JP5369414B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

一般的な電子写真方式としては高速でのフルカラー画像を得るために、複数（４つ）の感光体を利用するタンデム方式が採用されている。ところが、感光体を複数使用する事により作像エンジンは大型、複雑、且つ高コストとなっていると同時に、トナー像が通過する転写工程の数が多いために画質劣化が生じやすく、各色の位置合わせなどの困難さも加えて、高画質化には難がある。これらタンデム方式の欠点を克服するために、一つの感光体上で複数色を順次現像して重ねていく多重現像方式（例えば、特許文献１、２等）が提案されている。
図１は多重現像方式の一例を示している。初段帯電工程である帯電Ａによって感光体表面を一様に帯電し、露光Ａにより静電潜像を形成し、現像Ａによって初段のトナー像を形成する。次に、帯電Ｂによって感光体表面並びに初段トナー像を帯電し、露光Ｂによりトナー像越しに静電潜像を形成し、現像Ｂによって初段トナー像上に二段目トナー像を形成する。

これらの工程を複数回経ることで、感光体上に複数色のトナー像を形成する。ここで、前段のトナー像を破壊しないよう、帯電方式としては非接触帯電であるコロナ帯電方式などを、また現像方式としては非接触現像であるクラウド現像方式などを採用するのが好ましい。
このような多重現像方式を高画質で成立させるための大きな課題として、前段で現像されたトナー像による影響を如何に低減するかがある。
トナー像による影響の中で最も大きな課題は、前段の現像工程によって形成されたトナー層が有する電位の影響を如何に取り除くかである。この課題を図１３で説明する。

図１３は、上で述べた図１における帯電Ａから露光Ｂまでの工程における感光体並びにトナー像表面の電位に関する模式図である。図１３（ａ）は初段帯電Ａによる感光体上の表面電位を示しており、図１３（ｂ）は初段露光Ａ後の感光体上の表面電位を示している。
初段現像時には約３５０［Ｖ］確保されている現像ポテンシャルによって、所定量のトナーが感光体上に付着する。
このトナー層（トナー像）はそれ自身が保持するトナー電荷により、新たな表面電位成分を生じさせ、ここではトナー層電位として約１００［Ｖ］が生じている（図１３（ｃ））。
この状態に対して、帯電Ｂによって十分に再帯電が施されると、感光体並びにトナー像の表面電位がほぼ同一に確保される（図１３（ｄ））。この時、一般に、トナー層はマイナスイオンの一部を吸収するために、トナー層電位が上昇する（図１３（ｄ））。この状態に対して、トナー像が存在する部位とトナー像が存在しない部位とに、同じ光量にて露光Ｂを行った場合、トナー像の存在する部位の現像ポテンシャルは、トナー像の存在しない部位の現像ポテンシャルに対して、およそトナー層電位分のポテンシャル分が浅くなってしまう（図１３（ｅ））。その結果として、二段目現像において、初段トナー像の存在する部位と存在しない部位とで、トナーの付着量が大きく変化してしまい、高画質を達成することができない。

特開平０８−０８７１７９号公報 特開平１０−００３１９１号公報 特許第２８９９８１５号公報 特許第２７８２８７２号公報 特開平８−２８６４５６号公報 特許第３７０３５４７号公報

このようなトナー層電位の問題を克服すべく、トナー層部位の存在する部位と存在しない部位とで書き込み露光の条件を変える方法が提案されている（例えば、特許文献３）。
このような方法によれば、原理的にはトナー層電位による不具合を解決することが可能であるが、例えば初段画像のエッジ部や微細なドット部に対して二段目以降の書き込み位置を厳密に制御することは、書き込み系そのものの精度や感光体駆動等の精度の点から非常に困難である。
また、特許文献４、５や６においては、トナー層に対して２段もしくは３段のコロナ放電工程を施すことで、トナー層電位を低減する方法が提案されている。
しかしながら、このような方式とした場合、コロナチャージャの数が増すとともに、コストアップや装置の大型化を避けられない。

本発明は、簡易・小型で且つ低コストな構成により、トナー層電位による上記課題を克服することができる画像形成装置の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、潜像担持体の移動方向に間隔をおいて配置された複数段の現像手段により一つの潜像担持体上で多重現像を行う画像形成装置において、最終段ではない各現像手段によって非接触で現像される単位面積当りのトナー付着個数が、
ｄ^−２［個／ｍ^２］（但し、ｄ［ｍ］はトナー直径の個数平均値）
以下であり、且つ、各現像手段の間の前記潜像担持体上にはそれぞれ一段のコロナ発生手段が設けられ、前記コロナ発生手段により、前段で形成されたトナー像の有無にかかわらず次段では前記潜像担持体の最表面の電位を初段のコロナ発生手段による帯電電位とほぼ同一になるまで帯電することにより、前記現像手段間において一段階のみの帯電を行い、前記コロナ発生手段は、コロナ放電極に高電圧高周波のＡＣバイアスを印加する構成を有し、正と負の両イオンが生成されるものであることを特徴とする。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の画像形成装置において、最上流の現像手段がブラック色トナーの現像手段であることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記最終段ではない現像手段がイエロー色トナーの現像手段であり、イエロー色トナーの個数平均直径が、他色トナーの個数平均直径よりも大きいことを特徴とする。
請求項４記載の発明では、請求項１又は２記載の画像形成装置において、最終段の現像手段がシアン色トナーの現像手段であることを特徴とする。

請求項５記載の発明では、請求項３記載の画像形成装置において、最終段の現像手段がシアン色トナーの現像手段であることを特徴とする。
請求項６記載の発明では、請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記現像手段を構成するトナー担持体は、現像領域において前記潜像担持体と対向するように配置され、前記トナー担持体上でトナーが浮遊している状態のトナークラウドを形成し、前記トナー担持体と前記潜像担持体が非接触であることを特徴とする。
請求項７記載の発明では、請求項６記載の画像形成装置において、前記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前記トナー担持体上に前記トナークラウドが担持され、且つ、前記トナー担持体の移動に伴う前記トナークラウド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８記載の発明では、請求項６記載の画像形成装置において、前記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ように構成され、この複数の電極間に形成される進行波電界によって、前記トナー担持体上に前記トナークラウドを担持しつつ、トナーを現像領域に搬送することを特徴とする。
請求項９記載の発明では、請求項１〜８のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記現像手段に保持されている現像剤が１成分現像剤であることを特徴とする。

請求項１０記載の発明では、請求項１〜８のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記現像手段に保持されている現像剤が２成分現像剤であることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、トナー像に対してコロナ放電を施した場合に、トナー層電位の上昇分を非常に低く抑えることが可能である。これは、トナー層中のトナー粒子数密度が低いことによって、コロナ放電によるイオンがトナー粒子間の空隙を通過しやすくなって潜像担持体に到達しやすくなるためと考えられる。
また、トナー像に対してコロナ放電を施した場合に、トナー層電位を大幅に低下させることが可能である。これは、トナー粒子の帯電極性とは逆極性のイオンがトナー粒子に吸着してトナー電荷を中和するのと同時に、トナー層中のトナー粒子数密度が低いことによって、コロナ放電によるイオンがトナー粒子間の空隙を通過しやすくなって潜像担持体に到達しやすくなるためと考えられる。

請求項２記載の発明によれば、初段の現像をブラックトナーとすれば、その後の工程で基本的には他色を重ねる必要が無く、ブラックトナー像部に関しては図１で示したような上記課題は生じない。よって四色のプロセスカラーを利用した作像システムにおいては、ブラック色に続くそれ以外の三色分の現像ポテンシャル設計をしさえすれば良い。
請求項３記載の発明によれば、フルカラートナー像を構成するトナー像のうち一色分（イエロー）に関しては、請求項１並びに請求項２の効果をさらに十分に発揮できる。
一般にトナー粒子径が小さいほど粒状感などの画質は良くなるとされているが、イエロー色は人間の知覚が鈍感なために、他色（ブラック色、マゼンタ色、シアン色など）と比較して大きな粒子径のトナーを適用しても粒状感などの画質には影響し難い。

請求項４記載の発明によれば、静電潜像書き込み用の露光光源として、近赤外光源に比して、よりビーム径の絞りやすい赤色光源も利用可能となり、高精細画像が形成可能となる。マゼンタ色やイエロー色とは異なり、シアン色は赤色波長帯で吸収が大きく、近赤外波長帯にもやや吸収を持っているために、シアントナー層越しでの光減衰の少ない露光を行う場合、近赤外波長以上の光源が必要である。
しかし、シアン色を最下流とすることで、シアン色トナー像に対する露光は不要となるため、ビーム径を絞りやすい赤色波長帯の光源を利用することが可能となる。
請求項５記載の発明によれば、非常に簡易小型で安価な構成にて、高精細のフルカラーの画像形成装置を構成することが可能である。

請求項６記載の発明によれば、トナー担持体上のトナーが浮遊している状態（トナークラウド）を形成しているので、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、小さな現像ポテンシャル（画像部の潜像担持体電位と現像電位の差）であっても非接触にて十分な現像工程を遂行することが可能である。その結果として必要とされる潜像担持体の帯電電位は小さくできる。トナー層に対する帯電を含む再帯電工程におけるトナー層の帯電量の増加は、その再帯電工程での目標帯電電位の大きさに依存するので、潜像担持体の目標帯電電位が小さければトナー層の帯電量の増加を抑えることができる。これに、請求項１に記載の条件を組み合わせることによって、トナー層の帯電量を非常に小さくすることができ、トナー層電位を小さくできる。
請求項７記載の発明によれば、小型低コストな構成にて、トナー担持体表面近傍に対して均質で薄層のトナークラウドを安定して形成することができるので、さらに高画質な画像形成装置が実現できる。
請求項８記載の発明によれば、トナー担持体表面の機械的駆動が無いために、小型低コストな構成にて画像形成装置を実現できる。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１〜図４基づいて本発明の成立経緯を説明する。図１において、潜像担持体としての感光体１を線速１００［ｍｍ／ｓ］で回転駆動し、１段目の帯電手段２Ａによる帯電Ａにて感光体１を−６００［Ｖ］に帯電し、図示しない１段目の露光手段による露光Ａにてベタ画像を書き込むことで感光体電位を−５０［Ｖ］に落とし、そこに１段目の現像手段（以下、「現像装置」ともいう）３Ａによる現像Ａにてトナーを現像し、その後に２段目の帯電手段２Ｂによる帯電Ｂにてトナー層に対して帯電を施した時のトナー層電位を測定した。その結果を図２及び図３に示す。図３は図２の特徴部分を鮮明にしたグラフである。
現像Ａにて使用したトナーの種類は、個数平均粒径が３［μｍ］、６［μｍ］、及び９［μｍ］の三種類であり、現像Ａにおける現像トナー量を適宜変化させることで図２に示す結果を得た。また、帯電Ｂの条件として、ＡＣコロトロン（コロナ放電極に高電圧高周波のＡＣバイアスを印加し、感光体に対するＡＣ電流の実効値を約２００［μＡ］）及びＤＣスコロトロン（コロナ放電極には高電圧のＤＣバイアスを印加）の二種類とした。

図２から、それぞれのトナー粒子径に対して、単位面積あたりのトナー個数に関して、トナー層電位が低値安定な領域と、トナー層電位が急激に立ち上がる領域とに二分されることが確認された。
鋭意研究の結果、これら両領域を分けている単位面積あたりのトナー個数が、トナー粒子直径の二乗の逆数（３［μｍ］、６［μｍ］、及び９［μｍ］のそれぞれに対して、０．１１［μｍ^−２］、０．０２８［μｍ^−２］、及び０．０１２［μｍ^−２］）とほぼ一致していることを発見した。
これは、トナー層中のトナー粒子数密度が低いことによって、コロナ放電によるイオンがトナー粒子間の空隙を通過しやすくなって潜像担持体に到達しやすくなったためと考えられる。
また、ＤＣスコロトロンに対してＡＣコロトロンの方が圧倒的にトナー層電位が低くなっているのは、詳細は不明だが、トナー粒子の帯電極性とは逆極性のイオンがトナー粒子に吸着してトナー電荷を中和しているための考えられる。

以上から、感光体１上のトナー付着量が、ｄ^−２［個／ｍ^２］（但し、ｄ［ｍ］はトナー直径の個数平均値）以下となっていれば、次工程でのコロナ放電によるトナー層電位の上昇は大幅に抑制することができるだけではなく、ＡＣコロナの効果により十分に低減することができることが理解できる。帯電手段としてＡＣスコロトロンを用い、上記条件を踏襲して図示しない２段目の露光手段による露光Ｂまで実施した場合には、図４に示す結果を得る。

図４の原理を利用した幾つかの実施形態を以下に示す。
［第１の実施形態］
図１にて、現像Ａはブラックトナーを現像する。ブラックトナーの粒子径や付着量は任意で良いがここでは露光時の遮光性を高めるために６［μｍ］とした。帯電Ａと帯電Ｂは、ＤＣコロトロン、ＤＣスコロトロン、ＡＣコロトロン、ＡＣスコロトロン、などブラックトナー像を破壊しない非接触式の帯電手段であれば何でも良い。
帯電Ｂにより、ブラックトナー像の有無に関わらず、最表面の電位を帯電Ａにおける電位とほぼ同一になるまで帯電させる。露光Ｂにより、イエローの画像を露光し、現像Ｂでイエロートナーを現像する。イエロートナーの粒子径は個数平均で９［μｍ］であり、付着量は単位面積あたり個数で約０．００６［個／μｍ^２］（約０．３［ｍｇ／ｃｍ^２］）とする。
帯電Ｃを行う３段目の帯電手段２Ｃはコロナワイヤとケーシングの両者もしくはいずれか一方にＤＣオフセットを印加したＡＣコロトロンであり、感光体１に対してＡＣ電流の実行値で数十〜数百［μＡ］を流す。
これにより、イエロートナー像のトナー層電位を十分に低下した状態で、イエロートナー層下の感光体表面並びにイエロートナー層の無い感光体表面の両者を帯電Ａとほぼ同一になるまで帯電できる（図４（ｄ）の電位模式図を参照）。

次に、図示しない３段目の帯電手段による露光Ｃにより、イエロートナー像の無いところやイエロートナー像越しにマゼンタの画像を露光し、３段目の現像手段３Ｃによる現像Ｃにてマゼンタトナーを現像する。マゼンタトナーの粒子径は個数平均で９［μｍ］であり、付着量は単位面積あたり個数で約０．００６［個／μｍ^２］（約０．３［ｍｇ／ｃｍ^２］）とする。
帯電Ｄを行う４段（最終段）目の帯電手段２Ｄは帯電Ｃと同様にコロナワイヤとケーシングの両者もしくはいずれか一方にＤＣオフセットを印加したＡＣコロトロンであり、感光体１に対してＡＣ電流の実行値で数十〜数百［μＡ］を流す。
帯電Ｄに進入してくるトナー像の構成は、ブラックトナー像の無いところにイエロートナー像とマゼンタトナー像があり、イエロートナー像及びマゼンタトナー像のそれぞれの単色での最大付着量は単位面積あたり個数で約０．００６［個／μｍ^２］であり、二次色での最大付着量となっている部分はイエロートナー像とマゼンタトナー像が１００％ずつ重なった約０．０１２［個／μｍ^２］（約０．６［ｍｇ／ｃｍ^２］）である。

つまり、図２からも分かる通り、帯電Ｄにおいてもイエロー単色トナー像、マゼンタ単色トナー像、及びこれらの二次色トナー像のトナー層電位は低い状態を維持したまま、これらトナー層下の感光体表面並びにこれらトナー層が無い感光体表面の両者を帯電Ａとほぼ同一になるまで帯電できる（図４（ｄ）の電位模式図を参照）。
最後に図示しない４段（最終段）目の露光手段による露光Ｄでシアン画像を露光し、４段（最終段）目の現像手段３Ｄによる現像Ｄにてシアントナーを現像する。シアントナーの粒子径などは任意で良いがここでは９［μｍ］とした。
なお、露光Ａ、露光Ｂ、露光Ｃ、及び露光Ｄに関しては、イエロートナー、マゼンタトナー、及びシアントナーを透過可能な波長７８０［ｎｍ］近辺の近赤外光源を用いても良いが、シアントナーの現像工程が最下流であるため、シアントナーに対しては遮光性が高いがイエロートナーとマゼンタトナーに対しては透過性の高い６５０［ｎｍ］近辺の赤色光源を用いることも可能であり、よりビーム径の小さな高精細画像を形成することが可能となる。

各現像工程における前段トナー層の電位が十分に小さくなった結果、十分な現像ポテンシャルを確保することができるので、現像方式としては現像ギャップを１５０［μｍ］とした非接触の一成分ＤＣジャンピング現像方式を利用することができる。
多重現像工程においては、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（現像手段）が必須となり、現像ローラと感光体との間の現像空間全域に対して交番電界を用いるＡＣジャンピング現像は不向きである。

図１において、感光体１上に重ね合わされたフルカラートナー像は、転写手段としての転写ローラ１６により転写体としての無端状の中間転写ベルト１７上に転写され、図示しない２次転写部位で、図示しない給紙手段から所定のタイミングで送られてくる記録媒体上に図示しない２次転写手段（例えばローラ）により転写される。
トナー像を転写された記録媒体は図示しない定着手段へ送られ、フルカラートナー像を定着される。
符号１５は転写後の感光体１の表面を清掃するクリーニング手段のクリーニングブレードを示す。

［第２の実施形態］
図１にて、現像Ａはブラックトナーを現像する。ブラックトナーの粒子径や付着量は任意で良いがここでは露光時の遮光性を高めるために６［μｍ］とした。帯電Ａと帯電Ｂを行う帯電手段は、ＤＣコロトロン、ＤＣスコロトロン、ＡＣコロトロン、ＡＣスコロトロン、などブラックトナー像を破壊しない非接触式の帯電手段であれば何でも良い。
帯電Ｂにより、ブラックトナー像の有無に関わらず、最表面の電位を帯電Ａにおける電位とほぼ同一になるまで帯電させる。露光Ｂにより、イエローの画像を露光し、現像Ｂでイエロートナーを現像する。イエロートナーの粒子径は個数平均で１２［μｍ］であり、付着量は単位面積あたり個数で約０．００３５［個／μｍ^２］（約０．４［ｍｇ／ｃｍ^２］）とする。

帯電Ｃを行う帯電手段２Ｃはコロナワイヤとケーシングの両者もしくはいずれか一方にＤＣオフセットを印加したＡＣコロトロンであり、感光体に対してＡＣ電流の実行値で数十〜数百［μＡ］を流す。これにより、イエロートナー像のトナー層電位を十分に低下した状態で、イエロートナー層下の感光体表面並びにイエロートナー層の無い感光体表面の両者を帯電Ａとほぼ同一になるまで帯電できる（図４（ｄ）の電位模式図を参照）。
次に、露光Ｃにより、イエロートナー像の無いところやイエロートナー像越しにマゼンタの画像を露光し、現像Ｃにてマゼンタトナーを現像する。マゼンタトナーの粒子径は個数平均で６［μｍ］であり、付着量は単位面積あたり個数で約０．０２１［個／μｍ^２］（約０．３［ｍｇ／ｃｍ^２］）とする。
帯電Ｄを行う帯電手段２Ｄは帯電Ｃを行う帯電手段２Ｃと同様にコロナワイヤとケーシングの両者もしくはいずれか一方にＤＣオフセットを印加したＡＣコロトロンであり、感光体１に対してＡＣ電流の実行値で数十〜数百［μＡ］を流す。

帯電Ｄに進入してくるトナー像の構成は、ブラックトナー像の無いところにイエロートナー像とマゼンタトナー像があり、二次色での最大付着量となっている部分における総トナー総電位が十数［Ｖ］に収まっていることを確認した。
最後に露光Ｄでシアン画像を露光し、現像Ｄにてシアントナーを現像する。シアントナーの粒子径などは任意で良いがここでは６［μｍ］とした。イエロー以外のトナー粒子径は６［μｍ］と小さいため高画質化が可能である。イエロー色は人間の知覚には鈍感なため、さほど画質に影響を与えない。
なお、露光Ａ、露光Ｂ、露光Ｃ、及び露光Ｄに関しては、イエロートナー、マゼンタトナー、及びシアントナーを透過可能な波長７８０［ｎｍ］近辺の近赤外光源を用いても良いが、シアントナーの現像工程が最下流であるため、シアントナーに対しては遮光性が高いがイエロートナーとマゼンタトナーに対しては透過性の高い６５０［ｎｍ］近辺の赤色光源を用いることも可能であり、よりビーム径の小さな高精細画像を形成することが可能となる。

各現像工程における前段トナー層の電位が十分に小くなった結果、十分な現像ポテンシャルを確保することができるので、現像方式としては現像ギャップを１５０［μｍ］とした非接触の一成分ＤＣジャンピング現像方式を利用することができる。
多重現像工程においては、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須となり、現像ローラと感光体との間の現像空間全域に対して交番電界を用いるＡＣジャンピング現像は不向きである。

［第３の実施形態］
第１及び第２の実施形態で用いた現像装置、すなわち現像Ａ、現像Ｂ、現像Ｃ、及び現像Ｄに関して、図５〜図８に基づいた現像装置を適用する。
多重現像工程においては、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須となる。
図５に示すように、現像装置３は、トナー担持体としてのトナー担持ローラ５と、マグローラ６と、２成分現像剤と攪拌スクリュ７、８を収容するケース９等を備えている。
トナー担持ローラ５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６によってトナー担持ローラ５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時ローラ５に転移する。

トナー担持ローラ５に転移されたトナーは、以下に説明する原理によってトナークラウド（トナーが浮遊している状態）を形成し、トナー担持ローラ５の回転によって現像部（潜像担持体との対向部）へと運ばれる。
トナー担持ローラ５の表面の平均電位と潜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６の部位に戻ってくる。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５によって現像部から戻ってきたトナーは、マグローラ６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５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５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く、一成分現像方式としてもよい。

トナー担持ローラ５について詳細に説明する。
図６にトナー担持ローラ５の表面を拡大したもの（平面的に展開したもの）を示す。支持基板１０上に空間周期的なアルミ蒸着電極１１を配置して、表面を樹脂コート１２で覆っている。但し、この周期的な電極の構成方法はこれに限られるものではない。
図７に示すように、周期的な電極の交互に、異なる波形の電圧Ｖａと電圧Ｖｂを印加した時のトナークラウドの状態を図８に示す。ＶａとＶｂは図７に示すように時間的に逆向きである（位相が１８０度ずれている）ようにする。
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、トナークラウド（トナーが浮遊している状態）が形成される。

このようにしてトナー担持ローラ５上にトナーをクラウド状態として担持できる。なお、図７ではＶａとＶｂは矩形波として示したが、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。
より詳細には、特開２００７−１３３３７６号公報に記載の現像装置を用いることができる（上記各実施形態において同じ）。

本実施形態では、ＶａとＶｂには、交流成分がピーク間電圧６００［Ｖ］、周波数１［ｋＨｚ］の矩形波で、−２００［Ｖ］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り、−２００［Ｖ］である。
現像ポテンシャルが小さくなった結果、必要とされる感光体１の帯電電位は小さくでき、−４００［Ｖ］とした。トナー層に対する帯電を含む再帯電工程におけるトナー層の帯電量の増加は、その再帯電工程での目標帯電電位の大きさに依存するので、潜像担持体の目標帯電電位が小さければトナー層の帯電量の増加を抑えることができる。
その結果、第１及び第２の実施形態に対して、トナー層電位低減の効果がさらに高まるため、各現像工程におけるトナー付着量の上限値を高めたり、トナー粒子径をより小径のものを選択できたりすることが可能となり、さらなる高画質化を達成できる。

［第４の実施形態］
本実施形態における現像装置３'は、図９に示すように、第３の実施形態の現像装置３とほぼ同様な構成を有している。異なる点はトナー担持体１３が回転駆動せずに固定されている点である。
その代わりに、本実施形態では、図１０に示すように、周期的な電極を３分割（ここでは３分割としたがそれ以上でも良い）にして、図１１に示すようにそれぞれの電極に異なる波形の電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを印加する。
すると、第３の実施形態と同様に、トナーはＶａを印加した電極とＶｂを印加した電極とＶｃを印加した電極の間をホッピングして、トナークラウド（トナーが浮遊している状態）が形成される。さらに、図１２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（潜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。
より詳細には、特開２００４−１９８６７５号公報に記載の現像装置を用いることができる。

ここでは、ＶａとＶｂとＶｃには、交流成分がピーク間電圧７００［Ｖ］、周波数１．５［ｋＨｚ］の矩形波で、−２００［Ｖ］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−２００［Ｖ］である。現像ポテンシャルが小さくなった結果、必要とされる感光体１の帯電電位は小さくでき、−４００［Ｖ］とした。
第３の実施形態と同様の効果により、トナー層電位低減が達成できる結果、各現像工程におけるトナー付着量の上限値を高めたり、トナー粒子径をより小径のものを選択できたりすることが可能となり、さらなる高画質化を達成できる。

なお、上記各実施形態においては露光手段が四つ設置された１パス（１回転）でのフルカラー作像装置（画像形成装置）の例を挙げたが、露光手段が二つもしくは一つなどで感光体を複数回転させることでフルカラー画像を作像する装置にも適用することができる。
また、ブラック色を含まないイエロー色とマゼンタ色とシアン色による三色カラー作像装置など、少なくとも二色以上を潜像担持体上に多重現像するあらゆる作像装置において同様に実施することができる。
また、上記各実施形態においては露光手段として、トナー層を介した露光のみを例示したが、感光体の背面（トナー層の無い側）からの露光手段なども採用できる。さらに、潜像担持体としてもドラム形状のみならずベルト形状のものも採用できる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部構成図である。 単位面積あたりのトナー個数とトナー層電位との関係を示す実験グラフである。 図２の特徴部分を鮮明にした実験グラフである。 本発明の特徴を説明するための２段目の露光までの状態を示す図である。 第３の実施形態に係る現像装置の概要構成図である。 トナー担持体（ローラ）の機能を示す平面展開図で、表面にトナー層が担持された状態を示す図である。 トナー担持体の電極に印加する電圧の波形図である。 トナー担持体の表面にトナークラウドが形成されている状態を示す図である。 第４の実施形態に係る現像装置の概要構成図である。 トナー担持体（ローラ）の機能を示す平面展開図で、表面にトナー層が担持された状態を示す図である。 トナー担持体の表面にトナークラウドが形成されている状態を示す図である。 トナー担持体の電極に印加する電圧の波形図である。 従来の多重現像におけるトナー層電位に係る問題点を説明するための図である。

符号の説明

１ 潜像担持体としての感光体
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ 現像手段
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ コロナ発生手段
１２ 電極
１３ トナー担持体としてのトナー担持ローラ

Claims (10)

1. 潜像担持体の移動方向に間隔をおいて配置された複数段の現像手段により一つの潜像担持体上で多重現像を行う画像形成装置において、
   最終段ではない各現像手段によって非接触で現像される単位面積当りのトナー付着個数が、
   ｄ^−２［個／ｍ^２］（但し、ｄ［ｍ］はトナー直径の個数平均値）
   以下であり、且つ、各現像手段の間の前記潜像担持体上にはそれぞれ一段のコロナ発生手段が設けられ、前記コロナ発生手段により、前段で形成されたトナー像の有無にかかわらず次段では前記潜像担持体の最表面の電位を初段のコロナ発生手段による帯電電位とほぼ同一になるまで帯電することにより、前記現像手段間において一段階のみの帯電を行い、
   前記コロナ発生手段は、コロナ放電極に高電圧高周波のＡＣバイアスを印加する構成を有し、正と負の両イオンが生成されるものであることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   最上流の現像手段がブラック色トナーの現像手段であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２記載の画像形成装置において、
   前記最終段ではない現像手段がイエロー色トナーの現像手段であり、イエロー色トナーの個数平均直径が、他色トナーの個数平均直径よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１又は２記載の画像形成装置において、
   最終段の現像手段がシアン色トナーの現像手段であることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３記載の画像形成装置において、
   最終段の現像手段がシアン色トナーの現像手段であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１又は２記載の画像形成装置において、
   前記現像手段を構成するトナー担持体は、現像領域において前記潜像担持体と対向するように配置され、前記トナー担持体上でトナーが浮遊している状態のトナークラウドを形成し、前記トナー担持体と前記潜像担持体が非接触であることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６記載の画像形成装置において、
   前記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前記トナー担持体上に前記トナークラウドが担持され、且つ、前記トナー担持体の移動に伴う前記トナークラウド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画像形成装置。
8. 請求項６記載の画像形成装置において、
   前記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ように構成され、この複数の電極間に形成される進行波電界によって、前記トナー担持体上に前記トナークラウドを担持しつつ、トナーを現像領域に搬送することを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
   前記現像手段に保持されている現像剤が１成分現像剤であることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の画像形成装置において、
    前記現像手段に保持されている現像剤が２成分現像剤であることを特徴とする画像形成装置。

Images