JP6155210B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に関し、特に、画像形成装置に搭載され像担持体上の静電潜像をトナー像に現像する現像装置に印加される、現像バイアスの制御方法に関するものである。

従来の現像装置においては、現像ローラー（トナー担持体）に現像バイアスを印加して、現像ローラーと感光体ドラム（像担持体）との間に形成される現像電界によりトナーを感光体ドラム側に飛翔させる、いわゆるジャンピング現像方式が知られている。

上記の現像装置においては、現像ローラーと感光体ドラム（像担持体）とのギャップ（現像ギャップ）の変動による濃度ムラや、ベタ画像のエッジ部とその周辺部分とで濃度差が発生するという問題点があった。

そこで、現像バイアスとして、直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳して印加するパルス部と、交流電圧の印加を休止して直流電圧のみを印加する休止部とを含むブランクパルスバイアスを用いることで、上述したような問題点を解消する方法が提案されている。

例えば特許文献１には、プロセスカートリッジに含まれる現像手段に、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加する現像バイアス印加手段を有し、プロセスカートリッジの使用量（累積印字枚数）に応じて交流電圧の休止時間を設定する周期を可変とすることにより、画像形成条件を促進させる方向に補正することが提案されている。

また、特許文献２には、二成分現像剤を担持し、現像ローラーに二成分現像剤中のトナーのみを供給する磁気ローラーを備え、ブランクパルスバイアスの交流電圧振動部（パルス部）の現像方向（トナーが現像ローラー側から感光体ドラム側に移動する方向）の電圧を固定した状態で、回収方向（トナーが感光体ドラム側から現像ローラー側に移動する方向）の電圧値をトナー濃度に応じて変更することが提案されている。

特開平１０−３９７１９号公報 特開２００８−２２５２２９号公報

ところで、画像形成装置においては、特に記録媒体の厚みが厚い場合に十分な定着性を確保して画質を改善するために、搬送される記録媒体の厚みや種類に応じて装置各部の駆動速度（プロセス速度）を複数段階に切り換えられるようにした画像形成装置が知られている。即ち、記録媒体が普通紙である場合は通常の駆動速度で画像形成処理が行われ、記録媒体が厚紙である場合は通常よりも低速で画像形成処理が行われる。

ここで、現像装置の駆動速度を通常よりも低速にした場合、現像ローラー上に担持されたトナーが感光体ドラムとの対向部分（現像ニップ）を通過する時間が長くなる。その結果、現像時間が過剰になり、ベタ画像のエッジ部とそれ以外の部分とで濃度差が大きくなってしまう。

本発明は、上記問題点に鑑み、現像ローラーに印加する現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを用いる場合に、プロセス速度に係わらず、長期間に亘って現像ギャップの変動による濃度ムラとベタ画像のエッジ部における濃度差の両方を抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、現像装置と、電圧印加装置と、駆動機構と、制御部と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、静電潜像が形成される。現像装置は、像担持体に対向して配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体を備え、トナー担持体に現像バイアスを印加することにより、トナー担持体に担持されたトナーを像担持体側に移動させて、像担持体表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する。電圧印加装置は、矩形波形の交流電圧を印加するパルス部と、交流電圧を印加しない休止部とを含むブランクパルスバイアスを現像バイアスとしてトナー担持体に印加する。駆動機構は、現像装置を含む装置各部を駆動する。制御部は、駆動機構及び電圧印加装置を制御する。制御部は、駆動機構を制御して画像形成処理を行うプロセス速度を変更するとともに、プロセス速度の変更に応じて現像バイアスにおけるパルス部と休止部の比率を可変させる。

本発明の第１の構成によれば、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを用いる場合に、プロセス速度に応じた適切な現像性が確保されるため、プロセス速度の変更に係わらず、現像ギャップの変動による濃度ムラとベタ画像のエッジ部の濃度差の発生を長期間に亘って効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るカラープリンター１００の全体構成を示す概略断面図 本発明のカラープリンター１００に用いられる現像装置３ａの断面図 本発明のカラープリンター１００の制御経路を示すブロック図 現像ローラー２３に印加される現像バイアスの波形Ｐの一例を示すグラフ 本発明のカラープリンター１００に用いられる現像装置３ａの、現像ローラー２３及び磁気ローラー２２にバイアスを印加する電圧印加装置４３の他の構成例を示す断面図 実施例における、ベタ画像の濃度変化のピーク部と平坦部との濃度差ｄ１を示すグラフ 実施例における、現像ローラー２３が１周する間の濃度変化ｄ２を示すグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラープリンターについて示している。カラープリンター１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに図１において時計回り方向に回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次転写された後、二次転写ローラー９において転写紙Ｓ上に一度に転写され、さらに、定着部７において転写紙Ｓ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される転写紙Ｓは、カラープリンター１００本体下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａ及びレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

パーソナルコンピューター等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とを含む複数の張架ローラーに掛け渡されており、メインモーター４５（図３参照）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｓがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラー９へ搬送され、フルカラー画像が転写される。トナー像が転写された転写紙Ｓは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された転写紙Ｓは、定着ローラー対１３により加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｓの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｓは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｓの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、転写紙Ｓの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した転写紙Ｓの一部を一旦排出ローラー対１５から装置外部にまで突出させる。その後、転写紙Ｓは排出ローラー対１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態でレジストローラー対１２ｂに再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラー９により転写紙Ｓの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出ローラー対１５を介して排出トレイ１７に排出される。

さらに、中間転写ベルト８を挟んで駆動ローラー１１と対向する位置には画像濃度センサー４６が配置されている。画像濃度センサー４６としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサーが用いられる。中間転写ベルト８上のトナー付着量を測定する際、発光素子から中間転写ベルト８上に形成された各基準画像に対し測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、及びベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。

トナー及びベルト表面からの反射光には正反射光と乱反射光とが含まれる。この正反射光及び乱反射光は、偏光分離プリズムで分離された後、それぞれ別個の受光素子に入射する。各受光素子は、受光した正反射光と乱反射光を光電変換して制御部９０（図３参照）に出力信号を出力する。そして、正反射光と乱反射光の出力信号の特性変化からトナー量を検知し、予め定められた基準濃度と比較して現像バイアスの特性値などを調整することにより、各色について濃度補正が行われる。

図２は、本発明のカラープリンター１００に搭載される現像装置３ａの構成を示す側面断面図である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画され、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃには図示しないトナーコンテナから供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。

そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向に搬送され、仕切壁２０ａの両端に形成された現像剤通過路（図示せず）を介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。図示の例では、現像容器２０は左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第２攪拌スクリュー２１ｂの上方には磁気ローラー２２が配置され、磁気ローラー２２の左斜め上方には現像ローラー２３が対向配置されている。そして、現像ローラー２３は現像容器２０の開口側（図３の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラー２２及び現像ローラー２３は図中時計回り方向に回転する。

なお、現像容器２０には、第１攪拌スクリュー２１ａと対面してトナー濃度センサー（図示せず）が配置されており、トナー濃度センサーで検知されるトナー濃度に応じて補給装置（図示せず）からトナー補給口２０ｄを介して現像容器２０内にトナーが補給される。

磁気ローラー２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブ２２ａに内包される複数の磁極を有する固定マグネット体２２ｂで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体２２ｂの磁極は、主極３５、規制極（穂切り用磁極）３６、搬送極３７、剥離極３８、及び汲上極３９の５極構成である。磁気ローラー２２と現像ローラー２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。

また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラー２２の長手方向（図２の紙面と垂直な方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラー２２の回転方向（図２の時計回り方向）において、現像ローラー２３と磁気ローラー２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラー２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

現像ローラー２３は、非磁性の現像スリーブ２３ａと、現像スリーブ２３ａ内に固定された現像ローラー側磁極２３ｂで構成されている。現像ローラー側磁極２３ｂは、固定マグネット体２２ｂの対向する磁極（主極）３５と異極性である。

現像ローラー２３及び磁気ローラー２２には、バイアス制御回路４１（図３参照）を介して現像バイアス電源４３が接続されている。具体的には、現像ローラー２３には直流電源と交流電源から成る第１電源４３ａが接続されており、磁気ローラー２２には、直流電源と交流電源から成る第２電源４３ｂが接続されている。これにより、現像ローラー２３には、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、磁気ローラー２２には、直流電圧に交流電圧が重畳された供給バイアスが印加される。現像バイアスは、直流電圧に矩形波形の交流電圧を印加するパルス部と、交流電圧の印加を休止する休止部とを含む。現像バイアスの具体的な波形については後述する。

前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が磁気ローラー２２に搬送される。穂切りブレード２５には固定マグネット体２２ｂの規制極３６が対向するため、穂切りブレード２５として非磁性体或いは規制極３６と異なる極性の磁性体を用いることにより、穂切りブレード２５の先端と回転スリーブ２２ａとの隙間に引き合う方向の磁界が発生する。

この磁界により、穂切りブレード２５と回転スリーブ２２ａとの間に磁気ブラシが形成される。そして、磁気ローラー２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、現像ローラー２３に対向する位置に移動すると、固定マグネット体２２ｂの主極３５及び現像ローラー側磁極２３ｂにより引き合う磁界が付与されるため、磁気ブラシは現像ローラー２３表面に接触する。そして、磁気ローラー２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラー２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラー２３上にトナー薄層を形成する。

現像ローラー２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラー２２と現像ローラー２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラー２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

図３は、本発明のカラープリンター１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、カラープリンター１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、カラープリンター１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

画像入力部４０は、カラープリンター１００にパーソナルコンピューター等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、及び転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電バイアス電源４２は帯電装置２ａ〜２ｄ内の帯電ローラーに、現像バイアス電源４３は現像装置３ａ〜３ｄ内の磁気ローラー２２及び現像ローラー２３に、転写バイアス電源４４は一次転写ローラー６ａ〜６ｄ及び二次転写ローラー９に、それぞれ所定のバイアスを印加する。

メインモーター４５はギヤ列を介して感光体ドラム１ａ〜１ｄ、現像装置３ａ〜３ｄ、一次転写ローラー６ａ〜６ｄ、定着部７、二次転写ローラー９、駆動ローラー１１、及び装置各部の搬送ローラー等に連結されており、制御部９０からの制御信号に基づいて装置各部を駆動させる。また、本発明においては、記録媒体の厚みや種類に応じて現像装置３ａ〜３ｄ及び定着部７を含む装置各部の駆動速度を切り換え可能となっている。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２が設けられており、カラープリンター１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。カラープリンター１００の各種設定はパーソナルコンピューターのプリンタードライバーから行われる。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザーが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、カラープリンター１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、カラープリンター１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、カラープリンター１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンター１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、カラープリンター１００の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンター１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、後述するようにプロセス速度に応じて変化させる現像バイアスのパルス部と休止部の比率等も記憶される。一時記憶部９４は、パーソナルコンピューター等から送信される画像データを受信する画像入力部（図示せず）より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター９５は、印字枚数を累積してカウントする。

また、制御部９０は、カラープリンター１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光装置４、定着部７、中間転写ベルト８、二次転写ローラー９、画像濃度センサー４０、バイアス制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

図４は、現像装置３ａ〜３ｄにおいて現像ローラー２３に印加される現像バイアスの波形Ｐの一例を示すグラフである。現像バイアスの波形Ｐは、図４に示すように、矩形波形の交流バイアスを印加するパルス部Ｔ１と、交流バイアスの印加を休止した休止部Ｔ２とを有するブランクパルスバイアスである。

現像バイアスの波形Ｐは、交流電圧のデューティ比がトナーにより静電潜像が現像される方向に５０％以上であり、例えば、図４に示すように、５０％に設定される。つまり、交流電圧を印加するパルス部Ｔ１のうち、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に予め形成された静電潜像が現像される方向（以下、第１方向という）Ｐ１の電圧Ｐ１１、Ｐ１２の印加時間Ｔ３が、トナーを現像ローラー２３へ引き戻す方向（以下、第２方向という）Ｐ２の電圧Ｐ２１、Ｐ２２の印加時間Ｔ４と同等である。このようにＴ３がＴ４と同等以上の現像バイアスであると、現像ギャップが広がったときであっても、多くのトナーが感光体ドラム３７まで到達できるので、現像ギャップが広がったときの画像ムラ、特に網点画像の濃度低下による画像ムラを抑制できる。

また、現像バイアスの波形Ｐは、パルス部Ｔ１における交流電圧の周期数（パルス数）が２以上であり、例えば、図４に示すように２周期に設定される。このような現像バイアスを用いると、第１方向Ｐ１の電圧Ｐ１１、Ｐ１２と第２方向Ｐ２の電圧Ｐ２１、Ｐ２２とが交互にそれぞれ２回以上印加される。その結果、潜像部に付着したトナーには、感光体ドラム１ａ〜１ｄにより強固に付着させる方向の力と、感光体ドラム１ａ〜１ｄから引き剥がす方向の力とが交互に作用するので、トナーの再配置が進み、潜像部に均一にトナーが付着する。さらに、非潜像部（地肌部）に付着したトナーも、上記２種類の力が交互に作用することによって、潜像部に再付着される。従って、静電潜像の形状に応じたより忠実なトナー像が形成される。

さらに、現像バイアスの波形Ｐは、パルス部Ｔ１の休止部Ｔ２に移行する直前の交流電圧Ｐ２２が、第２方向Ｐ２の電圧である。このような現像バイアスを用いると、トナーを現像ローラー２３へ引き戻す方向の力を作用させた直後に、交流電圧を印加しない休止部Ｔ２に移行する。その結果、トナーが感光体ドラム１ａ〜１ｄから現像ローラー２３に向かう方向の力を、潜像部に付着したトナーが引き剥がされない程度の弱い力で長時間作用させることができるので、潜像部に付着したトナーは引き剥がすことなく、非潜像部に付着している不要なトナーのみを引き剥がすことができ、画像かぶりを抑制することができる。従って、現像ギャップが狭くなったときの画像ムラ、特にベタ画像の引き剥がしによる画像ムラを抑制できる。

以上より、現像装置３ａ〜３ｄは、現像バイアスとして上記のようなブランクパルスバイアスを印加することによって、現像ギャップの変動による画像ムラの発生を効果的に抑制することができる。

現像バイアスとしては、上述のような交流電圧であれば、交流電圧のみであっても、直流電圧に交流電圧を重畳した重畳電圧であってもよい。また、直流電圧の電圧値は、交流電圧における第２方向Ｐ２の電圧Ｐ２１、Ｐ２２の絶対値より低いことが好ましく、例えば１５０Ｖ以下であることが好ましい。交流電圧のピークツーピーク値は、５００〜２０００Ｖであることが好ましく、例えば、１２００Ｖや１５００Ｖに設定される。また、交流電圧の周波数は１〜６ｋＨｚであることが好ましい。

現像バイアスの好ましい具体例としては、例えば、図４に示すように、パルス部Ｔ１と休止部Ｔ２のインターバル（継続時間）が等しく、テューティ比（Ｔ３／（Ｔ３＋Ｔ４））＝０．５、最大電圧Ｖ１＝１０００Ｖ、最小電圧Ｖ２＝−２００Ｖ、休止部Ｔ２の電圧Ｖ３が０Ｖ、周期数が２周期である。

また、本発明のカラープリンター１００では、上述したように、搬送される転写紙Ｓの厚みや種類に応じて、画像処理速度（プロセス速度）が３段階に切り換えられる。即ち、転写紙Ｓが普通紙である場合は通常の駆動速度（全速モード）で画像形成処理が行われ、転写紙Ｓが厚紙である場合は通常の３／４速（中間速モード）または１／２速（半速モード）で画像形成処理が行われる。これにより、厚紙を用いる場合に十分な定着時間を確保して画質を向上させることができる。

一方、上述したようにメインモーター４５を用いて定着部７と共に現像装置３ａ〜３ｄの駆動を行う場合、全速モードから中間速モードまたは減速モードに切り換えられると、現像装置３ａ〜３ｄの駆動速度（現像ローラー２３の回転速度）も全速モードの３／４または１／２となる。その結果、現像ローラー２３上のトナーが現像ニップ部を通過する時間も長くなるため、現像時間が過剰になり、ベタ画像のエッジ部とそれ以外の部分とで濃度差が大きくなる、いわゆる後端溜まりが発生してしまう。

上記の現象は、各使用モード（全速モード、中間速モードまたは半速モード）におけるプロセス速度に応じて、パルス部Ｔ１と休止部Ｔ２の時間比率（以下、ブランク比という）の最適設定が異なることが原因である。

そこで、本発明においては、プロセス速度に応じて現像バイアスのブランク比を変更することとした。具体的には、全速モードから中間速モード、半速モードの順にプロセス速度が低下するにつれて、休止部Ｔ２の時間比率を段階的に大きくする。上記の制御によれば、プロセス速度に応じた適切な現像時間が確保されるため、後端溜まりの発生を効果的に抑制することができる。

また、休止部Ｔ２の時間比率が大きくなり過ぎると、休止部Ｔ２の周期で発生する濃度ムラが目立つようになることがある。そこで、休止部Ｔ２のインターバルを、各プロセス速度において休止部Ｔ２の周期で濃度ムラが発生しない最大の比率以下とし、後端溜まりの抑制と濃度ムラの抑制との両立を図ることができる適切な長さに設定することが好ましい。

なお、パルス部Ｔ１のインターバルを変化させてブランク比を変更すると、現像性に影響を及ぼすおそれがある。そのため、ブランク比の変更は、パルス部Ｔ１のインターバルは変化させずに、休止部Ｔ２のインターバルのみを変化させて行うことが好ましい。

図５は、本発明のカラープリンター１００に搭載される現像装置３ａの他の構成例を示す側面断面図である。図２と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すように、電圧印加装置４３は、現像ローラー２３に接続される第１電源４３ａと、第１電源４３ａと現像ローラー２３の間から分岐して設けられ、磁気ローラー２２に接続される第２電源４３ｂと、を備えており（デュアルバイアス制御）、第１電源４３ａ及び第２電源４３ｂは共通のグランドに接地されている。

この構成によれば、現像ローラー２３には第１電源４３ａから直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。一方、磁気ローラー２２には、供給バイアスとして、第１電源４３ａから印加されるバイアスをベースに、第２電源４３ｂから直流電圧に交流電圧を重畳したバイアスが重畳して印加される。

図２に示したように、第１電源４３ａ及び第２電源４３ｂを、それぞれ現像ローラー２３及び磁気ローラー２２に別個に接続する方式（シングルバイアス制御）では、現像ローラー２３と磁気ローラー２２との間（ＭＳ間）に印加されるバイアス波形（現像バイアスと供給バイアスの合成波形）のデューティ比と、現像ローラー２３と感光体ドラム１ａとの間（ＤＳ間）に印加されるバイアス波形（現像バイアスの波形）のデューティ比は、トータルで１００％となるように反転した設定とする必要があり、一方のデューティ比を高く設定しようとすると、もう一方を低く設定せざるを得なかった。

これに対し、図５に示すデュアルバイアス制御によれば、ＭＳ間に印加されるバイアス波形（現像バイアスと供給バイアスの合成波形）が第２電源４３ｂのバイアス波形と等しくなり、第１電源４３ａのバイアスによる影響を受けることがない。また、ＤＳ間に印加されるバイアス波形も第２電源４３ｂによる影響を受けることなく、第１電源４３ａのバイアスのみで制御することができる。

即ち、ＤＳ間のバイアス波形及びＭＳ間のバイアス波形は、互いに独立して各バイアスの電圧とデューティ比を設定することができる。このため、磁気ローラー２２から現像ローラー２３へのトナー薄層の形成、及び現像ローラー２３から磁気ローラー２２へのトナー回収を良好に維持するように、ＭＳ間のデューティ比を大きく（例えば７０％に）維持したまま、ＤＳ間のデューティ比を大きく（例えば５０％に）設定することで、トナーが感光体ドラム１ａへ飛翔する時間を長くとることができ、現像性を向上させることができる。また、現像ローラー２３へトナーを引き戻す方向の電圧（Ｖｍｉｎ）がマイナス側に大きくなるため、トナーの往復運動（トナークラウド）を強めることができる。

図５に示した構成においても、全速モードから中間速モード、半速モードの順にプロセス速度が低下するにつれて、休止部Ｔ２の時間比率を段階的に大きくすることで、プロセス速度に応じた適切な現像時間が確保されるため、後端溜まりの発生を効果的に抑制することができる。また、休止部Ｔ２のインターバルを、休止部Ｔ２の周期で発生する濃度ムラが目立たない程度の長さに設定することで、後端溜まりの抑制と濃度ムラの抑制との両立を図ることができる。なお、ブランク比の変更は、パルス部Ｔ１のインターバルは変化させずに、休止部Ｔ２のインターバルのみを変化させて行うことが好ましい。

その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記各実施形態においては、本発明を、二成分現像剤を用い、磁気ローラー２２上に磁気ブラシを形成し、磁気ローラー２２から現像ローラー２３にトナーのみを移動させ、現像ローラー２３から感光体ドラム１ａ〜１ｄにトナーを飛翔させる非接触現像方式の現像装置３ａ〜３ｄに適用したが、その他、磁気ローラー２２を設けず現像ローラー２３のみを設け、一成分現像剤を用いて現像ローラー２３上に形成される現像剤層（トナー層）を感光体ドラム１ａ〜１ｄに飛翔させる非接触現像方式の現像装置にも適用することができる。

また本発明は、図１に示したようなカラープリンター１００に限らず、モノクロプリンターやモノクロ複写機、デジタル複合機、タンデム式或いはロータリー式のカラー複写機、或いはファクシミリ等、非接触現像方式の現像装置を備えた種々の画像形成装置に適用できる。以下、実施例を用いて本発明の効果を更に具体的に説明する。

図２に示した現像装置３ａ〜３ｄが搭載された、図１に示すようなカラープリンター１００を、全速モード、中間速モード（全速モードの３／４速）、半速モード（全速モードの１／２速）のそれぞれのモードで使用する際に、図４に示した現像バイアスのパルス部Ｔ１と休止部Ｔ２の時間比率Ｔ１：Ｔ２（ブランク比）を変化させたときの、ベタ画像のエッジ部における濃度差、及び現像ギャップの変動に起因する濃度ムラの発生について調査した。なお、試験は感光体ドラム１ａ及び現像装置３ａを含むシアンの画像形成部Ｐａにおいて、全速モード、中間速モード、半速モードのプロセス速度（感光体ドラム周速）を、それぞれ１８０ｍｍ／ｓｅｃ、１３５ｍｍ／ｓｅｃ、９０ｍｍ／ｓｅｃに設定して行った。

試験機の条件としては、感光層として厚さ２０μｍのアモルファスシリコン層を有する感光体ドラム１ａを用いた。また、現像ローラー２３に印加する現像バイアスは、７０Ｖの直流電圧に、ピークツーピーク値（Ｖｐｐ）＝１５００Ｖ、デューティ比０．５、周波数４７００Ｈｚの交流電圧を２パルスのインターバルで重畳して印加したパルス部Ｔ１と、交流電圧をオフとし、７０Ｖの直流電圧のみを印加した休止部Ｔ２から成るブランクパルスバイアスである。

そして、全速モード（デフォルト）における休止部Ｔ２のインターバルを交流波形２パルス分（ブランク比２：２）とし、休止部Ｔ２のインターバルを変化させてブランク比を５：１〜５：５まで変化させたときのベタ画像のエッジ部における濃度差、及び現像ギャップの変動に起因する濃度ムラの発生状況を評価した。

ベタ画像のエッジ部における濃度差の評価方法としては、印字率１００％のベタ画像を印字し、図６に示すように、搬送方向におけるベタ画像の濃度変化のピーク部と平坦部との濃度差ｄ１を測定する。そして、濃度差ｄ１が視認できる所定の閾値以下の場合を○、濃度差ｄ１が閾値を超え、目視によりやや目立つ場合を△、閾値を大幅に超え、目視により顕著に目立つ場合を×とした。

現像ギャップの変動に起因する濃度ムラの評価方法としては、印字率２５％のハーフトーン画像を印字し、図７に示すように、現像ローラー２３が１周する間の濃度変化ｄ２を測定する。そして、濃度変化ｄ２と濃度むらが視認できる所定の閾値以下の場合を○、濃度変化ｄ２が閾値を超え、目視により濃度むらがやや目立つ場合を△、閾値を大幅に超え、目視により濃度むらが顕著に目立つ場合を×とした。全速モード、中間速モード、半速モードにおける結果を、それぞれ表１〜表３に示す。

表１〜表３から明らかなように、中間速モード、半速モードにおいては、全速モードに比べてベタ画像のエッジ部における濃度差（後端溜まり）が発生し易くなっており、休止部Ｔ２の時間比率を大きくするほど、ベタ画像のエッジ部における濃度差（後端溜まり）が解消された。これは、休止部Ｔ２の時間比率を長くすると、現像ニップの下流側における現像性を抑制する設定となり、現像ローラー２３と感光体ドラム１ａとの間に浮遊するトナーが感光体ドラム１ａ側に飛翔しなくなるため、ベタ画像の後端部における過剰現像（吸い込み現象）が抑制されるためである。

一方、全速モード及び中間速モードにおいては、休止部Ｔ２の時間比率が大きくなるほど現像ギャップ変動による濃度ムラが顕著になった。また、半速モードにおいては、休止部Ｔ２の時間比率を変化させても現像ギャップ変動による濃度ムラは認められなかった。このことから、プロセス速度が速くなると、休止部Ｔ２の時間比率が長くなるにつれて、休止部Ｔ２の周期で発生する濃度ムラが目立つようになることがわかる。

以上の結果より、全速モード、中間速モード、及び半速モードのそれぞれにおいて、現像バイアスとして用いるブランクパルスバイアスのブランク比を最適な設定（全速モードで５：１〜５：２、中間速モードで５：３、半速モードで５：４〜５：５）とすることで、ベタ画像のエッジ部における濃度差の抑制と現像ギャップ変動による濃度ムラの両方を効果的似抑制できることが確認された。なお、ここではシアンの画像形成部Ｐａを用いて試験を行ったが、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄにおいても同様の結果が得られることが確認されている。

本発明は、現像バイアスとしてブランクパルスバイアスを用い、プロセス速度を変更可能な画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、プロセス速度の変更に係わらず、現像ギャップの変動による濃度ムラとベタ画像のエッジ部の濃度差の発生を長期間に亘って効果的に抑制できる画像形成装置を提供可能となる。

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ 露光装置
７ 定着部
２２ 磁気ローラー（現像剤担持体）
２３ 現像ローラー（トナー担持体）
４１ バイアス制御回路（電圧印加装置）
４３ 現像バイアス電源（電圧印加装置）
４３ａ 第１電源
４３ｂ 第２電源
４５ メインモーター（駆動機構）
９０ 制御部（制御手段）
１００ カラープリンター（画像形成装置）

Claims (5)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、
   該像担持体に対向して配置され、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現像バイアスを印加することにより、前記トナー担持体に担持されたトナーを前記像担持体側に移動させて、前記像担持体表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、
   矩形波形の交流電圧を印加するパルス部と、交流電圧を印加しない休止部とを含むブランクパルスバイアスを現像バイアスとして前記トナー担持体に印加する電圧印加装置と、
   該現像装置を含む装置各部を駆動する駆動機構と、
   該駆動機構及び前記電圧印加装置を制御する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記像担持体の表面に厚さ２０μｍのアモルファスシリコン感光層が形成されており、
   前記現像バイアスは、７０Ｖの直流電圧に、ピークツーピーク値１５００Ｖ、デューティ比０．５、周波数４７００Ｈｚの前記交流電圧を２パルスのインターバルで重畳して印加した前記パルス部と、前記交流電圧をオフとして前記直流電圧のみを印加した前記休止部とを含む前記ブランクパルスバイアスであり、
   前記制御部は、前記駆動機構を制御して画像形成処理を行うプロセス速度を１８０ｍｍ／ｓｅｃである全速モードと、１３５ｍｍ／ｓｅｃである中間速モードと、９０ｍｍ／ｓｅｃである半速モードと、に変更するとともに、
   前記プロセス速度を前記全速モードとしたときの前記パルス部と前記休止部の比率を５：１〜５：２、前記中間速モードとしたときの前記パルス部と前記休止部の比率を５：３、前記半速モードとしたときの前記パルス部と前記休止部の比率を５：４〜５：５としたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記パルス部の継続時間は変化させずに、前記休止部の継続時間のみを変化させて前記現像バイアスにおける前記パルス部と前記休止部の比率を可変させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像装置は、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体をさらに備え、前記現像剤担持体上に前記二成分現像剤で形成された磁気ブラシを用いて前記トナー担持体上にトナー層を形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記電圧印加装置は、前記現像剤担持体に矩形波形の交流電圧、または直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳して印加することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記電圧印加装置は、
   前記トナー担持体に接続され、直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳したバイアスを前記トナー担持体に印加する第１電源と、
   該第１電源と前記トナー担持体との間から分岐して設けられるとともに前記現像剤担持体に接続され、直流電圧に矩形波形の交流電圧を重畳したバイアスを前記現像剤担持体に印加する第２電源と、
   を備え、
   前記現像剤担持体には、前記第１電源のバイアスに前記第２電源のバイアスが重畳して印加されることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。