JPH10319690A

JPH10319690A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH10319690A
Application number: JP9133281A
Authority: JP
Inventors: Koichi Eto; 浩一衛藤
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】画像形成装置において露光手段から照射され
る光線の拡散の影響をも考慮して階調特性を向上するこ
と。【解決手段】現像装置（４）の現像ローラ（４ｃ）に
印加する現像バイアス値（Ｖ_B）を、像担持体（１）の
非画像部における表面電位である非画像部電位（Ｖ₀）
の約１／２に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、ファクシミリ等に使用される接触現像方式の画像形
成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の画像形成装置では、均一に帯電
させた像担持体表面に光線を照射し、露光により電位を
減衰させた画像部と、電位を減衰させない非画像部から
なる静電潜像を形成した後、像担持体表面に接触し、か
つ、像担持体表面と同極性の現像バイアスが印加される
現像スリーブにより、上記画像部に像担持体の帯電極性
と同極性の現像剤を反転現像して静電潜像を顕像化す
る。

【０００３】従来より、この画像形成装置において、階
調特性（γ特性）を向上するための種々の試みがなされ
ている。例えば、特開平５−８０６４８号公報には、上
記現像バイアスの値（現像バイアス値）Ｖ_Bと像担持体
表面の電位Ｖ₀との差の絶対値（｜Ｖ₀−Ｖ_B｜）が小さ
いと非画像部へ現像剤の付着が生じやすいことに着目
し、この絶対値を３００Ｖ以下に設定することにより階
調特性の向上を図ることが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、階調特性は、
上記現像バイアス値と像担持体表面の電位差の他、上記
露光手段から照射される光線が拡散することによる影響
を受ける。上記のように露光手段からの光線で静電潜像
を形成する場合、主走査方向（光線を走査する方向）の
線は、光線を連続発光することにより形成できるが、副
走査方向（光線を走査する方向と垂直な方向）の線は、
ドット毎のつながりにより形成される。そのため、上記
光線の径（ビーム径）が１ドットの大きさよりも小さい
と副走査方向に連続した線を形成することができず、ド
ット毎に途切れた線となってしまう。そのため、ビーム
径は１ドットの寸法よりも大きく設定されている。上記
光線は一般に断面が円形であるが、その光量はガウス分
布を有するため、ビーム径は半値幅、あるいは１／ｅ²
幅で表現される。例えば、印字密度が４００ｄｐｉであ
ると１ドットは一辺６３．５μｍの正方形であるが、こ
の場合のビーム径は半減値で６０μｍ程度、１／ｅ²幅
で１００μｍ程度に設定する必要がある。

【０００５】図８（Ａ），（Ｂ）は、露光と非露光が１
ドット毎に交互に配置されるように露光手段を発光させ
た場合の光量分布を示している。上記のようにビーム径
は１ドットの寸法よりも大きく設定しているため、露光
されるドット（露光ドット）に挟まれた非露光のドット
（非露光ドット）にも光線が照射される。そして、図８
（Ａ）に示すように光線の光量が小であれば、非露光ド
ットにおける光量は、現像スリーブから現像剤が付着す
る電位（現像閾値）まで非露光ドットの電位を低下させ
ないが、図８（Ｂ）に示すように光線の光量が大であれ
ば、非露光ドットにおける光量は現像閾値を越える電位
まで非露光ドットの電位を低下させてしまう。そのた
め、光線の光量が大であれば、中間調から高濃度域にか
けて非露光のドット、すなわち本来は用紙の色をそのま
ま残すドット（白ドット）がつぶれてしまい、いわゆる
地肌かぶりが発生して階調特性が不良となる。特に、２
値誤差拡散方式のように黒ドットを散在させるようなパ
ターンにより階調表現を行う場合には、上記ドットのつ
ぶれによる階調特性が顕著に不良となる。

【０００６】本発明は、上記従来の画像形成装置におけ
る問題を解決するためになされたものであり、上記現像
バイアス値と像担持体表面の電位差に加えて、上記露光
手段から照射される光線の拡散の影響をも考慮して階調
特性の向上を図ることを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の第１の発明は、像担持体と、像担持体表面を
均一に帯電させる帯電装置と、帯電された像担持体表面
に光線を照射し、露光により電位を減衰させた画像部
と、非露光の非画像部からなる静電潜像を形成する露光
手段と、像担持体表面に接触し、かつ、像担持体表面と
同極性の現像バイアスが印加される現像スリーブを備
え、この現像スリーブにより像担持体表面の露光手段に
より光が照射された部分に、像担持体の帯電極性と同極
性の現像剤を反転現像する現像手段とを備える画像形成
装置であって、上記現像手段の現像スリーブに印加する
現像バイアス値を、像担持体の非画像部における表面電
位の約１／２に設定することを特徴としている。

【０００８】また、本願の第２の発明は、像担持体と、
像担持体表面を均一に帯電させる帯電装置と、帯電され
た像担持体表面に光線を照射し、露光により電位を減衰
させた画像部と、非露光の非画像部からなる静電潜像を
形成する露光手段と、像担持体表面に接触し、かつ、像
担持体表面と同極性の現像バイアスが印加される現像ス
リーブを備え、この現像スリーブにより像担持体表面の
露光手段により光が照射された部分に、像担持体の帯電
極性と同極性の現像剤を反転現像する現像手段とを備え
る画像形成装置であって、上記像担持体の非画像部にお
ける表面電位値Ｖ₀と、上記現像手段の現像スリーブに
印加する現像バイアス値Ｖ_Bが下記の関係を満たすこと
を特徴としている。

【０００９】

【数２】

【００１０】

【発明の効果】第１及び第２の発明に係る画像形成装置
では、非画像部の表面電位を、現像スリーブから現像剤
が付着する現像閾値よりも高く設定しつつ、所望の画像
濃度に対応する現像電位を実現するために、像担持体の
画像部の電位を低下させるのに必要な光量を小さく設定
できる。そのため、露光されたドットの周囲のドットに
対して露光手段からの光線の拡散による影響を小さくす
ることができる。そのため、いわゆる地肌汚れや、白ド
ットのつぶれが発生せず、階調特性が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明が適用さ
れる画像形成装置の一例を示している。図１において、
１は外周面に有機光導電材料（ＯＰＣ）の薄膜層を形成
してなる像担持体であり、この像担持体１は図示しない
モータにより矢印Ａ方向に回転する。

【００１２】像担持体１の周囲には、その回転方向に沿
って帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５
及びクリーニング装置６が順に配置されている。また、
上記像担持体１の下方には、給紙装置７が設けてある。
この給紙装置７は、用紙Ｐを収容した給紙カセット７ａ
と、給紙カセット７ａ内の用紙Ｐを１枚毎に給紙する給
紙ローラ７ｂと、用紙Ｐを給紙ローラ７ｂまで押し上げ
る押上板７ｃとを備えている。さらに、上記給紙装置７
からガイド８に沿って像担持体１と転写装置５に挟まれ
た転写領域に到る通紙路が形成されている。給紙装置７
から供給された用紙Ｐはタイミングローラ９によって、
像担持体１の表面の現像剤像と位置合わせを行いながら
転写領域に送られ、さらに、定着装置１１を介して排紙
トレイ１２に排出されるようになっている。

【００１３】上記帯電装置２は、図示しない高圧電源に
接続された帯電ブラシ２ａを備え、図３（Ａ）に示すよ
うに、像担持体１の表面を６００Ｖ〜１０００Ｖ程度の
所定の電位Ｖ₀に均一に帯電させる。なお、帯電装置２
は、導電性ローラを備えるものや、ワイヤや針電極から
のコロナ放電を利用する帯電チャージャであってもよ
い。

【００１４】露光装置３は、レーザ光学系により構成さ
れ、上記帯電装置２により帯電された像担持体１の表面
に光線を照射して静電潜像を形成する。上記像担持体１
表面の光線が照射された部分では、図３（Ｂ）に示すよ
うに、上記帯電装置２により帯電された電位Ｖ₀から電
位Ｖ_iに減衰して画像部が形成される。以下、電位Ｖ_iを
画像部電位Ｖ_iという。一方、像担持体１表面の光線が
照射されない部分は、図３（Ｂ）に示すように、電位Ｖ
₀のまま維持される非画像部となる。以下、非画像部の
電位Ｖ₀を非画像部電位Ｖ₀という。なお、露光装置３
は、ＬＥＤヘッドを使用したものや、液晶やＰＬＺＴ等
を用いたシャッタ手段等で構成されたものであってもよ
い。

【００１５】現像装置４は、図２に示すように、その内
部に一成分系現像剤１３を収容し、像担持体１との対向
側に開口部４ａを備える現像ハウジング４ｂと、現像ハ
ウジング４ｂの開口部４ａに設けられ、弾性を有する導
電性材料により構成された無端状の現像スリーブ４ｃ
と、現像スリーブ４ｃに高電圧を印加する高電圧源４ｄ
と、現像スリーブ４ｃと現像剤層を介して接触する弾性
部材からなる規制ブレード４ｅと、現像ハウジング４ｂ
内に収容された一成分系現像剤１３の現像剤搬送手段４
ｆとを備えている。なお、上記一成分系現像剤１３は、
ポリエステル系あるいはアクリル系の樹脂を主成分と
し、樹脂中にカーボン、帯電制御材、ワックス等を分散
させたものにシリカ等の流動剤によって表面処理を施し
たものである。

【００１６】現像ハウジング４内の一成分系現像剤１３
は、現像剤搬送手段４ｆが矢印Ｂ方向に回転することに
より、開口部４ａ側へ搬送され、現像スリーブ４ｃ上に
供給される。現像スリーブ４ｃは矢印Ｃに方向に回転し
ているが、現像スリーブ４ｃ上の一成分系現像剤１３の
一部は規制ブレード４ｅを通過し、その際に摩擦帯電に
よって上記像担持体１の表面と同極性に帯電する。その
結果、現像スリーブ４ｃの表面に一成分系現像剤１３の
荷電薄層が形成される。なお、現像スリーブ４ｃ上の残
余の一成分系現像剤１３は、規制ブレード４ｅに捕捉さ
れて現像ハウジング４ｂ内に戻される。上記一成分系現
像剤１３の荷電薄層は、現像スリーブ４ｃの回転により
像担持体１と表面と対向する現像領域まで搬送される。
そのため、現像領域では、一成分系現像剤１３の荷電薄
層を介して像担持体１の表面と現像スリーブ４ｃが接触
している。

【００１７】現像スリーブ４ｃには、上記高電圧源４ｄ
により像担持体１表面と同極性の現像バイアスが印加さ
れる。この現像バイアスの電圧値（現像バイアス値
Ｖ_B）は図３（Ｃ）に示すように、上記非画像部電位Ｖ₀
と画像部電位Ｖ_iの間の値である。そのため、像担持体
１表面の画像部では、現像スリーブ４ｃ上の一成分系現
像剤１３を像担持体１に付着させる方向の電界（現像電
界）が発生する。この現像電界の強さ（現像電位Ｖ_p）
は、上記画像部電位Ｖ₀と現像バイアス値Ｖ_Bの差の絶対
値（｜Ｖ_B−Ｖ_i｜）で表される。一方、像担持体１表面
の非画像部では、一成分系現像剤１３を像担持体１表面
から現像スリーブ４ｃに向かわせる電界が発生する。

【００１８】転写装置５は、導電性ローラ５ａを備え、
用紙Ｐを介して像担持体１の表面に接触させた導電性ロ
ーラ５に現像剤像と逆極性の転写電荷を印加することに
より、現像剤像を用紙Ｐに転写する。なお、転写装置５
は、導電性のワイヤや針電極に高圧電荷を印加し、コロ
ナ放電により転写を行うものでもよい。

【００１９】清掃装置６は、弾性を有するゴム部材から
なるクリーナブレード６ａを備えている。クリーナブレ
ード６ａは、現像剤像を用紙Ｐに転写した後も像担持体
１の表面に残留する一成分系現像剤１３を回収する。な
お、清掃装置６は、ブラシ等により一成分系現像剤１３
を回収するものでもよい。また、清掃装置６よりも像担
持体１の回転方向下流側に、イレーサランプ、コロトロ
ンチャージャ等により像担持体表面の電荷を除去する電
荷除去装置を設けてもよい。

【００２０】本発明者は、現像バイアス値Ｖ_Bと像担持
体１の非画像部電位Ｖ₀の差に加えて、露光装置３から
照射される光線の拡散の影響をも考慮して、階調特性に
ついて種々の実験・研究を行った。その結果、上記現像
バイアス値Ｖ_Bを、像担持体１の非画像部電位Ｖ₀に対し
て約１／２に設定することにより良好な階調特性が得ら
れることを見いだした。以下、その理由を説明する。

【００２１】なお、上記図１に示す画像形成装置では、
光線の光量と画像部電位Ｖ_iには図４に示す関係があ
る。また、現像電位（Ｖ_P＝｜Ｖ_B−Ｖ_i｜）と現像量
（像担持体１上に現像される一成分系現像剤１３の単位
面積当たりの付着量）には図５に示す関係である。さら
に、現像量と画像濃度には図６に示す関係がある。

【００２２】上記現像バイアスＶ_Bは、第１に所望の画
像濃度が得られるように設定する必要があり、第２に非
露光部に像担持体１の表面電位の変動や帯電むら等によ
る現像が起こらないように設定する必要がある。

【００２３】まず、第１の条件については、画像濃度の
最大値、すなわち黒ベタの場合の画像濃度を１．４以上
とするためには、図６より現像量が０．８ｍｇ／ｃｍ²
以上である必要がある。また、０．８ｍｇ／ｃｍ²以上
の現像量を得るには図５より現像電位Ｖ_Pを１５０Ｖ以
上に設定する必要がある。すなわち、現像剤Ｖ_Pは以下
の式（１）を満たす必要がある。

【００２４】

【数３】

【００２５】なお、図５に示すように、図１の装置で
は、現像電位が０Ｖの場合でも現像量は０とならない
が、これは現像スリーブ４ｃ表面に形成された一成分系
現像剤１３の荷電薄層が有する自己バイアスとして作用
するためである。現像量が０ｍｇ／ｃｍ²となるのは、
現像電位が−１００Ｖ程度の場合である。

【００２６】次に、第２の条件については、現像バイア
ス値Ｖ_Bと非画像部電位Ｖ₀の差が小さいと、像担持体１
の表面電位の変動や帯電むら等による現像を起こる可能
性がある。よって、現像バイアス値Ｖ_Bは非画像部電位
Ｖ₀よりも２００Ｖ程度低い値に設定することが好まし
い。すなわち、

【００２７】

【数４】

【００２８】次に、上記したように露光装置３から照射
される光線は拡散し、かつ、ビーム径は１ドットの寸法
よりも大きく設定されるため、光量が大きいほど非露光
のドットまで現像されやすく、階調特性が不良となる。
また、上記したように帯電装置２により電位Ｖ₀に帯電
されている像担持体１表面を露光装置３からの光線によ
り減衰させることにより画像部が形成されるが、図４に
示すように、画像部電位Ｖ_iは光量が増加するのに伴っ
て、対数的に減少する。よって、非画像部電位Ｖ₀と画
像部電位Ｖ_iの差が大であるほど、露光装置３から照射
される光線の光量を大きく設定する必要があり、ドット
のつぶれ等が生じやすくなる。このように露光装置３か
ら照射される光線の拡散の影響を考慮すると、非画像部
電位Ｖ₀と画像部電位Ｖ_iの差はできる限り小さいことが
好ましい。

【００２９】しかし、上記光量を少なくするために、非
画像部電位Ｖ₀と現像バイアス値Ｖ_Bを上記した表面電位
の変動や帯電むら等による現像が発生しない程度（式
（２）の条件を満たす程度）にできる限り小さくした場
合、図４で示す光量の変化に対する表面電位の変化が大
である領域（光減衰特性が立った領域）で、露光装置３
からの光線の光量を制御する必要が生じ、光量制御が困
難となる。従って、この点からは上記非画像部電位Ｖ₀
と画像部電位Ｖ_iの差はあまり小さく設定することがで
きない。

【００３０】以上、式（１），（２）の条件及び非画像
部電位Ｖ₀と画像部電位Ｖ_iの差は、露光装置３から照射
される光線の光量を好適に制御できる程度に小さいこと
が好ましいことから、現像バイアス値Ｖ_Bは、像担持体
１の非画像部電位Ｖ₀の約１／２に設定することが好ま
しい。なお、この条件を満足すれば、非画像部電位Ｖ₀
と現像バイアス値Ｖ_Bは任意の値に設定することが可能
であるが、像担持体１の耐久使用に伴う感光層の膜削れ
による絶縁耐性低下を考慮すると、非画像部電位Ｖ₀は
約１０００Ｖ以内に設定することが好ましい。

【００３１】また、本発明者は、上記現像バイアス値Ｖ
_Bが像担持体１の非画像部電位Ｖ₀にの約１／２という設
定から、若干ずれた場合でも良好な階調特性を得られる
ことを見いだした。具体的には、まず、上記式（２）に
示すように、現像バイアス値Ｖ_Bは非画像部電位Ｖ₀より
も２００Ｖ程度低いことが好ましいが、この差は１００
Ｖ程度であっても、表面電位の変動や帯電むら等による
現像を防止できる。また、この現像バイアス値Ｖ_Bは非
画像部電位Ｖ₀の差が現像バイアスＶ_Bの２倍未満であれ
ば実用上支障のない階調特性が得られる。

【００３２】すなわち、上記像担持体１非画像部の表面
電位値Ｖ₀と、現像バイアス値Ｖ_Bが下記の式（３）の関
係を満たす場合にも良好な階調特性が得られる。

【００３３】

【数５】

【００３４】下記の表１において、上記実験例１から実
験例３は上記本発明の条件を満たすように、非画像部電
位Ｖ₀、画像部電位Ｖ_i及び現像バイアス値Ｖ_Bを設定し
たものである。このうち実験例１及び実験例２は、現像
バイアス値Ｖ_Bを非画像部電位Ｖ₀に対して約１／２に設
定した例である。また、実験例２及び実験例３は、上記
式（３）の関係を満たすものである。なお、比較例は非
画像部電位Ｖ₀と現像バイアスＶ_Bの差を、６００Ｖと大
きく設定したものであり、上記本発明の２つの条件をい
ずれも満たしていな。

【００３５】

【表１】

【００３６】上記実験例１から実験例３及び比較例につ
いて、システム速度を９５（ｍｍ／ｓｅｃ）、印字密度
を４００ｄｐｉ（１ドットは一辺６３．５μｍ）、ビー
ム径を半値幅で約６０μｍ、１／ｅ²幅で１００μｍ、
階調表現を２値誤差拡散方式の６４階調として階調特性
測定用パターンをプリントし、各パターンを反射濃度計
により測定した。その結果、実験例１から実験例３及び
比較例について図７に示すような階調特性が得られた。
なお、図７においてＸは階調特性がリニア（γ＝１）で
ある場合を示している。

【００３７】この図７に示すように、実験例１から実験
例３では、階調特性は全濃度域で上記Ｘで示すリニアな
階調特性に近く良好である。一方、比較例では、特に、
中間調から高濃度域において階調段数の変化に対する画
像濃度の変化が大、すなわち階調特性が立った状態にあ
る。これは実験例１から実験例３では、露光装置３から
照射される光線の光量が少ないため、上記光線の拡散の
影響による地肌汚れや、白ドットつぶれが低減されてい
るのに対して、比較例では実験例１から実験例３と同程
度の画像濃度を得るために必要な光量が大きく、光線の
拡散の影響による地肌汚れ等が発生するからである。例
えば、実験例１では非画像部電位Ｖ₀を８００Ｖ、現像
バイアスＶ_Bを４００Ｖに設定しているため、現像電圧
Ｖ_Pを２００Ｖとするためには、画像部電位Ｖ_iを２００
Ｖまで低下させる必要があり、図４よりこの場合の光量
は約０．５ｍＷでよい。これに対して比較例１では非画
像部電位Ｖ₀を９００Ｖ、現像バイアスＶ_Bを３００Ｖに
設定しているため、現像電圧Ｖ_Pを２００Ｖとするため
には、画像部電位Ｖ_iを１００Ｖまで低下させる必要が
あり、図４よりこの場合の光量は約０．８ｍＷに達す
る。

【００３８】なお、本発明は、上記実施形態のような一
成分現像方式に限定されず、二成分現像方式の画像形成
装置にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置を示す
概略構成図である。

【図２】現像装置を示す概略構成図である。

【図３】（Ａ）は帯電過程による像担持体表面の電位
の変化を示すグラフ、（Ｂ）は露光過程による像担持体
表面の電位の変化を示すグラフ、（Ｃ）は現像過程にお
ける像担持体表面を示すグラフである。

【図４】光量と表面電位の関係を示すグラフである。

【図５】現像電位と現像量の関係を示すグラフであ
る。

【図６】現像量と現像電位の関係を示すグラフであ
る。

【図７】階調段数と画像濃度の関係を示すグラフであ
る。

【図８】（Ａ），（Ｂ）は光線の拡散の影響を説明す
るためのグラフである。

【符号の説明】

１…像担持体、２…帯電装置、３…露光装置、４…現像
装置、４ａ…現像スリーブ、５…転写装置、６…清掃装
置、１２…定着装置、Ｖ₀…非画像部電位、Ｖ_i…画像部
電位、Ｖ_B…現像バイアス値、Ｖ_P…現像電位。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体と、像担持体表面を均一に帯電させる帯電装置と、帯電された像担持体表面に光線を照射し、露光により電
位を減衰させた画像部と、非露光の非画像部からなる静
電潜像を形成する露光手段と、像担持体表面に接触し、かつ、像担持体表面と同極性の
現像バイアスが印加される現像スリーブを備え、この現
像スリーブにより像担持体表面の露光手段により光が照
射された部分に、像担持体の帯電極性と同極性の現像剤
を反転現像する現像手段とを備える画像形成装置であっ
て、上記現像手段の現像スリーブに印加する現像バイアス値
を、像担持体の非画像部における表面電位の約１／２に
設定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】像担持体と、像担持体表面を均一に帯電させる帯電装置と、帯電された像担持体表面に光線を照射し、露光により電
位を減衰させた画像部と、非露光の非画像部からなる静
電潜像を形成する露光手段と、像担持体表面に接触し、かつ、像担持体表面と同極性の
現像バイアスが印加される現像スリーブを備え、この現
像スリーブにより像担持体表面の露光手段により光が照
射された部分に、像担持体の帯電極性と同極性の現像剤
を反転現像する現像手段とを備える画像形成装置であっ
て、上記像担持体の非画像部における表面電位値Ｖ₀と、上
記現像手段の現像スリーブに印加する現像バイアス値Ｖ
_Bが下記の関係を満たすことを特徴とする画像形成装
置。【数１】