(57)【要約】【課題】平均帯電量が３０μＣ／ｇ≦｜Ｑ／Ｍ｜≦１００μＣ／ｇを満たすトナーを含む二成分現像剤を使用した場合においても、充分な画像濃度を得ると共に、画像均一性の良好な画像を得ることのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】現像バイアス波形の周波数ｆと、現像バイアスの電圧値とベタ静電像電位ＶＬの差の時間積分である現像面積Ｓ１、回収面積Ｓ２と、現像コントラストＶｃｏｎを用いて、｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／Ｈｚ）で表される値の範囲を規定し、現像バイアスの電圧値が、現像側電圧から回収側電圧に移行する過程でＶＬをまたぐ際の電圧変化率αの値の範囲を規定し、また、現像バイアス周波数ｆの値の範囲を規定する。【選択図】図７
2010061123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電像を担持する像担持体と、
平均トナー帯電量Ｑ／Ｍが３０μＣ／ｇ≦｜Ｑ／Ｍ｜≦１００μＣ／ｇを満たすトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して、前記像担持体との対向部へと搬送する現像剤担持体を備えた現像装置と、
を有し、前記現像剤担持体に直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを印加して、前記静電像を前記現像剤によって現像する画像形成装置において、
前記現像バイアスは、トナーを前記現像剤担持体側に向かわせる静電気力を生じさせる電圧となる回収期間と、トナーを前記像担持体側に向かわせる静電気力を生じさせる電圧となる現像期間と、を備える波形部を有し、該波形部が、下記式（１）、（２）、（３）、
５ｋＨｚ≦ｆ≦１０ｋＨｚ                                            （１）
０．４２×Ｖｐｐ／Ｔ≦｜α｜≦０．８９×Ｖｐｐ／Ｔ                  （２）
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／１Ｈｚ）≧０．８２                                                        （３）
を満足することを特徴とする画像形成装置。
ただし、
ｆは、前記波形部の周波数、
αは、前記現像バイアスの電圧値が、前記現像期間から前記回収期間に移行する過程で、前記像担持体に形成された最高濃度部の静電像電位ＶＬと同電位となる際の電圧時間変化率、
Ｖｐｐは、前記現像バイアスの前記現像期間のピーク電圧と前記回収期間のピーク電圧との電圧差であるピーク間電圧、
Ｔ（Ｔ＝１／ｆ）は、前記波形部の周期、
Ｓ１は、前記現像バイアスの前記現像期間における、現像バイアスの電圧値と前記ＶＬの差の時間積分値、
Ｓ２は、前記現像バイアスの前記回収期間における、現像バイアスの電圧値と前記ＶＬの差の時間積分値、
Ｖｃｏｎは、前記現像バイアスの直流電圧成分Ｖｄｃ及び前記ＶＬによりＶｃｏｎ＝｜Ｖｄｃ−ＶＬ｜で表される現像コントラスト値、
である。
【請求項２】
下記式（４）、
０．５５≦ηｂｉａｓ≦０．８０                                      （４）
を満足することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
ただし、
ηｂｉａｓは、前記波形部の１周期Ｔの期間内における、前記現像バイアスの波形部における電圧値が前記Ｖｄｃよりも前記回収期間側である期間をｔ２としたとき、ηｂｉａｓ＝ｔ２／Ｔで定義する。
【請求項３】
前記現像バイアスの前記回収期間のピーク電圧から前記現像期間のピーク電圧に移行する過程における電圧変化率が、前記回収期間のピーク電圧から現像期間のピーク電圧に近づくにしたがって小さくなることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
下記式（５）、
０．７ｋＶ≦Ｖｐｐ≦２．０ｋＶ                                      （５）
を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
下記式（６）、
１５０Ｖ≦Ｖｃｏｎ≦４００Ｖ                                      （６）
を満足することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンターなどの画像形成装置に関する。特に、本発明は、現像剤担持体にトナーとキャリアを含む二成分現像剤を担持させ、現像剤担持体に直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを印加することにより、像担持体上に形成された静電像を現像する現像装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を利用した複写機、プリンターなどの画像形成装置では、ＯＰＣ（有機光導電性）感光体やアモルファスシリコン感光体等の光導電体で構成される感光層を表層に持つ像担持体に対して帯電、露光の過程を経て静電像を形成する。次いで、この静電潜像に対して、現像装置により現像領域に搬送した現像剤を用いてトナーを付与することで、像担持体上にトナー像を形成する。更に、像担持体上のトナー像は、直接又は中間転写体を介して転写材に転写する。その後、転写材にトナー像を定着させることによって記録画像を得る。
【０００３】
図１に示す画像形成装置は、像担持体として表層に感光層を有すドラム状の感光体（以下、「感光ドラム」という。）３を備えている。感光ドラム３の周りは、現像装置２０が配置されている。現像装置２０は、現像剤としてトナーと磁性粒子（キャリア）を含む二成分現像剤１と、現像剤担持体として内部にマグネット部材２１ａを配置した現像スリーブ２１を備えている。現像装置２０は、更に、現像バイアス波形信号発振器４１と、現像バイアス波形信号発振器４１により発生した信号を増幅して、現像スリーブ２１に現像バイアスを印加する高圧電源（高圧トランス）４２とを備えた現像バイアス発振装置４０を有している。
【０００４】
現像剤１は、現像スリーブ２１内部に配置されたマグネット部材２１ａにより磁気的に担持され、現像スリーブ２１を回転させることにより、現像スリーブ２１と感光ドラム３の対向する現像領域Ａに搬送される。また、トナーは、現像装置２０内部に配置された攪拌スクリュー２２による現像剤１の攪拌や、現像剤層厚規制部材２３による搬送規制部における現像剤の圧縮等により、キャリアと摩擦帯電することで所定の帯電量に帯電される。このとき、通常、キャリアは、トナーと逆極性に帯電され、トナーとキャリアは静電的に付着するため、現像スリーブ２１によってキャリアが現像領域Ａに搬送されると、同時にトナーもキャリアによって現像領域Ａに搬送されることになる。
【０００５】
帯電されたトナーは、キャリアにより現像領域Ａに搬送されると、現像スリーブ２１に印加した現像バイアス電位と感光ドラム表面の潜像電位との電位差によって作られる電界に従って加速される。この際、現像バイアスとして、直流電圧と交流電圧を重畳した交番バイアスが広く用いられる。
【０００６】
現像バイアスとして交番バイアスを用いる効果として、１つ目には単純な直流バイアスに比べ現像効率が向上するという効果がある。これは、交番バイアスのピーク間電圧Ｖｐｐを大きくとることにより、現像バイアス電位と感光ドラム表面の潜像電位との電位差の最大値が大きくなることで、キャリアから離れて現像に寄与するトナー量が増加するためと考えられる。
【０００７】
また、現像バイアスに交番バイアスを用いる２つ目の効果として、画像均一性の良好な出力画像を形成されるという効果がある。交番バイアスを用いることで、バイアス周期内に現像領域Ａに作られる電界がトナーを感光ドラム側に加速する現像期間と、現像スリーブ側に加速する回収期間を交互に設けることができる。
【０００８】
このとき、トナーは、感光ドラム側への加速電界（現像側）と、現像スリーブ側への加速電界（回収側）を交互に受けるために、現像領域Ａで往復運動をしながら感光ドラム３上の静電潜像を現像する。
【０００９】
現像に供されたトナーは、感光ドラム３上での再配置が行われるため、最終的に形成されるトナー像は、静電像を忠実に再現し、均一性の良好な画像が形成される。特に、低濃度部（ハーフトーン部）においては、最高濃度部（ベタ部）に比べてトナー画像の濃度ムラが非常に認識され易いため、静電像に対して特に忠実にトナーを現像することが、画像品位を向上させる上で重要となる。
【００１０】
図２に示す点線は、デジタル潜像で形成した高濃度部と低濃度部における静電像の潜像電位を模式的に表したものである。実線は、交流現像バイアスの電位を表す。また、丸はトナー粒子の位置を表し、トナー電荷が潜像ポテンシャルを充電する様子を模式的に表している。尚、本図は、トナーが正帯電している場合の模式図である。
【００１１】
図中のＶＬは最高濃度部（ベタ部）の潜像電位、Ｖｄｃは現像バイアスの直流成分、ＶＤは非画像部（ベタ白部）の電位、Ｖｐｐは現像バイアスのピーク間電圧である。図において、現像バイアスがＶＤより高電位になるとき、トナーは感光ドラム側に加速され、現像バイアスがＶＬより低電位になるとき、トナーは現像スリーブ側に加速される。トナーは交流現像バイアスにより、感光ドラムと現像スリーブの間で往復運動を繰り返すことにより、図中に示した矢印のように、潜像ポテンシャル上に再配置され、静電像に忠実に現像される。
【００１２】
現像後に形成されるトナー像の均一性が良好であるためには、濃度のムラが特に目立ちやすい低濃度部において、トナー電荷が潜像電位を電位Ｖｄｃまで過不足なく、均一に充電することが必要である。このため、図に示したように、交流現像バイアスによるトナーの再配置が画像均一性の向上に大きな効果をもつ。
【００１３】
従来、現像スリーブ２１に印加する現像バイアス波形としては矩形波、ノコギリ波、矩形Ｄｕｔｙ波、また、通常の矩形波を印加した後に交流電圧の休止期間を設けたバイアス波形、などが公知である。矩形Ｄｕｔｙ波とは、交流波形の電圧変化が矩形的であり、交流電圧波形の電圧値が、Ｖｄｃよりも現像側である期間と、Ｖｄｃよりも回収側である期間とが異なる波形を意味する。
【００１４】
ところで、近年、電子写真技術には印刷機に迫る高画質化、高速化、高安定化、低ランニングコスト化がこれまで以上に期待されている。これは、ＰＯＤ（プリント・オン・デマンド）市場の拡大に伴い、少量・多種印刷の需要が高まっているためである。電子写真はその特性上、従来のオフセット印刷に比べ少量・多種印刷に適した技術であり、ＰＯＤ市場への参入が試みられている。
【００１５】
このような状況の中、出力画像の高画質化、プリントスピードの高速化、低ランニングコスト化に対して、トナーの着色力を増加させて、画像形成に必要なトナー量（トナー載り量）を低減させることが非常に有効であることが提言されている。
【００１６】
例えば、トナー載り量を低減させることにより、従来、電子写真方式で得られた出力画像で問題となっていた「トナー段差」が少なくなり、より高品位な出力画像を得ることが可能になる。また、トナー載り量を低減することで定着に必要な温度が下がるため、従来と同じ消費電力で定着できる枚数が増加し、プリントスピードを向上させることが可能になる。さらに、カラー画像一枚あたりのトナー消費量が低減するため、ランニングコストの低減が可能になると共に、省資源化にも非常に有効である。
【００１７】
一方で、トナー載り量を低減する際に、トナー着色力を増加して、単純に現像コントラストを低下させることで画像濃度を制御しようとすると、画像諧調性が高γ（ガンマ）化することが知られている。諧調性が高γ化した場合、機械的、電気的な振れにより、出力画像の諧調性が不連続となる場合がある。また、現像コントラストを低下させると、画像均一性の悪化、カブリの悪化等の画像不良が問題となる。このため、高γ化及び画像不良を起こさないために、現像コントラストＶｃｏｎは１５０Ｖ以上となることが望ましい。
【００１８】
このように、トナー載り量を低減させながらも１５０Ｖ以上の現像コントラストを確保するために、平均トナー帯電量の大きさを従来よりも大きくとることが有効である、ということが提案されている。
【００１９】
例えば、今、画像濃度が最高濃度であるときの感光ドラム上のトナー載り量Ｍ／ＳとしてＭ／Ｓ＝０．６ｍｇ／ｃｍ2を採用する。このときの高濃度部の現像コントラストＶｃｏｎをＶｃｏｎ＝１５０Ｖとする。すると、充電効率１００％を満たす場合の平均トナー帯電量Ｑ／Ｍは、下記式により求めることができ、｜Ｑ／Ｍ｜＝１９．５μＣ／ｇとなる。
【００２０】
【数１】
2010061123.tif 000003
【００２１】
ただし、現像コントラストとは高濃度部潜像電位ＶＬと現像バイアスの直流電圧成分Ｖｄｃの電位差、即ち、Ｖｃｏｎ＝｜ＶＬ−Ｖｄｃ｜を意味する。また、充電効率とは現像コントラストＶｃｏｎに対してトナー電荷が充電した充電電位△Ｖの割合、即ち、充電効率＝△Ｖ／Ｖｃｏｎ×１００％
である。また、
Ｌｔは、感光ドラム上に現像されたトナー層の高さ：Ｌｔ＝９．２μｍ
εｔは、感光ドラム上に現像されたトナー層の比誘電率：εｔ＝２
Ｌｄは、感光体層の厚さ：Ｌｄ＝３０μｍ
εｄは、感光体の比誘電率：εｄ＝３．３
ε０は、真空の誘電率（８．８５４×１０-12Ｆ／ｍ）
として計算した。
【００２２】
次に、着色力を増加したトナーを用いて、感光ドラム上のトナー載り量を低減する状況を考える。
【００２３】
この際、現像コントラスト低減による高γ化を起こさないように、現像コントラストをＶｃｏｎ＝１５０Ｖのままに保ちながら、トナー載り量をＭ／Ｓ＝０．４ｍｇ／ｃｍ2に低減する。そのためには、同様の計算により平均トナー帯電量の絶対値は｜Ｑ／Ｍ｜＝３１．１μＣ／ｇとなければならない。ただし、載り量を低減したため、上記の計算においてトナー感光ドラム上に現像されたトナー層の高さＬｔを６．４μｍとした。
【００２４】
以上に示したように、従来と同等な画像性を維持しながら、大幅にトナー載り量を低減する場合、平均帯電量の絶対値を３０μＣ／ｇ以上に帯電されたトナーを現像剤として用いることが必須になる。
【００２５】
また、一方で、本発明者らの考察では、二成分現像方式を利用した画像形成装置においては、トナーの平均帯電量の絶対値は１００μＣ／ｇ以下であることが望ましい。この理由は次のように説明される。
【００２６】
トナーの帯電量を大きくすると、それに従いキャリアの持つ逆極性の電荷も増加するため、トナー−キャリア間の静電的な付着力が増加する。仮に、１００μＣ／ｇ以上の帯電量を持つトナーを、キャリアから電界によって引き剥がして感光ドラム上に現像するためには、５×１０6〜１０×１０6Ｖ／ｍ程度の電界強度を要する。しかし、この電界強度はリークが起こり易い電界強度領域となる。現像スリーブと感光ドラムとの間で放電が発生すると、トナー像を乱すだけでなく、感光ドラムそのものを破損させる恐れがある。このため、トナーを現像するのに必要な電界強度を確保するために現像スリーブに印加する電圧を無制限に大きくすることはできない。上記の理由により、二成分現像方式を利用した画像形成装置においては、トナーの平均帯電量の絶対値は１００μＣ／ｇ以下であることが望ましい。
【００２７】
以上により、二成分現像方式を利用した画像形成装置において、大幅にトナー載り量を低減する場合、平均帯電量Ｑ／Ｍは、３０μＣ／ｇ≦｜Ｑ／Ｍ｜≦１００μＣ／ｇの範囲とすることで従来と同等な画像性を維持することができる。
【００２８】
ところが、前述のように現像装置内部におけるトナーの帯電は、キャリアとの摩擦帯電によって行われるため、トナーの帯電量が大きくなると、トナーとキャリアとの静電的な付着力も大きくなる。このため、トナー載り量を低減するためにトナーの帯電量を増加すると、非常に現像効率が悪化し、従来の現像バイアスを利用した画像形成装置では充分な画像濃度を得にくくなる。
【００２９】
先に挙げた公知の現像バイアスを用いて、平均帯電量の絶対値が３０μＣ／ｇ以上に帯電されたトナーを現像した場合の出力画像の特徴として、例えば図３に実線で示す波形を現像バイアスとして用いた場合、均一性が比較的良好な画像を形成することができる。しかし、充分な画像濃度が得られないことが明らかになった。
【００３０】
ただし、図３の実線の波形は、点線の波形信号を入力波形として、ピーク間電圧Ｖｐｐが１．３ｋＶとなるように、高圧電源で増幅して得た出力波形である。このとき、点線の波形信号は、矩形パルス２周期を印加した後、矩形パルス６周期分にあたる休止期間を設けた波形であり、１パルスの周波数を１２ｋＨｚとしたものである。
【００３１】
また、図４に実線で示す波形は、点線で示した矩形Ｄｕｔｙ波形を入力信号として、高圧電源で増幅して得た出力波形である。この出力波形を用いて現像を行った場合、Ｄｕｔｙ比や周波数を最適にすることで、比較的高濃度の画像を得ることができる場合があるが、画像均一性が大幅に悪化するという欠点があることが判った。この理由としては、矩形Ｄｕｔｙ波の場合通常の矩形波に比べトナーを回収方向のピーク電圧が小さくなり、トナーを回収する効果が小さくなる。これにより、トナー現像量が増えるが、同時に感光ドラムからのトナーの引戻しによる再配置の効果も弱まるために、画像均一性が悪化したと考えられる。
【００３２】
また、図５に点線で示す波形は、特許文献１に記載の波形である。この波形は、現像側のピーク電圧から回収側のピーク電圧に移行する間に、電圧変化の傾きの異なる少なくとも２つの電圧変化部を設け、先の電圧変化部における傾きよりも、後の電圧変化部における電圧変化の傾きが緩やかになるようにすることを特徴としている。
【００３３】
特許文献１によれば、上記の波形を現像バイアスに用いることで、充分な画像濃度を有すると共になめらかな画像が得られると報告している。
【００３４】
ところが本発明者らの検討によれば、特許文献１の実施例よりもトナー帯電量がかなり大きい場合には、問題があることが分かった。即ち、この場合には、図５の点線で示す波形を入力信号として、高圧電源で出力した図５の実線で示す波形を現像バイアスとした場合においても、画像濃度向上させながら、良好な画像均一性を得る効果が充分得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】特開２０００−５６５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
上記のように、平均トナー帯電量Ｑ／Ｍが、３０μＣ／ｇ≦｜Ｑ／Ｍ｜≦１００μＣ／ｇの範囲のトナーを、二成分現像方式を利用して現像する場合、交流現像バイアスとして公知の波形を採用すると、問題があることが判った。即ち、この場合には、充分な画像濃度を得ることと、均一性の良好な画像を形成することを両立することが困難である。
【００３７】
本発明の目的は、３０μＣ／ｇ≦｜Ｑ／Ｍ｜≦１００μＣ／ｇを満たすトナーを含む二成分現像剤を使用した場合においても、充分な画像濃度を得ると共に、画像均一性の良好な画像を得ることのできる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
上記目的は以下のような画像形成装置にて達成される。即ち、
静電像を担持する像担持体と、
平均トナー帯電量Ｑ／Ｍが３０μＣ／ｇ≦｜Ｑ／Ｍ｜≦１００μＣ／ｇを満たすトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を担持して、前記像担持体との対向部へと搬送する現像剤担持体を備えた現像装置と、
を有し、前記現像剤担持体に直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを印加して、前記静電像を前記現像剤によって現像する画像形成装置において、
前記現像バイアスは、トナーを前記現像剤担持体側に向かわせる静電気力を生じさせる電圧となる回収期間と、トナーを前記像担持体側に向かわせる静電気力を生じさせる電圧となる現像期間と、を備える波形部を有し、該波形部が、下記式（１）、（２）、（３）、
５ｋＨｚ≦ｆ≦１０ｋＨｚ                                              （１）
０．４２×Ｖｐｐ／Ｔ≦｜α｜≦０．８９×Ｖｐｐ／Ｔ                    （２）
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／１Ｈｚ）≧０．８２                                                          （３）
を満足することを特徴とする画像形成装置である。
ただし、
ｆは、前記波形部の周波数、
αは、前記現像バイアスの電圧値が、前記現像期間から前記回収期間に移行する過程で、前記像担持体に形成された最高濃度部の静電像電位ＶＬと同電位となる際の電圧時間変化率、
Ｖｐｐは、前記現像バイアスの前記現像期間のピーク電圧と前記回収期間のピーク電圧との電圧差であるピーク間電圧、
Ｔ（Ｔ＝１／ｆ）は、前記波形部の周期、
Ｓ１は、前記現像バイアスの前記現像期間における、現像バイアスの電圧値と前記ＶＬの差の時間積分値、
Ｓ２は、前記現像バイアスの前記回収期間における、現像バイアスの電圧値と前記ＶＬの差の時間積分値、
Ｖｃｏｎは、前記現像バイアスの直流電圧成分Ｖｄｃ及び前記ＶＬによりＶｃｏｎ＝｜Ｖｄｃ−ＶＬ｜で表される現像コントラスト値、
である。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、３０μＣ／ｇ≦｜Ｑ／Ｍ｜≦１００μＣ／ｇを満たすトナーを含む二成分現像剤を使用した場合においても、充分な画像濃度を得ると共に、画像均一性の良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る二成分現像方式による画像形成装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】低濃度部潜像電位及びトナー再配置効果の概略図である。
【図３】＜実験１＞で画出し評価に用いた公知の現像バイアス波形を表す図である
【図４】矩形Ｄｕｔｙ波形を表す図である。
【図５】特開２０００−５６５４７号公報の実施例に記載の現像バイアス波形を表す図である。
【図６】ＤＳバイアス波形の図である。
【図７】現像面積Ｓ１、回収面積Ｓ２、及びαの概念図である。
【図８】＜実験５＞で画出し評価に用いた現像バイアス波形を得るための入力信号波形表す図である。
【図９】＜実験５＞で画出し評価に用いた現像バイアス波形を表す図である。
【図１０】平均トナー帯電量Ｑ／Ｍを測定するための円筒フィルターを表す模式図である。
【図１１】＜実験１＞で測定した充電効率と透過濃度の関係を表したグラフ図である。
【図１２】Ｇ＝｛（Ｓ１−ｋ×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−ａ×ｆ／Ｈｚ）の値が現像効率と比例関係となるようなｋ、ａを算出するためのグラフ図である。
【図１３】現像性と現像バイアスの周波数との関係を表したグラフ図である。
【図１４】｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／Ｈｚ）の値と充電効率増加比の関係を表したグラフである。
【図１５】＜実験３＞で画出し評価に用いた現像バイアス波形を表す図である。
【図１６】ＤＳバイアス波形と矩形Ｄｕｔｙ波形の現像期間、及び回収側ピーク電圧に関する比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００４２】
実施例１
本発明に係る画像形成装置は、先に図１を参照して説明した二成分現像方式を用いた電子写真画像形成装置にて具現化し得る。
【００４３】
図１を参照して再度説明すると、本実施例にて、画像形成装置は、像担持体としてＯＰＣ（有機光導電性）感光層を塗布したドラム状の感光体、即ち、感光ドラム３を備えている。感光ドラム３の周りには、感光ドラム３を一様に帯電する帯電手段としての帯電装置５、及び、一様に帯電された感光ドラム３に画像露光し、静電像を形成する露光手段としての露光装置６が設置されている。
【００４４】
更に、感光ドラム３の周りには、感光ドラム上の静電像を現像するための現像手段としての現像装置２０が配置されている。現像装置２０は、現像剤としてトナーと磁性粒子（キャリア）を含む二成分現像剤１と、現像剤担持体として内部にマグネット部材２１ａを配置した現像スリーブ２１を備えている。現像装置２０は、更に、現像バイアス波形信号発振器４１と、現像バイアス波形信号発振器４１により発生した信号を増幅して、現像スリーブ２１に現像バイアスを印加する高圧電源（高圧トランス）４２とを備えた現像バイアス発振装置４０を有している。
【００４５】
現像剤１は、現像スリーブ内部に配置されたマグネット部材２１ａにより磁気的に現像スリーブ２１に担持され、現像スリーブ２１を回転させることで、現像スリーブ２１と感光ドラム３の対向する現像領域Ａに供給される。トナーは、現像装置内部でのスクリュー２２による攪拌や、現像剤層厚規制部材２３による現像剤の圧縮により、キャリアとの摩擦が起こり、負帯電される。
【００４６】
また、上述したように、感光ドラム３に対して現像領域Ａよりも上流において帯電装置５による感光層への帯電、露光装置６による露光により静電像を形成する。そして、現像スリーブ２１に交流現像バイアスを印加することにより現像スリーブ２１と感光ドラム３とが対向部で、形成された静電像に対してトナーが付与され、トナー像とされる。
【００４７】
感光ドラム上に形成されたトナー像は、感光ドラム下流部において、中間転写体（中間転写ベルト）７上に一次転写され、さらに、中間転写体７の下流部において、搬送されてきた転写材８に二次転写される。転写材８は、さらに定着装置９まで搬送され、転写材上のトナー像は定着装置９により、転写材８に定着され、最終的な出力画像を得る。
【００４８】
本実施例にて、図６の実線で示したＤＳバイアス波形を有した現像バイアスが使用される。この現像バイアスは、直流電圧と交流電圧を重畳することにより形成されている。
【００４９】
そしてこの現像バイアス波形は、図６の点線で示した入力信号を高圧電源で増幅して得た波形である。この点線の入力信号波形は、直流成分Ｖｄｃよりも現像側となる期間は電圧変化が矩形的であり、直流成分Ｖｄｃよりも回収側である期間は電圧変化に一定の傾きを持たせることを特徴としている。
【００５０】
以下では、この入力信号波形をＤＳ信号波形（ＤＳ：現像側矩形Ｄｕｔｙ＋回収側Ｓｌｏｐｅ）と呼び、ＤＳ信号波形を増幅して得た現像バイアス波形を、ＤＳバイアス波形と呼ぶことにする。
【００５１】
ＤＳ信号波形及びＤＳバイアス波形は、波形周期Ｔ（又は周波数ｆ）とＤｕｔｙ比により特徴付けることができる。
【００５２】
ここで、Ｄｕｔｙ比ηｂｉａｓの定義について、図６を用いて説明する。ｔ１は現像バイアスの波形部が現像バイアス直流成分Ｖｄｃよりも現像期間側である期間を表しており、ｔ２は現像バイアスの波形部がＶｄｃよりも回収期間側である期間を表している。ｔ１の期間は、トナーを現像剤担持体側に向かわせる静電気力を生じさせる電圧となる期間である。また、ｔ２の期間は、トナーを像担持体側に向かわせる静電気力を生じさせる電圧となる期間である。そしてＤｕｔｙ比ηｂｉａｓは、波形部の１周期Ｔの期間内における、前記ｔ２の占める割合、即ち、ηｂｉａｓ＝ｔ２／Ｔで定義される。この際、期間ｔ１におけるＶｄｃを基準軸とした波形の時間積分値と、期間ｔ２におけるＶｄｃを基準軸とした波形の時間積分値とが、同じ値となるように、Ｖｐｐの値及びｔ１とｔ２の割合が決定されている。ところで、高圧電源によりＤＳバイアス波形を得る際、高圧電源の立ち上がり時間により、ＤＳバイアス波形はＤＳ信号波形よりも訛った波形になる。よって、ＤＳ信号波形から算出するＤｕｔｙ比（ηｓｉｇｎとする）と、ＤＳバイアス波形から算出すＤｕｔｙ比ηｂｉａｓの値は一致しないことに注意しなければならない。例えば、図６の場合、ｆ＝６ｋＨｚの入力信号波形（点線）の場合、Ｄｕｔｙ比はηｓｉｇｎ＝０．７５であるが、高圧電源の立ち上がり時間の影響で、得られたＤＳバイアス波形（実線）ではＤｕｔｙ比は、ηｂｉａｓ＝０．６５となる。
【００５３】
また、図６のＤＳバイアス波形は、Ｖｐｐ＝１０５０Ｖ、Ｖｃｏｎ＝２５０Ｖとしたとき、
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／１Ｈｚ）＝０．８６３
及び、
｜α｜＝３．４６（ｋＶ／ｍｓｅｃ）＝０．５５×Ｖｐｐ／Ｔ
となり、本願の特許請求の範囲に記載の請求項１の条件を満足する。
【００５４】
「請求項１の条件」とは、下記式（１）、（２）、（３）を意味する。
５ｋＨｚ≦ｆ≦１０ｋＨｚ                                                （１）
０．４２×Ｖｐｐ／Ｔ≦｜α｜≦０．８９×Ｖｐｐ／Ｔ                      （２）
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／Ｈｚ）
≧０．８２                                                              （３）
ただし、
ｆは、前記波形部の周波数（Ｈｚ）、
αは、前記現像バイアスの電圧値が、前記現像期間から前記回収期間に移行する過程で、前記像担持体に形成された最高濃度部の静電像電位ＶＬと同電位となる際の電圧時間変化率（ｋＶ／ｍｓｅｃ）、
Ｖｐｐは、前記現像バイアスの前記現像期間のピーク電圧と前記回収期間のピーク電圧との電圧差であるピーク間電圧（Ｖ）、
Ｔ（Ｔ＝１／ｆ）は、前記波形部の周期（ｓｅｃ）、
Ｓ１は、前記現像バイアスの前記現像期間における、現像バイアスの電圧値と前記ＶＬの差の時間積分値（Ｖ・ｍｓｅｃ）、
Ｓ２は、前記現像バイアスの前記回収期間における、現像バイアスの電圧値と前記ＶＬの差の時間積分値（Ｖ・ｍｓｅｃ）、
Ｖｃｏｎは、前記現像バイアスの直流電圧成分Ｖｄｃ及び前記ＶＬによりＶｃｏｎ＝｜Ｖｄｃ−ＶＬ｜で表される現像コントラスト値（Ｖ）、
である。
【００５５】
ここで、｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／１Ｈｚ）の値を得るための、現像面積Ｓ１及び回収面積Ｓ２の値は、図７のＤＳバイアス波形に示した斜線部の面積を算出することで知ることができる。また、電圧変化率αも同様に現像バイアス波形から算出することができる。現像面積（時間積分値）Ｓ１、回収面積（時間積分値）Ｓ２、及び電圧変化率αの具体的な算出方法は後述する。
【００５６】
本発明における（２）式におけるαは、現像により形成されるトナー画像の均一性を決定付ける現像バイアス波形に関するパラメータである。先に説明したように交流現像バイアスにより、感光ドラムと現像スリーブとの間でトナーが往復運動をすることにより、静電像上にトナー粒子が再配置されることにより画像均一性が向上する。そこで、本発明者らは、トナーが現像スリーブ側に加速される際のトナーの運動がトナー粒子の再配置に影響すると予想した。そして、現像バイアスの電圧値が現像側のピーク電圧から回収側のピーク電圧に移行する過程で、像担持体に形成された最高濃度部（ベタ部）の静電像電位ＶＬをまたぐ瞬間の電圧時間変化率に着目して検討を行った。その結果、現像バイアスの周波数ｆが５ｋＨｚ以上の場合において、次のことが判った。即ち、この場合には、電圧時間変化率αの絶対値を交流現像バイアスのピーク間電圧Ｖｐｐと交流現像バイアスの周期Ｔを用いて規格化したパラメータ、｜α｜×Ｔ／Ｖｐｐ、を小さくすることで、画像均一性が向上することを見出した。尚、以下では上記式で表されるパラメータをＨとして、Ｈ＝｜α｜×Ｔ／Ｖｐｐ、と定義することとする。
【００５７】
上記パラメータＨは、現像バイアスの波形形状が同一であれば、周波数ｆやピーク間電圧に依存しないパラメータであり、波形形状を特徴付けるパラメータであるといえる。即ち、電圧時間変化率αそのものの値ではなく、交流現像バイアス１周期内における相対的な波形形状が、トナー粒子の再配置に影響を与えて最終的に形成されるトナー画像の画像均一性を決定することを明らかにした。後述する実験の結果により、０．４２≦Ｈ≦０．８９、即ち、本発明における（２）式を満足するαを有する現像バイアス波形を用いることで、画像均一性の良好な出力画像が得られることを明らかにした。
【００５８】
また、上記に要約した本発明の（３）式の左辺は、充電効率に与える影響を決定付けるパラメータである。以下では、（３）式の左辺のもつ物理的解釈について説明する。まず、十分な画像濃度を達成するために現像性を向上させるには、トナーが感光ドラムと現像スリーブとの間で往復運動を行う現像時に、単位時間あたりに効率的に現像側への運動量を持たせることが必要になる。即ち、トナーが感光ドラム側に加速される現像期間にトナーに付与する運動量を大きくし、トナーが現像スリーブ側に加速される回収期間にトナーに付与する運動量を小さくすることが重要となる。
【００５９】
また、トナーに付与される運動量は、トナーに加わる電界による力を時間積分して得られるが、電界による力は感光ドラムと現像スリーブとの間の電位差に比例すると考えられる。このため、現像バイアスの電圧値がＶＬよりもトナーを現像する側の電圧である現像期間における、現像バイアスの電圧値とＶＬの差の時間積分Ｓ１は、現像期間にトナーに付与される運動量に比例する。一方、現像バイアスの電圧値がＶＬよりもトナーを回収する側の電圧である回収期間における、現像バイアスの電圧値と前記ＶＬの差の時間積分Ｓ２は、回収期間にトナーに付与される運動量に比例する。このような推論から、現像バイアスの交流周波数がｆである場合、単位時間あたりにトナーは現像バイアスからｆ周期分の運動量が付与され、単位時間に次式（Ｓ１−ｋ×Ｓ２）・ｆに比例した運動量が付与される。ｋは現像面積Ｓ１と回収面積Ｓ２の現像性への寄与の違いを表す係数であると解釈される。特に二成分現像方式の場合、トナーとキャリアは互いに逆帯電されていることから、キャリアとトナーとの静電的な付着力により、トナーの受ける実電界は現像剤担持体に回収される方向にシフトしている。このため、最終的なトナー現像量への寄与率は現像面積Ｓ１よりも、回収面積Ｓ２のほうが強く働く。このため、Ｓ２に「１」より大きい係数を掛けることで、Ｓ１とＳ２のトナー現像量に対する寄与率の違いを現象論的に取り入れている。また、上記式をＶｃｏｎで除算し、（Ｓ１−ｋ×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ、とすることにより無次元化される。これにより、設定したＶｃｏｎに対して、現像バイアスがどれだけトナーに運動量を与えることができるかを示す、現像バイアスの波形そのものが有する運動量付与効率を意味するパラメータとなる。
【００６０】
尚、上記パラメータは式中に周波数ｆを含むものの、Ｓ１及びＳ２は周波数ｆに逆比例するため、パラメータ全体としては周波数ｆに依存しない。ところが、実際の現像においては、現像バイアスの周波数を大きくすると、トナーの往復運動の現像バイアス波形への追従性が低下するために、現像性が低下する。後述の実験結果に示すように、本発明者らの検討によれば、現像バイアスの周波数が画出し評価を行った３〜１２ｋＨｚの範囲内では、周波数の増加による現像性低下の特性は、
Ｆ（ｆ）＝Ｆｏｅｘｐ（−ａ・ｆ／１Ｈｚ）  （ただし、Ｆｏ、ａは定数）
という関数で近似することができることが判った。
【００６１】
以上の考察により、現像性を決定付ける現像バイアス波形に関するパラメータは、
｛（Ｓ１−ｋ×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−ａ・ｆ／１Ｈｚ）
と表すことができると予測した。尚、以下では上記式で表されるパラメータをＧとして、
Ｇ＝｛（Ｓ１−ｋ×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−ａ・ｆ／１Ｈｚ）
と定義する。
【００６２】
更に後述する実験の結果により、ｋ＝１．２８、ａ＝２．０×１０-5であるときに、上記パラメータが充電効率と比例関係にあることを明らかにした。そして、上記パラメータＧの値が０．８２以上であるとき、従来公知の現像バイアス波形を用いた現像に比べ、大幅に現像性を向上させることができることを明らかにした。
【００６３】
尚、本実施例においては、画像出力装置としてキヤノン製ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳ  Ｃ１改造機を用いた。そして、ブラック位置の現像器に、平均粒径４０μｍの磁性キャリア９２重量部と平均粒径５．５μｍの負帯電性のシアントナー８重量部を混合して作製した二成分現像剤を入れ、常温常湿（２３℃、５０％ＲＨ）環境下で画像形成を行った。又、転写材としては、ＣＬＣ用紙（８１．４ｇ／ｃｍ2）を用いて形成した画像を出力した。
【００６４】
また、本試験に用いた現像バイアスは以下の方法で作製し、上記画像出力装置の現像スリーブに印加して現像を行った。波形信号は、ＮＦ回路設計ブロック社製の任意波形作成ソフトウエア０１０５を用いて作製し、同社製ファンクションジェネレータＷＦ１９４６Ｂを用いて発生させた。発生させた波形信号は、同社製高圧電源ＣＡＮ−０７６を用いて増幅し、現像バイアスを作製した。
【００６５】
感光ドラム周速を２７０ｍｍ／ｓｅｃ、最高濃度部静電像電位ＶＬを−１５０Ｖ、非画像部電位ＶＤを−５５０Ｖとした。ＶＬ及びＶＤの測定には、図１に示すように、現像部直下に設けた表面電位計（トレック社製のＭＯＤＥＬ３４７）Ｖｓを用いた。
【００６６】
現像装置２０を配置しない状態で、感光ドラム３の帯電、露光を行うことで、感光ドラム上にベタ部の潜像電位ＶＬ、及び、ベタ黒部の潜像電位ＶＤを形成し、表面電位計Ｖｓでこれらを測定した。
【００６７】
また、現像スリーブ２１の回転方向は、現像スリーブ２１と感光ドラム３の対向部で現像スリーブ表面と感光ドラム表面が同一方向に進むようにし、現像スリーブ周速を４７０ｍｍ／ｓｅｃとした。また、現像領域Ａに供給される現像剤密度を３０ｍｇ／ｃｍ2となるように調整した。また、現像領域における感光ドラムと現像スリーブの最近接距離ＳＤを０．３０ｍｍとした。
【００６８】
＜実験概要＞
以下では、本発明を実施する条件を決めるために行った、＜実験１＞〜＜実験５＞に関して概要を説明する。
【００６９】
＜実験１＞では、図３に記載の現像バイアス波形（ただし、図中のＴは８３μｍｓｅｃ）を用いて画出し評価を行い、後述の＜実験２＞〜＜実験５＞において、画像濃度の評価方法として充電効率を用いることの妥当性を確認した。また、図３に記載の現像バイアスを基準現像バイアスとすることで、出力画像を画像濃度と画像均一性に関しての基準画像とした。この基準画像との比較により、＜実験２＞〜＜実験５＞で行った画出し評価で出力した画像に対して、充分な画像濃度及び画像均一性が認められるか否かを判断した。
【００７０】
＜実験２＞では、入力信号波形としてＤＳ信号波形のＤｕｔｙ比を０．６≦ηｓｉｇｎ≦０．８の範囲で、周波数を３ｋＨｚ≦ｆ≦１２ｋＨｚの範囲で条件を変え、各ＤＳ信号波形を高圧電源で増幅して得られるＤＳバイアス波形を用いて画出し評価を行った。評価結果は、本発明の実施例を示すとともに、発明の効果が得られるバイアス波形条件を明らかにした。
【００７１】
＜実験３＞では、＜実験２＞の評価結果で示した本発明の実施例を与える、現像期間と回収期間の繰り返しである現像バイアス波形において、現像期間の直後に一定の交流化波形の休止期間を設けた波形を用いて画出し評価を行った。
【００７２】
＜実験４＞及び＜実験５＞では、請求項１に記載した条件を満たさない数パターンの現像バイアス波形ついても同様の画像評価を行うことで、本発明の画像形成装置において、初めて効果が得られることを示すための比較例を与える。
【００７３】
特に、＜実験４＞では、入力信号波形として矩形Ｄｕｔｙ波形のＤｕｔｙ比を０．６≦ηｓｉｇｎ≦０．８の範囲で、周波数を３ｋＨｚ≦ｆ≦１２ｋＨｚの範囲で条件を変えた。そして、各矩形Ｄｕｔｙ信号波形を高圧電源で増幅して得られる矩形Ｄｕｔｙバイアス波形で画出し評価を行うことで、＜実験２＞で与えた実施例に対する比較例とした。
【００７４】
また、＜実験５＞では、図８に記載の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の信号波形を、高圧電源で増幅して得られたバイアス波形で画出し評価を行い、＜実験２＞で与えた実施例に対する比較例とした。
【００７５】
なお、図９の（Ａ’）、（Ｂ’）、（Ｃ’）、（Ｄ’）の波形は、それぞれ、図８に記載の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の信号波形を、高圧電源で増幅して得られたバイアス波形を表している。（Ａ’）、（Ｂ’）、（Ｃ’）の波形は、現像側のピーク電圧から、回収側のピーク電圧に移行する過程でＶＬをまたぐ際の電圧変化に傾きを持たせる点で、ＤＳバイアス波形と類似であるが、請求項１の条件を満足しない。また、（Ｃ’）の波形は、特許文献１（特開２０００−５６５４７号公報）の実施例として記載された現像バイアス波形である。また、（Ｄ’）の波形はＤＳバイアス波形と逆に、回収側のピーク電圧からＶｄｃに移行する期間で電圧変化の傾きを緩やかにした。
【００７６】
なお、各々の現像バイアスを用いて画出し評価を行った際に、感光ドラム上に現像されたトナーの平均帯電量Ｑ／Ｍを以下の要領で測定を行った。その結果、いずれの現像バイアス波形を用いて現像した場合でも、平均トナー帯電量Ｑ／Ｍは、−５４〜−５６μＣ／ｇの範囲であり、｜Ｑ／Ｍ｜≧３０μＣ／ｇであることが確認された。また、画出し評価を行ったいずれの現像バイアスにおいても、現像されるトナーの帯電量に大きな差がないことが確認された。
【００７７】
＜Ｑ／Ｍの測定方法＞
感光ドラム上に現像されたトナーの帯電量は、以下の方法で測定した。
【００７８】
図１０に示すような、軸径の異なる金属筒を同軸になるように配置した内外２重筒１０１、１０２と、内筒１０１内に更にトナーを取り入れるためのフィルター１０３を備えたファラデーケージ１００を用いて、感光ドラム上のトナーをエア吸引する。ファラデーケージ１００は、内筒１０１と外筒１０２が絶縁部材１０４で絶縁されており、フィルター内にトナーが取り込まれるとトナーの電荷量Ｑによる静電誘導が生じる。この誘起された電荷量ＱをＫＥＩＴＨＬＥＹ社製のクーロンメーター、ＫＥＩＴＨＬＥＹ  ６１６  ＤＩＧＩＴＡＬ  ＥＬＥＣＴＲＯＭＡＴＥＲにより測定し、内筒内のトナー重量Ｍで割ることにより、Ｑ／Ｍを求めた。
【００７９】
＜充電効率の測定方法＞
画像濃度の評価には、充電効率を採用した。充電効率は以下の方法で測定した。
【００８０】
感光ドラム上に、最高濃度部静電像電位ＶＬが−１５０Ｖ、非画像部電位ＶＤが−５５０Ｖとなるように、帯電、露光を調整し、ベタ画像の静電像を形成する。そしてこの静電像を、現像バイアスのＶｄｃが−４００Ｖとなるようにしてベタ画像の現像を行った。その後、表面電位計Ｖｓを用いて、最高濃度部（ベタ部）の現像を行った直後の感光ドラム表面のトナー層表面電位Ｖｔを測定し、ΔＶ＝｜Ｖｔ−ＶＬ｜により現像されたトナーの充電電位を求めた。そして、充電電位ΔＶと現像コントラストＶｃｏｎを用いて、充電効率＝△Ｖ／Ｖｃｏｎ×１００％、により充電効率を求めた。
【００８１】
＜粒状性（ＧＳ）の測定方法＞
画像均一性の評価は、濃度ムラの目立ちやすい低濃度部における粒状性を用いて評価した。粒状性は以下の方法で測定した。
【００８２】
感光ドラム上に１６階調のデジタル潜像を形成し、これに対して現像を行い、転写、定着を経て、１６階調画像の出力画像を得た。この出力画像の明度Ｌ*が７５であるときの粒状性ＧＳの値を以下に説明する手法で算出した。
【００８３】
（粒状性ＧＳの算出法）
銀塩写真の粒状度測定には、一般に濃度分布Ｄiの標準偏差であるＲＭＳ粒状度σDが用いられている。その測定条件は、ＡＮＳＩ  ＰＪ−２．４０−１９８５「ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ（ｒｍｓ）  ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ  ｉｆ  ｆｉｌｍ」に規定されている。
【００８４】
【数２】
2010061123.tif 000004
【００８５】
又、濃度変動のパワースペクトルであるウィナースペクトルを用いた粒状度の測定も提案されている。画像のウィナースペクトルと視覚の空間周波数特性（Ｖｉｓｕａｌ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ：  ＶＴＦ）とを掛け算した後、積分した値を粒状性（ＧＳ）とする。ＧＳは値が大きいほど、粒状性が悪いことを示すものである。
【００８６】
【数３】
2010061123.tif 000005
【００８７】
（参考文献３）Ｒ．Ｐ．Ｄｏｏｌｅｙ，  Ｒ．Ｓｈａｗ  ：  “Ｎｏｉｓｅ  Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ”  Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｏｔｏｇｒ．Ｅｎｇ．５（４）
【００８８】
＜実験１＞
先ず、本実施例の画像形成装置の効果を適正に評価するために、従来公知の現像バイアス波形である図３に示した波形を用いて画出し評価を行い、以下の＜実験２＞〜＜実験４＞における画像濃度及び画像均一性の評価基準を決定した。以下に、その詳細について説明する。
【００８９】
上記の現像バイアスＶｄｃをＶｄｃ＝−４００Ｖ（即ち、Ｖｃｏｎ＝２５０Ｖ）に設定したまま、Ｖｐｐを０．７ｋＶ〜１．８ｋＶまで変化させて画出し評価を行った。図１１は、そのときの充電効率の測定値を横軸、及び、得られた定着後のベタ画像をＭａｃｂｅｔｈ社の透過濃度計ＴＤ９０４の赤フィルターモードで測定した透過濃度Ｄｔを縦軸にプロットしたグラフである。
【００９０】
この結果から、充電効率と透過濃度Ｄｔの相関は線形の関係にあり、充電効率を測定することにより、画像濃度が評価できることが確認できた。
【００９１】
また、現像バイアスのＶｐｐが１．６５ｋＶ以上の場合、高濃度部の画像に白い斑点が現れる場合があった。これは、現像スリーブと感光ドラムとの間の電位差によりリークが発生したためであると考えられる。このため、安定した現像条件で評価を行うために、図３に示した波形のＶｐｐがＶｐｐ＝１．３ｋＶであるときの現像バイアスを基準現像バイアスとした。Ｖｐｐ＝１．３ｋＶのとき、現像側電圧ピーク値を−１０５０Ｖであるため、同条件で現像性を比較できるように以下の＜実験２＞〜＜実験５＞においても、Ｖｄｃを−４００Ｖ、現像側電圧ピーク値を−１０５０Ｖに設定して画出し評価を行った。
【００９２】
図１１の測定結果によれば、Ｖｐｐ＝１．３ｋＶの基準現像バイアスを用いて現像を行ったときの充電効率は８０％、透過濃度はＤｔ＝１．４８であった。この基準画像に対し、画像濃度の向上に対し有意な効果が認められる出力画像の透過濃度はＤｔ＝１．５３（充電効率に換算して９０％）であった。即ち、充電効率が基準画像の充電効率に対して１．１３倍以上となるとき、画像濃度に関して基準画像に対して効果があった。この結果をもとに、＜実験２＞〜＜実験５＞において、出力画像の画像濃度の評価基準として、下記の基準を設けた。
【００９３】
測定した充電効率が、基準画像の充電効率に対する比（充電効率増加比）が、
ａ：１．１８以上（本発明において大幅な効果あり）
ｂ：１．１３以上、１．１８未満（本発明において効果あり）
ｃ：１．１３未満（本発明において効果なし）
【００９４】
また、基準画像の粒状性を測定した結果、粒状性ＧＳは０．１８４であった。この結果をもとに、＜実験２＞〜＜実験５＞において、出力画像の画像均一性の評価基準として、下記の基準を設けた。
ａ：粒状性ＧＳが０．１７０未満（画像均一性が非常に良好）
ｂ：粒状性ＧＳが０．１７０以上、０．１８５未満（画像均一性が良好）
ｃ：粒状性ＧＳが０．１８５以上（画像均一性が本発明において効果なし）
ｄ：白斑点等の画像不良発生のため粒状性ＧＳ測定不可（実用不可）
【００９５】
＜実験２＞
＜実験２＞において、本発明の実施例を与える。また、
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／Ｈｚ）
の値が、上記充電効率増加比と比例関係にあることを明らかにし、
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／Ｈｚ）
≧０．８２
の範囲において画像濃度に対して有意な効果が得られることを明らかにする。
【００９６】
すなわち、下記式で表されるパラメータＧ＝｛（Ｓ１−ｋ×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−ａ・ｆ／１Ｈｚ）が、ｋ＝１．２８、ａ＝２．０×１０-5であるときに、充電効率増加比と比例関係にあることを明らかにする。更にこのとき、Ｇ≧０．８２であるときに、充電効率増加比が１．１３以上となり、画像濃度の向上に対して効果があることを明らかにする。
【００９７】
また、周波数が、５ｋＨｚ≦ｆ≦１０ｋＨｚのとき、０．４２×Ｖｐｐ／Ｔ≦｜α｜≦０．８９×Ｖｐｐ／Ｔ、範囲において、画像均一性の良好な画像形成が可能になることを明らかにする。
【００９８】
現像バイアスとして、ＤＳ信号波形のＤｕｔｙ比を０．６≦ηｓｉｇｎ≦０．８の範囲で、周波数を３ｋＨｚ≦ｆ≦１２ｋＨｚの範囲で波形条件を変え、各ＤＳ信号波形を高圧電源で増幅して得られるＤＳバイアス波形を用いて画出し評価を行った。その結果、充電効率に関しては表１に示す結果が得られ、粒状性に関しては表２のような結果が得られた。
【００９９】
ただし、表１及び表２では、ＤＳバイアス波形から算出したＤｕｔｙ比ηｂｉａｓを採用している。また、表１の太枠で囲った領域は充電効率の基準画像の充電効率に対する比が、１．１３以上となった領域である。また、表２の太枠で囲った領域は、粒状性ＧＳが０．１８５未満となり、均一性の良好な画像が得られた領域である。
【０１００】
以上の実験結果から、表１及び表２ともに太枠で囲われた現像バイアス条件において、充分な画像濃度を得るとともに、画像均一性の良好な画像形成が可能になることが判った。
【０１０１】
【表１】
2010061123.tif 000006
【０１０２】
【表２】
2010061123.tif 000007
【０１０３】
＜現像バイアス波形条件の範囲規定＞
次に、＜実験２＞の結果より、充分な画像濃度を得るための条件、
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／Ｈｚ）
≧０．８２
を求めるための考察を行った。
【０１０４】
表３及び表４は、それぞれ、ＤＳバイアス波形の周波数ｆとＤｕｔｙ比ηｂｉａｓを変化させた時の現像面積Ｓ１及び回収面積Ｓ２を示す表である。現像面積Ｓ１及び回収面積Ｓ２は以下の方法で算出した。まず、高圧電源より出力した現像バイアス電位をＴｅｋｔｒｏｎｉｘ社製の高電圧プローブＰ６０１５Ａを用いて１／１０００に降圧し、Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社製デジタルオシロスコープＤＰＯ４０３４を用いて現像バイアス波形を取り込む。更に、デジタルオシロスコープのアベレージ機能を使い６４周期分の波形の平均化を行い、平均化した波形１周期に対して時間に対して等間隔に５０００点の電位データをサンプリングする。次に、現像期間における前記電位データとＶＬ設定値との差分、あるいは回収期間における前記電位データとＶＬ設定値との差分の和をとり、データ点の時間間隔Ｔ／５０００を乗じることで、現像面積Ｓ１及び回収面積Ｓ２を求める。
【０１０５】
表３及び表４に示した現像面積Ｓ１及び回収面積Ｓ２の値を用いて、以下の手順に従い、
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／Ｈｚ）
≧０．８２
の条件を導いた。
【０１０６】
【表３】
2010061123.tif 000008
【０１０７】
【表４】
2010061123.tif 000009
【０１０８】
先ず、下記式
Ｇ＝｛（Ｓ１−ｋ×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−ａ・ｆ／１Ｈｚ）
で表されるパラメータＧにおいて係数ｋ及びａを求めるために、表３、表４のＳ１、Ｓ２の値とさまざまなｋ、ａの値を上記式に代入して、Ｇの値を計算した。
【０１０９】
このようにして、ｋ、ａに適当な値を代入して作成した表のＧ値と、対応する表１に示した充電効率増加比（Ｊとおく）の測定値とが比例関係を持つとき、ＧとＪの関係は、
Ｊ＝βＧ（β：定数）
と表される。そこで、ｉ番目の波形条件におけるＪの値Ｊｉと、ｉ番目の波形条件におけるＧの値Ｇｉにより、
βｉ＝Ｊｉ／Ｇｉ
で与えられる定数βｉの平均自乗誤差、
【０１１０】
【数４】
2010061123.tif 000010
【０１１１】
が最小となるような、ｋ、ａを与えたとき、Ｇと充電効率増加比が最も相関の良い比例関係となる。
【０１１２】
ただし、〈β〉、〈Ｊ／Ｇ〉はそれぞれβｉ、Ｊｉ／Ｇｉの相加平均を意味する。
【０１１３】
図１２は、ｋ、ａの値を、
１．２５≦ｋ≦１．３１、１．８×１０-5≦ａ≦２．２×１０-5の範囲で変化させて、Ｇの値を計算したときのβｉの平均自乗誤差μをプロットしたグラフ図である。グラフから、ｋ＝１．２８、ａ＝２．０×１０-5としたとき、μが最小となることが判る。
【０１１４】
表５は、ｋ＝１．２８、ａ＝２．０×１０-5とした時のＧの値を計算した値を示す表である。
【０１１５】
【表５】
2010061123.tif 000011
【０１１６】
図１３は、表１に示した充電効率増加比を、現像中に単位時間あたりにトナーに付与される運動量に比例するパラメータ、
（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ
除算した値を周波数ｆに対してプロットしたグラフである。即ち、現像効率の現像バイアスの周波数に対する依存性を示している。グラフから、本試験で画出し評価した、３ｋＨｚから１２ｋＨｚにおいて、現像効率の周波数の増加による低下は、
Ｆ（ｆ）∝ｅｘｐ（−２．０×１０-5・ｆ／１Ｈｚ）
で書かれる指数関数で近似できることが示された。
【０１１７】
また、図１４は、ｋ＝１．２８、ａ＝２．０×１０-5としたときの、各バイアス波形条件におけるＧと充電効率増加比の値をプロットしたグラフ図である。グラフから、ｋ＝１．２８、ａ＝２．０×１０-5におけるＧとＪが比例関係にあることが確認できる。
【０１１８】
表１の充電効率の測定結果と、表５のＧ値の計算結果を対応させることにより、太枠で囲った画像濃度の向上に効果のある領域（表１において充電効率増加比が１．１３以上の領域）においては、
Ｇ≧０．８２であることが判った。
【０１１９】
以上の考察から、充分な画像濃度を得るためには、現像面積Ｓ１、回収面積Ｓ２、及び周波数ｆが、
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／１Ｈｚ）≧０．８２
を満たすような現像バイアスを採用する必要があることが判った。
【０１２０】
ところで、上式左辺の前半部、｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝は、どのようなＳ１、Ｓ２をとるような現像バイアス波形においても、原理的に｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝≦１となる。このため、上記不等式の条件を満足するような、バイアス波形の周波数ｆの上限は、ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／１Ｈｚ）≧０．８２によって制限される。即ち、この不等式を満足する周波数ｆの範囲は、
ｆ≦１０ｋＨｚ
となる。
【０１２１】
次に、画像均一性の良好な画像形成を行うための条件、
５ｋＨｚ≦ｆ≦１０ｋＨｚ
かつ、
０．４２×Ｖｐｐ／Ｔ≦｜α｜≦０．８９×Ｖｐｐ／Ｔ
を求めるための考察を行った。
【０１２２】
表６は、ＤＳバイアス波形の周波数ｆとＤｕｔｙ比ηｂｉａｓを変化させた時のα及びＶｐｐを用いて、
Ｈ＝｜α｜×Ｔ／Ｖｐｐ
で表されるパラメータＨの値を示した表である。
【０１２３】
尚、α及びＶｐｐの値は以下の方法で算出した。現像面積Ｓ１及び回収面積Ｓ２を算出したときに、デジタルオシロスコープで取り込んだ現像バイアス波形の電位データを用いる。そして、現像バイアス電圧が現像側のピークから回収側のピークに変化する過程で、ＶＬをまたぐ時刻の前後５０点の電位データを最小自乗法により線形近似したときの電位データの傾きから、電圧変化率αを求める。また、デジタルオシロスコープのピーク間電圧測定機能を用いてＶｐｐを測定する。
【０１２４】
【表６】
2010061123.tif 000012
【０１２５】
表２の画像均一性の評価結果と、表６のＨ値の計算結果を対応させると、周波数が５ｋＨｚ≦ｆ≦１２ｋＨｚの範囲では、Ｈの値が小さくなるほど、画像均一性が向上し、０．４２≦Ｈ≦０．８９の範囲で良好な均一性の画像が得られることが判った。また、ｆ≦５ｋＨｚの範囲では、出力した画像の均一性はＨの値によらず、濃度ムラが目立つものであることが判った。
【０１２６】
以上の結果から、均一性の良好な画像形成を行うためには、
５ｋＨｚ≦ｆ≦１２ｋＨｚ
かつ、
０．４２×Ｖｐｐ／Ｔ≦｜α｜≦０．８９×Ｖｐｐ／Ｔ
が必要である。また、前述のように、
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／Ｈｚ）
≧０．８２
を満足する現像バイアスの周波数の上限がｆ≦１０ｋＨｚであることから、画像濃度を向上させるとともに、均一性の良好な画像形成を行うためには、
｛（Ｓ１−１．２８×Ｓ２）・ｆ／Ｖｃｏｎ｝×ｅｘｐ（−２．０×１０-5×ｆ／Ｈｚ）
≧０．８２
かつ、
５ｋＨｚ≦ｆ≦１０ｋＨｚ
かつ、
０．４２×Ｖｐｐ／Ｔ≦｜α｜≦０．８９×Ｖｐｐ／Ｔ
が必要であるということが判った。
【０１２７】
＜実験３＞
高圧電源に入力する信号波形として、交流波形（波形部）の直後に休止期間（直流電圧のみの期間）を設けた波形を用いるのが、本実験３の特徴である。
【０１２８】
交流波形としては、Ｄｕｔｙ比をηｓｉｇｎ＝０．７５、周波数をｆ＝６ｋＨｚとしたＤＳ信号波形であって、回収側の電位波形と現像側の電位波形で形成される交流波形１周期Ｔからなる信号波形とする。そして休止期間としては、前記交流波形１周期Ｔと同期間の休止期間（直流の期間）を設ける。
【０１２９】
この信号波形を高圧電源により増幅し、図１５に実線で示した出力波形を得た。尚、図１５ではおよそ２周期分の波形を示している。得られた波形を現像バイアスとして用いて画出し評価を行った。その結果、充電効率増加比は１．１８、粒状性ＧＳは０．１６０となった。
【０１３０】
この結果から、本発明において現像バイアス波形は、現像期間と回収期間の繰り返し波形に加えて、現像期間の直後に一定の交流波形の休止期間があっても、十分な画像濃度を得ると共に、画像均一性の良好な出力画像を得ることができることが判った。
【０１３１】
＜実験４＞
次に、図４に記載の矩形Ｄｕｔｙバイアス波形を用いて、＜実験２＞と同様な検討を行った。高圧電源に印加する矩形Ｄｕｔｙ信号波形のＤｕｔｙ比を０．６≦ηｓｉｇｎ≦０．８の範囲で、周波数を３ｋＨｚ≦ｆ≦１２ｋＨｚの範囲で波形条件を変え、各ＤＳ信号波形を高圧電源で増幅して得られるＤＳバイアス波形を用いて画出し評価を行った。その結果、充電効率に関しては表７に示す結果が得られ、画像均一性に関しては表８に示す結果が得られた。
【０１３２】
また、＜実験２＞と同様に、表７において太枠で囲った領域は、充電効率増加率が１．１３以上となり、基準画像に対して画像濃度の向上が認められた領域である。また、表８において太枠で囲った領域は、粒状性ＧＳが０．１８５未満となり、均一性の良好な画像が得られた領域である。
【０１３３】
この結果によれば、矩形Ｄｕｔｙバイアスを現像バイアスとして用いた場合、充分な画像濃度を得る領域と、均一性の良好な画像を得る領域が重なる領域は存在しない。即ち、従来の矩形Ｄｕｔｙバイアスでは、充分な画像濃度と、画像均一性の両立が困難であることが確かめられた。
【０１３４】
【表７】
2010061123.tif 000013
【０１３５】
【表８】
2010061123.tif 000014
【０１３６】
＜実験５＞
次に、図９の（Ａ’）、（Ｂ’）、（Ｃ’）、（Ｄ’）の波形を現像バイアスとして、画出し評価を行った。表９は、（Ａ’）、（Ｂ’）、（Ｃ’）、（Ｄ’）の波形の波形パラメータ、ηｓｉｇｎ、ｆ、Ｖｐｐ、Ｇ、α、及びＨの値を示す表であり、先に説明したように、デジタルオシロスコープで取り込んだ現像バイアス波形データから算出した。
【０１３７】
【表９】
2010061123.tif 000015
【０１３８】
表１０は、それぞれの現像バイアスで画出し評価を行った結果を示した表であり、充電効率増加率と粒状性ＧＳの評価結果を記している。
【０１３９】
【表１０】
2010061123.tif 000016
【０１４０】
この結果によれば、（Ａ’）、（Ｃ’）の波形のように、請求項１の（３）式の関係を満足しない現像バイアスを用いた場合、充分な画像濃度が得られなかった。
【０１４１】
また、（Ｂ’）の波形ように、請求項１の（３）式の関係は満足するが、（２）式の関係を満足しない場合は、充電効率増加率が１．１５に達し、画像濃度に対する効果は認められたが、画像均一性に対しての効果は得られなかった。
【０１４２】
また、（Ｄ’）の波形は、請求項１の（３）式の関係は満足せず、画像濃度に対する効果はなかった。また、（２）式の関係を満足せず、画像均一性に対しての効果は得られなかった。
【０１４３】
以上の検討により、請求項１の条件を満足しない、比較例として挙げた（Ａ’）〜（Ｄ’）の波形を現像バイアスとして用いた場合、画像濃度と画像均一性に対して効果が得られないことが示された。
【０１４４】
以上の＜実験１＞〜＜実験５＞の検討を行った結果から、本発明の画像形成装置を用いることで、充分な画像濃度を得ると共に、均一性の良好な画像形成が可能になるという効果を明らかにした。
【０１４５】
尚、本試験において、下記の方法で、平均トナー帯電量が３０μＣ／ｇ≦｜Ｑ／Ｍ｜≦１００μＣ／ｇの範囲を満足する二成分現像剤を作製した。まず、キャリアとしては、キャリアの製造工程において、表面に被覆する樹脂内の帯電制御剤の添加量、及び被覆する樹脂量を調整することにより、高い帯電付与能を有するキャリアを作製した。また、トナーとしては、トナーの製造工程において、トナー表面に外添する外添剤種、または外添剤量を調整し、上記キャリアとの混合により適正な帯電量となるようトナーを作製した。
【０１４６】
＜実験１〜５の結果に関する考察＞
以下では、上記の＜実験１＞〜＜実験５＞の結果に関しての考察を行うとともに、本発明の画像形成装置により、発明の効果に記載した効果が得られる理由について説明を行う。
【０１４７】
先ず、本発明の画像形成装置により、平均トナー帯電量が３０μＣ／ｇ≦｜Ｑ／Ｍ｜≦１００μＣ／ｇを満たすトナーを現像する際に充分な画像濃度を得ると共に、均一性が良好な出力画像を得ることを可能にする理由は、次の通りである。つまり、現像領域におけるトナーの挙動に着目して、効果の得られたＤＳバイアス波形と、効果の得られなかった矩形Ｄｕｔｙバイアス波形を比較することで説明することができる。
【０１４８】
「効果１：画像濃度の向上」
先ず、本発明の画像形成装置により、高濃度部において充分な画像濃度が得られる理由について、ＤＳバイアス波形と矩形Ｄｕｔｙバイアス波形を比較して説明する。
【０１４９】
一般的に、波形のＤｕｔｙ比が０．５５≦ηｂｉａｓ≦０．８である現像バイアス波形においては、ηｂｉａｓが大きいほうが、画像濃度に有利な傾向がある。これは、現像側のピーク電圧とＶｄｃを固定してＤｕｔｙ比ηｂｉａｓを大きくすると、回収側の電圧ピーク値は小さくなり、像担持体上に現像されたトナーを現像剤担持体方向に回収する電界が弱くなるためである。
【０１５０】
また、一般的に現像バイアスにおいて現像側のピーク電圧と回収側のピーク電圧の差であるＶｐｐを大きくとると、画像濃度が向上することが知られている。
【０１５１】
このことから、現像バイアスにおいてＤｕｔｙ比ηｂｉａｓやＶｐｐの設定により決まる、現像側及び回収側の電圧値の大きさや比率が、画像濃度に影響していることが分かる。
【０１５２】
一方、最終的なトナー現像量は、現像バイアスのとる電圧値だけでなく、現像バイアス波形１周期中の現像期間や回収期間も反映される。
【０１５３】
現像期間に着目すると、図１６に示すように、ＤＳバイアス波形と矩形Ｄｕｔｙバイアス波形とを比較したとき、１周期の間にトナーが現像側に加速される期間はＤＳバイアスのほうが矩形Ｄｕｔｙバイアスに比べて長くなる。一方、「回収期間」はＤＳバイアスのほうが矩形Ｄｕｔｙバイアスに比べて短くなる。このため、ＤＳバイアスのほうが矩形Ｄｕｔｙバイアスに比べ、画像濃度を向上させる上で有利となったと考えられる。
【０１５４】
「効果２：画像均一性の向上」
また、本発明の画像形成装置により、充分な画像濃度を維持しながら画像均一性が向上する理由については以下のように説明することができる。
【０１５５】
現像剤担持体に交流現像バイアスを印加して像担持体上の静電像を現像する画像形成装
置においては、交流現像バイアスによりトナーの現像・回収を繰り返す。これにより、トナーを像担持体と現像剤担持体の対向する現像領域で往復させ、最終的に現像されるトナー量を適正に制御することにより画像均一性の良好な画像が得られることが知られている。
【０１５６】
つまり、現像バイアスにおいて回収側のピーク電圧の大きさが、画像均一性に大きく影響する。
【０１５７】
しかし、＜実験３＞の結果から、平均トナー帯電量が｜Ｑ／Ｍ｜≧３０μＣ／ｇであるトナーを現像する場合、交流現像バイアスの回収側の電圧変化が矩形的であると、充分な画像濃度を維持しながら良好な画像均一性を得ることが困難であることが判った。この理由は次のように考えられる。
【０１５８】
平均帯電量の絶対値が３０μＣ／ｇ以上のトナーは、一旦像担持体に現像されるとトナーと像担持体との静電的な付着力が非常に大きくなる。そのため、現像バイアスの回収側の電圧値が充分でないとトナーが像担持体と現像剤担持体との間で往復運動ができず、良好な画像均一性が得られなくなる。また、Ｖｐｐを大きくして、回収側のピーク電圧を充分大きくとる場合であっても、電圧変化が矩形的に変化する場合、ＤＳバイアスに比べ回収期間が長くなる。このとき、トナー帯電量が大きいために、トナーは現像剤担持体側におおきく引戻され、トナーの往復運動の振幅が大きくなり、適正な再配置が行われず、画像均一性は大きく向上しづらくなる。また、最終的なトナー回収量は多くなり、画像濃度にも悪影響を及ぼす。
【０１５９】
一方、本発明の画像形成装置の場合、現像バイアスの電圧値がＶＬに対して現像側から回収側に移行する際に電圧変化に緩やかな傾きを持たせることで回収期間を短くし、尚且つ、像担持体からのトナーの引戻しの加速を緩やかにする。そのため、往復運動の範囲は、像担持体の近傍に制限される。これにより、トナーの再配置が安定に行われ、画像均一性が向上したものと考えられる。また、最終的なトナーの回収量も少なくなり、充分な画像濃度を維持すると共に良好な画像均一性を得ることが可能になったと考えられる。
【０１６０】
以上の理由により、本発明の画像形成装置において、現像バイアス電圧が現像側からＶＬをまたいで回収側へ移行する際の電圧変化率αを小さくし、引戻し時の電圧変化の傾きを緩やかにする。それによって、画像濃度を向上させると共に、画像均一性の良好なトナー画像の形成が可能になったと考えられる。
【０１６１】
また、電圧変化率αを小さくしても、現像バイアス周波数としてｆ≦５ｋＨｚでは画像均一性の向上が見られなかった理由は、次の通りであると考えられる。現像バイアスの周波数を小さくすることにより現像領域でのトナーの往復運動の周波数が小さくなると、その結果として出力画像に空間周波数として再現され、この濃度ムラが画像の不均一性として認識されるためである。
【０１６２】
次に、特許請求の範囲の請求項２に記載したように、現像バイアスのＤｕｔｙ比ηｂｉａｓの範囲を、
０．５５≦ηｂｉａｓ≦０．８０
とすることができる。この構成によって、充分な画像濃度を得るとともに、均一性の良好
な画像を形成し、また、キャリア付着による画像欠陥を防ぐことが可能になる。この理由
について説明する。
【０１６３】
上述したように、ηｂｉａｓは、現像バイアス波形のＤｕｔｙ比であり、例えば図６を参照すると、次の通りである。即ち、現像バイアスの電圧値がＶｄｃからピーク電圧に達し、再び前記Ｖｄｃに戻るまでの連続した期間のうち、このピーク電圧がトナーを現像剤担持体側に回収する電位差を持たせる期間をｔ２とする。このとき、ｔ２と繰り返し周期Ｔとにより、ηｂｉａｓ＝ｔ２／Ｔで定義される。
【０１６４】
現像バイアスのＤｕｔｙ比ηｂｉａｓが小さくなると画像濃度が低下する原因は、回収側のピーク電圧が大きくなることで、トナー回収量が大きくなり、最終的なトナー現像量が減少することであると考えられる。また、回収側のピーク電圧が大きいと、トナーの回収期間にトナーと逆極性に帯電しているキャリアが高濃度部の静電潜像電位に引き付けられ、感光ドラム上にキャリアが付着（キャリア付着）する現象が発生し易くなる。
【０１６５】
一方で、ηｂｉａｓが大きくなると、回収側のピーク電圧は小さくなり、画像濃度は向上するがトナーの往復運動による再配置効果は小さくなるため、均一性の良好な画像が得られなくなる。
【０１６６】
上記の理由により、現像バイアスのＤｕｔｙ比ηｂｉａｓの範囲は０．５５≦η≦０．８０範囲で、充分な画像濃度を得るとともに、均一性の良好な画像を形成し、また、キャリア付着による画像欠陥を防ぐことが可能になったと考えられる。
【０１６７】
次に、特許請求の範囲の請求項３に記載したように、現像バイアスの回収側のピーク電圧から現像側のピーク電圧に移行する過程における電圧変化率が、回収側のピーク電圧から現像側のピーク電圧に近づくにしたがって小さくなるように構成することができる。この構成により、充分な画像濃度を得ることが可能になる理由について考察する。
【０１６８】
＜実験４＞の結果によれば、図９の波形（Ｄ’）において、充分な画像濃度が得られていない。この理由は以下のように説明できる。
【０１６９】
トナーがキャリアから離れて現像するためには、電界強度によりトナー電荷に加わる力が、トナーとキャリアとの間の付着力を上回るような、大きな電界強度が形成されなければならない。
【０１７０】
ところが（Ｄ’）の波形の場合、現像バイアスの回収側の電圧ピークから、現像側の電圧ピークに移行する過程の電圧変化が緩やかである。そのため、実際に現像が始まるのは、現像バイアスの電圧値がＶＬをまたぐ瞬間ではなく、電圧値が現像側のピーク電圧付近に達したときである。従って、現像側のピーク電圧に達するまでに時間を要する（Ｄ’）の波形は実質的には現像期間が短くなり、充分な画像濃度が得られなかったと考えられる。
【０１７１】
このことから、現像バイアスに関して、回収側のピーク電圧から現像側のピーク電圧に移行する過程における電圧変化率が、回収側のピーク電圧から現像側のピーク電圧に近づくにしたがって小さくなることが好ましい。即ち、できるだけ早く現像側のピーク電圧に達することが好ましい。
【０１７２】
このため、現像バイアス波形には、請求項３に記載したように、回収側のピーク電圧から現像側のピーク電圧に移行する過程における電圧変化率が、回収側のピーク電圧から現像側のピーク電圧に近づくにしたがって小さくなることが要請される。
【０１７３】
次に、特許請求の範囲の請求項４に記載したように、現像バイアスのピーク間電圧Ｖｐｐの範囲を、
０．７ｋＶ≦Ｖｐｐ≦２．０ｋＶ
とすることができる。この構成によって、充分な画像濃度を得るとともに、均一性の良好な画像を形成し、また、キャリア付着と現像領域における放電（リーク）による画像欠陥の発生を防ぐことが可能になる理由を考察する。
【０１７４】
バイアスのＶｐｐを小さくした場合、トナー現像量が少なくなり、画像濃度が低下する傾向がある。さらに、このとき同時に回収側のピーク電圧も小さくなるため、トナーの往復運動による再配置効果が小さくなり、画像均一性が低下する。このため、現像バイアスのＶｐｐはある程度以上の大きさでなければならない。
【０１７５】
一方で、ある程度以上にＶｐｐを大きくすると、現像バイアスの現像側もしくは回収側のピーク電圧と像担持体上の静電潜像電位との電位差により現像剤担持体と像担持体の対向部に形成される電界強度が放電閾値を超えて、放電が発生する。現像領域での放電は静電潜像やトナー画像を乱すだけでなく、像担持体を破損させうるため、現像バイアスはある程度以下にする必要がある。本発明者らの検討から、画像濃度と画像均一性をある程度両立し、かつ現像領域での放電が発生しないＶｐｐの範囲は
０．７ｋＶ≦Ｖｐｐ≦２．０ｋＶであることが判った。さらに、充分な画像濃度を達成すると共に、非常に均一性の良好な画像を形成するためには、
１．０ｋＶ≦Ｖｐｐ≦１．５ｋＶとすることが有効である。
【０１７６】
次に、特許請求の範囲の請求項５に記載したように、高濃度部における現像コントラストＶｃｏｎを、
１５０Ｖ≦Ｖｃｏｎ≦４００Ｖ
とすることができる。この構成によって、均一性の良好な画像を形成するとともに、安定な諧調性を得ることが可能となる。この理由について考察する。
【０１７７】
最初に述べたように、低γ化をして安定した画像諧調性を得るためには、高濃度部の現像コントラストＶｃｏｎは１５０Ｖ以上である必要がある。原理的にはＶｃｏｎが大きいほど低γ化するため、諧調の安定性が保証され、また、Ｖｃｏｎを大きくとることは、カブリや画像均一性の向上に対しても有効である。
【０１７８】
しかし、Ｖｃｏｎを大きくとるために、ＶｄｃとＶＬの電位差を大きくしすぎると、回収側のピーク電圧がＶＬを超えなくなるため、トナーを現像剤担持体側に回収する電位差を形成しなくなる。このため、トナーの往復運動による再配置効果が得られなくなり、画像均一性は逆に悪化することが考えられる。このため、安定な画像諧調性を保証するとともに、均一性の良好な画像を形成するためには、Ｖｃｏｎの範囲が
１５０Ｖ≦Ｖｃｏｎ≦４００Ｖであることが好ましい。
【符号の説明】
【０１７９】
１      現像剤
３      感光ドラム（像担持体）
５      帯電装置（帯電手段）
６      露光装置（露光手段）
７      中間転写ベルト（中間転写体）
８      転写材
９      定着装置
２０    現像装置（現像手段）
２１    現像スリーブ（現像剤担持体）
２２    攪拌スクリュー
２３    現像剤層厚規制部材
４０    現像バイアス発振装置
４１    波形発振器
４２    高圧電源（高圧トランス）
Ｖｓ    表面電位計
【図１】
2010061123.tif 000017
【図２】
2010061123.tif 000018
【図３】
2010061123.tif 000019
【図４】
2010061123.tif 000020
【図５】
2010061123.tif 000021
【図６】
2010061123.tif 000022
【図７】
2010061123.tif 000023
【図８】
2010061123.tif 000024
【図９】
2010061123.tif 000025
【図１０】
2010061123.tif 000026
【図１１】
2010061123.tif 000027
【図１２】
2010061123.tif 000028
【図１３】
2010061123.tif 000029
【図１４】
2010061123.tif 000030
【図１５】
2010061123.tif 000031
【図１６】
2010061123.tif 000032