JPH11153900A

JPH11153900A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH11153900A
Application number: JP10237544A
Authority: JP
Inventors: Hirokatsu Suzuki; 宏克鈴木; Hisafumi Shoji; 尚史庄司
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 1999-06-08
Also published as: US5970280A

Abstract

(57)【要約】【課題】現像剤の放置時間によらず初期画像において
地汚れやチリのない良質な画像を得ることのできる画像
形成装置を提供する。【解決手段】装置主電源１１に連動したタイマーによ
り現像剤放置時間を計測する。その放置時間が所定時間
より長い場合は、現像ローラ４ａに印加する現像バイア
スを、現像能力の低い直流バイアスに切り替えることに
より、初期画像における地肌汚れやチリを低減する。現
像バイアスの切り替えは、切換装置９を制御部１０から
の指示によって切り換える。

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，ファクシミリ等の画像形成装置に関し、さらに詳し
くいえば、二成分現像装置を備える画像形成装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】二成分現像方法は電子写真その他の、粉
体トナーを用いた画像形成方法において、特に高速対応
性に優れた現像法式として知られている。近年では複写
機やレーザープリンタなどの商品分野において主流の技
術として使われている。

【０００３】二成分現像では、現像剤担持体である、内
部に磁石を設置した非磁性スリーブの表面に現像剤を搬
送し、現像剤をブラシ状(磁気ブラシ)に保持させて像担
持体に接触ないし近接させ、静電潜像が形成された像担
持体と電気的バイアスが印加されたスリーブとの間の電
界によってトナーが潜像面に選択的に付着することによ
り、現像が行われる。

【０００４】ところで、現像装置内のトナーの単位質量
あたりの帯電量：Ｑ／Ｍ［μｃ／ｇ］は、トナーやキャ
リアの表面特性や質量のバラツキによってある程度の幅
を持っている（ある程度の範囲に分布している）。ま
た、トナーはキャリアと接触することにより摩擦帯電さ
れるので、Ｑ／Ｍは現像剤の放置時間や攪拌時間によっ
ても大きく変動する。このため、トナーのＱ／Ｍが高い
場合はキャリアとの付着力が大きいために画像濃度が低
下し、また、トナーの帯電量が低いもしくは逆極性の場
合には感光体上画像部の地肌部に付着するという不具合
が生じていた。このような画質上の不具合を解決するた
めに、現像バイアスの直流成分に交流バイアスを重畳し
て印加するという方法が提案されている。

【０００５】従来より、現像バイアスとして交流バイア
スを印加すると現像能力が向上することが知られ、さら
には、現像剤のキャリアを低抵抗化することでドット均
一性などの画質が向上することも公知である。なお、現
像能力とは、現像剤担持体（現像スリーブ）上に搬送さ
れたトナーの量に対する現像後の像担持体（感光体）に
移動するトナー量の割合であると、ここでは定義する。

【０００６】しかし、低抵抗キャリアを用いた場合、現
像剤の攪拌時間や放置時間によってトナーのＱ／Ｍの変
動が大きくなる。現像剤を長い時間放置した場合、トナ
ーのＱ／Ｍは小さくなり、この状態で現像能力の高い交
流バイアスを印加すると非画像部に地肌汚れが発生して
しまう。このため、高画質化させるには現像剤のトナー
のＱ／Ｍを一定になるように制御して地肌汚れのない良
好な画像を得る必要がある。

【０００７】一般的に現像装置内のトナーの帯電量を制
御することは難しい。特開平８−４４１７７号公報に記
載された現像装置では、現像装置内に補助電極を備え、
それに交流バイアスを印加することによりトナーの攪拌
効果を高め、トナーの帯電量を制御して安定した画像を
得ようとしている。けれども、この現像装置では現像剤
のＱ／Ｍに応じた現像バイアスの制御は行っておらず、
放置した現像剤においてはトナーが立ちあがる前に現像
剤が現像スリーブに達して感光体上へ付着するため、地
肌汚れが多く見られることになる。ここで現像剤（トナ
ー）の立ち上がりとは、現像剤担持体上のトナーの帯電
量が見かけ上平衡状態に達した状態をいう。

【０００８】また、特開平５−３３３６７３号公報に記
載された画像形成装置には、現像剤の立ち上がりにおけ
る画像濃度やライン幅の変化を防止するために、定着装
置の待機時間を計測する手段を備え、待機時間が基準時
間よりも長い場合に現像スリーブに印加するバイアス電
位をプリント出力枚数に応じて変化させることを行って
いる。具体的には、定着ヒータが暖まるまでの時間が長
い場合には現像剤が立ち上がっていないとし、交流現像
バイアスのＤＣ成分を高くしている。また、コピーカウ
ンタによる枚数の上昇によっても現像バイアスのＤＣ成
分を高くしている。一方、定着ヒータが暖まるまでの時
間が短い場合には現像剤が立ち上がっているとして既定
値の現像バイアスを印加している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
１ヶ月くらいの長時間、装置を放置してから作動させた
場合には、上記各公報に記載されたような従来の装置に
おいては、放置後作動させたときの初期画像において地
肌汚れがひどく発生するという問題があった。

【００１０】通常、現像剤を立ち上げるために画像形成
装置の主電源をＯＮしてから装置内で一定時間現像剤を
攪拌した後に画像を出力するが、上記のように長時間放
置した現像剤では現像剤が立ち上がらないことが多い。
それは、長い放置時間によってトナーのＱ／Ｍが減少す
るので、現像剤が立ち上がるまでにはある程度の攪拌時
間が必要だからである。

【００１１】だからといって、装置立ち上げ時に現像剤
を長時間攪拌することはファーストコピー・ファースト
プリントの時間（主電源をＯＮしてからの１枚目の画像
出力までの時間）が長くなり、操作性を低下させる。ま
してや、プリント枚数の少ない一般ユーザにとっては初
期の数枚の出力画像の画質が重要であり、ファーストコ
ピー・ファーストプリント時間と画質という相反する条
件を満足させることができない。

【００１２】本発明は、従来技術における上記問題を解
決し、現像剤の放置時間によらず初期画像において地汚
れやチリのない良質な画像を得ることのできる画像形成
装置を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の課題は本発明によ
り、静電潜像を担持する像担持体と、トナーとキャリア
からなる現像剤を現像剤担持体に保持しながら搬送し前
記像担持体上に形成された静電潜像に対してトナーを付
着させて現像する現像装置と、前記現像剤担持体に現像
バイアスを印加する現像バイアス印加手段と、現像剤の
放置時間を計時する計時手段と、該計時手段により計時
された現像剤の放置時間に応じて前記現像バイアス印加
手段の出力を制御する制御手段とを有することにより解
決される。

【００１４】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、前記制御手段は、前記現像バイアス印加手段の出力
を現像剤放置時間が所定時間以上の場合には直流バイア
スに、現像剤放置時間が所定時間より短い場合には直流
電圧に交流電圧を重畳した交流バイアスに切り替えるこ
とを提案する。

【００１５】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、前記現像手段の駆動時間を計時する現像手段駆動時
間計時手段を備え、前記現像バイアス印加手段の出力が
直流バイアスに切り替えられた場合、前記現像装置が所
定時間駆動されたことを前記現像手段駆動時間計時手段
により検知したら前記現像バイアス印加手段の出力を前
記交流バイアスに切り替えることを提案する。

【００１６】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、前記現像装置の所定時間駆動による交流バイアスへ
の切り替えが次の画像出力から行われることを提案す
る。また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記
制御手段は、前記現像バイアス印加手段の出力を現像剤
放置時間が長くなるのに応じて直流電圧に交流電圧を重
畳した交流バイアスの交流成分であるピークツウピーク
電圧を小さくするよう制御することを提案する。

【００１７】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、前記現像手段の駆動時間を計時する現像手段駆動時
間計時手段を備え、前記現像剤放置時間が長くなるのに
応じて決定された前記現像バイアス印加手段の出力を、
前記現像装置が所定時間駆動されたことを前記現像手段
駆動時間計時手段により検知したら前記ピークツウピー
ク電圧が大きくなる方向に切り替えることを提案する。

【００１８】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、現像剤の放置時間に応じて前記現像装置の駆動基準
時間を決定し、該決定された駆動基準時間内では前記現
像剤放置時間が長くなるのに応じて決定された前記現像
バイアス印加手段の出力で現像バイアスを印加し、該決
定された駆動基準時間経過後は前記現像装置の所定時間
駆動ごとに現像バイアス印加手段の出力を切り替えるこ
とを提案する。

【００１９】また、前記の課題を解決するため、本発明
は、前記現像バイアス印加手段の出力の切り替えが次の
画像出力から行われることを提案する。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明するに
あたり、現像剤の特性から説明を始める。図１は、現像
剤放置時間とトナーの単位質量あたりの帯電量：Ｑ／Ｍ
の関係を示すグラフであり、横軸は現像剤を立ち上げて
からの放置時間、縦軸はブローオフ測定によるＱ／Ｍを
それぞれ表わす。この図に示す現像剤の場合、放置開始
から２日の間にＱ／Ｍが急に低下していることがわか
る。さらに放置した場合には３０日までの間になだらか
にＱ／Ｍが減少していき、それ以降はあまり変化しなか
った。

【００２１】トナー帯電量を測定するためのブローオフ
測定法を図２に示す。この図において、両端に金網を備
えた導体の容器（ブローオフケージ）に現像剤を入れ
る。金網の目開きは、トナーは通すがキャリアは通さな
い大きさに選ばれており、圧縮ガスをノズルから図のよ
うに吹き付けてトナーとキャリアを分離する。ブローオ
フされたトナーの持ち去った電荷と等価で反対符号の電
荷をケージ内に残ったキャリアが有しているから、これ
を電圧計で測定すれば良い。

【００２２】図３は、現像剤攪拌時間とトナーのＱ／Ｍ
の関係を示すグラフであり、横軸は現像剤攪拌時間、縦
軸はブローオフ測定によるＱ／Ｍをそれぞれ表わす。こ
の図に示す３本の曲線はそれぞれ現像剤を、：２日間
放置，：１５日間放置，：３０日間放置した場合に
おける現像剤攪拌時間によるトナーのＱ／Ｍの変化を表
わしている。各曲線において、ある時間まではＱ／Ｍが
急激に上昇するが、それ以降はなだらかにＱ／Ｍが上昇
している。ここでは、Ｑ／Ｍの上昇が緩やかに変化する
ところを、見かけ上現像剤が立ち上がったとしている。

【００２３】画像形成装置の電源を入れた際に現像装置
はある一定時間の空回しが行われる。その時間をＴｗと
し、図３に当てはめて、各放置時間の現像剤のＱ／Ｍに
ついて見ると、曲線すなわち２日間放置した現像剤は
立ち上がっているものの、他の２つの曲線すなわち１５
日及び３０日間放置した現像剤においては時間Ｔｗでま
だ立ち上がっていない状態である。

【００２４】次に、図４は、本願発明者が実施した実験
における現像バイアスと現像能力の関係を示すグラフで
あり、ここでは、現像バイアスとして直流バイアスのみ
を印加した場合と、直流バイアスに交流バイアスを重畳
した交流バイアス印加時とにおいて像担持体上に現像さ
れたトナーの付着量を測定している。このグラフの横軸
は現像ポテンシャルΔＶ［Ｖ］を、縦軸は単位面積当た
りのトナー付着量：Ｍ／Ａ［ｍｇ／ｃｍ^２］をそれぞれ
あらわす。また、交流バイアスは電圧の振幅を２ｋＶ及
び１．５ｋＶの２種類で測定した。

【００２５】図４に示すように、交流バイアス印加時の
トナー付着量は直流バイアス印加時に比べて多くなり、
また、電圧振幅を大きくするにつれてトナー付着量が多
くなることがわかる。すなわち、直流バイアスに比べ交
流バイアスのほうが現像能力が高く、交流バイアス印加
時には電圧振幅を大きくするにつれ現像能力が大きくな
る。

【００２６】低いＱ／Ｍのトナーに対して交流バイアス
を用いると、現像能力が高いために弱帯電及び逆帯電の
トナーを感光体上に付着させることになり、結果として
非画像部にトナーが付着する地肌汚れやライン部におけ
るチリが非常に多くなってしまう。よって、低いＱ／Ｍ
のトナーに対しては現像能力を高める必要はなく、逆に
現像能力の低い直流バイアスを用いれば弱帯電及び逆帯
電トナーを余分に感光体上に付着させることなく現像す
ることができ、結果として地肌汚れやチリを低減できる
ことになる。

【００２７】従って、本発明においては、現像剤の放置
時間を計測する手段（タイマー）を設け、現像剤放置時
間が所定時間より長い場合には、現像剤が立ち上がるま
で現像バイアスを現像能力の低いほうのバイアスに切り
替えることにより、初期画像における地肌汚れやチリを
低減するようにしている。

【００２８】以下、本発明の実施の形態を具体的に説明
する。図５は、本発明の一実施形態の画像形成装置要部
を示す概略構成図である。この図に示す画像形成装置に
おいて、有機感光体（ＯＰＣ）ドラム１を中心に備え、
図示矢印の如く図中で時計回りに回転駆動される感光体
ドラム１の周囲にはその回転方向に沿って、感光体ドラ
ム１の表面を一様に帯電するための帯電装置２、感光体
ドラム１の帯電処理面に潜像を形成するための書き込み
レーザ系３、感光体ドラム１上の潜像にトナーを付与し
て顕像化する現像装置４、感光体ドラム１上に形成され
たトナー像を記録媒体（転写紙等）に転写させる転写装
置６、転写後の感光体ドラム１上に残ったトナーを除去
するクリーニング装置７等が配設されている。

【００２９】感光体ドラム１の周囲に配設された作像プ
ロセス手段の他、現像バイアス発生装置８、現像バイア
ス切換装置９、制御部１０、主電源１１、タイマー１２
及び駆動時間カウンタ１３等が設けられている。

【００３０】現像装置４は現像ローラ４ａ及び攪拌スク
リュー４ｂを有している。その現像装置内にはトナーと
キャリアからなる現像剤５が収納されている。現像ロー
ラ（スリーブ）４ａは内部に磁石が配置されており、表
面に現像剤５を保持して磁気ブラシを形成し搬送する。
現像ローラ４ａに保持・搬送される磁気ブラシが感光体
ドラム１に接触するように現像装置４は配置されてい
る。２本の攪拌スクリュー４ｂは現像ローラ４ａの駆動
に同期して回転し、現像剤５を攪拌する。

【００３１】本実施形態で使用する現像剤は、粒径７．
５μｍのモノクロ用トナーと、粒径５０μｍの低抵抗キ
ャリアからなっている。そのキャリアの抵抗値は、本実
施形態の実機の現像装置に現像剤（トナー＋キャリア）
を入れ、感光体ドラム１の代わりにアルミ素管をセット
し、現像ローラに直流電圧を印加して、アルミ素管と現
像ローラ間に流れる電流値から抵抗値を算出した場合、
印加電圧１０００Ｖで１０^１０〜１０^９［Ω］である。
なお、この測定は現像ローラを停止させた状態で行った
ものである。

【００３２】現像バイアス発生装置８はＡＣ電源とＤＣ
電源を内蔵しており、現像ローラ４ａに印加するための
交流バイアスと直流バイアスを発生することができる。
現像バイアス切換装置９により、現像ローラ４ａに印加
する交流バイアス又は直流バイアスを切り替えることが
できる。

【００３３】本実施形態における現像バイアスの設定値
はそれぞれ、直流バイアスにおいては直流バイアス電
圧：Ｖｄｃ＝−６００［Ｖ］、交流バイアスにおいては
非対称矩形波，ピークツウピーク電圧：Ｖｐｐ＝２［ｋ
Ｖ］，周波数：ｆ＝５［ｋＨｚ］，デューティ比：２０
［％］，積分平均電圧：Ｖａ＝−６００［Ｖ］とした。

【００３４】図６は、交流バイアス波形の各パラメータ
について説明する波形図である。波形図の横軸は時間、
縦軸はトナーが感光体ドラム１に向かう力を受ける方向
を上にとった電圧値である。この図において、トナーが
感光体ドラム１に向かう最大の力を受けるときの電圧値
をＶ_１，トナーが現像スリーブ２に向かう最大の力を受
けるときの電圧値をＶ_０とし、Ｖ_１が持続する時間をｔ
_１、Ｖ_０が持続する時間をｔ_２とする。すると各パラメ
ータは、Ｖｐｐ＝｜Ｖ_１−Ｖ_０｜周波数：ｆ＝１／(ｔ_１＋ｔ_２) デューティ比：ｔ_１／(ｔ_１＋ｔ_２)×１００［％］積分平均電圧：Ｖａ＝Ｖ_０＋(Ｖ_１−Ｖ_０)×ｔ_１／(ｔ
_１＋ｔ_２) となる。なお、本実施形態において、電圧値の積分平均
Ｖａは直流バイアス電圧：Ｖｄｃと等しくしてある。

【００３５】本実施形態の画像形成装置において、現像
剤の放置時間は装置の主電源１１に連動したタイマー１
２によって計時され、現像装置の駆動時間は現像ローラ
４ａの回転した積算時間を駆動時間カウンタ１３によっ
て計測する。そして、その現像剤放置時間と現像装置駆
動時間とに基づいて制御部１０が現像バイアス切換装置
９を制御して、現像ローラ４ａへ印加する現像バイアス
を交流バイアスあるいは直流バイアスに切り替える。

【００３６】本実施形態では、主電源１１をオフしてか
らオンするまでの時間を現像剤の放置時間としてタイマ
ー１２で計時し、その計時時間（ｔ）が基準時間
（Ｔ_０、本実施形態では１５日）よりも長い場合は現像
バイアスを直流バイアスに、短い場合は交流バイアスに
それぞれ切り替える。また、前者のように直流バイアス
を印加する際には、現像ローラ４ａの回転駆動に連れて
攪拌スクリュー４ｂが動き現像剤が攪拌されて現像剤が
立ち上がっていくので、ある基準駆動時間Ｎ_０（本実施
形態では３０秒）を超えると現像バイアスを交流に切り
替えるようにしている。その交流バイアスへの切り替え
は、画像出力中に行われないよう、次の画像出力から交
流バイアスへ切り替えられる。

【００３７】なお、基準時間Ｔ_０と基準駆動時間Ｎ
_０は、用いる現像剤の種類に依存して変わるので、現像
剤に応じた適正なＴ_０とＮ_０を予め測定しておく必要が
ある。また、直流バイアス印加時に主電源がオフされた
場合は、タイマー１２は時間Ｔ_０からの放置時間を計時
するようにしている。

【００３８】本実施形態において、基準時間Ｔ_０を１５
日としているのは、一般的にトナーは図１のグラフに示
すような特性を有しており、放置開始から２日頃までは
トナーのＱ／Ｍが急に低下しさらに３０日頃までの間に
なだらかにＱ／Ｍが低下していくため、放置開始後２日
以降のどこかの時点で現像バイアスを直流バイアスに切
り替えるのが良いことになる。しかしトナーのＱ／Ｍは
環境条件（例えば湿度）等によっても変動するため、放
置時間および環境等の条件あるいはトナーの種類に最も
普遍的に対応できる値（印加するバイアスを切替える時
点）として、放置時間２日〜３０日の略中央値である１
５日を設定したものである。

【００３９】また、本実施形態において、基準駆動時間
Ｎ_０を３０秒としたのは、先に説明したように、主電源
が投入されると現像装置は所定時間（Ｔｗ、図３参照）
の空回しが行われ現像剤が立ち上がってくる。そのた
め、放置時間が長い現像剤でも、空回し時間Ｔｗに加え
て基準駆動時間Ｎ_０の現像装置駆動により現像剤が立ち
上がると考えられる。本実施形態で使用する現像剤の場
合、その基準駆動時間Ｎ _０としては３０秒程度が妥当で
あり、この基準駆動時間経過後は現像バイアスを交流バ
イアスに切り替えている（放置時間がＴ_０よりも長く直
流バイアスを印加して作像を開始した場合）。

【００４０】ただし、上述の如く、基準時間Ｔ_０と基準
駆動時間Ｎ_０は、用いる現像剤の種類に依存して変わる
ので、現像剤に応じた適正なＴ_０とＮ_０を予め測定して
設定するのが良い。

【００４１】本実施形態における現像バイアス切替制御
について図７のフローチャートを参照して説明する。現
像バイアス切替制御は次の４つのフェーズ（Phase）か
ら成り立っている。

【００４２】フェーズ１：主電源１１をオン（Ｓ１）し
た際にタイマー１２をストップする（Ｓ２）。そして、
タイマー１２で計時された時間ｔを基準時間Ｔ_０と比較
し、ｔ＞Ｔ_０の場合にはフェーズ２に、そうでない場
合にはフェーズ３に進むように判断する（Ｓ３）。

【００４３】フェーズ２：駆動時間カウンタ１３をリセ
ットして（Ｓ４）現像装置駆動時間の計測を開始し（Ｓ
５）、直流バイアスを印加して（Ｓ６）画像を出力する
（Ｓ７）。そして、現像装置駆動時間ｎが基準駆動時間
Ｎ_０より大きくなったか否かを判断し（Ｓ９）、Ｎ_０よ
り大きくなればフェーズ３に進む。なお、Ｓ８で主電源
１１のオフを判断し、直流バイアス印加時に主電源１１
がオフされるとタイマー１２が時間Ｔ_０からの放置時間
を計時するようにして（Ｓ１５）フェーズ４に進む。

【００４４】フェーズ３：交流バイアスを印加し（Ｓ１
０）て画像を出力する（Ｓ１１）。主電源１１のオフを
判断し（Ｓ１２）、主電源がオフされたときはタイマー
１２をリセットし（Ｓ１３）、フェーズ４に進む。

【００４５】フェーズ４：タイマー１２により現像剤の
放置時間の計時を開始する（Ｓ１４）。このような制御
による本実施形態の画像形成装置において、現像剤放置
時間に応じた初期画像の地肌汚れの状態（地肌汚れの面
積率）を図８に示す。図８のグラフには、現像バイアス
を切り替えない場合の地肌汚れの状態を比較のために一
緒に示してある。このグラフの横軸は放置時間、縦軸は
地肌汚れの面積率を表わす。

【００４６】なお、ここでの地肌汚れの面積率は、１枚
の画像のうちの非画像部分（白い部分＝地肌部分）の数
箇所（例えば５箇所）を光学顕微鏡＋ＣＣＤでパソコン
に取り込み、有る閾値で２値化する。そして、“トナー
粒子数×平均の面積［画素］÷取り込んだ全体の面積
［画素］”の百分率［％］で表して地肌汚れを評価する
ものである。なお、この値は測定条件（取り込み時の照
明、２値化の閾値など）に依存する。

【００４７】このグラフから解るように、放置時間が１
５日以上の現像剤での初期画像において、現像バイアス
の切り替えを行わない（交流バイアス印加）場合に比べ
て、現像バイアスの切り替えを行った（直流バイアス印
加）場合の地肌汚れが大幅に低減されている。すなわ
ち、本実施形態の画像形成装置によれば、現像剤の放置
時間によらず初期画像において地汚れやチリのない良質
な画像を得ることができる。

【００４８】次に、本発明の他の実施形態について説明
する。この実施形態では、現像バイアス発生装置は交流
電源のみを有しており、交流バイアスの交流成分である
ピークツウピーク電圧を制御するようにしている。その
制御は何段階かに分けて行っている。これによって、現
像剤の放置時間に応じた適正な現像バイアスを印加で
き、放置時間によらない一定の画像を出力することがで
きる。

【００４９】図９は、その実施形態の画像形成装置要部
を示す概略構成図である。図５に示した前記実施形態と
異なるのは、現像バイアス発生装置１８が交流電源のみ
を有しており、現像バイアス切換装置が設けられておら
ず、現像バイアスの交流成分であるピークツウピーク電
圧：Ｖｐｐが制御部１０によって変調可能なことであ
る。その他の構成は図５に示した前記実施形態と同様で
ある。なお、現像バイアス発生装置１８は図では交流電
源のみを示しているが、直流バイアスの印加が可能な構
成を含むバイアス発生装置である。例えば、交流電圧の
振幅を０（ゼロ）にすることによって直流バイアスを印
加することも可能である。あるいは、交流電源に直流電
源を加えたバイアス発生装置としてもよい。

【００５０】本実施形態では、タイマー１２によって計
時された現像剤の放置時間：ｔに応じて、制御部１０に
より現像バイアスは何段階かに変調される。ここで現像
剤のトナーのＱ／Ｍと放置時間との関係を模式的に示す
と図１０のような直線関係として表わすことができ、４
つの領域（時間領域）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに区分する。ま
た、各領域の境界を基準時間Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３とする。
ただし、Ｔ_２はＴ_１とＴ _３のちょうど半分の時間とす
る。なお、本実施形態ではＴ_１＝２日、Ｔ_２＝１４日、
Ｔ_３＝３０日とする。

【００５１】図１０において、放置した現像剤のＱ／Ｍ
は放置時間：ｔの１次関数としてとらえることができ
る。従って、タイマー１２で計時された現像剤の放置時
間：ｔが図１０に示すどの時間領域にあるか（属する
か）によって、そのときのＱ／Ｍに適した現像バイアス
を印加するようにしてやれば、放置時間に応じた適正な
現像バイアスを印加できる。本実施形態では、現像バイ
アスを４段階に変調し、各現像バイアスをＶ_ＢＡ，Ｖ
_ＢＢ，Ｖ_ＢＣ，Ｖ_ＢＤとする。現像剤放置時間：ｔによ
る４つの領域とその時の適正現像バイアスとの対応を次
の表１に示す。

【表１】

【００５２】表１に示すように、放置時間：ｔが図１０
のＡ領域にある場合は現像バイアスとしてＶ_ＢＡを印加
する。また、放置時間：ｔが図１０のＢ領域にある場合
は現像バイアスとしてＶ_ＢＢを印加する。また、放置時
間：ｔが図１０のＣ領域にある場合は現像バイアスとし
てＶ_ＢＣを印加する。Ｖ_ＢＡ，Ｖ_ＢＢ，Ｖ_ＢＣは交流バ
イアスであり、ピークツウピーク電圧：Ｖｐｐはそれぞ
れ２［ｋＶ］、１．５［ｋＶ］、１［ｋＶ］である。各
バイアスの周波数：ｆ、デューティ比、積分平均電圧：
Ｖａはみな同じで、それぞれ５［ｋＨｚ］，２０
［％］，−６００［Ｖ］としている。そして、放置時
間：ｔが図１０のＤ領域にある場合は現像バイアスとし
てＶ_ＢＤを印加する。この現像バイアスＶ_ＢＤは直流バ
イアスであり、Ｖ _ＢＤ＝−６００［Ｖ］である。

【００５３】このように、現像剤の放置時間が長くなる
のに応じて交流バイアスのピークツウピーク電圧を段階
的に小さくすることにより、放置時間によらず（影響さ
れず）に初期画像から一定の地肌汚れの少ない良質な画
像を得ることができる。

【００５４】ところで、本実施形態では現像剤放置時間
に応じて現像バイアスは切り替えられるが、その後、現
像剤は画像を出力しながら攪拌されてＱ／Ｍが上昇して
いくので、そのＱ／Ｍの上昇に応じてさらにピークツウ
ピーク電圧の大きい現像バイアスに切り替わるように構
成している。例えば放置時間が図１０のＤ領域の場合、
現像バイアスは当初のＶ_ＢＤからＶ_ＢＣ，Ｖ_ＢＢ，Ｖ
_ＢＡというように段階的に切り替えて印加される。その
切り替えのタイミングは現像剤攪拌時間（現像ローラ４
ａの駆動時間）によって決定されるべきである。

【００５５】ここで、本実施形態における現像剤攪拌時
間に応じた現像バイアス切り替えタイミングの決定につ
いて、図１１を参照して説明する。本実施形態では、現
像剤の攪拌時間とトナーのＱ／Ｍの関係を図１１に示す
ような傾きの等しい直線として簡単にモデル化する。図
１１において、「Ｑ／Ｍ見掛」は見かけ上現像剤が立ち
上がったときの現像剤のＱ／Ｍ値を表わす。また、それ
ぞれの直線は図１０における放置時間Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３
の状態から現像剤を攪拌した際のＱ／Ｍを表わしてい
る。

【００５６】直線Ｔ1では装置の初期攪拌時間（Ｎｓ）
で立ち上がっているが（Ｎｓは、直線Ｔ_１における立ち
上がりの時間に設定されているものとする）、直線Ｔ_２
及びＴ_３では初期攪拌時間（Ｎｓ）でまだ立ち上がって
おらず、それぞれ立ち上がるまでに（Ｎｓ＋Ｎ_１）、
（Ｎｓ＋２Ｎ_１）の時間を要することになる。なお、図
１０において放置時間Ｔ_２はＴ_１とＴ_３の中点であるた
め。図１１においても（直線Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３の傾きが
同じため）直線Ｔ_２の縦軸方向の切片は直線Ｔ_１とＴ_３
の縦軸方向の切片の中点に当たる。よって、図形的に示
される直線Ｔ_２及びＴ_３の立ち上げのための初期攪拌時
間（Ｎｓ）からの攪拌時間はそれぞれＮ_１、２Ｎ_１とな
る。

【００５７】これにより、放置時間：ｔがＴ_３の場合に
は現像バイアスはＶ_ＢＣに設定し、画像を出力しながら
（Ｎ_１）時間の攪拌後、現像バイアスはＶ_ＢＢに切り替
えられ、さらに画像を出力しながら（Ｎ_１）時間の攪拌
後、現像バイアスがＶ_ＢＡに切り替わるようにすれば、
放置時間に応じて適正な現像バイアスを印加しつつ、現
像剤を立ち上げていくことができる。なお、現像バイア
スの切り替え（現像バイアス発生装置１８の出力の切り
替え）は、画像出力中に行われないよう、次の画像出力
から切り替えるようにする。

【００５８】このように、現像剤の放置時間に応じて段
階的に切り替えられた交流バイアスのピークツウピーク
電圧を、現像装置が一定時間駆動された後にさらに切り
替える（大きくなる方向に）ことにより、トナーＱ／Ｍ
の上昇に応じてより適正な現像バイアスを印加しつつ現
像剤を立ち上げていく事ができる。

【００５９】さらには、図１０の各領域によって固定さ
れた攪拌時間ではなく、図１０及び図１１の直線関係か
ら基準攪拌時間を計算し、画像を出力しながらカウント
した現像剤攪拌時間が基準攪拌時間を過ぎたときに次の
現像バイアスに切り替えるようにすれば、さらにきめ細
かい制御が可能になる。すなわち、本実施形態では図１
０の各領域の境界となる放置時間をＴ_１＝２日、Ｔ_２＝
１４日、Ｔ_３＝３０日としているが、例えば、放置時間
が１５日の場合も２５日の場合も同じＣ領域となり、そ
の時、共に当初の現像バイアスはＶ_ＢＣが印加される
が、その後、同じ攪拌時間（Ｎ_１）の後に現像バイアス
をＶ_ＢＢに切り替えるのではなく、放置時間によって決
定される（放置時間に応じて決定される）基準時間だけ
攪拌したら次の現像バイアスＶ_ＢＢに切り替えるように
することである。従って、この場合には、放置時間１５
日の場合よりも放置２５日の場合のほうが長い時間攪拌
してから現像バイアスＶ_ＢＢに切り替えられる。

【００６０】その制御を行うための計算は次のように行
う。現像剤放置時間が図１０のＡ領域にある場合、現像
剤は初期攪拌で立ち上がるので、現像バイアスはＶ_ＢＡ
を印加すればよい。すなわち、この場合には現像バイア
スの切り替えは行われない。

【００６１】現像剤放置時間が図１０のＢ領域にある場
合、現像バイアスはＶ_ＢＢを印加し、画像を出力しなが
ら基準攪拌時間（Ｎ_Ｂ）時間の攪拌後、現像バイアスを
Ｖ_Ｂ _Ａに切り替えて印加する。ただし、Ｎ_Ｂ＝Ｎ_１×
（ｔ−Ｔ_１）／（Ｔ_２−Ｔ_１）とする。ここでの現像バ
イアス切り替えは、計算によって求められた基準攪拌時
間を過ぎたときの切り替えである。

【００６２】現像剤放置時間が図１０のＣ領域にある場
合、現像バイアスはＶ_ＢＣを印加し、画像を出力しなが
ら基準攪拌時間（Ｎｃ）時間の攪拌後、現像バイアスを
Ｖ_Ｂ _Ｂに切り替えて印加し、画像を出力しながら攪拌時
間（Ｎ_１）時間の攪拌後、現像バイアスをＶ_ＢＡに切り
替えて印加する。ただし、Ｎｃ＝Ｎ_１×（ｔ−Ｔ_２）／
（Ｔ_３−Ｔ_２）とする。ここでの現像バイアス切り替え
は、Ｖ_ＢＣからＶ_ＢＢへの切り替えが基準攪拌時間（計
算によって求められた攪拌時間）を過ぎたときの切り替
えであり、Ｖ_ＢＢからＶ_ＢＡへの切り替えは一定時間
（固定時間）の攪拌後の切り替えである。

【００６３】現像剤放置時間が図１０のＤ領域にある場
合、現像バイアスはＶ_ＢＤを印加する。図１０における
Ｄ領域は放置時間によるＱ／Ｍの変化が少ない領域であ
るので、画像を出力しながら所定時間（Ｎ_Ｄ）の攪拌
後、現像バイアスをＶ_ＢＣ，Ｖ _ＢＢ，Ｖ_ＢＡの順にＮ_１
時間の間隔で印加していく。ここでの現像バイアス切り
替えは、いずれも固定時間（Ｎ_Ｄ及びＮ_１は、設定され
た、ある一定の時間である）攪拌後の切り替えである。

【００６４】ここで、例えば、Ｎ_１＝３０秒、Ｎ_Ｄ＝１
０秒のように設定することができる。なお、基準時間Ｔ
_１，Ｔ_２，Ｔ_３と基準駆動時間Ｎ_１及びＮ_Ｄは用いる現
像剤の種類に依存して変わるので、現像剤に応じた適正
な値を予め測定しておく必要がある。

【００６５】本実施形態における現像バイアス切り替え
制御について図１２〜１６のフローチャートを参照して
説明する。図１２にその全体を示す現像バイアス切り替
え制御は６つのフェーズから成り立っている。フェーズ
１からフェーズ２〜５に進んだ制御は最終的にフェーズ
６に進むことになる。なお、フェーズ２〜５の内容はそ
れぞれ図１３〜１６に示す。

【００６６】フェーズ１：主電源１１をオンした（Ｓ
１）際にタイマー１２を止め（Ｓ２）、タイマー１２で
計時された放置時間ｔが図１０のどの時間領域であるか
を判断（Ｓ３）し、Ａ領域の場合はフェーズ５に、Ｂ領
域の場合には現像ローラ４ａの基準攪拌時間Ｎ_Ｂを計算
してフェーズ４に進む。また、Ｃ領域の場合には基準攪
拌時間Ｎ_Ｃを計算してフェーズ３に進み、Ｄ領域の場合
はフェーズ２に進む。

【００６７】フェーズ２（図１３）：駆動時間カウンタ
１３をリセット（Ｓ２１）してからカウンタ１３をオン
する（Ｓ２２）。そして、現像バイアスをＶ_ＢＤに切り
替え（Ｓ２３）て画像を出力する（Ｓ２４）。現像ロー
ラ４ａの駆動時間ｎが所定時間Ｎ_Ｄより大きくなれば
（Ｓ２６）基準攪拌時間Ｎｃを所定の攪拌時間Ｎ_１（例
えば３０秒）に設定（Ｓ２７）してフェーズ３に進む。
また、現像ローラ駆動時間がＮ_Ｄになる前に主電源がオ
フされた場合（Ｓ２５）はタイマー１２をＴ_３に設定
（Ｓ２８）してフェーズ６に進む。

【００６８】フェーズ３（図１４）：駆動時間カウンタ
１３をリセット（Ｓ３１）してからカウンタ１３をオン
する（Ｓ３２）。そして、現像バイアスをＶ_ＢＣに切り
替え（Ｓ３３）て画像を出力する（Ｓ３４）。現像ロー
ラ４ａの駆動時間ｎが所定時間Ｎｃより大きくなれば
（Ｓ３６）基準攪拌時間Ｎ_Ｂを所定の攪拌時間Ｎ_１（例
えば３０秒）に設定（Ｓ３７）してフェーズ４に進む。
また、現像ローラ駆動時間がＮｃになる前に主電源がオ
フされた場合（Ｓ３５）はタイマー１２をＴ_２に設定
（Ｓ３８）してフェーズ６に進む。

【００６９】フェーズ４（図１５）：駆動時間カウンタ
１３をリセット（Ｓ４１）してからカウンタ１３をオン
する（Ｓ４２）。そして、現像バイアスをＶ_ＢＢに切り
替え（Ｓ４３）て画像を出力する（Ｓ４４）。現像ロー
ラ４ａの駆動時間ｎが所定時間Ｎ_Ｂより大きくなれば
（Ｓ４６）フェーズ５に進む。また、現像ローラ駆動時
間がＮ_Ｂになる前に主電源がオフされた場合（Ｓ４５）
はタイマー１２をＴ_１に設定（Ｓ４７）してフェーズ６
に進む。

【００７０】フェーズ５（図１６）：現像バイアスをＶ
_ＢＡに切り替え（Ｓ５１）て画像を出力する（Ｓ５
２）。主電源がオフされた場合（Ｓ５３）はタイマー１
２をリセット（Ｓ５４）してフェーズ６に進む。

【００７１】フェーズ６（図１２）：タイマー１２をオ
ンして放置時間の計時を始める。なお、現像バイアス切
り替えのタイミングは、現像装置駆動時間（攪拌時間）
ｎが基準攪拌時間を超えた場合に次の画像出力から現像
バイアスが切り替わるように構成してある。つまり、画
像出力中に現像バイアスが切り替わらないように構成さ
れている。これは、Ｎ_１及びＮ_Ｄの固定時間（一定時
間）による現像バイアス切り替えについても同様であ
り、画像出力中に現像バイアスが切り替わらないように
構成されている。

【００７２】また、放置時間が属する図１０の各領域に
おいて主電源がオフされた場合には、その領域の境界に
当たる時間（放置時間）がタイマーに設定され、タイマ
ー１２はその設定された時間からの放置時間を計時する
ように構成してある。すなわち、フェーズ２からフェー
ズ５において、主電源がオフされた場合には放置時間：
ｔをＴ_３，Ｔ_２，Ｔ_１及び０（リセット）にそれぞれ設
定している。

【００７３】図１７は、上記のような制御を行った本実
施形態における地肌汚れの面積率を現像バイアスの切り
替えを行わなかった場合と比べて示すグラフである。こ
のグラフの縦軸は地肌汚れの多さを表わし、横軸は現像
剤放置時間を表わしている。このグラフからも解るよう
に、現像バイアスの切り替えを行わなかった場合と比べ
て大幅に地肌汚れが低減されており、かつ、放置時間の
長さに関わらず一定で低レベルの地肌汚れを保ってい
る。すなわち、本発明によって、放置時間によらない地
肌汚れの少ない良質な画像を初期画像から得られること
が解る。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成
装置によれば、現像剤の放置時間を計測する手段を設
け、現像剤の放置時間に応じて現像バイアス印加手段の
出力を制御することにより、放置時間によらない良質な
画像を初期画像から得ることが可能となる。

【００７５】また、現像剤放置時間が所定時間以上の場
合には現像能力の低い直流バイアスを印加し、現像剤放
置時間が所定時間より短い場合には交流バイアスを印加
することにより、初期画像における地肌汚れやチリを低
減することができる。

【００７６】また、現像剤放置時間と現像装置駆動時間
とに基づいて現像バイアスを交流バイアスあるいは直流
バイアスに切り替えることにより、放置時間によらず初
期画像から一定の地肌汚れの少ない良質な画像を得るこ
とができる。

【００７７】また、現像装置の所定時間駆動による交流
バイアスへの切り替えが次の画像出力から行われるの
で、画像の途中で現像バイアスが切り替えられることが
なく、１枚の画像の途中で画像（例えば濃度など）が変
化することがない。

【００７８】また、現像剤の放置時間が長くなるのに応
じて交流バイアスのピークツウピーク電圧を段階的に小
さくすることにより、放置時間によらずに初期画像から
一定の地肌汚れの少ない良質な画像を得ることができ
る。

【００７９】また、現像剤の放置時間に応じて決定され
た交流バイアスのピークツウピーク電圧を、現像装置が
一定時間駆動された後にさらに切り替える（大きくなる
方向に）ことにより、トナーＱ／Ｍの上昇に応じてより
適正な現像バイアスを印加しつつ現像剤を立ち上げてい
く事ができる。

【００８０】また、現像剤の放置時間に応じて現像装置
の基準攪拌時間を計算し、画像を出力しながらカウント
した現像剤攪拌時間が基準攪拌時間を過ぎたときに次の
現像バイアスに（大きくなる方向に）切り替えるように
すれば、さらにトナーＱ／Ｍの上昇に応じてきめ細かい
制御が可能になる。

【００８１】また、現像バイアス印加手段の出力の切り
替えが次の画像出力から行われることにより、画像の途
中で現像バイアスが切り替えられることがなく、１枚の
画像の途中で画像（例えば濃度など）が変化することが
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】現像剤放置時間とトナーの単位質量あたりの帯
電量：Ｑ／Ｍの関係を示すグラフである。

【図２】トナー帯電量を測定するためのブローオフ測定
法を説明する模式図である。

【図３】現像剤攪拌時間とトナーのＱ／Ｍの関係を示す
グラフである。

【図４】本願発明者が実施した実験における現像バイア
スと現像能力の関係を示すグラフである。

【図５】本発明の一実施形態の画像形成装置の要部を示
す概略構成図である。

【図６】交流バイアス波形の各パラメータについて説明
する波形図である。

【図７】その実施形態における現像バイアス切替制御を
示すフローチャートである。

【図８】本実施形態の画像形成装置における、現像剤放
置時間に応じた初期画像の地肌汚れの状態（地肌汚れの
面積率）を示すグラフである。

【図９】本発明の他の実施形態の画像形成装置の要部を
示す概略構成図である。

【図１０】現像剤のトナーのＱ／Ｍと放置時間との関係
を模式的に示すグラフである。

【図１１】現像剤の攪拌時間とトナーのＱ／Ｍの関係を
モデル化して表わすグラフである。

【図１２】実施形態における現像バイアス切り替え制御
を示すフローチャートである。

【図１３】その制御におけるフェーズ２の内容を示すフ
ローチャートである。

【図１４】その制御におけるフェーズ３の内容を示すフ
ローチャートである。

【図１５】その制御におけるフェーズ４の内容を示すフ
ローチャートである。

【図１６】その制御におけるフェーズ５の内容を示すフ
ローチャートである。

【図１７】地肌汚れの面積率を現像バイアスの切り替え
を行わなかった場合と比べて示すグラフである。

【符号の説明】

１感光体ドラム(像担持体) ４現像装置４ａ現像ローラ(現像剤担持体) ４ｂ攪拌スクリュー（攪拌部材）５現像剤８，１８現像バイアス発生装置９現像バイアス切換装置１０制御部１１主電源１２タイマー（現像剤放置時間計時手段）１３カウンタ（現像装置駆動時間計時手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像を担持する像担持体と、トナー
とキャリアからなる現像剤を現像剤担持体に保持しなが
ら搬送し前記像担持体上に形成された静電潜像に対して
トナーを付着させて現像する現像装置と、前記現像剤担
持体に現像バイアスを印加する現像バイアス印加手段
と、現像剤の放置時間を計時する計時手段と、該計時手
段により計時された現像剤の放置時間に応じて前記現像
バイアス印加手段の出力を制御する制御手段とを有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記現像バイアス印加
手段の出力を現像剤放置時間が所定時間以上の場合には
直流バイアスに、現像剤放置時間が所定時間より短い場
合には直流電圧に交流電圧を重畳した交流バイアスに切
り替えることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成
装置。
【請求項３】前記現像手段の駆動時間を計時する現像
手段駆動時間計時手段を備え、前記現像バイアス印加手
段の出力が直流バイアスに切り替えられた場合、前記現
像装置が所定時間駆動されたことを前記現像手段駆動時
間計時手段により検知したら前記現像バイアス印加手段
の出力を前記交流バイアスに切り替えることを特徴とす
る、請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記現像装置の所定時間駆動による交流
バイアスへの切り替えが次の画像出力から行われること
を特徴とする、請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記現像バイアス印加
手段の出力を現像剤放置時間が長くなるのに応じて直流
電圧に交流電圧を重畳した交流バイアスの交流成分であ
るピークツウピーク電圧を小さくするよう制御すること
を特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項６】前記現像手段の駆動時間を計時する現像
手段駆動時間計時手段を備え、前記現像剤放置時間が長
くなるのに応じて決定された前記現像バイアス印加手段
の出力を、前記現像装置が所定時間駆動されたことを前
記現像手段駆動時間計時手段により検知したら前記ピー
クツウピーク電圧が大きくなる方向に切り替えることを
特徴とする、請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】現像剤の放置時間に応じて前記現像装置
の駆動基準時間を決定し、該決定された駆動基準時間内
では前記現像剤放置時間が長くなるのに応じて決定され
た前記現像バイアス印加手段の出力で現像バイアスを印
加し、該決定された駆動基準時間経過後は前記現像装置
の所定時間駆動ごとに現像バイアス印加手段の出力を切
り替えることを特徴とする、請求項６に記載の画像形成
装置。
【請求項８】前記現像バイアス印加手段の出力の切り
替えが次の画像出力から行われることを特徴とする、請
求項６または７に記載の画像形成装置。