JPH09297460A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一様に帯電される表面に像露光により静電潜
像が形成される像担持体と、この像担持体に対向して設
置される現像剤担持部材に直流電圧を重畳した交流電圧
からなる現像バイアス電圧を印加して像担持体上の静電
潜像を二成分現像剤により現像する二成分現像装置とを
備えた画像形成装置において、画像形成速度が高速化し
ても、像担持体へのキャリア付着を確実に防止すること
ができ、同時に、画像の種類に応じた最適な高画質を現
出することができるようにする。 【解決手段】 現像バイアス電圧のデューティー比を、
形成すべき画像の種類に応じて可変設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二成分現像装置を
備えた、電子写真方式を利用した複写機やプリンター等
の画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トナーと磁性キャリアからなる二
成分現像剤を用いて感光体等の像担持体上に形成する静
電潜像を現像する二成分現像装置を備えた複写機やプリ
ンター等としては、その像担持体と二成分現像剤を担持
する現像剤担持体との間に直流電圧を重畳した交流電圧
からなる現像バイアス電圧を印加しながら現像を行うも
のが知られている。この種の二成分現像においては、磁
性キャリアと摺擦されて帯電されるトナーを磁性ブラシ
を形成しつつ現像剤担持体により搬送した後、現像バイ
アス電圧により像担持体と現像剤担持体との間で振動電
界を形成してトナーを現像剤担持体から像担持体に飛翔
させて供給し、電位関係から発生する静電引力によりト
ナーを像担持体の静電潜像部分にのみ付着させるととも
に、それ以外の非潜像部分に供給したトナーを現像剤担
持体に引き戻すことにより現像を行うようになってい
る。

【０００３】ところが、このような二成分現像において
は、キャリア粒子が磁気ブラシを離脱して像担持体（主
に非潜像部分）に付着してしまい、これにより画質不良
が発生したり、像担持体が損傷する等の不具合があっ
た。

【０００４】かかる像担持体へのキャリア付着を防止す
るための技術として、例えば、特開平４−３５６０７６
号公報には、振動電界を形成するために印加する現像バ
イアス電圧のデューティー比を０．５未満に設定して、
トナーに現像剤担持体から像担持体に向かう力を与える
関係にある付勢位相の継続時間よりも逆付勢位相の継続
時間を長くし、これによりキャリア付着を防止するとと
もにかぶり現象を抑制する技術が示されている。

【０００５】しかしながら、一般的には、その現像バイ
アス電圧のデューティー比が小さくなるにつれて像担持
体へのキャリア付着が発生しやすくなり、現像性（濃
度）も低下する傾向がある。特に、キャリア付着につい
ては、画像形成速度（プロセススピード）が高速化する
程、具体的には２００ｍｍ／ｓｅｃ（秒）を越えるプロ
セススピードになると、顕著に発生するようになる。

【０００６】また、近年における画像の多様化にともな
い、文字等の線画像の他に、絵や写真等のべた画像等を
コピーしたりプリントする機会が増え、その影響から、
それら各画像の種類に応じた最適な画質を個々に得られ
るようにするという強い要請がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、画像
形成速度が高速化しても、像担持体へのキャリア付着を
確実に防止することができ、同時に、画像の種類に応じ
た最適な高画質を現出することができる画像形成装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の画像形成装置
は、一様帯電される表面に像露光により静電潜像が形成
される像担持体と、この像担持体に対向して設置される
現像剤担持部材に直流電圧を重畳した交流電圧からなる
現像バイアス電圧を印加して像担持体上の静電潜像を二
成分現像剤により現像する二成分現像装置とを備えた画
像形成装置において、上記現像バイアス電圧のデューテ
ィー比を、形成すべき画像の種類に応じて可変設定する
ことを特徴とするものである。

【０００９】上記の画像形成装置においては、現像バイ
アス電圧のデューティー比を可変設定することに連動さ
せて、帯電電位と交流現像バイアス電圧のコントラスト
及び露光部電位と交流現像バイアス電圧のコントラスト
の少なくとも１つを可変設定するように構成することが
望ましい。この場合には、画像の種類に応じて要求され
る最適な画質をより的確に得ることができる。

【００１０】また、上記の画像形成装置は、二成分現像
装置が１つの現像剤担持部材を有し、かつ、像担持体の
移動速度が２００ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定されたものも
のであってもよい。このような高速タイプの画像形成装
置であっても、キャリア付着防止と高画質要求という２
つの目的を達成することができる。現像剤担持部材が複
数ある現像装置の場合には、上記２つの目的を達成する
ための構成（設計）上の許容範囲は増えるが、コストア
ップを招くという欠点がある。

【００１１】ここで、上記のデューティー比：Ｄとは、
図７ａに示すように現像バイアス電圧の電圧波形（矩形
波）において、その電圧波形が正極側に立ち上がりはじ
めてから負極側に立ち下がるまでの継続時間をＡとし、
その電圧波形が負極側に立ち下がりはじめてから正極側
に立ち上がるまでの継続時間をＢとしたとき、下記の関
係式で表されるものである。 デューティー比：Ｄ＝Ａ／（Ａ＋Ｂ） なお、このデューティー比の変更は、周波数を変更せず
一定にすることを前提条件として行われる。

【００１２】また、現像バイアス電圧の波形が図７ｂに
示すような矩形波以外の波形である場合には、上記した
継続時間Ａと継続時間Ｂについては、電圧が負極性から
正極に切り替わる際の開始点、いわゆる立ち上がり開始
点をａ、電圧が正極性から負極性に切り替わる際の開始
点、いわゆる立ち下がり開始点をｂとしたとき、Ａはａ
とｂの間の時間、Ｂはｂとａの間の時間となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１は本発明の画像形成装置の一例を示す
もので、図中において符号１は像担持体としての感光体
ドラム、２は二成分現像装置を示す。

【００１５】感光体ドラム１は、円筒状の導電性基体の
周面に負帯電系の有機導電材料からなる感光層を形成し
たものであり、図中の矢印方向に回転するようになって
いる。また、この感光体ドラム１の周囲には、二成分現
像装置２の他に、図１に示すように帯電手段１１、像露
光手段１２、転写前処理手段１３、転写手段１４、剥離
手段１５、クリーニング手段１６、除電手段１７等から
なる公知の作像機器が適宜配設されている。作像機器の
うち像露光手段１２は、デジタル式の画像信号処理装置
１８から入力される画像信号に応じて感光体ドラム１の
表面を露光するようになっている。画像信号処理装置１
８に入力される画像情報は、画像形成装置が複写機の場
合には原稿読み取り装置にて得られる画情報であり、プ
リンター等の場合には外部から送信又は取り込まれる画
情報である。

【００１６】二成分現像装置２は、非磁性トナーと磁性
キャリアからなる二成分現像剤３を収容する現像剤収納
部を有する装置フレーム２０に、固定配置された磁石ロ
ール２１とその周囲を回転するように配設されたスリー
ブ２２からなる現像剤担持体としての現像ロール２３
と、スリーブ２２上に担持される現像剤３の搬送量を規
制する規制部材２４と、現像剤を現像ロール２３に供給
する現像剤供給部材２５と、トナーとキャリアを撹拌し
て混ぜながら搬送する現像剤撹拌搬送部材２６、２７等
を配設して構成されている。現像ロール２３は、その磁
石ロール２１に複数の磁極が適宜配列されており、ま
た、そのスリーブ２２の感光体ドラム１との最近接領域
での間隙が４００〜６００μｍ程度となるように配設さ
れている。

【００１７】また、この現像装置２のスリーブ２２に
は、現像バイアス電源装置４から直流電圧を重畳した交
流電圧からなる現像バイアスが印加されている。バイア
ス電源装置４は、図示しない直流電源部と交流電源部と
を備えたものであり、その交流電源部には現像バイアス
電圧のデューティー比を可変設定するためのパルス幅制
御回路４０が設けられている。そして、パルス幅制御回
路４０は、画像信号処理装置１８に入力される画像情報
の種類を判別する画像判別装置５から送られる指令に応
じて動作する、即ちデューティー比を可変設定するよう
になっている。

【００１８】この画像形成装置による画像形成は以下の
ようにして行われる。

【００１９】感光体ドラム１の表面を帯電手段１１によ
り一様に帯電した後、その表面に画像に対応した光を像
露光手段１２により照射して電位差を生じせしめて静電
潜像を形成する。次いで、その静電潜像を二成分現像装
置２により供給される二成分現像剤３により反転（又は
正規）現像してトナー像とした後、そのトナー像を転写
前処理装置１３により前処理してから転写手段１４にて
記録用紙６に静電転写する。転写されたトナー像は図示
しない定着装置において定着され、もって画像形成が完
了する。

【００２０】上記現像装置２による現像は、現像ロール
２３上に磁気ブラシを形成して搬送される二成分現像剤
剤３が、その搬送量を規制部材２４により規制された後
に感光体ドラム１と対向する現像領域に搬送され、しか
る後、その現像領域においてバイアス電源４から印加さ
れる現像バイアスにて形成される振動電界によりトナー
が現像ロール２３側から感光体ドラム１側に飛翔して供
給されることによって行われる。

【００２１】図３は、この画像形成装置を用いて、従来
のように現像バイアス電圧のデューティー比を画像の種
類に関係なく固定して画像形成を行い、そのときの画像
形成（現像）特性について調べた結果を示すものであ
る。画像形成特性については、現像性（ＤＭＡ：Ｄｅｖ
ｅｒｏｐｍｅｎｔ Ｍａｓｓ Ａｒｅａ）、キャリア付
着、かぶり及び粒状性（画質の評価要素）の４項目につ
いて調べた。

【００２２】このときの現像バイアス電圧のデューティ
ー比は０．５とした。また、このときの交流成分は、電
圧（パルス）波形ピーク間電圧が１．５ｋＶ、周波数が
４ｋＨｚ、電圧（パルス）波形が矩形波のものを使用し
ており、上記デューティー比における継続時間Ａについ
ては１２５μｓｅｃ、継続時間Ｂについては１２５μｓ
ｅｃとした。なお、従来において一般的に使用されてい
る現像バイアス電圧の交流成分は、波形が正弦波であっ
て、デューティー比が０．４〜０．６、ピーク間電圧が
１．０〜２．５ｋＶ、周波数が１〜８ｋＨｚのそれぞれ
の範囲内である一定の値に設定されていた。

【００２３】また、このときの他の画像形成に関する条
件については以下の通りとした。感光体ドラム１と現像
ロール２３の間隙は０．５ｍｍに設定し、二成分現像剤
３は９μｍの負帯電性トナーとフェライトキャリアから
なるものを使用した。感光体ドラム１の周速度は１５０
ｍｍ／ｓｅｃとした。そして、感光体ドラム１の表面を
−７００Ｖに帯電した後、像露光により−１００Ｖの潜
像を形成し、その潜像を反転現像した。

【００２４】図３ａには、静電潜像の電位と現像バイア
ス電圧とのコントラストＶ_D を可変した場合における現
像性（ＤＭＡ）の影響について測定した結果を示し、図
３ｂには、帯電電位と現像バイアス電圧とのコントラス
トＶ_C を可変した場合におけるキャリア付着、かぶり及
び粒状性の影響について測定した結果を示した。なお、
上記の各コントラストＶ_D 、Ｖ_C の変更はいずれも、現
像バイアスの直流成分の電圧を変化させることにより行
った。

【００２５】一般に、上記４つの画像形成特性に関する
項目の許容値は、現像性（ＤＭＡ）が７ｇ／ｍ² 以上、
キャリア付着がＧ１以下、かぶりが２．０以下、粒状性
がＧ２．０以下である。

【００２６】図３ａ，ｂの結果から、現像性の観点から
はコントラストＶ_D を３００Ｖ以上に設定し、キャリア
付着とかぶり（粒状性については許容値を満足してい
る）の観点からはコントラストＶ_C を６５〜２５０Ｖの
範囲内に設定すればよく、システム設計上はわずかな許
容領域があるようにみえる。しかしながら、特にキャリ
ア付着を防止するためにはコントラストＶ_C を２５０Ｖ
以内にしておく必要があり、このコントラストＶ_C 条件
を満たすためには、電位変動が大きい感光体（感光層）
では対応することが困難であり、また、一様帯電時の電
位や像露光時の光量を制御して対応した場合にはその制
御のための構成が煩雑になる上にコストアップを招いて
しまう。

【００２７】そこで、この画像形成装置を用い、現像バ
イアス電圧のデューティー比を可変して画像形成を行
い、そのときの前記４項目に関する画像形成特性につい
て調べた。このとき、コントラストＶ_D は３００Ｖ、コ
ントラストＶ_C は２５０Ｖとした。その結果を図４に示
す。

【００２８】図４の結果から明らかなように、キャリア
付着は、デューティー比を大きくするにつれて大幅に改
善される。また、かぶりは、デューティー比を大きくし
た場合であっても大きな影響を受けることなく許容範囲
内にある。従って、電位変動が大きい感光体を使用した
場合であっても、現像バイアス電圧のデューティー比を
０．５以上に設定すれば、キャリア付着を確実に防止で
きることがわかる。但し、粒状性は、デューティー比を
大きくするにつれて悪化する傾向にある。

【００２９】図４に示す結果は、プロセススピード、す
なわち感光体ドラム１の周速度が１５０ｍｍ／ｓｅｃの
ときの４項目の結果であるが、その周速度を２００ｍｍ
／ｓｅｃ、３００ｍｍ／ｓｅｃにしたときのキャリア付
着についてさらに調べた結果を図５に示す。

【００３０】図５の結果から明らかなように、キャリア
付着は、同じデューティー比である場合、プロセススピ
ードが増加するにつれて大幅に悪化することがわかる。
特に、感光体ドラム１の周速度が２００ｍｍ／ｓｅｃを
越えると、デューティー比が０．５のときも許容値（Ｇ
１以下）を満足しなくなる。

【００３１】そして、図４と図５の結果から明らかなよ
うに、現像バイアス電圧のデューティー比を固定した場
合には、特に感光体ドラム１の周速度が２００ｍｍ／ｓ
ｅｃを越えると、前記した４つの特性項目を同時に満足
するシステム設計上の許容領域は皆無に等しいことがわ
かる。また、デューティー比を０．５以上にした場合に
も、粒状性が悪くなってしまう。

【００３２】さて、形成すべき画像は、大別すると文字
や図形やグラフ等のような線画像と絵や写真等のような
べた画像に分類される。そして、その線画像とべた画像
に要求される画像形成特性は、その画像の種類によって
異なる。すなわち、線画像では、キャリア付着が少ない
ことと、かぶりが少ないことが最も重要視され、一方、
べた画像では、粒状性が良好であることが最も重要視さ
れる。

【００３３】従って、本発明は、図４や図５に示される
結果や画像の種類に応じて要求される画像形成特性が異
なることに鑑みなされたもので、現像バイアス電圧のデ
ューティー比を画像の種類に応じた適切な値に可変設定
することにより、各種画像ごとに最適な画質を確保した
画像形成を行うことを可能にした。

【００３４】本例では、画像判別装置５において形成す
べき画像が線画像、べた画像のいずれの種類であるかを
判別し、パルス幅制御回路４０において現像バイアス電
圧のデューティー比を線画像の場合には０．５５、べた
画像の場合には０．４５に可変設定するように構成し
た。なお、この際、コントラストＶ_D は３００Ｖ、コン
トラストＶ_C は１５０Ｖとした。つまり、キャリア付着
の低減を図るためコントラストＶ_C については前例の場
合（２５０Ｖ）とは異なり１５０Ｖに変更している。ま
た、このときの各デューティー比Ｄ［＝Ａ／（Ａ＋
Ｂ）］、コントラストＶ_D ，コントラストＶ_C の関係を
図２に示した。図２ａはＤ＝０．５５とした線画像の場
合を示し、同図ｂはＤ＝０．４５としたべた画像の場合
を示す。図２中においてＶ₁ は露光部電位、Ｖ₂ は現像
バイアスのＤＣ電位、Ｖ₃ は感光体表面の帯電電位であ
る。

【００３５】図６は、このような構成のもとで画像形成
を行った場合における画像形成特性を示す４つの項目に
ついて調べた結果を示すものである。このときのプロセ
ススピードである感光体ドラムの周速度は１５０ｍｍ／
ｓｅｃとした。

【００３６】その結果、線画像を形成した場合には、現
像性（ＤＭＡ）：７．５ｇ／ｍ² 、キャリア付着：Ｇ０
〜Ｇ０．５、かぶり：０．８という結果が得られ、この
３項目についてはいずれも許容値を満した。但し、粒状
性については少々許容値を越えるものであったが、形成
された線画像はその画質の点で実用上問題になるような
ものではなかった。一方、べた画像を形成した場合に
は、現像性（ＤＭＡ）：６．３ｇ／ｍ² 、キャリア付
着：Ｇ０．５〜Ｇ１．０、かぶり：０．７、粒状性：Ｇ
１．０〜Ｇ１．５という結果が得られ、４つの項目のい
ずれも許容値を満した。

【００３７】また、この画像形成装置においては、各種
の画像ごとにさらに画質向上を図る観点から、現像バイ
アスのデューティー比を可変設定することに加え、前記
したコントラストＶ_C 及びコントラストＶ_D の少なくと
も１つを同時に可変設定するようにしている。

【００３８】例えば、デューティー比を可変設定して行
った前記画像形成により得られた線画像の場合には、か
ぶりについてさらに低減することが望ましく、そのため
には図３ｂの結果から判断してコントラストＶ_C をもう
少し大きくすればよい。また、べた画像の場合には、現
像性についてさらに向上させるとともにキャリア付着に
ついてさらに低減することが望ましく、そのためには図
３ａの結果から コントラストＶ_D をもう少し大きくす
るとともにコントラストＶ_C を少し小さくすればよい。

【００３９】そこで、前記の画像形成においてデューテ
ィー比を０．５５に設定することに加え、コントラスト
Ｖ_C を１８０Ｖに設定した以外は同じ条件で線画像の形
成を行ったところ、現像性（ＤＭＡ）：７．５ｇ／
ｍ² 、キャリア付着：Ｇ０．５、かぶり：０．６という
結果が得られ、二次障害がなく、かぶりが改善された。
また、前記の画像形成においてデューティー比を０．４
５に設定することに加え、コントラストＶ_D を３５０Ｖ
にするとともにコントラストＶ_C を１２０Ｖに設定した
以外は同じ条件でべた画像の形成を行ったところ、現像
性（ＤＭＡ）：７．３ｇ／ｍ² 、キャリア付着：Ｇ０．
５、かぶり：０．７、粒状性：Ｇ１．０〜Ｇ１．５とい
う結果が得られ、現像性とキャリア付着のいずれも改善
された。

【００４０】このデューティー比の可変設定と共に行う
コントラストＶ_C 及びコントラストＶ_D の可変設定も、
画像情報等に基づいて行えばよい。

【００４１】なお、本発明においては、その各構成事項
は前記した例に限定されるものではなく、その要旨を変
更しない範囲内で種々変更することが可能である。

【００４２】例えば、画像の種類については、前記した
線画像とべた画像という分類の仕方に限られず、網点画
像等の他の種類をさらに加えてさらに細分類したり、種
類の異なる画像が複数存在する複合画像の場合には各画
像の種類に優先順位を設定して分類するようにしてもよ
い。

【００４３】また、連続した画像形成を行う場合におけ
るデューティー比については、その画像形成時における
記録用紙と記録用紙の間、いわゆるインターギャップに
相当する時間帯は、デューティー比を現像時間帯に比し
て相対的に大きい値に可変設定することが好ましい。こ
のようにすることにより、現像に直接関与しない時間帯
におけるキャリア付着を極小化することが可能となる。

【００４４】さらに、デューティー比については、キャ
リア付着と強い相関があり、そのキャリア付着の発生状
態が特にデューティー比０．５付近を境にして大きく変
化する傾向にあるため、粒状性を重要視しない線画像等
であって形成頻度が高い画像の場合には、少なくとも
０．５以上の範囲内で設定することが好ましい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の画像形成
装置は、前記したように現像バイアス電圧のデューティ
ー比を画像の種類に応じた適切な値に可変設定するよう
にしているので、画像形成速度が高速化しても、像担持
体へのキャリア付着を確実に防止することができると同
時に画像の種類に応じた最適な高画質を現出することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の画像形成装置の一例を示す概念図で
ある。

【図２】 現像バイアスの振動電圧の設定例を示す波形
図であり、（ａ）は線画像の場合の例を示し、（ｂ）は
べた画像の場合の例を示す。

【図３】 デューティー比を固定（Ｄ＝０．５）して画
像形成を行った場合（従来技術に相当する）における画
像形成特性（４項目）を示すもので、（ａ）は現像性に
関する測定結果を示し、（ｂ）はキャリア付着、かぶり
及び粒状性に関する測定結果を示す図である。

【図４】 デューティー比と画像形成特性（４項目）の
関係を示す図である。

【図５】 プロセススピードを変えた場合におけるデュ
ーティー比とキャリア付着の関係を示す図である。

【図６】 デューティー比の好ましい設定例におけるデ
ューティー比と画像形成特性（４項目）の関係を示す図
である。

【図７】 デューティー比について説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１…像担持体、２…二成分現像装置、３…二成分現像
剤、４…現像バイアス電源装置、２３…現像剤担持部
材、４０…パルス幅制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一様に帯電される表面に像露光により静
   電潜像が形成される像担持体と、この像担持体に対向し
   て設置される現像剤担持部材に直流電圧を重畳した交流
   電圧からなる現像バイアス電圧を印加して像担持体上の
   静電潜像を二成分現像剤により現像する二成分現像装置
   とを備えた画像形成装置において、 上記現像バイアス電圧のデューティー比を、形成すべき
   画像の種類に応じて可変設定することを特徴とする画像
   形成装置。
2. 【請求項２】 前記現像バイアス電圧のデューティー比
   を可変設定することに連動させて、帯電電位と現像バイ
   アス電圧のコントラスト及び露光部電位と現像バイアス
   電圧のコントラストの少なくとも１つを可変設定する請
   求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記二成分現像装置は１つの現像剤担持
   部材を有し、かつ、前記像担持体は移動速度が２００ｍ
   ｍ／ｓｅｃ以上に設定されている請求項１記載の画像形
   成装置。