JP2007024988A

JP2007024988A - 画像形成装置

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Publication number: JP2007024988A
Application number: JP2005203537A
Authority: JP
Inventors: Toshio Sakai; 捷夫酒井; Takeo Tsukamoto; 武雄塚本; Tomoko Takahashi; 朋子高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP4819426B2; US8158313B2; US20070015071A1

Abstract

【課題】１つの感光体の１回転内に１回の帯電、１回の露光で複数色のトナー像を重ねて感光体上に形成するとき、特殊な感光体を使用しなければならない。
【解決手段】周回移動するＯＰＣベルト１に対して接触型帯電ローラ２で１回の均一帯電の後、書き込み装置３で一回の画像露光でＯＰＣベルト１上に、ｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に、ブラック用現像装置４Ｋでブラックトナーを付着させて反転現像し、引き続き、均一露光器２３Ａでブラックトナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、ブラックトナーで現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分をシアン用現像装置４Ｃでシアントナーを付着させて現像し、同様に、均一露光、現像を繰り返して、フルカラー画像を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は画像形成装置に関し、像担持体に対する１回の帯電を行なって色重ねによるフルカラー画像又は多色画像を形成する画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、プリンタ／ファックス／複写機複合機等の各種画像形成装置として、像担持体（以下、「感光体」ともいう。）を帯電させ、静電潜像を形成して、この静電潜像に着色体などの粉体（本明細書では「トナー」という。）を付着させて現像し、トナー像を被記録媒体に転写する電子写真プロセスを用いる画像形成装置、あるいは、誘電体を像担持体に使用して静電スタイラス等を用いて静電的に電位差潜像を形成し、現像、転写を行なう画像形成装置などが知られている。

ところで、電子写真方式の画像形成装置において、現在、フルカラーの画像形成装置は、一つの像担持体を４回転させて、一回転ごとに、均一帯電、画像露光、カラートナー（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックトナー）による各色の現像を行なって、感光体上に一色のトナー像を形成した後、位置を合わせて中間転写体又は被記録媒体への転写を行なうか、四個の感光体を並置して、それぞれの感光体に、均一帯電、画像露光、カラートナー（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックトナー）による現像を行なって、各感光体上に一色ずつのトナー像を形成した後、このトナー像を中間転写体又は被記録媒体に位置を合わせて転写してフルカラー画像を作成している。

しかしながら、１感光体４回転方式で画像を形成するとプリント速度が遅くなるという問題がある。また、４感光体並置方式（タンデム方式）で画像を形成すると、装置が複雑で大型化し、コストも高くなるという問題がある。

そこで、１つの感光体の一回転の間に感光体上に各色のトナー像を重ねる色重ね方式（以下、この方式を「１感光体１回転色重ね方式）という。）が提案されている（なお、１感光体４回転による感光体上色重ね方式もあるが、やはり速度が遅くなるという不都合がある。この１感光体４回転で一色ずつ転写する方式と、転写せずに感光体上で各色トナーを重ねる方式とを区別するため、前者を１感光体４回転写方式、後者を１感光体４回転色重ね方式という。）。

この１感光体１回転色重ね方式では、例えばベルト状又はドラム状の感光体の側面に、均一帯電器（帯電装置）、画像露光器（露光装置又は書き込み装置）、現像器（現像装置）の組み合わせを４組並べて、各組で、それぞれ、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナー画像を感光体上に形成する。そのとき、１感光体４回転方式や４感光体並置方式と異なり、感光体上に形成したトナー像を、被記録媒体や中間転写体に転写することなく残したままで、次の色の画像を形成するために均一帯電、画像露光、現像に入ることで、同じ場所に４色の画像を重ね合わせて形成する。

この場合、均一帯電と画像露光がそれぞれ４回ずつ必要なので、装置の小型化、低コスト化はそれほどは進まず、色ズレを少なくするための速度検知やフィールドバック制御もやはり必要でコスト高になっている。

そこで、コストの高い検知と制御なしで、色ズレを完全になくすことができるものとして、１回の画像露光で、三色又は四色の静電潜像を同時に書き込むいわゆるワンショット露光を行なうようにしたものがある。

このようなワンショット露光を行なうために、ＲＧＢに感度のある感光層を積層した多層感光体を用いるものとして特許文献１ないし３に記載のものがある。
特公平３−４３６２１号公報特開平３−２０２８６８号公報特開平３−２１９２６０号公報

また、感光層表面に透明絶縁層のある３層感光体を用いるものとして特許文献４に記載のものが、ＲＧＢのフイルタ層のあるモザイク感光体を用いるものとして特許文献５、６に記載のものがある。
特開昭５９−１２１０７７号公報特公昭５９−０３４３１０号公報特開昭６０−２２５８５５号公報

一方、普通の感光体を用いるものとして特許文献７に記載のものがある。これによれば、画像露光でｎレベルの電位の異なる潜像を形成し、これをそれぞれ異なった現像バイアスで、異なった色のトナーで順じ重ねて現像する方式であり、この場合、図１８に示すように、最初に現像したトナーの上には、他の三色のトナーが重なっているが、転写するとそれぞれの電位レベルで最初に現像されたトナーが一番上になるのでその色の画像になって多色画像が形成できると説明されている。
特開昭５４−８２２４２号公報

なお、従来の画像形成装置において、トナーを移相電界によって搬送して現像を行なう現像装置としては特許文献８に記載のようなものが、スコロトロン帯電器を用いて帯電を行なう帯電装置としては特許文献９に記載のようなものが知られている。
特開２００３−２０２７５２号公報特許第３３８５００８号公報特開

しかしながら、上述した特許文献１ないし６に記載されているように普通の感光体ではない特殊な感光体を用いなければならない画像形成装置は、実験室レベルでは可能であっても、コストが極めて高くなるとともに、耐久性も十分でなく、実用化できないという課題がある。

一方、特許文献７に記載の普通の感光体を用いる画像形成装置は、当業者の常識であるように、乾式トナーを使用し、溶融定着した場合には、上層のトナーと下層のトナーが溶け合って減色混合するので、上層のトナー自身の色を再現することはできないのである。逆に、混合色で色を出すこともできるが、その場合は、四色目以外はすべて混合色になるので、そのトナー自身の色を出すこともできず、フルカラー画像を形成することは不可能であるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、普通の感光体を使用した新規なワンショット露光でフルカラー画像又は多色画像を形成可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、像担持体に対して１回の均一帯電の後、一回の画像露光で像担持体上に、ｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に、反転現像で第１色トナーを付着させ、引き続き、第１色トナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、第１色トナーで現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を第２色トナーで現像し、引き続き、第１、第２色両トナー共通で透過率の低い波長で二回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第３色トナーで現像し、引き続いて、第１ないし第３色トナー共通で透過率の低い波長の光で三回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第４色トナーで反転現像して、像担持体上にカラー画像を形成する構成とした。

ここで、第１色トナーの光透過率が最も低いことが好ましい。この場合、第１色トナーが黒色トナーであることが好ましい。また、像担持体の感光層厚が１画素の大きさより小さいことが好ましい。さらに、像担持体の光キャリア発生領域が感光層の表面にあることが好ましい。また、第１ないし第４色トナーが、黒、シアン、マゼンタ、イエローのトナーの組合せであって、フルカラー画像を形成することが好ましい。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体に対して１回の均一帯電の後、一回の画像露光で像担持体上に、ｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に反転現像でトナーを付着させ、以後、付着した１又は複数のトナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を次のトナーで現像して像担持体上に多色画像を形成する構成とした。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体に対して静電的にｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に、反転現像で第１色トナーを付着させ、引き続き、第１色トナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、第１色トナーで現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を第２色トナーで現像し、引き続き、第１、第２色両トナー共通で透過率の低い波長で二回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第３色トナーで現像し、引き続いて、第１ないし第３色トナー共通で透過率の低い波長の光で三回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第４色トナーで反転現像して、像担持体上にカラー画像を形成する構成とした。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体に対して静電的にｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に反転現像でトナーを付着させ、以後、付着した１又は複数のトナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を次のトナーで現像して像担持体上に多色画像を形成する構成とした。

本発明に係る画像形成装置においては、パウダークラウド状態で現像を行なう現像手段を備えていることが好ましい。また、トナーを移相電界でホッピングさせて現像を行なうＥＨ現像を用いた現像手段を備えていることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置によれば、像担持体に対して１回の均一帯電の後、一回の画像露光で像担持体上に、ｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に、反転現像で第１色トナーを付着させ、その後、付着している１又は複数のトナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、その絶対値で最も電位の低い個所に次のトナーを付着させる工程を１又は複数回繰り返して、フルカラー画像或いは多色画像を形成する構成としたので、普通の感光体を使用した新規なワンショット露光でフルカラー画像又は多色画像を形成可能な画像形成装置が得られる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。先ず、本発明に係るフルカラー画像を形成可能な画像形成装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置の構成図、図２は同画像形成装置の現像装置の構成図である。

この画像形成装置は、ベルト状感光体（ＯＰＣ）からなる像担持体１と、この像担持体１を（均一帯電）させる接触型帯電装置（帯電器）である接触型帯電ローラ２と、像担持体１に潜像を形成するための書き込み装置３と、この書き込み装置３による書き込み位置より下流側に像担持体１の周回方向（矢示方向）に沿って上流側から下流側に配置した、像担持体１の潜像にブラック（黒）トナーを付着させて現像する現像装置４Ｋと、現像装置４Ｋによる現像後の像担持体１を均一露光する均一露光器２３Ａと、像担持体１の潜像にシアントナーを付着させて現像する現像装置４Ｃと、現像装置４Ｃによる現像後の像担持体１を均一露光する均一露光器２３Ｂと、像担持体１の潜像にマゼンタトナーを付着させて現像する現像装置４Ｍと、現像装置４Ｍによる現像後の像担持体１を均一露光する均一露光器２３Ｃと、像担持体１の潜像にイエロートナーを付着させて現像する現像装置４Ｙとを備え、更に像担持体１上に各色のトナー像が重ね合わされて形成されたフルカラートナー像を転写する転写装置５と、定着装置６と、転写材７を収容する給紙装置８などとを備えている。

ここで、像担持体１は、感光体層厚２０μｍのシームレスのＯＰＣ感光体ベルトであり、搬送ローラ１１、従動ローラ１２、転写装置５を構成する転写対向ローラ５Ｂ、現像装置４Ｋ、４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ（色を区別しないときは「現像装置４」という。）に対向する対向ローラ１３Ｋ、１３Ｃ、１３Ｍ、１３Ｙの間に架け渡され、搬送ローラ１１の回転により矢示方向に例えば１００ｍｍ／secの速度で周回移動する。

帯電ローラ２は、直径１６ｍｍの接触帯電ローラであり、直径１０ｍｍの金属棒の上にカーボンブラックを添加して抵抗を調整した厚さ３ｍｍのゴム層を重ねて形成してものを用いている。

書込み装置３は、画像情報に従って帯電ローラ２によって１回均一帯電された像担持体１に対しｎレベルの潜像を書き込むものであり、レーザーを用いた光走査装置やＬＥＤアレイ等、種々のものを使用することができる。ここでは、書込み装置３は、それぞれ、５ｍＷのレーザダイオードを１個使用し、露光光強度を色ごとに変調して露光している。記録密度は１２００ｄｐｉで、１画素の大きさは約２８μｍである。

均一露光器２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃは、像担持体１を均一露光するものであり、光の波長が適当であればどのような光源でもよい。ここでは、ここでは、波長が６５０ｎｍと５８３ｎｍのＬＥＤを使用している。この場合、均一露光器２３Ａは黒色トナーの透過率が低い波長の光で露光して、黒色トナーで現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げる。均一露光器２３Ｂは黒色トナー及びシアントナーの透過率が低い波長の光で露光して、黒色トナー及びシアントナーで現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げる。均一露光器２３Ｃは黒色トナー、シアントナー及びマゼンタトナーの透過率が低い波長の光で露光して、黒色トナー、シアントナー及びマゼンタトナーで現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げる。

転写装置５は、転写ローラ５Ａと転写対向ローラ５Ｂとを備えている。定着装置６は、加熱ローラ６Ａ及びこれに対向する加圧ローラ６Ｂを備えている。転写装置５の転写ローラ５Ａは、例えば−５００Ｖの転写バイアスが印加される金属ローラの周りに厚さ３ｍｍの半導電性ゴム層が形成されたものを用いている。

そして、この画像形成装置においては、複写機として機能するときには、図示しないスキャナから読み込まれた画像情報がＡ／Ｄ変換、ＭＴＦ補正、階調処理等の種々の画像処理を施されて書込みデータに変換される。また、プリンタとして機能するときには、コンピュータ等から転送されるページ記述言語やビットマップ等の形式の画像情報に対して画像処理が施され書込みデータに変換される。

そして、画像形成に先駆けて、像担持体１は表面の移動速度が所定の速度となるように、図１の矢印方向に周回移動を開始する。このとき、所定のタイミングで、接触帯電ローラ２によって像担持体１が均一に１回帯電され、帯電させられた像担持体１に対し、書き込み装置３によって各色ごとの露光光強度でｎレベルの電位差潜像が書き込まれる。

そして、その後、ブラック用現像装置４Ｋによって、その絶対値で最も電位の低い個所に、反転現像で第１色である黒色トナーを付着させ、引き続き、均一露光器２３Ａによって第１色トナーである黒色トナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、第１色トナー（黒色トナー）で現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を、シアン用現像装置４Ｃによって第２色トナーであるシアントナーで現像する。

引き続き、均一露光器２３Ｂによって第１、第２色両トナー（黒色トナー及びシアントナー）共通で透過率の低い波長で二回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所をマゼンタ用現像装置４Ｍによって第３色トナーであるマゼンタトナーで現像し、引き続いて、均一露光器２３Ｃによって第１ないし第３色トナー（黒色トナー、シアントナー及びマゼンタトナー）共通で透過率の低い波長の光で三回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所をイエロー用現像装置４Ｙによって第４色トナーであるイエロートナーで反転現像して、像担持体１上にフルカラー画像を形成する。

一方、所定のタイミングで給紙装置８から転写材７が給紙されて搬送路９を介して搬送され、転写装置５によって像担持体１上の色重ねされたトナー像が転写材７に転写され、定着装置６で定着処理された後、フルカラー画像が形成された転写材７が排紙部１０に排紙される。

ここで、現像装置４の詳細について図２をも参照して説明する。なお、図２は同現像装置の拡大説明図である。
現像装置４は、ケース４１内に、像担持体１上の静電潜像を現像するために移相電界によって粉体であるトナーを移動させる静電搬送部材を構成するスリーブ状の静電搬送部材（以下「静電搬送ローラ」という。）４２と、トナー等を収容する収容部４３と、収容部４３のトナー粒子を静電搬送ローラ４２に供給する供給手段を構成する供給ローラ（現像剤担持体）４４、静電搬送ローラ４２で移動されるトナーを回収するための回収ローラ４５などとを備えている。

供給ローラ（現像剤担持体）４４は、内部に、固定された磁石が配置されおり、供給ローラ４４の回転と磁力及び攪拌スクリュー４８によって収容部４３内の現像剤が供給ローラ４４表面に供給される。また、供給ローラ４４の外周側に対向して現像剤層規制部材４６を設け、供給ローラ４４上の現像剤を一定量の現像剤層厚に規制している。この供給ローラ４４に供給された現像剤は供給ローラ４４の回転に伴って静電搬送ローラ４２と対向する領域まで搬送される。

ここで、供給ローラ４４には図示しない電圧印加手段によって供給バイアスが印加されている。また、静電搬送ローラ４２には後述する電圧印加手段（駆動回路）によって電極に搬送電界を形成する電圧が印加されている。

これにより、供給ローラ４４と静電搬送ローラ４２が対向する領域においては静電搬送ローラ４２と供給ローラ４４との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、負帯電トナーはキャリアから解離し、静電搬送ローラ４２表面に移動する。そして、静電搬送ローラ４２表面に達したトナーは、電極に印加される電圧によって形成される搬送電界（移相電界）によって、静電搬送ローラ４２表面上をホッピングしながら搬送される（移動する）。なお、静電搬送ローラ４２への帯電トナーの供給は二成分現像器に限らず、一成分現像器でもよいし、電荷注入でもよいし、あるいは、帯電済みのトナーを蓄えておいて供給してもよい。

ここで、トナーを搬送、現像、回収する電界を発生するための複数の電極を有する静電搬送ローラ４２は、画像形成時には、像担持体１に対して最近接位置で、５０〜１０００μｍ、好ましくは１５０〜４００μｍ（ここでは３００μｍとしている。）の間隙をあけて非接触で対向している。

この静電搬送ローラ４２の構成について図３を参照して詳細に説明する。図3は、同静電搬送ローラ４２の像担持体１側表面を拡大した断面図である。静電搬送ローラ４２は、支持基板１０１上に、複数の電極１０２、１０２、１０２……を、ｎ本を１セットとして、トナー移動方向に沿って所要の間隔で配置し、この上に静電搬送面１０３ａを形成する絶縁性の静電搬送面形成部材となり、電極１０２の表面を覆う保護膜となる、無機又は有機の絶縁性材料で形成した表面保護層１０３を積層したものである。なお、ここでは、電極１０２のピッチは６０μｍ、電極１０２の幅は３０μｍとしている。

本実施形態における支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板或いはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、或いは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ_２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなる基板などを用いることができる。電極１０２は、支持基板１０１上に、Ａｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１０μｍ厚、好ましくは０．５〜２．０μｍで成膜し、これをフォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成している。表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＴｉＯ_４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ_２Ｏ_５などを厚さ０．５〜１０μｍ、好ましくは厚さ０．５〜３μｍで成膜して形成している。

図３において、各電極１０２から伸びる線は各電極１０２に電圧を印加するための導電線をあらわしており、各線の重なる部分のうち黒丸で示した部分だけが電気的に接続されており、他の部分は電気的に絶縁状態である。各電極１０２に対しては、本体側の駆動回路（電圧印加手段）１０４からｎ相の異なる駆動電圧Ｖ１１〜Ｖ１３、Ｖ２１〜Ｖ２３が印加される。なお、本実施形態では３相の駆動電圧が印加される場合（ｍ＝３）について説明するが、トナーが搬送される限りにおいて、ｍ＞２を満たす任意の自然数ｍについて適用可能である。

本実施形態では、各電極１０２は現像装置４側の接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３のいずれかに接続されており、各接点Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３，Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、現像装置４１が画像形成装置本体１０に装着された状態においては、それぞれ駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３を与える本体側電圧印加手段１０４と接続される。

静電搬送ローラ４２は、トナーを像担持体１近傍まで移送し、また現像領域通過後の現像に寄与しなかったトナー粒子を回収するための搬送領域、像担持体１の潜像にトナーを付着させてトナー像を形成するための現像領域とに分けられる。

現像領域は、像担持体１に近接した領域のみに存在し、搬送領域は静電搬送ローラ４２の周上、現像領域以外の全域に存在する。本実施形態では、トナーが移相電界によって移動可能な領域を「静電搬送面」という。本実施形態の場合、静電搬送ローラ４２の表面全体が静電搬送面である。

搬送領域では電圧印加手段１０４によって各電極１０２に駆動波形Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３が印加され、現像領域では電圧印加手段１０４によって各電極１０２に駆動波形Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３が印加される。

そこで、静電搬送ローラ４２におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。静電搬送ローラ４２の複数の電極１０２に対してｎ相の駆動波形を印加することにより、複数の電極１０２によって移相電界（進行波電界）が発生し、静電搬送ローラ４２上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて移送方向に移動する。

例えば、図４に示すように、Ａ相（ＶＡ）、Ｂ相（ＶＢ）、Ｃ相（ＶＣ）の３相の電圧を、ピーク間電圧１６０Ｖの矩形波（Duty＝５０％）、周波数３kHzで位相を１２０度ずらした電圧として、３本の電極１０２に各々印加すると、帯電トナーは、進行波電界に同期して、静電搬送ローラ４２の表面上をホッピングしながら移動する。なお、進行波電圧の平均値Ｖｂは、現像領域でいわゆる現像バイアスと同じ働きをする。なお、Ａ相（ＶＡ）、Ｂ相（ＶＢ）、Ｃ相（ＶＣ）は上記の電圧Ｖ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ２１、Ｖ２２、Ｖ２３に対応し、この例では現像領域と搬送領域とを区別していない。

このとき、ホッピングの高さは、２００〜３００μｍになるので、静電搬送ローラ４２より３００μｍの高さに静電潜像があると、ホッピングしたトナー（このトナーは前述したようにキャリアから離れており、キャリアに拘束されないトナーである。）は、像担持体１の潜像（画像部）の形成する電界に入って潜像に進みこれを現像する。逆に、地肌部では、潜像が、トナーを押し戻す方向の電界を形成しているので、地肌部（非画像部）に向かったトナーは像担持体１に到達することなく途中からUターンして静電搬送ローラ４２に戻り、さらに進んで、回収ローラ４５で回収される。このように、静電搬送でホッピングされたトナーで現像されるので、この現像方式を、Electrostatic Hopping 現像、略してＥＨ現像と称する。

この現像の様子を図５ないし図８を参照して詳しく説明する。これらの各図は像担持体１と静電搬送ローラ４２とが形成する空間におけるトナー６０の位置の時間変化をシミュレーションした結果を模式的に示すものである。
ＯＰＣ（像担持体１）上には、６００ｄｐｉの１ドット（４２μｍ）の負潜像が形成され、この負潜像によってその上方の空間に現像空間６３が形成されている。なお、潜像がもっと大きければ、もっと上空まで現像空間は広がる。一方、静電搬送ローラ４２には、電極５２ａ〜５２ｌが配置されている。この静電搬送ローラ４２で搬送されてホッピングするトナー６０は粒径と帯電量に分布がある（ここでは大きさの異なる円で示している。）。

ここで、負帯電トナー６０がこの空間６３に到達すると、そこでは負帯電トナー６０を像担持体１に向かわせる静電力が働くので、負帯電トナー６０は像担持体１に向かいそこに着地して１ドット潜像を現像する。つまり、図５ないし図８の順に時間が経過すると、静電搬送ローラ４２でホッピングされたトナーの一部が１ドット潜像（画像部）の現像空間６３に到達し、これを現像しているのがわかる。これに対して、１ドット潜像以外の部分、すなわち、像担持体１の地肌部（非画像部）では、ホッピングされたトナー６０が、途中から静電搬送ローラ４２側へ引き返し始めているのが分かる。

この現象、即ちホッピングされたトナーが潜像部（画像部）に向かって引き込まれ、地肌部では反発される様子は、高速度カメラでも実際に確認されている。このため、ＥＨ現像では、地肌部にある、先行現像トナー像を乱すことなく、新しい潜像のみを、たとえそれが、微小な潜像でも確実に現像することができるのである。

次に、この画像形成装置における１感光体１回転１回帯電１回画像露光色重ね方式によるフルカラー画像の形成プロセスを図９ないし図１２を参照して説明する。なお、ここでは各行程における５基本色（ブラック、ホワイト、イエロー、マゼンタ、シアン）に対する表面電位は基本的には実測値を用いて説明しているが、一部実測できないところはシミュレーション値を用いて説明する。

先ず、図９（ａ）に示すように、像担持体（ここでは「ＯＰＣベルト」という。）１を１００ｍｍ／ｓｅｃで定速走行させている状態で、接触帯電ローラ２に図示しない電源によって−８００Ｖを印加することで、ＯＰＣベルト１は−８００Ｖに均一に帯電する。

次に、図９（ｂ）に示すように、書き込み装置３によってＯＰＣベルト１上に画像露光を行ってｎレベルの電位差潜像を形成する。このとき、露光光強度を色ごとに変えて５（ｎ＝５）レベルの電位パターンを形成する。ここでは、再現する基本５色、ブラック（以下「Ｂｋ」とも表記する。）、ホワイト（以下「Ｗ」とも表記する。）、イエロー（以下「Ｙ」とも表記する。）、マゼンタ（以下「Ｍ」とも表記する。）、シアン（以下「Ｃ」とも表記する。）に対応して光強度を相対値で、０．７４，０．００，０．１５，０．３２，０．５２と変えて、その電位を、−３１７Ｖ（ブラック潜像）、−８００Ｖ（地肌部電位＝Ｗ）、−６６３Ｖ（イエロー潜像）、−５３６Ｖ（マゼンタ潜像）、−４１７Ｖ（シアン潜像）にした。

そして、図９（ｃ）に示すように、ブラック用現像装置４Ｋの静電搬送ローラ４２に、−３８７Ｖ±８０Ｖの矩形波を印加して、ブラック潜像を、平均比電荷ｑ／ｍ＝−２０μＣ／ｇに帯電しているブラックトナーｋｔで反転現像する。このとき、従来の現像電極に相当する静電搬送ローラ４２の電極１０２の時間的、場所的平均電位Ｖｂは−３８７Ｖで、ブラック潜像電位は−３１７Ｖであるので、ＯＰＣベルト（像担持体）１と静電搬送ローラ４２間にホッピングされた負帯電トナーは、この間に形成されている電界が、この負帯電トナーに作用する静電力で画像（露光）画素に向かいここに付着する。

このとき、ＯＰＣ（像担持体１）上に付着したブラックトナーｔｋの単位面積当たりの質量ｍ／Ａは０．５ｍｇ／ｃｍ^２で、その電位は、−６０Ｖである。すなわち、現像された部分の電位は、露光後の−３１７Ｖより、それにトナー電位−６０Ｖを加えた−３７７Ｖになっている。

ブラック（Ｋ）現像後、引き続いて、図１０（ａ）に示すように、ＬＥＤを用いた均一露光器２３Ａによって波長６５０ｎｍの光をＯＰＣベルト１に照射して、相対光量０．２０で均一露光する。このとき、黒トナーｋｔで現像された部分の電位は、ＬＥＤ光の約９０％が黒トナーで吸収されるため、その電位は−３７７Ｖから−３６０Ｖにわずかに下がるだけである（本明細書では絶対値で「上がる」、「下がる」、「高くなる」、「低くなる」と表記する。）。なお、トナーの現像量ｍ／Ａがもっと多ければ電位の下がり方はさらに小さくなるが、現像量ｍ／Ａをこれ以上増やしても得られる画像濃度はほとんど上がらないため、通常これ以上は現像させない。

一方、黒トナーで現像されなかった部分の電位は、ＬＥＤ光を１００％受けて大きく下がる。すなわち、Ｗ、Ｙ、Ｍ、Ｃ対応部の電位はそれぞれ、−８００Ｖから−６２５Ｖ、−６６３Ｖから−４９２Ｖ、−５３６Ｖから−３７１Ｖ、−４１７Ｖから−２６０Ｖに下がる。なお、図中、破線は露光前の電位を、実線は露光後の電位を示している。以下同じである。）。

引き続いて、図１０（ｂ）に示すように、シアン用現像装置４Ｃの静電搬送ローラ４２に−３３０Ｖ±８０Ｖを印加してシアントナーｃｔで反転現像する。ブラックと同様に、反転現像で、バイアス電位−３３０Ｖより７０Ｖ低い−２６０Ｖになっているシアン潜像に負帯電シアントナーｃｔが付着する。そのトナー電位も−６０Vで、その点の現像後の電位は−３２０Vになる。

次に、図１１（ａ）に示すように、ＬＥＤを用いた均一露光器２３Ｂによって波長６５０ｎｍの光をＯＰＣベルト１に照射して、相対光量０．２３で２回目の均一露光する。このとき、ブラックトナーｋｔ及びシアントナーｃｔで現像された部分の電位は、ＬＥＤ光の約９０％がブラックトナーｋｔ及びシアントナーｃｔで吸収されるため、その点の電位はあまり下がらず、トナーのない部分の電位はＬＥＤ光を１００％受けて大きく下がる。なお、均一露光の波長を６５０ｎｍとしたのは、シアントナーの分光透過率が６５０ｎｍで一番低かったからである。

例えば、２回目の均一露光の結果、ブラックトナーｋｔ及びシアントナーｃｔの存在する部分の電位は、それぞれ、−３６０Ｖから−３４２Ｖ、−３２０Ｖから−３０２Ｖと少し下がり、トナーのない部分の電位は、Ｗ、Ｙ、Ｍ対応部でそれぞれ、−６２５Ｖから−４３５Ｖ、−４９２Ｖから−３１１Ｖ、−３７１Ｖから−２０１Ｖに大きく下がった。

引き続いて、図１１（ｂ）に示すように、マゼンタ用現像装置４Ｍの静電搬送ローラ４２に−２７１Ｖ±８０Ｖを印加してマゼンタトナーｍｔで反転現像する。ブラックと同様に、反転現像で、バイアス電位−２７１Ｖより７０Ｖ低い−２０１Ｖになっているマゼンタ潜像に負帯電マゼンタトナーｍｔが付着する。そのトナー電位も−６０Vで、その点の現像後の電位は−３３１Ｖになる。

次に、図１２（ａ）に示すように、ＬＥＤを用いた均一露光器２３Ｃによって波長５８３ｎｍの光をＯＰＣベルト１に照射して、相対光量０．３０で３回目の均一露光する。波長５８３ｎｍは、シアントナーｃｔ及びマゼンタトナーｍｔに共通で光透過率が最も低くなる波長である。

この結果、１回目、２回目の均一露光と同様に、ブラックトナーｋｔ、シアントナーｃｔ及びマゼンタトナーｍｔで現像された部分の電位はあまり下がらず、トナーのない部分の電位はＬＥＤ光を１００％受けて大きく下がる。例えば、ブラックトナーｋｔ、マゼンタトナーｍｔ及びシアントナーｍｔのある部分の電位は、それぞれ、−３４２Ｖから−３１７Ｖ、−２７１Ｖから−２１７Ｖ、−３０２Ｖから−２５６Ｖに下がる。ブラックトナーのある部分の電位の下がり方に比して、マゼンタトナー、シアントナーのある部分の下がり方が少し大きいのは、５８３ｎｍでの透過率が６５０ｎｍより大きく約８０％の光しか吸収しないためである。一方、トナーの無い部分の電位は、Ｗ、Ｙ対応部でそれぞれ、−４３５Ｖから−２１８Ｖ、−３１１Ｖから−１１８Ｖに大きく下がる。

引き続いて、図１２（ｂ）に示すように、イエロー用現像装置４Ｙの静電搬送ローラ４２に−１８８Ｖ±８０Ｖを印加してイエロートナーｙｔで反転現像する。ブラックと同様に、反転現像で、バイアス電位−１８８Ｖより７０Ｖ低い−１１８Ｖになっているイエロー潜像に負帯電イエロートナーｙｔが付着する。

これにより、ＯＰＣベルト1上にフルカラートナー像を完成させた。

このように、１回の帯電と、１回の画像露光（潜像形成）と４回の現像を行なって、ＯＰＣベルト１に形成したフルカラートナー像を、転写ローラ５に転写電圧−３００Ｖを印加して、普通紙（転写部材７）上に静電転写し、定着装置６で定着してフルカラープリントを得る。

このようにして得られたフルカラープリントの画像濃度は濃度的には低めであったがパステルカラー調の明るい画像が得られた。

このように像担持体に対して１回の均一帯電の後、一回の画像露光で像担持体上に、ｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に、反転現像で第１色トナーを付着させ、引き続き、第１色トナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、第１色トナーで現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を第２色トナーで現像し、引き続き、第１、第２色両トナー共通で透過率の低い波長で二回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第３色トナーで現像し、引き続いて、第１ないし第３色トナー共通で透過率の低い波長の光で三回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第４色トナーで反転現像して、像担持体上にカラー画像を形成することによって、普通の感光体でワンショットフルカラーが可能な新しい画像形成装置が得られる。

この場合、第１色トナーの光透過率が最も低いことで、その後の均一露光によって現像されなかった部分の電位を下げる場合に、より確実に又はより多い段階で電位を下げることができる。そして、第１色トナーを黒色トナーとすることによって光透過率を最も低くすることができる。また、第１ないし第４色トナーが、黒、シアン、マゼンタ、イエローのトナーの組合せであって、フルカラー画像を形成することで、新しいワンショット露光によるフルカラー画像形成装置を得ることができる。

次に、現像手段の構成との関係について説明する。上述したようにワンショット露光を行った後、所要の色のトナーで現像し、均一露光を行って電位を下げて、次の色のトナーで現像を行う場合、小さな電位差でも正確に現像できる現像方式が好ましい。このような低電位差での現像方式で現像可能な現像手段としては、前述したようにＥＨ現像を行なうＥＨ現像装置が最も適している。すなわち、ＥＨ現像では、従来の現像方式に対して、静電搬送でトナーをホッピングさせて像担持体の潜像に近づけさせて、その地点で、潜像がそこに形成している電界で画像に引き込まれるか、地肌から反発されるかで現像するために高い現像感度が得られる。

このＥＨ現像が高感度現像方式であることについて従来の二成分現像方式との対比で説明する。
従来の現像方式の代表例である二成分現像（磁気ブラシ現像）の現像電位差に対するトナーの単位面積当たりの現像量ｍ／Ａは、例えば図１３に示すようなものである（「ゼログラフィーの原理と最適化」、著者：Merlin Scharfe 訳者：富士ゼロックス総合研究所コロナ社 p.65）。

通常のプリントに必要な画像濃度は１．４で、その画像濃度を得るために必要な単位面積当たりのトナー質量ｍ／Ａは０．５ｍｇ／ｃｍ^２である。すなわち、従来の磁気ブラシ現像では、画像の電位と現像バイアスとの差、現像電位差は３００Ｖ必要になる。これは、現像するために、すなわちキャリアよりトナーを剥離してＯＰＣ潜像の画像部に付着させるために必要な電位差で、実は、ＯＰＣの潜像の地肌部に何らかの理由で付着したトナーをＯＰＣより剥離して磁気ブラシに戻すために同じだけの電位差が必要になる。合わせると、６００Ｖの電位差が必要になる。

そこで、通常のプリンタや複写機などの画像形成装置にあっては、一般的に、像担持体を−７００Ｖに帯電して、画像露光により画像部の電位を−１００Ｖにして、現像バイアス−４００Ｖを印加して現像しているのである。

そのため、従来の現像方式で、１感光体１回転１回帯電１回画像露光色重ね方式で画像を形成しようとしても、像担持体の帯電電位を、−１８００Ｖより大きくしなければならず、この場合、感光層に加わる電界が通常の３倍にもなり、感光体の寿命は非常に短くなる。感光層の厚さを３倍にすれば、感光層に加わる電界は同じになるが、通常の電荷発生層が電荷移動層の下側にある積層ＯＰＣの場合は、光で発生した正孔が３倍厚い電荷移動層中を移動中に広く拡散するため、ボケボケの画像となり実際には使用できない。

なお、非接触のジャンピング現像でも、実際には、磁気ブラシと同様にキャリアからトナーをはがし、また地肌に付いたトナー（非接触とはいえ、トナーはキャリアと像担持体間を激しく往復移動しているため地肌に付着するトナーも発生する）を逆に剥がすために、ほとんど同じ位の電位差が必要になる。

これに対して、ＥＨ現像方式においては、現像感度は、図１４に示すように非常に高い。この図１４より、必要とされる単位面積当たりのトナー質量ｍ／Ａ＝０．５ｍｇ／ｃｍ^２を得るために必要な現像電位差は、わずか、７０Ｖであることが分かる。また、ＥＨ現像は、基本的に地肌にトナーを接触させないので、それを回収する強い電界は不要で、ただ、ホッピングしたトナーをゆるやかに戻す電界だけが必要である。このために、上記実施形態では、３０Ｖの電位を割いているが、実際には１０Ｖでも十分で、０Ｖでも地汚れになることはない。

そのため、上記実施形態では最初の１回の帯電で、帯電電位を−８００Ｖにしたが、実際にはもっと小さな帯電電位でも可能である。

また、図１４は、トナーの平均比電荷ｑ／ｍが−２３μＣ／ｇのときであったが、ｑ／ｍを小さくすると、ｍ／Ａ＝０．５ｍｇ／ｃｍ^２を得るのに必要な現像電位差は比例して小さくできるので、この点からも、より低い電位の帯電で可能になる。

なお、上記実施形態において、ＥＨ現像を行う現像装置に代えて、従来のパウダークラウド現像を使用して現像を行う現像装置を用いることもできる。パウダークラウドの場合も、ＥＨ現像と同様に、トナーは空中に比較的自由に浮かんでいるので、小さな現像電界でコントロールすることができ、必要な電位も低くできる。ただし、従来のパウダークラウド現像では、ＥＨ現像と異なり、トナーの動きはコントロールされていないので、地汚れが発生しやすい。

また、電子写真感光体を使用して電子写真法で電位差潜像を形成する代わりに、誘電体を使用し、静電記録と同様に、静電スタイラス等で、直接、像担持体上に静電的に電位差潜像を形成する構成とすることもできる。この場合の電位差潜像形成後の構成については上記各実施形態と同様であるので、説明を省略する

さらに、上記実施形態ではフルカラー画像を形成する画像形成装置の構成で説明したが、２色のトナー、３色のトナー、４色のトナーあるいはそれ以上のトナーを使用して、多色画像を形成する画像形成装置として構成することもできる。

次に、比較例について説明する。
〈比較例１〉
上記実施形態において、感光層厚２０μｍのＯＰＣに代えて、感光層厚４０μｍのＯＰＣを使用したところ、孤立１ドットに混色が発生した。例えば、Ｃ孤立画素にＭトナーやＹトナーが少し混ざって色がにごってしまった。これは、感光層が厚いため、孤立Ｃトナー画素の回りに照射されたＬＥＤ光が回りこんで、孤立Ｃトナー画素の直下も露光してしまったためと、直下の外側で発生した光キャリア（正孔）が、電荷移動層を移動中に、互いのクーロン斥力で孤立Ｃトナー画素の直下にも拡散したためである。

これを防ぐためには、少なくとも、感光層厚を１ドットの大きさより小さくする必要があり、完璧に防ぐためには、光キャリアの発生領域を感光層表面にするのが良い。

〈比較例２〉
上記実施形態において、最初にＹトナーで現像し、一回目の均一露光を波長５８３ｎｍのＬＥＤ光で行なったところ、イエロー画像にわずかではあるが、混色が発生した。これは、イエロートナーはブラックトナーと異なって遮光率が少し悪いためである。

これは、その分、電位を余分に取ることで解消することが可能であるが、電位の無駄使いをなくすためには、遮光率の高いトナーから順番に使うのがよく、上述したようにブラックトナーを第１色トナーとして現像する方が良い。

本発明の実施形態に係るカラー画像を形成可能な画像形成装置の一例を示す構成図である。同画像形成装置の現像装置を説明する説明図である。同現像装置の静電搬送ローラの説明に供する要部拡大説明図である。同静電搬送ローラに印加する駆動波形の一例を示す説明図である。同じくＥＨ現像におけるトナーの位置の時間変化をシミュレーションした結果を模式的に示す説明図である。同じく図５よりも後の時間の説明図である。同じく図６よりも後の時間の説明図である。同じく図７よりも後の時間の説明図である。同画像形成装置による色重ね方式でカラー画像を形成するときの一色目の画像形成の説明に供する説明図である。同じく二色目の画像形成の説明に供する説明図である。同じく三色目の画像形成の説明に供する説明図である。同じく四色目の画像形成の説明に供する説明図である。従来の二成分現像装置における現像電位差に対するトナーの単位面積当たりの現像量の説明に供する説明図である。ＥＨ現像における現像電位差に対するトナーの単位面積当たりの現像量の説明に供する説明図である。

符号の説明

１…像担持体（ＯＰＣベルト）
２…接触型帯電装置（接触型帯電ローラ）
３…書き込み装置（露光装置）
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ…均一露光器
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ…現像装置
５…転写装置
６…定着装置
７…転写材
８…給紙装置

Claims

少なくとも４色の第１色ないし第４色のトナーを使用して像担持体上にカラー画像を形成する画像形成装置において、前記像担持体に対して１回の均一帯電の後、一回の画像露光で前記像担持体上に、ｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に、反転現像で前記第１色トナーを付着させ、引き続き、第１色トナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、第１色トナーで現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を第２色トナーで現像し、引き続き、第１、第２色両トナー共通で透過率の低い波長で二回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第３色トナーで現像し、引き続いて、第１ないし第３色トナー共通で透過率の低い波長の光で三回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第４色トナーで反転現像して、前記像担持体上にカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、第１色トナーの光透過率が最も低いことを特徴とする画像形成装置。
請求項２に記載の画像形成装置において、前記第１色トナーが黒色トナーであることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記像担持体の感光層厚が１画素の大きさより小さいことを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記像担持体の光キャリア発生領域が感光層の表面にあることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記第１ないし第４色トナーが、黒、シアン、マゼンタ、イエローのトナーの組合せであって、フルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
少なくとも２色のトナーを使用して像担持体上に多色画像を形成する画像形成装置において、前記像担持体に対して１回の均一帯電の後、一回の画像露光で前記像担持体上に、ｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に反転現像でトナーを付着させ、以後、付着した１又は複数のトナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を次のトナーで現像して前記像担持体上に多色画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
少なくとも４色の第１色ないし第４色のトナーを使用して像担持体上にカラー画像を形成する画像形成装置において、前記像担持体に対して静電的にｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に、反転現像で前記第１色トナーを付着させ、引き続き、第１色トナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、第１色トナーで現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を第２色トナーで現像し、引き続き、第１、第２色両トナー共通で透過率の低い波長で二回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第３色トナーで現像し、引き続いて、第１ないし第３色トナー共通で透過率の低い波長の光で三回目の均一露光を行ない、その結果絶対値で最低電位となった個所を第４色トナーで反転現像して、前記像担持体上にカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
少なくとも２色のトナーを使用して像担持体上に多色画像を形成する画像形成装置において、前記像担持体に対して静電的にｎレベルの電位差潜像を形成し、その絶対値で最も電位の低い個所に反転現像でトナーを付着させ、以後、付着した１又は複数のトナーの透過率が低い波長の光で均一露光して、現像されなかった部分の電位をその絶対値で下げて、その結果絶対値でもっとも低い電位となった部分を次のトナーで現像して前記像担持体上に多色画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし９のいずれかに記載の画像形成装置において、パウダークラウド状態で現像を行なう現像手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし９のいずれかに記載の画像形成装置において、前記トナーを移相電界でホッピングさせて現像を行なうＥＨ現像を用いた現像手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。