JP4819423B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は画像形成装置に関し、像担持体の１回転で色重ねで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「トナー粒子」ともいう。）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が知られている。

このような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（感光体）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１回転色重ね方式では、ベルト状又はドラム状の感光体の側面に、均一帯電器、画像露光器、現像器の組み合わせを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。

この方式は、反転現像により実用化されている。反転現像とは、例えば、感光体ドラム又はベルトを−７００Ｖに均一帯電し、画像露光で画像を形成する個所を露光してその部分の電位を−１００Ｖに下げ、−４００Ｖの現像バイアスが印加された現像器で負帯電トナーを表面電位−１００Ｖの露光部に静電力で付着させるものである。このような反転現像については種々の提案がなされている。

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１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２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

上述した反転現像に対して、先の現像時に負帯電トナーに代えて正帯電トナーを使用すると、正帯電トナーは、表面電位−７００Ｖの非露光部に静電力で付着する。そのため、画像露光時に、画像を形成すべき部分を残して地肌部分を露光すれば、この方式でもトナー画像を形成することができる。この現像方法を「正規現像」と呼ぶ。

ところが、上述した１感光体１回転色重ね方式には正規現像が使用されていない。その理由は、当業界の技術者には自明なことであるが、それは、トナーの帯電極性がトナーの色ごとに、正確には、何番目に現像されたかで変わって、その結果、トナーの色ごとの転写率が異なって正確な色再現ができなくなるからである。

たとえば、画像形成の順番を、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックとし、感光体の帯電極性をマイナス、トナーの帯電極性をプラスとすると、最初に現像されたイエロートナーはその後３回もマイナス帯電されるので、その帯電極性は大きくマイナスに反転する。一方、最後に現像されたブラックトナーの帯電極性はプラスのままである。

この状態でも、転写前に、一度、マイナス又はプラスの均一帯電を行なってトナーの帯電極性をマイナス又はプラスに統一しておけば４色トナーの一括転写は可能である。例えば、従前、正負に帯電した赤黒トナーを使用する二色複写機はこのようにして二色コピーを作成していたのである。

しかしながら、この場合は、片方のトナー、例えば、赤色トナーの転写率が少々悪くともまったく問題にならなかったが、フルカラーコピーの場合には、一色でも、転写率が悪いと色相が変わるので画像品質が大きな影響を受けることになる。このため、従来多くの１感光体１回転色重ね方式の画像形成装置に関する提案がなされているものの正規現像は使用されていないのである。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、１感光体１回転色重ね方式を正規現像で実現できる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、
像担持体の１回転中に帯電、露光及び異なる色の現像剤による正規現像を複数回繰り返して前記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、
先行する色の画像を形成するとき、前記像担持体を所定の電位で均一帯電させ、
前記先行する色の画像を現像後、後行する色の画像を形成するとき、前記像担持体を、前記所定の電位と前記現像剤の帯電電位の差分電位で均一帯電させる手段を備えている
構成とした。

ここで、前記現像剤はキャリアに拘束されていないトナーである構成とできる。この場合、前記トナーは移相電界によって現像部に搬送される構成とできる。また、前記帯電はスコロトロン帯電器を用いて行なう構成とできる。

本発明に係る画像形成装置によれば、先行する色の画像を形成するとき、像担持体を所定の電位で均一帯電させ、先行する色の画像を現像後、後行する色の画像を形成するとき、像担持体を、所定の電位と現像剤の帯電電位の差分電位で均一帯電させる手段を備えている構成としたので、後続の帯電でトナーの帯電極性が反転することを防止でき、正規現像に適用した１感光体１回転色重ね方式による画像形成が可能になる。

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、イエローの像を形成するために像担持体１を一様に帯電（均一帯電）させる帯電装置２Ｙ、像担持体１上に書込み装置３Ｙによって形成された潜像にイエローのトナーを付着させて現像する現像装置４Ｙと、マゼンタの像を形成するために像担持体１を一様に帯電させる帯電装置２Ｍ、像担持体１上に書込み装置３によって形成された潜像にマゼンタのトナーを付着させて現像する現像装置４Ｍと、シアンの像を形成するために像担持体１を一様に帯電させる帯電装置２Ｃ、像担持体１上に書込み装置３Ｃによって形成された潜像にシアンのトナーを付着させて現像する現像装置４Ｃと、ブラックの像を形成するために像担持体１を一様に帯電させる帯電装置２Ｋ、像担持体１上に書込み装置３Ｋによって形成された潜像にブラックのトナーを付着させて現像する現像装置４Ｋと、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、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４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ（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１３Ｙ、１３Ｍ、１３Ｃ、１３Ｋ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。

帯電装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ（以下、区別しないときは「帯電装置２」という。なお、その他の部材及び手段の符号についても同様である。）は、スコロトロン帯電器を使用し、像担持体１表面を均一帯電する。帯電装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋは、図示しない電源より、例えば、図２に示すように、その中心に張られた直径80μｍのタングステンワイヤー２１に−５．０ｋＶ、ワイヤー２１と像担持体（ベルト状感光体）１間で像担持体１より１．５ｍｍ上に張られたグリッド電極（例えばエッチングされた金属薄板）２２に、−３００Ｖ、−２４０Ｖ、−１８０Ｖ、−１２０Ｖがそれぞれ印加される。

書込み装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、画像情報に従って帯電装置２によって均一帯電された像担持体１に対して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、各書込み装置３は、それぞれ、５ｍＷのレーザダイオードを１個使用し、露光光強度を相対値で、０．１２、０．１５、０．２１、０．４７と変えている。ただし、先行して現像されているトナーのある部分でそのトナーによる光吸収分、光強度を上げる等の補正はしていない。

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、帯電装置２Ｙによって像担持体１が均一に帯電され、帯電させられた像担持体１に対し、書込み装置３Ｙは、イエロー画像の書込みデータに応じてレーザー光３ａ（図２参照）を照射して露光を行なう。すなわち、光照射によって画像部の電位を変化させることで光照射されなかった非画像部の電位との差を発生させ、この電位コントラストによる静電潜像を形成する。その後、現像装置４Ｙによってイエローのトナーが像担持体１上に形成された静電潜像の画像部に付着されて、イエローのトナー像が像担持体１上に形成される。

次に、イエローのトナー像が形成された領域を含めて、帯電装置２Ｍによって像担持体１が均一に帯電され、帯電させられた像担持体１に対し、書込み装置３Ｍは、マゼンタ画像の書込みデータに応じてレーザー光３ａを照射して露光を行ない、マゼンタ画像の静電潜像を形成する。そして、現像装置４Ｍによってマゼンタのトナーが像担持体１上に形成された静電潜像の画像部に付着されて、イエローのトナー像にマゼンタのトナー像が重ね合わされたトナー像が像担持体１上に形成される。

以下、同様にして、帯電、露光（書込み）、現像が行なわれて、イエローとマゼンタのトナー像にシアンのトナー像が重ね合わされたトナー像が像担持体１上に形成され、これら３色が重ね合わされたトナー像にブラックのトナー像が重ね合わされたトナー像が像担持体１上に形成される。

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ロール状の静電搬送部材（静電搬送ローラ）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、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粒子は反発力及び／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１０２Ａ〜１０２Ｌ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、正帯電トナー６０がこの空間６３に到達すると、そこでは正帯電トナー６０を像担持体１に向かわせる静電力が働くので、正帯電トナー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回転色重ね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オリジナルカラー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（ＯＰＣベルト）１を１００ｍｍ／ｓｅｃで定速走行させている状態で、スコロトロン帯電器２Ｙのグリッド２２に対し、図示しない電源よって−３００Ｖを印加すると、像担持体（ここでは「ＯＰＣベルト」という。）１は−３００Ｖに均一に帯電する。

次に、図９（ｂ）に示すように、書込み装置３Ｙによって相対光強度ＬＩ＝０．１２で画像露光を行ないイエロー潜像を形成する。このとき、イエロートナーで現像しない地肌部を選択的に露光する。

すべての色について説明するのは非常に煩雑になるので、ここでは代表的に、イエロー、マゼンタ、シアンと、赤、青、緑のカラー６色とそれに加えて白と２種類の黒の９色について説明する。なお、イエロー、マゼンタ、シアントナーを重ねて形成する黒を「３Ｃ」、黒トナーのみで形成する黒を「Ｋ」と区別して表記する。

イエロー画像露光では、イエロートナーで現像する、イエロー（以下「Ｙ」）、赤（以下「Ｒ」）、緑（以下「Ｇ」）、３Ｃの４画素を露光せず、イエロートナーで現像しない、白（以下「Ｗ」）、マゼンタ（以下「Ｍ」）、シアン（以下「Ｃ」）、青（以下「Ｂ」）の４色画素とＫ画素を露光して、その電位を−３００Ｖから−２００Ｖに１００Ｖ下げる（なお、ここでの説明においては、絶対値で、「上げる」、「下げる」、「低くなる」、「高くなる」という表記をしている。）。

次に、図９（ｃ）に示すように、イエロー用の現像装置４Ｙの静電搬送ローラ４２に、−２３０Ｖ±８０Ｖの矩形波を印加して、前記イエロー潜像を、比電荷ｑ／ｍ＝＋２０μＣ／ｇのイエロートナーｙｔで正規現像する。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−２３０Ｖで、画像（非露光）電位は−３００Ｖであるので、ＯＰＣ（像担持１）と静電搬送ローラ４２間にホッピングされた正帯電トナーは、この間に形成されている電界が、この正帯電トナーに作用する静電力で画像（非露光）画素に向かいここに付着する。

このとき、ＯＰＣ（像担持体１）上に付着したトナーの電位Ｖｔは、＋６０Ｖである。すなわち、現像された部分の電位は、現像前の−３００Ｖより、現像後はそれにトナー電位＋６０Ｖを加えた−２４０Ｖに低くなっている。

次に、図１０（ａ）に示すように、スコロトロン帯電器２Ｍのグリッドに−２４０Ｖを加えて、イエロー現像されたＯＰＣベルト１を再度均一帯電する。

このとき、図１３（ａ）に模式的に示すように、ＯＰＣベルト上でイエロートナーｙｔが付着している部分の電位と、グリッド印加電圧はともに−２４０Ｖであるので、この間の空間には電界が形成されない。そのため、ワイヤー２１の近傍で発生し、グリッド２２に向かった負イオンは、イオン移動経路２３で示すように、グリッド２２を抜けて像担持体１に向かうことなく、すべてグリッド２２に吸収される。

一方、図１３（ｂ）に模式的に示すように、イエロー現像で地肌部だった箇所の電位は−２００Ｖであるので、負イオンはグリッド２２を抜けてＯＰＣベルト１の表面に到達し、この部分の電位をマイナス側に高くする。負イオンが連続的に到達し、その部分のＯＰＣ電位が−２４０Ｖになると、グリッド２２との間に電位差がなくなり、後続の負イオンはグリッド２２で止まるようになる。

このようにして、ＯＰＣベルト１表面は−２４０Ｖに均一に再帯電されるが、イエロートナーｔｙの存在する部分には負イオンが来ないので、現像されたイエロートナーの帯電量は変わらない。すなわち、比電荷ｑ／ｍで＋２０μＣ／ｇのままである。なお、図１０（ａ）中の破線は、再帯電前のその部分の電位を表示している。

つまり、像担持体の１回転中に帯電、露光及び異なる色の現像剤による正規現像を複数回繰り返して像担持体上にカラー画像を形成するとき、ｎ（ｎ≧２）回目の均一帯電電位を（ｎ−１）回目の現像後の像担持体上の電位分布の絶対値で高い部分の電位と同じにするのである。ここでいえば、後行するマゼンタ画像を形成するための（ｎ＝２回目）の帯電電位を、先行する（ｎ−１）回目のイエロー画像の現像後の像担持体上の電位分布の絶対値で高い部分、即ち−２４０Ｖの部分の電位と同じにするのである。

これによって、後行する色の画像を形成するときに、先行する色の画像の地肌部を選択的に帯電し、先行する色のトナーが付着している画像部を帯電しないことになるので、付着しているトナーの帯電極性が反転することを防止できる。

引き続いて、図１０（ｂ）に示すように、書込み装置３Ｍで画像露光してマゼンタ潜像を形成する。マゼンタトナーｍｔを構成要素とするオリジナル色は、前記９色中の、Ｍ、Ｒ、Ｂ、３Ｃの４色であるので、この画素を露光せず、他５色の画素を、相対光強度ＬＩ＝０．１５で露光して、その部分の電位を−２４０Ｖより−１４０Ｖに１００Ｖ下げる。ただし、ＹとＧの位置には正帯電のイエロートナーｙｔが存在しているため、この影響で−１３６Ｖまで１０４Ｖ下がる。なお、より正確には、トナー電位のみならず、ＯＰＣ電位やトナーの光透過率が関係する少し複雑な光減衰曲線近似式で計算するが、本発明との関係は少ないのでその説明は省略する。

そして、図１０（ｃ）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−１７０Ｖ±８０Ｖを印加してマゼンタトナーｍｔで現像する。イエローと同様に、正規現像で、バイアス電位−１７０Ｖよりマイナス側に７０Ｖ高い−２４０ＶになっているＭ、Ｒ、Ｂ、３Ｃに正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−１８０Ｖになる。

なお、この場合、地肌電位は、−１３６Ｖ（オリジナル色Ｋ、Ｗ、Ｃ対応）と、−１４０Ｖ（オリジナル色Ｙ、Ｇ対応）の２種類あるが、先に述べたように、ＥＨ現像では、ホッピングされたトナーが地肌に到達することはないので、地肌に電位差があってもそこにトナーが付いて地汚れになることはない。以下、三色目、四色目と現像が進むにつれて、地肌中の電位差は拡大するが同じ理由で地肌汚れは問題にならない。

次に、図１１（ａ）に示すように、スコロトロン帯電器２Ｃのグリッドに−１８０Ｖを印加して、イエロー及びマゼンタ現像されたＯＰＣベルト１を再度−１８０Ｖに均一帯電する。なお、同図中の破線は、前述したように、帯電前の電位である。このとき、マゼンタ現像された部分の電位は、−１８０Ｖのままで変わらず、そのとき地肌だった部分の電位が、−１４０Ｖより−１８０Ｖにマイナス側に上がるわけである。この場合、マゼンタ露光前の均一帯電と異なって、ＹとＧに対応する位置にはイエロートナーｙｔが存在する。そのため、このイエロートナーｙｔは負イオンをかぶってその正電荷の一部を失うことになる。

このとき、イエロートナーｙｔが失う静電荷の程度について試算する。
前述したように、トナーの比電荷ｑ／ｍは＋２０μＣ／ｇで、その単位面積当たりの付着量、現像量ｍ／Ａは、０．５ｍｇ／ｃｍ^２である。この値から、単位面積当たりのトナー電荷量ｑ／Ａを計算すると、１．０×１０^―４Ｃ／ｍ^２になる。一方、ＯＰＣ層の厚さは２０μｍで、その比誘電率は３．０であるので、その電気容量は１．３μＦである。その電位を、４０Ｖ変化させるために必要な電荷量は、約０．５×１０^―４Ｃ／ｍ^２である。すなわち、トナーの有する正電荷の半分なので、負コロナイオンでトナーの帯電極性が反転することはない。

なお、これは、負イオンがすべてトナーに付いた場合であるが、実際には、ミクロに見れば、トナー層が密にＯＰＣを覆っているわけではないので、かなりのイオンはトナー層を抜けてＯＰＣに到達する。この割合は、トナーの付着量ｍ／Ａや、グリッド２２−ＯＰＣベルト１間の電位差（電界）で変わるが、ＯＰＣ電位とトナーｑ／ｍの実測値より計算するとほぼ半々である。すなわち、このシアン用均一帯電で、最初に現像されたイエロートナーｙｔはその１／４の正電荷を失うが、３／４を残し、ｑ／ｍは＋１５μＣ／ｇになる。

次に、図１１（ｂ）に示すように、シアン用書き込み装置４Ｃによって、シアン潜像の地肌になる部分、すなわち、Ｗ、Ｙ、Ｍ、Ｒ、Ｋ対応部分を露光してその点の電位を図１１（ｂ）に示すように、−８０Ｖ〜−５２Ｖにする。露光されなかったＣ、Ｇ、Ｂ、３Ｃ対応部分の電位は−１８０Ｖのままである。

そして、図１１（ｃ）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−１１０V±８０Vを印加してシアントナーｃｔで、このシアン潜像を、イエローやマゼンタ現像と同様に正規現像する。トナー電位は、やはり＋６０Ｖで、現像された部分の電位は、−１２０Ｖになる。

次に、図１２（ａ）に示すように、ブラック用スコロトロン帯電器２Ｋのグリッド２２に−１２０Ｖを印加してＯＰＣベルト１表面を−１２０Ｖに均一帯電する。このとき、Ｙ対応部のイエロートナーｙｔ、Ｍ対応部のマゼンタトナーｍｔ、Ｒ対応部のイエロー及びマゼンタトナーｙｔ、ｍｔはそれぞれ負イオンを浴びてその比電荷ｑ／ｍを、＋８μＣ／ｇ、＋１３μＣ／ｇ、＋１６μＣ／ｇに下げるが、前述したように、極性が反転することはない。

最後に、図１２（ｂ）に示すように、残されていた白地肌部（−１２０Ｖ）に、ブラック用書き込み装置３Ｋで黒潜像を、その地肌対応部を露光して、露光後電位を−２０Ｖよりプラス側にして形成する。なお、白地肌部でなくとも、すでに、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、３Ｃの色が形成されている部分にも同様に黒潜像を書きこみ、黒トナーを加えることが可能である。

そして、図１２（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−５０Ｖ±８０Ｖを印加してブラックトナーｋｔで正規現像して白地肌部に黒トナー像を形成する。

このように、４回のスコロトロン帯電、画像露光、ＥＨ現像による正規現像で、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−５００Ｖ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で定着して色再現に優れた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を、マクベス濃度計で測定したところ、各色とも、目標とする反射濃度１．４を越えて、１．６前後であった。地肌汚れはまったくなく、その反射濃度は、紙の反射濃度と同じく０．０６であった。

本発明が可能になるには、従来の現像方式に対して、ＥＨ現像では、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現像感度が高いことによる。

つまり、上述したように、先行する画像のトナーの極性反転は、一色目（先行色）を現像した後、二色目（後行色）の均一帯電を行なうとき、一色目の地肌部を選択的に帯電し、一色目のトナーが付着している画像部を帯電しないことで防止することができる。例えば、上記実施形態のように、スコロトロン帯電器を使用し、そのグリッド電圧を、一色目の現像済みの画像部の電位と同じにすることで、容易に実現することができる。

ただし、三色目、四色目の均一帯電のとき、一色目、二色目に現像されたトナーが地肌部になることがあるので、その帯電量は、トナーの有する電荷を中和しない範囲に限定する必要がある。

この場合、感光体の電位を高くすることができないので、低電位で十分に濃度が高くなる高感度な現像方式を使用しなければ十分な画像は得られない。この高感度現像は、トナーがキャリアに付着せず、自由空間にあって弱い電界でもトナーを移動させられる現像方式を採用することで実現できる。この高感度現像方式としては、トナーを静電搬送で、ホッピングさせながら現像する所謂ＥＨ（Electrostatic Hopping）現像方式を採用することで、より確実に、トナーの極性反転を生じることなく、１感光体１回転色重ね方式で画像を形成することができるようになる。

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１４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、正規現像による１感光体１回転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、少なくとも−７００Ｖにしなければならず、それに比例して、スコロトロン帯電器のコロナワイヤー近傍で発生し、グリッドを抜けて像担持体に到達する負イオンの量も増加するため、トナーの帯電極性は、ただ１回の帯電で反転してしまうことになり、正規現像による１感光体１回転色重ね方式で画像を形成することができない。

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１５に示すように非常に高い。この図１５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で十分で、０Ｖでも地汚れになることはない。

つまり、上記実施形態では、画像部と地肌部（非画像部）の電位差を１００Ｖに取ったが、実際にはもっと小さな電位差でも可能であり、その分、トナーの正電荷が中和される割合が減る。これにより、より確実に、トナーの帯電極性の反転を防止することができて、正規現像による１感光体１回転色重ね方式で画像を形成することができるようになる。

次に、本発明の作用効果の理解を深めるために、比較例について説明する。
この比較例では、上記実施形態のＥＨ現像方式の現像装置４に代えて、二成分ソフト接触現像装置を備えた。なお、マグブラシのソフト接触は、マグブラシを伸ばし、ＯＰＣベルト１への食い込み量を減らして実現した。なお、使用したトナーは上記実施形態と同じで、その帯電量も同じである。

まず、スコロトロン帯電器２Ｙで、ＯＰＣベルト１表面を、−８８０Ｖに帯電する。次に、イエロー潜像を書き込み装置３Ｙによって相対光強度１．０１で、この帯電された表面に書き込む。このときの、地肌（露光）部電位は−２８０Ｖである。次に、現像バイアス−５８０Ｖで、イエロートナーを使い、ソフトタッチ二成分現像装置で正規現像を行なう。このとき、現像されたイエロートナー層の電位は、上記実施形態と同じく＋６０Ｖで、現像後の電位は−８２０Ｖとなる。

続いて、スコロトロン帯電器２Ｍのグリッドに−８２０Ｖを印加して、ＯＰＣベルト１表面を−８２０Ｖに均一に再帯電する。続いて、書き込み装置３Ｍによって相対光強度１．０８で、マゼンタ潜像を書き込み、地肌部の電位を−２２０Ｖまで下げる。次に、現像バイアス−５２０Ｖで、イエロー現像と同様に、マゼンタトナーで、ソフトタッチ二成分現像装置で正規現像を行なう。現像部分の電位は−７６０Ｖになる。

続いて、スコロトロン帯電器２Ｃのグリッドに−７６０Ｖを印加して、ＯＰＣベルト１表面を−７６０Ｖに均一に再々帯電する。このときの、マゼンタ潜像の地肌部だった部分は、−２０８Ｖから５５２Ｖも電位が変わるため、その負コロナイオン密度は、−７．３×１０^―４Ｃ／ｍ^２と非常に大きい。そのため、その半分でも、そこに現像されたトナーの電荷密度１．０×１０^―４Ｃ／ｍ^２の約４倍もあり、トナーの帯電極性は大きくマイナス側に反転してしまう。

次に、書き込み装置３Ｃで、シアン潜像を書きこみ、現像バイアス−４６０Ｖで、同様に、シアントナーで、ソフトタッチ二成分現像装置によって正規現像を行ない、シアントナー像を重ねて形成した。現像された個所の電位はシアントナー電位＋６０Ｖを含んで−７００Ｖになった。

最後に、スコロトロン帯電器２Ｋのグリッド２２に−７００Ｖを印加して、３度目の再帯電を行い、ＯＰＣベルト１を−７００Ｖに均一帯電し、書き込み装置３Ｋによって地肌部を露光して黒潜像を書き込む。このとき、地肌に存在したイエロートナー、マゼンタトナーは、また多量の負イオンを受けて、その帯電極性をプラスからマイナスへ大きく変わった。

図示していないが、黒現像後転写前に、コロトロン帯電器を置き、プラスイオンを降らせて、マイナスに反転したイエロートナー及びマゼンタトナーの帯電極性をプラスに戻してから転写した。

その結果、フルカラープリントを得ることができたが、異色トナー間及び同色トナーでも単独で存在する部分と他色トナーと共存する部分でトナーｑ／ｍの違いによる転写率の差があり色再現に劣るものとなることが確認された。

本発明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。 同じくグリッド電位とＯＰＣ表面電位との関係におけるイオン移動経路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）
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ…帯電器（帯電装置）
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ…光書込み装置
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 (4)

1. 像担持体の１回転中に帯電、露光及び異なる色の現像剤による正規現像を複数回繰り返して前記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、
   先行する色の画像を形成するとき、前記像担持体を所定の電位で均一帯電させ、
   前記先行する色の画像を現像後、後行する色の画像を形成するとき、前記像担持体を、前記所定の電位と前記現像剤の帯電電位の差分電位で均一帯電させる手段を備えている
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記現像剤はキャリアに拘束されていないトナーであることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２に記載の画像形成装置において、前記トナーは移相電界によって現像部に搬送されることを特徴とする画像形成装置。
4. 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、前記帯電はスコロトロン帯電器を用いて行なうことを特徴とする画像形成装置。

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