JP2007017892A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １つの感光体の１回転内に複数色のトナー像を重ねて感光体上に形成するとき、構成が複雑で、しかも、オゾンの発生が避けられない。
【解決手段】 周回移動するＯＰＣベルト１と、ＯＰＣベルト１を帯電する接触型帯電ローラ２と、帯電ローラ２の下流側に、各色について、書き込み装置３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ及び移相電界でトナーをホッピングさせて現像するＥＨ現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋとを配置し、ＯＰＣベルト１の１回転で、ＯＰＣベルト１を接触型帯電ローラ２で１回帯電した後、各色の書き込み装置３及びＥＨ現像装置４による４回の露光及び現像を繰り返して、各色のトナー像を重ねたフルカラー画像をＯＰＣベルト１上に形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像形成装置に関し、像担持体に対する１回の帯電を行なって色重ねでフルカラー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（単に「感光体」ともいう。）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（タンデム方式）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トナー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４回転で一色ずつ転写する方式と、転写せずに感光体上で各色トナーを重ねる方式とを区別するため、前者を１感光体４回転写方式、後者を１感光体４回転色重ね方式という。）。

この１感光体１回転色重ね方式では、例えばベルト状又はドラム状の感光体の側面に、コロナ帯電器からなる２個の均一帯電器（帯電装置）、画像露光器（露光装置）、現像器（現像装置）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感光体上に形成する。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、現像に入ることで、同じ場所に４色の画像を重ね合わせて形成する。なお、２個の帯電器は必ずしも必要でないが、潜像形成に影響するトナー電位を除電するためには２個の帯電器の内の１つは除電器として用いている。

このような２個の帯電器の他に、転写前帯電器、転写帯電器を加えた１０個のコロナ帯電器にあっては、有害なオゾンが発生するので、一般的には、ファンによって形成する気流で強制的にオゾンフィルタに運び、フィルタで吸着処理を行なうようにしている。

この１感光体１回転色重ね方式による画像形成装置に関して従来種々の提案がなされているが、いずれも、上述したように、色ごとに帯電器を１個又は２個備えるものであり、しかも、感光体上に先に形成された色のトナー像を乱さないようにするために非接触型帯電器、即ち、コロトロン型やスコロトロン型のコロナ放電器を用いている。

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

また、フルカラー画像ではなく、二色のモノカラー画像であれば、一回の均一帯電の後、画像露光で３つレベルの電位潜像を形成し、中間電位を地肌電位として、高電位画素を正規現像で例えば黒トナーで現像し、低電位画素を反転現像で例えば赤トナーで現像する二色の画像形成装置は知られている。

同様に、特許文献３、４に記載されているように、複数回の画像露光で三色、四色のモノカラー画像を形成する多色画像形成装置も知られている。なお、このような画像形成装置を、１感光体１回転多色方式の画像形成装置という。
特許第３０７３１２６号 特許第３１７０９０１号

ところで、上述したように１感光体１回転色重ね方式で画像を形成する画像形成装置において使用しているコロナ放電器は、必要なコロナイオンとともに不要で人体に好ましくないオゾンを多量に発生することが良く知られている。そのために、従来の画像形成装置にあっては、オゾンフイルタを装備することが必須となっており、結果として、ファン等を使った機内の気流の制御が必要となり、装置の大型化、コスト高になっているという課題がある。また、オゾンフイルタには寿命があるため、ユーザーやサービスマンが定期的に交換しなければならず、メンテナンスが必要になるという課題がある。

一方、接触型帯電器を使用した場合には、オゾンがほとんど発生せず、オゾンフイルタや気流制御のためのファンなども不要になることが知られているが、上述した従来の１感光体１回転色重ね方式で画像を形成する画像形成装置で接触型帯電器を使用すると、先に形成したトナー像が乱れることになり、実際上は接触型帯電器を使用することができない。

また、上述したように１感光体１回転色重ね方式で画像を形成する画像形成装置にあっては、先に現像されたトナーは、次色潜像形成のための均一帯電で１〜３回帯電されるために帯電量が変化することになる。そこで、四色のトナーを使用してフルカラー画像を形成した後、転写前に、四色のトナーの帯電量を揃えるために、転写前帯電が必要になる。そして、この場合も、形成したトナー像を乱さないためには、非接触タイプのコロナ放電器が使用しなければならず、この点でも、スペースとコストが必要になり、またその分オゾンフイルタの寿命も短くなって、より頻繁なメンテナンスが必要になるという課題を生じている。

さらに、上述したように転写前帯電を行なった場合、トナーの帯電量を平均値で復活させることができても、その分布まで含めて正確に再生させることはできない。通常、トナーの帯電量はその分布まで含めて、現像のみならず転写にも最適なように調整されているので、元の帯電量（分布）のまま転写するのがベストであるが、このように下の帯電量、分布を再生することはできず、画像品質が低下するという課題もある。

なお、上述した１感光体１回転多色方式は、１回の均一帯電の後、画像露光と現像を繰り返して感光体上に多色トナー像を形成し、被記録媒体に一回で転写するものであるが、この方式は各色のトナー像を別の場所にそれぞれ単色で形成する方式であって、同じ場所に各色のトナー像を重ねて形成することはできず、もとより、１感光体１回転多色方式と１感光体１回転色重ね方式とでは、その課題も、技術的な困難性も全く異なり、多色方式をそのまま適用してもフルカラー方式（色重ね方式）を実現することはできない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、低コストで、メンテナンスも容易な１感光体１回転１回帯電色重ね方式でフルカラー画像を形成す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、移動する像担持体を帯電させる帯電手段と、この帯電装置の下流側で、各色について、画像に応じた露光を行なって潜像を形成する書き込み手段と、潜像をトナーで現像する現像手段とが配置され、帯電手段で像担持体に対して１回の帯電を行なった後、書き込み手段及び現像手段によって露光と現像を複数回繰り返して、像担持体上に各色のトナーを重ねたフルカラー画像を形成する構成とした。

ここで、トナーはキャリアに拘束されていないことが好ましい。また、現像手段はトナーを移相電界でホッピングさせて現像を行なう手段であることが好ましい。さらに、像担持体を帯電させる帯電手段が接触型帯電装置であることが好ましく、接触型帯電装置が電荷注入型の帯電装置であることが好ましい。

また、次の現像でトナーを付着させるべき画像部画素を露光して、その画像部画素の電位をその絶対値で地肌を形成する非露光部の電位より下げることができる。この場合、２回目以降の露光時に地肌部を形成する地肌部画素のうち、絶対値で他の地肌部画素より電位の高い地肌部画素は、画像部画素の露光時に同時に露光して他の地肌部画素の電位に揃えることが好ましい。あるいは、２回目以降の露光時に地肌部を形成する地肌部画素のうち、絶対値で他の画素より電位の高い地肌部画素は、画像部画素の露光の前又は後で露光して他の地肌部画素の電位に揃えることを特徴とする画像形成装置。

また、次の現像でトナーを付着させない地肌部を形成する画素を露光して、その画素の電位をその絶対値で画像を形成する非露光部の電位より下げることができる。この場合、２回目以降の画像露光時に画像部を形成する画像部画素のうち、その絶対値で他の画像部画素より電位の高い画像部画素は、地肌部画素の露光時に同時に露光して他の画像部画素の電位に揃えることが好ましい。あるいは、２回目以降の画像露光時に画像部を形成する画像部画素のうち、その絶対値で他の画像部画素より電位の高い画像部画素は、地肌部露光の前又は後で露光して他の画像部画素の電位に揃えることが好ましい。

また、帯電時の帯電電位が像担持体上に重ねて現像されるトナー層の最大電位以上であることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置によれば、像担持体に対して１回の帯電を行なった後、露光と現像を複数回繰り返して像担持体上にフルカラー画像を形成する構成としたので、簡単な構成で、低コストで、メンテナンスも容易な１感光体１回転１回帯電色重ね方式でフルカラー画像を形成することができる画像形成装置が得られる。

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、本発明に係るフル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を（均一帯電）させる接触型帯電装置（帯電器）である接触型帯電ローラ２と、この帯電ローラ２の下流側に像担持体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、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、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、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、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。

帯電ローラ２は、直径１６ｍｍの接触帯電ローラであり、直径１０ｍｍの金属棒の上にカーボンブラックを添加して抵抗を調整した厚さ３ｍｍのゴム層を重ねて形成してものを用いている。

書込み装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋは、画像情報に従って帯電ローラ２によって１回均一帯電された像担持体１に対し、順次各色の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、露光光強度を画素ごとに変調（パワー変調、以下「ＰＭ変調」という。）して露光している。

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、接触帯電ローラ２によって像担持体１が均一に１回帯電され、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。

以下同様にして、書込み装置３Ｍによって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。そして、イエロー及び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フルカラー画像の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、転写装置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、負帯電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（このトナーは前述したようにキャリアから離れており、キャリアに拘束されないトナーである。）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５２ａ〜５２ｌ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、負帯電トナー６０がこの空間６３に到達すると、そこでは負帯電トナー６０を像担持体１に向かわせる静電力が働くので、負帯電トナー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１回帯電色重ね方式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（ここでは「ＯＰＣベルト」という。）１を１００ｍｍ／ｓｅｃで定速走行させている状態で、接触帯電ローラ２に図示しない電源によって−３２０Ｖを印加することで、ＯＰＣベルト１は−３２０Ｖに均一に帯電する。この場合、帯電時の帯電電位は像担持体であるＯＰＣベルト１上に重ねて現像されるトナー層の最大電位以上とすることによって、１回の帯電電位で複数回の露光、現像によって形成する各色のトナー像の色重ねが可能になる。

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すべき画素のみを選択的に露光する。

なお、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。

このとき、図９（ｂ）に示すように、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画素は露光せず、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、−２９０Ｖ±８０Ｖの矩形波を印加して、前記イエロー潜像を、イエロートナーｙｔで反転現像する。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−２９０Ｖで、画像（非露光）電位は−２２０Ｖであるので、ＯＰＣベルト（像担持体）１と静電搬送ローラ４２間にホッピングされた負帯電トナーは、この間に形成されている電界が、この負帯電トナーに作用する静電力で画像（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Ｖｔｙは、−６０Ｖである。すなわち、現像された部分の電位は、露光後の−２２０Ｖより、現像後はそれにトナー電位−６０Ｖを加えた−２８０Ｖに高くなっている。

引き続いて、図１０（ａ）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、露光前の電位は、Ｍ、Ｂが−３２０Ｖで、Ｒと３Ｃが−２８０Ｖと異なる。また、Ｍ、Ｂの位置にトナーはないが、Ｒと３Ｃの位置にはすでにイエロートナーｙｔの層が存在している。そのため、この電位差とイエロートナー層の７８０ｎｍ光の透過率を考慮してレーザー光の光強度を変えて、同一の露光後電位Ｖ１=−１８０Ｖを得た。

そして、図１０（ｂ）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−２５０V±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、反転現像で、バイアス電位−２５０Vより７０V低い−１８０VになっているＭ、Ｒ、Ｂ、３Ｃに負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−２４０Vになる。

なお、この場合、地肌電位は、−３２０V（オリジナル色Ｋ、Ｗ、Ｃ対応）と、−２８０V（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。また、ＥＨ現像では、トナーはキャリアに拘束されていないので、イエロートナー画像をキャリアが擦って画像を乱すようなことも生じない。

次に、図１１（ａ）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を形成する。このとき、マゼンタ潜像の書き込みと同様に、露光すべき画素の電位と、先行付着トナー層に応じて光強度を変えて、露光後電位が−１４０Ｖになるようにレーザー露光してシアン潜像を形成する。

そして、図１１（ｂ）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−２１０V±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反転現像する。トナー電位は、やはり−６０Ｖで、現像された部分の電位は、−２００Ｖになる。

次に、図１２（ａ）に示すように、残されていた白地肌部（−３２０Ｖ）に、ブラック用書き込み装置３Ｋで黒潜像を、その露光後電位が−１００Ｖになるように形成する。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（ｂ）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−１７０Ｖ±８０Vを印加してブラックトナーｋｔで反転現像して白地肌部に黒トナー像を形成する。

このように、１回の帯電と、４回の画像露光（潜像形成）と現像を行なって、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。また、画像形成装置本体内のオゾン濃度を測定したところ、ほとんどゼロであった。

このような効果が得られるのは、特に、ＥＨ現像においては、従来の現像方式に対して、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。

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１３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、１感光体１回転１帯電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、−１８００Ｖより大きくしなければならず、この場合、感光層に加わる電界が通常の３倍にもなり、感光体の寿命は非常に短くなる。感光層の厚さを３倍にすれば、感光層に加わる電界は同じになるが、通常の電荷発生層が電荷移動層の下側にある積層ＯＰＣの場合は、光で発生した正孔が３倍厚い電荷移動層中を移動中に広く拡散するため、ボケボケの画像となり実際には使用できない。

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１４に示すように非常に高い。この図１４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。

そのため、上記実施形態では最初の１回の帯電で、帯電電位を−３２０Ｖにしたが、実際にはもっと小さな帯電電位でも可能である。

また、図１４は、トナーの平均比電荷ｑ／ｍが−23μＣ／ｇのときであったが、ｑ／ｍを小さくすると、ｍ／Ａ＝０．５ｍｇ／ｃｍ^２を得るのに必要な現像電位差は比例して小さくできるので、この点からも、より低い電位の帯電で可能になる。

このように、移動する像担持体を帯電させる帯電手段と、この帯電装置の下流側で、各色について、画像に応じた露光を行なって潜像を形成する書き込み手段と、潜像をトナーで現像する現像手段とが配置され、帯電手段で像担持体に対して１回の帯電を行なった後、書き込み手段及び現像手段によって露光と現像を複数回繰り返して、像担持体上に各色のトナーを重ねたフルカラー画像を形成する構成としたので、簡単な構成で、低コストで、メンテナンスも容易な１感光体１回転１回帯電色重ね方式でフルカラー画像を形成する画像形成装置を得ることができる。

ここで、トナーはキャリアに拘束されていないことで、キャリアが先に現像されたトナー像を擦って乱すこともなく画像品質が向上する。特に、現像手段として、トナーを移相電界でホッピングさせて現像を行なう手段であるＥＨ現像手段を用いることによって、地肌汚れの生じない高品質画像を１感光体１回転１回帯電色重ね方式で形成することができる。また、像担持体を帯電させる帯電手段が接触型帯電装置であることによってオゾンの発生を低減することができる。

次に、本発明の他の実施形態として、ＥＨ現像ではない従来のトナーが地肌にも接触する現像方式（接触磁気ブラシ現像や非接触ジャンピング現像）によって１感光体１回転１回帯電色重ね方式を実施した例について説明する。
上述した実施形態では、ＥＨ現像を行なっているため、４回の現像において地肌電位を不均一のままにしても鮮明な画像が得られる。これに対して、従来のトナーが地肌にも接触する現像方式では、地肌に電位差が存在すると、そこに到達したトナーは、エッジ電界に拘束されて地汚れとなるため、地肌電位は均一にしなければならない。そこで、この他の実施形態では、地肌電位も画像露光を利用して均一化するようにしている。

先ず、帯電装置として、上記実施形態の帯電接触帯電ローラ２に代えて、２本ワイヤー、幅３０ｍｍのスコロトロン帯電器を用いた。また、現像装置として、ＥＨ現像を行なう現像装置４に代えて、二成分ソフト接触現像器を用いた。なお、マグネットブラシのソフト接触は、マグネットブラシを伸ばし、ＯＰＣベルトへの食い込み量を減らして実現した。また、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。

次に、この他の実施形態における画像形成について、前記実施形態と同様に実測とシミュレーションに基づく電位の変化で、図１５ないし図１８を参照して説明する。
まず、図１５（ａ）に示すように、２本ワイヤーのスコロトロン帯電器で、ＯＰＣベルト１表面を、−２４００Ｖに帯電する。

次に、図１５（ｂ）に示すように、イエロー用書き込み装置３Ｙで帯電面にイエロー潜像を書き込む。このとき、画像（露光）部電位は−１８００Ｖである。つまり、ここでは、次の現像でトナーを付着させるべき画像部画素を露光して、その画像部画素の電位をその絶対値で地肌を形成する非露光部の電位より下げることでトナーを付着させる反転現像によってトナー像を形成する方式としている。

そして、図１５（ｃ）に示すように、現像バイアスＶｂ＝−２１００Ｖで、イエロートナーｙｔを使い、ソフトタッチ二成分現像器で反転現像を行なう。このとき、現像されたイエロートナー層の電位は、前記実施形態と同じく−６０Ｖで、潜像部分の電位は−１８６０Ｖとなる。なお、前記実施形態の説明図では、図中のトナーの大きさは、ほぼトナー電位と同じ大きさであったが、この他の実施形態では、そのように描くとトナーが小さすぎて見にくくなるので適当に大きくして表記している。

続いて、図１６（ａ）に示すように、マゼンタ用書き込み装置３Ｍでマゼンタ潜像を書き込み、その電位を−１２６０Ｖまで下げる。このとき、すでにイエロートナーｙｔが付着している部分（オリジナルカラーＲ、３Ｃに対応）と、トナーのない部分（同じく、Ｍ、Ｂ）があるが、レーザー光強度を変えて、同一の表面電位−１２６０Ｖになるように露光する。

また、地肌電位を、イエロー現像済みの電位−１８６０Ｖに揃えるために、イエロー露光されずに、−２４００Ｖのまま残されている部分（同じく、Ｋ、Ｗ、Ｃ）を、弱めのレーザー光で露光する。なお、マゼンタ潜像の書き込みと、地肌電位調整露光は、同一のレーザーで、同時に行なうことができる。

そして、現像バイアス−１５６０Ｖで、同様に、マゼンタトナーｍｔを使用してソフトタッチ二成分現像器で反転現像を行なう。

次に、図１７（ａ）に示すように、シアン用書き込み３Ｃで、シアン潜像を書き込むと同時に、地肌均一化露光を行なう。地肌部の電位が、−１３２０Ｖ、画像部の電位が−７２０Ｖになるように、露光前の電位とトナーの付着量に応じて、レーザー光強度を変えて露光する。

そして、図１７（ｂ）に示すように、現像バイアス−１０２０Ｖで、同様に、シアントナーｃｔを使用してソフトタッチ二成分現像器で反転現像を行なう。

最後に、図１８（ａ）に示すように、黒用書き込み装置３Ｋで黒潜像を書き込むと同時に、地肌電位均一化露光を行なう。黒トナーを、今までに作成したカラートナー像（同じくＹ、Ｍ、Ｃ、Ｒ、Ｇ、Ｂ、３Ｃ）に重ねて作成することもできるが、ここでは、白地肌部に書き込む場合を示している。Ｙ、Ｍ、Ｃ露光と同様に、地肌部が、−７８０Ｖで画像部が−１８０Ｖになるように、レーザー光強度を変えて露光する。

そして、図１８（ｂ）に示すように、現像バイアス−４８０Ｖで、黒トナーｋｔを使用してソフトタッチ二成分現像器で反転現像を行なう。

その後、転写ローラに−１．５ｋＶを印加して、ＯＰＣベルト１上に作成したフルカラートナー像を転写材７に転写し、定着装置６を通して定着する。

このようにして、前記実施形態と同様に、１回の帯電でフルカラー画像を得ることができた。

ただし、いかにソフトタッチでも、先に形成されたトナー像、例えば、イエロートナー画像は次のマゼンタ現像の磁気ブラシで擦られるので、掃目模様が見られ、シャープ性もなかった。また、繰り返して、プリントするうちに、トナーの混色が発生した。すなわち、マゼンタ用現像装置中にイエロートナーが徐々に取り込まれた。さらに、ＯＰＣ感光層の絶縁破壊によると見られる、各色のポチ画像が徐々に増加した。これより、厚さ２０μｍのＯＰＣでは帯電電位−２４００Ｖは無理であると推測される。また、オゾン濃度もかなり高く、４回帯電方式と大きな差はなかった。

すなわち、従来の現像方式でも、１感光体１回転１回帯電色重ね方式によるフルカラー画像の形成は可能であるが、実用的ではなく、少し小型化を図れるということ程度である。

また、従来の現像方式による場合には、上述したように、２回目以降の露光時に地肌部を形成する地肌部画素のうち、絶対値で他の地肌部画素より電位の高い地肌部画素は、画像部画素の露光時に同時に露光して他の地肌部画素の電位に揃えるようにする。これによって、前述したように従来のトナーが地肌にも接触する現像方式を採用した場合でも、地肌の電位差が揃うことで、地汚れを防止することができる。

この場合、２回目以降の露光時に地肌部を形成する地肌部画素のうち、絶対値で他の画素より電位の高い地肌部画素は、別の露光光学系を使用して、画像部画素の露光の前又は後で露光して他の地肌部画素の電位に揃えることもできる。このようにすれば、画像露光は高解像力でシャープに、地肌均一化は低解像度で、アンシャープに行なうことができる。

また、上記各実施形態においては、電位の低いところに帯電極性と同じ極性に帯電したトナーを付着させる反転現像を行なったが、電位の高いところに、帯電極性と逆極性に帯電したトナーを付着させる正規現像でも同様に実施できる。この正規現像は、上述したＥＨ現像でも、従来の現像方式でも同様に実施できる。

つまり、次の現像でトナーを付着させない地肌部を形成する画素を露光して、その画素の電位をその絶対値で画像を形成する非露光部の電位より下げることにより、非露光部にトナーを付着させる正規現像で各色のトナー像を形成することもできる。

ただし、従来の現像方式による場合には、上述した反転現像でトナー像を形成する場合と同様に、２回目以降の画像露光時に画像部を形成する画像部画素のうち、その絶対値で他の画像部画素より電位の高い画像部画素は、地肌部画素の露光時に同時に露光して他の画像部画素の電位に揃える。これによって、前述したように従来のトナーが地肌にも接触する現像方式を採用した場合でも、地肌の電位差が揃うことで、地汚れを防止することができる。

或いは、２回目以降の画像露光時に画像部を形成する画像部画素のうち、その絶対値で他の画像部画素より電位の高い画像部画素は、地肌部露光の前又は後で露光して他の画像部画素の電位に揃える。このようにすれば、画像露光は高解像力でシャープに、地肌均一化は低解像度で、アンシャープに行なうことができる。

本発明の実施形態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。 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。 本発明の他の実施形態に係る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。

符号の説明

１…像担持体（ＯＰＣベルト）
２…接触型帯電装置（接触型帯電ローラ）
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 (12)

1. 電子写真方式でフルカラー画像を形成する画像形成装置において、移動する像担持体を帯電させる帯電手段と、この帯電装置の下流側で、各色について、画像に応じた露光を行なって潜像を形成する書き込み手段と、前記潜像をトナーで現像する現像手段とが配置され、前記帯電手段で前記像担持体に対して１回の帯電を行なった後、前記書き込み手段及び現像手段によって露光と現像を複数回繰り返して、前記像担持体上に各色のトナーを重ねたフルカラー画像を形成す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、前記トナーはキャリアに拘束されていない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、前記現像手段は前記トナーを移相電界でホッピングさせて現像を行なう手段であ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、前記像担持体を帯電させる帯電手段が接触型帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、前記接触型帯電装置が電荷注入型の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１に記載の画像形成装置において、次の現像でトナーを付着させるべき画像部画素を露光して、その画像部画素の電位をその絶対値で地肌を形成する非露光部の電位より下げることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６に記載の画像形成装置において、２回目以降の露光時に地肌部を形成する地肌部画素のうち、絶対値で他の地肌部画素より電位の高い地肌部画素は、画像部画素の露光時に同時に露光して他の地肌部画素の電位に揃えることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項６に記載の画像形成装置において、２回目以降の露光時に地肌部を形成する地肌部画素のうち、絶対値で他の画素より電位の高い地肌部画素は、画像部画素の露光の前又は後で露光して他の地肌部画素の電位に揃えることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１に記載の画像形成装置において、次の現像でトナーを付着させない地肌部を形成する画素を露光して、その画素の電位をその絶対値で画像を形成する非露光部の電位より下げることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９に記載の画像形成装置において、２回目以降の画像露光時に画像部を形成する画像部画素のうち、その絶対値で他の画像部画素より電位の高い画像部画素は、地肌部画素の露光時に同時に露光して他の画像部画素の電位に揃えることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項９に記載の画像形成装置において、２回目以降の画像露光時に画像部を形成する画像部画素のうち、その絶対値で他の画像部画素より電位の高い画像部画素は、地肌部露光の前又は後で露光して他の画像部画素の電位に揃えることを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１ないし１１に記載の画像形成装置において、前記帯電時の帯電電位が前記像担持体上に重ねて現像されるトナー層の最大電位以上であることを特徴とする画像形成装置。
    

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