JPH1138720A - カラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の現像手段でトナー濃度の異なる現像剤
を使用するにしても、各々の現像電界を略整合させるこ
とで、現像特性の色間差、転写性劣化を減少させる。 【解決手段】 交流成分重畳の現像バイアスＶBが印加
される現像剤担持体４を夫々有し、この現像剤担持体４
上に担持された各色成分毎の二成分現像剤Ｇにて潜像担
持体１上の各色成分毎の静電潜像を可視像化する複数の
現像手段３を備え、潜像担持体１上の各色成分トナー像
を転写媒体５に順次転写するようにしたカラー画像形成
装置において、複数の現像手段３の少なくとも一部の現
像バイアス電源６には、使用現像剤Ｇ毎に交流成分ＶAC
のピークツウピーク電圧ＶP-Pが初期段階で可変設定さ
れるピークツウピーク電圧可変手段７を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、潜像担持体上に形
成された各色成分の静電潜像を複数の現像手段にて夫々
可視像化し、形成された現像像を記録材に順次あるいは
一括転写させるカラー画像形成装置に係り、特に、複数
の現像手段が交番電界作用下において静電潜像を可視像
化するタイプのカラー画像形成装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における電子写真方式を用いた複写
機やプリンタ等のカラー画像形成装置としては、例えば
感光ドラム等の潜像担持体上に各色成分の静電潜像を形
成し、各色成分トナーが収容された現像装置にて対応す
る静電潜像を現像すると共に、現像された各色成分のト
ナー像を転写ドラムに巻き付けた用紙等の記録材に順次
多重転写し、カラー画像を得るようにしたものや、ある
いは、複数の感光ドラム等の潜像担持体を並列配置し、
各潜像担持体上に各色成分の静電潜像を形成し、各色成
分トナーが収容された現像装置にて各静電潜像を現像す
ると共に、現像された各色成分トナー像を用紙搬送ベル
トで搬送される用紙等の記録材に順次多重転写し、カラ
ー画像を得るようにしたものや、あるいは、複数の感光
ドラム等の潜像担持体を並列配置し、各潜像担持体上に
各色成分の静電潜像を形成し、各色成分トナーが収容さ
れた現像装置にて各静電潜像を現像すると共に、現像さ
れた各色成分トナー像を中間転写ベルトに順次多重転写
した後、中間転写ベルト上の多重転写トナー像を用紙等
の記録材に一括転写し、カラー画像を得るようにしたも
のが知られている。

【０００３】このようなカラー画像形成装置において用
いられる現像装置には各種方式のものが提供されている
が、例えば、二成分現像剤を用いて、現像剤担持体と潜
像担持体との間に交流成分が重畳された現像バイアスを
印加するようにした方式が既に知られている。このタイ
プにあっては、交流成分の強い現像電界によりエッジ効
果（潜像担持体上の潜像エッジ部から非画像部への電気
力線の回り込み現象）を抑制でき、しかも、潜像担持体
と現像剤担持体との間の現像剤のモビリティの向上を改
善できることから、静電潜像をより忠実に再現でき、画
質（ベタ（Solid）部の再現性、細線再現性など）の向
上を達成することができる。

【０００４】また、このような各現像装置において、重
畳している交流成分（周波数、ピークツウピーク電圧）
については、各々のパラメータ（現像剤流量、潜像担持
体とのスペース、現像剤担持体速度等）及び現像剤（ト
ナー、キャリア）の帯電性を考慮し、各現像装置に共通
の最適値が決定されている。ところが、トナー、キャリ
アの帯電性は一般に各色毎に同一ではないため、一般的
には、現像剤中のトナー濃度を変化させ、同一のトナー
帯電性ひいては現像量を制御するという手法が採用され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなカラー画像形成装置にあっては、各色毎にトナー濃
度が異なる可能性があるため、潜像担持体と現像剤担持
体との間に形成される現像領域の誘電率をも異なるもの
にしている。このとき、トナー濃度の低い現像剤を使用
した現像装置では、それの高い現像剤を使用した現像装
置と比較すると、現像領域における現像電界がより強い
電界になってしまう。この強い現像電界は、現像特性の
みならず、転写性にも影響を与えるものであり、特に、
部分的な転写不良を加速させる要因になってしまうとい
う技術的課題が見られた。

【０００６】この発明は、以上の技術的課題を解決する
ために為されたものであって、複数の現像手段でトナー
濃度の異なる現像剤を使用するにしても、各々の現像電
界を略整合させることで、現像特性の色間差（各色毎の
差）、転写性劣化を減少させるようにしたカラー画像形
成装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、図
１（ａ）（ｂ）に示すように、一若しくは複数の潜像担
持体１と、この潜像担持体１上に複数の色成分毎の静電
潜像を形成する潜像形成手段２と、交流成分重畳の現像
バイアスＶBが印加される現像剤担持体４を夫々有し、
この現像剤担持体４上に担持された各色成分毎の二成分
現像剤Ｇにて潜像担持体１上の各色成分毎の静電潜像を
可視像化する複数の現像手段３とを備え、潜像担持体１
上の各色成分トナー像を転写媒体５に順次転写するよう
にしたカラー画像形成装置において、複数の現像手段３
の少なくとも一部の現像バイアス電源６には、使用現像
剤Ｇ毎に交流成分ＶACのピークツウピーク電圧ＶP-Pが
初期段階で可変設定されるピークツウピーク電圧可変手
段７を設けたことを特徴とするものである。

【０００８】このような技術的手段において、本願は、
多重転写型のカラー画像形成装置であれば、一つの潜像
担持体１上に形成された各色成分トナー像を転写媒体５
に順次転写する態様を始め、複数の潜像担持体１を並列
配置し、各潜像担持体１上の各色成分トナー像を転写媒
体５に順次転写する態様をも包含する。ここで、潜像担
持体１としてはトナー像を担持するものであれば、ドラ
ム状、ベルト状の任意の態様で差し支えなく、また、転
写媒体５としては、最終的な記録媒体である用紙等のシ
ートのみならず、中間転写ベルトなどの中間転写体をも
包含する。また、現像手段３としては、二成分現像剤Ｇ
が潜像担持体１表面に摺接するようにしてもよいし、あ
るいは、非接触でジャンピング現像を行うようにしても
差し支えない。また、二成分現像剤Ｇのトナーの平均粒
径や現像バイアスＶBの交流成分ＶACの周波数について
は、各種現像パラメータ、現像剤の種類に応じて適宜選
定して差し支えない。更に、現像バイアスＶBの交流成
分ＶACとしては、一種の周波数成分からなるものであっ
ても、二つの周波数成分からなるものであってもよく、
交流成分ＶACの波形についても、正弦波、矩形波、ノコ
ギリ波など適宜選定して差し支えない。

【０００９】更にまた、ピークツウピーク電圧可変手段
７としては、例えば現像剤の抵抗値に略依存させて交流
成分ＶACのピークツウピーク電圧ＶP-Pを可変設定する
ようにしたり、あるいは、現像剤の抵抗値に付随して変
化する潜像担持体１と現像剤担持体４とで形成される現
像領域の電界強度に略依存させて交流成分ＶACのピーク
ツウピーク電圧ＶP-Pを可変設定するようにしたものが
挙げられる。この場合において、ピークツウピーク電圧
ＶP-Pの可変の仕方については、所定範囲毎に段階的
（不連続的）に変化させる等適宜選定して差し支えない
が、連続的に変化させた方が安く（単にボリューム等を
調整するだけで済む）、しかも、精度も良い（狙いとす
るＶP-Pを設定し易い）点で好ましい。

【００１０】また、現像剤Ｇは経時的使用に伴って劣化
するが、この経時的劣化の影響を抑えるという観点から
すれば、例えば現像剤の使用履歴を推定する手段（現像
回数や現像時間を始め、画像形成回数、潜像担持体１の
帯電特性変化等の情報を利用するもの）や検出する手段
（例えば現像剤のトナーの帯電特性やキャリアの抵抗変
化を検出するもの等）を設け、これらの手段から得られ
る現像剤の使用履歴に応じてピークツウピーク電圧可変
手段７のピークツウピーク電圧ＶP-Pを変化させるよう
にすることが好ましい。

【００１１】次に、上述した技術的手段の作用について
説明する。図１において、複数の現像手段３の少なくと
も一部の現像バイアス電源６にはピークツウピーク電圧
可変手段７が設けられており、このピークツウピーク電
圧可変手段７は、使用現像剤Ｇ毎に交流成分ＶACのピー
クツウピーク電圧ＶP-Pを初期段階で可変設定する。こ
のとき、ピークツウピーク電圧ＶP-Pを現像剤の抵抗値
に略依存させたり、あるいは、現像剤の抵抗値に付随し
て変化する潜像担持体１と現像剤担持体４とで形成され
る現像領域の電界強度に略依存させるようにすれば、各
々の現像電界を略整合させることが可能になる。このた
め、強い現像電界に伴う現像特性や転写性への悪影響は
有効に回避される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明を詳細に説明する。 ◎実施の形態１ 図２は本発明が適用されるカラー画像形成装置の実施の
形態１を示す。同図において、本実施の形態に係るカラ
ー画像形成装置は、例えば電子写真方式にて各色成分ト
ナー像が形成される複数の画像形成ユニット１００（具
体的には１００Ｋ，１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ）を
並列配置し、各画像形成ユニット１００で形成した各色
成分トナー像を搬送ベルト１２０上の転写材（図示せ
ず）に順次転写させるものである。

【００１３】本実施の形態で用いられる画像形成ユニッ
ト１００は、感光ドラム等の潜像担持体１０１、一様帯
電器１０２、レーザ露光器１０３（図中ではビームのみ
を示す）、現像装置１０４、コロトロンなどの転写帯電
器１０７及びクリーナ１０６などの電子写真用デバイス
を備えている。また、転写材は、供給トレイ１１４若し
くは反転トレイ１１５から所定のパスを経て搬送ベルト
１２０の供給部位に送られた後、例えばコロトロン１２
１及び吸着ロール１２２からなる吸着装置にて搬送ベル
ト１２０上に静電吸着されて搬送され、例えばコロトロ
ン１２３及び剥離フィンガ１２４からなる剥離装置にて
搬送ベルト１２０から剥離された後に定着器１３０へと
搬送されるものである。尚、符号１２５は搬送ベルト１
２０を除電する除電器、１２６〜１２８は搬送ベルト１
２０上の紙粉等を除去するブラシクリーナ及びブレード
クリーナ、１２９は定着器１３０を通過した転写材をそ
のまま排出するか、両面用反転部１４０へ導くかを選択
する切換ゲートである。

【００１４】従って、本実施の形態にあっては、各画像
形成ユニット１００の各潜像担持体１０１上のトナー像
は搬送ベルト１２０上の転写材に順次転写され、最終色
のトナー像の転写が終了した後に、転写材が搬送ベルト
１２０から剥離されて定着器１３０へと導かれる。

【００１５】次に、本実施の形態で用いられる現像装置
１０４の詳細を図３に示す。同図において、現像装置１
０４は、感光ドラム等の潜像担持体１０１に対向して開
口する現像ハウジング２２を有し、この現像ハウジング
２２内に二成分現像剤Ｇを収容すると共に、現像ハウジ
ング２２の開口部に面した箇所に現像ロール２３（例え
ば非磁性導電性の現像スリーブ内に所定数の磁極が配列
された固定マグネットを配設したものが用いられる）を
配設したものである。

【００１６】また、現像装置１０４の現像ロール２３の
表面（現像スリーブの表面）には現像バイアス電源２４
からの現像バイアスが印加されている。本実施の形態で
は、現像バイアス電源２４は交流電圧電源２４１と直流
電圧電源２４２とを直列配置したものからなり、現像バ
イアスとして直流成分に交流成分が重畳されたものが使
用される。

【００１７】更に、本実施の形態において、現像バイア
ス電源２４には電源制御器２５が接続されており、この
電源制御器２５は、使用現像剤の抵抗値（あるいは潜像
担持体１０１と現像ロール２３とで形成される現像領域
の電界強度）に略依存させて現像バイアスの交流成分の
ピークツウピーク電圧を初期段階で可変設定するように
なっている。本実施の形態では、イエロ、マゼンタ、シ
アンの各カラートナーは例えば平均粒径７μｍのものが
用いられており、図４に示すようなトナー濃度（イエロ
現像剤：５％，マゼンタ現像剤：６．３％，イエロ現像
剤：１０％）で使用されている。このような使用条件に
おいては、図４に示すように、シアン現像剤、マゼンタ
現像剤及びイエロ現像剤の抵抗値は夫々約１２．０、約
１３．１、約１６．２（log Ω・ｃｍ）、また、これら
の電界強度は現像バイアスの交流成分のピークツウピー
ク電圧を１５００Ｖに設定した際に夫々約３．４、約
３．２、約２．７（log Ｖ／ｃｍ）であった。

【００１８】本実施の形態では、上述した結果に基づい
て、トナー濃度の高い現像剤、すなわち、イエロ現像剤
については、図５（ａ）に示すように、現像バイアスの
交流成分のピークツウピーク電圧ＶP-P(1)を１５００Ｖ
に初期設定し、また、トナー濃度の低い現像剤、すなわ
ち、シアン現像剤とマゼンタ現像剤とについては、図５
（ｂ）に示すように、前記ピークツウピーク電圧ＶP-P
(2)を１１００Ｖに初期設定するようにした。尚、図５
中ＶIは静電潜像の画像部電位で、本例では−２００Ｖ
を示し、また、ＶAC(0)は交流成分の中心電位（現像バ
イアスの直流成分に相当）で、本例では−５００Ｖを示
す。

【００１９】また、本実施の形態では、ブラックトナー
は例えば平均粒径９．５μｍのものが用いられており、
ブラック現像剤はトナー濃度７％位で使用されている。
特に、ブラックトナーの場合には平均粒径がカラートナ
ーよりも大きいため、現像ニップ域及び転写領域におけ
るトナーへのクーロン力はカラートナーと比較すると強
く、たとえ強い現像電界で現像しても、部分的な転写不
良は比較的発生し難い（Ｆ＝ｑＥ［Ｆはクーロン力，ｑ
はトナー電荷，Ｅは電界］：トナー径が大きいとｑが大
きいので、Ｆが大きくなる）ものであり、この点で、現
像バイアスの交流成分のピークツウピーク電圧を１５０
０Ｖに初期設定するようにしている。

【００２０】このように、各現像装置１０４の電源制御
器２５で、現像バイアスの交流成分のピークツウピーク
電圧を初期設定したところ、各現像装置１０４の現像電
界がそれ程強くなく略整合した状態になり、現像特性の
色間差や転写性劣化現象はほとんど見られなかった。

【００２１】◎実施の形態２ 図６は本発明が適用されたカラー画像形成装置の実施の
形態２で用いられる現像装置の概略構成を示す。同図に
おいて、現像装置の基本的構成は、実施の形態１と略同
様であるが、実施の形態１と異なり、電源制御器２５
は、更にコピー枚数検知装置２６からのコピー枚数に応
じて現像バイアスの交流成分のピークツウピーク電圧を
可変設定するようになっている。尚、実施の形態１と同
様な構成要素については実施の形態１と同様な符号を付
してここではその詳細な説明を省略する。

【００２２】ここで、交流成分のピークツウピーク電圧
の可変程度を決定するために、以下の実験を行った。先
ず、交流成分（本実験では正弦波６ｋＨｚを使用）のピ
ークツウピーク電圧ＶP-Pと転写グレード（ソリッド画
像を転写した際の斑点（mottle）の程度を目視確認した
グレードで、３以下を目標とする）との関係を調べたと
ころ、図７に示すように、新しい現像剤の場合（図中●
で示す）には、交流成分のピークツウピーク電圧ＶP-P
が大きく設定されていても、転写グレードは良好に保た
れることが理解されるが、劣化した現像剤の場合（図中
×で示す）には、交流成分のピークツウピーク電圧ＶP-
Pが大きいと転写グレードが極端に低下することが理解
される。

【００２３】また、走行コピー枚数（ｋＣＶ：×１００
０枚）と転写グレード（３以下を目標とする）との関係
を調べたところ、図８に示すように、コピー用紙Ａ（例
えばカラー専用紙），Ｂ（例えば厚紙）のいずれの場合
でも、走行コピー枚数が増加するにつれて転写グレード
が悪化することが確認される。

【００２４】このような実験結果に基づいて、使用する
コピー用紙の走行コピー枚数に応じて転写グレードが３
以下に収まるように交流成分のピークツウピーク電圧を
選定すればよい。本実施の形態のうち、イエロ現像剤及
びブラック現像剤を使用する現像装置では、帯電性から
見た現像剤寿命を５０,０００枚コピーとし、ピークツ
ウピーク電圧ＶP-Pの最大初期値を１．５０ｋＶ（１５
００Ｖ）としたときに、走行コピー枚数に対する交流成
分（ＡＣ成分）のピークツウピーク電圧ＶP-Pは、ＶP-P
＝１．５ｋＶ×(５０，０００−コピー枚数)／(コピー
枚数＋５０，０００)のように設定され、この変化パタ
ーンを図９に示す。尚、シアン現像剤及びマゼンタ現像
剤を使用する現像装置の場合には、ピークツウピーク電
圧ＶP-Pの最大初期値を１．１０ｋＶ（１１００Ｖ）と
し、それ以外は上述したのと同様にした。

【００２５】この場合、図１０の→→に示すよう
に、走行コピー枚数が増加するにつれて、現像バイアス
の直流成分ＶDCは一定であるが、交流成分のピークツウ
ピーク電圧ＶP-Pは次第に低減していく。電源制御器２
５で交流成分のピークツウピーク電圧ＶP-Pをこのよう
に制御したところ、コピー走行枚数５０，０００枚まで
転写グレードの良好な画像が得られることが確認され
た。

【００２６】尚、本実施の形態では、コピー枚数検知装
置２６で走行コピー枚数を検知し、現像剤の使用履歴を
推定するようにしているが、例えば図６に仮想線で示す
ように、現像ロール２３の動作時間などを計測する現像
駆動時間計測装置２７で現像剤の使用履歴を推定するよ
うにしてもよい。また、現像剤の使用履歴に伴うピーク
ツウピーク電圧ＶP-Pの変化パターンとしては、本実施
の形態では、現像剤寿命枚数（５０,０００枚コピー）
でピークツウピーク電圧ＶP-Pを０にしているが、これ
に限られるものではなく、現像剤寿命枚数（５０,００
０枚コピー）でピークツウピーク電圧ＶP-Pを所定レベ
ル（例えば０．９ｋＶ）残し、例えば現像剤の劣化の程
度が少ないものなどにあっては、交流成分印加による画
像再現性の向上を優先させるようにしてもよい。

【００２７】◎実施の形態３ 図１１は本発明が適用されたカラー画像形成装置の実施
の形態３で用いられる現像装置の概略構成を示す。同図
において、本実施の形態に係る現像装置の基本的構成
は、実施の形態１と略同様であるが、実施の形態１と異
なり、現像ロール２３と現像バイアス電源２４とに直列
に電流計２８を設け、この電流計２８の電流変化に基づ
いて電源制御器２５を制御し、現像バイアスの交流成分
のピークツウピーク電圧を可変設定するようになってい
る。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施
の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明
を省略する。

【００２８】本実施の形態において、現像剤が経時的に
使用されると、現像剤のキャリアの抵抗値が使用時間に
応じて次第に低下していくため、本実施の形態の電流計
２８の電流値は、使用時間に応じて次第に増加するとい
う傾向になる。このとき、電流計２８の電流値を監視す
ることにより、現像剤の使用履歴（劣化程度）を把握す
ることが可能になるため、電流計２８の電流値（現像剤
の使用履歴）に基づいて電源制御器２５による交流成分
のピークツウピーク電圧を適宜設定するようにすれば、
現像剤の使用履歴に応じた現像バイアスを印加すること
が可能になり、現像剤の使用寿命（例えばコピー走行枚
数５０，０００枚）まで転写グレードの良好な画像が得
られる。特に、本実施の形態にあっては、実施の形態２
に比べて、現像剤の使用履歴を直接的に検出することに
なるため、現像剤の使用履歴に応じて、交流成分のピー
クツウピーク電圧をより正確に制御することが可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の現像手段で潜像担持体上の各色成分毎の静電潜像
を夫々可視像化し、転写媒体に順次転写させるようにし
たカラー画像形成装置において、二成分現像方式の複数
の現像手段の少なくとも一部に対する現像バイアスの交
流成分のピークツウピーク電圧を使用現像剤毎に可変設
定し、複数の現像手段でトナー濃度の異なる現像剤を使
用するにしても、各々の現像電界を略整合させるように
したので、強い現像電界に伴う現像特性や転写性への悪
影響を有効に回避することができ、現像特性の色間差、
転写性劣化を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）（ｂ）は本発明に係るカラー画像形成
装置の構成を示す説明図である。

【図２】 実施の形態１に係るカラー画像形成装置の概
略構成を示す説明図である。

【図３】 実施の形態１で用いられる現像装置の構成を
示す説明図である。

【図４】 実施の形態１で用いられるカラー現像剤（イ
エロ，マゼンタ，シアン）のトナー濃度、抵抗値、電界
強度の関係を示すグラフ図である。

【図５】 （ａ）（ｂ）は本実施の形態における現像バ
イアスの交流成分のピークツウピーク電圧の初期設定状
態を示すグラフ図である。

【図６】 実施の形態２に係るカラー画像形成装置で用
いられる現像装置の構成を示す説明図である。

【図７】 実施の形態２において、新しい現像剤と劣化
現像剤とに対する現像バイアスＶP-Pと転写グレードと
の関係を示すグラフ図である。

【図８】 実施の形態２において、用紙Ａ，Ｂに対する
走行コピー枚数と転写グレードとの関係を示すグラフ図
である。

【図９】 実施の形態２で用いられる電源制御器の作動
を示すグラフ図である。

【図１０】 実施の形態２に係る現像バイアスの変化パ
ターンを示すグラフ図である。

【図１１】 実施の形態３に係るカラー画像形成装置で
用いられる現像装置の概略構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１…潜像担持体，２…潜像形成手段，３…現像手段，４
…現像剤担持体，５…転写媒体，６…現像バイアス電
源，７…ピークツウピーク電圧可変手段，２３…現像ロ
ール，２４…現像バイアス電源，２５…電源制御器，１
０１…潜像担持体，１０４…現像装置，Ｇ…二成分現像
剤，ＶB…現像バイアス，ＶAC…交流成分，ＶP-P…ピー
クツウピーク電圧

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一若しくは複数の潜像担持体と、この潜
   像担持体上に複数の色成分毎の静電潜像を形成する潜像
   形成手段と、交流成分重畳の現像バイアスが印加される
   現像剤担持体を夫々有し、この現像剤担持体上に担持さ
   れた各色成分毎の二成分現像剤にて潜像担持体上の各色
   成分毎の静電潜像を可視像化する複数の現像手段とを備
   え、潜像担持体上の各色成分トナー像を転写媒体に順次
   転写するようにしたカラー画像形成装置において、 複数の現像手段の少なくとも一部の現像バイアス電源に
   は、使用現像剤毎に交流成分のピークツウピーク電圧が
   初期段階で可変設定されるピークツウピーク電圧可変手
   段を設けたことを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカラー画像形成装置にお
   いて、 ピークツウピーク電圧可変手段は、現像剤の抵抗値に略
   依存させて交流成分のピークツウピーク電圧を可変設定
   するものであることを特徴とするカラー画像形成装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のカラー画像形成装置にお
   いて、 ピークツウピーク電圧可変手段は、潜像担持体と現像剤
   担持体とで形成される現像領域の電界強度に略依存させ
   て交流成分のピークツウピーク電圧を可変設定するもの
   であることを特徴とするカラー画像形成装置。