JP4721421B2 - カラー画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真プロセスを用いるカラー画像形成装置に関し、特に、複数の帯電装置、露光装置、現像装置を用いて１つの像担持体上に色の異なるトナー像をイメージ・オン・イメージ方式のカラー画像形成も採用し重ね合わせて形成し、その重ね合わせトナー像を記録媒体に転写して画像を得るカラー画像形成装置に関する。

従来から、複写機、プリンタ、ファクシミリ或いはその複合機などとして構成される画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この形式のカラー画像形成装置は、１つの感光体ベルト上に異なった色のトナー像を直に重ねて形成し、その重ねトナー像を記録媒体に転写するように構成されている。したがって、装置の構成を簡素化できるので小型化・低コスト化に対して有利であり、しかも高品質なカラー画像を形成することが可能である。かかるカラー画像形成装置は、イメージ・オン・イメージ方式のカラー画像形成装置とも称せられている。ところが、従来のこの形式のカラー画像形成装置には、次に示す重大な欠点があった。

感光体ベルト上に最初にトナー像を形成する現像装置を１色目の現像装置とし、それ以外の現像装置を２色目以降の現像装置と称することにすると、２色目以降の現像装置は、既にトナー像が形成されている感光体ベルト上に、そのトナー像とは異なる色のトナー像を形成する。したがって、２色目以降の現像は非接触で行われなければならない。従来の非接触現像装置としては、現像スリーブ上に現像剤を担持して搬送し、その現像スリーブと感光体ベルトとの間に、現像方向の電界と逆現像方向の電界を交互に形成（ＡＣ電界）し、トナーを現像スリーブと感光体ベルトとの間で往き来させながら静電潜像を可視像化する方式が採用されている。

ところが、係る現像装置をイメージ・オン・イメージ方式のカラー画像形成装置において２色目以降の現像装置に採用すると、逆現像方向の電界が形成された時、既に感光体ベルト上に形成されているトナー像の一部のトナーが現像スリーブ上の現像剤に移行してしまい、その現像剤の色が本来の色と異なってしまうという欠点を免れなかった。係る現像装置によって感光体ベルト上にトナー像を形成すればその画質が著しく劣化する。さらに、転写後に感光体ベルト上に残ったトナー（以下、転写残トナーという）を除去する必要があり、画像形成装置の保守の点で、この転写残トナーの廃棄が大きな問題である。特に感光体上重ね合わせ方式においては、転写残トナーが多くなる傾向がある。クリーニングにより回収されたトナーを一時的に廃棄用の容器に入れておき、まとめて廃棄する方法が一般的だが、作業に手間がかかり、廃物低減の観点からも好ましくない。また容器のスペースが必要である。

そこで、回収したトナーを再利用して廃棄トナーをなくす方法としていくつか提案されている。まず、クリーニング装置によって回収されたトナーを現像装置に搬送して再利用する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この方法を用いた場合には余分な部品が必要となり、小型化・低コスト化の目的に対しては逆効果である。

また、現像装置にクリーニング機能を持たせることにより、回収トナーをそのまま現像に再利用する装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、かかる画像装置では、中間転写体上で多色のトナー重ねをするため、小型化・低コスト化の目的を果たすことができず、また中間転写体上の未転写トナーのクリーニング及び廃棄の問題がなおざりとなっている。

また、通常の現像装置の他にトナー回収手段兼テストプリント用の現像装置を設置する方式が提案されている（例えば、特許文献４参照）。しかし、この方式では現像装置を１つ増やすことになり、小型化・低コスト化にはふさわしくない。また、ブラックトナー現像に多色のトナーを回収する方式では黒色の画質が悪くなることが問題視されている。これは、現像装置のブラックトナー量の調整によって解決できる問題も含まれている。さらに、イメージ・オン・イメージ方式に用いる場合も提案されているが（例えば、特許文献４参照）、前述した２色目以降の現像装置の問題には全く触れられていない。
特開平８−３３９１１０号公報 特開昭６０−１５６０８１号公報 特開平５−２４９７９６号公報 特開平９−８０８４５号公報

しかしながら、上述のように、従来のカラー現像方式においては、他色を重ねる現像時の好ましくない画像の擾乱があり、また、クリーニングされたトナーの廃棄が問題で、転写されないトナーが多く、回収されたトナーを一時的に廃棄用の容器に入れて、まとめて廃棄する方法が一般的と考えられるが、作業に手間がかかり、廃棄物低減の観点からも好ましくない。また容器のスペースが必要であり、小型化・低コスト化に反する装置上の問題等がある。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、係る不具合を解決することを前提とし、イメージ・オン・イメージ方式を用いて、現像の１色目をブラックの接触現像、２色目以降をカラーの非接触現像とすることにより、重ね合わせトナー像を現像時に乱すことなく形成し高画質のカラー画像を形成し、かつ優れた保守性を有した小型で低コストの画像形成装置を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、複数の異なる色の現像装置を有するカラー画像形成装置であって、第１の現像装置は、感光体ベルトに対して接触方式によるブラックトナー現像を行なう現像装置であり、前記感光体ベルト上のトナーの回収を行う回収手段を有し、ブラックトナーの現像を前記感光体ベルト上のトナーの回収と同時に行い、複数の第２の現像装置は、前記感光体ベルトに対して非接触の状態で現像を行う現像装置であり、トナーの搬送方向に対して直交する方向に微小電極がトナーの搬送方向に微小の間隔をあけて配列した多数の電極列からなる多数電極群が形成され、前記多数電極群により形成される電界によりトナーが静電搬送される静電搬送手段と、前記感光体ベルトに形成された静電潜像にトナーを静電的に移行させる現像電界を形成するように前記多数電極群の電極に電圧を印加するトナー静電搬送手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、前述したイメージ・オン・イメージ方式の欠点を解消でき、高画質かつ小型・低コストの画像形成装置を実現することが可能となる。

以下に、本発明の実施形態に係る画像形成装置および現像装置を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種種の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

本発明の実施形態に係る画像形成装置は、複数の帯電装置、露光装置、現像装置を用いて１つの像担持体上に色の異なるトナー像を重ね合わせて形成し、その重ね合わせトナー像を転写装置によって記録媒体に転写して画像を得るカラー画像形成装置（イメージ・オン・イメージ方式）である。さらに、像担持体上に最初にトナー像を形成する現像装置を１色目の現像装置とし、それ以外の現像装置を２色目以降の現像装置として、１色目の現像装置を接触方式によってブラックトナーを現像する現像装置とし、２色目以降の現像装置を、トナーの搬送方向に対してほぼ直交する方向に延び、かつトナーの搬送方向に微小間隔をあけて配列された多数の電極を有し、トナーを静電搬送する進行波電界が形成されると共に、感光体ベルトに形成された静電潜像にトナーを静電的に移行させる現像電界が形成されるように、各電極に電圧を印加するトナー静電搬送装置を具備する静電現像装置（ＥＨ現像装置）とする。

図１は、本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成を示す図である。ここに示したカラー画像形成装置は、複数の支持ローラ１、２、３に巻き掛けられた無端状の感光体ベルト４を有し、この感光体ベルト４のまわりには、その感光体ベルト４の表面から離間して配置された第１乃至第４の複数の帯電装置５ＢＫ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｙと、第１乃至第４の複数の現像装置６BK、７Ｍ、７Ｃ、７Yと、感光体ベルト４の表面に当接した転写ローラより成る転写装置８が配置されている。

本実施形態では、現像装置６BK、７Ｍ、７Ｃ、７Ｙは、感光体ベルト４上にブラックトナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びイエロートナー像をそれぞれ形成することができる。現像装置６ＢＫは接触方式であり、感光体ベルト４上にブラックトナー像を形成すると共に、感光体ベルト上に付着した転写残トナーを回収する機能を持つ。また、現像装置７Ｍ、７Ｃ、７Ｙには非接触方式を用いる。本発明の特徴はこれらの現像装置６ＢＫ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｙにあり、後に詳しく説明する。また図に一例として示した帯電装置５ＢＫ乃至５Ｙは、スコロトロン帯電器より成る。さらに、感光体ベルト４を挟んで、各現像装置６ＢＫ乃至６Ｃに対向した位置には、バックアップローラ９ＢＫ、９Ｍ、９Ｃがそれぞれ配置されている。感光体ベルト４は、基材ベルトの表面に感光層が形成され、それ自体周知な構成を有している。

上述した各要素は、全て、画像形成装置本体１０内に配置されており、その画像形成装置本体１０内には、さらに露光装置１１、給紙装置１２及び定着装置１３などが設けられている。

このような画像形成装置により画像形成動作が開始されると、感光体ベルト４は図１の矢印Ａに示す方向に駆動される。このとき第１の帯電装置５ＢＫが感光体ベルト４を所定の極性（図の例ではマイナス極性）に帯電し、その帯電面に露光装置１１から出射する光変調された書き込み光（図示した例ではレーザ光Ｌ）が照射され、これによって感光体ベルトに第１の静電潜像が形成される。この第１の静電潜像は、第１の現像装置６ＢＫによってブラックトナー像として可視像化される。

引き続いて、このブラックトナー像の形成された感光体ベルト４は第２の帯電装置５Ｍによってマイナス極性に帯電され、その帯電面に露光装置１１から出射した光変調されたレーザ光Ｌが照射される。これによって感光体ベルト４に第２の静電潜像が形成され、その静電潜像が第２の現像装置７Ｍによってマゼンタトナー像として可視像化される。以下同様にして、（ブラックトナー像とマゼンタトナー像の形成された）感光体ベルト４が、第３の帯電装置５Ｃによりマイナス極性に帯電され、その帯電面が露光装置１１により露光されて第３の静電潜像が形成される。その潜像が第３の現像装置７Ｃによりシアントナー像として可視像化され、さらに第４の帯電装置５Ｙ、露光装置１１及び第４の現像装置７Ｙによって、イエロートナー像が形成される。このように、感光体ベルト４上に４色のトナー像が順次重ねられて形成される。

一方、給紙装置１２の給紙カセット１４には、転写紙又は樹脂シートなどから成る記録媒体Ｐが収容され、その最上位の記録媒体Ｐが給紙ローラ１５の回転によって矢印Ｂ方向に給送され、所定タイミングで感光体ベルト４と転写装置７の間の転写部に送り込まれる。このとき、転写装置７には所定の転写電圧が印加されており、これによって感光体ベルト４上の重ねトナー像が記録媒体Ｐに転写される。トナー像の転写された記録媒体は定着装置１３を通り、このとき熱と圧力が印加されて、転写されたトナー像が記録媒体Ｐに定着される。引き続き、その記録媒体は、矢印Ｃで示すように画像形成装置本体１０の上部の排紙部１６に排出される。トナー像転写後に感光体ベルト４上に付着した転写残トナーは、現像装置６ＢＫにクリーニング機能も備えており、ブラックトナー現像時に同時に現像装置６ＢＫによって回収される。

上述のように、本実施形態に係るカラー画像形成装置は、帯電装置により感光体ベルトを帯電し、その帯電面を露光装置により露光して感光体ベルトに静電潜像を形成し、その静電潜像を現像装置によってトナー像として可視像化する工程が複数回繰り返されることによって、感光体ベルト上に色の異なるトナー像を重ねて形成し、その重ねトナー像が転写装置により記録媒体に転写されて記録画像を得るように構成されている。かかる画像形成装置がイメージ・オン・イメージ方式のカラー画像形成装置である。感光体として感光体ベルト４を用いているので、その感光体ベルト４のまわりに複数の現像装置６ＢＫ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｙや帯電装置５ＢＫ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｙなどを、余裕をもって配置することができる。

感光体として感光体ドラムを用いたとすると、そのまわりに複数の現像装置や帯電装置を配置するために、その感光体ドラムの直径を非常に大きなものとする必要があり、これによって画像形成装置の全体構造が大型化することになるが、感光体ベルト４を用いることにより、このような欠点が生じることはない。

ここで、感光体ベルト４上に最初にトナー像を形成し始める第１の現像装置６ＢＫを１色目の現像装置と称し、それ以外の第２乃至第４の現像装置７Ｍ、７Ｃ、７Ｙを２色目以降の現像装置と称する。１色目の現像装置と２色目以降の現像装置に別の方式のものを採用することが本発明の特徴である。

まず、２色目以降の現像装置７Ｍ、７Ｃ、７Ｙは、既に別の色のトナー像が形成されている感光体ベルト４上にトナー像を形成する。従って、２色目以降の現像装置が既に感光体ベルト４上に形成されているトナー像を乱さないように、その２色目以降の現像装置７Ｍ、７Ｃ、７Ｙとして、非接触現像方式の現像装置を用いる必要がある。しかも、既に感光体ベルト４上に形成されているトナー像のトナーが２色目以降の現像装置７Ｍ、７Ｃ、７Ｙに、混入しないようにしなければならない。

そこで、本発明においてはトナー静電搬送装置を具備する静電現像装置を用いる。この静電現像装置は、非接触方式で、かつ感光体ベルト上のトナーが現像装置の側に戻されないように構成されている。１色目の現像装置に関しては上記のような制約はない。また、本実施形態では１色目の現像装置６ＢＫはブラックトナーの現像と同時に感光体ベルト４上の転写残トナーの回収を行う機能を有する接触方式の現像装置とする。回収したトナーはブラックトナーに混ぜて用いるため、廃棄トナーをなくすあるいは少なくとも減少させることができる。また、クリーニング装置を単独で設置する必要がなくなる。ここで、１色目の現像装置６ＢＫは他の色のトナーが混入されても問題がないブラックとしている。

しかし、現像装置６ＢＫに回収した他色のトナーが現像されて出て行かない場合に、他色のトナーが現像装置６ＢＫに蓄積して元のブラックから色が変わってしまうという問題がある。そこで、現像装置６ＢＫのブラックトナーよりも現像装置の７Ｍ、７Ｃ、７Ｙのトナーの方が、帯電量が小さくなるようにする。

例えば、２成分現像方式の場合に、同一キャリアに対して、現像装置６ＢＫの元々のブラックトナーは-30μC/gとし、その他の現像装置７Ｍ〜７Ｙのトナーを-20μC/gとなるようにする。これによって、現像装置６ＢＫに現像装置７Ｍ〜７Ｙの他色のトナーを回収した場合に、現像装置７Ｍ，７Ｃ，７Ｙの他色のトナーの方がブラックトナーより現像されやすくなるため、現像装置６ＢＫに他色のトナーが蓄積するという問題を防ぐことができる。

トナーの帯電量の制御は、トナー成分の帯電制御剤または外添剤の調整によって実現できる。また、現像装置６ＢＫのブラックトナーの粒径を例えば6μｍ程度と小さくし、その他の現像装置７Ｍ〜７Ｙのトナーの粒径を例えば10μｍ程度と大きくしても、上記のような帯電量の差をつけることができる。トナーの粒径は、一般に粉砕方法によって製造された場合に大きくなり、重合方法で製造された場合に小さくなるので、現像装置６ＢＫのトナーと現像装置７Ｍ〜７Ｙのトナーの製造方法を適宜調節して製造することもできる。

以降、始めに１色目の現像装置６ＢＫの具体的構成に関して、次に２色目以降の現像装置７Ｍ〜７Ｙの具体的構成に関して詳しく説明する。

現像装置６ＢＫについて説明する。本実施形態では、通常は設置されているクリーニング装置がないため、転写残トナーが感光体ドラム４上に付着している状態で、帯電装置５ＢＫによって感光体ドラム４の表面を例えば-700Vに帯電する。この時に、転写残トナーも同時に負に再帯電される。次に、露光装置１１からのレーザ光Ｌによって感光体ドラム４が露光され、露光された部分の電位は減衰し、例えば-50V（残留電位）となる。転写残トナーによって露光が妨げられるが、転写残トナーはそれほど多くはないので、十分な強度の光を照射すれば感光体ドラム４の帯電を除いて表面電位を-50Vとできる。

図２に、現像装置６ＢＫと感光体ベルト４との間を模式的に示す。図２は模式図なので現像装置６ＢＫと感光体ベルト４は接触していないが、十分なクリーニング能力を持たせるために接触方式を採用している。現像電位を例えば-400Vとした時、露光された部分の電位は-50Vなのでブラックトナーが感光体ベルト４上の露光された部分に現像される。転写残トナーは量が少ないため、十分な量のブラックトナーを現像すれば覆い隠す事ができる。さらに、露光されていない部分の電位は-700Vなので、露光されていない部分では逆に転写残トナーが現像装置６ＢＫの方へ移動する。したがって、現像装置６ＢＫによってブラックトナーの現像と転写残トナーの回収が同時に行われる。したがって、必然的に回収した転写残トナーはブラックトナーに混ぜて再利用することになる。他の色が混入するのはブラックトナーのため、それほど影響はない。これによって廃トナーをなくすかまたは少なくとも減少させることができ、廃トナーを捨てるという作業を削減できるため、メンテナンスの観点から非常に有効である。また、廃トナーの回収容器のスペースが削減でき、画像形成装置の小型化にも寄与できる。さらに、独立したクリーニング装置を省略可能とすることもできるという利点もある。

また、現像装置６ＢＫによる転写残トナーのクリーニング性があまり良くない場合には、転写残トナーの回収のみ行う動作モードを随時発動させれば良い。帯電装置５ＢＫによって感光体ベルト４の表面を帯電した後、露光をまったく行わなければ感光体ベルト４の全面で転写残トナーの回収を行うことができる。

さらに、転写残トナーのクリーニングとブラックトナーの現像及び２色目以降のトナーの現像を交互に行う方法も採用できる。これは１回の画像出力ごとにクリーニングのために感光体ベルト４を１回転させるということである。したがって、１枚の画像を出力するために感光体ベルト４の回転が２回転必要となり、出力速度が遅くなるという欠点がある。また、感光体ベルト４の大きさが出力する紙の大きさによって決まってしまうという欠点もある。ブラックトナーの現像と転写残トナーの回収が同時に行った場合には、逆に感光体ベルト４の大きさは出力する紙によらずに決めることができるという利点がある。

次に、本発明の実施形態に係る２色目以降の現像装置７Ｍ〜７Ｙについて説明する。トナー静電搬送装置を有する静電現像装置７Ｍ〜７Ｙの構成は、全て実質的に同一であるため、そのうちの１つの現像装置７Ｍについてだけ説明すれば足りる。トナー静電搬送装置の概略を以下に説明する。

図３に示すように、現像装置７Ｍのトナー静電搬送装置２０は、感光体ベルト４に対して所定の間隔をあけて配置されている。係るトナー静電搬送装置２０は、図４に示すように、円柱状に形成された絶縁体より成る支持体２１と、この支持体２１の外周面に沿って固定配置された複数の電極２２とを有し、これらの電極２２と支持体２１の外面には、絶縁層２３が積層されている。

図４には、一部の電極２２だけが示されている。が、実際には、図３に模式的に示すように支持体２１の全周に亘って電極２２が配設されている。後述するように、粉体状のトナーＴは、図３及び図４に矢印Ｅで示すように、支持体２１の周方向に搬送されるが、各電極２２は、このトナー搬送方向Ｅにほぼ直交する方向に延伸して形成されており、感光体ベルト４の画像形成領域の全幅に亘って延在されている。係る電極２２が、トナー搬送方向Ｅに微小間隔をあけて、環状に配列されている。図５に示すように、各電極２２の幅Ｗは、例えば３０μｍ、そのピッチＰＴは、例えば６０μｍ程度である。なお、図３及び図４においては、トナーＴを点々で表わし、後述するキャリアＣＡを小さな丸で示してある。また、図５において、各電極には斜線を付してある。

ここで、各電極２２には、上述したトナー静電搬送装置の外周面に沿って、トナーＴを静電搬送するための進行波電界と、感光体ベルト４に形成された静電潜像にトナーＴを静電的に移動させる現像電界が形成されるように、図４に示した３相パルス電源１９によって電圧がそれぞれ印加される。その一例を以下に説明する。

多数の電極２２は、３本で１つの組を構成し、その各組の３本の電極それぞれに位相をずらして電圧を印加する。図６は、３本の電極２２Ａ〜Ｃから成る第１及び第２の組Ｉ、IIを並べて示した図である。ここで、図６の（ａ）に示すように、第１の組Ｉの電極２２Ｂ上にマイナス極性に帯電したトナーＴが存在していたとし、このとき各組のＩ、IIの電極２２Ａ〜Ｃには、それぞれ、−１３０Ｖ、−１３０Ｖおよび−４０Ｖの電圧が順に印加されたとする。このとき、形成される電界によって、トナーＴは、第１の組Ｉの電極２２Ｂの隣りの電極２２Ｃに静電的に移行する（たとえば図６の（a）のI→図６の（ｂ）のIを参照）。次に、図６の（ｂ）に示すように、各組Ｉ、IIの各電極２２Ａ〜Ｃに、それぞれ、−４０Ｖ、−１３０Ｖ、−１３０Ｖの電圧が印加される。このため、第１の組Ｉの電極２２Ｃ上にあったマイナストナーＴは、第２の組IIの電極２２Ａ上に静電的に移行する。次いで、第１及び第２の組の各電極２２Ａ〜Ｃには、図６の（ｃ）に示すように、それぞれ、−１３０V、−４０Vおよび−１３０Vの電圧が順に印加されるので、第２の組IIの電極２２Ａ上にあったトナーＴは、その隣りの電極２２Ｂに移行し、全く同様にして、図６の（ｄ）に示すように、トナーＴは第２の組の電極２２Ｃに静電的に移行する。このようにして、トナーＴは矢印Ｅ方向に搬送されて行く。

上述したような電圧印加による電極の電圧変化が進行波電界の一例であり、かかる電界が形成されることにより、図３及び図４に示したトナー供給装置２４からトナー静電搬送装置２０に供給されたマイナス極性のトナーＴが、そのトナー静電搬送装置２０の周面状をホッピングしながら矢印Ｅ方向に搬送され、感光体ベルト４とトナー静電搬送装置２０が互いに接近した現像領域に運ばれる。このとき、感光体ベルト４には、前述したように静電潜像が形成されている。この静電潜像は、感光体ベルト４が図１に示した帯電装置５Ｍにより帯電され、次いで露光装置１１から出射するレーザ光Ｌを選択的に照射されることにより形成される。ここでは、一例として、感光体ベルト４が帯電装置５Ｍによって−１５０Ｖに帯電されるものとし、図４に示すように、レーザ光を照射されて形成された静電潜像Ｆの表面電位が−５０Ｖであり、レーザ光の照射されない地肌部Ｇの表面電位は−１５０Ｖに維持される。

一方、図６から判るように、各組Ｉ、IIの電極２２Ａ〜Ｃに印加された電圧の平均値は−１００Ｖである。このため、現像領域に搬送されたトナー静電搬送装置２０上のマイナストナーＴは、感光体ベルト４上の静電潜像Ｆのみに静電的に移行して、その静電潜像Ｆに付着する。このように、各電極に対して上に例示した電圧を印加することによって、感光体ベルト４に形成された静電潜像にトナーを静電的に移行させる現像電界を形成することができる。感光体ベルト４に移行せずに現像領域を通過したトナーは、さらにトナー静電搬送装置２０の周面上を、ホッピングしながら、図４に矢印Ｈで示した方向に搬送され、トナー供給装置２４の側に運ばれる。

図１に示した本実施形態に係る現像装置７Ｃおよび７Ｙも、同様にして現像動作が実行される。トナー静電搬送装置を有する静電現像装置は、前述したように、感光体ベルト４に対して非接触方式で現像動作を行うので、２色目以降の現像装置７Ｍ〜７Ｙが、既に感光体ベルト４上に形成されているトナー像を乱すことはない。しかも、現像電界は常に一方向であって、その向きが逆転することはないので、現像装置７Ｍ〜７Ｙに、既に感光体ベルト４上に形成されているトナー像のトナーが混入することはない。このため、いずれの現像装置にもトナーの混色は起こりえず、長期に亘って高品質なカラー画像を形成することができる。さらに、感光体ベルト４上に付着した紙粉などの汚染物質も現像装置７Ｍ〜７Ｙに流入することを防止できる。また、各現像装置で使用されるトナーは、磁性トナーであっても、非磁性トナーであってもよい。さらに、本例のトナー静電搬送装置２０の多数電極２２は、図３及び図４に示したように、環状に配列されているので、現像に供されなかったトナーをそのままトナー供給装置２４の側に搬送することができる。また、感光体ベルト４上のトナーが現像装置７Ｍ〜７Ｙに混入することはないので、感光体ベルト４上のトナー像が記録媒体Ｐに転写される効率を高めることによって、転写残トナーが少なくなり、上述した１色目の現像装置６ＢＫによる転写残トナーの回収が有効となる。

次に、図３に示した本発明の実施形態に係るトナー供給装置２４について説明する。ここに示したトナー供給装置２４は、スリーブ２５と、このスリーブ２５の内部に配置されたマグネットローラ２６とから成る現像剤搬送装置２７を有し、マグネットローラ２６の周面には、その周方向にＳ極とＮ極が交互に着磁されている。スリーブ２５は非磁性体より成り、その周面には、磁性キャリアＣＡとトナーＴとを有する乾式の現像剤Ｄが磁力によって担持されている。この状態で、マグネットローラ２６は回転せずに固定され、スリーブ２５が図３において反時計方向に回転駆動されている。これにより、現像剤Ｄが反時計方向に搬送され、トナーＴは、キャリアＣＡとの摩擦によりマイナス極性に帯電される。キャリアＣＡは、マグネットローラ２６の磁極間を移動する際に、あたかもマグブラシ（マグネットブラシ）が転がるような微細な運動を行い、これによってトナーＴとキャリアＣＡの撹拌運動が高められる。係る現像剤Ｄが、スリーブ２５とトナー静電搬送装置２０との対向領域に搬送され、このときトナー静電搬送装置２０の各電極２２には、前述したような電圧が印加されていると共に、スリーブ２５には、例えば−６００Ｖの電圧が印加されているので、現像剤Ｄ中のトナーがトナー静電搬送装置２０の電極２２に静電的に移行してトナー静電搬送装置２０に供給される。

スリーブ２５に担持されて搬送されるトナー中に、充分に帯電しない異常トナーが存在することがあるが、かかる異常トナーはトナー静電搬送装置２０に供給されないか、又は供給されたとしても、異常トナーに対する静電搬送力は極めて低いので、異常トナーは現像領域に搬送されない。このように正常な帯電トナーだけが現像領域に運ばれるので、トナー飛散や地汚れが発生することを防止できる。

図３に示したスリーブ２５を固定し、マグネットローラ２６を回転させてスリーブ２５上の現像剤Ｄを搬送することもできる。この構成によると、スリーブ２５を現像装置７Ｍのケーシング２８と一体化することもできる。また、スリーブ２５とマグネットローラ２６を互いに反対方向に回転してスリーブ２５上の現像剤Ｄを搬送することも可能である。さらに、スリーブ２５を省き、マグネットローラ２６上に直に現像剤Ｄを担持し、そのマグネットローラ２６を回転駆動して現像剤Ｄを搬送することもできる。係る現像剤搬送装置によれば、その構成を極めて簡素化することができる。

また、上述したいずれの現像剤搬送装置においても、スリーブ２５又はマグネットローラ２６に対向してドクターブレード（図示せず）を配置し、このドクターブレードによって、スリーブ２５又はマグネットローラ２６上に担持されて搬送される現像剤を撹拌するように構成すると、トナーに対する摩擦帯電能力を高めることができる。また、このようなドクターブレードを設けないように構成することによって、トナーとキャリアに対して過剰なストレスを与えることを防止し、キャリア表面の摩耗を低減することができる。

上述のように、トナー供給装置２４は、磁性キャリアＣＡとトナーＴを有する現像剤Ｄを、磁力によって担持しながら搬送する現像剤搬送装置２７を有し、その現像剤搬送装置２７により搬送されるトナーＴがキャリアＣＡとの摩擦により帯電され、その帯電トナーＴが静電的にトナー静電搬送装置２０に供給されるように構成されている。

さらに、本実施形態に係る静電現像装置７Ｍには、図３に示すように、現像剤搬送装置２７にトナーを補給するトナー補給装置２９が設けられている。このトナー補給装置２９は、現像装置７Ｍのケーシング２８の一部によって構成されたトナー容器３０と、回転羽根３１とを有し、この回転羽根３１は、図３における反時計方向に回転しながら、トナー容器３０内の粉体状のトナーＴを汲み上げて現像剤搬送装置２７に補給する。その際、回転羽根３１によって汲み上げられたトナーは、一旦、現像剤搬送装置２７の入口部空間３２に嵩だかに収容され、静電潜像の可視像化のために消費された分のトナーが、入口部空間３２から現像剤搬送装置２７に補給される。その補給されたトナーが回転羽根３１によって入口部空間に補充される。このように、本実施形態のトナー補給装置２９は、静電潜像の可視像化のために消費されたトナーを現像剤搬送装置２７に自動補給する。係る構成によれば、現像剤搬送装置２７によって搬送される現像剤Ｄのトナー濃度を調整する装置が不要となり、現像装置の構成を簡素化したり、さらにコンパクト化（小型化）することができる。

従来、この種のカラー画像形成装置に採用されている現像方式では、現像装置６ＢＫで説明したように、感光体ベルトを例えば-700Vに帯電して、その帯電面を露光して静電潜像を形成し、その静電潜像の表面電位を例えば−5０Ｖ程とした後に、ここにトナーを静電的に付着させていた。ところが、この構成では感光体ベルトの表面電位を−7００Ｖから−5０Ｖに大きく低下させる必要があるため、帯電面に多量の光を照射する必要があった。その際に、２色目以降のプロセスでは既にトナー像が形成されている感光体ベルトに静電潜像を形成するが、既に形成されているトナー像が光の進行を妨げ、よって、感光体ベルト表面に多量の光を照射することができない。このため、イメージ・オン・イメージ方式の従来のカラー画像形成装置では、感光体ベルトを透明に構成すると共に、感光体ベルトの裏面側に露光装置を配置し、感光体ベルトの裏面から光を照射して静電潜像を形成していた。このようにすれば、感光体ベルト上に既にトナー像が形成されていても、感光体ベルトに多量の光を照射して静電潜像を形成することができるが、感光体ベルトを透明にするためには、感光体ベルトの材料選択の幅が狭められてしまっていた。しかもその透明な感光体ベルトの裏面に汚れや傷が付くと多量の光を感光体ベルトに照射することができなくなる。また、無端状の感光体ベルトの裏面側に露光装置を配置すると、その露光装置と感光体ベルトの全体が極めて大型になってしまうという欠点を伴っていた。

これに対し、本発明では、2色目以降の現像装置として、前述した静電現像装置を用いているので、感光体ベルト４の帯電電位と露光部静電潜像の電位の差が小さくても確実に可視像化できる。このため、現像装置の帯電面に少量の光を照射するだけでよい。したがって、図１に示すような画像形成装置のような、露光装置１１が感光体ベルト４の外周面に対して光を照射して感光体ベルト４に静電潜像を形成するように構成されている装置を用いても、感光体ベルト４上に既にトナー像が形成されている感光体ベルト４の表面にレーザ光を照射することにより、確実に静電潜像を形成することができる。

このように、本実施形態では、露光装置１１が感光体ベルト４の内部ではなく、その外側に配置されているので、感光体ベルト４の大型化を阻止できる。さらに、感光体ベルト４の光疲労（光分解によるベルトの構成材料中の分子鎖の破断、光源等から発生する熱等による内部応力の温存化による疲労等）を抑制して感光体ベルト４の長寿命化を達成できる。

なお、感光体ベルト４を−150Ｖに帯電し、露光部静電潜像の電位を-50Vとして説明した。これには以下で説明する問題がある。本実施形態では１色目の現像装置には通常の現像装置６ＢＫを用いる。1色目では感光体ベルト上にまだトナー像は形成されていないため、上述した問題は発生しない。ただし、1色目の帯電装置で感光体ベルト４を-700Vに帯電し、2色目以降の帯電装置では感光体ベルト４を-150Vで帯電する場合には、1色目の現像後に除電する必要がある。このために、除電装置を設置しなければならないが、これには小型化・低コスト化には障害となる。本実施形態では、除電する代わりに2色目以降の帯電装置も、感光体ベルト４を1色目の帯電装置による帯電電位の例えば700Vで帯電させたのと同様の帯電電位となるように帯電する。たとえば2色目以降の露光装置で感光体ベルト4の露光部静電潜像の電位を-600Vとなるように露光を行う。これに合わせて、上述した静電現像装置７の電極２２Ａ〜２２Ｃの電圧値を平均で例えば-650Vとなるように調整する。このようにすると2色目以降の露光装置に大量の光を必要としない。このため、露光装置１１を感光体ベルト４の外周面に対して光を照射するように設置して感光体ベルト４が極端に大型化することを阻止できる。さらに、感光体ベルト４の光疲労を抑制して感光体ベルト４の長寿命化を達成できる。

２色目以降にＥＨ現像方式を用いると以下の効果を奏する。この方式では非接触で現像動作を行うので、既に像担持体上に形成されているトナー像を乱すことがない。また、現像電界は常に一方向であってその向きが逆転することはないので、２色目以降の現像装置に既に像担持体上に形成されているトナー像のトナーが混入することはない。

さらに、１色目を接触方式によってブラックトナーを現像する現像装置とすることには次の二点の効果がある。第一に、以下に述べる方法を用いて1色目の現像装置に未転写トナーを回収して混ぜて使うことにより廃棄トナーをなくし、さらなる小型化及び優れた保守性を達成できる。１色目をブラックとすることによって、他の色のトナーが混入されても影響を最小限にすることができる。第二に、１色目のブラックトナー現像を接触方式とすることによって、使用頻度の高い黒画像を解像力の高いものにできる。

また、１色目の現像装置は通常の接触方式なので、大きな地肌ポテンシャル（帯電電位と露光部電位の差）が必要である。転写残トナーの回収も地肌ポテンシャルが大きいほど有効である。また、２色目以降の現像装置ではＥＨ現像装置を用いるため低電位での現像が可能であり、帯電電位が小さくてもよい。これによって、感光体への静電ストレスの低減の効果がある。さらに、２色目以降の露光装置による露光量を減らすことができるため、感光体の光疲労を抑える効果もある。

図７に、本発明の他の実施形態に係る画像形成装置の概略図を示す。本実施形態では、図１に示す実施形態に、さらに、クリーニング装置１７と回収トナー搬送経路１８とを設置した。図１に示す実施形態では、現像装置６ＢＫによって転写残トナーの回収も行っているが、転写残トナーの量が多い場合に本実施形態（図７）の構成が特に好ましい。すなわち、クリーニング装置１７を増設し、これによって回収した転写残トナーを回収トナー搬送経路１８によって現像装置６ＢＫに供給する。この構成は多少複雑になるが、廃トナーを確実になくすことができる。

以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種種変更可能であることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係る現像装置によりブラックトナーの現像と転写残トナーの回収を同時に行う原理を模式的に示す説明図である。 本発明の実施形態に係る静電現像装置の拡大断面図である。 本発明の実施形態に係るトナー静電搬送装置の原理を示す断面説明図である。 本発明の実施形態に係るトナー静電搬送装置の電極部分の配列状態を示す平面図である。 本発明の実施形態に係るトナー静電搬送装置によってトナーを搬送する原理を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の他の構成例を示す概略断面図である。

符号の説明

１，２，３ 支持ローラ
４ 感光体ベルト
５ＢＫ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｙ 帯電装置
６ＢＫ 接触方式の現像装置
７Ｍ，７Ｃ，７Ｙ 静電現像装置
８ 転写装置
９ＢＫ，９Ｍ，９Ｃ バックアップローラ
１０ 画像形成装置本体
１１ 露光装置
１２ 給紙装置
１３ 定着装置
１４ 給紙カセット
１５ 給紙ローラ
１６ 排紙部
１７ クリーニング装置
１８ 回収トナー搬送経路
２０ トナー静電搬送装置
２１ 支持体
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ 電極
２３ 絶縁層
２４ トナー供給装置
２５ スリーブ
２６ マグネットローラ
２７ 現像剤搬送装置
２８ ケーシング
２９ トナー補給装置
３０ トナー容器
３１ 回転羽根
３２ 入り口部空間
Ｌ レーザ光
Ｐ 記録媒体
ＣＡ キャリア
Ｔ トナー
Ｄ 現像剤

Claims (8)

1. 複数の異なる色の現像装置を有するカラー画像形成装置であって、
   第１の現像装置は、感光体ベルトに対して接触方式によるブラックトナー現像を行なう現像装置であり、前記感光体ベルト上のトナーの回収を行う回収手段を有し、ブラックトナーの現像を前記感光体ベルト上のトナーの回収と同時に行い、
   複数の第２の現像装置は、前記感光体ベルトに対して非接触の状態で現像を行う現像装置であり、
   トナーの搬送方向に対して直交する方向に微小電極がトナーの搬送方向に微小の間隔をあけて配列した多数の電極列からなる多数電極群が形成され、前記多数電極群により形成される電界によりトナーが静電搬送される静電搬送手段と、
   前記感光体ベルトに形成された静電潜像にトナーを静電的に移行させる現像電界を形成するように前記多数電極群の電極に電圧を印加するトナー静電搬送手段と、を有することを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 前記第１の現像装置による前記感光体ベルトの帯電電位が、前記複数の第２の現像装置による前記感光体ベルトの帯電電位より大きいことを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装置。
3. 前記第１の現像装置による帯電電位と、前記第２の現像装置による帯電電位を略等しくし、前記第１の現像装置の露光装置である第１の露光装置による露光量は前記複数の第２の現像装置の各々が有する露光装置である複数の第２の露光装置による露光量とを変化させて露光部電位を異なるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー画像形成装置。
4. 前記第１の現像装置のトナーは、前記第２の現像装置のトナーの帯電量よりも少ないことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のカラー画像形成装置。
5. 前記第１の現像装置のトナーの粒径は、複数の前記第２の現像装置のトナーの粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のカラー画像形成装置。
6. 前記トナー静電搬送手段の多数の電極が環状に配列されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のカラー画像形成装置。
7. 前記第２の現像装置は、前記トナー静電搬送手段にトナーを供給するトナー供給装置を具備し、
   前記トナー供給装置は、磁性キャリアとトナーを有する現像剤を磁力によって担持しながら搬送する現像剤搬送手段を有し、
   前記現像剤搬送手段により搬送される前記トナーが前記磁性キャリアとの摩擦により帯電されて静電的に前記トナー静電搬送手段に供給されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のカラー画像形成装置。
8. 前記第２の現像装置は、前記現像剤搬送手段にトナーを補給するトナー補給装置を具備し、
   前記トナー補給装置は、可視像化に消費されたトナーを前記現像剤搬送手段に自動補給することを特徴とする請求項７に記載のカラー画像形成装置。

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