JP4016468B2 - 電位分割現像を用いた電子写真装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等のトナー等の着色粒子を用いて画像を顕像化させる電子写真方式の記録装置、特に記録体の表面にトナー画像を形成させる現像工程における現像方法を用いた電子写真装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の現像方法と現像装置について説明する。電子写真方式を用いた記録装置は、着色粒子を記録体表面に画像として顕像化させる現像工程と顕像化された着色粒子画像を記録体に固着させる定着工程から成る。着色粒子には電子写真専用のトナーと呼ばれる粉末が用いられる。
【０００３】
現像工程では、まず、現像剤を用いて着色粒子であるトナー粒子を帯電させる。現像剤はトナーと磁性粒子であるキャリアビーズの混合粉体である。現像剤は現像装置の中に封じ込められそこで攪拌される。トナーはその時に発生するキャリアビーズとの摩擦により帯電する。現像工程の作像過程では、通常、バイアス現像と呼ばれる方法が用いられる。感光体はその表面の全面が一旦帯電され、続いて光を照射することにより部分的な電荷放電が行われる。ここに、感光体表面には帯電領域と放電領域による電位コントラストが形成され、これを静電潜像と呼ぶ。
【０００４】
バイアス現像では、現像装置の感光体表面の静電潜像に対応した現像位置に対抗する位置まで現像剤を搬送する現像ローラと呼ばれる磁石ローラにバイアス電圧を印加し、感光体表面に形成された潜像電位と現像ローラとの間に発生する電界の作用により帯電されたトナー粒子を現像ローラ表面の現像剤から分離して感光体表面に移動させ、作像が行われる。
【０００５】
現像ローラのバイアス電圧と感光体の像形成部分の電位の差を現像電位差と呼ぶ。現像電位差が大きければ形成される電界（現像電界と呼ぶ）が強くなるので現像性能が高くなることは言うまでもない。現像ローラと感光体との距離を狭くする方法、現像剤の電気抵抗を低下させる方法によってもこれと同様に現像電界を強める効果があり、現像性能を高くすることができる。
【０００６】
以上述べた電子写真のバイアス現像方式の変形例として例えば、特開昭４８−３７１４８号等に古くから見られるように感光体の帯電領域と放電領域の電位を二分して中間の電位領域を設け、上記放電領域に反転現像を行う第１の現像装置を設け第１のトナーを現像し、続いて上記帯電領域に正規現像を行う第２の現像装置を設け第２のトナーを現像することにより、一回の帯電工程と光照射工程（露光工程）で２種類のトナーの現像を行う現像方法も提案されている。
【０００７】
この現像方法では、第１の反転現像装置のバイアス電圧値と第２の正規現像装置のバイアス電圧値に挟まれた電圧値を有する感光体上の中間の電位領域にはトナーは現像されず、画像として背景部分が形成されるので、背景部、第１画像部、第２画像部から成る２種のトナーによる画像の形成が可能である。本明細書ではこの現像方法を電位分割現像方式と呼ぶ。通常、２種のトナーは色分けして用いられ、２色から成る画像を得る目的に使用される。また、原理的には、第１の現像を正規現像、第２の現像を反転現像としても電位分割現像は可能である。
【０００８】
バイアス現像では、感光体上に静電潜像が形成されると、潛像の端部に現像を強調する電界と合わせて、潛像の周辺部に潛像と反対極性の電界（逆電界）が生じる。電位分割現像方式を用いない一種類のトナーを現像するバイアス現像では、画像を形成する上で、この逆電界は問題とはならない。
【０００９】
ところが、感光体上に正負の静電潛像を形成し、潛像とはそれぞれ逆極性に帯電された二種類のトナー（以下、赤、黒トナーを例として説明する）の現像を行なう電位分割現像プロセスでは、この逆電界に引かれて、黒画像の周りには赤トナーが、赤画像の周りには黒トナーが付着するフリンジ現像が発生し、その発生した画像をフリンジと呼ぶ。フリンジは期待されない位置にトナーが現像される誤印字である。
【００１０】
この問題を無くすため、フリンジが予想される位置を予め予測し、逆電界を抑えるため、そこに補助的な露光（以後、補助露光と呼ぶ）を加える露光制御（以後、フリンジ制御と呼ぶ）を導入することによりフリンジの無い電位分割現像方式を実現する方法が考えられる。
【００１１】
この方法を用いる際、補助露光として赤画像周りのフリンジと黒画像周りのフリンジに各々異なった露光量の補助露光を加える必要があり、アナログの発光素子ドライバを用いることが出来ない場合など設定した露光量に応じてそれぞれドライバを必要とする。また、このフリンジ制御手段を用いた場合、補助露光により発生する逆電界により新たなフリンジ様の誤印字が発生するという問題がある。本明細書では、補助露光によるフリンジ様の誤印字を反発フリンジと呼ぶ。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた従来の電位分割現像方式ではフリンジ現像に関する配慮に欠け、反発フリンジを防止する条件や方法について十分に配慮されておらず、現像剤を高抵抗化するなど電界の周辺効果が大きな条件を用いた場合には、著しく反発フリンジが発生するという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は反発フリンジの発生を防止することにあり、反発フリンジの発生を防止する現像条件を満たす電子写真装置を提供することである。さらに、フリンジ制御を用いた場合、制御回路の規模について配慮が欠けており、補助露光として赤画像周りのフリンジと黒画像周りのフリンジに各々異なった露光量の補助露光を加えたためアナログの発光素子ドライバを用いることが出来ない場合、設定した露光量に応じてそれぞれドライバを必要とし、回路規模が増大するという問題があった。
【００１４】
したがって、本発明の他の目的は、適切な補助露光方法を用いることによりフリンジおよび反発フリンジの無い電位分割現像を用いた電子写真装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、フリンジと反発フリンジの原因となる逆電界を同程度にしている。さらに、片方の画像周囲にフリンジ制御技術による補助露光を加え、中間の電位領域の電位を補助露光を加えていない側の画像のバイアス電位に近づけ、他方の画像のバイアス電位から遠ざけている。また、反発フリンジが発生する補助露光範囲の終端部での予め決められた範囲の補助露光を空間的にオン、オフするようにしたものである。
【００１６】
本発明の特徴は、感光体上に露光装置を用いて少なくとも帯電領域、中間領域および放電領域から成る３値の異なった電位レベルを有する領域を形成させ、前記帯電領域および放電領域に各々異なった種類の着色粒子を現像し、フリンジ制御手段を搭載した電位分割現像を用いた電子写真装置において、現像バイアスを調整してフリンジと反発フリンジを発生させた時、両者の程度が略同じになるように補助露光の光強度を設定したことである。
【００１７】
さらに本発明の他の特徴は、感光体上に露光装置を用いて少なくとも帯電領域、中間領域および放電領域から成る３値の異なった電位レベルを有する領域を形成させ、前記帯電領域および放電領域に各々異なった種類の着色粒子を現像し、フリンジ制御手段を搭載した電位分割現像方法を用いた電子写真装置において、前記帯電領域と該放電領域のいづれか一方の電位領域に隣接した領域に補助露光を加え、かつ他方の電位領域に隣接した領域には補助露光を加えないようにしたことである。
【００１８】
さらに本発明の他の特徴は、少なくとも、前記感光体上に前記露光装置を用いて少なくとも３値の異なった電位レベルを有する領域を形成させ、そのうち、２値以上の電位レベルを有する各々の領域に異なった種類の着色粒子を現像する、電位分割現像を用いた電子写真装置において、補助露光を用いてフリンジ現像を防止するフリンジ制御手段を具備し、補助露光範囲の終端部の予め決められた範囲で補助露光をオン、オフするように制御することである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１〜図５を用いて説明する。
【００２０】
図１は電位分割現像方式を用いた２色レーザプリンタの模式的断面側面図である。１は感光体ドラム、２は帯電器、４は第１の現像機、５は第２の現像機、６は転写前帯電器、７は用紙、８は転写機、９は定着機、１０はクリーナ、１１は画像信号、１２は露光および露光制御手段、１３は補助露光制御手段である。
【００２１】
帯電器２により一様に帯電された感光体ドラム１表面に、露光、露光制御手段１２によって静電潜像が形成される。この後、二つの現像機４、５により、電位分割現像で静電潜像を２色のトナーで現像する。転写前帯電器６は、現像される２色のトナーの帯電極性が異なるため、これをそろえるために用いられる。
【００２２】
転写前帯電器６により極性がそろえられた２色のトナーは、転写機８によって用紙７に転写される。この後、転写された２色トナー画像は定着機９で加熱融解され用紙７に定着する。また、転写されずに感光体ドラム１表面に残存したトナーはクリーナ１０により回収され、一連のプロセスを終了する。この際、補助露光は入力画像信号１１に従い、露光、露光制御手段１２内に設けられた補助露光制御手段１３により動作する。
【００２３】
図２は電位分割現像における感光体表面の電位分布と現像画像との関係を示す図である。２１は縦軸の値であり感光体表面電位を示す。２２は帯電領域電位（Vo）、２３は中間放電領域電位（Vw）、２４は完全放電領域電位（Vr）、２５は正帯電トナー、２６は負帯電トナーである。
【００２４】
２段階に露光量を制御し、感光体表面電位２１をVo、Vw、Vrの３レベルに制御することにより、正に帯電したトナー２５が正規現像される未露光部（帯電領域電位（Vo）２２）、負に帯電したトナー２６が現反転現像される強露光部（完全放電領域電位（Vr）２４）、どちらのトナーも現像されない白色画像領域を成す弱露光部（中間放電領域電位（Vw）２３）が形成される。
【００２５】
次に、フリンジについて説明する。図３(1)(2)は、露光後の感光体の表面電位と電界の分布を示した図である。２７は縦軸の値であり電界を示す。２８は横軸の値であり、感光体表面の位置を示す。２９はフリンジ、２５１は正規現像による画像領域、２６１は反転現像による画像領域である。
【００２６】
Eは感光体１と現像機４、５以外のある位置に存在する一定の仮想的な電位を基準にした感光体１表面での電界、Ec、EbはそれぞれEと同じ仮想電位を基準にした現像バイアス電圧Vc、Vbに対応した現像機４、５表面での電界である。
【００２７】
図３(1)は未露光部（正規現像による画像領域）、強露光部（反転現像による画像領域）および弱露光部（白色画像領域）を形成する露光を行った例である。電位の上では、表面電位を現像バイアスＶｃ、Ｖｂでそれぞれ正規／反転のバイアス現像を行うことで問題ないように見える。現実には、現像は電位分布を空間的に微分した電界により行われる。図３(2)は図３(1)に対応した電界を示す図である。
【００２８】
Ec、EbはVc、Vbの変化に比例して変化する。図３(2)からわかるように、各画像領域の端部、すなわち電位が変化する位置に対応して電界が強調された領域が発生している。バイアス現像のうち一種類のトナーを現像する場合では、反転または正規現像のみが行われるため、エッジ部の電界強調は現像画像のエッジ部の画像濃度の強調（増加）としてしか現われなかった。
【００２９】
しかし、電位分割現像においては、白画像領域に生じる逆電界が必要な画像の周囲に逆側の種類のトナーを現像してしまう場合があり、これをフリンジ現像と呼ぶ。図３（２）から判るように、正規現像による画像領域２５１周りの電界EがEbより下回る位置にフリンジ２９が発生し、反転現像による画像領域２６１周りの電界EがEcより上回る位置にフリンジ２９が発生する。
【００３０】
したがって、反転現像画像周囲のフリンジはバイアスVcの絶対値を高くするとEcの絶対値が高くなるので減少する。また、正規現像画像周囲のフリンジはバイアスVbの絶対値を低くするとEbの絶対値も低くなるので減少する。
【００３１】
図４は、露光制御を加えた場合の感光体表面の電位分布の一例を示す図である。正規／反転現像領域の両方の画像に露光制御を加えた場合を示す。３０は正規現像領域への補助露光、３１は反転現像領域への補助露光である。露光制御の目的は、画像周辺の電界強度（電位勾配）を露光により緩和することにある。具体的には図４に示すように、画像の回りの電位を露光により階段上に制御する。これにより画像周辺の電界が弱まり、フリンジの発生を抑えることができる。
【００３２】
図５は、反転現像を例に取り露光制御を加え、正規トナーによるフリンジが発生するようにVcを下げた場合の出力画像(1)(2)(3)とこれに対応した電界分布を示す図である。この場合の電位分布の例も出力画像(1)(2)(3)の上に示してある。３２は反転現像画像、３３は反発フリンジである。
【００３３】
出力画像(1)は光強度を低くして補助露光３１を照射した場合、出力画像(3)は光強度を高くして補助露光３１を照射した場合、出力画像(2)は出力画像(1)と出力画像(3)の中間の光強度で補助露光３１を照射した場合である。Vccはバイアス電圧Vcの絶対値を上げた時、フリンジ２９と反発フリンジ３３の両方が無くなる電圧を示す。補助露光３１を出力画像(2)の様に適度に照射するとVccが低くなる。
【００３４】
この理由は、フリンジと反発フリンジにおける逆電界のピーク値がほぼ同じ程度となり、その結果、この２つのピーク値そのものが低くなるからである。出力画像(1)や出力画像(3)の場合、フリンジと反発フリンジのうち片方の逆電界のピーク値は低いが、他方は逆に高くなり、フリンジまたは反発フリンジのどちらか一方の程度が大きくなる。
【００３５】
したがって、フリンジ２９と反発フリンジ３３の両方が同じ程度になる様にすればVccの絶対値を低下させることができ、フリンジを抑制すると同時に反発フリンジをも抑制することができる。フリンジ２９と反発フリンジ３３の程度は本実例の様にVcの絶対値を低下させ、（正規現像の周囲の場合、Vbの絶対値を高くして）て積極的にフリンジ２９と反発フリンジ３３を発生させ、その幅、反射濃度、色差、トナー付着量またはこれらの積で評価すれば良い。
【００３６】
次に、本発明の他の実施例を図５および図６を用いて説明する。
【００３７】
フリンジまたは反発フリンジのうち高いほうの電界のピーク高さをフリンジピーク電界と呼ぶと、実施例１で説明した図５から判るように、フリンジ２９と反発フリンジ３３の程度が同じ程度になる条件では、フリンジピーク電界が最も下がるので、Ecとフリンジピーク電界との差を大きく取ることができる。
【００３８】
逆にフリンジピーク電界をEcに近付けるようVwを上げて、正規側と反転側の電位配分をアンバランスさせると、Ebと逆側のフリンジピーク電界の差を大きく取ることが可能になる。これを本明細書ではアンバランス電位配分と呼ぶ。図６はアンバランス電位配分における電界分布である。
【００３９】
なお、図６では、フリンジピーク電界をEcに近付けるようVwを上げ反転現像画像領域２６１周りのフリンジ２９を無くすよう補助露光を加えてある。反転画像周りのフリンジに補助露光を加え、フリンジピーク電界をEcに近付けるようVwを上げ、Ebと正規画像周りのフリンジピーク電界の差を大きく取ることにより、正規画像周りに補助露光を用いなくてもフリンジの発生を防止することができる。また、逆のアンバランス電位配分を選べば、正規画像周りに補助露光を照射して、反転画像周りに補助露光を用いなくてもフリンジの発生を防止することができる。
【００４０】
以上述べたように本実施例によれば、片側の画像周りだけに補助露光を照射することができるので、補助露光装置の回路規模を小さくすることができる。なお、実施例１で述べたフリンジと反発フリンジの両方が同じ程度になる様にする方法を併用しない場合でも、アンバランス電位配分を用いれば本実施例の片側の画像周りだけに補助露光を照射することができる。
【００４１】
図７（１）（２）は現像剤抵抗と反発フリンジの発生程度、感光体表面電界の関係を示した図である。３３は横軸の値であり現像剤の電気抵抗（以下、抵抗と呼ぶ）を示す。３４は縦軸の値であり反発フリンジの発生程度を示す。２７は縦軸であり補助露光範囲終端部における、反発フリンジ発生の要因となる逆電界の強度を示す。感光体の表面電界の分布は現像剤抵抗が高くなるにつれて、白画像領域に生じる逆電界が強調され、反発フリンジの発生程度が大きくなる。
【００４２】
また、現像剤抵抗がR以上になるとフリンジと反発フリンジの発生する程度が同じになるような光強度にて補助露光を行った場合でも、フリンジと反発フリンジにおける逆電界のピーク値が未露光部（帯電領域）での電界と同等または、それ以上のものとなりバイアス電圧Vcを帯電領域電圧Voのあたりまで変化させても、フリンジと反発フリンジの両方が無くなる電圧Vccを発見する事はできない。
【００４３】
したがって、電子写真装置にR以下の抵抗範囲を有する現像剤を用いることにより、補助露光による反発フリンジの発生を抑制することができる。本発明者らの実験によれば、上記帯電領域と同程度となる抵抗Rは、感光ドラムに相当する直径６６mmで表面の周速３００mm／Sの電極、表面が電極と同方向に移動し周速６００mm／Sで直径４０mmの現像ロール、電極と現像ロールとのギャップ１．５mm、現像ロールとドクタとのギャップ１．２mm、また現像ロールの軸方向の現像剤が塗布されている長さは１１０mmの条件で、現像ロールと電極の間に発生する電圧を測定して現像剤に流れている電流を求め、現像剤への印加電圧をその電流で割ることにより電気抵抗を求める方法で測定した結果、５２８E＋６Ωcmであった。
【００４４】
したがって現像剤の抵抗Rは２９E＋６以上５２８E＋６Ωcm以下に設定する必要がある。ただし、この抵抗値Rを用いた場合バイアスVcはVoと同程度になってしまうので、十分な現像電位が得られず、画像濃度が低くなってしまう。したがって、より好ましくは４６９E＋６Ωcm以下が良くこの範囲では、フリンジ制御を用いてフリンジおよび反発フリンジが無く、かつ十分な画像濃度が得られる。なお、本実施形態では反転現像画像の周囲に発生するフリンジと反発フリンジを例として述べたもので、正規現像用の現像剤抵抗に関する説明となったが、ここで用いた抵抗範囲は反転現像用現像剤でも同様の効果がある。
【００４５】
図８（１）（２）は本発明のさらに他の実施例を示す図で、補助露光範囲の終端部において、予め決められた範囲をオン、オフするように補助露光を制御（間引き露光）する例を示す。３６は間引き露光範囲を示す。補助露光範囲の終端部には補助露光による逆電界が生じ、この逆電界により反発フリンジが発生している。
【００４６】
フリンジと反発フリンジの発生程度が同じになるように補助露光の光強度を設定しフリンジと反発フリンジを同時に抑制し、さらに、補助露光範囲の終端部を間引き露光し反発フリンジの発生を緩和させる。間引き露光を行う理由は、補助露光により発生した逆電界のピーク値を低くするために、この逆電界に対してさらに補助露光を加えることにより逆電界の強さを弱めることにある。
【００４７】
この動作を繰り返すことにより補助露光により発生する逆電界を緩和させ、そのピーク値を低くすることができる。このように間引き露光することにより反発フリンジにおける逆電界のピーク値が低くなり補助露光の光強度を高くでき、フリンジにおける逆電界のピーク値も同時に低くすることができVccの絶対値をさらに低下させることができる。なお、この効果は正規画像周囲に補助露光を加える場合においても同様に得られる。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、フリンジ制御を用い、補助露光の光強度をフリンジと反発フリンジの原因となる逆電界を同程度になるように設定したので、フリンジの発生を防止するのみならず反発フリンジの発生をも防止する効果がある。
【００４９】
また、現像剤の電気抵抗を４６９E＋６Ωcm以下に設定しているので、フリンジ制御を用いてフリンジおよび反発フリンジの発生を防止することができ、かつ十分な画像濃度を得ることができる効果がある。
【００５０】
さらに、補助露光範囲の終端部において間引き露光を行っているので補助露光による逆電界のピーク値を低くでくるため補助露光の光強度を高くでき、フリンジと反発フリンジの両方が無くなるVccの絶対値をさらに低下させる効果がある。
【００５１】
さらに、中間の電位領域の電位を補助露光を加えていない側の画像のバイアス電位に近付け、他方の画像のバイアス電位から遠ざけることができるので、赤画像周りのフリンジと黒画像周りのフリンジのいづれか一方に補助露光を加えるだけで、両方のフリンジと補助露光を加えた側の反発フリンジの発生が無い補助露光方法とこれを用いた回路規模が小さい補助露光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は実施例１の電位分割現像方式を用いた２色レーザプリンタの模式的断面側面図である。
【図２】図２は電位分割現像における感光体表面の電位分布と現像画像との関係を示す図である。
【図３】図３は露光後の感光体の表面電位と電界の分布を示した図である。
【図４】図４は露光制御を加えた場合の感光体表面の電位分布の一例を示す図である。
【図５】図５は露光制御を加えフリンジを発生させた場合の出力画像とこれに対応した電界分布を示す図である。
【図６】図６はアンバランス電位配分における電界分布である。
【図７】現像剤の電気抵抗、反発フリンジ、感光体表面電界の相反関係を説明する図である。
【図８】間引き露光制御の例を示す図である。
【符号の説明】
１…感光体ドラム、２…帯電器、４…第１の現像機、５…第２の現像機、６…転写前帯電器、７…用紙、８…転写機、９…定着機、１０…クリーナ、１１…画像信号、１２…露光および露光制御手段、１３…補助露光制御手段、２１…感光体表面電位、２２およびVo…帯電領域電位、２３およびVw…中間放電領域電位、２４およびVr…完全放電領域電位、２５…正帯電トナー、２６…負帯電トナー、２７…電界、２８…感光体表面の位置、２９…フリンジ、２５１…正規現像による画像領域、２６１…反転現像による画像領域、３０…正規現像領域への補助露光、３１…反転現像領域への補助露光、３２…反転現像画像、３３…反発フリンジ、E…感光体表面での電界、EcおよびEb…バイアス電圧に対応した現像機表面での電界、VcおよびVb…バイアス電圧、Vcc…フリンジと反発フリンジの両方が無くなる電圧、３６…間引き露光範囲。

Claims (3)

1. 感光体上に露光装置を用いて少なくとも帯電領域、中間領域および放電領域から成る３値の異なった電位レベルを有する領域を形成させ、前記帯電領域および放電領域に各々異なった種類の着色粒子を現像し、フリンジ制御手段を搭載した電位分割現像を用いた電子写真装置において、
   正規現像バイアス及び反転現像バイアスを調整してフリンジと反発フリンジの発生原因である逆電界のピーク値が略同じになるように補助露光の光強度を設定したことを特徴とする電位分割現像を用いた電子写真装置。
2. 感光体上に露光装置を用いて少なくとも帯電領域、中間領域および放電領域から成る３値の異なった電位レベルを有する領域を形成させ、前記帯電領域および放電領域に各々異なった種類の着色粒子を現像し、フリンジ制御手段を搭載した電位分割現像方法を用いた電子写真装置において、
   前記帯電領域と放電領域のいずれか一方の電位領域を現像する現像装置の現像バイアス電位と該中間領域の電位との差と他方の電位領域を現像する現像装置の現像バイアス電位と前記中間領域の電位との差のうち前記中間領域の電位と前記現像バイアス電位の差が少ない方の電位領域に隣接した領域にのみ補助露光を加え、正規現像バイアス及び反転現像バイアスを調整してフリンジと反発フリンジの発生原因である逆電界のピーク値が略同じになるように補助露光の光強度を設定したことを特徴とする電位分割現像を用いた電子写真装置。
3. 帯電装置、露光装置、現像装置、転写前帯電装置、転写装置を備えた請求項１または２記載の電位分割現像を用いた電子写真装置。

Images