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発明の名称 画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−17892(P2007−17892A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−202067(P2005−202067)
出願日 平成17年7月11日(2005.7.11)
代理人 【識別番号】230100631
【弁護士】
【氏名又は名称】稲元 富保
発明者 酒井 捷夫 / 高橋 朋子 / 宮口 耀一郎
要約 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。
特許請求の範囲
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。)。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【特許文献1】特開2003−202752号公報
【特許文献2】特許第3385008号公報
【0010】
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。
【0011】
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。
【特許文献3】特許第3073126号
【特許文献4】特許第3170901号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【課題を解決するための手段】
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【発明の効果】
【0023】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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、TiO、TiO、SiON、BN、TiN、Ta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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。)。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。)。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
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。
【0068】
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)。
【0069】
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。
【0070】
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。
【0071】
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。
【0072】
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。
【0073】
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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
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。
【0095】
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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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。
【0099】
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。
【図面の簡単な説明】
【0100】
【図1】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。
【図2】同画像形成装置の現像装置を説明する説明図である。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】同じく図5よりも後の時間の説明図である。
【図7】同じく図6よりも後の時間の説明図である。
【図8】同じく図7よりも後の時間の説明図である。
【図9】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。
【図10】同じく二色目の画像形成の説明に供する説明図である。
【図11】同じく三色目の画像形成の説明に供する説明図である。
【図12】同じく四色目の画像形成の説明に供する説明図である。
【図13】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。
【図14】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。
【図15】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。
【図16】同じく二色目の画像形成の説明に供する説明図である。
【図17】同じく三色目の画像形成の説明に供する説明図である。
【図18】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】
【0101】
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




 

 


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