(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端移動可能に支持された感光体と、前記感光体に静電潜像を記録形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を保持した感光体に現像剤を供給し前記感光体上にトナー像を形成する現像手段とを備えた画像形成装置において、前記現像手段が、前記感光体に対向して設けられた複数の現像剤担持体と、各現像剤担持体に対して直流電圧に交流電圧を重畳してなる現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加手段と、前記現像バイアス電圧における交流電圧の位相を各現像剤担持体において異ならせる位相可変手段とを有し、
複数の現像剤担持体の内、少なくとも２つの現像剤担持体の感光体移動方向における配置間隔をｄ、感光体の周速度をｖｐとしたとき、前記交流電圧の周波数ｆが（ｆ・ｄ）／ｖｐ＝ｍ＋０.５＋α（但し、ｍは整数、αは−０．１〜０．１の範囲）の条件を満足することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
無端移動可能に支持された感光体と、前記感光体に静電潜像を記録形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を保持した感光体に現像剤を供給し前記感光体上にトナー像を形成する現像手段とを備えた画像形成装置において、前記現像手段が、前記感光体に対向して設けられた複数の現像剤担持体と、各現像剤担持体に対して直流電圧に交流電圧を重畳してなる現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加手段と、前記現像バイアス電圧における交流電圧の位相を各現像剤担持体において異ならせる位相可変手段とを有し、
複数の現像剤担持体の内、少なくとも２つの現像剤担持体の感光体移動方向における配置間隔をｄ、感光体の周速度をｖｐとしたとき、前記交流電圧の周波数ｆが（ｆ・ｄ）／ｖｐ＝ｍ＋α（但し、ｍは整数、αは−０．１〜０．１の範囲）の条件を満足し、前記２つの現像剤担持体には互いに逆位相の交流電圧が印加されることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やレーザプリンタなどに代表される画像形成装置に関するものであり、特に静電潜像を保持した感光体に対し、複数の現像剤担持体を用いて現像剤を供給し、前記感光体上にトナー像を形成する現像手段を備えた画像形成装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置では、感光体を帯電し、画像データに応じた像露光を行って、感光体上に画像パターンに対応した電荷分布、すなわち静電潜像を形成し、現像において電荷分布に応じてトナーを現像することによって初めて画像が目に見えるトナー像として現れる。その後、そのトナー像を紙などの記録材へ転写し、熱定着によってトナー像を記録材上に固定し、画像として完成する。
【０００３】
ここで、現像においては、粒径１０μｍ前後の樹脂の粉体の着色粒子であるトナーと、フェライトやマグネタイト、鉄粉などの粒径が５０〜１５０μｍの磁性粒子であるキャリアを混合した二成分現像剤を用いる現像方式がある。
【０００４】
また、現像装置では、内部に磁石を備え、外部円筒が回転する現像剤担持体（以下、「現像ロール」を称する）によって現像剤を感光体と現像ロールの間隙である現像部に搬送している。現像部に搬送された現像剤は現像ロールに印加された現像バイアス電圧と感光体の表面電荷分布で決まる表面電位分布との関係で決まる電界によってトナーが表面電荷分布に応じて感光体上に付着する。
【０００５】
このとき、現像バイアス電圧として、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアス電圧を用いる方法が、例えば特公昭６３−２５３５０号公報や特公平３−２３０４号公報に記載されている。
【０００６】
この交流電圧を用いた現像バイアスの効果は、直流電圧が低い場合でも、交流を重畳することによって直流のみの場合に比べて現像されるトナー量を増加させることができることである。そのため、特に、現像剤を感光体に接触させることなく、現像する方式の非接触現像で用いるとその効果が大きくあらわれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、交流電圧を現像バイアス電圧に用いた場合は、交流電圧の周波数をｆ、感光体の周速度をｖｐとしたとき、感光体の回転方向に対して直角方向にスジ状の濃度むらが図２に示すように感光体の回転方向にｖｐ／ｆの周期間隔ｐで生じる。これは、現像バイアスとして直流電圧に交流電圧を重畳しているため、感光体の表面電位と現像ロールのバイアス電圧が時間的に変化し、その電位差が大きくなったときにトナーを感光体により多く現像し、電位差が小さくなったときには少なく現像するようになるためである。このため、交流電圧を現像バイアス電圧に用いる場合は、周波数ｆをある程度以上高くしてスジ状濃度むらが目立たないようにしている。
【０００８】
ところが、このスジ状の濃度むらはその周期間隔が感光体の周速度と交流バイアス電圧の周波数の比できまるため、感光体の周速度が大きい、すなわち印刷速度が速い画像形成装置では周波数も高くする必要があることが判る。しかし、交流電圧の周波数としては、あまり高すぎるとトナーが交流電圧で引き起こされる電界の向きの変化に追従できず、交流バイアスの印加効果が発揮されなくなる。これらから、交流電圧の周波数としては、１０ｋＨｚ以下、特に１ｋＨｚから５ｋＨｚの間が有効とされている。
【０００９】
そのため、周速度が速い画像形成装置では、交流バイアス電圧の作用が有効な周波数範囲でも、スジ状の濃度むらの発生を抑えることができない。
【００１０】
本発明の目的は、複数の現像剤担持体を備えた現像装置において現像バイアス電圧として交流電圧を用いた場合に、上述のような感光体の回転方向に対して直角方向にスジ状の濃度むらが発生しない画像形成装置を得ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、無端移動可能に支持された感光体と、前記感光体に静電潜像を記録形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を保持した感光体に現像剤を供給し前記感光体上にトナー像を形成する現像手段とを備えた画像形成装置において、前記現像手段が、前記感光体に対向して設けられた複数の現像剤担持体と、各現像剤担持体に対して直流電圧に交流電圧を重畳してなる現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加手段と、前記現像バイアス電圧における交流電圧の位相を各現像剤担持体において異ならせる位相可変手段とを有し、複数の現像剤担持体の内、少なくとも２つの現像剤担持体の感光体移動方向における配置間隔をｄ、感光体の周速度をｖｐとしたとき、前記交流電圧の周波数ｆが（ｆ・ｄ）／ｖｐ＝ｍ＋０.５＋α（但し、ｍは整数、αは−０．１〜０．１の範囲）の条件を満足することを特徴とする。
また、無端移動可能に支持された感光体と、前記感光体に静電潜像を記録形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を保持した感光体に現像剤を供給し前記感光体上にトナー像を形成する現像手段とを備えた画像形成装置において、前記現像手段が、前記感光体に対向して設けられた複数の現像剤担持体と、各現像剤担持体に対して直流電圧に交流電圧を重畳してなる現像バイアス電圧を印加する現像バイアス印加手段と、前記現像バイアス電圧における交流電圧の位相を各現像剤担持体において異ならせる位相可変手段とを有し、複数の現像剤担持体の内、少なくとも２つの現像剤担持体の感光体移動方向における配置間隔をｄ、感光体の周速度をｖｐとしたとき、前記交流電圧の周波数ｆが（ｆ・ｄ）／ｖｐ＝ｍ＋α（但し、ｍは整数、αは−０．１〜０．１の範囲）の条件を満足し、前記２つの現像剤担持体には互いに逆位相の交流電圧が印加されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。先ず、画像形成装置の画像形成過程を図１を用いて説明する。図１において、時計方向に回転する感光体１は帯電器２によってその表面が一様に帯電され、露光器３は画像デ−タに応じて光が明滅し、感光体１上では光が照射された部分が導電化して表面の電荷が消失する。そして、これによって感光体１上には静電潜像が形成される。
【００１３】
現像機４には、現像剤担持体となる２本以上（本例においては３本としている）の現像ロール４１,４２,４３が備えられ、それぞれの現像ロールには現像バイアス電源４０から現像バイアス電圧が印加されている。トナーは感光体と現像ロール間の電界の作用で、感光体表面の電荷が消失した場所に付着する。現像によって感光体１上に形成されたトナー像は、転写器５によって用紙７に転写される。用紙７に転写されたトナー像は、図示しないが定着機での加熱によって融解されて、用紙７上に定着される。その後、感光体１上に残留したトナーを清掃機６で除去し、以後同様に画像形成が行なわれる。
【００１４】
本実施例では、現像機の現像ロール４１,４２,４３には現像バイアス電源４０からそれぞれ別個に交流電圧を重畳されたバイアス電圧が印加されている。その交流電圧の位相φ１,φ２,φ３は、感光体１の表面が現像ロール４１,４２,４３のそれぞれと向かい合ったときに、それぞれ異なる位相の状態となるように調整される。
【００１５】
例えば、この実施例のように３本の現像ロールの場合には、感光体１の表面が現像ロール４１と向かい合った時に受ける交流電圧の位相を基準とすれば、現像ロール４２と向かい合ったときには１周期の１／３（１２０度）の位相がずれた状態、現像ロール４３と向かい合ったときには１周期の２／３（２４０度）の位相がずれた状態となるようにする。
【００１６】
このとき、１本目の現像ロールからの現像バイアスの作用では、図２で示した周期ｐで感光体に現像されるトナーの量にむらが生じる。しかし、２本目と３本目で感光体１の表面が受ける交流電圧の位相を１／３、２／３ずらしてあるので、２本目と３本目の現像ロールでは、１本目の現像で生じたむらとは位相が１／３、２／３ずれたようになる。感光体上では、１本目、２本目、３本目の現像ロールから現像されたトナーが順次重ね合わされるのでむらは順次低減されていく。
【００１７】
図２の濃度むらで説明すると、周期ｐの濃度むらの波形を１／３、２／３周期ずらした波形と足し合わせれば、濃度むらの絶対値が減少することが判る。このようにすることによって、感光体１の表面はどの場所でも平均的に交流バイアスの作用が同じ程度となり、現像されるトナー量は同じとなり、前述したような画像濃度のスジ状むらは発生しなくなる。
【００１８】
次に、感光体が現像ロールから受ける交流電圧の位相を変える方法について説明する。
（位相を変える方法実施例１）
第１の方法として、１つの現像バイアス電圧を２本の現像ロールに同時に印加し、交流電圧の周波数を調整して、感光体が現像ロールから受ける交流電圧の位相を変える方法を説明する。
【００１９】
図３に示すように、２本の現像ロールの感光体上の配置間隔をｄとする。また、また、４０２は直流電源、４０１は周波数ｆの交流電源、４０３は変圧器であり、交流電源４０１の交流電圧を現像バイアスに使える電圧まで昇圧するものである。直流バイアス電源４０２と変圧器４０３が直列に接続されているので、現像ロール４１、４２には直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアス電圧が印加される。
【００２０】
感光体の周速度をｖｐとすると、感光体表面が、現像ロール４１の位置から現像ロール４２の位置までに移動する時間はｄ／ｖｐであり、この間に交流電圧は、ｆ×ｄ÷ｖｐの回数変化する。ここで、この変化の回数の数値が整数であれば、感光体の表面が現像ロール４１と現像ロール４２から受ける交流電圧の位相は全く同じことになる。一方、この変化の回数の数値が整数でなければ、感光体の表面が現像ロール４１と現像ロール４２から受ける交流電圧の位相は異なることになる。特に、この変化の回数の数値が、ｍを整数としたときに、ｍ＋０.５の値であれば、感光体の表面が現像ロール４１と現像ロール４２から受ける交流電圧の位相は反転していることが判る。つまり、ｆ×ｄ÷ｖｐの値の少数部分の値が０.５に近ければ、感光体の表面が現像ロール４１と現像ロール４２から受ける交流電圧の位相がほぼ逆となるのである。
【００２１】
ところで、現像ロールの配置間隔ｄ、感光体の周速度ｖｐは構成上容易に変えることはできない。しかし、周波数は交流信号源の発振周波数で容易に変えられるので、周波数を調節することによって、感光体が現像ロールから受ける交流電圧の位相を変えることが可能となる。
【００２２】
具体的な数値として、ｄ＝１００ｍｍ、ｖｐ＝１０００ｍｍ／ｓの場合、ｍ＝１０とすれば、周波数ｆを１００５Ｈｚに選ぶことによって、ｆ×ｄ÷ｖｐ＝１００.５となる。この周波数を設定することによって、２本の現像ロールから感光体が受ける現像バイアスの位相をほぼ逆にできるので、現像されるトナー量は感光体の周方向で一様となり、前述したような画像濃度のスジ状むらは発生しなくなる。
【００２３】
なお、この場合は周波数ｆを、ｆ×ｄ÷ｖｐの値の少数部分の値が０.５に選ぶことが原理的に最も有効であるが、０.４から０.６の範囲であれば有効な作用を得られる。
（位相を変える方法実施例２）
第２の方法として、２本の現像ロールに印加する交流電圧の位相を逆にして、交流電圧の周波数を調整して、感光体が現像ロールから受ける交流電圧の位相を変える方法を説明する。図４に示すように、交流信号源４０１の交流電圧を中点タップ付きの変圧器３０６を用いる。直流バイアス電源４０２は変圧器４０６の中点タップに接続し、変圧器４０６の両端子から現像ロール４１、４２へ別個に接続する。このようにすることで、現像ロール４１、４２には逆位相の交流電圧が印加されることになる。
【００２４】
そして、この実施例の場合は、先の実施例とは逆に、感光体表面が、現像ロール４１の位置から現像ロール４２の位置までに移動する間に交流電圧の変化の回数が整数になるように周波数ｆを選ぶ。すなわち、ｆ×ｄ÷ｖｐの値が整数となるように周波数ｆを選ぶのである。このように周波数を選ぶことによって、感光体１の表面が現像ロール４１の位置から現像ロール４２の位置に移動したとき、交流電圧はちょうど整数回の位相変化があるが、現像ロール４２には現像ロール４１と逆位相の交流電圧が印加される。
【００２５】
したがって、この場合も、第１の方法と同様に、感光体１の表面は現像ロール４１と現像ロール４２から受ける交流電圧の位相は逆になっているので、現像されるトナー量は感光体の周方向で一様となり、前述したような画像濃度のスジ状むらは発生しなくなる。
【００２６】
なお、この場合も、周波数ｆを、ｆ×ｄ÷ｖｐの値がちょうど整数になるように選ぶことが原理的に最も有効であるが、第１の方法と同様に、整数の値から０.１前後ずれても有効な作用を得られる。
（位相を変える方法実施例３）
第３の方法として、位相を推移させる回路を用いて、感光体が現像ロールから受ける交流電圧の位相を変える方法を説明する。図３と同様に、直流電源４０２、交流電源４０１、変圧器４０３によって、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを生成する。この現像バイアスを３本の現像ロール４１、４２、４３に印加する場合、第１の現像ロール４１にはそのまま印加するが、第２、第３の現像ロールには途中に交流電圧の位相推移回路４０４、４０５をいれておく。
【００２７】
この位相推移回路は、交流電圧の位相をずらす回路であり、抵抗Ｒ、コンデンサＣ、インダクタＬなどの受動回路素子で構成することができる。回路の構成としては、１種のフィルタ回路であり、低周波数の信号を通過させるローパス型、高周波数の信号を通すハイパス型等がある。回路構成は種々あるが、この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回路に用いる場合には、直流電圧を通過させる必要があるので、コンデンサで直流を遮断しない回路を使う。具体的な回路としては、コンデンサＣと抵抗Ｒの並列回路、コンデンサＣとインダクタＬの並列回路、抵抗ＲとインダクタＬの並列回路がある。
【００２８】
それぞれの位相推移量は、第１の現像ロール４１から感光体１の表面が受ける交流電圧の位相を基準として、感光体１の表面が第２現像ロール４２、第３現像ロール４３の位置となった時の現像バイアスの交流電圧の位相と現像ロール４２と現像ロール４３に印加すべき交流電圧の位相の差から決まる。ここでは、簡単に説明するため、第２の方法のように、感光体１の表面が第１の現像ロール４１から第２の現像ロール４２の位置に移動したときも、第３の現像ロール４３の位置に移動したときもに交流電圧の位相がちょうど整数回変化したとする。具体的には、現像ロール間の配置間隔ｄ＝１００ｍｍ、感光体の周速度ｖｐ＝１０００ｍｍ／ｓ、周波数ｆを１０００Ｈｚに選べばよい。
【００２９】
このように設定した場合、現像ロール４２と現像ロール４３に印加する現像バイアスの交流電圧の位相は、現像ロール４１に対して、１／３周期、２／３周期ずらせばよく、具体的な数値としては、遅れ時間として、それぞれ約０.３３ミリ秒、０.６７ミリ秒前後遅らせればよい。
【００３０】
位相推移回路として、抵抗ＲとコンデンサＣの並列回路を用いた場合、抵抗としては１ｋオームの可変抵抗器、コンデンサとしては１マイクロファラッドを用いる。可変抵抗器を用いる理由は、バイアス電圧は現像剤の抵抗や静電容量の影響も受けるため、固定抵抗器では必ずしも設定したい位相推移になるとは限らないからである。この場合、時定数は最大１ミリ秒となるので、可変範囲は交流電圧の１周期以上あるので、抵抗値の調整でそれ以下の調整は可能となり、上記の遅れ時間の調整はできる。
【００３１】
したがって、この場合も、第１、第２の方法と同様に、感光体１の表面は３本の現像ロールから受ける交流電圧の位相は１／３ずつずれているので、現像されるトナー量は感光体の周方向で一様となり、前述したような画像濃度のスジ状むらは発生しなくなる。
（本発明の組合せ方）
次に現像ロールが３本以上の場合について、本発明の適用の仕方について説明する。図１は現像ロールが３本の場合であり、この場合には３本の現像ロールにそれぞれ位相を変えた交流電圧と直流電圧を重畳した現像バイアスを印加している。しかし、３本の場合には、必ずしも全部の現像ロールの現像バイアスに交流電圧を重畳する必要はない。すくなくとも、２本の現像ロールに、感光体の表面が受ける交流電圧の位相が逆になるように交流電圧と直流電圧を重畳した現像バイアスを印加すればよい。例えば、１本目と２本目の現像バイアスには交流電圧を重畳して、３本目には直流電圧のみとしてもよい。
【００３２】
現像ロールが４本の場合には、さらに多くの組合せがある。第１の組合せは、４本すべての現像ロールにそれぞれ感光体の表面が受ける交流電圧の位相が異なるような交流電圧を重畳した現像バイアスを印加する。第２の組合せは、２本ずつ現像ロールを組にして、それぞれの組で感光体の表面が受ける交流電圧の位相が逆になるような交流現像バイアスを重畳して印加する。この場合、２組の現像ロールに同じ周波数の現像バイアスを印加してもよいし、異なる周波数の現像バイアスを印加してもよい。第３の組合せは、４本の内、２本だけに適用する。４本から２本を選ぶ組合せは６通りあるがどの組合せでも有効な作用は得られる。
（本発明の有効性の確認）
本発明を適用することによって、濃度むらが解消できることの検証結果について説明する。感光体の周速度が２５０ｍｍ／ｓ、現像ロールが４０ｍｍ間隔で２本配置された現像機を用いたプリンタで、現像バイアス電圧を直流３００Ｖ、交流４００Ｖ（ピークピーク値）を印加し、べた画像を印刷した。
【００３３】
周波数を１００Ｈｚとすると、印刷された画像濃度には２.５ｍｍの周期でスジ状のむらが生じる。連続的に印刷を行いながら、周波数を１００Ｈｚから１１０Ｈｚに変化させたところ、印刷画像の２箇所で濃度むらが生じていない場所があった。１００Ｈｚから１１０Ｈｚの間には、（ｆ・ｄ）／ｖｐ＝ｍ＋０.５（但し、ｍは整数）の条件を満足する周波数として１０３Ｈｚと１０９Ｈｚがある。この周波数が印加された場所が上記２箇所に対応しているのである。
【００３４】
従来、現像ロールが１本の場合は、１００Ｈｚ程度の低い周波数では濃度むらが目立つため、周波数を１ｋＨｚ以上に高くして、濃度むらの周期を短くして目立たないようにしていた。
【００３５】
しかし、現像ロールが２本以上の場合には、本発明を適用することによって、低い周波数であっても濃度むらを解消することができる。この濃度むらは、既に説明したように、感光体の周速度ｖｐと周波数ｆの比で生じるものであるから、感光体の周速が速い（印刷速度が速い）プリンタでは、周波数が高くても目立ってくる。一方、周波数は高すぎると、交流バイアスの印加効果が発揮されなくなる。本発明は、そのような高速のプリンタで、交流バイアスを有効に作用する周波数で使用することを可能にできる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、感光体の周速度が大きい画像形成装置であっても、画像にスジ状の濃度むらを発生させることなく、交流現像バイアス電圧が有効に作用する周波数を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図。
【図２】交流バイアスによる画像濃度むらの説明図。
【図３】本発明の現像バイアス印加方式の第１実施例を示す概略構成図。
【図４】本発明の現像バイアス印加方式の第２実施例を示す概略構成図。
【図５】本発明の現像バイアス印加方式の第３実施例を示す概略構成図。
【符号の説明】
１  感光体
２  帯電器
３  露光器
４  現像機
５  転写器
６  清掃機
７  記録剤材
４０  現像バイアス電源
４１,４２,４３  現像ロール
４０１  交流電源
４０２  直流電源
４０３,４０４  変圧器
４０５,４０６  位相推移回路
【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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