JPH11109728A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像バイアスとして直流電圧に交流電圧を重
畳させた矩形波を用いる方法で、静電潜像保持体の帯電
電位が経時変化あるいは環境により変化したとき、静電
潜像保持体上の非画像部にキャリアが付着することを防
ぎ、且つ、高品質な画像を得ることができる現像装置を
提供する。 【解決手段】 画像形成装置が、帯電電位検出手段によ
り検出した帯電電位に応じて、現像バイアスを構成する
交流電圧成分のデューティ比と直流電圧成分の電圧値
を、静電潜像保持体の帯電電位と前記第２電位部の電位
との電位差が常に一定になるように、かつ、現像バイア
スの時間平均電圧値を一定に保つように制御する制御手
段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、ファクシミリなどの画像形成装置に関するものであ
り、詳しくは、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を
用いて現像を行う画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、トナーとキャリアとを含む、
いわゆる二成分現像剤を用いた現像方式として、絶縁性
トナーと磁性体からなるキャリアとを撹拌・混合部材に
よって混合した現像剤を、現像剤担持体表面に供給する
方式が用いられている。現像剤担持体内にはＳ極・Ｎ極
が交互にいくつか配置された磁気ロールが位置を固定し
て内蔵され、その磁力によって、現像剤担持体表面に現
像剤を汲み上げ、そして、現像剤を穂立ちした状態（磁
気ブラシ）を形成する。一方、静電潜像保持体の表面
は、帯電部材によりある電位に一様に帯電させられる。
帯電させられた静電潜像保持体が、ある画像データに基
づくパターンで露光されると、露光された部分の帯電電
位が低下し（画像部電位）、露光されなかった部分との
電位差により静電潜像が形成される。このようにして静
電潜像が形成された静電潜像保持体表面に、現像剤担持
体表面上に担持されている現像剤磁気ブラシを接触さ
せ、または近接させて、現像剤担持体と静電潜像保持体
との間に現像バイアス電圧を印加することにより、トナ
ーを静電潜像に付着させて現像が行われる。上記現像バ
イアス電圧として、直流電圧に交流電圧を重畳した現像
バイアスを用い、現像剤担持体と静電潜像保持体との現
像領域に振動電界を形成し、帯電したトナーを静電潜像
に付着させる方法が良く知られている。この方法では、
交流電圧の周波数や交流電圧の最大値−最小値の絶対値
であるピーク・トゥ・ピーク(peak-to-peak)値を最適化
することにより、トナーが活性化され、画像濃度を高め
るだけでなく、ドットの均一性を向上させることが可能
である。

【０００３】最近では交流電圧の波形を矩形波にし、さ
らにそのデューティ比を変化させるなどトナーが静電潜
像保持体の画像部にいかに効率良く付着するか、あるい
は非画像部にトナーを付着させないか、などの高画質化
のための開発が行われている。

【０００４】図２は、上記交流電圧の波形の例を示した
ものである。図２は帯電部材により静電潜像保持体をマ
イナスに帯電させ、トナーをマイナスに帯電させた、反
転現像を行う場合である。VDは静電潜像保持体の帯電電
位、つまり非画像部の電位である。また、VLは静電潜像
保持体の露光後電位、つまり画像部の電位である。ま
た、上記交流電圧は、マイナスに帯電したトナーを現像
剤担持体から静電潜像保持体上の画像部、非画像部に移
動させる向きに働く静電力を発生させる第１電位V1と、
静電潜像保持体上の画像部、非画像部から現像剤担持体
に移動させる向きに働く静電力を発生させる第２電位V2
とが交互に繰り返される波形となっている。上記交流電
圧はV1が印加される時間をt1、V2が印加される時間をt2
とすると、t1+t2=Tの周期で交互に印加される。

【０００５】しかしながら、交流電圧のV2印加時に、プ
ラスに帯電しているキャリアを静電潜像保持体の画像部
（電位VL）および非画像部（電位VD）へ移動させる向き
に働く電界が発生する。磁性体からなるキャリアは、現
像剤担持体内の磁気ロールの磁力により、通常は画像部
および非画像部へ（すなわち、静電潜像保持体へ）の移
動を妨げられるが、V2とVDとの間の電位差が大きいと、
現像剤担持体内の磁気ロールがキャリアを束縛する磁力
よりも大きな静電的な力が働き、キャリアが現像剤担持
体から離れて、静電潜像保持体上の非画像部に付着する
ことがある。

【０００６】これらの問題を解決するために、特開平４
−３５６０７６号では、像担持体とトナー粒子及びキャ
リア粒子を含む現像剤層を担持した現像剤担持部材とを
対向させ、現像剤担持部材に振動バイアス電圧を印加し
て、像担持体に形成された静電潜像を現像する方法に於
いて、静電潜像の画像部に関しては、付勢位相での静電
潜像画像部電位と現像剤担持部材電位間の電位差の最大
値が逆付勢位相での両者間の電位差の最大値よりも大で
あり、かつ振動バイアス電圧の一周期に於ける上記付勢
位相での電位差時間積分値が上記逆付勢位相での電位差
の時間積分値より大であり、静電潜像の非画像部に関し
ては、付勢位相での静電潜像非画像部電位と現像剤担持
部材間の電位差の最大値が逆付勢位相での両者間の電位
差の最大値以上であり、かつ振動バイアス電圧の一周期
に於ける上記付勢位相での電位差の時間積分値が上記逆
付勢位相での電位差の時間積分値以下であることを特徴
とする現像方法が提案され、また、トナーと磁性キャリ
ア粒子を含む現像剤層を担持搬送して像担持体に付与す
る現像剤担持部材と、現像剤層厚を規制する層厚規制部
材と、現像剤の磁気ブラシを形成して像担持体に接触さ
せる磁石と、上記現像剤担持体に振動バイアス電圧を印
加するバイアス印加手段と、を備え、上記バイアス印加
手段は、静電潜像画像部電位と非画像部電位とがそれら
の間に位置する第１と第２のピーク値を持った振動バイ
アス電圧であって、静電潜像非画像部電位側の第１ピー
ク値と静電潜像非画像部電位との差が、静電潜像画像部
電位側の第２ピーク値と静電潜像非画像部電位との差以
上であり、かつデューティ比が０．５未満である振動バ
イアス電圧を現像剤担持部材に印加することを特徴とす
る現像装置が提案されている。そのような方法及び装置
により、トナーと逆極性に帯電したキャリアが静電潜像
保持体に付着することを防止している。

【０００７】しかしながら、静電潜像保持体の帯電電位
VDは経時あるいは環境の変動により、シフトすることが
ある。そのため、｜VD−V2｜の値が大きくなり、キャリ
アが地肌部に付着するという問題が発生する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、現像
バイアスとして直流電圧に交流電圧を重畳させた矩形波
を用いる方法で、静電潜像保持体の帯電電位が経時変化
あるいは環境により変化したとき、静電潜像保持体上の
非画像部にキャリアが付着することを防ぎ、且つ、高品
質な画像を得ることができる現像装置を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、静電潜像を
保持する静電潜像保持体と、当該静電潜像保持体に静電
潜像を形成する静電潜像形成手段と、当該静電潜像保持
体の帯電電位を検出する帯電電位検出手段と、トナーと
磁性キャリアを含む現像剤を磁力により担持して当該静
電潜像保持体と対向する現像領域に搬送する現像剤担持
体と、現像バイアスを前記現像剤担持体に印加するバイ
アス印加手段とを備え、前記現像剤担持体によって現像
領域に搬送された現像剤によって、前記静電潜像保持体
に形成された静電潜像を現像する画像形成装置にして、
前記現像バイアスが、直流電圧に交流電圧を重畳して生
成されたものであり、且つ、前記現像剤担持体から前記
静電潜像保持体へトナーを移動させる向きに働く静電的
な力を発生させる第１電位部と、前記静電潜像保持体か
ら前記現像剤担持体へトナーを移動させる向きに働く静
電的な力を発生させる第２電位部とを有する矩形波バイ
アスである画像形成装置において、前記帯電電位検出手
段により検出した帯電電位に応じて、前記現像バイアス
を構成する交流電圧成分のデューティ比と直流電圧成分
の電圧値を、静電潜像保持体の帯電電位と前記第２電位
部の電位との電位差が常に一定になるように、かつ、現
像バイアスの時間平均電圧値を一定に保つように制御す
る制御手段を有することを特徴とする画像形成装置によ
り、解決される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面をもとにして詳細に説明する。以下では、特に電子写
真複写機の画像形成装置に適応した一つの実施形態に関
連して本発明を説明する。図１は、本実施形態に係る画
像形成装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実
施形態に係る画像形成装置では、静電潜像の現像方式と
して、帯電電位が除去された領域にトナーを付着させ
る、いわゆる反転現像方式を採用している。

【００１１】この画像形成装置の現像剤担持体１は中空
円筒状の非磁性体から構成されており、静電潜像保持体
２の回転軸と平行に静電潜像保持体２と対向する位置に
配置されている。現像剤担持体１内の中空部には、円周
方向にＳ極及びＮ極を交互に配置した磁気ロール３（本
実施形態ではN1、N2、N3、S1、S2極）が固定して備えら
れてあり、現像剤担持体１が図１の矢印Ａ方向に回転す
ることにより、磁気ロール３の磁力によって現像剤担持
体１表面に現像剤を磁気ブラシ上に穂立ちさせる。現像
剤としては非磁性体からなるトナーと磁性体からなるキ
ャリアが、所定の割合で混合されたものを用いることが
できる。磁気ロールの磁力によって汲み上げられて現像
剤担持体１に担持された現像剤は、現像剤担持体１の矢
印Ａ方向の回転により、矢印Ｂ方向に回転する静電潜像
保持体２の表面と当該現像剤担持体１の表面とが最も近
接する現像領域へ搬送される。このとき、現像剤担持体
１上に担持されて搬送される現像剤の量（現像剤の層
厚）を規制するために現像剤規制部材としてのドクタ４
が配設されており、磁気ブラシ状に穂立ちした現像剤を
所定の厚さに規制するようになっている。また、現像剤
担持体１の下側には、現像剤を撹拌・搬送するための第
１撹拌部材５および第２撹拌部材６が現像剤担持体１の
回転軸と平行になるように長手方向に沿って形成されて
いる。第１撹拌部材５による撹拌領域と第２撹拌部材６
による撹拌領域とは仕切り板７によって仕切られてお
り、第１撹拌部材５は現像剤担持体１近傍に、第２撹拌
部材６はこの現像装置の上側に設けられたトナー補給装
置８のトナー補給口近傍に位置している。仕切り板７の
現像剤担持体１長手方向の前後端面と、現像装置の前後
側壁内面との間には、現像剤をやり取りするための隙間
が設けられている。第１撹拌部材５および第２撹拌部材
６はそれぞれ駆動部により矢印方向Ｃに回転駆動され、
現像剤担持体１長手方向では互いに逆方向に現像剤を撹
拌する。そして、現像剤は上記隙間を介し、仕切り板７
の周りをループ状に循環するようになっている。

【００１２】現像剤は、第１撹拌部材５により現像剤担
持体１長手方向に搬送される間に現像剤担持体１内部の
磁気ロール３の磁力により、現像剤担持体１表面に供給
される。そして、現像剤担持体１は現像剤を磁力により
吸引して回転にともなって搬送する。現像剤はドクタ４
により層厚が規制されて現像剤担持体１と静電潜像保持
体２との対向部（すなわち現像領域）に搬送される。そ
して、静電潜像保持体２上の静電潜像に供給される。

【００１３】静電潜像保持体２上の静電潜像は以下のよ
うにして形成される。まず、静電潜像保持体２と現像剤
担持体１とが対向する現像領域よりも静電潜像保持体２
の回転方向上流側において、静電潜像保持体２が帯電部
材９により帯電バイアスを印加され、それによって、静
電潜像保持体２の表面が均一な電位に帯電する。その
後、当該表面に画像情報に基づいてレーザを照射するこ
とによって、画像部が所定の電位に変えられて静電潜像
が形成される。

【００１４】現像領域では、現像剤保持体１上に担持さ
れている磁気ブラシ状の現像剤が、静電潜像が形成され
た静電潜像保持体２表面に接触する。その際、現像剤担
持体１と静電潜像保持体２との間に現像バイアス電圧を
印加することにより、帯電しているトナーが静電潜像
（画像部）に付着し、現像が行われる。

【００１５】現像剤担持体１には電源１０が接続してお
り当該電源１０が、直流電圧に交流電圧を重畳した現像
バイアスを現像剤担持体１と静電潜像保持体２との間に
与える。本実施形態に係る画像形成装置においては、こ
の現像バイアスとして矩形波バイアスを用いる。本実施
形態に係る画像形成装置では、用いる矩形波バイアスの
交流電圧成分のデューティ比を任意に変化させることが
できる。また、重畳される直流電圧値も任意に変化させ
ることができる。

【００１６】ここで、上記矩形波バイアスを図２を用い
て説明する。第１電位V1は交流電圧の最小値で、現像剤
担持体１から静電潜像保持体２にトナーを移動させる向
きに働く静電力を発生させる電位である。第２電位V2は
交流電圧の最大値で、静電潜像保持体２から現像剤担持
体１にトナーを移動させる向き（換言すれば、トナーと
逆極性に帯電させられたキャリアを現像剤担持体１から
静電潜像保持体２へ移動させる向き）に働く静電力を発
生させる電位である。この２つの電位が交互に繰り返さ
れるような矩形波バイアスを現像バイアスとして現像剤
担持体１に印加する。この現像バイアスは、ピーク・ト
ゥ・ピーク値Vppが第１電位部の電位V1と第２電位部の
電位V2との差の絶対値｜V1−V2｜である矩形波の交流電
圧を所定の直流電圧V0に重畳することにより生成されて
いる。前述のデューティー比は、現像剤担持体１から静
電潜像保持体２側へトナーを移動させる向きに働く静電
力を発生させる電位V1の印加時間をt1、静電潜像保持体
２側から現像剤担持体１へトナーを移動させる向きに働
く静電力を発生させる電位V2の印加時間をt2としたとき
（すなわち、印加される交流電圧の１周期T=t1+t2）、
１周期に対する電位V1の印加時間t1の割合t1/(t1+t2)×
100 (%)のことをいう。

【００１７】VDCは時間平均電圧値で、現像バイアスの
時間平均値である。この時間平均電圧値は、現像バイア
スの交流電圧のデューティ比及びピーク・トゥ・ピーク
値Vpp、並びに直流電圧値V0を決めることによって設定
することができる。

【００１８】例として、前述した形態の画像形成装置を
使用し、静電潜像保持体２の帯電電位を監視するために
画像形成装置内に配設された帯電電位検出手段１１（こ
の場合に用いられた帯電電位検出手段は、高圧プローブ
を２mmの距離に接近させて、表面電位計で静電潜像保持
体２の表面電位を検出するというものである。）により
静電潜像保持体２の帯電電位を測定しながら、デューテ
ィ比＝５０％の図３に示すような波形の現像バイアス
（V1=−１６００V、V2＝４００V、ピーク・トゥ・ピー
ク値Vpp＝２kV、時間平均電圧VDC＝直流電圧V0＝−６０
０V、周波数(f)＝５kHz）を用いて現像を連続で行い、
その現像結果を観察した。その際、静電潜像保持体２を
VD＝−９００Vに一様に帯電させる帯電部材９を用い
た。したがって、｜VD−V2｜＝１３００Vである。現像
開始後、この現像バイアス条件において、当初は異常画
像は見られなかった。しかし、経時により静電潜像保持
体２の帯電電位の絶対値が上昇し、｜VD｜＝１０００V
以上となったときに、キャリアが非画像部に付着した画
像が出力された。この原因は、非画像部と現像剤担持体
１との間での電位差｜VD−V2｜が大きくなることによっ
て、キャリアと磁気ロールとの間にキャリアを現像剤担
持体の方へ引きつける方向に働く磁力よりも、キャリア
を静電潜像保持体２、特に非画像部の方へ引きつける方
向に働く静電的な力のほうが大きくなり、キャリアが移
動して非画像部に付着したことにある。静電潜像保持体
２の表面電位の絶対値が上昇した原因は、現像剤担持体
１上に磁気ブラシ状に担持された現像剤が静電潜像保持
体２と接触して現像が行われるため、静電潜像保持体２
の膜が削られ、その膜厚が薄くなり、そのため帯電部材
９の放電においてマイナス電荷が過剰になったためであ
る。

【００１９】そこで、VDC＝−６００V、ピーク・トゥ・
ピーク値Vpp＝２kV、周波数(f)＝５kHzは上記の場合と
同一に固定したままで、交流電圧波形のデューティ比と
直流電圧値を図４に示すように、デューティ比４５％、
直流電圧値V0＝−７００Vに変えてさらに現像を行っ
た。このとき、第１電位部及び第２電位部の電位はそれ
ぞれ、V1＝−１７００V、V2＝３００Vに変化し、それに
伴って非画像部と現像剤担持体１との間の電位差は当初
の値｜VD−V２｜＝１３００Vにもどったことになる。こ
の結果、非画像部のキャリア付着がなくなり、また、画
像濃度が適度な鮮明な画像を得ることができた。

【００２０】したがって、この画像形成装置の現像条件
では、電位差｜VD−V2｜が１３００Vを超えて上昇し、
１４００V以上になるとキャリアが付着することがわか
った。また、上記のようなデューティ比と直流電圧値を
用いた制御をおこなうことにより、静電潜像保持体２の
帯電電位が、帯電部材９の汚れ、あるいは静電潜像保持
体２の膜削れ以外による劣化、環境変動により減少した
とき、たとえば、図５に示すようにVD＝−８００Vとな
ったときでも、｜VD−V1｜の値を常に一定にすることが
できるので、トナーが非画像部に付着する、いわゆる地
汚れの発生も防ぐことができる。

【００２１】このように、本発明に係る画像形成装置を
用いると、帯電電位の増減に応じて交流電圧のデューテ
ィ比と直流電圧V0を変化させることにより、現像バイア
スの交流電圧のピーク・トゥ・ピーク値Vpp、周波数fを
変化させずに、また、時間平均電圧VDCの値を固定した
ままで、帯電電位VDと現像バイアスの交流電圧の第２電
位部の電位V2との差｜VD−V2｜が一定となるようにでき
るとともに、帯電電位VDと現像バイアスの交流電圧の第
１電位部の電位V1との差｜VD−V1｜の値も常に一定にで
きるので、キャリア付着、地汚れが発生しない。

【００２２】静電潜像保持体２の帯電電位を測定する帯
電電位検出手段１１の測定値を用いて現像バイアスの交
流電圧のデューティ比及び直流電圧値を決定する処理
は、例えば図６に示すフローにしたがって行うことがで
きる。まず、現像動作中に帯電電位検出手段１１により
静電潜像保持体２の常に潜像を形成しない部分から帯電
電位を検出する。測定結果の帯電電位VDと現在の現像バ
イアスの交流電圧の第２電位部の電位V2の値から｜VD−
V2｜の値を計算する。あらかじめキャリア付着が発生し
ない｜VD−V2｜の基準値を決めておき、｜VD−V2｜が常
にこの基準値になるように電源１０の出力を制御手段１
２により制御して現像バイアスの交流電圧成分のデュー
ティ比と直流電圧値を変化させる。

【００２３】このようにして、現像バイアスの交流電圧
矩形波の時間平均電圧値とピーク・トゥ・ピーク値を変
化させることなく、デューティ比と直流電圧値を制御す
ることによって、静電潜像保持体２の帯電電位の変化に
影響されずに安定した画像を得ることが可能になる。

【００２４】

【発明の効果】本発明に係る画像形成装置によれば、環
境、経時などによる静電潜像保持体の帯電電位の変化に
応じて現像バイアスの交流電圧成分のデューティ比と直
流電圧値を制御して、現像バイアスの時間平均電圧値及
びピーク・トゥ・ピーク値を変えることなく、帯電電位
と、静電潜像保持体から現像剤担持体にトナーを移動さ
せる方向に働く静電力を発生させる電位との間の電位差
を常に一定にすることにより、非画像部へのキャリア付
着が防止されるとともに、地汚れも防止され、また安定
した濃度の画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一つの実施形態に係る画像形成装置の
概略構成を示す断面図である。

【図２】現像バイアスの波形を示す説明図である。

【図３】現像試験の当初段階で用いられた現像バイアス
の波形を示す図である。

【図４】現像試験において、図３に示す当初段階の現像
バイアスから本発明により静電潜像保持体の帯電電位絶
対値の上昇に応じてデューティ比及び直流電圧値が変え
られた状態の現像バイアスの波形を示す図である。

【図５】静電潜像保持体の帯電電位の絶対値が低下した
場合における、図３に示す当初段階の現像バイアスから
本発明に従ってデューティ比及び直流電圧値が変えられ
た状態の現像バイアスの波形を示す図である。

【図６】静電潜像保持体の帯電電位の検出値を用いて現
像バイアスのデューティ比及び直流電圧値を変化させて
適切な現像バイアスを得るための処理のフロー図であ
る。

【符号の説明】

１ 現像剤担持体 ２ 静電潜像保持体 ３ 磁気ロール ４ ドクタ ５ 第１撹拌部材 ６ 第２撹拌部材 ７ 仕切り板 ８ トナー補給装置 ９ 帯電部材 １０ 電源 １１ 帯電電位検出手段 １２ 制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電潜像を保持する静電潜像保持体と、
   当該静電潜像保持体に静電潜像を形成する静電潜像形成
   手段と、当該静電潜像保持体の帯電電位を検出する帯電
   電位検出手段と、トナーと磁性キャリアを含む現像剤を
   磁力により担持して当該静電潜像保持体と対向する現像
   領域に搬送する現像剤担持体と、現像バイアスを前記現
   像剤担持体に印加するバイアス印加手段とを備え、前記
   現像剤担持体によって現像領域に搬送された現像剤によ
   って、前記静電潜像保持体に形成された静電潜像を現像
   する画像形成装置にして、前記現像バイアスが、直流電
   圧に交流電圧を重畳して生成されたものであり、且つ、
   前記現像剤担持体から前記静電潜像保持体へトナーを移
   動させる向きに働く力を発生させる第１電位部と、前記
   静電潜像保持体から前記現像剤担持体へトナーを移動さ
   せる向きに働く力を発生させる第２電位部とを有する矩
   形波バイアスである画像形成装置において、 前記帯電電位検出手段により検出した帯電電位に応じ
   て、前記現像バイアスを構成する交流電圧成分のデュー
   ティ比と直流電圧成分の電圧値を、静電潜像保持体の帯
   電電位と前記第２電位部の電位との電位差が常に一定に
   なるように、かつ、現像バイアスの時間平均電圧値を一
   定に保つように制御する制御手段を有することを特徴と
   する画像形成装置。