(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、一成分トナーを薄層化して担持したトナー担持体とが所定の間隙を介して対向し、該対向部において現像バイアスを作用させて現像を行なう現像装置であって、前記対向部において前記トナー担持体表面は、前記像担持体表面と逆方向に移動するとともに、前記現像バイアスは、トナーをトナー担持体から像担持体に向う方向に移動させる現像電界を発生する第１電位およびトナーを像担持体からトナー担持体に向う方向に移動させる回収電界を発生する第２電位の間を振動する振動期間と第１電位及び第２電位の間の第３電位を一定期間維持する休止期間とを有し、振動期間から休止期間の移行に際しては、第２電位を経た後に第３電位に移行する現像バイアスであり、前記第３電位は、前記第１電位と前記第２電位の中間の電位より第１電位側に偏った電位であることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
前記休止期間における前記第３電位は、変更可能であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【請求項３】
前記第３電位を維持する一定期間以外の期間における前記現像電界を発生する時間比率は変更可能であることを特徴とする請求項１記載の現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、現像装置に関し、更に詳しくは、電子写真方式の複写機、プリンタ等の静電記録装置に用いられる一成分非接触現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子写真領域においてもフルカラー化が進行している。１色ごとの画像形成プロセスを基本とする電子写真をフルカラー化するに当たって、一般的に行なわれているプロセスは次のとおりである。まず、第１色目の色で像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像をいったん中間転写体に転写する。次に第１色目のトナー像が転写され清掃された後の像担持体上に第２色目のトナー像を形成して、第１色目のトナー像が転写されている中間転写体上に第２色目のトナー像を重ね合わせる。この工程を色数だけ繰り返し、全色のトナー像が中間転写体上の形成された後、中間転写体から記録紙への全色トナーの一括転写が行なわれる。
【０００３】
像担持体から中間転写体への１次転写部並びに中間転写体から記録紙への２次転写部においては、それぞれの部材の移動方向は同一で速度は略等速とする必要がある。このため、画像形成装置内の各エレメントの配置には制約が生じることとなる。
【０００４】
現像部におけるトナー担持体と像担持体との移動方向は、一般的に同一方向である（以下これを「ウィズ現像」と記す）。図３に、この場合の中間転写体を用いた画像形成装置の概略図を示す。像担持体たる感光体１は、帯電チャージャ２によって表面を所定の極性に帯電された後、回転の過程においてプリンタヘッド３から照射されるレーザ光によって表面に静電潜像を形成する。この潜像は、次に現像部に至り、中心軸の周りに回転する現像ユニット４のいずれかの現像器によって現像される。このようにして顕像化されたトナー像は、中間転写体５上に１次転写される。感光体１上の転写残トナーは、その回転の過程において、クリーナ６によって清掃され、別のトナー像形成プロセスに移る。一方、現像ユニット４は、これに伴い９０度回転することによって、第２色目の現像に供する。
【０００５】
このようにして、色分解された４種類の画像の露光、現像、１次転写を順に行ない、中間転写体５上に４色のトナー像が重ね合わされた後、転写ローラ８によって記録紙７上に一括転写される。記録紙７が搬送ローラによって定着部へ搬送され、定着器９によって加熱融解されることで、記録紙７上にトナー像が固定化される。
【０００６】
ここで、現像部における現像方式として、図３のように、トナー担持体１０と感光体１を所定の間隙を介して対向させる非接触方式が知られている。トナー担持体１０と感光体１は接触することなく対向し、現像領域を形成している。トナー担持体１０の表面と感光体１の表面は現像領域で互いに同方向に移動し、トナー担持体１０は次々にトナーを現像領域に供給し、感光体１もこれと略同速度で回転することによって、連続した画像形成に供する。
【０００７】
更に、非接触方式においては、高周波の現像バイアスの作用により、現像領域に交番電界を発生させる方法が用いられる。即ち、トナー担持体に図示しない振動バイアス電源を接続することで、トナー担持体１０と感光体１とが対向する現像領域に交番電界を発生させて、トナー担持体１０により帯電したトナー１４をその電界中に搬送する。搬送されたトナー１４は、トナー担持体１０から感光体１に向う現像方向及び、感光体１からトナー担持体１０に向う回収方向に交互に加速され、感光体１上の潜像部に付着することとなる。このような方法によって、カブリの防止及び階調再現性等の向上が図られるものである。なお、このような振動バイアスは、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳することによって構成するのが一般的である。更に、ＤＣバイアスは、感光体１における潜像部電位と背景図電位の中間程度とすることが一般的である。
【０００８】
一方、このようなフルカラー画像形成装置においては、モノクロの画像形成装置と比較して、現像器が多色分必要になるため装置が大型化してしまう傾向がある。この点に鑑みて、現像装置においては、装置の小型化を図る観点から、一成分現像方式が用いられることが多い。一成分現像方式を用いた画像形成装置は、二成分現像方式を用いた場合と比較して、トナーとキャリアの攪拌機構が不要となり、その分小型化に貢献できるものである。また、一成分現像方式の場合には、トナーとキャリアの混合比の調整などの二成分現像方式特有の制御が不要で、装置の簡素化、低コスト化にも資するものである。
【０００９】
ここで、図３に示す画像形成装置においては、定着器９と現像器ユニット４とが極めて近い位置関係にある。これは、現像器においては、重力を利用してトナーの薄層の形成を行なっているため、トナー担持体１０の回転方向は重力方向に対して制約を受けることとなるからである。即ち、図３に示すように、トナー担持体１０は、像担持体１との対向部で下向きに移動する方向に回転させる必要があり、これによって、像担持体１の回転方向、中間転写体５の回転方向、及び記録用紙７の移動方向が制約されることによるものである。このため、定着器９で発生する廃熱が現像器ユニット４まで及び、現像器の温度を上昇させてしまうこととなる。
【００１０】
フルカラー画像形成装置においては、通常は、軟化点の低い溶け易いトナーが用いられる。したがって、上記のように、現像器の温度が上昇した場合には、このようなトナーの性質によって現像器内でトナーが凝集、固化してしまい、画像ノイズとなって現れるという問題が生じる。このような画像ノイズの問題を回避するために、定着器９を現像器ユニット４の上方に配置することも考えられるが、装置の大型化や通紙経路の延長に伴う装置の複雑化に繋がることとなり、好ましくない。
【００１１】
そこで、この問題を解消するためには、図２のように、現像部におけるトナー担持体と像担持体との移動方向を逆方向とする現像方法（以下これを「カウンタ現像」と記す）が有効である。このようにすれば、定着器９と現像ユニット４とが離間して配置でき、上記のような廃熱による不具合点が発生しないこととなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、振動バイアスを作用させて一成分トナーを現像した場合、図２に示すようなカウンタ現像においては、ウィズ現像と比較して、現像バイアス条件の若干の変化によって画像濃度が大きく変化してしまうという問題がある。印加する現像バイアスのＤＣバイアス値を変化させながら出力画像濃度を測定した結果（以下「現像特性」と記す）を図４に示す。この結果の示すとおり、カウンタ現像においては、ウィズ現像と比較して、横軸（ＤＣバイアス値）に対する縦軸（画像の透過濃度）の傾きγが立ったものとなっている。このことは、バイアス電源の出力のばらつき等によって、適正画像が得られなくなるという問題があるを示している。また、この結果から、カウンタ現像の場合の透過濃度は、使用環境の変化等による潜像電位変化やトナーの帯電量に対しても影響を受けやすいことが類推される。
【００１３】
さらに、非接触現像の場合は、感光体やトナー担持体が軸芯に対して振れていると、両者の間隔の変化により現像ギャップが変化してしまい、結果的に画像濃度ムラが生じるという問題も内在している。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に鑑み、一成分非接触カウンタ現像により現像を行なう画像形成装置においても、画像濃度の安定性を得ることができ、また、現像ギャップの変動に対しても安定した画像濃度が得られる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、像担持体と、一成分トナーを薄層化して担持したトナー担持体とが所定の間隙を介して対向し、該対向部において現像バイアスを作用させて現像を行なう現像装置であって、前記対向部において前記トナー担持体表面は、前記像担持体表面と逆方向に移動するとともに、前記現像バイアスは、トナーをトナー担持体から像担持体に向う方向に移動させる現像電界を発生させる第１電位およびトナーを像担持体からトナー担持体に向う方向に移動させる回収電界を発生させる第２電位の間を振動する振動期間と第１電位及び第２電位の間の第３電位を一定期間維持する休止期間とを有し、振動期間から休止期間の移行に際しては、第２電位を経た後に第３電位に移行する現像バイアスであり、前記第３電位は、前記第１電位と前記第２電位の中間の電位より第１電位側に偏った電位であることを特徴とする現像装置である。
【００１６】
この発明によれば、現像バイアス波形の休止期間に対応する期間においても回収が促進されるため、現像特性の傾きが低くなり、使用環境等による潜像電位の変化やバイアス電源の出力のばらつきの影響を抑えて適正画像を得ることが可能であり、現像部における現像ギャップの変化の影響を抑えて網点ムラのない画像を得ることができる現像装置を提供できる。
【００１７】
さらに、請求項２ないし請求項３にかかる発明は、前記第３電位又は、前記第３電位を維持する一定期間以外の期間における前記現像電界を発生させる時間比率は変更可能であることを特徴とする請求項１記載の現像装置である。
【００１８】
この発明によれば、前記休止期間における前記現像バイアスの電位又は、前記現像部における前記第１電位を印加する時間比率を変更することで現像部においてリークを生じさせることなく画像濃度を調節できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる現像装置の実施の形態の一例を説明する。
【００２２】
まず、図２を参照して、感光体１は、帯電チャージャ２によって、表面を一様にマイナス帯電される。その後、プリントヘッド３による当該色の画像に対応したビームを照射されることで、その光減衰効果によりビーム照射部位に潜像を形成する。感光体１はこのようにして潜像を担持し、現像領域に至ることとなる。
【００２３】
図１は、本発明にかかる現像装置のうち、感光体１と現像器４Ｋの部分を取り出した要部断面図である。
【００２４】
本発明にかかる現像装置においては、トナー担持体たる現像ローラ１０Ｋの表面と感光体１の表面が現像領域において互いに逆方向に移動するよう構成されている。現像ローラ１０Ｋは、金属の芯金１１の周りに弾性を有する抵抗層１２を設けて構成されている。トナーホッパ１３内に収容されたトナー１４は供給羽根１５の回転によって現像ローラ１０Ｋの近傍に供給され、現像ローラ１０Ｋの回転に伴って感光体１と対向する現像領域へ搬送される。
【００２５】
ここで、トナー１４は、現像ローラ１０Ｋと、これに接触する規制部材１６との間で薄層化されるとともにマイナス電荷を付与され、鏡像力による引力により現像ローラ１０Ｋに担持される。その後、振動バイアス電源２０によって感光体１と現像ローラ１０Ｋとの間に形成される現像電界の下で、感光体上の潜像部に対してトナーの現像が行なわれる。現像されずに現像ローラ１０Ｋに残留した現像残のトナーは、シール部材１７との接触域を経た後、トナーホッパ１３に戻る。
【００２６】
なお、現像器４Ｋはブラック色のトナーの現像器であり、以上の構成は、イエロー色、マゼンダ色、シアン色のそれぞれの現像器４Ｙ、４Ｍ、４Ｃにおいてもまったく同様である。
【００２７】
上記の装置の現像バイアス電源２０から発生させる現像バイアスについて、図５（ａ）乃至（ｃ）に示す３種類の現像バイアスによる実験を行なった。トナーはマイナス極性に帯電してある。以下、図５（ｂ）または図５（ｃ）に示すように、振動期間（パルス部）と休止期間（ブランク部）を持つ波形を「ブランク波形」と記し、さらに、図５（ｂ）に示すように、休止期間の入るタイミングとして、回収方向（プラス）電位の後に休止期間が入る場合を「ＧＫＢ」と、図５（ｃ）に示すように、現像方向（マイナス）電位の後に休止期間が入る場合を「ＫＧＢ」と称することとする。
【００２８】
このような振動波形は、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳することにより生成する。このときのＤＣバイアスの値を「Ｖｄｃ」と示す。また、「Ｖｐｐ」は、波形の振幅を示し、「Ｄｕｔｙ」は、振動期間における現像方向（マイナス）時間比率を示す。更に、ブランク波形においては、休止期間の電位レベルを「ブランクレベル」と表記し、このブランクレベルは、Ｖｄｃレベルを０％、回収側（プラス）の最大振幅レベルを＋１００％、現像側（マイナス）の最大振幅レベルを−１００％として設定する。
【００２９】
図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の各波形を用いたときの現像特性を図６に示す。ここで、感光体と現像ローラの距離を０．１５ｍｍ、現像ローラ抵抗を１Ｅ５Ω、振動期間周波数を３ｋＨｚ、Ｖｐｐを１．６ｋＶ、Ｄｕｔｙを３３％として固定し、ブランク波形では、パルス部とブランク部の時間を同一とし、１回のパルスに続いて１回のブランクを挿入した（これを「１パルス１ブランク」又は「１Ｐ１Ｂ」と表記する）。
【００３０】
これにより、ＫＧＢタイプのブランク波形では、現像の始まるＤＣバイアス値が小さくなることがわかる。連続波形の場合には、現像方向パルスによって感光体方向に加速されたトナーが、続く回収方向のパルスによって現像ローラ方向に引き戻されるのに対して、ＫＧＢブランク波形では、現像方向パルスに続くブランク期間も、引き続き感光体方向に移動することが原因で、現像が促進されているものと考えられる。
【００３１】
これに対して、ブランクの入れ方が異なるＧＫＢタイプについては、上とは逆に回収が促進されることなり、図６の結果もウィズ現像と同様の現像特性となった。即ち、カウンタ現像方式においてもバイアス波形を現像方向から回収方向に振動させた後に休止期間を有する波形とすることによって、ウィズ現像と同じく画像濃度の安定性を確保できることとなる。
【００３２】
この結果に基づいて、ＧＫＢブランク波形について詳細なパラメータの検討を行なった。この実験においては、Ｖｐｐ＝１．６ｋＶ、Ｄｕｔｙ＝３５％、ブランクレベル＝０％、及び１パルス１ブランクを基準として、パルス部とブランク部の時間比率、Ｄｕｔｙ、ブランクレベルのそれぞれの変化に対する現像特性の変化を調べた。
【００３３】
まず、図７は、２パルス１ブランクと１パルス２ブランクの場合の現像特性を、基準（１パルス１ブランク）と比較して示している。この結果により、この程度の時間比率変化では、現像特性はほとんど変化していないことがわかる。
【００３４】
次に、図８は、基準に対してＤｕｔｙを変化させた場合の現像特性の変化を示す。この結果により、Ｄｕｔｙを変化させることにより、その形を変えることなく現像特性をシフトさせることができることがわかる。
【００３５】
図９は、基準に対してブランクレベルを変化させた場合の現像特性である。この結果により、ブランクレベルを振ることによっても、Ｄｕｔｙを振る場合と同様に、その形を変化させることなく現像特性をシフトすることができることが判る。
【００３６】
以上の結果より、Ｄｕｔｙとブランクレベルのいずれか一方又は両方を調整することで、画像濃度を調整することが可能であるといえる。
【００３７】
なお、ＤＣバイアス値を変化させることによっても画像濃度の調整を行なうことが可能であるが、単純にＤＣオフセット値で画像濃度を変えると、図４からわかるように、ＤＣバイアス値が高くなると潜像部電位と現像方向パルス部電位との電位差が大きくなり、潜像部へのリークが生じる虞がある。また逆に、ＤＣバイアス値がが低くなると背景部電位と回収方向パルス電位との電位差が大きくなり背景部へのリークが生じる虞がある。したがって、ＤＣバイアス値で画像濃度調節を行なうことは、好ましい選択ではない。これに対して、Ｄｕｔｙとブランクレベルで画像濃度調節を行なうに当たっては、最大電界に影響することなく濃度調節が可能であり、リークに対して安定な調整パラメータであると結論できる。
【００３８】
以上の検討は、軸芯に対してフレのない現像ローラを用いた場合の結果であったが、表面に弾性層等の抵抗層を有する現像ローラの場合は、その形成時にある程度のフレが残存してしまう。このフレによる現像ギャップの変動は現像電界の変動として作用し、結果的には現像ローラ周期の濃度ムラとして画像上に現れることとなる。このような濃度ムラは、特に現像電界の弱い低濃度網点画像部で発生しやすいものである。
【００３９】
そこで、画像濃度制御面での有効性を見出したＧＫＢブランク波形を用いて、このような濃度ムラの改善を検討した。この実験では、５０μｍのフレを有し、抵抗値は上記の実験の場合と同様である現像ローラを用いた。その結果、波形パラメータのうち、パルス部とブランク部の時間比率及びＤｕｔｙについては、濃度ムラに対する影響が認められないのに対して、ブランクレベルについてはＶｄｃに比べてより現像側に設定することで濃度ムラの改善効果が認められる。図１０にその結果を示す。
【００４０】
以上を整理すると、ＧＫＢブランク波形を用いて、現像ギャップ変動に対して安定性を確保した上で、リークを生じさせることなく画像濃度調整を行なうためには、ブランクレベルをＶｄｃに比べてより現像側に設定しておき、Ｄｕｔｙで濃度調整を行うことが望ましいといえる。ただし、ブランクレベルを極端に現像側に設定すると、周波数にも依存するところではあるが、濃度調整に当たってＤｕｔｙを極端に小さく設定する必要が生じてしまう。そうすると、バイアス波形が立ち上がりきらなくなるという副作用も発生してくるため、ブランクレベルとしては、０％〜約−３０％、Ｄｕｔｙとしては、２０％以上の領域で設定することが望ましいといえる。
【００４１】
なお、以上では、感光体上の露光部を潜像部とする反転現像について説明したが、本発明は、背景部となるべき部位を露光する正規現像においても同様に適用できるものである。さらに、現像トナーについては、現像の際マイナス帯電する場合について説明したが、本発明は、現像トナーをプラス帯電して現像を行なう場合についても同様に適用できるものである。この場合は、上記の説明の全てにおいて、感光体表面電位及び現像バイアス電位の正負を逆にして考えればよいものである。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように、一成分非接触カウンタ現像において、現像ローラに印加するバイアス波形を、現像方向から回収方向へ振動させた後に休止期間を有する波形とすることにより、ウィズ現像と同等の画像濃度安定性を確保することができる。
【００４３】
また、感光体と現像ローラ間のギャップ変化があっても、上記バイアス波形を用いてその休止期間電位をＤＣバイアス値に比べて更に現像側に偏らせることで、濃度ムラを抑制することができる。
【００４４】
さらに、本発明の画像形成装置にて濃度調整を行なうに当たっては、現像方向時間比率と休止期間電位を調節することにより行うことでリークに悪影響なく濃度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態の例を示す要部断面図である。
【図２】  図２は、カウンタ現像により現像を行なうルカラー画像形成装置の該略図である。
【図３】  図３は、ウィズ現像により現像を行なうルカラー画像形成装置の該略図である。
【図４】  図４は、連続波形バイアスを印加したときのカウンタ現像とウィズ現像の現像特性を示したグラフである。
【図５】  図５は、各種バイアス波形を示すグラフであり、図５（ａ）は、連続波形を、図５（ｂ）は、ＫＧＢブランク波形を、図５（ｃ）は、ＧＫＢブランク波形をそれぞれ示す。
【図６】  図６は、カウンタ現像時のバイアス波形のタイプによる現像特性の変化を示すグラフである。
【図７】  図７は、ＧＫＢブランク波形での、現像特性のパルス部とブランク部の時間比率依存を示すグラフである。
【図８】  図８は、ＧＫＢブランク波形での、現像特性のＤｕｔｙ依存を示すグラフである。
【図９】  図９は、ＧＫＢブランク波形での、現像特性のブランクレベル依存を示すグラフである。
【図１０】  図１０は、ＧＫＢブランク波形での、ブランクレベルと網点濃度ムラの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：感光体、２：帯電チャージャ、３：プリンタヘッド、４：現像ユニット、４Ｃ：シアントナー現像器、４Ｍ：マゼンダトナー現像器、４Ｙ：イエロートナー現像器、４Ｋ：ブラックトナー現像器、５：中間転写体、６：クリーナ、７：記録用紙、８：転写ローラ、９：定着器、１０：現像ローラ、１１：芯金、１２：弾性抵抗層、１３：トナーホッパ、１４：トナー、１５：供給羽根、１６：規制部材、１７：シール部材、２０：現像バイアス電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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