JP4913561B2 - コロナ帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置およびこれに採用されるコロナ帯電装置に関するものである。

コロナ帯電装置のひとつとして、コロトロン帯電装置が古くから知られている。コロトロン帯電装置は、開放部分をもつ円筒形状あるいは角筒形状に形成されたアルミニウム等の金属製ケースのほぼ中心部分に、コロナ電極として直径５０μｍ程度のタングステンワイヤが架空されたものからなる。コロナ電極には、直流電圧、交流電圧、あるいは直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加し、金属製ケースには、直流電圧あるいはグランド（０Ｖ）を印加する。このような電圧をコロナ電極、金属ケースそれぞれに印加することで、いわゆるコロナ放電を発生させる。金属ケースの開放部分に対しては、被帯電体を対向するように配置して、コロナ放電で発生したイオンを被帯電体に供給することで、被帯電体表面を帯電することができる。このようなコロトロン帯電装置は、装置の構成が簡素で安価であるという利点を有するといった特徴がある。

しかしながら、近年の電子写真装置に対する高品質の画像出力への要求を満足するためには、コロトロン帯電装置を電子写真の像担持体としての感光体の帯電装置として使用すると安定した均一帯電性を得ることが難しく、十分に対応することができない。このため、コロトロン帯電装置は感光体の主帯電装置として使用されることほとんどなく、除電用やトナーの帯電極性調整用といった用途で使用されている。

コロトロン帯電装置に比べ均一帯電性のあるコロナ帯電装置として、コロナ電極と被帯電体である感光体との間に直流電圧（グリッド電圧）を印加したグリッド電極を設けたスコロトロン帯電装置が知られている。スコロトロン帯電装置は、グリッド電圧が印加されたグリッド電極にコロナ電極から被帯電体へ向かうコロナ放電電荷の一部を流すことでコロナ電極から被帯電体へ向かうコロナ放電電荷の流れを制御して、被帯電体をグリッド電圧にほぼ等しい電位に帯電するものである。このため、被帯電体の帯電電位を制御しやすく、均一帯電性に優れるといった特徴がある。また、グリッド電極を所定の電位に維持する簡易な方法として、自己バイアス電圧印加手段として機能する定電圧受動素子をグリッド電極に接続する方法もある。このようなスコロトロン帯電装置はコロトロン帯電装置にくらべれば格段に被帯電体の帯電電位の制御が行ないやすいといった長所があるものの、コロナ電極に直流電圧を印加した直流型スコロトロン帯電装置の場合には、雰囲気環境の温湿度変化によって１０〜５０Ｖ程度の電位変動が生じてしまうのが実情である。このため、帯電の均一性はまだ十分と言えるものではなく、更なる帯電均一性が要求されている。

また、スコロトロン帯電装置では、上述のようにコロナ放電電荷のうち被帯電体ではなくグリッド電極側へ流れるものがあるので、コロトロン帯電装置に比べると効率が落ちるという欠点はある。

また、直流型スコロトロン帯電装置では長期間使用した場合には、グリッド電極が長期のコロナ放電に晒されること等に因り、グリッド電極表面の劣化や異物の付着といった現象が発生する。こうしたグリッド電極表面の劣化により電圧降下が生じるためグリッド電極の実効的な電圧が変化し、結果的に帯電電位の変動が生じてしまう。このため、経時的にも被帯電体の帯電電位の均一性は十分ではなかった。

そこで、コロナ電極と被帯電体である感光体との間に直流電圧（グリッド電圧）を印加したグリッド電極を設け、コロナ電極に直流電圧に交流電圧を重畳した交流成分を含む電圧を印加した交流型スコロトロン帯電装置を用いることが考えられる。交流型スコロトロン帯電装置では、上述したような直流型スコロトロン帯電装置の欠点を解消でき、均一帯電性に優れた帯電装置を実現することができる。しかし、交流型スコロトロン帯電装置は、正負のコロナ放電が交互に発生することになるため高速帯電性が劣るといった欠点があった。高速帯電性とは、感光体の移動速度が大きくなった場合にどの速度まで追随して所望の帯電電位に帯電することができるか、または、帯電装置の開口幅を狭くした場合にどの幅まで所望の帯電電位に帯電することができるかという特性を表すものである。

交流型スコロトロン帯電装置で高速帯電性が劣る点をカバーするためには、帯電装置に印加する電圧を大きくしたり、感光体の表面移動方向に関する開口幅を大きくすることが考えられる。しかしながら、印加電圧の増加は、電源の大型化やコストアップの要因となり装置全体の大型化やコストアップという問題を発生させてしまう。また、帯電装置の開口幅を大きくすることは、感光体周囲における帯電装置が占める割合が大きくなることを意味し、装置の大型化や、感光体回りのレイアウトの自由度が減ってしまうという問題を発生させてしまう。

また、この問題を解決するものとして、特許文献１では、直流型コロトロンまたはスコロトロン帯電装置の下流に交流型スコロトロン帯電装置を連結して配置した直流交流ダブルチャージャ帯電装置を提案している。この帯電装置によれば、直流型コロトロンまたはスコロトロン帯電装置により感光体を一定のレベルまで帯電させ、交流型スコロトロン帯電装置により被帯電体を均一に帯電させる。このように直流型と交流型のそれぞれの長所を併せ持つことで、高速帯電性と均一帯電性を両立したコロナ帯電装置を得ることができる。

しかしながら、直流交流ダブルチャージャ帯電装置では、帯電装置の開口幅が更に大きくなってしまう。一般的にコロナ放電の帯電装置では、コロナ放電を安定的に発生させるために、放電電極から５〜１０ｍｍの距離を離してケースやグリッド電極を配置することが必要であり、ケースの一辺は１０〜２０ｍｍが必要となる。特許文献１に開示される方法では、このような大きさの帯電装置が２つ必要になるため、感光体周りで帯電装置が占めるスペースが２倍大きくなってしまう。このため、装置の大型化や、感光体回りのレイアウトの自由度が大きく減ってしまうという問題を発生させてしまう。また、印加電圧の種類の増加は、電源の大型化やコストアップの要因となり装置全体の大型化やコストアップという問題を発生させてしまう。

ここで、上記コロナ帯電装置を感光体の帯電手段として採用する電子写真プロセスを利用したカラー画像用の複写機やプリンタ等の画像形成装置について説明する。カラー画像形成装置の１つとして、感光体の周囲に、帯電装置、露光装置による露光部、複数色の現像装置、転写装置、クリーニング装置を配置して、帯電、露光、現像工程を色毎に複数回繰り返すことで、感光体の同一領域上に複数色のトナー像を重ね合わせて形成し、その後転写紙に一括転写し、定着してカラー画像を得る、いわゆる感光体上色重ね合わせ方式の画像形成装置が種々知られている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。感光体上色重ね合わせ方式は、感光体が１つであり、且つ、中間転写体を用いないため、省スペースで省資源化に寄与する方式である。この中でも、特許文献３に開示される、感光体の周囲に色毎に帯電装置、露光部、現像装置を備え、感光体を複数回回転することなく感光体上色重ね合わせるものは、画像形成スピードを落とすことなく高速画像形成を可能とする有用な画像形成装置である。

特許文献３の画像形成装置では、感光体の周囲に色毎に帯電装置、露光部、現像装置を備えるので、感光体周りのスペースの余裕はなく、帯電装置が占めるスペースが大きくならないように小型化することが大変重要な課題となっている。

また、感光体上色重ね合わせ方式では、すでに感光体上に形成されているトナー像が、あとから重ね合わせるトナー像の現像工程の際にかき乱されないように、トナー担持体上の現像剤と感光体とを非接触で対向させる非接触現像方式の現像装置が採用されている。このような非接触現像装置を採用しても、すでに感光体上にトナー像の影響により上から重ねようとするトナーの量が低下してしまう、重ねトナー付着量の低下という問題が発生する。この原因のひとつとして、すでに感光体上に形成されているトナー層が持つ電荷量によって、露光後電位が非トナー付着領域と同じようには低下しないことによる露光後電位の上昇によるものが考えられる。この問題に対して、特許文献５では、１色目のトナー像を形成したあと所望の電位にまで帯電する工程において、直流型スコロトロン帯電装置の下流に交流型スコロトロン帯電装置を連結して配置した直流交流ダブルチャージャ帯電装置を用いることを提案している。この画像形成装置では、直流交流ダブルチャージャ帯電装置の直流型スコロトロン帯電装置により所望の電位よりも一旦高い電位にまで帯電させ、下流部分の交流型スコロトロン帯電装置の交流成分により電位を下げて所望の電位に制御することで、トナー層の電位を低下させる。このような方法を用いることで、感光体上のトナー層が持つ電荷量を小さくすることができるようなり、重ねて形成されるトナー像の付着量の減少を低減している。

特公平５−２９８８号公報 特許２０９８６７５号公報 特許３６４６２７８号公報 特許３３８５００８号公報 特許２７８２８７２号公報

上述のように、高速帯電性と均一帯電性を両立する帯電装置として、開口幅の大きい交流型スコロトロン帯電装置や直流交流ダブルチャージャ帯電装置は有効であるが、帯電装置が占めるスペースが大きくなってしまうという欠点がある。特に、上述の感光体上色重ね合わせ方式の画像形成装置に採用する場合、感光体周りのスペースに余裕がないため、帯電装置の大型化は大きな問題となってしまう。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、交流成分を印加するコロナ帯電装置において、均一帯電性を得ると共に、高速帯電性を向上させた小型のコロナ帯電装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、表面移動する被帯電体に近接し、該被帯電体と対向する側に開口部を有するケースと、該ケースの内部に配置される放電電極とを備え、該放電電極に電圧を印加してコロナ放電を発生させ、該ケースの開口部から該被帯電体表面に向けてコロナ放電電荷を供給して該被帯電体表面を帯電させるコロナ帯電装置において、上記放電電極に印加する電圧が直流電圧に交流電圧を重畳した電圧であり、上記ケースの開口部の上記被帯電体の表面移動方向の上流部分で所定の電圧が印加され第１グリッド電位（Ｖｇ１）になる第１グリッド電極を配置する第１帯電領域と、下流部分で所定の電圧を印加され該被帯電体の目標帯電電位に近い第２グリッド電位（Ｖｇ２）になる第２グリッド電極を配置する第２帯電領域とを有し、該第１帯電領域通過後の該被帯電体の表面電位の絶対値｜Ｖｐ１｜と、該第２帯電領域における第２グリッド電位の絶対値｜Ｖｇ２｜との関係が、｜Ｖｐ１｜＞｜Ｖｇ２｜を満たし、かつ、上記被帯電体の表面移動方向に関する上記第１帯電領域の開口幅Ｗ１と、上記第２帯電領域の開口幅Ｗ２との関係が、Ｗ１＜Ｗ２を満たすよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１のコロナ帯電装置において、上記第１グリッド電極における単位面積あたりの開口面積である開口密度をρ１と、第２のグリッド電極における開口密度をρとの関係が、ρ１＞ρ２を満たすことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する複数の帯電装置と、該像担持体を露光し静電潜像を形成する露光装置と、該像担持体上の静電潜像をトナー像化する複数の現像装置と、該像担持体上のトナー像を被転写体に転写する転写装置とを備え、該像担持体上に複数のトナー像を重ねて現像し、該重ねて現像したトナー像を該転写装置により該被転写体上に一括転写する画像形成装置において、上記帯電装置の少なくとも１つが請求項１または２のコロナ帯電装置であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記現像装置を構成するトナー担持体は、トナーを非静止状態で担持するトナー担持体であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記現像装置を構成するトナー担持体は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極と、該電極に多相の電圧を印加する電源とを備えており、該電源により複数の電極間に印加される電圧により形成される進行波電界により、トナーを担持しながら上記像担持体との対向領域に搬送することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記現像装置を構成するトナー担持体は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極と、該電極に多相の電圧を印加する電源とを備え、かつ、トナー担持体表面が移動可能であり、該電源により複数の電極間に印加される電圧により形成される進行波電界によってトナーを担持しながら上記像担持体との対向領域に搬送するとともに、該トナー担持体の表面移動により該トナー担持体上のトナーを該像担持体との対向領域に搬送することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記現像装置を構成するトナー担持体は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極と、該電極に電圧を印加する電源とを備え、かつ、トナー担持体表面が移動可能であり、該電源により複数の電極間に印加される電圧により形成される振動電界によってトナーを非静止状態で担持するとともに、該トナー担持体の表面移動により該トナー担持体上のトナーを該像担持体との対向領域に搬送することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記複数の現像装置がシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナー像を形成する４つの現像装置であることを特徴とするものである。

これらの発明においては、放電電極に直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加してコロナ放電電荷を発生させる。そして、ケースの開口部の上流部分の第１帯電領域では、グリッド電極を配置しない、または、比較的高いグリッド電位となるグリッド電極を配置することにより、コロナ放電電荷の被帯電体への供給量を多くする。よって、第１帯電領域では十分なコロナ放電電荷が被帯電体へ供給されることになり高速にも対応可能となる。また、開口部の下流部分の第２帯電領域では、被帯電体の目標帯電電位に近いグリッド電位のグリッド電極を配置することで、グリッド電極により被帯電体へのコロナ放電電荷を制御して被帯電体をグリッド電位近傍に均一帯電させる。このように、第１帯電領域で高速帯電性を得て、第二帯電領域で均一帯電性を得ることで両方の機能を両立させることができる。なお、この帯電装置の開口幅は通常のスコロトロン帯電装置の開口幅と同等であり、交流型スコロトロン帯電装置でケース開口幅を広げたものや、直流交流ダブルチャージャ帯電装置に比べて小さいままである。すなわち、帯電装置を大きくすることなく均一帯電性を得ると共に、高速帯電性を向上させることができる。
さらに、ケースの開口部の上流部分の第１帯電領域で表面電位を｜Ｖｐ１｜という高い電位まで上げ、下流部分の第２帯電領域でグリッド電位の絶対値｜Ｖｇ２｜と低くすることで、被帯電体を一旦高く帯電させた後に交流成分で除電する。このような交流成分を印加するコロナ帯電装置を像担持体上色重ね合わせ方式の画像形成装置に採用すると、像担持体上に形成されているトナー層の帯電量を減少させることが可能である。よって、帯電装置を大きくすることなく重ねて形成されるトナー像の付着量減少を低減することもできる。

以上、本発明によれば、交流成分を印加するコロナ帯電装置において、均一帯電性を得ると共に、高速帯電性を向上させた小型のコロナ帯電装置を得ることができるという優れた効果がある。
さらに、像担持体上色重ね合わせ方式の画像形成装置に採用されるコロナ帯電装置おいて、交流成分を用いて像担持体上に形成されているトナー層の帯電量を減少させることが可能な小型のコロナ帯電装置を得ることができるという優れた効果がある。

以下、本発明を、フルカラー画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。まず、本実施形態に係るフルカラー画像形成装置に採用されるコロナ帯電装置について説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施形態に係るフルカラー画像形成装置に採用されるコロナ帯電装置の概略構成を示す断面図である。また、図２は、同コロナ帯電装置を被帯電体である感光体側から見た図である。このコロナ帯電装置２の特徴は、感光体1と対向するケース２２の開口部２３に設けたグリッド電極２５が、感光体１の移動方向の上流部分には配置されておらず下流部分にのみに配置されている。なお、ここでは目標とする感光体１の帯電電位は−４００Ｖである。

以下、コロナ帯電装置２について具体的に説明する。コロナ帯電装置２は、感光体１と対向する側に開口部２３を有するケース２２と、コロナ電極２１と、コロナ電極２１に直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する第１高圧電源２８とを備えている。コロナ電極２１は、材質タングステン、線径６０μｍのワイヤであり、ケース２２のほぼ中央に感光体１の軸方向に張設されている。コロナ電極２１には第１高圧電源２８より、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧、例えば、直流成分として−４００Ｖ、交流成分としてピーク間電圧で１０ｋＶ、周波数が１ｋＨｚの電圧を印加する。ケース２２は、材質ステンレス鋼、板厚１ｍｍの板材を加工してコの字型に製作したものである。ケース２２の材質は導電性を有していればどのようなものであってもかまわないが、耐オゾン性などの観点からステンレス鋼を採用している。ケース２２の感光体１の表面移動方向に関する開口幅Ｗは１５ｍｍであり、ほぼ中央にコロナ電極２１を配置している。ケース２２の開口部２３下流部分はグリッド電極２５が配置される。コロナ電極２１とグリッド電極２５との距離Ｈは７ｍｍとした。また、グリッド電極２５の感光体１の表面移動方向の幅は８ｍｍとし、ケース２２の開口部２３のおよそ半分を被覆するようにした。グリッド電極２５は、材質ステンレス鋼板、板厚０．１ｍｍの板材をエッジング加工により、１ｍｍピッチでメッシュ加工したものである。図３は、グリッド電極２５のメッシュ部分の説明図である。グリッド電極２５は、１ｍｍのうち０．７ｍｍ分をメッシュの開口部分２５ｂとし、０．３ｍｍ分をステンレス鋼板が残りメッシュ部分２５ａを形成するようにし、感光体１の表面移動方向に対して４５°傾けた状態でエッジング加工を施して形成した。このようなコロナ帯電装置２のグリッド電極２５に第２高圧電源２９により−４００Ｖの直流電圧を印加して、グリッド電位（Ｖｇ２）が−４００Ｖになるようにする。また、ケース２２にも第２高圧電源２９より−４００Ｖの直流電圧を印加する。

コロナ帯電装置２では、上流部分のグリッド電極２５が配置されない第１帯電領域３１では、コロナ電極２１のコロナ放電で発生した正負のコロナ放電電荷を直接感光体１に供給することで、感光体１へのコロナ放電電荷量を多くする。よって、第１帯電領域３１では、十分なコロナ放電電荷が感光体１へ供給されるので高速にも対応可能となる。第１帯電領域３１通過時点で、感光体１を狙いの帯電電位近くまで帯電させるが、帯電均一性はあまりよくない。下流部分のグリッド電位（Ｖｇ２）が−４００Ｖのグリッド電極２５を配置された第２帯電領域３２では、グリッド電極２５により感光体１へのコロナ放電電荷の流れを制御する。よって、第２帯電領域３２では、グリッド電極２５により制御されたコロナ放電電荷が感光体１をグリッド電位近傍に帯電させるので均一帯電が可能となる。また、コロナ帯電装置２では、長時間の使用によってグリッド電極２５表面が劣化することによって感光体１の帯電電位が変化してしまうといった直流型スコロトロン帯電装置で発生する問題も発生せず、経時に渡って安定した帯電均一性が得られる。このように、第１帯電領域３１で高速帯電性を得て、第２帯電領域３２で均一帯電性を得ることで両方の機能を両立させることができる。なお、このコロナ帯電装置２の開口幅は通常のスコロトロン帯電装置の開口幅と同等の１５ｍｍ程度であり、直流交流ダブルチャージャ帯電装置に比べて小さいままである。すなわち、帯電装置を大きくすることなく均一帯電性を得ると共に高速帯電性を向上させることができる。

＜実施例２＞
次に、コロナ帯電装置２の変形例である実施例２について説明する。図４は、コロナ帯電装置の変形例の概略構成を示す断面図である。また、図５は、同コロナ帯電装置を感光体側から見た図である。このコロナ帯電装置２では、コロナ電極２１、ケース２２、コロナ電極２１へ電圧を印加する第１高圧電源２８等は実施例１のコロナ帯電装置２と同じである。図５のコロナ帯電装置２では、ケース２２の上流部分と下流部分に、絶縁体３３により電気的に絶縁された別々の第１グリッド電極２６と、第２グリッド電極２７とが配置されている。感光体移動方向の上流部分に配置される第１グリッド電極２６は、実施例１のグリッド電極２５と同じ板厚０．１ｍｍのステンレス鋼板を用いている。これをエッジング加工により、２ｍｍピッチでメッシュ加工したものである。図６は、第１グリッド電極２６と第２グリッド電極２７とのメッシュ部分の説明図である。第１グリッド電極２６は、２ｍｍのうち１．６ｍｍ分をメッシュの開口部分２６ｂとし、０．４ｍｍ分をステンレス鋼板が残りメッシュ部分２６ａを形成するようにし、感光体１の表面移動方向にたいして４５°傾けた状態で、エッジング加工を施して形成した。第１グリッド電極２６の感光体１の表面移動方向における幅は６ｍｍとした。この第１グリッド電極２６に第３高圧電源３０により−５５０Ｖの直流電圧を印加して、第１グリッド電位（Ｖｇ１）が−５５０Ｖになるようにする。また、感光体１の表面移動方向の下流部分に配置される第２グリッド電極２７は、実施例１のグリッド電極２５と同じものである。すなわち、板厚０．１ｍｍのステンレス鋼板をエッジング加工により、１ｍｍピッチでメッシュ加工したものである。図６に示すように、第２グリッド電極２７は、１ｍｍのうち０．７ｍｍ分をメッシュの開口部分２７ｂとし、０．３ｍｍ分をステンレス鋼板が残りメッシュ部分２７ａを形成するようにし、感光体１の移動方向にたいして４５°傾けた状態で、エッジング加工を施して形成した。第２グリッド電極２７には、ケース２２と同じく第２高圧電源２９により、−４００Ｖの直流電圧を印加して、第２グリッド電位（Ｖｇ２）が−４００Ｖになるようにする。

このコロナ帯電装置２では、−５５０Ｖの第１グリッド電位（Ｖｇ１）の第１グリッド電極２６が配置される第１帯電領域３１では、第１グリッド電極２６が感光体１へのコロナ放電電荷を制御するが、第１グリッド電極２６は比較的大きな第１グリッド電位Ｖｇ１（−５５０Ｖ）になっているので、コロナ電極２１でコロナ放電で発生した正負のコロナ放電電荷の多くを感光体１に供給する。よって、第１帯電領域３１では、十分なコロナ放電電荷が感光体１へ供給され、高速にも対応可能となる。また、下流部分の−４００Ｖの第２グリッド電位Ｖｇ２の第２グリッド電極２７が配置される第２帯電領域３２では、実施例１と同様に、第２グリッド電極２７で制御されたコロナ放電電荷が感光体１を第２グリッド電位Ｖｇ２（−４００Ｖ）近傍に帯電させるので、均一帯電が可能となる。このように、第１帯電領域３１で高速帯電性を得て、第２帯電領域３２で均一帯電性を得ることで両方の機能を両立させることができる。なお、このコロナ帯電装置２の開口幅も、実施例１のコロナ帯電装置２と同様、通常のスコロトロン帯電装置の開口幅と同等の１５ｍｍ程度であり、直流交流ダブルチャージャ帯電装置に比べて小さいままである。すなわち、帯電装置を大きくすることなく、均一帯電性を得ると共に、高速帯電性を向上させることができる。

ここで、図２０はスコロトロン帯電装置における帯電電位と帯電時間との関係を示したものである。図２０では、横軸が時間で縦軸が帯電電位であり、移動する感光体表面上のある場所に注目した場合にどのように帯電されていくかを表している。図２０より、感光体１の帯電電位は時間的にグリッド電位への飽和曲線として表されるような形で上昇していく。感光体１をできるだけ短い時間で同じ電位に帯電させるためには、なるべく大きなグリッド電位に設定した方が有利である。しかしながら、大きなグリッド電位に設定すると帯電の均一性が得られないため、ほとんど使用されることはない。これは、グリッド電位まで飽和した状態でないと、コロナ放電量の多い箇所と少ない箇所とで帯電電位がばらつき均一性が劣ってしまうためである。通常のスコロトロン帯電装置では、感光体１の目標帯電電位とグリッド電位が近い値になるようにして使用される。ところが、実施例２のように、上流部分の第１帯電領域３１と下流部分の第２帯電領域３２で異なる電位の第１グリッド電極２６と第２グリッド電極２７とを有する構成のものでは、上流部分では帯電均一性はそれほど高精度には要求されず、帯電均一性は下流部分の第２グリッド電極２７で行なえばよく、上流部分では目標帯電電位に近い値に帯電されるようになっていればよい。このため、上述のように、上流部分の第１グリッド電極２６の第１グリッド電位の絶対値｜Ｖｇ１｜と、下流部分の第２グリッド電位の絶対値｜Ｖｇ２｜との関係が、｜Ｖｇ１｜＞｜Ｖｇ２｜を満たすようにする。具体的には、第１グリッド電位の絶対値｜Ｖｇ１｜は５５０Ｖであり、目標とする帯電電位（ここでは−４００Ｖ）に対して飽和点が高いので強制的にたくさんの−イオンを降らせることができる。そして、第２グリッド電位の絶対値｜Ｖｇ２｜は４００Ｖであり、この近傍に帯電電位を均一に制御できる。

また、高速帯電性を向上させるには、グリッド電極に流れるコロナ放電電荷量が少なく、感光体１に供給されるコロナ放電電荷量が増えるように、グリッド電極の開口密度を大きくすることが望ましい。しかしながら、開口密度が大きくなりすぎると感光体１の均一帯電性が損なわれる。そこで、実施例２では、上流部分での第１グリッド電極２６の開口密度ρ１が、下流部分の第２グリッド電極２７の開口密度ρ2に比べて大きくなるようにしている。第１グリッド電極２６では、それほど精度よく均一帯電性を実現する必要はなく、おおよそ狙いの値の近くに感光体を帯電させておく。そして、下流部分の第２グリッド電極２７で均一帯電性を得るようにする。

上記、実施例１、及び、実施例２のコロナ帯電装置をもちいて、高速対応性、及び、均一帯電性の比較実験を行なった。

＜比較実験１＞
実施例１、２および比較例１のコロナ帯電装置２を使用して、高速対応性に対する次のような比較実験１をおこなった。なお、実施例１、及び、実施例２と比較する比較例１のコロナ帯電装置は、実施例１でグリッド電極がケース２２の開口部２３の全領域を覆うように配置されたものであり、いわゆる通常の交流型のスコロトロン帯電装置である。
実施例１、２および比較例１のコロナ帯電装置２を感光体１に対して、グリッド電極−感光体間の距離が２ｍｍになるように配置した。コロナ帯電装置２により、回転する感光体１の表面を帯電させた。また、感光体１の移動方向にたいしてコロナ帯電装置２の下流側３０ｍｍの位置に表面電位計（トレック社製表面電位計 Ｍｏｄｅｌ３４４）を配置して、感光体１の帯電電位の測定をおこなった。このような感光体１の帯電電位測定を、感光体１の移動速度を５０ｍｍ／ｓｅｃ〜３５０ｍｍ／ｓｅｃまで変化させて実施し、高速対応性を評価した。

図７は、比較実験１の結果であり、横軸は感光体１の移動速度、縦軸は感光体の帯電電位である。図７に示すように、感光体１の移動速度が大きくなるにしたがって、比較例１では帯電電位が追随しなくなるが、実施例１、実施例２では帯電電位の落ち込みが少ない。つまり、実施例１、２は比較例１にくらべて、高速対応性が高いコロナ帯電装置が実現できているといえる。

＜比較実験２＞
実施例１のコロナ帯電装置２を使用して、帯電装置の長手方向の均一性に対する次のような比較実験２をおこなった。実施例１ではグリッド電極２５の感光体の表面移動方向の幅を８ｍｍとなるように形成したが、比較実験２ではこのグリッド幅を２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で振ったグリッド電極を用意してグリッド幅を変える。このようなグリッド幅を変えた種々のグリッド電極を用いて、比較実験１とおなじように、感光体１を回転させて（感光体の移動速度は１５０ｍｍ／ｓｅｃ）帯電電位を測定した。なお、帯電電位の長手方向の均一性を検知するため、表面電位計を長手方向に移動可能となるように配置して、表面電位計を移動させながら帯電電位の測定をおこなった。また、長手方向の帯電電位のばらつきは長時間の放電によって発生するものであり、初期状態ではこのような問題は顕著ではないため、比較実験２では１００時間の連続放電を行なった後での帯電均一性を評価した。

図８は、比較実験２の結果であり、横軸はグリッド電極の幅、縦軸は長手方向の帯電電位のばらつき（帯電電位の最大値と帯電電位の最小値との差）である。図８に示すように、グリッド幅が大きくなるにしたがって、帯電電位の長手方向のばらつきが小さくなっていることがわかる。具体的には、グリッド幅を７ｍｍ以上とすることで、帯電均一性が小さく（５Ｖ以下）なることがわかる。通常の画像形成装置では、帯電均一性を５Ｖ以下にできれば、出力画像に影響をあたえることはほとんど無く、高品位の画像出力が可能となる。実施例１のコロナ帯電装置２では、グリッド電極２５の幅を８ｍｍとしているので、充分な帯電均一性が得られているといえる。ここで、コロナ帯電装置２の全開口幅をＷ（＝Ｗ１＋Ｗ２）とすると、グリッド電極２５が配置される第２帯電領域３２の開口幅Ｗ２と全開口幅Ｗとの関係は、Ｗ２／Ｗの値が０．５以上１．０未満で帯電均一性を小さく（５Ｖ以下）できるといえる。また、高速対応性と帯電均一性とのバランスの取れた両立を可能とするには、より好ましくは、Ｗ２／Ｗの値は０．５以上０．８以下の範囲とする。そこで、Ｗ１＜Ｗ２ を満たすようにすればよい。

＜比較実験３＞
実施例２のコロナ帯電装置２を使用して、帯電装置の長手方向の均一性に対する次のような比較実験３をおこなった。実施例２では第１グリッド電極２６の感光体１の移動方向の幅は６ｍｍ、第２のグリッド電極２７の幅は８ｍｍとなるように形成したが、比較実験３では第２グリッド幅を２ｍｍ〜１５ｍｍの範囲で振ったグリッド電極を用意してグリッド幅を変える。このとき、第２グリッド電極２７の幅にあわせて、第１グリッド電極２６の幅は１２ｍｍ〜２ｍｍになる。このような第１グリッド幅、第２グリッド幅を変えた種々のグリッド電極を用いて、比較実験２と同様の実験を行い、帯電均一性を評価した。

図９は、比較実験３の結果であり、横軸は第２グリッド電極２７の幅、縦軸は長手方向の帯電電位のばらつき（帯電電位の最大値と帯電電位の最小値との差）である。図９に示すように、第２グリッド幅が大きくなるにしたがって、帯電電位の長手方向のばらつきが小さくなっていることがわかる。グリッド幅が７ｍｍ以上とすることで、帯電均一性が小さく（５Ｖ以下）なることがわかる。上述のように、帯電均一性を５Ｖ以下にできれば、高品位の画像出力が可能となる。実施例２のコロナ帯電装置２では、第２グリッド電極２７の幅を８ｍｍとしているので、充分な帯電均一性が得られているといえる。コロナ帯電装置２の全開口幅をＷ（＝Ｗ１＋Ｗ２）とし、第２グリッド電極２７が配置される第２帯電領域３２の開口幅Ｗ２と全開口幅Ｗとの関係、Ｗ２／Ｗの値が０．５以上の１．０未満の範囲で帯電均一性を小さく（５Ｖ以下）できるといえる。また、高速対応性と帯電均一性とのバランスの取れた両立を可能とするには、より好ましくはＷ２／Ｗの値は０．５以上０．８以下の範囲である。そこで、Ｗ１＜Ｗ２ を満たすようにすればよい。

次に、上述のコロナ帯電装置２を採用するフルカラー画像形成装置について説明する。 図１０は、本実施形態に係るフルカラー画像形成装置の概略構成図である。このフルカラー画像形成装置は、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー像を、感光体１上で重ね合わせることによりカラー画像の形成をおこなう、いわゆる感光体上色重ね合わせ方式の画像形成装置である。 このフルカラー画像形成装置では、ベルト状の感光体１がほぼ中央に配置されている。感光体１の周回方向（矢示方向）に沿って上流部分から下流部分に、Ｍ、Ｙ、Ｃ、Ｋの４色の帯電装置（２Ｍ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｋ）と現像装置（４Ｍ、４Ｙ、４Ｃ、４Ｋ）が設けられている。帯電装置２Ｍでは感光体１を一様に帯電させ、書き込み装置３によって感光体１を光走査することで感光体１上にマゼンタ色の静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置４Ｍによって現像し、マゼンタ色トナー像を感光体１上に形成する。ＹＣＫ色についてもマゼンタ色と同じようにしてトナー像を感光体１上に重ねて形成する。この重ね合わせトナー像は、転写前帯電装置５で電荷調整を行なった後、転写装置６において感光体１上から転写材である記録用紙７へと一括して（Ｍ、Ｃ、Ｙ、Ｋの４色のトナー像が全て同時に）転写される。記録用紙７へと転写されたトナー像は定着装置８において熱定着され、記録用紙７上の画像となる。

感光体１は、ベルト状の導電性基体上にＵＬ（アンダーレイヤー）層、電荷発生層、電荷輸送層を積層した積層型感光体である。この感光体１は、図１０中矢印方向に周速を１００ｍｍ／ｓｅｃで周回移動している。

この感光体１を帯電する帯電装置２Ｍ、２Ｙ、２Ｃ、２Ｋとして、例えば、上記実施例１のコロナ帯電装置２を用いる。この場合、第１帯電領域３１の通過直後には感光体１の表面電位Ｖｐ１がおよそ−５００Ｖに帯電され、第２帯電領域３２を通過直後には表面電位Ｖｐ２が−４００Ｖに均一に帯電されるようになっている。すなわち、２Ｙ、２Ｃ、２Ｋでは、トナー像の形成された感光体１表面を一旦大きな電位まで帯電させた後に、帯電電位を引き下げて狙いの帯電電位に制御するものである。ここで、第１帯電領域３１通過直後の感光体１の表面電位の絶対値｜Ｖｐ１｜と、第２帯電領域３２における第２グリッド電位の絶対値｜Ｖｇ２｜との関係は、｜Ｖｐ１｜／｜Ｖｇ２｜で１．０以上２．０以下の範囲が好ましい。｜Ｖｐ１｜／｜Ｖｇ２｜が２．０以上となると、下流部分の第２帯電領域３２で狙いの電位まで感光体１の表面電位を押し下げることが困難になるためである。さらに、より好ましくは、｜Ｖｐ１｜／｜Ｖｇ２｜は１．２以上１．８以下の範囲である。

書き込み装置３は、レーザーダイオード（ＬＤ）素子から光変調を施されたレーザー光が、感光体１表面上で結像するように光学素子を配置したものである。このレーザー光によって、感光体１上を走査することで、所望する画像に対応した静電潜像を感光体１上に形成する。この書き込み装置３では、波長が７８０ｎｍのＬＤ素子を使用している。転写前帯電装置５は、スコロトロン帯電器であり、感光体１上に重ねあわされたトナー像を−４００Ｖになるように帯電する。

転写装置６は、導電性と弾性とを有する転写ローラからなり、記録用紙７への転写時には記録用紙裏面から感光体１に対して押し当てられるように配置されている。この転写ローラには転写バイアスとして定電流制御（４０μＡ）されたバイアスが印加されている。

記録用紙７は用紙バンク（不図示）から搬送手段によって搬送されたあとに、レジストローラ１０で所定のタイミングを取り、転写装置６へと搬送される。転写装置６では、上述したように感光体１上のトナー像（４色分のトナー像）が記録用紙７上の所望の位置に転写される。定着装置８は、トナー像が転写された記録用紙を加熱・加圧することによって、トナー像が記録用紙上に定着され、機外へと排出される。

次に、フルカラー画像形成装置における入力画像データから出力用画像データを得るまでの画像処理装置について簡単に説明をおこなう。図１１は、フルカラー画像形成装置に採用される画像処理装置１１の概略構成図である。図１１において、入力画像データであるデジタル画像信号はＲＧＢ各色８ｂｉｔのカラー画像信号である。画像処理装置においては、ＭＴＦフィルタ処理部においてフィルタ処理を施された後に、色分解処理部においてＣＭＹＫデータへと変換される。その後、階調変換処理部において狙いの入出力特性を反映させるようにγ変換がほどこされた後、擬似中間調処理部において擬似中間調処理が施され、出力用の画像データを得る。出力用画像データはＣＭＹＫ各色４ｂｉｔのカラー画像信号である。上述の画像処理方法は、一例であって、本発明を限定するものではなく、これ以外の画像処理方法であっても、あるいは従来から提案されているものであっても問題はない。

次に、上述のようにして作成された出力用画像データに対応して動作する書き込み装置３（レーザー光学ユニット）の動作を説明する。ビデオ信号処理部では画像処理装置１１によって作成される出力画像用データを受け取り、発光点（ＬＤ：レーザーダイオード）の個数分のデータをラインメモリ上に記憶し、ポリゴンミラーの回転に同期した信号（いわゆる同期信号）に合せて、各画素に対応する上記ラインメモリ上のデータを所定のタイミング（画素クロック）で、ＰＷＭ制御部へと引き渡す。なお、この書き込み装置３では、発光点の数は、各色ともに１つである。ＰＷＭ制御部では、このデータがパルス幅変調（ＰＷＭ）信号へと変換され、ＬＤドライバへと引き渡される。ＬＤドライバでは、このパルス幅変調信号に対応して所定の光量でＬＤ素子（ＬＤアレイ）を光変調駆動する。そして、各色成分の出力用画像データに対応して、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行い、レーザーの光変調駆動をおこなうようになっている。ＬＤからの発光光は、コリーメートレンズにおいて平行光を形成するようになり、アパーチャ−により所望のビーム径に対応する光束に切り取られる。アパーチャー通過後の光束はシリンドリカルレンズを通過し、ポリゴンミラーへと入射される。ポリゴンミラーで反射された光束は、走査レンズ（f−θレンズ）によって集光されて、折り返しミラーで折り返したあとに、上述の感光体表面上で結像するようになっている。この書き込み装置３では、ＬＤによる光書込みを解像度６００ｄｐｉでおこなっている。また、ＰＷＭは６ｂｉｔの自由度を持つように製作してある。ただし、上述の画像処理装置１１においては、出力用画像データは擬似中間調処理での量子化後には、６００ｄｐｉ４ｂｉｔのデータに変換されることになるため、ＰＷＭ６ｂｉｔ中の４ｂｉｔを出力用画像データ（擬似中間調処理後のデータ）に対応づけて、ＬＤの発光を制御するようになっている。このため、ＬＤの発光の仕方としては出力用画像データに対応した４ｂｉｔ分（光らない状態を含めて１６通り）となる。このようにして、光変調されたレーザー光が、感光体１上に結像して走査されるために、感光体１上に所望の画像に対応した静電潜像を形成することができる。

次に、現像装置４Ｍ、４Ｙ、４Ｃ、４Ｋについて説明する。なお、現像装置４Ｍ、４Ｙ、４Ｃ、４Ｋについては、収容されるトナーの色が異なるのみで、同じ構成で同じ動作をおこなうものであるため、現像装置４として説明を行なう。図１２は、現像装置４の概略構成図である。現像装置４は、ケーシング４１と、現像領域にトナーを搬送するトナー担持体４２と、トナー担持体４２にトナーを供給するトナー供給手段であるトナー供給ローラ４３と、トナーを収容するトナー収容部４４と、トナー供給ローラ４３に対してトナーの補給をおこなうトナー補給装置４５と、トナー供給ローラ４３上に付着させるトナー量が一定になるように規制するトナー規制部材４６とを備えている。

トナー担持体４２は、直径１０ｍｍの円筒形状であり、静止した状態で感光体１に対して非接触に、例えばギャップを０．２０ｍｍを設けた状態で対向するよう配置される。このトナー担持体４２は、その表面に形成される進行波電界である搬送電界によりトナーを搬送するものであり、その構成動作については、後で詳しく説明する。トナー担持体４２は、トナー供給ローラ４３から供給されたトナーを現像領域まで搬送して、対向する感光体１上に形成された静電潜像のトナー像化をおこなう。トナー供給ローラ４３は、直径１２ｍｍの円筒形状であり、不図示の駆動手段によって、例えば回転数３２６ｒｐｍで回転している。そして、トナー担持体４２に対して現像領域のほぼ反対側で非接触で、例えばギャップを０．２０ｍｍを設けた状態で対向して配置される。トナー供給ローラ４３とトナー担持体４２との間には、１．３ｋＶの電位差を設けており、この電位差によりトナー供給ローラ４３からトナー担持体４２へトナーの供給をおこなっている。トナー規制部材４６は、トナー供給ローラ４３上に付着させるトナー量が一定になるよう役割をもつとともに、トナーがトナー供給ローラ４３およびトナー規制部材４６とに摺擦されることで所定の帯電量をもつようになっている。トナー補給装置４５は、トナー供給ローラ上４３のトナーが消費されて少なくなった場合には、補給装置を駆動してトナー収容部４４に収容されているトナーを供給ローラ４３側に補給する。

次に、現像装置４に用いられるトナーについて説明する。現像装置４に用いられるトナーは重合法によって作製をおこなった、いわゆる重合トナーであり、トナーの体積平均粒径が５．５μｍとなるように製造した。なお、トナーの体積平均粒径の測定は、コールターエレクトロニクス社製の粒度測定器「コールターカウンターＴＡII」を用い、アパーチャー径１００μｍで測定した。ほぼ同一の製法により、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナーについて作製をおこなった。なお、重合方のほか、分散重合法、粉砕法などによって作製したトナーであっても構わない。

そして、現像装置４により、トナー担持体４２の表面に付着量０．７ｍｇ／ｃｍ^２のトナー量を付着させ、これを現像領域に搬送して、感光体１上に形成された静電潜像の現像をおこなう。

次に、トナー担持体４２について詳細な説明をおこなう。図１３は、トナー担持体４２の概略図である。トナー担持体４２は、粉体であるトナーＴを搬送、ホッピング（現像）、回収するための電界を発生するための複数の電極２２１を表面に有する。このトナー担持体の各電極２２１に対しては駆動回路２２４から所要の電界を発生させるためのｎ相（ここでは３相）の異なる駆動波形Ｖａ〜Ｖｃが印加される。この駆動波形Ｖａ〜Ｖｃを与えた電極２２１の間に形成される進行波電界である搬送電界によって、トナーＴを感光体１の近傍まで移送し、感光体１の潜像にトナーＴを付着させてトナー像を形成し、現像で使用しなかったトナーＴをトナー担持体４２側に回収する。また、トナー担持体４２の各電極２２１に対しては、現像領域においては、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（トナー担持体側）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おこなうようにしてある。これにより、現像領域では感光体１上の潜像にトナーが付着して可視像化され、現像に寄与しなかったトナーは感光体１の回転方向（移動方向）下流部分で回収される。図１３における、トナー担持体４２の支持基板２２２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。ここでは、膜厚０．１ｍｍのポリイミドフィルムを使用した。電極２２１は、支持基板２２２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する。これらの複数の電極２２１のトナー進行方向における幅Ｌは移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下とし、かつ、電極２２１のトナー進行方向の間隔Ｒも移動させるトナーの平均粒径の１倍以上２０倍以下としている。ここでは、電極２２１は電極材料としてＡｌを使用し、２μｍの膜厚で形成した。また上記の幅Ｌ（電極２２１のピッチ）は５０μｍとした。表面保護層２２３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。ここでは、ＳｉＯ２を使用して、膜厚３μｍで形成した。

次に、このように構成したトナー担持体４２におけるトナーの静電搬送の原理について説明する。トナー担持体４２の複数の電極２２１に対してｎ相（ここでは３相）の駆動波形を印加することにより、複数の電極２２１によって移相電界（進行波電界）が発生し、トナー担持体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ホッピングと搬送を含んで移動する。例えば、トナー担持体４２の複数の電極２２１に対して、図１４に示すようにグランドＧ（０Ｖ）と負の電圧−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。このとき、図１５に示すように、トナー担持体４２上に負帯電トナーＴがあり、トナー担持体４２の連続した複数の電極２２１に同図に１で示すようにそれぞれ「−」、「−」、「Ｇ」、「−」、「−」が印加されたとすると、負帯電トナーＴは「Ｇ」の電極２２１上（中央の電極）に位置する。次のタイミングで複数の電極２２１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「−」の電極２２１との間で反発力が、右側の「Ｇ」の電極２２１との間で吸引力（鏡像力）がそれぞれ作用するので、負帯電トナーＴは右側の「Ｇ」の電極２２１側に移動する。さらに、次のタイミングで複数の電極２２１には３に示すようにそれぞれ「Ｇ」、「−」、「−」、「Ｇ」、「−」が印加され、負帯電トナーＴは右側に１ずれた「Ｇ」の電極２２１側に移動する。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、トナー担持体４２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は搬送及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。

次に、図１３に示す駆動回路２２４の構成について図１６に基づき説明する。この駆動回路２２４は、パルス信号を生成出力するパルス信号発生回路２２５と、このパルス信号発生回路２２５からのパルス信号を入力して駆動波形Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを生成出力する波形増幅器２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃとを有する。パルス信号発生回路２２５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１組み（３つで１組み）パルスで、次段の波形増幅器２２６ａ、ｂ、ｃ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１００〜５００Ｖ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。

本実施形態では、トナー担持体２４の３相の電極２２１に対して、図１７に示すような駆動電圧を印加した。この波形は、ピーク間電圧３００Ｖであって、いわゆるデューティー比が５０％の交流成分に、−３００Ｖの直流成分を重畳した電圧波形である。本実施形態では、６６７Ｈｚの周波数で駆動している。現像領域でトナーによる潜像の現像のきっかけとなる現像バイアスは、ここでは上記の駆動電圧の時間平均値であると考える。つまり、現像バイアスは−３００Ｖとなる。このような波形の駆動電圧をトナー担持体４２に印加することで、トナーをトナー担持体４２によって現像領域に搬送することができ、さらに、現像領域のおいてもトナーを画像領域に付着させることができる。

このように、トナー担持体４２上のトナーは、電極２２１に印加された駆動電圧によって、現像領域へと搬送されるため、非静止状態に保持された状態になっている。また、すでに説明したようにトナー担持体４２上にはトナーが０．７ｍｇ／ｃｍ^２の付着量で担持されている。現像領域では、トナー担持体４２には現像バイアスとして−３００Ｖが印加されているため、画像領域にはトナーが付着する。このとき画像領域の感光体１上のトナー付着量は、０．７ｍｇ／ｃｍ^２となっていた。

トナー担持体４２上を搬送されるトナーは、トナー担持体４２の電極ピッチが１５０μｍ（５０μｍピッチの３層電極のため）、駆動電圧の周波数が６６７ｋＨｚであるため、移動速度は１００ｍｍ／ｓｅｃである。トナー担持体４２上のトナー量は、０．７ｍｇ／ｃｍ^２であるので、トナー担持体４２上のトナー搬送量は、７ｍｇ／（ｃｍ・ｓｅｃ）となっている。これに対して、現像領域通過後の感光体１上のトナー付着量は上述したように０．７ｍｇ／ｃｍ^２、感光体１の線速は１００ｍｍ／ｓｅｃであるので、画像領域ではトナー担持体４２上に保持されている全てのトナーが感光体１側に移動したことになる。すなわち、本実施形態の構成では、感光体１上に現像されるトナーの付着量が、トナー担持体４２上に保持されるトナー量によって規制された状態が実現されている。なお、感光体上に色重ねを行なう際に、既に感光体１上に形成されているトナー像を乱すことがないよう、感光体１とトナー担持体４２とが非接触に対向している、非接触現像となっている。また、トナー担持体４２上では、トナーを非静止状態で保持するという特徴がある。この特徴のため、低電位現像バイアス（現像バイアスの平均値は、−３００Ｖ）にもかかわらず、感光体１上のトナー付着量０．７ｍｇ／ｃｍ^２といった十分な付着量を確保することができる。

また、本実施形態のフルカラー画像形成装置では、上述のように、第１帯電領域３１の通過直後には感光体１の表面電位Ｖｐ１がおよそ−５００Ｖに帯電され、第２帯電領域３２を通過直後には表面電位Ｖｐ２が−４００Ｖに均一に帯電されるようになっている。すなわち、２Ｙ、２Ｃ、２Ｋでは、トナー像の形成された感光体１表面を一旦大きな電位まで帯電させた後に、帯電電位を引き下げて狙いの帯電電位に制御するものである。したがって、感光体１上に形成されたトナー層の電荷量を低減する効果を得ることができるため、重ねてトナー像を形成する際のトナー付着量が減少してしまうといった問題の低減に寄与することができる。よって、重ねて形成するトナー像の付着量の減少に起因する、狙いの色を再現することができないといった問題や、色再現範囲の減少の問題を解決することができ、高品位画像を得ることができるようになる。

なお、上記フルカラー画像形成装置では、実施例１のコロナ帯電装置２を用いて本発明の作用効果を説明したが、実施例２のコロナ帯電装置２を用いることも可能であり、同様の作用効果が得られる。この場合も、第１帯電領域３１通過直後には感光体１の表面電位の絶対値｜Ｖｐ１｜と、第２帯電領域３２における第２グリッド電位の絶対値｜Ｖｇ２｜との関係は、｜Ｖｐ１｜／｜Ｖｇ２｜で、１．０以上２．０以下の範囲が好ましい。｜Ｖｐ１｜／｜Ｖｇ２｜が２．０以上となると、下流部分の第２帯電領域３２で狙いの電位まで感光体電位を押し下げることが困難になるためである。さらに、より好ましくは、｜Ｖｐ１｜／｜Ｖｇ２｜は、１．２以上１．８以下の範囲である。

次に、現像装置４の変形例１について説明する。図１２の現像装置では、トナー担持体４２は固定されていたが、無端状に形成し、回転自在にしてもよい。具体的には、トナー担持体４２がギヤなどを介して駆動手段に接続されるように構成する。そして、作像動作時にはトナー担持体４２を静止させて上述と全く同じ動作をするようにし、非画像作像時のタイミングでトナー担持体４２を回転するようにする。このトナー担持体の回転は、トナー担持体の周速が５０ｍｍ／ｓｅｃとなるようにした。

さらに、作像動作時においてもトナー担持体４２を回転させるようにしてもよい。例えば、作像動作中にトナー担持体４２の周速が５０ｍｍ／ｓｅｃで回転させると、電極の構成や駆動電圧の周波数は上述の現像装置４と同じであるので、現像領域でのトナーの移動速度は１５０ｍｍ／ｓｅｃとなる。そこで、トナー担持体４２上のトナー付着量を０．４７ｍｇ／ｃｍ^２になるように、トナー補給ローラ４３に印加する電圧を調整した。具体的には、トナー補給ローラ４３とトナー担持体４２との間に印加する電圧を１．２ｋＶにすることで、トナー担持体４２上のトナー付着量を調整した。すなわち、トナー担持体４２に印加する駆動電圧でトナーを搬送するとともに、トナー担持体４２自体を回転させることで、トナー担持体４２上のトナー担持量が少なくても、より多くのトナーを現像領域に搬送する。トナー担持体４２上のトナー担持量が少ないほうが、温度や湿度の変化によって搬送量が変わってしまうといった悪影響をうけづらいので、安定性の高いトナー搬送を実現できる。

次に、現像装置の変形例２について説明する。変形例２の現像装置の構成は、変形例１の現像装置とほぼ同じであり、トナー担持体４２を無端状に形成し、回転自在とする。さらに、トナー担持体４２に配置される電極には進行波電界である搬送電界を発生させる役割はなく、振動電界を形成するようにする。図１８は、変形例２のトナー担持体４２の概略構成図である。変形例２の現像装置では、トナー担持体４２の電極２２１には振動電圧を印加することでトナーを非静止状態に担持するように構成してあり、搬送電界によってトナーを搬送することは行なわず、同じ位置でトナーが往復運動を行なうようになる。また、変形例２の現像装置のトナー担持体４２は図１８の矢印方向に周速１００ｍｍ／ｓｅｃで回転させている。このように実施例７では、現像領域へのトナーの搬送は、トナー担持体４２の電極２２１が形成する搬送電界ではなく、トナー担持体４２の回転移動によっておこなう。

変形例２の現像装置では、トナー担持体２４の２相の電極２２１に対して、図１９に示すような駆動電圧を印加した。この波形は、ピーク間電圧３００Ｖであって、いわゆるデューティー比が５０％の交流成分に、−３００Ｖの直流成分を重畳した電圧波形である。本実施形態では、１ＫＨｚの周波数で駆動している。このような駆動電圧を印加することで、変形例２の現像装置ではトナー担持体４２上のトナーを、非静止状態で担持する。そして、トナー担持体４２を回転することで、担持したトナーを現像領域に搬送する。また、この駆動電圧の時間的平均値である−３００Ｖが、現像バイアスに相当している。この現像バイアスによって、現像領域において、トナーを感光体１に移動させて、静電潜像の現像を行なう。

変形例２の現像装置においても、トナー担持体４２上のトナー量が０．７ｍｍ／ｃｍ^２となるように、トナー供給ローラ４３とトナー担持体４２との間に印加する電圧を調整して１．３ｋＶとした。このため、トナー担持体４２が搬送するトナー量は、上述の現像装置４と同じで０．７ｍｇ／ｃｍ^２となる。したがって、変形例２の現像装置においても、画像領域ではトナー担持体４２上に保持されている全てのトナーが感光体１側に移動したことになる。

以上、本実施形態のコロナ帯電装置２によれば、コロナ電極２１に直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加してコロナ放電電荷を発生させる。そして、ケース２２の開口部２３の上流部分の第１帯電領域３１では、グリッド電極を配置しない、または、比較的高いグリッド電位の第１グリッド電極２６を配置することにより、コロナ放電電荷の感光体１への供給量を多くする。よって、第１帯電領域３１では、十分なコロナ放電電荷が感光体１へ供給されることになり、高速にも対応可能となる。また、開口部の下流部分の第２帯電領域３２では、コロナ電極２１と感光体１とを目標とする電位に近い適当なグリッド電位のグリッド電極を配置して、グリッド電極により被帯電体へのコロナ放電電荷を制御して、グリッド電圧近傍に均一帯電させる。このように、第１帯電領域３１で高速帯電性を得て、第２帯電領域３２で均一帯電性を得ることで両方の機能を両立させることができる。なお、このコロナ帯電装置２の開口幅は通常のスコロトロン帯電装置の開口幅と同等であり、交流型スコロトロン帯電装置でケース開口幅を広げたものや、直流交流ダブルチャージャ帯電装置に比べて小さいままである。すなわち、帯電装置を大きくすることなく均一帯電性を得ると共に、高速帯電性を向上させることができる。
また、第１帯電領域３１にグリッド電極を配置しないものでは、コロナ放電電荷を非常に効率よく感光体１に供給することができる。よって、特に高速帯電性に優れたものとすることができる。
また、第１帯電領域３１ではコロナ電極２１と感光体１とが高めの第１グリッド電位Ｖｇ１の第１グリッド電極２６を配置したものでは、第１帯電領域３１で高速対応性を向上させるとともに、グリッド電極がないものに比べある程度の均一性を得る。すなわち、第１帯電領域３１である程度の均一帯電性を得て、第２帯電領域３２で充分な帯電均一性を得るようにし、帯電均一性が効果的に得る。よって、特に帯電均一性の優れたものとすることができる。
また、ケース２２の開口部２３の上流部分の第１帯電領域３１で表面電位を｜Ｖｐ１｜という高い電位まで上げ、下流部分の第２帯電領域３２でグリッド電位の絶対値｜Ｖｇ２｜と低くすることで、感光体１上を一旦高く帯電させた後に交流成分で除電する。このような交流成分を印加するコロナ帯電装置２を、感光体１上色重ね合わせ方式の画像形成装置に採用すると、感光体１上に形成されているトナー層の帯電量を減少させることが可能である。従って、帯電装置を大きくすることなく、重ねて形成されるトナー像の付着量の減少を低減することもできる。よって、重ねて形成されるトナー像の付着量の減少に起因する、狙いの色を再現することができないといった問題や、色再現範囲の減少の問題を解決することができ、高品位画像を得ることができる。
また、通常の画像形成装置では、帯電均一性を５Ｖ以下にすることができれば、出力画像に影響をあたえることはほとんど無く、高品位の画像出力が可能となる。コロナ帯電装置２では、第１帯電領域３１の開口幅Ｗ１、第２帯電領域３２の開口幅Ｗ２、全開口幅をＷ（＝Ｗ１＋Ｗ２）とし、第２帯電領域３２の開口幅Ｗ２と全開口幅Ｗとの関係 Ｗ２／Ｗの値が、０．５以上１．０未満の範囲で帯電均一性を小さく（５Ｖ以下）できるということを、上述の実験により見出した。すなわち、第１帯電領域３１の開口幅Ｗ１、第２帯電領域３２の開口幅Ｗ２との関係が Ｗ１＜Ｗ２ とすることで、帯電均一性を小さく（５Ｖ以下）できる。
また、高速帯電性を向上させるには、グリッド電極に流れるコロナ放電電荷量が少なく、感光体１側に供給される放電電荷量が増えるようにするため、グリッドの開口密度を大きくすることが望ましい。しかしながら、開口密度が大きくなりすぎると感光体１の均一帯電性が損なわれる。そこで、上流部分での第１グリッド電極２６の開口密度ρ１と、下流部分の第２グリッド電極２７の開口密度ρ２との関係を、ρ１＞ρ２とする。これにより、第１グリッド電極２６では、それほど精度よく均一帯電性を実現する必要はなく、おおよそ狙いの値の近くまで感光体１を帯電させて高速帯電性を向上させておく。そして、下流部分の第２グリッド電極２７で均一帯電性を得るようにする。
また、このようなコロナ帯電装置２を、感光体上色重ね合わせ方式の画像形成装置に採用する。感光体１周りのスペースの余裕はない感光体上色重ね合わせ方式の画像形成装置にとっては、高速帯電性と均一帯電性が優れている小型の帯電装置を採用できるという大きなメリットと成る。さらに、コロナ帯電装置２の上流部分で一旦、感光体１を狙いの帯電電位よりも大きな値まで帯電させた後に、下流部分で除電して感光体を狙いの帯電電位まで下げるように制御できる。これにより、感光体１上にすでに形成されたトナー像の帯電量を小さくすることができ、トナー像の付着量が減少することを低減することができる。これにより、高品位画像を得ることができる。
また、感光体上色重ね合わせ方式の画像形成装置に採用する現像装置４のトナー担持体４２は、トナーを非静止状態で保持するものとする。トナー担持体４２上のトナーが非静止状態で保持されるため、トナーとトナー担持体４２との付着力がとても小さくなり、感光体１上にトナーが付着した状態での感光体電位が、現像バイアスと等しくなった時点で現像が終了する。すなわち、低電位現像が可能となる。ここで、感光体上色重ね合わせ方式では、感光体１上にトナー層が形成された状態では、その上にさらにトナー層を重ねるためには大きな現像バイアスが必要になる。上述のように、本実施形態のコロナ帯電装置２を採用することで、すでに感光体１上に形成されたトナー像の電荷量を小さくして付着量低下をある程度低減することはできる。しかしながら、トナー層の上からトナー層を形成する場合、トナー付着量が減少することの原因としてこれ以外に以下の二つが考えられる。これは、すでに形成されているトナー層によって、書き込み光が吸収されてしまうという露光後電位の上昇と、トナー層の厚みによってトナー付着時の電位上昇が大きくなることによる現像トナー量の減少である。この他の２つの原因に対しては、コロナ帯電装置の改良では改善できない事項であり、トナー層の上からトナー層を形成する場合に同程度のトナー付着量を得ようとすると、以前、次第に現像バイアスを大きくしていかなけらばならないという問題がある。このように、感光体上色重ね合わせ方式では、トナー層を積層していくに従って現像バイアスを大きくする必要があり、トナー担持体４２から感光体１への放電や、現像装置４の絶縁性を高める必要があるという問題を引き起こす。ここで、トナー担持体４２上のトナーが非静止状態で保持される現像装置では、単色で必要となる現像バイアスを小さくすることができ、これらの問題を低減することができる。このように、感光体上色重ね合わせ方式に、上述のコロナ帯電装置２と、トナーが非静止状態で保持するトナー担持体４２とを合わせて採用することで、重ねて形成されるトナー像の付着量の減少を効果的に低減することができる。よって、重ねて形成されるトナー像の付着量の減少に起因する、狙いの色を再現することができないといった問題や、色再現範囲の減少の問題を解決することができ、高品位画像を得ることができる
また、トナー担持体４２としては、所定の間隔で並べて配置された複数の電極２２１に多相の電圧を印加されることで複数の電極間に形成される進行波電界を用いて、感光体との対向領域にトナー搬送しながら、トナー担持体上でトナーをホッピングさせるものがある。これにより、トナー担持体４２上にトナーを非静止状態で保持することができる。なお、このトナー担持体４２は駆動しないで用いられるので、トナー漏れにより機内の汚染や画像への付着といったトラブルの起こりづらい画像形成装置を実現することができる。これは、駆動部分が多い場合にはその部分が摺擦されるため、摺擦部分から現像装置内のトナーが漏れが起こりやすいが、このトナー担持体は静止しているためこのような問題が起こり難いといえる。また、トナー担持体４２を駆動しない構成であることから、感光体１とトナー担持体４２との距離を一定に維持しやすく、メカ設計をおこなう上で設計自由度が大きいというメリットがある。
さらに、上記進行波電界を用いて感光体１との対向領域にトナー搬送するもので、トナー担持体４２自体が表面移動させてもよい。この現像装置４では、複数の電極間２２１に形成される進行波電界によってトナーを担持しつつ移送するように構成するとともにトナー担持体４２自体の表面移動にともなって、トナー担持体上のトナーを感光体との対向領域に搬送する。ここで、画像形成時にはトナー担持体４２を静止させ、非画像形成時に表面移動するものは、例えば、感光体１に対向している部分に異常が生じたような場合であっても、この部分を移動することで正常な部分を感光体１に対向させることができ、頻繁にトナー担持体４２を交換する必要が無くなる。
また、画像形成時にもトナー担持体４２を表面移動させるものでは、上記進行波電界によるトナーの搬送に加え、トナー担持体４２自体の表面移動による搬送が可能となる。 トナー担持体４２自体の表面移動による搬送が加わることで、トナー担持体４２上のトナー担持量が少なくても、より多くのトナーを現像領域に搬送することができる。トナー担持体４２上のトナー担持量が少ないほうが、温度や湿度の変化によって搬送量が変わってしまうといった悪影響をうけづらいので、安定性の高いトナー搬送を実現できる。
また、トナー担持体として、所定の間隔で並べて配置された複数の電極２２１に多相の電圧を印加されることで複数の電極間に形成される形成された振動電界を用いて、トナー担持体４２上にトナーを非静止状態で保持する。さらに、トナー担持体４２の表面移動によりトナー担持体４２上のトナーを感光体１との対向領域に搬送する。この現像装置４では、複数の電極間に形成される振動電界により、トナーの搬送をおこなわずに同じ位置で往復運動を繰り返すので、トナーはトナー担持体４２の表面に非静止状態で保持されているが、平均（時間平均）的にはトナー担持体上の同じ位置にとどまっている。そして、トナーの現像領域への移送はトナー担持体４２の表面が移動することで行なわれる。このように、電界によりトナーの搬送は行わないので、トナー担持体４２上に異物が付着するなどのトラブルによって、トナーが異物にトラップされて異物ようり下流部分にうまく搬送できないといったような問題が発生しない。つまり、トナー担持体４２に対する異物付着に対してタフな現像装置を提供できる。また、このようなトナー担持体を用いることで、比較的広い範囲のトナー量をトナー担持体の表面に保持することができ、自由度が大きいというメリットがある。
また、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）、Ｋ（ブラック）、４色の現像装置を備えたカラー画像形成装置に用いることで、高品位なフルカラー画像を得ることが可能と成る。

本実施形態に係るフルカラー画像形成装置に採用される実施例１のコロナ帯電装置の概略構成を示す断面図。 実施例１のコロナ帯電装置を被帯電体である感光体側から見た図。 実施例１のコロナ帯電装置のグリッド電極のメッシュ部分の説明図。 実施例２のコロナ帯電装置の概略構成を示す断面図。 実施例２のコロナ帯電装置を被帯電体である感光体側から見た図。 実施例２のコロナ帯電装置のグリッド電極のメッシュ部分の説明図。 実施例１、２、比較例１のコロナ帯電装置を用いた場合の感光体の移動速度と感光体の帯電電位の関係を示すグラフ。 実施例１のコロナ帯電装置を用いた場合のグリッド幅と帯電均一性の関係を示すグラフ。 実施例２のコロナ帯電装置を用いた場合のグリッド幅と帯電均一性の関係を示すグラフ。 本実施形態に係るフルカラー画像形成装置の概略構成図。 同フルカラー画像形成装置の画像処理装置の概略構成図。 同フルカラー画像形成装置の現像装置の概略構成図。 同現像装置に採用されるトナー担持体の概略構成図。 トナー担持体に印加される駆動電圧波形の説明図。 駆動電圧波形によるトナー搬送モデル図。 駆動回路の概略構成図。 駆動電圧波形の一例の説明図。 同現像装置に採用されるトナー担持体の変形例２の概略構成図。 トナー担持体に印加される駆動電圧波形の一例の説明図。 スコロトロン帯電装置における帯電電位と帯電時間との関係を示した図。

符号の説明

１ 感光体
２Ｍ，２Ｙ，２Ｃ，２Ｋ 帯電装置
３ 書き込み装置
４Ｍ，４Ｙ，４Ｃ，４Ｋ 現像装置
５ 転写前帯電装置
６ 転写装置
７ 記録用紙
８ 定着装置
９ クリーニング装置
１０ レジストローラ
１１ 画像処理装置
１２ ビデオ信号処理部
２１ コロナ電極
２２ ケース
２３ 開口部
２５ グリッド電極
２５ａ グリッド電極のメッシュ部分
２５ｂ グリッド電極の開口部分
２６ 第１グリッド電極
２６ａ 第１グリッド電極のメッシュ部分
２６ｂ 第１グリッド電極の開口部分
２７ 第２グリッド電極
２７ａ 第２グリッド電極のメッシュ部分
２７ｂ 第２グリッド電極の開口部分
２８ 第１高圧電源
２９ 第２高圧電源
３０ 第３高圧電源
３１ 第１帯電領域
３２ 第２帯電領域
３３ 絶縁体
４１ ケーシング
４２ トナー担持体
４３ トナー供給ローラ
４４ トナー収容部
４５ トナー補給装置
４６ トナー規制部材
２２１ 電極
２２２ 支持基盤
２２３ 表面保護層
２２４ 駆動回路
２２５ パルス信号発生回路
２２６ａ、ｂ、ｃ 波形増幅器

Claims (8)

1. 表面移動する被帯電体に近接し、該被帯電体と対向する側に開口部を有するケースと、該ケースの内部に配置される放電電極とを備え、該放電電極に電圧を印加してコロナ放電を発生させ、該ケースの開口部から該被帯電体表面に向けてコロナ放電電荷を供給して該被帯電体表面を帯電させるコロナ帯電装置において、
   上記放電電極に印加する電圧が直流電圧に交流電圧を重畳した電圧であり、上記ケースの開口部の上記被帯電体の表面移動方向の上流部分で所定の電圧が印加され第１グリッド電位（Ｖｇ１）になる第１グリッド電極を配置する第１帯電領域と、下流部分で所定の電圧を印加され該被帯電体の目標帯電電位に近い第２グリッド電位（Ｖｇ２）になる第２グリッド電極を配置する第２帯電領域とを有し、該第１帯電領域通過後の該被帯電体の表面電位の絶対値｜Ｖｐ１｜と、該第２帯電領域における第２グリッド電位の絶対値｜Ｖｇ２｜との関係が、｜Ｖｐ１｜＞｜Ｖｇ２｜を満たし、かつ、上記被帯電体の表面移動方向に関する上記第１帯電領域の開口幅Ｗ１と、上記第２帯電領域の開口幅Ｗ２との関係が、Ｗ１＜Ｗ２を満たすよう構成したことを特徴とするコロナ帯電装置。
2. 請求項１のコロナ帯電装置において、上記第１グリッド電極における単位面積あたりの開口面積である開口密度をρ１と、第２のグリッド電極における開口密度をρとの関係が、ρ１＞ρ２を満たすことを特徴とするコロナ帯電装置。
3. 像担持体と、該像担持体を帯電する複数の帯電装置と、該像担持体を露光し静電潜像を形成する露光装置と、該像担持体上の静電潜像をトナー像化する複数の現像装置と、該像担持体上のトナー像を被転写体に転写する転写装置とを備え、該像担持体上に複数のトナー像を重ねて現像し、該重ねて現像したトナー像を該転写装置により該被転写体上に一括転写する画像形成装置において、
   上記帯電装置の少なくとも１つが請求項１または２のコロナ帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３の画像形成装置において、上記現像装置を構成するトナー担持体は、トナーを非静止状態で担持するトナー担持体であることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３の画像形成装置において、上記現像装置を構成するトナー担持体は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極と、該電極に多相の電圧を印加する電源とを備えており、該電源により複数の電極間に印加される電圧により形成される進行波電界により、トナーを担持しながら上記像担持体との対向領域に搬送することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項３の画像形成装置において、上記現像装置を構成するトナー担持体は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極と、該電極に多相の電圧を印加する電源とを備え、かつ、トナー担持体表面が移動可能であり、該電源により複数の電極間に印加される電圧により形成される進行波電界によってトナーを担持しながら上記像担持体との対向領域に搬送するとともに、該トナー担持体の表面移動により該トナー担持体上のトナーを該像担持体との対向領域に搬送することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項３の画像形成装置において、上記現像装置を構成するトナー担持体は、所定の間隔で並べて配置された複数の電極と、該電極に電圧を印加する電源とを備え、かつ、トナー担持体表面が移動可能であり、該電源により複数の電極間に印加される電圧により形成される振動電界によってトナーを非静止状態で担持するとともに、該トナー担持体の表面移動により該トナー担持体上のトナーを該像担持体との対向領域に搬送することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記複数の現像装置がシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナー像を形成する４つの現像装置であることを特徴とする画像形成装置。

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