JP3595698B2 - 現像濃度調整方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンター等の画像形成装置の現像濃度調整方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真複写機や電子写真プリンター等において、感光体上を画像露光することによって形成された静電像を現像するため、現像部に電界を形成し、現像剤を感光体上の静電像に付着させ現像している。
【０００３】
この電界を形成するため、矩形波交流電圧に直流成分を掛け合わせた、矩形波バイアス電圧が広く用いられている。矩形波はピーク電圧が小さく、大きな電気エネルギーが得られるからである。
【０００４】
このバイアス電圧のうちの飛翔電圧により、現像剤が現像剤担持体から感光体の方向に向かう力を受け、また戻し電圧により現像剤担持体の方向に引き戻されて、この一連の過程によって、現像剤が感光体上の静電像に付着し、現像が行われるのである。
【０００５】
多くの電子写真技術を用いた製品には、使用者が好みの画像を得られるよう、画像濃度調整装置が備わっている。そして、この濃度調整は、現像過程における現像剤の付着量を、バイアス電圧を制御することによって行っている。
【０００６】
これまでに知られているバイアス電圧の制御方法としては、矩形波交流電圧に掛け合わせる直流電圧の大きさを変えて行うものがある。（従来例１）
【０００７】
図７に、この従来例の最大濃度Ｆ１と標準濃度Ｆ５及び最低濃度Ｆ９の矩形波バイアス電圧の電位設定を示す。ここで、Ｖｍａｘが現像促進電位、Ｖｍｉｎが戻し電位、ＶＬが感光体の画像部である明電位、Ｖｄが感光体の非画像部である暗電位を表している。Ｖｐｐはバイアス電圧のピーク間電圧で、常に１５００Ｖである。
【０００８】
この方法は、たとえば高濃度画像を得る時には、飛翔電圧を大きくし、戻し電圧を小さくすることにより、飛翔側の効力を強め、感光体への現像剤の付着量を増やして、高濃度画像を得るものである。
【０００９】
この例では、Ｆ５からＦ１にすると、飛翔電圧は｜Ｖｍａｘ−ＶＬ｜＝９７０Ｖから１０５０Ｖに大きくし、戻し電圧は｜Ｖｍｉｎ−ＶＬ｜＝５３０Ｖから４５０Ｖに小さくすることによって濃度を上げている。一方、低濃度で現像する時には、飛翔電圧は小さくして、戻し電圧を大きくするのである。
【００１０】
しかし従来例１は、飛翔電圧や戻し電圧の大きさを変えることによって濃度を変えているので、飛翔電圧や反転コントラストが大きくなりやすい。
【００１１】
たとえば、高濃度で現像すると、大きな飛翔電圧により画像部のみならず、非画像部にまで現像剤が付着して、いわゆる地カブリが多くなり、また低濃度現像では、この例でいえば、プラスに帯電してしまった現像剤が大きな反転コントラスト（戻し電位と感光体の暗電位との差）を受けて反転カブリが急増するという問題もあった。（図６参照）
【００１２】
たとえば、反転コントラストは、Ｆ１のときには９００Ｖ、Ｆ５のときは９８０Ｖ、Ｆ９のときには１０６０Ｖにもなってしまい、特に低濃度側で反転カブリが大きくなるのである。
【００１３】
この従来例１に対して、バイアス電圧の飛翔電圧や戻し電圧、直流成分の大きさを固定し、戻し電圧の継続時間に対する飛翔電圧の継続時間の比を変化させることにより画像濃度を変える方法がある。
【００１４】
たとえば、濃度を上げる際には、飛翔電圧の継続時間を戻し電圧の継続時間に対して長くすれば、像担持体に付着する現像剤量が増加するので、濃度があがるのである。
【００１５】
従来例２として図８に、この方法による最大濃度Ｆ１と標準濃度Ｆ５及び最低濃度Ｆ９のバイアス電圧の電位設定を示す。この電位設定（Ｖｍａｘ＝−１３００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝２００Ｖ、Ｖｐｐ＝―１５００Ｖ）は、従来例１や実施例と、なるべく同じような条件で比較出来るように決めてある。
【００１６】
ここで、バイアス電圧１周期のうち、飛翔電圧の継続時間の割合を示すデューティー比を下記のように定義する。
【００１７】
【外１】

Ｔａ：バイアス電圧１周期の飛翔電圧継続時間
Ｔｂ：バイアス電圧１周期の戻し電圧継続時間
【００１８】
今回の各Ｆ値のデューティー比は、Ｆ９が、３２．７％、Ｆ５が３８％、Ｆ１が４３．３％である。
【００１９】
従来例２は、電位設定（Ｖｍａｘ＝−１３００Ｖ、Ｖｍｉｎ＝２００Ｖ、Ｖｐｐ＝―１５００Ｖ）が固定されてデューティー比を変えることで濃度調整を行っているので、飛翔電圧や戻し電圧の変化による、地カブリや反転カブリの増加を抑えることが出来る。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１では、飛翔電圧や反転コントラストが大きくなり易く、それが地カブリや反転カブリの問題となることがあった。
【００２１】
それに対して、従来例２は飛翔電圧や戻し電圧が一定であることから、飛翔電圧や反転コントラストが大きくなりすぎることが無いので、従来例１よりも地カブリや反転カブリの少ない画像が得られると期待される。しかしながら、図６の各濃度設定のカブリを見ると、従来例２の低濃度側ではカブリが少ないが、高濃度側においては、まだカブリの増大が見られる。
【００２２】
従来例２は従来例１よりも飛翔電圧が大きいとはいえ、高濃度側の地カブリを十分に抑える決定的な手段とは成り得ていないことが分かる。
【００２３】
この課題を捉え直すため、飛翔電圧と静電像電位との差の大きさと、戻し電圧の継続時間に対する飛翔電圧の継続時間の比の関係を、バイアス電圧の波形を見ながら考えてみる。
【００２４】
バイアス電圧の波形において、飛翔電圧側の面積を、縦が飛翔電圧と静電像電位との差、横が飛翔電圧の継続時間とすると、従来例１のＦ１は縦方向が１０５０Ｖ、横方向が５０％の大きさで、従来例２のＦ１は縦方向が１１５０Ｖ、横方向が４３．３％の大きさで与えられる。感光体へ飛翔する現像剤量は、この面積に比例する。
【００２５】
図６を見ると、この２つの場合の濃度は同じであるのに、カブリは従来例２の方が大きくなっていることから、前記波形の縦方向の大きさと、横方向の大きさの、カブリに対する影響力は、縦方向の方が大きいことが分かる。つまり飛翔電圧側の面積が同じなら、なるべく横広がりとなるような電位構成、言い変えれば、飛翔電圧と静電像電位との差を抑え、飛翔電圧の継続時間を長くする方が、同じ濃度でも、カブリの抑制に効果的であるといえる。
【００２６】
現像濃度を上げる際、従来例１の場合は、縦方向の飛翔電圧と静電像電位との差を大きくすることによって、また従来例２の場合は、横方向の飛翔電圧の継続時間を長くすることによって、飛翔電圧側の面積を大きくし、濃度を上げていると考えられる訳だが、前述のように、飛翔電圧と静電像電位との差を抑え、飛翔電圧の継続時間を長くする方が、カブリの抑制に効果的であるので、飛翔電圧側の面積が同じであるならば、従来例１の方法よりも従来例２の方が、カブリを抑えた画像が得られるのである。
【００２７】
しかし、図６にあるように従来例２の高濃度側で、まだカブリが発生することから、現像濃度を上げる際、横方向の飛翔電圧の継続時間を長くするだけではまだ不十分であると言える。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本出願に係る現像濃度調整方法は、
静電像を担持する像担持体と現像部を形成し、現像剤を担持する現像部材に、現像剤に像担持体に向かう力を加える飛翔電圧と現像部材に向かう力を加える戻し電圧間で振動する、実質的に矩形状のバイアス電圧を印加して現像を行う画像形成装置の現像濃度調整方法において、
現像濃度を上げる際、戻し電圧の継続時間に対する飛翔電圧の継続時間の比を増大させ、且つ、飛翔電圧値と静電像電位との差を小さくする事を特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
基本的機械構成の１例として、図１は、１の像担持体としての感光体、２の帯電ローラ、３の現像装置、５のクリーニング装置をコンパクトにまとめてユニットとして構成された、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジと、４の転写装置、９の定着装置等を表している。６ａは感光体に静電像を露光するための窓である。
【００３０】
前記帯電ローラ２によって所定の電位（約−６００Ｖ）に一様に帯電した像担持体１上に、露光手段８ａから発光されたレーザービームＬ１を露光窓６ａを介して照射し、感光体１上に静電像（画像部電位は約−１５０Ｖ）を形成する。現像装置３に像担持体１と対峙して配置されている、多極マグネットローラー３ｃを内包する現像剤担持体である現像スリーブ３ａに電圧（たとえば直流電圧と交流電圧の重畳電圧等）を印加することにより、負に帯電した現像剤を像担持体１上の静電像に付着させている。
【００３１】
静電像に付着した現像剤は、転写ローラー４の回転と同期を取って搬送されてきた転写材に転写される。転写の終わった転写材は、定着手段９へ搬送されて定着を受ける。
【００３２】
図２に、実施例１の最大濃度Ｆ１と標準濃度Ｆ５及び最低濃度Ｆ９のバイアス電圧を示す。なお、デューティー比及びバイアス電圧の時間平均値Ｖｄｃを下記のように表す、
【００３３】
【外２】

Ｔａ：バイアス電圧１周期の飛翔電圧継続時間
Ｔｂ：バイアス電圧１周期の戻し電圧継続時間
【００３４】
【外３】

なお、 ａ：デューティー比（％）
Ｖｍａｘ：飛翔電圧
Ｖｍｉｎ：戻し電圧
を表している。
【００３５】
さらに、Ｖｄは感光体の非画像部である暗電位、ＶＬは感光体の画像部である明電位を表している。本実施例と従来例における各Ｆ値の電位設定を、下の表に示す。ここで、飛翔コントラスト＝｜Ｖｍａｘ−ＶＬ｜、地カブリコントラスト＝｜Ｖｍａｘ―Ｖｄ｜、反転コントラスト＝｜Ｖｍｉｎ−Ｖｄ｜である。
【００３６】
【表１】

【００３７】
前述の従来例との比較のため、Ｆ５における電位設定は従来例２と、Ｆ１は従来例１と同じにして、さらにバイアス電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは全て１５００Ｖで固定している。
【００３８】
本実施例では、低濃度限界Ｆ９から標準濃度Ｆ５、高濃度限界Ｆ１にしていくにつれて、飛翔電圧は１２５０Ｖから１１５０Ｖ、１０５０Ｖと小さくなっているが、デューティー比を２６％から３８％、５０％と大きくすることで濃度を高めている。
【００３９】
このようにして、濃度を上げる際、バイアス電圧の戻し電圧の継続時間に対する飛翔電圧の継続時間の比を増大させ、且つ、飛翔電圧値と静電像電位との差を小さくしているのである。
【００４０】
図６の各濃度設定におけるカブリのグラフを見ると、本実施例では、特に高濃度側で従来例２よりもカブリが少なくなっていることが分かる。
【００４１】
図４に、現像部材と感光体間の現像剤にかかる主な力を示す。帯電している現像部材上の現像剤は、現像部材とドラムの間の電場等の力を受けて、感光体上の静電像上に飛翔する。
【００４２】
帯電している現像剤にとって、通常は電場の力が支配的であるが、最近の現像剤粒子の微粒化に伴い、鏡映力によるの付着力の効果が大きくなってきているため、より高電場が求められるようになっている。その一方、その大きな飛翔電圧は画像部のみならず、非画像部にまで現像剤を付着させ、いわゆる地カブリの原因となる。
【００４３】
本実施例と従来例１のカブリと比べると、低濃度側の実施例１の飛翔電圧は、従来例１に比べて大きくなっているけれども、デューティー比が小さく、現像剤の飛翔量自体が小さいので地カブリの影響は小さい。一方、本実施例の反転コントラスト（戻し電位と感光体の暗電位との差）は小さいので反転カブリが少なく、低濃度になるほど、従来例１よりも反転カブリが少ない。
【００４４】
結果的に地カブリと反転カブリの総和としてのカブリは減少するのである。
【００４５】
次に、具体的な濃度の上げ方を示す。
【００４６】
現像剤担持体から像担持体への現像剤の飛翔する量は、前記バイアス電圧の波形の飛翔電圧側の面積に比例し、像担持体から引き戻される現像剤の量も、戻し電圧側の面積に比例する。そして、戻し電圧側の面積に対する飛翔電圧側の面積の比の大きさに比例して、像担持体の静電像に付着する現像剤の量が決まり、よって濃度が決定される。
【００４７】
より高濃度で現像する時には、この戻し電圧側の面積に対する飛翔電圧側の面積の比を大きくしてやるようにすればよいことになる。
【００４８】
次に、現像濃度の設定方法を示す。
【００４９】
一般的に、濃度を変えると画像のライン幅が変化する。したがって、ライン幅を測定することによって、濃度制御の程度を知ることが出来る。図５に実施例、及び従来例の、６００ｄｐｉ画像におけるＦ値に対する４ｄｏｔライン幅のグラフを示す。これを見るとライン幅は実施例１、従来例１、従来例２ともほぼ同等である。これはいずれの場合であっても、バイアス電圧の時間平均値Ｖｄｃを同じにしていることによって得られた結果であるといえる。
【００５０】
このバイアス電圧の時間平均値Ｖｄｃは、
【００５１】
【外４】

ａ：デューティー比（％）
Ｖｍａｘ：飛翔電圧
Ｖｍｉｎ：戻し電圧
で表せる。
【００５２】
いずれの現像濃度調整方法であれ、飛翔電圧の大小や、飛翔電圧の継続時間等の違いがあっても、画像濃度自体は、バイアス電圧の時間平均値Ｖｄｃによって決まるのである。
【００５３】
したがって、このＶｄｃを決めることで、どれくらいの濃度を得るのかを決めることが出来る。
【００５４】
（実施例２）
本発明は従来例２に比べて、デューティー比の変化量が大きいので、たとえば、可変濃度範囲が大きい場合や、バイアス電圧の周波数が高い時などでは、低濃度側で飛翔電圧の継続時間が短くなりすぎて、現像剤が感光体に付着する前に電場の向きが変わってしまい、十分な現像が出来ない恐れがある。
【００５５】
そこで、これを防止するための実施例２について説明する。
【００５６】
図３に、本実施例の最大濃度Ｆ１と標準濃度Ｆ５及び最低濃度Ｆ９のバイアス電圧を示す。
【００５７】
本実施例では、Ｆ５からＦ１の電位設定は、実施例１と同じであるが、Ｆ５からＦ９までは、デューティー比は３８％で一定にして、その分飛翔電圧を小さくすることにより濃度を下げているのである。これにより、不用意にデューティー比が小さくなりすぎることなく、現像剤の飛翔に必要な時間を確保できることになる。
【００５８】
下に、バイアス電圧の電位設定の一覧を、他の実施例、従来例とともに示す。
【００５９】
【表２】

【００６０】
なお、本実施例のＦ９における反転コントラスト（戻し電位と感光体の暗電位との差）（８８０Ｖ）は、実施例１（７００Ｖ）よりも大きくなるが、従来例１（１０６０Ｖ）に比べると、高濃度側で反転コントラストは大きく抑えられ、反転カブリが少ないので、従来例１の反転カブリに対しては優位性を保っている。
【００６１】
さらに、Ｆ９における飛翔電圧は実施例２においては１０７０Ｖで、実施例１の１２５０Ｖよりも小さくなっている。これは、あまりに飛翔電圧が大きくなると、像担持体と現像部材間の放電現象等が心配されるので、飛翔電圧をあまり大きく出来ないような場合にも効果的である。
【００６２】
本発明は、トナーとキャリアで構成される２成分現像剤を用いた場合でも利用できるが、トナーのみで構成される１成分現像剤を用いた、反転カブリが問題となるような場合などに、特に効果的であると言える。
【００６３】
また、本発明は、像担持体上の低電位部に現像剤を付着させる方式の、いわゆる反転現像方式のみならず、像担持体上の高電位部に現像剤を付着させる、いわゆる正規現像方式にも効果的である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明は、可変濃度範囲に渡ってカブリを抑え、特に高濃度でカブリの少ない画像を得ることが出来る。
【００６５】
更には、低濃度側で、デューティー比が不用意に小さくなることを防止した。これにより、カブリの影響をほとんど増やすことなく、現像剤の飛翔に必要な時間を確保できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に関わる、基本的機械構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の電位設定を説明する図である。
【図３】本発明の実施例２の電位設定を説明する図である。
【図４】現像部材と像担持体間で、現像剤が受ける力を説明するための模式図である。
【図５】従来例と実施例１の、６００ｄｐｉ画質での各Ｆ値に対する４ｄｏｔライン幅を示したグラフである。
【図６】従来例と実施例１の各Ｆ値に対する紙上カブリを示したグラフである。
【図７】従来例１の電位設定を示した図である。
【図８】従来例２の電位設定を示した図である。
【符号の説明】
１ 感光体
２ 帯電ローラー
３ａ 現像スリーブ
３ｂ 現像ブレード
３ｃ マグネットローラー
４ 転写ローラー
５ クリーニング容器
５ａ クリーニングブレード
５ｂ スクイシート
６ａ 露光窓
７ トナー容器
８ａ，８ｂ 露光手段
９ 定着器
１０ 攪拌部材
１１ 現像バイアス電源
Ｐ 記録媒体

Claims (5)

1. 静電像を担持する像担持体と現像部を形成し、現像剤を担持する現像部材に、現像剤に像担持体に向かう力を加える飛翔電圧と現像部材に向かう力を加える戻し電圧間で振動する、実質的に矩形状のバイアス電圧を印加して現像を行う画像形成装置の現像濃度調整方法において、
   現像濃度を上げる際、戻し電圧の継続時間に対する飛翔電圧の継続時間の比を増大させ、且つ、飛翔電圧値と静電像電位との差を小さくする事を特徴とする現像濃度調整方法。
2. 前記画像形成装置において現像濃度を上げる際、前記バイアス電圧の波形の飛翔側部分の面積の面積を大きくするようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の現像濃度調整方法。
3. 最大濃度と中間濃度の間の所定の濃度よりも現像濃度を高くする際には、前記バイアス電圧の、戻し電圧の継続時間に対する飛翔電圧の継続時間の比を増大させ、且つ、飛翔電圧値と静電像電位との差を小さくし、
   その所定の濃度よりも現像濃度を低くする時は、戻し電圧の継続時間に対する飛翔電圧の継続時間の比を一定に維持しつつ、飛翔電圧値と静電像電位との差を小さくする、請求項１又は２に記載の現像濃度調整方法。
4. 前記現像装置が像担持体上の静電像の低電位部に、現像剤を付着させることを特徴とする、請求項１から３いずれかに記載の現像濃度調整方法。
5. 前記現像剤は、１成分現像剤であることを特徴とする、請求項１から４いずれかに記載の現像濃度調整方法。

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