JP2008145565A - コロナ帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな帯電速度と安定した均一な帯電電位を両立すること。
【解決手段】コロナ電極１１１にコンデンサ１１５を介して交流電圧を印加して、コロナ電極１１１に接近して配置されるシールド１１２を上流側の電極１１３と下流側の電極１１４とで構成し、これらに０Ｖを含む直流電圧を印加するコロナ帯電装置において、シールドの上流側の電極１１３には直流電圧Ｖｓ１が印加され、下流側の電極１１４には直流電圧Ｖｓ２が印加され、前記直流電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２が共に正のとき、Ｖｓ１＞Ｖｓ２、直流電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２が共に負のとき、Ｖｓ１＜Ｖｓ２とした
【選択図】図１

Description

本発明はコロナ帯電装置及び画像形装置に係り、特に移動する感光体表面を均一帯電するためのコロナ帯電装置であって、コロナ電極にコンデンサを介して交流電圧を印加して、コロナ電極に接近して配置されるシールドに０Ｖを含む直流電圧を印加するコロナ帯電装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

帯電装置の１つとしてコロトロン帯電装置が古くから提案されている。このコロトロン帯電装置は、開放部分を持つ円筒形状あるいは角筒形状に形成されたアルミニウム等の金属製ケースのほぼ中心部に、コロナ電極と称される直径５０μｍ程度のタングステンワイヤが架空されて構成される。このコロトロン帯電装置は、金属ケース開放部分に対して被帯電体を対向するように配置して、前記コロナ電極に、直流電圧を印加してコロナ放電を発生させ、コロナ放電で発生したイオンを被帯電体に降らせることで、被帯電体表面を帯電する。

ただし、このようなコロトロン帯電装置を電子写真の感光体ドラムの帯電用途として用いた場合には、安定した均一帯電性を得ることができない。そこで、コロトロン帯電装置を改良した、いわゆるスコロトロン帯電装置が主に用いられてきた。スコロトロン帯電装置は、コロナ電極と被帯電体の間にグリッド電極を設けてグリッド電極に直流電圧を印加する構成を採用している。スコロトロン帯電装置ではグリッドに印加したバイアスにほぼ等しい電位に被帯電体を帯電することができるため、被帯電体の帯電電位を制御しやすく均一な帯電性に優れている。

しかし、スコロトロン帯電装置は、グリッドに電流の一部が流入してしまうため損失が発生しあまり効率がよくない。しかし、効率を良くしようとグリッドを調整すれば帯電均一性が悪くなってしまうという関係があり、この両者を満足させることは非常に難しい。さらに、グリッド電極が長期のコロナ放電に暴露されることなどを原因として、グリッド表面の劣化や異物の付着といった現象が発生する。こうしたグリッド表面の劣化により電圧降下が生じるため、グリッド電極の実効的な電圧が変化して結果的に帯電電位の変動が生じてしまう。したがって、経時的にもまだ被帯電体の帯電均一性は十分ではない。

交流コロトロン帯電装置も古くから提案されている。この方式では、コロトロン帯電装置のコロナ電極に直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して、被帯電体を印加した直流電圧分に相当する電位に帯電させる。しかし、実際には負イオンの方が放電による発生が多いので、狙いの直流電圧分の電位よりも負側にずれて帯電してしまう。そして、負イオンの発生が強い傾向は温度や湿度等の諸条件やコロナ電極の経時的な汚れによって変わってきてしまうので、結局通常のコロトロン帯電装置と同様に安定した帯電均一性を得ることが難しい。

これを解決する方法として、コロナ電極にコンデンサを介して交流電圧を印加して、コロナ電極を囲む金属製ケース（以下シールドという）に直流電圧を印加する方式が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。この方式ではシールドに印加したバイアスにほぼ等しい電位に被帯電体を帯電することができる。コンデンサを介しているためにコロナ電極には直流の電流は流れないので、温度や湿度等の諸条件やコロナ電極の経時的な汚れに依存せずに常に正と負のイオンを同等量発生させることができる。前記シールドには印加した直流電圧の逆極性のイオンが到達し、被帯電体にはシールドに印加した直流電圧と同極性のイオンが到達し、被帯電体とシールドが同電位になったときに正負のイオンの移動が止まる。前記シールドを使用した方式は、上記のような原理であるので、帯電電位の制御性と帯電均一性に優れている。

ただし、前記の方式には、帯電速度が遅いという欠点がある。もともと、交流電圧型のコロナ帯電装置は正負のイオンが交互に発生するので、直流電圧型のコロナ帯電装置に比べて帯電速度が遅い。さらに、コンデンサで余分な直流電圧をカットすることは、即ち放電によるイオンの発生を抑えていることであるので帯電速度が遅くなってしまう。帯電速度が遅いと高速での帯電性に劣ることになる。ここで高速での帯電性とは、感光体ドラムの移動速度が大きくなった場合にどの程度の速度まで追随して所望の帯電電位の値に制御することができるかという特性のことをいう。

従来、電子写真プロセスを利用した複写機やプリンタの１方式として、感光体の周囲にその回転方向の順に、帯電器、露光手段、複数色の現像器、転写手段、クリーニング手段を配置して、帯電、露光、現像工程を色数分繰り返すことで感光体の同一領域上に複数色のトナー像を重ね合わせて形成し、その後転写紙に（場合によっては中間転写体を経由して）一括転写して、定着してカラー画像を得る画像形成装置が知られている。この方式は感光体上色重ね方式と呼ばれ、感光体が１つで済むので小型化及び低コスト化に優れた方式であり、しかもプリント速度を落とす必要もないといった利点がある。

前記感光体上色重ね方式では、先に感光体上に形成されたトナー像がその後から重ね合わせるトナー像の現像工程の際にかき乱されないようにする必要がある。このための現像方式として、感光体と現像装置におけるトナー担持体を非接触に対向させる、いわゆる非接触現像方式が使用されている。

この非接触現像方式の中で高解像度の微小均一ドットの再現性に優れた方式として、現像部でトナーが浮遊している状態（クラウド状態と呼ぶ）にして現像するクラウド方式があり、例えば、特許文献４に記載されている。このようなクラウド方式は、トナー担持体とトナーとの付着量の影響を小さくすることができるので、現像領域で小さな現像電界にまでトナーが応答することができ、さらにトナー担持体とトナーの付着力ムラの影響を減少させることができ、このような点から高解像度の微小均一ドットの再現性に有利である。

感光体上色重ね方式は特有の課題をいくつか抱えている。特に帯電工程での課題は大きい。第１に、２色目以降の帯電における電位均一化の課題がある。通常の方式では、トナー像を転写した後に光又は放電を利用した除電装置を用いて前段のトナー像に対応した電位分布の履歴を消去してから、次の帯電を行うので均一に帯電を行うことができる。

しかし感光体上色重ね方式では、前段のトナー像が残っている状態で電位の均一化を行わなければならない。ここで、光を用いた除電を行うと、そのときに感光体上の前段のトナー像が散ってしまうという課題が生じる。また、放電を利用した除電装置を用いると、次の帯電装置と２つがを各色ごとに設置することになるので小型化とコストの面で不利である。したがって、帯電装置のみで前段トナー像に対応した電位分布の履歴を消去して均一な帯電を行うことが望ましい。これを達成するために、帯電装置には大きな帯電速度が必要とされる。

さらに、前記の２色目以降の帯電均一化を達成したとしても、いわゆるトナー層電位の課題が残る。これについては特許文献５に詳しく記載されている。

前記トナー層電位とは、感光体上にトナー層がある場合に、十分に露光を行った後の表面電位（トナー層にかかる電圧に等しい）を意味する。これはトナーが電荷を持っているために生じる。このトナー層電位によって、トナー層がある部分とない部分では同じ露光量であっても潜像の深さが異なってしまう。このトナー層電位はトナーの電荷量に比例する。トナーは現像直後にもともと帯電していることに加えて、２色目以降の帯電工程によってさらに帯電量が増えてしまい、帯電工程を経ることによってますますトナー層電位は大きくなってしまう。したがって、普通に帯電を繰り返した場合には、４色目の時点で３００Ｖを超えるほどのトナー層電位となってしまう。

上述した第１の課題である、前段トナー像に対応した電位分布の履歴が残っていることと、第２の課題であるトナー層電位の問題は、トナー層がある部分とない部分で同じ露光量であっても現像ポテンシャルが異なるという問題へとつながる。即ち前段トナー層がある部分とない部分で、同じ露光量であっても現像量が異なる結果になる。具体的には前段トナー層が多い部分ほど現像量が少なくなり、高画質に対して大きな妨げとなる。さらに、文字や細線の場合は、線の中央部に次の色のトナーが乗りにくくエッジ部分にトナーが乗ることによる画像のにじみを生じる。

トナー層電位を低減する方法としては次のものが提案されている（特許文献５、特許文献６参照）。この方式では、２つの帯電装置を設置して、１つ目の帯電装置によって目標電位よりも大きく帯電し、２つ目の帯電装置によって目標電位まで除電する。これによって感光体上に形成されている前段までのトナー層が持つ電荷量を小さくでき、トナー層電位を小さくすることができるとしている。しかし、この方式では各色ごとに２つの帯電装置が必要であるので小型化とコストの面で不利である。

また、ＡＣコロナ帯電装置を用いて１つの帯電装置で行う方法も提案されている（特許文献７参照）。この方式では、ＡＣ帯電器を用いることによって正負両方のイオンを発生させているので、帯電工程での感光体表面を目標電位まで帯電させた後の残りの時間において、感光体上に形成されている前段までのトナー層の除電効果が期待できるとしている。しかし、この方式で低減できるトナー層電位はそれほど大きくなく、ある程度のトナー層電位が残ってしまう。

特開昭５４−１０８６３６号公報 特開昭５５−１１７１６２号公報 特表２００３−５１２６３５号公報 特開２００４−１９８６７５号公報 特開平８−２８６４５６号公報 特許第２７８２８７２号公報 特開平８―２２０８４５号公報

上述したように、コロナ電極にコンデンサを介して交流電圧を印加してシールドに直流電圧を印加するコロナ帯電装置は安定した帯電電位の均一性に優れているが、帯電速度が遅いという課題がある。そこで、本発明の課題は、安定した帯電電位の均一性と大きな帯電速度の両立を達成するコロナ帯電装置及び画像形成装置を提供することである。

また、上述したように、感光体上色重ね方式は、前段トナー像に対応した電位分布の履歴が残ってしまうことと、トナー層電位のために、２色目以降の現像工程において、前段トナー層がある部分とない部分で同じ露光量であっても現像量が異なってしまう課題がある。

そこで本発明の第２の課題は、１回の帯電によって前段トナー像に対応した電位分布の履歴を消去して均一に帯電できる、帯電速度が大きく、また、前段までのトナー層の持つ電荷量を低減させることによって、トナー層電位を低減することができるコロナ帯電装置及び画像形成装置を提供することである。

請求項１の発明は、移動する感光体表面を均一帯電するためのコロナ帯電装置であって、コロナ電極にコンデンサを介して交流電圧を印加して、コロナ電極に接近して配置される電極であるシールドに０Ｖを含む直流電圧を印加するコロナ帯電装置において、前記シールドの上流側には直流電圧Ｖｕが印加され、下流側には直流電圧Ｖｄが印加されており、前記直流電圧Ｖｕ，Ｖｄが共に正のとき、Ｖｕ＞Ｖｄ、直流電圧Ｖｕ，Ｖｄが共に負のとき、Ｖｕ＜Ｖｄとしたことを特徴とするコロナ帯電装置である。

請求項２の発明は、請求項１記載のコロナ帯電装置において、前記シールドは前記コロナ電極を挟んで前記感光体の上流側に配置される上流電極と、下流側とで電気的に分離されて構成されており、前記上流側電極と下流側電極には、個別に直流電源が接続され直流電圧が印加されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２のコロナ帯電装置において、前記シールドは前記コロナ電極を挟んで前記感光体の上流側に配置される上流電極と、下流側とで電気的に分離されており、前記上流側と下流側には、同一の直流電源から並列に直流電圧が印加され、下流側には抵抗を介して前記直流電源からの直流電圧が印加されることを特徴とする。

請求項４の発明は、感光体と帯電装置と複数色の現像装置とを備え、複数色のトナー像を感光体上に重ね現像した後に転写体上に一括転写を行う画像形成装置において、前記帯電装置の少なくとも１つが前記請求項１乃至請求項３のいずれか記載のコロナ帯電装置であることを特徴とする画像形成装置である。

請求項５の発明は、請求項４記載の画像形成装置において、前記現像装置を構成するトナー担持体は、現像領域において前記感光体と対向するように配置され、トナー担持体上でトナーが浮遊しているトナークラウド状態を形成し、トナー担持体と感光体が非接触であることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項５記載の画像形成装置において、トナー担持体上に所定の間隔で並べて配置された複数の電極に電圧が印加されるように構成され、この複数の電極間に形成される振動電界によってトナー担持体上にトナーが浮遊しているトナークラウド状態で担持され、かつ、トナー担持体の表層を機械的に移動させるように構成されており、この表層の移動によってトナーを現像領域に搬送することを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項５記載の画像形成装置において、トナー担持体上に所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加される構成され、この複数の電極間に形成される進行波電界によって、トナー担持体上にトナーが浮遊しているトナークラウド状態で担持しつつ、トナーを現像領域に搬送することを特徴とする。

本発明に係るコロナ放電装置によれば、上流側のシールドに目標電位よりも大きい電圧を印加して帯電速度を大きくして、下流側のシールドに目標電位を印加するようにしたので、被帯電体の帯電電位は目標電位へと収束し、大きな帯電速度と安定した均一な帯電電位を両立できる。

また、本発明に係る画像形成装置によれば、トナー担持体上のトナーが浮遊しているトナークラウド状態を形成しており、トナーとトナー担持体の間の付着量はとても小さいため、現像領域にトナーが十分に搬送される条件であれば、感光体上にトナーが付着した状態での感光体電位が現像バイアスと等しくなった時点で現像が終了し、小さな現像ポテンシャル、即ち露光後の感光体表面電位と現像電位差が小さくても十分なトナー付着量を得ることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図面に基づいて説明する。

〔第１の実施例〕
まず第１の実施例に係るコロナ帯電装置について説明する。図１は第１の実施例に係るコロナ帯電装置の構成を示す概略図である。コロナ帯電装置１１０は、感光体ドラム１１９に近接して配置されるコロナ電極１１１、電気的に２つに分離されている金属製ケースからなるシールド１１２を構成する２つの電極１１３，１１４、コンデンサ１１５、１台の交流電源１１６、２台の直流電源１１７，１１８から構成される。

コロナ電極１１１はタングステンからなる直径６０μｍのワイヤである。コロナ電極１１１にはコンデンサ１１５を介して交流電源１１６から交流電圧（Ｖｐｐ）が印加される。シールド１１２を構成する２つの電極１１３，１１４は厚さ１ｍｍのステンレス鋼の板材を加工して作成され、感光体ドラム１１９の回転方向上流に配置される電極１１３と下流側に配置される電極１１４とが電気的に分離されると共に、シールド１１２の感光体ドラム１１９に対向する側は開放されている。なお、シールド１１２を構成する電極１１３，１１４の素材は導電性を有していればどのようなものであっても構わないが、耐オゾン性のなどの観点からステンレス鋼が好適である。そして、上流側の電極１１３と下流側の電極１１４にはそれぞれ別の直流電源１１７，１１８から直流電圧（Ｖｕ，Ｖｄ）を印加する。ここで、直流電源１１７はＶｓ１、直流電源１１８はＶｓ２の電圧を印加する。

この実施例では、交流電源１１６からコロナ電極１１１に印加する交流電圧はピーク間電圧１２ｋＶ、周波数２ｋＨｚであり、感光体ドラム１１９の回転方向の上流側に配置した電極１１３に印加する直流電圧Ｖｓ１は−８００Ｖであり、下流側の電極１１３に印加する直流電圧Ｖｓ２は−４００Ｖである。また、コンデンサの容量は２０００ｐＦのものを用いた。

なお、コロナ電極とそれを囲うシールドの紙面に直交する方向の長さは３２０ｍｍとする。また、シールドの感光体に対向する開放口の開口幅は１６ｍｍとして、中央にコロナ電極を配置する。さらに、コロナ電極とシールドの感光体に対向する開放口までの距離は７ｍｍとして、そこから感光体面までの距離は１．５ｍｍとなるようにする。

上流側の電極１１３と下流側の電極１１４に同じ電源から同一の直流電圧が印加したときには、公知である交流コロトロン帯電装置と同じとなる。この場合に、コロナ帯電装置を感光体ドラムの代わりに金属板を同様の条件（シールドの開放口からの距離が１．５ｍｍ）で対向させて、金属板に流れ込む直流電流を測定した結果を図２に示す。シールド電圧が大きいほど電流量も大きい。シールドの電位は収束電位（感光体に十分に時間をかけて帯電したときの帯電電位）とほぼ等しいので、収束電位が大きいほど感光体に初期的に流れ込む電流量が大きいと分かる。

シールド電位を大きくすれば帯電速度も大きくなるが、感光体の安定した均一な帯電を行うためには、感光体を収束電位まで帯電させなければならない。よって、結局帯電にかかる時間というのは変わらない。

本例では、シールド１１２を構成する感光体回転方向の下流側の電極１１４に帯電電位の狙いの値を印加して、上流側のシールドにはそれよりも大きな電圧（本例では、電圧Ｖａ２は負なのでＶｓ１と絶対値での比較）を印加する。上流側のシールドに印加される電圧は大きいので、感光体は回転方向の上流側において高速に帯電される。そして、感光体は回転方向の下流側において下流側のシールドに印加される電圧の値に収束することによって、安定した均一な帯電電位が得られる。

〔第２の実施例〕
次にコロナ帯電装置の第２の実施例について説明する。図３は第２の実施例に係るコロナ帯電装置の構成を示す概略図である。

本例のコロナ帯電装置１２０は、感光体ドラム１２９に近接して配置されるコロナ電極１２１、電気的に２つに分離されている金属製ケースからなるシールド１２２を構成する２つの電極１２３，１２４、コンデンサ１２５、１台の交流電源１２６、１台の直流電源１２７、抵抗器１２８から構成される。

本例では上流側の電極１２３と下流側の電極１１４に同一の電源１２７から並列に直流電圧が印加され、下流側の電極１２４のみ抵抗器１２８を介して直流電源１２７からの直流電圧が印加されている点である。直流電源１２７の直流電圧Ｖｓは−８００Ｖ、抵抗器１２８は４ＭΩである。本実施例に係るコロナ帯電装置１２０では、下流側の電極１２４の帯電電位を−４００Ｖとなることを目標としている。

本実施例に係る上流側の電極１２３に印加する電圧は下流側の電極１２４の目標電位よりも大きく、第１の実施例の帯電装置と同様の原理によって帯電速度を大きくできる。下流側の電極１２４には上流側の電極１２３と同一の電源１２７から抵抗器１２８を介して電圧が印加される。抵抗器１２８を介することによって、下流側の電極１２４の電位は上流側の電極１２３の電位も小さくなる。印加電圧Ｖｓと抵抗Ｒの値を適切に選ぶことによって、下流側の電極１２４の電位を目標電位に近づけることができる。

したがって、本実施例によれば、感光体は回転方向の上流側において高速に帯電され、下流側において下流側のシールド電位の値に収束することによって安定した均一な帯電電位を得られる。本実施例は、シールドに直流電圧を印加する電源が１つで済むため、コスト面において有利である。なお、実施例では、１つの電源を用いて上流側のシールド電位と下流側のシールド電位を異なるようにする。本実施例では下流側のシールドに抵抗を介して電圧を印加することによってこれを達成しているが、これに限定されるわけではない。

次に、上記第１及び第２の実施例と比較例との比較実験について説明する。まず比較例１について説明する。比較例のコロナ帯電装置は、第１の実施例のコロナ帯電装置と全体の構成はほぼ同じであるが、シールドが感光体回転方向の上流側と下流側に分離されておらず、シールドに直流電圧を印加する電源は１つとした。つまり、従来公知の一般的な交流コロトロン帯電装置である。シールドに印加する直流電圧は−４５０Ｖとする。

次の実験によって第１及び第２の実施例と比較例１の帯電速度を比較した。帯電速度は、感光体ドラムに移動速度が大きくして行ったときにどの程度まで追随して目標の帯電電位に帯電できるかという特性で評価できる。

第１及び第２の実施例、及び比較例１の帯電装置をそれぞれ感光体ドラムの周りに配置し、感光体ドラムの表面を帯電させる。そこから下流側の３０ｍｍの位置に表面電位計（トレック社製表面電位系 Ｍｏｄｅｌ１３４４）を配置して、感光体ドラムの帯電電位の測定を行う。感光体ドラム移動速度を５０ｍｍ／ｓｅｃ〜３５０ｍｍ／ｓｅｃまで変化させて、高速での帯電性を評価する。

図４は比較実験の結果を示すグラフである。比較例１の帯電装置では、感光体ドラム移動速度が大きくなるにつれて、狙いの−４００Ｖよりもかなり小さくなっている。第１及び第２の実施例では、比較例１と比べて帯電電位の変化が小さい。即ち、第１及び第２の実施例は帯電速度が大きいことが分かる。

〔比較例２〕
感光体上色重ね方式の課題である、１回の帯電によって前段の電位分布の履歴を消去して均一に帯電することについて評価を行い、第１及び第２の実施例上述した比較例１を比較する。

図５は比較実験２の内容を説明する模式図である。まず、帯電装置によって−４００Ｖに感光体を帯電させる。これに最大出力の書き込みを行い、露光後電位（この場合は−５０Ｖだった）まで電位を低下させる。すると、−４００Ｖと−５０Ｖの凹凸した電位分布となる。これに対して、第１の実施例又は第２の実施例又は比較例１の帯電装置による再帯電を行い、再び−４００Ｖへ帯電させる。このときに、完全に均一な電位にすることは難しく、図５で示す再帯電後の電位差が残ってしまう。この再帯電後の電位差が、帯電電位均一性の評価の目安である５％以内に収まるかで判断した。

比較例１では再帯電後の電位差は４５Ｖであったが、第１の実施例では再帯電後の電位差は１０Ｖ、第２の実施例では再帯電後の電位差は１５Ｖであった。第１及び第２の実施例では十分に均一な再帯電ができた。これは、第１及び第２の実施例の帯電装置が、比較実験１で示したように大きな帯電速度を持っているからである。

〔第３の実施例〕
次に第３の実施例である画像形成装置について説明する。図６は第３の実施例である画像形成装置の構成を示す概略図である。本画像形成装置１０では、感光体ベルト１１が中央に配置され、その円周上に、４色の帯電装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋと、図示しない露光装置と、４色の現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋと、転写装置１６と、クリーニング装置１８が配置される。ここでは感光体を感光体ベルトとしているが、これは感光体ドラムとしても差し支えない。

感光体ベルト１１上でイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を重ね合わせて、カラー画像を形成する。この機構について説明する。この例では、感光体ベルトの周回方向（矢印方向）に沿って上流側から下流側に、ＹＭＣＫの順に４色の帯電装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋと現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋが配置され、ＹＭＣＫの順にトナー像を重ね合わせる。なお、重ね合わせ順はこれに限定されるわけではない。

感光体ベルト１１は１００ｍｍ／ｓｅｃの線速で回転させる。帯電装置１２Ｙでは感光体ベルト１１を−４００Ｖで一様に帯電させ、図示しない露光装置から出力される書き込み光１３Ｙによってイエロー色の静電潜像を形成し、−３００Ｖの現像バイアスを持つ現像装置１４Ｙによってこの静電潜像をイエロー色トナー像として感光体ベルト上に形成する。

次に、イエロー色トナー像が形成されている感光体ベルト１１上に、イエロー色と同様の帯電、露光、現像のプロセスによって、マゼンタ色トナー像を重ね合わせる。シアン色、ブラック色に関しても同様である。このようにして、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナー像を感光体ベルト１１上で重ね合わせる。

そして、転写装置１６によって、用紙搬送路１５によって搬送されてきた記録用紙に、４色のトナー像を一括して転写する。最後に、定着装置１７によって記録紙上にトナー像が定着されて画像が出力される。

書き込み光１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋを出力する図示しない露光装置は、波長７８０ｎｍのレーザーダイオード素子を用いる。ただし、これに限定されるわけではない。

帯電装置１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋは第１の実施例に記載のコロナ帯電装置を用いる。電圧印加条件も同等で、コロナ電極に印加する交流電圧はピーク間電圧１２ｋＶ、周波数２ｋＨｚであり、感光体回転方向の上流側のシールドに印加する直流電圧は−８００Ｖであり、下流側のシールドに印加する直流電圧は−４００Ｖである。帯電の目標電位は−４００Ｖである。

上述したように、感光体回転方向の上流側では目標電位の−４００Ｖよりも大きい−８００Ｖをシールドに印加するので帯電速度が大きく、一時的に−４００Ｖより大きく感光体は帯電する。そして、感光体回転方向の下流側のシールドには−４００Ｖの電圧を印加するので、−４００Ｖまで除電されて収束することになる。

このように、一度電位を上げてから下げる経路を経ると、感光体上にトナー層が形成されているときに、トナーが持つ電荷を除電（又は、帯電量の増加を抑えること）が可能である。

なお、１色目の帯電装置（ここでは１２Ｙ）は、トナー層がない状態の帯電であるので、第１の実施例に記載のコロナ帯電装置を使わなくてもよい。

次に本発明で用いる現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋについて説明する。本発明では、前色のトナー像がある上から次色のトナー像を現像するので、前色のトナー像を乱さないように非接触の現像装置が必要である。

本実施例のおける現像装置について説明する。図７は現像装置の構成を示す概略断面図である。他の現像装置１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋも同じであるので、ここでは代表して現像装置１４Ｙを用いて説明する。

現像装置１４Ｙは、トナー担持ローラ１４１と、マグローラ１４２と、２成分現像剤１４３と攪拌スクリュ１４４を収容するケースからなる。トナー担持ローラ１４１以外は通常の２成分現像方式と同じである。２成分現像剤は磁性キャリア粉にトナーを重量比で約６ｗｔ％となるように混合させたものである。この２成分現像剤を永久磁石の内包されたマグローラ１４２によってトナー担持体まで搬送し、そこでトナーの一部が印加されるバイアス電位によってトナー担持ローラ１４１に転移する。トナー担持ローラ１４１に転移されたトナーは、以下に説明する原理によってクラウド状態（トナーが浮遊している状態）を形成し、トナー担持ローラの回転によって現像部（像担持体との対向部）へと運ばれる。

トナー担持ローラ１４１表面の平均電位と像担持体電位との差によってトナー像が形成され、現像に寄与しなかった不要なトナーは再びマグローラ部に戻ってくる。クラウドが形成されているので、トナーの付着力は非常に低く、トナー担持ローラによって現像部から戻ってきたトナーは、マグローラの回転に追随した２成分現像剤の穂によって容易に掻き取られたり均されたりする。これを繰り返すことによって、トナー担持ローラ上には常にほぼ一定量のトナーがクラウド状態として担持される。なお、トナー担持ローラ１４１へのトナー供給法として２成分現像方式を採用したが、現像装置の構成としてはこれに限定されるわけではない。

次にトナー担持ローラについて説明する。図８は電圧印加前のトナー担持ローラを展開して示す模式的な断面図、図９は電圧印加中のトナー担持ローラを展開して示す模式的な断面図である。トナー担持ローラ１４１０の表面は、支持基盤１４１１上に空間周期的なアルミニウム蒸着で形成された電極１４１２ａ，１４１２ｂを配置して、表面を樹脂コート１４１３で覆って構成している。図８は電極１４１２ａ，１４１２ｂに電圧を印加する前の状態であり、樹脂コート１４１３表面には、トナー１４１４が層状に付着している。

図１０は電極に印可する電圧を示すグラフである。本例では、ＶａとＶｂとは図１０に示すように時間的に逆向き（位相が１８０度ずれている）となるようにしている。周期的なに、交互に異なる波形の電圧Ｖａと電圧Ｖｂを印加すると、Ｖａを印加した電極とＶｂを印加した電極の間に振動電界が形成される。よって、トナーはＶａを印加した電極とＶｂを印加した電極の間をホッピングして、図９に示すように、クラウド状態１４１５（トナーが浮遊している状態）となる。このようにしてトナー担持体上にトナーをクラウド状態として担持できる。

なお、印加電圧としてＶａとＶｂは矩形波として説明したが、正弦波で形成される通常の交流電圧であってもよい。また、ここでは周期的な電極を２分割して交互に異なる波形の電圧を印加したが、振動電界が形成されてトナーがホッピングしてクラウド状態を形成できる条件ならば３分割以上に分割してそれぞれに異なる波形の電圧を印加するように構成してもよい。

ここでは、ＶａとＶｂには、交流成分がピーク間電圧６００Ｖ、周波数１ｋＨｚの矩形波で、−３００Ｖの直流成分を重畳した電圧を印加する。現像領域で潜像へのトナーによる現像のきっかけとなる現像バイアスは、この電圧の時間平均値である。つまり、現像バイアスは−３００Ｖである。

この現像方式は、クラウド状態を形成して現像するので、トナー担持体とトナーとの付着力の影響を小さくすることができる。したがって、現像領域で小さな現像電界にまでトナーが応答することができ、このような小さい現像バイアスでも十分なトナー付着量を得ることができる。

本実施例の画像形成装置を用いて次の実験を行った。それぞれの現像装置は、単色（前段トナー層がない状態）で現像を行ったときに０．４ｍｇ／ｃｍ＾２の付着量である。現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃを用いて３色を重ねて付着量を評価した。結果は、１色目の付着量は０．４ｍｇ／ｃｍ＾２、２色目の付着量は０．７８ｍｇ／ｃｍ＾２、３色目の付着量は１．１ｍｇ／ｃｍ＾２だった。完全に現像できた場合の１．２ｍｇ／ｃｍ＾２よりも減少してはいるが、ある程度の付着量は得ることができた。

さらに、前記の実験工程中、現像装置１４Ｍで２色目のトナー像が現像され、ここに帯電装置１２Ｍによって３色目のための帯電を行った時点でストップして、トナー層電位を測定した。トナー層が付着した感光体に外光を十分に照射すれば、感光体の表面電位としてはトナー層電位だけが残るので計測できる。結果は、０．７８ｍｇ／ｃｍ＾２のトナー層が乗っているときにトナー層電位は−３５Ｖだった。

比較として、帯電装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃに、第１の実施例のコロナ帯電装置ではなく、一般的なスコロトロン帯電装置（コロナ電極には直流電圧を印加する）を用いて、同様な実験を行った。結果は、１色目の付着量は０．４ｍｇ／ｃｍ＾２、２色目の付着量は０．７ｍｇ／ｃｍ＾２、３色目の付着量は０．８ｍｇ／ｃｍ＾２だった。３色目の付着量が大きく減少している。

さらに、前記と同様に、２色目のトナー像を現像して３色目のための帯電を行った時点でのトナー層電位を測定した。結果は、０．７ｍｇ／ｃｍ＾２のトナー層が乗っているときにトナー層電位は−１２０Ｖだった。

したがって、第１の実施例のコロナ帯電装置を用いたことによってトナー層電位を大幅に小さくでき、その結果としてトナー付着量の減少を抑えることができていることが確認できた。

本実施例では、前記の結果から、前段トナー層がない部分にトナーを０．４ｍｇ／ｃｍ＾２乗せるときに、前段トナー層が０．７８ｍｇ／ｃｍ＾２乗っている部分には０．３２ｍｇ／ｃｍ＾２のトナー層を乗せることが可能であると分かる。つまり、感光体色重ね方式の、前段トナー層がある部分とない部分でトナー付着量が変わってしまうという課題に対して大きく改善できた。

〔第４の実施例〕
次に第４の実施例である画像形成装置について説明する。この例に係る画像形成装置の全体の構成は図６に示した第３実施例と同じである。

帯電装置として第１の実施例に記載のコロナ帯電装置を用いているこれにより、第３の実施例と同様の効果を得ることができる。第４の実施例では、現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋを第３の実施例のものとは異なる構成としている。全ての現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋの構成は同じであるので、現像装置１４Ｙについて説明する。

この現像装置は、図７に示した第３の実施例の現像装置とほぼ同様な形状をしている。本例ではトナー担持ローラ１４２０の構成が第３の実施例に係る現像装置と異なる。図１１は電圧印加前のトナー担持ローラを展開して示す模式的な断面図、図１２は電圧印加中のトナー担持ローラを展開して示す模式的な断面図である。本例では、トナー担持ローラ１４２０は、支持基盤１４２１に、３つの空間周期的なアルミニウム蒸着の電極１４２２ａ、１４２２ｂ、１４２２ｃを配置し、表面を樹脂コート１４２３で覆っている。

本例では、周期的な電極１４２２ａ、１４２２ｂ、１４２２ｃに異なる波形の電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを印加することにより、第３の実施例と同様に、トナー１４２４はＶａを印加した電極１４２２ａとＶｂを印加した電極１４２２ｂとＶｃを印加した電極１４２２ｃの間をホッピングして、クラウド状態１４２５が形成される。

また、図１３に示すように、Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃの位相を適切にずらすことによって、トナーを搬送する進行波電界が生じる。これによってトナーを搬送することができる。したがって、トナー担持ローラ自体を機械的に回転させることなく、現像部（像担持体との対向部）へクラウド状態のトナーを運ぶことができる。また、電極の数は３に限らず４以上とすることができる。この場合各電極に印加する電圧も適宜位相を変更することができる。

本例では、ＶａとＶｂとＶｃには、交流成分がピーク間電圧７００Ｖ、周波数１．５ｋＨｚの矩形波で、−３００Ｖの直流成分を重畳した電圧を印加する。現像領域で潜像へのトナーによる現像のきっかけとなる現像バイアスは、この電圧の時間平均値である。つまり、現像バイアスは−３００Ｖである。

この現像方式は、クラウド状態を形成して現像するので、トナー担持体とトナーとの付着力の影響を小さくすることができる。したがって、現像領域で小さな現像電界にまでトナーが応答することができ、このような小さい現像バイアスでも十分なトナー付着量を得ることができる。

本実施例の画像形成装置を用いて次の実験を行った。それぞれの現像装置は、単色（前段トナー層がない状態）で現像を行ったときに０．４ｍｇ／ｃｍ＾２の付着量である。現像装置１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃを用いて３色を重ねて付着量を評価した。結果は、１色目の付着量は０．４ｍｇ／ｃｍ＾２、２色目の付着量は０．７７ｍｇ／ｃｍ＾２、３色目の付着量は１．１ｍｇ／ｃｍ＾２だった。完全に現像できた場合の１．２ｍｇ／ｃｍ＾２よりも減少してはいるが、ある程度の付着量を得ることができた。

さらに、前記の実験工程中、現像装置１４Ｍで２色目のトナー像が現像され、ここに帯電装置１２Ｍによって３色目のための帯電を行った時点でストップして、トナー層電位を測定した。トナー層が付着した感光体に外光を十分に照射すれば、感光体の表面電位としてはトナー層電位だけが残るので計測できる。結果は、０．７７ｍｇ／ｃｍ＾２のトナー層が乗っているときにトナー層電位は−３５Ｖだった。

比較として、帯電装置１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃに、第１の実施例のコロナ帯電装置ではなく、一般的なスコロトロン帯電装置（コロナ電極には直流電圧を印加する）を用いて、同様な実験を行った。結果は、１色目の付着量は０．４ｍｇ／ｃｍ＾２、２色目の付着量は０．７ｍｇ／ｃｍ＾２、３色目の付着量は０．８ｍｇ／ｃｍ＾２だった。３色目の付着量が大きく減少している。

さらに、前記と同様に、２色目のトナー像を現像して３色目のための帯電を行った時点でのトナー層電位を測定した。結果は、０．７ｍｇ／ｃｍ＾２のトナー層が乗っているときにトナー層電位は−１２０Ｖだった。

したがって、第１の実施例のコロナ帯電装置を用いたことによってトナー層電位を大幅に小さくでき、その結果としてトナー付着量の減少を抑えることができていることが確認できた。

本実施例では、前記の結果から、前段トナー層がない部分にトナーを０．４ｍｇ／ｃｍ＾２乗せるときに、前段トナー層が０．７７ｍｇ／ｃｍ＾２乗っている部分には０．３３ｍｇ／ｃｍ＾２のトナー層を乗せることが可能であると分かる。つまり、感光体色重ね方式の、前段トナー層がある部分とない部分でトナー付着量が変わってしまうという課題に対して大きく改善できた。

第１の実施例に係るコロナ帯電装置の構成を示す概略図である。 交流コロトロン帯電装置の特性を示すグラフである。 第２の実施例に係るコロナ帯電装置の構成を示す概略図である。 比較実験１の結果を示すグラフである。 比較実験２の内容を説明する模式図である。 第３の実施例である画像形成装置の構成を示す概略図である。 第３の実施例に係る現像装置の構成を示す概略断面図である。 第３の実施例に係る電圧印加前のトナー担持ローラを展開して示す模式的な断面図である。 第３の実施例に係る電圧印加中のトナー担持ローラを展開して示す模式的な断面図である。 第３の実施例に係る電極に印可する電圧を示すグラフである。 第４の実施例に係る電圧印加前のトナー担持ローラを展開して示す模式的な断面図である。 第４の実施例に係る電圧印加中のトナー担持ローラを展開して示す模式的な断面図である。 第４の実施例に係る電極に印可する電圧を示すグラフである。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１１ 感光体ベルト
１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ 帯電装置
１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｋ 光
１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ 現像装置
１５ 用紙搬送路
１６ 転写装置
１７ 定着装置
１８ クリーニング装置
１１０ コロナ帯電装置
１１１ コロナ電極
１１２ シールド
１１３，１１４ 電極
１１５ コンデンサ
１１６ 交流電源
１１７，１１８ 直流電源
１１９ 感光体ドラム
１２０ コロナ帯電装置
１２１ コロナ電極
１２２ シールド
１２３，１２４ 電極
１２５ コンデンサ
１２６ 交流電源
１２７ 直流電源
１２８ 抵抗器
１２９ 感光体ドラム
１４１ トナー担持ローラ
１４２ マグローラ
１４３ ２成分現像剤
１４４ 攪拌スクリュ
１４１０ トナー担持ローラ
１４１１ 支持基盤
１４１２ａ，１４１２ｂ 電極
１４１３ 樹脂コート
１４１４ トナー
１４１５ クラウド状態
１４２０ トナー担持ローラ
１４２１ 支持基盤
１４２２ａ、１４２２ｂ、１４２２ｃ 電極
１４４３ 樹脂コート
１４２４ トナー
１４２５ クラウド状態

Claims (7)

1. 移動する感光体表面を均一帯電するためのコロナ帯電装置であって、コロナ電極にコンデンサを介して交流電圧を印加して、コロナ電極に接近して配置される電極であるシールドに０Ｖを含む直流電圧を印加するコロナ帯電装置において、
   前記シールドの上流側には直流電圧Ｖｕが印加され、下流側には直流電圧Ｖｄが印加されており、前記直流電圧Ｖｕ，Ｖｄが共に正のとき、Ｖｕ＞Ｖｄ、直流電圧Ｖｕ，Ｖｄが共に負のとき、Ｖｕ＜Ｖｄとしたことを特徴とするコロナ帯電装置。
2. 前記シールドは前記コロナ電極を挟んで前記感光体の上流側に配置される上流電極と、下流側とで電気的に分離されて構成されており、前記上流側電極と下流側電極には、個別に直流電源が接続され直流電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載のコロナ帯電装置。
3. 前記シールドは前記コロナ電極を挟んで前記感光体の上流側に配置される上流電極と、下流側とで電気的に分離されており、前記上流側と下流側には、同一の直流電源から並列に直流電圧が印加され、下流側には抵抗を介して前記直流電源からの直流電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載のコロナ帯電装置。
4. 感光体と帯電装置と複数色の現像装置とを備え、複数色のトナー像を感光体上に重ね現像した後に転写体上に一括転写を行う画像形成装置において、
   前記帯電装置の少なくとも１つが前記請求項１乃至請求項３のいずれか記載のコロナ帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
5. 前記現像装置を構成するトナー担持体は、現像領域において前記感光体と対向するように配置され、トナー担持体上でトナーが浮遊しているトナークラウド状態を形成し、トナー担持体と感光体が非接触として構成したことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. トナー担持体上に所定の間隔で並べて配置された複数の電極に電圧が印加されるように構成され、この複数の電極間に形成される振動電界によってトナー担持体上にトナーが浮遊しているトナークラウド状態で担持され、かつ、トナー担持体の表層を機械的に移動させるように構成されており、この表層の移動によってトナーを現像領域に搬送することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. トナー担持体上に所定の間隔で並べて配置された複数の電極に多相の電圧が印加される構成され、この複数の電極間に形成される進行波電界によって、トナー担持体上にトナーが浮遊しているトナークラウド状態で担持しつつ、トナーを現像領域に搬送することを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。