JP2006313290A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置の大型化やコストアップを防ぎ、鮮鋭で高画質な画像を安定して得る。
【解決手段】 静電潜像が形成される感光ドラム７と、感光ドラム７上を帯電する帯電ローラ８と、感光ドラム７に現像剤を付与する現像スリーブと、を有する画像形成部を複数備えた画像形成装置において、複数の帯電ローラ８への電圧供給を単一の電圧供給部から行い、現像スリーブから感光ドラム７への現像剤の付与は、現像スリーブと感光ドラム７との間に振動電界を形成することにより行い、振動電界は、複数の画像形成部で実質的に同一の周波数を用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式のカラー複写機、カラープリンタ等の画像形成装置に係るもので、詳しくは像担持体を放電によって帯電する帯電手段として接触帯電方式（ＤＣ帯電方式）を採用した帯電手段と、非接触ジャンピング現像方式によって現像剤を像担持体上に現像する現像剤担持体とを備えた画像形成装置に関するものである。

近年、電子写真方式を採用した画像形成装置は、低コスト化、高速化、高機能化及びカラー化が進められており、各種のプリンタ、複写機等が市場に出ている。これらの中に、複数の画像形成部（画像形成ステーション部）を並列に配置してそれぞれ異なる色のトナー像を形成し、転写ベルトに担持したシート（転写材）、例えば紙を各画像形成ステーションに向けて順次搬送して、転写材に異なる色のトナー像を順次重ね合わせて転写するインライン方式の画像形成装置がある。このインライン方式の画像形成装置は、高速でカラー画像の形成が可能なことから、今後のカラープリンタの主力になるものとして有望視されている。

一方、プリンタの小型化という観点から、各色の画像形成ユニットを垂直に配置し、搬送ベルトで転写材を縦方向に搬送する方式のプリンタは、設置面積を小さくすることができるため有利である。

図９に一般的な縦型インライン方式の画像形成装置の断面を示す。この画像形成装置内には矢印Ｘ方向に走行する無端状の搬送ベルト（以下ＥＴＢと称す）９８０が配設されている。このＥＴＢ９８０は、樹脂フィルム等の誘電体樹脂によって構成されている。給紙カセット（図示せず）から取り出された転写材Ｐは、レジストローラ（図示せず）を経由してＥＴＢ９８０に供給され、図９の矢印Ｘ方向に搬送される。

上記したインライン方式の縦パスの画像形成装置に限らず、一般的には、用紙等の転写材は、図９に示されるようにＥＴＢ９８０の回転方向上流の入口に対向して配置された電圧が印加された吸着ローラ９１０の間を通過することによって電荷が付与され、ＥＴＢ９８０に静電吸着される。このように、転写材とＥＴＢ９８０の静電吸着力は、転写材に与えられた実電荷と、これによるＥＴＢ９８０の表面の鏡映電荷とのクーロン相互作用力によって発生している。

基本的に同様の構成を有する４個の画像形成ステーション部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが縦状で直列状に並んでいる。

各画像形成ステーション部はＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ、像担持体としての感光ドラム９０１ａ，９０１ｂ，９０１ｃ，９０１ｄを備え、各感光ドラム９０１ａ，９０１ｂ，９０１ｃ，９０１ｄの外周には、帯電手段としての一次帯電器９０２ａ，９０２ｂ，９０２ｃ，９０２ｄ、現像器９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃ，９０３ｄ、転写部材９０４ａ，９０４ｂ，９０４ｃ，９０４ｄ及びクリーナ９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ，９０５ｄが設けられ、画像形成装置の内部には不図示の光源装置及びポリゴンミラーが設置されている。

４個の画像形成ステーション部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄのうち、画像形成ステーション部Ｐａは、回転円筒状の感光ドラム９０１ａを備え、その周辺には一次帯電器９０２ａ、現像器９０３ａ、クリーナ９０５ａ等の画像形成部を構成する手段を具備している。他の画像形成ステーション部も同様の構成で画像形成部を構成する手段を具備している。

尚、現像器９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃ，９０３ｄにはそれぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーが収納されている。

また、各画像形成ステーション部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄには、一次帯電器９０２ａ，９０２ｂ，９０２ｃ，９０２ｄと、現像器９０３ａ，９０３ｂ，９０３ｃ，９０３ｄとにバイアスを給電できる構成になっている。

画像形成が開始されると、まず画像形成ステーション部Ｐａにおいて、イエロー成分色による画像信号がポリゴンミラー等を介して感光ドラム９０１ａ上に投射されて、該感光ドラム９０１ａ上に静電潜像が形成され、この静電潜像に現像器９０３ａからイエロートナーが供給されて静電潜像がイエロートナー像として顕像化される。そして、このイエロートナー像が感光ドラム９０１ａの回転に伴って感光ドラム９０１ａとＥＴＢ９８０とが当接する転写部位に到来すると、第１の転写部材９０４ａに印加される第１の転写バイアスによってイエロートナー像が転写材Ｐに転写される。

イエロートナー像を担持した転写材Ｐは、画像形成ステーション部Ｐｂに搬送されると、このときまでに画像形成ステーション部Ｐｂにおいて前記と同様の方法で感光ドラム９０１ｂ上に形成されたマゼンタトナー像が前記イエロートナー像上へ転写される。

同様に転写材Ｐが画像形成ステーション部Ｐｃ，Ｐｄに進行するに連れて、それぞれの転写部位においてシアントナー像、ブラックトナー像が転写材Ｐ上に重畳転写される。

尚、感光ドラム９０１ａ，９０１ｂ，９０１ｃ，９０１ｄに残る残留トナーはクリーナ９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃ，９０５ｄによって除去され、更に残留電荷が前露光手段によって除去されて感光ドラム９０１ａ，９０１ｂ，９０１ｃ，９０１ｄは次の画像形成が可能な状態になる。

各色のトナー像が転写された転写材Ｐは、定着装置９３２で加熱及び加圧されてトナー像の定着を受けた後、フルカラーの記録画像として装置外の排紙トレイ（図示せず）上に排出される。ここで、定着装置９３２は、定着ローラ９５１、加圧ローラ９５２、これらの定着ローラ９５１と加圧ローラ９５２の各々をクリーニングする耐熱性クリーニング部材、定着ローラ９５１と加圧ローラ９５２内に設置されたローラ加熱ヒータ、加圧ローラ９５２の表面の温度を検知して定着温度を制御するサーミスタ等によって構成されている。

また、近年では、より一層の長寿命を達成するという低コストと、高画質を実現する高画質化の観点から、帯電装置としてコロナ帯電方式を採用し、画像形成部が２成分現像方式の黒色用現像手段を備えた画像形成部と１成分非接触現像方式のカラー用現像手段を備えた画像形成部とからなるカラー画像形成装置が提案されている（特許文献１（第２〜５頁、第１図）参照）。

このような非磁性一成分ジャンピング現像方式では、従来の非磁性一成分接触現像方式に比べると、現像スリーブと感光ドラムとの接触が無いため、感光ドラムの磨耗を抑制することができるため、従来よりも寿命を延ばすことが期待されている。

さらには、プリンタが使用される環境も、従来のように空調設備が完備されたオフィスばかりで無く、ＳＯＨＯ（スモールホームオフィス）化の流れにより、個人事務所や自宅などの種々の環境下においても、良好な出力画像が得られることが切望されている。

このように、プリンタ、複写機等にはメディアフレキシビリティ、使用環境という観点から、益々高い性能が求められるようになっている。
特開２００４−１７０６５４号公報

ところが、上記の提案のものでは、帯電方式として、コロナ帯電を利用して感光ドラム上を均一に帯電させているので、高い印加バイアスが必要となることや、帯電装置の複雑化や、画像形成装置内でオゾンを発生させることが知られている。

インライン方式のカラー画像形成装置では、画像形成装置の構成上、各画像形成ユニットそれぞれに、帯電装置としてコロナ帯電器を設置しなければならない。そのため、コロナ帯電を発生させるための高圧に係るコストが甚大なものになり、低コスト化への課題となっていた。

その他の帯電方式としては、接触帯電方式があり、その使用部材の形状によりブラシ帯電装置とローラ帯電装置に大きく２つに分けられる。ブラシ帯電装置は、ブラシの刷毛目、長期に渡って感光体と当接された場合の毛の倒れ等に問題がある。

また、帯電部材に印加する電圧には、ＤＣバイアスのみが印加されるもの（以下、ＤＣ帯電という）や、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳したもの（以下、ＡＣ帯電という）がある。一般に、ＡＣ帯電はＤＣ帯電に比べて均一帯電が可能であるという特徴がある。

接触帯電のメリットとして、オゾンの発生量が少なく、帯電装置を構成する部材が少なくて済み、安価に提供できることは既に述べたが、ＡＣ帯電では、コロナ放電に比べて感光ドラムに与えるダメージが大きく、特にＯＰＣドラムに対しては、その傾向が顕著である。

また、ＡＣ帯電において、感光ドラムに与えるダメージは、印加電圧によって異なり、印加電圧が大きいほどダメージが大きく、ＤＣ帯電のみ印加してＯＰＣドラムを回転させた場合と、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳してＯＰＣドラムを回転させた場合とでは、後者の方が数倍、ＯＰＣドラムにダメージを与えることがわかった。

また、ＤＣ帯電を用いることで、帯電装置の簡素化が図れるようになり、更にはインライン方式の画像形成装置の構成上、各画像形成ユニットに対してＤＣバイアスを給電する電源を１つに集約することが可能になるため、画像形成装置の低コスト化が一段と進められる。

また、非磁性一成分ジャンピング現像方式では、従来の非磁性一成分接触現像方式に比べると、現像ローラと感光ドラムとの接触が無いため、感光ドラムの磨耗を抑制することができ、従来よりも寿命を延ばすことが可能となり、より一層の画像形成装置の低コスト化が進められる。

しかしながら、上記の構成の帯電装置を用いた場合に、上記特許文献１では、黒及び３色のカラートナーのそれぞれについて感光ドラム上に単色トナーを転写する現像器を具備する画像形成装置において、黒トナーの現像器が２成分現像方式、カラートナーの現像器が、非磁性１成分ジャンピング現像方式を用いた場合では、現像方式が複数存在し、画像形成装置の構成が煩雑であることや、低コスト化の弊害にもなりかねない。

各カラー現像器に対して、非磁性１成分ジャンピング現像方式を採用したときに、主に
トナーの特性に依存して、色再現性に優れた画像を形成するために、直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスのバイアス条件を変更していることが一般的に行われている。

特に、色再現性に重要となる各画像形成ステーション部における感光ドラム上のトナー濃度、均一性は出力画像において重要である。

また、画像形成装置が使用される環境に応じて、現像バイアス条件を変えることが出力画像を安定させている。

すなわち、各画像形成ステーション部において、画像形成装置の１つのＤＣ高圧電源を用いた各帯電装置で各感光ドラムを一律に−５００Ｖに帯電させて、非磁性一成分ジャンピング現像を行ったときに、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（ＢＫ）において、同一の現像バイアス条件では画像濃度（濃度均一性）を満足できないということがわかった。

例えば、同一の現像バイアス条件は、現像スリーブに対して−４００Ｖの現像ＤＣバイアスを印加し、現像ＡＣバイアスとしては、周波数３ｋＨｚ、ピーク間電圧１．７ｋＶ（Ｖｐｐ）でデューティ５０％の矩形波を印加した。

以下の表１に、同一の現像バイアス条件において発生する画像濃度レベルを示す。

ここで、
画像濃度レベルを、
○ ：濃度均一性 良い
○△：濃度均一性 やや良い
△ ：濃度均一性 やや悪い
× ：濃度均一性 悪い
と表す。

また、さらに検討を行ったところ、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（ＢＫ）において、最適な画像濃度を達成するには、各色において特有の現像バイアスを選択するのが好ましいことがわかった。

上記の画像形成ステーション部に応じて現像バイアスを変えたときに生じる問題の原因として以下のことが推測されることが検討によりわかった。

画像形成装置の小型化を行うことで、１つの画像形成ステーションに印加する現像ＡＣバイアスが、帯電装置のＤＣ発生回路にＡＣ電流が流れこむことにより、ＤＣ帯電バイアスに現像ＡＣバイアスが重畳されてしまうことが判明した。このように、帯電器にＡＣバイアスが流れ込むことにより、各画像形成ステーション部に印加された現像ＡＣバイアスの周波数に応じて、微小な電位の変化が生じる。さらに、現像ＡＣバイアスの周波数を各画像形成ステーション部で複数選択すると、帯電装置のＤＣ回路内で、微小な電位変化と複数の周波数とを選択したことにより、干渉しあってピッチムラやモアレ等の画像を生じ
させることがあった。

この現像ＡＣバイアスの帯電装置への流れ込みにより、帯電バイアスが擬似的にＡＣ帯電になり、各画像形成ステーション部に印加する現像周波数により、感光ドラム上の電位に現像バイアスが起因して生じる干渉縞を生じさせていると推測される。

この現像ＡＣバイアスが帯電ＤＣに流れ込むことを防止するには、帯電生成回路に充分な保護抵抗を設けることが必要になるので、コストアップの懸念が生じる。

本発明の目的は、装置の大型化やコストアップを防ぎ、鮮鋭で高画質な画像を安定して得ることにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体上を帯電する帯電手段と、前記像担持体に現像剤を付与する現像剤担持体と、を有する画像形成部を複数備えた画像形成装置において、
複数の前記帯電手段への電圧供給を単一の電圧供給部から行い、
前記現像剤担持体から前記像担持体への現像剤の付与は、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に振動電界を形成することにより行い、
前記振動電界は、複数の前記画像形成部で実質的に同一の周波数を用いることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によると、装置の大型化やコストアップを防ぎ、いかなる環境下においても鮮鋭で高画質な画像を安定して得ることができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図７を参照して説明する。

図１は電子写真プロセスを利用したカラー画像形成装置１００（複写機あるいはレーザプリンタ）の概略断面である。イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）のそれぞれ色に対応の感光ドラム（像担持体）、現像器、クリーニング装置を有する４つの独立したカラーステーション部（画像形成部）を縦一列に配置して、吸着ローラ３ＪによりＥＴＢ８に吸着させた転写材（シート）Ｐを搬送し、転写を行うことによってフルカラー画像を得る構成になっている。

本実施形態では、画像形成装置１００は、接地面積を最小化するためや、カートリッジ交換やジャム処理の為に前扉のみの開閉で所望の目的が達成できるように、各画像形成ユニットの構成部品を一体としたカートリッジを縦に配置して、ＥＴＢ８０と前記カートリッジの間で本体を分割する構成となっている。

上記構成から、転写材Ｐは重力に逆らって上方に搬送されるため、紙等の転写材ＰとＥＴＢ８０が十分に吸着していることが必要である。そのため、転写ローラ４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋは、台座（図示せず）に固定されており、台座はバネによってＥＴＢ８０方向に付勢されている。また、転写ローラ４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋは、感光ドラムに対しての付勢押圧が規制されている。

転写材ＰとＥＴＢ８０の接触点付近に、バイアスを印加した吸着ローラ３Ｊを設け、転
写材Ｐに電荷を与えることによって吸着搬送力を得ている。

７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋは、像担持体として繰返し使用される回転ドラム型の電子写真感光体（以下感光ドラムと記す）であり、矢示の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋは、直径３０ｍｍの負帯電ＯＰＣ感光体であり、本実施形態における画像形成装置のプロセススピードは１００ｍｍ／ｓｅｃである。

感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋは回転過程で、帯電手段としての帯電ローラ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋにより所定の極性・電位に一様に帯電処理され、次いで画像露光手段１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋ（レーザダイオード、ポリゴンスキャナー、レンズ群、等によって構成される）による画像露光を受けることにより、それぞれカラー画像形成ユニットの第１〜第４の色成分像（例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック成分像）に対応した静電潜像が形成される。

次に、帯電装置に関して図２のブロック図を参照して説明する。帯電装置は、電圧供給部としての帯電高圧生成回路が制御部と電気的に接続されており、画像形成動作が開始するタイミングで制御部から帯電高圧生成回路において、帯電高圧を発生させる状態になっている。帯電高圧生成回路は、単一のユニットで、画像形成ユニットであるカラーステーション部（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ）のそれぞれに対して、給電できる構成になっている。図２に示すように、帯電高圧生成回路上に電気的な接点Ｃを設け、各カラーステーション部（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋ）に対して、それぞれＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の電気的な接点を設けた構成になっている。

上記の構成を設けることで、帯電装置は１つの高圧電源である帯電高圧生成回路により、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（ＢＫ）といった画像形成部の帯電ローラ８Ｙ、８Ｍ，８Ｃ、８Ｂｋに対して、電圧を印加できる構成なっている。

本実施形態においては、帯電装置は１つの高圧電源である帯電高圧生成回路により、−１．０ｋｖのＤＣ電圧を印加する。実抵抗１×１０⁶ Ωの帯電ローラを、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋに総圧９．８Ｎで従動当接させて帯電を行うＤＣ接触帯電方式であり、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋ表面は、一様に−５００Ｖに帯電される。

また、本実施形態で用いた静電潜像を形成するための画像露光手段１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｂｋは、レーザダイオードを用いたポリゴンスキャナーであり、画像信号により変調されたレーザビームを感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋ上に結像し、静電潜像を形成する。

感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋの画像露光された部分は、明部電位Ｖｌ＝−１２０Ｖとなり、これにより感光ドラム７Ｙ、７Ｍ，７Ｃ、７Ｂｋ上に静電潜像が形成される。レーザ露光の書き出しは、主走査方向（転写材Ｐの進行と直交方向）では各走査ライン毎にＢＤと呼ばれるポリゴンスキャナー内の位置信号から、副走査方向（転写材Ｐの進行方向）は搬送路内のスイッチを起点とするＴＯＰ信号から、所定の時間遅延させて行うことによって、各色ステーションでは常に転写材Ｐ上の同じ位置に露光を行える構成となっている。

次いで、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋの静電潜像は各ステーション部の現像装置Ｄ−Ｙ、Ｄ−Ｍ、Ｄ−Ｃ、Ｄ−Ｂｋにより現像される。

本実施形態で用いたＹ，Ｍ，Ｃ，ＢＫのトナーは、磁性体を含まない非磁性一成分現像
剤、所謂ノンマグトナーであり、非接触一成分ジャンピング現像方式によって現像される。

現像装置は、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋに対して順方向に、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋの周速の１７０％の周速で回転し、制御部７０の信号によって可変可能の電圧が印加された現像スリーブによって現像が行われる。

ＥＴＢ８０は、矢示方向に感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋと同じ周速度をもって回転駆動されている。ＥＴＢ８０は、ＰＥＴ樹脂にカーボンブラックを分散して１×１０^１０Ωｃｍに抵抗調整された厚み１３０μｍの単層樹脂ベルトであり、背面側に接着されたリブによってベルトの蛇行や、寄りを規制する構成となっている。

転写部材としての転写ローラ４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｂｋとしては、体積抵抗率１ｅ^５Ωｃｍに調整した高圧印加可能のスポンジ状ウレタンゴム製の転写ローラを用いており、ＥＴＢ８０の背面から感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７ＢｋとＥＴＢ８０とのニップ部に当接している。

転写材カセット３ａから給紙された転写材Ｐは、レジストローラ３ｅを通過した後に転写入口ガイドを介してＥＴＢ８０と接触する。

ＥＴＢ８０に吸着された転写材Ｐは、各画像形成ユニットが装着されている、各画像形成ステーション部を通過するごとに、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋに担持された各色のトナー像が転写されてフルカラー画像が作られる。

全色の転写が終了した転写材Ｐは、ＥＴＢ８の上端からベルトの曲率によって分離され、ついで定着器５（定着ローラ対５a、５ｂ）に搬送された転写材Ｐ上にトナー像を加熱
定着することにより最終的なプリントとされた後、転写材Ｐは装置の機外に排出される。

また、転写が終了した感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋは、表面に残留した転写残トナーをクリーニング装置に設けられたクリーニングブレード９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｂｋで掻き取ってクリーニングされ、つぎの画像形成に備える。

本実施形態においては、その他にも、特徴部分をなす不揮発性メモリを使用した記憶手段６０が制御部７０に接続されている。この記憶手段６０には、画像形成装置１００の各画像形成ステーション部における、色情報を判別する情報が記憶されており、各画像形成ステーション部に応じて現像ＡＣバイアスを設定することが可能となっている。

記憶手段６０には、各画像形成ステーション部における転写材を連続して画像形成した枚数に関する情報を記憶することが可能になっている。本実施形態においては、記録枚数を記憶する例として挙げたが、その他にも現像スリーブの回転時間や、その他画像形成動作を行った回数であれば、その情報を記憶手段６０に格納しても構わない。

更に、本実施形態は、環境検知手段を画像形成装置１００に備え、画像形成装置１００の内部の温度・湿度を検知できる構成になっている。

そして、制御部７０は、記憶手段６０に記憶された情報や、環境検知手段によって検知された環境情報を基に、画像濃度が薄くなったり、濃くなったりという画像濃度に異常が発生する恐れがあると判断した場合は、以下に説明する現像ＡＣバイアスを各画像形成ステーション部に対して変更を行う。

環境検知手段としては、例えば環境により転写ローラ等に代表される、転写ローラの抵抗値の変化から転写バイアスが変化するため、その変化値から雰囲気中の湿度を予測することができる。この場合、新たに環境検知手段を設ける必要がなく、コストアップを防ぐことができる。

また、画質の要求されるグラフィック用のプリンタなどでは、抵抗値の環境変動の小さい帯電部材を用いる必要があり、環境検知手段としては精度が劣る。そこで精度の高い測定のためには環境検知手段として温湿度センサー９０を用いた方が良い。ただし、本実施形態においては、温湿度センサー９０を用いたが、その他の方法で画像形成装置１００内の情報を検知しても構わない。

次に、各画像形成ステーション部の非磁性一成分ジャンピング現像方式の現像器１０について、図３を用いて説明する。

本実施形態における現像器１０は、図３に示すように、現像容器（現像器本体）４５の現像剤容器４５ａ内に負帯電性の非磁性一成分現像剤（現像剤）Ｔを収容している。現像剤容器４５ａ内には、現像剤搬送部材４９が設けられており、現像容器４５の感光ドラム７側に位置する現像室４５ｂには、現像剤担持体としての現像スリーブ４１、現像剤担持体への現像剤供給手段としての供給ローラ４４、現像剤規制部材としての現像ブレード４２などが設けられている。

現像剤搬送部材４９は現像室４５ｂ側に現像剤Ｔを搬送し、現像室４５ｂ内に回転自在に設置された現像剤供給手段の１つである供給ローラ４４へ現像剤Ｔを搬送する。そして、供給ローラ４４が現像スリーブ４１に当接し、又現像スリーブ４１に対して相対速度を有するように回転し（本実施形態では、現像スリーブ４１と供給ローラ４４との当接部において、現像スリーブ４１の図中矢印Ａ方向の回転に対して逆方向である図中矢印Ｂ方向に回転させる）、現像剤容器４５ａから現像室４５ｂに搬送された現像剤Ｔを現像スリーブ４１上に塗布するようになっている。

このように現像スリーブ４１上に塗布された現像剤Ｔは、現像ブレード４２により所定の層厚に規制される。こうして現像剤層が形成された現像スリーブ４１は、対向する感光ドラム７に対して、所定の相対周速度差で回転している。

感光ドラム７と現像スリーブ４１は一定の隙間を有して非接触に保たれ、現像スリーブ４１上の現像剤は上記隙間（ＳＤギャップ）を飛翔して、感光ドラム７上の静電潜像に現像される。現像剤を飛翔させるために、現像スリーブ４１には現像バイアスＶが印加される。

尚、現像スリーブ４１の長手方向両端部には、内径部で現像スリーブ４１に接触し、その外径部を感光ドラム７に当接することにより現像スリーブ４１表面と感光ドラム７表面を所定の間隔に保つ働きをする、リング状のコロ４８が設けられる。このコロ４８は、摺動性ＰＯＭ等、摺動性に優れ、圧縮歪みが比較的小さい有機高分子材質等からなる。この間隔維持を行うコロ４８が回転自在に嵌合され、現像スリーブ４１よりも大きい外径を有しており、押圧力により感光ドラム７と当接して現像スリーブ４１と感光ドラム７との間隔を一定に保っている。図４に、現像器１０を説明する斜視図を示す。本実施形態においては、現像スリーブ４１の表面と感光ドラム７表面の間隔が、前記コロ４８によって３００μｍに保たれるように構成した。

現像スリーブ４１は、直径１５ｍｍとし、樹脂溶液中にカーボン等を配合して抵抗調整した後、アルミニウム素管上に塗工を行ったものを用いた。現像スリーブ４１はこの構成
に限定されるものではなく、非磁性一成分ジャンピング現像方式では、適当な弾性及び導電性を有するものを適宜選択して用いることができる。例えば、金属ローラの表面にウレタンコーティングを施したものである。コーティング膜は、ウレタンコーティング以外にも通常接触現像用の現像スリーブの表層に用いられるシリコーン系、ＮＢＲ、ヒドリン系、ナイロン、フッ素系樹脂等をバインダーとして表面粗さ調整用の各種粗し粒子、帯電制御剤等を配合した表層コートであっても良い。

現像時、現像スリーブ４１に対して、使用するトナー粒子の極性と同極性（本実施形態では負極性）である−４００Ｖの直流電圧（現像時の現像バイアス）と交流電圧とを重畳した波形の振動電圧を印加して、現像スリーブ４１と感光ドラム７との間に振動電界を形成し、一成分反転現像を行い、感光ドラム７上の静電像をトナー像として可視化する。

現像バイアスは、制御部７０の制御により第１の電圧印加手段としての現像バイアス電源から印加される。また、十分な画像濃度を達成することができるように、感光ドラム７の周速度に相当するプロセススピードに対して、約１７０％の周速度で回転するよう、感光ドラム７の回転周速を５０ｍｍ／ｓｅｃとし、現像スリーブ４１の回転周速を７５ｍｍ／ｓｅｃとした。

現像スリーブ４１上に現像剤Ｔを良好に塗布するために、供給ローラ４４としては、スポンジ状加工を施したものを用いるのが好ましい。本実施形態では、供給ローラ４４は、ステンレスにて作製した導電性芯金の外側に、発泡ゴムを用いて厚さ５ｍｍ、体積抵抗が１０^６Ω・ｃｍの発泡ゴム層を形成して構成される。発泡ゴムとしてはウレタン、シリコーンなどを好適に用い得る。

現像時、供給ローラ４４に対して、使用するトナー粒子の極性と同極性（本実施形態では負極性）である−４００Ｖの現像バイアス（現像時のＤＣ＋ＡＣバイアス）を印加する。

これに対し、現像スリーブ４１には平均電圧（直流成分）が−４００Ｖ、周波数３ｋＨｚ、ピーク間電圧１．８ｋＶ（Ｖｐｐ）でデューティ５０％の矩形波を印加した。即ち、この現像バイアスにより、感光ドラムの暗部電位（−５００Ｖ）及び明部電位（−１２０Ｖ）と、現像スリーブ４１と、の間に交番電界が形成される。

本実施形態では、この供給ローラバイアスは、制御部７０の制御により現像バイアス電源から印加され、現像バイアスと同電位とされる。

現像ブレード４２は、厚さ０．１ｍｍの板状のステンレス鋼から成る帯状の弾性板であり、その先端（自由端）を現像スリーブ４１の回転方向上流に向けて面接触に配置される、所謂、カウンタタイプの現像剤規制部材である。現像ブレード４２の材料としてはこれに限定されるものではなく、適当な導電性を有する材料を適宜選択して用いることができる。これにより、現像スリーブ４１上に形成する現像剤層の高さ及び量を規制する。この現像ブレード４２によって、現像スリーブ４１上には１層若しくは２層程度の薄層の現像剤層が形成される。

本発明の特徴部分として、各画像形成ステーション部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの現像装置１０において各現像スリーブ４１に印加される現像バイアスについて説明する。

前述の発明が解決しようとする課題でも説明したように、各画像形成ステーション部において、各帯電ローラ８が１つのＤＣ高圧電源を利用して感光ドラム７に対して一律−５００Ｖに帯電させて、非磁性一成分ジャンピング現像を行ったときに、イエロー（Ｙ），
マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）において、同一の現像バイアス条件では画像濃度（濃度均一性）を満足できないということがわかった。

また、常温・常湿環境（２４℃／６０％）において、検討を行ったところ、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）において、現像バイアス周波数と画像濃度の関係を調べたところ、下の表のような結果になった。

ここで、
画像濃度レベルを、
○ ：濃度均一性 問題無し
○△：濃度均一性 やや現象が確認できる
△ ：濃度均一性 実用上問題無いが、現象が確認できる
× ：濃度均一性 実用上問題有り
と表す。

上記のように、画像形成ステーション部に応じて現像バイアスの周波数を変えると、次のような問題が生じることが検討によりわかった。

画像形成装置を小型化すること、即ち現像スリーブと帯電ローラとの距離が近いと、１つの画像形成ステーション部に印加する現像ＡＣバイアスが、画像形成ステーション部における帯電装置の回路にＡＣ電流が流れこむことにより、ＤＣ帯電バイアスに現像ＡＣバイアスがノイズとして重畳されてしまうことが検討により判明した。

この現像ＡＣバイアスの帯電装置への流れ込みにより、帯電バイアスが擬似的にＡＣバイアスがノイズとして感光ドラム上の電位を微小に乱し、各画像形成ステーション部に印加する現像周波数により、感光ドラム上の電位を乱し、現像バイアスの周波数起因で生じる干渉縞が生じることが判明した。

本発明では、上記の検討結果により、各画像形成ステーション部の現像ＡＣバイアス起因で生じる干渉縞を防止するために、４つの画像形成ステーション部における振動電界を形成する現像ＡＣバイアスの周波数を実質的に同一とし、４つの画像形成ステーション部における現像ＡＣバイアスのＶｐｐを異ならせている。

本実施形態において、画像上で弊害の無いレベルとして、現像ＡＣバイアスの同一として用いられる周波数は、現像ＡＣバイアス生成回路基板の性能から誤差が±３％の範囲の周波数を設定した。

次に、本実施形態においては、４つの画像形成ステーション部に印加する現像ＡＣバイアスの周波数として、各色毎の出力画像濃度のトナー特性考慮して、現像ＡＣバイアスのＶｐｐ（ピーク・トゥ・ピーク）を異ならせる方法を以下に説明する。

各画像形成ステーション部で選択する同一の周波数としては、各画像形成ステーション部を通じて出力画像の濃度が、比較的バランスの良い周波数を選択する。本実施形態とし
ては、各画像形成ステーション部で選択する同一の周波数として、３.５ｋＨｚを選択し
た。

以下に、現像ＡＣバイアスのＶｐｐを各画像形成ユニットに応じて、変更する方法を説明する。

図５に示すように、現像ＡＣバイアスの波形（矩形波ＡＣ波形）において、現像ＡＣバイアス波形が正極側に立ち上がる現像抑制側電圧の最大値と、現像促進側電圧の最大値とをピーク間電圧Ｖｐｐとしている。

この時、Ｖｐｐの現像促進側電圧の最大値と、明部電圧Ｖｌとの関係においては、電界強度が高い程、画像部の濃度の再現性が高くなることが検討によりわかった。

Ｖｐｐの現像促進側電圧の最大値と画像濃度の関係は、Ｖｐｐの現像促進側電圧の最大値が増大するにつれて、画像濃度が増す。逆に、Ｖｐｐの現像抑制側電圧の最大値と画像濃度の関係は、現像抑制側電圧の最大値が増大するにつれて画像濃度が減少する関係にある。

ここで、Ｖｐｐの現像促進側電圧の最大値をさらに増大させると、感光ドラム上に露光をしていない部分である白地においても、濃度が発生することがわかった。以下、この現象をかぶりと称する。一般的に、Ｖｐｐの現像促進側電圧の最大値をさらに増大させると、かぶりが発生し、良好な画像出力とはいえない状態になってしまう。

以上のことから、Ｖｐｐを各画像形成ステーション部において、適切に設定することで出力画像の濃度をコントロールすることができることがわかった。

本実施形態の優位性を確認するために、各画像形成ユニットに応じて、各色の現像スリーブに印加するＶｐｐの切り替えを行って、画像濃度とカブリの発生について評価を行った。

上述の評価結果について、表３、表４を用いて説明する。

ここで、
画像濃度レベルを、
○ ：濃度均一性 問題無し
○△：濃度均一性 やや現象が確認できる
△ ：濃度均一性 実用上問題無いが、現象が確認できる
× ：濃度均一性 実用上問題有り
と表す。

ここで、
かぶりレベルを、
○ ：問題無し
○△：やや現象が確認できる
△ ：実用上問題無いが、現象が確認できる
× ：実用上問題有り
と表す。

上記の検討結果により、各画像形成ステーション部において、かぶりの発生がなく、出力画像が安定した濃度となる現像ＡＣバイアスとしては、Ｙ、Ｍ画像形成ステーション部は、Ｖｐｐ＝１.７ｋＶとなり、Ｃ画像形成ステーション部は、Ｖｐｐ＝１.８５ｋＶとなり、Ｂｋ画像形成ステーション部は、Ｖｐｐ＝１.８ｋＶとなった。

このように、４つの画像形成ステーション部における現像ＡＣバイアスの周波数は、各ステーション部において同一と設定した上で、現像ＡＣバイアスのＶｐｐを可変とする。これにより、出力画像の濃度を安定させることが可能になり、各画像形成ステーション部の現像バイアス起因による、感光ドラム上の電位が乱れ、出力画像上に干渉縞が生じることを抑制することが可能になった。

また、上記の構成を採用することにより、各画像形成ステーション部の現像装置に対する現像バイアス電圧のＶｐｐを、各画像形成ステーション部により可変とすることで、画像濃度低下を抑制することができ、良好な色バランスの多色画像を得ることができる。

こうすることで、画像形成装置の大型化及びコストアップを防ぎ、いかなる環境下においても鮮鋭で高画質な画像を安定して得ることができる。

また、上記構成においては、常温・常湿環境であり、画像形成装置の初期段階においては、非常に効果的であることを説明した。しかし、一般的に、カラーステーション毎のトナー特性は、環境条件、耐久枚数条件（現像器の寿命）に応じて変化する。そこで、本発明の特徴として、環境条件、耐久枚数条件に応じて、各画像形成ステーション部においてＶｐｐを適切に設定することで、出力画像の濃度をコントロールする。

本実施形態において、検知する環境条件を以下のように設定した。常温・常湿環境は、気温２４℃／相対湿度６０％とし、低温・低湿環境は、気温１５℃／相対湿度１０％とし、高温・高湿環境は、気温３０℃／相対湿度８０％とした。

本実施形態において、耐久枚数条件は各画像形成ユニットの印字枚数を２０００枚の寿命と設定している。各画像形成ユニットに５００枚の印字毎に現像ＡＣバイアスの変更を行った。

図６に、本実施形態の画像形成装置１００の動作をフローチャートで示す。

まず、画像形成装置１００の電源をＯＮにする（Ｓ１００）。次に、画像形成装置１００内に設置されている、温湿度センサー９０により、画像形成ステーション部近傍の環境条件を検知する（Ｓ１０１）。その後、画像形成装置１００内に設定されている、記憶手段６０に格納されている画像形成ユニットの耐久枚数に関する情報を検知する（Ｓ１０２）。検知した環境情報と、記憶手段６０に格納されている耐久枚数の情報をもとに、現像スリーブに印加する現像ＡＣバイアスのＶｐｐを決定する（Ｓ１０３）。その後、画像形成動作を開始し（Ｓ１０４）、出力画像を得た段階で、画像形成動作を終了させる（Ｓ１０５）。

また、各画像形成ユニットに対して、比較例として、現像スリーブには平均電圧（直流成分）が−４００Ｖ、周波数３ｋＨｚ、ピーク間電圧１．８ｋＶ（Ｖｐｐ）と固定の現像ＡＣバイアスの矩形波を印加した場合と、実施例として、環境条件及び耐久枚数条件に応じて周波数は同一とし、各色の現像スリーブに印加するＶｐｐの切り替えを行って充分な画像濃度とカブリが発生しない現像ＡＣバイアスの条件の場合とについて検討を行い、評価を行った結果を以下の表に示す。

まず、低温・低湿環境下において、充分な画像濃度とカブリが発生しない現像ＡＣバイアスの条件について検討した結果を表５に示す。

上記の現像ＡＣバイアス条件を用いて、Ｖｐｐと出力画像との関係を評価した結果を表６に示す。

ここで、
画像濃度とかぶりレベルを、
○ ：問題無し
○△：やや現象が確認できる
△ ：実用上問題無いが、現象が確認できる
× ：実用上問題有り
と表した。

続いて、高温・高湿環境下において、充分な画像濃度とカブリが発生しない現像ＡＣバイアスの条件について検討した結果を表７に示す。

上記の現像ＡＣバイアス条件を用いて、Ｖｐｐと出力画像との関係を評価した結果を表８に示す。

ここで、
画像濃度とかぶりレベルを、
○ ：問題無し
○△：やや現象が確認できる
△ ：実用上問題無いが、現象が確認できる
× ：実用上問題有り
と表す。

上記の結果から、環境条件に応じて、現像ＡＣバイアスのＶｐｐを変更している。低温・低湿環境下では、現像剤の特性上帯電量は、比較的高くなりやすいので、低温・低湿環
境においては、Ｖｐｐを高く設定し、画像濃度が濃くなる設定にした。一方、高温・高湿環境下では、トナーの特性上帯電量は、比較的低くなりやすいので、出力画像上にかぶりが発生しないように、Ｖｐｐを低く設定することにした。

また、耐久枚数での変動としては、トナーの特性と耐久枚数に応じて、画像濃度と出力画像上のかぶりが生じない範囲でＶｐｐを表８のように設定した。

上記構成であることにより、環境条件と耐久枚数条件に応じて、各画像形成ステーション部の現像装置に対する現像バイアスのＶｐｐを各画像形成ステーションにより変更することで、より一層、画像濃度低下を抑制することができ、良好な色バランスの多色画像を得ることができる。

また、本実施形態では、図７に示すように、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋと、帯電ローラ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋと、クリーニング装置とを一体として感光ドラムユニットを構成し、さらに感光ドラムユニットと現像装置Ｄ-Ｙ、Ｄ-Ｍ、Ｄ-Ｃ、Ｄ-Ｂｋとを一体としたプロセスカートリッジ（以下、「カートリッジ」という）１０１〜１０４を構成し、画像形成装置１００に対して着脱可能としている。

この構成において、本実施形態の記憶手段６０（６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｂｋ）を、各カートリッジ１０１〜１０４に配設する。この場合、記憶手段６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｂｋは画像形成装置１００に装着されたときに、接続器９１〜９４によって制御部７０と接続される。記憶手段６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｂｋは後回転を行うまでの印字枚数を記憶するのに使用する。

また、図７に示す本実施形態の画像形成装置１００において、環境検知手段として環境の温湿度を検知する温湿度センサー９０（９０Ｙ、９０Ｍ、９０Ｃ、９０Ｂｋ）が、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋの近傍にそれぞれ配置され、感光ドラム７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｂｋ付近の雰囲気温湿度を検出している。

以上により、カートリッジ１０１〜１０４が使用されていた環境条件及び耐久枚数などの情報が、印字途中で画像形成装置１００からカートリッジ１０１〜１０４を取り外した場合などに失われることがないため、より効果的である。

このように、本実施形態によれば、記憶手段６０Ｙ、６０Ｍ、６０Ｃ、６０Ｂｋにカートリッジ１０１〜１０４ごとの使用状態を記憶しておくことにより、適切なタイミングで現像ＡＣバイアスのＶｐｐを決定することができ、適切な画像濃度の出力画像を得ることができる。

また、使用途中で画像形成装置１００からカートリッジを取り出し、別の環境の画像形成装置に装着した際にも、カートリッジ内の感光ドラム付近の雰囲気温湿度をより厳密に測定できるようになり、適切なタイミングで現像ＡＣバイアスのＶｐｐを決定することができ、適切な画像濃度の出力画像を得ることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図８を参照して説明する。

本実施形態における画像形成装置構成は第１実施形態と同様なので省略し、本実施形態の特徴である画像形成時における、現像ＡＣバイアスの最適化の方法として、感光ドラムと現像スリーブとの間の移動方向上流側において現像剤の飛翔回数を調整する方法について説明する。

現像スリーブに印加する現像ＡＣバイアスとして、振動電界を形成する部分と、振動電界を形成しない部分を交互に設けることにより、出力画像の濃度を安定させ、画像形成ステーション部の現像バイアス起因によって、感光ドラム上の電位が乱れ、干渉縞が生じることを抑制する。

以下に、現像ＡＣバイアスとして、振動電界を形成する部分と、振動電界を形成しない部分を交互に設ける現像バイアスをブランクパルスと称して、図８を参照して説明する。

図８に示すように、現像スリーブに印加される振動電界は、電位が１０波分交互に変化するパルス波形部Ｐと、パルス波形部Ｐと同様の期間（１０波分）電位が変化せず、一定の電位となるブランク部Ｂより形成されている。以下、この様な振動電界を１０／１０ＢＰ（パルス部分１０波／ブランク部分１０波のブランクパルス）と示す。

また、ブランクパルスを現像ＡＣバイアスとして使用した場合は、ブランクパルスのパルス部における１つのパルスでの周波数を、各画像形成ステーションにおいて同一とする。

本実施形態においても、各画像形成ステーション部で選択する同一の周波数としては、各画像形成ステーション部を通じて出力画像の濃度が、バランスの良い周波数を選択する。本実施形態としては、各画像形成ステーション部で選択する同一の周波数として、３.
５ｋＨｚを選択した。また、現像ＡＣバイアスＶｐｐは、１.７ｋＶと固定した。

尚、出力画像の濃度をコントロールするために、これらの条件は、
出力画像の濃度を増やす場合には、パルス波形部Ｐの比率を大きくする、
出力画像の濃度を減らす場合には、ブランク部Ｂの比率を大きくする、
となる様に切り替えを行う。

本実施形態の優位性を確認するために、画像濃度の出やすい高温・高湿環境において、各画像形成ユニットに応じて、各色の現像スリーブに印加するブランクパルスの切り替えを行って、第１実施形態で説明したものと同様の評価を行った。

上述の評価結果について、表９、表１０を用いて説明する。

尚、本実施形態においては、１０／１０、１２／８、８／１２等のブランクパルスを用いたが、現像スリーブの外径等、諸条件により最適なブランクパルス条件を選択するのは構わない。本実施形態に限定することなく、任意に設定したブランクパルス条件を変えることで第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

第１実施形態に係る画像形成装置を説明する図である。 第１実施形態に係る画像形成装置を説明するブロック図である。 第１実施形態に係る現像装置を説明する図である。 第１実施形態に係る現像装置を説明する図である。 第１実施形態に係る現像ＡＣバイアスを説明する図である。 第１実施形態に係る画像形成装置の動作を説明するフローチャート図である。 第１実施形態に係るプロセスカートリッジを装着した画像形成装置を説明する図である。 第２実施形態に係る現像ＡＣバイアスを説明する図である。 従来技術の画像形成装置を説明する図である。

符号の説明

４ 転写ローラ
５ 定着器
７ 感光ドラム
８ 帯電ローラ
９ クリーニングブレード
１０ 現像器
６０ 記憶手段
７０ 制御部
８０ ＥＴＢ
９０ 温湿度センサー
１００ カラー画像形成装置

Claims (7)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体上を帯電する帯電手段と、前記像担持体に現像剤を付与する現像剤担持体と、を有する画像形成部を複数備えた画像形成装置において、
   複数の前記帯電手段への電圧供給を単一の電圧供給部から行い、
   前記現像剤担持体から前記像担持体への現像剤の付与は、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に振動電界を形成することにより行い、
   前記振動電界は、複数の前記画像形成部で実質的に同一の周波数を用いることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記振動電界は、複数の前記画像形成部でピーク間電圧は可変であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記振動電界は、電位が交互に変化するパルス波形部と、電位が変化せず一定となるブランク部と、を交互に繰り返す電界であり、複数の前記画像形成部で前記パルス波形部と前記ブランク部とを異なる比率に設定して用いることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記振動電界の複数の前記画像形成部で実質的に同一の周波数は、±３％の範囲以内の周波数であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の画像形成装置。
5. 画像形成したシートの枚数を記憶する記憶手段を有し、
   前記振動電界は、前記記憶手段の記憶した画像形成したシートの枚数に応じて異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の画像形成装置。
6. 環境を検知する環境検知手段を有し、
   前記振動電界は、前記環境検知手段の検知結果に応じて異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の画像形成装置。
7. 複数の前記画像形成部は、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックの４色の現像剤による各色ごとの現像剤像を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の画像形成装置。

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