JP3815066B2

JP3815066B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3815066B2
Application number: JP20499198A
Authority: JP
Inventors: 広晃三保
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: JP2000035709A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上の静電潜像を現像して可視画像を形成する現像装置及びこの現像装置を備えて画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ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、現像剤担持体の表面に現像剤を担持して、この現像剤を静電潜像を担持した像担持体と対向した現像領域に搬送し、現像剤担持体に直流電圧に交流電圧を連続的に重畳して印加しながら、静電潜像を現像して可視画像を形成する画像形成装置が知られている。
【０００３】
また、静電潜像を現像する際に、現像剤担持体に担持させた現像剤層を像担持体に摺擦して現像する磁気ブラシ現像等の接触現像と、現像領域においてトナー粒子を現像剤担持体から像担持体に向けて空気層中を飛翔させて静電潜像を現像する非接触現像とが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１０は、像担持体と現像剤担持体とが対向する現像領域におけるトナー移動を示す拡大模式図である。
【０００５】
例えば、前述した現像領域において非接触現像をする場合、像担持体上の潜像電位にギャップがあるエッジ部では、対向する現像剤担持体（現像スリーブ）上のエッジ部付近のトナーｔが、高濃度部（電位差大領域）に吸い込まれてしまい、境界部付近のトナー付着量が予想以上に多くなり、画像濃度が高まったりする。また、トナーｔが多く付着する領域も広くなったりした（以下、この現象を「吸い込み」と称す）。
【０００６】
逆に、高濃度部に隣接する低濃度部（電位差小領域）に付着したトナーｔが、図１０の破線のように高濃度部に吸い込まれる結果、低濃度部にトナーｔが付着し難くなり、白く抜けてしまうことがあった（以下、この現象を「白抜け」と称す）。
【０００７】
これらの吸い込みや白抜けの問題は、非接触現像方法で顕著に発生する。
【０００８】
この吸い込み、白抜けの発生メカニズムを、図１０の模式図を用いて更に説明する。
【０００９】
トナーが現像剤担持体（現像スリーブ）から離れ、像担持体（感光体）に付着するまでの空気層では、低濃度部上の領域（空間）から高濃度部上の領域（空間）に電気力線（図示の矢印）が生じている。この電気力線は、図中の等電位線に垂直作用するものである。
【００１０】
通常は、像担持体上の静電潜像に対するトナー付着量は、潜像電位により一義的に定まるとされている。しかしながら実際は、低濃度部に対向した現像剤担持体上のトナーｔがこの電気力線に沿いながら飛翔するので、エッジ部の高濃度部側のトナー付着量が、潜像電位より予想されたトナー付着量より多く、また、エッジ部の低濃度部側のトナー付着量は、潜像電位より予想されたトナー付着量より少なくなってしまうと考えられる。
【００１１】
即ち、現像剤担持体に交流連続波を印加したとき、交流電圧による電界の向きが半周期毎に変わるため、その都度トナーｔの移動する方向が変わるので、トナーｔの移動する方向が変わる点付近でのトナー飛翔速度が減衰し、トナーｔが図１０に示す電気力線に沿いやすく、エッジ部の高濃度部側のトナー付着量が多くなり、吸い込みが発生する。この吸い込みにより、エッジ部の低濃度部側のトナー付着量が減少し、白抜けが発生する。
【００１２】
また、トナーｔが像担持体の低濃度部に飛翔しても、トナーｔが像担持体上でバウンドを繰り返す際に最終的に高濃度部に着床することも吸い込み、白抜けの原因と考えられる。
【００１３】
非接触現像では、現像剤担持体上の現像剤層と像担持体面とを非接触状態に維持するため、現像剤担持体表面と像担持体面との間の距離を、接触現像の場合と比べ、長く設定する必要がある。この距離設定により、電気力線の曲がりが大きくなり、吸い込み、白抜けが目立ってしまった。
【００１４】
また、この吸い込み、白抜けの現象は、非接触現像程は目立たないが、接触現像においても、発生するものである。
【００１５】
この吸い込み、白抜けに対して、交流電圧に直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加している電圧波形において、交流成分を断続的に休止させるブランク部を有し、このブランク部では直流成分のみを印加する波形（ブランクパルス波形）の印加電圧を現像剤担持体に印加することにより解決できることが近年発見されている。
【００１６】
従来の現像バイアス電圧にブランクパルス波形を用いた現像方法の公知例を以下に示す。特開平７−３１１４９７号、特開平８−１６０７２５号、特開平５−３５０６３号、特開昭６０−１３４２６２号、特開昭６０−５３９６８号、特開平７−２９５３７３号、特開平６−３４８１１７号、特開平７−９２７８６号各公報等。
【００１７】
しかし、これらの公知例に示された現像方法では、吸い込み、白抜けに対しては効果がある一方、交流電圧の印加を休止するブランク部において、トナーが現像剤担持体表面から離脱するきっかけを与える交流電圧が印加されないことから、トナーの離脱量が減少し、ブランク部ではない連続波形部に比べ、全体的に現像性（トナー付着性）が低下するという問題があった。
【００１８】
本発明は、上述の吸い込み、白抜けを防止し、かつ、現像性（トナー付着性）の低下を防止する画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、近年では、画質の向上のため、小粒径のトナーが採用されている。しかしながら、小粒径のトナーは前述した電気力線の影響を受けやすい。
【００２０】
そこで、本発明は、トナー粒径が小さい場合に顕著に発生する吸い込み、白抜けを防止することにより、高解像度と高階調性を有する高品位の画像を安定して形成する画像形成装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、像担持体の周囲に少なくとも、該像担持体表面を帯電する帯電装置と、帯電された前記像担持体表面を露光し静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像装置と、該現像装置によって現像された現像像を転写材に転写する転写装置とを有し、前記現像装置は、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に交流電圧の１周期において非点対称な波形であり、かつ断続的に印加されている交流電圧と直流電圧とを重畳した現像バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を有する画像形成装置において、前記バイアス電圧印加手段は、前記交流電圧のＤｕｔｙ比〔Ｔ ₂ ／（Ｔ ₁ ＋Ｔ ₂ ）〕にかかわらず現像バイアス電圧の実効電圧レベルを一定にした状態で、各１周期において前記現像バイアス電圧の波形を、前記交流電圧のピークと前記直流電圧との差の絶対値を前記直流電圧よりも高い側と低い側で異ならせ、印加されている前記直流電圧よりも高い側と低い側が等しい一定の面積となるように、下記の関係式を満たすように前記直流電圧と前記交流電圧を印加することを特徴とするものである。
０．５＜〔Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）〕＜０．９
式中、
Ｔ₁［ｓｅｃ］：印加されている直流電圧に対し、現像剤が現像剤担持体から像担持体へ移動する側に交流電圧を印加する時間
Ｔ₂［ｓｅｃ］：印加されている直流電圧に対し、現像剤が像担持体から現像剤担持体へ移動する側に交流電圧を印加する時間
Ｔ₁＋Ｔ₂：交流電圧の１周期の時間
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明の画像形成装置の一例であるカラープリンタの構成とその作用を図１の断面構成図によって説明する。
【００２３】
このカラープリンタは、像担持体上に順次形成される各色トナー像を重ね合わせたのち、転写部で記録紙上に１回で転写してカラー画像を形成し、その後、分離手段により像担持体面から記録紙を分離する方式のカラー画像形成装置である。
【００２４】
図１において、１は像担持体である感光体ドラム（以下、感光体と称す）で、有機感光体層をドラム基体上に塗布形成したもので、接地されて図示の時計方向に回転する。２は帯電装置（スコロトロン帯電器）で、感光体１の周面に対し高電位の感光体帯電電位Ｖ_Hの一様な帯電を、グリッド電位Ｖ_Gに電位保持されたグリッドとコロナ放電ワイヤによるコロナ放電によって与える。この帯電装置２による帯電に先だって、今までの感光体１の履歴をなくするために、発光ダイオード等を用いた帯電前除電器（ＰＣＬ）８による露光を行って感光体１の周面の除電をしておく。上記の感光体１上の履歴とは、先行した画像形成時の帯電、画像露光で作像した感光体１上に残留した静電潜像パターンをいう。
【００２５】
感光体１への一様帯電ののち、露光装置（像露光手段）３により画像信号に基づいた像露光が行われ、感光体１上の表面に静電潜像が形成される。露光装置３は図示しないレーザーダイオードを発光光源とし回転するポリゴンミラー、ｆθレンズ、シリンドリカルレンズ及び反射ミラーを経て、主走査がなされるもので、感光体１の回転（副走査）によって潜像が形成される。本実施の形態では、トナーを付着させる予定の部分に対して露光を行い、感光体１上の画像部（露光部）の潜像電位Ｖ_Lの絶対電位が、感光体１上の感光体帯電電位Ｖ_Hの絶対電位よりも低電位となる反転潜像を形成する（｜Ｖ_H｜＞｜Ｖ_L｜）。
【００２６】
感光体１の周縁には、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），黒色（Ｋ）等のトナーとキャリアとから成る二成分現像剤をそれぞれ内蔵した複数の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋから成る現像装置４が設けられている。
【００２７】
先ず１色目のイエローの現像が、複数の磁石体から成る磁界発生手段４２を内蔵し現像剤を保持して回転する現像剤担持体（以下、現像スリーブと称す）４１によって行われる。現像剤はマグネタイトをコアとしてそのまわりに絶縁性樹脂をコーティングした粒径３０〜８０μｍのキャリアと、ポリエステルを主材料として色に応じた顔料と荷電制御剤、シリカ、酸化チタン等を加えた粒径４〜１０μｍのトナーとからなるもので、現像剤は後述する現像剤層規制部材４３によって現像スリーブ４１上に１００〜６００μｍの現像剤層厚に規制されて現像領域へと搬送される。
【００２８】
現像領域における現像スリーブ４１と感光体１との間隙は現像剤層厚よりも大きい０．５〜１．０ｍｍとして、この間に交流電圧Ｖ_ACと直流電圧Ｖ_DCが重畳して印加される。直流電圧Ｖ_DCと感光体帯電電位Ｖ_H、トナーの帯電は同極性であるため、交流電圧Ｖ_ACによってキャリアから離脱するきっかけを与えられたトナーは、直流電圧Ｖ_DCより絶対電位の高い感光体帯電電位Ｖ_Hの部分には付着せず、直流電圧Ｖ_DCより絶対電位の低い画像部（露光部）の潜像電位Ｖ_Lの部分に付着し、顕像化（反転現像）が行われる。
【００２９】
１色目の顕像化が終った後、２色目のマゼンタの画像形成行程に入り、再び帯電装置２による一様帯電が行われ、２色目の画像データによる潜像が露光装置３によって形成される。このとき１色目の画像形成行程で行われたＰＣＬ８による除電は、１色目の画像部に付着したトナーがまわりの電位の急激な低下により飛び散るため行わない。
【００３０】
再び感光体１周面の全面に亘って帯電電位Ｖ_Hに帯電された感光面のうち、１色目の画像のない部分に対しては１色目と同様の潜像がつくられ現像が行われるが、１色目の画像がある部分に対し再び現像を行う部分では、１色目の付着したトナーによる遮光とトナー自身のもつ電荷の影響によって、１色目の露光部の潜像電位Ｖ_Lよりも若干高い電位Ｖ_Mの潜像が形成され、直流バイアス電圧Ｖ_DCと電位Ｖ_Mの電位差に応じた現像が行われる。
【００３１】
３色目のシアン、４色目の黒色についても２色目のマゼンタと同様の画像形成行程が行われ、感光体１周面上には４色のカラートナー像が形成される。
【００３２】
前記現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋには、トナーカートリッジ５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）から新規の各色トナーが補給される。
【００３３】
一方、給紙カセット２０より半月ローラ２１を介して搬出された一枚の記録媒体（転写紙等）Ｐは、中間給紙ローラ対２２Ａ，２２Ｂを経て、レジストセンサ（図示せず）位置近傍で一旦停止し、転写のタイミングの整った時点で、給紙部のレジストローラ対２３の回転動作により転写域へと給紙される。
【００３４】
転写域においては、転写のタイミングに同期して感光体１の周面に形成されたトナー像を記録媒体Ｐに転写するための電圧を印加する転写ローラ等の転写装置６が感光体１に圧接され、給紙された記録媒体Ｐを挟着して４色のカラートナー像が記録媒体Ｐに一括して転写される。
【００３５】
次いで、記録媒体Ｐは、鋸歯電極７によって除電され、感光体１の周面より分離して、定着装置２４に搬送され、熱ローラ（上ローラ）２４１と圧着ローラ（下ローラ）２４２の加熱、加圧によって転写されたトナーを溶着されたのち、排紙ローラ対２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを経て装置外部の排紙トレイ２６上に排出される。なお、転写装置６は記録媒体Ｐの通過後、感光体１の周面より退避離間して、次なるトナー像の形成に備える。
【００３６】
一方、記録媒体Ｐを分離した感光体１は、クリーニング装置９のブレード９１の圧接により残留トナーを除去・清掃され、再びＰＣＬ８による除電とスコロトロン帯電器２による帯電を受けて次なる画像形成のプロセスに入る。なお、ブレード９１は感光体１面のクリーニング後、直ちに移動して感光体１の周面より退避する。ブレード９１によってクリーニング装置９内に掻き落された廃棄トナーは、スクリュー９２により排出されたのち、図示しない廃トナー回収容器内へ貯留される。
【００３７】
図２は本発明による複数組の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋから成る現像装置４の断面図である。これらの現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、各現像スリーブ４１Ｙ，４１Ｍ，４１Ｃ，４１Ｋが前記感光体１の感光面に対向して、上下方向に平行配置されている。
【００３８】
これら複数組の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、ほぼ同一構造をなすから、以下、現像器４Ｙを代表して説明する。
【００３９】
図３は現像器４Ｙの断面図である。
【００４０】
図において、４０はトナーとキャリアとから成る二成分現像剤を収容する現像剤収容部、４１は現像剤を担持して搬送する現像剤担持体（以下、現像スリーブと称す）、４２は現像スリーブ４１の内部に複数の固定磁石体を配置した磁界発生手段（以下、マグネットロールと称す）、４３は現像スリーブ４１上の現像剤層厚を所定量に規制する磁性の丸棒から成る現像剤層規制部材（現像剤の穂立ちを規制する部材）である。４４は現像後の現像スリーブ４１上に付着した現像剤を除去するスクレーパ、４５はスクレーパ４４により現像スリーブ４１の周面上から除去された現像剤を現像剤攪拌部に搬送するパドルホイール形状の現像剤搬送ローラ、４６は現像スリーブ４１に現像剤を現像剤攪拌部分から補給するパドルホイール形状の現像剤供給ローラ、４７Ａ，４７Ｂは現像剤攪拌部の現像剤を攪拌する現像剤攪拌スクリューである。図示の矢印は各ローラの回転方向を示す。なお、現像スリーブ４１に圧接するスクレーパ４４の代わりに、現像剤除去手段として、現像スリーブ４１の外周に接触せず近接して磁石を配置してもよい。
【００４１】
現像スリーブ４１内には、複数個のＮ極、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３と、複数個のＳ極、Ｓ１，Ｓ２が交互に配置されたマグネットロール４２が固設されている（５極配置）。これらの複数個の磁極のうち、互いに隣接して配置された２つの磁極Ｎ２と磁極Ｎ３は同極性であり、この隣接する同極性の磁極Ｎ２，Ｎ３により反発磁界が形成され、現像スリーブ４１上の現像剤を除去する。磁極Ｓ１は現像剤層規制部材４３に対向する。スクレーパ４４の先端部は、同極性の磁極Ｎ２とＮ３との中間の現像スリーブ４１の周面に圧接する。
【００４２】
現像スリーブ４１の外径は、φ８ｍｍ以上、φ６０ｍｍ以下が望ましい。外径が、φ８ｍｍ以上であると、画像形成に必要な少なくとも５極の磁極を有するマグネットロール４２を形成することが容易である。
【００４３】
また、現像スリーブ４１の外径がφ６０ｍｍ以下であると、現像装置が小型化し易い。特に、複数組の現像装置（現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ）を有するカラープリンタ（図１参照）においては、現像装置４が小型化すると、感光体１の外径を小さくできるから、記録媒体Ｐへの転写、除電後に、記録媒体Ｐを感光体１の周面から曲率分離することが可能になる。更に、現像装置４と感光体１の小型化により画像形成装置がコンパクトに構成できる。
【００４４】
現像剤層規制部材４３は、磁性ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の磁性部材から成る丸棒により形成されている。
【００４５】
現像剤攪拌スクリュー４７Ａと現像剤攪拌スクリュー４７Ｂとは、現像器ハウジング（現像剤収容部）４０の底部から直立した仕切り壁４０ａを挟んで両側に形成された第１の攪拌室４０ｂ及び第２の攪拌室４０ｃ内にそれぞれ平行に配置され、互いに逆方向に回転する。第１の攪拌室４０ｂ及び第２の攪拌室４０ｃの上部は、蓋体４０Ａにより閉蓋されている。
【００４６】
トナーカートリッジ５から補給されたトナーは、蓋体４０Ａに穿設されたトナー補給口部（図示せず）から現像器ハウジング４０の第１の攪拌室４０ｂ内に投入、補給された後、第１の攪拌室４０ｂ及び第２の攪拌室４０ｃ内において、現像剤攪拌スクリュー４７Ａ，４７Ｂにより現像剤と混合、攪拌されて、現像剤供給ローラ４６により現像スリーブ４１に供給される。マグネットロール４２を内蔵する回転可能な現像スリーブ４１上に供給された現像剤は、現像剤層規制部材４３により現像剤層厚が規制され、感光体１に対向する現像領域に搬送され、非接触現像が行われる。
【００４７】
図３において、４８は、ＡＣ電源Ｅ１、ＤＣ電源Ｅ２等から成るバイアス電圧印加手段、４９は波形制御回路である。波形制御回路４９は、後述の交流電圧波形の休止部（ブランク部）時間Ｔ_B、パルス部時間Ｔ_P、パルス部と休止部の時間比（Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B））、パルス振幅、パルス周波数（ｆ）等を制御する。
【００４８】
図４は、ブランクパルスの波形を示す図である。ブランクパルスの波形とは、交流電圧に直流電圧を重畳したバイアス電圧を印加している電圧波形において、交流成分を断続的に休止させるブランク部を有し、このブランク部では直流成分のみを印加する波形のことである。
【００４９】
前記の発明が解決しようとする課題において、図１０を用いトナーの挙動による吸い込み、白抜けを説明したが、ここで連続波とブランクパルスとの違いによるトナーの挙動を説明する。
【００５０】
図４において、実線及び破線で示す連続波を現像スリーブに印加した場合、交流電圧の半周期毎に電界の向きが変わるため、その都度トナーｔの移動する方向が変わるので、トナーｔの移動する方向が変わる点付近でのトナー飛翔速度が減衰し、トナーｔが図１０に示す電気力線に沿いやすく、エッジ部の高濃度部側のトナー付着量が多くなり、吸い込みが発生する。この吸い込みにより、エッジ部の低濃度部側のトナー付着量が減少し、白抜けが発生する。
【００５１】
また、連続波であると像担持体上でトナーｔが頻繁にバウンドするので白抜けが更に発生しやすい。
【００５２】
図４において実線で示すブランクパルスを現像スリーブに印加した場合は、連続波と比較してブランク部におけるトナーｔの移動する方向の変化がなく、トナー飛翔速度の減衰が少ない。
【００５３】
その結果、ブランク部においては曲がった電気力線に沿いにくく低濃度部にもトナーｔが付着しやすくなり、吸い込みを防止できる。また、ブランク部においては像担持体上でトナーｔのバウンドも抑えられるので白抜けも防止できる。
【００５４】
この吸い込み、白抜けはトナー粒径が小さい１０μｍ以下の場合、顕著に発生し、このようなトナー粒径を使用した画像形成装置において、ブランクパルスを現像スリーブに印加すれば非常に効果的であることを本発明者は発見した。
【００５５】
トナー径が大きい（例えば、粒径１５μｍ）場合には、現像領域内でトナーが潜像に付着することにより、画像部の潜像電位が飽和しやすい。潜像電位が飽和すると、それ以上にトナーが付着しないために、潜像電位の大きい高濃度部の領域内部とエッジ部とでトナー付着量の差がなくなるため、吸い込みが起こりにくくなる。また、潜像電位の小さい低濃度部の領域部のエッジ部にも規定量のトナーが付着し、白抜けも起こりにくくなる。
【００５６】
このように、ブランクパルスを印加することにより吸い込み、白抜けを防止できることが分かったが、交流電圧の印加を休止するブランク部において、トナーが現像スリーブ表面から離脱するきっかけを与える交流電圧が印加されないから、トナーの離脱量が減少し、ブランク部のない連続波形部に比べ、全体的に現像性（トナー付着性）が低下（１０〜２０％低下）するという問題がある。
【００５７】
そこで、本発明者はブランクパルスの現像性低下防止策を検討した。
【００５８】
図５は、従来の現像バイアス電圧波形と画像欠陥を示す図である。
【００５９】
図５（ａ）は、現像スリーブ４１Ｙ上のイエロートナーＹｔが、現像領域において、現像スリーブ４１Ｙに印加される交流電圧Ｖ_ACと直流電圧Ｖ_DCとにより飛翔して感光体１の周面に付着することを示す模式図である。
【００６０】
現像スリーブ４１Ｙには、交流電圧Ｖ_ACと直流電圧Ｖ_DCとが重畳印加される。交流電圧Ｖ_ACを２８００Ｖ、直流電圧Ｖ_DCを−６００Ｖとすると、重畳印加電圧は、＋８００Ｖ［（＋１４００Ｖ）＋（−６００Ｖ）］から−２０００Ｖ［（−１４００Ｖ）＋（−６００Ｖ）］の間で変化する。
【００６１】
感光体１上の画像部の潜像電位Ｖ_Lが−５０Ｖの高濃度の場合、現像器４Ｙによる現像時には、イエロートナーＹｔは、−６００Ｖの直流電圧Ｖ_DCにより、スリーブ電位が−２０００Ｖの現像スリーブ４１Ｙ面上から画像部の潜像電位Ｖ_L（−５０Ｖ）の感光体１面上に飛翔する（図示の矢印方向）。
【００６２】
感光体１上へのトナー付着量を増大させるため、交流バイアス電圧を印加している間の交流電圧値Ｖ_ACを、前記の２８００Ｖから更に３８００Ｖ〜４８００Ｖに増大させることによって、トナーをキャリアから剥ぎ取る力が大となり、現像スリーブ４１上へのトナー付着量を増大させることが可能となる。しかし、このようにすると、現像スリーブ４１と感光体１との電位差が周期的に大きくなり、画像部の潜像電位Ｖ_L（−５０Ｖ）との電位差が増大し、現像スリーブ４１Ｙと感光体１との間で放電破壊（落雷現象）を発生し、感光体１上にリング状にクレータを生じるいわゆるリングマークを発生する。したがって、交流電圧値Ｖ_ACを増大させることによりトナー付着量を増大させるには限界がある。
【００６３】
図５（ｂ）は、感光体１上に複数のトナー像を重ね合わせて形成する際の現像領域において、感光体１上に先行形成されたイエロートナーＹｔが感光体１上から剥ぎ取られて、現像スリーブ４１に再付着することを示す模式図である。
【００６４】
現像器４Ｍによりマゼンタ画像を現像処理するとき、感光体１上には、先行の帯電、露光、現像から成るイエロー画像形成プロセスにより、イエロートナーＹｔが付着している。現像器４Ｍによりマゼンタ画像を現像処理時に、前述のように交流電圧Ｖ_ACを増大させると、再帯電された感光体電位（−７５０Ｖ）の感光体１上に付着しているイエロートナーＹｔを感光体１上から剥ぎ取る力も増大してしまい、現像スリーブ４１Ｍに印加される交流電圧Ｖ_ACと、直流電圧Ｖ_DCとにより、イエロートナーＹｔが現像スリーブ４１Ｙから剥ぎ取られて、更にスリーブ電位（＋８００Ｖ）の現像スリーブ４１Ｍに向けて飛翔して、イエロートナーＹｔが現像スリーブ４１Ｍ上のマゼンタトナーＭｔに混合してしまうことがある（以下、この現象を剥ぎ取りと称す）。
【００６５】
以上をまとめると、交流電圧Ｖ_ACを増大させると、トナー付着量（現像性）は増大するが、ある電圧値を越えると、▲１▼前記放電破壊（落雷現象）を発生し、感光体１にダメージを与えたり、▲２▼感光体１上に複数のトナー像を重ね合わせる画像形成装置においては、前記剥ぎ取りが発生して異色トナーの混合を生じる。したがって、トナー付着量（現像性）を向上させるためには、放電破壊を防止し、かつ剥ぎ取りの発生を抑える工夫が必要である。
【００６６】
そこで本発明者は、鋭意、検討した結果、ブランクパルス波形の交流電圧の印加部の波形を交流電圧の１周期において非点対称の波形にすることにより、ブランクパルス部における現像性低下を防止できることを発見した。
【００６７】
図６は、現像バイアス電圧の非点対称波形を示す図である。図において、破線は対称波形を示し、実線は本発明による非点対称波形を示す。この波形は、交流電圧の１周期において、対称点の無い波形、すなわち非点対称波形である。また、好ましくは、この非点対称波形は、現像スリーブ４１から感光体１上へトナーが移動する現像駆動側の積分値（図示上側のハッチング部の面積）と、感光体１上から現像スリーブ４１側へトナーが移動する戻り側の積分値（図示下側のハッチング部の面積）とを等しい一定値となし（実効電圧レベル一定）、非点対称波形のピーク値と、実効的に印加されている直流電圧値との差の絶対値が、直流電圧値の高い側と低い側で異なるようにしたものである。印加電圧と時間の比率を変更したものである。
【００６８】
図示のＴ₁は現像駆動側の印加時間、Ｔ₂は戻り側の印加時間である。なお、図示の波形は、Ｄｕｔｙ比：Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）を０．６に設定したものである（Ｔ₂＞Ｔ₁）。更に、この実効的に印加されている直流電圧Ｖ′_DCが実際に実際に印加されている直流電位差Ｖ_DCと等しいことが望まれる。
【００６９】
図６に示すように現像バイアス電圧の交流電圧を非点対称波形にすることにより、対称波形に比べて現像駆動側の印加電圧の絶対値が上昇するので、ブランク部で低下する現像性を、交流電圧印加部により補うことができ、現像スリーブ４１から感光体１に付着するトナー量が全体的に増大し現像性が向上する。かつ、戻り側の印加電圧の絶対値も小さくなるので、前述した剥ぎ取りも抑えられる。
【００７０】
以下に、対称ブランクパルス波形、非点対称ブランクパルス波形の現像性の比較を示す。なお、感光体１の帯電電位Ｖ_H＝−７５０Ｖ、感光体１上の潜像電位Ｖ_L＝−５０Ｖ、直流電圧Ｖ_DC＝−６００Ｖ、感光体１と現像スリーブ４１間の最近接距離ｄ＝０．５７ｍｍ、現像スリーブ４１の現像剤搬送量ＤＷＳ＝９ｍｇ／ｃｍ²、周波数ｆ＝６ｋＨｚに設定した。また、パルス部２波長分、その後にブランク部２波長相当分を印加した。
【００７１】
（１）対称ブランクパルス波形現像：このときの、剥ぎ取りが発生しない最大交流電圧はＶ_AC＝２．４ｋＶ、感光体１上のトナー付着量（Ｍ／Ａ）は０．５６ｍｇ／ｃｍ²であった。
【００７２】
（２）Ｄｕｔｙ比：Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）を０．６に設定した非点対称ブランクパルス波形現像：このときの、剥ぎ取りが発生しない最大交流電圧はＶ_AC＝２．６ｋＶに向上し、感光体１上のトナー付着量は０．７８ｍｇ／ｃｍ²に増大した。
【００７３】
図４で示したブランクパルスのパルス部の波形を、非点対称波形にしたこと（非点対称ブランクパルス）により、ブランクパルスで問題であった現像性低下を抑えることができ、現像性低下を押さえたことにより、高濃度部の電位が飽和しやすくなるので、前述の吸い込み、白抜けも起こりづらくなるという効果もある。
【００７４】
図７は、現像バイアス電圧の非点対称ブランクパルス波形の一例を示す図である。図において、破線は前述の連続波形を示し、実線は非点対称ブランクパルス波形を示す。
【００７５】
なお、帯電電位Ｖ_H、潜像電位Ｖ_L、直流電圧Ｖ_DC、距離ｄｍｍ、現像剤搬送量ＤＷＳ、周波数ｆは上述の設定値と同じである。
【００７６】
非点対称ブランクパルスを採用することにより、感光体１上のトナー付着量（Ｍ／Ａ）は、ブランク時間に対する交流電圧の印加時間の割合を上げることによって増大する。例えば、ブランク部の時間１に対して、パルス部の時間を１から２に設定したときに、トナー付着量（Ｍ／Ａ）は０．７ｍｇ／ｃｍ²から０．８ｍｇ／ｃｍ²に増加する。なお、感光体１上のトナー付着量（Ｍ／Ａ）の評価は、感光体１上に付着した単位面積（ｃｍ²）当たりのトナー量（重さ、ｍｇ）を天秤で測定したものである。
【００７７】
ブランク部の時間を１、パルス部Ｔ_Pの時間を２〜３としたとき、前述の吸い込みは、１５０ＬＰＩ（ライン／インチ）のライン１本分（１７０μｍｍ）以下となった。
【００７８】
なお、現像剤搬送量ＤＷＳ［ｍｇ／ｃｍ²］と、現像スリーブ４１と感光体１との間の最近接距離ｄ［ｍｍ］との比は、以下の関係を満足することが望ましい。
【００７９】
５＜（ＤＷＳ／ｄ）＜４０
現像剤搬送量（ＤＷＳ）とは、現像スリーブ４１により現像領域に搬送される現像剤の搬送量を称し、その評価は、現像スリーブ４１表面の現像剤をテープで単位面積分採取し、天秤で現像剤の単位面積当たりの重さを測定したものである。
【００８０】
更に本発明者は、交流電圧Ｖ_ACを変化させたときの現像剤（トナー）が現像スリーブ４１から感光体１に移動（飛翔）する方向の最大電界Ｅｍａｘ（＝（１／２・Ｖ_AC＋｜Ｖ_DC｜−｜Ｖ_L｜）／２）の変化と、非点対称ブランクパルスによるパルス部時間Ｔ_P、休止部時Ｔ_Bを変化させたときのパルス部比率Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）の変化とを組み合わせた各種可変条件で複数の画像を形成し、これらの画像を評価して、非点対称ブランクパルスによるトナー付着量の増加と吸い込み現象の低下とを達成可能な現像適正領域を実験的に確認した。
【００８１】
図８は、パルス部の周波数ｆを所定値に設定したときの、最大電界Ｅｍａｘ［ＭＶ／ｍ］と、パルス部比率Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）との相関における現像適正領域の限界を示す特性図である。
【００８２】
なお、本発明に係わる画像形成装置は、ＫｏｎｉｃａＫＬ−２０１０カラーレーザープリンタ（コニカ（株）製）実験機を使用し、感光体１の外径はφ１００ｍｍ、現像スリーブ４１の外径はφ１８ｍｍである。
【００８３】
図８における実験では、現像スリーブ４１と感光体１との最近接距離ｄ＝０．５ｍｍ、直流電圧Ｖ_DC＝−６００Ｖ、感光体帯電電位Ｖ_H＝−７５０Ｖ、画像部の潜像電位Ｖ_L＝−５０Ｖに設定した。
【００８４】
なお、ＤＷＳ＝１１．６ｍｇ／ｃｍ²、ｄ＝Ｏ．５ｍｍに設定したので、（ＤＷＳ／ｄ）は２３．２である。
【００８５】
まず、パルス部の周波数ｆ＝４ｋＨｚに設定し、Ｄｕｔｙ、Ｖ_ACを変えながら、ＥｍａｘとＴ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）とをそれぞれ適宜選択設定して現像し、前述の主走査方向に発生する吸い込み、副走査方向に発生する白抜け、トナー付着量の評価を行った結果、図８（ａ）に示すように線分Ａより図示の右側の領域内ですべて良好であった。
【００８６】
例えば、Ｖ_AC＝２６００Ｖ、Ｄｕｔｙ＝０．６にすると、最大電界Ｅｍａｘは、Ｅｍａｘ＝（２６００×０．６＋６００−５０）／０．５＝４．２２［ＭＶ／ｍ］となる。
【００８７】
Ｅｍａｘ＝２．６［ＭＶ／ｍ］に設定し、Ｄｕｔｙを０．５〜０．９の範囲で種々変化させたときのＶ_ACの変化を下記に示す。
【００８８】
Ｄｕｔｙ：０．５のとき、Ｖ_AC＝１５００Ｖ
Ｄｕｔｙ：０．６のとき、Ｖ_AC＝１２５０Ｖ
Ｄｕｔｙ：０．７のとき、Ｖ_AC＝１０７１Ｖ
Ｄｕｔｙ：０．８のとき、Ｖ_AC＝９３８Ｖ
Ｄｕｔｙ：０．９のとき、Ｖ_AC＝８３３Ｖ
即ち、Ｄｕｔｙが０．９のときはＶ_AC＝８３３Ｖにしたとき、Ｅｍａｘ＝２．６［ＭＶ／ｍ］である。また、Ｄｕｔｙが０．５のときはＶ_AC＝１５００Ｖにしたとき、Ｅｍａｘ＝２．６［ＭＶ／ｍ］となる。
【００８９】
なお、上記の吸い込みの評価は、感光体１上の露光量が２０％と１００％との境界部において、１５０ＬＰＩ（ライン／インチ）のラインが１本分（１７０μｍ）欠けると画像不良と判断した。
【００９０】
同じように、パルス部の周波数ｆ＝６ｋＨＺの場合は、図８（ｂ）に示すように線分Ｂより図示の右側の領域内ですべて良好であった。
【００９１】
パルス部の周波数ｆ＝８ｋＨＺの場合は、図８（ｃ）に示すように線分Ｃより図示の右側の領域内ですべて良好であった。
【００９２】
パルス部の周波数ｆ＝８ｋＨＺの場合は、図８（ｄ）に示すように線分Ｄより図示の右側の領域内ですべて良好であった。
【００９３】
以上の結果より、非点対称ブランクパルスによるトナー付着量の増加と吸い込み現象の低下とを達成可能な現像適正領域を、最大電界Ｅｍａｘ、パルス部比率Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）、パルス部の周波数ｆをパラメータにした近似式で表すと、Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）＞（−４Ｅｍａｘ）＋１１．３＋０．４（ｆ−４）：▲１▼式であることが分かった。
【００９４】
図９も同じように、パルス部周波数ｆを所定値に設定したときの、最大電界Ｅｍａｘ［ＭＶ／ｍ］と、パルス部比率Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）との相関における現像適正領域の限界を示す特性図である。
【００９５】
まず、パルス部の周波数ｆ＝４ｋＨｚに設定し、ＥｍａｘとＴ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）とをそれぞれ適宜選択設定して現像し、前述の主走査方向に発生する吸い込み、副走査方向に発生する白抜け、トナー付着量の評価を行った結果、図９（ａ）に示すように線分Ｅより図示の左側の領域内ですべて良好であった。
【００９６】
なお、上記の吸い込みの評価は、感光体１上の露光量が２０％と１００％との境界部において、１５０ＬＰＩのラインが１本分欠けると画像不良と判断した。
【００９７】
例えば、パルス部比率が０．１のときは、Ｖ_AC＝２０００Ｖ、Ｄｕｔｙ＝０．９において、最大電界Ｅｍａｘは４．７０［ＭＶ／ｍ］となる。
【００９８】
Ｅｍａｘ＝４．７０［ＭＶ／ｍ］に設定し、Ｄｕｔｙを０．５〜０．９の範囲で種々変化させたときのＶ_ACの変化を下記に示す。
【００９９】
Ｄｕｔｙ：０．５のとき、Ｖ_AC＝３６００Ｖ
Ｄｕｔｙ：０．６のとき、Ｖ_AC＝３０００Ｖ
Ｄｕｔｙ：０．７のとき、Ｖ_AC＝２５７１Ｖ
Ｄｕｔｙ：０．８のとき、Ｖ_AC＝２２５０Ｖ
Ｄｕｔｙ：０．９のとき、Ｖ_AC＝２０００Ｖ
即ち、Ｄｕｔｙが０．９のときはＶ_AC＝２０００Ｖにしたとき、Ｅｍａｘ＝４．７０［ＭＶ／ｍ］である。また、Ｄｕｔｙが０．５のときはＶ_AC＝３６００Ｖにしたとき、Ｅｍａｘ＝４．７０［ＭＶ／ｍ］となる。
【０１００】
同じように、パルス部の周波数ｆ＝６ｋＨＺの場合は、図９（ｂ）に示すように線分Ｆより図示の左側の領域内ですべて良好であった。
【０１０１】
パルス部の周波数ｆ＝８ｋＨＺの場合は、図９（ｃ）に示すように線分Ｇより図示の左側の領域内ですべて良好であった。
【０１０２】
パルス部の周波数ｆ＝１０ｋＨＺの場合は、図９（ｄ）に示すように線分Ｈより図示の左側の領域内ですべて良好であった。
【０１０３】
以上の結果より、非点対称ブランクパルスによるトナー付着量の増加と吸い込み現象の低下とを達成可能な現像適正領域を、最大電界Ｅｍａｘ、パルス部比率Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）、パルス部の周波数ｆをパラメータにした近似式で表すと、（−４Ｅｍａｘ）＋１８．９＋０．４（ｆ−４）＞Ｔ_P／（Ｔ_P＋Ｔ_B）：▲２▼式であることが分かった。
【０１０４】
以上をまとめると、断続的に休止する交流成分（ブランクパルス）を非点対称に形成し、かつ、前記▲１▼式、▲２▼式を満たすような適正な範囲に、Ｅｍａｘ、Ｔ_P、Ｔ_Bを設定することにより、吸い込みや白抜けに効果があり、かつ、現像性の低下も防止することが可能である。
【０１０５】
なお、本発明の現像装置及びこの現像装置を備えた画像形成装置は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、ベルト感光体を備えたカラー画像形成装置や、透明感光体を備えたカラー画像形成装置やタンデム型カラー画像形成装置及び他の静電方式のカラー画像形成装置にも適用可能である。また、本発明の現像装置は、二成分現像剤に限定されるものではなく、一成分現像剤にも適用可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明の現像装置及び画像形成装置により、非接触現像で発生する吸い込み、白抜けが防止され、特に、トナー粒径が小さい場合に顕著に発生する吸い込み、白抜けを防止し、かつ十分な濃度が得られ、現像性、現像安定性が向上し、高品位な画像を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像装置を複数組搭載したカラープリンタの断面構成図。
【図２】本発明による複数組の現像器から成る現像装置の断面図。
【図３】本発明の現像装置の断面図。
【図４】ブランクパルスの波形を示す図。
【図５】現像バイアス電圧波形と画像欠陥を示す図。
【図６】本発明による現像バイアス電圧の非点対称波形を示す図。
【図７】本発明による現像バイアス電圧の非点対称ブランクパルス波形を示す図。
【図８】最大電界とパルス部比率との関係を示す特性図。
【図９】最大電界とパルス部比率との関係を示す特性図。
【図１０】現像領域における電気力線とトナー移動を示す拡大模式図。
【符号の説明】
１像担持体（感光体ドラム、感光体）
２帯電装置（スコロトロン帯電器）
３露光装置
４現像装置
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ現像器
６転写装置
４０現像器ハウジング（現像剤収容部）
４１現像剤担持体（現像スリーブ）
４２磁界発生手段（マグネットロール）
４３現像剤層規制部材
４４スクレーパ
４５現像剤搬送ローラ
４６現像剤供給ローラ
４７Ａ，４７Ｂ現像剤攪拌スクリュー
４８バイアス電圧印加手段
４９波形制御回路
Ｅｍａｘトナーが現像スリーブから感光体に移動する方向の最大電界
Ｖ_AC 現像スリーブに印加する交流電圧
Ｖ_DC 現像スリーブに印加する直流電圧
Ｖ_L 感光体上の画像部の潜像電位（露光部の潜像電位）
Ｖ_H 感光体帯電電位
Ｔ_P 現像スリーブに印加する交流成分のパルス部時間
Ｔ_B 現像スリーブに印加する交流成分の休止部時間
ｆ現像スリーブに印加する交流成分のパルス部周波数
ＤＷＳ現像剤搬送量
ｄ現像スリーブと感光体との最近接距離

Claims

像担持体の周囲に少なくとも、該像担持体表面を帯電する帯電装置と、帯電された前記像担持体表面を露光し静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体を有する現像装置と、該現像装置によって現像された現像像を転写材に転写する転写装置とを有し、前記現像装置は、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に交流電圧の１周期において非点対称な波形であり、かつ断続的に印加されている交流電圧と直流電圧とを重畳した現像バイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段を有する画像形成装置において、
前記バイアス電圧印加手段は、前記交流電圧のＤｕｔｙ比〔Ｔ ₂ ／（Ｔ ₁ ＋Ｔ ₂ ）〕にかかわらず現像バイアス電圧の実効電圧レベルを一定にした状態で、各１周期において前記現像バイアス電圧の波形を、前記交流電圧のピークと前記直流電圧との差の絶対値を前記直流電圧よりも高い側と低い側で異ならせ、印加されている前記直流電圧よりも高い側と低い側が等しい一定の面積となるように、下記の関係式を満たすように前記直流電圧と前記交流電圧を印加することを特徴とする画像形成装置。
０．５＜〔Ｔ₂／（Ｔ₁＋Ｔ₂）〕＜０．９
式中、
Ｔ₁［ｓｅｃ］：印加されている前記直流電圧に対し、現像剤が現像剤担持体から像担持体へ移動する側に交流電圧を印加する時間
Ｔ₂［ｓｅｃ］：印加されている前記直流電圧に対し、現像剤が像担持体から現像剤担持体へ移動する側に交流電圧を印加する時間
Ｔ₁＋Ｔ₂：交流電圧の１周期の時間
前記バイアス電圧印加手段が下記の関係式を満たすように前記交流電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
０．１＜〔Ｔ _P ／（Ｔ _P ＋Ｔ _B ）〕＜０．９
式中、
Ｔ _P ［ｍｓｅｃ］：交流電圧を印加する時間
Ｔ _B ［ｍｓｅｃ］：交流電圧の印加を休止する時間