JPH04346370A - 静電荷像現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機や光プリンタ等の
電子写真装置に係り、特に静電荷像を非接触で現像する
電子写真装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パルス状の現像バイアスを用いて静電荷
像を非接触で現像する方法の従来例としては、特開昭５
８−４１５３号がある。この例では、パルスの周期は静
電荷像にパルスの周期に同期した現像むらが発生しない
ように決め、また、パルス幅はトナーの電荷量や質量で
決めている。この例では具体的数値として、パルスの周
期を０．５　ミリ秒〜５ミリ秒程度とし、パルス幅はそ
の周期の３０％以下とすれば良い結果が得られるとして
いる。

【０００３】一般に静電荷像を非接触で現像する現像方
法では、現像ギャップ間の電界とトナーの電荷量の積の
クーロン力が現像に寄与する主な力であり、トナーを現
像ロールから引きはがし感光体の潜像に付着させ、現像
する。その潜像に付着するトナーの量は、潜像のポテン
シャルとトナーの電荷量で決まる。例えば、同じ潜像に
対しては、トナーの電荷量が少なければ多くのトナーが
付着し、画像濃度も高くなる。従って、トナーの電荷量
の変動は現像後の画像濃度を大きく変化させるという特
性がある。また、パルス状の現像バイアスを用いる場合
には、そのパルス幅自体もトナーの電荷量によって決め
る必要があり、一度決めた後でトナーの電荷量が変動し
てしまえば画像濃度が低下したり、カブリを生じたりす
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例は、トナー
の電荷量の変動による画像濃度の変化，カブリの発生等
について配慮されていなかった。特に非接触現像では現
像剤としてトナーのみの一成分現像剤を用いる場合が多
い。この場合、温度や湿度等の周囲環境によって、また
長期間使用した後ではトナーの電荷量が変化しており、
現像後の画像濃度が低下したり、カブリが発生したりす
る。

【０００５】本発明の目的は、上記のようなトナーの電
荷量が変動しても画像濃度が一定でカブリが発生しなく
なるようなパルス状の現像バイアスを用いた現像装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、現像後の
画像濃度を測定し、その測定値に基づいてパルス幅と周
期を制御することによって解決できる。

【０００７】

【作用】上記の課題は、トナーの電荷量が変動すること
が原因であり、基本的にはトナーの電荷量を測定し、そ
れに応じてパルス幅と周期を制御すれば解決できると考
えられる。しかし、この電荷量の測定自体は各種の方法
で可能であるが、その測定装置は画像形成装置内に設置
するには大きすぎ、また画像形成装置の高価格化をもた
らす。

【０００８】そこで本発明では、トナーの電荷量が変化
するとそれが現像後の画像濃度の変化として現われるこ
とに着目し、画像濃度を測定し、その測定値に基づいて
パルス幅と周期を制御することによって、上記の課題を
解決できることを見出した。

【０００９】図３はパルス幅と画像濃度，カブリ濃度の
関係を示したもので、パルス幅を広くするにつれて画像
濃度が高くなるが、あまり幅を広くしすぎるとカブリが
発生してくることがわかる。従って、画像濃度の測定装
置を画像形成装置に備えておき、パルス幅を変化させた
場合の画像濃度とカブリを測定しておけば、パルス幅と
画像濃度，パルス幅とカブリ、或いはパルス幅とコント
ラスト（画像部と非画像部の濃度差）の関係がわかる。 そしてそれから逆に、例えば、目的の画像濃度にするた
めに必要なパルス幅，カブリが少なくなるパルス幅，コ
ントラストが最大になるパルス幅を決めることができる
。この画像濃度の測定とパルス幅の設定を定期的に行な
うことによって、トナーの電荷量が変動しても画像濃度
を一定にたもつことが可能となる。またパルスの周期を
変えることは、一定時間当たりにトナーが感光体へ向か
って飛ぶ時間を変えることになるので、静電荷像へのト
ナーの供給量を変えることになり、パルスの周期の調節
によっても画像濃度の制御が可能となる。

【００１０】これらの画像濃度測定とパルス幅と周期の
設定は、当然であるが使用開始時に行なうとともに、一
定ページ、例えば１０００頁印刷する毎に行なったり、
或いは一定時間間隔、例えば１時間，１日または１週間
毎に行なうようにすれば良い。また、常に現像後の画像
濃度をモニタしておいて、設定値範囲から外れた時に行
なうようにしても良い。

【００１１】なお、画像濃度の測定は、現像後の感光体
上または転写後更には定着後の用紙上の画像からの反射
光量を測定して得られる。また、そのための装置は画像
形成装置内に十分設置できる大きさである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明する
。

【００１３】図１は第１の実施例で、用紙上に転写され
た後の画像濃度を測定して、現像バイアスのパルス幅を
制御する場合の実施例である。図１で印刷プロセスに関
わる部分を示す。１は感光体、２は帯電器、３は露光器
、４は現像機、５は転写及び除電器、６はクリーナーで
、現像機４には１１のバイアス電源からパルス状の現像
バイアス電圧が印加されている。また、８は画像濃度セ
ンサ、９は制御回路、１０はパルス幅変調器でバイアス
電源１１のパルス幅を制御する。

【００１４】印刷プロセスは以下の通りである。感光体
１の表面は帯電器２で帯電され、レーザーやＬＥＤなど
の露光器３によって露光され、静電潜像を形成後、現像
機４で現像され感光体上に可視のトナー像を形成し、転
写器５でトナー像を用紙７に転写し、その後感光体表面
はクリーナー６で清掃され、再びこのプロセスを繰返し
、印刷を行なう。

【００１５】本発明でパルス幅を制御する方法を説明す
る。先ず、画像濃度の測定と測定値の処理方法について
図２を用いて説明する。画像濃度測定は、先ず、図２の
上の図に示されるような縞状のテストパターンを印刷す
る。このテストパターンは副走査方向、図１で感光体１
の回転方向に濃度変化が生じるようなパターンとすれば
、画像濃度センサ８は固定したままで濃度変化を測定で
きる。このテストパターンを画像濃度センサ８でその画
像濃度を測定すると、図２の下の図に示されるような画
像濃度が出力される。この出力を画像濃度の値毎の頻度
を横軸にとって図示したものが図２の右の図である。 画像濃度の高い部分と低い部分で頻度が大きくなり、高
い部分の頻度が最大の画像濃度を印刷部濃度、低い部分
の頻度が最大の画像濃度を非印刷部（カブリ）濃度とす
る。

【００１６】次に、パルス幅変調器１０は信号処理部か
ら出力された印刷部濃度，非印刷部濃度の各々の値によ
って変調されるパルスを発生する。このパルス幅と印刷
部濃度、非印刷部濃度の関係を図３に示す。印刷部濃度
，非印刷部濃度共にパルス幅の拡大に伴って上昇するが
、印刷部濃度は高濃度になると飽和し、非印刷部濃度は
低濃度でパルス幅がある程度拡大してから濃度が上昇し
始める。この非印刷部濃度はいわゆるカブリであり濃度
は低い方が好ましい。トナーの電荷量が変動した場合は
、図３のグラフの形は左右にずれたり、大きさが変化し
たりするだけであり、グラフの傾きが正負逆になること
はない。つまり、パルス幅が広がるにつれて濃度が低下
してくることはない。このようなパルス幅と画像濃度（
印刷部及び非印刷部）の関係から、印刷部濃度が目標よ
り低ければパルス幅を広げるような制御を行ない、また
非印刷部濃度が不要に高くなればパルス幅を狭くするよ
うな制御を行なう。これらの処理は、制御回路９で画像
濃度センサ８で測定した濃度から上記の印刷部濃度，非
印刷部濃度を求め、それらと目標値との差から演算して
設定すべきパルス幅を決め、パルス幅変調器１０によっ
てバイアス電源１１のパルス幅を制御する。

【００１７】以上に説明した第１の実施例によって、ト
ナーの電荷量が変動した場合でも、パルス状現像バイア
スのパルス幅を制御することで一様の画像濃度で印刷を
行なうことが可能となる。なお、この実施例では用紙に
印刷後の画像濃度を測定しているが、図４に示すように
、実際に用紙に印刷を行なわずに感光体１上の現像画像
の濃度を測定するようにしてもよい。この場合は、用紙
に転写する必要が無くなり、用紙が節約できる。この場
合は、転写および除電器５の電源がｏｎになっていると
感光体１上のトナーが飛散して、装置を汚すので、電源
はｏｆｆにしておく。

【００１８】次にパルス幅とパルスの周期について説明
する。パルス幅とパルスの周期は、トナーが現像ロール
から感光体へ移動する時間、また、感光体から現像ロー
ルへ移動する時間から決定する。これらの時間は、現像
ギャップの電界，トナーの電荷量，トナーの重量，トナ
ーの粒径，空気の粘性で決まり、電界が作用する空気中
での荷電粒子の運動方程式を解くことによって計算で求
められる。ただし、実際にはトナーの電荷量や粒径には
分布があるので、分布を考慮して計算で求めたり、実際
に実験で求めるようにする。その場合、トナーが現像ロ
ールから感光体へ移動する時間、また、感光体から現像
ロールへ移動する時間は、個々のトナーで異なってくる
ので、例えば９５％以上のトナーの移動が完了した時点
にする等、システムに応じて決定する。

【００１９】図５から図８まではバイアス電圧波形と現
像ギャップ間のトナーの位置関係を示した図である。横
軸は時間、縦軸は現像ロール表面からの距離を示し、現
像ロールの表面を基準位置（０），感光体の表面をＬ、
つまり現像ギャップ間隔がＬ、としている。トナーが感
光体に向かって飛翔する極性（順方向バイアス）のバイ
アス電圧（図５でＶｆ）を時間Ｔｐ（パルス幅）だけ印
加した時、トナーが現像ロールの表面から飛び出して感
光体に時間Ｔｆ後に到達し、Ｔｐ秒後電界が逆向きにな
るバイアス電圧（逆方向バイアス、図５でＶｂ）に切り
替わり感光体上のトナーが時間Ｔｂで再び現像ロールに
戻る場合を示した。ここで、時間Ｔｆは次の微分方程式
を解くことによって計算できる。

【００２０】

【数２】

【００２１】数２において、ｘ（ｔ）は時間ｔでのトナ
ーの位置、ｑはトナーの電荷量、ｍはトナーの質量、ｄ
はトナーの粒径、Ｌは現像ギャップ間隔、ｎは空気の粘
性、Ｅは現像ギャップ間の電界の強さであり、感光体の
表面電位をＶｓとすれば、およそＥ＝（Ｖｓ−Ｖｆ）／
Ｌとなる。この数２を、境界条件、時刻０においてトナ
ーは現像ロールの表面にあり、速度も０であること、つ
まり、ｔ＝０で、ｘ（０）＝０，ｄｘ（０）／ｄｔ＝０
の下で解くと、トナーの時刻による位置を表す次式が得
られる。

【００２２】

【数３】

【００２３】数３でｘ（ｔ）＝Ｌとなるような時間ｔを
求めれば、それがＴｆとなる。このＴｆは、数３から直
接Ｔｆ＝……の形では求められないが、はさみうち法等
の反復数値解法を用いて求めることができる。

【００２４】図６の場合は、パルス幅Ｔｐを短くした場
合であり、画像部に向かって飛翔していくトナーは強い
電界で加速され、途中でバイアスが反転しても慣性のた
め速度が減速しきれず、トナーは感光体に到達すること
を示した。一方、図７に示すように、非画像部に向かっ
て飛翔するトナーは画像部に比べて弱い電界で加速され
ているので速度も画像部に向かうトナーより小さく、途
中でバイアス電圧が切り替わり（逆方向バイアス）電界
の向きが逆になると充分減速され、速度も逆向きになり
現像ロールに戻る。

【００２５】パルス幅をＴｐ＝Ｔｆのように選んだとき
は、画像部に対して現像が確実に行なわれる条件である
。しかし、実際にはパルス幅がＴｆより短くても図６に
示すようにトナーが飛翔中に電界の向きが逆になっても
感光体に到達するから、Ｔｐ＝Ｔｆの条件はパルス幅の
最大値を示している。従って、パルス幅は現像が行なわ
れるバイアス電圧を印加し、その時トナーが現像ロール
から感光体へ移動する時間（図５のＴｆ）より短く選べ
ば良いことになる。また、図８に示すように、あまり短
くすると現像ロールから飛びだして感光体へ到達する前
に現像ロールに戻ってしまう。以上のことから、Ｔｆよ
り短い範囲でパルス幅で調節すると飛翔するトナー量を
制御でき、画像濃度を調節することができる。

【００２６】次にパルスの周期であるが、これは感光体
に向かって一度飛翔開始し、現像に使われなかったトナ
ーが再び現像ロールに戻って来るまでの時間から決めら
れる。トナーが再び現像ロールに戻った時点は、初期状
態と同じ条件であり、再びこの時点からバイアスを順方
向にすれば次の現像が開始される。実際は、現像に使わ
れて感光体上に残ったトナーがあるので完全に初期状態
と同じではないが、現像ロールは回転して次々にトナー
を供給しているのでほぼ初期状態と同じになり、次の現
像の準備が完了する。従って、この初期状態に戻るまで
の時間をパルスの周期とすればよいことがわかる。この
周期Ｔｃは、例えばトナーが順方向バイアス印加時に感
光体に到達するのに要する時間とバイアスが逆方向にな
り再びトナーが感光体から現像ロールに戻るのに要する
時間を加えた時間Ｔｄより長く選べば良い。なお、時間
Ｔｄは、図５ではＴｄ＝Ｔｆ＋Ｔｂ、図６では図示した
通りである。また、周期をあまり長くすると電界が逆向
きの時には現像が行なわれないので、現像画像に縞模様
が発生してくる。以上のことから、Ｔｄより長い範囲で
パルスの周期を調節するとトナーの供給量を制御でき、
画像濃度を調節することができる。

【００２７】以上のパルス幅Ｔｐ≦Ｔｆと周期Ｔｃ≧Ｔ
ｄで、＝の時は現像が最大効率で行なわれる場合であり
、その条件では画像濃度は飽和しており、カブリも多い
。従って、実際には画像濃度が低下しない程度に、効率
が低めになるように設定し、カブリも少なくする。この
効率を低めに設定することは、パルス幅を前述した幅よ
り狭い範囲で調節することと、パルスの周期を前述した
幅より長い範囲で調節することである。これらの調節は
前述したとおり、画像濃度やカブリを観測して行なう。 この観測は測定器によって行ない、図１や図４に示した
画像濃度センサ８で測定して制御回路９で演算してパル
ス幅や周期の調節は自動的に行なうことができる。 または、オペレータや利用者が印刷画像を見ながら、図
１や図４に示した設定部１２で直接パルス幅や周期を調
節してもよい。これらの画像濃度測定とパルス幅と周期
の設定は、使用開始時に行なうとともに、一定ページ毎
、或いは一定時間間隔毎に行なうようにすれば良い。 また、常に現像後の画像濃度をモニタしておいて、設定
値範囲から外れた時に行なうようにしても良い。

【００２８】また、数３からわかるように、時間Ｔｆに
は、トナーの電荷量ｑの他に、トナーの粒径ｄ，現像ギ
ャップ間隔Ｌ，感光体の表面電位Ｖｓにも影響される。 従って、これらの値が経時変化した場合、現像後の画像
濃度の変化として現われる。ところが、本発明のように
画像濃度を測定し、測定値と設定値との差の演算を行な
い、その結果に基づいてパルス幅を制御するようにして
あれば、画像濃度を一定に保つことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
パルス幅や周期を調節することによって画像濃度及びカ
ブリ濃度の調節が可能となる。このパルス幅や周期を調
節する方法は、バイアス電源を２種類用意してそれを切
り換えるタイミングを制御すればよいのでディジタルで
制御しやすく、バイアス電圧を調節する方法に比べて、
簡単でありまた制御機構の追加によるコスト上昇も低く
抑えられる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】画像濃度の評価方法を示す図である。

【図３】パルス幅と画像濃度，カブリ濃度の関係を示す
図である。

【図４】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図５】パルス幅が広い場合、画像部へ飛翔するトナー
の軌跡を示す図である。

【図６】パルス幅が中位の場合、画像部へ飛翔するトナ
ーの軌跡を示す図である。

【図７】パルス幅が中位の場合、非画像部へ飛翔するト
ナーの軌跡を示す図である。

【図８】パルス幅が狭い場合、画像部へ飛翔するトナー
の軌跡を示す図である。

【符号の説明】

１…感光体、２…帯電器、３…露光器、４…現像機、５
…転写及び除電器、６…クリーナー、７…用紙、８…画
像濃度センサ、９…制御回路、１０…パルス幅変調器、
１１…バイアス電源、１２…パルス幅と周期の外部設定
部、１３…画像濃度の測定用テストパターン。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周期的なパルス状電圧をバイアス電圧とし
   て現像ロールに印加する静電荷像現像装置において，現
   像後の画像濃度の測定手段を設け、画像部濃度と非画像
   部濃度の設定値と該測定手段の測定値との差に応じて該
   パルス状電圧のパルス幅と周期を制御して画像濃度を調
   節することを特徴とする静電荷像現像装置。
2. 【請求項２】周期的なパルス状電圧をバイアス電圧とし
   て現像ロールに印加する静電荷像現像装置において，該
   パルス状電圧のパルス幅と周期の設定手段を備え、現像
   画像あるいは印刷画像を観察しながら、該設定手段によ
   って該パルス状電圧のパルス幅と周期を調節して画像濃
   度を調節することを特徴とする静電荷像現像装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載の静電荷像現像装置に
   おいて，該パルス状電圧のパルス幅を、トナーの電荷を
   ｑ，質量をｍ，粒径をｄ，現像ロール表面と静電荷像保
   持体の表面との空間の間隔をＬ，該空間の電界の強さを
   Ｅ，空気の粘性をｎ，円周率をπとしたとき、次の式、
   【数１】 を解いて得られる時間ｔより短い幅の範囲で、画像濃度
   に基づいて制御することを特徴とする静電荷像現像装置
   。
4. 【請求項４】請求項１，２，３記載の静電荷像現像装置
   において，該パルス状電圧の周期は該パルス幅の２倍以
   上の範囲で、画像濃度に基づいて制御することを特徴と
   する静電荷像現像装置。
5. 【請求項５】請求項２記載の静電荷像現像装置において
   ，パルス幅と周期を手動で設定する手段を現像画像ある
   いは印刷画像を視認しながら操作できる部位に設けたこ
   とを特徴とする静電荷像現像装置。
6. 【請求項６】請求項１記載の静電荷像現像装置において
   ，画像濃度の測定値でパルス幅変調してパルス幅を制御
   することを特徴とする静電荷像現像装置。
7. 【請求項７】請求項１記載の静電荷像現像装置において
   、試験現像モードを設けて、該試験現像モードにおいて
   試験現像を行ない、該試験現像画像の濃度を前記画像濃
   度の測定手段で測定することを特徴とする静電荷像現像
   装置。
8. 【請求項８】請求項７記載の静電荷像現像装置の該試験
   現像モードにおける試験現像画像において、該試験現像
   画像は副走査方向に濃度変化を生じる縞状のパターンで
   あることを特徴とする試験現像画像。
9. 【請求項９】請求項７記載の試験現像モードを、実現像
   の合間に定期的に挿入して試験現像と画像濃度測定を行
   ない、パルス状電圧のパルス幅と周期の補正を行ない画
   像濃度を調節することを特徴とする静電荷像現像装置。
10. 【請求項１０】請求項１記載の静電荷像現像装置におい
    て、実現像画像の濃度を常に測定しながら、定期的に画
    像濃度の設定値との差に応じて該パルス状電圧のパルス
    幅と周期を制御して画像濃度を調節することを特徴とす
    る静電荷像現像装置。