JP2009294546A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像濃度、ドット再現性の向上およびかぶりの低減を全て実現することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像装置１は、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像ローラ３に印加することにより、感光体５１に形成された静電潜像をトナーによって現像する。このとき重畳するバイアス電圧波形は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される本来の周期（第１の周期）と、Ｖｐｐを初期の値から最大となる値にまで徐々に増加させる周期（第２の周期）とを有する。トナーと同極性側のデューティーをｘ（％）、第１の周期の周波数をｙ（ｋＨｚ）としたとき、３９≦ｘ≦４９、ｙ≦０．５ｘ−２．５、ｙ≦−１．２５ｘ＋７６、ｙ≧−０．０５ｘ＋１３を満たす範囲内に、デューティーおよび第１の周期の周波数を設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置を備える画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置においては、静電潜像担持体（たとえば、感光体）の表面を帯電させ、その帯電域に画像露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像して可視化（現像）を行う現像方法が採用されている。

このような現像方法としては、一般的に、トナーを含む１成分系の現像剤や、キャリアとトナーとを含む２成分系の現像剤を用い、該トナーを摩擦帯電して静電潜像担持体表面における静電潜像の静電気力にて吸引させることで、該静電潜像を現像してトナー像を形成する現像方法が使用されている。

たとえば、２成分系の現像剤を用いる場合、現像装置における現像剤担持体（たとえば、現像ローラ）上にキャリアによる磁気ブラシを形成し、現像剤担持体と静電潜像担持体の間にバイアス電圧を印加しながら静電潜像を現像する方法が採られている。

また、１成分系及び２成分系の現像剤に拘わらず、静電潜像担持体に帯電される表面電位とは逆極性に帯電されるトナーを用いて現像する場合や、静電潜像担持体に帯電される表面電位と同極性に帯電されるトナーを用いて反転現像する場合がある。

さらに、振動バイアス電圧を現像剤担持体と静電潜像担持体との間に印加することで、静電潜像担持体上に形成される静電潜像を該トナーにて現像することもある。この振動バイアス電圧は、帯電されるトナーに対して現像剤担持体から静電潜像担持体に向かう方向の力を及ぼし得る現像側電位、及び、該トナーに対して静電潜像担持体から現像剤担持体に向かう方向の力を及ぼし得る逆現像側電位が交互に入れ替わるものとされており、たとえば、現像側電位及び逆現像側電位を印加する１サイクルの印加時間に対する現像側電位を印加する印加時間の比率（デューティ比）が５０％の矩形波を用いるのが一般的である。

ところで、このような従来の現像方法においては、ざらつきが少なく滑らかな画質を得るために、トナーの帯電量を大きくすることが望ましい。しかし、トナーの帯電量を大きくすると、たとえば、２成分系の現像剤を用いる場合、キャリアとトナーとの間の静電力は帯電量の２乗に比例するため、キャリアからトナーが離れる割合が減少する。従って、結果的にトナーの利用効率が低くなり、画像濃度が低下することになる。

画像濃度を大きくするためには、振動バイアス電圧のＶｐｐ（ピーク・ツー・ピーク電圧）を大きくすればよい。しかし、このＶｐｐを大きくすると、トナーが静電潜像担持体から現像剤担持体に戻る方向の電界が強くなるために、いったん静電潜像担持体に付着したトナー像が引き剥がされることによってドットがきれいに付着しなくなる。つまり、いわゆるドット再現性が悪化する傾向がある。

特許文献１記載の現像装置は、交番電圧の周波数、振幅、デューティーの３要素を所定範囲値に制御することでかぶりの抑制を可能としている。３要素は、たとえば周波数が１．０ｋＨｚから２．５ｋＨｚ、振幅が５００Ｖから１０００Ｖ、デューティーが４０％から６％としている。

特許文献２記載の現像装置は、現像ローラに印加する交流電圧の周波数が５〜１２ｋＨｚ、ピーク・ツー・ピーク電圧が０．５〜１．１ｋＶ、デューティーが３０〜４０％、地肌ポテンシャルが１００〜１５０Ｖ、現像ギャップが０．３０〜０．４５ｍｍ、二成分現像剤汲み上げ密度が１．０〜１．５ｍｇ／ｍｍ^３、感光体に対する現像ローラの線速比が１．４〜２．１であり、キャリア付着とハーフトーン白抜けを防止している。

特開平１１−６５２７０号公報 特開２００４−１０１６４０号公報

特許文献１および特許文献２記載の現像条件では、ベタ画像の画像濃度の確保、ドット再現性の向上とかぶりの低減を全て実現することは困難である。

本発明の目的は、画像濃度、ドット再現性の向上およびかぶりの低減を全て実現することができる画像形成装置を提供することである。

本発明は、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置を備える画像形成装置において、
印加する交番電圧は、トナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させるための現像側電位、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へ移行させるための逆現像側電位とが交互に切り替わるように印加される交番電圧波形を有し、
交番電圧は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される第１の周期と、ピーク・ツー・ピーク電圧を初期の最小の値から最大となる値にまで徐々に増加させる第２の周期とを有するとともに、第２の周期における最大のピーク・ツー・ピーク電圧を印加した後に、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧を印加するように構成され、
交番電圧におけるトナーと同極性側のデューティーをｘ（％）、第１の周期の周波数をｙ（ｋＨｚ）としたとき、
３９≦ｘ≦４９ …（１）
ｙ≦０．５ｘ−２．５ …（２）
ｙ≦−１．２５ｘ＋７６ …（３）
ｙ≧−０．０５ｘ＋１３ …（４）
を満たす範囲内に、前記デューティーおよび前記第１の周期の周波数を設定することを特徴とする画像形成装置である。

また本発明は、
ｙ≧−０．０５ｘ＋１３ …（４）
４１≦ｘ≦４５ …（５）
ｙ≦ｘ−２５ …（６）
ｙ≧ｘ−３１ …（７）
を満たす範囲内に、前記デューティーおよび前記第１の周期の周波数を設定することを特徴とする。

また本発明は、交番電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（Ａ）を満たすことを特徴とする。
Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（Ａ）
ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）

また本発明は、交番電圧は、第２の周期の最後に印加するピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ（ｎ）が、下記の式（８）を満たすことを特徴とする。
１．５ｋＶ≦Ｖ（ｎ）≦２．５ｋＶ …（８）

また本発明は、交番電圧は、第２の周期の最初に印加するピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ（１）が、下記の式（９）を満たすことを特徴とする。
０．３ｋＶ≦Ｖ（１）≦０．５ｋＶ …（９）

また本発明は、交番電圧は、第２の周期中に含まれる第１の周期の周期数が、３以上７以下であることを特徴とする。

また本発明は、現像剤は、トナーとキャリアを含む２成分現像剤であることを特徴とする。

本発明によれば、直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置を備える画像形成装置である。このとき、印加する交番電圧は、トナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させるための現像側電位、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へ移行させるための逆現像側電位とが交互に切り替わるように印加される交番電圧波形を有する。さらに、交番電圧は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される第１の周期と、ピーク・ツー・ピーク電圧を初期の最小の値から最大となる値にまで徐々に増加させる第２の周期とを有するとともに、第２の周期における最大のピーク・ツー・ピーク電圧を印加した後に、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧を印加するように構成される。

さらに、交番電圧におけるトナーと同極性側のデューティーをｘ（％）、第１の周期の周波数をｙ（ｋＨｚ）としたとき、
３９≦ｘ≦４９ …（１）
ｙ≦０．５ｘ−２．５ …（２）
ｙ≦−１．２５ｘ＋７６ …（３）
ｙ≧−０．０５ｘ＋１３ …（４）
を満たす範囲内に、前記デューティーおよび前記第１の周期の周波数を設定する。

画像濃度は最大のピーク・ツー・ピーク電圧によって決定されるので、最大のピーク・ツー・ピーク電圧を常に印加し続けた場合と同じ画像濃度が得られる。

ピーク・ツー・ピーク電圧を周期的に増加させることにより、ドット再現性を向上させ、デューティーを４９％以下とすることにより、さらにドット再現性を向上させることができる。

第１の周期を周期的に増加させることで、かぶりが増加する傾向があるが、デューティーを３９％以上に設定するとともに、周波数を約１１ｋＨｚ以上の範囲で設定することにより、画像濃度とドット再現性を維持しまたまま、かぶりを低減することが可能となる。

また本発明によれば、
ｙ≧−０．０５ｘ＋１３ …（４）
４１≦ｘ≦４５ …（５）
ｙ≦ｘ−２５ …（６）
ｙ≧ｘ−３１ …（７）
を満たす範囲内に、前記デューティーおよび前記第１の周期の周波数を設定することで、さらにドット再現性を向上させ、かぶりを低減することができる。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（Ａ）を満たす。
Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（Ａ）
ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）

最小のピーク・ツー・ピーク電圧の後に、最大に近いピーク・ツー・ピーク電圧が印加されると、ドット再現性が悪化する。したがって、最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までは徐々にピーク・ツー・ピーク電圧を増加させることでドット再現性を向上させることができる。

また本発明によれば、第２の周期の最後に印加するピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ（ｎ）が、１．５ｋＶ≦Ｖ（ｎ）≦２．５ｋＶを満たす。

Ｖ（ｎ）を１．５ｋＶ以上とすることでさらに画像濃度を向上させることができるが２．５ｋＶを越えるとほとんど向上が見られなくなるので、このような範囲内にＶ（ｎ）を設定することが好ましい。

また本発明によれば、交番電圧は、第２の周期の最初に印加するピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ（１）が、０．３ｋＶ≦Ｖ（１）≦０．５ｋＶを満たす。

Ｖ（１）をこの範囲に設定することで、ドット再現性を向上させ、かぶりを低減させることができる。

また本発明によれば、第２の周期中に含まれる第１の周期の周期数を、３以上７以下とする。

８以上とすると、第２の周期を一定とした場合に、第１の周期が短くなり、結果的にドット再現性を低下させることになるので、第１の周期の周期数をこの範囲に設定することで、ドット再現性を向上させることができる。

また本発明によれば、現像剤は、トナーとキャリアを含む２成分現像剤を用いる。
最大のピーク・ツー・ピーク電圧を大きくすることから、トナーがキャリアから離れやすくなり、トナーの利用効率が上がる。これにより、穂立ちのムラが目立たなくなり、２成分現像剤の現像に好適である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態である画像形成装置１００の全体構成の概略を模式的に示す縦断面図である。なお、図１では、本実施形態の画像形成装置の主な構成要素を中心に簡略化して記載された一例であって、本発明に係る現像方法を実施する画像形成装置の構成に何ら限定されるものではない。

画像形成装置１００は、静電潜像担持体となる感光体５１を複数（本実施の形態では、黄色画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用、および黒色画像用の４つ）備えるカラー画像を形成可能とするタンデム方式のカラー画像形成装置である。画像形成装置１００は、ネットワーク（図示せず）を介して接続されたＰＣ（Personal Computer）等の各種端末装置（図示せず）から送信される画像データや、スキャナ等の原稿読み取り装置（図示せず）によって読み取られた画像データに基づいて、被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐに対して、カラー画像またはモノクロ画像を形成するプリンタ機能を有するものである。

画像形成装置１００は、図１に示すように、用紙Ｐに画像を形成する機能を有する画像形成ステーション部５０（５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂ）、当該画像形成ステーション部５０で記録媒体Ｐに形成されたトナー像を定着させる機能を有する定着装置４０、記録媒体Ｐを載置する供給トレイ６０から画像形成ステーション部５０および定着装置４０へと記録媒体Ｐを搬送する機能を有する搬送部３０を備えている。

画像形成ステーション部５０は、黄色画像用、マゼンタ画像用、シアン画像用および黒色画像用のそれぞれ４つの画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂから構成されている。

具体的には、供給トレイ６０と定着装置４０との間において、供給トレイ６０側から、黄色画像形成ステーション５０Ｙ、マゼンタ画像形成ステーション５０Ｍ、シアン画像形成ステーション５０Ｃ、および黒色画像形成ステーション５０Ｂがこの順に並設されている。

これら各色の画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ、実質的に同一の構成を有しており、各色に対応する画像データに基づいて、黄色、マゼンタ、シアン、および黒色の画像を形成して、最終的に被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐ上に転写するものである。

なお、図１における各画像形成ステーション部の構成部品の符号について、黄色画像用の画像形成ステーション５０Ｙに代表させて示し、他の各画像形成ステーション５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの構成部品の符号は、省略してある。

各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂは、それぞれ静電潜像が形成される潜像担持体となる感光体５１を備え、これらの感光体５１の周囲には、周方向に帯電装置５２、露光装置５３、現像装置１、転写装置５５、およびクリーニング装置５６がそれぞれ配置されている。

感光体５１は、ＯＰＣ（Organic Photoconductor：有機光導電体）等の感光性材料を表面に有する略円筒のドラム形状を呈し、露光ユニット１の下方に配設され、駆動手段と制御手段によって、所定方向（図中矢印Ｆ方向）に回転駆動するように制御されている。

帯電装置５２は、感光体５１の表面を所定の電位に均一に帯電するための帯電手段であって、感光体５１の上方でその外周面に近接して配置されている。本実施の形態では、接触型のローラ方式の帯電ローラが使用されているが、チャージャー型やブラシ方式の帯電装置を代用しても良い。

露光装置５３は、画像処理部（図示省略）から出力された画像データに基づいて、帯電装置５２にて帯電される感光体５１の表面にレーザ光を照射して露光することにより、当該表面に画像データに応じた静電潜像を書込み形成する機能を有する。露光装置５３は、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂに応じて、黄色、マゼンタ、シアン、または黒色に対応する画像データが入力されることにより、対応する色に応じた静電潜像を形成するようになっている。露光装置５３としては、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）や、ＥＬやＬＥＤ等の発光素子をアレイ状に並べた書込み装置（たとえば、書込みヘッド）を使用することができる。

現像装置１は、現像剤を担持する現像剤潜像体となる現像ローラ３を有している。現像ローラ３は、トナーが感光体５１へ移動し得る現像領域へ現像剤を搬送するように構成されている。この現像装置１は、本実施の形態では、トナーとキャリアとを含む２成分系の現像剤を用いて、露光装置５３にて感光体５１表面に形成された静電潜像を当該トナーにて反転現像してトナー像（可視像）を形成する。

現像装置１には、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの画像形成に応じて、黄色、マゼンタ、シアン、または黒色の現像剤が収容されている。この現像剤は、感光体５１に帯電される表面電位と同極性に帯電されるトナーを含んでいる。なお、感光体５１に帯電される表面電位の極性および使用するトナーの帯電極性は、本実施形態では、何れもマイナスとしている。

転写装置５５は、感光体５１上のトナー像を搬送ベルト３３にて搬送される被転写材Ｐ上に転写するものであり、トナーの帯電極性とは、逆極性（本実施形態では、プラス極性）のバイアス電圧が印加される転写ローラ５５を有している。

クリーニング装置５６は、被転写材となる用紙Ｐへの現像・画像転写後に、感光体５１の外周面上に残存しているトナーを除去・回収するものである。本実施の形態では、感光体５１を挟んで現像装置１と略対向する位置で感光体５１の側方で略水平（図１では、左側）に配置されている。

搬送部３０は、駆動ローラ３１、従動ローラ３２、および搬送ベルト３３を備え、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂにおいて、各色のトナー像が転写される被転写材Ｐを搬送するものである。搬送部３０は、無端状の搬送ベルト３３が駆動ローラ３１と従動ローラ３２との間に張架された構成となっており、供給トレイ６０から給紙された被転写材（記録媒体）となる用紙Ｐを各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂへと順に搬送するようになっている。

定着装置４０は、加熱ローラ４１および加圧ローラ４２を備え、これらのニップ部に被転写材Ｐを搬送することで、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を熱圧着して当該用紙Ｐ上に定着させるものである。

また、本実施の形態の画像形成装置１００は、現像ローラ３と感光体５１との間の電位差が連続的かつ周期的に変化するように、振動バイアス電圧を現像ローラ３に印加するバイアス電圧印加手段となるバイアス電圧印加部１１０を具備する。振動バイアス電圧は、帯電されるトナーに対して現像ローラ３から感光体５１に向かう方向の力を及ぼし得る現像側電位と、帯電されるトナーに対して感光体５１から現像ローラ３に向かう方向の力を及ぼし得る逆現像側電位とが交互に切り替わる交番電圧である。この振動バイアス電圧の印加の詳細については、後述する。

このように構成された画像形成装置１００では、搬送部３０にて搬送される用紙Ｐは、各画像形成ステーション５０Ｙ、５０Ｍ、５０Ｃ、５０Ｂの感光体５１との対向位置を通過する際に、当該対向位置において、搬送ベルト３３を介して下方に配置された転写ローラ５５による転写電界の作用にて、各感光体５１上のトナー像が順次に用紙Ｐ上に転写される。これによって、各色のトナー像が当該用紙Ｐ上に重なり合い、用紙Ｐ上に所望のフルカラー画像が形成される。こうしてトナー像が転写された被転写材となる用紙Ｐは、定着装置４０によってトナー像の定着処理が行われた後に、不図示の排紙トレイに送出される。

図２は、図１に示す各画像形成ステーションにおける現像装置１の概略構成を示す側面図である。なお、図２では、本実施形態の現像装置１の主な構成要素を中心に簡略化して記載された一例であって、本発明に係る現像方法を実施する現像装置の構成に何ら限定されるものではない。

図２に示すように、本実施形態の現像装置１は、上述した現像ローラ３に加えて、当該現像ローラ３上の現像剤の層厚を規制する規制部材となる規制ブレード６と、現像剤を現像ローラ３に搬送すると共に現像剤の撹拌を行う撹拌・搬送部材となる一対の撹拌・搬送スクリュー４、５と、トナーとキャリアとを含む２成分系の現像剤を収容する現像槽２とを備える。

現像槽２には、一対の撹拌・搬送スクリュー４、５が略平行に配設されている。これらの撹拌・搬送スクリュー４、５間には、軸線方向の両端部側を除いて仕切る隔壁７が設けられている。このように現像槽２内に隔壁７を設けることによって、現像槽２内には、隔壁７を境にして独立した現像剤の搬送路が形成される。そして、現像装置１は、現像槽２内に収容される現像剤中のトナーが当該現像槽２に配設された撹拌・搬送スクリュー４、５の撹拌動作によって、キャリアと共に撹拌されて摩擦帯電されるようになっている。

また、現像槽２における感光体５１と対向する位置には、現像用開口部Ｑが設けられており、現像ローラ３は、感光体５１との間に現像ギャップ（０．３〜１．０ｍｍ程度）を設けて、現像槽２の開口部Ｑより一部を露出させた状態となるように当該現像槽２に配設されている。

現像ローラ３は、周方向に沿って複数の磁極部材が並設されるように含むマグネットローラ８と、当該マグネットローラ８に対して一定方向（図２におけるＧ方向）に回転自在に外嵌された略円筒形状のアルミニウム合金および黄銅等で形成された非磁性の現像スリーブ９とを有しており、当該現像スリーブ９が図示していない制御手段・駆動手段によって、所定方向（図中矢印Ｇ方向）に回転駆動するように構成されている。

現像剤は、トナーと磁性体よりなるキャリアとを含んでいる。この現像剤は、マグネットの磁力により現像スリーブ９表面に吸着され、現像スリーブ９の回転方向Ｇに沿って当該現像スリーブ９上を搬送される。このとき、キャリアは、マグネットローラ８の磁力によって現像スリーブ９表面に吸着されて磁気ブラシを形成し、トナーは、摩擦帯電によるクーロン力にてキャリアに付着する。

また、現像用開口部Ｑにおける現像スリーブ９の回転方向Ｇの上流側には、規制ブレード６の先端部が現像スリーブ９に対向するように配置されている。規制ブレード６は、本実施の形態では、現像ローラ３表面に形成された現像剤の層厚を規制するように構成されている。

本実施の形態の現像装置１を以上説明したような構成とすることにより、現像装置１は、感光体５１との対向位置に一定量の現像剤が供給され、当該対向位置へ供給された現像剤におけるトナーが感光体５１の表面に形成された静電潜像の静電気力にて吸引され、静電潜像を現像してトナー像を形成するようになっている。また、現像装置１は、上記の対向位置へ供給された現像剤のうち、キャリアおよび現像に供されなかったトナーが現像スリーブ９の回転によって、再び現像槽２内に戻されるようになっている。

バイアス電圧印加部１１０は、トナーを現像ローラ３から感光体５１に向ける力を及ぼす現像側電位、およびトナーを感光体５１から現像ローラ３に向ける力を及ぼす逆現像側電位が周期的に入れ替わる振動バイアス電圧として、図３に示すような波形のバイアス電圧を現像ローラ３の現像スリーブ９に印加する。

図３の波形に示すように、本実施形態では、バイアス電圧のピーク・ツー・ピーク電圧（以後、Ｖｐｐと表記）を、初期のＶｐｐから徐々に増加させ、一定数の周期が経過した後に初期のＶｐｐにまで一気に減少させて、再度Ｖｐｐを徐々に増加させることを繰り返している。徐々にＶｐｐを大きくすることにより、トナーがキャリアから離れやすくなり、最大のＶｐｐ時に最もトナーがキャリアから飛翔する。このときの飛翔量は、常に同じＶｐｐを繰り返している場合とほぼ同じである。また、最大Ｖｐｐの状態から、一旦Ｖｐｐを初期の最小のＶｐｐにまで小さくすることにより、ドット再現性が向上する。これは、最大Ｖｐｐ時に飛翔したトナーが、ドット潜像にゆるやかに移動していくことで安定したドットが形成されるためであると考えられる。

このように、本発明のバイアス電圧波形は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される本来の周期（第１の周期）と、Ｖｐｐを初期の値から最大となる値にまで徐々に増加させる周期（第２の周期）とを有している。

すなわち、本発明における現像バイアス電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧が、下記の式（Ａ）を満たすことになる。
Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（Ａ）
ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）

さらに、交番電圧におけるトナーと同極性側のデューティーをｘ（％）、第１の周期の周波数をｙ（ｋＨｚ）としたとき、
３９≦ｘ≦４９ …（１）
ｙ≦０．５ｘ−２．５ …（２）
ｙ≦−１．２５ｘ＋７６ …（３）
ｙ≧−０．０５ｘ＋１３ …（４）
を満たす範囲に、デューティーおよび周波数を設定する。

（実施例）
実施例１〜１６、比較例１〜１３は、シャープ株式会社製、複合機ＭＸ−７００１Ｎを用いて出力した。ただし、各種の現像バイアス波形は、任意波形発生器（商品名：ＨＩＯＫＩ ７０７５、日置電機（株）社製）とアンプ（商品名：ＨＶＡ４３２１、（株）エヌエフ回路設計ブロック社製）を用いて表１に示す現像バイアス電圧波形を出力したものを用いた。なお、実験に用いたトナーは体積平均粒子径６．８μｍ、キャリアは体積平均粒子径４０μｍのものを用いた。実験時のトナー帯電量は約２５μＣ／ｇであった。

現像バイアス波形として、デューティー、第１周期の周波数、Ｖ（ｎ）、Ｖ（１）、周期数を下記表１のように変更して実施例１〜１６、比較例１〜１３とした。

なお、デューティーとは、第１の周期におけるトナーと同極性側のデューティー比（％）を示している。Ｖ（ｎ）とは第２の周期の最後に印加される第１の周期のＶｐｐを示している。Ｖ（１）とは第２の周期の最初に印加される第１の周期のＶｐｐを示している。周期数とは、第２の周期中に含まれる第１の周期の数を示している。

実施例１〜１６、比較例１〜１３に対して、画像濃度、ドット再現性、かぶりについて評価した。

・画像濃度
画像濃度は、Ａ４用紙の全面にベタ画像を印字し、印字されたベタ画像の画像濃度をポータブル分光測色濃度計（商品名：Ｘ−Ｒｉｔｅ ９３９、Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）にて測定した。

画像濃度の評価基準として、かすれが見られない濃度である１．６以上を良好として○、ほとんどかすれが見られない１．４以上、１．６未満を実使用可能として△、かすれが目立つ１．４未満を実使用不可能として×とした。

ドット再現性およびかぶりについては、図４に示すようなドットからなるパターン画像を印字し、パターン画像が印字された用紙を顕微鏡（商品名：ＤＩＧＩＴＡＬ ＭＩＣＲＯＳＣＯＰＥ ＶＨＸ−２００、（株）キーエンス社製）にて、倍率１００倍で拡大し、目視により判断した。

ドット再現性の評価基準として、ドットの形状がはっきり認識できるものを良好として○、ドットの輪郭がぼやけているが、概ね形状を認識できるものを実使用可能として△、ドットの形状が認識できないものを実使用不可能として×とした。

カブリの評価基準として、ドットを印字しない領域１ｍｍ^２中にトナーによる点が１０個未満（肉眼では認識できない量）を良好として○、１０個以上、２０個未満（肉眼で何とか認識できる量）を実使用可能として△、２０個以上（肉眼で容易に認識できる量）を実使用不可能として×とした。

総合評価は、画像濃度、ドット再現性、かぶりの全ての評価が○のものを◎、何れか１つの評価が△で、残り２つの評価が○のものを○、何れか１つの評価が○で残り２つの評価が△のものを△、１つ以上の評価に×があるものを×とした。

実施例１では、デューティー３９．０％、周波数１１．５ｋＨｚであり、このとき画像濃度が○で、ドット再現性およびかぶりが△で総合評価は△であり、実施例２では、デューティー３９．０％、周波数１７．０ｋＨｚであり、画像濃度およびかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○である。

比較例１では、デューティー３８．０％、周波数１１．５ｋＨｚであり、このとき画像濃度およびドット再現性が○で、かぶりが×で総合評価は×であり、比較例２では、デューティーが３８．０％、周波数１７．０ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性が×で、かぶりが△で総合評価は×である。

このように、同じ周波数であっても、デューティーが３８％となると総合評価が×となることから、デューティーは３９％以上である必要がある。

また、実施例４では、デューティー４９．０％、周波数１５．０ｋＨｚであり、画像濃度およびかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○であり、実施例５では、デューティー４９．０％、周波数１１．０ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性およびかぶりが△で総合評価は△である。

比較例６では、デューティー５０．０％、周波数１５．０ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性が×で、かぶりが△で総合評価は×である。

このように、同じ周波数であっても、デューティーが５０％となると総合評価が×となることから、デューティーは４９％以下である必要がある。

以上の評価結果より、デューティーｘ（％）は、
３９≦ｘ≦４９ …（１）
を満たす必要がある。

実施例２では、デューティー３９．０％、周波数１７．０ｋＨｚであり、画像濃度およびかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○であり、実施例３では、デューティー４５．０％、周波数２０．０ｋＨｚであり、画像濃度およびかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○である。

比較例２では、デューティー３８．０％、周波数１７．０ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性が×で、かぶりが△で総合評価×であり、比較例３では、デューティー４１．０％、周波数１８．５ｋＨｚであり、画像濃度およびかぶりが○で、ドット再現性が×で、総合評価は×であり、比較例４では、デューティー４５．０％、周波数２１．０ｋＨｚであり、ベタ濃度およびかぶりが○で、ドット再現性が×で、総合評価は×である。

デューティーｘ（％）、周波数ｙ（ｋＨｚ）としたとき、実施例２，３のｘ、ｙを最小自乗法により近似直線を求めると、ｙ＝０．５ｘ−２．５となる。上記の評価結果より、この近似直線よりもｙが小さい（周波数が低い）ほうが好ましい結果であるから、
ｙ≦０．５ｘ−２．５ …（２）
を満たす必要がある。

実施例３では、デューティー４５．０％、周波数２０．０ｋＨｚであり、画像濃度およびかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○であり、実施例４では、デューティー４９．０％、周波数１５．０ｋＨｚであり、画像濃度およびかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○である。

比較例４では、デューティー４５．０％、周波数２１．０ｋＨｚであり、画像濃度およびかぶりが○で、ドット再現性が×で、総合評価は×であり、比較例５では、デューティー４７．０％、周波数１７．５ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性が×で、かぶりが△で、総合評価は×であり、比較例６では、デューティー５０．０％、周波数１５．０ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性が×で、かぶりが△で総合評価は×である。

デューティーｘ（％）、周波数ｙ（ｋＨｚ）としたとき、実施例３，４のｘ、ｙを最小自乗法により近似直線を求めると、ｙ＝−１．２５ｘ＋７６となる。上記の評価結果より、この近似直線よりもｙが小さい（周波数が低い）ほうが好ましい結果であるから、
ｙ≦−１．２５ｘ＋７６ …（３）
を満たす必要がある。

実施例１では、デューティー３９．０％、周波数１１．５ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性およびかぶりが△で総合評価は△であり、実施例５では、デューティー４９．０％、周波数１１．０ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性およびかぶりが△で総合評価は△である。

比較例１では、デューティー３８．０％、周波数１１．５ｋＨｚであり、画像濃度およびドット再現性が○で、かぶりが×で総合評価は×であり、比較例７では、デューティー４９．０％、周波数１０．０ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性が×で、かぶりが△で総合評価は×である。

デューティーｘ（％）、周波数ｙ（ｋＨｚ）としたとき、実施例１，５のｘ、ｙを最小自乗法により近似直線を求めると、ｙ＝−０．０５ｘ＋１３となる。上記の評価結果より、この近似直線よりもｙが大きい（周波数が高い）ほうが好ましい結果であるから、
ｙ≧−０．０５ｘ＋１３ …（４）
を満たす必要がある。

以上の結果から、デューティーｘ（％）、周波数ｙ（ｋＨｚ）としたとき、上記式（１）〜式（４）で囲まれる範囲内となるように、デューティーと第１周期の周波数を設定する必要がある。

実施例６では、デューティー４１．０％、周波数１１．０ｋＨｚであり、画像濃度、ドット再現性、かぶりが○で、総合評価は◎であり、実施例７では、デューティー４１．０％、周波数１６．０ｋＨｚであり、画像濃度、ドット再現性、かぶりが○で、総合評価は◎である。

実施例１では、デューティー３９．０％、周波数１１．５ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性とかぶりが△で総合評価は△であり、実施例２では、デューティー３９．０％、周波数１７．０ｋＨｚであり、画像濃度とかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○である。

また、実施例３では、デューティー４５．０％、周波数２０．０ｋＨｚであり、画像濃度とかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○であり、実施例８では、デューティー４５．０％、周波数１４．０ｋＨｚであり、画像濃度、ドット再現性、かぶりが○で、総合評価は◎である。実施例４では、デューティー４９．０％、周波数１５．０ｋＨｚであり、画像濃度とかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○であり、実施例５では、デューティー４９．０％、周波数１１．０ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性とかぶりが△で総合評価は△である。

以上の表結果より、デューティーｘ（％）は、
４１≦ｘ≦４５ …（５）
がより好ましい範囲であることがわかる。

実施例３では、デューティー４５．０％、周波数２０．０ｋＨｚであり、画像濃度とかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○であり、実施例７では、デューティー４１．０％、周波数１６．０ｋＨｚであり、画像濃度、ドット再現性、かぶりが○で、総合評価は◎である。

実施例２では、デューティー３９．０％、周波数１７．０ｋＨｚであり、画像濃度とかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○である。

デューティーｘ（％）、周波数ｙ（ｋＨｚ）としたとき、実施例３，７のｘ、ｙを最小自乗法により近似直線を求めると、ｙ＝ｘ−２５となる。上記の評価結果より、この近似直線よりもｙが小さい（周波数が低い）ほうがより好ましい結果であるから、
ｙ≦ｘ−２５ …（６）
がより好ましい範囲であることがわかる。

実施例８では、デューティー４５．０％、周波数１４．０ｋＨｚであり、画像濃度、ドット再現性、かぶりが○で、総合評価は◎であり、実施例９では、デューティー４２．０％、周波数１１．０ｋＨｚであり、画像濃度とドット再現性が○で、かぶりが△で総合評価は○である。

実施例５では、デューティー４９．０％、周波数１１．０ｋＨｚであり、画像濃度が○で、ドット再現性とかぶりが△で総合評価は△である。

デューティーｘ（％）、周波数ｙ（ｋＨｚ）としたとき、実施例８，９のｘ、ｙを最小自乗法により近似直線を求めると、ｙ＝ｘ−３１となる。上記の評価結果より、この近似直線よりもｙが大きい（周波数が高い）ほうがより好ましい結果であるから、
ｙ≧ｘ−３１ …（７）
がより好ましい範囲であることがわかる。

実施例６では、デューティー４１．０％、周波数１１．０ｋＨｚであり、画像濃度、ドット再現性、かぶりが○で、総合評価は◎であり、実施例９では、デューティー４２．０％、周波数１１．０ｋＨｚであり、画像濃度とドット再現性が○で、かぶりが△で総合評価は○である。実施例１０では、デューティー４３．０％、周波数１５．０ｋＨｚであり、画像濃度、ドット再現性、かぶりが○で、総合評価は◎である。

比較例８のデューティー４２．０％、周波数１０．０ｋＨｚであり、画像濃度、ドット再現性が○で、かぶりは×で、総合評価は×である。

デューティーｘ（％）、周波数ｙ（ｋＨｚ）としたとき、実施例６，９のｘ、ｙを最小自乗法により近似直線を求めると、ｙ＝−０．０５ｘ＋１３となる。上記の評価結果より、この近似直線よりもｙが大きい（周波数が高い）ほうがより好ましい結果であるから、
ｙ≧−０．０５ｘ＋１３ …（４）
がより好ましい範囲であることわかる。

以上の結果から、デューティーｘ（％）、周波数ｙ（ｋＨｚ）としたとき、上記式（４）〜式（７）で囲まれる範囲内となるように、デューティーと第１周期の周波数を設定するとより好ましいことがわかる。

実施例１２では、Ｖ（ｎ）＝１．５ｋＶであり、画像濃度が△で、ドット再現性とかぶりが○で総合評価は○であり、実施例１３では、Ｖ（ｎ）＝２．５ｋＶであり、画像濃度、ドット再現性およびかぶりが全て○で総合評価は◎である。

実施例１１では、Ｖ（ｎ）＝１．４ｋＶであり、画像濃度とドット再現性が△で、かぶりが○で総合評価は△であり、実施例１４では、Ｖ（ｎ）＝２．６ｋＶであり、画像濃度が△で、ドット再現性とかぶりが○で総合評価は○である。

以上の評価結果より、Ｖ（ｎ）は、
１．５ｋＶ≦Ｖ（ｎ）≦２．５ｋＶ …（８）
であることが好ましい。

実施例１６では、Ｖ（１）＝０．３ｋＶであり、画像濃度とドット再現性が○で、かぶりが△で総合評価は○であり、実施例１７では、Ｖ（１）＝０．５ｋＶであり、画像濃度、ドット再現性およびかぶりが全て○で総合評価は◎である。

実施例１５のＶ（１）＝０．２ｋＶであり、ドット再現性が○で、画像濃度とかぶりが△で総合評価は△であり、実施例１８のＶ（１）＝０．６ｋＶであり、画像濃度とかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価○はである。

以上の結果より、Ｖ（１）は、
０．３ｋＶ≦Ｖ（１）≦０．５ｋＶ …（９）
であることが好ましい。

実施例１９では、周期数が３回であり、画像濃度とドット再現性が○で、かぶりが△で総合評価は○であり、実施例２０では、周期数が７であり、画像濃度とかぶりが○で、ドット再現性が△で総合評価は○である。

実施例２１では周期数が８であり、かぶりが○で、画像濃度とドット再現性が△で総合評価は△である。

以上の結果より、第２の周期中に、第１の周期は３回以上、７回以下含むように波形を設定することが好ましい。

図５は、式（１）〜式（７）を満たす範囲を図示したグラフである。縦軸は、第１周期の周波数（ｋＨｚ）を示し、横軸は、デューティー（％）を示す。

第１周期の周波数（ｋＨｚ）とデューティー（％）は、式（１）〜式（４）を満たす範囲内に設定されることが必要であり、式（４）〜式（７）を満たす範囲内の設定されることがより好ましい。

なお、上記では二成分現像について説明したが、本発明は、現像バイアスによってトナーを現像させる構成であれば、二成分現像に限定されるものではなく、一成分現像においても同様の効果が得られる。

本発明の実施形態である画像形成装置１００の全体構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す各画像形成ステーションにおける現像装置１の概略構成を示す側面図である。 現像ローラ３に印加する現像バイアス電圧波形を示す図である。 ドット再現性およびかぶりを評価するためのドットからなるパターン画像を示す図である。 式（１）〜式（７）を満たす範囲を図示したグラフである。

符号の説明

１ 現像装置
２ 現像槽
３ 現像ローラ
４，５ 撹拌・搬送スクリュー
６ 規制ブレード
３０ 搬送部
４０ 定着装置
５０ 画像形成ステーション部
６０ 供給トレイ
１００ 画像形成装置

Claims (7)

1. 直流電圧に重畳した交番電圧を、現像剤担持体に印加することにより、静電潜像担持体に形成された静電潜像をトナーによって現像する現像装置を備える画像形成装置において、
   印加する交番電圧は、トナーを現像剤担持体から静電潜像担持体へ移行させるための現像側電位、トナーを静電潜像担持体から現像剤担持体へ移行させるための逆現像側電位とが交互に切り替わるように印加される交番電圧波形を有し、
   交番電圧は、現像側電位と逆現像側電位とが１回ずつ印加される第１の周期と、ピーク・ツー・ピーク電圧を初期の最小の値から最大となる値にまで徐々に増加させる第２の周期とを有するとともに、第２の周期における最大のピーク・ツー・ピーク電圧を印加した後に、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧を印加するように構成され、
   交番電圧におけるトナーと同極性側のデューティーをｘ（％）、第１の周期の周波数をｙ（ｋＨｚ）としたとき、
   ３９≦ｘ≦４９ …（１）
   ｙ≦０．５ｘ−２．５ …（２）
   ｙ≦−１．２５ｘ＋７６ …（３）
   ｙ≧−０．０５ｘ＋１３ …（４）
   を満たす範囲内に、前記デューティーおよび前記第１の周期の周波数を設定することを特徴とする画像形成装置。
2. ｙ≧−０．０５ｘ＋１３ …（４）
   ４１≦ｘ≦４５ …（５）
   ｙ≦ｘ−２５ …（６）
   ｙ≧ｘ−３１ …（７）
   を満たす範囲内に、前記デューティーおよび前記第１の周期の周波数を設定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 交番電圧は、第２の周期の１周期中にｎ個の第１の周期を含み、初期の最小のピーク・ツー・ピーク電圧から最大のピーク・ツー・ピーク電圧までの各ピーク・ツー・ピーク電圧を、時間経過とともに、Ｖ（１），Ｖ（２），…Ｖ（ｎ）へと変化させたとき、各ピーク・ツー・ピーク電圧は、下記の式（Ａ）を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
   Ｖ（ｉ）≦Ｖ（ｉ＋１）
   Ｖ（１）＜Ｖ（ｎ） …（Ａ）
   ただし １≦ｉ≦ｎ−１ （ｉは整数）
4. 交番電圧は、第２の周期の最後に印加するピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ（ｎ）が、下記の式（８）を満たすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置。
   １．５ｋＶ≦Ｖ（ｎ）≦２．５ｋＶ …（８）
5. 交番電圧は、第２の周期の最初に印加するピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ（１）が、下記の式（９）を満たすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の画像形成装置。
   ０．３ｋＶ≦Ｖ（１）≦０．５ｋＶ …（９）
6. 交番電圧は、第２の周期中に含まれる第１の周期の周期数が、３以上７以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の画像形成装置。
7. 現像剤は、トナーとキャリアを含む２成分現像剤であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置。

Images