JP3800319B2 - 電位分割現像プロセスを用いたフルカラー記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写機等のトナ−等の着色粒子を用いて画像を顕像化させる電子写真方式の記録装置に係り、特に記録体の表面にフルカラーのトナ−画像を形成させるプロセスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の現像方法と現像機について説明する。電子写真方式を用いた記録装置は、着色粒子を記録媒体表面に画像として顕像化させる印写工程と顕像化された着色粒子画像を記録体に固着させる定着工程から成る。着色粒子には電子写真専用のトナーと呼ばれる粉末が用いられる。感光体はその表面の全面が一旦帯電され、続いて光を照射することにより部分的な電荷放電が行われる。ここに、感光体表面には帯電領域と放電領域による電位コントラストが形成され、これを静電潜像と呼ぶ。現像工程では、まず、着色粒子であるトナー粒子を帯電させる。 トナー粒子は感光体表面の静電潜像に対向する現像位置まで現像ローラと呼ばれるローラにより搬送される。静電潜像の顕像化の方式として、バイアス現像と呼ばれる方法がよく用いられる。バイアス現像では、現像ローラにバイアス電圧を印加し、感光体表面に形成された潜像電位と現像ローラとの間に発生する電界の作用により帯電されたトナー粒子を現像ローラ表面から分離して感光体表面に移動させ、作像が行われる。潜像電位（すなわち感光体の像形成部分の電位）として、前述の帯電電位を用いてもよいし、放電電位を用いてもよい。一般に、潜像電位として帯電電位を用いる方法を正規現像法、放電電位を用いる方法を反転現像法と呼ぶ。帯電電位と放電電位のうち潜像電位として用いられない側の電位を背景電位と呼ぶ。現像ローラのバイアス電圧は帯電電位と放電電位の中間に設定され、潜像電位との差を現像電位差と呼ぶ。同様に、背景電位との差を背景電位差と呼ぶ。
【０００３】
上記バイアス現像を用いた印写工程を発展させた形態として、 原色トナーを用いてバイアス現像行い、記録紙、中間転写体などの記録媒体の上に原色トナーを転写し、この工程を一つの記録媒体に対して各原色ごとに順次重ねて行うことにより、中間色を有するフルカラー画像を得る記録方式がある。この方式をタンデムカラープロセスと呼ぶ。トナーを重ねあわせて中間色を表現するために、シアン（C）、マゼンタ（M）、イエロー（Y）を３原色とする減法混合が用いられる。この３原色に、混色時に色調の不均一が目立ち易い黒（K）を原色として追加して４原色とすることが多い。原色同士の重ねを必要とせず、併置して中間色を表現する加法混合を用いることは原理的には可能であるが、電子写真法のトナー画像の場合、光源を外来光の反射に頼らざるを得ないため加法混合を用いると彩度が低下して色再現範囲が極めて小さくなってしまい実用に供することはできない。したがって、タンデムカラープロセスでは原色間の位置あわせ精度が、減法混合による中間色再現のために極めて重要なファクターとなる。一般に、最終的な記録媒体上すなわち出力画像上でCMYの各原色のピクセル間の位置ずれは、どの２つのピクセルを選んでも、４０ミクロン以下となることが望まれている。しかし、現実にはこのような高精度な位置あわせ（色重ね）は技術的にかなり困難なことで、その場合でも１００ミクロン以下とする必要があると言われている。この方法では、１つの感光体デバイスに対して１色の現像しかできす、３原色を用いた中間色と黒を再現するのに各原色ごとに４つの独立した印写工程を必要とするため、記録装置が大型化し易いという課題がある。
【０００４】
また、３原色を用いた中間色を再現するために、２回の位置あわせが必要になり原色間の色重ね精度を高めることが容易でないという課題もある。
【０００５】
さらに、 中間色の再現のためにCMYの各原色以外に別の原色を追加すると、そのまま記録装置の大型化につながるため、色再現範囲が３原色の減法混合にて得られる範囲に限定され、狭くなるという課題があった。
【０００６】
以上述べたタンデムカラープロセスとして例えば、Lucien A． De Schamphelaere and Xeikon Team、 "Digital Color Presses Applications and Technologies"、 IS&T's 10th International Congress Proceedings、 pp．517-526 (1994)、 ISBN: 0-89208-179-1等に記載の方法が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた従来のフルカラー記録装置では、原色毎に独立した印写工程が必要になるために、記録装置が大型化し易い、また原色間の色重ね精度を高めることが容易でないという課題があった。さらに色再現範囲が３原色の減法混合の範囲に限定され狭くなるという課題もあった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は小型で、容易に色重ね精度が得られるため色再現性に優れたフルカラー記録装置を提供することにある。さらに本発明のその他の目的は、３原色の減法混合の範囲を越える広い色再現範囲を有するフルカラー記録装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、２つの電位分割現像プロセスを用いることにより達成される。
【００１０】
つぎに、電位分割現像プロセスについて説明する。電子写真のバイアス現像方式の変形例として例えば、特開昭４８−３７１４８号等に古くから見られるように感光体の帯電領域と放電領域の電位を二分して中間の電位領域を設け、上記放電領域に正規現像を行う第１の現像機を設け第１のトナーを現像し、続いて上記帯電領域に反転現像を行う第２の現像機を設け第２のトナーを現像することにより、一回の帯電工程と光照射工程（露光工程）で２種類のトナーの現像を行う現像方法がある。この現像方法では、第１の正規現像機のバイアス電圧値と第２の反転現像機のバイアス電圧値に挟まれた電圧値を有する感光体上の中間の電位領域（中間電位と呼ぶ）にはトナ−は現像されず、画像として背景部分が形成されるので、背景部、第１画像部、第２画像部から成る２種のトナーによる画像の形成が可能である。現像方法を電位分割現像プロセスと呼ぶ。電位分割現像プロセスでは通常、２種のトナーは色分けして用いられ、２色から成る画像を得る目的に使用される。上記の背景部、第１画像部、第２画像部は感光体の表面の電位レベルによって領域分けされる。したがって、これらの領域は互いに重なることなく形成される。このことは２種のトナーが混ざり合うことがないことを示している。この方式では、２種のトナー同士の混合によって別の色調を発色させることは行われないので、カラーの色調は画像に現れる色そのものが用いられる。この方法では１つの感光体デバイスに対して、２色の画像が１度に記録できるので記録装置がコンパクトになるという利点がある。また、２色トナー同士の混合はできないが、所定の２色画像間の位置は、一回の露光工程で静電潜像を形成するので、原理的にずれることがないという利点もある。なお、第１の現像を反転現像、第２の現像を正規現像としても電位分割現像は可能である。
【００１１】
電位分割現像プロセスを用いたフルカラー記録装置を実現するためには、１つの記録媒体に対して、第１と第２の電位分割現像プロセスを連続して配置する。第１の電位分割現像プロセスに２つの減法混色用の原色を用い、続く第２の電位分割現像プロセスのうちの１色に残りの原色を用いる。この状態では、第１の電位分割現像プロセスに用いた２つの原色を混合させることができないので、この２つの原色の混合を補うように第２の電位分割現像プロセスの残りの一方の現像の色調を決める。具体的には、第１の電位分割現像プロセスに用いた２つの原色のうちいずれかを用いれば、３原色の混合が可能になる。また、それ以外の色を用いた場合には、色再現範囲が拡大することもある。なお、第１と第２の電位分割現像プロセスを入れ替えること、または同じ電位分割現像プロセスの中の第１色現像と第２色現像を入れ替えることは色再現性に影響を与えないので本発明の効果も同様に得られる。
【００１２】
以上述べた方法により、２つの印写工程で中間色の再現が可能になるので、従来のタンデムカラープロセスに比べて小型なフルカラー記録装置の実現が可能になる。また、位置あわせが１回で済むので、原色間の色重ね精度を高めることが容易になる。さらに、色混合を補う第１または第２の電位分割現像プロセスの一方の色調に３原色以外の色を用いることができるので、３原色の減法混合の範囲を越える広い色再現範囲を実現できる。
【００１３】
【発明実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１〜図４を用いて説明する。
【００１４】
図１は電位分割現像プロセスの１つの印写工程の断面側面図である。１は感光体ドラム、２は帯電機、４は第１現像機、５は第２現像機、 ６は転写前帯電機、７は記録媒体、８は転写機、１０はクリーナ、１１は露光装置、１２は露光制御手段である。帯電機２により一様に帯電された感光体ドラム１表面に、レーザドライバ等から成る露光制御手段１２により発光を制御された半導体レーザおよび光学系から成る露光装置１１によって静電潜像が形成される。この後、二つの現像機４、５により、電位分割現像で静電潜像を２色のトナーで現像する。転写前帯電機６は、現像される２色のトナーの帯電極性が異なるため、これをそろえるために用いられる。転写前帯電機６により極性がそろえられた２色のトナーは、転写機８によって記録媒体７に転写される。 転写されずに感光体ドラム１表面に残存したトナーはクリーナ１０により回収され、１つの印写工程を終了する。
【００１５】
図２は電位分割現像の電位分布と画像配置の関係を示す図である。 ２１は帯電電位（Vo）、２２は中間電位（Vw）、２３は放電電位（Vr）、２４は第１現像機のバイアス電位、２５は第２現像機のバイアス電位、２６は正帯電トナー、２６１は正帯電トナー画像、２７は負帯電トナー、２７１は負帯電トナー画像である。電位分割現像は感光体１の帯電領域２１と放電領域２３の電位を二分して中間の電位領域２２を設け、上記放電領域２３に正規現像を行う第１の現像機４を設け第１のトナー２６を現像し、続いて上記帯電領域２１に反転現像を行う第２の現像機５を設け第２のトナー２７を現像することにより、一回の帯電工程と光照射工程（露光工程）で２種類のトナーの現像を行う現像方法である。この現像方法では、第１の正規現像機４のバイアス電圧値２４と第２の反転現像機５のバイアス電圧値２５に挟まれた電圧値を有する感光体１上の中間の電位領域２２（中間電位）にはトナ−は現像されず、画像として背景部分が形成されるので、背景部、第１画像部２６１、第２画像部２７１から成る２種のトナーによる画像の形成が可能である。電位分割現像では通常、２種のトナーは色分けして用いられ、２色から成る画像を得る目的に使用される。また、第１の現像を反転現像、第２の現像を正規現像としても電位分割現像は可能である。
【００１６】
図３は本実施例のフルカラープリンタの模式的プロセス図である。３０は第１の電位分割現像プロセス、３０１は第１の電位分割現像プロセスの第１色現像、３０２は第１の電位分割現像プロセスの第２色現像、３１は第２の電位分割現像プロセス、３１１は第２の電位分割現像プロセスの第１色現像、３１２は第２の電位分割現像プロセスの第２色現像である。第１の電位分割現像プロセスの第１現像３０１のトナーにはシアン（C）、第１の電位分割現像プロセスの第２色現像３０２のトナーには、マゼンタ（M）、第２の電位分割現像プロセスの第１色現像３１１のトナーには、イエロー（Y）の減法混合用の原色が用いられている。また、第２の電位分割現像プロセスの第２色現像３１２のトナーの色調には、シアン（C）が用いられている。第２の電位分割現像プロセスの第２色現像３１２のトナーと第１の電位分割現像プロセスの第１現像３０１のトナーは全く同じものである。本実施例のプロセスでは、Cトナーを２つの印写工程で分担して用いるため、一つの印写工程あたりCトナーを現像する現像機は小型化してある。ここで、小型化とは１つの現像機の現像剤の容量を少なくすることにより達成される。なお、現像剤は２成分現像の場合、トナーとキャリア粒子の混合物であり、１成分現像ではトナーそのものである。第１の電位分割現像プロセス３０では上述した電位分割現像プロセスの原理から、CとMの混合を発生させることはできないが、第２の電位分割現像プロセスの第２色現像３１２を用いることにより可能になった。本実施例のプロセスの色再現範囲を図４に示す。図４はCIEL a* b*色空間でその再現範囲を表したものである。４０は本実施例のフルカラープリンターの色再現範囲、４１は従来のタンデムカラープロセスの色再現範囲である。本実施例のフルカラープリンターは、特にレッド（R）、ブルー（B）、グリーン（G）を中心とした色重ねにより再現されるにおいて従来より広い色再現性が得られる。
【００１７】
以上述べた本実施例のフルカラープリンターでは、印写工程が２つで良いので、従来のタンデムカラープロセスに比べて小型なフルカラー記録装置の実現が可能になる。また、従来のタンデムカラープロセスでは３つを要した印写工程が、２つの印写工程間の位置あわせにより色重ねを行うことができるので、原色間の色重ね精度を高めることができ、より色再現性を高めることができる。さらに、各印写工程のうち、Cのトナーを現像する現像機を小型にできるので、本実施例のフルカラー記録装置は印写工程が２つで良いことから発生する効果を上回ってより小型化できる。
【００１８】
以下、本発明のその他の実施例を図５を用いて説明する。図５は本実施例のフルカラープリンタの模式的プロセス図である。３２は第３の現像プロセスである。第３の現像プロセス３２は黒トナー専用で通常のモノクロ用のバイアス現像プロセスであって、電位分割現像は用いていない。本実施例のフルカラープリンターは図３の実施例に対して第３の現像プロセス３２によって、黒１色の印写工程を追加したものである。ただし、本実施例の第１の電位分割現像プロセス３０と第２の電位分割現像プロセス３１は図３のものより小型化してある。また、黒の現像剤容量に対して、その他の現像機の現像剤容量は少なく設定してある。黒を独立させた理由の一つには、減法混合によって黒を作り出す図３の実施例では黒の色調の微妙な不均一が目立ち易いので、黒を原色として用いることが挙げられる。黒を独立させることは、従来のタンデムカラープロセスでも良く行われるが、カラーの原色を電位分割現像によって作り出す本実施例では従来とは異なった特別な意味がある。電位分割現像は帯電電位を２分するため、１色あたりの現像電位差が少なくなり、そのため１色あたりの現像力が低い。この問題を解決するため、高密度の印字率での長時間の印刷にも耐えうるように現像ロールの本数を増やすなどの工夫が成されている。実際の印刷モードでは黒トナーの消費が圧倒的に高いので、本実施例のように黒を独立させることにより、第１と第２の電位分割現像プロセス３０、３１の負担を大幅に低減でき、各印写工程の小型化が可能になる。
【００１９】
以上述べた本実施例によれば、黒の現像を独立させたので、安定した黒の色調が得られ、かつ電位分割現像プロセスへの負担が軽減できるので各印写工程の小型化が可能になり、結果として従来の４原色のタンデムカラープロセスに比べて極めて小型なフルカラー記録装置の実現が可能になる
以下、本発明のその他の実施例を図６および図７を用いて説明する。図６は本実施例のフルカラープリンタの模式的プロセス図である。印写工程の配置と記号は図５のプリンターと同じであるが、電位分割現像の各プロセスの色配置が異なる。 第１の電位分割現像プロセスの第１現像３０１のトナーにはシアン（C）、第１の電位分割現像プロセスの第２色現像３０２のトナーには、イエロー（Y）、第２の電位分割現像プロセスの第１色現像３１１のトナーには、マゼンタ（M）の減法混合用の原色が用いられている。また、第２の電位分割現像プロセスの第２色現像３１２のトナーには、通常なら加法混合に用いられる色調であるグリーン（G）が用いられている。本実施例では第１の電位分割現像プロセス３０のCトナーとYトナーの混合ができないが、各々第２の電位分割現像プロセス３１のGトナーと混合される。これにより、色再現範囲を大きく拡げることができる。本実施例のプロセスの色再現範囲を図７に示す。図７は図４と同様のCIEL a* b* 色空間でその再現範囲を表したものである。４０は実施例１および２のフルカラープリンターの色再現範囲、４１は従来のタンデムカラープロセスの色再現範囲、４２は本実施例のフルカラープリンターの色再現範囲である。CとG、YとGの間の色空間が大きく拡大し、従来にない極めて広い色再現範囲の実現が可能になった。しかも、中間色を司る印写工程が２つで良いことは実施例１および２と同様であって、フルカラー記録装置の小型化や原色間の色重ね精度に対してなんら影響はなく実施例１、２で実現した高い性能をそのまま引き継いでいる。
【００２０】
本実施例の電位分割現像の各色配置は、カバーできる色空間をもっとも広く取るように定められた。すなわち第１の電位分割現像プロセス３０には色空間上の距離がもっとも離れているCとYのトナーを配置した。しかもその間に入るGととの関係を見てもGとC、GとYはそれぞれ大きく離れており、第１の電位分割現像プロセス３０のこの色配置に加えて第２の電位分割現像プロセスの第２色現像３１２をGにすることは最も効果的である。
【００２１】
以上述べた本実施例によれば、小型なフルカラー記録装置で原色間の高い色重ね精度も実現でき、従来にない極めて広い色再現範囲の実現が可能になった。なお、本実施例では、第１の電位分割現像プロセスにCとYのトナーを配置し、これと混合させる色にGを用いたが、第２の電位分割現像プロセスにCとYのトナーを配置し、これと混合させる色として第２の電位分割現像プロセスにGを用いても同様の効果が得られる。また、この組み合わせ以外の色配置でも効果の度合いの差はあるが、本発明の効果は達成できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、 １つの記録媒体に対して、第１と第２の電位分割現像プロセスを連続して配置し、第１の電位分割現像プロセスに２つの減法混色用の原色を用い、続く第２の電位分割現像プロセスのうちの１色に残りの原色を用い、第１の電位分割現像プロセスに用いた２つの原色の混合を補うように第２の電位分割現像プロセスの残りの一方の現像の色調を定めるので、２つの印写工程で中間色の再現を可能にできる。したがって、従来のタンデムカラープロセスに比べて小型なフルカラー記録装置の実現が可能になり、位置あわせが１回で済むので、原色間の色重ね精度を高めることができるという効果がある。さらに、色混合を補う第１または第２の電位分割現像プロセスの一方の色調に３原色以外の色を用いることができるので、３原色の減法混合の範囲を越える広い色再現範囲を実現できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 電位分割現像プロセスの１つの印写工程の断面側面図。
【図２】 電位分割現像の電位分布と画像配置の関係を示す図。
【図３】 本発明の実施例であるフルカラープリンタの模式的プロセス図。
【図４】 本発明の他の実施例であるフルカラープリンタのCIEL a* b* 色空間での再現範囲を示す図。
【図５】 本発明の他の実施例であるフルカラープリンタの模式的プロセス図。
【図６】 本発明の他の実施例であるフルカラープリンタの模式的プロセス図。
【図７】 本発明の他の実施例であるフルカラープリンタのCIEL a* b* 色空間での再現範囲を示す図。
【符号の説明】
１…感光体ドラム、２…帯電機、４…第１現像機、 ５…第２現像機、 ６…転写前帯電機、７…記録媒体、８…転写機、１０…クリーナ、１１…露光装置、１２…露光制御手段、２１…帯電電位（Vo）、２２…中間電位（Vw）、２３…放電電位（Vr）、２４…第１現像機のバイアス電位、２５…第２現像機のバイアス電位、２６…正帯電トナー、２６１…正帯電トナー画像、２７…負帯電トナー、２７１…負帯電トナー画像、３０…第１の電位分割現像プロセス、３０１…第１の電位分割現像プロセスの第１色現像、３０２…第１の電位分割現像プロセスの第２色現像、３１…第２の電位分割現像プロセス、３１１…第２の電位分割現像プロセスの第１色現像、３１２…第２の電位分割現像プロセスの第２色現像、４０…実施例１、２のフルカラープリンターの色再現範囲、４１…従来のタンデムカラープロセスの色再現範囲、４２…実施例３のフルカラープリンターの色再現範囲。

Claims (3)

1. フルカラー記録装置であって、感光体、帯電装置、露光装置、第１の現像機、第２の現像機とを有し、該感光体上に該露光装置を用いて少なくとも３値の異なった電位レベルを有する画像領域を形成させ、そのうち、中間の電位レベルを除いた２値の電位レベルに対し正規現像と反転現像によりそれぞれ異なった種類の該着色粒子を該第１及び該第２の現像機により現像させる第１の電位分割現像プロセスと、同様に異なった種類の着色粒子を第３、第４の現像機により現像させる第２の電位分割現像プロセスを有し、前記第１の電位分割現像プロセスと前記第２の電位分割現像プロセスを直列に配置して、前記第１と前記第２の現像機にはシアン、マゼンタ、イエローの３原色トナーのうち２種のトナーを用い、前記第３の現像機には前記３原色トナーのうち前記２種以外のトナーを用い、前記第４の現像機には前記３原色トナーのうちいずれか一種、または、前記第１の電位分割現像プロセスで用いる２種のトナーが、シアンとイエローの場合にはグリーン、シアンとマゼンタの場合にはブルー、マゼンタとイエローの場合にはレッド、の色調のトナーを用いて、各々の電位分割現像プロセスで一回の帯電工程と露光工程により１つの記録媒体に画像を出力し、該出力画像は該着色粒子の色調とは異なる中間色を有することを特徴とするフルカラー記録装置。
2. 前記請求項１記載のフルカラー記録装置は、更に、
   感光体、帯電装置、露光装置、現像機を有し、該感光体上に該露光装置を用いて画像領域を形成させ、感光体上に現像機により黒色トナーを現像させる第３の現像プロセスを備え、
   前記第１の電位分割現像プロセスと前記第２の電位分割現像プロセスと前記第３の現像プロセスとを直列に配置し、
   前記第１、第２の電位分割現像プロセスで各々一回の帯電工程と露光工程による２つの印写工程と前記第３の現像プロセスによる印写工程とにより、１つの記録媒体に画像を出力し、該出力画像は該着色粒子の色調とは異なる中間色を有することを特徴とするフルカラー記録装置。
3. 前記第３の現像プロセスに用いる現像機の現像剤容量を、前記第１の電位分割現像プロセスと前記第２の電位分割現像プロセスに用いる該現像機の現像剤容量より多くしたことを特徴とする請求項２に記載のフルカラー記録装置。

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