(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２色の現像剤を用い、単一の像担持体上に帯電、露光、現像を繰り返し、前記像担持体上に少なくとも２色のトナー像を重ね合わせて多色のトナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像を担持した前記像担持体に接触して前記トナー像が転写される転写定着部材と、
前記転写定着部材に圧接してシート状記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、
前記トナー像を担持した前記転写定着部材およびシート状記録媒体を加熱する加熱手段と、
前記像担持体上への前記トナー像によるトナー層形成時に、前記露光による光透過性を有するように、かつ、比較的低い所定のトナー層充填率となるように前記トナー層を形成させるトナー層低充填率化手段と、
を有し、
前記転写定着部材への前記トナー像の転写時に、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、前記トナー像を所定の圧延率で圧延することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記トナー層低充填率化手段は、
前記像担持体上の前記トナー層の濃度を検出する濃度検出手段と、該濃度検出手段からの信号に基づいて、帯電電位、前記露光による光量および現像バイアスのうちの少なくとも一つを使用して現像ポテンシャルの制御を行う制御手段とを備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の画像形成装置において、
前記トナー層充填率と前記圧延率とは、該トナー層充填率が５０％以下の範囲で、
圧延率[倍]＞−０．０７５×トナー層充填率[％]＋４．７の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の画像形成装置において、
前記トナー層充填率と前記圧延率とは、該トナー層充填率が３５％以下の範囲で、
圧延率[倍]＞−０．０７５×トナー層充填率[％]＋４．７の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか一つに記載の画像形成装置において、
前記現像に使用する現像装置が、前記像担持体上に前記トナーを付着させて該像担持体上の潜像を現像するための現像装置であって、前記像担持体に対向して配置され、前記トナーを移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１ないし４の何れか一つに記載の画像形成装置において、
前記現像に使用する現像装置が、前記像担持体に対向して配置され、トナー担持体上に絶縁層を介して空間周期的な電極パターンが設けられており、ある電極を起点にした奇数番目の電極の集合体と偶数番目の電極の集合体との間に時間周期的な電位差を形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか一つに記載の画像形成装置において、
前記現像剤のトナーの体積平均粒径が、５μｍ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、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ等またはそれら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも２色の現像剤を用いて、単一の像担持体上に帯電、露光、現像を繰り返し、その像担持体上に少なくとも２色のトナー像を重ね合わせてカラートナー顕像を形成する多色（カラー）画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
フルカラー画像を含む前記のようなカラー画像の画質向上と低コスト化は、近年のフルカラー画像形成機器の需要の伸びでも顕著に表れているが、像担持体としての感光体上に重ね合わせ現像を実現することで、前記画質向上と低コスト化が可能となる。その理由は、単一の感光体に画像を形成するために転写の回数を低減することが可能となるので画質の劣化を抑制できることであり、もう一つの理由は単一の感光体に画像を形成するために感光体の数を減らすことが可能となるので、感光体のコストとさらに感光体の数の減った分による機械本体の容量低減がコスト低減に寄与すると考えられている。
【０００３】
従来の重ね合わせ現像を行うプロセスでは、先に現像された既存トナー層の影響を低減し、補償するための提案が多くなされてきている。
特許第３２５０８５１号公報記載の技術は、感光体上に複数色のトナー顕像を形成する時に次色のプロセスでの帯電電位を前色と異ならせて、トナー顕像の形成された表面電位が付着していない感光体の電位以下にするもので、帯電電位形成条件を変更することでトナー混色を防止しようとしたものである。
【０００４】
特公平８−３６７３号公報記載の技術では、感光体の厚みと感光体上の既存トナー層の厚み、剤担持体（トナー担持体）上のトナー層の厚みの値および関係を規定している。画像の色濁り、逆転写による現像器におけるトナー混色を問題点として捉え、放電を抑制した現像条件の提示がなされている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３２５０８５１号公報
【特許文献２】特公平８−３６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、４色のトナーを重ねるとトナー層電位が増加して既存トナー層のある部分と無い部分とで現像ポテンシャルが変化して、画像濃度および色調が変化してしまうという問題点がある。
【０００７】
特許文献２記載の技術では、重ねのトナーの色数が４色の場合には、トナー層厚が増加した時の前色トナー層電位による現像ポテンシャルの変化の影響は受けると予測され、画像濃度および色調が変化してしまうという問題点がある。
【０００８】
上述のような単一の像担持体（感光体）上に色の異なるトナーを重ね合わせ現像を行う画像形成装置では、トナー層が像担持体上に過剰に存在するとトナー層電位、光遮蔽効果により現像プロセス上重ね合わせが困難となり、それぞれトナー層の電位低減、光透過性の確保が課題となる。
【０００９】
そこで、本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、少なくとも２色の現像剤を用い、単一の像担持体（感光体）上に帯電、露光、現像を繰り返し、その像担持体上に少なくとも２色のトナー像を重ね合わせて顕像である多色（カラー）のトナー像を形成する多色のトナー像形成手段を用いての多色トナー像形成工程と、転写と同時に定着を行う転写定着部材等を用いての転写定着工程とを有する新規な多色の画像形成装置において、画像濃度および色調の変化を抑制し、均一な画像が得られる画像形成装置を実現し提供することを主な目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、像担持体である感光体上にトナー層が過剰に存在するとトナー層電位、光遮蔽効果により現像プロセス上重ね合わせが困難となり、それぞれトナー層の電位低減、露光による光透過性の確保が課題となることに着目し、これを解決するための基本的な装置構成として、多色のトナー像形成手段を用いての多色のトナー像形成工程と、転写と同時に定着を行う転写定着部材等を用いての転写定着工程とを有機的に結合した新規な多色の画像形成装置を着想するに至った。
そして、後述の実施形態および実施例等に記載の実験を多数行い鋭意研究を重ねる中で、２色目以降の画像形成時に適正な現像ポテンシャル（露光後電位−現像バイアス）を確保すべく、多色のトナー像形成時に露光による光透過性を確保しつつ現像を行うために感光体上のトナー層の充填率を比較的低い状態に維持するトナー層低充填率化手段と、転写定着時にトナー層充填率の比較的低い状態で均一な画像を得るための転写定着手段、すなわち重ね合わされた多色のトナー像を所定の圧延率で圧延させる圧延率調整手段との課題解決手段を確立するに至った。
【００１１】
換言すると、本発明は、多色のトナー像形成工程において従来から通常使用されている比較的高濃度なトナー付着を維持する技術とは使用する領域が異なるものであり、所謂通常の画像としては感光体上のトナー層の充填率を不十分な状態、すなわち露光による光透過性を有するように、かつ、トナー層充填率を比較的低い状態にして、これを補償すべく転写定着工程においてはトナー層圧延効果を利用し、所定の圧延率で圧延し定着させる技術である。
【００１２】
上述した課題を解決するとともに上述した目的を達成するために、請求項ごとの発明では、以下のような特徴ある手段・構成を採っている。
請求項１記載の発明は、少なくとも２色の現像剤を用い、単一の像担持体上に帯電、露光、現像を繰り返し、前記像担持体上に少なくとも２色のトナー像を重ね合わせて多色のトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記トナー像を担持した前記像担持体に接触して前記トナー像が転写される転写定着部材と、前記転写定着部材に圧接してシート状記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、前記トナー像を担持した前記転写定着部材およびシート状記録媒体を加熱する加熱手段と、前記像担持体上への前記トナー像によるトナー層形成時に、前記露光による光透過性を有するように、かつ、比較的低い所定のトナー層充填率となるように前記トナー層を形成させるトナー層低充填率化手段とを有し、前記転写定着部材への前記トナー像の転写時に、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、前記トナー像を所定の圧延率で圧延することを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像形成装置において、前記トナー層低充填率化手段は、前記像担持体上の前記トナー層の濃度を検出する濃度検出手段と、該濃度検出手段からの信号に基づいて、帯電電位、前記露光による光量および現像バイアスのうちの少なくとも一つを使用して現像ポテンシャルの制御を行う制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の画像形成装置において、前記トナー層充填率と前記圧延率とは、該トナー層充填率が５０％以下の範囲で、圧延率[倍]＞−０．０７５×トナー層充填率[％]＋４．７の関係を満たすことを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の画像形成装置において、前記トナー層充填率と前記圧延率とは、該トナー層充填率が３５％以下の範囲で、圧延率[倍]＞−０．０７５×トナー層充填率[％]＋４．７の関係を満たすことを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一つに記載の画像形成装置において、前記現像に使用する現像装置が、前記像担持体上に前記トナーを付着させて該像担持体上の潜像を現像するための現像装置であって、前記像担持体に対向して配置され、前記トナーを移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備えていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４の何れか一つに記載の画像形成装置において、前記現像に使用する現像装置が、前記像担持体に対向して配置され、トナー担持体上に絶縁層を介して空間周期的な電極パターンが設けられており、ある電極を起点にした奇数番目の電極の集合体と偶数番目の電極の集合体との間に時間周期的な電位差を形成することを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６の何れか一つに記載の画像形成装置において、前記現像剤のトナーの体積平均粒径が、５μｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、前記課題を解決して新規な画像形成装置を実現し提供することができる。請求項ごとの効果を挙げれば、以下のとおりである。
請求項１記載の発明によれば、前記構成により、再帯電時のトナー電位増加の抑制、トナー層に起因する透過光低減の抑制により像担持体（感光体）の電位制御が可能で、かつ、転写定着部材におけるトナー圧延効果で均一画像を形成することが可能となる。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、前記構成により、トナー顕像形成状態が観測され、現像ポテンシャルを制御することで調整が可能となるので、重ね合わせが確実に達成でき、均一な画像が得られる。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、前記構成により、トナー層の光透過性を維持し、かつ、少ない付着量でも圧延されて定着が行えるので均一な画像を得ることができる。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、前記構成により、請求項３記載の発明と同様の効果を奏するほか、請求項３記載の発明と比較して、トナーの使用量の低減によって低コストになる。
【００２４】
請求項５記載の発明によれば、前記構成により、クラウド現像で潜像に忠実に現像が行えることにより、低充填状態のトナー顕像が形成でき、光透過性を維持できるので重ね合わせを確実に行える。
【００２５】
請求項６記載の発明によれば、前記構成により、クラウド現像で潜像に忠実に現像が行えることにより、低充填状態のトナー顕像が形成でき、光透過性を維持できるので重ね合わせを確実に行える。加えてトナー担持体の回転でトナーを搬送するので現像の信頼性が向上する。
【００２６】
請求項７記載の発明によれば、現像剤のトナーの体積平均粒径が、５μｍ以上であることにより、トナー層充填率の低充填率化が容易になるとともに、トナーの使用量低減により低コストとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図を参照して実施例を含む本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という）を説明する。各実施形態等に亘り、同一の機能および形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。図において一対で構成されていて特別に区別して説明する必要がない構成要素は、説明の簡明化を図る上から、その片方を適宜記載することでその説明に代えるものとする。図および説明の簡明化を図るため、図に表されるべき構成要素であっても、その図において特別に説明する必要がない構成要素は適宜断わりなく省略することがある。公開特許公報等の構成要素を引用して説明する場合は、その符号に括弧を付して示し、各実施形態等のそれと区別するものとする。
【００２８】
図１を参照して、本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明が適用された画像形成装置の一実施形態を示す説明図である。同図に示す画像形成装置は、例えば複写機であり、少なくとも２色の現像剤を用い、単一の像担持体としてのドラム状の感光体１上に帯電、露光、現像を繰り返し、感光体１上に少なくとも２色のトナー像（もしくはカラーのトナー顕像）を重ね合わせて多色のトナー像を形成するトナー像形成手段５０と、感光体１上に重ね合わせて形成された多色のトナー像を転写と同時に定着する転写定着手段６０と、トナー像形成手段５０および転写定着手段６０の後述する要部を制御する制御手段としての制御装置７０とを有する。
【００２９】
感光体１は、例えば負極性に帯電され、光感度を持つものが用いられ、図示しない駆動機構で図中矢印で示す時計回りに駆動される。
なお、単一の像担持体としては、ドラム状の感光体１に限らず、無端ベルトからなる感光体も用いられる。
【００３０】
２色のカラー画像を得る場合を例にとって説明すると、図１に示す画像形成装置は、その図示を省略したシート給送手段およびレジスト手段を介して、図中左側のシート搬送方向から搬送されてきた被転写材としてのシートＳ上にカラー画像を形成するものであり、例えば電子写真方式にて各色成分（例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））のうちの２色のトナー像を形成するための画像形成ユニットである帯電手段・帯電装置として第１および第２の帯電器２−１、２−２と、露光手段・露光装置としての書き込み光学系を備えた光走査装置３からの第１および第２の露光であるレーザ光３−１、３−２と、現像手段としての第１および第２の現像装置４−１、４−２と、感光体１上の残留トナーをクリーニングするクリーニング装置５とを具備している。
上記画像形成ユニットは、具体的には、図中時計回りに回転する感光体１の周りに以下の順に配置された、１色目に対応して感光体１表面を一様に帯電する第１の帯電器２−１、帯電された感光体１表面上に静電潜像を形成する第１のレーザ光３−１、静電潜像を形成された感光体１表面上に１色目成分のトナー像を付着・現像する第１の現像装置４−１と、２色目に対応して感光体１表面を一様に帯電する第２の帯電器２−２、帯電された感光体１表面上に静電潜像を形成する第２のレーザ光３−２、静電潜像を形成された感光体１表面上に２色目成分のトナー像を付着・現像する第２の現像装置４−２とから主に構成されている。
ここで、本実施形態で用いられる第１および第２の帯電器２−１、２−２では、感光体１の表面電位が２色目以降高くなり過ぎる場合は、逆極性の帯電器を併設してもよい。
以下、第１および第２の帯電器２−１、２−２、光走査装置からの第１および第２のレーザ光３−１、３−２、第１および第２の現像装置４−１、４−２は、トナーの色に対応しての機能が異なるだけで、実質的に同様の構成であるため、共通する機能・構成の説明の場合には、符号の「−」（ハイフォン）以降の添え字を省略するとともに、第１、第２の名称を省略して説明することとする。
【００３１】
上記図示を省略した給紙装置を構成するシート給送手段としての給紙ローラおよび分離ローラ対（図示せず）によって、図示しないシート収容手段としての給紙トレイ（図示せず）上に積載された被転写材、用紙等を含むシート状記録媒体（以下、「シート」という）Ｓが１枚ずつに分離・給送されて、図１のシート搬送方向から搬送されるようになっている。
【００３２】
転写定着手段６０は、転写バイアスローラ７を介して、各色の重ね合わせトナー像を担持した感光体１に接触してトナー像（トナーを符号Ｔで示す）が一括転写される転写定着部材としての転写定着ベルト６と、転写装置を構成する上記転写バイアスローラ７と、加熱ローラ８を介して、転写定着ベルト６に圧接してシートＳが搬送されるニップ部Ｎを形成する加圧部材としての加圧ローラ１０と、前記トナー像を担持した転写定着ベルト６およびシートＳを加熱する加熱手段としてのヒータ９を内蔵した上記加熱ローラ８と、転写定着ベルト６上に残留したトナーや紙粉等をクリーニングする転写定着部材クリーニング装置としての転写定着ベルトクリーニング装置１１とから主に構成されている。
転写定着ベルト６は、転写バイアスローラ７と加熱ローラ８との間に所定の張力を持って掛け渡されている。
【００３３】
次に、図１に示す画像形成装置の動作を簡単に説明する。感光体１は、図示しないモータ等の駆動手段を備えた駆動機構（図示せず）により、図中矢印で示す時計回りに駆動される。感光体１は、第１の帯電器２−１で一様に例えば−（マイナス）極性に帯電された後に、例えばブラック画像に対応して第１次露光としてレーザ光３−１の照射が行われて、そのレーザ光３−１の照射された感光体１の被画像部が光減衰して第１の静電潜像が形成される。この第１の静電潜像を負極性のブラックトナーを用いた第１の現像装置４−１で、反転現像して感光体１上にブラックトナー像を形成する。
【００３４】
すなわち、現像は、摩擦帯電による初期帯電付与を行い、トナー担持体にトナーを担持し、上述したように予め帯電、書込み工程を経た感光体１上に形成された静電潜像に対向させ、感光体１と現像ローラ間に形成する電界によりトナーを現像し、顕像化するものである。本実施形態における現像装置４は、現像ローラ上にキャリアとトナーとからなる二成分現像剤の磁気ブラシを形成して感光体１上の静電潜像を現像する二成分現像装置である。
このブラックトナー現像後における感光体１上のトナー付着部上の電位は、付着しているトナーの電荷で上昇するが、混色防止のためには不十分であるので、引き続き第２の帯電器２−２で負極性の帯電を行う。
次に、マゼンタ画像に対応する第２次露光としてレーザ光３−２の照射が行われて、そのレーザ光３−２の照射された感光体１の被画像部位を光減衰させ、これにより、第２の静電潜像が形成される。この第２の静電潜像を負極性のマゼンタトナーを用いた第２の現像装置４−２で、反転現像して感光体１上にブラックトナー像とマゼンタトナー像との２色のトナー像を形成する。
本実施形態では、上記したように感光体１上に顕像化されたトナー像におけるトナー層は、後述するトナー層低充填率化手段による働き・作用によって、トナー付着量が比較的少なく、トナー層として存在してもその後の露光工程で十分に光透過性が得られる状態であり、現像工程を経て感光体１上でトナー層が重ね合わされて多色画像を形成することを一つの特徴としている。
【００３５】
上記現像工程後の感光体１表面は、転写バイアスローラ７と加熱ローラ８とに張架・支持された転写定着ベルト６との対向位置に達する。ここで、転写バイアスローラ７の位置で、転写定着ベルト６上に、感光体１上に形成された２色の重ね合わせ画像（カラートナー像）が一括転写される（転写工程）。
そして、転写工程後の感光体１表面は、クリーニング装置５と対向する位置で、感光体１上に残存する未転写トナーが回収・クリーニングされる（クリーニング工程）。その後、感光体１は図示しない除電部を通過して、感光体１における一連の作像プロセスが終了する。
【００３６】
他方、感光体１上の２色の重ね合わせ画像（カラートナー像）を転写・担持された転写定着ベルト６表面は、ヒータ９を内蔵した加熱ローラ８によって長時間加熱されており、図中矢印（反時計回り）方向に走行して、加圧ローラ１０との圧接位置であるニップ部Ｎに達する。転写定着ベルト６に担持された２色の重ね合わせ画像であるカラートナー像は、加熱ローラ８を介して、転写定着ベルト６と加圧ローラ１０とのニップ部Ｎにて、図示しないレジストローラ対を介して所定のタイミングで搬送されてくるシートＳの転写定着面（おもて面）に転写されるとともに定着される（転写定着工程）。
詳しくは、シートＳの転写定着面がニップ部Ｎに至る前までの間に加熱ローラ８によって長時間加熱されることで、トナー像のトナーＴが所定の圧延率で溶融・圧延される（トナー圧延工程）とともに、ニップ部Ｎにおける加熱ローラ８を介しての直接的な熱も加わることにより、溶融されたトナー像がさらに加熱・溶融され、加えてニップ部Ｎの圧力によってトナー像がシートＳの転写定着面に定着される。
【００３７】
本実施形態では、このような転写定着工程を有することにより、小型で省エネルギーな多色（カラー）の画像形成装置を提供することができるとともに、重ね合わされた多色のトナー像を所定の圧延率で圧延させる圧延率調整手段を有することによって、上述の効果や後述の利点・効果を奏するものである。
【００３８】
次に、図１に示す画像形成装置の要部の制御構成を説明する。
上述したように、本実施形態では、感光体１上へのトナー像によるトナー層形成時に、露光としてのレーザ光３−１、３−２による光透過性を有するように、かつ、比較的低い所定のトナー層充填率となるようにトナー層を形成させるトナー層低充填率化手段と、転写定着ベルト６へのトナー像の転写時に、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、トナー像を所定の圧延率で圧延させる圧延率調整手段とを有することを特徴としている。
【００３９】
前記トナー層低充填率化手段は、感光体１上のトナー層の濃度を検出する濃度検出手段としての第１および第２の反射濃度センサ６５−１、６５−２と、第１および第２の反射濃度センサ６５−１、６５−２からの信号に基づいて、現像条件としての帯電電位、露光による光量および現像バイアスのうちの少なくとも一つとしての現像バイアスを使用して現像ポテンシャルの制御を行うべく、現像バイアス電源回路６７を制御する第１の制御手段としての制御装置７０とを備えている。
【００４０】
圧延率調整手段は、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、トナー像を所定の圧延率で圧延させるべく、トナー層圧延条件としての転写定着ベルト６上のトナー像を加熱するヒータ９による加熱温度および転写定着ベルト６に加圧ローラ１０を圧接する際の加圧力のうちの少なくとも一つとしてのヒータ９の加熱温度を使用してトナー像を所定の圧延率をもって制御を行うべく、ヒータ回路６９を制御する第２の制御手段としての制御装置７０とを備えている。
【００４１】
制御装置７０は、内部にＣＰＵ（中央演算処理装置）７１、ＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）７２、ＲＡＭ（読み書き可能な記憶装置）７３および図示しないタイマ等を備え、それらが図示しない信号バスによって接続された構成を有するマイクロコンピュータを具備している。制御装置７０は、画像形成装置本体内の図示しない制御基板配置部に設けられている。
【００４２】
ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２から呼び出した動作プログラムや関係データを参照しつつ、第１および第２の反射濃度センサ６５−１、６５−２からの信号に基づいて、現像条件としての現像バイアスを使用して現像ポテンシャルの制御を行うべく、電源バイアス電源回路６７を制御する第１の制御手段としての制御機能を有する。
また、ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２から呼び出した動作プログラムや関係データを参照しつつ、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、トナー像を所定の圧延率で圧延させるべく、トナー層圧延条件としてのヒータ９の加熱温度を使用してトナー像を所定の圧延率をもって制御を行うべく、ヒータ回路６９を制御する第２の制御手段としての制御機能を有する。
【００４３】
ＲＯＭ７２には、ＣＰＵ７１の上記機能を発揮させるための、ＣＰＵ７１によって随時呼び出される動作プログラムや関係データや関係式などが予め記憶・格納されている。ＲＡＭ７３は、ＣＰＵ７１の計算結果を一時的に記憶する機能、第１および第２の反射濃度センサ６５−１、６５−２からのデータ信号を随時記憶する機能等を有している。
【００４４】
濃度検出手段としての反射濃度センサ６５の配置数は、上述の実施形態例に限らず、感光体１上のトナー層の濃度を検出する精度をそれ程望まなくてもよいのであれば、例えば現像装置４−１と帯電器２−２との間に１つ、３色対応の画像形成ユニット（もしくは画像ステーション）の場合には２つ、４色対応の画像形成ユニットでは２〜３つ配置してもよい。
【実施例１】
【００４５】
以下、上述の各構成を詳述する。まず、現像剤供給部として、二成分現像剤を使用した現像システムの場合を補説する。図１においては、本実施形態における画像形成装置の基本構成を示したとおり、少なくともトナーを担持したトナー担持体がトナー帯電させて非接触で搬送部材との間に電界を形成して供給を行う。搬送部材上に形成された多相電極（本実施例では三相）に電圧を印加して搬送を行う。途中搬送領域中でホッピング高さ均一化部材が搬送部材に対してあるギャップを有して配設されていて、通過したのち対向する、予め潜像を形成した感光体１に電界を形成して現像を行い、転写、定着工程を経て画像が形成されるものである。現像装置（現像器）４の供給部、搬送部、現像部の順に説明する。
【００４６】
図２を参照して、現像装置（現像器）４の供給部について説明する。図２に示すように、現像剤１３は、図２中白抜きの丸で示す磁性粒子１２と、同図中黒丸で示すトナーＴとから主に構成されている。磁性粒子１２は、金属もしくは樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。磁性粒子１２の粒径は、２０〜５０μｍの範囲が好適である。また、磁性粒子１２の抵抗は、ダイナミック抵抗ＤＲで１０４〜１０１５Ωの範囲が好適である。
【００４７】
ここで、上記磁性粒子１２のダイナミック抵抗ＤＲの測定は、図３に示す測定装置を用いて次のように行った。まず、接地した台座２００の上方に、固定磁石を所定位置に内蔵した直径φ２０ｍｍの回転可能な現像剤担持体としての現像スリーブ４０８をセットする。この現像スリーブ４０８の表面には、幅Ｗ＝６５ｍｍおよび長さＬ＝０．５〜１ｍｍの対向面積を有する対向電極（ドクタ）２０２を、ギャップｇ＝０．９ｍｍで対向させる。次に、現像スリーブ４０８を回転速度６００ｒｐｍ（線速６２８ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動し始める。そして、回転している現像スリーブ４０８上に測定対象の磁性粒子１２を所定量（１４ｇ）だけ担持させ、該現像スリーブ４０８の回転により該磁性粒子１２を１０分間攪拌する。次に、現像スリーブ４０８に電圧を印加しない状態で、現像スリーブ４０８と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＩＩ［Ａ］を電流計２０３で測定する。次に、直流電源２０４から現像スリーブ４０８に耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の印加電圧Ｅ［Ｖ］を５分間印加する。本実施例では２００Ｖを印加した。そして、電圧Ｅを印加した状態で現像スリーブ４０８と対向電極２０２との間を流れる電流ＩＲＱ［Ａ］を電流計２０３で測定する。これらの測定結果から、次式を用いてダイナミック抵抗ＤＲ［Ω］を算出する。
ＤＲ＝Ｅ／（ＩＲＱ−ＩＲＩＩ）
【００４８】
図２に示すように、磁気ブラシローラ４０３は、複数の磁極を有する磁石部材４０７を内蔵した非磁性の回転可能な現像スリーブ４０８で構成されている。磁石部材４０７は、固定配置され、現像剤１３が現像スリーブ４０８上の所定箇所を通過するときに磁力が作用するようになっている。本実施例で用いた現像スリーブ４０８は、直径がφ１８ｍｍであり、表面粗さＲｚ（十点平均粗さ）が１０〜２０μｍの範囲に入るようにサンドブラスト処理されている。
【００４９】
現像ローラとしての磁気ブラシローラ４０３に内蔵された磁石部材４０７は、規制ブレード４０６による規制箇所から磁気ブラシローラ４０３の回転方向にＮ極（Ｎ１）、Ｓ極（Ｓ１）、Ｎ極（Ｎ２）、Ｓ極（Ｓ２）、Ｓ極（Ｓ３）の５つの磁極を有する。なお、磁石部材４０７の磁極の配置は、図２の構成に限定されるものではなく、磁気ブラシローラ４０３の周囲の規制ブレード４０６等の配置に応じて他の配置に設定してもよい。
【００５０】
上記磁石部材４０７の磁力により、現像スリーブ４０８上にトナーＴおよび磁性粒子１２からなる現像剤１３がブラシ状に担持される。そして、磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシ中のトナーＴは、磁性粒子１２と混合されることで規定の帯電量を得る。この磁気ブラシローラ４０３上のトナーの帯電量としては、−１０〜−４０［μＣ／ｇ］の範囲が好適である。
【００５１】
図２において、搬送部材４０２は、磁気ブラシローラ４０３内の磁極Ｎ２に隣接するトナー供給領域Ａ２で磁気ブラシローラ４０３上の磁気ブラシと接触するようにして対向するとともに、現像領域Ａ１で感光体１に対向するように配設されている。
また、本実施例では規制ブレード４０６と磁気ブラシローラ４０３の現像スリーブ４０８の間の最近接部における間隔が５００μｍに設定され、また規制ブレード４０６に対向した磁石部材４０７の磁極Ｎ１を、規制ブレード４０６との対向位置よりも磁気ブラシローラ４０３の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング４０１内における現像剤１３の循環流を容易に形成することができる。
【００５２】
上記規制ブレード４０６は、磁気ブラシローラ４０３との対向部で磁気ブラシローラ４０３上に形成された現像剤１３の量を規制するように磁気ブラシローラ４０３と接触し、所定量の現像剤１３がトナー供給領域Ａ２に搬送されるようにするとともに、現像剤１３中のトナーＴと磁性粒子１２との摩擦帯電を促進させている。
【００５３】
磁気ブラシローラ４０３は、図示しない回転駆動装置により図２の矢印ｃ方向に回転駆動され、トナー供給領域Ａ２でトナーＴのみが搬送部材４０２に供給される。
また、トナー供給領域Ａ２における搬送部材４０２と磁気ブラシローラ４０３の現像スリーブ４０８とのギャップは、１．１ｍｍに設定した。
【００５４】
搬送部材４０２の電極には、複数の電圧が印加され、電源４０９が接続されている。また、磁気ブラシローラ４０３の現像スリーブ４０８には、トナー供給領域Ａ２にトナー供給用電界を形成するためのトナー供給バイアスを印加する電源４１０が接続されている。
【００５５】
次に、上記構成の供給・搬送・現像装置４の動作を説明する。ケーシング４０１内に収容された現像剤１３は、トナーＴと磁性粒子１２とが混合されたものであり、その図示を省略した攪拌・搬送部材や磁気ブラシローラ４０３の現像スリーブ４０８の回転力、磁石部材４０７の磁力によって攪拌され、そのときに、トナーＴに磁性粒子１２との摩擦帯電により電荷が付与される。
【００５６】
一方、磁気ブラシローラ４０３上に担持された現像剤１３は規制ブレード４０６によって規制され、現像剤１３の一定量がトナー供給バイアスで形成された電界等により、搬送部材４０２に転移し、残りはケーシング４０１内に戻される。
トナー供給領域Ａ２では、磁気ブラシローラ４０３に担持された現像剤１３のうちのトナーＴのみが分離されて搬送部材に転移する。磁気ブラシローラ４０３には、ＡＣバイアスの電圧が印加されている。
【００５７】
なお、搬送部へ帯電したトナーを供給する機能が得られれば良いことから二成分現像方式に限定することなく、一成分現像装置もしくは一成分現像の供給部（現像ローラと供給ローラによるトナーの摩擦帯電）でも良い。
【００５８】
図４を参照して、搬送部設定条件を説明する。なお、同図は現像装置４の現像部概略構成を示している。この現像装置は、粉体であるトナーＴを搬送、ホッピング、回収するための電界を発生するための複数の電極１０２を有する搬送部材である搬送基板１００を備え、この搬送基板１００の各電極１０２に対しては駆動回路１２０から所要の電界を発生させるためのｎ相（ここでは３相とする）の異なる駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１およびＶａ２〜Ｖｃ２が印加される。
【００５９】
ここでは、搬送基板１００は、駆動波形Ｖａ１〜Ｖｃ１およびＶａ２〜Ｖｃ２を与える電極１０２の範囲および像担持体であり潜像担持体でもある感光体１との関係において、トナーＴを感光体１近傍まで移送する搬送領域１４、感光体１に形成された潜像にトナーＴを付着させてトナー像を形成するための現像領域１５、トナーＴを搬送基板１００側に回収するための現像領域通過後の領域（これを、以下「回収領域」という）１６とに分けられる。
【００６０】
現像装置４は、搬送基板１００の搬送領域１４ではトナーＴを感光体１の近傍まで移送し、現像領域１５では感光体１上の潜像の画像部に対してはトナーＴが感光体１側に向かい、非画像部に対してはトナーＴが感光体１と反対側（搬送基板１００側）に向かう方向の電界を形成して、トナーＴを潜像に付着させて現像を行うための電界を発生し、回収領域１６ではトナーＴが潜像の画像部および非画像部の何れに対しても感光体１と反対側（搬送基板１００側）に向かう方向の電界を形成する。
【００６１】
これにより、現像領域１５では感光体１上の潜像にトナーＴが付着して可視像化ないしは顕像化され、現像に寄与しなかったトナーＴは感光体１の回転方向（移動方向）下流側の回収領域１６で搬送基板１００側に回収されるので、飛散トナーの発生が防止される。なお、回収領域１６は現像領域１５よりも潜像担持体である感光体１の回転・移動方向下流側とすることで、確実に浮遊トナーの回収を行うことができる。
【００６２】
次に、図５および図６を参照して、現像装置４における搬送基板１００の構成について詳細に説明する。図５は、搬送基板１００の平面説明図、図６は、図５のＡ１−Ａ１線に沿う断面説明図である。
搬送基板１００は、ベース基板（支持基板）１０１上に３本の電極（搬送電極）１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ（以下、これらを「電極１０２」とも総称する）を１セットとして、所定の間隔で、トナー移送方向（図５および図６において、トナー進行方向、トナー移動方向ともいい、図５および図６に示す矢印方向とする）に沿ってトナー移送方向と略直交する方向に繰り返し形成配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の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、無機また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、表面保護層１０３が搬送面を形成しているが、表面保護層１０３上にさらに粉体（トナー）との適合性に優れた表面層を別途成膜することもできる。
【００６３】
これらの電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの両側には、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃとそれぞれ両端部で相互接続した共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ（以下、これらを「共通電極１０５」とも総称する）をトナー移送方向に沿って、すなわち、個々の電極と略直交する方向に設けている。この場合、共通電極１０５の幅（この幅は、トナー移送方向と直交する方向の幅）は電極１０２の幅（この幅は、トナー移送方向に沿う方向の幅）よりも広くしている。なお、図５では、共通電極１０５を、搬送領域１４では共通電極１０５ａ１、１０５ｂ１、１０５ｃ１を、現像領域１５では共通電極１０５ａ２、１０５ｂ２、１０５ｃ２、回収領域１６では共通電極１０５ａ３、１０５ｂ３、１０５ｃ３と、区別して表記している。
【００６４】
ここでは、支持基板１０１上に共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃのパターンを形成した後、層間絶縁膜１０７（表面保護層１０３と同じ材料でも異なる材料の何れでも良い）を形成し、この層間絶縁膜１０７にコンタクトホール１０８（図５および図６には図示せず）を形成した後、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを形成することによって電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃとをそれぞれ相互接続している。
【００６５】
なお、電極１０２ａと共通電極１０５ａを一体形成したパターン上に層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜上に電極１０２ｂと共通電極１０５ｂを一体形成したパターンを形成し、さらに層間絶縁膜を形成して、この層間絶縁膜上に電極１０２ｃと共通電極１０５ｃを一体形成したパターンを形成する、つまり、電極を三層構造とすることもでき、あるいは、一体形成に相互接続とコンタクトホールによる相互接続とを混在させることもできる。
【００６６】
さらに、これらの共通電極１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃには図示しないが駆動回路１２０からの駆動信号（駆動波形）Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを入力するための駆動信号印加用入力端子を設けている。この駆動信号入力用端子は、支持基板１０１に裏面側に設けてスルーホールを介して共通電極１０５に接続してもよいし、あるいは後述する層間絶縁膜１０７上に設けてもよい。
【００６７】
ここで、支持基板１０１としては、ガラス基板、樹脂基板あるいはセラミックス基板等の絶縁性材料からなる基板、あるいは、ＳＵＳなどの導電性材料からなる基板にＳｉＯ２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。
【００６８】
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。これらの複数の電極１０２の粉体（トナー）進行方向における幅Ｌは、移動させる粉体（トナー）の平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極１０２、１２の粉体（トナー）進行方向の間隔Ｒも移動させる粉体（トナー）の平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。
【００６９】
表面保護層１０３としては、例えばＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＯ４、ＳｉＯＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５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。また、無機ナイトライド化合物、例えばＳｉＮ、Ｂｎ、Ｗなどを用いることができる。特に、表面水酸基が増えると帯電トナーの帯電量が搬送途中で下がる傾向にあるので、表面水酸基（ＳｉＯＨ、シラトール基）が少ない無機ナイトライド化合物が好ましい。
【００７０】
次に、このように構成した搬送基板１００におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。搬送基板１００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、搬送基板１００上の帯電したトナーは反発力および／または吸引力を受けて移送方向にホッピングと搬送を含んで移動する。
【００７１】
例えば、搬送基板１００の複数の電極１０２に対して、図７に示すように、グランドＧ（０Ｖ）と正の電圧＋との間で変化する３相のパルス状駆動波形（駆動信号）Ａ（Ａ相）、Ｂ（Ｂ相）、Ｃ（Ｃ相）をタイミングをずらして印加する。
【００７２】
このとき、図８に示すように、搬送基板１００上に負帯電トナーＴがあり、搬送基板１００の連続した複数の電極１０２には、同図に（１）で示すようにそれぞれ「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」が印加されたとすると、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２上に位置する。
【００７３】
次のタイミングで複数の電極１０２には、（２）に示すようにそれぞれ「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」が印加され、負帯電トナーＴには同図で左側の「Ｇ」の電極１０２との間で反発力が、右側の「＋」の電極１０２との間で吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは「＋」の電極１０２側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極１０２には、（３）に示すようにそれぞれ「Ｇ」、「＋」、「Ｇ」、「Ｇ」、「＋」が印加され、負帯電トナーＴには同様に反発力と吸引力がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴはさらに「＋」の電極１０２側に移動する。
【００７４】
このように複数の電極１０２に電圧の変化する複相の駆動波形を印加することで、搬送基板１００上には進行波電界が発生し、この進行波電界の進行方向に負帯電トナーＴは搬送およびホッピングを行いながら移動する。なお、正帯電トナーの場合には駆動波形の変化パターンを逆にすることで同様に同方向に移動する。
【００７５】
図９を参照して、図８に示した内容を具体的に説明すると、図９（ａ）に示すように、搬送基板１００の電極Ａ〜Ｆが何れも０Ｖ（Ｇ）で搬送基板１００上に負帯電トナーＴが載っている状態から、同図（ｂ）に示すように電極Ａ、Ｄに「＋」が印加されると、負帯電トナーＴは電極Ａおよび電極Ｄに吸引されて電極Ａ、Ｄ上に移る。次のタイミングで、同図（ｃ）に示すように、電極Ａ、Ｄが何れも「０」になり、電極Ｂ、Ｅに「＋」が印加されると、電極Ａ、Ｄ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｂ、Ｅの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｂおよび電極Ｅに移送される。さらに、次のタイミングで、同図（ｄ）に示すように、電極Ｂ、Ｅが何れも「０」になり、電極Ｃ、Ｆに「＋」が印加されると、電極Ｂ、Ｅ上のトナーＴは反発力を受けるとともに、電極Ｃ、Ｆの吸引力を受けることになって、負帯電トナーＴは電極Ｃおよび電極Ｆに移送される。このように進行波電界によって負帯電トナーＴは順次図において右方向に移送されることになる。
【００７６】
次に、図１０を参照して、駆動回路１２０の全体構成について説明する。この駆動回路１２０は、パルス信号を生成出力するパルス信号発生回路２１と、このパルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を生成出力する波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと、パルス信号発生回路２１からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を生成出力する波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃとを有する。
【００７７】
パルス信号発生回路２１は、例えばロジックレベルの入力パルスを受けて、各１２０°に位相シフトした２組みパルスで、次段の波形増幅器２２ａ〜２２ｃ、２３ａ〜２３ｃに含まれるスイッチング手段、例えばトランジスタを駆動して１００Ｖのスイッチングを行うことができるレベルの出力電圧１０〜１５Ｖのパルス信号を生成して出力する。
【００７８】
波形増幅器２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、図４に示した搬送領域１４の各電極１０２および図４に示した回収領域１６の各電極１０２に対して、例えば図１１に示すように、各相の＋１００Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの１／３である約３３％に設定した（以下、これを「搬送電圧パターン」または「回収搬送電圧パターン」という）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ１、Ｖｂ１、Ｖｃ１を印加する。
【００７９】
波形増幅器２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、図４に示した現像領域１５の各電極１０２に対して、例えば図１２および図１３に示すように、各相の＋１００Ｖまたは０Ｖの印加時間ｔａを繰り返し周期ｔｆの２／３である約６７％に設定した（これを「ホッピング電圧パターン」という。）３相の駆動波形（駆動パルス）Ｖａ２、Ｖｂ２、Ｖｃ２を印加する。
【００８０】
以下、現像バイアスを説明する。以上の説明のように、エレクトロ・ホッピング現像（以下、「ＥＨ現像」ともいう）では、トナーをホッピングさせることによって潜像担持体である感光体１の静電潜像を一成分現像方式で反転現像を行うことができる。すなわち、現像領域で、トナーが潜像の画像部に対しては潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かう方向の電界を形成する手段を備えることによって現像を行うことができる。
【００８１】
例えば、前述した図１１に示したホッピング電圧パターンの駆動波形のように、０〜＋１００Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、潜像担持体上の非画像部電位が−１００Ｖより低いときには、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。この場合、潜像の非画像部の電位を−１５０Ｖや後述する−１７０Ｖとした場合に、トナーが潜像担持体側に向かうことが確認された。
【００８２】
また、ホッピング電圧パターンの駆動波形が２０Ｖ〜−８０Ｖで遷移するパルス状電圧波形である場合、画像部の電位を約０Ｖ、非画像部の電位が−１１０Ｖのときにも、パルス状駆動波形のローレベルの電位が潜像の画像部電位と非画像部電位との間にあるので、同様に、画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが潜像担持体と反対側に向かうことになる。
要するに、パルス状駆動波形のローレベルの電位を潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、非画像部へのトナーの付着を防止し、高品質の現像を行うことができる。
【００８３】
このように、ＥＨ現像においては、トナーがホッピングしていることにより潜像の画像部に対してトナーが吸引付着し、非画像部ではトナーが反発されて付着されないので、トナーによる潜像の現像を行うことができ、このとき、既にホッピングしているトナーは搬送基板１００との間で吸着力が生じないため、容易に潜像担持体側に移送することができ、高い画像品質が得られる現像を低電圧で行うことができるようになる。
【００８４】
すなわち、従来の所謂ジャンピング現像方式にあっては、現像ローラから帯電トナーを剥離させて感光体に移送させるには、トナーの現像ローラに対する付着力以上の印加電圧が必要であり、ＤＣ６００〜９００Ｖのバイアス電圧をかけなければならない。これに対して、本実施例によれば、トナーの付着力は通常５０〜２００ｎＮであるが、搬送基板１００上でホッピングしているために搬送基板１００に対する付着力が略零になるので、トナーを搬送基板１００から剥離する力が不要になり、低電圧で十分にトナーを潜像担持体側に移送することが可能になるのである。
【００８５】
しかも、電極１０２、１０２間に印加する電圧が｜１５０〜１００｜Ｖ以下の低電圧であっても発生する電界が非常に大きい値となり、電極１０２表面に付着しているトナーを容易に剥離し、飛翔、ホッピングさせることが可能になる。また、有機感光体（ＯＰＣ等）を帯電する時に発生するオゾン、ＮＯxが非常に少なく、または皆無にすることができて、環境問題、感光体の耐久性に非常に有利となる。
【００８６】
したがって、従来方式の現像ローラ表面、またはキャリア表面に付着しているトナーを剥離するために現像ローラと感光体の間に印加していた５００Ｖ〜数ＫＶの高電圧バイアスを必要とすることがなく、感光体の帯電電位を非常に低い値として、潜像を形成して現像することが可能になる。
【００８７】
例えば、有機感光体を使用し、その表面のＣＴＬ（Charge Transport Layer）の厚さが１５μｍ、その比誘電率εが３、帯電したトナーの電荷密度が（−３×１０−４Ｃ／ｍ２の場合、有機感光体の表面電位は約−１７０Ｖとなるが、この場合、搬送基板の電極への印加電圧として、０〜−１００Ｖ、デューティー５０％のパルス状駆動電圧を印加すると、平均で−５０Ｖとなり、トナーが負帯電であれば搬送基板の電極と有機感光体との間の電界は前述した関係になる。
【００８８】
このとき、搬送基板と有機感光体とのギャップ（間隔）が０．２〜０．３ｍｍであれば十分に現像が可能となる。トナーのＱ／Ｍ、搬送基板の電極への印加電圧、印刷速度すなわち感光体の回転速度によっても異なるが、負帯電トナーの場合、少なくとも感光体を帯電する電位は−３００Ｖ以下、または現像効率を優先した構成の場合は−１００Ｖ以下でも十分に現像を行うことができる。なお、正帯電の場合の帯電電位は＋電位となる。
【００８９】
ところで、上述したＥＨ現像は、搬送基板１００上でトナーをホッピングさせることによって、搬送基板１００との吸着力を０にすることで現像を行うものであるが、単に搬送基板上でトナーをホッピングさせるだけでは、ホッピングしたトナーが潜像担持体側への進行性を有しているとしても、確実に潜像担持体の潜像に付着することがない場合もあり、トナー飛散が生じることも確認された。
【００９０】
そこで、ＥＨ現像について以前提案したように、ホッピングしたトナーが潜像担持体の潜像の画像部に対して選択的に確実に付着し、かつ、非画像部には付着しない、すなわち地汚れが生じない条件を見出したものである。
【００９１】
すなわち、潜像担持体の潜像の電位（表面電位）と搬送基板に印加する電位（発生させる電界）との関係を所定の関係に設定する、つまり、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させる。これにより、潜像の画像部に対してはトナーが確実に付着し、非画像部に向かうトナーは搬送基板側に押し返されるので、搬送基板からホッピングしたトナーが効率的に現像に利用され、飛散を防止でき、低電圧駆動による高品質現像を可能にすることができる。
【００９２】
この場合、搬送基板の電極に印加する電位の平均値（平均値電位）を潜像担持体の潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、上述したように、潜像担持体の潜像の画像部に対してはトナーが潜像担持体側に向かい、非画像部に対してはトナーが搬送基板側に向かう電界を発生させることができる。トナーがホッピングしており現像開始電圧が下がっており、トナーが電極から離れた状態となる所謂クラウド現像になるので、付着量がなくても均一に現像を行える。
【００９３】
以下、図１４〜図１９を参照して、図１に示した要部の制御構成を補説する。
本実施例では、図１に示したように、感光体１上の付着トナーの付着量（以下、単に「付着量」ともいう）に比例的であり、それ故に付着量とみなせるトナーの反射濃度ＩＤを、反射タイプの濃度検出装置である反射濃度センサ６５で検出し、図１４に示すようにトナー層付着状態、すなわち付着量に応じた反射濃度センサ６５の出力電圧が反比例することを利用して、一意的に決まることで付着量の情報・データを得る。反射濃度センサ６５は、光源を内蔵した光反射型の光学センサからなり、以下のデータを取得する際には、オムロン株式会社製のＥＥ−ＳＹ１１０（反射型フォトセンサ）を用いた。
【００９４】
図１５に示すように、感光体１上の付着量Ｍと反射濃度ＩＤとの関係について、トナー粒径ごとに付着量Ｍを同図に示すように変えて精密な測定・試験を行った結果、トナー粒径により付着量Ｍと反射濃度ＩＤ（感光体１上の未定着画像の濃度）との関係が変化することが分かった。そこで、図１５に示す関係を利用して反射濃度ＩＤから付着量Ｍの情報・データを得る。トナー粒径として、トナーの体積平均粒径で３種類、５．０、５．８、７．０μｍのトナーを使用して、ベタ（Ｍａｘ：最大）付着量０．３[ｍｇ／ｃｍ２]を超えないようにする。
【００９５】
現像条件として制御する対象は、一部上述したように帯電電位、露光による書込み光量、現像バイアスがあり、これらのうちの少なくとも一つを使用して現像ポテンシャルを変化させる。図１６に現像ポテンシャル（露光後電位ＶＬ−現像バイアスＶＢ（ＤＣ））と付着量Ｍとの関係を示す。
ここで、トナー層充填率との関係は、トナー層の高さ、付着量のデータが必要となるのでトナー粒径と形状が決まればトナー層充填率を求めることができる。
【００９６】
そこで、トナー層充填率は付着状態を複数測定・計算して比率で評価を行う。ともにトナーの質量であるが、一つはトナー層の面積×高さによるものである。面積は対象領域の面積を測定する。またトナー高さは、図示しないが光学顕微鏡もしくはキーエンス社製レーザ顕微鏡を用いてトナー層の高さ分布を測定・算出し平均高さとして得る。ここで、トナーの比重は既知として比重×面積×平均高さ＝質量１が得られる。次に付着量データから付着量×面積＝質量２を算出する。ここでトナー層充填率を質量２/質量１×１００[％]と定義し、これを用いることとする。
【００９７】
図１７に示すように、トナー層充填率は大体３種類程度に分類できる。図の上より（１）正方充填、（２）最密充填、（３）低充填状態を模式的に示したもので、本発明では感光体１上の顕像を（３）の低充填状態で形成しようとするものである。低充填状態はおよそ、上記定義で３０〜４０％の範囲を想定しており、そのままの定着では画像として濃度が低かったり、濃度が不均一で品質の低い画像となるものである。ところが本発明ではこのような顕像状態を転写・定着工程で高い比率で圧延することで均一な画像を得ようとしている。
【００９８】
付着状態に対しては、本発明ではトナー間距離を増加させるために帯電量を比較的高く設定している。通常、現像量を少なくするのに帯電量を増加させるが、これは反転現像では露光後電位−現像バイアス（ＤＣ）で決まる現像ポテンシャルに見合う電荷量が充電されるまで現像が続くことから電荷量が多いと最終的に付着するトナー量が低減するという考えであるが、本発明ではさらにトナー同士の反発を利用してトナー間距離を大きくしている。またトナー形状、粒径、トナー粒子へ付着させるサブミクロンオーダの酸化シリカ、酸化チタンに代表される添加剤を付着させて表面状態を変化させることでトナー間距離を増加させている。形状では真球に対して不定形にすることで、トナー間距離が増加する。また粒径は大きくなるに従いトナー間の空隙が増加するので充填率は低減する。
図１８に示すように、トナー帯電量とトナー層充填率の関係を表したもので、これで制御することが可能である。同図から、トナー粒径によりトナー帯電量とトナー層充填率の関係が変化することが分かる。
【００９９】
次に、圧延率の定義を説明する。図１９に圧延率の定義に関する模式図を示すが、トナー顕像における付着時の面積をＳＤｅｖとし、定着後のトナー層の面積をＳＦｉｘとすると、圧延率ＲＲＬ＝ＳＦｉｘ／ＳＤｅｖとなる。同図において、ＬＴは、定着前のトナー層幅を、ＬＴＦは、定着後のトナー層幅をそれぞれ表している。圧延率ＲＲＬ＝ＳＦｉｘ／ＳＤｅｖと定着前のトナー層幅ＬＴ、定着後のトナー層幅ＬＴＦは（ＲＲＬ）２＝ａ×（ＬＴＦ/ＬＴ）２の関係がある（但しａは定数）。
【０１００】
次にトナー層充填率を低充填率化する手段であるが、本実施例では図１に示したように反射濃度センサ６５を感光体１に対向する所定の位置に配設し、現像バイアスを適宜調整することで現像付着量を制御することが可能である。すなわち、制御装置７０のＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２から呼び出した動作プログラムや関係データ（図１５、図１８に示されているデータをデータテーブル化したもの）を参照しつつ、第１および第２の反射濃度センサ６５−１、６５−２からの信号に基づいて、現像条件としての現像バイアスを使用して現像ポテンシャルの制御を行うべく、現像バイアス電源回路６７を制御することとなる。
【０１０１】
次に、転写定着部について補説する。図１に示したように、感光体１上にトナー像を形成した後、転写定着ベルト６上に転写させ、転写定着ベルト６上に転写されたトナー像を加熱溶融させて、その加熱トナーをシートＳ上に転写もしくは転写同時定着するものである。転写定着ベルト６上で加熱を行い、溶融したトナーを転写、定着することでトナーが均一に延ばされることで定着性が向上する。しかし、感光体１が加熱される虞れがあるので冷却ローラを使用して下げることを行っている。
ここで、図１に示したように、ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２から呼び出した動作プログラムや関係データを参照しつつ、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、トナー像を所定の圧延率で圧延させるべく、トナー層圧延条件としてのヒータ９の加熱温度を使用してトナー像を所定の圧延率をもって制御を行うべく、ヒータ回路６９を制御することとなる。
【０１０２】
冷却ローラは、内部に水を冷却媒体として流し、これを外部でラジエータにより室温近くまで冷却する形態が最も望ましい。
第２の方法としては冷却ローラ内はヒートパイプとなっており、端部に放熱面積を増したフィンにより空冷することも有効である。
【０１０３】
両者は室温以下になることは無いため、結露の心配は無いが、冷却媒体または風をペルチェ素子等で冷却することでより、表面の瞬間的な冷却効果を得ることが可能である。この場合は、冷却ローラの結露を防ぐために、その表面に接する気体は予め脱湿しておくことが必要である。脱湿方法としては、先の冷却素子を利用して気温を一度下げる方法、シリカゲル等の吸着剤を用いることが考えられる。
【０１０４】
図２８に示すように、冷却ローラ２４はより小径で転写部近傍に配置し、それに接する冷却ローラ２４-2を大径として熱の輸送量を確保することが有効である。
また、図２９に示すように、冷却ローラ２４は冷却降下の点から高熱伝導な金属が好ましいため、転写定着ベルト６の表面を除電するバイアスを印加することで、画像の安定化を冷却と同時に図ることができるように構成してもよい。図２８および図２９において、２５は、ベルトを加熱する加熱手段としての熱源を示している。
【０１０５】
次に、現像されたトナー層充填率と転写定着時のトナーの圧延率との関係を説明する。図２０に示すように、トナー層充填率が比較的少なくても圧延率が大きくなると画像が十分均一になる領域である。これより、本実施例で使用したトナーでは充填率と圧延率との関係から斜線部分が均一な画像の得られる範囲となる。
すなわち、トナー層充填率が５０％以下の範囲で、トナー層充填率と圧延率とは、圧延率[倍]＞−０．０７５×トナー層充填率[％]＋４．７の関係を満たしている。これにより付着量が少なく、トナー層充填率が十分でなくても図１に示した転写定着手段６０によるトナーの圧延効果で均一な画像を得ることができる。横軸のトナー層充填率は、前記のトナー層充填状態の説明で正方充填で約５０％を越えてしまうが、５０％を越えると感光体再帯電時のトナー層帯電が発生し、光透過性が低下し十分な現像ポテンシャルを確保することができなくなる。さらにトナー層充填率が３５％以下の範囲で図２１に示す結果が得られている。
【０１０６】
図２１には、通常定着と本発明の図１に示した転写定着手段６０を使用した場合のトナー付着量と反射濃度ＩＤとの関係を示したものである。本発明を使用することで比較的少ない付着量でも反射濃度ＩＤは通常定着を上回っていると共に十分高く、実用上問題の無いレベルであることが分かった。
【実施例２】
【０１０７】
図２２〜図２７を参照して、フレア（Flare）現像に関する実施例２について説明する。実施例２についての課題は、１色目トナー付着量に依存せずに必要なトナーを付着させることである。トナー層が存在する状態で露光を行い適正な露光後電位ＶＬを得るには、光がトナー層を透過して感光体表面に到達することが必要になる。しかし、トナー自体、本実施例では負（−）に帯電しているので、反発するという点から図１７に示した最密充填の形で完全に存在しているわけではない。そのような状態で、トナー層が１層レベルの状態では露光を行うときに光が透過しやすくなる。
【０１０８】
図２２は、一般的な１色目の付着量Ｍと光透過性（透過光量）［％］との関係を傾向的に示しているが、また２色目以降の再帯電の影響を考慮する必要がある。同図から、トナー粒径により付着量Ｍと光透過性［％］との関係が変化することが分かる。
【０１０９】
図２３には、横軸を１色目のトナー付着量、縦軸を露光後平均電位とした場合の付着量Ｍと再帯電時のトナー層電位ＶＴとの関係を示しており、トナーの付着量が０．３[ｍｇ／ｃｍ２]以下ではほとんどトナーが帯電せずトナー層電位を有していない。これは取りも直さず感光体のみが帯電していることを表しており、これによりトナー層の有無により現像ポテンシャルの変動が無く均一な画像形成が行える。
【０１１０】
この際の付着量と層厚との関係を、図２４を参照して説明する。同図に示すように、トナーの付着量が０．４[ｍｇ／ｃｍ２]を越えると１層以上となり、再帯電時のトナー帯電が発生しやすく、また再露光を遮ることとなり、その後の現像プロセスに影響を与える。同図から、トナー粒径により付着量Ｍとトナー層厚との関係が変化することが分かる。これから、トナーの粒径、形状等により詳細な条件は変化することが分かるが、多くとも２層を超えないレベルのトナー層形成が望ましい。
【０１１１】
別の実施例による現像ユニットの説明を行う。さらに本実施例では別の現像器を使用しており、その目的は、従来技術よりも高画質を実現でき、かつ、より小型にできる現像装置および画像形成装置を提供することにある。
また本実施例の他の目的は、潜像担持体上で色重ねができて位置ズレのない高画質のフルカラー画像を得ることができる現像装置および画像形成装置を提供することにある。
【０１１２】
上記目的を達成するため、本実施例では、電子写真画像形成装置に装着され、潜像担持体担持体に形成された静電潜像を現像するためのトナーを前記潜像担持体担持体へ搬送するトナー担持体と、前記トナー担持体に接触または近接したトナー搬送部材と、前記トナー搬送部材の前記トナー担持体回転方向下流側にあって前記現像剤担持体に接触または近接し現像剤層厚を規制する規制部材とを有する現像装置において、前記トナー担持体上に絶縁層を介して空間周期的な電極パターンが設けられており、ある電極を起点にした奇数番目の電極の集合体（以下、奇数番電極群）と偶数番目の電極の集合体（以下、偶数番電極群）との間に時間周期的な電位差を形成することを特徴とするものである。
【０１１３】
図２５〜図２７は、本実施例の担持装置および現像装置の断面図である。図４に示した前出の現像ユニットと比較して搬送電極の数が３から２になっている。図２５および図２６には、バイアス電圧を印加する電源３６を示しているが、電源３６から奇数番目電極群に出力側の交流電圧を印加し、偶数番目電極群に接地側の前記交流電圧を印加する。都合偶数、奇数の電極群にかかる電圧は逆位相になるので、図２５のトナー層が形成された状態から図２６のように電極間の電位差により形成される電界に沿ってトナーＴが移動するものである。
【０１１４】
図２７に示した画像形成装置では、位相が異なるので基本的には２電極間を往復動するものであり、この現像装置（現像器）４０では電極を含む基板をエンドレス状に形成して機械的に回転させることにより、トナーＴを搬送しつつ、ホッピングを行わせて現像を行うものである。本実施例では現像ローラ４３として回転することで搬送に関わる問題を改善でき、搬送の品質を含めた信頼性を向上させることができる。図２７において、４１は現像ケーシング、４６は搬送ローラ、４７は規制ブレード、４８は規制ブレード保持部材をそれぞれ示す。
【０１１５】
図３０を参照して、本発明を適用可能な別の画像形成装置を説明する。同図に示す画像形成装置は、図１に示した画像形成装置と比較して、トナー像形成手段５０に代えて、トナー像形成手段５０Ａを用いる点、および転写定着手段６０に代えて、転写定着手段６０Ａを用いる点が主に相違する。
【０１１６】
トナー像形成手段５０Ａは、単一の感光体１の周囲に、図３０に示すように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した露光部もしくは書込み部（図示せず）、帯電部（図示せず）、現像装置５４Ｙ、５４Ｍ、５４Ｃ、５４ＢＫや、クリーニング装置５５等が配設されている。
転写定着手段６０Ａは、転写定着ベルト６、ヒータ９を内蔵した加熱ローラ８、加圧ローラ１０、加熱装置５７、均しローラ５８等で構成されている。転写定着ベルト６は、転写バイアスローラ７、複数のローラ部材５６Ｃ、５６Ｂ、加熱ローラ８、均しローラ５８に回転自在に張架・支持されている。
【０１１７】
感光体１上で各色の画像（トナー像）が重ねて形成されて、そのカラー画像が転写バイアスローラ７との対向位置で転写定着ベルト６上に転写される。
その後、転写定着ベルト６上に担持されたトナー像のトナーＴは、転写定着ベルト６の熱で圧延され、加圧ローラ１０とのニップ部Ｎの位置で、加熱装置５７によって加熱されたシートＳ上に転写と共に加熱溶融・定着される。
【０１１８】
以上説明したように、図３０に示した画像形成装置によれば、転写定着ベルト６と加圧ローラ１０とのニップ部Ｎに搬送される直前にシートＳの転写定着面を効率的に加熱するとともに、転写・定着工程後の転写定着ベルト６の幅方向の温度分布を均一化する均しローラ５８を設けているために、装置の消費エネルギを低くすることができるとともに、定着不良画像の発生を抑止することができる。
【０１１９】
以上説明したとおり、本発明を特定の実施形態や実施例等について説明したが、本発明が開示する技術的範囲は、上述した実施形態や変形例あるいは実施例等に例示されているものに限定されるものではなく、それらを適宜組み合わせて構成してもよく、本発明の範囲内において、その必要性および用途等に応じて種々の実施形態や変形例あるいは実施例を構成し得ることは当業者ならば明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略的な構成図である。
【図２】実施例１における現像装置の一例を示す要部の断面図である。
【図３】実施例１における現像剤のダイナミック抵抗測定装置の図である。
【図４】図２の現像装置における搬送基板を平面に展開した説明図である。
【図５】図４の要部の断面説明図である。
【図６】搬送基板に与える駆動波形の一例を説明する説明図である。
【図７】粉体・トナーの搬送、ホッピングの説明に供する説明図である。
【図８】粉体の搬送、ホッピングの具体例の説明に供する説明図である。
【図９】図８の駆動回路の一例を示すブロック図
【図１０】搬送電圧パターンおよび回収搬送電圧パターンの駆動波形の一例を示す説明図である。
【図１１】ホッピング電圧パターンの駆動波形の一例を示す説明図である。
【図１２】ホッピング電圧パターンの駆動波形の他の例を示す説明図である。
【図１３】ホッピング電圧パターンの駆動波形の他の例を示す説明図である。
【図１４】反射濃度センサの出力電圧と付着量との関係を示すグラフである。
【図１５】反射濃度と付着量との関係を示すグラフである。
【図１６】現像ポテンシャルと付着量との関係を示すグラフである。
【図１７】トナー層充填状態を説明する模式図である。
【図１８】トナー帯電量とトナー層充填率との関係を示すグラフである。
【図１９】圧延率を説明する模式図である。
【図２０】トナー層充填率と圧延率との適正範囲を示すグラフである。
【図２１】定着方式によるトナーの付着量と反射濃度との関係を示すグラフである。
【図２２】トナーの付着量と光透過性との関係を示すグラフである。
【図２３】トナーの付着量と再帯電時のトナー層電位との関係を示すグラフである。
【図２４】トナーの付着量とトナーの層厚との関係を示すグラフである。
【図２５】実施例２のトナー担持体の断面図である。
【図２６】実施例２のトナー担持体の断面図である。
【図２７】実施例２の現像装置周りの断面図である。
【図２８】実施例１の転写定着部の断面図である。
【図２９】実施例１の転写定着部の断面図である。
【図３０】本発明を適用可能な画像形成装置の要部の概略的な構成図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１、１Ｂｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ    感光体（像担持体）
２、２−１、２−２    帯電器（トナー像形成手段、帯電装置）
３、３−１、３−２    レーザ光（トナー像形成手段、露光装置）
４、４−１、４−２    現像装置（トナー像形成手段、現像装置）
６    転写定着ベルト（転写定着部材）
７    転写バイアスローラ（転写装置、転写手段）
９    ヒータ（加熱手段）
１０  加圧ローラ（加圧部材）
１３  現像剤
５０、５０Ａ  トナー像形成手段
６０、６０Ａ  転写定着手段
６５、６５−１、６５−２    反射濃度センサ（濃度検出手段）
７０  制御装置（制御手段）
７１  ＣＰＵ（制御手段）
７２  ＲＯＭ（記憶手段）
Ｎ    ニップ部
Ｓ    シート（シート状記録媒体）
Ｔ    トナー
【図１】
0004955492.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004955492.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004955492.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0004955492.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0004955492.tif 000019
【図１９】
0004955492.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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