JP2023089852A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における１次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供すること。【解決手段】制御部２００は、感光ドラム１の周速に対する現像ローラ３の周速の周速比が第１周速比であって、かつ、第１周速比が５０％より大きく１００％より小さくなると共に、感光ドラム１の、レーザーユニット７によって静電潜像が形成された領域の表面電位と現像電位との電位差が第１電位差となるように制御する第１モード、及び、周速比が第１周速比よりも大きい第２周速比であって第２周速比が１５０％未満となると共に、電位差が第１電位差よりも小さい第２電位差となるように制御する第２モード、を有することが可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、画像形成装置に関し、例えば、電子写真方式などを利用して像担持体上に形成したトナー像を中間転写体に１次転写した後に記録材に２次転写することで記録画像を得る、レーザープリンター、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式で、記録材に画像を形成する画像形成装置において、トナーを用いて静電潜像を可視化する現像装置を備えた構成が知られている。そのような現像装置として、トナーを担持搬送する現像ローラと、現像ローラ周囲にトナー供給ローラを備えたものが知られている。この現像装置においては、トナー供給ローラから現像ローラにトナーが供給され、供給されたトナーはトナー規制部材によって現像ローラ上で一定量に規制される。一定量に規制されたトナーは、感光ドラムの現像領域に搬送され、感光ドラム上の静電潜像に付与されてトナー像を形成する。

従来、感光ドラム及び感光ドラムに作用するプロセス手段を一体的にカートリッジ化し、カートリッジを画像形成装置に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。近年、プロセスカートリッジ（以下、カートリッジという）の長寿命化によって、現像ローラの走行距離を短くすることが求められている。例えば、画像データに応じて必要なトナー量が少ない場合には現像ローラの周速を遅くし、必要なトナー量が多い場合には現像ローラの周速を速くする技術が開示されている。この技術は可能な限り現像ローラの走行距離を短くすることでカートリッジの長寿命化を図っている（特許文献１参照）。

一方、近年では、さらに現像ローラの走行距離を短くするために、現像ローラの周速を感光ドラムの周速に比較して遅くする（即ち、感光ドラムの周速に対する現像ローラの周速の周速比が１００％未満の）場合がある。現像ローラの周速を感光ドラムの周速より遅くしても感光ドラムへのトナー載り（供給）量を維持するために、まず現像ローラ上の、トナー規制部材（位置）を通過した後のトナー載り量を増やす必要がある。そのための方法として、現像ローラの表面粗さを粗くする方法がある。

特開２００１－７５３５８号公報

しかしながら、現像ローラの表面粗さを粗くした場合、現像ローラ上のトナー載り量にムラが生じることがある。特に、現像ローラの周速が感光ドラムの周速よりも遅い場合には、現像ローラの表面性に起因するトナー載り量のムラが、感光ドラムに影響したまま現像される傾向がある。そして、この感光ドラム上に影響したトナー載り量のムラは、感光ドラムの回転方向における１次転写部よりも上流部での異常放電を誘発し、画像不良に繋がる場合がある。

このため、カートリッジの長寿命化を優先的に実現するモードを有しつつ、感光ドラムの回転方向における１次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制するモードも有することが求められている。

本発明は、このような状況のもとでなされたもので、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における１次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。
（１）回転可能な像担持体と、前記像担持体の表面を露光させ該像担持体の該表面に静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体の前記表面に現像剤を付与し、前記静電潜像を現像する回転可能な現像手段と、前記現像手段に現像電圧を印加する印加手段と、前記現像手段を回転駆動させる駆動手段と、前記駆動手段を制御する制御手段と、を備える画像形成装置であって、前記制御手段は、前記像担持体の周速に対する前記現像手段の周速の周速比が第１周速比であって、かつ、前記第１周速比が５０％より大きく１００％より小さくなると共に、前記像担持体の、前記露光手段によって前記静電潜像が形成された領域の表面電位と前記現像電位との電位差が第１電位差となるように制御する第１モード、及び、前記周速比が前記第１周速比よりも大きい第２周速比であって前記第２周速比が１５０％未満となると共に、前記電位差が前記第１電位差よりも小さい第２電位差となるように制御する第２モード、を有することが可能であることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における１次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。

実施例１～４の画像形成装置の断面模式図 実施例１～４のカートリッジの横断面模式図 実施例１～４の１次転写部の模式図 実施例１～４の感光ドラム上のトナー載り量のムラと異常放電の模式図 実施例１～４の周速差とトナー載り量のムラの模式図 実施例３のモードの切り替え制御を示すフローチャート 実施例４のモードの切り替え制御を示すフローチャート

以下、本発明を実施するための形態を、実施例により図面を参照しながら詳しく説明する。

［画像形成装置の基本構成］
図１は、回転可能な像担持体上に形成されたトナー像を、記録材に転写する画像形成装置の一例の断面構成図である。実施例１では、現像剤としてトナーを、中間転写体として中間転写ベルトを用いている。以下フルカラーモードの印刷動作について説明する。以下の説明において、周速とは、感光ドラム又は現像ローラが回転しているときの表面での速度、すなわち線速を意味する。

トナー像形成部３０は、移動する中間転写ベルト８に対して複数色のトナー像、ここではイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の重畳されたトナー像を形成する。トナー像形成部３０は、画像形成装置１００に対して、それぞれ、着脱自在な４個のプロセスカートリッジとしてのカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを備えている。また、トナー像形成部３０は、中間転写ベルト８を用いた中間転写ベルトユニット４０を有している。４個のカートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、同一構造であり、カートリッジＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫそれぞれがイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）のトナーを収容し画像を形成する。実施例１では、例えば粒径７μｍの負極性のトナーが使用されている。なお、以降の説明において符号の末尾に付与されるＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの文字はトナーの色を示しており、４色の共通する事項が説明されるときには省略される。

図２は画像形成装置１００内のカートリッジＰの断面構成図である。カートリッジＰは、像担持体として感光ドラム１を有する。感光ドラム１は矢印Ａ方向（時計回り方向）に例えば３００ｍｍ／ｓの速度（以下、周速という）で回転駆動される。カートリッジＰは、感光ドラム１を帯電する帯電手段としての帯電ローラ２を有し、帯電ローラ２は高電圧電源（不図示）から負極性の高電圧を印加されることで感光ドラム１表面を均一に帯電する。次に、露光手段としてのレーザーユニット７が画像データに応じて感光ドラム１へレーザー光を照射し、感光ドラム１表面に静電潜像を形成する。現像手段としての現像ローラ３は、現像電圧を印加する印加手段である電圧印加部８０から負極性の現像電圧が印加される。なお、現像電圧が印加された現像ローラ３の表面の電位を現像電位という。現像ローラ３は、駆動手段であるモータ７０によって矢印Ｂ方向（反時計回り方向）に回転しており、表面にコートされた電荷を帯びたトナーが感光ドラム１表面の静電潜像に沿って付着する。これにより静電潜像が可視像（現像剤像）になる。検知部９０は、現像ローラ３の回転数を検知する検知手段である。以下、トナーによる可視像をトナー像と表記する。実施例１の現像ローラ３は、例えば平均の表面粗さＲｚ＝１２μｍのものを用いた。現像ローラ３は、表面粗さＲｚが８．０μｍ～１５．０μｍであってもよい。

感光ドラム１の基層は接地されており、転写手段としての１次転写ローラ６は１次転写電圧印加部６０（以下、電圧印加部６０という）により正極性の電圧が印加されている。そのため１次転写ローラ６と感光ドラム１とのニップ部で電界が形成され、トナー像が感光ドラム１から中間転写ベルト８へ転写される（１次転写という）。１次転写によって中間転写ベルト８に転写されずに感光ドラム１表面に残ったトナーはドラムクリーニングブレード４によって感光ドラム１から除去され、廃トナー容器２３に集められる。トナー供給ローラ２４は矢印Ｃ方向（時計回り方向）に回転することで現像ローラ３へトナーの補給を行う。攪拌機２５は、矢印Ｄ方向（時計回り方向）に回転することでトナー供給ローラ２４へトナーの補給を行う。トナー規制ブレード２６は固定されているため、現像ローラ３は自身の回転によりトナー規制ブレード２６と摺擦する。現像ローラ３がトナー規制ブレード２６と摺擦する部分を摺擦部という。現像ローラ３表面にコートされたトナーはこの摺擦部で負極性に帯電されながら量を規制され、その結果濃度の安定した現像が可能になる。

図１に戻る。中間転写ベルトユニット４０は、可撓性を有する無端状の中間転写ベルト８と、この中間転写ベルト８を懸回張設する駆動ローラ９と従動ローラ１０とから構成されている。また、感光ドラム１に対向して、中間転写ベルト８の内側に１次転写ローラ６が配設されており、それぞれ、中間転写ベルト８を介して対応する感光ドラム１と当接している。各感光ドラム１と中間転写ベルト８との当接部が１次転写部である。

実施例１の中間転写ベルト８の基材としてポリエチレンナフタレートを使用した。他にも、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン－１、ポリスチレン、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリアリレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリイミド、が挙げられる。また、ポリブチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルニトリル、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、サーモトロピック液晶ポリマー、ポリアミド酸などの熱可塑性樹脂などが挙げられる。これらは混合して２種以上使用することもできる。

これらの熱可塑性樹脂中に、イオン導電性を発現させるイオン導電材料を含浸させる。実施例１のイオン導電材料はアルカリ金属塩を用いた。具体的にはパーフルオロブタンスルホン酸カリウム（ノナフルオロブタンスルホン酸カリウム；Ｃ４Ｆ９ＳＯ３Ｋ）を用いた。これは、「ＫＦＢＳ」（三菱マテリアル電子化成（株）社製）として市販されている材料である。また、中間転写ベルト８の表面硬度を高め、耐久性（耐摩耗性）を向上させる観点から、熱硬化性又は紫外線や、電子線などのエネルギー線の照射によって硬化する硬化性材料を用いた表層を有しても構わない。

中間転写ベルト８は、例えば厚さ７０μｍ、周長７９０ｍｍ、幅２５０ｍｍ、体積抵抗率１．０×１０^９Ω・ｃｍ、表面抵抗率１．０×１０^１０Ω／□となっている。ここで、周長とは、中間転写ベルト８の回動方向（矢印Ｅ方向）の長さ、幅とは中間転写ベルト８の回動方向に直交する方向の長さである。測定はＨｉｒｅｓｔａ・ＵＰ ＭＣＰ－ＨＴ４５０（三菱化学社製）を用いて、温度は２３℃、相対湿度は５０％環境下で印加電圧５００Ｖとしている。なお表面抵抗率は、中間転写ベルト８の裏面側から測定した値である。

中間転写ベルト８は、駆動ローラ９の回転駆動によって矢印Ｅ方向（反時計回り方向）に感光ドラム１の周速度に対応した回転速度３００ｍｍ／ｓで回転（移動）する。感光ドラム１上にそれぞれ形成されたトナー像は、１次転写部にて中間転写ベルト８上に順次重畳されて１次転写される。すなわち、中間転写ベルト８の面に、Ｙ色、Ｍ色、Ｃ色、Ｋ色の４色のトナー像がこの順で重畳された状態で形成される。４色のトナー像は、中間転写ベルト８の回転で中間転写ベルト８と２次転写部材としての２次転写ローラ１１との当接部である２次転写部１８へ搬送される。

給搬送装置１２は、シート状の記録材Ｓを積載して収納するカセット１３内から記録材Ｓを給送する給送ローラ１４と、給送された記録材Ｓを搬送する搬送ローラ対１５とを有している。給搬送装置１２から中間転写ベルト８の回転速度に対応した３００ｍｍ／ｓで搬送された記録材Ｓは、レジストレーション（以下、レジストという）ローラ対１６によって所定のタイミングにて２次転写部１８に導入される。記録材Ｓは、２次転写ローラ１１と中間転写ベルト８とで挟持搬送される。２次転写ローラ１１には２次転写電圧印加部６１（以下、電圧印加部６１という）により正極性の電圧が印加される。これにより、２次転写部１８で挟持搬送される記録材Ｓに対して中間転写ベルト８側の４色が重畳されたトナー像が一括して転写されていく（２次転写）。２次転写によって中間転写ベルト８から記録材Ｓに転写されなかったトナーは、中間転写ベルト８が矢印Ｅ方向に回転した後、クリーニング手段としてのクリーニングブレード２１によって掻き取られ、廃トナー回収容器２２へと回収される。２次転写により未定着のトナー像が形成された記録材Ｓは、定着装置１７に導入される。定着装置１７でトナー像の加熱定着を受けた記録材Ｓは、排出ローラ対２０によって排出トレイ５０上に排出される。

画像形成装置１００は、上述した各部を制御することで画像形成動作や記録材Ｓの搬送動作等、画像形成装置１００全体を制御する制御部２００を備えている。制御部２００は、例えばＣＰＵ２００ａを有し、ＣＰＵ２００ａは、タイマ２００ｄによってタイミングを制御しつつ、ＲＡＭ２００ｃを一時的な作業領域として使用しながら、ＲＯＭ２００ｂに記憶されたプログラムを実行する。制御部２００は、感光ドラム１の周速と現像ローラ３の周速との比である周速比が所定の比となるようにモータ７０を制御する。例えば、制御部２００は、周速比を１：１に制御する場合、感光ドラム１の周速が３００ｍｍ／ｓであれば、現像ローラ３の周速も３００ｍｍ／ｓとなるようにモータ７０を制御する。なお、画像形成装置１００の構成は図１に示した構成に限定されない。

［１次転写上流部の異常放電のメカニズム］
以下に、感光ドラム１の回転方向（言い換えれば、中間転写ベルト８の回動方向である矢印Ｅ方向）において、１次転写部よりも上流側（以下、１次転写上流部という）で発生する異常放電（以下、異常放電という）による画像不良について説明する。図３は１次転写部を拡大した図である。異常放電は１次転写上流部の感光ドラム１と中間転写ベルト８との間に大きい電位差が生じた場合に、その間で発生する。異常放電が発生すると発生位置に存在していたトナー像が乱れて、例えば細かい縦スジとして中間転写ベルト８上から顕在化する。

この異常放電の特徴として３点説明する。
１点目は、異常放電はベタ画像で発生しやすいことである。なぜならば、ベタ画像は感光ドラム１上のトナー量が多く、トナー層を含めた感光ドラム１表面の負極性電位が高くなる。これにより感光ドラム１と中間転写ベルト８との間に大きな電位差が生じるためである。

２点目は、異常放電はトナーの帯電量が大きい場合に発生しやすいことである。なぜならトナーの帯電量が大きいと感光ドラム１と中間転写ベルト８との電位差が大きくなるためである。トナーの帯電量はカートリッジＰの使用回数（耐久枚数ともいう）や使用環境に応じて変化するため、これらの条件によって発生の有無は変化する。

３点目は、異常放電は感光ドラム１上のトナー載り量のムラが大きいと発生しやすいことである。図４は感光ドラム１上のトナー載り量のムラと異常放電との模式図と、それに対応した電位の模式図を示している。図４の上側は、中間転写ベルト８とトナーが付与された感光ドラム１とを示す模式図であり、下側は中間転写ベルト８及び感光ドラム１の位置と電位との関係を示すグラフである。下側のグラフには、中間転写ベルト８の電位（ベルト電位）、感光ドラム１表面の電位（ドラム電位）、感光ドラム１上のトナー層の電位（トナー層分の電位）をそれぞれ示す。

図４（Ａ）は感光ドラム１上のトナー載りムラが大きい場合を表し、図４（Ｂ）は感光ドラム１上のトナー載りムラが小さい場合を表している。なお、図４（Ａ）（Ｂ）で感光ドラム１上のトナー載り量は同じ条件である。トナー載り量とは、感光ドラム１上の単位面積当たりのトナーの重量である。測定方法は、約１０ｃｍ^２のトナーの重量を測定し、ｍｇ／ｃｍ^２の単位に変換する。トナー載りムラとはトナーの載り方によってできた凹凸のことである。

トナー載りムラが大きい図４（Ａ）では、トナーの山部（凸部）で局所的に中間転写ベルト８との電位差が大きくなり、山部を起点に電流が集中し異常放電が発生する。実際の測定では、トナーの山部と隣り合うトナーの山部との間隔の距離は約５０μｍで、山部の高さは約１４μｍであった。一方、トナー載りムラが小さい図４（Ｂ）では、表面が均一な電位になり異常放電の現象は発生しにくくなる。このようなメカニズムでトナー載りムラが大きいと異常放電が発生しやすくなる。

感光ドラム１上のトナー載りムラを小さくする方法に、感光ドラム１の周速に対する現像ローラ３の周速を速くする方法がある。図５（Ａ）は感光ドラム１の周速に対する現像ローラ３の周速が遅い場合を示している。この場合は現像ローラ３上のトナー載りムラが感光ドラム１上に広げられた形で残ってしまう。一方、図５（Ｂ）は感光ドラム１の周速に対する現像ローラ３の周速が速い場合を示す。この場合は、現像ローラ３のトナー載りムラの間隔が感光ドラム１上で詰まり、均一なトナー層を形成することができる。

［第１モードと第２モード］
実施例１における印刷モードである第１モードと第２モードについて説明する。感光ドラム１の周速に対する現像ローラ３の周速の比をドラム－現像周速比（以下、周速比という）、ベタ画像の露光後の感光ドラム１の表面電位（明部電位）と現像ローラ３に印加する現像電圧との差を現像コントラストという。

周速比を大きくすると、感光ドラム１上のトナー載り量が増え、トナーの消費量が大きくなってしまう。そこで実施例１では周速比が変化しても、一定のトナー消費量が保たれるように、現像コントラストを変化させる。例えば、周速比９０％では現像コントラスト２７０Ｖに対し、周速比１１０％では現像コントラスト２２０Ｖにする。すなわち、周速比が大きくなるほど、現像コントラストを小さくすることで、どちらの設定値においても、トナー載り量を一定の０．４５ｍｇ／ｃｍ^２に保つことができる。現像コントラストはレーザーユニット７における露光量や電圧印加部６０による現像電圧によって制御する。

表１はドラム－現像周速比（％）と、周速比に伴い感光ドラム１上のトナー載り量が一定になるよう現像コントラストを変えた場合の単色ベタ画像の異常放電画像の発生の有無を示している。表１の１列目にドラム－現像周速比％を示し、２列目に現像コントラスト（Ｖ）を示し、３列目に異常放電画像の有無等（×（発生）、△（可／ＯＫ）、〇（未発生））を示す。なお、「△（可／ＯＫ）」は、〇に比べて異常放電の発生が確認されたものの、×ほどの品質の低下は見られなかったことを意味する。

周速比が５０％の場合、画像形成不能のため、結果を得られなかった。周速比を５０％まで落とすと、感光ドラム１に現像するトナー量が極端に少なくなり、現像コントラストを大きくしても感光ドラム１上のトナー載り量を一定に保てなかったためである。周速比が６０％から９５％では、若干の異常放電が発生したが、画像不良は認められなかった。一方、周速比が１００％から１４０％では異常放電が発生しなかった。これは周速比が大きくなることで、感光ドラム１上のトナー載りムラが軽減されたためである。そして１５０％では再び異常放電が発生するようになった。これは、周速比が大きくなることで、感光ドラム１と現像ローラ３との間でトナーが摺擦することで帯電され、トナーの帯電量が上がったためである。

以上の結果から第１モードとして設定する周速比の範囲は５０％より大きく１００％より小さくする。第２モードとして設定する周速比の範囲は１００％以上１５０％未満とする。すなわち、第１モードは、カートリッジＰの長寿命化を重視する（優先的にする）モードであり、第２モードは、トナーの消費量を低減しつつ、異常放電画像を抑制するモードである。なお、実施例１ではトナー載り量を一定にするために、周速比に一意に現像コントラストを設定したが、これに限らない。

［実施例１の効果］
表２で実施例１と比較例１について説明する。比較例１は周速比が９０％、現像コントラストが２７０Ｖの第１モードしか備えない場合を示す。実施例１は前述の第１モードと、周速比が１１０％、現像コントラストが２２０Ｖの第２モードとの両方を備え、ユーザーが使用目的に応じてモードを切り替えられる場合を示している。

表２は、異常放電による画像不良（異常放電画像）の発生状況とカートリッジＰの長寿命化との２つの点について、比較例１と実施例１とで、良好（〇（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ））、可能（△（Ｇｏｏｄ））を示している。比較例１では、周速比を遅くすることでカートリッジＰの長寿命化は実現可能であり、異常放電が発生したが画像形成は可能である。一方、実施例１では、第１モードに切り替えられることでカートリッジＰの長寿命化を実現可能であり、第２モードに切り替えられることで異常放電画像の抑制を実現可能であり、いずれも良好な結果である。

以上、制御部２００は、第１モード又は第２モードで画像形成を行う。第１モードは、周速比が第１周速比（例えば、９０％）となるようにモータ７０を制御し、かつ、現像コントラストが第１電位差（例えば、２７０Ｖ）となるようにレーザーユニット７及び／又は電圧印加部８０を制御するモードである。第２モードは、周速比が第２周速比（例えば、１１０％）となるようにモータ７０を制御し、かつ、現像コントラストが第２電位差（例えば、２４０Ｖ）となるようにレーザーユニット７及び／又は電圧印加部８０を制御するモードである。ここで、第２周速比は第１周速比よりも大きく、第２電位差は第１電位差よりも小さい。第１モードは、第１周速比が６０％以上かつ１００％未満であり、第２モードは、第２周速比が１００％以上かつ１４０％未満である。第１モードで感光ドラム１上に付与された単位面積当たりのトナーの重量と、第２モードで感光ドラム１に付与された単位面積当たりのトナーの重量とは等しい。

前述したとおり、異常放電が発生する状況は、トナー量やトナーの帯電量の大きさで変わる。トナー量は印刷画像によって変化し、またトナーの帯電量はカートリッジＰの耐久枚数や使用環境によって変化する。比較例１では現像ローラ３の周速を遅くし（９０％）、カートリッジＰの長寿命は実現できるが、状況によっては異常放電が発生する。一方、実施例１では、異常放電画像が発生する状況において、必要に応じて第２モードに切り替えることが可能である。このため、カートリッジＰの寿命に対する影響を最小限にしつつ、異常放電画像を抑制することができる。

以上、実施例１によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における１次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。

近年市場の多様化に伴い、従来よりも写真印刷等で広色域プリントが必要とされる場合が増えてきた。広色域プリントでは、画像の色域を拡大し、より質の高い画像を形成することが可能である。広色域プリントは、感光ドラム１の周速と現像ローラ３の周速との周速比が、通常の画像形成が行われるときよりも大きくなるように制御される。そこで実施例２では、カートリッジＰの寿命を優先する第１モード、トナー消費量を考慮しつつ、異常放電画像を抑制する第２モードに加え、第３モードも備える。第３モードは、周速比を大きくし、かつ現像コントラストを大きくして広色域を実現するモードである。なお、画像形成装置１００の基本構成は実施例１と同様のため、同じ構成には同じ符号を用い、説明は省略する。

［第３モード］
第３モードでは、例えば周速比を１１０％、現像コントラストを３００Ｖに設定する。周速比を上げ、現像可能量を増やし、現像コントラストを大きくすることで感光ドラム１上のトナー載り量を増やしている。第１モード、第２モードは実施例１と同様であるため説明を省略する。第１モード、第２モードの感光ドラム１上のトナー載り量は０．４５ｍｇ／ｃｍ^２であるのに対し、第３モードでは、０．５５ｍｇ／ｃｍ^２であり、トナー載り量が増加している。第３モードは周速比を１１０％にしているため、感光ドラム１上のトナー載りムラが少なく、異常放電も抑制することができる。

［実施例２の効果］
表３で実施例２と比較例について説明する。比較例１は前述のとおりである。実施例２は実施例１同様の第１モードと第２モードに加えて、第３モードを備え、ユーザーが使用目的に応じてモードを切り替えられる場合を示している。

表３は、異常放電画像の発生状況とカートリッジＰの長寿命化との２つの点に加え、広色域プリントについて、比較例１と実施例２とで、それぞれ良好（〇（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ））、可能（△（Ｇｏｏｄ））等を示している。

比較例１ではカートリッジＰの寿命に対する影響を最小限にすることは可能であり、また異常放電画像が発生するものの画像形成可能であるが、広色域プリントは非対応である。実施例２では第３モードを備えることで、カートリッジＰの寿命に対する影響を最小限にしつつ、異常放電を抑制し良好な結果が得られ、広色域プリントにも対応している。以上より、実施例２ではより多様な市場にも対応できるようになる。

以上のように、制御部２００は、広色域プリントを実行する場合には第３モードで画像形成を行う。第３モードは、周速比が第３周速比（例えば、１１０％）となるようにモータ７０を制御し、かつ、現像コントラストが第３電位差（例えば、３００Ｖ）となるようにレーザーユニット７及び／又は電圧印加部８０を制御するモードである。第３周速比は第１周速比よりも大きく、第３電位差は第１電位差よりも大きい。第３モードで感光ドラム１上に付与された単位面積当たりのトナーの重量は、第１モード及び第２モードで感光ドラム１上に付与された単位面積当たりのトナーの重量よりも多い。

以上、実施例２によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における１次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。

実施例１の１次転写上流部の異常放電のメカニズムのとおり、異常放電はベタ画像で発生しやすく、ベタ画像が広い面積に存在する場合に顕在化する。なお、ベタ画像とは、感光ドラム１の画像形成可能領域の全面に形成されたトナー像だけでなく、トナー像が連続して形成され、所定の面積を持つ場合も含む。そこで実施例３では、印刷する画像データに応じて第１モードと第２モードを自動的に切り替える例について説明する。なお、画像形成装置１００の基本構成は実施例１と同様のため、同じ構成には同じ符号を用い説明は省略する。

［ベタ画像データと異常放電画像］
表４は前述の第１のモードにおける、ベタ画像の面積による異常放電画像の視認性の違いを表している。

表４は、１列目にベタ画像の面積（ｍｍ^２）を示し、２列目に異常放電の発生等（△は発生するが顕著ではない、〇は発生が確認されない）を示す。

実施例３の評価では、同じ形状、ここでは正方形のベタ画像を用いた。ベタ画像の面積が例えば３００ｍｍ^２以下では異常放電の発生は確認されないが、４００ｍｍ^２以上になると異常放電が発生するが、顕著ではないことが分かる。すなわち、同じ形状のベタ画像で面積を異ならせたときに、異常放電が発生するか否かの第１閾値が、例えば４００ｍｍ^２である。これは、ある程度の広い面積でベタ画像が存在する場合に、異常放電が発生することを示している。なお、異常放電が発生しても顕著ではない。第１閾値は、４００ｍｍ^２に限定されず、画像形成装置１００の仕様等によって設定されるものである。

次に表５は、ベタ画像で、等しい面積４００ｍｍ^２の長方形の場合の形状の違いによる異常放電画像の視認性の違いを表している。

表５は、１列目にベタ画像の形状における対角線の距離（対角線距離）（ｍｍ）を示し、２列目に異常放電が発生するか否かを示す。ここで、〇は異常放電の発生が確認されなかったことを示し、△は異常放電が発生したものの顕著ではなかったことを示す。

形状の違いは対角線距離で表している。対角線の距離が５１ｍｍ以下では異常放電が目立つが、８０ｍｍ以上になると異常放電が発生しないことが分かる。すなわち、同じ面積のベタ画像で対角線距離を異ならせたときに、異常放電が発生するか否かの第２閾値が、例えば５１ｍｍである。これは細長い図形では異常放電が発生しにくく、より正方形に近い図形ほど異常放電が発生することを示している。なお、異常放電が発生した場合であっても顕著ではない。以上の結果から、ベタ画像面積４００ｍｍ^２をモードの切り替えを判断する際の閾値に設定した。また、多角形以外にも対応するために、ベタ画像領域の最も離れた点同士の距離、例えば対角線を判断に用い、対角線の長さ（対角線距離）５１ｍｍをモードの切り替えを判断する際の閾値に設定した。なお、第２閾値は、５１ｍｍに限定されず、画像形成装置１００の仕様等によって設定されるものである。

［モードの切り替え制御］
図６は画像データに応じて、第１モードと第２モードとを切り替える処理のフローチャートを示す。第１モードと第２モードは実施例１と同様である。ステップ（以下、Ｓとする）１０１で制御部２００は、画像形成装置１００がパーソナルコンピューター（以下、ＰＣとする）等のホスト機器（不図示）から画像データを取得する。Ｓ１０２で制御部２００は、Ｓ１０１で取得した画像データにＹＭＣＫいずれかの色のベタ画像領域があるか否かを判断する。Ｓ１０２で制御部２００は、４色ともベタ画像領域がないと判断した場合、処理をＳ１０３に進め、１色でもベタ画像領域があると判断した場合、処理をＳ１０４に進める。Ｓ１０３で制御部２００は、第１モードを選択し、第１モードで印刷を実行し、処理を終了する。

Ｓ１０４で制御部２００は、ベタ画像領域が連続して第１閾値（例えば、４００ｍｍ^２）以上あるか否かを判断する。Ｓ１０４で制御部２００は、ベタ画像領域が連続して第１閾値未満であると判断した場合、処理をＳ１０３に進め、第１閾値以上であると判断した場合、処理をＳ１０５に進める。

Ｓ１０５で制御部２００は、ベタ画像領域の最も離れた点同士の距離（例えば、対角線距離）が第２閾値（例えば、５１ｍｍ）以下であるか否かを判断する。Ｓ１０５で制御部２００は、対角線距離が第２閾値より大きいと判断した場合、処理をＳ１０３に進め、第２閾値以下であると判断した場合、処理をＳ１０６に進める。Ｓ１０６で制御部２００は、第２モードを選択し、第２モードで印刷を実行し、処理を終了する。

なお、実施例３では、ベタ画像、言い換えれば濃度と、その濃度の領域の面積（ベタ画像領域）とその領域形状を特定の閾値で判断したが、それに限定されるものでない。採用するトナー物性、中間転写ベルト抵抗、１次転写電圧、カートリッジＰの構成、環境に応じて調整すればよい。また、図６のように２つ以上の条件についての判断処理を設けてもよいし、１つの条件についての判断処理を設けてもよい。

［効果］
表６で比較例１と実施例３について説明する。比較例１は前述したとおりである。

表６は、異常放電画像の発生状況とカートリッジＰの長寿命化との２つの点に加え、モードの自動切り替えについても示している。比較例１と実施例３とで、それぞれの実現が良好（〇（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ））、可能（△（Ｇｏｏｄ））や、対応（〇）、非対応（－）を示している。

実施例３は第１モードと第２モードの両方を備え、前述の制御により、画像データに応じてモードが自動で切り替わる場合を示している。実施例３では異常放電が発生する可能性の高い画像の場合に、自動的に第２モードで印刷する。一方、比較例１ではカートリッジＰの長寿命化は実現できるが、異常放電画像を抑制できず、モードを複数備えていない（非対応）ため自動切り替えもできない。

以上のように、制御部２００は、画像データに応じて第１モードと第２モードとを切り替える。詳細には、制御部２００は、トナー像の中で連続した領域の面積に応じて第１モードと第２モードとを切り替える。制御部２００は、トナー像の中で連続した領域の面積が第１閾値未満である場合に第１モードで画像形成を行う。また、制御部２００は、連続した領域の形状に応じて第１モードと第２モードとを切り替える。制御部２００は、トナー像の中で連続した領域の面積が第１閾値以上である場合に、その領域の形状の中で最も離れた２つの点の距離が第２閾値よりも長い場合に第１モードで画像形成を行う。一方、その領域の形状の中で最も離れた２つの点の距離が第２閾値以下である場合に第２モードで画像形成を行う。

以上、実施例３によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における１次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。

実施例１の１次転写上流部の異常放電のメカニズムのとおり、異常放電はトナーの帯電量によって影響されるため、カートリッジＰの使用状況（耐久状況）に応じて変化する。そこで実施例４では、耐久状況に応じて第１モードと第２モードを切り替える例について説明する。なお、画像形成装置１００の基本構成は実施例１と同様のため、同じ構成には同じ符号を用い、説明は省略する。

［カートリッジ寿命と異常放電画像］

表７はカートリッジＰの寿命（以下、カートリッジ寿命という）と異常放電画像の発生の有無を示している。カートリッジ寿命は％で表わされ、それぞれのカートリッジ寿命に対して、異常放電の発生が確認されなかった（〇）、発生したが顕著ではなかった（×）ことをそれぞれ示す。

カートリッジ寿命の検知手段として、実施例３では、例えば、検知部９０により検知された現像ローラ３の回転数を用いて寿命検知を行った。すなわち、現像ローラ３の回転数が多いほどカートリッジ寿命は減少（消費ともいえる）していく。なお、未使用の新品のカートリッジ寿命を１００％とし、カートリッジＰの使用が進むほどこの値は減るものとする。カートリッジ寿命の検知手段は、現像ローラ３の回転数に基づく検知手段に限定されず、カートリッジ寿命と相関を示す検知結果を得られる検知手段、例えば画像形成された記録材Ｓの枚数等、他の検知手段であってもよい。制御部２００は、カートリッジ寿命の検知手段によって求められたカートリッジ寿命（例えば、７０％等）を、例えばＲＡＭ２００ｃ等の記憶手段に記憶する。

表７に示すように、カートリッジ寿命が１００％等では異常放電が発生したものの顕著ではなく、カートリッジ寿命が５０％以下では異常放電が発生しなくなる。すなわち、カートリッジ寿命が減少していったとき、異常放電が発生するかしないかの第３閾値が、例えば６０％である。記録材Ｓが搬送された枚数（以下、通紙枚数という）が増える（進む）と、現像ローラ３とトナー規制ブレード２６との摺擦、又は、現像ローラ３と感光ドラム１との摺擦により、トナー表面の形状や外添剤の脱離等でトナーの帯電量が落ちる。このため、カートリッジ寿命が減少すると異常放電が発生しにくくなる。

［モードの切り替え制御］
図７はカートリッジ寿命に応じて、第１モードと第２モードとを切り替える処理を示すフローチャートである。第１モードと第２モードは実施例１と同様である。Ｓ２０１で制御部２００は、画像形成装置１００内のカートリッジ寿命の記憶手段（例えばＲＡＭ２００ｃ）に記憶したカートリッジ寿命を取得する。Ｓ２０２で制御部２００は、Ｓ２０１で取得したカートリッジ寿命が第３閾値（例えば６０％）以上であるか否かを判断する。Ｓ２０２で制御部２００は、カートリッジ寿命が第３閾値未満であると判断した場合、処理をＳ２０３に進め、第３閾値以上であると判断した場合、処理をＳ２０４に進める。

Ｓ２０３で制御部２００は、第１モードを選択し、第１モードで印刷を実行し、処理を終了する。Ｓ２０４で制御部２００は、第２モードを選択し、第２モードで印刷を実行し、処理を終了する。なお、実施例３ではカートリッジ寿命を第３閾値６０％で判断したが、それに限定されるものでない。第３閾値は、採用されるトナー物性、中間転写ベルトの抵抗、１次転写電圧、カートリッジ構成、環境等に応じて調整すればよい。

［効果］
表８で比較例１と実施例４について説明する。比較例１は前述したとおりである。

表８は、異常放電画像の発生状況とカートリッジＰの長寿命化との２つの点について、比較例１と実施例４とで、良好（〇（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ））、可能（△（Ｇｏｏｄ））を示している。また、モードの自動切り替えについては、対応（〇）か非対応（－）かを示している。

実施例４は第１モードと第２モードの両方を備え、前述の制御により、カートリッジ寿命に応じてモードが自動で切り替わる場合を示している。実施例４では異常放電が発生する可能性がある新品に近い初期のカートリッジＰが使用されている場合に、自動的に第２モードで印刷することで、異常放電が発生する機会を減らすことが可能となる。なお、実施例３の制御、すなわち形成される画像の面積や形状に応じてモードを切り替える制御と実施例４の制御とを組み合わせてもよい。

以上のように、制御部２００は、カートリッジＰの寿命に関する情報に応じて第１モードと第２モードとを切り替える。カートリッジＰの寿命に関する情報は、カートリッジＰが新品のときの値がカートリッジＰの使用が進んだときの値よりも大きく表される。制御部２００は、カートリッジＰの寿命に関する情報が第３閾値未満である場合に第１モードで画像形成を行い、第３閾値以上である場合に第２モードで画像形成を行う。制御部２００は、現像ローラ３の回転数を検知する検知部９０の検知結果に基づいてカートリッジＰの寿命に関する情報を求める。

以上、実施例４によれば、カートリッジの長寿命化を優先的に実現したり、感光ドラムの回転方向における１次転写部よりも上流側で発生する異常放電を抑制したりするモードを選択可能な構成を提供することができる。

１ 感光ドラム
３ 現像ローラ
７ レーザーユニット
７０ モータ
８０ 電圧印加部
２００ 制御部

Claims (12)

1. 回転可能な像担持体と、
   前記像担持体の表面を露光させ該像担持体の該表面に静電潜像を形成する露光手段と、
   前記像担持体の前記表面に現像剤を付与し、前記静電潜像を現像する回転可能な現像手段と、
   前記現像手段に現像電圧を印加する印加手段と、
   前記現像手段を回転駆動させる駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する制御手段と、
   を備える画像形成装置であって、
   前記制御手段は、
   前記像担持体の周速に対する前記現像手段の周速の周速比が第１周速比であって、かつ、前記第１周速比が５０％より大きく１００％より小さくなると共に、前記像担持体の、前記露光手段によって前記静電潜像が形成された領域の表面電位と現像電位との電位差が第１電位差となるように制御する第１モード、
   及び、
   前記周速比が前記第１周速比よりも大きい第２周速比であって前記第２周速比が１５０％未満となると共に、前記電位差が前記第１電位差よりも小さい第２電位差となるように制御する第２モード、を有することが可能であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像手段は、表面粗さＲｚが８．０μｍ～１５．０μｍである現像ローラを備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１モードで前記像担持体上に付与された単位面積当たりの前記現像剤の重量と、前記第２モードで前記像担持体上に付与された単位面積当たりの前記現像剤の重量とは等しいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記周速比が前記第１周速比よりも大きい第３周速比となるように、かつ、前記電位差が前記第１電位差よりも大きい第３電位差となるように制御する第３モードで記録材に画像形成を行うことが可能であり、
   前記第３モードで前記像担持体上に付与された単位面積当たりの前記現像剤の重量は、前記第１モード及び前記第２モードで前記像担持体上に付与された単位面積当たりの前記現像剤の重量よりも多いことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、画像データに応じて前記第１モードと前記第２モードとを切り替えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、現像剤像の中で連続した領域の面積に応じて前記第１モードと前記第２モードとを切り替えることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、前記面積が第１閾値未満である場合に前記第１モードで画像形成を行うことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記制御手段は、前記連続した領域の形状に応じて前記第１モードと前記第２モードとを切り替えることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記制御手段は、前記面積が前記第１閾値以上である場合に、
   前記形状の中で最も離れた２つの点の距離が第２閾値よりも長い場合に前記第１モードで画像形成を行い、前記距離が前記第２閾値以下である場合に前記第２モードで画像形成を行うことを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記像担持体と前記現像手段とを含むカートリッジを備え、
    前記制御手段は、前記カートリッジの寿命に関する情報に応じて前記第１モードと前記第２モードとを切り替えることを特徴とする請求項５から請求項９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記情報は、前記カートリッジが新品のときの値が前記カートリッジの使用が進んだときの値よりも大きく表され、
    前記制御手段は、前記情報が第３閾値未満である場合に前記第１モードで画像形成を行い、前記情報が前記第３閾値以上である場合に前記第２モードで画像形成を行うことを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記現像手段の回転数を検知する検知手段を備え、
    前記制御手段は、前記検知手段の検知結果に基づいて前記情報を求めることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の画像形成装置。

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