり、特に両面印字等の際に画質を低下させるといった大きな妨げになるという問題点もあった。
【００１１】
そこで、かかる振動バイアス電圧の印加停止時に、静電潜像担持体の表面に現像剤が残留することに伴う問題点を解決し得る技術としては、特開平２−１３０５６９号公報や特公平４−３５０７４号公報等に開示されているものがある。
【００１２】
上記特開平２−１３０５６９号公報に開示された画像形成装置は、振動バイアス電圧を停止するとき、静電潜像担持体の表面に残留する現像剤を低減するために、振動バイアス電圧が停止するときの振動位相を制御するように構成したものである。
【００１３】
また、上記特公平４−３５０７４号公報に係る画像形成方法は、振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させて停止するように構成したものである。
【００１４】
しかしながら、上記特開平２−１３０５６９号公報に開示された画像形成装置の場合には、振動バイアス電圧を停止するとき、静電潜像担持体の表面に残留する現像剤を低減するために、振動バイアス電圧が停止するときの振動位相を制御するように構成したものであるが、現像剤の中には、所定の極性と逆極性に帯電したものが存在するため、逆極帯電現像剤などの残留は低減することができず、特に一成分現像方式などでは効果が低いという問題点を有している。
【００１５】
また、上記特公平４−３５０７４号公報に係る画像形成方法の場合には、振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させて停止するものであるが、このように、振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させるには、高圧電源に複雑な回路構成を必要とすることが多く、コスト高となりがちであるという問題点を有している。なお、単に、振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させるだけであれば、従来から広く用いられてきたＣ−Ｒ結合による単純な発振回路を用いた振動バイアス電圧発生装置であれば、回路特性から、発振停止時に振動電圧の振幅を徐々に小さくすることができる。
【００１６】
しかし、近年の画像形成装置では、高画質化等のためにデジタル化されてきており、現像剤担持体に印加する振動バイアス電圧も、正弦波を使用するのではなく、任意形状の矩形波を使用する傾向にあるとともに、振動バイアス電圧の周波数も複数の周波数を使用するようになってきている。そのため、従来のＣ−Ｒ結合による単純なアナログ方式の発振回路を用いた振動バイアス電圧発生装置では、任意形状の矩形波や、複数の周波数の振動バイアス電圧を発生させ、これらの振動バイアス電圧の出力振幅を順次減少させるには、高圧電源に複雑な回路構成を必要とし、コスト高となるという問題点を有している。
【００１７】
そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、現像剤担持体に印加される振動バイアス電圧の印加停止時に、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像担持体の表面に残留することを抑制し、画像形成装置内や転写手段などの各部材の現像剤による汚れを防止し、良好な画像を得ることが可能であり、しかも簡単な回路構成でコスト高を招くことがない現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記の課題を解決するため、請求項１に記載された発明は、静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止することを特徴とする現像装置である。
【００１９】
また、請求項２に記載された発明は、静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止することを特徴とする現像装置である。
【００２０】
さらに、請求項３に記載された発明は、前記振動バイアス電圧の印加を停止するときの振動成分の位相が、静電潜像を現像するのに現像剤を静電潜像担持体側に付勢するのとは反対の力を生じるときであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置である。
【００２３】
また更に、請求項４に記載された発明は、静電潜像担持体に所望の画像情報に応じた静電潜像を形成し、前記静電潜像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して現像することにより画像の形成を行う画像形成装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止することを特徴とする画像形成装置である。
【００２４】
さらに、請求項５に記載された発明は、静電潜像担持体に所望の画像情報に応じた静電潜像を形成し、前記静電潜像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して現像することにより画像の形成を行う画像形成装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止することを特徴とする画像形成装置である。
【００２５】
又、請求項６に記載された発明は、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くする際に、画像形成部に印加される他の交流成分が持つ周波数と干渉しうる周波数を避けることを特徴とする請求項４又は５記載の画像形成装置である。
【００２６】
更に、請求項７に記載された発明は、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くする際に、当該通常の周波数よりも高く設定される周波数は、画像形成装置が設置される場所の温度や湿度などの環境条件により定められる複数種類の値を持つことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の画像形成装置である。
【００２７】
次に、この発明に係る現像装置について、ドラム状の静電潜像担持体と対向して、ロール状の現像剤担持体を持ち、この現像剤担持体に波形が正弦波である振動電圧と直流電圧を重畳した振動バイアス電圧を印加した現像手段を例に説明する。
【００２８】
現像中の現像剤の挙動は、次のように説明される。
【００２９】
図１に示すように、静電潜像担持体０１と現像剤担持体０２の間には、現像剤担持体０２に印加された振動バイアス電圧（図２（ａ））により周期的に向きが変化する電界Ｅが発生し、帯電し電荷を持つ現像剤０３は、生じた電界Ｅによる向きに付勢され、往復飛翔し運動する。そして、上記静電潜像担持体０１の表面に残留するトナーの量は、図２（ｂ）に示すように、振動バイアス電圧の周期に対応して変化する。実際の現像剤担持体０２の表面に存在する現像剤０３は、図３に示すように、意図とは反対の極性（例えば、プラス）の電荷を持つものや、著しく低い帯電量を持つもの（例えば、帯電量が略ゼロのもの）も存在し、先述の現像剤０３とは正反対の挙動を示したり、運動するこれら現像剤０３によってはじき出されることによって、現像部分には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、帯電量の大小や極性に関わらず、静電潜像担持体０１の表面に残留する現像剤０３が存在する。現像プロセスの進行とともに、これら現像剤０３は、静電潜像を可視化するという目的に合致したものが選択的に静電潜像担持体０１上に残留し、現像動作を終了する。
【００３０】
振動バイアス電圧は、画像形成装置の画像形成動作終了前に停止させなければならないが、振動バイアス電圧が発振している間は現像部に様々な帯電量をもつ現像剤が混沌と存在し、ただ振動バイアス電圧を停止させたのでは、先述の選択的な現像プロセス終了前の現像剤が、像担持体上の静電潜像の有無に関わらず現像され、この例のように、像担持体と現像担持体にロールを用いた場合、軸方向の帯状となって現れる。
【００３１】
この現像された現像剤は、振動バイアス電圧停止時に現像部に存在した、様々な帯電量をもつ現像剤が混じりあったものとなる。
【００３２】
像担持体上に残されるこのような現像剤量を少なくするために、振動バイアス電圧の発振を停止するとき、その振動部分の位相を制御することが知られているが、残留する現像剤の帯電量は、前述のように様々であり、問題とならないレベルまで量を制御することは難しかった。
【００３３】
従来は、このように像担持体上に付着した現像剤は、不要な現像剤として、クリーニング装置によって清掃、回収され問題となることは少なかった。また、広く用いられて来た、Ｃ−Ｒ結合による単純な発振回路を用いた振動バイアス電圧発生装置では、回路特性から、発振停止時に振動電圧の振幅が徐々に小さくなり、現像部に存在する様々な帯電量をもつものが混じりあった現像剤の絶対量が振動電圧の振幅の減衰とともに減少し、結果、発振停止時に像担持体上に残留する現像剤量も少なくなるので、障害の原因とはなり難い。
【００３４】
しかし、このようなＣ−Ｒ結合による単純なアナログ方式の発振回路を用いた振動バイアス電圧発生装置では、デジタル化した画像形成装置に対応することができない。
【００３５】
そこで、この発明では、振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くすることで、像担持体上に残留する現像剤量を極めて少なくすることが可能となった。その動作は次のように説明される。
【００３６】
振動バイアス電圧を用いて行う現像動作では、その振動周波数は、現像剤の帯電量、大きさ、重さ、振動バイアス電圧振幅などによって現像され易さが変化するため、現像するのに必要な像担持体上の静電潜像に付着する現像剤量を得るには最適値が存在し、それよりも高すぎても低すぎても現像動作はされにくくなる。従って、現像部に存在する様々な帯電量を持つものがまじりあった現像剤の絶対量は、振動バイアス電圧の周波数を高くしていく事で減少させることができる。
【００３７】
像担持体上に振動バイアス電圧の発振停止持に付着する現像剤量は、現像部に存在する様々な帯電量をもつものが混じりあった現像剤の絶対量に概略比例するので、振動バイアス電圧の発振停止する際、予めその周波数を高く変化させることで、振動バイアス電圧停止時の像担持体上に残留する現像剤量を極めて少なく抑制することが可能となる。
【００３８】
近年見られる、像担持体を帯電させるのに振動バイアス電圧を印加する方式の画像形成装置では、その振動周波数と、現像動作に用いられる振動電圧の周波数が相互に干渉したとき、像担持体の帯電電圧が周期的に変化したり現像電界が周期的変動するなどの原因で、像担持体上に地汚れを生じることがある。
【００３９】
この問題を避けるために両者の周波数は、干渉しにくい設定を行うことが考えられるが、この発明に係る振動バイアス電圧停止時の周波数変化を複数の飛び値をもって行うことで、この現象を避けることができる。
【００４０】
この発明による方式では、出力する振動バイアス電圧の振幅は一定となるため、電源回路の構成が簡単になりコストの低減効果も期待できる。
【００４１】
振動バイアス電圧の振動成分波形は、正弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波等、周期的な交流波形であればよく、直流成分を周期的にオンーオフすることによって形成された電圧をも含むものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００４３】
実施の形態１
図５はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を適用した画像形成装置としての電子写真方式の卓上ページプリンターを示すものである。
【００４４】
このページプリンター１は、図５に示すように、静電潜像担持体としての感光体ドラム２と、当該感光体ドラム２の表面を所定の電位に帯電する帯電手段３と、前記感光体ドラム２の表面に画像露光４を施すことにより静電潜像を形成する画像露光手段と、前記感光体ドラム２の表面に形成された静電潜像を現像する現像剤担持体としての現像ロール５を備えた現像手段と、当該現像手段によって現像された現像像を転写用紙６に転写する転写手段としての転写ロール７と、前記感光体ドラム２上に残留した現像剤を除去するクリーニング手段８とを備えるように構成されている。
【００４５】
上記感光体ドラム２は、例えば、１００ｍｍ／ｓ程度のプロセススピードで回転駆動される。また、上記帯電手段３としては、コロナワイヤーに直流電圧が印加されるスコロトロンが用いられる。さらに、上記現像手段としては、例えば、現像剤として磁性一成分のトナーを用いた現像装置が用いられる。
【００４６】
なお、上記ページプリンター１は、感光体ドラム２や現像装置、更にはクリーニング装置８等が、プロセスカートリッジとして一体的に構成されており、感光体ドラム２等を一体的に交換することが可能となっている。また、上記ページプリンター１は、図示しない両面ユニットを備えており、転写用紙６の両面に画像形成が可能となっている。
【００４７】
ところで、この実施の形態では、静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止するように構成されている。
【００４８】
図５は上記の如く構成されるページプリンターの電気回路をも同時に示すものである。
【００４９】
上記ページプリンターの電気回路は、大別して、コントローラ１０と、高圧電源装置１１とから構成されている。コントローラ１０は、ＣＰＵ等からなる制御回路１２を備えており、当該制御回路１２は、波形発生回路１３に対して、デジタル信号からなるＯＮ／ＯＦＦ信号及び周波数情報１４を出力するとともに、高圧電源装置１１の直流電圧発生回路１５に対して信号を出力するようになっている。また、上記波形発生回路１３は、制御回路１２からのデジタル信号に応じて、所定の波形及び周波数の交流電圧を発生するものである。上記波形発生回路１３で発生された所定の波形及び周波数の交流電圧は、高圧電源装置１１の増幅回路１６によって、所定のピークツーピーク電圧を有する交流電圧に増幅される。さらに、上記高圧電源装置１１の増幅回路１６では、直流電圧発生回路１５で発生される直流電圧と重畳されて、所定の振動バイアス電圧が発生され、当該振動バイアス電圧が現像手段の現像ロール５に印加される。
【００５０】
そして、上記制御回路１２は、波形発生回路１３に対して出力する周波数情報を制御し、振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止するように構成されている。
【００５１】
以上の構成において、この実施の形態に係る現像装置を適用したページプリンターでは、次のようにして、現像剤担持体に印加される振動バイアス電圧の印加停止時に、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像担持体の表面に残留することを抑制し、画像形成装置内や転写手段などの各部材の現像剤による汚れを防止し、良好な画像を得ることが可能であり、しかも簡単な回路構成でコスト高を招くことがないようになっている。
【００５２】
すなわち、上記ページプリンター１では、図５に示すように、感光体ドラム２の表面を、スコロトロンからなる帯電手段３によって所定の電位に帯電した後、画像露光４を施すことにより、感光体ドラム２上に画像情報に応じた静電潜像が形成される。この感光体ドラム２上に形成された静電潜像は、現像手段の現像ロール５によって現像される。
【００５３】
その際、上記感光体ドラム２上に形成された静電潜像を現像するには、現像剤担持体である現像ロール５の現像スリーブに、振動高電圧と直流成分とが重畳された振動バイアス電圧を印加して、帯電した現像剤を往復飛翔させ、潜像部に付着させるこにより現像動作が行なわれる。現像動作中は、現像スリーブと感光体ドラム２とが対向する間隙（現像領域）に、所定の帯電極性を中心にして様々な帯電量を持つトナーが混沌として存在する所謂トナークラウドが形成され、現像プロセスの進行とともに選択的に良帯電トナーによって静電潜像の現像が行なわれる。
【００５４】
次に、画像形成動作が終了し、現像スリーブに振動バイアス電圧の印加を停止するとき、そのまま高圧印加を瞬時に停止すると、現像部に存在したトナークラウドが、静電潜像がないにもかかわらず感光体ドラム２上に付着し、感光体ドラム２の軸方向に沿って帯状の地かぶりが発生してしまう。
【００５５】
因に、従来のページプリンターでは、印字動作の際、ページ毎に振動バイアス電圧の印加を停止させているため、プロセスカートリッジの寿命がくるまでに、感光体ドラムの軸方向に沿った地かぶりとなるトナー重量を含め、クリーニング装置で回収されるトナーの重量は、新品のプロセスカートリッジに充填されたトナー重量比で７％程度にもなってしまっていた。
【００５６】
また、感光体ドラム上の非印字部（通紙ギャップ部）のトナー汚れは、接触式の転写ロールの表面を汚し、連続プリント動作時は次用紙の裏面にトナー汚れの帯となって現れ、両面印字動作を行うプリンターにおいては、致命的な障害となった。また、プリントジョブ終了後には、転写ロール表面にトナー汚れが残留して蓄積するため、装置の動作シーケンスに転写装置を電気的にクリーニングする動作が加えられるが、もともと感光体ドラム上に残留したトナーは、さまざまな帯電量を持ち、電気的なクリーニングの効果は小さい。
【００５７】
そこで、この実施の形態では、現像バイアスを停止させる際、現像動作の通常周波数の２倍以上の周波数まで発振を変化させた後で停止するように構成されている。
【００５８】
このように、通常周波数の２倍以上の周波数では、現像剤の運動が、早い現像電界の変化に追従しきれずに、トナークラウドが著しく減少する。従って、このとき、現像バイアスの発振を停止させても、感光体ドラム２上に残留するトナー量は極めて少なくなり、何ら障害を発生させることもない。
【００５９】
具体的に、現像周波数は、図６及び図７に示すように、通常時２．４ｋＨｚ、発振停止時は１００ｍｓの時間で連続的に５．６ｋＨｚまで上昇させ停止した。検討の結果、停止時の周波数が４ｋＨｚ以下では、感光体ドラム上の残留トナー量の低減に効果は見られなかった。停止時の最終的な周波数は、画質上最適化された通常発振時の周波数の何倍とは言えず、トナーの重量、帯電量、現像バイアス交流分の振幅、トナーの帯電量分布により異なると考えられる。
【００６０】
なお、現像周波数を上昇させる際に、図７のＡに示すように、必ずしも直線状に上昇させる必要はなく、図７のＢに示すように、停止直前に周波数を急激に上昇させるように設定してもよい。
【００６１】
現像バイアス停止方法の変更により、前述した回収トナー重量は、プロセスカートリッジ充填トナー重量比、３％程度に低減することができた。これにより、プロセスカートリッジの印字可能枚数が３％程度増加した。
【００６２】
また、両面印字時の帯状の地かぶりがなくなり画質が著しく向上し、転写装置のクリーニング動作の効率が上がり、クリーニング動作回数を減らすことが可能となり、装置の稼働効率も上昇した。
【００６３】
実施の形態２
図８はこの発明の実施の形態２を示すものであり、前記実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して説明すると、この実施の形態２では、振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止するように構成されている。
【００６４】
すなわち、この実施の形態２に係る現像装置を適用したページプリンター１は、図８に示すように、帯電手段３として、スコロトロンではなく、感光体ドラム２の表面に接触して、当該感光体ドラムの表面を所定の電位に帯電する接触式の帯電ロール１７が用いられている。この帯電ロール１７には、直流電圧が重畳された、例えば８００Ｈｚの交流電圧を印加するように構成されている。
【００６５】
この実施の形態２では、帯電手段１７に交流電圧が印加されているため、現像バイアスの交流成分の周波数と干渉すると、感光体ドラム２の帯電電位の干渉周波数での周期変化や、現像バイアス直流成分の変動により、感光体ドラム２上に軸方向に沿った地かぶりが発生する。
【００６６】
そこで、この実施の形態２では、帯電手段１７に印加される交流電圧及び現像バイアスの交流成分の通常周波数を設定する際に、互いに周波数の干渉が発生しないように設定するか、発生してもプリント画質上問題が生じないように行うように構成されている。
【００６７】
現像バイアス電圧の印加を停止させる際、実施の形態１と同様に、現像動作の通常発振の２倍以上の周波数まで発振周波数を変化させた後に停止したところ、感光体ドラム２上に軸方向に沿った帯状のトナー付着が発生した。このトナー付着の発生原因を詳細に調査したところ、現像バイアス電圧の周波数を連続的に高くしていく際、帯電手段１７に印加した振動電圧の周波数（８００Ｈｚ）と強く共振する周波数を通過していたために発生した地かぶりであることがわかった。
【００６８】
そこで、この実施の形態２では、現像周波数を、通常時２．４ｋＨｚ、発振停止時は５．６ｋＨｚまで上昇させて停止することは同様に、図９に示すように、その間を３．２ｋＨｚ、４．０ｋＨｚ、４．８ｋＨｚというように、帯電手段１７に印加した振動電圧の周波数（８００Ｈｚ）の整数倍に段階的に変化させ、各周波数の発振時間を２５ｍｓづつとし、実施の形態１と同様１００ｍｓの時間で発振を停止した。
【００６９】
現像バイアス停止方法の変更により、実施の形態１と同じ効果を得ることができ、又、現像バイアス停止に要する時間が変わらなかったことから、装置制御シーケンスに大きな変更を加えることなく帯電手段の方式変更に対応することができる。
【００７０】
その他の構成及び作用は、前記実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００７１】
【実施例】
以下にこの発明を図示の実施例に基づいて説明する。
【００７２】
実施例
図１０はこの実施例に係る画像形成装置としての電子写真方式の卓上ページプリンターを示す概略構成図である。
【００７３】
図１０において、２０はページプリンターの本体を示すものであり、このページプリンター本体２１の内部には、外部から入力される画像情報に対して所定の画像処理を施す画像処理部２１と、当該画像処理部２１によって所定の画像処理が施された画像情報に基づいて画像を出力する画像出力部２２とが配設されている。上記ページプリンター本体２０内の画像処理部２１には、図示しないパーソナルコンピュータ等のホストコンピュータ、あるいは電話回線やＬＡＮ等の通信回線を介して送られてくる画像情報や、図示しない画像読取装置によって読み取られた画像情報などが入力されるようになっている。
【００７４】
上記ページプリンター本体２０内の画像出力部２２には、画像処理部２１によって所定の画像処理が施された画像情報に基づいて画像露光を行なうＲＯＳ２３（Ｒａｓｔｅｒ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｃａｎｎｅｒ）が配置されており、このＲＯＳ２３では、画像情報に応じてレーザー光ＬＢによる画像露光が行なわれる。
【００７５】
上記ＲＯＳ２３では、図１０に示すように、図示しない半導体レーザーからレーザー光ＬＢが画像情報の階調データに応じて出射される。この半導体レーザーから出射されたレーザー光ＬＢは、回転多面鏡２４によって偏向走査され、反射ミラー２５、２６を介して静電潜像担持体としての感光体ドラム２７上に走査される。
【００７６】
上記ＲＯＳ２３によってレーザー光ＬＢが走査露光される感光体ドラム２７としては、例えば、有機系の光導電性物質（ＯＰＣ）を用いた感光体が用いられ、当該感光体ドラム２７は、図示しない駆動手段によって矢印方向に沿って所定の速度で回転駆動されるようになっている。この感光体ドラム２７の表面は、図１１に示すように、予め帯電手段としての帯電ロール２８によって所定の電位に帯電された後、画像情報に応じてレーザー光ＬＢが走査露光されることによって静電潜像が形成される。上記感光体ドラム２７上に形成された静電潜像は、現像装置２９の現像剤担持体としての現像ロール３０によって現像され、トナー像となる。
【００７７】
上記感光体ドラム２７上に形成されたトナー像は、当該感光体ドラム２７に接触するように配置された転写ロール３１によって転写媒体としての転写用紙３２上に転写されるとともに、このトナー像が転写された転写用紙３２は、針状電極からなる分離帯電器３３により除電されて感光体ドラム２７から分離される。この針状電極からなる分離帯電器２７には、ＡＣ電圧、又はＤＣ電圧を重畳したＡＣ電圧が印加されるようになっている。上記転写用紙３２は、図１０に示すように、ページプリンター本体２０内の下部に配置された用紙カセット３４から給紙ロール３５によって給紙される。この給紙された転写用紙３２は、搬送ロール３６及びレジストロール３７によって感光体ドラム２７の表面まで搬送される。
【００７８】
なお、このページプリンター本体２０は、図１０に示すように、右側の側面に手差しトレイ３８を備えており、この手差しトレイ３８を時計回り方向に略水平な位置まで回動させて停止させることによって、当該手差しトレイ３８からは、ＯＨＰシートやハガキ等の材質やサイズの異なる転写媒体なども、直径の大きな給紙ロール３９を介して給紙可能となっている。
【００７９】
また、上記感光体ドラム２７上からトナー像が転写された転写用紙３２は、上述したように、針状電極からなる分離帯電器３３により除電されて感光体ドラム２７の表面から分離された後、定着器４０へ搬送される。その際、上記転写用紙３２が分離帯電器３３の除電及び感光体ドラム２７の曲率半径並びに転写用紙３２の剛性によって、感光体ドラム２７の表面から独りでに剥離しない場合には、転写用紙３２を感光体ドラム２７の表面から強制的に剥離するため、図１２に示すように、剥離爪４１が設けられている。上記感光体ドラム２７の表面から分離された転写用紙３２は、定着器４０の加熱ロール４０ａ及び加圧ロール４０ｂによって熱及び圧力でトナー像が、当該転写用紙２７上に定着された後、排出ロール４２によってページプリンター本体２０の上部に設けられた排出トレイ４３上に排出されて、画像形成工程が終了する。
【００８０】
また、上記転写用紙３２の両面に画像をプリントする場合には、図１０に示すように、片面に画像がプリントされた転写用紙３２を、そのまま排出トレイ４３上に排出せずに、排出ロール４２を逆転して複数の搬送ロール４６を備えた両面ユニット４７へと導き、転写用紙３２の表裏を反転した状態で、再度感光体ドラム２７の転写位置へと搬送するように構成されている。
【００８１】
なお、トナー像の転写工程が終了した後の感光体ドラム２７の表面は、図１１に示すように、クリーナーブレード４４を備えたクリーニング装置４５によって、残留トナーや紙粉等が除去され、次の画像形成工程に備えるようになっている。
【００８２】
また、上記の如く構成されるページプリンターでは、図１１に示すように、メンテナンス性の向上等のため、感光体ドラム２７、及びその周辺の現像装置２９やクリーニング装置４５等が、プロセスカートリッジ４８として一体的にユニット化されており、このプロセスカートリッジ４８は、ページプリンター本体２０に対して一体的に着脱可能となっている。また、上記プロセスカートリッジ４８は、感光体ドラム２７の劣化時期や、現像装置２９内の現像剤が消費される時期がほぼ同じ時期となるように設定されており、感光体ドラム２７が磨耗して劣化したり、現像装置２９内の現像剤が消費された場合に、感光体ドラム２７や現像装置２９を個々に新しいものと交換するのではなく、プロセスカートリッジ４８全体として、感光体ドラム２７や現像装置２９等をページプリンター本体２０から一体的に脱着して新しいものと交換することにより、メンテナンス性を向上することが可能となっている。
【００８３】
図１１は上記ページプリンターに使用される現像装置をプロセスカートリッジ全体と共に示す構成図である。
【００８４】
この現像装置２９は、図１１に示すように、現像装置ハウジング５０を備えており、この現像装置ハウジング５０は、大きく分けて、現像剤担持体としての現像ロール３０が設けられた現像槽５１と、この現像槽５１の後方に連設された現像剤貯蔵槽５２とから構成されている。上記現像装置ハウジング５０の現像槽５１には、感光体ドラム２７側の端部に、現像ロール３０が回転可能に配設されており、この現像ロール３０は、既知の如く、所定の位置に所定の極性の磁極が着磁され、固定状態に配置された図示しないマグネットロールと、このマグネットロールの外周に矢印方向に沿って回転可能に配置された図示しない現像スリーブとから構成されている。
【００８５】
また、上記現像ロール３０の斜め下方には、必要に応じて、当該現像ロール３０に現像剤を攪拌しつつ供給する板状ないし棒状に形成された図示しない現像部アジテータが、回転可能に配設されている。さらに、上記現像ロール３０の外周には、当該現像ロール３０の外周に図示しないマグネットロールの磁力によって吸着された一成分磁性現像剤５３（トナー）を、摩擦帯電によって所定の極性に帯電するための帯電部材としての帯電ブレード５４が設けられている。この帯電ブレード５４は、全体を合成樹脂等によって形成しても良いし、又、金属等からなる板バネ部材と、この板バネ部材の先端部に接着等の手段により固着された合成樹脂等からなる摩擦帯電部材とから構成しても良い。上記帯電ブレード５４の基端部は、現像装置ハウジング５０に固着されているとともに、その先端部は、現像ロール３０の表面に所定の圧力で圧接されている。
【００８６】
さらに、上記の如く構成される現像槽５１と、この現像槽５１の後方に連設された現像剤貯蔵槽５２との間には、図１１に示すように、当該現像剤貯蔵槽５２から現像槽５１側へ供給される現像剤５３の量を規制する開口部５５が設けられており、この開口部５５には、必要に応じて、その長手方向に沿って所定の間隔をおいて、当該開口部５５を仕切る図示しないリブが複数本設けられている。
【００８７】
また、上記現像剤貯蔵槽５２は、例えは、磁性一成分のトナーからなる現像剤５３を所定量だけ貯蔵可能なように大きく構成されており、この現像剤貯蔵槽５２の現像剤貯蔵率、つまり現像剤貯蔵槽５３の体積に占める現像剤５３の割合は、例えば、６０〜７０％に設定されている。さらに、上記現像剤貯蔵槽５２の内部には、当該現像剤貯蔵槽５２の内部に貯蔵された現像剤５３を攪拌しつつ、現像槽５１側へと搬送する２つの現像剤攪拌搬送部材５６、５７が回転可能に設けられている。これら２つの現像剤攪拌搬送部材５６、５７は、現像装置２９の背面側に配設されたギア等を介して、感光体ドラム２７等を駆動する図示しない駆動モーターによって、所定のタイミングで回転駆動されるようになっている。
【００８８】
ところで、この実施例では、静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止するように構成されている。
【００８９】
図１３は上記の如く構成されるページプリンターの電気回路を示すものである。
【００９０】
上記ページプリンターの電気回路は、大別して、コントローラ６０と、高圧電源装置６１とから構成されている。コントローラ６０は、ＣＰＵ等からなる制御回路６２を備えており、当該制御回路６２は、波形発生回路６３に対して、デジタル信号からなるＯＮ／ＯＦＦ信号及び周波数情報６４を出力するとともに、高圧電源装置６１の直流電圧発生回路６５に対して信号を出力するようになっている。また、上記波形発生回路６３は、制御回路６２からのデジタル信号に応じて、所定の波形及び周波数の交流電圧を発生するものである。上記波形発生回路６３で発生された所定の波形及び周波数の交流電圧は、高圧電源装置６１の増幅回路６６によって、所定のピークツーピーク電圧を有する交流電圧に増幅される。さらに、上記高圧電源装置６１の増幅回路６６では、直流電圧発生回路６５で発生される直流電圧と重畳されて、図１４に示すような矩形状の振動バイアス電圧が発生され、当該振動バイアス電圧が現像装置２９の現像ロール３０に印加される。
【００９１】
そして、上記制御回路６２は、波形発生回路６３に対して出力する周波数情報を制御し、振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止するように構成されている。
【００９２】
以上の構成において、この実施例に係る現像装置を適用したページプリンターでは、次のようにして、現像剤担持体に印加される振動バイアス電圧の印加停止時に、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像担持体の表面に残留することを抑制し、画像形成装置内や転写手段などの各部材の現像剤による汚れを防止し、良好な画像を得ることが可能であり、しかも簡単な回路構成でコスト高を招くことがないようになっている。
【００９３】
すなわち、上記ページプリンター１では、図１０に示すように、感光体ドラム２７の表面を、帯電ロール３１によって所定の電位に帯電した後、ＲＯＳ２３によって画像露光を施すことにより、感光体ドラム２７上に画像情報に応じた静電潜像が形成される。この感光体ドラム２７上に形成された静電潜像は、現像装置２９の現像ロール３０によって現像される。
【００９４】
上記感光体ドラム２９上に形成された静電潜像を可視化するには、現像ロール３０の現像スリーブに、振動高電圧と直流成分とが重畳された図１４に示すような矩形状の振動バイアス電圧を印加して、帯電した現像剤５３を往復飛翔させ、潜像部に付着させるこにより現像動作が行なわれる。現像動作中は、現像スリーブと感光体ドラム２７とが対向する間隙（現像領域）に、所定の帯電極性を中心にして様々な帯電量を持つトナーが混沌として存在する所謂トナークラウドが形成され、現像プロセスの進行とともに選択的に良帯電トナーによって静電潜像の現像が行なわれる。
【００９５】
次に、画像形成動作が終了し、現像スリーブに振動バイアス電圧の印加を停止するとき、現像動作の通常周波数の２倍以上の周波数まで発振を段階的に変化させた後、停止するように構成されている。
【００９６】
このように、通常周波数の２倍以上の周波数では、現像剤の運動が、早い現像電界の変化に追従しきれずに、トナークラウドが著しく減少する。従って、このとき、現像バイアスの発振を停止させても、感光体ドラム上に残留するトナー量は極めて少なくなり、何ら障害を発生させることもない。
【００９７】
具体的に、現像周波数は、通常時２．４ｋＨｚ、発振停止時は１００ｍｓの時間で段階的に５．６ｋＨｚまで上昇させ停止した。検討の結果、停止時の周波数が４ｋＨｚ以下では、感光体ドラム上の残留トナー量の低減に効果は見られなかった。停止時の最終的な周波数は、画質上最適化された通常発振時の周波数の何倍とは言えず、トナーの重量、帯電量、現像バイアス交流分の振幅、トナーの帯電量分布により異なると考えられる。
【００９８】
現像バイアス停止方法の変更により、前述回収トナー重量は、プロセスカートリッジ充填トナー重量比、３％程度に低減することができた。これにより、プロセスカートリッジの印字可能枚数が３％程度増加した。
【００９９】
また、両面印字時の帯状の地かぶりがなくなり画質が著しく向上し、転写装置のクリーニング動作の効率が上がり、クリーニング動作回数を減らすことが可能となり、装置の稼働効率も上昇した。
【０１００】
なお、前記実施の形態及び実施例では、振動バイアス電圧の印加を停止するときの振動成分の位相を特に限定しなかったが、振動バイアス電圧の印加を停止するときの振動成分の位相が、図１５に示すように、静電潜像を現像するのに現像剤を静電潜像担持体側に付勢するのとは反対の力を生じるときであるように設定しても良い。
【０１０１】
こうすることによって、正規の帯電極性に帯電した現像剤が静電潜像担持体上に残留するのを一層効果的に防止することができる。
【０１０２】
また、前記振動バイアス電圧の印加を停止する直前の出力が、図１５に示すように、通常時とは異なる（通常よりも低い）電圧ピークを持つように設定しても良い。
【０１０３】
さらに、前記振動バイアス電圧の印加を停止するときの振動成分の位相が、図１５に示すように、静電潜像を現像するのに現像剤を静電潜像担持体側に付勢するのとは反対の力を生じるときにあり、印加を停止する直前の振動成分が、通常時とは異なる波長（例えば、通常よりも長い波長）を持つように設定しても良い。
【０１０４】
こうすることによって、正規の帯電極性に帯電した現像剤が静電潜像担持体上に残留するのを一層効果的に防止することができる。
【０１０５】
また更に、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くする際に、当該通常の周波数よりも高く設定される周波数は、画像形成装置が設置される場所の温度や湿度などの環境条件により定められる複数種類の値を持つように設定しても良い。
【０１０６】
こうすることによって、画像形成装置が設置される場所の温度や湿度などの環境条件が変化した場合でも、常に現像剤が静電潜像担持体上に残留するのを防止することができる。
【０１０７】
なお、上記実施例では、現像装置が一成分の現像剤を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、二成分の現像剤を用いたものであってもよく、一成分の現像剤を用いた場合でも、現像剤は、磁性現像剤であっても、非磁性の現像剤であっても良い。
【０１０８】
【発明の効果】
この発明は、以上の構成及び作用からなるもので、現像剤担持体に印加される振動バイアス電圧の印加停止時に、現像領域における現像プロセス途中の現像剤が、静電潜像担持体の表面に残留することを抑制し、画像形成装置内や転写手段などの各部材の現像剤による汚れを防止し、良好な画像を得ることが可能であり、しかも簡単な回路構成でコスト高を招くことがない現像装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明に係る現像装置の現像原理を示す概念図である。
【図２】 図２（ａ）（ｂ）は振動バイアス電圧と潜像担持体上に残留するトナー量をそれぞれ示すグラフである。
【図３】 図３はこの発明に係る現像装置の現像原理を示す概念図である。
【図４】 図４（ａ）（ｂ）は振動バイアス電圧と潜像担持体上に残留するトナー量をそれぞれ示すグラフである。
【図５】 図５はこの発明の実施の形態１に係る現像装置を適用したページプリンターを示す構成図である。
【図６】 図６は振動バイアス電圧の印加状態を示す波形図である。
【図７】 図７は振動バイアス電圧の周波数を示すグラフである。
【図８】 図８はこの発明の実施の形態２に係る現像装置を適用したページプリンターを示す構成図である。
【図９】 図９は振動バイアス電圧の印加状態を示す波形図である。
【図１０】 図１０はこの発明の実施例に係る現像装置を適用したページプリンターを示す構成図である。
【図１１】 図１１はこの発明の実施例に係る現像装置を含むプロセスカートリッジを示す構成図である。
【図１２】 図１２はこの発明の実施例に係る現像装置を適用したページプリンターの画像形成部を示す構成図である。
【図１３】 図１３はこの発明の実施例に係る現像装置を適用したページプリンターの電気回路を示す構成図である。
【図１４】 図１４は振動バイアス電圧を示す波形図である。
【図１５】 図１５は振動バイアス電圧を示す波形図である。
【図１６】 図１６は従来の振動バイアス電圧停止時の交流成分位相と残留現像剤量の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
０１ 静電潜像担持体、０２ 現像剤担持体、０３ 現像剤。
Claims (7)
- 静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止することを特徴とする現像装置。
- 静電潜像担持体に対向させて現像剤を担持した現像剤担持体を配置し、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止することを特徴とする現像装置。
- 前記振動バイアス電圧の印加を停止するときの振動成分の位相が、静電潜像を現像するのに現像剤を静電潜像担持体側に付勢するのとは反対の力を生じるときであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の現像装置。
- 静電潜像担持体に所望の画像情報に応じた静電潜像を形成し、前記静電潜像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して現像することにより画像の形成を行う画像形成装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くしてから停止することを特徴とする画像形成装置。
- 静電潜像担持体に所望の画像情報に応じた静電潜像を形成し、前記静電潜像担持体に現像剤を担持した現像剤担持体を対向させて、当該現像剤担持体に振動バイアス電圧を印加して現像することにより画像の形成を行う画像形成装置において、前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも段階的に高くしてから停止することを特徴とする画像形成装置。
- 前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くする際に、画像形成部に印加される他の交流成分が持つ周波数と干渉しうる周波数を避けることを特徴とする請求項４又は５記載の画像形成装置。
- 前記振動バイアス電圧の印加を停止するとき、当該振動バイアス電圧の周波数を、通常の周波数よりも高くする際に、当該通常の周波数よりも高く設定される周波数は、画像形成装置が設置される場所の温度や湿度などの環境条件により定められる複数種類の値を持つことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
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