JP3715856B2

JP3715856B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3715856B2
Application number: JP2000004965A
Authority: JP
Inventors: 裕二酒見; 木村　　茂雄; 文武廣部
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2020-01-13
Also published as: JP2001194876A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタ等とされる電子写真方式あるいは静電記録方式の画像形成装置に関し、特にその現像器に特徴を有する画像形成装置である。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式、静電記録方式の画像形成装置では、静電潜像を担持した像担持体に、現像器の現像剤を担持した現像スリーブ（現像剤担持体）を対応させて現像を行うことが一般的であり、像担持体と現像スリーブの間に現像電界を形成するために、現像スリーブに現像バイアスが印加される。
【０００３】
この現像バイアスとしては、図１５に示すように、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳したものが用いられてきており、図１５に示すＡＣ成分の矩形波は、従来、周波数２ｋＨｚ（１／２周期＝２５０μ秒）程度、ピークツウピーク電圧（Ｖpp）２ｋＶ程度が用いられ、良好な現像像が得られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１５に示すような現像バイアスには、画像のハイライト部分が「がさつく」という欠点と、現像剤のトナーの粒径を小さくして行った場合には、十分な画像濃度が得られないという欠点があった。
【０００５】
この欠点の改善のために、たとえば図１６に示すように、ＤＣ成分にＡＣ成分を断続的に重畳したような現像バイアスを用いることが、本出願人より提案されている。しかしながら、この現像バイアスには以下のような問題があった。
【０００６】
図１６に示すような現像バイアス（本明細書では、ブランクパルスバイアスもしくはＢＰバイアスと称する）は、図１５に示したような現像バイアス（本明細書では、矩形バイアスと称する）に比べて現像性はよいが、ハイライト部のがさつきをなくす条件として、パルス部の周波数を４ｋＨｚ（１／２周期＝１２５μ秒）以上に上げることが必須であった。また濃度を出す条件としてパルス部のＶppを従来の矩形波と同様に２kV以上にする必要があった。
【０００７】
パルス部のＶppが２ｋＶ超え、また周波数が４ｋＨｚ以上になると、現像部に導電性の異物が混入した場合には、その部分で異常放電が発生し、画像上にリング状の斑点が形成され、著しく画像品位を落とす問題があった。
【０００８】
したがって、ＢＰバイアスを用いた場合、従来の矩形バイアスの場合よりもＶppを小さく抑制することが要求される。
【０００９】
本発明の目的は、適切な現像バイアスにより良好な現像を行って、ハイライト部のがさつきを防止し、画像濃度が十分に得られ、かつ異常放電による画像不良のない画像形成装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電潜像を現像する現像器とを具備し、前記現像器は、前記像担持体と対向する、トナーとキャリアとを有する２成分現像剤を担持した現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス印加手段とを有し、前記バイアス印加手段により印加される現像バイアス電圧の波形の周期は、振動部と休止部とを備え、前記振動部から休止部に変化する直前の振動バイアスは、トナーを像担持体へと飛翔させる方向であり、その印加時間をＴ１とし、更にその直前の振動バイアスは、トナーを現像剤担持体への引き戻す方向であり、その印加時間をＴ２とすると、Ｔ１＞Ｔ２の関係を有し、
更に下記式、
｜Ｖ pp −２Ｖ cont ｜・Ｔｂ ^２／４＜ｄ ^２／｜Ｑ｜
ただし、
Ｖ pp ：現像バイアスのピークツウピーク電圧 [ Ｖ ] 、
Ｔｂ：現像剤担持体にかかる交番電圧の現像剤担持体にトナーを引き戻す
最大の時間 [ 秒 ] 、
Ｖ cont ：画像コントラスト電位 [ Ｖ ] 、
Ｑ：トナーの平均の摩擦帯電電荷量 [ Ｃ／ｋｇ ] 、
ｄ：像担持体と現像剤担持体間の距離 [ ｍ ]
を満たすことを特徴とする画像形成装置である。
【００１１】
本発明によれば、好ましくは、前記現像バイアス電圧の振動部は実質的に矩形波である。前記現像バイアス電圧の振動部において、休止部を振動中心とした時の振動部の積分値は、実質的にゼロである。前記現像バイアス電圧の振動部と休止部の時間の比は１：１／２〜１：１５である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を図面に則してさらに詳しく説明する。
【００１３】
実施例１
図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【００１４】
図１において、静電潜像担持体としての感光ドラム１３１は、図中矢印Ｒ方向に回転し、その表面が一次帯電器１３２により均一に帯電される。その後、感光ドラム１３１には画像に応じたレーザー光Ｌが露光され、表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像器１３３によりトナーとキャリアとからなる２成分現像剤を使用して現像バイアスの印加下に現像され、トナー像として可視化される。本実施例では、トナーはマイナス極性に帯電している。得られたトナー像は、図示しない紙搬送装置によって搬送されてきた紙上に転写帯電器１３４により転写され、その後、定着器１３５により定着されて、画像として出力される。
【００１５】
転写工程において、感光ドラム１３１上に残留した転写残りトナーは、感光ドラム１３１に押圧されたクリーニングブレード１６１を有したクリーニング装置１３６によりクリーニングされる。その後、感光ドラム１３１は前露光装置１３７によって除電されて、再度の画像形成に供される。
【００１６】
本発明は、現像時に、現像器１３３の現像スリーブ（現像剤担持体）１３３ａに、バイアス印加手段である現像電源１３８から現像バイアスとしてＢＰバイアスを印加し、そのＢＰバイアスを工夫したことに特徴がある。本実施例で使用した現像バイアスを図２に示す。この現像バイアス電圧は、休止部（ブランク部）と振動部からなるＢＰバイアス（ブランクパルスバイアス）であり、振動部が４個のパルスから形成されている。図２において、現像スリーブにトナーを引き戻す方向の電圧の最大の印加時間をＴｂとすると、Ｔｂ≧Ｔ１である。
【００１７】
この振動部は、休止部の直ぐ後に、トナーを現像器１３３の現像スリーブに引き戻す電界として、休止部の電位に対して電圧＋９００Ｖを時間Ｔｂ＝Ｔ１印加し、その後、電圧−９００Ｖを時間Ｔ２印加し、さらに電圧＋９００Ｖを時間Ｔ２印加して、最後にトナーを感光ドラム１３１に飛翔させる方向の電界として、休止部の電位に対して−９００Ｖ、時間Ｔ１の印加を行い、その後、休止部となる。
【００１８】
本実施例では、休止部の時間は６×（Ｔ１＋Ｔ２）時間である。Ｔ１＝１．５×Ｔ２となるように波形を選択した。Ｔ１＋Ｔ２の１周期が８ｋＨｚとなるように選択したため、本実施例では、振動部が２５０μｓ（マイクロ秒）、休止部が７５０μｓとなり、またＴ１＝７５μｓ、Ｔ２＝５０μｓとなり、バイアスは、振動部と休止部を合わせた１周期が１０００μｓで、周波数が１ｋＨｚのＢＰバイアスとなった。
【００１９】
従来提案されていたＢＰバイアスの波形を図３に示す。図３のバイアスはピークツウピーク電圧Ｖppを２ｋＶに設定した（図２のバイアスはＶppを１．８ｋＶに設定した）。図４に、図２、図３のバイアスを用いて、同一条件で画像を出力した場合のＶ−Ｄ（現像コントラストｖｓ画像濃度）曲線を示す。
【００２０】
図４に示されるように、本発明における現像バイアスである図２のＢＰバイアスを用いることにより、従来ではＢＰバイアスのＶppを２ｋＶまで上げなければ得られなかった濃度が、Ｖppを１．８ｋＶまで低下させても十分に得られるようになった。
【００２１】
本実施例では、このようにＢＰバイアスのＶppを１．８ｋＶに抑えることができ、その結果、現像部への導電性の異物の混入があっても、従来問題になっていた異常放電による画像不良を発生することがなく、高濃度の画像が安定して得られるようになった。
【００２２】
濃度が十分に得られるようになった理由として、以下のことが考えられる。図５は現像スリーブ上のトナー粒子１個にかかる力を示した図、図６はその拡大図である。図中ｑはトナーの電荷量、ｍは質量、ａは加速度、ΔＶは感光ドラムと現像スリーブ間の電位差、ｄは感光ドラムと現像スリーブ間のギャップである。
【００２３】
ここで、トナーが現像中に受ける力を考える。トナーが現像スリーブから感光ドラムへ飛翔する方向の力が最大となるのは、振動部のバイアスが印加されている中で、トナーが感光ドラムへ飛翔する方向の電界が形成されているときである。また画像部に付着するトナーの量は、振動部からブランク部（休止部）へと変化するときに電界により加速されたトナーの速度に依存すると考えられる。振動部の電圧が印加されて、休止部に移る直前に現像スリーブから感光ドラム方向へトナーを飛翔させる電圧が印加された場合に、現像スリーブ上に静止しているトナーが加速された速度を、本発明と従来の場合とで比較してみる。
【００２４】
加速されたトナーの速度は、
Ｖ＝｜ｑ｜／ｍ×ΔＶ／ｄ×ＴL
で表現できる。現像に必要なコントラストを３５０Ｖと考えると、従来のバイアスではΔＶは１３５０Ｖとなる。それに対して本発明のバイアスではΔＶは１２５０Ｖとなる。その他の値は従来のバイアスと本発明のバイアスで同一である。そこで、従来のバイアス印加でのブランク部になった瞬間のトナーの速度をＶ２、本発明のバイアス印加でのトナーの速度をＶ１とすると、
Ｖ１＝１．２３×Ｖ２
となり、Ｖppが低くてもトナーの飛翔速度は速くなっており、結果としてＶppを低くしても画像濃度が十分に得られるようになったと思われる。
【００２５】
実施例２
実施例１では、現像バイアスとして図２に示したＢＰバイアスを用いたが、本発明に有効なバイアスは図２のバイアスに限定されるものではない。
【００２６】
本実施例で現像バイアスに用いたＢＰバイアスを図７に示す。本実施例のＢＰバイアスは、振動部が複数回の振動を有している。図中、Ｔ１＝５０μｓ、Ｔ２＝２５μｓとし、Ｔ１＝２×Ｔ２となるように波形を選択した。このＢＰバイアスは、図２のＢＰバイアスと同様、積分値をゼロにすることにより、複数回の振動を行っても、実施例１と同様の効果が得られる。
【００２７】
図７のＢＰバイアスによれば、Ｖppを１．６ｋＶにしても十分濃度を得ることができ、かつ異常放電による画像不良も発生しなかった。また、このようなＢＰバイアスを用いることによっても、実施例１と同様、がさつき、画像ムラが少ない画像を得ることができた。
【００２８】
実施例３
本発明の画像形成装置の他の実施例について図８により説明する。
【００２９】
本実施例の画像形成装置は、上部にデジタルカラー画像リーダー部を、下部にデジタルカラー画像プリンタ部を有するカラー複写機である。
【００３０】
リーダー部において、原稿３０を原稿ガラス台３１上に載せ、露光ランプ３２により露光走査することによって得られる原稿３０からの反射光像を、レンズ３３によりフルカラーセンサ３４に集光し、カラー色分解画像信号を得る。このカラー色分解画像信号は図示しない増幅回路で増幅された後、同じく図示しないビデオ処理ユニットで処理を施され、プリンタ部に送出される。
【００３１】
プリンタ部において、像担持体である感光ドラム１は表面保護層を有する感光体であり、図の矢印方向に回転自在に設置されている。この感光ドラム１の周囲には、感光ドラム１の表面を初期化する前露光ランプ１１、感光ドラム１の表面を一様に帯電する帯電器２（本例ではコロナ帯電器）、感光ドラム１の表面上に画像情報に応じた静電潜像を形成するレーザ露光光学系３、感光ドラム１上に形成された静電潜像を現像する色の異なる現像剤（トナー）を収納した４個の現像器４（４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋ）よりなる固定配置の現像装置、感光ドラム１上のトナー量を検知する光検知手段１３、感光ドラム１上に残留した現像剤を除去するクリーナ６等が、それぞれ配置されている。
【００３２】
レーザ露光光学系３は、本例では、ポリゴンミラー３ａ、レンズ３ｂ、ミラー３ｃ等からなり、上記リーダー部からの色分解された画像信号によって変調され、レーザ出力部でイメージスキャン露光の光信号に変換され、変換されたレーザ光Ｅをポリゴンミラー３ａで反射し、レンズ３ｂおよびミラー３ｃを通じて感光ドラム１の表面に投影し、各色のカラー画像信号に対応した静電潜像を形成する。
【００３３】
プリンタ部での画像形成時には、感光ドラム１を図の矢印方向に回転させ、まず、前露光ランプ１１によって感光ドラム１の表面を除電、初期化し、ついで帯電器２により感光ドラム１の表面をマイナスに一様帯電し、露光光学系３により色分解された各色の画像信号に対応するレーザ光Ｅを感光ドラム１の表面に順次照射し、所定の色順で静電潜像を形成する。
【００３４】
つぎに所定の現像器を所定の現像順であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の順に動作させて、感光ドラム１上の潜像を現像し、感光ドラム１上に樹脂を基体としたネガトナーによるトナー像を順次に形成する。ここで、現像装置の各現像器４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋは、偏心カム２４Ｃ、２４Ｍ、２４Ｙ、２４Ｋの動作により、形成された潜像の色に応じて所要の現像器が択一的に感光ドラム１に接近して現像動作を行うように構成されている。
【００３５】
一方、記録材カセット７ａ、７ｂまたは７ｃから（手差しの場合もある）、ピックアップローラ、給紙ガイド、給紙ローラ等からなる搬送系によって送給された転写紙のような記録材は、所定タイミングに同期して転写装置５に巻き付けられる。
【００３６】
この転写装置５は、本例では、記録材担持体としての直径１８０ｍｍの転写ドラム５ａ、感光ドラム１上のトナー像を記録材へ転写する転写用コロナ帯電器５ｂ、記録材を転写ドラム５ａに吸着させる吸着帯電手段である吸着帯電器５ｃおよび対向極としての吸着用ローラ５ｇ、内側コロナ帯電器５ｄおよび外側コロナ帯電器５ｅを有し、回転駆動されるように軸支された転写ドラム５ａの周面開口域には、記録材担持手段である誘電体からなる記録材担持シート５ｆが円筒状に一体的に張設されている。記録材担持シート５ｆは、ポリカーボネートフィルム等の誘電体シートを使用されている。
【００３７】
転写ドラム５ａは、感光ドラム１と同期して図の矢印方向に回転駆動され、シアン現像器４Ｃで現像して得られたシアントナー像が、記録材担持シート上に担持された記録材に、転写部において転写用帯電器５ｂによって転写される。転写ドラム５ａはそのまま回転を継続し、つぎの色（たとえばマゼンタ）の画像の転写に備える。
【００３８】
また、トナー像が転写された感光ドラム１はクリーナ６によって残留トナー等の付着物がクリーニングされ、再び帯電器２によって一様帯電され、つぎの色のマゼンタの画像信号により変調されたレーザ光により、前述のような画像露光を受ける。この潜像はマゼンタ現像器によって現像され、マゼンタトナー像として可視化され、このマゼンタトナー像は転写部において転写用帯電器５ｂによって、記録材担持シート５ｆ上の記録材にシアントナー像の上から重ねて転写される。転写ドラム５ａはそのまま回転を継続し、つぎの色（たとえばイエロー）の画像の転写に備える。
【００３９】
続いて、以上のような画像形成および転写のプロセスをイエローおよびブラックについて行い、記録材上に４色のトナー像の重畳転写が終了すると、記録材は分離用帯電器５ｈにより除電され、ついで押上げコロ８ｂおよび分離爪８ａの作用によって転写ドラム５ａから分離され、搬送手段で定着器９（本例では熱ローラ定着器）に送られてトナー像が定着されて、外部のトレイ１０上に排出される。かくして、一連のフルカラープリントのシーケンスが終了し、所要のフルカラープリント画像が得られる。
【００４０】
記録材の両面に画像を形成する場合は、記録材が定着器９を出た後、直ぐに搬送パス切り換えガイド１９を駆動して、記録材を搬送縦パス２０を経て反転パス２１ａに一旦導く。その後、反転ローラ２１の逆転により、送り込まれた際の後端を先頭にして、送り込まれた方向と反対向きに記録材を退出させ、中間トレイ２２に収納する。その後、再び中間トレイ２２から記録材を転写装置５に搬送し、上述の画像形成工程によって記録材のもう一方の面に画像を形成する。
【００４１】
記録材を分離した後の転写ドラム５ａにおいては、記録材担持シート５ｆ上への粉体の飛散付着、記録材上のオイルの付着等を防止するために、記録材担持シート５ｆを介して対向するファーブラシ１４とバックアップブラシ１５、およびオイル除去ローラ１６とバックアップブラシ１７によって清掃を行う。このような清掃は、画像形成前もしくは画像形成後に行い、またジャム（紙づまり）発生時には随時行う。
【００４２】
また、本例においては、所望のタイミングで偏心カム２５を動作させ、転写ドラム５ａと一体化しているカムフォロワ５ｉを作動させることにより、記録材担持シート５ｆと感光ドラム１とのギャップを任意に設定できる構成となっている。たとえば、スタンバイ（待機）中または電源オフ時には、転写ドラム５ａと感光ドラム１の間隔を離す。
【００４３】
つぎに、図９のブロック図により画像処理部の処理プロセスについて説明する。
【００４４】
図９の画像処理部４０において、デジタル画像データ４２はＤ／Ａ変換器４０２によってアナログ画像信号４０３に変換され、比較器４１１の一方の端子に入力される。タイミング信号発生回路４０７は、入力された基準クロック信号４３により画素クロック４０４や、パターン信号発生器４０９へのスクリーンクロック４０８を作成して出力している。パターン信号発生器４０９はスクリーンクロック４０８を基にパターン信号４１０を出力し、比較器４１１の他方の端子に入力している。
【００４５】
デジタル画素信号４２は画素クロック４０４に同期して入力され、Ｄ／Ａ変換器４０２は画素クロック４０４に同期してアナログ画像信号４０３を出力する。スクリーンクロック４０８は画素クロック４０４を整数倍したクロック信号で、たとえば三角波であるパターン信号４１０の周期を規定している。
【００４６】
アナログ画像信号４０３とパターン信号４１０は比較器４１１により比較され、アナログ画像信号４０３の方が大きいときは０、小さいときは１として、パルス幅変調された２値化画像データ４１が作成され出力される。
【００４７】
図１０に、図９の各部のタイミングチャートを示す。これにより、さらに画像処理プロセスについて説明する。
【００４８】
ここで、スクリーンクロック４０８は画素クロック４０４の２倍の周期を持つクロックとしている。デジタル画像信号が１６進数の００（白）からＦＦ（黒）に段階的に変化するとき、パターン信号４１０により変調された２値化画像データ４１のパルス波形を示している。このようにパターン信号の振幅を変えることによって、デジタル画像データ４２の入力レベルと２値化画像データ４１のパルス幅の関係を変えることができる。
【００４９】
２値化画像データ４１は、フルカラー複写機の画像形成部に入力され、レーザ光による露光幅を制御し、感光ドラム上に画像データに応じた露光幅を持つレーザースポットが投影され、潜像が形成される。これらの潜像は、前述した現像器４Ｙ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｋにより現像される。
【００５０】
つぎに本発明の特徴部分である現像工程について詳述する。現像剤は、非磁性トナーと磁性キャリア（磁性粒子）とからなる２成分現像剤を用いている。混合比は重量比で、非磁性トナーが約５％になるようにした。非磁性トナーは約８μｍの体積平均粒径を有する。磁性キャリアは樹脂コーティングされたフェライト粒子（最大磁化６０ｅｍｕ／ｇ）からなり、その重量平均粒径は５０μｍであり、抵抗値は１０⁸Ωｃｍ以上の値を示す。また磁性キャリアの透磁性率は約５．０である。
【００５１】
現像器４（４Ｙ〜４Ｋ）の現像容器には、感光ドラム１に近接する部位に開口部が設けられ、この開口部から現像剤担持体としての現像スリーブが外部に突出している。現像スリーブは現像容器内に回転可能に組み込まれ、感光ドラム１との間隔が５００μｍとなるように配置されている。現像スリーブの外径は２５ｍｍ、その周速は２８０ｍｍ／秒である。
【００５２】
本実施例において、
Ｖpp：現像剤担持体にかかる現像バイアスの交番電圧のピークツウピーク
電圧[Ｖ]、
Ｔｂ：現像剤担持体にかかる現像バイアスの交番電圧の現像剤担持体にト
ナーを引き戻す最大の時間[秒]、
Ｖcont：画像コントラスト電位[Ｖ]（現像バイアスのＤＣ電圧から最大画像
濃度を出力する場合の潜像電位との電位差）、
Ｑ：トナーの平均の摩擦帯電電荷量[Ｃ／ｋｇ]、
ｄ：像担持体と現像剤担持体間の距離[ｍ]
としたとき、現像バイアスとして、
｜Ｖpp−２Ｖcont｜・Ｔｂ ² ／４＜ｄ²／｜Ｑ｜
の条件を満たす交番電界が断続的に形成されるような交互電圧が印加される。
【００５３】
本実施例で用いたトナーは、摩擦帯電量が約−２．０×１０^-2Ｃ／ｋｇのと、約−３．０×１０^-2Ｃ／ｋｇの２種類を使用した。
【００５４】
つぎにトナーの摩擦帯電電荷量（２成分現像剤）の測定方法について、図１１により説明する。図１１は、トナーの摩擦帯電電荷量（トリボ）を測定する装置である。
【００５５】
まず、摩擦帯電量を測定しようとするトナーをキャリアと合して２成分現像剤の形にして、５０〜１００ｍｌ容量のポリエチレン製のビンに入れ、約１０〜４０秒間手で振盪し、ついでこの現像剤を約０．５〜１．５ｇ、底が５００メッシュの導電性スクリーン１４３になった金属製の測定容器１４２に入れ、容器１４２に金属製の蓋１４４を被せる。この状態の測定容器１４２全体の重量を計り、これをＷ１（ｋｇ）とする。
【００５６】
つぎに、測定容器１４２を吸引機１４１に設置し（吸引機１４１の少なくとも測定容器１４２と接する部分は絶縁体）、吸引口１４７から吸引し、風量調節弁１４６を調節して、真空計１４５の圧力を２５０ｍｍＡｑとする。この状態で十分、好ましくは２分間吸引を行い、トナーを吸引除去する。このときの測定容器１４２に接続した電位計１４９が示す電位を読み、これをＶ１（Ｖ）とする。また吸引後の測定容器１４２全体の重量を計り、これをＷ２（ｋｇ）とする。測定容器１４２に電位計１４９と並列接続したコンデンサ１４８の容量をＣ１（μＦ）とすると、トナーの摩擦帯電量は、下式：
トナーの摩擦帯電量（μＣ／ｋｇ）＝Ｃ１×Ｖ１×１０^-3／（Ｗ１−Ｗ２）
のごとく計算される。
【００５７】
本実施例において、画像濃度が約０．２程度のハイライトハーフトーン画像とベタ画像を出力し、ハイライトハーフトーン画像の滑らかさとベタ画像の濃度を評価した。
【００５８】
ここで、画像出力のための静電潜像の形成はつぎのようである。まず、感光ドラムを−６５０Ｖに一様帯電し、ハイライトハーフトーン画像を出力する場合には、半導体レーザーによってＰＷＭ（パルス幅変調）を行い、表面電位を約−４５０Ｖまで落とし、ベタ画像を出力する場合には約−１５０Ｖまで落とした（Ｖcont＝３５０Ｖ）。
【００５９】
つぎに、上述した構成の現像器および帯電量を有するトナーを用いて、反転現像方式により潜像を現像した。本実施例では、現像バイアスの直流電圧を−５００Ｖに設定し、断続的に与える交番電圧の振幅Ｖppを１８００Ｖに固定し、引戻し時間の最大時間Ｔｂを変化させた。このとき、交番電界を経つ時間は、図１２に示すように、交番電界１周期ごとに２周期分とした。現像剤は２成分現像剤で、そのトナーには、前述の２種類のトナー（摩擦帯電量が約−２．０×１０^-2Ｃ／ｋｇと約−３．０×１０^-2Ｃ／ｋｇ）を試した。結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】

表１に示されるように、Ａ＝｜Ｖpp−２Ｖcont｜・Ｔｂ²／４、Ｂ＝ｄ²／｜Ｑ｜として、これらの関係がＡ＜Ｂとなる場合のみ、ベタにおいて高濃度を維持し、さらにハイライトの再現性が良好であった。
【００６１】
前述したように、図５および図６は、現像スリーブ上のトナー粒子１個にかかる力を示した図で、図中ｑはトナーの電荷量、ｍは質量、ａは加速度、ΔＶは感光ドラムと現像スリーブ間の電位差、ｄは感光ドラムと現像スリーブ間のギャップである。
【００６２】
感光ドラムから現像スリーブへトナーが移動できる距離Ｘは、以下のようにして求められる。トナーに対して、現像スリーブに引戻す剥ぎ取り電圧が振動電界印加中に最大時間としてＴｂ秒間印加される。この間にトナーが移動できる距離Ｘは、下記の式（１）：
Ｘ＝｜Ｑ｜・｜１／２・Ｖpp−Ｖcont｜・Ｔｂ²／２ｄ・・・（１）
で求められる。
【００６３】
ここで、感光ドラム上に現像されたトナーが、剥ぎ取り電圧が最大時間だけ印加された場合の移動距離Ｘでは、現像スリーブに戻されない条件を設定してやることにより、トナーは感光ドラム上に偏った振動を繰り返す。このときの条件は、Ｘが感光ドラムと現像スリーブ間のギャップｄよりも小さくなるときである。
【００６４】
式で表すと、
｜Ｑ｜・｜１／２・Ｖpp−Ｖcont｜・Ｔｂ²／２ｄ＜ｄ
∴ ｜Ｖpp−２Ｖcont｜・Ｔｂ²／４＜ｄ²／｜Ｑ｜・・・（２）
このような条件下において現像を行うと、剥ぎ取り電圧が最大時間の電界によっても、Ｓ−Ｄ間を十分に往復運動することができない上に、前述したように交番電圧が立たれる直前の現像促進側の電圧の印加時間を長くすることにより、Ｖppが低い場合でもＤＣ成分が潜像電位に見合った量のトナーを感光ドラムに引き付けるように働くため、ドットの欠落が発生しなくなる。また感光ドラム上において、断続的に振動を繰り返すことにより、潜像部にトナーが集中し、１つ１つのドットが忠実に再現されるため、従来の矩形バイアスでは不均一な画像しか得られないような浅い潜像でも、均一な画像が出力できるようになる。
【００６５】
本実施例では、印加する交互電界、すなわちＢＰバイアスを、図１２に示すようにしたが、本発明はこれに限られず、たとえば図１３に示すように、２波長印加、５波長休止、あるいは図１４に示すように、３波長印加、１０波長休止としてもよい。またこれらの振動部の波形は矩形波でなくても、三角波やサイン波など様々な波形が印加でき、複写速度や現像条件に応じて最も適切な波形を選ぶことができる。またバイアス印加時間と休止時間の比は１：１／２〜１：１５が好ましく、この範囲で良好な結果が得られた。
【００６６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想内でのあらゆる変形が可能である。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の画像形成装置では、バイアス印加手段により現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧を、波形の１周期に振動部と休止部とを備えるブランクパルスバイアスとし、その振動部から休止部に変化する直前の振動バイアスがトナーを像担持体へと飛翔させる方向であり、その印加時間がＴ１で、さらにその直前の振動バイアスがトナーを現像剤担持体への引き戻す方向であり、その印加時間がＴ２で、これらの振動バイアスにＴ１＞Ｔ２の関係を有するようにさせたので、周波数が高くピークツウピーク電圧が低い条件でも、画像の均一性が高く、濃度が十分な画像が得られ、異常放電による画像欠陥もなく、高画質の画像を安定して得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図１の実施例で使用したＢＰバイアスを示す波形図である。
【図３】従来のＢＰバイアスを示す波形図である。
【図４】図２、図３のバイアスを用いて同一条件で画像を出力した場合のＶ−Ｄ曲線を示す図である。
【図５】現像スリーブ上のトナー粒子１個にかかる力を示した図である。
【図６】図５の拡大図である。
【図７】本発明の他の実施例で使用したＢＰバイアスを示す波形図である。
【図８】本発明の画像形成装置のさらに他の実施例を示す構成図である。
【図９】図８の画像形成装置の画像処理部を示すブロック図である。
【図１０】図８の画像処理部のタイミングチャートである。
【図１１】２成分現像剤におけるトナーの摩擦帯電量を測定するのための測定装置を示す斜視図である。
【図１２】図８の実施例で使用したＢＰバイアスを示す波形図である。
【図１３】本発明で使用することができるＢＰバイアスの他の例を示す波形図である。
【図１４】本発明で使用することができるＢＰバイアスのさらに他の例を示す波形図である。
【図１５】矩形バイアスを示す波形図である。
【図１６】従来のＢＰバイアスを示す波形図である。
【符号の説明】
１３１感光ドラム
１３２一次帯電器
１３３現像器
１３３ａ現像スリーブ
１３４転写帯電器
１３５定着器
１３８現像電源

Claims

静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電潜像を現像する現像器とを具備し、前記現像器は、前記像担持体と対向する、トナーとキャリアとを有する２成分現像剤を担持した現像剤担持体と、前記現像剤担持体に現像バイアスを印加するバイアス印加手段とを有し、前記バイアス印加手段により印加される現像バイアス電圧の波形の周期は、振動部と休止部とを備え、前記振動部から休止部に変化する直前の振動バイアスは、トナーを像担持体へと飛翔させる方向であり、その印加時間をＴ１とし、更にその直前の振動バイアスは、トナーを現像剤担持体への引き戻す方向であり、その印加時間をＴ２とすると、Ｔ１＞Ｔ２の関係を有し、
更に下記式、
｜Ｖ pp −２Ｖ cont ｜・Ｔｂ ^２／４＜ｄ ^２／｜Ｑ｜
ただし、
Ｖ pp ：現像バイアスのピークツウピーク電圧 [ Ｖ ] 、
Ｔｂ：現像剤担持体にかかる交番電圧の現像剤担持体にトナーを引き戻す
最大の時間 [ 秒 ] 、
Ｖ cont ：画像コントラスト電位 [ Ｖ ] 、
Ｑ：トナーの平均の摩擦帯電電荷量 [ Ｃ／ｋｇ ] 、
ｄ：像担持体と現像剤担持体間の距離 [ ｍ ]
を満たすことを特徴とする画像形成装置。
前記現像バイアス電圧の振動部は実質的に矩形波である請求項１の画像形成装置。
前記現像バイアス電圧の振動部は実質的に２周期以上である請求項１の画像形成装置。
前記現像バイアス電圧の振動部において、休止部を振動中心とした時の振動部の積分値は、実質的にゼロである請求項１の画像形成装置。
前記現像バイアス電圧の振動部と休止部の時間の比は１：１／２〜１：１５である請求項１の画像形成装置。