JP3715856B2 - Image forming apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ等とされる電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形成装置に関し、特にその現像器に特徴を有する画像形成装置である。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式、静電記録方式の画像形成装置では、静電潜像を担持した像担持体に、現像器の現像剤を担持した現像スリーブ(現像剤担持体)を対応させて現像を行うことが一般的であり、像担持体と現像スリーブの間に現像電界を形成するために、現像スリーブに現像バイアスが印加される。
【0003】
この現像バイアスとしては、図15に示すように、DC成分にAC成分を重畳したものが用いられてきており、図15に示すAC成分の矩形波は、従来、周波数2kHz(1/2周期=250μ秒)程度、ピークツウピーク電圧(Vpp)2kV程度が用いられ、良好な現像像が得られていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図15に示すような現像バイアスには、画像のハイライト部分が「がさつく」という欠点と、現像剤のトナーの粒径を小さくして行った場合には、十分な画像濃度が得られないという欠点があった。
【0005】
この欠点の改善のために、たとえば図16に示すように、DC成分にAC成分を断続的に重畳したような現像バイアスを用いることが、本出願人より提案されている。しかしながら、この現像バイアスには以下のような問題があった。
【0006】
図16に示すような現像バイアス(本明細書では、ブランクパルスバイアスもしくはBPバイアスと称する)は、図15に示したような現像バイアス(本明細書では、矩形バイアスと称する)に比べて現像性はよいが、ハイライト部のがさつきをなくす条件として、パルス部の周波数を4kHz(1/2周期=125μ秒)以上に上げることが必須であった。また濃度を出す条件としてパルス部のVppを従来の矩形波と同様に2kV以上にする必要があった。
【0007】
パルス部のVppが2kV超え、また周波数が4kHz以上になると、現像部に導電性の異物が混入した場合には、その部分で異常放電が発生し、画像上にリング状の斑点が形成され、著しく画像品位を落とす問題があった。
【0008】
したがって、BPバイアスを用いた場合、従来の矩形バイアスの場合よりもVppを小さく抑制することが要求される。
【0009】
本発明の目的は、適切な現像バイアスにより良好な現像を行って、ハイライト部のがさつきを防止し、画像濃度が十分に得られ、かつ異常放電による画像不良のない画像形成装置を提供することである。
【0010】
【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、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電潜像を現像する現像器とを具備し、前記現像器は、前記像担持体と対向する、トナーとキャリアとを有する2成分現像剤を担持した現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス印加手段とを有し、前記バイアス印加手段により印加される現像バイアス電圧の波形の周期は、振動部と休止部とを備え、前記振動部から休止部に変化する直前の振動バイアスは、トナーを像担持体へと飛翔させる方向であり、その印加時間をT1とし、更にその直前の振動バイアスは、トナーを現像剤担持体への引き戻す方向であり、その印加時間をT2とすると、T1>T2の関係を有し、
更に下記式、
|V pp −2V cont |・Tb /4<d /|Q|
ただし、
pp :現像バイアスのピークツウピーク電圧 [ ]
Tb:現像剤担持体にかかる交番電圧の現像剤担持体にトナーを引き戻す
最大の時間 [ ]
cont :画像コントラスト電位 [ ]
Q:トナーの平均の摩擦帯電電荷量 [ C/kg ]
d:像担持体と現像剤担持体間の距離 [ ]
を満たすことを特徴とする画像形成装置である。
【0011】
本発明によれば、好ましくは、前記現像バイアス電圧の振動部は実質的に矩形波である。前記現像バイアス電圧の振動部において、休止部を振動中心とした時の振動部の積分値は、実質的にゼロである。前記現像バイアス電圧の振動部と休止部の時間の比は1:1/2〜1:15である。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を図面に則してさらに詳しく説明する。
【0013】
実施例1
図1は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【0014】
図1において、静電潜像担持体としての感光ドラム131は、図中矢印R方向に回転し、その表面が一次帯電器132により均一に帯電される。その後、感光ドラム131には画像に応じたレーザー光Lが露光され、表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像器133によりトナーとキャリアとからなる2成分現像剤を使用して現像バイアスの印加下に現像され、トナー像として可視化される。本実施例では、トナーはマイナス極性に帯電している。得られたトナー像は、図示しない紙搬送装置によって搬送されてきた紙上に転写帯電器134により転写され、その後、定着器135により定着されて、画像として出力される。
【0015】
転写工程において、感光ドラム131上に残留した転写残りトナーは、感光ドラム131に押圧されたクリーニングブレード161を有したクリーニング装置136によりクリーニングされる。その後、感光ドラム131は前露光装置137によって除電されて、再度の画像形成に供される。
【0016】
本発明は、現像時に、現像器133の現像スリーブ(現像剤担持体)133aに、バイアス印加手段である現像電源138から現像バイアスとしてBPバイアスを印加し、そのBPバイアスを工夫したことに特徴がある。本実施例で使用した現像バイアスを図2に示す。この現像バイアス電圧は、休止部(ブランク部)と振動部からなるBPバイアス(ブランクパルスバイアス)であり、振動部が4個のパルスから形成されている。図2において、現像スリーブにトナーを引き戻す方向の電圧の最大の印加時間をTbとすると、Tb≧T1である。
【0017】
この振動部は、休止部の直ぐ後に、トナーを現像器133の現像スリーブに引き戻す電界として、休止部の電位に対して電圧+900Vを時間Tb=T1印加し、その後、電圧−900Vを時間T2印加し、さらに電圧+900Vを時間T2印加して、最後にトナーを感光ドラム131に飛翔させる方向の電界として、休止部の電位に対して−900V、時間T1の印加を行い、その後、休止部となる。
【0018】
本実施例では、休止部の時間は6×(T1+T2)時間である。T1=1.5×T2となるように波形を選択した。T1+T2の1周期が8kHzとなるように選択したため、本実施例では、振動部が250μs(マイクロ秒)、休止部が750μsとなり、またT1=75μs、T2=50μsとなり、バイアスは、振動部と休止部を合わせた1周期が1000μsで、周波数が1kHzのBPバイアスとなった。
【0019】
従来提案されていたBPバイアスの波形を図3に示す。図3のバイアスはピークツウピーク電圧Vppを2kVに設定した(図2のバイアスはVppを1.8kVに設定した)。図4に、図2、図3のバイアスを用いて、同一条件で画像を出力した場合のV−D(現像コントラストvs画像濃度)曲線を示す。
【0020】
図4に示されるように、本発明における現像バイアスである図2のBPバイアスを用いることにより、従来ではBPバイアスのVppを2kVまで上げなければ得られなかった濃度が、Vppを1.8kVまで低下させても十分に得られるようになった。
【0021】
本実施例では、このようにBPバイアスのVppを1.8kVに抑えることができ、その結果、現像部への導電性の異物の混入があっても、従来問題になっていた異常放電による画像不良を発生することがなく、高濃度の画像が安定して得られるようになった。
【0022】
濃度が十分に得られるようになった理由として、以下のことが考えられる。図5は現像スリーブ上のトナー粒子1個にかかる力を示した図、図6はその拡大図である。図中qはトナーの電荷量、mは質量、aは加速度、ΔVは感光ドラムと現像スリーブ間の電位差、dは感光ドラムと現像スリーブ間のギャップである。
【0023】
ここで、トナーが現像中に受ける力を考える。トナーが現像スリーブから感光ドラムへ飛翔する方向の力が最大となるのは、振動部のバイアスが印加されている中で、トナーが感光ドラムへ飛翔する方向の電界が形成されているときである。また画像部に付着するトナーの量は、振動部からブランク部(休止部)へと変化するときに電界により加速されたトナーの速度に依存すると考えられる。振動部の電圧が印加されて、休止部に移る直前に現像スリーブから感光ドラム方向へトナーを飛翔させる電圧が印加された場合に、現像スリーブ上に静止しているトナーが加速された速度を、本発明と従来の場合とで比較してみる。
【0024】
加速されたトナーの速度は、
V=|q|/m×ΔV/d×TL
で表現できる。現像に必要なコントラストを350Vと考えると、従来のバイアスではΔVは1350Vとなる。それに対して本発明のバイアスではΔVは1250Vとなる。その他の値は従来のバイアスと本発明のバイアスで同一である。そこで、従来のバイアス印加でのブランク部になった瞬間のトナーの速度をV2、本発明のバイアス印加でのトナーの速度をV1とすると、
V1=1.23×V2
となり、Vppが低くてもトナーの飛翔速度は速くなっており、結果としてVppを低くしても画像濃度が十分に得られるようになったと思われる。
【0025】
実施例2
実施例1では、現像バイアスとして図2に示したBPバイアスを用いたが、本発明に有効なバイアスは図2のバイアスに限定されるものではない。
【0026】
本実施例で現像バイアスに用いたBPバイアスを図7に示す。本実施例のBPバイアスは、振動部が複数回の振動を有している。図中、T1=50μs、T2=25μsとし、T1=2×T2となるように波形を選択した。このBPバイアスは、図2のBPバイアスと同様、積分値をゼロにすることにより、複数回の振動を行っても、実施例1と同様の効果が得られる。
【0027】
図7のBPバイアスによれば、Vppを1.6kVにしても十分濃度を得ることができ、かつ異常放電による画像不良も発生しなかった。また、このようなBPバイアスを用いることによっても、実施例1と同様、がさつき、画像ムラが少ない画像を得ることができた。
【0028】
実施例3
本発明の画像形成装置の他の実施例について図8により説明する。
【0029】
本実施例の画像形成装置は、上部にデジタルカラー画像リーダー部を、下部にデジタルカラー画像プリンタ部を有するカラー複写機である。
【0030】
リーダー部において、原稿30を原稿ガラス台31上に載せ、露光ランプ32により露光走査することによって得られる原稿30からの反射光像を、レンズ33によりフルカラーセンサ34に集光し、カラー色分解画像信号を得る。このカラー色分解画像信号は図示しない増幅回路で増幅された後、同じく図示しないビデオ処理ユニットで処理を施され、プリンタ部に送出される。
【0031】
プリンタ部において、像担持体である感光ドラム1は表面保護層を有する感光体であり、図の矢印方向に回転自在に設置されている。この感光ドラム1の周囲には、感光ドラム1の表面を初期化する前露光ランプ11、感光ドラム1の表面を一様に帯電する帯電器2(本例ではコロナ帯電器)、感光ドラム1の表面上に画像情報に応じた静電潜像を形成するレーザ露光光学系3、感光ドラム1上に形成された静電潜像を現像する色の異なる現像剤(トナー)を収納した4個の現像器4(4Y、4C、4M、4K)よりなる固定配置の現像装置、感光ドラム1上のトナー量を検知する光検知手段13、感光ドラム1上に残留した現像剤を除去するクリーナ6等が、それぞれ配置されている。
【0032】
レーザ露光光学系3は、本例では、ポリゴンミラー3a、レンズ3b、ミラー3c等からなり、上記リーダー部からの色分解された画像信号によって変調され、レーザ出力部でイメージスキャン露光の光信号に変換され、変換されたレーザ光Eをポリゴンミラー3aで反射し、レンズ3bおよびミラー3cを通じて感光ドラム1の表面に投影し、各色のカラー画像信号に対応した静電潜像を形成する。
【0033】
プリンタ部での画像形成時には、感光ドラム1を図の矢印方向に回転させ、まず、前露光ランプ11によって感光ドラム1の表面を除電、初期化し、ついで帯電器2により感光ドラム1の表面をマイナスに一様帯電し、露光光学系3により色分解された各色の画像信号に対応するレーザ光Eを感光ドラム1の表面に順次照射し、所定の色順で静電潜像を形成する。
【0034】
つぎに所定の現像器を所定の現像順であるシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、ブラック(K)の順に動作させて、感光ドラム1上の潜像を現像し、感光ドラム1上に樹脂を基体としたネガトナーによるトナー像を順次に形成する。ここで、現像装置の各現像器4C、4M、4Y、4Kは、偏心カム24C、24M、24Y、24Kの動作により、形成された潜像の色に応じて所要の現像器が択一的に感光ドラム1に接近して現像動作を行うように構成されている。
【0035】
一方、記録材カセット7a、7bまたは7cから(手差しの場合もある)、ピックアップローラ、給紙ガイド、給紙ローラ等からなる搬送系によって送給された転写紙のような記録材は、所定タイミングに同期して転写装置5に巻き付けられる。
【0036】
この転写装置5は、本例では、記録材担持体としての直径180mmの転写ドラム5a、感光ドラム1上のトナー像を記録材へ転写する転写用コロナ帯電器5b、記録材を転写ドラム5aに吸着させる吸着帯電手段である吸着帯電器5cおよび対向極としての吸着用ローラ5g、内側コロナ帯電器5dおよび外側コロナ帯電器5eを有し、回転駆動されるように軸支された転写ドラム5aの周面開口域には、記録材担持手段である誘電体からなる記録材担持シート5fが円筒状に一体的に張設されている。記録材担持シート5fは、ポリカーボネートフィルム等の誘電体シートを使用されている。
【0037】
転写ドラム5aは、感光ドラム1と同期して図の矢印方向に回転駆動され、シアン現像器4Cで現像して得られたシアントナー像が、記録材担持シート上に担持された記録材に、転写部において転写用帯電器5bによって転写される。転写ドラム5aはそのまま回転を継続し、つぎの色(たとえばマゼンタ)の画像の転写に備える。
【0038】
また、トナー像が転写された感光ドラム1はクリーナ6によって残留トナー等の付着物がクリーニングされ、再び帯電器2によって一様帯電され、つぎの色のマゼンタの画像信号により変調されたレーザ光により、前述のような画像露光を受ける。この潜像はマゼンタ現像器によって現像され、マゼンタトナー像として可視化され、このマゼンタトナー像は転写部において転写用帯電器5bによって、記録材担持シート5f上の記録材にシアントナー像の上から重ねて転写される。転写ドラム5aはそのまま回転を継続し、つぎの色(たとえばイエロー)の画像の転写に備える。
【0039】
続いて、以上のような画像形成および転写のプロセスをイエローおよびブラックについて行い、記録材上に4色のトナー像の重畳転写が終了すると、記録材は分離用帯電器5hにより除電され、ついで押上げコロ8bおよび分離爪8aの作用によって転写ドラム5aから分離され、搬送手段で定着器9(本例では熱ローラ定着器)に送られてトナー像が定着されて、外部のトレイ10上に排出される。かくして、一連のフルカラープリントのシーケンスが終了し、所要のフルカラープリント画像が得られる。
【0040】
記録材の両面に画像を形成する場合は、記録材が定着器9を出た後、直ぐに搬送パス切り換えガイド19を駆動して、記録材を搬送縦パス20を経て反転パス21aに一旦導く。その後、反転ローラ21の逆転により、送り込まれた際の後端を先頭にして、送り込まれた方向と反対向きに記録材を退出させ、中間トレイ22に収納する。その後、再び中間トレイ22から記録材を転写装置5に搬送し、上述の画像形成工程によって記録材のもう一方の面に画像を形成する。
【0041】
記録材を分離した後の転写ドラム5aにおいては、記録材担持シート5f上への粉体の飛散付着、記録材上のオイルの付着等を防止するために、記録材担持シート5fを介して対向するファーブラシ14とバックアップブラシ15、およびオイル除去ローラ16とバックアップブラシ17によって清掃を行う。このような清掃は、画像形成前もしくは画像形成後に行い、またジャム(紙づまり)発生時には随時行う。
【0042】
また、本例においては、所望のタイミングで偏心カム25を動作させ、転写ドラム5aと一体化しているカムフォロワ5iを作動させることにより、記録材担持シート5fと感光ドラム1とのギャップを任意に設定できる構成となっている。たとえば、スタンバイ(待機)中または電源オフ時には、転写ドラム5aと感光ドラム1の間隔を離す。
【0043】
つぎに、図9のブロック図により画像処理部の処理プロセスについて説明する。
【0044】
図9の画像処理部40において、デジタル画像データ42はD/A変換器402によってアナログ画像信号403に変換され、比較器411の一方の端子に入力される。タイミング信号発生回路407は、入力された基準クロック信号43により画素クロック404や、パターン信号発生器409へのスクリーンクロック408を作成して出力している。パターン信号発生器409はスクリーンクロック408を基にパターン信号410を出力し、比較器411の他方の端子に入力している。
【0045】
デジタル画素信号42は画素クロック404に同期して入力され、D/A変換器402は画素クロック404に同期してアナログ画像信号403を出力する。スクリーンクロック408は画素クロック404を整数倍したクロック信号で、たとえば三角波であるパターン信号410の周期を規定している。
【0046】
アナログ画像信号403とパターン信号410は比較器411により比較され、アナログ画像信号403の方が大きいときは0、小さいときは1として、パルス幅変調された2値化画像データ41が作成され出力される。
【0047】
図10に、図9の各部のタイミングチャートを示す。これにより、さらに画像処理プロセスについて説明する。
【0048】
ここで、スクリーンクロック408は画素クロック404の2倍の周期を持つクロックとしている。デジタル画像信号が16進数の00(白)からFF(黒)に段階的に変化するとき、パターン信号410により変調された2値化画像データ41のパルス波形を示している。このようにパターン信号の振幅を変えることによって、デジタル画像データ42の入力レベルと2値化画像データ41のパルス幅の関係を変えることができる。
【0049】
2値化画像データ41は、フルカラー複写機の画像形成部に入力され、レーザ光による露光幅を制御し、感光ドラム上に画像データに応じた露光幅を持つレーザースポットが投影され、潜像が形成される。これらの潜像は、前述した現像器4Y、4C、4M、4Kにより現像される。
【0050】
つぎに本発明の特徴部分である現像工程について詳述する。現像剤は、非磁性トナーと磁性キャリア(磁性粒子)とからなる2成分現像剤を用いている。混合比は重量比で、非磁性トナーが約5%になるようにした。非磁性トナーは約8μmの体積平均粒径を有する。磁性キャリアは樹脂コーティングされたフェライト粒子(最大磁化60emu/g)からなり、その重量平均粒径は50μmであり、抵抗値は108Ωcm以上の値を示す。また磁性キャリアの透磁性率は約5.0である。
【0051】
現像器4(4Y〜4K)の現像容器には、感光ドラム1に近接する部位に開口部が設けられ、この開口部から現像剤担持体としての現像スリーブが外部に突出している。現像スリーブは現像容器内に回転可能に組み込まれ、感光ドラム1との間隔が500μmとなるように配置されている。現像スリーブの外径は25mm、その周速は280mm/秒である。
【0052】
本実施例において、
Vpp:現像剤担持体にかかる現像バイアスの交番電圧のピークツウピーク
電圧[V]、
Tb:現像剤担持体にかかる現像バイアスの交番電圧の現像剤担持体にト
ナーを引き戻す最大の時間[秒]、
Vcont:画像コントラスト電位[V](現像バイアスのDC電圧から最大画像
濃度を出力する場合の潜像電位との電位差)、
Q:トナーの平均の摩擦帯電電荷量[C/kg]、
d:像担持体と現像剤担持体間の距離[m]
としたとき、現像バイアスとして、
|Vpp−2Vcont|・Tb 2 /4<d2/|Q|
の条件を満たす交番電界が断続的に形成されるような交互電圧が印加される。
【0053】
本実施例で用いたトナーは、摩擦帯電量が約−2.0×10-2C/kgのと、約−3.0×10-2C/kgの2種類を使用した。
【0054】
つぎにトナーの摩擦帯電電荷量(2成分現像剤)の測定方法について、図11により説明する。図11は、トナーの摩擦帯電電荷量(トリボ)を測定する装置である。
【0055】
まず、摩擦帯電量を測定しようとするトナーをキャリアと合して2成分現像剤の形にして、50〜100ml容量のポリエチレン製のビンに入れ、約10〜40秒間手で振盪し、ついでこの現像剤を約0.5〜1.5g、底が500メッシュの導電性スクリーン143になった金属製の測定容器142に入れ、容器142に金属製の蓋144を被せる。この状態の測定容器142全体の重量を計り、これをW1(kg)とする。
【0056】
つぎに、測定容器142を吸引機141に設置し(吸引機141の少なくとも測定容器142と接する部分は絶縁体)、吸引口147から吸引し、風量調節弁146を調節して、真空計145の圧力を250mmAqとする。この状態で十分、好ましくは2分間吸引を行い、トナーを吸引除去する。このときの測定容器142に接続した電位計149が示す電位を読み、これをV1(V)とする。また吸引後の測定容器142全体の重量を計り、これをW2(kg)とする。測定容器142に電位計149と並列接続したコンデンサ148の容量をC1(μF)とすると、トナーの摩擦帯電量は、下式:
トナーの摩擦帯電量(μC/kg)=C1×V1×10-3/(W1−W2)
のごとく計算される。
【0057】
本実施例において、画像濃度が約0.2程度のハイライトハーフトーン画像とベタ画像を出力し、ハイライトハーフトーン画像の滑らかさとベタ画像の濃度を評価した。
【0058】
ここで、画像出力のための静電潜像の形成はつぎのようである。まず、感光ドラムを−650Vに一様帯電し、ハイライトハーフトーン画像を出力する場合には、半導体レーザーによってPWM(パルス幅変調)を行い、表面電位を約−450Vまで落とし、ベタ画像を出力する場合には約−150Vまで落とした(Vcont=350V)。
【0059】
つぎに、上述した構成の現像器および帯電量を有するトナーを用いて、反転現像方式により潜像を現像した。本実施例では、現像バイアスの直流電圧を−500Vに設定し、断続的に与える交番電圧の振幅Vppを1800Vに固定し、引戻し時間の最大時間Tbを変化させた。このとき、交番電界を経つ時間は、図12に示すように、交番電界1周期ごとに2周期分とした。現像剤は2成分現像剤で、そのトナーには、前述の2種類のトナー(摩擦帯電量が約−2.0×10-2C/kgと約−3.0×10-2C/kg)を試した。結果を表1に示す。
【0060】
【表1】

Figure 0003715856
表1に示されるように、A=|Vpp−2Vcont|・Tb2/4、B=d2/|Q|として、これらの関係がA<Bとなる場合のみ、ベタにおいて高濃度を維持し、さらにハイライトの再現性が良好であった。
【0061】
前述したように、図5および図6は、現像スリーブ上のトナー粒子1個にかかる力を示した図で、図中qはトナーの電荷量、mは質量、aは加速度、ΔVは感光ドラムと現像スリーブ間の電位差、dは感光ドラムと現像スリーブ間のギャップである。
【0062】
感光ドラムから現像スリーブへトナーが移動できる距離Xは、以下のようにして求められる。トナーに対して、現像スリーブに引戻す剥ぎ取り電圧が振動電界印加中に最大時間としてTb秒間印加される。この間にトナーが移動できる距離Xは、下記の式(1):
X=|Q|・|1/2・Vpp−Vcont|・Tb2/2d ・・・(1)
で求められる。
【0063】
ここで、感光ドラム上に現像されたトナーが、剥ぎ取り電圧が最大時間だけ印加された場合の移動距離Xでは、現像スリーブに戻されない条件を設定してやることにより、トナーは感光ドラム上に偏った振動を繰り返す。このときの条件は、Xが感光ドラムと現像スリーブ間のギャップdよりも小さくなるときである。
【0064】
式で表すと、
|Q|・|1/2・Vpp−Vcont|・Tb2/2d<d
∴ |Vpp−2Vcont|・Tb2/4<d2/|Q| ・・・(2)
このような条件下において現像を行うと、剥ぎ取り電圧が最大時間の電界によっても、S−D間を十分に往復運動することができない上に、前述したように交番電圧が立たれる直前の現像促進側の電圧の印加時間を長くすることにより、Vppが低い場合でもDC成分が潜像電位に見合った量のトナーを感光ドラムに引き付けるように働くため、ドットの欠落が発生しなくなる。また感光ドラム上において、断続的に振動を繰り返すことにより、潜像部にトナーが集中し、1つ1つのドットが忠実に再現されるため、従来の矩形バイアスでは不均一な画像しか得られないような浅い潜像でも、均一な画像が出力できるようになる。
【0065】
本実施例では、印加する交互電界、すなわちBPバイアスを、図12に示すようにしたが、本発明はこれに限られず、たとえば図13に示すように、2波長印加、5波長休止、あるいは図14に示すように、3波長印加、10波長休止としてもよい。またこれらの振動部の波形は矩形波でなくても、三角波やサイン波など様々な波形が印加でき、複写速度や現像条件に応じて最も適切な波形を選ぶことができる。またバイアス印加時間と休止時間の比は1:1/2〜1:15が好ましく、この範囲で良好な結果が得られた。
【0066】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想内でのあらゆる変形が可能である。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置では、バイアス印加手段により現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧を、波形の1周期に振動部と休止部とを備えるブランクパルスバイアスとし、その振動部から休止部に変化する直前の振動バイアスがトナーを像担持体へと飛翔させる方向であり、その印加時間がT1で、さらにその直前の振動バイアスがトナーを現像剤担持体への引き戻す方向であり、その印加時間がT2で、これらの振動バイアスにT1>T2の関係を有するようにさせたので、周波数が高くピークツウピーク電圧が低い条件でも、画像の均一性が高く、濃度が十分な画像が得られ、異常放電による画像欠陥もなく、高画質の画像を安定して得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図2】図1の実施例で使用したBPバイアスを示す波形図である。
【図3】従来のBPバイアスを示す波形図である。
【図4】図2、図3のバイアスを用いて同一条件で画像を出力した場合のV−D曲線を示す図である。
【図5】現像スリーブ上のトナー粒子1個にかかる力を示した図である。
【図6】図5の拡大図である。
【図7】本発明の他の実施例で使用したBPバイアスを示す波形図である。
【図8】本発明の画像形成装置のさらに他の実施例を示す構成図である。
【図9】図8の画像形成装置の画像処理部を示すブロック図である。
【図10】図8の画像処理部のタイミングチャートである。
【図11】2成分現像剤におけるトナーの摩擦帯電量を測定するのための測定装置を示す斜視図である。
【図12】図8の実施例で使用したBPバイアスを示す波形図である。
【図13】本発明で使用することができるBPバイアスの他の例を示す波形図である。
【図14】本発明で使用することができるBPバイアスのさらに他の例を示す波形図である。
【図15】矩形バイアスを示す波形図である。
【図16】従来のBPバイアスを示す波形図である。
【符号の説明】
131 感光ドラム
132 一次帯電器
133 現像器
133a 現像スリーブ
134 転写帯電器
135 定着器
138 現像電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrophotographic or electrostatic recording image forming apparatus such as a copying machine or a printer, and more particularly to an image forming apparatus characterized by its developing device.
[0002]
[Prior art]
In an image forming apparatus of an electrophotographic system or an electrostatic recording system, development is performed by making a developing sleeve (developer carrying body) carrying a developer of a developing device correspond to an image carrying body carrying an electrostatic latent image. In general, a developing bias is applied to the developing sleeve in order to form a developing electric field between the image carrier and the developing sleeve.
[0003]
As the developing bias, as shown in FIG. 15, a DC component superimposed with an AC component has been used. Conventionally, the AC component rectangular wave shown in FIG. 15 has a frequency of 2 kHz (1/2 period = 1/2 cycle). A peak-to-peak voltage (Vpp) of about 2 kV was used, and a good developed image was obtained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the development bias as shown in FIG. 15 has a drawback that the highlight portion of the image is “craggy” and has a sufficient image density when the toner particle size of the developer is reduced. There was a drawback that it could not be obtained.
[0005]
In order to improve this drawback, the present applicant has proposed to use a developing bias in which an AC component is intermittently superimposed on a DC component as shown in FIG. 16, for example. However, this developing bias has the following problems.
[0006]
  The developing bias as shown in FIG. 16 (referred to as a blank pulse bias or BP bias in this specification) is more developable than the developing bias as shown in FIG. 15 (referred to as a rectangular bias in this specification). However, as a condition for eliminating the roughness of the highlight part, the frequency of the pulse part is 4 kHz (1/2 period = 125μIt was indispensable to raise more than a second). Further, as a condition for producing the concentration, it was necessary to set the Vpp of the pulse part to 2 kV or more like the conventional rectangular wave.
[0007]
When Vpp of the pulse part exceeds 2 kV and the frequency is 4 kHz or more, if conductive foreign matter is mixed in the developing part, abnormal discharge occurs in that part, and ring-shaped spots are formed on the image, There was a problem that the image quality was remarkably deteriorated.
[0008]
Therefore, when the BP bias is used, it is required to suppress Vpp smaller than in the case of the conventional rectangular bias.
[0009]
An object of the present invention is to provide an image forming apparatus that performs good development with an appropriate development bias, prevents the highlight portion from being crushed, provides a sufficient image density, and does not cause image defects due to abnormal discharge. That is.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The above object is achieved by the image forming apparatus according to the present invention. In summary, the present invention includes an image carrier that carries an electrostatic latent image, and a developer that develops the electrostatic latent image on the image carrier, and the developer includes the image carrier and the image carrier. A developer carrying member carrying a two-component developer having a toner and a carrier facing each other, and bias applying means for applying a developing bias to the developer carrying member, and development applied by the bias applying means The period of the waveform of the bias voltage includes a vibration part and a rest part, and the vibration bias immediately before changing from the vibration part to the rest part is a direction in which the toner flies to the image carrier, and the application time is T1. Further, the vibration bias immediately before that is the direction in which the toner is pulled back to the developer carrying member, and when the application time is T2, the relationship of T1> T2 is established.Have
  Furthermore, the following formula,
    | V pp -2V cont | ・ Tb 2 / 4 <d 2 / | Q |
  However,
    V pp : Development bias peak-to-peak voltage [ V ] ,
    Tb: The toner is pulled back to the developer carrying member of the alternating voltage applied to the developer carrying member.
          Maximum time [ Second ] ,
  V cont : Image contrast potential [ V ] ,
      Q: Average triboelectric charge amount of toner [ C / kg ] ,
      d: Distance between the image carrier and the developer carrier [ m ]
MeetAn image forming apparatus characterized by the above.
[0011]
  According to the present invention, it is preferable that the vibration portion of the developing bias voltage is a substantially rectangular wave. In the vibration portion of the developing bias voltage, the integral value of the vibration portion when the rest portion is the vibration center is substantially zero. The time ratio between the vibration part and the rest part of the developing bias voltage is 1: 1/2 to 1:15.It is.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0013]
Example 1
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an image forming apparatus of the present invention.
[0014]
In FIG. 1, a photosensitive drum 131 as an electrostatic latent image carrier rotates in the direction of arrow R in the drawing, and the surface thereof is uniformly charged by a primary charger 132. Thereafter, the photosensitive drum 131 is exposed to laser light L corresponding to the image, and an electrostatic latent image is formed on the surface. The electrostatic latent image is developed by a developing unit 133 using a two-component developer composed of toner and carrier under application of a developing bias, and visualized as a toner image. In this embodiment, the toner is negatively charged. The obtained toner image is transferred onto a paper conveyed by a paper conveying device (not shown) by a transfer charger 134, and then fixed by a fixing device 135 and output as an image.
[0015]
In the transfer step, untransferred toner remaining on the photosensitive drum 131 is cleaned by a cleaning device 136 having a cleaning blade 161 pressed against the photosensitive drum 131. Thereafter, the photosensitive drum 131 is neutralized by the pre-exposure device 137 and used for image formation again.
[0016]
The present invention is characterized in that a BP bias is applied as a developing bias to the developing sleeve (developer carrying member) 133a of the developing device 133 from the developing power source 138 as a bias applying means at the time of development, and the BP bias is devised. is there. FIG. 2 shows the developing bias used in this example. This developing bias voltage is a BP bias (blank pulse bias) composed of a pause portion (blank portion) and a vibration portion, and the vibration portion is formed of four pulses. In FIG. 2, Tb ≧ T1, where Tb is the maximum voltage application time in the direction in which the toner is pulled back to the developing sleeve.
[0017]
This vibration unit applies a voltage + 900V for a time Tb = T1 with respect to the potential of the resting portion as an electric field for pulling the toner back to the developing sleeve of the developing device 133 immediately after the resting portion, and then applies a voltage −900V for a time T2. Further, a voltage + 900V is applied for a time T2, and finally, as an electric field in the direction in which the toner is allowed to fly to the photosensitive drum 131, -900V is applied for a time T1 with respect to the potential of the resting portion, and then the resting portion is formed. .
[0018]
In the present embodiment, the time of the pause portion is 6 × (T1 + T2) time. The waveform was selected so that T1 = 1.5 × T2. Since one cycle of T1 + T2 is selected to be 8 kHz, in this embodiment, the vibration part is 250 μs (microseconds), the pause part is 750 μs, and T1 = 75 μs and T2 = 50 μs, and the bias is paused with the vibration part. One period including the parts was 1000 μs, and a BP bias with a frequency of 1 kHz was obtained.
[0019]
A conventionally proposed BP bias waveform is shown in FIG. The bias of FIG. 3 set the peak-to-peak voltage Vpp to 2 kV (the bias of FIG. 2 set Vpp to 1.8 kV). FIG. 4 shows a VD (development contrast vs. image density) curve when an image is output under the same conditions using the biases of FIGS.
[0020]
As shown in FIG. 4, by using the BP bias of FIG. 2 which is the developing bias in the present invention, the concentration that could not be obtained until the Vpp of the BP bias was raised to 2 kV in the past, the Vpp was increased to 1.8 kV. Even if it is lowered, it can be obtained sufficiently.
[0021]
In this embodiment, the BP bias Vpp can be suppressed to 1.8 kV as described above. As a result, even if conductive foreign matter is mixed into the developing portion, an image caused by abnormal discharge which has been a problem in the past is used. A high-density image can be stably obtained without causing defects.
[0022]
The following can be considered as a reason why the concentration is sufficiently obtained. FIG. 5 is a view showing the force applied to one toner particle on the developing sleeve, and FIG. 6 is an enlarged view thereof. In the figure, q is the charge amount of toner, m is mass, a is acceleration, ΔV is a potential difference between the photosensitive drum and the developing sleeve, and d is a gap between the photosensitive drum and the developing sleeve.
[0023]
Here, consider the force that the toner receives during development. The force in the direction in which the toner flies from the developing sleeve to the photosensitive drum is maximized when an electric field in the direction in which the toner flies to the photosensitive drum is formed while the bias of the vibrating portion is applied. . The amount of toner adhering to the image area is considered to depend on the speed of the toner accelerated by the electric field when changing from the vibration part to the blank part (resting part). When the voltage of the vibration part is applied, and the voltage that causes the toner to fly from the developing sleeve toward the photosensitive drum immediately before moving to the resting part, the speed at which the toner that is stationary on the developing sleeve is accelerated, The present invention is compared with the conventional case.
[0024]
The accelerated toner speed is
V = | q | / m × ΔV / d × TL
Can be expressed as Assuming that the contrast required for development is 350 V, ΔV is 1350 V with the conventional bias. On the other hand, in the bias of the present invention, ΔV is 1250V. Other values are the same for the conventional bias and the bias of the present invention. Therefore, when the speed of the toner at the moment of becoming a blank portion by applying a conventional bias is V2, and the speed of the toner by applying a bias according to the present invention is V1,
V1 = 1.23 × V2
Therefore, even if Vpp is low, the flying speed of the toner is high, and as a result, it seems that a sufficient image density can be obtained even if Vpp is low.
[0025]
Example 2
In the first embodiment, the BP bias shown in FIG. 2 is used as the developing bias. However, the bias effective in the present invention is not limited to the bias shown in FIG.
[0026]
FIG. 7 shows the BP bias used for the developing bias in this embodiment. In the BP bias of the present embodiment, the vibration unit has a plurality of vibrations. In the figure, T1 = 50 μs, T2 = 25 μs, and the waveform was selected so that T1 = 2 × T2. Similar to the BP bias in FIG. 2, the BP bias has the same effect as that of the first embodiment even if the vibration is performed a plurality of times by setting the integral value to zero.
[0027]
According to the BP bias of FIG. 7, a sufficient density could be obtained even when Vpp was 1.6 kV, and no image defect due to abnormal discharge occurred. Further, by using such a BP bias, it was possible to obtain an image with little roughness and image irregularity as in Example 1.
[0028]
Example 3
Another embodiment of the image forming apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
[0029]
The image forming apparatus of this embodiment is a color copying machine having a digital color image reader unit at the top and a digital color image printer unit at the bottom.
[0030]
In the reader unit, the reflected light image from the document 30 obtained by placing the document 30 on the document glass table 31 and performing exposure scanning by the exposure lamp 32 is condensed on the full color sensor 34 by the lens 33, and the color color separation image is obtained. Get a signal. This color-separated image signal is amplified by an amplifying circuit (not shown), processed by a video processing unit (not shown), and sent to a printer unit.
[0031]
  In the printer unit, the photosensitive drum 1 serving as an image carrier is a photosensitive member having a surface protective layer, and is installed so as to be rotatable in the direction of an arrow in the figure. Around the photosensitive drum 1, there are a pre-exposure lamp 11 for initializing the surface of the photosensitive drum 1, a charger 2 for uniformly charging the surface of the photosensitive drum 1 (corona charger in this example), and a photosensitive drum 1. Laser exposure optical system 3 for forming an electrostatic latent image corresponding to image information on the surface, and four developers (toners) of different colors for developing the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1 A developing device having a fixed arrangement composed of a developing device 4 (4Y, 4C, 4M, 4K), a light detecting means 13 for detecting the amount of toner on the photosensitive drum 1, and remaining on the photosensitive drum 1didA cleaner 6 and the like for removing the developer are respectively disposed.
[0032]
In this example, the laser exposure optical system 3 includes a polygon mirror 3a, a lens 3b, a mirror 3c, and the like. The laser exposure optical system 3 is modulated by the color-separated image signal from the reader unit, and is converted into an optical signal for image scan exposure at the laser output unit. The converted laser beam E is reflected by the polygon mirror 3a and projected onto the surface of the photosensitive drum 1 through the lens 3b and the mirror 3c to form an electrostatic latent image corresponding to the color image signal of each color.
[0033]
At the time of image formation at the printer unit, the photosensitive drum 1 is rotated in the direction of the arrow in the figure. First, the surface of the photosensitive drum 1 is neutralized and initialized by the pre-exposure lamp 11, and then the surface of the photosensitive drum 1 is minus by the charger 2. The surface of the photosensitive drum 1 is sequentially irradiated with laser light E corresponding to the image signals of the respective colors that are uniformly charged and separated by the exposure optical system 3 to form an electrostatic latent image in a predetermined color order.
[0034]
Next, a predetermined developing device is operated in the order of cyan (C), magenta (M), yellow (Y), and black (K) in a predetermined developing order to develop the latent image on the photosensitive drum 1 and to perform photosensitive. Toner images are sequentially formed on the drum 1 with a negative toner based on a resin. Here, the developing devices 4C, 4M, 4Y, and 4K of the developing device are selectively selected according to the color of the formed latent image by the operation of the eccentric cams 24C, 24M, 24Y, and 24K. The developing operation is performed close to the photosensitive drum 1.
[0035]
On the other hand, a recording material such as transfer paper fed from a recording material cassette 7a, 7b or 7c (which may be manually fed) by a conveying system including a pickup roller, a paper feed guide, a paper feed roller, etc. Is wound around the transfer device 5.
[0036]
In this example, the transfer device 5 includes a transfer drum 5a having a diameter of 180 mm as a recording material carrier, a transfer corona charger 5b for transferring the toner image on the photosensitive drum 1 to the recording material, and the recording material to the transfer drum 5a. A transfer drum 5a having an adsorption charger 5c serving as an adsorption charging means, an adsorption roller 5g as an opposite pole, an inner corona charger 5d, and an outer corona charger 5e, which are axially supported so as to be rotationally driven. A recording material carrying sheet 5f made of a dielectric material, which is a recording material carrying means, is integrally stretched in a cylindrical shape in the peripheral opening area. The recording material carrying sheet 5f is a dielectric sheet such as a polycarbonate film.
[0037]
The transfer drum 5a is rotationally driven in the direction of the arrow in the figure in synchronization with the photosensitive drum 1, and a cyan toner image obtained by developing with the cyan developing device 4C is transferred onto the recording material carried on the recording material carrying sheet. Transfer is performed by the transfer charger 5b at the transfer portion. The transfer drum 5a continues to rotate to prepare for the transfer of the next color (for example, magenta) image.
[0038]
Also, the photosensitive drum 1 to which the toner image has been transferred is cleaned of deposits such as residual toner by the cleaner 6, is uniformly charged again by the charger 2, and is modulated by laser light modulated by the next magenta image signal. The image exposure as described above is performed. This latent image is developed by a magenta developing device and visualized as a magenta toner image. This magenta toner image is superimposed on the recording material on the recording material carrying sheet 5f from above the cyan toner image by the transfer charger 5b in the transfer portion. Is transcribed. The transfer drum 5a continues to rotate to prepare for the transfer of the next color (for example, yellow) image.
[0039]
Subsequently, the image formation and transfer processes described above are performed for yellow and black, and when the four color toner images are superimposed and transferred onto the recording material, the recording material is discharged by the separating charger 5h and then pressed. The toner image is separated from the transfer drum 5a by the action of the raising roller 8b and the separation claw 8a, sent to the fixing device 9 (heat roller fixing device in this example) by the conveying means, and the toner image is fixed and discharged onto the external tray 10 Is done. Thus, a series of full-color print sequences is completed, and a required full-color print image is obtained.
[0040]
In the case of forming images on both sides of the recording material, the recording material drives the conveyance path switching guide 19 immediately after exiting the fixing device 9, and the recording material is once guided to the reverse path 21a through the conveyance vertical path 20. Thereafter, the reversing roller 21 is rotated in the reverse direction so that the recording material is withdrawn in the direction opposite to the feeding direction starting from the trailing edge when the feeding roller 21 is fed and stored in the intermediate tray 22. Thereafter, the recording material is conveyed again from the intermediate tray 22 to the transfer device 5, and an image is formed on the other surface of the recording material by the image forming process described above.
[0041]
The transfer drum 5a after separating the recording material is opposed to the recording material carrying sheet 5f through the recording material carrying sheet 5f in order to prevent powder from adhering to the recording material carrying sheet 5f and oil from adhering to the recording material. Cleaning is performed by the fur brush 14 and the backup brush 15, and the oil removing roller 16 and the backup brush 17. Such cleaning is performed before or after image formation, and at any time when a jam (paper jam) occurs.
[0042]
In this example, the gap between the recording material carrying sheet 5f and the photosensitive drum 1 is arbitrarily set by operating the eccentric cam 25 at a desired timing and operating the cam follower 5i integrated with the transfer drum 5a. It can be configured. For example, the distance between the transfer drum 5a and the photosensitive drum 1 is increased during standby (standby) or when the power is turned off.
[0043]
Next, the processing process of the image processing unit will be described with reference to the block diagram of FIG.
[0044]
In the image processing unit 40 of FIG. 9, the digital image data 42 is converted into an analog image signal 403 by a D / A converter 402 and input to one terminal of a comparator 411. The timing signal generation circuit 407 generates and outputs the pixel clock 404 and the screen clock 408 to the pattern signal generator 409 based on the input reference clock signal 43. The pattern signal generator 409 outputs a pattern signal 410 based on the screen clock 408 and inputs it to the other terminal of the comparator 411.
[0045]
The digital pixel signal 42 is input in synchronization with the pixel clock 404, and the D / A converter 402 outputs an analog image signal 403 in synchronization with the pixel clock 404. The screen clock 408 is a clock signal obtained by multiplying the pixel clock 404 by an integer, and defines the cycle of the pattern signal 410 that is, for example, a triangular wave.
[0046]
The analog image signal 403 and the pattern signal 410 are compared by the comparator 411, and the binary image data 41 subjected to pulse width modulation is generated and output as 0 when the analog image signal 403 is larger and 1 when smaller. The
[0047]
FIG. 10 shows a timing chart of each part in FIG. Thus, the image processing process will be further described.
[0048]
Here, the screen clock 408 is a clock having a cycle twice that of the pixel clock 404. When the digital image signal changes stepwise from hexadecimal 00 (white) to FF (black), the pulse waveform of the binarized image data 41 modulated by the pattern signal 410 is shown. Thus, by changing the amplitude of the pattern signal, the relationship between the input level of the digital image data 42 and the pulse width of the binarized image data 41 can be changed.
[0049]
The binarized image data 41 is input to the image forming unit of the full-color copying machine, controls the exposure width by laser light, projects a laser spot having an exposure width according to the image data on the photosensitive drum, and generates a latent image. It is formed. These latent images are developed by the above-described developing devices 4Y, 4C, 4M, and 4K.
[0050]
Next, the developing process which is a characteristic part of the present invention will be described in detail. As the developer, a two-component developer composed of a non-magnetic toner and a magnetic carrier (magnetic particles) is used. The mixing ratio was such that the nonmagnetic toner was about 5% by weight. The non-magnetic toner has a volume average particle size of about 8 μm. The magnetic carrier consists of resin-coated ferrite particles (maximum magnetization 60 emu / g), the weight average particle diameter is 50 μm, and the resistance value is 108A value of Ωcm or more is shown. The magnetic carrier has a magnetic permeability of about 5.0.
[0051]
In the developing container of the developing device 4 (4Y to 4K), an opening is provided in a portion close to the photosensitive drum 1, and a developing sleeve as a developer carrying member protrudes outside from the opening. The developing sleeve is rotatably incorporated in the developing container, and is arranged so that the distance from the photosensitive drum 1 is 500 μm. The developing sleeve has an outer diameter of 25 mm and a peripheral speed of 280 mm / sec.
[0052]
  In this example,
    Vpp: Peak-to-peak of alternating voltage of developing bias applied to developer carrier
          Voltage [V],
    Tb: To be applied to the developer carrier having an alternating voltage of the developing bias applied to the developer carrier.
          Maximum time to pull back
  Vcont: image contrast potential [V] (maximum image from DC voltage of development bias
          Potential difference from latent image potential when outputting density),
      Q: the average triboelectric charge amount [C / kg] of the toner
      d: Distance between image carrier and developer carrier [m]
As a development bias,
    | Vpp-2Vcont |・ Tb 2 / 4<D2/ | Q |
An alternating voltage is applied so that an alternating electric field satisfying the above condition is intermittently formed.
[0053]
The toner used in this example has a triboelectric charge amount of about −2.0 × 10.-2For C / kg, about -3.0x10-2Two types of C / kg were used.
[0054]
Next, a method for measuring the triboelectric charge amount (two-component developer) of the toner will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows an apparatus for measuring the triboelectric charge amount (tribo) of toner.
[0055]
First, the toner to be measured for triboelectric charge is combined with a carrier to form a two-component developer, placed in a polyethylene bottle of 50-100 ml capacity, and shaken by hand for about 10-40 seconds. About 0.5 to 1.5 g of developer is placed in a metal measuring container 142 that is a conductive screen 143 having a bottom of 500 mesh, and the container 142 is covered with a metal lid 144. The entire measurement container 142 in this state is weighed, and this is defined as W1 (kg).
[0056]
Next, the measurement container 142 is installed in the suction machine 141 (at least the part of the suction machine 141 that is in contact with the measurement container 142 is an insulator), sucked from the suction port 147, the air volume control valve 146 is adjusted, and the vacuum gauge 145 The pressure is 250 mmAq. In this state, suction is sufficiently performed, preferably for 2 minutes, and the toner is removed by suction. At this time, the potential indicated by the electrometer 149 connected to the measurement container 142 is read, and this is defined as V1 (V). Further, the weight of the entire measurement container 142 after the suction is measured, and this is defined as W2 (kg). When the capacitance of the capacitor 148 connected in parallel to the electrometer 149 in the measurement container 142 is C1 (μF), the triboelectric charge amount of the toner can be expressed by the following formula:
Toner triboelectric charge amount (μC / kg) = C1 × V1 × 10-3/ (W1-W2)
It is calculated as follows.
[0057]
In this example, a highlight halftone image and a solid image having an image density of about 0.2 were output, and the smoothness of the highlight halftone image and the density of the solid image were evaluated.
[0058]
Here, formation of an electrostatic latent image for image output is as follows. First, when the photosensitive drum is uniformly charged to -650V and a highlight halftone image is output, PWM (pulse width modulation) is performed by a semiconductor laser, the surface potential is lowered to about -450V, and a solid image is output. In this case, the voltage was dropped to about −150V (Vcont = 350V).
[0059]
Next, the latent image was developed by the reversal development method using the developer having the above-described configuration and the toner having the charge amount. In this embodiment, the DC voltage of the developing bias is set to -500 V, the amplitude Vpp of the alternating voltage applied intermittently is fixed to 1800 V, and the maximum time Tb of the pullback time is changed. At this time, as shown in FIG. 12, the time for passing through the alternating electric field was set to two periods for every period of the alternating electric field. The developer is a two-component developer, and the toner includes the above-mentioned two types of toners (the triboelectric charge amount is about −2.0 × 10 × 10).-2C / kg and about -3.0 × 10-2C / kg). The results are shown in Table 1.
[0060]
[Table 1]
Figure 0003715856
As shown in Table 1, A = | Vpp−2Vcont | · Tb2/ 4, B = d2Only when these relations satisfy A <B as / | Q |, solid density was maintained at a high level and the reproducibility of highlights was good.
[0061]
As described above, FIGS. 5 and 6 are views showing the force applied to one toner particle on the developing sleeve, where q is the charge amount of the toner, m is the mass, a is the acceleration, and ΔV is the photosensitive drum. And d is a gap between the photosensitive drum and the developing sleeve.
[0062]
The distance X that the toner can move from the photosensitive drum to the developing sleeve is obtained as follows. A stripping voltage to be pulled back to the developing sleeve is applied to the toner for Tb seconds as the maximum time during the application of the oscillating electric field. The distance X during which the toner can move is expressed by the following formula (1):
X = | Q |. | 1 / 2.Vpp-Vcont | .Tb2/ 2d (1)
Is required.
[0063]
Here, the toner developed on the photosensitive drum is biased on the photosensitive drum by setting a condition that the toner is not returned to the developing sleeve at the moving distance X when the stripping voltage is applied for the maximum time. Repeat the vibration. The condition at this time is when X is smaller than the gap d between the photosensitive drum and the developing sleeve.
[0064]
  Expressed as a formula:
    | Q | ・ | 1/2 ・ Vpp−Vcont | ・ Tb2/ 2d<D
    || Vpp-2Vcont | ・ Tb2/ 4 <d2/ | Q | (2)
  If the development is performed under such conditions, even if the stripping voltage is a maximum time electric field, the SD cannot sufficiently reciprocate between SD and the development just before the alternating voltage is established as described above. By increasing the voltage application time on the accelerating side, even when Vpp is low, the DC component works to attract the amount of toner corresponding to the latent image potential to the photosensitive drum, so that no dot loss occurs. In addition, by repeating vibration on the photosensitive drum intermittently, toner concentrates on the latent image portion and each dot is faithfully reproduced. Therefore, only a non-uniform image can be obtained with the conventional rectangular bias. Even with such a shallow latent image, a uniform image can be output.
[0065]
In this embodiment, the alternating electric field to be applied, that is, the BP bias is set as shown in FIG. 12, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. As shown in FIG. 14, it is good also as a 3 wavelength application and a 10 wavelength rest. Further, even if the waveform of these vibration parts is not a rectangular wave, various waveforms such as a triangular wave and a sine wave can be applied, and the most appropriate waveform can be selected according to the copying speed and development conditions. The ratio between the bias application time and the rest time is preferably 1: 1/2 to 1:15, and good results were obtained in this range.
[0066]
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples, All the deformation | transformation within the technical thought of this invention are possible.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, in the image forming apparatus of the present invention, the developing bias voltage applied to the developer carrying member by the bias applying unit is the blank pulse bias having the vibration part and the resting part in one cycle of the waveform, and the vibration. The vibration bias immediately before the change from the first portion to the rest portion is the direction in which the toner is caused to fly to the image carrier, the application time is T1, and the vibration bias immediately before that is the direction in which the toner is pulled back to the developer carrier. The application time is T2, and these vibration biases have a relationship of T1> T2. Therefore, even in a condition where the frequency is high and the peak-to-peak voltage is low, the uniformity of the image is high and the density is sufficient. An image can be obtained, and a high-quality image can be stably obtained without image defects due to abnormal discharge.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an image forming apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing a BP bias used in the embodiment of FIG.
FIG. 3 is a waveform diagram showing a conventional BP bias.
4 is a diagram showing a VD curve when an image is output under the same conditions using the biases of FIGS. 2 and 3. FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating a force applied to one toner particle on a developing sleeve.
6 is an enlarged view of FIG.
FIG. 7 is a waveform diagram showing a BP bias used in another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram showing still another embodiment of the image forming apparatus of the present invention.
9 is a block diagram illustrating an image processing unit of the image forming apparatus in FIG. 8;
10 is a timing chart of the image processing unit in FIG. 8. FIG.
FIG. 11 is a perspective view showing a measuring device for measuring the triboelectric charge amount of toner in a two-component developer.
12 is a waveform diagram showing a BP bias used in the embodiment of FIG.
FIG. 13 is a waveform diagram showing another example of a BP bias that can be used in the present invention.
FIG. 14 is a waveform diagram showing still another example of the BP bias that can be used in the present invention.
FIG. 15 is a waveform diagram showing a rectangular bias.
FIG. 16 is a waveform diagram showing a conventional BP bias.
[Explanation of symbols]
131 Photosensitive drum
132 Primary charger
133 Developer
133a Development sleeve
134 Transfer charger
135 Fuser
138 Development power supply

Claims (5)

静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電潜像を現像する現像器とを具備し、前記現像器は、前記像担持体と対向する、トナーとキャリアとを有する2成分現像剤を担持した現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス印加手段とを有し、前記バイアス印加手段により印加される現像バイアス電圧の波形の周期は、振動部と休止部とを備え、前記振動部から休止部に変化する直前の振動バイアスは、トナーを像担持体へと飛翔させる方向であり、その印加時間をT1とし、更にその直前の振動バイアスは、トナーを現像剤担持体への引き戻す方向であり、その印加時間をT2とすると、T1>T2の関係を有し、
更に下記式、
|V pp −2V cont |・Tb /4<d /|Q|
ただし、
pp :現像バイアスのピークツウピーク電圧 [ ]
Tb:現像剤担持体にかかる交番電圧の現像剤担持体にトナーを引き戻す
最大の時間 [ ]
cont :画像コントラスト電位 [ ]
Q:トナーの平均の摩擦帯電電荷量 [ C/kg ]
d:像担持体と現像剤担持体間の距離 [ ]
を満たすことを特徴とする画像形成装置。
An image carrier that carries an electrostatic latent image; and a developing unit that develops the electrostatic latent image on the image carrier. The developer unit includes a toner and a carrier facing the image carrier. A developer carrying body carrying the two-component developer, and bias applying means for applying a developing bias to the developer carrying body, and the period of the waveform of the developing bias voltage applied by the bias applying means is: The vibration bias immediately before the change from the vibration part to the pause part is a direction in which the toner flies to the image carrier, the application time is T1, and the vibration bias immediately before the vibration bias is provided. Is the direction in which the toner is pulled back to the developer carrying member, and when the application time is T2, the relationship is T1> T2 ,
Furthermore, the following formula,
| V pp -2V cont | · Tb 2/4 <d 2 / | Q |
However,
V pp : Development bias peak-to-peak voltage [ V ] ,
Tb: The toner is pulled back to the developer carrying member of the alternating voltage applied to the developer carrying member.
The maximum of the time [s],
V cont : Image contrast potential [ V ] ,
Q: average amount of triboelectric charge [ C / kg ] of toner ,
d: Distance [ m ] between image carrier and developer carrier
An image forming apparatus characterized by satisfying the above.
前記現像バイアス電圧の振動部は実質的に矩形波である請求項1の画像形成装置。  The image forming apparatus according to claim 1, wherein the vibration portion of the developing bias voltage is substantially a rectangular wave. 前記現像バイアス電圧の振動部は実質的に2周期以上である請求項1の画像形成装置。  The image forming apparatus according to claim 1, wherein the vibration portion of the developing bias voltage has substantially two cycles or more. 前記現像バイアス電圧の振動部において、休止部を振動中心とした時の振動部の積分値は、実質的にゼロである請求項1の画像形成装置。  2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein, in the vibration portion of the developing bias voltage, an integral value of the vibration portion when the rest portion is a vibration center is substantially zero. 前記現像バイアス電圧の振動部と休止部の時間の比は1:1/2〜1:15である請求項1の画像形成装置。  2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a ratio of a time of the developing bias voltage vibration portion to a rest portion is 1: 1/2 to 1:15.
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