JP2008281853A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】単一の像担持体と、複数種のトナーを適用して、カラー画像形成を行う際、各トナーの好適な量を選定し、優れたカラー画像を形成する。
【解決手段】像担持体１５０上に、２種以上のトナー画像を重ね合わせ、トナー付着量に応じて画像形成条件を変化させる画像形成装置であり、像担持体１５０を、各色毎に帯電させる帯電手段と、潜像を形成する書き込み光学系と、所定間隔で並べられた複数の現像装置とを具備しており、トナー付着量に基づいてトナー層の電位を算出する電位算出手段と、トナー付着量に基づいてトナー層静電容量を算出するトナー層静電容量算出手段と、前記像担持体の静電容量を記憶する静電容量記憶手段とを有し、トナー層の電位、トナー層静電容量、及び像担持体の静電容量のデータを、画像形成条件にフィードバックさせる構成を有する画像形成装置を提供する。
【選択図】図１
【解決手段】像担持体１５０上に、２種以上のトナー画像を重ね合わせ、トナー付着量に応じて画像形成条件を変化させる画像形成装置であり、像担持体１５０を、各色毎に帯電させる帯電手段と、潜像を形成する書き込み光学系と、所定間隔で並べられた複数の現像装置とを具備しており、トナー付着量に基づいてトナー層の電位を算出する電位算出手段と、トナー付着量に基づいてトナー層静電容量を算出するトナー層静電容量算出手段と、前記像担持体の静電容量を記憶する静電容量記憶手段とを有し、トナー層の電位、トナー層静電容量、及び像担持体の静電容量のデータを、画像形成条件にフィードバックさせる構成を有する画像形成装置を提供する。
【選択図】図１
Description
本発明は、像担持体（感光体）上に、複数種のトナーを重ねて現像を行い、トナー像を形成し、転写、定着工程を経て、画像を形成する画像形成装置に関する。
フルカラー画像を形成する際に、画質向上と低コスト化を図ることは、近年のフルカラー画像形成装置における共通の課題である。
かかる課題に鑑みて、像担持体（感光体）上に、重ね合わせ現像を行う技術が知られている。
このようにすると、像担持体に画像を形成するために転写回数を低減化できるので、画質の劣化を抑制でき、更には単一の像担持体に画像を形成するので、像担持体の数を抑えることができ、コストの低減化が図られ、同時に小型化も実現できる。
かかる課題に鑑みて、像担持体（感光体）上に、重ね合わせ現像を行う技術が知られている。
このようにすると、像担持体に画像を形成するために転写回数を低減化できるので、画質の劣化を抑制でき、更には単一の像担持体に画像を形成するので、像担持体の数を抑えることができ、コストの低減化が図られ、同時に小型化も実現できる。
上述した、いわゆる重ね合わせ現像を行う工程に関しては、先に現像された既存トナー層の存在により電位の増加分を補償するための技術が、従来から提案されている。
例えば、下記特許文献１においては、１色目のトナー像のトナー透過率及びトナーの有する電荷により生ずる電位増加に応じて光強度または露光時間を補正する機能を備えた制御手段を具備する画像形成装置についての提案がなされている。
しかし、この技術は、トナー電荷による電位だけを参照しているに留まり、像担持体側の静電容量の変化等のデータに関しては考慮されていないので、正確な補正値が得られず、カラー印刷を行う際の、一色目付着量に二色目付着量が影響されてしまい、充分に良質な画像を形成することはできなかった。
例えば、下記特許文献１においては、１色目のトナー像のトナー透過率及びトナーの有する電荷により生ずる電位増加に応じて光強度または露光時間を補正する機能を備えた制御手段を具備する画像形成装置についての提案がなされている。
しかし、この技術は、トナー電荷による電位だけを参照しているに留まり、像担持体側の静電容量の変化等のデータに関しては考慮されていないので、正確な補正値が得られず、カラー印刷を行う際の、一色目付着量に二色目付着量が影響されてしまい、充分に良質な画像を形成することはできなかった。
そこで、本発明においては、像担持体上にトナーを重ね合わせてトナー顕像を形成し、転写、定着を行い、画像を形成する画像形成装置において、２色目以降の画像形成時に、適正な現像ポテンシャル（露光後電位−ＤＣ現像バイアス）を設定する機能を持たせることにより、均一な優れた画質のカラー画像を形成することを目的とした。
請求項１の発明においては、像担持体上に、２種以上のトナー画像を重ね合わせ、トナー付着量に応じて画像形成条件を変化させる画像形成装置であって、前記像担持体を、各色毎に帯電させる帯電手段と、順次前記像担持体に潜像を形成する書き込み光学系と、所定間隔で並べられた複数の現像装置とを具備しており、トナー付着量に基づいてトナー層の電位を算出する電位算出手段と、トナー付着量に基づいてトナー層静電容量を算出するトナー層静電容量算出手段と、前記像担持体の静電容量を記憶する静電容量記憶手段とを有し、前記トナー層の電位、前記トナー層静電容量、及び前記像担持体の静電容量のデータを、画像形成条件にフィードバックさせる構成を有することを特徴とする画像形成装置を提供する。
請求項２の発明においては、前記トナー層静電容量を下記式（１）により算出し、前記画像形成条件にフィードバックさせる構成を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置を提供する。
Ｃ＝ＣＰ・Ｃｔ/（ＣＰ＋Ｃｔ）・・・（１）
Ｃは感光体とトナー層の、単位面積あたりの合成静電容量
ＣＰは感光体層の単位面積あたりの静電容量
Ｃｔ＝（εｔ・Ｄ＋１−Ｄ）・ε/２ｄｔ
εｔはトナーの比誘電率
Ｄは充填率
ｄｔはトナー層厚
但し、２色目以降も同一帯電量のトナーを現像すると仮定して静電容量の比率から、下記式（２）により現像ポテンシャルを算出したものとする。
２色目現像ポテンシャル＝ＣＰ／Ｃ２×１色目現像ポテンシャル＋１色目トナー層電位・・・（２）
Ｃ＝ＣＰ・Ｃｔ/（ＣＰ＋Ｃｔ）・・・（１）
Ｃは感光体とトナー層の、単位面積あたりの合成静電容量
ＣＰは感光体層の単位面積あたりの静電容量
Ｃｔ＝（εｔ・Ｄ＋１−Ｄ）・ε/２ｄｔ
εｔはトナーの比誘電率
Ｄは充填率
ｄｔはトナー層厚
但し、２色目以降も同一帯電量のトナーを現像すると仮定して静電容量の比率から、下記式（２）により現像ポテンシャルを算出したものとする。
２色目現像ポテンシャル＝ＣＰ／Ｃ２×１色目現像ポテンシャル＋１色目トナー層電位・・・（２）
請求項３の発明においては、前記画像形成条件が露光条件であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置を提供する。
請求項４の発明においては、飽和現像特性を有する現像装置を適用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
但し、飽和現像特性とは、現像ポテンシャルを増加させても、現像量に関して所定の量を超えて付着量が増加しない特性を意味し、その付着量を飽和現像量という。
但し、飽和現像特性とは、現像ポテンシャルを増加させても、現像量に関して所定の量を超えて付着量が増加しない特性を意味し、その付着量を飽和現像量という。
請求項５の発明においては、トナー供給量を制限する機能を具備していることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置を提供する。
請求項６の発明においては、前記現像装置が前記像担持体上に粉体を付着させて前記像担持体上の潜像を現像するものであり、当該現像装置は、前記像担持体に対向して配置されており、前記トナーを移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を具備していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像形成装置を提供する。
請求項７の発明においては、現像装置は、前記像担持体に対向して配置されており、前記像担持体に形成された静電潜像を現像するためのトナーを前記像担持体へ搬送するトナー担持体上に絶縁層を介して空間周期的な電極パターンが設けられており、一の電極を起点にした奇数番目の電極の集合体(以下、奇数番電極群)、前記一の電極を起点にした偶数番目の電極の集合体(以下、偶数番電極群)との間に、時間周期的な電位差を形成する構成を具備していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像形成装置を提供する。
請求項８の発明においては、使用するトナーの、投影時の円形度が、９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像形成装置を提供する。
請求項１の発明によれば、トナー付着量に応じて画像形成条件を制御可能なものとなり、必要な現像ポテンシャルが推定でき、所望の画像に応じた正確なトナー付着量を選定できるようになった。
請求項２の発明によれば、既存トナー層の影響を低減化させるために、トナー層電位に加え、感光体静電容量の変化を算出し、画像形成条件にフィードバックすることにより、ディザパターン等の色変換時に領域独自に条件を変化させることができるようになるので、正確に重ね合わせトナーの濃度を制御できるようになった。
請求項３の発明によれば、露光条件を制御するようにしたことにより、所定領域での現像ポテンシャルが正確に得られ、好適なトナー付着量に制御することが可能となった。
請求項４の発明によれば、飽和現像タイプのプロセスに対応して、正確に現像ポテンシャルの設定が可能となったので、好適なトナー付着量に制御することが可能となった。
請求項５の発明によれば、既存トナー付着量が少ない領域でも、トナーの過剰付着を効果的に抑制でき、好適なトナー付着量に制御することが可能となった。
請求項６の発明によれば、一方向現像が実現でき、混色を抑制し、高品位の画像形成が可能となった。
請求項７の発明によれば、搬送特性の信頼性の向上が図られ、経時においても安定して高品位の画像が得られるようになった。
請求項８の発明によれば、トナーの投射時の円形度を９０％以上に設定したことにより、トナー層における露光時の光透過性が向上するので、露光の信頼性の向上を図ることができた。
本発明の画像形成装置は、像担持体上に、２種以上のトナー画像を重ね合わせ、トナー付着量に応じて画像形成条件を変化させる画像形成装置であって、前記像担持体を、各色毎に帯電させる帯電手段と、順次前記像担持体に潜像を形成する書き込み光学系と、所定間隔で並べられた複数の現像装置とを具備しており、トナー付着量に基づいてトナー層の電位を算出する電位算出手段と、トナー付着量に基づいてトナー層静電容量を算出するトナー層静電容量算出手段と、前記像担持体の静電容量を記憶する静電容量記憶手段とを有し、前記トナー層の電位、前記トナー層静電容量、及び前記像担持体の静電容量のデータを、画像形成条件にフィードバックさせる構成を有する。
次に、本発明の画像形成装置について、具体的な例を挙げて説明する。
次に、本発明の画像形成装置について、具体的な例を挙げて説明する。
〔実施例１〕
請求項１〜４、６の発明に対応する実施例である。
ＥＨＤ(Electro
Hopping and Development)複数電極（≧３層）を有し、飽和現像特性を有する現像システムの例である。
図１に、本発明の画像形成装置の要部の概略構成図を示す。
この装置においては、トナーを帯電させ非接触で搬送部材との間に電界を形成してトナー供給を行うようになされている。この例においては、トナー搬送部材上に形成された多相電極（本例では三相）に電圧を印加してトナー搬送が行われるようになされている。
請求項１〜４、６の発明に対応する実施例である。
ＥＨＤ(Electro
Hopping and Development)複数電極（≧３層）を有し、飽和現像特性を有する現像システムの例である。
図１に、本発明の画像形成装置の要部の概略構成図を示す。
この装置においては、トナーを帯電させ非接触で搬送部材との間に電界を形成してトナー供給を行うようになされている。この例においては、トナー搬送部材上に形成された多相電極（本例では三相）に電圧を印加してトナー搬送が行われるようになされている。
図１に示すように、搬送領域Ｘにおいては、ホッピング高さ均一化部材１３０が、搬送部材に対して、あるギャップを有して配設されている。このホッピング高さ均一化部材１３０によってこれ以上に高い部分でトナーが通過できないようになされている。
この領域を通過したのち、予め潜像を形成してある像担持体に電界を形成して現像を行い、その後、転写、定着を経て画像が形成される。
この領域を通過したのち、予め潜像を形成してある像担持体に電界を形成して現像を行い、その後、転写、定着を経て画像が形成される。
次に、本発明の画像形成装置を構成する現像装置の、供給部、搬送部、現像部について、順次説明する。
（供給部）
図２は、本発明の画像形成装置の要部の概略構成図である。
現像剤１２を構成する磁性粒子１１は、金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有しており、表層はシリコン樹脂等で被覆された構成を有している。
磁性粒子１１の粒径は２０〜５０μｍが好適である。
また、磁性粒子１１の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０４〜１０１５Ωが好適である。
ここで、磁性粒子１１のダイナミック抵抗ＤＲは、図３に示す構成の装置を用いて測定できる。
先ず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０ｍｍの回転可能なスリーブ２０１をセットする。スリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５ｍｍ及び長さＬ＝０．５〜１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）２０２を、ギャップｇ＝０．９ｍｍで対向させる。次に、スリーブ２０１を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動させる。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性粒子を所定量（１４ｇ）だけ担持させ、スリーブ２０１の回転により磁性粒子を１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流Ｉ：ＲII［Ａ］を、電流計２０３で測定する。
次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧Ｅ［Ｖ］を５分間印加する。本実施形態では２００Ｖを印加した。
そして、電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲQ［Ａ］を電流計２０３で測定する。
これらの測定結果から、下記式（３）により、ダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。
ＤＲ＝Ｅ／（Ｉ（ＲQ）−Ｉ（ＲII））・・・（３）
図２は、本発明の画像形成装置の要部の概略構成図である。
現像剤１２を構成する磁性粒子１１は、金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有しており、表層はシリコン樹脂等で被覆された構成を有している。
磁性粒子１１の粒径は２０〜５０μｍが好適である。
また、磁性粒子１１の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０４〜１０１５Ωが好適である。
ここで、磁性粒子１１のダイナミック抵抗ＤＲは、図３に示す構成の装置を用いて測定できる。
先ず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０ｍｍの回転可能なスリーブ２０１をセットする。スリーブ２０１の表面には、幅Ｗ＝６５ｍｍ及び長さＬ＝０．５〜１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）２０２を、ギャップｇ＝０．９ｍｍで対向させる。次に、スリーブ２０１を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動させる。そして、回転しているスリーブ２０１上に測定対象の磁性粒子を所定量（１４ｇ）だけ担持させ、スリーブ２０１の回転により磁性粒子を１０分間攪拌する。次に、スリーブ２０１に電圧を印加しない状態で、スリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流Ｉ：ＲII［Ａ］を、電流計２０３で測定する。
次に、直流電源２０４からスリーブ２０１に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧Ｅ［Ｖ］を５分間印加する。本実施形態では２００Ｖを印加した。
そして、電圧Ｅを印加した状態でスリーブ２０１と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲQ［Ａ］を電流計２０３で測定する。
これらの測定結果から、下記式（３）により、ダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。
ＤＲ＝Ｅ／（Ｉ（ＲQ）−Ｉ（ＲII））・・・（３）
図２中の磁気ブラシローラ４０３は、複数の磁極を有する磁石部材４０７を内蔵した非磁性の回転可能なスリーブ４０８で構成されている。
磁石部材４０７は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４０８上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。
具体的に、スリーブ４０８は、直径がφ１８ｍｍ程度で、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲に入るようにサンドブラスト処理されているものを適用できる。
磁石部材４０７は固定配置され、現像剤１２がスリーブ４０８上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。
具体的に、スリーブ４０８は、直径がφ１８ｍｍ程度で、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲に入るようにサンドブラスト処理されているものを適用できる。
磁気ブラシローラ４０３に内蔵された磁石部材４０７は、規制ブレード４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）、Ｓ極（Ｓ３）の５つの磁極を有する。なお、磁石部材４０７の磁極の配置は、図２に示す構成に限定されるものではなく、磁気ブラシローラ４０３の周囲の規制ブレード４０６等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。
例えば、規制ブレード４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）の４つの磁極を配置してもよい。
例えば、規制ブレード４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）の４つの磁極を配置してもよい。
磁石部材４０７の磁力により、スリーブ４０８上にトナー１０及び磁性粒子１１からなる現像剤１３がブラシ状に担持される。そして、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシ中のトナー１０は、磁性粒子１１と混合されることで規定の帯電量を得る。この磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量としては、−１０〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。
搬送部材４０２は、磁気ブラシローラ４０３内の磁極Ｎ２に隣接するトナー供給領域Ａ２で、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシと接触するようにして対向するとともに、現像領域Ａ１で像担持体１と対向するように配設されている。
また、本実施例においては、規制ブレード４０６と磁気ブラシローラ４０３の間の最近接部における間隔が５００μｍに設定されているものとし、また規制ブレード４０６に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、規制ブレード４０６との対向位置よりも磁気ブラシローラ４０３の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤１２の循環流を容易に形成することができる。
また、本実施例においては、規制ブレード４０６と磁気ブラシローラ４０３の間の最近接部における間隔が５００μｍに設定されているものとし、また規制ブレード４０６に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、規制ブレード４０６との対向位置よりも磁気ブラシローラ４０３の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤１２の循環流を容易に形成することができる。
規制ブレード４０６は、磁気ブラシローラ４０３との対向部で磁気ブラシローラ４上に形成された現像剤１２の量を規制するように磁気ブラシと接触し、所定量の現像剤がトナー供給領域に搬送されるようにするとともに、現像剤１２中のトナー１０と磁性粒子１１との摩擦帯電を促進させている。
また、磁気ブラシローラ４０３は、回転駆動装置（図示せず）により、図２中の矢印ｃ方向に回転駆動されるようになされており、トナー供給領域Ａ２でトナーのみが供給される。
また、トナー供給領域Ａ２における搬送部材４０２と磁気ブラシローラ４０３のスリーブとのギャップは１．１ｍｍ程度に設定することが好適である。
また、トナー供給領域Ａ２における搬送部材４０２と磁気ブラシローラ４０３のスリーブとのギャップは１．１ｍｍ程度に設定することが好適である。
また、搬送電極には、複数の電圧が印加され、電源４０９が接続されている。
また、磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８には、トナー供給領域Ａ２にトナー供給用電界を形成するためのトナー供給バイアスを印加する電源４１０が接続されている。
また、磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８には、トナー供給領域Ａ２にトナー供給用電界を形成するためのトナー供給バイアスを印加する電源４１０が接続されている。
次に、トナー供給・搬送・現像の工程を説明する。
ケーシング４０１内に収容された現像剤１２は、トナー１０と磁性粒子１１が混合されたものであり、攪拌・搬送部材４０４、４０５や、磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８の回転力、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナー１０に磁性粒子１１との摩擦帯電により電荷が付与される。
ケーシング４０１内に収容された現像剤１２は、トナー１０と磁性粒子１１が混合されたものであり、攪拌・搬送部材４０４、４０５や、磁気ブラシローラ４０３のスリーブ４０８の回転力、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナー１０に磁性粒子１１との摩擦帯電により電荷が付与される。
一方、磁気ブラシローラ４０３上に担持された現像剤１２は、規制ブレード４０６によって規制され、現像剤１２の一定量がトナー供給バイアスで形成された電界等により、搬送部材に転移し、残りはケーシング４０１内に戻される。
上記トナー供給ニップ領域Ａ２では、磁気ブラシ中のトナーが分離されて搬送部材に転移する。なお、磁気ブラシローラ４０３には、ＡＣバイアスの電圧が印加されている。
搬送部設定条件について、図１を参照して説明する。
なお、図１は、現像部概略構成図である。
なお、図１は、現像部概略構成図である。
この現像装置は、粉体であるトナーＴを搬送、ホッピング、回収するための電界を発生するための複数の電極１０２を有する搬送部材である搬送基板１００を備えており、この搬送基板１００の各電極１０２に対しては、駆動回路１２０から所要の電界を発生させるためのｎ相（ここでは３相とする。）の異なる駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１及びＶａ２〜Ｖｃ２が印加されるようになされている。
搬送基板１００は、駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１、及びＶａ２〜Ｖｃ２を与える電極１０２の範囲、及び像担持体（感光体ドラム）１５０との関係において、トナーＴを像担持体１５０近傍まで移送する搬送領域Ｘ、潜像にトナーＴを付着させてトナー像を形成するための現像領域Ｙ、トナーＴを搬送基板１００側に回収するための現像領域通過後の領域（これを、以下「回収領域」という。）Ｚとに分けられる。
搬送基板１００の搬送領域Ｘでは、トナーＴを像担持体（感光体ドラム）１５０の近傍まで移送し、現像領域Ｙでは、感光体ドラム１５０上の潜像の画像部に対してはトナーＴが像担持体１５０側に向かい、非画像部に対してはトナーＴが像担持体１５０と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成して、トナーＴを潜像に付着させて現像を行うための電界を発生し、回収領域Ｚでは、トナーＴが潜像の画像部及び非画像部のいずれに対しても像担持体１５０と反対側（搬送基板側）に向かう方向の電界を形成する。
これにより、現像領域Ｙでは、像担持体１５０上の潜像にトナーが付着して可視像化され、現像に寄与しなかったトナーは、像担持体１５０の回転方向（移動方向）下流側の回収領域で搬送基板１側に回収されるので、トナー飛散の発生が防止できる。
なお、回収領域Ｚは、現像領域Ｙよりも像担持体１５０の移動方向の下流側とすることで、確実に浮遊トナーの回収を行うことができる。
なお、回収領域Ｚは、現像領域Ｙよりも像担持体１５０の移動方向の下流側とすることで、確実に浮遊トナーの回収を行うことができる。
続いて、搬送基板１００の構成について、図を参照して説明する。
なお、図４は、搬送基板１００の平面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。
搬送基板１００は、支持基板１０１上に、３本の電極（搬送電極）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ（これらを「電極１０２」とも総称する。）を１セットとして、所定の間隔で、トナー移送方向（トナー進行方向、トナー移動方向：図４、図５で矢示方向とする。）に沿ってトナー移送方向と略直交する方向に繰り返し形成配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の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を積層した構成を有している。
なお、ここでは、表面保護層１０３が搬送面を形成しているが、表面保護層１０３上に更にトナーとの適合性に優れた表面層を別途設けてもよい。
なお、図４は、搬送基板１００の平面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。
搬送基板１００は、支持基板１０１上に、３本の電極（搬送電極）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ（これらを「電極１０２」とも総称する。）を１セットとして、所定の間隔で、トナー移送方向（トナー進行方向、トナー移動方向：図４、図５で矢示方向とする。）に沿ってトナー移送方向と略直交する方向に繰り返し形成配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の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を積層した構成を有している。
なお、ここでは、表面保護層１０３が搬送面を形成しているが、表面保護層１０３上に更にトナーとの適合性に優れた表面層を別途設けてもよい。
電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの両側には、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとそれぞれ両端部で相互接続した共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ（これらを「共通電極１０５」とも総称する。）が、トナー移送方向に沿って、すなわち、個々の電極と略直交する方向に設けられている。
ここで、共通電極１０５の幅（この幅は、トナー移送方向と直交する方向の幅）は、電極１０２の幅（この幅は、トナー移送方向に沿う方向の幅）よりも広くなるように設定されている。
なお、図４においては、共通電極１０５に関して、搬送領域Ｘでは共通電極１０５ａ1、１０５ｂ1、１０５ｃ1、現像領域Ｙでは共通電極１０５ａ2、１０５ｂ2、１０５ｃ2、回収領域Ｚでは共通電極１０５ａ3、１０５ｂ3、１０５ｃ3と、区別して表記している。
ここで、共通電極１０５の幅（この幅は、トナー移送方向と直交する方向の幅）は、電極１０２の幅（この幅は、トナー移送方向に沿う方向の幅）よりも広くなるように設定されている。
なお、図４においては、共通電極１０５に関して、搬送領域Ｘでは共通電極１０５ａ1、１０５ｂ1、１０５ｃ1、現像領域Ｙでは共通電極１０５ａ2、１０５ｂ2、１０５ｃ2、回収領域Ｚでは共通電極１０５ａ3、１０５ｂ3、１０５ｃ3と、区別して表記している。
支持基板１０１上に、共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの所定パターンを形成した後、層間絶縁膜１０７（表面保護層１０３と同じ材料でも異なる材料のいずれでも良い。）を形成し、この層間絶縁膜１０７にコンタクトホール（図示せず）を形成した後、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを形成することによって電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとをそれぞれ相互接続している構成とする。
なお、電極１０２ａと共通電極１０５ａとを一体形成したパターン上に、層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に電極１０２ｂと共通電極１０５ｂを一体形成したパターンを形成し、更に層間絶縁膜を形成して、この層間絶縁膜上に電極１０２ｃと共通電極１０５ｃを一体形成したパターンを形成する、つまり、電極を三層構造とすることもできる。
あるいは、一体形成に相互接続とコンタクトホールによる相互接続とを混在させることもできる。
あるいは、一体形成に相互接続とコンタクトホールによる相互接続とを混在させることもできる。
更に、上述した共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには、駆動回路１２０からの駆動信号（駆動波形）Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを入力するための駆動信号印加用入力端子（図示せず）が設けられている。
この駆動信号入力用端子は、支持基板１０１に裏面側に設けてスルーホールを介して共通電極１０５に接続してもよいし、あるいは後述する層間絶縁膜１０７上に設けてもよい。
この駆動信号入力用端子は、支持基板１０１に裏面側に設けてスルーホールを介して共通電極１０５に接続してもよいし、あるいは後述する層間絶縁膜１０７上に設けてもよい。
支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板、セラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、ＳＵＳ等の導電性材料からなる基板に、ＳｉＯ2等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルム等のフレキシブルに変形可能な材料からなる基板等を適用できる。
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、好ましくは０．５〜２．０μｍの厚さで形成し、これを、フォトリソグラフィー等によって所望の電極形状にパターン化して形成する。
電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは、移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
電極１０２の粉体進行方向における幅Ｌは、移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２の粉体進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
表面保護層１０３は、例えばＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＴｉＯ4、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ2Ｏ5等を、０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜３μｍの厚さに成膜したものとする。
また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、Ｂｎ、Ｗ等を用いることもできる。特に、表面水酸基が増えると帯電トナーの帯電量が搬送途中で下がる傾向があるため、表面水酸基（ＳｉＯＨ、シラトール基）が少ない無機ナイトライド化合物が好適である。
また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、Ｂｎ、Ｗ等を用いることもできる。特に、表面水酸基が増えると帯電トナーの帯電量が搬送途中で下がる傾向があるため、表面水酸基（ＳｉＯＨ、シラトール基）が少ない無機ナイトライド化合物が好適である。
次に、搬送基板１００における、トナーの静電搬送の原理について説明する。
搬送基板１００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、搬送基板１００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ホッピングと搬送を含んで移動する。
搬送基板１００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、搬送基板１００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ホッピングと搬送を含んで移動する。
例えば、搬送基板１００の複数の電極１０２に対して、図６に示すように、グランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形（駆動信号）Ａ（Ａ相）、Ｂ（Ｂ相）、Ｃ（Ｃ相）を、タイミングをずらして印加する。
このとき、図７に示すように、搬送基板１００上に負帯電トナーＴがあり、搬送基板１００の連続した複数の電極１０２に、図７中（１）で示すように、それぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置するようになる。
次のタイミングで複数の電極１０２には図７中（２）に示すように、それぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され、負帯電トナーＴには、図７中で左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２側に移動する。
さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には、図７中（３）に示すように、それぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には、図７中（３）に示すように、それぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは更に「＋」の電極１０２側に移動する。
上述したように、複数の電極１０２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、搬送基板１上には進行波電界が発生し、この進行波電界の進行方向に負帯電トナーＴは搬送及びホッピングを行いながら移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。
これについて、図８（ａ）〜（ｄ）を参照して具体的に説明する。
図８（ａ）に示すように、搬送基板１００の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で、搬送基板１００上に負帯電トナーＴが載っている状態から、図８（ｂ）に示すように、電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａ及び電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。
次のタイミングで、図８（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂ及び電極Ｅに移送される。
更に、次のタイミングで、図８（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃ及び電極Ｆに移送される。
上述したように、進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。
これについて、図８（ａ）〜（ｄ）を参照して具体的に説明する。
図８（ａ）に示すように、搬送基板１００の電極Ａ〜Ｆがいずれも０Ｖ（Ｇ）で、搬送基板１００上に負帯電トナーＴが載っている状態から、図８（ｂ）に示すように、電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａ及び電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。
次のタイミングで、図８（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄがいずれも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂ及び電極Ｅに移送される。
更に、次のタイミングで、図８（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅがいずれも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃ及び電極Ｆに移送される。
上述したように、進行波電界によって負帯電トナーは順次図において右方向に移送されることになる。
次に、駆動回路の全体構成について、図９を参照して説明する。
この駆動回路は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路２１と、このパルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ1、Ｖｂ1、Ｖｃ1を生成出力する波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、パルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ2、Ｖｂ2、Ｖｃ2を生成出力する波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを有する。
この駆動回路は、パルス信号を生成出力するパスル信号発生回路２１と、このパルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ1、Ｖｂ1、Ｖｃ1を生成出力する波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、パルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ2、Ｖｂ2、Ｖｃ2を生成出力する波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを有する。
パルス信号発生回路２１は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組みパルスで、次段の波形増幅器２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。
波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、搬送領域１１の各電極１０２及び回収領域の各電極１０２に対して、例えば図１０に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（これを「搬送電圧パターン」又は「回収搬送電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ1、Ｖｂ1、Ｖｃ1を印加する。
波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、現像領域１１の各電極１０２に対して、例えば図１１又は図１２に示すように、各相の＋１００Ｖ又は０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「ホッピング電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ2、Ｖｂ2、Ｖｃ2を印加する。
次に、現像バイアスについて説明する。
上述したように、ＥＨ現像では、トナーをホッピングさせることによって像担持体の静電潜像を一成分現像方式で反転現像を行うことができる。
すなわち、現像領域で、トナーが潜像の画像部に対しては像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えることによって現像を行うことができる。
上述したように、ＥＨ現像では、トナーをホッピングさせることによって像担持体の静電潜像を一成分現像方式で反転現像を行うことができる。
すなわち、現像領域で、トナーが潜像の画像部に対しては像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えることによって現像を行うことができる。
例えば、上述した図１２に示すホッピング電圧パターンの駆動波形のように、０〜−１００Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、像担持体上の非画像部電位が−１００Ｖより低いときには、画像部に対してはトナーが像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが像担持体と反対側に向かうことになる。この場合、潜像の非画像部の電位を−１５０Ｖや後述する−１７０Ｖとした場合に、トナーが像担持体側に向かうことが確認された。
また、ホッピング電圧パターンの駆動波形が２０Ｖ〜−８０Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、画像部の電位を約０Ｖ、非画像部の電位が−１１０Ｖのときにも、パルス状駆動波形のローレベルの電位が潜像の画像部電位と非画像部電位との間にあるので、同様に、画像部に対してはトナーが像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが像担持体と反対側に向かうことになる。
要するに、パルス状駆動波形のローレベルの電位を潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、非画像部へのトナーの付着を防止し、高品質の現像を行うことができる。
このように、ＥＨ現像においては、トナーがホッピングしていることにより、潜像の画像部に対してトナーが吸引付着し、非画像部ではトナーが反発されて付着しないので、潜像の現像を確実に行うことができる。
このとき、既にホッピングしているトナーは搬送基板１との間で吸着力が生じないため、容易に像担持体側に移送することができ、高い画像品質が得られる現像を低電圧で行うことができる。
このとき、既にホッピングしているトナーは搬送基板１との間で吸着力が生じないため、容易に像担持体側に移送することができ、高い画像品質が得られる現像を低電圧で行うことができる。
すなわち、いわゆるジャンピング現像方式にあっては、現像ローラから帯電トナーを剥離させて、像担持体に移送させるには、トナーの現像ローラに対する付着力以上の印加電圧が必要であり、ＤＣ６００〜９００Ｖのバイアス電圧をかけなければならない。
これに対して、本発明によれば、トナーの付着力は通常５０〜２００ｎＮであるが、搬送基板１上でホッピングしているため、搬送基板１に対する付着力が略ゼロになるので、トナーを搬送基板１から剥離する力が不要になり、低電圧で十分にトナーを像担持体側に移送することができる。
これに対して、本発明によれば、トナーの付着力は通常５０〜２００ｎＮであるが、搬送基板１上でホッピングしているため、搬送基板１に対する付着力が略ゼロになるので、トナーを搬送基板１から剥離する力が不要になり、低電圧で十分にトナーを像担持体側に移送することができる。
しかも、電極間に印加する電圧が、｜１５０〜１００｜Ｖ以下の低電圧であっても、発生する電界が非常に大きい値となり、電極表面に付着しているトナーを容易に剥離し、飛翔、ホッピングさせることができる。また、ＯＰＣ等の感光体を帯電する時に発生するオゾン、ＮＯxが非常に少なく、又は皆無にすることができて、環境問題、耐久性に非常に有利である。
したがって、従来方式の現像ローラ表面、またはキャリア表面に付着しているトナーを剥離するために現像ローラと像担持体との間に印加していた５００Ｖ〜数ＫＶの高電圧バイアスを必要とすることがなく、感光体の帯電電位を非常に低い値として、潜像を形成して現像することができる。
例えば、像担持体としてＯＰＣ感光体を使用し、その表面のＣＴＬ(Charge
Transport Layer)の厚さが１５μｍ、その比誘電率εが３、帯電したトナーの電荷密度が（−３Ｅ−４Ｃ／ｍ2の場合、ＯＰＣ表面電位は約−１７０Ｖとなるが、この場合、搬送基板の電極への印加電圧として、０〜−１００Ｖ、デューティー５０％のパルス状駆動電圧を印加すると、平均で−５０Ｖとなり、トナーが負帯電であれば搬送基板の電極とＯＰＣ感光体との間の電界は前述した関係になる。
Transport Layer)の厚さが１５μｍ、その比誘電率εが３、帯電したトナーの電荷密度が（−３Ｅ−４Ｃ／ｍ2の場合、ＯＰＣ表面電位は約−１７０Ｖとなるが、この場合、搬送基板の電極への印加電圧として、０〜−１００Ｖ、デューティー５０％のパルス状駆動電圧を印加すると、平均で−５０Ｖとなり、トナーが負帯電であれば搬送基板の電極とＯＰＣ感光体との間の電界は前述した関係になる。
このとき、搬送基板とＯＰＣ感光体とのギャップ（間隔）が０．２〜０．３ｍｍであれば十分に現像が可能となる。トナーのＱ／Ｍ、搬送基板の電極への印加電圧、印刷速度すなわち感光体の回転速度によっても異なるが、負帯電トナーの場合、少なくとも感光体を帯電する電位は−３００Ｖ以下、または現像効率を優先した構成の場合は−１００Ｖ以下でも十分に現像を行うことができる。なお、正帯電の場合の帯電電位は＋電位となる。
次に、飽和現像について説明する。
本実施例において説明した現像装置は、図１３に示す特性を有している。
これは現像ポテンシャル＝露光後電位ＶＬ−ＤＣ現像バイアスＶＤＣで与えられる電位差に対応する量のトナーが現像されるもので、図１３に示すように、現像ポテンシャル分のトナー層電位となり現像がストップする。
ところが図１４に示すように、この現像方式を使用すると、特に現像ポテンシャルに対して敏感になり、少しの変動でトナー付着量が影響を受けてしまう。
具体的には、その傾きが約５〔ｍｇ／ｃｍ2／ｋＶ〕となるので、±１０Ｖの変動で０．１〔ｍｇ／ｃｍ2〕の変動幅を有してしまうことになる。
トナー層電位のみを補正した場合にトナー層の有無によりトナー付着量の差異が確認されている。
本実施例において説明した現像装置は、図１３に示す特性を有している。
これは現像ポテンシャル＝露光後電位ＶＬ−ＤＣ現像バイアスＶＤＣで与えられる電位差に対応する量のトナーが現像されるもので、図１３に示すように、現像ポテンシャル分のトナー層電位となり現像がストップする。
ところが図１４に示すように、この現像方式を使用すると、特に現像ポテンシャルに対して敏感になり、少しの変動でトナー付着量が影響を受けてしまう。
具体的には、その傾きが約５〔ｍｇ／ｃｍ2／ｋＶ〕となるので、±１０Ｖの変動で０．１〔ｍｇ／ｃｍ2〕の変動幅を有してしまうことになる。
トナー層電位のみを補正した場合にトナー層の有無によりトナー付着量の差異が確認されている。
本発明では、１色目トナーの付着量を、反射タイプ濃度検出装置（図示せず）で検出し、トナー層厚を算出し、このデータよりトナー層の静電容量を算出し、像担持体とトナー層の合成静電容量を算出し、２色目の現像ポテンシャル加算分を算出する。これから２色目帯電電位に対する書き込み光量を決定し、現像バイアスを決定する事で２色目画像形成を行う。
図１５にトナー付着量と出力電圧との関係を示す。
なお、トナー層電圧は、表面電位計で測定できる。
１色目として、５．８μｍ径の球形トナーが、０．５ｍｇ／ｃｍ2付着した場合、図１６のグラフより１．５層となり、充填率≒０．５程度と見積もれることから、空気層とトナー層の並列接続のコンデンサモデルを考えることができる。
トナー層の静電容量は、ＣＴＬ＝ε0・ε/ｄ〔Ｆ／ｍ2〕より、ε0εｔ/２ｄｔ＋ε0/２ｄｔ＝３.５３×１０-8[Ｆ／ｍ2]。
但し、εｔ＝３、ｄｔ＝１１.６×１０-6[ｍ]であるものとする。
なお、ε0は真空誘電率であり、８．８５×１０-12〔Ｆ／ｍ〕である。
ここで、感光体の比誘電率εＰＣ＝３とすると、厚み１３μｍでは、ＣＰＣ（感光体の単位面積当りの静電容量）＝２.０４×１０-8[Ｆ／ｍ2]となる。
これに像担持体の静電容量を考慮して直列接続として合成静電容量を計算すると、ＣＰＣ＝１.２９×１０-8[Ｆ／ｍ2]となり、像担持体のみのものと比較して０．６３２の割合となっている。すなわち比率では、約３７％の低下であり、これを考慮してトナー２色目の現像ポテンシャルを算出すると約１.５８倍必要となる。
またトナー層電位は約８０Ｖと検出されたので、トナー層電位と容量による電位増加分を加えて８０＋１２６．４＝２０６．４[Ｖ]の現像ポテンシャルで、現像を行うことにより、図１７に示すようにトナー層が存在するところでも付着量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となりトナー層が存在しないと部分と比較してほとんど差の無い付着量が得られている。
図１５にトナー付着量と出力電圧との関係を示す。
なお、トナー層電圧は、表面電位計で測定できる。
１色目として、５．８μｍ径の球形トナーが、０．５ｍｇ／ｃｍ2付着した場合、図１６のグラフより１．５層となり、充填率≒０．５程度と見積もれることから、空気層とトナー層の並列接続のコンデンサモデルを考えることができる。
トナー層の静電容量は、ＣＴＬ＝ε0・ε/ｄ〔Ｆ／ｍ2〕より、ε0εｔ/２ｄｔ＋ε0/２ｄｔ＝３.５３×１０-8[Ｆ／ｍ2]。
但し、εｔ＝３、ｄｔ＝１１.６×１０-6[ｍ]であるものとする。
なお、ε0は真空誘電率であり、８．８５×１０-12〔Ｆ／ｍ〕である。
ここで、感光体の比誘電率εＰＣ＝３とすると、厚み１３μｍでは、ＣＰＣ（感光体の単位面積当りの静電容量）＝２.０４×１０-8[Ｆ／ｍ2]となる。
これに像担持体の静電容量を考慮して直列接続として合成静電容量を計算すると、ＣＰＣ＝１.２９×１０-8[Ｆ／ｍ2]となり、像担持体のみのものと比較して０．６３２の割合となっている。すなわち比率では、約３７％の低下であり、これを考慮してトナー２色目の現像ポテンシャルを算出すると約１.５８倍必要となる。
またトナー層電位は約８０Ｖと検出されたので、トナー層電位と容量による電位増加分を加えて８０＋１２６．４＝２０６．４[Ｖ]の現像ポテンシャルで、現像を行うことにより、図１７に示すようにトナー層が存在するところでも付着量が０．５ｍｇ／ｃｍ2となりトナー層が存在しないと部分と比較してほとんど差の無い付着量が得られている。
ところで、上述したＥＨ現像は、搬送基板１００上でトナーをホッピングさせることによって、搬送基板１００との吸着力を０にすることで現像を行うものであるが、検討したところ、単に搬送基板１００上でトナーをホッピングさせるだけでは、ホッピングしたトナーが像担持体側への進行性を有しているとしても、確実に像担持体の潜像に付着することが無い場合もあり、トナー飛散が生じることも確認された。
そこでさらに検討したところホッピングしたトナーが像担持体の潜像の画像部に対して選択的に確実に付着し、かつ、非画像部には付着しない、すなわち地汚れが生じない条件を見出した。
すなわち、像担持体の潜像の電位（表面電位）と搬送基板に印加する電位（発生させる電界）との関係を所定の関係に設定する、つまり、上述したように、像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させる。これにより、潜像の画像部に対してはトナーが確実に付着し、非画像部に向かうトナーは搬送基板側に押し返されるので、搬送基板からホッピングしたトナーが効率的に現像に利用され、飛散を防止でき低電圧駆動による高品質現像を可能にすることができる。
すなわち、像担持体の潜像の電位（表面電位）と搬送基板に印加する電位（発生させる電界）との関係を所定の関係に設定する、つまり、上述したように、像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させる。これにより、潜像の画像部に対してはトナーが確実に付着し、非画像部に向かうトナーは搬送基板側に押し返されるので、搬送基板からホッピングしたトナーが効率的に現像に利用され、飛散を防止でき低電圧駆動による高品質現像を可能にすることができる。
この場合、搬送基板の電極に印加する電位の平均値（平均値電位）を像担持体の潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させることができる。
〔実施例２〕請求項１〜５，６に対応
（ＥＨＤ、供給量制限）
この例においては、上述した実施例１に対して、搬送部材への供給量を制限することでプロセスの安定化を図ることを目的とする。
供給部である磁気ブラシ現像装置においてスリーブへの印加電圧のＤＣ成分を下げる、磁気ブラシ中のトナー濃度を低減させる等で供給能力を低減させて、高現像ポテンシャルになった場合でも一定量以上のトナーが付着しない構成にした。
（ＥＨＤ、供給量制限）
この例においては、上述した実施例１に対して、搬送部材への供給量を制限することでプロセスの安定化を図ることを目的とする。
供給部である磁気ブラシ現像装置においてスリーブへの印加電圧のＤＣ成分を下げる、磁気ブラシ中のトナー濃度を低減させる等で供給能力を低減させて、高現像ポテンシャルになった場合でも一定量以上のトナーが付着しない構成にした。
供給量制限について説明する。
トナー供給に２成分磁気ブラシを使用したが、供給時の印加電圧、供給ギャップに依存している。
図１８（ａ）のグラフを用いて、トナー搬送量と供給印加電圧の関係を説明する。
通常の使用条件である、供給印加電圧（ＶＳＵ）＝−１．１ｋＶを−０．８ｋＶに低減すると、搬送基板上のトナー搬送量は、１２[ｍｇ／ｃｍ・ｓ]から８[ｍｇ／ｃｍ・ｓ]へ低減される。
これによる現像の最大付着量が図１８（ｂ）に示すように、０．４６ｍｇ／ｃｍ2から０．３８ｍｇ／ｃｍ2に低減するので、トナーはある値以上の付着量を越えない状態に設定することができる。
２色目の画像部は同一の書き込み光量とすると１色目の付着量の少ない部分（領域Ａ）は、露光時の光透過性が高くなるので、必要以上に露光後電位ＶＬが低下する。
均一な現像バイアス（ＤＣ）を適用すると、上記領域Ａは、トナー付着量が過剰になり、十分な画像品質を確保することができなくなる。
かかる点に鑑みて、本発明の供給量規制を行うことにより、現像ポテンシャルが多めになっても最大付着量を決めることができるようになり、規制可能となる。
本発明においては、更に１色目低濃度の場合に画像データに変更を加え、光量調整により平均露光後電位を高めになるように設定し、必要な付着量になるように制御することもできる。
トナー供給に２成分磁気ブラシを使用したが、供給時の印加電圧、供給ギャップに依存している。
図１８（ａ）のグラフを用いて、トナー搬送量と供給印加電圧の関係を説明する。
通常の使用条件である、供給印加電圧（ＶＳＵ）＝−１．１ｋＶを−０．８ｋＶに低減すると、搬送基板上のトナー搬送量は、１２[ｍｇ／ｃｍ・ｓ]から８[ｍｇ／ｃｍ・ｓ]へ低減される。
これによる現像の最大付着量が図１８（ｂ）に示すように、０．４６ｍｇ／ｃｍ2から０．３８ｍｇ／ｃｍ2に低減するので、トナーはある値以上の付着量を越えない状態に設定することができる。
２色目の画像部は同一の書き込み光量とすると１色目の付着量の少ない部分（領域Ａ）は、露光時の光透過性が高くなるので、必要以上に露光後電位ＶＬが低下する。
均一な現像バイアス（ＤＣ）を適用すると、上記領域Ａは、トナー付着量が過剰になり、十分な画像品質を確保することができなくなる。
かかる点に鑑みて、本発明の供給量規制を行うことにより、現像ポテンシャルが多めになっても最大付着量を決めることができるようになり、規制可能となる。
本発明においては、更に１色目低濃度の場合に画像データに変更を加え、光量調整により平均露光後電位を高めになるように設定し、必要な付着量になるように制御することもできる。
〔実施例３〕請求項１〜４、７、８に対応
この例においては、球形トナーを使用する。
課題は、１色目トナー付着量に依存せずに必要なトナーを付着させることである。
球形トナーを適用すると、表面積を小さく選定できる。
トナー層が存在する状態で露光を行い、適正な露光を行った後、電位ＶＬを得るには、光がトナー層を透過して感光体表面に到達することが必要になる。しかし、本実施例では、トナー自体が負（−）に帯電しているので、互いに反発するため、完全な細密充填を行うことはできない。
ところが、トナー層が２〜３層重なった状態で露光を行う際、不定形トナーを用いると、それぞれの表面積が大きいために散乱光を含めてもかなり感光体表面に到達しにくくなるのに対し、球形トナーを用いると、それぞれの表面積が小さく、かつトナーの周りに添加剤が外添されている（外添剤は不定形トナーでも同様）のでトナー間にある程度間隔が確保でき、光が透過しやすくなる。
この例においては、球形トナーを使用する。
課題は、１色目トナー付着量に依存せずに必要なトナーを付着させることである。
球形トナーを適用すると、表面積を小さく選定できる。
トナー層が存在する状態で露光を行い、適正な露光を行った後、電位ＶＬを得るには、光がトナー層を透過して感光体表面に到達することが必要になる。しかし、本実施例では、トナー自体が負（−）に帯電しているので、互いに反発するため、完全な細密充填を行うことはできない。
ところが、トナー層が２〜３層重なった状態で露光を行う際、不定形トナーを用いると、それぞれの表面積が大きいために散乱光を含めてもかなり感光体表面に到達しにくくなるのに対し、球形トナーを用いると、それぞれの表面積が小さく、かつトナーの周りに添加剤が外添されている（外添剤は不定形トナーでも同様）のでトナー間にある程度間隔が確保でき、光が透過しやすくなる。
図１９は、一般的な１色目付着量と必要書き込み量の関係の傾向を示す。
図２０は、横軸を１色目トナー付着量とし、縦軸を露光後平均電位とした場合のトナー形状による差異を表したものであり、この図からは球形トナーの方が、よりトナー層数が増えても光の透過に対し余裕度を大きく確保できることがわかる。
図２０は、横軸を１色目トナー付着量とし、縦軸を露光後平均電位とした場合のトナー形状による差異を表したものであり、この図からは球形トナーの方が、よりトナー層数が増えても光の透過に対し余裕度を大きく確保できることがわかる。
次に、本実施例において使用した現像ユニットについて説明する。
また、本実施例においては、像担持体上で色重ねができて、位置ズレのない高画質のフルカラー画像が得られる画像形成装置を提供する。
上記目的を達成するため、下記の構成を提案する。
また、本実施例においては、像担持体上で色重ねができて、位置ズレのない高画質のフルカラー画像が得られる画像形成装置を提供する。
上記目的を達成するため、下記の構成を提案する。
像担持体に形成された静電潜像を現像するためのトナーを、前記像担持体へ搬送するトナー担持体と、前記トナー担持体に接触または近接したトナー搬送部材と、前記トナー搬送部材の前記トナー担持体回転方向下流側にあって前記現像剤担持体に接触または近接し現像剤層厚を規制する規制部材とを有する現像装置であって、前記トナー担持体上に絶縁層を介して空間周期的な電極パターンが設けられており、ある電極を起点にした奇数番目の電極の集合体(以下、奇数番電極群)と偶数番目の電極の集合体(以下、偶数番電極群)との間に時間周期的な電位差を形成することを特徴とする現像装置、更にはこの現像装置を具備する画像形成装置を提供する。
図２１〜図２３に、本実施例による像担持体、及び現像装置の要部の概略図を示す。
図２１に示すように、ガラス基板３１上にアルミニウムを蒸着することによって、ｐ〔μｍ〕のピッチで移動方向に配列された複数の電極４１、４２、４３・・・からなる電極バターン３２を形成し、その上に保護層３３として厚さ約３〔μｍ〕、体積抵抗率約１０-10[Ω・ｃｍ]の樹脂コートを施したものを形成してトナー担持体としての基板３４を構成し、この基板３４の上には、帯電させたトナー層３５を形成する。
このトナー層３５は、図示しない現像器によってベタ画像を薄層に現像することによって形成した。トナーはポリエステル系の粒径約６〔μｍ〕のものを使い、基板３４上に薄層に形成された状態でのトナーの帯電量は約−２２〔μＣ／ｇ〕であった。
この状態のトナー層３５に対して、図２２に示すように、奇数番目の電極４１、４３・・・の集合体である奇数番目電極群と、偶数番目の電極４２・・・の集合体である偶数番目電極群との間に交流電源６から奇数番目電極群に交流電圧を偶数番目電極群に前記交流電圧の逆位相を印加すると、トナー３５は奇数番目電極群４１、４３・・・と偶数番目電極群４２・・・を往復するような運動を行う。この様子を以下、フレアと呼ぶ。
図２３は本発明の別の実施形態を示す。
この実施形態は、トナーのみを有する１成分現像器５６が用いられ、この１成分現像器５６はトナー担持ローラ７０に対してトナーを転位させてトナー担持ローラ上に薄いトナー層を形成する。この場合、１成分現像器５６は、容器６０内のトナー６１を図示しない循環パドルで攪拌して循環させながらトナー担持ローラ３１に供給し、トナー担持ローラ３１上のトナーをトナー規制部材としてのメータリングブレード６３により一定厚に規制して薄いトナー層とする。
上記構成により、極めて小型で軽量な高画質現像装置を提供することができる。
図２１に示すように、ガラス基板３１上にアルミニウムを蒸着することによって、ｐ〔μｍ〕のピッチで移動方向に配列された複数の電極４１、４２、４３・・・からなる電極バターン３２を形成し、その上に保護層３３として厚さ約３〔μｍ〕、体積抵抗率約１０-10[Ω・ｃｍ]の樹脂コートを施したものを形成してトナー担持体としての基板３４を構成し、この基板３４の上には、帯電させたトナー層３５を形成する。
このトナー層３５は、図示しない現像器によってベタ画像を薄層に現像することによって形成した。トナーはポリエステル系の粒径約６〔μｍ〕のものを使い、基板３４上に薄層に形成された状態でのトナーの帯電量は約−２２〔μＣ／ｇ〕であった。
この状態のトナー層３５に対して、図２２に示すように、奇数番目の電極４１、４３・・・の集合体である奇数番目電極群と、偶数番目の電極４２・・・の集合体である偶数番目電極群との間に交流電源６から奇数番目電極群に交流電圧を偶数番目電極群に前記交流電圧の逆位相を印加すると、トナー３５は奇数番目電極群４１、４３・・・と偶数番目電極群４２・・・を往復するような運動を行う。この様子を以下、フレアと呼ぶ。
図２３は本発明の別の実施形態を示す。
この実施形態は、トナーのみを有する１成分現像器５６が用いられ、この１成分現像器５６はトナー担持ローラ７０に対してトナーを転位させてトナー担持ローラ上に薄いトナー層を形成する。この場合、１成分現像器５６は、容器６０内のトナー６１を図示しない循環パドルで攪拌して循環させながらトナー担持ローラ３１に供給し、トナー担持ローラ３１上のトナーをトナー規制部材としてのメータリングブレード６３により一定厚に規制して薄いトナー層とする。
上記構成により、極めて小型で軽量な高画質現像装置を提供することができる。
この例においては、搬送電極の数に関し、上述した実施例が３であったのに対し、２になっている。
図２２には、バイアス電圧を印加する電源が示されているが、ＡＣ電圧を印加することにより、図２１のトナー層が形成された状態から、図２２のように、電極間の電位差により形成される電界に沿ってトナーが移動する。
図２３に画像形成装置の一例の概略図を示すが、これにおいては、電極にＡＣ電圧が印加されるので基本的には２電極間を往復動するものであり、本装置において、電極を含む基板をエンドレス状に形成して機械的に回転させることにより、トナーを搬送しつつ、ホッピングを行わせて現像を行うことができる。本実施例においては、現像ローラとして回転することにより、搬送状態の改善が図られ、画像品質向上の信頼性が高くなる。
図２２には、バイアス電圧を印加する電源が示されているが、ＡＣ電圧を印加することにより、図２１のトナー層が形成された状態から、図２２のように、電極間の電位差により形成される電界に沿ってトナーが移動する。
図２３に画像形成装置の一例の概略図を示すが、これにおいては、電極にＡＣ電圧が印加されるので基本的には２電極間を往復動するものであり、本装置において、電極を含む基板をエンドレス状に形成して機械的に回転させることにより、トナーを搬送しつつ、ホッピングを行わせて現像を行うことができる。本実施例においては、現像ローラとして回転することにより、搬送状態の改善が図られ、画像品質向上の信頼性が高くなる。
１ 像担持体
４ 磁気ブラシローラ
６ 交流電源
１０ トナー
１１ 磁性粒子
１２ 現像剤
１３ 現像剤
２１ パルス信号発生回路
２２ａ〜２２ｃ 波形増幅器
２３ａ〜２３ｃ 波形増幅器
３１ ガラス基板
３２ 電極バターン
３３ 保護層
３４ 基板
３５ トナー層
４１、４２、４３ 電極
５６ １成分現像器
５８ 感光体
５９ 交流電源
６０ 容器
６１ トナー
６２ 供給部材
６３ 規制ブレード（メータリングブレード）
６４ ブレード保持部材
７０ トナー担持体
１００ 搬送基板
１０１ 支持基板
１０２ 電極
１０３ 表面保護層
１０５ 共通電極
１０７ 層間絶縁膜
１２０ 駆動回路
１５０ 像担持体（感光体ドラム）
２００ 台座
２０１ スリーブ
２０２ 対向電極（ドクタ）
２０３ 電流計
２０４ 直流電源
４０１ ケーシング
４０２ 搬送部材
４０３ 磁気ブラシローラ
４０６ 規制ブレード
４０７ 磁石部材
４０８ スリーブ
４０９ 電源
４１０ 電源
４ 磁気ブラシローラ
６ 交流電源
１０ トナー
１１ 磁性粒子
１２ 現像剤
１３ 現像剤
２１ パルス信号発生回路
２２ａ〜２２ｃ 波形増幅器
２３ａ〜２３ｃ 波形増幅器
３１ ガラス基板
３２ 電極バターン
３３ 保護層
３４ 基板
３５ トナー層
４１、４２、４３ 電極
５６ １成分現像器
５８ 感光体
５９ 交流電源
６０ 容器
６１ トナー
６２ 供給部材
６３ 規制ブレード（メータリングブレード）
６４ ブレード保持部材
７０ トナー担持体
１００ 搬送基板
１０１ 支持基板
１０２ 電極
１０３ 表面保護層
１０５ 共通電極
１０７ 層間絶縁膜
１２０ 駆動回路
１５０ 像担持体（感光体ドラム）
２００ 台座
２０１ スリーブ
２０２ 対向電極（ドクタ）
２０３ 電流計
２０４ 直流電源
４０１ ケーシング
４０２ 搬送部材
４０３ 磁気ブラシローラ
４０６ 規制ブレード
４０７ 磁石部材
４０８ スリーブ
４０９ 電源
４１０ 電源
Claims (8)
- 像担持体上に、２種以上のトナー画像を重ね合わせ、トナー付着量に応じて画像形成条件を変化させる画像形成装置であって、
前記像担持体を、各色毎に帯電させる帯電手段と、順次前記像担持体に潜像を形成する書き込み光学系と、所定間隔で並べられた複数の現像装置とを具備しており、
トナー付着量に基づいてトナー層の電位を算出する電位算出手段と、
トナー付着量に基づいてトナー層静電容量を算出するトナー層静電容量算出手段と、
前記像担持体の静電容量を記憶する静電容量記憶手段とを有し、
前記トナー層の電位、前記トナー層静電容量、及び前記像担持体の静電容量のデータを、画像形成条件にフィードバックさせる構成を有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記トナー層静電容量を下記式（１）により算出し、前記画像形成条件にフィードバックさせる構成を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
Ｃ＝ＣＰ・Ｃｔ/（ＣＰ＋Ｃｔ）・・・（１）
Ｃは感光体とトナー層の、単位面積あたりの合成静電容量
ＣＰは感光体層の単位面積あたりの静電容量
Ｃｔ＝（εｔ・Ｄ＋１−Ｄ）・ε/２ｄｔ
εｔはトナーの比誘電率
Ｄは充填率
ｄｔはトナー層厚
但し、２色目以降も同一帯電量のトナーを現像すると仮定して静電容量の比率から、下記式（２）により現像ポテンシャルを算出したものとする。
２色目現像ポテンシャル＝ＣＰ／Ｃ２×１色目現像ポテンシャル＋１色目トナー層電位・・・（２） - 前記画像形成条件が、露光条件であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
- 飽和現像特性を有する現像装置を適用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- トナー供給量を制限する機能を具備していることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
- 前記現像装置が前記像担持体上に粉体を付着させて前記像担持体上の潜像を現像するものであり、当該現像装置は、前記像担持体に対向して配置されており、前記トナーを移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を具備していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
- 現像装置は、前記像担持体に対向して配置されており、
前記像担持体に形成された静電潜像を現像するためのトナーを前記像担持体へ搬送するトナー担持体上に絶縁層を介して空間周期的な電極パターンが設けられており、
一の電極を起点にした奇数番目の電極の集合体(以下、奇数番電極群)、前記一の電極を起点にした偶数番目の電極の集合体(以下、偶数番電極群)との間に、時間周期的な電位差を形成する構成を具備していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 使用するトナーの、投影時の円形度が、９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
Priority Applications (1)
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| JP2007127025A JP2008281853A (ja) | 2007-05-11 | 2007-05-11 | 画像形成装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015161704A (ja) * | 2014-02-26 | 2015-09-07 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 画像形成装置及び画像形成方法 |
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-
2007
- 2007-05-11 JP JP2007127025A patent/JP2008281853A/ja active Pending
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