JP2008139649A - カラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を形成する画像形成装置において、白抜け文字後端濃度ムラ等の画質不良を発生させず、粒状性の良好な画像を形成する。
【解決手段】黒色トナーを有する現像装置の現像主磁極を、現像領域において現像剤担持体の回転中心軸と像担持体の回転中心軸とを結ぶ最近接位置より現像スリーブの回転方向下流側の第１位置に配置し、有色トナーを有する現像装置の現像主磁極を、現像領域内において第１位置より現像剤担持体の回転方向下流側の第２位置に配置するとともに、第２位置に配置した現像主磁極を内包する現像剤担持体に印加する現像バイアス電源の交番電界のピーク・ツゥ・ピーク電圧を、第１位置に配置した現像主磁極を内包する現像剤担持体に印加する現像バイアス電源の交番電界のピーク・ツゥ・ピーク電圧よりも低く設定したカラー画像形成装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及び複合機能を有する画像形成装置に関し、特に、像担持体上の静電潜像を現像する複数の現像装置を備えたカラー画像形成装置に関するものである。

従来の現像装置においては、回転する像担持体に近接して、回転する現像ローラが配置されている。現像ローラは像担持体に対向する側に開口部を有する現像装置本体に収納されている。現像ローラは、その内部に磁石を有し、現像ローラの外周表面にトナー粒子と磁性粒子（キャリア）とを混合した二成分現像剤を担持している。

この現像装置は、トナーとキャリアとから成る二成分現像剤を収容する現像装置本体、磁石から成る磁界発生手段を内部に有する現像ローラ、現像ローラに現像剤を搬送して供給する現像剤供給部材、現像ローラ上の現像剤層厚を所定量に規制する現像剤層厚規制部材、現像剤を撹拌して現像剤搬送部材に搬送する現像剤撹拌部材から構成されている。

現像装置本体の上部に設けられたトナー補給口部を通して、トナーカートリッジから現像装置本体内に補給されたトナーは、回転する現像剤撹拌搬送部材により現像装置本体内に収容された現像剤と撹拌、混合されて均一なトナー濃度になり、回転する現像剤搬送部材により現像ローラの外周面上に供給され、現像ローラ上の現像剤のうち、トナーのみが現像領域で像担持体上に付着する。

特許文献１に開示された現像装置は、カウンター現像方式において、磁界発生手段による磁気力Ｆｒのピーク位置を最近接部より下流側に位置させることにより、導電性磁性粉による不具合を軽減させるものである。

特許文献２に開示された現像装置は、現像電界発生手段において発生させる電界が、周波数５．４ｋＨｚ以上、ＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピーク電圧値が９００Ｖ以下の交番電界であるように設定したものである。

特許文献３に開示された現像装置は、画像端部の欠けとカブリ、粒状性の観点でキャリアの抵抗と周波数を規定したものである。
特開２００２−１１６６２６号公報 特開２００５−１８９２５１号公報 特開平５−６１２７１号公報

特許文献１に開示された現像装置では、磁気力Ｆｒのピーク位置（主磁極位置）を下流側に設定することで、現像ニップ付近での現像剤密度が下がり画像としては粒状性が低下した荒れた画像になってしまう。よって、主磁極を最近接部から変更する場合にはそれに伴い、ＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピーク電圧値も適正化する必要がある。

カウンター現像方式における「白抜け文字下流の濃度ムラ」に対しては、主磁極位置を現像ローラ回転方向下流側に変更し、キャリアのカウンターチャージによる掻き取り効果をなくすことが有効であり、特許文献２に記載された現像条件のみでは良好な画像を得るためには不十分である。

特許文献３に開示された現像装置では、周波数のみの調整では画像端部の欠けとカブリ、粒状性との両立は難しい。

近年、高画質／高耐久化が望まれており、その対応策として現像剤中のキャリア粒径及びトナー粒径の小径化やフェライト等で構成されるキャリア粒径の表面に、帯電特性を持たせるために被服している樹脂被膜の高厚化などが行われている。しかし、そうした対応を取ると今度はトナーの帯電量が高くなり、現像性が低下するという問題が生じる。そこでそうした現像性の低下する高抵抗な小径キャリア、小径トナーを使いこなすためには感光体ドラムと現像ローラとの最近接部において互いに反対方向に搬送して現像剤の供給能力を上げ、現像効率を上げたカウンター現像方式を用いることが好ましい。

ここで、小径キャリアとして用いるキャリア粒径は代表的な湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「ヘロス（ＨＥＬＯＳ）」（シンパティック（ＳＹＭＰＡＴＥＣ）社製（登録商標））により測定することができ、体積平均粒径として３０〜４０μｍが好ましい。また、キャリア抵抗としては体積抵抗１０¹⁰〜１０¹²（Ω・ｃｍ）が好ましく、その測定方法としては２５℃／５０％ＲＨの環境下にて１２時間放置したキャリアを使用し、平行電極の間にキャリアを充填し、その高さ（Ｈｃｍ）を測定する。ついで、一定の荷重（３９．２ｋＰａ）を付与した状態でその間に１０００Ｖの直流電圧を印加し、３０秒後の電流値（ＩＡ）を測定することで下記算出式より抵抗を算出する。

なお、測定環境は温度２５℃、湿度５０％ＲＨである。電気抵抗（Ω・ｃｍ）＝１０００／（Ｉ×Ｈ）
トナー粒径は、コールターカウンターＴＡ−あるいはコールターマルチサイザー（コールター社製（何れも登録商標））で測定された個数平均粒径で５．０〜６．５μｍが好ましい。

上述のように、高抵抗キャリアをカウンター現像方式で用いると新たな問題として「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生した。

これは下記の図７に示すようにベタ画像中に形成される白く抜けた文字の後端部分に位置するベタ画像のエッジ部分が濃度不均一となり、濃度低下する「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生する。この「白抜け文字後端濃度ムラ」は、白抜け文字の後端部分のべたエッジ部分が図示のように不鮮明になるもので、横幅の狭い文字部分がより顕著に認識される。

上記のような「白抜け文字後端濃度ムラ」の対策として、現像ローラの主磁極の位置を振って対策をするなどあるが、「白抜け文字後端濃度ムラ」の観点のみで主磁極位置を変更すると現像剤の穂立ちが疎の状態となり、「掃き目ムラ」などの画像欠陥が発生するようになった。

そこで、本特許においては上記「白抜け文字後端濃度ムラ」の改善と、「掃き目ムラ」の未発生の両方を対策する案を検討した。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、複数のトナー像を重ね合わせてフルカラー画像を得る画像形成装置において、「白抜け文字濃度ムラ」（後端白抜け）等の画質不具合を発生させず、粒状性の良好な画像を得る現像装置を備えた画像形成装置を提供することにある。

上記の目的は、下記の本発明により達成される。

１． 表面に静電潜像が形成される回転可能な円筒状の像担持体と、該像担持体に対向して回転可能に配置され、且つ、前記像担持体に近接する現像領域に現像剤を担持して搬送する円筒状の現像剤担持体と、この現像剤担持体内に固定配置される現像主磁極と現像剤搬送磁極とを有する磁界発生手段と、前記現像剤担持体に交番電界と直流電界とを重畳する現像バイアス電源、とを有する現像装置を複数備えたカラー画像形成装置において、
少なくとも１つの前記現像装置の現像主磁極を、前記現像領域において前記現像剤担持体の回転中心軸と前記像担持体の回転中心軸とを結ぶ最近接位置より前記現像剤担持体の回転方向下流側の第１位置に配置し、他の前記現像装置の少なくとも１つの現像装置の現像主磁極を、前記現像領域内において前記第１位置より現像剤担持体の回転方向下流側の第２位置に配置するとともに、前記第２位置に配置した前記現像主磁極を内包する前記現像剤担持体に印加する前記現像バイアス電源の交番電界のピーク・ツゥ・ピーク電圧を、前記第１位置に配置した前記現像主磁極を内包する前記現像剤担持体に印加する前記現像バイアス電源の交番電界のピーク・ツゥ・ピーク電圧よりも低く設定したことを特徴とするカラー画像形成装置。

２． 表面に静電潜像が形成される回転可能な円筒状の像担持体と、該像担持体に対向して回転可能に配置され、且つ、前記像担持体に近接する現像領域に現像剤を担持して搬送する円筒状の現像剤担持体と、この現像剤担持体内に固定配置される現像主磁極と現像剤搬送磁極とを有する磁界発生手段と、前記現像剤担持体に交番電界と直流電界とを重畳する現像バイアス電源、とを有する現像装置を複数備えたカラー画像形成装置において、少なくとも１つの前記現像装置の現像主磁極を、前記現像領域において前記現像剤担持体の回転中心軸と前記像担持体の回転中心軸とを結ぶ最近接位置より前記現像剤担持体の回転方向下流側の第１位置に配置し、他の前記現像装置の少なくとも１つの現像装置の現像主磁極を、前記現像領域内において前記第１位置より現像剤担持体の回転方向下流側の第２位置に配置するとともに、前記第２位置に配置した前記現像主磁極を内包する前記現像剤担持体に印加する前記現像バイアス電源の交番電界の周波数値を、前記第１位置に配置した前記現像主磁極を内包する前記現像剤担持体に印加する前記現像バイアス電源の交番電界の周波数値よりも高く設定したことを特徴とするカラー画像形成装置。

３． 前記１または２に記載の複数の現像装置を有し、黒色の現像剤を有する現像装置により形成される黒色トナー像と、有色の現像剤を有する複数の現像装置により形成される有色トナー像とを被転写体に順次転写させて、被転写体上に複数のトナー像を重ね合わせた後、記録用紙上に転写してフルカラー画像を形成することを特徴とするカラー画像形成装置。

第１の本発明によれば、ブラック現像剤では「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生し難いため、像担持体との最近接位置に近い第１位置に主磁極を設定し、ＡＣバイアスはその分、現像性に対して良好な高いピーク・ツゥ・ピークとすることにより、粒状性や「掃き目」除去が確保される。

カラー現像剤では「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生しやすいため、その画像欠陥を改善させるため現像主磁極位置を現像剤搬送方向下流側の第２位置に設定した。それによって生じる「掃き目」や粒状性の悪化はＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピークを、十分な現像性を得られるように高く設定したブラック現像剤よりも低く設定することで改善させ、「白抜け文字後端濃度ムラ」と粒状性の悪化を発生させることなく、良好な画像を長期に亘って得ることが可能となった。

第２の本発明によれば、ブラック現像剤では「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生し難いため、像担持体との最近接位置に近い第１位置に主磁極を設定した。ＡＣ周波数はその分、現像性に対して良好である低めの周波数に設定することにより、粒状性が確保される。

カラー現像剤では「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生しやすいため、その画像欠陥を改善させるため現像主磁極位置を現像剤搬送方向下流側の第２位置に設定した。それによって生じる粒状性の悪化はＡＣバイアスの周波数をブラック現像剤よりも高く設定することで改善させ、「白抜け文字後端濃度ムラ」と粒状性の悪化を発生させることなく、良好な画像を得ることが可能となった。

第３の本発明によれば、異なる色の現像剤をそれぞれ収容する複数の現像装置を有するカラー画像形成装置において、「白抜け文字後端濃度ムラ」の発生を防止し、かつカラー画像の粒状性を均一に保持し、高画質のフルカラー画像を得る事ができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。

図１は、本発明に係る画像形成装置の構成図である。

画像形成装置Ａは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成手段１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、ベルト状の中間転写体６と給紙装置２０及び定着装置３０とから構成されている。

画像形成装置Ａの上部には、画像読取装置ＳＣが設置されている。原稿台上に載置された原稿は画像読取装置ＳＣの原稿画像走査露光装置の光学系により画像が走査露光され、ラインイメージセンサに読み込まれる。ラインイメージセンサにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、光書込手段３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに入力される。

イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｙは、像担持体１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、光書込手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段５Ｙを有する。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｍは、像担持体１Ｍ、帯電手段２Ｍ、光書込手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段５Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｃは、像担持体１Ｃ、帯電手段２Ｃ、光書込手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段５Ｃを有する。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成手段１０Ｋは、像担持体１Ｋ、帯電手段２Ｋ、光書込手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段５Ｋを有する。

帯電手段２Ｙと光書込手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと光書込手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと光書込手段３Ｃ及び帯電手段２Ｋと光書込手段３Ｋとは、潜像形成手段を構成する。

４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の小粒径トナーとキャリアからなる二成分現像剤を収容する現像装置である。

中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。

画像形成手段１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に一次転写手段７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにより逐次転写されて、合成されたカラー画像が形成される。

給紙装置２０の給紙カセット２１内に収容された記録紙Ｐは、給紙手段（第１給紙部）２２により給紙され、給紙ローラ２３，２４，２５，２６、レジストローラ（第２給紙部）２７等を経て、二次転写手段９に搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される。

なお、画像形成装置Ａの下部に鉛直方向に縦列配置された３段の給紙カセット２１は、ほぼ同一の構成をなす。また、３段の給紙手段２２も、ほぼ同一の構成をなす。給紙カセット２１、給紙手段２２を含めて給紙装置２０と称す。

カラー画像が転写された記録紙Ｐは、定着装置３０において記録紙Ｐが挟持され、熱と圧力とを加えることにより記録紙Ｐ上のカラートナー像（或いはトナー像）が定着されて記録紙Ｐ上に固定され、排紙ローラ２８に挟持されて機外の排紙トレイ２９上に載置される。

一方、二次転写手段９により記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを曲率分離した中間転写体６は、クリーニング手段８により残留トナーが除去される。

なお、画像形成装置Ａの説明においては、カラー画像形成にて説明したが、モノクロ画像を形成する場合も本発明に含まれるものである。

以下、像担持体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを像担持体１と称し、現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋを現像装置４と称す。

図２は、本発明に係る現像装置の第１の実施の形態を示す断面図であり、図２（ａ）は黒色現像剤を収容する現像装置４Ｋの断面図、図２（ｂ）は有色の現像剤、例えばイエロー色現像剤を収容する現像装置４Ｙの断面図である。なお、有色の現像装置１０Ｍ、１０Ｃは、現像装置４Ｙと同じ構成であるから、以下、現像装置４Ｙを代表として説明する。

現像装置４の筐体は下方の下部ケーシング４０と、上方の上部ケーシング５０とから成る二分割構成をなし、開閉可能である。

現像装置４の下部ケーシング４０内には、現像ローラ４１、第１現像剤攪拌搬送部材（以下、第１攪拌部材と称す）４３、第２現像剤攪拌搬送部材（以下、第２攪拌部材と称す）４４、現像剤供給ローラ（以下、供給ローラと称す）４５、現像剤案内部材（以下、ガイド部材と称す）４６等が配置されている。

下部ケーシング４０は、第１攪拌部材４３を収容する現像剤供給室４０１と、第２攪拌部材４４を収容する現像剤攪拌室４０２とから成る。現像剤供給室４０１と現像剤攪拌室４０２とは、下部ケーシング４０の底部から直立した隔壁部４０３を挟んで両側に形成されている。

現像ローラ４１は回転可能な現像スリーブ（現像剤担持体）４１Ａと固定された磁界発生手段（マグネットロール）４１Ｂとから構成されている。

現像スリーブ４１Ａと第１攪拌部材４３との対向近接点において、現像スリーブ４１Ａは下方から上方に回動し、第１攪拌部材４３は上方から下方に回動する。

上部ケーシング５０の内部の天井部には、広い空間部が形成され、現像剤整流空間Ｗを形成している。

現像ローラ４１は、静電潜像を担持する像担持体１に対向して配置され、図示しない駆動源により駆動回転される。現像スリーブ４１Ａには、現像バイアスとして交流電源Ｅ１による交流電圧と、直流電源Ｅ２による直流電圧とが重畳される。

磁界発生手段４１Ｂは、現像スリーブ４１Ａの内方に配置され、７極の磁極Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を有する。磁極Ｎ１は現像主磁極（以下、主磁極と称す）、磁極Ｎ２は剥取磁極、磁極Ｎ３は現像ローラ４１上の現像剤搬送量を規制する規制磁極（汲上磁極）である。７極の磁極Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３によって、図示の磁力分布が形成される。

現像剤量規制部材５１の先端部は、磁界発生手段４１Ｂの規制磁極Ｎ３の近傍の位置に配置されている。

磁界発生手段４１Ｂの複数個の磁極のうち互いに隣接する２磁極Ｎ２，Ｎ３は、同極性に配置され反発磁界を形成している。現像剤剥ぎ取り用の剥取磁極Ｎ２は、現像スリーブ４１Ａ上の現像剤を剥ぎ取り飛散させる。現像剤受け入れ用の規制磁極Ｎ３は、供給ローラ４５により供給された現像剤を汲み上げて現像スリーブ４１Ａ上に付着させる。

第１攪拌部材４３は、第２攪拌部材４４から搬送された現像剤を攪拌して搬送し、現像ローラ４１に均一に供給する。第１攪拌部材４３、第２攪拌部材４４は何れも螺旋状のスクリュー部材である。

第２攪拌部材４４は第１攪拌部材４３に平行配置され、トナー補給手段４７から補給される新規トナーと現像スリーブ４１Ａから還流された現像剤とを混合、攪拌して第１攪拌部材４３の上流部に搬送する。

第１攪拌部材４３は回転軸方向に現像剤を搬送するとともに、回転軸のほぼ直角方向に現像剤を放出する。

現像剤量規制部材５１は磁性体より成り、規制磁極Ｎ３に対向し、現像スリーブ４１Ａ上の現像剤の層厚を規制する。供給ローラ４５は固定配置された５極の磁石Ｎ１，Ｎ２．Ｎ３．Ｓ１，Ｓ２を有する磁界発生手段を備え、第１攪拌部材４３から搬送される現像剤を保持して搬送し、現像剤整流空間Ｗに送り込む。

現像スリーブ４１Ａと第１攪拌部材４３との対向近接点の近傍に、ガイド部材４６を傾斜状に配置した。ガイド部材４６は、現像スリーブ４１Ａから剥ぎ取られて図２に示す白抜き矢印方向に搬送される下方の現像剤と、現像スリーブ４１Ａに供給される上方の現像剤とを隔てるとともに、供給ローラ４５により搬送される現像剤を堆積して現像ローラ４１に案内する。ガイド部材４６は、非磁性材料、例えば、ＡＢＳ樹脂等の合成樹脂、非磁性ステンレス鋼、アルミニウム合金、銅合金、セラミックス等により形成される。

第１攪拌部材４３の回転により掻き上げられた現像剤は、磁極を内蔵する供給ローラ４５の回転によって搬送され、現像剤整流空間Ｗに移送されて収容された後、ガイド部材４６上を整流状に一方向に移動して、回転する現像ローラ４１によって搬送され、現像剤量規制部材５１により現像剤高さが規制されて、像担持体１に対向する現像領域に搬送される。

現像剤整流空間Ｗには大量の現像剤を収容する事が可能であるから、ベタ画像を連続して大量に高速で現像処理する場合でも、現像ローラへの現像剤の供給不足による現像濃度不良が防止されてる。

更に、現像剤整流空間Ｗが現像剤で満たされたとき、供給ローラ４５から余剰に供給された現像剤は現像剤整流空間Ｗの入口部の供給ローラ４５から溢れ出して第１攪拌部材４３にもどされる。

図３は現像装置４における現像剤の循環を示す模式図である。以下、現像剤の循環を説明する。

（１） 現像剤攪拌室４０２の上流側において、現像剤供給室４０１から還流される現像剤と、トナー補給手段４７から補給される新規トナーとが搬入され、第２攪拌部材４４により攪拌、混合され、矢印Ｖ１で示す現像剤移動方向に搬送される。

（２） 混合された現像剤は、現像剤攪拌室４０２の下流側の第１開口部４０４を通過して、矢印Ｖ２で示すように搬送され、現像剤供給室４０１の上流側に導入される。現像剤供給室４０１内において、現像剤は第１攪拌部材４３により現像剤移動方向に搬送されつつ、矢印Ｖ３で示すように搬送される。

（３） 第１攪拌部材４３は回転軸方向に現像剤を搬送しつつ、矢印Ｖ４に示すように現像剤を供給ローラ４５に放出する。

（４） 供給ローラ４５上に担持された現像剤は、ガイド部材４６の傾斜面上に堆積される。

（５） ガイド部材４６上に堆積された現像剤は、回転する現像スリーブ４１Ａに担持されて、現像剤量規制部材５１によって現像剤層厚が規制されて通過し、矢印Ｖ５で示すように搬送される。

（６） 現像スリーブ４１Ａに担持された現像剤は、像担持体１と対向する現像剤領域において現像処理される。現像処理後にトナー濃度が低下した現像剤は、剥取磁極Ｓ１により、現像ローラ４１から剥ぎ取られる。

（７） 剥ぎ取られた現像剤は、矢印Ｖ６に示すように現像剤供給室４０１内に搬入される。

（８） 現像剤供給室４０１内に搬送された現像剤は、第１攪拌部材４３によって矢印Ｖ７に示すように搬送され、第２開口部４０５を通過して、矢印Ｖ８に示すように現像剤攪拌室４０２の上流側に導入される。

（９） 現像剤攪拌室４０２において、図示しないトナー濃度センサのトナー濃度検知信号によりトナー補給手段４７によるトナー補給が行われ、現像剤は矢印Ｖ１に合流する。

現像剤は上述のような循環系で搬送されるが、一部の現像剤は現像剤供給室４０１と現像剤攪拌室４０２間を矢印Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８で示すように循環する。

［画像形成の構成］
画像形成装置：Ａ４判用紙、フルカラー、毎分５１枚出力、タンデム型フルカラー複写機（コニカミノルタ８０５０（登録商標）、図１参照）
画像形成ライン速度（Ｌ／Ｓ）：２２０ｍｍ／ｓｅｃ、
感光体ドラム径：φ６０ｍｍ。有機半導体層としてフタロシアニン顔料をポリカーボネイトに分散させたものを塗布した。電荷輸送層を含めた感光体層の膜厚２５μｍ、
感光体非画像部電位：電位センサで検知しフィードバック制御（制御可能範囲は−２５０Ｖ〜−９００Ｖ）、全露光電位：−４５〜１５０Ｖ、
露光：レーザー走査方式：半導体レーザー（ＬＤ）のパワー３００μＷ、
［現像装置 ４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ］
現像スリーブ４１Ａ：直径φ３０ｍｍ、回転数３８２ｒｐｍ、
供給ローラ４５：直径φ１６ｍｍ、回転数２００ｒｐｍ、
磁界発生手段４１Ｂの磁極配置：７極（図２参照）、
第１攪拌部材４３、第２攪拌部材４４：外径φ３０ｍｍ、回転軸の直径φ８ｍｍ、回転数：６００ｒｐｍ、螺旋羽根の高さＨ：１１ｍｍ、
カウンター現像方式、
トナー濃度センサ：キャリアの透磁率を検出するセンサ、
現像バイアス： ＤＣバイアス（直流電源Ｅ２）：−２００〜−７００Ｖ、
ＡＣバイアス（交流電源Ｅ１）：０．５〜−２．０ｋＶｐ−ｐ、２〜７ｋＨｚ、
［現像剤］
乳化重合トナーと樹脂コーティングキャリアとの二成分現像剤（キャリアは粒径３３μｍ、キャリアの表面抵抗が１０¹³Ω・ｃｍである高抵抗キャリア、トナー径は６．５μｍ）、
これらの二成分現像剤のうち、磁性キャリアは４色ともほぼ同じ特性であるが、トナーの特性は、ブラック（Ｋ）と、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）とでは特性が異なる。即ち、ブラックトナーはカーボンブラック等から成り、電気抵抗が他の色（Ｙ、Ｍ、Ｃ）のトナーに比して低く導電性であるから、他の色のトナーとは現像特性が異なる。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図２乃至図４に基づいて説明する。

図２（ａ）に示す現像装置４Ｋおいて、Ｑ１は、現像剤担持体（以下、現像スリーブと称す）４１Ａと像担持体１とが対向する最近接部である。現像スリーブ４１Ａの回転中心Ｑ２と像担持体１の回転中心Ｑ３とを結ぶ共通法線をＬ１とし、主磁極Ｎ１の法線、即ち主磁極Ｎ１の最大磁束密度を表す法線をＬ２とする。共通法線Ｌ１と法線Ｌ２とのなす角度をθ１とする。この角度θ１を、最近接部Ｑ１から現像剤搬送方向下流側に−２°になるように主磁極Ｎ１を位置決めした（第１位置）。また、現像装置４Ｋの交流電源Ｅ１のピーク・ツゥ・ピーク電圧ＡＣｐ−ｐを１．０ｋＶに設定した。

ブラック現像剤を有する現像装置４Ｋでは、「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生し難いため、粒状性や「掃き目」画像の観点から有効な最近接部Ｑ１に近い位置に主磁極Ｎ１を設定し、ＡＣバイアスはその分、現像性に対して良好な高いピーク・ツゥ・ピーク値（図２（ａ）に示す１．０ｋＶ）とする。

図２（ｂ）に示す現像装置４Ｙにおいて、共通法線Ｌ１と法線Ｌ２とのなす角度θ２を、最近接部Ｑ１から現像剤搬送方向下流側に５°になるように主磁極Ｎ１を位置決めした（第２位置）。従って、現像装置４Ｙの第１位置の角度θ２は、現像装置４Ｋの第２位置の角度θ１より大きく、主磁極Ｎ１は最近接部Ｑ１より現像剤搬送方向下流側で遠い位置である。

また、現像装置４Ｋの交流電源Ｅ１のピーク・ツゥ・ピーク電圧ＡＣｐ−ｐを０．７ｋＶに設定した。従って、現像装置４Ｙの電圧ＡＣｐ−ｐは、現像装置４Ｋの電圧ＡＣｐ−ｐ（１．０ｋＶ）より低い設定である。

本発明においては「白抜け文字後端濃度ムラ」を改善させる手段として主磁極Ｎ１の位置の変更を行った場合に生じるようになった粒状性の悪化や「掃き目」画像の改善策を提案することでその両立を図ることとした。

下記にその粒状性の悪化と「掃き目」画像改善策の具体的手段を示す。

現像ローラ４１の主磁極Ｎ１の位置を現像剤回転方向の下流側に設定することで「白抜け文字後端濃度ムラ」は改善するが、画像の粒状性や掃き目は悪化する。そこでその悪化した粒状性や掃き目を改善させるために現像バイアスのＡＣｐ−ｐ電圧を下げることで粒状性が改善することが開発者の研究の結果わかった。

図７に示した「白抜け文字後端濃度ムラ」は、フルカラー画像を得るために必要なＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの色毎によってその発生状況が異なる場合があり、主に顔料としてカーボンブラックが入っているブラック現像剤は現像剤抵抗が低くなるため「白抜け文字後端濃度ムラ」は発生し難く、ブラックよりも抵抗が高めとなるカラー現像剤は発生しやすい。特に、２次色の場合その２色の色差として人間の目には認識しやすいこことが判明した。

そこで、「白抜け文字後端濃度ムラ」の発生しやすいカラー現像剤を有する現像装置（例えば４Ｙ）に対しては、現像ローラ４１の主磁極Ｎ１の位置をブラック現像剤を有する現像装置４Ｋの主磁極Ｎ１より回転方向下流側に設定し（角度θ１：２°＜θ２：５°）、それに応じて悪化する粒状性を改善させるため、現像装置４Ｙの現像ＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピーク電圧（例えば、０．７ｋＶ）を現像装置４Ｋの現像ＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピーク電圧（例えば、１．０ｋＶ）より下げる。

このように現像装置４Ｙの主磁極Ｎ１と現像ＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピーク電圧とを設定することで、「白抜け文字後端濃度ムラ」や掃き目の発生なく、粒状性も良い良好な画像を得ることが可能となる。但し、ＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピーク電圧を下げすぎると一般的に現像性が低下するため、現像性が得られる範囲で適度に下げる必要がある。

また、「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生し難いブラック現像剤に対しては粒状性や掃き目に対して良好な感光体ドラムと現像ローラの最近接位置に近い位置に主磁極Ｎ１を設定し、現像ＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピーク電圧は現像性が十分得られる設定にすれば良い。

色毎に別々の現像ローラ設計とすれば上記のように色毎に主磁極Ｎ１の位置を設定する必要もなくなくなるが、そのようにすれば当然、コストが高くなるという課題が生じる。

コスト高を生じさせず、同一の固定式磁極配置を有する現像ローラを各色の現像装置に用いて課題を解決するためには上記のように色毎に画質の観点で最適な主磁極Ｎ１を設定し、それに応じて最適な画像が得られるように現像ＡＣバイアスを設定することで「白抜け文字後端濃度ムラ」や「掃き目」等の画質欠陥の発生なく、粒状性も豊かな良好な画像が得られる。下記に図４によりその具体的手段を示す。

カラー現像剤を有する現像装置４Ｙの評価を図４（ａ）、（ｂ）の特性図に示す。

図４（ａ）は、カラー現像剤を有する現像装置４Ｙの主磁極Ｎ１の設置角度に対する白抜け文字再現性の評価ランクと、画像の粒状性の評価ランクとを示す特性図である。以下、イエロー現像剤を有する現像装置４Ｙを代表として説明する。

白抜け文字再現性は、現像スリーブ４１Ａと像担持体１とが対向する最近接部Ｑ１から主磁極Ｎ１が遠ざかるほど評価ランクが高くなり、白抜け文字の再現性が向上する。しかし、現像された画像の粒状性は、最近接部Ｑ１から主磁極Ｎ１が遠ざかるほど低下する。

白抜け文字の再現性と画像粒状性とを両立させて総合すると、現像装置４Ｙの場合、主磁極Ｎ１の位置を−５°に設定したとき、総合評価ランクが目標レベル４に近い効果が得られる。

図４（ｂ）は、現像装置４Ｙの現像スリーブ４１Ａに印加される現像バイアス電源（交流電源）Ｅ１の交番電界のピーク・ツゥ・ピーク電圧ＡＣｐ−ｐに対する画像の粒状性の評価ランクを示す特性図である。

主磁極Ｎ１の位置θ１（−２°）の場合は、主磁極Ｎ１の位置の角度θ２（−５°）の場合に比して、粒状性ランクの評価が約１ランク上昇するが、何れの主磁極Ｎ１の配置位置においても、現像装置４Ｙの現像スリーブ４１Ａに印加する現像バイアス電源（交流電源）Ｅ１の交番電界のピーク・ツゥ・ピーク電圧ＡＣｐ−ｐを０．７ｋＶ以下に設定することにより、評価ランクが目標レベル４以上の効果が得られる。

表１は、「白抜け文字後端濃度ムラ」、粒状性、現像性に対する主磁極Ｎ１の位置とＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピーク電圧との関係を示す。なお、ＡＣ周波数はカラー、ブラックとも４．０ｋＨｚに固定した。

表１に本発明の実施例と、比較例とを示す。カラー現像剤を有する現像装置４Ｙについては主磁極Ｎ１の位置を下流側に角度θ２：−５°までもっていくことで「白抜け文字後端濃度ムラ」は改善される（比較例２）。

主磁極位置変更によって悪化した粒状性については現像性が得られる範囲で０．７ｋＶに設定した（比較例２、３、４、５、実施例１、２）。

ブラックトナーについてはカラートナーよりも主磁極Ｎ１の位置を下げた場合の粒状性の悪化傾向が大きく、主磁極Ｎ１の位置を下げ過ぎるとＡＣバイアスのチューニングによる粒状性と現像性の両立が図りにくくなるためブラックトナーについては「白抜け文字後端濃度ムラ」が改善するθ１：−２°設定が良い（比較例３）。

θ１：−２°の設定においてＡＣバイアスを下げて行くと、現像性低下はもちろんだが「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生しやすくなってしまう。これは主磁極Ｎ１の位置が現像ローラ４１と像担持体１の最近接部Ｑ１（θ：０°）に近い設定ほど「白抜け文字後端濃度ムラ」に対してのマージンが確保できていないため、「白抜け文字後端濃度ムラ」に対して不利な条件（ＡＣバイアスダウンによる現像効率の低下）に設定した場合、「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生してしまうものと考えられる。

よって、粒状性の観点で主磁極Ｎ１の位置は下流側に設定できないブラックに関しては現像性が十分確保できる高めのＡＣバイアス設定にする必要がある（比較例１、２、４、５、実施例１、２）。

従って、主磁極Ｎ１の位置をより下流側に設定した現像装置に対しては粒状性を改善させる目的でＡＣバイアスを下げる必要があり、主磁極Ｎ１の位置を最近接部Ｑ１に近い設定にした場合には、粒状性の観点で有利になるため現像性や他の画質の観点でＡＣバイアスを高く設定することで色毎に異なる画質特性を考慮したバランスの取れた設計が可能となる。

また、実施例においてはカラートナーとブラックトナーとで異なる画質特性に対し主磁極Ｎ１の位置をＡＣバイアスのチューニングを行ったが、これに限らず現像剤の特性が異なってしまった場合には、他の色の組み合わせでも本特許内容を活用することが可能となる。

このようにすることで各色のトナーについて「白抜け文字後端濃度ムラ」と粒状性、現像性を両立した良好な画像を得ることが可能となった。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。

図５（ａ）に示す現像装置４Ｋでは、最近接部Ｑ１から現像剤搬送方向下流側で最近接部Ｑ１に近い位置の角度θ１：−２°に主磁極Ｎ１を配置した（第１位置）。また、現像装置４Ｋの現像スリーブ４１Ａに印加する交流電源Ｅ１の交番電界のピーク・ツゥ・ピーク電圧を１．０ｋＶに設定した。

ブラック現像剤では「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生し難いため、粒状性の観点で有効な最近接部Ｑ１に近い位置に主磁極Ｎ１を設定し、ＡＣ周波数その分、現像性に対して良好である低めの周波数に設定した。

即ち、粒状性の観点から有効な最近接部Ｑ１に近い位置（角度θ１：−２°）に主磁極Ｎ１を設定し、ＡＣ周波数はその分、現像性に対して良好である低めの周波数（４．０ｋＨｚ）に設定した。

図５（ｂ）に示す現像装置４Ｙでは、最近接部Ｑ１の現像剤搬送方向下流側で最近接部Ｑ１から遠い位置の角度θ２：−５°に主磁極Ｎ１を配置した（第２位置）。また、現像装置４Ｙの現像スリーブ４１Ａに印加する交流電源Ｅ１の交番電界の周波数値を、現像装置４Ｋの交流電源Ｅ１の交番電界の周波数値よりも高い５．５ｋＨｚに設定した。

即ち、カラー現像剤を有する現像装置４Ｙでは、「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生し易いため、その画像欠陥を改善させるため、主磁極Ｎ１の設置位置を現像剤搬送方向下流側で遠い位置の角度θ２：−５°に配置した（第２位置）。それによって生じる粒状性の悪化はＡＣバイアスの周波数をブラック現像剤を有する現像装置４Ｋよりも高く設定することで改善させ、「白抜け文字後端濃度ムラ」と粒状性の悪化の発生を抑制し、良好な画像を得ることが可能となった。

第２の実施の形態については、第１の実施の形態で記載のＡＣバイアスのピーク・ツゥ・ピークの代わりにＡＣバイアスの周波数を用いた内容である。

現像ローラ４１の主磁極Ｎ１の位置を、白抜け文字を改善させるために現像剤回転方向の下流側に設定することで悪化した粒状性を改善させるため、現像バイアスのＡＣ成分の周波数を上げることで粒状性が改善することが開発者の研究の結果わかった。

その結果を図６に示す。図６は、現像装置４Ｙの現像スリーブ４１Ａに印加される現像バイアス電源（交流電源）Ｅ１の交番電界の周波数に対する画像の粒状性の評価ランクを示す特性図である。なお、主磁極Ｎ１の位置（角度θ２）に対する粒状性の評価ランクは図４（ａ）を参照。

ＡＣピーク・ツゥ・ピークの時と同様に、「白抜け文字後端濃度ムラ」の発生しやすいカラー現像剤に対しては現像ローラ４１の主磁極Ｎ１の位置を現像剤回転方向下流側に設定し、それに応じて粒状性を改善させるため現像ＡＣバイアスの周波数を上げる。

こうすることで「白抜け文字後端濃度ムラ」の発生がなく、粒状性も良い良好な画像を得ることが可能となる。但し、ＡＣバイアスの周波数を上げ過ぎると一般的に現像性が低下する傾向にあるため、現像性に対して可能な範囲で下げる必要がある。また、「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生し難いブラック現像剤に対しては粒状性に対して良好な像担持体１と現像ローラ４１の最近接位置に近い位置に主磁極Ｎ１を設定し、現像ＡＣ周波数は現像性が十分得られる設定にすれば良い。

色毎に別々の現像ローラ４１を設置すれば上記のように色毎に主磁極Ｎ１の位置を設定する必要もなくなくなるが、そのようにすれば当然、コストが高くなるという課題が生じる。

コスト高を生じさせず、同一の固定式の磁極配置を有する現像ローラ４１を各色の現像装置に用いて課題を解決するためには上記のように色毎に画質の観点で最適な主磁極Ｎ１を設定し、それに応じて最適な画像が得られるように現像ＡＣバイアスを設定することで「白抜け文字後端濃度ムラ」や「掃き目」等の画質欠陥の発生なく、粒状性も豊かな良好な画像が得られるようになった。下記に図をもってその具体的手段を示す。

表２は、「白抜け文字後端濃度ムラ」、粒状性、現像性に対する主磁極Ｎ１の位置とＡＣバイアスの周波数との関係を示す。なお、ＡＣバイアス電圧は、カラー、ブラックとも１．０ｋＶに固定した。

本発明での実施例と、比較例を示す。カラートナーについては主磁極位置を下流側に角度θ２：−５°までもっていくことで「白抜け文字後端濃度ムラ」は改善される。主磁極Ｎ１の位置変更によって悪化した粒状性については現像性が得られる範囲でＡＣ周波数を５．５ｋＨｚに設定した（比較例１〜５、実施例１，２）。

ブラック現像剤を有する現像装置４Ｋについてはカラー現像剤を有する現像装置４Ｙよりも主磁極Ｎ１の位置を下げた場合の粒状性の悪化傾向が大きく、主磁極Ｎ１の位置を下げ過ぎるとＡＣ周波数のチューニングによる粒状性と現像性の両立が図りにくくなるため現像装置４Ｋについては「白抜け文字後端濃度ムラ」と粒状性の両立が可能な角度θ１：−２°に設定とした（比較例２、実施例１，２）。

また、角度θ１：−２°の設定においてＡＣ周波数を上げて行くと、現像性低下はもちろんであるが「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生しやすくなってしまう。これは第１の実施の形態の中でも述べたが主磁極Ｎ１の位置が現像ローラ４１と像担持体１の最近接部Ｑ１（θ：０°）に近い設定ほど「白抜け文字後端濃度ムラ」に対してのマージンが確保できていないため、「白抜け文字後端濃度ムラ」に対して不利な条件（周波数に対しては周波数ＵＰによる現像効率の低下）に設定した場合、「白抜け文字後端濃度ムラ」が発生しやすくなってしまうものと考えられる。よって、粒状性の観点で主磁極Ｎ１の位置は下流側に設定できないブラック現像剤に関しては現像性が十分確保できる低めのＡＣ周波数設定にする必要がある（比較例３〜５、実施例１〜２）。

従って、主磁極Ｎ１の位置をより下流側に設定した現像装置に対しては粒状性を改善させる目的でＡＣ周波数を上げる必要があり、主磁極Ｎ１の位置を最近接部Ｑ１に近い位置に設定した現像装置には粒状性の観点で有利になるため現像性や他の画質の観点でＡＣ周波数を低く設定することによって色毎に異なる画質特性を考慮したバランスの取れた設計が可能となる。

また、実施の形態においてはカラー現像剤とブラック現像剤とで異なる画質特性に対し主磁極Ｎ１の位置をＡＣバイアスのチューニングを行ったが、これに限らず現像剤の特性が異なってしまった場合には他の色の組み合わせでも本特許内容を活用することが可能となる。

こうすることで各色のトナーについて「白抜け文字後端濃度ムラ」と粒状性、現像性を両立した良好な画像を得ることが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の構成図。 本発明に係る現像装置の第１の実施の形態を示す断面図。 現像装置における現像剤の循環を示す模式図。 現像装置の主磁極の設置角度、現像バイアス電圧に対する画像の粒状性の評価ランクとを示す特性図。 本発明に係る現像装置の第２の実施の形態を示す断面図。 現像装置の現像スリーブに印加される現像バイアス電源の交番電界の周波数に対する画像の粒状性の評価ランクを示す特性図。 白抜け文字後端濃度ムラを示す図。

符号の説明

４，４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ 現像装置
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ 画像形成手段
４１ 現像ローラ
４１Ａ 現像スリーブ（現像剤担持体）
４１Ｂ 磁界発生手段（マグネットロール）
４３ 第１現像剤攪拌搬送部材（第１攪拌部材）
４４ 第２現像剤攪拌搬送部材（第２攪拌部材）
４５ 現像剤供給ローラ（供給ローラ）
４６ 現像剤案内部材（ガイド部材）
４７ トナー補給手段
Ａ 画像形成装置
Ｅ１ 交流電源
Ｅ２ 直流電源
Ｎ１ 主磁極（現像主磁極）
θ，θ１，θ２，θ３ 角度
Ｑ１ 最近接部

Claims (6)

1. 表面に静電潜像が形成される回転可能な円筒状の像担持体と、該像担持体に対向して回転可能に配置され、且つ、前記像担持体に近接する現像領域に現像剤を担持して搬送する円筒状の現像剤担持体と、この現像剤担持体内に固定配置される現像主磁極と現像剤搬送磁極とを有する磁界発生手段と、前記現像剤担持体に交番電界と直流電界とを重畳する現像バイアス電源、とを有する現像装置を複数備えたカラー画像形成装置において、
   少なくとも１つの前記現像装置の現像主磁極を、前記現像領域において前記現像剤担持体の回転中心軸と前記像担持体の回転中心軸とを結ぶ最近接位置より前記現像剤担持体の回転方向下流側の第１位置に配置し、
   他の前記現像装置の少なくとも１つの現像装置の現像主磁極を、前記現像領域内において前記第１位置より現像剤担持体の回転方向下流側の第２位置に配置するとともに、
   前記第２位置に配置した前記現像主磁極を内包する前記現像剤担持体に印加する前記現像バイアス電源の交番電界のピーク・ツゥ・ピーク電圧を、前記第１位置に配置した前記現像主磁極を内包する前記現像剤担持体に印加する前記現像バイアス電源の交番電界のピーク・ツゥ・ピーク電圧よりも低く設定したことを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 表面に静電潜像が形成される回転可能な円筒状の像担持体と、該像担持体に対向して回転可能に配置され、且つ、前記像担持体に近接する現像領域に現像剤を担持して搬送する円筒状の現像剤担持体と、この現像剤担持体内に固定配置される現像主磁極と現像剤搬送磁極とを有する磁界発生手段と、前記現像剤担持体に交番電界と直流電界とを重畳する現像バイアス電源、とを有する現像装置を複数備えたカラー画像形成装置において、
   少なくとも１つの前記現像装置の現像主磁極を、前記現像領域において前記現像剤担持体の回転中心軸と前記像担持体の回転中心軸とを結ぶ最近接位置より前記現像剤担持体の回転方向下流側の第１位置に配置し、
   他の前記現像装置の少なくとも１つの現像装置の現像主磁極を、前記現像領域内において前記第１位置より現像剤担持体の回転方向下流側の第２位置に配置するとともに、
   前記第２位置に配置した前記現像主磁極を内包する前記現像剤担持体に印加する前記現像バイアス電源の交番電界の周波数値を、前記第１位置に配置した前記現像主磁極を内包する前記現像剤担持体に印加する前記現像バイアス電源の交番電界の周波数値よりも高く設定したことを特徴とするカラー画像形成装置。
3. 前記現像剤担持体と前記像担持体とが対向する最近接位置において、前記現像ローラの回転方向と前記像担持体の回転方向とが逆方向となるカウンター状の回転方向であることを特徴とする請求項１または２に記載のカラー画像形成装置。
4. 前記第１位置の前記現像主磁極を有する前記現像装置が、黒色現像剤を収容して、前記像担持体上に黒色トナー像を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のカラー画像形成装置。
5. 前記第２位置の前記現像主磁極を有する前記現像装置が、有色現像剤を収容して、前記像担持体上に有色トナー像を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のカラー画像形成装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の複数の現像装置を有し、黒色の現像剤を有する現像装置により形成される黒色トナー像と、有色の現像剤を有する複数の現像装置により形成される有色トナー像とを被転写体に順次転写させて、被転写体上に複数のトナー像を重ね合わせた後、記録用紙上に転写してフルカラー画像を形成することを特徴とするカラー画像形成装置。

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