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JP2020122847A - 画像形成装置 - Google Patents

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JP2020122847A JP2019013790A JP2019013790A JP2020122847A JP 2020122847 A JP2020122847 A JP 2020122847A JP 2019013790 A JP2019013790 A JP 2019013790A JP 2019013790 A JP2019013790 A JP 2019013790A JP 2020122847 A JP2020122847 A JP 2020122847A
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卓児 渡部
則夫 冨家
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則夫 冨家
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Abstract

【課題】帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を、簡単な制御で抑制する。【解決手段】画像形成装置のバイアス制御部は、帯電用交流電圧の周波数である帯電交流周波数と、現像用交流電圧の周波数である現像交流周波数とのうち、一方の周波数を固定しつつ他方の周波数を変動させる。具体的には、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉によって現像後の画像に干渉縞が現れるときの、上記干渉縞の認識可能な最小ピッチをA1(mm)とし、画像に干渉縞が現れるときの他方の周波数の変動領域の幅をB1(Hz)とし、像担持体の回転速度をC1(mm/sec)とし、上記変動領域での他方の周波数の変動速度をD1(Hz/sec)としたとき、バイアス制御部は、|D1|>B1/(A1/C1)を満足する変動速度D1で他方の周波数を変動させる。【選択図】図5

Description

本発明は、帯電バイアスまたは現像バイアスにAC方式を採用した画像形成装置に関する。
電子写真方式を用いた画像形成装置では、感光体ドラム等の像担持体(被帯電体)の表面に、電圧を印加した帯電体を接触させて帯電処理を行う接触式の帯電器が用いられている。接触式の帯電器による被帯電体の帯電方式には、DC帯電方式と、AC帯電方式とがある。DC帯電方式は、被帯電体に対して、帯電バイアスとして直流電圧Vdcのみを印加して、被帯電体を帯電処理する方式である。一方、AC帯電方式は、被帯電体に対して、直流電圧Vdcに交流電圧Vacを重畳した帯電バイアスを印加して、被帯電体を帯電処理する方式である。AC帯電方式はDC帯電方式に比べて、交流成分が帯電電圧のばらつきを抑制し、均一に帯電する点で有効であり、近年多用されている。
しかしながら、AC帯電方式は、交流電圧Vacを含む帯電バイアスを被帯電体に印加するため、帯電バイアスの交流周波数(ここでは「帯電交流周波数」とも言う)と、現像装置の現像剤担持体に印加される現像バイアスの交流周波数(ここでは「現像交流周波数」とも言う)との違いにより、現像後の画像に干渉縞が現れる画像欠陥の問題が知られている。
そこで、例えば特許文献1では、現像交流周波数を帯電交流周波数の整数倍の周波数比に維持しつつ、帯電交流周波数の変動制御を行うことで、干渉縞の発生を防止するよう試みている。
特開2011−59311号公報
ところが、特許文献1の構成では、干渉による画像欠陥の発生を抑制するために、帯電交流周波数と現像交流周波数とを一定の比率となるように高精度に制御する必要がある。このため、高性能な制御部が必要となって、制御部およびその周辺部品(例えば記憶部)を搭載する基板のコストが増大する。また、高精度な制御に特化した基板を設計する必要があることから、基板の設計裕度も狭くなる。したがって、基板のコストや設計裕度を考慮すると、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を、簡単な制御で抑制することが望まれる。
本発明は、上記問題点に鑑み、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を、簡単な制御で抑制することができる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、帯電用直流電圧に帯電用交流電圧を重畳させた帯電バイアスを帯電部材に印加し、前記帯電部材を像担持体に近接または接触させて前記像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、前記帯電装置によって帯電された前記像担持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成装置と、前記像担持体の表面の前記静電潜像を、現像用直流電圧に現像用交流電圧を重畳させた現像バイアスを用いて現像する現像装置と、を備えた画像形成装置であって、前記帯電用交流電圧の周波数である帯電交流周波数と、前記現像用交流電圧の周波数である現像交流周波数とのうち、一方の周波数を固定しつつ他方の周波数を変動させるバイアス制御部をさらに備える。前記帯電交流周波数と前記現像交流周波数との干渉によって現像後の画像に干渉縞が現れるときの、前記干渉縞の認識可能な最小ピッチをA1(mm)とし、前記干渉縞が現れるときの前記他方の周波数の変動領域の幅をB1(Hz)とし、前記像担持体の回転速度をC1(mm/sec)とし、前記変動領域での前記他方の周波数の変動速度をD1(Hz/sec)としたとき、前記バイアス制御部は、|D1|>B1/(A1/C1)を満足する変動速度D1で前記他方の周波数を変動させる。
帯電交流周波数と現像交流周波数とのうち、一方の周波数を固定しつつ他方の周波数を変動させる場合に、条件式を満足する変動速度D1で他方の周波数を変動させることにより、他方の周波数の変動領域では、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉が低減され、上記干渉による干渉縞が視認されにくくなる。したがって、上記変動速度D1で他方の周波数を変動させるという簡単な制御によって、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る画像形成装置の内部構造を示す断面図である。 上記画像形成装置の画像形成部を拡大して示す断面図である。 上記画像形成装置の主要部の構成を模式的に示すブロック図である。 上記画像形成装置において、現像交流周波数を固定し、帯電交流周波数を変動させて干渉縞を発生させたときの上記帯電交流周波数と干渉縞ピッチとの関係を示すグラフである。 上記帯電交流周波数の変動を示すグラフである。 上記画像形成装置において、帯電交流周波数を固定し、現像交流周波数を変動させて干渉縞を発生させたときの上記現像交流周波数と干渉縞ピッチとの関係を示すグラフである。 上記現像交流周波数の変動を示すグラフである。 副走査方向に形成する画像の一例を示す説明図である。 上記画像形成装置において、潜像周波数に対して帯電交流周波数を変動させて、帯電交流周波数と潜像周波数との干渉による干渉縞を発生させたときの上記帯電交流周波数と干渉縞ピッチとの関係を示すグラフである。 上記画像形成装置において、潜像周波数に対して現像交流周波数を変動させて、現像交流周波数と潜像周波数との干渉による干渉縞を発生させたときの上記現像交流周波数と干渉縞ピッチとの関係を示すグラフである。
〔画像形成装置の概略構成〕
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100(ここではモノクロプリンター)の内部構造を示す断面図である。画像形成装置100内には、帯電、露光、現像および転写の各工程によりモノクロ画像を形成する画像形成部Pが配設されている。画像形成部Pには、像担持体としての感光体ドラム5の回転方向(図1の反時計回り方向)に沿って、帯電装置4、静電潜像形成装置としての露光ユニット7、現像装置8、転写ローラー14、クリーニング装置19、および除電装置6が配設されている。
感光体ドラム5は、例えば、アルミニウム製のドラム素管の表面に、感光層として正帯電性光導電体であるアモルファスシリコン層を蒸着して形成したアモルファスシリコン感光体であり、約30mmの直径を有する。感光体ドラム5は、ドラム駆動部(図示せず)によって、支軸を中心に定速回転駆動されるように構成される。
画像形成動作を行う場合、反時計回り方向に回転する感光体ドラム5が帯電装置4により一様に帯電され、原稿画像データに基づく露光ユニット7からのレーザービームにより感光体ドラム5上に静電潜像が形成され、現像装置8により静電潜像に現像剤(以下、トナーという)が付着されてトナー像が形成される。なお、上記の原稿画像データは、パーソナルコンピューター(図示せず)のような上位機器から送信される。また、現像装置8へのトナーの供給はトナーコンテナ9から行われる。
一方、トナー像が形成された感光体ドラム5に向けて、用紙(記録媒体)が給紙カセット10または手差し給紙装置11から用紙搬送路12およびレジストローラー対13を経由して搬送される。そして、転写ローラー14により、感光体ドラム5の表面に形成されたトナー像が用紙に転写される。感光体ドラム5の表面の残留トナーは、クリーニング装置19により除去される。その後、感光体ドラム5の表面の残留電荷が除電装置6によって除去される。
トナー像が転写された用紙は、感光体ドラム5から分離され、定着装置15に搬送されてトナー像が定着される。定着装置15を通過した用紙は、用紙搬送路16により画像形成装置100の上部に搬送され、排出ローラー対17により排出トレイ18に排出される。
〔画像形成部の詳細〕
次に、上述した画像形成部Pの詳細について説明する。図2は、上記した画像形成部Pを拡大して示す断面図である。帯電装置4は、接触帯電方式の帯電装置であり、感光体ドラム5の表面と接触するように配置される帯電ローラー4a(帯電部材)を有している。帯電装置4は、帯電バイアスV1を帯電ローラー4aに印加しつつ、帯電ローラー4aを感光体ドラム5に接触させて回転させることにより、感光体ドラム5の表面を所定電位に帯電させる。
帯電バイアスV1は、帯電用直流電圧V1dcに帯電用交流電圧V1acを重畳して形成される。帯電バイアスV1の交流成分には、例えば正弦波が用いられる。また、例えば、後述する現像バイアスV2の交流成分の周波数を一定としたとき、帯電バイアスV1の交流成分の周波数は、後述するバイアス制御部33(図3参照)の制御により、単位時間に任意の周波数幅を変動可能である。
露光ユニット7は、帯電装置4によって帯電された感光体ドラム5の表面を原稿画像データに基づいて露光することにより、感光体ドラム5の表面に静電潜像を形成する。露光方式としては、回転するポリゴンミラーでレーザー光を反射させて、感光体ドラム5の表面を走査する方式が採用される。そのため、感光体ドラム5の表面には、走査ピッチに応じた周波数で静電潜像が形成される。ここでは、上記の周波数のことを潜像周波数とも呼ぶ。上記の走査ピッチは、静電潜像の解像度と対応することから、潜像周波数は静電潜像の解像度を規定する周波数であるとも言える。なお、静電潜像形成装置としての露光ユニット7は、デジタル処理を行って感光体ドラム5上に静電潜像を一定周期で形成できるものであればよく、例えばMEMSやLEDアレイを用いて形成されてもよい。
現像装置8は現像ローラー8aを有し、現像ローラー8aは、現像装置8のトナーコンテナ9に収容されたトナーを感光体ドラム5に供給することにより、感光体ドラム5の表面に形成された静電潜像を現像する。現像ローラー8aから感光体ドラム5に供給されるトナーは、例えばトナー粒子100重量部に対して、研磨剤としての2重量部の酸化チタン(粒径0.1μm、抵抗1×107Ωcm)および流動性向上剤としての0.5重量部の疎水性シリカが外添されたトナーである。
ところで、現像ローラー8aから感光体ドラム5へのトナーの供給は、現像ローラー8aに対して現像バイアスを印加し、現像ローラー8aと感光体ドラム5との間に電界を形成することによって行われる。現像バイアスは、現像用直流電圧V2dcおよび現像用交流電圧V2acを重畳して形成される。現像バイアスの交流成分には、例えば矩形波が用いられる。また、例えば、帯電バイアスV1の交流成分の周波数を一定としたとき、現像バイアスV2の交流成分の周波数は、バイアス制御部33の制御により、単位時間に任意の周波数幅を変動可能である。感光体ドラム5上に現像されたトナー像は、転写ローラー14によって用紙Sに転写される。
クリーニング装置19は、感光体ドラム5に接触して配置された発泡ポリウレタン製のクリーニングローラー19aと、感光体ドラム5に接触して配置されたクリーニングブレード19bと、クリーニングローラー19aおよびクリーニングブレード19bによって感光体ドラム5から除去されたトナーを回収するトナー回収部19cとを備えている。クリーニングローラー19aは、感光体ドラム5との接触部に研磨剤を含んだトナーを介在させた状態で回転し、感光体ドラム5に摺擦することにより感光体ドラム5の表面をクリーニングする。
〔帯電バイアスおよび現像バイアスの制御〕
次に、上記した帯電バイアスV1および現像バイアスV2の制御について説明する。図3は、本実施形態の画像形成装置100の主要部の構成を模式的に示すブロック図である。画像形成装置100は、帯電バイアス生成回路31と、現像バイアス生成回路32と、バイアス制御部33と、記憶部34とを備えている。バイアス制御部33および記憶部34は、基板35に搭載されている。なお、帯電バイアス生成回路31および現像バイアス生成回路32は、基板35に搭載されていてもよいし、基板35とは別の基板に搭載されていてもよい。
記憶部34は、例えばROMやRAMを含み、バイアス制御部33を動作させるための制御プログラムを記憶している。バイアス制御部33は、上記制御プログラムに基づいて、帯電バイアスV1を生成するための制御信号(帯電用制御信号)を生成して帯電バイアス生成回路31に出力するとともに、現像バイアスV2を生成するための制御信号(現像用制御信号)を生成して現像バイアス生成回路32に出力する。このようなバイアス制御部33は、例えば中央演算処理装置(CPU)で構成される。
帯電バイアス生成回路31は、バイアス制御部33からの帯電用制御信号に基づいて、帯電装置4の帯電ローラー4aに印加する帯電バイアスV1を生成する回路であり、帯電用直流定電圧電源31aと、帯電用交流定電圧電源31bとを有している。帯電用直流定電圧電源31aは、上記帯電用制御信号に基づいて帯電用直流電圧V1dcを生成する。帯電用交流定電圧電源31bは、上記帯電用制御信号に基づいて帯電用交流電圧V1acを生成する。帯電バイアス生成回路31では、帯電用直流電圧V1dcと帯電用交流電圧V1acとが重畳されて帯電バイアスV1が生成される。帯電ローラー4aは、帯電バイアス生成回路31から帯電バイアスV1が印加されることによって帯電する。
現像バイアス生成回路32は、バイアス制御部33からの現像用制御信号に基づいて、現像装置8の現像ローラー8aに印加する現像バイアスV2を生成する回路であり、現像用直流定電圧電源32aと、現像用交流定電圧電源32bとを有している。現像用直流定電圧電源32aは、上記現像用制御信号に基づいて現像用直流電圧V2dcを生成する。現像用交流定電圧電源32bは、上記現像用制御信号に基づいて現像用交流電圧V2acを生成する。現像バイアス生成回路32では、現像用直流電圧V2dcと現像用交流電圧V2acとが重畳されて現像バイアスV2が生成される。この現像バイアスV2が現像ローラー8aに印加される。
本実施形態では、バイアス制御部33は、帯電バイアスV1の交流成分(帯電用交流電圧V1ac)の周波数である帯電交流周波数と、現像バイアスV2の交流成分(現像用交流電圧V2ac)の周波数である現像交流周波数とのうち、一方の周波数を固定しつつ他方の周波数を変動させる制御を行う。具体的には、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉によって、現像後の画像に干渉縞が現れるときの、上記干渉縞の認識可能な最小ピッチをA1(mm)とし、上記画像に干渉縞が現れるときの帯電交流周波数または現像交流周波数の変動領域の幅をB1(Hz)とし、感光体ドラム5の回転速度(線速)をC1(mm/sec)とし、上記変動領域での帯電交流周波数または現像交流周波数の変動速度をD1(Hz/sec)としたとき、バイアス制御部33は、
|D1|>B1/(A1/C1) ・・・(1)
を満足する変動速度D1で帯電交流周波数または現像交流周波数を変動させる。
上記の条件式(1)は、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉を低減するにあたって、変動速度D1の適切な範囲を規定している。すなわち、条件式(1)を満足する変動速度D1で帯電交流周波数または現像交流周波数を変動させることにより、上記変動領域では、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉が低減され、これによって上記干渉による干渉縞が視認されにくくなる。したがって、帯電交流周波数および現像交流周波数を一定の比率に合わせる従来ほど、2種の周波数の制御に高精度を要求する必要がなくなる。つまり、従来よりも簡単な制御で、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができる。しかも、条件式(1)は、感光体ドラム5の回転速度C1を考慮して設定されているため、回転速度C1がどのように設定されても、設定された回転速度C1に応じた適切な変動速度D1で帯電交流周波数または現像交流周波数を変動させて、画像欠陥の発生を適切に抑制することができる。
また、従来のように高精度な制御を行う場合、高性能な(処理能力の高い)制御部および大容量の記憶部が必要となって、制御部および記憶部を搭載する基板のコストアップが生じる懸念がある。しかし、本実施形態では、そのような高精度な制御を行う必要がないため、バイアス制御部33および記憶部34を搭載する基板35のコストアップの懸念を払拭できる。また、高精度な制御に特化した基板35を設計する必要もないため、基板35の設計裕度も広がる。
さらに、帯電交流周波数と現像交流周波数とのうち、一方の周波数をどのように設定(固定)しても、他方の周波数を変動させることによって干渉による画像欠陥の発生を抑制することができるため、逆に、画像欠陥を気にすることなく、上記一方の周波数を自由に設定することができ、この点でも、基板35の設計裕度が広がる。
なお、帯電交流周波数と現像交流周波数とを変動させず、同じ周波数で一致させれば、干渉による画像欠陥の発生はなくなる。しかし、上位機種になればなるほど、帯電交流周波数および現像交流周波数の一方が高くなり、他方もそれに合わせる制御や基板設計が必要となる。このことは、基板35のコスト増大および設計裕度の低下につながる。
以上の点を考慮すると、帯電交流周波数と現像交流周波数とのうちの一方の周波数を固定しつつ、条件式(1)を満足するように他方の周波数を変動させる本実施形態の制御は、基板35のコストアップを低減できる点および基板35の設計裕度を広げることができる点で、2種の周波数を一定の比率に合わせる従来の制御に比べて有利であるとも言える。
本実施形態では、バイアス制御部33は、現像交流周波数を固定しつつ、帯電交流周波数を変動させてもよいし、帯電交流周波数を固定しつつ、現像交流周波数を変動させてもよい。いずれの制御によっても、上述した条件式(1)を満足するように帯電交流周波数または現像交流周波数を変動させることにより、上述した本実施形態の効果を得ることができる。
ここで、現像交流周波数を固定しつつ、帯電交流周波数を変動させる場合、バイアス制御部33は、上記変動領域を含む、中心周波数から所定の周波数変動量の範囲内で、帯電交流周波数を変動させてもよい。例えば、現像交流周波数を2700Hz(固定)とし、画像に干渉縞が現れる帯電交流周波数の変動領域を2650〜2750Hzとしたとき、バイアス制御部33は、固定した現像交流周波数に対して、帯電交流周波数を2500〜2900Hzの範囲内で変動させてもよい。なお、この場合の帯電交流周波数の中心周波数は2700Hzであり、中心周波数から所定の周波数変動量の範囲は、中心周波数±200Hzの範囲である。このように、上記変動領域を含む範囲内で帯電交流周波数を変動させることにより、変動領域での帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を確実に抑制することができる。
一方、帯電交流周波数を固定しつつ、現像交流周波数を変動させる場合、バイアス制御部33は、上記変動領域を含む、中心周波数から所定の周波数変動量の範囲内で、現像交流周波数を変動させてもよい。例えば、帯電交流周波数を2700Hz(固定)とし、画像に干渉縞が現れる現像交流周波数の変動領域を2650〜2750Hzとしたとき、バイアス制御部33は、固定した帯電交流周波数に対して、現像交流周波数を2500〜2900Hzの範囲内で変動させてもよい。なお、この場合の現像交流周波数の中心周波数は2700Hzであり、中心周波数から所定の周波数変動量の範囲は、中心周波数±200Hzの範囲である。このように、上記変動領域を含む範囲内で現像交流周波数を変動させることによっても、変動領域での帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を確実に抑制することができる。
(実施例1)
次に、本実施形態の帯電バイアスの制御の実施例について説明する。図4は、現像交流周波数を2700Hzで固定し、帯電交流周波数を変動させて干渉縞(第1の干渉縞)を発生させたときの上記帯電交流周波数と干渉縞ピッチとの関係を示すグラフである。なお、このときの感光体ドラム5の線速は152mm/secであり、現像ローラー8aと感光体ドラム5との間の距離は0.3mmであり、現像ローラー8aと感光体ドラム5との線速比率は1.62であった。また、帯電用直流電圧V1dcは350Vであり、帯電用交流電圧V1acはピーク間電圧Vppで1kVであり、現像用直流電圧V2dcは180Vであり、現像用交流電圧V2acはピーク間電圧Vppで1500Vであった。
一般的に、現像交流周波数に対して約±1〜2%の範囲(約2650〜約2670Hz、約2730〜約2750Hz)で、画像中の干渉縞を人間が視認できる傾向がある(図4のグラフ破線部分参照)。以下では、上記範囲を干渉領域とも称する。また、2670〜2700Hzの間、および2700〜2730Hzの間でも干渉縞は生じるが、そのピッチが長いことから、干渉領域に比べると干渉縞は視認されにくい。以下、画像に干渉縞が現れる2650〜2750Hzの範囲を、変動領域とも称する。
次に、帯電交流周波数を、スペクトラム拡散によって上記干渉領域を含む2650〜2750Hzの範囲(変動領域)で変動させた。例えば、帯電交流周波数を、100msecの間で、2650Hzから2750Hzまで100Hz変動させた。図5は、2650Hzと2750Hzとの間での帯電交流周波数の変動を示すグラフである。そして、上記100Hzの変動時間を変化させて、帯電交流周波数の変動速度を変化させ、現像後、用紙に転写された画像における第1の干渉縞の確認を行った。その結果を、表1に示す。
Figure 2020122847
なお、表1における干渉結果の評価方法は、以下の通りである。すなわち、100人中80人以上が、画像を見て第1の干渉縞を認識した場合を「干渉有り」とし、100人中80人以上が第1の干渉縞を認識しなかった場合を「干渉無し」とした。
帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉によって現像後の画像に第1の干渉縞が現れるときの、第1の干渉縞の認識可能な最小ピッチをA11(mm)とし、上記画像に第1の干渉縞が現れるときの帯電交流周波数の変動領域の幅をB11(Hz)とし、感光体ドラムの回転速度をC11(mm/sec)とし、上記変動領域での帯電交流周波数の変動速度をD11(Hz/sec)とする。
最小ピッチA11は、現像交流周波数2700Hzの±2%の干渉縞ピッチとなり、152(mm/sec)/|2700×0.02(Hz)|=2.81mmとなる。画像に第1の干渉縞が現れるときの帯電交流周波数の変動領域の幅B11は、|2700×0.02|×2=108(Hz)となる。感光体ドラムの回転速度C11は、152(mm/sec)であることから、B11/(A11/C11)=108/(2.81/152)=5842(Hz/sec)である。
表1より、第1の干渉縞が認識されなくなるのは、2650Hzから2750Hzまでの100Hzの帯電交流周波数の変動時間t1が15(msec)以下のとき、つまり、帯電交流周波数の変動速度D11が6666.667(Hz/sec)以上のときであることが明確に把握できる。また、上記変動時間t1が20(msec)のとき、つまり、上記変動速度D11が5000(Hz/sec)のときに、第1の干渉縞が認識されていることから、上記変動時間t1が20(msec)と15msecとの間、つまり、上記変動速度D11が5000(Hz/sec)と6666.667(Hz/sec)との間に、第1の干渉縞を認識できなくなる閾値が存在することが容易に推認できる。上記した5842(Hz/sec)は、5000(Hz/sec)と6666.667(Hz/sec)とのほぼ中間の値であることから、上記閾値に相当すると考えることができる。したがって、帯電交流周波数の変動速度D11について、D11>B11/(A11/C11)を満足することにより、現像後の画像において第1の干渉縞を視認できなくなり、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができると言える。
なお、帯電交流周波数を2650Hzから2750Hzまで変動させる場合の変動速度を正とすると、帯電交流周波数を2750Hzから2650Hzまで変動させる場合の変動速度は負となる。しかし、上記変動速度が負の場合でも、上記変動速度の絶対値と干渉結果との関係を考察すると、表1と同様になることが確認された。したがって、変動速度の正負も考慮すると、帯電交流周波数の変動速度D11について、|D11|>B11/(A11/C11)を満足すれば、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができると言える。
(実施例2)
次に、現像バイアスの制御の実施例について説明する。図6は、帯電交流周波数を2700Hzで固定し、現像交流周波数を変動させて干渉縞(第1の干渉縞)を発生させたときの上記現像交流周波数と干渉縞ピッチとの関係を示すグラフである。なお、このときの感光体ドラム5の線速は152mm/secであり、現像ローラー8aと感光体ドラム5との間の距離は0.3mmであり、現像ローラー8aと感光体ドラム5との線速比率は1.62であった。また、帯電用直流電圧V1dcは350Vであり、帯電用交流電圧V1acはピーク間電圧Vppで1kVであり、現像用直流電圧V2dcは180Vであり、現像用交流電圧V2acはピーク間電圧Vppで1500Vであった。
一般的に、帯電交流周波数に対して約±1〜2%の範囲(約2650〜約2670Hz、約2730〜約2750Hz)で、画像中の干渉縞を人間が視認できる傾向がある(図6のグラフ破線部分参照)。以下では、上記範囲を干渉領域とも称する。また、2670〜2700Hzの間、および2700〜2730Hzの間でも干渉縞は生じるが、そのピッチが長いことから、干渉領域に比べると干渉縞は視認されにくい。以下、画像に干渉縞が現れる2650〜2750Hzの範囲を、変動領域とも称する。
次に、現像交流周波数を、スペクトラム拡散によって上記干渉領域を含む2650〜2750Hzの範囲(変動領域)で変動させた。例えば、現像交流周波数を、100msecの間で、2650Hzから2750Hzまで100Hz変動させた。図7は、2650Hzと2750Hzとの間での現像交流周波数の変動を示すグラフである。そして、上記100Hzの変動時間を変化させて、現像交流周波数の変動速度を変化させ、現像後、用紙に転写された画像における第1の干渉縞の確認を行った。その結果を、表2に示す。なお、表2における干渉結果の評価方法は、実施例1と同様である。
Figure 2020122847
帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉によって現像後の画像に第1の干渉縞が現れるときの、第1の干渉縞の認識可能な最小ピッチをA12(mm)とし、上記画像に第1の干渉縞が現れるときの現像交流周波数の変動領域の幅をB12(Hz)とし、感光体ドラムの回転速度をC12(mm/sec)とし、上記変動領域での現像交流周波数の変動速度をD12(Hz/sec)とする。
最小ピッチA12は、帯電交流周波数2700Hzの±2%の干渉縞ピッチとなり、152(mm/sec)/|2700×0.02(Hz)|=2.81mmとなる。画像に第1の干渉縞が現れるときの現像交流周波数の変動領域の幅B12は、|2700×0.02|×2=108(Hz)となる。感光体ドラムの回転速度C12は、152(mm/sec)であることから、B12/(A12/C12)=108/(2.81/152)=5842(Hz/sec)である。
表2より、第1の干渉縞が認識されなくなるのは、2650Hzから2750Hzまでの100Hzの現像交流周波数の変動時間t2が15(msec)以下のとき、つまり、現像交流周波数の変動速度D12が6666.667(Hz/sec)以上のときであることが明確に把握できる。また、上記変動時間t2が20(msec)のとき、つまり、上記変動速度D12が5000(Hz/sec)のときに、第1の干渉縞が認識されていることから、上記変動時間t2が20(msec)と15msecとの間、つまり、上記変動速度D12が5000(Hz/sec)と6666.667(Hz/sec)との間に、第1の干渉縞を認識できなくなる閾値が存在することが容易に推認できる。上記した5842(Hz/sec)は、5000(Hz/sec)と6666.667(Hz/sec)とのほぼ中間の値であることから、上記閾値に相当すると考えることができる。したがって、現像交流周波数の変動速度D12について、D12>B12/(A12/C12)を満足することにより、現像後の画像において第1の干渉縞を視認できなくなり、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができると言える。
なお、現像交流周波数を2650Hzから2750Hzまで変動させる場合の変動速度を正とすると、現像交流周波数を2750Hzから2650Hzまで変動させる場合の変動速度は負となる。しかし、上記変動速度が負の場合でも、上記変動速度の絶対値と干渉結果との関係を考察すると、表2と同様になることが確認された。したがって、変動速度の正負も考慮すると、現像交流周波数の変動速度D12について、|D12|>B12/(A12/C12)を満足すれば、帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができると言える。
〔帯電交流周波数と潜像周波数との関係〕
ところで、帯電交流周波数と、感光体ドラム5上に形成される静電潜像の解像度を規定する潜像周波数とがずれていると、帯電交流周波数と潜像周波数とが干渉して、現像後の画像に干渉縞が現れる可能性がある。
そこで、バイアス制御部33は、現像交流周波数を固定しつつ、帯電交流周波数を変動させる場合、以下の条件式(2)をさらに満足する制御を行うことが望ましい。すなわち、上述した帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉によって現像後の画像に現れるときの干渉縞を第1の干渉縞とした場合において、帯電交流周波数と潜像周波数との干渉によって、現像後の画像に第2の干渉縞が現れるときの、その第2の干渉縞の認識可能な最小ピッチをA2(mm)とし、上記画像に第2の干渉縞が現れるときの帯電交流周波数の変動領域の幅をB2(Hz)とし、感光体ドラム5の回転速度をC2(mm/sec)とし、上記変動領域での帯電交流周波数の変動速度をD2(Hz/sec)としたとき、バイアス制御部33は、
|D2|>B2/(A2/C2) ・・・(2)
を満足する変動速度D2で帯電交流周波数を変動させることが望ましい。
上記の条件式(2)は、帯電交流周波数と潜像周波数との干渉を低減するにあたって、感光体ドラム5の回転速度C2を考慮したときの変動速度D2の適切な範囲を規定している。すなわち、条件式(2)を満足することにより、感光体ドラム5の回転速度C2に応じた適切な変動速度D2で帯電交流周波数を変動させて、変動領域における帯電交流周波数と潜像周波数との干渉を低減することができる。したがって、上述した帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生のみならず、帯電交流周波数と潜像周波数との干渉による画像欠陥の発生をさらに抑制することができる。
なお、画像に第1の干渉縞が現れるときの帯電交流周波数の変動領域と、画像に第2の干渉縞が現れるときの帯電交流周波数の変動領域とが重複する場合、その重複する領域(周波数変動範囲)では、条件式(1)および(2)を同時に満足する変動速度で、つまり、D1およびD2のうちでより速いほうの変動速度で、帯電交流周波数を変動させればよい。
(実施例3)
次に、潜像周波数を考慮した帯電交流周波数の変動制御の実施例について説明する。ここでは、600dpiの解像度で、図8に示すように、副走査方向(感光体ドラムの周方向に対応)に1on1offの50%の画像(静電潜像)を形成する場合について考える。
副走査方向のドット間隔は、1インチ=2.54cmとして、2.54/600=0.004233cmである。図8に示すように、副走査方向に2ドット間隔の画像では、ドット間隔は、0.004233×2=0.008466cm=0.08466mmとなる。感光体ドラム5の線速を152mm/secとしたとき、副走査方向の線間隔は、0.08466/152=0.0005565secとなる。したがって、潜像周波数は、以下のようにして計算される。
潜像周波数(Hz)=1/線間隔(sec)=1/0.0005565
≒1795
図9は、潜像周波数に対して帯電交流周波数を変動させて、帯電交流周波数と潜像周波数との干渉による干渉縞(第2の干渉縞)を発生させたときの、上記帯電交流周波数と干渉縞ピッチとの関係を示すグラフである。なお、このときの感光体ドラム5の線速は152mm/secであり、現像ローラー8aと感光体ドラム5との間の距離は0.3mmであり、現像ローラー8aと感光体ドラム5との線速比率は1.62であった。また、帯電用直流電圧V1dcは350Vであり、帯電用交流電圧V1acはピーク間電圧Vppで1kVであり、現像用直流電圧V2dcは180Vであり、現像用交流電圧V2acはピーク間電圧Vppで1500Vであった。
一般的に、潜像周波数に対して約±1〜2%の範囲(約1750〜約1780Hz、約1820〜約1850Hz)で、画像中の第2の干渉縞を人間が視認できる傾向がある(図9のグラフ破線部分参照)。以下では、上記範囲を干渉領域とも称する。また、1780〜1796Hzの間、および1795〜1820Hzの間でも第2の干渉縞は生じるが、そのピッチが長いことから、干渉領域に比べると第2の干渉縞は視認されにくい。以下、画像に第2の干渉縞が現れる1750〜1850Hzの範囲を、変動領域とも称する。
次に、帯電交流周波数を、スペクトラム拡散によって上記干渉領域を含む1750〜1850Hzの範囲(変動領域)で変動させた。例えば、帯電交流周波数を、100msecの間で、1750Hzから1850Hzまで100Hz変動させた。そして、上記100Hzの変動時間を変化させて、帯電交流周波数の変動速度を変化させ、現像後、用紙に転写された画像における第2の干渉縞の確認を行った。その結果を、表3に示す。なお、表3における干渉結果の評価方法は、実施例1と同様である。
Figure 2020122847
図9より、帯電交流周波数と潜像周波数との干渉によって現像後の画像に第2の干渉縞が現れるときの、第2の干渉縞の認識可能な最小ピッチA2は、3mmであり、上記画像に第2の干渉縞が現れるときの帯電交流周波数の変動領域の幅B2は、1750Hzから1850Hzまでの100Hzである。感光体ドラムの回転速度C2は、152mm/secであることから、B2/(A2/C2)=100/(3/152)=5067(Hz/sec)である。
表3より、第2の干渉縞が認識されなくなるのは、1750Hzから1850Hzまでの100Hzの帯電交流周波数の変動時間t2が15(msec)以下のとき、つまり、上記変動領域での帯電交流周波数の変動速度D2が6666.667(Hz/sec)以上のときであることが明確に把握できる。また、上記変動時間t2が20(msec)のとき、つまり、上記変動速度D2が5000(Hz/sec)のときに、第2の干渉縞が認識されていることから、上記変動時間t2が20(msec)と15msecとの間、つまり、上記変動速度D2が5000(Hz/sec)と6666.667(Hz/sec)との間に、第2の干渉縞を認識できなくなる閾値が存在することが容易に推認できる。上記した5067(Hz/sec)は、5000(Hz/sec)と6666.667(Hz/sec)との間の値であることから、上記閾値に相当すると考えることができる。したがって、帯電交流周波数の変動速度D2について、D2>B2/(A2/C2)を満足することにより、現像後の画像において第2の干渉縞を視認できなくなり、帯電交流周波数と潜像周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができると言える。
なお、帯電交流周波数を1750Hzから1850Hzまで変動させる場合の変動速度を正とすると、帯電交流周波数を1850Hzから1750Hzまで変動させる場合の変動速度は負となる。しかし、上記変動速度が負の場合でも、上記変動速度の絶対値と干渉結果との関係を考察すると、表3と同様になることが確認された。したがって、変動速度の正負も考慮すると、帯電交流周波数の変動速度D2について、|D2|>B2/(A2/C2)を満足すれば、帯電交流周波数と潜像周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができると言える。
〔現像交流周波数と潜像周波数との関係〕
現像交流周波数と潜像周波数とがずれている場合についても、現像交流周波数と潜像周波数との干渉によって、現像後の画像に干渉縞が現れる可能性がある。
そこで、バイアス制御部33は、帯電交流周波数を固定しつつ、現像交流周波数を変動させる場合、以下の条件式(3)をさらに満足する制御を行うことが望ましい。すなわち、上述した帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉によって現像後の画像に現れる干渉縞を第1の干渉縞とした場合において、現像交流周波数と潜像周波数との干渉によって現像後の画像に第3の干渉縞が現れるときの、その第3の干渉縞の認識可能な最小ピッチをA3(mm)とし、上記画像に第3の干渉縞が現れるときの現像交流周波数の変動領域の幅をB3(Hz)とし、感光体ドラム5の回転速度をC3(mm/sec)とし、上記変動領域での現像交流周波数の変動速度をD3(Hz/sec)としたとき、バイアス制御部33は、
|D3|>B3/(A3/C3) ・・・(3)
を満足する変動速度D3で現像交流周波数を変動させることが望ましい。
上記の条件式(3)は、現像交流周波数と潜像周波数との干渉を低減するにあたって、感光体ドラム5の回転速度C3を考慮したときの変動速度D3の適切な範囲を規定している。すなわち、条件式(3)を満足することにより、感光体ドラム5の回転速度C3に応じた適切な変動速度D3で現像交流周波数を変動させて、変動領域における現像交流周波数と潜像周波数との干渉を低減することができる。したがって、上述した帯電交流周波数と現像交流周波数との干渉による画像欠陥の発生のみならず、現像交流周波数と潜像周波数との干渉による画像欠陥の発生をさらに抑制することができる。
なお、画像に第1の干渉縞が現れるときの現像交流周波数の変動領域と、画像に第3の干渉縞が現れるときの現像交流周波数の変動領域とが重複する場合、その重複する領域(周波数変動範囲)では、条件式(1)および(3)を同時に満足する変動速度で、つまり、D1およびD3のうちでより速いほうの変動速度で、現像交流周波数を変動させればよい。
(実施例4)
次に、潜像周波数を考慮した現像交流周波数の変動制御の実施例について説明する。ここでは、実施例3と同様に、600dpiの解像度で、図8で示したように、副走査方向(感光体ドラムの周方向に対応)に1on1offの50%の画像(静電潜像)を形成する場合について考える。また、ここでは、実施例3と同様の条件で、潜像周波数を1795Hzとして静電潜像を形成するとする。
図10は、潜像周波数に対して現像交流周波数を変動させて、現像交流周波数と潜像周波数との干渉による干渉縞(第3の干渉縞)を発生させたときの、上記現像交流周波数と干渉縞ピッチとの関係を示すグラフである。なお、このときの感光体ドラム5の線速は152mm/secであり、現像ローラー8aと感光体ドラム5との間の距離は0.3mmであり、現像ローラー8aと感光体ドラム5との線速比率は1.62であった。また、帯電用直流電圧V1dcは350Vであり、帯電用交流電圧V1acはピーク間電圧Vppで1kVであり、現像用直流電圧V2dcは180Vであり、現像用交流電圧V2acはピーク間電圧Vppで1500Vであった。
一般的に、潜像周波数に対して約±1〜2%の範囲(約1750〜約1780Hz、約1820〜約1850Hz)で、画像中の第3の干渉縞を人間が視認できる傾向がある(図10のグラフ破線部分参照)。以下では、上記範囲を干渉領域とも称する。また、1780〜1796Hzの間、および1795〜1820Hzの間でも第3の干渉縞は生じるが、そのピッチが長いことから、干渉領域に比べると第3の干渉縞は視認されにくい。以下、画像に第3の干渉縞が現れる1750〜1850Hzの範囲を、変動領域とも称する。
次に、現像交流周波数を、スペクトラム拡散によって上記干渉領域を含む1750〜1850Hzの範囲(変動領域)で変動させた。例えば、現像交流周波数を、100msecの間で、1750Hzから1850Hzまで100Hz変動させた。そして、上記100Hzの変動時間を変化させて、現像交流周波数の変動速度を変化させ、現像後、用紙に転写された画像における第3の干渉縞の確認を行った。その結果を、表4に示す。なお、表4における干渉結果の評価方法は、実施例1と同様である。
Figure 2020122847
図10より、現像交流周波数と潜像周波数との干渉によって現像後の画像に第3の干渉縞が現れるときの、第3の干渉縞の認識可能な最小ピッチA3は、3mmであり、上記画像に第3の干渉縞が現れるときの現像交流周波数の変動領域の幅B3は、1750Hzから1850Hzまでの100Hzである。感光体ドラムの回転速度C3は、152mm/secであることから、B3/(A3/C3)=100/(3/152)=5067(Hz/sec)である。
表4より、第3の干渉縞が認識されなくなるのは、1750Hzから1850Hzまでの100Hzの現像交流周波数の変動時間t3が15(msec)以下のとき、つまり、上記変動領域での現像交流周波数の変動速度D3が6666.667(Hz/sec)以上のときであることが明確に把握できる。また、上記変動時間t3が20(msec)のとき、つまり、上記変動速度D3が5000(Hz/sec)のときに、第3の干渉縞が認識されていることから、上記変動時間t3が20(msec)と15msecとの間、つまり、上記変動速度D3が5000(Hz/sec)と6666.667(Hz/sec)との間に、第3の干渉縞を認識できなくなる閾値が存在することが容易に推認できる。上記した5067(Hz/sec)は、5000(Hz/sec)と6666.667(Hz/sec)との間の値であることから、上記閾値に相当すると考えることができる。したがって、現像交流周波数の変動速度D3について、D3>B3/(A3/C3)を満足することにより、現像後の画像において第3の干渉縞を視認できなくなり、現像交流周波数と潜像周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができると言える。
なお、現像交流周波数を1750Hzから1850Hzまで変動させる場合の変動速度を正とすると、現像交流周波数を1850Hzから1750Hzまで変動させる場合の変動速度は負となる。しかし、上記変動速度が負の場合でも、上記変動速度の絶対値と干渉結果との関係を考察すると、表4と同様になることが確認された。したがって、変動速度の正負も考慮すると、現像交流周波数の変動速度D3について、|D3|>B3/(A3/C3)を満足すれば、現像交流周波数と潜像周波数との干渉による画像欠陥の発生を抑制することができると言える。
〔その他〕
本実施形態では、帯電ローラー4aが感光体ドラム5と接触する構成で、帯電交流周波数または現像交流周波数を変動させる制御について説明したが、帯電ローラー4aと感光体ドラム5とが非接触(近接)である構成にも、本実施形態と同様の制御を適用することは可能であり、これによって本実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態では、感光体ドラム5としてアモルファスシリコン感光体を用いた例について説明したが、例えば有機感光体(OPC;Organic Photoconductor)を用いた場合でも、本実施形態と同様の制御によって本実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態では、モノクロプリンターにおいて、帯電交流周波数または現像交流周波数を変動させる制御について説明したが、モノクロ複写機、カラー複写機、カラープリンター、ファクシミリ、複合機等、種々の画像形成装置に本実施形態の制御を適用することは可能であり、これによって本実施形態と同様の効果を得ることができる。
本発明は、モノクロプリンターなどの画像形成装置に利用可能である。
4 帯電装置
4a 帯電ローラー(帯電部材)
5 感光体ドラム(像担持体)
7 露光ユニット(静電潜像形成装置)
8 現像装置
33 バイアス制御部
100 画像形成装置

Claims (7)

  1. 帯電用直流電圧に帯電用交流電圧を重畳させた帯電バイアスを帯電部材に印加し、前記帯電部材を像担持体に近接または接触させて前記像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、
    前記帯電装置によって帯電された前記像担持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成装置と、
    前記像担持体の表面の前記静電潜像を、現像用直流電圧に現像用交流電圧を重畳させた現像バイアスを用いて現像する現像装置と、を備えた画像形成装置であって、
    前記帯電用交流電圧の周波数である帯電交流周波数と、前記現像用交流電圧の周波数である現像交流周波数とのうち、一方の周波数を固定しつつ他方の周波数を変動させるバイアス制御部をさらに備え、
    前記帯電交流周波数と前記現像交流周波数との干渉によって現像後の画像に干渉縞が現れるときの、前記干渉縞の認識可能な最小ピッチをA1(mm)とし、前記干渉縞が現れるときの前記他方の周波数の変動領域の幅をB1(Hz)とし、前記像担持体の回転速度をC1(mm/sec)とし、前記変動領域での前記他方の周波数の変動速度をD1(Hz/sec)としたとき、前記バイアス制御部は、
    |D1|>B1/(A1/C1
    を満足する変動速度D1で前記他方の周波数を変動させることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記バイアス制御部は、前記現像交流周波数を固定しつつ、前記帯電交流周波数を変動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. 前記バイアス制御部は、前記帯電交流周波数を、前記変動領域を含む、中心周波数から所定の周波数変動量の範囲内で変動させることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記帯電交流周波数と前記現像交流周波数との干渉によって現像後の画像に現れる前記干渉縞を第1の干渉縞とした場合において、
    前記帯電交流周波数と、前記静電潜像の解像度を規定する潜像周波数との干渉によって現像後の画像に第2の干渉縞が現れるときの、前記第2の干渉縞の認識可能な最小ピッチをA2(mm)とし、前記第2の干渉縞が現れるときの前記帯電交流周波数の変動領域の幅をB2(Hz)とし、前記像担持体の回転速度をC2(mm/sec)とし、前記変動領域での前記帯電交流周波数の変動速度をD2(Hz/sec)としたとき、前記バイアス制御部は、
    |D2|>B2/(A2/C2
    を満足する変動速度D2で前記帯電交流周波数を変動させることを特徴とする請求項2または3に記載の画像形成装置。
  5. 前記バイアス制御部は、前記帯電交流周波数を固定しつつ、前記現像交流周波数を変動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。
  6. 前記バイアス制御部は、前記現像交流周波数を、前記変動領域を含む、中心周波数から所定の周波数変動量の範囲内で変動させることを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記帯電交流周波数と前記現像交流周波数との干渉によって現像後の画像に現れる前記干渉縞を第1の干渉縞とした場合において、
    前記現像交流周波数と、前記静電潜像の解像度を規定する潜像周波数との干渉によって現像後の画像に第3の干渉縞が現れるときの、前記第3の干渉縞の認識可能な最小ピッチをA3(mm)とし、前記第3の干渉縞が現れるときの前記現像交流周波数の変動領域の幅をB3(Hz)とし、前記像担持体の回転速度をC3(mm/sec)とし、前記変動領域での前記現像交流周波数の変動速度をD3(Hz/sec)としたとき、前記バイアス制御部は、
    |D3|>B3/(A3/C3
    を満足する変動速度D3で前記現像交流周波数を変動させることを特徴とする請求項5または6に記載の画像形成装置。
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