JP2016206292A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーが劣化した場合でも、劣化していない場合でも、凹凸のある記録材での画像濃度ムラや白抜け画像、画像のにじみの無い高品質な画像を形成する。【解決手段】転写画像の画像濃度Ａを計測し（Ｓ５）、画像濃度Ａが所定の下限値以上であるか否かを判断する（Ｓ６）。トナーが劣化していない場合は転写バイアスの波形を波形１に設定する（Ｓ７）。トナーが劣化している場合は転写バイアスの波形を波形２に設定する（Ｓ８）。波形１，波形２は、例えば、波形１を転写側の極性の電圧と戻し側の極性の電圧を交互に印加する波形とし、波形２は転写側の極性のみの電圧と、交番電圧とを交互に印加する波形とする。【選択図】図６

Description

本発明は、電子写真方式を用いた画像形成方法および画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式には多様な方法が知られており、一般的には像担持体表面を帯電させ、帯電させた像担持体を露光して静電潜像を形成する。次いで、静電潜像にトナーを現像し、像担持体上にトナー像を形成する。さらに、中間転写体を介して、または直接的に像担持体上のトナー像を紙等の記録材上に転写し、この転写されたトナー像を加熱、圧力もしくはこれらの併用によって定着することにより、記録材上に画像が形成された記録物が得られる。なお、トナー像転写後の像担持体上に残ったトナーは、ブレード、ブラシ、ローラ等の既知の方法によりクリーニングされる。

画像が形成される記録材に凹凸がある場合、トナーの転写過程において、凸部は中間転写体または像担持体上のトナーと接触するが、凹部では中間転写体または像担持体上のトナーと記録材の凹部間に空隙ができる。トナーに作用する転写電界は空隙があると低下するため、凹部は凸部に較べて転写電界が小さく、転写率が低下するため、画像濃度のムラが生じやすい。記録材の凹凸が大きくなると、凹部の転写電界が極端に低下するため、凹部にトナーを転写させることが困難となり、凹部にトナーが無い画像（白抜け画像）が発生する。

このような画像濃度ムラや白抜け画像を抑制する方法として、転写バイアスとして直流電圧に交番電圧を重畳することで転写率を向上させる方法が提案されている。特開２０１２−６３７４６号公報（特許文献１）では、中間転写体または像担持体と記録材間でトナーが往復運動するような交流電界を印加することによって、記録材凹部の転写性が大幅に向上し、画像濃度ムラや白抜け画像を抑制する方法が提案されている。

トナーの往復運動によって凹部の転写性が向上するメカニズムとしては、往復運動しているトナーが中間転写体または像担持体上のトナーに衝突や接触等の機械的な力や静電気力等の相互作用を及ぼし、この相互作用によって中間転写体または像担持体上トナーの付着状態が変化してトナーの付着力が低下し、トナーが転写しやすくなるためと考えられている。凹部の転写性を向上させるには、トナーが往復運動するのに十分な電界強度を有する交番電界をトナーに作用する必要があるが、交番電界の電界強度が大きすぎると、放電が発生して画像欠陥が生じるため、交番電界の電界強度は放電が発生しない範囲に設定する必要がある。特に、低温低湿環境では部材や記録材の抵抗が高くなるため転写バイアスの直流成分を大きくする必要があり、大きな直流成分でトナーの往復運動に必要な交番電圧を重畳すると、転写バイアスの最大電圧が大きくなり、放電による画像欠陥が生じやすくなる。

また、特開２０１３−１２７５９２号公報（特許文献２）では、中間転写体または像担持体からトナーを記録材に転写する電圧の印加時間と記録材からトナーを中間転写体または像担持体に戻す電圧の印加時間が異なる非対称的な波形を用いることによって、転写バイアスの最大電圧を上げずに大きな直流成分が得られ、低温低湿環境でも画像濃度ムラや白抜け画像および放電による画像欠陥が抑制される方法が提案されている。

トナーが画像形成に消費されずに画像形成装置内に長時間留まっていると、様々なストレスによってトナーの帯電性の変化、トナー表面に付着している外添剤の埋もれや分離による流動性の低下等、トナーの劣化が生じてしまう。トナーが劣化すると、中間転写体または像担持体とトナー間の付着力が増大し、中間転写体または像担持体からトナーが分離しにくくなり、凹部におけるトナーの転写性が低下する。

特開２０１３−１１７７０８号公報（特許文献３）では、トナーを中間転写体または像担持体から記録材に転写する電圧と、トナーを中間転写体または像担持体と記録材間で往復運動させる交番電圧を、交互に印加する波形を用いることにより、大きな直流成分を確保し、かつ交番電圧によってトナーの往復運動回数を増やすことでトナーの付着力を低下させることにより、低温低湿環境でトナーが劣化した場合でも画像濃度ムラや白抜け画像および放電による画像欠陥が抑制される方法が提案されている。しかし、このような波形を用いると、トナーが劣化していない場合には、凹部でトナーが紙面方向に広がって文字画像や線画像のエッジが不鮮明になる画像のにじみが生じてしまうという問題がある。

本発明は上記問題に鑑み為されたものであり、トナーが劣化した場合でも、劣化していない場合でも、凹凸のある記録材での画像濃度ムラや白抜け画像、画像のにじみの無い高品質な画像を形成することのできる画像形成装置および画像形成方法を提供することを課題とする。

本発明に係る画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写ニップを形成するニップ形成部材と、転写バイアスを印加することにより前記転写ニップ位置で前記像担持体上のトナー像を記録材へと転写する転写バイアス印加手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置において、前記トナー劣化判定手段の判定結果によりトナーが劣化していないと判定した場合の前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性の電圧と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性の電圧とを交互に印加する波形にし、前記トナー劣化判定手段の判定結果によりトナーが劣化したと判定した場合の前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性のみの電圧と、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性が周期的に変化する交番電圧と、を交互に印加する波形にすることを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写ニップを形成するニップ形成部材と、転写バイアスを印加することにより前記転写ニップ位置で前記像担持体上のトナー像を記録材へと転写する転写バイアス印加手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置において、前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性のみの電圧と、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性が周期的に変化する交番電圧と、を交互に印加する波形とし、前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化していないと判定した場合の前記交番電圧における記録材から像担持体にトナーを移動する側の極性の電圧の印加回数をｎ１とし、前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化したと判定した場合の前記交番電圧における記録材から像担持体にトナーを移動する側の極性の電圧の印加回数をｎ２とするとき、ｎ２＞ｎ１となるように制御することを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成方法は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写ニップを形成するニップ形成部材と、転写バイアスを印加することにより前記転写ニップ位置で前記像担持体上のトナー像を記録材へと転写する転写バイアス印加手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置における画像形成方法であって、前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化していないと判定した場合の前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性の電圧と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性の電圧とを交互に印加する波形にし、前記トナー劣化判定手段の判定結果によりトナーが劣化したと判定した場合の前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性のみの電圧と、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性が周期的に変化する交番電圧と、を交互に印加する波形にすることを特徴とする。

また、本発明に係る画像形成方法は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写ニップを形成するニップ形成部材と、転写バイアスを印加することにより前記転写ニップ位置で前記像担持体上のトナー像を記録材へと転写する転写バイアス印加手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置における画像形成方法であって、前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性のみの電圧と、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性が周期的に変化する交番電圧と、を交互に印加する波形とし、前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化していないと判定した場合の前記交番電圧における像担持体から記録材にトナーを移動する側の極性の電圧の印加回数をｎ１とし、前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化したと判定した場合の前記交番電圧における像担持体から記録材にトナーを移動する側の極性の電圧の印加回数をｎ２とするとき、ｎ２＞ｎ１となるように制御することを特徴とする。

本発明の画像形成装置および画像形成方法によれば、凹凸のある記録材に対して、低温低湿環境下、トナーが劣化した場合でも劣化していない場合でも、画像濃度ムラや白抜け画像が発生せず、画像のにじみが抑制された高画質な画像を得ることができる。

本発明を適用した画像形成装置の一例であるカラー画像形成装置の概略を示す断面構成図である。 そのカラー画像形成装置の画像形成ユニットを示す構成図である。 二次転写バイアスの波形の一例を示す波形図である。 二次転写バイアスの波形の別例を示す波形図である。 本発明を実施する制御手段の構成例を示すブロック図である。 本発明における制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるカラー画像形成装置（以下、単にプリンタと呼ぶ）の概略を示す断面構成図である。なお、本実施形態は一つの例を示すものであり、装置構成やプロセス条件が変わっても本発明の効果が変わらないことを、構成の異なる複数の画像形成装置や様々な画像形成環境で確認している。

図１に示すプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の色成分画像を重ね合わせて画像を形成する画像形成装置である。本実施形態では、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色にそれぞれ対応する画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋが図１のように配置されている。各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに設けられた像担持体である感光体ドラム１１（１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋ）上に形成される各色トナー像は、これらの感光体ドラム（有機感光体、外径６０ｍｍ）に当接して配置されているベルト状の中間転写体（中間転写ベルト５０）へ順次転写される。中間転写ベルト５０へ転写されたトナー像は、用紙カセット１０１から給紙ローラ１００を経て給紙された記録用紙上に転写される。具体的には、用紙カセットから給紙された記録用紙は中間転写ベルト５０と二次転写ローラ８０の間に矢印Ｆの方向から所定のタイミングで搬送される。この時、中間転写ベルト５０上に形成されたフルカラートナー像は、二次転写ローラ８０と二次転写部対向ローラ７３との間に形成された二次転写ニップで記録用紙上に一括転写される。フルカラートナー像が転写された記録用紙は定着装置９１へ搬送され、定着装置９１において加熱・加圧され、機外へと排出される。

各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは全て同じ構成であるため、図２を参照して１Ｙについてのみ説明する。
画像形成ユニット１Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１の表面を帯電ローラによって帯電する帯電装置２１と、感光体ドラム１１上の潜像をトナー像化する像形成手段としての現像装置３１と、中間転写ベルト５０上に潜像担次体を転写するための一次転写ローラ６１と感光体ドラム１１の表面に残存したトナーをクリーニングする感光体クリーニング装置４１とを備えている。現像装置３１の、感光ドラム回転方向下流側には、感光体ドラム１１上に現像されたトナー像の画像濃度を計測する画像濃度センサ１２１が配置されている。

上述の帯電装置２１は、ローラ形状の導電性弾性体から構成される帯電ローラに対して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する構成となっている。この帯電ローラと感光体ドラム１１との間で直接放電を起こす事で感光体ドラム１１を所定の極性、例えば、マイナス極性に帯電させる。次いで、各感光体ドラム１１の帯電面に、画像書き込み手段から出射する光変調されたレーザ光Ｌを照射する。これによって、各感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。即ち、レーザ光が照射され感光体表面部分の電位の絶対値が低下した部分が静電潜像（画像部）となり、レーザ光が照射されず電位の絶対値が高く保たれた部分が地肌部となる。

一次転写ローラ６１は、導電性のスポンジ層を有する、弾性ローラであり、中間転写ベルト５０の裏面から感光体ドラム１１に対して押し当てられるように配置されている。この弾性ローラには一次転写バイアスとして定電流制御されたバイアスが印加されている。なお、一次転写ローラ６１の外形は１６ｍｍで、心金径は１０ｍｍであり、スポンジ層の抵抗Ｒは、接地された外径３０ｍｍの金属ローラを１０Ｎで押し当てた状態で、一次転写ローラ６１の心金に電圧Ｖを１０００Ｖ印加したときに流れる電流Ｉからオームの法則（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）を使って算出した値が約３ｅ７Ωである。

感光体クリーニング装置４１は、クリーニングブレード４１ａと、クリーニングブラシ４１ｂを備えている。クリーニングブレード４１ａは、感光体ドラム１１の回転方向に対してカウンタ方向から感光体ドラム１１と当接している状態で、クリーニングブラシ４１ｂは感光体ドラム１１と逆方向に回転しながら接触している状態で感光体ドラム１１表面をクリーニングする。

現像装置３１は、Ｙトナーとキャリアを有する２成分現像剤が収容された収容容器３１ｃと、この収容容器３１ｃ内に配置され収容容器３１ｃの開口部を介して感光体ドラム１１と対向するように配置された現像剤担持体としての現像スリーブ３１ａと、収容容器３１ｃ内に配置され、現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌部材としてのスクリュー部材３１ｂとを備えている。スクリュー部材３１ｂは、現像スリーブ側となる現像剤の供給側と、補給トナー装置の供給を受ける側にそれぞれ配置され、収容容器３１ｃに軸受け部材によって回転自在に支持されている。

さて、上記４組の画像形成ユニットの感光体ドラム１１は、不図示の感光体ドラム駆動装置によって図中時計回り方向に回転駆動される。また、ブラック用の感光体ドラム１１Ｋと、カラー用の感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃとを独立に回転駆動できるようにしても良い。これにより、例えば、モノクロ画像を形成する時には、ブラック用の感光体ドラム１１Ｋのみを回転駆動し、またカラー画像を形成する時には４つの感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃ，１１Ｋを同時に回転駆動させることが出来る。ここで、モノクロ画像を形成する時は、カラー用の感光体ドラム１１Ｙ，１１Ｍ，１１Ｃから離間するように中間転写ベルト５０を有する中間転写ユニットが部分的に揺動させられる。

中間転写ベルト５０は、厚さが６０μｍで、体積抵抗率が約１ｅ９Ωｃｍ（三菱化学製ハイレスタ−ＵＰ ＭＣＰ ＨＴ４５０印加電圧１００Ｖ測定値）の、無端状カーボン分散ポリイミド樹脂で構成され、二次転写部対向ローラ７３及び支持ローラ７１，７２といった複数の支持ローラに掛け回されている。この支持ローラの一つを回転駆動することにより、中間転写ベルト５０を図１において反時計回り方向に無端移動させる事が出来る。

なお、二次転写部対向ローラ７３の外形は約２４ｍｍで、心金径は１６ｍｍであり、導電性のＮＢＲ系ゴム層（一次転写ローラ６１と同じ測定方法で約４ｅ７Ω）である。また、支持ローラ７２に対向する形で、画像濃度センサ７５が配置され、中間転写ベルト５０上に転写されたトナー像が支持ローラ７２上を通過した時、画像濃度が計測される。

二次転写部対向ローラ７３にトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加することで、二次転写部対向ローラ７３と二次転写ローラ８０の間に電位差が生じ、トナーが中間転写ベルト５０から記録用紙側へ向かう電圧が生じる為、トナー像を記録用紙に転写させる事が出来る。

なお、二次転写ローラ８０の外形は約２４ｍｍで、心金径は１４ｍｍであり、導電性のＮＢＲ系ゴム層（一次転写ローラ６１と同じ測定方法で１ｅ６Ω以下）である。本実施例では、様々な電圧波形を印加するために、トレック社製交直両用アンプリファイア（１０／４０Ａ）１１０Ａとエヌエフ回路ブロック社製任意波形発生装置（ＷＦ１９７４）１１０Ｂの組み合わせを転写バイアス用の電源１１０として用い、二次転写部対向ローラ７３に接続した。ちなみに、転写バイアス用の電源１１０を二次転写ローラ８０に接続し転写バイアスを印加してトナー像を記録用紙へ転写する形態でも問題は無い。転写バイアス用の電源１１０を二次転写ローラ８０に接続する場合は、二次転写ローラ８０にトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加する必要がある。

次に、上記実施形態の画像形成装置を用いて本願発明者らが行った研究結果について添付図面を参照しながら説明する。
本実施例において使用する現像剤は、粒径平均が６．８μｍの不定形トナー（ポリエステル系）と、平均粒径５５μｍの樹脂キャリアを使用し、トナーは負に帯電する。記録用紙は、特殊製紙株式会社製の「レザック６６」１７５ｋｇ紙（凹凸差が最大で約１００μｍ）を使用した。感光体や中間転写ベルトの線速であるプロセス線速については、１７３ｍｍ／ｓに設定した。

最初に、図１の実施形態の装置を低温低湿環境下（１０℃１５％）に設置し、二次転写バイアスとして図３に示す波形を用いて実験を実施した。トナーを転写ベルトから紙に転写するマイナス側の電圧のピーク値をＶｔ、トナーを紙から転写ベルトに戻すプラス側の電圧のピーク値をＶｒ、ピーク間電圧をＶｐｐ、電圧の最大値と最小値の平均値をＶｏｆｆとする。図３の波形では、転写バイアスの直流成分はＶｏｆｆではなく、時間的に平均した値Ｖａｖｅで、Ｖａｖｅ（第１の電圧）はトナーを中間転写ベルトから記録用紙に転写するマイナス側にする必要がある。

中間転写ベルトと記録用紙間をトナーが往復運動して、中間転写ベルトのトナーと相互作用することにより、凹部での転写性が向上するが、トナーが往復運動するには、トナーを戻す電圧Ｖｒを一定値以上にする必要がある。また、凸部の画像濃度を確保するには一定値以上のＶａｖｅが必要となる。さらに、放電による画像欠陥を抑制するにはＶｔを一定値以下にする必要がある。

低温低湿環境では、部材や記録材の抵抗が高くなるため、Ｖａｖｅを大きくする必要がある。Ｖｏｆｆを大きくするとＶａｖｅは大きくなるが、一定値以上のＶｒを確保するにはＶｐｐを大きくする必要があり、それに伴ってＶｔが大きくなるため、放電による画像欠陥が生じやすくなる。一方、トナーを紙から転写ベルトに戻すプラス側電圧の時間Ｔｒが周期Ｔに対して占める割合（戻し比率［％］）を小さくすることでＶａｖｅを大きくすることができ、ＶｒやＶｔが変わらないので、放電による画像欠陥が生じにくい。

二次転写バイアスとして図３に示す波形を用い、ベタ画像および文字と線が混在した画像を出力して画像評価をおこなった。画像評価は、問題が無い、ほぼ問題が無い、やや問題がある、問題がある、の４段階で実施した。

図３の波形で、周波数を５００Ｈｚ、戻し比率が４０％、Ｖｐｐを１２ＫＶ、Ｖａｖｅを５ＫＶとして、マゼンタベタ画像とシアンベタ画像を重ね合わせた青ベタ画像を出力して画像評価をおこなったところ、画像濃度ムラや白抜け画像が無く、放電痕の発生に問題の無い画像が得られた。また、文字と線が混在した画像を出力したところ、画像のにじみも問題の無い画像が得られた。次に、記録用紙における画像の占める面積の割合である画像面積率が５％以下の低画像面積率の画像を連続で出力した後に、青ベタ画像を出力して画像評価したところ、画像濃度ムラや白抜け画像が発生し、問題のある画像となった。また、文字と線が混在した画像を出力したところ、凹部の画像濃度が低く、問題のある画像となった。

低画像面積率の画像を連続出力していると、現像部でトナーが消費されずに現像装置内でストレスを受けるため、トナー表面に添加された外添剤がトナー内部に埋もれたり、トナーから分離したりしてトナーが劣化する。トナー表面が添加剤で被覆されている場合、中間転写ベルトは外添剤と接触するが、外添剤は粒径が非常に小さいので、トナーと中間転写ベルトの接触面積は小さい。一方、トナー表面の外添剤が埋没または遊離している場合は、中間転写ベルトはトナー表面と接触するが、トナーの粒径は外添剤に較べて十分大きいので、トナーと中間転写ベルトの接触面積は大きい。粉体と接触面間の付着力は、接触面積が大きいほど増大するため、劣化したトナーと中間転写ベルト間の付着力は、劣化していないトナーと中間転写ベルト間の付着力よりも大きくなる。トナーが劣化して付着力が増大すると、中間転写ベルトからトナーが分離しにくくなるために、転写性が悪化する。

次に、転写バイアスとして図４に示す波形を用いて実験を実施した。図４の波形では、トナーを中間転写ベルトから記録用紙に転写するマイナス側の電圧と、トナーを記録用紙から中間転写ベルトに戻すプラス側の電圧とマイナス側の電圧を交互に印加する（戻し側の極性と転写側の極性が周期的に変化する）交番電圧を、交互に印加する。転写バイアスの時間平均値Ｖａｖｅは、トナーを中間転写ベルトから記録用紙に転写するマイナス側にする必要がある。図４の波形における戻し比率は、プラス側の電圧の印加時間Ｔｒの合計と周期Ｔの比によって決まり、プラス側の電圧の印加回数をｎとすると、戻し比率はｎ×Ｔｒ／Ｔとなる。このため、戻し比率を小さくして一定の直流成分を確保し、トナーの分離と戻しの回数ｎを増やすには、Ｔｒを短くする必要がある。

まず、トナーが劣化していない場合に、周波数が５００Ｈｚ、Ｖｐｐが１２ＫＶ、Ｖａｖｅが５ＫＶで、ｎが２で戻し比率が４０％となるように、Ｔｒを０．４ｍｓに設定して青ベタ画像を出力したところ、画像濃度ムラや白抜け画像は問題の無い画像が得られた。また、文字と線が混在した画像を出力して画像評価をおこなったところ、画像のにじみは、図３の波形で出力した場合よりも悪化したが、ほぼ問題の無い画像が得られた。次に、画像面積率が５％以下の低画像面積率の画像を連続で出力してトナーが劣化した状態で、青ベタ画像を出力して画像評価したところ、図３の波形で出力した場合よりも画像濃度ムラや白抜け画像が改善し、ほぼ問題の無い画像が得られた。また、文字と線が混在した画像を出力して画像評価をおこなったところ、図３の波形で出力した場合よりも凹部の画像濃度は濃くなり、画像のにじみはほぼ問題の無い画像が得られた。

同様にして、トナーが劣化していない場合に、周波数が５００Ｈｚ、Ｖｐｐが１２ＫＶ、Ｖａｖｅが５ＫＶで、ｎが４で戻し比率が４０％となるように、Ｔｒを０．２ｍｓに設定して青ベタ画像を出力したところ、画像濃度ムラや白抜け画像は問題の無い画像が得られた。しかし、文字と線が混在した画像を出力して画像評価をおこなったところ、画像のにじみは、ｎが２の場合よりも悪化し、やや問題のある画像となった。次に、画像面積率が５％以下の低画像面積率の画像を連続で出力してトナーが劣化した状態で、青ベタ画像を出力して画像評価したところ、ｎが２の場合よりも画像濃度ムラや白抜け画像が改善し、問題の無い画像が得られた。また、文字と線が混在した画像を出力して画像評価をおこなったところ、凹部の画像濃度はｎが２の場合よりも濃くなり、画像のにじみはｎが２の場合よりも悪化したが、ほぼ問題の無い画像が得られた。

さらに、トナーが劣化していない場合に、周波数が５００Ｈｚ、Ｖｐｐが１２ＫＶ、Ｖａｖｅが５ＫＶで、ｎが８で戻し比率が４０％となるように、Ｔｒを０．１ｍｓに設定して青ベタ画像を出力したところ、画像濃度ムラや白抜け画像は問題の無い画像が得られた。しかし、文字と線が混在した画像を出力して画像評価をおこなったところ、画像のにじみは、ｎが４の場合よりも悪化し、問題のある画像となった。次に、画像面積率が５％以下の低画像面積率の画像を連続で出力してトナーが劣化した状態で、青ベタ画像を出力して画像評価したところ、画像濃度ムラや白抜け画像はｎが４の場合と同程度で、問題の無い画像が得られた。また、文字と線が混在した画像を出力して画像評価をおこなったところ、凹部の画像濃度はｎが４の場合と同程度で、画像のにじみはｎが４の場合よりも悪化し、やや問題のある画像となった。

このように、図４のような波形を用いることにより、トナーが劣化した場合でも、凹部での転写性が改善し、画像濃度ムラや白抜けが生じない画像が得られるが、トナーが劣化していない場合は、プラス側の電圧の印加回数ｎが多いほど画像のにじみが生じやすいことがわかる。図４のような波形を用いることによりトナーが劣化した場合でも凹部での転写性が良くなるのは、トナーが劣化して付着力が増大すると中間転写ベルト上からトナーが分離しにくくなるが、往復運動回数を増やすことにより、中間転写ベルト上トナーは往復運動するトナーと相互作用する確率が増加し、中間転写ベルト上トナーの多くのトナーが転写するためと考えられる。また、画像のにじみは、トナーが往復運動する際に、運動しているトナー間の静電反発力によって紙面方向に広がってしまうためと考えられ、往復運動回数が多いほど広がりやすくなると推定される。トナーが劣化すると、多くのトナーが動くまでに何度も往復運動する必要があるため、往復運動回数が増えても画像のにじみが悪化しにくいが、トナーが劣化していない場合は、少ない往復運動で多くのトナーが動くので、往復運動回数が増えると画像のにじみが悪化しやすいと考えられる。

本願発明者らは、このような検討結果から、トナー劣化の判定基準に基づいて、トナーが劣化していないと判定された場合には二次転写バイアスとして図３のような波形を用い、トナーが劣化したと判定された場合には二次転写バイアスとして図４のような波形を用いることにより、トナーが劣化していない場合も劣化している場合も、画像濃度ムラや白抜け画像が生じず、画像のにじみが抑制されることを見出した。

また、（トナーが劣化した場合も劣化していない場合も共に）二次転写バイアスとして図４のような波形を用い、記録用紙から像担持体（中間転写ベルト）にトナーを戻す電圧（実施例ではプラス側の電圧）の印加回数を、トナー劣化の判定基準に基づいて、トナーが劣化した場合はトナーが劣化していない場合よりも大きくするように制御することにより、トナーが劣化していない場合も劣化している場合も、画像濃度ムラや白抜け画像が生じず、画像のにじみが抑制されることを見出した。

トナー劣化の判定は、トナーが劣化すると予測される条件を満たすかどうか、または画像形成装置内に設置された何らかのトナー劣化検出手段を用いる方法が挙げられる。トナーが劣化すると予測される条件としては、トナーが画像形成に消費されずに画像形成装置内で長時間ストレスを受ける条件で、具体的には、実施例で示したように画像占有面積が所定の値よりも低い画像の出力が所定時間以上連続した場合、または所定枚数以上連続した場合が挙げられる。しかし、実際には、低画像面積の連続出力枚数が所定枚数以下だが、高画像面積の出力を挟んで何度も低画像面積が連続出力される場合など、様々な画像出力状況があり、トナー劣化の予測は困難である。このため、画像形成装置内にトナー劣化検出手段１２０を設け、その検出情報に基づいてトナーの劣化を判定する方が正確である。

トナー劣化検出手段１２０としては、これまでの特許文献で示された様々な例を適用することができる。例えば、以下の特許文献４〜８では、感光体上に転写率測定用の基準パターンの画像を現像し、一次転写における転写率を各種センサによって測定し、転写率の変化からトナーの劣化を検知している。また、トナーが劣化すると、トナーの現像能力が低下して感光体上の画像濃度が低下するため、現像バイアスを上げて画像濃度を確保するが、現像バイアスの上限まで上げても画像濃度を確保できない場合に、劣化したトナーを強制的に現像して排出する場合がある。

特開２００７−３０４３１６号公報（特許文献４）
特開２００４−２４０３６９号号公報（特許文献５）
特開平６−３９１３号公報（特許文献６）
特開平８−２２７２０１号公報（特許文献７）
特開２００６−２５１４０９号公報（特許文献８）

図５を用いて制御部の構成について説明する。
電源１１０、画像濃度センサ７５、画像濃度センサ１２１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）は、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段１２０に信号線を介して接続されている。トナー劣化判定手段１２０は所謂、コンピュータ回路で構成されていて、画像濃度センサ７５や画像濃度センサ１２１で計測したトナー濃度が入力され、入力されたトナー濃度からトナーの劣化状態を判定するとともに、その判定結果に基づいて電源１１０を制御して、二次転写バイアスの波形を設定するように機能する。

トナー劣化判定手段１２０には、予め判定用の閾値が設定され、トナー濃度が閾値以上であればトナーは劣化しておらず、閾値以下であればトナーは劣化していると判定される。二次転写バイアスの波形は、トナーが劣化していない場合の波形（波形１）とトナーが劣化している場合の波形（波形２）を設定しておく。トナー劣化判定手段１２０によりトナーが劣化していないと判定した場合は、電源１１０を制御して二次転写バイアスの波形を波形１に、トナーが劣化していると判定した場合は波形２にする。波形１と波形２の組み合わせとしては、波形１を図３のような波形、波形２を図４のような波形にする組み合わせと、波形１と波形２を共に図４のような波形とし、波形２のｎを波形１のｎよりも大きく設定する（図４の波形において、トナーが劣化していない場合のｎをｎ１とし、トナーが劣化している場合のｎをｎ２とするとき、ｎ１＜ｎ２とする）組み合わせがある。

本実施例において、一次転写における転写率によってトナーの劣化を判定する方法を適用した場合について述べる。
転写率によってトナーの劣化が判定され、二次転写バイアスの波形を変更する制御のフローチャートを図６に示す。この制御はトナー劣化判定手段１２０によって行われる。図６において、ステップＳ１では、周知のプロセスコントロール制御の最後に続けて、帯電装置２１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の電源を制御して帯電出力をオンし、ステップＳ２では、設定した画像濃度に対応する光量で画像パターンを各感光体上に書き込み、ステップＳ３において現像する。ステップＳ４では画像パターンを中間転写ベルト５０に転写し、ステップＳ５では転写画像の画像濃度Ａを画像濃度センサ７５で計測する。ステップＳ６では画像濃度Ａが所定の画像濃度下限値（閾値）以上であるか否かを判断し、この条件を満たしている場合には転写率が低下しておらずトナーは劣化していないと判断し、ステップＳ７に進んで二次転写バイアスの波形を波形１に設定し、この制御を終了する。一方、この条件を満たしていない場合は、転写率が低下しておりトナーが劣化していると判断し、ステップＳ８に進んで二次転写バイアスの波形を波形２に設定し、この制御を終了する。以上の制御フローは、既存のプロセス制御の後にするとして記載したが、出力状況等を考慮して既存のプロセス制御とは異なるタイミングで実施しても良い。

上記の制御によって、トナーが劣化している場合も劣化していない場合も、画像濃度ムラや白抜け画像が発生せず、画像のにじみが抑制されることを確認した。まず、二次転写バイアスに用いる波形として、波形１を図３に対応する波形として、周波数が５００Ｈｚ、戻し比率が４０％、Ｖｐｐが１２ＫＶ、Ｖａｖｅが５ＫＶの波形を用い、波形２を図４に対応する波形として、全体の周波数が５００Ｈｚ、Ｖｐｐが１２ＫＶ、Ｖａｖｅが５ＫＶで、ｎが４で戻し比率が４０％の波形に設定した。図６のフローチャートの制御により青ベタ画像を出力したところ、画像濃度ムラや白抜け画像は発生せず、問題の無い画像が得られた。また、文字と線が混在した画像を出力したところ、画像のにじみも問題の無い画像が得られた。次に、画像面積率が５％以下の低画像面積率の画像を連続出力した後に青ベタ画像を出力したところ、画像濃度ムラや白抜け画像が発生せず、問題の無い画像が得られた。また、文字と線が混在した画像を出力したところ、画像のにじみはほぼ問題の無い画像が得られた。

次に、二次転写バイアスに用いる波形として、波形１を図４に対応する波形として、全体の周波数が５００Ｈｚ、Ｖｐｐが１２ＫＶ、Ｖａｖｅが５ＫＶで、ｎが２で（ｎ１＝２）戻し比率が４０％の波形を用い、波形２も図４に対応する波形として、全体の周波数が５００Ｈｚ、Ｖｐｐが１２ＫＶ、Ｖａｖｅが５ＫＶで、ｎが４で（ｎ２＝４）戻し比率が４０％の波形に設定した（ｎ１＜ｎ２）。図６のフローチャートの制御により青ベタ画像を出力したところ、画像濃度ムラや白抜け画像は発生せず、問題の無い画像が得られた。また、文字と線が混在した画像を出力したところ、画像のにじみはほぼ問題の無い画像が得られた。次に、画像面積率が５％以下の低画像面積率の画像を連続出力した後に青ベタ画像を出力したところ、画像濃度ムラや白抜け画像が発生せず、問題の無い画像が得られた。また、文字と線が混在した画像を出力したところ、画像のにじみはほぼ問題の無い画像が得られた。

以上のように、本発明により、凹凸のある記録材に対して、低温低湿環境下、トナーが劣化した場合でも劣化していない場合でも、画像濃度ムラや白抜け画像が発生せず、画像のにじみが抑制された高画質な画像を得ることができる。

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。転写部の構成は適宜な構成を採用可能であり、対向部材側をベルトで構成しても良い。電源の構成も本発明を実施できるものであれば任意な構成を採用可能である。

また、画像形成装置の構成も任意であり、タンデム式における各色作像ユニットの並び順などは任意である。また、４色機に限らず、３色のトナーを用いるフルカラー機や、２色のトナーによる多色機、あるいはモノクロ装置にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機やファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

１ 画像形成ユニット
１１ 感光体ドラム（像担持体）
３１ 現像装置
５０ 中間転写ベルト（像担持体）
７３ 二次転写部対向ローラ
７５ 画像濃度センサ
８０ 二次転写ローラ
９１ 定着装置
１１０ 転写バイアス用電源
１２０ トナー劣化判定手段
１２１ 画像濃度センサ

特開２０１２−６３７４６号公報 特開２０１３−１２７５９２号公報 特開２０１３−１１７７０８号公報 特開２００７−３０４３１６号公報 特開２００４−２４０３６９号号公報 特開平６−３９１３号公報 特開平８−２２７２０１号公報 特開２００６−２５１４０９号公報

Claims (4)

1. トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写ニップを形成するニップ形成部材と、転写バイアスを印加することにより前記転写ニップ位置で前記像担持体上のトナー像を記録材へと転写する転写バイアス印加手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置において、
   前記トナー劣化判定手段の判定結果によりトナーが劣化していないと判定した場合の前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性の電圧と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性の電圧とを交互に印加する波形にし、
   前記トナー劣化判定手段の判定結果によりトナーが劣化したと判定した場合の前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性のみの電圧と、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性が周期的に変化する交番電圧と、を交互に印加する波形にすることを特徴とする画像形成装置。
2. トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写ニップを形成するニップ形成部材と、転写バイアスを印加することにより前記転写ニップ位置で前記像担持体上のトナー像を記録材へと転写する転写バイアス印加手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置において、
   前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性のみの電圧と、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性が周期的に変化する交番電圧と、を交互に印加する波形とし、
   前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化していないと判定した場合の前記交番電圧における記録材から像担持体にトナーを移動する側の極性の電圧の印加回数をｎ１とし、
   前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化したと判定した場合の前記交番電圧における記録材から像担持体にトナーを移動する側の極性の電圧の印加回数をｎ２とするとき、
   ｎ２＞ｎ１となるように制御することを特徴とする画像形成装置。
3. トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写ニップを形成するニップ形成部材と、転写バイアスを印加することにより前記転写ニップ位置で前記像担持体上のトナー像を記録材へと転写する転写バイアス印加手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置における画像形成方法であって、
   前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化していないと判定した場合の前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性の電圧と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性の電圧とを交互に印加する波形にし、
   前記トナー劣化判定手段の判定結果によりトナーが劣化したと判定した場合の前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性のみの電圧と、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性が周期的に変化する交番電圧と、を交互に印加する波形にすることを特徴とする画像形成方法。
4. トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に当接して前記像担持体との間で転写ニップを形成するニップ形成部材と、転写バイアスを印加することにより前記転写ニップ位置で前記像担持体上のトナー像を記録材へと転写する転写バイアス印加手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置における画像形成方法であって、
   前記転写バイアスを、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性のみの電圧と、前記像担持体から前記記録材にトナーを移動する側の極性と前記記録材から前記像担持体にトナーを移動する側の極性が周期的に変化する交番電圧と、を交互に印加する波形とし、
   前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化していないと判定した場合の前記交番電圧における像担持体から記録材にトナーを移動する側の極性の電圧の印加回数をｎ１とし、
   前記トナー劣化判定手段がトナーが劣化したと判定した場合の前記交番電圧における像担持体から記録材にトナーを移動する側の極性の電圧の印加回数をｎ２とするとき、
   ｎ２＞ｎ１となるように制御することを特徴とする画像形成方法。
   
   

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