JP2006106107A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、現像手段がクリーナを兼ねるクリーナレス方式の画像形成装置に関する。 The present invention relates to a cleanerless type image forming apparatus in which a developing unit also serves as a cleaner.
近年、プリンタ等の画像形成装置の分野では、クリーナレス方式の画像形成装置が注目されている。このクリーナレス方式とは、感光体ドラム上に形成された潜像を現像器のトナーで現像し、現像されたトナー像を記録シートに転写する構成の画像形成装置において、転写時に転写されずに感光体ドラム上に残ったトナー（転写残トナー）を専用のクリーナを用いてクリーニングするのではなく現像器に回収してクリーニングするという、現像器がクリーナを兼用する方式のことである。 In recent years, in the field of image forming apparatuses such as printers, cleanerless image forming apparatuses have attracted attention. This cleanerless system is an image forming apparatus configured to develop a latent image formed on a photosensitive drum with toner of a developing device and transfer the developed toner image to a recording sheet. This is a system in which the developer also serves as a cleaner, in which the toner remaining on the photosensitive drum (transfer residual toner) is not cleaned using a dedicated cleaner but is collected and cleaned by the developer.
このクリーナレス方式を用いると、専用のクリーナを別途配置する必要がなくなり、クリーニング後の廃トナーを溜めておくためのタンク等も不要になる。また、現像器に回収されたトナーを現像用に再利用できるメリットがあり、画像形成装置の小型化、低コスト化を実現することができる。
このようなクリーナレス方式の画像形成装置として、例えば特許文献１には、感光体ドラムとトナー薄層が形成された現像ローラとを所定の間隔を介して対向配置すると共に、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳したバイアス電圧を現像ローラに印加する非接触現像方式の画像形成装置が開示されている。この画像形成装置は、感光体ドラムと現像ローラとの電位差による電界強度を感光体ドラム上の転写残トナー量に応じて制御することで転写残トナーをできるだけ回収し、回収できなかった転写残トナー像が記録シートに転写されて本来下地（白地）であるべき部分に現れる、いわゆるゴーストの発生を防止するようにしている。
As such a cleanerless type image forming apparatus, for example,
しかしながら、上記特許文献１の構成では、転写残トナー量の検出回路、検出されたトナー量に応じてバイアス電圧のピーク値を変化させるための制御回路等を別途設けなければならない。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、転写残トナー量の検出回路等を別途設けることなく良質な画像を形成することが可能なクリーナレス方式の画像形成装置を提供することを目的としている。
However, in the configuration of
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a cleanerless image forming apparatus capable of forming a high-quality image without separately providing a transfer residual toner amount detection circuit or the like. The purpose is to do.
上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、像担持体上に形成された潜像をトナーで現像する現像手段を備え、前記像担持体上のトナー像を転写材に転写させ、転写時に前記転写材に転写されずに前記像担持体上に残った転写残トナーを帯電させた後、前記現像手段に回収する画像形成装置であって、前記現像手段は、前記像担持体に対し非接触の状態で対向配置され表面にトナーを担持するトナー担持体を備え、前記トナー担持体には、直流成分に交流成分を重畳したバイアス電圧が印加されており、前記バイアス電圧の、１周期における一方のピーク電位を、前記トナー担持体から前記像担持体にトナーを供給するための電圧が印加されたときのピーク電位Ｖ１、他方のピーク電位を、前記像担持体から前記トナー担持体にトナーを回収するための電圧が印加されたときのピーク電位Ｖ２とすると共に、前記帯電された転写残トナー層の残存部分における前記像担持体の表面電位をＶｍ、前記像担持体と前記トナー担持体との対向部分における間隔をｄ、│Ｖ１−Ｖｍ│を前記ｄで除した値を現像電界Ｅ１、│Ｖ２−Ｖｍ│を前記ｄで除した値を回収電界Ｅ２、前記バイアス電圧の１周期分の波形の内、電位Ｖｍよりも電位Ｖ１側の波形部分の電圧印加時間を現像位相時間Ｔ１、前記バイアス電圧の１周期分の波形をある電位を境に低電位側と高電位側に分けたときの低電位側の面積と高電位側の面積が略等しくなる当該ある電位を面積中心電位Ｖａｖｅとしたとき、（ａ）５．０×１０6≦Ｅ１≦１１．０×１０6［Ｖ／ｍ］、（ｂ）Ｅ２≦１０．８×１０6［Ｖ／ｍ］、（ｃ）６０≦Ｔ１≦１５０［μｓｅｃ．］、および（ｄ）Ｖ１＜Ｖ２のときにはＶ１＜Ｖｍ＜Ｖａｖｅ＜Ｖ２、Ｖ２＜Ｖ１のときにはＶ２＜Ｖａｖｅ＜Ｖｍ＜Ｖ１であり、かつ｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜≧１００［Ｖ］の関係を満たしていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an image forming apparatus according to the present invention includes a developing unit that develops a latent image formed on an image carrier with toner, and transfers the toner image on the image carrier to a transfer material. An image forming apparatus that charges the residual toner remaining on the image carrier without being transferred to the transfer material at the time of transfer, and then collects the toner on the developing unit, wherein the developing unit includes the image carrier. A toner carrier that is disposed in a non-contact state and carries toner on the surface, and a bias voltage in which an AC component is superimposed on a DC component is applied to the toner carrier, One peak potential in one period is the peak potential V1 when a voltage for supplying toner from the toner carrier to the image carrier is applied, and the other peak potential is the toner potential from the image carrier. To the body The peak potential V2 when a voltage for recovering the toner is applied, and the surface potential of the image carrier in the remaining portion of the charged transfer residual toner layer is Vm, and the image carrier and the toner carrier The distance obtained by dividing the interval between the body and the body by d, | V1-Vm | divided by d, the value obtained by dividing | V2-Vm | by d, the recovery electric field E2, and one cycle of the bias voltage. The voltage application time of the waveform portion on the potential V1 side of the potential Vm is divided into the development phase time T1, and the waveform for one cycle of the bias voltage is divided into a low potential side and a high potential side with a certain potential as a boundary. (A) 5.0 × 10 6 ≦ E1 ≦ 11.0 × 10 6 [V] When the certain potential at which the area on the low potential side is substantially equal to the area on the high potential side is defined as the area center potential Vave. /m],(b)E2≦10.8×10 6 [V m], (c) 60 ≦ T1 ≦ 150 [μsec. And (d) V1 <Vm <Vave <V2 when V1 <V2, V2 <Vave <Vm <V1 when V2 <V1, and satisfy the relationship of | Vm−Vave | ≧ 100 [V] It is characterized by being.
また、５．０×１０6≦Ｅ１≦８．０×１０6［Ｖ／ｍ］の関係を満たしていることを特徴とする。
さらに、前記帯電された転写残トナー層の前記像担持体と反対側の表面電位をＶ０、前記トナー層の厚み方向における電圧をＶｔとしたとき、前記表面電位Ｖｍは、前記Ｖ０から前記Ｖｔを差し引いた値であることを特徴とする。
Further, the relationship of 5.0 × 10 6 ≦ E1 ≦ 8.0 × 10 6 [V / m] is satisfied.
Further, when the surface potential of the charged untransferred toner layer on the side opposite to the image carrier is V0, and the voltage in the thickness direction of the toner layer is Vt, the surface potential Vm is from V0 to Vt. It is a value obtained by subtracting.
また、前記バイアス電圧は、矩形波であることを特徴とする。
さらに、前記バイアス電圧の周波数をＨ［ｋＨｚ］としたとき、８０−５×Ｈ≦Ｔ１≦２２０−２３×Ｈの関係を満たしていることを特徴とする。
また、前記像担持体およびトナーの帯電極性がマイナスであり、前記Ｖ１の電位がマイナス、前記Ｖ２の電位がプラスであることを特徴とする。
The bias voltage is a rectangular wave.
Further, when the frequency of the bias voltage is H [kHz], the relationship of 80-5 × H ≦ T1 ≦ 220-23 × H is satisfied.
Further, the charging polarity of the image carrier and the toner is negative, the potential of V1 is negative, and the potential of V2 is positive.
このように現像電界Ｅ１等の範囲を規定することにより、従来のように転写残トナー量を検出し、検出されたトナー量に基づいてバイアス電圧を可変制御するといった構成を設けなくても、転写残トナーを十分に回収でき、もって良質な画像を形成することが可能になる。 By defining the range of the developing electric field E1 and the like in this way, the transfer residual toner amount is detected as in the conventional case, and the transfer voltage can be transferred without providing a configuration in which the bias voltage is variably controlled based on the detected toner amount. The remaining toner can be sufficiently collected, and a high-quality image can be formed.
以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態をデジタル複写機（以下、単に「複写機」という。）に適用した例について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、複写機１の全体の構成を示す図である。
同図に示すように、複写機１は、大きく分けてイメージリーダ部２とプリンタ部１０とからなる。
Hereinafter, an example in which an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention is applied to a digital copying machine (hereinafter simply referred to as “copying machine”) will be described.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the
As shown in the figure, the
イメージリーダ部２は、原稿の画像をＣＣＤイメージセンサ（不図示）により読み取って、電気信号を得る公知のものであり、この得られた電気信号は、制御部１００に送られる。制御部１００は、この電気信号に必要な処理を加えて画像データを生成し、これをプリンタヘッド１１のレーザダイオード（不図示）を駆動させるための駆動信号に変換する。
The
プリンタ部１０は、プリンタヘッド１１、画像プロセス部２０、給紙部３０および定着部５０を備える。
プリンタヘッド１１は、制御部１００から出力される駆動信号に基づきレーザーダイオードを駆動してレーザ光Ｌを出射し、回転駆動される感光体ドラム２１上を露光走査する。
The
The
画像プロセス部２０は、像担持体としての感光体ドラム２１と、これを中心にしてその周囲に配された、帯電手段としての帯電チャージャ２２、現像手段としての現像器２３、転写手段としての転写ローラ２４および帯電調整部材２５などから構成され、専用のクリーナを配しないクリーナレス方式によるものである。
給紙部３０は、転写材としての用紙を収納しておくための給紙カセット３１と、この用紙を給紙カセット３１から繰り出すためのピックアップローラ３２、繰り出された用紙を搬送する搬送ローラ対３３、３４、３５と、上記の露光走査タイミングに合わせて用紙を感光体ドラム２１に送り出すタイミングをとるためのタイミングローラ対３６などから構成される。
The
The
感光体ドラム２１は、ここではアルミニウム等を円筒状に形成した導電性のドラム基体の外周面側にＯＰＣ感光体層が形成されてなり、不図示の駆動装置によって同図の矢印Ａ方向に所定のプロセス速度（周速度）で回転駆動されるようになっている。ここでは、当該プロセス速度が１００［ｍｍ／ｓｅｃ．］になっている。
感光体ドラム２１は、帯電チャージャ２２により所定の極性（ここでは、負：マイナス）で所定の電位Ｖ０（ここでは、ＤＣ−５００Ｖ）で一様に帯電され、このように一様に帯電した状態で上記レーザ光Ｌによる露光を受けると、感光体ドラム２１の表面に静電潜像が形成される。ここでは、画像として顕されるべき部分が露光されるようになっている。なお、帯電手段としては、感光体ドラム２１を所定の電位に帯電させることができるものであれば良く、ローラ状、シート状、ブレード状等の部材を用いることもできる。
Here, the
The
現像器２３は、感光体ドラム２１上に形成された静電潜像を、感光体ドラム２１の帯電極性（マイナス）と同じ帯電極性を有するトナーＴを現像剤として用いて現像するものであり、いわゆる反転現像により現像位置Ｄにおいて現像して感光体ドラム２１上にトナー像を形成させるものである。
現像器２３は、現像ローラ２３１、規制板２３２、供給ローラ２３３および除電シール２３４を備えている。
The developing
The developing
現像ローラ２３１は、その表面にトナー薄層を形成してトナーＴを感光体ドラム２１に供給するトナー担持体として機能するものであり、現像位置Ｄにおいて感光体ドラム２１と所定の間隔ｄを空けて対向配置され、所定の周速度で同図の矢印Ｂ方向に回転駆動されるものである。ここでは、金属製芯金上に、基材ゴム層（厚み０．５〜２［ｍｍ］、体積抵抗１０4〜１０6［Ωｃｍ］程度のシリコーンゴム層）、表面抵抗層（厚み５〜３０［μｍ］、体積抵抗１０11〜１０12［Ωｃｍ］程度のウレタン樹脂層）が、この順に配されて構成されている外径１６［ｍｍ］のローラを用いた。また、上記間隔ｄが１００［μｍ］、周速度が１５０［ｍｍ／ｓｅｃ．］になっている。
The developing
この現像ローラ２３１には、電源部１０１から出力されるバイアス電圧ＶＢが印加されるようになっている。バイアス電圧ＶＢは、直流（ＤＣ）成分に交流（ＡＣ）成分が重畳されたものである。このバイアス電圧ＶＢが現像ローラ２３１に印加されることにより感光体ドラム２１と現像ローラ２３１間に電界が生じ、この電界によって現像を行い、また後述のように現像が行われていないときには転写残トナーを現像ローラ２３１を介して現像器２３内に回収する構成になっている。回収されたトナーは、現像のための現像剤として供される。この意味で現像器２３は、現像とクリーナの機能を併せ持ったものである。
A bias voltage VB output from the
供給ローラ２３３は、現像器２３内のトナーＴを現像ローラ２３１に供給するものであり、規制板２３２は、現像ローラ２３１に供給されるトナーの量を現像に適した量に規制して、現像ローラ２３１表面に所定厚さのトナー薄層を形成させるものである。なお、規制板２３２と供給ローラ２３３には、電源部１０１とは別の電源部（不図示）から、現像器２３内のトナー粒子に現像ローラ２３１に向かう方向への付勢力を作用させるための電圧が印加されており、トナー粒子が現像ローラ２３１表面に付着し易くなるようにして、トナー薄層の形成を助成している。
The
除電シール２３４は、現像器２３内のトナー粒子が外部に溢れ出すことを防止する遮蔽の機能を有すると共に上記別の電源部から出力されるトナーＴの除電のための電圧が印加されトナーＴの除電の機能も有している。
現像によるトナー像の形成動作と同期して、用紙がタイミングローラ対３６によって感光体ドラム２１の下方の転写位置まで搬送され、この転写位置において、転写ローラ２４の静電力により感光体ドラム２１表面に形成されたトナー像が用紙上に転写される。
The
In synchronization with the toner image forming operation by development, the sheet is conveyed to the transfer position below the
トナー像が転写された用紙は、搬送ベルト４１により定着部５０に搬送され、ここで加熱、加圧されて、その表面のトナー粒子が用紙表面に融着して定着し、その後排出ローラ対５１により排出トレイ５２に排出される。
一方、転写時に用紙に転写されずに（本来転写されるべきところ転写できずに）感光体ドラム２１上に残ったトナー（転写残トナー）Ｔｗは、感光体ドラム２１の回転により帯電調整部材２５に搬送される。
The sheet on which the toner image has been transferred is conveyed to the fixing
On the other hand, the toner (transfer residual toner) Tw remaining on the
帯電調整部材２５は、感光体ドラム２１表面に一様に接触するブラシ部を備え、当該ブラシ部に所定の電圧（例えば、ＤＣ＋２００［Ｖ］程度）が印加されることにより、感光体ドラム２１上の転写残トナーＴｗを一時的にブラシ部に回収した後、当該回収が終わるとブラシ部に回収されている転写残トナーＴｗにトナーの正規極性で所定の電圧を印加し帯電させた状態で感光体ドラム２１上に吐き出すものである。この意味で帯電調整部材２５は、転写残トナーＴｗを帯電させる機能と帯電極性を揃える機能とを果たすものと云える。
The
感光体ドラム２１上に吐き出された転写残トナーＴｗは、感光体ドラム２１の回転により、現像位置Ｄまで搬送され、現像ローラ２３１に印加されているバイアス電圧ＶＢにより現像器２３内に回収されることになる。
帯電調整部材２５による転写残トナーＴｗの回収は、例えば転写動作と同期して行われ、吐き出しは、吐き出されたトナーが次の用紙への画像形成のための帯電、露光等の動作が開始される前までに現像位置Ｄまで移動して現像器２３で回収されるようなタイミングで行われる。この回収、吐き出しの動作タイミングは、感光体ドラム２１のプロセス速度、感光体ドラム２１上の回転方向における転写位置から帯電調整部材２５の配設位置までの周面の距離、帯電調整部材２５の配設位置から現像位置Ｄまでの周面の距離、帯電、露光、転写の開始／終了タイミング等から予め決定される。
The transfer residual toner Tw discharged on the
Collection of the transfer residual toner Tw by the
制御部１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、イメージリーダ部２、プリンタ部１０の動作をタイミングを取りながら統一的に制御して円滑な複写動作を実行させる。また、電源部１０１に指示してバイアス電圧ＶＢを出力させる。
電源部１０１は、制御部１００からの指示により、画像形成において実際に現像が行われている時（現像時）と、画像形成に入る前の準備段階、画像形成終了後の後処理段階において現像が行われておらず感光体ドラム２１、現像ローラ２３１等が駆動されている間（非現像時。以下、「回収時」という。）とで、電圧および周波数の値を予め決められた現像時用または回収時用の値に切換えてバイアス電圧を出力する構成になっている。
The
In response to an instruction from the
具体的には、現像時用のバイアス電圧（以下、「電圧ＶＢ１」という。）は、現像に適した条件として、電圧波形が図２に示すようにＤＣ成分としてＶｄｃが−３００［Ｖ］の直流電圧に、ＡＣ成分としてピークピーク値Ｖｐｐが１６００［Ｖ］、周波数Ｈが２［ｋＨｚ］（１周期Ｔ＝５００［μｓｅｃ．］）、デューティ比（Ｔ１／Ｔ）が０．３５（Ｔ１＝１７５［μｓｅｃ．］）の矩形波が重畳された波形になっている。このような矩形波の電圧を印加することにより現像位置Ｄにおいてトナー粒子が現像ローラ２３１と感光体ドラム２１の間を往復運動し、その際に、感光体ドラム２１上の潜像部分だけにトナーが付着することでトナー像が形成、すなわち現像が行われることになる。
Specifically, a bias voltage for development (hereinafter referred to as “voltage VB1”) is a condition suitable for development, and the voltage waveform has a DC component Vdc of −300 [V] as shown in FIG. As a DC voltage, as an AC component, a peak peak value Vpp is 1600 [V], a frequency H is 2 [kHz] (1 period T = 500 [μsec.]), And a duty ratio (T1 / T) is 0.35 (T1 = 175 [μsec.]) Rectangular wave is superimposed. By applying such a rectangular wave voltage, the toner particles reciprocate between the developing
上記Ｔ１は、感光体ドラム２１と現像ローラ２３１間においてトナー粒子を往復運動の内のトナーの往動（現像ローラ２３から感光体ドラム２１への移動）時間に相当し、Ｔ２は、トナーの復動（感光体ドラム２１から現像ローラ２３１への移動）時間に相当する。
時間Ｔ１に印加される電圧Ｖ１（トナーの帯電極性と同極性）は、トナーを現像ローラ２３１から感光体ドラム２１に向けて移動させるためのもの（主に現像のためのもの）であり、逆に時間Ｔ２に印加される電圧Ｖ２（トナーの帯電極性と逆極性）は、トナーを感光体ドラム２１から現像ローラ２３１に向けて移動させるためのもの（主に回収のためのもの）である。そこで、以下ではＶ１を現像電位、Ｖ２を回収電位、Ｔ１を現像位相時間、Ｔ２を回収位相時間ということにする。また、現像ローラ２３１にＶ１が付与されている間に感光体ドラム２１と現像ローラ２３１間に生じる電界を現像電界Ｅ１、Ｖ２が付与されているときに生じる電界を回収電界Ｅ２という。なお、同図のＶ０は、帯電電位、Ｖｉは、露光により潜像が形成された部分の潜像電位を表している。
The T1 corresponds to the time for the forward movement of the toner (movement from the developing
The voltage V1 (same polarity as the toner charging polarity) applied at time T1 is for moving the toner from the developing
一方、回収時用のバイアス電圧（以下、「電圧ＶＢ２」という。）は、電圧波形が図３に示すように、Ｖｄｃ＝−３５５［Ｖ］の直流電圧に、Ｖｐｐ＝１２５０［Ｖ］、周波数Ｈ＝２［ｋＨｚ］（Ｔ＝５００［μｓｅｃ．］）、デューティ比（Ｔ１／Ｔ）が０．１５（Ｔ１＝７５［μｓｅｃ．］）の矩形波が重畳された波形になっている。
このように電圧ＶＢ２をＶＢ１と異ならせているのは、転写残トナーＴｗの回収効率をより向上させるためである。
On the other hand, the bias voltage for recovery (hereinafter referred to as “voltage VB2”) is a DC voltage of Vdc = −355 [V], Vpp = 1250 [V], frequency, as shown in FIG. A rectangular wave with H = 2 [kHz] (T = 500 [μsec.]) And a duty ratio (T1 / T) of 0.15 (T1 = 75 [μsec.]) Is superimposed.
The reason why the voltage VB2 is made different from VB1 in this way is to further improve the collection efficiency of the transfer residual toner Tw.
すなわち、本願発明者は、上記特許文献１の構成のように転写残トナー量に基づいてバイアス電圧を可変制御するといった複雑な構成をとらずに、転写残トナーを画質に影響を与えることがないレベルまで十分に現像器２３で回収（清掃）できるように、次に説明するような思考錯誤を経て、回収時に印加すべきバイアス電圧の電位および周波数の適切な範囲を見出し、その範囲内に電圧ＶＢ２を設定したものである。
That is, the inventor of the present application does not affect the image quality of the untransferred toner without adopting a complicated configuration in which the bias voltage is variably controlled based on the amount of untransferred toner as in the configuration of
以下、ＶＢ１、ＶＢ２の設定について具体的に説明する。
（１）ＡＣ成分の電圧Ｖｐｐ、周波数Ｈについて
まず電圧Ｖｐｐを１０００〜２０００［Ｖ］の範囲に設定した。これは、Ｖｐｐが１０００［Ｖ］未満になると、感光体ドラム２１と現像ローラ２３１の間をトナーが十分な往復運動をすることができず（必要な電界が作用せず）、現像時においては現像能力が低下し、回収時においては十分な回収を行えないことになり、２０００［Ｖ］を越えると感光体ドラム２１へのリークの発生が顕著になるからである。このことは実験から予め導き出されている。
The setting of VB1 and VB2 will be specifically described below.
(1) AC component voltage Vpp and frequency H First, the voltage Vpp was set in the range of 1000 to 2000 [V]. This is because when Vpp is less than 1000 [V], the toner cannot sufficiently reciprocate between the
一方、周波数Ｈについては、２０００〜５０００［Ｈｚ］の範囲に設定することとした。これは、次の理由による。すなわち、２０００［Ｈｚ］未満になると、感光体ドラム２１と現像ローラ２３１間において単位時間当たりのトナーの往復動作回数が少なくなる。単位時間当たりの往復動作回数が少なくなるということは、感光体ドラム２１に移動したトナーの、感光体ドラム２１への押し付け時間が長くなることを意味し、感光体ドラム２１への付着力が強くなって、回収電界が発生しても当該トナーが感光体ドラム２１に残ってしまうことが多くなってしまう。したがって、現像時には、感光体ドラム２１上の潜像部分（画像が形成されるべき部分）には、トナーが付着され易くなって階調性が良くなるが、その一方で背景部分（下地部分）において本来トナーが付着されるべきでない部分にかぶりが現れ易くなり、回収時にもトナーの回収性も落ちることになることが判明したからである。
On the other hand, the frequency H is set in the range of 2000 to 5000 [Hz]. This is due to the following reason. That is, when the frequency is less than 2000 [Hz], the number of reciprocating operations of the toner per unit time between the
また、周波数Ｈが５０００［Ｈｚ］を越えると、現像電位Ｖ１と回収電位Ｖ２の切り換わりが早くなり過ぎ、例えば往動の途中で回収電界が発生するといったことが生じ、現像位置Ｄにおいてトナーの往復運動が行われ難くなる。
このような電圧Ｖｐｐ、周波数Ｈの範囲に基づき、本実施の形態では実験により良好な現像を行える現像時用のバイアス電圧として図２に示す矩形波の電圧を設定した。そして、回収時用のバイアス電圧として適切と考えられる電圧等の範囲を次に示す評価実験による結果から見出した。図３に示す矩形波の電圧は、当該範囲に属するものである。
If the frequency H exceeds 5000 [Hz], the switching between the development potential V1 and the recovery potential V2 becomes too fast. For example, a recovery electric field is generated during the forward movement. The reciprocal movement becomes difficult.
Based on such a range of the voltage Vpp and the frequency H, in this embodiment, a rectangular wave voltage shown in FIG. 2 is set as a bias voltage for development that can be favorably developed by experiment. And the range of the voltage etc. considered to be appropriate as the bias voltage for recovery was found from the results of the following evaluation experiment. The rectangular wave voltage shown in FIG. 3 belongs to this range.
（２）評価実験について
評価実験は、図４に示すように１枚の用紙に対し、副走査方向のＡ位置からＢ位置までの領域にだけベタ画像部とライン部を含む画像パターンが形成され、Ｂ位置からＣ位置までの領域には非画像部として画像が何も形成されないように画像形成動作を実行した。なお、用紙のＡ位置とＢ位置間の距離は、感光体ドラム２１の周長とほぼ同じで、Ａ位置とＣ位置間は周長の約３倍になっている。
(2) Evaluation Experiment In the evaluation experiment, as shown in FIG. 4, an image pattern including a solid image portion and a line portion is formed only on the area from the A position to the B position in the sub-scanning direction on one sheet. The image forming operation was performed so that no image was formed as a non-image portion in the region from the B position to the C position. The distance between the A position and the B position of the sheet is substantially the same as the circumferential length of the
また、帯電調整部材２５については、本実験では取り外して転写残トナーをそのまま通過させるようにした。これは、本実験では１枚の用紙に対し、感光体ドラム２１が約３回転するため、転写残トナーＴｗが現像位置Ｄに至るまでの間に帯電チャージャ２２により帯電されてトナー層の表面電位が−５００［Ｖ］となるからであり、通常の画像形成動作において転写残トナーＴｗが帯電調整部材２５により帯電されてトナー層の表面電位が−５００［Ｖ］となることと同条件とできるからである。
Further, the
そして、用紙のＡ位置からＢ位置までのＡＢ領域には、図２に示す矩形波の電圧ＶＢ１を現像時用のバイアス電圧として印加し、Ｂ位置からＣ位置までのＢＣ領域には電圧ＶＢ１に代えて、回収時用のバイアス電圧として電圧Ｖｄｃ、Ｖｐｐ、周波数Ｈ、デューティ比を上記の範囲（１０００≦Ｖｐｐ≦２０００［Ｖ］、２０００≦Ｈ≦５０００［Ｈｚ］）内において任意の値に設定した電圧を印加して、転写残トナーを現像器２３に回収させるようにした。 A rectangular wave voltage VB1 shown in FIG. 2 is applied as a bias voltage for development to the AB area from the A position to the B position of the sheet, and the voltage VB1 is applied to the BC area from the B position to the C position. Instead, voltages Vdc, Vpp, frequency H, and duty ratio are set to arbitrary values within the above ranges (1000 ≦ Vpp ≦ 2000 [V], 2000 ≦ H ≦ 5000 [Hz]) as bias voltages for recovery. The developed toner is made to collect the transfer residual toner by applying the applied voltage.
転写残トナーの回収率が低いほど、ＡＢ領域に形成された画像パターンによる転写残トナーが十分に現像器２３に回収されず残ったままとなる。現像器２３に回収されず感光体ドラム２１上に残ったトナーは、感光体ドラム２１の回転により、転写位置において用紙のＢＣ領域（評価領域）に転写され、いわゆる転写残像（ゴースト）として現れることになる。
As the transfer residual toner recovery rate is lower, the transfer residual toner due to the image pattern formed in the AB region is not sufficiently recovered in the developing
そこで、本評価実験では、上記Ｖｄｃ、Ｖｐｐ、Ｈ、デューティ比の各値をそれぞれ変化させたときに用紙のＢＣ領域に現れる転写残像の濃度、ＢＣ領域のかぶりの量を測定することにより、画質の良否を評価することとした。
転写残像の濃度の評価方法としては、用紙上において転写残像が現れる領域（図４の評価領域内の破線で示した部分）と現れない背景領域（破線以外の部分）それぞれの明度（Ｌ＊）を測定し、その差を数値化して、当該差が所定値、本実施の形態では２．０未満を「良（許容できる）」、２．０以上を「不良（許容できない）」とした。
Therefore, in this evaluation experiment, by measuring the density of the transfer afterimage that appears in the BC area of the paper and the amount of fogging in the BC area when the values of Vdc, Vpp, H, and duty ratio are changed, the image quality is measured. It was decided to evaluate the quality.
As a method for evaluating the density of the transfer afterimage, the lightness (L *) of the area where the transfer afterimage appears on the sheet (the part indicated by the broken line in the evaluation area in FIG. 4) and the background area where the transfer afterimage does not appear (the part other than the broken line). The difference was quantified, and the difference was determined to be a predetermined value, and in this embodiment, less than 2.0 was defined as “good (acceptable)” and 2.0 or greater was defined as “bad (unacceptable)”.
一方、かぶりの量の評価方法としては、背景領域の色差が所定値、本実施の形態では９１．０以上のときを「良（許容できる）」、９１未満を「不良（許容できない）」とした。なお、明度ではなく色相をとってそれを比較し、良、不良を判定することもできる。
図５〜図９は、周波数Ｈを２［ｋＨｚ］として電圧Ｖｄｃ、Ｖｐｐ、デューティ比（Ｄｕｔｙ）をそれぞれ変化させたときの評価実験の結果を示す図である。
On the other hand, as a method for evaluating the amount of fogging, when the color difference of the background region is a predetermined value, which is 91.0 or more in this embodiment, “good (acceptable)” and less than 91 are “bad (unacceptable)”. did. It is also possible to determine whether the product is good or bad by taking the hue instead of the lightness and comparing them.
5 to 9 are diagrams showing the results of evaluation experiments when the frequency H is 2 [kHz] and the voltages Vdc, Vpp and duty ratio (Duty) are changed.
具体的には、図５は、デューティ比を１０［％］（ここではデューティ比０．１を百分率で表記している。）、Ｖｐｐを１２５０［Ｖ］、１４２０［Ｖ］、１６１０［Ｖ］、１７５０［Ｖ］の各値に設定すると共に各Ｖｐｐに対し複数のＶｄｃを設定して、設定されたＶｄｃにＶｐｐを重畳させた電圧をバイアス電圧ＶＢ２として印加したときの評価結果（転写残像、かぶりの良否）を示した図である。 Specifically, in FIG. 5, the duty ratio is 10 [%] (here, the duty ratio 0.1 is expressed as a percentage), and Vpp is 1250 [V], 1420 [V], and 1610 [V]. , 1750 [V] and a plurality of Vdcs for each Vpp, and an evaluation result (transfer afterimage, and a voltage obtained by superimposing Vpp on the set Vdc is applied as the bias voltage VB2. It is the figure which showed the quality of the fog.
より具体的には、例えば図５においてＶｐｐが１２５０［Ｖ］に対し、「Ｖｄｃ」として「−１５５［Ｖ］」、「−２５５［Ｖ］」、「−３５５［Ｖ］」、「−４７５［Ｖ］」の値が設定されている。すなわち、バイアス電圧ＶＢ２として（イ）ＤＣ−１５５［Ｖ］にＨが２［ｋＨｚ］、Ｖｐｐが１２５０［Ｖ］、デューティ比１０［％］の矩形波を重畳させた電圧（図１０参照）を印加させた場合、（ロ）ＤＣ−２５５［Ｖ］にＨが２［ｋＨｚ］、Ｖｐｐが１２５０［Ｖ］、デューティ比１０［％］の矩形波を重畳させた電圧を印加した場合、（ハ）ＤＣ−３５５［Ｖ］にＨが２［ｋＨｚ］、Ｖｐｐが１２５０［Ｖ］、デューティ比１０［％］の矩形波を重畳させた電圧を印加させた場合、（ニ）ＤＣ−４７５［Ｖ］にＨが２［ｋＨｚ］、Ｖｐｐが１２５０［Ｖ］、デューティ比１０［％］の矩形波を重畳させた電圧を印加させた場合のそれぞれについて別々に実験、評価がなされ、例えば（ａ）の場合では転写残像が「不良（×）」、かぶりが「良（○）」になったことが示されている。 More specifically, for example, in FIG. 5, Vpp is 1250 [V], and “Vdc” is “−155 [V]”, “−255 [V]”, “−355 [V]”, “−475”. A value of [V] is set. That is, as the bias voltage VB2, (a) a voltage obtained by superimposing a rectangular wave with DC of 155 [V], H of 2 [kHz], Vpp of 1250 [V], and a duty ratio of 10 [%] (see FIG. 10). When applied, (b) When a voltage in which a rectangular wave having H of 2 [kHz], Vpp of 1250 [V], and a duty ratio of 10 [%] is applied to DC-255 [V], ) When DC-355 [V] is applied with a voltage in which a rectangular wave having H of 2 [kHz], Vpp of 1250 [V] and duty ratio of 10 [%] is applied, (d) DC-475 [V ], When a voltage in which a rectangular wave with H of 2 [kHz], Vpp of 1250 [V], and a duty ratio of 10 [%] is applied is applied to each other, the experiment and evaluation are performed separately, for example, (a) In the case of transfer afterimage is "bad (x)" Riga has been shown that it is now in "good (○)".
このことはＶｐｐを１４２０、１６１０［Ｖ］等とした場合についても同様である。
同図の「回収電界」欄には、回収電界Ｅ２の強さを示す値が記載されている。例えば、上記（イ）の場合では、回収電界が９．４×１０6［Ｖ／ｍ］になっている。回収電界Ｅ２は、次の（式１）から算出される。
回収電界Ｅ２＝｜Ｖ２−Ｖｍ｜／ｄ・・・（式１）
ここで、Ｖ２は、回収電位Ｖ２のことである。例えば、上記（イ）の場合では、Ｖｐｐが１２５０［Ｖ］、Ｖｄｃが−１５５［Ｖ］であるから、図１０に示すように回収電位Ｖ２は、＋４７０［Ｖ］になる。また、現像電位Ｖ１は、−７８０［Ｖ］になる。
This is the same when Vpp is set to 1420, 1610 [V] or the like.
In the “collection electric field” column of the same figure, a value indicating the strength of the collection electric field E2 is described. For example, in the case of (a) above, the recovery electric field is 9.4 × 10 6 [V / m]. The recovery electric field E2 is calculated from the following (Equation 1).
Recovery electric field E2 = | V2-Vm | / d (Formula 1)
Here, V2 is the recovery potential V2. For example, in the case of (a) above, Vpp is 1250 [V] and Vdc is −155 [V], so that the recovery potential V2 is +470 [V] as shown in FIG. Further, the development potential V1 is −780 [V].
ｄは、図１に示す感光体ドラム２１と現像ローラ２３１の間隔を示す値であり、ここでは１００［μｍ］である。
一方、Ｖｍは、図１０に示すドラム表面電位Ｖｍに相当するものであり、次の（式２）から算出される。
ドラム表面電位Ｖｍ＝Ｖ０−Ｖｔ・・・（式２）
ここで、Ｖ０は、図１０（図３）の帯電電位Ｖ０を、Ｖｔは、図１０のトナー電圧Ｖｔを示している。具体的には、帯電電位Ｖ０は、帯電チャージャ２２により感光体ドラム２１表面が帯電されるときの電位（−５００［Ｖ］）であり、トナー電圧Ｖｔは、転写残トナーＴｗの層厚み方向における電圧を示している。
d is a value indicating the distance between the
On the other hand, Vm corresponds to the drum surface potential Vm shown in FIG. 10, and is calculated from the following (Equation 2).
Drum surface potential Vm = V0−Vt (Equation 2)
Here, V0 represents the charging potential V0 in FIG. 10 (FIG. 3), and Vt represents the toner voltage Vt in FIG. Specifically, the charging potential V0 is a potential (−500 [V]) when the surface of the
より具体的には、感光体ドラム２１上に残った転写残トナーＴｗは、感光体ドラム２１の回転により移動して、帯電チャージャ２２の位置を通過する際、帯電電位Ｖ０で帯電されることになる。その場合、図１１（ａ）に示すように、転写残トナーＴｗのトナー層の感光体ドラム２１と反対側の表面の電位（トナー層表面電位）は帯電電位Ｖ０に略等しくなるが、トナー層下面（感光体ドラム２１側に当たる裏面）は、トナー層の分だけ電位が上がる（マイナス帯電のため）ことになる。
More specifically, the untransferred toner Tw remaining on the
回収電界Ｅ２は、上記したように回収電位Ｖ２と感光体ドラム表面電位との差により生じるものであるから、転写残トナーＴｗ残存部分のドラム表面電位を感光体ドラム２１の表面電位として扱った方が、回収電界の値をより正確に求めることができる。そこで、本実施の形態では、トナー電圧Ｖｔを考慮した感光体ドラム表面電位、すなわち帯電電位Ｖ０からトナー電圧Ｖｔ（ここでは、マイナス帯電のため負極性として扱う。）を差し引いた電位Ｖｍをドラム表面電位として、帯電電位Ｖ０と区別しているのである。
Since the recovery electric field E2 is generated by the difference between the recovery potential V2 and the photosensitive drum surface potential as described above, the drum surface potential of the remaining portion of the transfer residual toner Tw is handled as the surface potential of the
図１１（ｂ）は、帯電後の転写残トナーの表面電位Ｖ０と転写残トナーを除去したときのドラム表面電位Ｖｍを実測した結果を示すグラフである。
同図から、転写残トナー量Ｍが多くなるとトナー電圧Ｖｔも大きくなる（ドラム表面電位Ｖｍが上がる）ことが判る。
本実験では、転写後に実際に感光体ドラム２１上に残るトナーの量からトナー電圧Ｖｔを求めた。その結果、トナー電圧Ｖｔが約−３０［Ｖ］となった。
FIG. 11B is a graph showing the results of actual measurement of the surface potential V0 of the transfer residual toner after charging and the drum surface potential Vm when the transfer residual toner is removed.
From the figure, it can be seen that the toner voltage Vt increases (the drum surface potential Vm increases) as the residual toner amount M increases.
In this experiment, the toner voltage Vt was obtained from the amount of toner actually remaining on the
なお、トナー電圧Ｖｔは、例えば、次の（式３）から算出することも可能である。
Ｖｔ＝Ｍ（ｑ／ｍ）｛（Ｍ／εtδα）＋（２ｄp／εp）]／２ε0・・・（式３）
ここで、Ｍ：転写残トナー量［ｇ／ｍ2］、ｑ／ｍ：転写残トナー荷電量［Ｃ／ｇ］、ｄp：感光体層厚［ｍ］、ε0：真空の誘電率、εt：トナー層平均比誘電率、εp：感光体層比誘電率、δ：トナー比重［ｇ／ｍ3］、α：トナー層の充填率を示している。
The toner voltage Vt can also be calculated from, for example, the following (Expression 3).
Vt = M (q / m) {(M / ε t δα) + (2d p / ε p )] / 2ε 0 (Equation 3)
Here, M: transfer residual toner amount [g / m 2 ], q / m: transfer residual toner charge amount [C / g], d p : photoreceptor layer thickness [m], ε 0 : vacuum dielectric constant, ε t : Toner layer average relative permittivity, ε p : Photoreceptor layer relative permittivity, δ: Toner specific gravity [g / m 3 ], α: Toner layer filling rate.
当該（式３）は、画像形成装置の分野においては公知の式であり、例えば非特許文献としての「電子写真学会誌 第１９巻 第２号（１９８１）の第５２（１０）ページ」の「二成分磁気ブラシ現像の解析」欄の「２．理論解析」に記載されているものである。
転写残トナー量Ｍを転写効率に基づいて求めれば、トナー電圧Ｖｔを（式３）から予め算出しておくことも可能である。
This (Formula 3) is a well-known formula in the field of image forming apparatuses. For example, “Non-Patent Document 19th Vol. 2 (1981), page 52 (10)” of “The Journal of Electrophotographic Society” This is described in “2. Theoretical analysis” in the “Analysis of two-component magnetic brush development” column.
If the transfer residual toner amount M is obtained based on the transfer efficiency, the toner voltage Vt can be calculated in advance from (Equation 3).
トナー電圧Ｖｔを−３０［Ｖ］とすると、ドラム表面電位Ｖｍは、（式２）より−４７０［Ｖ］になり、回収電界Ｅ２は、（式１）より９．４×１０6［Ｖ／ｍ］として求めることができる。
図５に戻って、「現像電界」欄には、現像電界の強さを示す値が記載されている。例えば、上記（イ）の場合では、現像電界Ｅ１が３．１×１０6［Ｖ／ｍ］になっている。この現像電界Ｅ１は、次の（式４）から算出される。
When the toner voltage Vt is −30 [V], the drum surface potential Vm is −470 [V] from (Expression 2), and the recovery electric field E2 is 9.4 × 10 6 [V / m].
Returning to FIG. 5, a value indicating the strength of the developing electric field is described in the “developing electric field” column. For example, in the case of (a) above, the development electric field E1 is 3.1 × 10 6 [V / m]. The developing electric field E1 is calculated from the following (Formula 4).
現像電界Ｅ１＝｜Ｖ１−Ｖｍ｜／ｄ・・・（式４）
ここで、Ｖ１は、現像電位Ｖ１のことである。
さらに、「｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜」欄には、ドラム表面電位Ｖｍとバイアス波形面積中心電位（以下、「面積中心電位」という。）Ｖａｖｅとの差分の絶対値が記載されている。
面積中心電位Ｖａｖｅは、図１２に示すようにバイアス電圧ＶＢ２の波形の１周期分をある電位を境に低電位側と高電位側に分けたとき、低電位側の面積Ｓ１と高電位側の面積Ｓ２が略等しくなる当該ある電位のことであり、次の（式５）により算出できる。
Development electric field E1 = | V1-Vm | / d (Formula 4)
Here, V1 is the developing potential V1.
Further, in the “| Vm−Vave |” column, the absolute value of the difference between the drum surface potential Vm and the bias waveform area central potential (hereinafter referred to as “area central potential”) Vave is described.
As shown in FIG. 12, the area center potential Vave is divided into a low potential side area S1 and a high potential side when one period of the waveform of the bias voltage VB2 is divided into a low potential side and a high potential side with a certain potential as a boundary. This is a certain potential at which the areas S2 are substantially equal, and can be calculated by the following (formula 5).
Ｖａｖｅ＝Ｖｄｃ＋Ｖｐｐ（０．５−Ｄｕｔｙ）・・・（式５）
上記（イ）の場合、Ｖｄｃが−１５５［Ｖ］、Ｖｐｐが１２５０［Ｖ］、デューティ比（Ｄｕｔｙ）が１０［％］、すなわち０．１であるので、（式５）よりＶａｖｅ＝＋３４５［Ｖ］になる（図１０）。ドラム表面電位Ｖｍが−４７０［Ｖ］なので、結果｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜は、８１５［Ｖ］になる。
Vave = Vdc + Vpp (0.5−Duty) (Formula 5)
In the case of (a) above, Vdc is −155 [V], Vpp is 1250 [V], and the duty ratio (Duty) is 10 [%], that is, 0.1. Therefore, from
一方、（ロ）の場合は、Ｖｄｃの値が−２５５になっており、したがって現像電位Ｖ１は−８８０［Ｖ］、回収電位Ｖ２は＋３７０［Ｖ］、Ｖａｖｅは＋２４５［Ｖ］になる。Ｖｍの値が（イ）と略同じとできるため、回収電界Ｅ２は８．４×１０6［Ｖ／ｍ］、現像電界Ｅ１は４．１×１０6［Ｖ／ｍ］、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜は７１５［Ｖ］となる。
他の（ハ）と（ニ）の各場合についてもＶｄｃの値が変わることにより、回収電界Ｅ２、現像電界Ｅ１、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値が（イ）や（ロ）の場合と異なってくる。このことは、Ｖｐｐを１４２０、１６１０［Ｖ］等にした場合についても同様である。
On the other hand, in the case of (b), the value of Vdc is −255, so that the development potential V1 is −880 [V], the recovery potential V2 is +370 [V], and Vave is +245 [V]. Since the value of Vm can be substantially the same as (a), the recovery electric field E2 is 8.4 × 10 6 [V / m], the development electric field E1 is 4.1 × 10 6 [V / m], | Vm−Vave | Becomes 715 [V].
In each of the other cases (c) and (d), the values of the recovery electric field E2, the development electric field E1, and | Vm−Vave | are different from the cases of (A) and (B) because the value of Vdc changes. come. The same applies to the case where Vpp is set to 1420, 1610 [V], or the like.
図６は、デューティ比を１５［％］に、図７は２０［％］に、図８は３０［％］に、図９は３５［％］にそれぞれ固定し、Ｖｐｐ、Ｖｄｃを変えたときの評価結果を示した図であり、「回収電界」等の値については、図５同様にＶｄｃ等の値によって決まるものである。
図５〜図９を見ると、転写残像については現像電界Ｅ１が５．１×１０6［Ｖ／ｍ］≦Ｅ１≦１０．８×１０6［Ｖ／ｍ］、かつ現像位相時間Ｔ１が７５≦Ｔ１≦１５０［μｍ］の範囲では、「○（良）」になった。なお、現像電界Ｅ１は、図示していないが、５．０×１０6［Ｖ／ｍ］でも「○」になった。また、１１．０×１０6［Ｖ／ｍ］以下であれば「○」になった。これは、１１．０×１０6［Ｖ／ｍ］を越えると、リークが発生し始めることによるものである。リークについては回収電界についても同様であり、１０．８×１０6［Ｖ／ｍ］以下であれば「○」になった。したがってＥ１は、最大値が１１．０×１０6［Ｖ／ｍ］、Ｅ２は、最大値が１０．８×１０6［Ｖ／ｍ］が適切ということになる。このことは以下の他の条件についても同様である。
6, the duty ratio is fixed at 15 [%], FIG. 7 is fixed at 20 [%], FIG. 8 is fixed at 30 [%], and FIG. 9 is fixed at 35 [%], and Vpp and Vdc are changed. The values of “recovered electric field” and the like are determined by the values of Vdc and the like as in FIG.
5 to 9, regarding the transfer afterimage, the developing electric field E1 is 5.1 × 10 6 [V / m] ≦ E1 ≦ 10.8 × 10 6 [V / m], and the developing phase time T1 is 75. In the range of ≦ T1 ≦ 150 [μm], “◯ (good)” was obtained. Although the developing electric field E1 is not shown, it was “◯” even at 5.0 × 10 6 [V / m]. Moreover, it became "(circle)" if it was 11.0 * 10 < 6 > [V / m] or less. This is because leakage starts to occur when 11.0 × 10 6 [V / m] is exceeded. The same applies to the recovery electric field with respect to the leak, and it was “◯” if it was 10.8 × 10 6 [V / m] or less. Therefore, the maximum value of E1 is 11.0 × 10 6 [V / m], and the maximum value of E2 is 10.8 × 10 6 [V / m]. The same applies to the following other conditions.
このように転写残像の良否が現像電界Ｅ１と現像位相時間Ｔ１に左右されるのは以下の理由による。
すなわち、感光体ドラム２１上の転写残トナーＴｗは、帯電チャージャ２２の位置を通過時に正規極性（マイナス）に帯電される、したがって、現像位置Ｄにおいて感光体ドラム２１と現像ローラ２３１の間に回収電界を生じさせれば転写残トナーＴｗを現像器２３に回収することが可能になる。ところが、転写残トナーＴｗの感光体ドラム２１との付着力が、回収電界Ｅ２による現像器２３への引き戻し力よりも強い場合、転写残トナーＴｗの一部は回収されず、感光体ドラム２１上に残ったままとなってしまう。この点から、回収電界Ｅ２をより大きくすることが考えられるが、上記付着力が強ければ意味がなく、また回収電界Ｅ２を大きくするにも限度がある。
Thus, the quality of the transfer afterimage depends on the development electric field E1 and the development phase time T1 for the following reason.
That is, the untransferred toner Tw on the
逆に、回収電界Ｅ２を小さくすると現像電界Ｅ１が大きくなることになる。これは、Ｖｐｐが一定のとき回収電界Ｅ２と現像電界Ｅ１は半比例の関係にあるからである（図５等参照）。
現像電界Ｅ１と回収電界Ｅ２が交互に生じると、現像位置Ｄでは、現像時でなくても現像ローラ２３１上に担持されているトナー粒子が感光体ドラム２１表面と現像ローラ２３１間を往復運動することになる。このトナー粒子の往復運動は、感光体ドラム２１上の現像位置Ｄを通過する領域全体に渡って行われ、転写残トナーＴｗが付着している部分でも行われる。
Conversely, if the recovery electric field E2 is reduced, the developing electric field E1 is increased. This is because when Vpp is constant, the recovery electric field E2 and the development electric field E1 are in a half proportional relationship (see FIG. 5 and the like).
When the developing electric field E1 and the recovery electric field E2 are alternately generated, the toner particles carried on the developing
ここで転写残トナーＴｗが付着している部分に着目すると、現像電界Ｅ１が作用しているときには、現像ローラ２３１上のトナー粒子が転写残トナーＴｗに向かって移動し、転写残トナーＴｗに衝突する。この衝突により転写残トナーＴｗのトナー層が崩れ、一部のトナー粒子が層外に叩き出される。現像電界Ｅ１が回収電界Ｅ２に切り換わり、回収電界Ｅ２が作用し始めると、感光体ドラム２１に移動したトナー粒子および叩き出されたトナー粒子は、現像ローラ２３１に戻ることになる。
Focusing on the portion where the transfer residual toner Tw adheres, when the developing electric field E1 is applied, the toner particles on the developing
このことから、現像電界Ｅ１をある程度大きくすると共にその作用時間（現像位相時間Ｔ１）を長くとれば、現像電界Ｅ１によるトナー粒子の衝突力（叩き出し効果）を利用して転写残トナーＴｗの回収性を向上できると考えられるからである。
なお、現像位相時間Ｔ１を長くとり過ぎると逆に回収効率が悪くなる。これは、叩き出されたトナー粒子は、一旦空間に飛び出すが、その後現像電界Ｅ１が作用し続けていると再度感光体ドラム２１に戻されることになるからである。これより、叩き出されたトナー粒子が空中に飛び出ている間に回収電界Ｅ２に切換わり現像器２３への回収がなされることが望ましく、この点で現像位相時間Ｔ１（デューティ比）の範囲を制限する必要が生じる。
Therefore, if the development electric field E1 is increased to some extent and the action time (development phase time T1) is increased, the residual toner Tw is recovered using the impact force (striking effect) of the toner particles by the development electric field E1. It is because it is thought that the property can be improved.
If the development phase time T1 is too long, the recovery efficiency is adversely affected. This is because the struck toner particles once jump out into the space, but then return to the
一方、かぶりについて見ると、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値が１２７以上で、Ｖａｖｅの値がＶｍに対しトナーを回収できる電位関係（Ｖｍ＜Ｖａｖｅ＜Ｖ２）を満たしている場合に「良」になった。
このように、かぶりの良否が｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値に左右されるのは、次の理由による。
On the other hand, when the fog is observed, the value becomes “good” when the value of | Vm−Vave | is 127 or more and the value of Vave satisfies the potential relationship (Vm <Vave <V2) with which toner can be collected with respect to Vm. It was.
Thus, the quality of the fog depends on the value of | Vm−Vave | for the following reason.
すなわち、ドラム表面電位Ｖｍは、転写残トナーＴｗに対し当該Ｖｍを境に現像電界Ｅ１と回収電界Ｅ２のいずれが作用することになるのかを示す電位であり、一方、面積中心電位Ｖａｖｅは、矩形波のバイアス電圧ＶＢ２に対し当該Ｖａｖｅを境に一方のピーク側の波形部分の面積と他方のピーク側の波形部分の面積が等しくなる電位である。
したがって、仮にＶａｖｅ＝Ｖｍの場合、バイアス電圧ＶＢ２の波形は、Ｖｍを境に一方のピーク側および他方のピーク側のそれぞれの面積が等しい矩形波になり、その結果現像電界Ｅ１によるトナー粒子の往動エネルギーと回収電界Ｅ２によるトナー粒子の復動エネルギーが等しくなることになる。
That is, the drum surface potential Vm is a potential indicating which of the development electric field E1 and the recovery electric field E2 acts on the residual toner Tw with respect to the transfer residual toner Tw, whereas the area center potential Vave is a rectangular shape. This is a potential at which the area of the waveform portion on one peak side is equal to the area of the waveform portion on the other peak side with respect to the wave bias voltage VB2.
Therefore, if Vave = Vm, the waveform of the bias voltage VB2 becomes a rectangular wave having the same area on one peak side and the other peak side with respect to Vm, and as a result, the toner particles are transferred by the developing electric field E1. The kinetic energy and the return energy of the toner particles due to the recovery electric field E2 become equal.
これに対し、例えばＶａｖｅ＞Ｖｍ（図１０）の場合、バイアス電圧ＶＢ２の波形は、Ｖｍを境に見たとき、一方のピーク側（現像側）の面積（Ｓ３）よりも他方のピーク側（回収側）の面積（Ｓ４）の方が大きい矩形波になるから、現像電界Ｅ１よりも回収電界Ｅ２によるエネルギーの方が強くなる。
かぶりは、トナー粒子が本来付着されるべきではない背景（下地）領域に現像によりトナー粒子が付着してしまうことで発生するものである。そのことからすると感光体ドラム２１上の下地領域については、回収時における現像位置Ｄでのトナー粒子の往復運動は、トナー粒子が感光体ドラム２１表面（転写残像が存在しない部分）に衝突した際に感光体ドラム２１表面に付着しない程度に行われることが望ましく、その意味で現像電界Ｅ１よりも回収電界Ｅ２によるエネルギーが強い方が良い、すなわち｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値をある程度大きくした方がかぶりが生じ難くなるからである。
On the other hand, for example, in the case of Vave> Vm (FIG. 10), the waveform of the bias voltage VB2 when viewed from Vm as a boundary, is larger than the area (S3) on one peak side (development side). Since the area (S4) on the collection side is a rectangular wave, the energy by the collection electric field E2 is stronger than the development electric field E1.
Fog occurs when toner particles adhere to a background (underlying) region where toner particles should not adhere, due to development. Therefore, with respect to the background area on the
逆に、例えばＶａｖｅ＜Ｖｍの場合を考えると、バイアス電圧ＶＢ２の波形は、Ｖｍを境に見たとき、現像側の面積（Ｓ３）の方が回収側の面積（Ｓ４）よりも大きい矩形波になる。この場合、現像電界Ｅ１の方が回収電界Ｅ２によるエネルギーよりも強くなって、逆にかぶりが生じ易くなる。そのため、Ｖａｖｅ＞Ｖｍの関係を満たす必要があることが判る。 Conversely, considering the case of Vave <Vm, for example, the waveform of the bias voltage VB2 is a rectangular wave in which the area on the development side (S3) is larger than the area on the collection side (S4) when viewed from Vm. become. In this case, the developing electric field E1 is stronger than the energy generated by the recovery electric field E2, and conversely, fogging easily occurs. Therefore, it can be seen that the relationship of Vave> Vm needs to be satisfied.
このように実験により転写残像が現像電界Ｅ１と現像位相時間Ｔ１に影響されること、およびかぶりがＶａｖｅとＶｍの大小関係、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値に影響されることが判り、これより転写残像とかぶりを画質に影響を与えない程度まで抑えるには、現像電界Ｅ１、現像位相時間Ｔ１、ＶａｖｅとＶｍの大小関係および｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値をそれぞれ上記範囲内に入るように規定すれば良いことが判る。 As described above, the experiment shows that the transfer afterimage is affected by the development electric field E1 and the development phase time T1, and that the fog is affected by the magnitude relationship between Vave and Vm, and the value of | Vm−Vave |. In order to suppress the afterimage and fog to such an extent that the image quality is not affected, the development electric field E1, the development phase time T1, the magnitude relationship between Vave and Vm, and the value of | Vm−Vave | I know that it is good.
図１３〜図１７は、図５〜図９の実験結果による現像電界Ｅ１と回収電界Ｅ２、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の各値をプロットして示したグラフである。例えば、図１３は、図５に対応するものであり、図１４は、図６に対応するものである。グラフ中の「○」「×」は、「転写残像」と「かぶり」の評価結果を示しており、ここでは両方が「○」の場合に「○」が、一方または両方が「×」の場合に「×」がその結果に対応する現像電界Ｅ１と回収電界Ｅ２の値としてプロットされている。 13 to 17 are graphs plotting values of the developing electric field E1, the recovery electric field E2, and | Vm-Vave | based on the experimental results of FIGS. For example, FIG. 13 corresponds to FIG. 5, and FIG. 14 corresponds to FIG. “○” and “×” in the graph indicate the evaluation results of “transfer afterimage” and “fogging”. Here, when both are “○”, “○” indicates that one or both indicate “×”. In this case, “x” is plotted as the values of the development electric field E1 and the recovery electric field E2 corresponding to the result.
図１４等における直線Ｌ１は、現像電界Ｅ１＝１１．０×１０6［Ｖ／ｍ］を示すライン、直線Ｌ２は、回収電界Ｅ２＝１０．８×１０6［Ｖ／ｍ］を示すライン、直線Ｌ３は、現像電界Ｅ１＝５．０×１０6［Ｖ／ｍ］を示すラインである。また、斜めの直線Ｌ４は、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値を１００とした場合における回収電界Ｅ２に対する現像電界Ｅ１の値を示す直線である。この直線Ｌ４は、次の各式により求められる。 In FIG. 14 and the like, the straight line L1 indicates a development electric field E1 = 11.0 × 10 6 [V / m], the straight line L2 indicates a recovery electric field E2 = 10.8 × 10 6 [V / m], The straight line L3 is a line indicating the developing electric field E1 = 5.0 × 10 6 [V / m]. An oblique straight line L4 is a straight line showing the value of the developing electric field E1 with respect to the recovery electric field E2 when the value of | Vm−Vave | is 100. This straight line L4 is calculated | required by each following formula.
すなわち、Ｖ２−Ｖｍ＝Ｖｄｃ＋０．５×Ｖｐｐ−Ｖｍ・・・（式６）
ここで、Ｖａｖｅ＝Ｖｄｃ＋Ｖｐｐ（０．５−Ｄｕｔｙ）・・・（式７）
（式６）、（式７）より次の（式８）を得ることができる。
Ｖ２−Ｖｍ＝Ｖａｖｅ＋Ｖｐｐ×Ｄｕｔｙ−Ｖｍ・・・（式８）
ここで、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜＝１００（但し、Ｖａｖｅ＞Ｖｍの条件があるので、Ｖｍ−Ｖａｖｅ＝−１００）とすると、（式８）から次の（式９）を得ることができる。
That is, V2−Vm = Vdc + 0.5 × Vpp−Vm (Expression 6)
Here, Vave = Vdc + Vpp (0.5−Duty) (Expression 7)
The following (Expression 8) can be obtained from (Expression 6) and (Expression 7).
V2−Vm = Vave + Vpp × Duty−Vm (Equation 8)
Here, if | Vm−Vave | = 100 (provided that there is a condition of Vave> Vm, Vm−Vave = −100), the following (Expression 9) can be obtained from (Expression 8).
Ｖ２−Ｖｍ＝Ｖｐｐ×Ｄｕｔｙ＋１００・・・（式９）
当該（式９）の両辺をｄ（感光体ドラム２１と現像ローラ２３１の間隔）で除すると、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜＝１００のときの回収電界Ｅ２´を求めることができる。
回収電界Ｅ２´＝（Ｖｐｐ×Ｄｕｔｙ＋１００）／ｄ・・・（式１０）
図１４の場合、Ｄｕｔｙ＝１５［％］（０．１５）、ｄ＝１００［μｍ］なので、回収電界Ｅ２´は、次の（式１１）で表される。
V2−Vm = Vpp × Duty + 100 (Equation 9)
By dividing both sides of (Formula 9) by d (the distance between the
Recovery electric field E2 ′ = (Vpp × Duty + 100) / d (Equation 10)
In the case of FIG. 14, since Duty = 15 [%] (0.15) and d = 100 [μm], the recovery electric field E2 ′ is expressed by the following (formula 11).
回収電界Ｅ２´＝（０．１５Ｖｐｐ＋１００）×１０6・・・（式１１）
回収電界Ｅ２´に対する現像電界Ｅ１´は、次の（式１２）で表される。
現像電界Ｅ１´＝（Ｖｐｐ／ｄ）−回収電界Ｅ２´・・・（式１２）
したがって、Ｖｐｐを１２５０、１４２０、１６１０、１７５０［Ｖ］とした場合それぞれについて、（式１１）から回収電界Ｅ２´を求め、求めた回収電界Ｅ２´と（式１２）から現像電界Ｅ１´を求めて、求めた各値をプロットしていくと、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜＝１００の場合の回収電界に対する現像電界の値を示す直線Ｌ４を引くことができる。
Recovery electric field E2 ′ = (0.15Vpp + 100) × 10 6 (Expression 11)
The developing electric field E1 ′ with respect to the recovery electric field E2 ′ is expressed by the following (formula 12).
Development electric field E1 ′ = (Vpp / d) −recovery electric field E2 ′ (Expression 12)
Accordingly, when Vpp is 1250, 1420, 1610, and 1750 [V], the recovery electric field E2 ′ is obtained from (Equation 11), and the development electric field E1 ′ is obtained from the obtained recovery electric field E2 ′ and (Equation 12). When the obtained values are plotted, a straight line L4 indicating the value of the developing electric field with respect to the recovery electric field when | Vm−Vave | = 100 can be drawn.
なお、直線Ｌ４の左側に位置する破線は、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値を５０とした場合、直線Ｌ４の右隣に位置する破線は１５０とした場合、右端に位置する破線は２００とした場合のものである。各破線についても同様にして描くことができる。例えば、Ｌ４の左側の破線（｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜＝５０）の場合、上記（式１１）は、次の（式１３）で現すことができる。 When the value of | Vm−Vave | is 50, the broken line located on the left side of the straight line L4 is 150, the broken line located right next to the straight line L4 is 150, and the broken line located on the right end is 200. belongs to. Each broken line can be similarly drawn. For example, in the case of the broken line (| Vm−Vave | = 50) on the left side of L4, the above (formula 11) can be expressed by the following (formula 13).
回収電界＝（０．１５Ｖｐｐ＋５０）×１０6・・・（式１３）
現像電界は、上記（式１２）で求めることができ、（式１２）（式１３）よりＶｐｐの各値について回収電界と現像電界を求めることで｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜＝５０のラインを得ることができる。なお、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値を１００とした場合の直線Ｌ４および｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値を５０，１５０，２００とした場合の３本の破線の位置関係は、各図において同じである。
Recovery electric field = (0.15 Vpp + 50) × 10 6 (Equation 13)
The development electric field can be obtained by the above (Equation 12), and a line of | Vm−Vave | = 50 is obtained by obtaining the recovery electric field and the development electric field for each value of Vpp from (Equation 12) and (Equation 13). Can do. Note that the positional relationship between the straight line L4 when the value of | Vm−Vave | is 100 and the three broken lines when the value of | Vm−Vave | is 50, 150, and 200 is the same in each figure. .
図１４以外の他の図１５等のグラフについても、図１４と同様に上記（式１０）（式１２）を用いて｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値を５０，１００，１５０，２００とした場合のラインを求めることができる。具体的には、図１５のグラフは、図７の実験結果によるものなので、図７によりＤｕｔｙ＝２０［％］となり、次の（式１４）で現される。
回収電界Ｅ２＝（０．２Ｖｐｐ＋１００）×１０6・・・（式１４）
なお、現像電界Ｅ１は、上記（式１２）から求められる。各図における直線Ｌ４は、現像電界Ｅ１、回収電界Ｅ２の適正範囲を示すためのラインとして用いられる。また、「転写残像」と「かぶり」の評価結果が「×」のものしかないグラフ（例えば、図１３、１７）や評価結果が「○」である領域が狭いもの（後述の図４２）については直線Ｌ４を省略している。このことは、以下の図面においても同様である。
Other graphs of FIG. 15 other than FIG. 14 are also obtained in the case where the value of | Vm−Vave | is set to 50, 100, 150, 200 using the above (Formula 10) and (Formula 12) as in FIG. You can ask for a line. Specifically, since the graph of FIG. 15 is based on the experimental results of FIG. 7, Duty = 20 [%] according to FIG.
Recovery electric field E2 = (0.2Vpp + 100) × 10 6 (Expression 14)
The developing electric field E1 is obtained from the above (Formula 12). A straight line L4 in each figure is used as a line for indicating appropriate ranges of the development electric field E1 and the recovery electric field E2. In addition, a graph having only “x” evaluation results of “transfer afterimage” and “fogging” (for example, FIGS. 13 and 17) and a narrow region having an evaluation result of “◯” (FIG. 42 described later). Omits the straight line L4. The same applies to the following drawings.
図１３〜図１７を参照すれば、現像位相時間Ｔ１（５０、７５、１００、１５０、１７５μｓｅｃ．）毎に、評価結果が「○」になる現像電界Ｅ１、回収電界Ｅ２の範囲を目視することができる。
これまでは、周波数Ｈを２［ｋＨｚ］としたときの実験結果を示したが、周波数Ｈを３［ｋＨｚ］としたときの実験結果を図１８〜図２２、周波数Ｈを４［ｋＨｚ］としたときの実験結果を図２３〜図２７、周波数Ｈを５［ｋＨｚ］としたときの実験結果を図２８〜図３２にそれぞれ示す。各図は、周波数ごとにその値Ｈに対し適当と考えられるデューティ比、Ｖｄｃの値を想定し、その想定値で実験を行ったときの結果を示すものである。
Referring to FIGS. 13 to 17, the development electric field E1 and the recovery electric field E2 in which the evaluation result is “◯” are visually observed at every development phase time T1 (50, 75, 100, 150, 175 μsec.). Can do.
The experimental results when the frequency H is 2 [kHz] have been shown so far, but the experimental results when the frequency H is 3 [kHz] are shown in FIGS. 18 to 22 and the frequency H is 4 [kHz]. 23 to 27 show the experimental results when the frequency H is set, and FIGS. 28 to 32 show the experimental results when the frequency H is 5 [kHz]. Each figure shows the result when an experiment is performed with the assumed value of the duty ratio and Vdc considered appropriate for the value H for each frequency.
図３３〜図４７は、図１８〜図３２に示す現像電界、回収電界の値をプロットして示した図である。例えば、図３３は、図１８に示す現像電界、回収電界の値を、図３４は、図１９に示す現像電界、回収電界の値をプロットした図である。
周波数Ｈを３［ｋＨｚ］とした場合、図１８〜図２２から現像電界Ｅ１が５．１×１０6［Ｖ／ｍ］以上、現像位相時間Ｔ１が７０〜１５０［μｓｅｃ．］、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜が１０１［Ｖ］以上のときに転写残像とかぶりについて良好な結果が得られた。
33 to 47 are plots showing values of the development electric field and the recovery electric field shown in FIGS. 18 to 32. For example, FIG. 33 plots the values of the development electric field and the recovery electric field shown in FIG. 18, and FIG. 34 plots the values of the development electric field and the recovery electric field shown in FIG.
When the frequency H is 3 [kHz], the development electric field E1 is 5.1 × 10 6 [V / m] or more and the development phase time T1 is 70 to 150 [μsec. ], | Vm−Vave | was 101 [V] or more, and good results were obtained for the transfer afterimage and fog.
同様に、周波数Ｈを４［ｋＨｚ］とした場合、図２３〜図２７から現像電界Ｅ１が５．１×１０6［Ｖ／ｍ］以上、現像位相時間Ｔ１が６０〜１２５［μｓｅｃ．］、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜が１００［Ｖ］以上のときに転写残像とかぶりについて良好な結果が得られた。
周波数Ｈを５［ｋＨｚ］とした場合、図２８〜図３２から現像電界Ｅ１が５．２×１０6［Ｖ／ｍ］以上、現像位相時間Ｔ１が６０〜１００［μｓｅｃ．］、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜が１００［Ｖ］以上であれば転写残像とかぶりについて良好な結果が得られた。なお、図示していないが、現像電界Ｅ１は、周波数Ｈが３〜５［ｋＨｚ］のいずれの場合でも、５．０×１０6［Ｖ／ｍ］で転写残像について結果が「○」になった。
Similarly, when the frequency H is 4 [kHz], the development electric field E1 is 5.1 × 10 6 [V / m] or more and the development phase time T1 is 60 to 125 [μsec. ], | Vm−Vave | was 100 [V] or more, and good results were obtained for the transfer afterimage and fog.
When the frequency H is 5 [kHz], the development electric field E1 is 5.2 × 10 6 [V / m] or more and the development phase time T1 is 60 to 100 [μsec. ], | Vm−Vave | was 100 [V] or more, good results were obtained for the transfer afterimage and fog. Although not shown in the figure, the development electric field E1 is 5.0 × 10 6 [V / m] and the result is “◯” for the transfer afterimage at any frequency H of 3 to 5 [kHz]. It was.
図２１、図２２等において、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜の値をマイナスで記載しているところがあるが、これはＶａｖｅ＞Ｖｍの関係を満たしていない、すなわちＶａｖｅ＜Ｖｍの関係になっていることを示すための記載であり、上記したようにかぶりが生じるものであるから評価結果は「×」になっている。
上記の各結果から現像電界Ｅ１、回収電界Ｅ２、現像位相時間Ｔ１、｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜のそれぞれの項目について、転写残像とかぶりについて良好な結果が得られた範囲を求めると、（ａ）５．０×１０6≦現像電界Ｅ１≦１１．０×１０6［Ｖ／ｍ］、（ｂ）回収電界Ｅ２≦１０．８×１０6［Ｖ／ｍ］、（ｃ）６０≦現像位相時間Ｔ１≦１５０［μｓｅｃ］、（ｄ）Ｖａｖｅ＞Ｖｍかつ｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜≧１００［Ｖ］になる。
In FIG. 21, FIG. 22, etc., there is a place where the value of | Vm−Vave | is negative, this does not satisfy the relationship of Vave> Vm, that is, the relationship of Vave <Vm. Since it is a description for showing and fogging occurs as described above, the evaluation result is “x”.
From the above results, for each of the development electric field E1, the recovery electric field E2, the development phase time T1, and | Vm−Vave |, the range in which good results for the transfer afterimage and fog are obtained is obtained. 0.0 × 10 6 ≦ developing electric field E1 ≦ 11.0 × 10 6 [V / m], (b) recovery electric field E2 ≦ 10.8 × 10 6 [V / m], (c) 60 ≦ developing phase time T1 ≦ 150 [μsec], (d) Vave> Vm and | Vm−Vave | ≧ 100 [V].
したがって、この（ａ）〜（ｄ）の条件を、回収を良好に行うための条件（回収条件）として、当該条件を満たす構成をとることで、従来のように転写残トナー量を検出し、検出されたトナー量に基づいてバイアス電圧を可変制御するといった構成を設けなくても、クリーナレス方式において良好な画像形成を実現することが可能になる。図１４〜図１６、図３４〜図３６、図３９〜図４１、図４４〜図４６のグラフにおいて、実線で囲まれている範囲が、当該回収条件を満たす範囲に相当することになる。このように上記回収条件を満たす範囲内で現像電界Ｅ１等の値、すなわちＶｄｃ、Ｖｐｐ、Ｖｍ、Ｔ、Ｔ１、ｄの各値を装置構成（感光体ドラム２１のプロセス速度、電位／光感度特性、現像ローラの周速度、転写効率等）を考慮しながら任意に設定することができ、設計の自由度が増す。 Therefore, the conditions (a) to (d) are used as conditions (collection conditions) for performing good recovery, and the transfer residual toner amount is detected as in the past by adopting a configuration that satisfies the conditions. Even without providing a configuration in which the bias voltage is variably controlled based on the detected toner amount, it is possible to realize good image formation in the cleanerless system. In the graphs of FIGS. 14 to 16, 34 to 36, 39 to 41, and 44 to 46, a range surrounded by a solid line corresponds to a range that satisfies the recovery condition. Thus, the values of the developing electric field E1, etc., that is, the values of Vdc, Vpp, Vm, T, T1, and d within the range satisfying the above recovery conditions are set to the apparatus configuration (process speed, potential / photosensitivity characteristics of the photosensitive drum 21). , The peripheral speed of the developing roller, transfer efficiency, etc.) can be arbitrarily set, and the degree of freedom in design increases.
また、本実施の形態では、現像時と回収時でバイアス電圧ＶＢ１、ＶＢ２を切換えて現像ローラ２３１に供給する構成をとっており、これにより現像として最適なバイアス電圧、回収として最適なバイアス電圧を使い分けることができ、現像、回収を最適な条件で実行することが可能になる。
上記では、転写残像の結果を「○（良い）」「×（不良）」の２段階で現したが、実験結果から「○」の範囲をさらに３段階（最良、より良い、良い）に分けると、最良の場合に５．０×１０6≦Ｅ１≦８．０×１０6［Ｖ／ｍ］、より良い場合に８．０×１０6≦Ｅ１≦１０．０×１０6［Ｖ／ｍ］の範囲になった。これより、現像電界Ｅ１としては、好ましくは５．０×１０6≦Ｅ１≦１０．０×１０6［Ｖ／ｍ］、より好ましくは５．０×１０6≦Ｅ１≦８．０×１０6［Ｖ／ｍ］とすることができる。
In the present embodiment, the bias voltages VB1 and VB2 are switched and supplied to the developing
In the above, the result of the transfer afterimage is shown in two stages of “◯ (good)” and “× (defect)”, but the range of “◯” is further divided into three stages (best, better, good) from the experimental results. In the best case, 5.0 × 10 6 ≦ E1 ≦ 8.0 × 10 6 [V / m], and in the better case 8.0 × 10 6 ≦ E1 ≦ 10.0 × 10 6 [V / m ] Range. Accordingly, the developing electric field E1 is preferably 5.0 × 10 6 ≦ E1 ≦ 10.0 × 10 6 [V / m], more preferably 5.0 × 10 6 ≦ E1 ≦ 8.0 × 10 6. [V / m].
さらに、図１３、図１７、図３３、図３８、図４３、図４７のグラフで示されるように、プロットした点が全て×（転写残像とかぶりの一方または両方が不良）になる条件を排除した次の（式１５）を用いて、現像位相時間Ｔ１の範囲を現すことも可能である。
８０−５×Ｈ≦Ｔ１≦２２０−２３×Ｈ・・・（式１５）
ここで、Ｈは、バイアス電圧の周波数［ｋＨｚ］を示す。
Furthermore, as shown in the graphs of FIGS. 13, 17, 33, 38, 43, and 47, the condition that the plotted points are all x (one or both of the transfer afterimage and the fog is defective) is excluded. It is also possible to express the range of the development phase time T1 using the following (Equation 15).
80-5 × H ≦ T1 ≦ 220-23 × H (Equation 15)
Here, H represents the frequency [kHz] of the bias voltage.
（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、感光体ドラム２１上の転写残トナーＴｗを帯電調整部材２５に一旦回収した後、感光体ドラム２１上に吐き出し、吐き出されたトナーを現像器２３で回収する構成としたが、本実施の形態では、図４８に示すように、帯電調整部材２５を備えておらず転写残トナーＴｗを現像と同時に現像器２３に回収する構成になっており、この点が第１の実施の形態と大きく異なっている。以下、説明の都合上、第１の実施の形態と同じ内容についてはその説明を省略し、同じ構成要素については、同符号を付すものとする。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the transfer residual toner Tw on the
図４８に示すように、複写機２００の電源部２０１は、現像と回収を同時に行うためのバイアス電圧ＶＢを現像ローラ２３１に供給している。本実施の形態では、バイアス電圧ＶＢとして、Ｖｄｃが−３００［Ｖ］、Ｖｐｐが１６００［Ｖ］、Ｔが３３３［μｓｅｃ．］、Ｔ１が１１０［μｓｅｃ．］となる矩形波が使用されるようになっている。
このバイアス電圧は、第１の実施の形態で説明した回収条件を満たす（回収を良好に行える）範囲内で、かつ現像を良好に行えるものであり、実験から求められたものである。
As shown in FIG. 48, the
This bias voltage is within the range satisfying the recovery condition described in the first embodiment (the recovery can be performed satisfactorily) and the development can be performed satisfactorily, and is obtained from an experiment.
バイアス電圧ＶＢは、画像形成動作中に常時現像ローラ２３１に印加されており、これにより感光体ドラム２１と現像ローラ２３１間に電界が発生し、発生した電界の作用によって、現像位置Ｄにおいて現像を行いながら、感光体ドラム２１上の転写残トナーＴｗ（帯電チャージャ２２で帯電されトナー層の表面電位が−５００［Ｖ］とされたもの。）を回収できるようになっている。この意味で、本実施の形態では、帯電チャージャ２２が転写残トナーＴｗを帯電させるための帯電手段として機能することになる。
The bias voltage VB is constantly applied to the developing
なお、画像形成動作前や後処理時に転写残トナーＴｗの回収を行う場合には、感光体ドラム２１の回転駆動と共にバイアス電圧ＶＢの印加および帯電チャージャ２２による帯電動作を実行することで実現できる。
このように本実施の形態では帯電調整部材を配さない構成にしているので、簡素化、省スペース化でき、かつバイアス電圧を切換える構成を必要としない分、電源部２０１の回路構成を簡略化できるというメリットがある。
Note that when the transfer residual toner Tw is collected before the image forming operation or during post-processing, it can be realized by rotating the
As described above, in this embodiment, since the charging adjustment member is not provided, the circuit configuration of the
上記第１、第２の実施の形態では、トナーの極性が負の場合の例を説明したが、本発明は、正の場合も適用できる。トナーの極性が正の場合、負の場合に対して基本的に正負が逆になり、Ｖ１＞Ｖ０＞Ｖｍ＞Ｖａｖｅ＞Ｖ２の関係になる。例えば、図３の例であれば、Ｖ１＝＋９８０［Ｖ］、Ｖ２＝−２７０［Ｖ］等である。また，トナー電圧Ｖｔは、正極性として扱われ、例えばＶｔ＝＋３０［Ｖ］等になる。Ｖ０＝＋５００［Ｖ］とすると、（式２）より、Ｖｍ＝＋４７０［Ｖ］になる。これより、上記回収条件の内、（ａ）〜（ｃ）については同じであるが、（ｄ）についてはＶａｖｅ＜Ｖｍかつ｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜≧１００［Ｖ］という条件が適用される。 In the first and second embodiments, the example in which the polarity of the toner is negative has been described. However, the present invention can also be applied to the case where the toner is positive. When the polarity of the toner is positive, the polarity is basically reversed with respect to the negative case, and the relationship of V1> V0> Vm> Vave> V2 is established. For example, in the example of FIG. 3, V1 = + 980 [V], V2 = −270 [V], and the like. Further, the toner voltage Vt is treated as a positive polarity, and becomes Vt = + 30 [V], for example. When V0 = + 500 [V], Vm = + 470 [V] is obtained from (Equation 2). Accordingly, among the above collection conditions, (a) to (c) are the same, but (d) applies the conditions of Vave <Vm and | Vm−Vave | ≧ 100 [V].
（変形例）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施の形態では、バイアス電圧ＶＢを矩形波としたが、これに限定されない。交流波形であり、その１周期における一方のピーク電位を現像電位Ｖ１（現像ローラ２３１から感光体ドラム２１にトナーを供給するための電圧が印加されたときのピーク電位）、他方のピーク電位を回収電位Ｖ２（感光体ドラム２１から現像ローラ２３１にトナーを回収するための電圧が印加されたときのピーク電位）とするものであれば、例えば正弦波、三角波等であっても良い。
(Modification)
As described above, the present invention has been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications may be considered.
(1) In the above embodiment, the bias voltage VB is a rectangular wave. However, the present invention is not limited to this. It is an AC waveform, and one peak potential in one cycle is a developing potential V1 (peak potential when a voltage for supplying toner from the developing
（２）上記実施の形態では、モノクロの複写機で使用されるトナーの例を説明したが、トナーとしては、カラー画像を形成するためのトナー等であっても構わない。
（３）上記実施の形態では、本発明を複写機に適用した場合の例を説明したが、これに限定されず、プリンタ、ＦＡＸ、ＭＦＰ（Multiple Function Peripheral）等の画像形成装置一般に適用できる。
(2) In the above embodiment, an example of toner used in a monochrome copying machine has been described. However, the toner may be toner for forming a color image.
(3) In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a copying machine has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to general image forming apparatuses such as a printer, FAX, and MFP (Multiple Function Peripheral).
本発明は、現像器がクリーナを兼ねるクリーナレス方式の画像形成装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a cleanerless image forming apparatus in which a developing device also serves as a cleaner.
１、２００ 複写機
２１ 感光体ドラム
２２ 帯電チャージャ
２３ 現像器
２４ 転写ローラ
２５ 帯電調整部材
１００ 制御部
１０１、２０１ 電源部
２３１ 現像ローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,200
Claims (6)
前記現像手段は、前記像担持体に対し非接触の状態で対向配置され表面にトナーを担持するトナー担持体を備え、
前記トナー担持体には、直流成分に交流成分を重畳したバイアス電圧が印加されており、前記バイアス電圧の、１周期における一方のピーク電位を、前記トナー担持体から前記像担持体にトナーを供給するための電圧が印加されたときのピーク電位Ｖ１、他方のピーク電位を、前記像担持体から前記トナー担持体にトナーを回収するための電圧が印加されたときのピーク電位Ｖ２とすると共に、
前記帯電された転写残トナー層の残存部分における前記像担持体の表面電位をＶｍ、
前記像担持体と前記トナー担持体との対向部分における間隔をｄ、
│Ｖ１−Ｖｍ│を前記ｄで除した値を現像電界Ｅ１、
│Ｖ２−Ｖｍ│を前記ｄで除した値を回収電界Ｅ２、
前記バイアス電圧の１周期分の波形の内、電位Ｖｍよりも電位Ｖ１側の波形部分の電圧印加時間を現像位相時間Ｔ１、
前記バイアス電圧の１周期分の波形をある電位を境に低電位側と高電位側に分けたときの低電位側の面積と高電位側の面積が略等しくなる当該ある電位を面積中心電位Ｖａｖｅとしたとき、
（ａ）５．０×１０6≦Ｅ１≦１１．０×１０6［Ｖ／ｍ］、（ｂ）Ｅ２≦１０．８×１０6［Ｖ／ｍ］、（ｃ）６０≦Ｔ１≦１５０［μｓｅｃ．］、および（ｄ）Ｖ１＜Ｖ２のときにはＶ１＜Ｖｍ＜Ｖａｖｅ＜Ｖ２、Ｖ２＜Ｖ１のときにはＶ２＜Ｖａｖｅ＜Ｖｍ＜Ｖ１であり、かつ｜Ｖｍ−Ｖａｖｅ｜≧１００［Ｖ］の関係を満たしていることを特徴とする画像形成装置。 Developing means for developing a latent image formed on the image carrier with toner, transferring the toner image on the image carrier to a transfer material, and transferring the toner image on the image carrier without being transferred to the transfer material at the time of transfer An image forming apparatus that charges the residual toner remaining on the developing unit and collects the toner in the developing unit.
The developing means includes a toner carrier that is arranged to face the image carrier in a non-contact state and carries toner on the surface thereof,
A bias voltage obtained by superimposing an AC component on a DC component is applied to the toner carrier, and one peak potential in one cycle of the bias voltage is supplied from the toner carrier to the image carrier. A peak potential V1 when a voltage for applying toner is applied, and the other peak potential is set as a peak potential V2 when a voltage for recovering toner from the image carrier to the toner carrier is applied.
The surface potential of the image carrier in the remaining portion of the charged transfer residual toner layer is Vm,
The distance at the facing portion between the image carrier and the toner carrier is d,
The value obtained by dividing │V1-Vm│ by d is the developing electric field E1,
The value obtained by dividing │V2-Vm│ by d is the recovery electric field E2,
Of the waveforms corresponding to one cycle of the bias voltage, the voltage application time of the waveform portion on the potential V1 side of the potential Vm is defined as the development phase time T1,
When the waveform of one period of the bias voltage is divided into a low potential side and a high potential side with a certain potential as a boundary, the certain potential where the area on the low potential side is substantially equal to the area on the high potential side is the area center potential Vave. When
(A) 5.0 × 10 6 ≦ E1 ≦ 11.0 × 10 6 [V / m], (b) E2 ≦ 10.8 × 10 6 [V / m], (c) 60 ≦ T1 ≦ 150 [ μsec. And (d) V1 <Vm <Vave <V2 when V1 <V2, V2 <Vave <Vm <V1 when V2 <V1, and satisfy the relationship of | Vm−Vave | ≧ 100 [V] An image forming apparatus.
前記表面電位Ｖｍは、前記Ｖ０から前記Ｖｔを差し引いた値であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。 When the surface potential on the opposite side of the charged transfer residual toner layer from the image carrier is V0, and the voltage in the thickness direction of the toner layer is Vt,
3. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the surface potential Vm is a value obtained by subtracting the Vt from the V0.
８０−５×Ｈ≦Ｔ１≦２２０−２３×Ｈの関係を満たしていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。 When the frequency of the bias voltage is H [kHz],
The image forming apparatus according to claim 1, wherein a relationship of 80−5 × H ≦ T1 ≦ 220−23 × H is satisfied.
Priority Applications (1)
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| JP2004289023A JP2006106107A (en) | 2004-09-30 | 2004-09-30 | Image forming apparatus |
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| JP2003233245A (en) * | 2002-02-08 | 2003-08-22 | Canon Inc | Image forming method and image forming device using the method |
-
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