JP2001154439A5 - - Google Patents
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Description
【書類名】 明細書
【発明の名称】 カラー画像形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ブラックトナーを用いる画像形成部と、ブラックトナー以外の互いに異なる色のトナーを用いる複数の画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を最終段の画像形成部として配置し、該最終段の画像形成部以外の画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記ブラックトナーを用いる画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項２】 イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を最終段の第４画像形成部として配置し、第１画像形成部、第２画像形成部、第３画像形成部および第４画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記第４画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項３】 イエロートナーを用いる画像形成部を第１画像形成部、マゼンタトナーを用いる画像形成部を第２画像形成部、シアントナーを用いる画像形成部を第３画像形成部、ブラックトナーを用いる画像形成部を第４画像形成部として、それぞれ配備したことを特徴とする請求項２に記載のカラー画像形成装置。
【請求項４】 イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を最終段の第４画像形成部として配置し、第２画像形成部、第３画像形成部および第４画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記第４画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項５】 イエロートナーを用いる画像形成部を第１画像形成部、マゼンタトナーを用いる画像形成部を第２画像形成部、シアントナーを用いる画像形成部を第３画像形成部、ブラックトナーを用いる画像形成部を第４画像形成部として、それぞれ配備したことを特徴とする請求項４に記載のカラー画像形成装置。
【請求項６】 イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を第３画像形成部として配置し、第１画像形成部、第２画像形成部、第３画像形成部および最終段の第４画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記第３画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項７】 イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を第２画像形成部として配置し、第１画像形成部、第２画像形成部、第３画像形成部および最終段の第４画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記第２画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項８】 前記第１、第２、第３および第４画像形成部のすべてが２成分磁気ブラシ現像法によるものであり、前記ブラックトナーを用いる画像形成部では、現像器内のブラックトナーの濃度測定を、透磁率センサーによる透磁率測定によって行うとともに、該透磁率が所定範囲内にあるように、前記現像器に適宜色のトナーを適宜量補給することにより、前記現像器内のブラックトナーのトナー濃度を所定範囲内に制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原図をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像に色分解し、これらの色分解画像に対応する着色トナーを用いて転写紙等の転写部材へ単色画像を順次転写することで最終カラー画像を得るカラー複写機、カラープリンタ、カラーファクシミリに代表されるフルカラー画像形成装置に関し、より詳しくは、未転写トナー（転写残トナー）を再使用するためのトナーリサイクルシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モノクロ複写機やモノクロプリンタでは、廃棄トナー用タンクを必要としないトナーリサイクルシステムが搭載されることが多くなってきた。しかし、フルカラー複写機や、フルカラープリンタでは、モノクロよりも高画質が要求されていること、混色の問題等により、トナーリサイクルシステムは殆ど実用化されていない。上記カラー画像形成装置では、高画質が要求されているため画像面積率の高い原稿が多く、したがってベタの追従性が重要である。２成分磁気ブラシ現像法を使用するフルカラー画像形成装置では、高トナー濃度で使用することが多く、地肌汚れに対する余裕度が低い。さらに、トナーリサイクルシステムを搭載した場合、リサイクルトナーの帯電量低下が原因して、地肌汚れを防止するうえで不利となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、長期間使用しても画質変化の生じないトナーリサイクル機構を搭載したフルカラーコピー、フルカラープリンタ等のカラー画像形成装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため本発明は、高画像面積の原稿が少なく、ベタ追従性の必要度が低い黒現像器（ブラックトナーを用いる現像器）に、それぞれの単色画像形成部の感光体から未転写トナーを除去して戻すことにより、単色画像形成部におけるトナー濃度制御の精度を上げるように構成したものである。
請求項１に記載のカラー画像形成装置は、ブラックトナーを用いる画像形成部と、ブラックトナー以外の互いに異なる色のトナーを用いる複数の画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を最終段の画像形成部として配置し、該最終段の画像形成部以外の画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記ブラックトナーを用いる画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２に記載のカラー画像形成装置は、図１に示すように、イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材Ｐへ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを最終段の第４画像形成部Ｇ４として配置し、第１画像形成部Ｇ１、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナーＴｒを前記第４画像形成部Ｇ４の現像器Ｄ４に回収し、該回収トナーを前記現像器Ｄ４に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載のカラー画像形成装置は、図１に示すように、請求項２においてイエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４として、それぞれ配備したことを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載のカラー画像形成装置は、図２に示すように、イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材Ｐへ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを最終段の第４画像形成部Ｇ４として配置し、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナーＴｒを前記第４画像形成部Ｇ４の現像器Ｄ４に回収し、該回収トナーを前記現像器Ｄ４に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載のカラー画像形成装置は、図２に示すように、請求項４において、イエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４としてそれぞれ配備したことを特徴とする。なお、図２の画像形成装置では、第１画像形成部Ｇ１の感光体から除去した未転写トナーＴｒをこの第１画像形成部Ｇ１の現像器Ｄ１に回収し、この回収トナーを、上記現像器Ｄ１に供給された未使用のイエロートナーとともに画像形成に再使用するように構成されている。
【０００９】
請求項６に記載のカラー画像形成装置は、図３に示すように、イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材Ｐの移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材Ｐへ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第３画像形成部Ｇ３として配置し、第１画像形成部Ｇ１、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および最終段の第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナーＴｒを前記第３画像形成部Ｇ３の現像器Ｄ３に回収し、該回収トナーを前記現像器Ｄ３に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載のカラー画像形成装置は、図４に示すように、イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材Ｐの移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材Ｐへ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第２画像形成部Ｇ２として配置し、第１画像形成部Ｇ１、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および最終段の第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナーＴｒを前記第２画像形成部Ｇ２の現像器Ｄ２に回収し、該回収トナーを前記現像器Ｄ２に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項８に記載のカラー画像形成装置は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記第１、第２、第３および第４画像形成部Ｇ１〜Ｇ４のすべてが２成分磁気ブラシ現像法によるものであり、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧでは、現像器内のブラックトナーのトナー濃度測定（より正確には、現像剤のトナー濃度測定）を、透磁率センサーによる透磁率測定によって行うとともに、該透磁率が所定範囲内にあるように、前記現像器に適宜色のトナーを適宜量補給することにより、前記現像器内のブラックトナーのトナー濃度を所定範囲内に制御することを特徴とする。
【００１２】
以下、本発明を完成させるために行った検討内容および結果について、図面をもとに説明する。図９は本発明を完成させるための実験に使用した、トナーリサイクル機構を搭載したカラー画像形成装置（感光体フルカラーシステム）の構成説明図である。図1０は上記実験の結果に係るもので、転写器への印加電圧と、逆転写トナー量との関係を示すグラフである。
【００１３】
上記カラー画像形成装置では、互いに色の異なる複数の単色画像形成部が転写部材Ｐの移動方向に沿って直列に４段に設けられている。具体的には、イエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４として、転写部材Ｐ（転写紙など）の移動方向に沿って順に配備されている。
【００１４】
そして、像担持体である感光体１ａ〜１ｄの周辺には、それぞれ以下のものが配備されている。すわなち、色分解された画像データを露光する露光器（書き込み）２ａ〜２ｄ、上記感光体の表面を帯電させる帯電器３ａ〜３ｄ、上記色分解された画像データに対応する着色トナー（現像剤）を有する現像器４ａ〜４ｄ、感光体上のトナー像を転写部材Ｐに転写する転写器５ａ〜５ｄ、感光体上の未転写トナー（転写残トナー）を除去するクリーナ６ａ〜６ｄ、感光体と上記転写器との間を循環走行する無端状の搬送ベルト（転写ベルト）７、上記クリーナにより除去されたトナーを上記現像器に搬送するリサイクル機構（回収装置）８ａ〜８ｄが配置されている。これらのリサイクル機構８ａ〜８ｄは、トナーの搬送機構であり、スクリューコンベアがその代表的なものである。なお、図１において符号１１は駆動ローラ、符号１２は従動ローラを示している。
【００１５】
この画像形成装置の作用について説明すると、搬送ベルト７の走行により転写部材Ｐが図９において左向きに搬送される。この間において転写部材Ｐには、第１画像形成部〜第４画像形成部でイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの順にトナー像が転写される。例えば、第１画像形成部Ｇ１では感光体１ａ上のイエローのトナー像が転写部材Ｐに転写され、第２画像形成部Ｇ２では感光体１ｂ上のマゼンタのトナー像が転写部材Ｐの上記イエロートナー像上に重複した状態で転写される。このようにして最終段の第４画像形成部Ｇ４では、転写部材Ｐ上にイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックのトナー像が重複して形成されることになる。
【００１６】
また、第１画像形成部Ｇ１の感光体１ａ表面から除去されたイエローの未転写トナーは、上記クリーナ６ａで除去され、リサイクル機構８ａにより現像器４ａに回収され、この回収トナーは、この現像器４ａに供給された未使用のイエロートナーとともに画像形成に使用される。同様にして、第２画像形成部Ｇ２〜第４画像形成部Ｇ４の感光体１ｂ〜１ｄの表面から除去された未転写トナーは、クリーナ６ｂ〜６ｄで除去され、リサイクル機構８ｂ〜８ｄにより現像器４ｂ〜４ｄに回収され、これらの回収トナーは、これら現像器４ｂ〜４ｄに供給された未使用のトナーとともに画像形成に再度使用される。このように、図９の画像形成装置では、それぞれの画像形成部で発生した未転写トナーを、この発生元の画像形成部にリサイクルするように構成されている。
【００１７】
説明の便宜上、現像器４ａに収容された着色トナーを第１色、現像器４ｂに収容された着色トナーを第２色、現像器４ｃに収容された着色トナーを第３色、現像器４ｄに収容された着色トナーを第４色とする。図９の画像形成装置ではそれぞれの画像形成部が独立しており、上記のようにクリーナ６ａ〜６ｄは、現像器４ａ〜４ｄ内の着色トナーの転写残トナーを除去するようになっている。
【００１８】
したがって、これら現像器４ａ〜４ｄ内のトナー色は一種類のはずである。すなわち、例えば第１画像形成部Ｇ１のクリーナ６ａで除去・回収されるトナーは第１色のトナーのはずであり、第４画像形成部Ｇ４のクリーナ６ｄで除去・回収されるトナーは第４色のトナーのはずである。
【００１９】
しかし、現実には他の画像形成部のトナーが存在し、混色が発生している。それぞれのクリーナで除去されるトナーは以下のとおりである。
（１）クリーナ６ａでは第１色トナーのみが除去され、
（２）クリーナ６ｂでは第１色トナーおよび第２色トナーが除去され、
（３）クリーナ６ｃでは第１色トナー、第２色トナーおよび第３色トナーが除去され、
（４）クリーナ６ｄでは第１色トナー、第２色トナー、第３色トナーおよび第４色トナーが除去される。
つまり、「Ｎ番目の画像形成部のクリーナで除去されるトナーには、Ｎ番目の色のトナーに、それよりも上流側（転写部材Ｐの移動方向での前段側）にあるすべての色の画像形成部のトナーが少量ずつ混合している。」ことになる。
【００２０】
このようなトナー混色の発生原因を解析した結果、あるｎ番目画像形成部の現像器具内の着色トナー像を転写する工程時に、それより上流側に配置された画像形成部において既に転写部材に転写されているトナー像の一部が感光体に逆転写し、これが転写残トナーと共にクリーナにより除去され、上記ｎ番目画像形成部の現像器に回収されるためであることが判明した。
【００２１】
転写条件（トナーを転写部材Ｐへ移動させる転写電界を発生させるために転写器に印加する電圧）と、上記逆転写現象との対応を調べたところ、図１０に示すように、逆転写トナー量が最小となる条件は存在するが、「０」となる条件はないことが判明した。これは、逆転写トナーは静電力により感光体側に移動しているのではないことを示唆しており、それ以外の力に依存しているものと考えられる。しかし、これらの力は通常、制御できないので、逆転写トナーの発生を「０」とすることはできない。これについての混色実験の結果（混色条件と色差との関係についての検討）を説明する。図1１、図1２、図1３はそれぞれ、実験例１，２，３の結果を示すグラフである。
【００２２】
具体的には、図1１はシアン、マゼンタ、ブラックの各現像器にイエロートナーを１ｇ，２ｇ，３ｇ，４ｇと混入していき、そのときの画像の色差ΔＥをグラフにしたものである。この場合、各現像器にすでに収容されていた未使用の現像剤（例えば、ブラックの現像器ではブラックトナー）の重量は３８０ｇ、ＴＣが７ｗｔ％（ＴＣはトナー濃度）であり、したがって現像剤中のトナー量は２６．６ｇである（３８０ｇ×０．０７＝２６．６ｇであり、残りの３５３．４ｇはキャリアである。）。
【００２３】
図１１から明らかなように、シアンまたはマゼンタの現像器にイエロートナーを混入したときには、混入量の増大とともに、色差ΔＥが大きくなり、またその増大の傾向は、シアンとマゼンタで同等であった。これに対し、ブラックの現像器にイエロートナーを４ｇ混入しても色差は変わらない。つまり、黒トナーはイエロー混色率１３ｗｔ％度では、色差が変わらなかった。この混色率１３％は、つぎの式：［４．０ｇ／（２６．６ｇ＋４．０ｇ）］×１００＝１３％から求めたものである。
【００２４】
一方、図１２で明らかなように、イエロー、シアン、ブラックの各現像器にマゼンタトナーを混入していった場合には、ブラックでは図1１と同様、色差は変化しない。イエローはマゼンタトナー量が増えるに従って色差が大きくなる。シアンはイエローとブラックの中間に位置している。
【００２５】
さらに、図１３で判るようにイエロー、マゼンタ、ブラックの各現像器にシアントナーを混入した場合、ブラックでは図１１，１２と同様に色差は変化しない。これに対し、イエローは図1２と同等か、またはこれよりも色差変化量が大きい。マゼンタはイエローほどではないが、かなりシアントナーに影響されている。また、図1２に示すシアン現像器へのマゼンタトナー混入結果と、図1３に示すマゼンタ現像器へのシアントナー混入結果とを比較すると、後者のほうが色差への影響が大きい。このように、色差に対する余裕度の低いものから順に並べるとイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックという順序になり、最も混色の影響を受けにくいトナーはブラックであることが判った。
【００２６】
以上の実験結果をまとめると、４感光体フルカラーリサイクルシステムでの最適なトナーリサイクル法に基づく、本発明に係る画像形成装置の構成は以下の通りであるといえる（請求項３）。
（１）第１画像形成部では他の画像形成部のトナーによる混色が発生しないから、第１画像形成部は、色差に対する余裕度の一番低いイエローとする。
（２）第４画像形成部は、色差に対する余裕度が最も高いブラックとする。
（３）第２画像形成部はマゼンタとし、第３画像形成部はシアンとする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について図面をもとに説明する。
第１の実施の形態
図５は画像形成装置の構成を示す説明図である。この画像形成装置は、請求項３に記載のカラー画像形成装置（図１参照）の一例であって、イエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４として、それぞれ配備するとともに、第１から第４画像形成部の各クリーナ６ａ〜６ｄによる回収トナー（未転写トナー）を、回収装置８Ａにより、色差の影響が最も小さい第４画像形成部Ｇ４の黒トナー現像器４ｄに戻す構成となっている。その他の構成は、図９と同様であるから、具体的説明は省略する。
【００２８】
第２の実施の形態
図６は画像形成装置の構成を示す説明図である。この画像形成装置は、請求項５に記載のカラー画像形成装置（図２参照）の一例であって、イエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４として、それぞれ配備するとともに、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナー（転写残トナー）を、回収装置８Ａにより第４画像形成部Ｇ４の現像器４ｄに戻す構成となっている。その他の構成は、図９と同様であるから、具体的説明は省略する。
【００２９】
ところで、通常の画像形成において、現像に使用するトナー量に対し、クリーナ回収トナーは約２０％である（転写残トナー５〜１０％＋地肌汚れトナー約１０％）。転写部材のトナー付着量０．８ｍｇ／ｃｍ2 でＡ３ベタ１枚をとると、トナー使用量１．００ｇでは回収トナー量は約０．２ｇとなる。したがって、図５では１枚当たり３色分である０．６ｇが、図６では２色分である０．４ｇがそれぞれ回収されることになる（いずれも最大値）。回収トナーの搬送速度がＡ３紙１枚を現像する速度の１／６以上または１／７以上であり、現像剤量が３８０ｇ以上、ＴＣ（トナー濃度）が７ｗｔ％以上であれば、現像剤中のトナー量に対する回収トナー量の割合は１３ｗｔ％以下となるから、上記実験結果を考慮すると上記第１、第２の実施の形態において混色に起因する色差の問題が発生する心配はない。なお、上記「トナー濃度」は、現像剤のトナーの濃度である（以下同じ）。
【００３０】
ところで、クリーナで回収された現像剤（トナー）は、一般的に微粉状や粗粉状のものが多く、またトナー表面の添加剤が剥離したり、現像剤内に埋没したりするため、ＮＥＷトナー（未使用トナー）に比べて逆帯電トナーや弱帯電トナーの割合が多くなり、画像の地汚れの原因になりやすい。
【００３１】
【実施例】
実施例１
図５の画像形成装置を使用し、以下の現像条件により画像形成を行った。
（１）装置条件
・現像スリーブ・感光体ドラム間のギャップ……０．４〜０．６ｍｍ、
・現像スリーブ・ドクターブレード間のギャップ……０．４〜０．６ｍｍ、
・現像スリーブ径……１８φ
・感光体線速……６０〜２５０ｍｍ／ｓｅｃ
・感光体線速に対する現像ローラの線速比……１．１〜１．５
（２）現像剤
・キャリア……材料：フェライト、マグネタイト
平均粒径：５０μｍ
・トナー………材料：ポリオール系樹脂、ポリエステル系樹脂
平均粒径：６〜７μｍ
添加剤の量：０．５〜２．０ｗｔ％
トナーがキャリアを被覆する率：３０〜８０％
比電荷：１０〜３０μＣ／ｇ
【００３２】
図７は現像ポテンシャルと、感光体上のトナー付着量（感光体単位表面積当たりの値）との関係を示すグラフである。図８は現像剤のトナー濃度（ＴＣ）と、透磁率センサーの出力値（電圧）との関係を示すグラフであって、破線Ｃは混色前のものを、実線Ｄは混色後のものをそれぞれ表している。
【００３３】
図７において、破線Ａはトナー濃度９ｗｔ％でリサイクル有りの場合を、実線Ｂは同じくトナー濃度９ｗｔ％でリサイクルなしの場合をそれぞれ示している。これらの結果から、現像ポテンシャルが低いとき（図７において原点に近い範囲）や逆現像ポテンシャルのときには、感光体上のトナー付着量は、リサクイクルなしよりも、有りの方が多い。これは逆帯電トナー、弱帯電トナーが多いことを示し、地肌汚れを起こす原因である。
【００３４】
この問題はトナー濃度を低めに設定すれば解消できる。本実施例ではトナー濃度を７ｗｔ％にすると、トナーがキャリアを被覆する率が減り、補給されたトナーの接触確率が増して帯電しやすくなり、逆帯電・弱帯電が減ることが判った。しかし、同時に現像ポテンシャルに対するトナー付着量も減少してしまい、所望の付着量を得るためには、現像ポテンシャルを高くする必要がある。また、高面積の画像に対する追従性も低下する。黒トナーによる現像は他の色のトナーによる現像よりも高面積の画像は少なく、ベタ追従の必要性も低い。したがって、低トナー濃度で使用するという面で、リサイクルトナーを黒トナーの現像器に戻すのが好ましい。
【００３５】
一般的にトナーは、クリーナから現像器への回収トナー搬送経路などで大きな凝集体をつくる場合が多く、白抜けを発生させることが多い。大きなトナー凝集体による白抜けはシアン、マゼンタが目立ちやすく、黒やイエローは目立たないこともよく知られている。トナー凝集体による白抜けの面からも、クリーナで回収されたリサイクルトナーは黒トナーの現像器に戻すのが良い。
【００３６】
以上のことから、本発明では第２画像形成部、第３画像形成部および第４画像形成部の感光体から除去した未転写トナーを第４画像形成部の黒トナー現像器に回収して再使用する場合、未使用の黒トナーの濃度は他の色のトナーに比べてより高精度に設定する必要があるといえる。また、黒トナーのトナー濃度に関しては、（１）下限濃度＝（回収トナー量）／（現像剤中のトナー）であり、（２）上限濃度は「リサイクルトナーの地汚れ」で決まる。
【００３７】
黒トナーのトナー濃度精度を上げるためには、現像器内の黒トナーの濃度測定を、透磁率センサーによる透磁率測定で行うのが好ましい（請求項８）。一般的に２成分磁気ブラシ現像のトナー濃度制御では、正反射型フォトセンサー、乱反射型フォトセンサー、透磁率センサーが用いられているが、正反射型フォトセンサー、乱反射型フォトセンサーは混色の場合の測定精度に劣る。これに対し透磁率センサーによれば、図８に示すように、トナー濃度すなわちトナー／キャリア比率（非磁性粉体／磁性粉体比率）を、混色によらず精度良く測定することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１〜７に記載の発明では、それぞれの単色画像形成部の感光体上の未転写トナーを除去してブラックトナー現像器に戻すことにより、単色画像形成部におけるトナー濃度制御の精度を上げることが可能となり、したがって、長期間使用しても画質変化の生じないトナーリサイクル機構を搭載したカラー画像形成装置を提供することができる。
【００３９】
また、請求項８に記載の発明によれば、ブラックトナー現像器内のトナー濃度を、透磁率センサーを用いて制御するようにしたので、トナー濃度制御の精度が向上し、リサイクルトナーの影響が確実に軽減されて、地肌汚れの余裕度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
請求項２，３に係る発明の構成を示す説明図である。
【図２】
請求項４，５に係る発明の構成を示す説明図である。
【図３】
請求項６に係る発明の構成を示す説明図である。
【図４】
請求項７に係る発明の構成を示す説明図である。
【図５】
本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。
【図６】
本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。
【図７】
現像ポテンシャルと、感光体上のトナー付着量（感光体単位表面積当たりの値）との関係を示すグラフである。
【図８】
現像剤のトナー濃度（ＴＣ）と、透磁率センサーの出力値（電圧）との関係を示すグラフである。
【図９】
本発明を完成させるための実験に使用した、トナーリサイクル機構を搭載した画像形成装置の構成を示す説明図である。
【図１０】
転写器への印加電圧と、逆転写トナー量との関係を示すグラフである。
【図１１】
混色条件と色差との関係を調べた実験例１の結果を示すグラフである。
【図１２】
混色条件と色差との関係を調べた実験例２の結果を示すグラフである。
【図１３】
混色条件と色差との関係を調べた実験例３の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ 感光体
２ａ〜２ｄ 露光器
３ａ〜３ｄ 帯電器
４ａ〜４ｄ 現像器
５ａ〜５ｄ 転写器
６ａ〜６ｄ クリーナ
７ 転写ベルト（搬送ベルト）
８ａ〜８ｄ 回収装置（リサイクル機構）
８Ａ，８Ｂ 回収装置
１１ 駆動ローラ
１２ 従動ローラ
ＢＧ ブラックトナーを用いる画像形成部
ＣＧ シアントナーを用いる画像形成部
Ｄ１〜Ｄ４ 現像器
Ｇ１ 第１画像形成部
Ｇ２ 第２画像形成部
Ｇ３ 第３画像形成部
Ｇ４ 第４画像形成部
ＭＧ マゼンタトナーを用いる画像形成部
Ｐ 転写部材
Ｔｒ 未転写トナー
ＹＧ イエロートナーを用いる画像形成部
【発明の名称】 カラー画像形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ブラックトナーを用いる画像形成部と、ブラックトナー以外の互いに異なる色のトナーを用いる複数の画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を最終段の画像形成部として配置し、該最終段の画像形成部以外の画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記ブラックトナーを用いる画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項２】 イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を最終段の第４画像形成部として配置し、第１画像形成部、第２画像形成部、第３画像形成部および第４画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記第４画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項３】 イエロートナーを用いる画像形成部を第１画像形成部、マゼンタトナーを用いる画像形成部を第２画像形成部、シアントナーを用いる画像形成部を第３画像形成部、ブラックトナーを用いる画像形成部を第４画像形成部として、それぞれ配備したことを特徴とする請求項２に記載のカラー画像形成装置。
【請求項４】 イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を最終段の第４画像形成部として配置し、第２画像形成部、第３画像形成部および第４画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記第４画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項５】 イエロートナーを用いる画像形成部を第１画像形成部、マゼンタトナーを用いる画像形成部を第２画像形成部、シアントナーを用いる画像形成部を第３画像形成部、ブラックトナーを用いる画像形成部を第４画像形成部として、それぞれ配備したことを特徴とする請求項４に記載のカラー画像形成装置。
【請求項６】 イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を第３画像形成部として配置し、第１画像形成部、第２画像形成部、第３画像形成部および最終段の第４画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記第３画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項７】 イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を第２画像形成部として配置し、第１画像形成部、第２画像形成部、第３画像形成部および最終段の第４画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記第２画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とするカラー画像形成装置。
【請求項８】 前記第１、第２、第３および第４画像形成部のすべてが２成分磁気ブラシ現像法によるものであり、前記ブラックトナーを用いる画像形成部では、現像器内のブラックトナーの濃度測定を、透磁率センサーによる透磁率測定によって行うとともに、該透磁率が所定範囲内にあるように、前記現像器に適宜色のトナーを適宜量補給することにより、前記現像器内のブラックトナーのトナー濃度を所定範囲内に制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のカラー画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原図をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像に色分解し、これらの色分解画像に対応する着色トナーを用いて転写紙等の転写部材へ単色画像を順次転写することで最終カラー画像を得るカラー複写機、カラープリンタ、カラーファクシミリに代表されるフルカラー画像形成装置に関し、より詳しくは、未転写トナー（転写残トナー）を再使用するためのトナーリサイクルシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モノクロ複写機やモノクロプリンタでは、廃棄トナー用タンクを必要としないトナーリサイクルシステムが搭載されることが多くなってきた。しかし、フルカラー複写機や、フルカラープリンタでは、モノクロよりも高画質が要求されていること、混色の問題等により、トナーリサイクルシステムは殆ど実用化されていない。上記カラー画像形成装置では、高画質が要求されているため画像面積率の高い原稿が多く、したがってベタの追従性が重要である。２成分磁気ブラシ現像法を使用するフルカラー画像形成装置では、高トナー濃度で使用することが多く、地肌汚れに対する余裕度が低い。さらに、トナーリサイクルシステムを搭載した場合、リサイクルトナーの帯電量低下が原因して、地肌汚れを防止するうえで不利となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、長期間使用しても画質変化の生じないトナーリサイクル機構を搭載したフルカラーコピー、フルカラープリンタ等のカラー画像形成装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため本発明は、高画像面積の原稿が少なく、ベタ追従性の必要度が低い黒現像器（ブラックトナーを用いる現像器）に、それぞれの単色画像形成部の感光体から未転写トナーを除去して戻すことにより、単色画像形成部におけるトナー濃度制御の精度を上げるように構成したものである。
請求項１に記載のカラー画像形成装置は、ブラックトナーを用いる画像形成部と、ブラックトナー以外の互いに異なる色のトナーを用いる複数の画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材へ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部を最終段の画像形成部として配置し、該最終段の画像形成部以外の画像形成部の各感光体から除去した未転写トナーを前記ブラックトナーを用いる画像形成部の現像器に回収し、該回収トナーを前記現像器に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２に記載のカラー画像形成装置は、図１に示すように、イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材Ｐへ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを最終段の第４画像形成部Ｇ４として配置し、第１画像形成部Ｇ１、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナーＴｒを前記第４画像形成部Ｇ４の現像器Ｄ４に回収し、該回収トナーを前記現像器Ｄ４に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載のカラー画像形成装置は、図１に示すように、請求項２においてイエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４として、それぞれ配備したことを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載のカラー画像形成装置は、図２に示すように、イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材の移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材Ｐへ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを最終段の第４画像形成部Ｇ４として配置し、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナーＴｒを前記第４画像形成部Ｇ４の現像器Ｄ４に回収し、該回収トナーを前記現像器Ｄ４に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載のカラー画像形成装置は、図２に示すように、請求項４において、イエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４としてそれぞれ配備したことを特徴とする。なお、図２の画像形成装置では、第１画像形成部Ｇ１の感光体から除去した未転写トナーＴｒをこの第１画像形成部Ｇ１の現像器Ｄ１に回収し、この回収トナーを、上記現像器Ｄ１に供給された未使用のイエロートナーとともに画像形成に再使用するように構成されている。
【０００９】
請求項６に記載のカラー画像形成装置は、図３に示すように、イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材Ｐの移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材Ｐへ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第３画像形成部Ｇ３として配置し、第１画像形成部Ｇ１、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および最終段の第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナーＴｒを前記第３画像形成部Ｇ３の現像器Ｄ３に回収し、該回収トナーを前記現像器Ｄ３に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載のカラー画像形成装置は、図４に示すように、イエロートナーを用いる画像形成部と、マゼンタトナーを用いる画像形成部と、シアントナーを用いる画像形成部と、ブラックトナーを用いる画像形成部とを、転写部材Ｐの移動方向に沿って直列に４段に配備し、それぞれの画像形成部において感光体上のトナー像を転写部材Ｐへ順次転写することにより最終のカラー画像を得るカラー画像形成装置において、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第２画像形成部Ｇ２として配置し、第１画像形成部Ｇ１、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および最終段の第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナーＴｒを前記第２画像形成部Ｇ２の現像器Ｄ２に回収し、該回収トナーを前記現像器Ｄ２に供給された未使用のブラックトナーとともに画像形成に再使用するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項８に記載のカラー画像形成装置は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記第１、第２、第３および第４画像形成部Ｇ１〜Ｇ４のすべてが２成分磁気ブラシ現像法によるものであり、前記ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧでは、現像器内のブラックトナーのトナー濃度測定（より正確には、現像剤のトナー濃度測定）を、透磁率センサーによる透磁率測定によって行うとともに、該透磁率が所定範囲内にあるように、前記現像器に適宜色のトナーを適宜量補給することにより、前記現像器内のブラックトナーのトナー濃度を所定範囲内に制御することを特徴とする。
【００１２】
以下、本発明を完成させるために行った検討内容および結果について、図面をもとに説明する。図９は本発明を完成させるための実験に使用した、トナーリサイクル機構を搭載したカラー画像形成装置（感光体フルカラーシステム）の構成説明図である。図1０は上記実験の結果に係るもので、転写器への印加電圧と、逆転写トナー量との関係を示すグラフである。
【００１３】
上記カラー画像形成装置では、互いに色の異なる複数の単色画像形成部が転写部材Ｐの移動方向に沿って直列に４段に設けられている。具体的には、イエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４として、転写部材Ｐ（転写紙など）の移動方向に沿って順に配備されている。
【００１４】
そして、像担持体である感光体１ａ〜１ｄの周辺には、それぞれ以下のものが配備されている。すわなち、色分解された画像データを露光する露光器（書き込み）２ａ〜２ｄ、上記感光体の表面を帯電させる帯電器３ａ〜３ｄ、上記色分解された画像データに対応する着色トナー（現像剤）を有する現像器４ａ〜４ｄ、感光体上のトナー像を転写部材Ｐに転写する転写器５ａ〜５ｄ、感光体上の未転写トナー（転写残トナー）を除去するクリーナ６ａ〜６ｄ、感光体と上記転写器との間を循環走行する無端状の搬送ベルト（転写ベルト）７、上記クリーナにより除去されたトナーを上記現像器に搬送するリサイクル機構（回収装置）８ａ〜８ｄが配置されている。これらのリサイクル機構８ａ〜８ｄは、トナーの搬送機構であり、スクリューコンベアがその代表的なものである。なお、図１において符号１１は駆動ローラ、符号１２は従動ローラを示している。
【００１５】
この画像形成装置の作用について説明すると、搬送ベルト７の走行により転写部材Ｐが図９において左向きに搬送される。この間において転写部材Ｐには、第１画像形成部〜第４画像形成部でイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの順にトナー像が転写される。例えば、第１画像形成部Ｇ１では感光体１ａ上のイエローのトナー像が転写部材Ｐに転写され、第２画像形成部Ｇ２では感光体１ｂ上のマゼンタのトナー像が転写部材Ｐの上記イエロートナー像上に重複した状態で転写される。このようにして最終段の第４画像形成部Ｇ４では、転写部材Ｐ上にイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックのトナー像が重複して形成されることになる。
【００１６】
また、第１画像形成部Ｇ１の感光体１ａ表面から除去されたイエローの未転写トナーは、上記クリーナ６ａで除去され、リサイクル機構８ａにより現像器４ａに回収され、この回収トナーは、この現像器４ａに供給された未使用のイエロートナーとともに画像形成に使用される。同様にして、第２画像形成部Ｇ２〜第４画像形成部Ｇ４の感光体１ｂ〜１ｄの表面から除去された未転写トナーは、クリーナ６ｂ〜６ｄで除去され、リサイクル機構８ｂ〜８ｄにより現像器４ｂ〜４ｄに回収され、これらの回収トナーは、これら現像器４ｂ〜４ｄに供給された未使用のトナーとともに画像形成に再度使用される。このように、図９の画像形成装置では、それぞれの画像形成部で発生した未転写トナーを、この発生元の画像形成部にリサイクルするように構成されている。
【００１７】
説明の便宜上、現像器４ａに収容された着色トナーを第１色、現像器４ｂに収容された着色トナーを第２色、現像器４ｃに収容された着色トナーを第３色、現像器４ｄに収容された着色トナーを第４色とする。図９の画像形成装置ではそれぞれの画像形成部が独立しており、上記のようにクリーナ６ａ〜６ｄは、現像器４ａ〜４ｄ内の着色トナーの転写残トナーを除去するようになっている。
【００１８】
したがって、これら現像器４ａ〜４ｄ内のトナー色は一種類のはずである。すなわち、例えば第１画像形成部Ｇ１のクリーナ６ａで除去・回収されるトナーは第１色のトナーのはずであり、第４画像形成部Ｇ４のクリーナ６ｄで除去・回収されるトナーは第４色のトナーのはずである。
【００１９】
しかし、現実には他の画像形成部のトナーが存在し、混色が発生している。それぞれのクリーナで除去されるトナーは以下のとおりである。
（１）クリーナ６ａでは第１色トナーのみが除去され、
（２）クリーナ６ｂでは第１色トナーおよび第２色トナーが除去され、
（３）クリーナ６ｃでは第１色トナー、第２色トナーおよび第３色トナーが除去され、
（４）クリーナ６ｄでは第１色トナー、第２色トナー、第３色トナーおよび第４色トナーが除去される。
つまり、「Ｎ番目の画像形成部のクリーナで除去されるトナーには、Ｎ番目の色のトナーに、それよりも上流側（転写部材Ｐの移動方向での前段側）にあるすべての色の画像形成部のトナーが少量ずつ混合している。」ことになる。
【００２０】
このようなトナー混色の発生原因を解析した結果、あるｎ番目画像形成部の現像器具内の着色トナー像を転写する工程時に、それより上流側に配置された画像形成部において既に転写部材に転写されているトナー像の一部が感光体に逆転写し、これが転写残トナーと共にクリーナにより除去され、上記ｎ番目画像形成部の現像器に回収されるためであることが判明した。
【００２１】
転写条件（トナーを転写部材Ｐへ移動させる転写電界を発生させるために転写器に印加する電圧）と、上記逆転写現象との対応を調べたところ、図１０に示すように、逆転写トナー量が最小となる条件は存在するが、「０」となる条件はないことが判明した。これは、逆転写トナーは静電力により感光体側に移動しているのではないことを示唆しており、それ以外の力に依存しているものと考えられる。しかし、これらの力は通常、制御できないので、逆転写トナーの発生を「０」とすることはできない。これについての混色実験の結果（混色条件と色差との関係についての検討）を説明する。図1１、図1２、図1３はそれぞれ、実験例１，２，３の結果を示すグラフである。
【００２２】
具体的には、図1１はシアン、マゼンタ、ブラックの各現像器にイエロートナーを１ｇ，２ｇ，３ｇ，４ｇと混入していき、そのときの画像の色差ΔＥをグラフにしたものである。この場合、各現像器にすでに収容されていた未使用の現像剤（例えば、ブラックの現像器ではブラックトナー）の重量は３８０ｇ、ＴＣが７ｗｔ％（ＴＣはトナー濃度）であり、したがって現像剤中のトナー量は２６．６ｇである（３８０ｇ×０．０７＝２６．６ｇであり、残りの３５３．４ｇはキャリアである。）。
【００２３】
図１１から明らかなように、シアンまたはマゼンタの現像器にイエロートナーを混入したときには、混入量の増大とともに、色差ΔＥが大きくなり、またその増大の傾向は、シアンとマゼンタで同等であった。これに対し、ブラックの現像器にイエロートナーを４ｇ混入しても色差は変わらない。つまり、黒トナーはイエロー混色率１３ｗｔ％度では、色差が変わらなかった。この混色率１３％は、つぎの式：［４．０ｇ／（２６．６ｇ＋４．０ｇ）］×１００＝１３％から求めたものである。
【００２４】
一方、図１２で明らかなように、イエロー、シアン、ブラックの各現像器にマゼンタトナーを混入していった場合には、ブラックでは図1１と同様、色差は変化しない。イエローはマゼンタトナー量が増えるに従って色差が大きくなる。シアンはイエローとブラックの中間に位置している。
【００２５】
さらに、図１３で判るようにイエロー、マゼンタ、ブラックの各現像器にシアントナーを混入した場合、ブラックでは図１１，１２と同様に色差は変化しない。これに対し、イエローは図1２と同等か、またはこれよりも色差変化量が大きい。マゼンタはイエローほどではないが、かなりシアントナーに影響されている。また、図1２に示すシアン現像器へのマゼンタトナー混入結果と、図1３に示すマゼンタ現像器へのシアントナー混入結果とを比較すると、後者のほうが色差への影響が大きい。このように、色差に対する余裕度の低いものから順に並べるとイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックという順序になり、最も混色の影響を受けにくいトナーはブラックであることが判った。
【００２６】
以上の実験結果をまとめると、４感光体フルカラーリサイクルシステムでの最適なトナーリサイクル法に基づく、本発明に係る画像形成装置の構成は以下の通りであるといえる（請求項３）。
（１）第１画像形成部では他の画像形成部のトナーによる混色が発生しないから、第１画像形成部は、色差に対する余裕度の一番低いイエローとする。
（２）第４画像形成部は、色差に対する余裕度が最も高いブラックとする。
（３）第２画像形成部はマゼンタとし、第３画像形成部はシアンとする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について図面をもとに説明する。
第１の実施の形態
図５は画像形成装置の構成を示す説明図である。この画像形成装置は、請求項３に記載のカラー画像形成装置（図１参照）の一例であって、イエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４として、それぞれ配備するとともに、第１から第４画像形成部の各クリーナ６ａ〜６ｄによる回収トナー（未転写トナー）を、回収装置８Ａにより、色差の影響が最も小さい第４画像形成部Ｇ４の黒トナー現像器４ｄに戻す構成となっている。その他の構成は、図９と同様であるから、具体的説明は省略する。
【００２８】
第２の実施の形態
図６は画像形成装置の構成を示す説明図である。この画像形成装置は、請求項５に記載のカラー画像形成装置（図２参照）の一例であって、イエロートナーを用いる画像形成部ＹＧを第１画像形成部Ｇ１、マゼンタトナーを用いる画像形成部ＭＧを第２画像形成部Ｇ２、シアントナーを用いる画像形成部ＣＧを第３画像形成部Ｇ３、ブラックトナーを用いる画像形成部ＢＧを第４画像形成部Ｇ４として、それぞれ配備するとともに、第２画像形成部Ｇ２、第３画像形成部Ｇ３および第４画像形成部Ｇ４の各感光体から除去した未転写トナー（転写残トナー）を、回収装置８Ａにより第４画像形成部Ｇ４の現像器４ｄに戻す構成となっている。その他の構成は、図９と同様であるから、具体的説明は省略する。
【００２９】
ところで、通常の画像形成において、現像に使用するトナー量に対し、クリーナ回収トナーは約２０％である（転写残トナー５〜１０％＋地肌汚れトナー約１０％）。転写部材のトナー付着量０．８ｍｇ／ｃｍ2 でＡ３ベタ１枚をとると、トナー使用量１．００ｇでは回収トナー量は約０．２ｇとなる。したがって、図５では１枚当たり３色分である０．６ｇが、図６では２色分である０．４ｇがそれぞれ回収されることになる（いずれも最大値）。回収トナーの搬送速度がＡ３紙１枚を現像する速度の１／６以上または１／７以上であり、現像剤量が３８０ｇ以上、ＴＣ（トナー濃度）が７ｗｔ％以上であれば、現像剤中のトナー量に対する回収トナー量の割合は１３ｗｔ％以下となるから、上記実験結果を考慮すると上記第１、第２の実施の形態において混色に起因する色差の問題が発生する心配はない。なお、上記「トナー濃度」は、現像剤のトナーの濃度である（以下同じ）。
【００３０】
ところで、クリーナで回収された現像剤（トナー）は、一般的に微粉状や粗粉状のものが多く、またトナー表面の添加剤が剥離したり、現像剤内に埋没したりするため、ＮＥＷトナー（未使用トナー）に比べて逆帯電トナーや弱帯電トナーの割合が多くなり、画像の地汚れの原因になりやすい。
【００３１】
【実施例】
実施例１
図５の画像形成装置を使用し、以下の現像条件により画像形成を行った。
（１）装置条件
・現像スリーブ・感光体ドラム間のギャップ……０．４〜０．６ｍｍ、
・現像スリーブ・ドクターブレード間のギャップ……０．４〜０．６ｍｍ、
・現像スリーブ径……１８φ
・感光体線速……６０〜２５０ｍｍ／ｓｅｃ
・感光体線速に対する現像ローラの線速比……１．１〜１．５
（２）現像剤
・キャリア……材料：フェライト、マグネタイト
平均粒径：５０μｍ
・トナー………材料：ポリオール系樹脂、ポリエステル系樹脂
平均粒径：６〜７μｍ
添加剤の量：０．５〜２．０ｗｔ％
トナーがキャリアを被覆する率：３０〜８０％
比電荷：１０〜３０μＣ／ｇ
【００３２】
図７は現像ポテンシャルと、感光体上のトナー付着量（感光体単位表面積当たりの値）との関係を示すグラフである。図８は現像剤のトナー濃度（ＴＣ）と、透磁率センサーの出力値（電圧）との関係を示すグラフであって、破線Ｃは混色前のものを、実線Ｄは混色後のものをそれぞれ表している。
【００３３】
図７において、破線Ａはトナー濃度９ｗｔ％でリサイクル有りの場合を、実線Ｂは同じくトナー濃度９ｗｔ％でリサイクルなしの場合をそれぞれ示している。これらの結果から、現像ポテンシャルが低いとき（図７において原点に近い範囲）や逆現像ポテンシャルのときには、感光体上のトナー付着量は、リサクイクルなしよりも、有りの方が多い。これは逆帯電トナー、弱帯電トナーが多いことを示し、地肌汚れを起こす原因である。
【００３４】
この問題はトナー濃度を低めに設定すれば解消できる。本実施例ではトナー濃度を７ｗｔ％にすると、トナーがキャリアを被覆する率が減り、補給されたトナーの接触確率が増して帯電しやすくなり、逆帯電・弱帯電が減ることが判った。しかし、同時に現像ポテンシャルに対するトナー付着量も減少してしまい、所望の付着量を得るためには、現像ポテンシャルを高くする必要がある。また、高面積の画像に対する追従性も低下する。黒トナーによる現像は他の色のトナーによる現像よりも高面積の画像は少なく、ベタ追従の必要性も低い。したがって、低トナー濃度で使用するという面で、リサイクルトナーを黒トナーの現像器に戻すのが好ましい。
【００３５】
一般的にトナーは、クリーナから現像器への回収トナー搬送経路などで大きな凝集体をつくる場合が多く、白抜けを発生させることが多い。大きなトナー凝集体による白抜けはシアン、マゼンタが目立ちやすく、黒やイエローは目立たないこともよく知られている。トナー凝集体による白抜けの面からも、クリーナで回収されたリサイクルトナーは黒トナーの現像器に戻すのが良い。
【００３６】
以上のことから、本発明では第２画像形成部、第３画像形成部および第４画像形成部の感光体から除去した未転写トナーを第４画像形成部の黒トナー現像器に回収して再使用する場合、未使用の黒トナーの濃度は他の色のトナーに比べてより高精度に設定する必要があるといえる。また、黒トナーのトナー濃度に関しては、（１）下限濃度＝（回収トナー量）／（現像剤中のトナー）であり、（２）上限濃度は「リサイクルトナーの地汚れ」で決まる。
【００３７】
黒トナーのトナー濃度精度を上げるためには、現像器内の黒トナーの濃度測定を、透磁率センサーによる透磁率測定で行うのが好ましい（請求項８）。一般的に２成分磁気ブラシ現像のトナー濃度制御では、正反射型フォトセンサー、乱反射型フォトセンサー、透磁率センサーが用いられているが、正反射型フォトセンサー、乱反射型フォトセンサーは混色の場合の測定精度に劣る。これに対し透磁率センサーによれば、図８に示すように、トナー濃度すなわちトナー／キャリア比率（非磁性粉体／磁性粉体比率）を、混色によらず精度良く測定することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１〜７に記載の発明では、それぞれの単色画像形成部の感光体上の未転写トナーを除去してブラックトナー現像器に戻すことにより、単色画像形成部におけるトナー濃度制御の精度を上げることが可能となり、したがって、長期間使用しても画質変化の生じないトナーリサイクル機構を搭載したカラー画像形成装置を提供することができる。
【００３９】
また、請求項８に記載の発明によれば、ブラックトナー現像器内のトナー濃度を、透磁率センサーを用いて制御するようにしたので、トナー濃度制御の精度が向上し、リサイクルトナーの影響が確実に軽減されて、地肌汚れの余裕度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
請求項２，３に係る発明の構成を示す説明図である。
【図２】
請求項４，５に係る発明の構成を示す説明図である。
【図３】
請求項６に係る発明の構成を示す説明図である。
【図４】
請求項７に係る発明の構成を示す説明図である。
【図５】
本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。
【図６】
本発明の第２の実施の形態に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。
【図７】
現像ポテンシャルと、感光体上のトナー付着量（感光体単位表面積当たりの値）との関係を示すグラフである。
【図８】
現像剤のトナー濃度（ＴＣ）と、透磁率センサーの出力値（電圧）との関係を示すグラフである。
【図９】
本発明を完成させるための実験に使用した、トナーリサイクル機構を搭載した画像形成装置の構成を示す説明図である。
【図１０】
転写器への印加電圧と、逆転写トナー量との関係を示すグラフである。
【図１１】
混色条件と色差との関係を調べた実験例１の結果を示すグラフである。
【図１２】
混色条件と色差との関係を調べた実験例２の結果を示すグラフである。
【図１３】
混色条件と色差との関係を調べた実験例３の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ 感光体
２ａ〜２ｄ 露光器
３ａ〜３ｄ 帯電器
４ａ〜４ｄ 現像器
５ａ〜５ｄ 転写器
６ａ〜６ｄ クリーナ
７ 転写ベルト（搬送ベルト）
８ａ〜８ｄ 回収装置（リサイクル機構）
８Ａ，８Ｂ 回収装置
１１ 駆動ローラ
１２ 従動ローラ
ＢＧ ブラックトナーを用いる画像形成部
ＣＧ シアントナーを用いる画像形成部
Ｄ１〜Ｄ４ 現像器
Ｇ１ 第１画像形成部
Ｇ２ 第２画像形成部
Ｇ３ 第３画像形成部
Ｇ４ 第４画像形成部
ＭＧ マゼンタトナーを用いる画像形成部
Ｐ 転写部材
Ｔｒ 未転写トナー
ＹＧ イエロートナーを用いる画像形成部
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