JP3714859B2 - 電子写真装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真装置に関するものである。さらに詳しくは、交流成分を有する電圧を印加することにより帯電を行う手法の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真装置は周知のように感光体面を所定の電位に均一帯電処理する工程を含んでいる。その帯電処理手段としてはワイヤ電極とシールド電極を主構成部材とするコロナ放電器が主に用いられている。しかし該コロナ放電器を用いた帯電処理系においては以下のような問題点を有している。
１）高電圧印加
感光体上に７００〜８００Ｖの表面電位を得るために４〜８ｋＶといった高電圧を印加しなければならない。
２）帯電効率が低い
ワイヤからの放電の大半はシールド電極へながれ、感光体へ流れる電流は総放電電流の数％にすぎない。
３）コロナ放電生成物の発生
コロナ放電によってオゾン等の発生があり、画像の劣化および人体への影響に対する配慮が必要となる。
４）ワイヤの汚れ
ワイヤ表面に形成される高電界によって装置内の微少な塵埃を集塵してワイヤ表面が汚れる。ワイヤ汚れは放電にむらを生じ易く、画像ムラの一因となる。
【０００３】
そこで最近では上記のような問題点の多いコロナ放電器を利用しないで、接触帯電手段を利用することが検討されている。
【０００４】
具体的には、被帯電体である感光体表面に１ｋＶ程度の直流電圧を外部より印加した導電性弾性ローラ等の導電性部材を接触させることにより感光体表面に電荷を直接注入して感光体表面を所定の電位に帯電させるものである。しかし実際には、電圧を印加した導電性部材表面とそれを接触させた感光体表面とが微視的には凹凸を持っているため、感光体面上に斑点上のむらが発生する。
【０００５】
この問題点を解決する手段として特開昭６３−１４９６６９号公報に開示するように直流電圧を帯電部材に印加したときの帯電開始電圧の２倍以上のピーク電圧を有する交流をを前記直流電圧に重畳した振動電界を帯電部材と被帯電体との間に形成することにより帯電を行う方法が提案され、実用化されている。
【０００６】
ローラ帯電を用いた電子写真装置を例に説明すると、図１に示すように帯電部材４および被帯電体３はそれぞれ円筒形ローラとなっており、帯電部材４と被帯電体３とが接触する近傍で帯電が行われる。直流成分に交流成分を重畳した電圧を帯電部材４に印加する事により帯電が行われるため、交流成分の周期と同じ周期で被帯電体の表面電位は変動する。
【０００７】
このとき、被帯電体３は回転しながら帯電が行われるため、帯電された後の被帯電体３にはドラムの円周方向に周期的に変動する縞状の表面電位分布が形成される。印加する交流成分の周波数をｆ、被帯電体表面の速度をｖとすると、被帯電体３表面に発生する表面電位変動の空間周波数は（ｆ／ｖ）となる。
【０００８】
このような、感光体の円周方向に周期的に変動する表面電位が形成されると、以後の作像工程後の出力画像にこの周期的な変動が反映される。例えば、全面が黒くなるような作像を行った場合、出力された画像には感光体の表面電位の周期的変動に対応した濃淡の縞が生じる。
【０００９】
しかし、このような濃淡の縞は空間周波数が十分高ければ人間の目では識別できないため出力が像の品位を劣化させる要因とはならない。例えば、ｆｃ＝９００Ｈｚ、ｖ＝５０ｍｍ／ｓでは空間周波数は１８本／ｍｍであり、画像の濃淡は見られない。
【００１０】
電子写真の工程においては上述した帯電工程の後、この帯電した被帯電体に露光して静電潜像を作像する露光工程を経て、さらにこの静電潜像の電位に対応してトナーを付着させる現像工程を行うことにより画像を顕像化する。
【００１１】
現像を行う方法として、磁気ブラシ法、カスケード法またはジャンピング現像法といった手段が用いられる。
【００１２】
このうちでジャンピング現像法は、
１）電子写真の工程速度対する依存性が少ない。
２）トナーの飛散が少ない。
３）構造がシンプル。
４）コンパクトに構成できる。
といった利点があるため低速機から高速機まで広く適用されている。
【００１３】
ジャンピング現像について図１を用いて簡単に説明する。ジャンピング現像は、電界依存性を持たない絶縁性磁性トナーｔを摩擦帯電により帯電させ、さらにこの帯電したトナーｔの薄層をスリーブ５ａ表面上に形成し、上記のように帯電、露光を行って静電潜像を形成した被帯電体３とスリーブ５ａとの間に交流バイアスを印加することによりトナーをスリーブ５ａ−被帯電体３間で往復運動させながら現像を行う方法である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では以下の問題点があった。
【００１５】
帯電工程後の被帯電体の電位は暗電流により時間と共に低下するため、一般に電子写真においては帯電工程が行われると直ちに露光および現像工程が開始される。このように帯電および現像といった２つの交流成分をもったバイアスが近距離領域で同時に印加されると、高圧電源基板上の配線、帯電装置および現像装置自体の電磁誘導等により帯電バイアスに現像バイアスの交流成分が、現像バイアスに帯電バイアスの交流成分が誘起される。
【００１６】
このような誘起が発生すると、特に、帯電バイアスに現像バイアスの交流成分が誘起された場合、帯電バイアスの交流成分には誘起された周波数と帯電バイアス本来の周波数との間に唸りが発生する。このような帯電バイアス電位の唸りは、上述したように静電潜像の形成に反映され、その結果転写材に形成された画像の濃淡縞となって現れる。この転写材に形成される画像の空間周波数は、２つの周波数差（またはそれぞれの高調波周波数の差）で決定される唸り周波数および転写材の搬送速度で決定される。
【００１７】
例えば、帯電バイアス周波数ｆｃ＝９００Ｈｚ、現像バイアス周波数ｆｄ＝２０００Ｈｚ、転写材の搬送速度ｖ＝５０ｍｍ／ｓとすると、転写材上に発生した濃淡縞の空間周波数は、（ｆｄ−ｆｃ）／ｖ＝２２本／ｍｍ、（ｆｄ−２ｆｃ）／ｖ＝４本／ｍｍ、・・・・・となる。このような数本／ｍｍ以下の空間周波数縞は画像上ではっきり確認できるため（特に２次のｆｄ−２ｆｃの唸りが顕著に現れる）、画像の品質を劣化させるという問題があった。
【００１８】
また、帯電バイアスと現像バイアスとを単一の電源から供給して、唸りを発生させないように構成するものが提案されているが、帯電バイアス交流成分及び現像バイアス交流成分の周波数は、様々な要因によって決定される値であるので、単一の電源から分周できない場合もあり、設計する上で制約されてしまい、分周回路も必要になります。
【００１９】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、現像バイアスの交流成分が帯電バイアスに誘起されることによって発生する画像濃淡縞が人間の目では画像品質の劣化とは感じられないようにすること、及び設計の自由度を広げることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために請求項１に係る電子写真装置は、交流成分を持った電圧を帯電バイアスとして印加されることにより帯電を行う帯電装置と、交流成分を持った電圧を現像バイアスとして印加されることにより現像を行う現像装置と、この現像装置によって顕像化された画像を転写材に転写する転写装置とを備えた電子写真装置において、前記帯電装置に前記帯電バイアスを供給する帯電用電源と、前記帯電用電源とは独立して設けられ、前記現像装置に前記現像バイアスを供給する現像用電源とを有し、前記帯電用電源からの前記帯電バイアス交流成分と前記現像用電源からの前記現像バイアス交流成分との干渉によって唸りが発生し、その発生する唸りの周期が搬送方向における前記転写材の長さの４倍以上になるように、帯電用電源からの帯電バイアス交流成分の周波数と現像用電源からの現像バイアス交流成分の周波数とを設定している。
【００２１】
上記の構成を有する請求項１に係る電子写真装置では、帯電装置には帯電用電源から供給された交流成分をもった帯電バイアスが印加され、さらに現像装置にも現像用電源から供給された交流成分をもった現像バイアスが印加され、この２つの交流成分の干渉によって唸りが発生するが、その発生する唸りの周期が搬送方向における前記転写材の長さの４倍以上になるように、帯電用電源からの帯電バイアス交流成分の周波数と現像用電源からの現像バイアス交流成分の周波数とを設定されることにより、１枚の転写材には、唸りの周期の１／４以下が現れ、即ち、唸りの周期における最大濃度差（最大濃度と最小濃度との差）の１／２以下の濃度差が転写材に現れることとなって、帯電バイアス交流成分と現像バイアス交流成分との干渉によって発生した唸りに起因する帯電電位の変動による画像の劣化が人間の目では感じられなくなります。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明の帯電装置が適用可能な電子写真装置の一例を示すものであり、本実施の形態のものはシート材給送部Ａとレーザビームプリンタ部Ｂとを組み合わせた電子写真装置を示している。
【００２４】
本例のプリンタＢの構成、作像動作について説明する。尚、本実施の形態におけるプリンタは図面上右端面側を前面としている。
【００２５】
プリンタ前面板１Ａは、プリンタ外装筺１に対して下辺側のヒンジ軸１Ｂを中心に二点鎖線で示すように、倒し開き操作および実線示のように起こし閉じ操作が自在である。プリンタ内に対するプロセスカートリッジ２の脱着操作やプリンタ内部の点検・保守等は前面板１Ａを倒し開いてプリンタ内部を大きく解放することにより行われる。
【００２６】
プロセスカートリッジ２は本例のものはカートリッジハウジング２ａに感光体ドラム３、帯電ローラ４、現像器５、クリーナ６の４つの作像プロセス機器を内包させてなるもので、プリンタ前面板１Ａを二点鎖線示のように倒し開いてプリンタ外装筺１内の所定の収納部に対して脱着自在である。プロセスカートリッジ２はプリンタ内に正規に装着されることによりプロセスカートリッジ２側とプリンタ側の両者の機械的駆動系統・電気回路系統が相互カップリング部材（不図示）を介して結合して機械的・電気的に一体化する。
【００２７】
尚、本実施の形態ではプロセスカートリッジ２内に感光体ドラム３、帯電ローラ４、現像器５、クリーナ６を一体的に有したものを示したが、これに限らず、少なくとも感光体ドラム３と帯電ローラ４とが一体的に支持されていて、本体装置に対して脱着可能となっていればよい。
【００２８】
レーザビームスキャナ部７はプリンタ外装筺１内の奥側に配設されており、半導体レーザ（不図示）、スキャナモータ７ａ、ポリゴンミラー７ｂ、レンズ系７ｃ等から構成されており、該スキャナ部７からのレーザビームＬがプリンタ内に装着されているカートリッジハウジング２ａの露光窓２ｂからカートリッジハウジング２ａ内にほぼ水平に進入し、カートリッジハウジング２ａ内に上下に配設されているクリーナ６と現像器５との間の通路を通って感光体ドラム３の左側面の露光部３ａに入射し、感光体ドラム３面が母線方向に走査露光される。
【００２９】
プリンタ制御系に画像形成スタート信号が入力されると、感光体ドラム３が矢示の反時計方向に所定の周速度で回転駆動され、その周面が帯電ローラ４で正または負の所定の極性に一様帯電される。帯電ローラ４は、−６５０Ｖの直流電圧に、周波数ｆｃ＝７２０Ｈｚの定電流（８００μＡ ｒｍｓ）制御した正弦波交流電圧を重畳したバイアスを印加した導電性部材であり、感光体ドラム３は帯電ローラ４により接触（または直接）帯電方式で帯電処理される。帯電ローラ４は感光体ドラム３に従動回転させてもよいし、逆方向に回転させてもよいし、非回転のものにしてもよい。
【００３０】
次に、感光体ドラム３の一様帯電面に露光部３ａにおいて、前記レーザビームスキャナ部７から出力される画像情報の時系列電気画像信号に対応した画素レーザ光Ｌが入射して、感光体ドラム３面がドラム母線方向に順次に該レーザ光Ｌによる主走査を受けることにより感光体ドラム３面に画像情報の静電潜像が形成されていく。
【００３１】
−５００Ｖの直流電圧にピーク間電圧１６００Ｖ、周波数ｆｄ＝２ｋＨｚの矩形波交流を重畳したバイアスをスリーブ５ａ−感光体ドラム３間に印加することにより、感光体ドラム３に形成された該静電潜像は、現像器５のスリーブ５ａ（またはローラ）に担持されているトナーで順次に現像されて顕像化していく。
【００３２】
一方、マルチフィードトレイ８上にセットされたシート材（転写用紙）Ｓのうち最上位のシート材が矢印方向に回転駆動された給送ローラ１０からプリンタ内に引き込まれ、引き続き給紙ローラ１０と搬送ローラ１２とで挟まれて感光体ドラム３と転写ローラ１３との対向接触部（転写部）へ向けて感光体ドラム３の回転周速度と同じ一定速度で給送される。
【００３３】
転写部へ給送されたシート材Ｓは感光体ドラム３と転写ローラ１３の間を順次に通過していく過程で転写ローラ１３に印加される電圧（トナーとは逆極性の電圧）と転写ローラの感光体ドラム３に対する圧接力とにより感光体ドラム３面側のトナー像の転写を順次に受ける。転写ローラ１３への電圧印加は給送されてきたシート材Ｓの先端辺が感光体ドラム３と転写ローラ１３との接触部（転写部）に到達したとき行われる。
【００３４】
前記転写部を通過したシート材Ｓは感光体ドラム３面から分離されてガイド板１４に案内されて定着ローラ対１５ａ，１５ｂへ導入される。定着ローラ対１５ａ，１５ｂのうちシート材Ｓの像転写面に接触する側のローラ１５ａはハロゲンヒータを内蔵させた加熱ローラであり、シート材Ｓの裏面側に接触する側のローラ１５ｂは弾性体製の加圧ローラであり、像転写を受けたシート材Ｓは定着ローラ対１５ａ，１５ｂを通過していく過程で転写されているトナー像が熱と圧力でシート材Ｓ面に定着され、排出ローラ１６でトレイ１７上に画像形成物（プリント）として排出される。
【００３５】
トナー像転写後の感光ドラム３面はクリーナ６のクリーニングブレード６ａにより転写残りトナー分やその他の汚染物の拭掃除去を受けて清浄面化され繰り返して像形成に供される。
【００３６】
また、マルチフィードトレイ８を使用するかわりにシート材給送装置Ａのカセット４０から給紙した場合、カセット４０に積まれたシート材Ｓのうち最上位のシート材がピックアップローラ２６によりレジストローラ２８、５５に送られ矢印方向に進み、前述したようにシート材Ｓは給送ローラ１０と搬送ローラ１２との間に給送されていくものである。
【００３７】
次に本実施の形態におけるの帯電方式について図２を参照して説明する。図２は図１中における本発明の主要となる部分の構成を簡略化した図である。
【００３８】
帯電用電源Ｅ４は直流電源Ｅ４ａと交流電源Ｅ４ｂとで構成されており、該帯電用電源Ｅ４から直流に交流成分を重畳したバイアスが帯電ローラ４に供給される。また現像バイアスを供給する現像用電源Ｅ５も同様に直流電源Ｅ５ａと交流電源Ｅ５ｂとで構成されており、該現像用電源Ｅ５から直流に交流成分を重畳したバイアスがスリーブ５ａに供給される。
【００３９】
この時、帯電用交流電源Ｅ４ａと現像用交流電源Ｅ５ａとはその発信周波数がｆｄ−２ｆｃ＝５６０Ｈｚとなるように設定されている。このように２つのバイアスの周波数関係を持たせると、帯電後の感光体３に発生する唸りの空間周波数は転写材の搬送速度ｖ、帯電バイアス周波数ｆｃ、現像バイアス周波数ｆｄによって上述したように（ｆｄ−ｆｃ）／ｖ、（ｆｄ−２ｆｃ）／ｖ、・・・で決定される。つまり、唸りの空間周波数は（ｆｄ−ｎ×ｆｃ）／ｖで定義され、ｎは正数であって、ｎ＝１，２・・・である。
【００４０】
本実施の形態では転写材の搬送速度ｖ＝５０ｍｍ／ｓとすると、画像濃淡縞が現れる空間周波数は、（ｆｄ−ｆｃ）／ｖ＝２５．６本／ｍｍ、（ｆｄ−２ｆｃ）／ｖ＝１１．２本／ｍｍとなり、即ち、空間周波数は１０本／ｍｍ未満とならないので（つまり、画像濃淡縞の周波数が十分に大きいので）、転写材上に発生する画像濃淡縞の空間周波数が人間の目では画像品質の劣化とは感じられない程度の高周波になる。
【００４１】
また逆に、周波数差（ｆｄ−２ｆｃ）を十分小さくして転写材上に形成される画像濃淡縞の周波数を十分に小さくしても画像濃淡縞は見えなくなる。例えば、画像濃淡縞の周期を搬送方向における転写材の長さの４倍程度以上に成るように帯電バイアスの交流成分の周波数および現像バイアスの交流成分の周波数を調整してもよい。このように、画像濃淡縞の周期（唸りの周期）を搬送方向における転写材の長さの４倍程度以上にすると、１枚の転写材には、画像濃淡縞の周期（唸りの周期）の１／４以下が現れることになり、即ち、画像濃淡縞の周期（唸りの周期）における最大濃度差（最大濃度と最小濃度との差）の１／２以下の濃度差が転写材に現れることとなり、人間の目では感じられなくなる。
【００４２】
次に、この原理を、唸りの１周期を示した図３を参照して説明する。
【００４３】
図３から明らかなように、１周期には、最大濃度ｈ１と最小濃度ｈ２とがあり、最大濃度差Ｈはｈ１−ｈ２となる。
【００４４】
そこで、例えば、唸りの周期を搬送方向における転写材の長さと同一（即ち、１倍）とすると、１枚の転写材には唸りの１周期が現れるため、必ず最大濃度差Ｈが現れる。また、唸りの周期を搬送方向における転写材の長さの１／２倍とすると、１枚の転写材には唸りの周期が２回現れるため、必ず最大濃度差Ｈが現れる。更に、唸りの周期を搬送方向における転写材の長さの１／３、１／４…倍とすると、１枚の転写材には唸りの周期が２回、３回…現れるため、必ず最大濃度差Ｈが現れる。そして、唸りの周期を搬送方向における転写材の長さの２倍とすると、１枚の転写材には唸りの１／２周期が現れるため、最大濃度差Ｈが現れる可能性がある。
【００４５】
そして、唸りの周期を搬送方向における転写材の長さの４倍とすると、１枚の転写材には唸りの周期の１／４が現れるため、１枚の転写材に現れる濃度差は、最大でも１／２Ｈ（Ｈは最大濃度差）である。また、唸りの周期を搬送方向における転写材の長さの５、６…倍とすると、１枚の転写材には唸りの周期の１／５、１／６…が現れるため、１枚の転写材に現れる濃度差は、１／２Ｈ（Ｈは最大濃度差）よりも小さくなる。
【００４６】
このように、転写材上に形成される画像濃淡縞の周波数が十分に小さいので、１枚の転写材には唸りの周期の一部分が現れることとなり、１枚の転写材に現れる濃度差は、最大濃度差Ｈよりも小さくなる。そのため、１枚の転写材上における帯電電位の変動による画像の劣化が人間の目では感じられなくなり、安定した高品質の画像を得ることができる。
【００４７】
更に、本実施の形態では、単一の電源から帯電バイアス及び現像バイアスを供給するのではなく、帯電ローラ４に帯電用電源Ｅ４から交流成分を持った帯電バイアスを供給し、スリーブ５ａに現像用電源Ｅ５から交流成分を持った現像バイアスを供給しているので、それぞれの要因によって決定された帯電バイアス及び現像バイアスを供給することができ、設計上の自由度が向上し、分周回路も必要がない。
【００４８】
なお、本発明は以上詳述した実施の形態に限定されるものでなくその要旨を逸脱しない範囲において種々の変更は可能である。
【００４９】
以上に示した帯電部材は帯電ローラに限らず、ブレード、ブラシ、ベルトでもよい。また、帯電バイアスおよび現像バイアスに用いる交流電源の波形は正弦波、矩形波に限らず、三角波、のこぎり波等の他任意の波形を使用してもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したことから明かなように、本発明の電子写真装置は帯電時に発生する縞の空間周波数が目立たない周波数となるように帯電および現像の周波数は調整されており、帯電電位の変動をによる画像の劣化が人間の目では感じられなくなるため、安定した高品質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した電子写真装置の断面図である。
【図２】上記電子写真装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】唸りの１周期を示した説明図である。
【符号の説明】
３ 被帯電体（感光体ドラム）
４ 帯電部材（帯電ローラ）
５ 現像器
５ａ スリーブ
Ｅ４ 帯電用電源
Ｅ５ 現像用電源

Claims (1)

1. 交流成分を持った電圧を帯電バイアスとして印加されることにより帯電を行う帯電装置と、交流成分を持った電圧を現像バイアスとして印加されることにより現像を行う現像装置と、この現像装置によって顕像化された画像を転写材に転写する転写装置とを備えた電子写真装置において、
   前記帯電装置に前記帯電バイアスを供給する帯電用電源と、
   前記帯電用電源とは独立して設けられ、前記現像装置に前記現像バイアスを供給する現像用電源とを有し、
   前記帯電用電源からの前記帯電バイアス交流成分と前記現像用電源からの前記現像バイアス交流成分との干渉によって唸りが発生し、その発生する唸りの周期が搬送方向における前記転写材の長さの４倍以上になるように、帯電用電源からの帯電バイアス交流成分の周波数と現像用電源からの現像バイアス交流成分の周波数とを設定して、帯電バイアス交流成分と現像バイアス交流成分との干渉によって発生した唸りに起因する帯電電位の変動による画像の劣化が人間の目では感じられなくしたことを特徴とする電子写真装置。

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