JP5052989B2 - 画像形成装置、およびトナー強制消費方法 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。特に、現像装置でトナーを付着して像担持体上に作像する作像ステーションが複数並べて備えられている画像形成装置に関する。ならびに、そのような画像形成装置において、各作像ステーションの像担持体にそれぞれ作像するとき、各像担持体の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成してトナーを強制的に消費するように制御するトナー強制消費方法に関する。

従来、電子写真式の画像形成装置では、ドラム状やベルト状の像担持体の回転とともに、その像担持体上に帯電、書込みを行って静電潜像を形成して後、現像装置でトナーを付着することにより可視像化してトナー像を形成し、そのトナー像を直接記録材に転写し、またはいったん中間転写体に転写して後、その中間転写体を介して間接的に転写して、最終的に用紙、ＯＨＰフィルム等の記録材に画像が記録される。

現像装置では、現像剤収納部内の現像剤（キャリア、トナー）を撹拌し、トナーを感光体等の像担持体に対向する現像領域に搬送して像担持体上に形成された静電潜像が現像される一方、現像領域で現像に用いられなかったトナーは、現像剤収容部内に戻される。現像剤収容部内には、必要に応じてトナーが補給される。

このような画像形成装置において、低画像面積率の画像が多く出力されるなど、トナー消費の少ない状態で現像剤収納部内の現像剤を撹拌すると、トナーにストレスが加わり、地汚れ、画像のボソツキ、濃度変動、補給トナーの地肌汚れ等々、様々な不具合が生じることが知られている。その原因は、現像剤撹拌による現像剤の劣化、例えばトナー中の添加剤埋め込みによる帯電異常、トナー平均粒形の変化による帯電特性変化などにあると推定されている。

このような不具合は、いずれも高画像面積出力時には発生しない問題であるため、対策の一つとして所定のタイミングでトナーを強制的に消費させてしまう方法が提案されている。例えば、連続作像時に、記録材と記録材との間の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成して、トナーを強制的に消費することが行われていた。

特開２００３−７６０７９号公報 特開２００５−６２８４０号公報 特開２００６−１７１５２１号公報 特開２００７−６５２１６号公報

ところで、画像形成装置の中には、複数の作像ステーションを並べて備え、各作像ステーションで、それぞれ現像装置でトナーを付着して像担持体上に画像を形成し、その画像を順次転写して、またはいったん中間転写体上に順次一次転写して後、その中間転写体上の画像を一括二次転写して、最終的に記録材に画像を記録するものがある。

このようなタイプの画像形成装置にあっては、各作像ステーションでの現像剤の劣化が同じであっても、各作像ステーションの像担持体から転写した画像が下流の作像ステーションを通過するとき、画像劣化を起こすから、作像順が早いほど、下流の作像ステーション通過時に画像劣化を起こしやすい問題があった。

すなわち、各作像ステーションの転写ニップを通過するとき、トナーは、微小空間での放電による電荷の注入を受ける。そして、この放電による電荷注入により、トナー極性の反転、あるいは弱帯電化（＋帯電トナーであれ、−帯電トナーであれ、いずれもゼロ近傍の帯電量分布になる）が起こり、次の作像ステーション通過時に逆転写してトナー抜けとなり、画像が劣化してしまう。また、トナーの添加剤の遊離、剥離によりトナーの流動性が低下し、物理的な付着力（非静電的付着力）が増加し、作像順が早いものほどニップ通過回数が増えるので、ニップ通過時（ニップ中で）の押圧力で虫食い（物理的な接触による感光体側へのトナー付着）のような逆転写が発生しやすく、これらによる画像の劣化が、作像順が遅いものよりも早くなる。

例えば、原稿画像面積率（原稿面の面積を１００％としたとき、これに対する画像面積の割合）８％を閾値とした場合に、画像面積率５％の原稿の通紙を行ったとき、閾値８％から原稿画像面積率５％を引いた３％をトナー強制消費量とする。そして、図１０（Ａ）に示すように、イエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各作像ステーションである作像１、作像２、作像３、作像４で、一律に３％のトナーを強制消費した場合、（Ｂ）に示すように通紙枚数が増えるにしたがい、画像レベルが低下し、作像順の早い作像１のイエロ（Ｙ）の作像ステーションおよび作像２のシアン（Ｃ）の作像ステーションで作像した画像では、やがて許容範囲を下回ることとなる。

そこで、この発明の第１の目的は、複数の作像ステーションが備えられる画像形成装置に設けられ、その画像形成装置で各作像ステーションの像担持体にそれぞれ画像が形成されるとき、各像担持体の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成してトナーを強制的に消費するトナー強制消費制御装置において、作像順の早い作像ステーションで形成した画像が劣化して画像レベルが許容範囲を下回ることを防止することにある。

この発明の第２の目的は、各作像ステーションの現像装置のトナーの枯渇を防ぎ、トナー不足となることを防止しながら、現像装置内のトナー量を一定として、１つの現像装置における劣化トナーのばらつきを抑えることにある。

この発明の第３の目的は、トナーを不必要に強制消費することを防止して必要なときだけトナーを強制消費するようにし、経済性を向上することにある。

この発明の第４の目的は、作像ステーションが複数備えられている画像形成装置において、作像順の早い作像ステーションで形成した画像が劣化して画像レベルが許容範囲を下回ることを防止することにある。

この発明の第５の目的は、トナーを強制消費するとき、像担持体のクリーニング装置に加わる負荷を低減することにある。

この発明の第６の目的は、複数の作像ステーションでそれぞれ像担持体に作像するとき、各像担持体の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成してトナーを強制的に消費するトナー強制消費方法において、作像順の早い作像ステーションで形成した画像が劣化して画像レベルが許容範囲を下回ることを防止することにある。

このため、請求項１に記載の発明は、上述した第１、４の目的を達成すべく、現像装置でトナーを付着して像担持体上に作像する、複数のカラー色とブラック色の作像ステーションが複数備えられ、それらの各作像ステーションが、ブラック色の作像ステーションを最下流側に位置して中間転写体の搬送方向に沿って順に配置されており、各作像ステーションの単色画像が順次一次転写されて重ね合わされ、中間転写体上に合成カラー画像が形成されて、二次転写装置により中間転写体上の画像が、記録材に転写される画像形成装置において、
各作像ステーションの像担持体にそれぞれ作像するとき、各像担持体の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成してトナーを強制的に消費するように制御するトナー強制消費制御装置が備えられ、
そのトナー強制消費制御装置によって、作像順が早い作像ステーションほど、強制的に消費するトナー量が多くなるように制御されることを特徴とする。

そして、例えばイエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの順に作像するとき、その作像順が早い作像ステーションほど、本来の画像形成とは別にトナー強制消費パターンを形成して強制的に消費するトナー量が多くなるようにする。

請求項２に記載の発明は、上述した第１の目的を達成すべく、請求項１に記載の画像形成装置において、トナー強制消費制御装置によって、作像順が早い作像ステーションほど、形成する１つのトナー強制消費パターンのトナー量を多くして、強制的に消費するトナー量が多くなるように制御されることを特徴とする。そして、作像順が早い作像ステーションほど、形成する１つのトナー強制消費パターンの幅を大きくするなどして、強制的に消費するトナー量が多くなるようにする。

請求項３に記載の発明は、上述した第１の目的を達成すべく、請求項１に記載の画像形成装置において、トナー強制消費制御装置によって、作像順が早い作像ステーションほど、トナー強制消費パターンを形成する頻度を多くして、強制的に消費するトナー量が多くなるように制御されることを特徴とする。そして、作像順が早い作像ステーションほど、例えば短い通紙枚数ごとにトナー強制消費パターンを形成して、トナー強制消費パターンを形成する頻度が多くなるようにする。

請求項４に記載の発明は、上述した第２の目的を達成すべく、請求項１ないし３のいずれか１に記載の画像形成装置において、トナー強制消費制御装置に、各作像ステーションにあってそれぞれ強制消費するトナーとほぼ同量のトナーを現像装置に補給するトナー補給実行手段が備えられていることを特徴とする。そして、各作像ステーションで、トナーを強制消費したときには、トナー補給実行手段でトナー補給を実行して、その強制消費したトナーとほぼ同量のトナーを現像装置に補給し、トナーをフレッシュなトナーに入れ替える。

請求項５に記載の発明は、上述した第３の目的を達成すべく、請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置において、トナー強制消費制御装置に、原稿画像面積率が一定以下の場合にのみトナー強制消費パターン形成を実行するトナー強制消費パターン形成実行手段が備えられていることを特徴とする。そして、原稿画像面積率が一定以下の場合にのみ、トナー強制消費パターン形成実行手段でトナー強制消費パターンの形成を実行してトナーを強制消費する。

請求項６に記載の発明は、上述した第５の目的を達成すべく、請求項１に記載の画像形成装置において、トナー強制消費制御装置は、トナー強制消費パターンが転写位置にきたとき、像担持体上の画像を転写するときよりも小さな電流を転写装置に流すことを特徴とする。そして、トナー強制消費パターンを形成するトナーの一部を像担持体上に残して像担持体のクリーニング装置で回収し、残りを中間転写体や記録材搬送体に転写してそれらのクリーニング装置で回収する。

請求項７に記載の発明は、上述した第６の目的を達成すべく、現像装置でトナーを付着して像担持体上に作像する、複数のカラー色とブラック色の作像ステーションが複数備えられ、それらの各作像ステーションが、ブラック色の作像ステーションを最下流側に位置して中間転写体の搬送方向に沿って順に配置されており、各作像ステーションの単色画像が順次一次転写されて重ね合わされ、中間転写体上に合成カラー画像が形成されて、二次転写装置により中間転写体上の画像が、記録材に転写される画像形成装置におけるトナー強制消費方法であって、
各作像ステーションで、それぞれ現像装置でトナーを付着して像担持体上に作像するとき、各像担持体の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成してトナーを強制的に消費するトナー強制消費方法において、作像順が早い作像ステーションほど、強制的に消費するトナー量を多くすることを特徴とする。そして、例えばイエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの順に作像するとき、その作像順が早い作像ステーションほど、本来の画像形成とは別にトナー強制消費パターンを形成して強制的に消費するトナー量が多くなるようにする。

請求項１に記載の発明によれば、作像ステーションが複数備えられている画像形成装置に設けられ、その画像形成装置で各作像ステーションの像担持体にそれぞれ作像するとき、各像担持体の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成してトナーを強制的に消費するように制御するトナー強制消費制御装置において、作像順が早い作像ステーションほど、本来の画像形成とは別にトナー強制消費パターンを形成して強制的に消費するトナー量が多くなるようにして、現像装置内に劣化した現像剤が溜まることを防止し、作像順の早い作像ステーションで形成した画像が劣化して画像レベルが許容範囲を下回ることを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、作像順が早い作像ステーションほど、形成する１つのトナー強制消費パターンの幅を大きくするなどして、強制的に消費するトナー量が多くなるようにするので、劣化トナーを多く消費して、現像装置内に劣化した現像剤が溜まることを防止し、作像順の早い作像ステーションで形成した画像が劣化して画像レベルが許容範囲を下回ることを防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、作像順が早い作像ステーションほど、例えば短い通紙枚数ごとにトナー強制消費パターンを形成して、トナー強制消費パターンを形成する頻度を多くするので、劣化トナーを多く消費し、現像装置内に劣化した現像剤が溜まることを防止し、作像順の早い作像ステーションで形成した画像が劣化して画像レベルが許容範囲を下回ることを防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、各作像ステーションで、トナーを強制消費したときには、トナー補給実行手段でトナー補給を実行して、その強制消費したトナーとほぼ同量のトナーを現像装置に補給し、トナーをフレッシュなトナーに入れ替えるので、各作像ステーションの現像装置のトナーの枯渇を防ぎ、トナーが不足することを防止しながら、現像装置内のトナー量を一定として、１つの現像装置における劣化トナーのばらつきを抑えることができる。

請求項５に記載の発明によれば、原稿画像面積率が一定以下の場合にのみ、トナー強制消費パターン形成実行手段でトナー強制消費パターン形成を実行してトナーを強制消費するので、トナーを不必要に強制消費することを防止して必要なときだけトナーを強制消費するようにし、経済性を向上することができる。

また、上述した請求項１に記載の発明によれば、作像ステーションが複数備えられている画像形成装置において、作像順が早い作像ステーションほど、本来の画像形成とは別にトナー強制消費パターンを形成して強制的に消費するトナー量が多くなるようにし、劣化トナーを多く消費して、現像装置内に劣化した現像剤が溜まることを防止し、作像順の早い作像ステーションで形成した画像が劣化して画像レベルが許容範囲を下回ることを防止することができる。

請求項６に記載の発明によれば、トナー強制消費パターンを形成するトナーの一部を像担持体上に残して像担持体のクリーニング装置で回収し、残りを中間転写体や記録材搬送体に転写してそれらのクリーニング装置で回収するので、トナーを強制消費するとき、トナーを回収するクリーニング装置を分散して像担持体のクリーニング装置に加わる負荷を低減し、像担持体のクリーニング装置の耐久性を向上することができる。

請求項７に記載の発明によれば、画像形成装置に備えられている複数の作像ステーションで、それぞれ像担持体に作像するとき、各像担持体の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成してトナーを強制的に消費するトナー強制消費方法において、作像順が早い作像ステーションほど、本来の画像形成とは別にトナー強制消費パターンを形成して強制的に消費するトナー量が多くなるようにするので、現像装置内に劣化した現像剤が溜まることを防止し、作像順の早い作像ステーションで形成した画像が劣化して画像レベルが許容範囲を下回ることを防止することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１には、この発明によるカラー画像形成装置の一例であるカラー複写機の全体概略構成を示す。

図中符号１００は複写機本体、２００はそれを載せる給紙テーブル、３００は複写機本体１００上に取り付けるスキャナ、４００はさらにその上に取り付ける自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）である。

複写機本体１００には、中央に、無端ベルト状の中間転写体１０が、図示例では１つの駆動ローラ１４と２つの従動ローラ１５・１６に掛け回して図中時計まわりに回転搬送可能に設けられている。もちろん、別途中間転写体１０の片寄りを調整するローラに掛けまわされるなど、４つ以上のローラに掛けまわされるようにしてもよい。なお、中間転写体１０は、図示例ではほぼ水平に張り渡されるが、水平ではなく、斜めに傾斜して張り渡されるようにしてもよい。

この図示例では、第１の従動ローラ１５の左に、画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去するベルトクリーニング装置１７が設けられている。

また、駆動ローラ１４と第１の従動ローラ１５間に水平に張り渡した中間転写体１０上には、その搬送方向に沿って、イエロ・マゼンタ・シアン・ブラックの４つの作像ステーション１８を横に並べて配置してタンデム作像装置２０が設けられている。タンデム作像装置２０の上には、さらに露光装置２１が設けられる。

一方、中間転写体１０の張り渡し領域の下方には、二次転写装置２２が備えられている。二次転写装置２２は、図示例では、２つのローラ２３間に、無端ベルトである二次転写ベルト２４を掛け渡して構成され、第２の従動ローラ１６に押し当てて中間転写体１０上の画像が、記録材である用紙に転写される。二次転写装置２２の横には、用紙上の転写画像を定着する定着装置２５が設けられている。定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てて構成される。

上述した二次転写装置２２には、画像転写後の用紙を定着装置２５へと搬送する用紙搬送機能も備えている。もちろん、二次転写装置２２として、非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、この用紙搬送機能を併せて備えることは難しくなる。

さて、このような二次転写装置２２および定着装置２５の下には、中間転写体１０の張り渡し方向と平行に、用紙の両面に画像を形成すべく用紙を反転する用紙反転装置２８が備えられている。

ところで、いまこのカラー複写機を用いて原稿のコピーを用紙にとるときは、自動原稿搬送装置４００の原稿台３０上に、コピーを取る原稿をセットする。または、自動原稿搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、自動原稿搬送装置４００を閉じてそれで押さえる。

そして、不図示のスタートスイッチを押すと、自動原稿搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動してから、スキャナ３００を駆動して原稿内容が読み取られる。コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときには、そのまま原稿内容が読み取られる。

また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで駆動ローラ１４を回転駆動して従動ローラ１５・１６を従動回転し、中間転写体１０が回転搬送される。同時に、個々の作像ステーション１８でその像担持体４０を回転して各像担持体４０上にそれぞれ、イエロ・マゼンタ・シアン・ブラックの単色画像が形成される。そして、中間転写体１０の搬送とともに、それらの単色画像が順次一次転写されて重ね合わされ、中間転写体１０上に合成カラー画像が形成される。

一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つから用紙を繰り出され、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して複写機本体１００内の給紙路４８に導かれ、レジストローラ４９に突き当てて止められる。

または、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上の用紙が繰り出され、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れられ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止められる。

そして、中間転写体１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写体１０と二次転写装置２２との間に用紙が送り込まれ、二次転写装置２２で中間転写体１０上の合成カラー画像が一括して二次転写されて用紙上にカラー画像が形成される。

この二次転写部分において、用紙の裏面に負極性のバイアス電圧、例えば−８００〜−２０００Ｖが印加され、また例えば５０Ｎ／ｃｍ^２程度の圧力がかけられる。この印加電圧によって発生した電界による静電気力と圧力とによって、中間転写体１０のトナーが引き寄せられ、用紙に一括転写される（二次転写）。

画像転写後の用紙は、二次転写装置２２で搬送して定着装置２５へと送り込まれ、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６で排出され、排紙トレイ５７上にスタックされる。または、切換爪５５で切り換えて用紙反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導かれ、裏面にも画像を形成して後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出される。

一方、画像転写後の中間転写体１０は、ベルトクリーニング装置１７で、画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム作像装置２０による再度の画像形成に備えられている。

さて、上述したタンデム作像装置２０において、イエロ・マゼンタ・シアン・ブラックの各作像ステーション１８は、詳しくは例えば図２に示すように、ドラム状の像担持体４０のまわりに、帯電装置６０、現像装置６１、一次転写装置６２、クリーニング装置６３、除電装置６４などを備えて構成されている。

図示省略するが、これら作像ステーション１８を構成する部分の全部または一部でプロセスカートリッジを形成し、複写機本体１００に対して一括して着脱自在としてメンテナンス性を向上するようにしてもよい。

作像ステーション１８を構成する部分のうち、帯電装置６０は、図示例では帯電ローラを用い、像担持体４０に接触して電圧を印加することによりその像担持体４０の帯電を行う。

現像装置６１は、図示例では、磁性キャリアと非磁性トナーとよりなる二成分現像剤が使用されている。そして、その二成分現像剤を攪拌しながら搬送して現像スリーブ６５に付着する攪拌部６６と、その現像スリーブ６５に付着した二成分現像剤のうちのトナーを像担持体１０に転移する現像部６７とで構成され、その現像部６７より攪拌部６６を低い位置とする。

攪拌部６６には、平行な２本の攪拌スクリュ６８が設けられる。２本の攪拌スクリュ６８の間は、両端部を除いて仕切り板６９で仕切られている。また、現像ケース７０にトナー濃度センサ７１が取り付けられている。

一方、現像部６７には、現像ケース７０の開口を通して像担持体４０と対向して現像スリーブ６５が設けられるとともに、その現像スリーブ６５内にマグネット７２が固定して設けられる。また、その現像スリーブ６５に先端を接近してドクタブレード７３が設けられている。

そして、２成分現像剤が２本の攪拌スクリュ６８で攪拌しながら搬送循環され、現像スリーブ６５に供給される。現像スリーブ６５に供給された現像剤は、マグネット７２により汲み上げて保持され、現像スリーブ６５上に磁気ブラシが形成される。磁気ブラシは、現像スリーブ６５の回転とともに、ドクタブレード７３によって適正な量に穂切りされる。切り落とされた現像剤は、攪拌部６６に戻される。

他方、現像スリーブ６５上の現像剤は、像担持体４０に転移してその像担持体４０上の静電潜像が可視像化される。すなわち、各作像ステーション１８では、現像装置６１でトナーを付着して、像担持体４０上に作像する。作像後、現像装置６１の現像スリーブ６５上に残った現像剤は、マグネット７２の磁力がないところで現像スリーブ６５から離れて攪拌部６６に戻される。この繰り返しにより、攪拌部６６内のトナー濃度が薄くなると、それをトナー濃度センサ７１で検知して攪拌部６６にトナー補給される。

一次転写装置６２は、ローラ状とし、中間転写体１０を挟んで像担持体４０に押し当てて設けられる。別に、ローラ状に限らず、非接触のチャージャであってもよい。

クリーニング装置６３は、先端を像担持体４０に押し当てて、例えばポリウレタンゴム製のクリーニングブレード７５が備えられるとともに、外周を像担持体４０に接触して導電性のファーブラシ７６が矢示方向に回転自在に備えられている。また、ファーブラシ７６にバイアスを印加する金属製電界ローラ７７が矢示方向に回転自在に備えられ、その電界ローラ７７にスクレーパ７８の先端が押し当てられる。さらに、除去したトナーを回収する回収スクリュ７９が設けられている。

そして、像担持体４０に対してカウンタ方向に回転するファーブラシ７６で、像担持体４０上の残留トナーが除去される。ファーブラシ７６に付着したトナーは、ファーブラシ７６に対してカウンタ方向に回転してバイアスを印加する電界ローラ７７で取り除く。電界ローラ７７は、スクレーパ７８でクリーニングされる。除去したトナーは、回収スクリュ７９で不図示の廃トナーボトルへと搬送される。

除電装置６４は、例えばランプであり、光を照射して像担持体４０の表面電位が初期化される。

そして、像担持体４０の回転とともに、まず帯電装置６０で像担持体４０の表面が一様に帯電され、次いでスキャナ３００の読取り内容に応じて上述した露光装置２１からレーザやＬＥＤ等による書込み光Ｌが照射されて露光装置２１により書込み位置Ａで像担持体４０上に静電潜像が形成される。

その後、現像装置６１によりトナーを付着してその静電潜像が可視像化され、その可視像が一次転写装置６２により転写位置Ｂで中間転写体１０上に転写される。画像転写後の像担持体４０の表面は、クリーニング装置６３で残留トナーを除去して清掃し、除電装置６４で除電して再度の画像形成に備えられる。

ところで、図示タンデム作像装置２０では、詳しくは図３に示すように、イエロ（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ）の４つの作像ステーション１８Ｙ・１８Ｍ・１８Ｃ・１８Ｋが、ブラックの作像ステーション１８Ｋを最下流側に位置して中間転写体１０の図中矢示する搬送方向に沿って順に配置される。

図４には、図１〜３に示すカラー複写機の各作像ステーション１８Ｙ・１８Ｍ・１８Ｃ・１８Ｋの像担持体４０にそれぞれ作像するとき、撹拌等によるトナーの劣化に併せて転写ニップ通過等による画像劣化が生じて画像レベルが低下することを防止すべく、現像装置６１内のトナーの強制消費を行うトナー強制消費制御装置のブロック構成を示す。

図４に示すように、トナー強制消費制御装置８０は、原稿面の面積を１００％としたときの原稿面の画像面積の割合を検知する原稿画像面積率検知手段８１と、その検知結果に基づきトナー強制消費制御とトナー補給制御を行うトナー強制消費および補給制御手段８２と、そのトナー強制消費および補給制御手段８２からの指令を受けて、像担持体４０にトナー強制消費パターンを形成するトナー強制消費パターン形成実行手段８３と、現像装置６１にトナー補給を実行するトナー補給実行手段８４とから構成されている。

図５には、トナー強制消費およびトナー補給動作の流れを示す。
各作像ステーション１８Ｙ・１８Ｍ・１８Ｃ・１８Ｋの像担持体４０にそれぞれ作像するとき、まず、原稿画像面積率検知手段８１で、原稿画像面積率Ｒを検知する（ステップＳ１）。次いで、トナー強制消費および補給制御手段８２で、原稿画像面積率検知手段８１の検知結果を閾値α［％］と比較する（ステップＳ２）。そして、検知結果が閾値α［％］以下であるα≧Ｒときは、トナー強制消費および補給制御手段８２で、強制消費量として（α−Ａ）を算出し（ステップＳ３）、像担持体４０にトナー強制消費パターンを形成して（α−Ａ）を強制消費するとともに（ステップＳ４）、トナー補給実行手段８４でトナー補給を実行し（ステップＳ５）、各作像ステーション１８Ｙ・１８Ｍ・１８Ｃ・１８Ｋにあってそれぞれ強制消費するトナーとほぼ同量のトナーを現像装置６１に補給して後、終了する（ステップＳ６）。他方、原稿画像面積率検知手段８１の検知結果が閾値α［％］を超えるα＜Ｒときは、トナー強制消費パターンの形成もトナー補給も行わずに、そのまま終了する（ステップＳ６）。なお、ここで閾値α［％］は、任意に設定可能である。

図６には、像担持体４０上に形成するトナー強制消費パターンのイメージ図である。
トナー強制消費および補給制御手段８２では、図示するように、像担持体４０上に形成する作像画像８５間の非画像領域ａに、ベタパターンや網点パターンなどのトナー強制消費パターン８６を形成してトナーを強制的に消費するように制御する。

さて、この発明では、作像順が早い作像ステーションほど、強制的に消費するトナー量が多くなるように制御される。例えば図示例では、作像順が早い作像ステーションである１８Ｙ・１８Ｍ・１８Ｃ・１８Ｋの順で、作像順が早い作像ステーション１８ほど、トナー強制消費パターン８６のパターン幅ｂを大きくして、形成する１つのトナー強制消費パターン８６のトナー量を多くしたり、パターン幅ｂは一定として消費間隔を短くしたり（例えば作像順の最も遅いものは１００枚に１回、一方作像順の早いものは２０枚に１回とするように、短い通紙枚数ごとにトナー強制消費パターン８６を形成）して、トナー強制消費パターン８６を形成する頻度を多くしたりして、強制的に消費するトナー量が多くなるように制御される。

例えば、原稿画像面積率（原稿面の面積を１００％としたとき、これに対する画像面積の割合）５％の原稿の通紙を行ったとき、図７（Ａ）に示すように、作像順が早い作像ステーションである１８Ｙ・１８Ｍ・１８Ｃ・１８Ｋの順に、トナー消費量を作像１で５％、作像２で４％、作像３で３％、作像４で２％と設定する。

このようにすると、作像順が早い作像ステーション１８ほど、本来の作像画像８５とは別にトナー強制消費パターン８６を形成して強制的に消費するトナー量が多くなるようにして、現像装置６１内に劣化した現像剤が溜まることを防止し、図７（Ｂ）に示すように２０００枚通紙時でも、作像順の早い作像ステーション１８Ｙ・１８Ｍで形成した画像が劣化して画像レベルが許容範囲を下回ることを防止することができる。

これは、トナー消費量を多くすることにより、現像装置６１内に劣化した現像剤が溜まることを防止するとともに、随時劣化の少ないフレッシュなトナーを用いるため、例えば添加剤の埋没、遊離などがなく、十分に被覆されており、非静電的付着力を低下して逆転写が低下されるからである。さらに、フレッシュなトナーを用いるため、下流の転写ニップ通過によるトナーへのハザードへの耐久性が高く、劣化しにくいためと考えられる。

ところで、像担持体４０に形成したトナー強制消費パターン８６は、中間転写体１０に転写されることなく、クリーニング装置６３により回収されて不図示の廃トナーボトルへと搬送される。しかし、トナー強制消費パターン８６を形成するトナーのすべてをクリーニング装置６３で回収することとすると、クリーニング装置６３に加わる負荷が大きくなる。

このため、トナー強制消費制御装置８０は、トナー強制消費パターン８６が転写位置にきたとき、像担持体４０上の画像８５を転写するときよりも小さな電流を一次転写装置６２に流すようにする。そして、トナー強制消費パターン８６を形成するトナーの一部を像担持体４０上に残して像担持体４０のクリーニング装置６３で回収し、残りを中間転写体１０に転写してそのベルトクリーニング装置１７で回収するようにしてもよい。

例えば、画像８５が一次転写位置にあるときは、一次転写電流制御値を３２μＡとして転写効率を上げ、トナー強制消費パターン８６が一次転写位置にきたときは、１６μＡとして転写効率を下げるものの、意図的に一部は中間転写体１０に転写する。システムによって、像担持体４０のクリーニング装置６３のクリーニング余裕度が高く、中間転写体１０のベルトクリーニング装置１７のクリーニング余裕度が低い場合には、一次転写制御値をより低く（例えば５μＡなど）に設定し、一次転写残を多くして、クリーニング装置６３で多くを回収するようにする。逆に、ベルトクリーニング装置１７のクリーニング余裕度が高い場合には、一次転写制御値をより高く（例えば３０μＡなど）に設定し、一次転写残を少なくして、ベルトクリーニング装置１７で多くを回収するようにする。

このようにすると、トナーを強制消費するとき、トナーを回収するクリーニング装置をクリーニング装置６３とベルトクリーニング装置１７に振り分けて分散し、像担持体４０のクリーニング装置６３に加わる負荷を低減し、像担持体４０のクリーニング装置６３の耐久性を向上することができる。

なお、図示例では、各作像ステーション１８Ｙ・１８Ｍ・１８Ｃ・１８Ｋで形成した画像８５をいったん中間転写体１０に転写して後、その中間転写体１０上の画像を記録材である用紙に一括転写したが、各作像ステーション１８Ｙ・１８Ｍ・１８Ｃ・１８Ｋで形成した画像８５を直接、記録材搬送体で搬送する記録材に順次転写して重ね合わせ、カラー画像を形成するようにしてもよい。この場合には、トナー強制消費パターン８６を記録材搬送体に転写し、その記録材搬送体上のトナーをクリーニング装置で回収するようにすることもできる。

ところで、この発明の画像形成装置に用いられるトナーは、平均円形度が０．９０〜０．９９である。トナ−の平均円形度は、０．９０〜０．９９であることがドット再現性に優れ、転写性も良好なことから高画質を得られる。平均円形度が０．９０未満でトナーが球形から離れた形状である場合は、十分な転写性またはチリのない高品位の画像が得られにくい。トナーの円形度は、光学的に粒子を検知して、投影面積の等しい相当円の周囲長で除した値である。具体的には、フロ−式粒子像分析装置（ＦＰＩＡ−２０００；シスメックス社製）を用いて測定を行う。所定の容器に、予め不純固形物を除去した水１００〜１５０ｍＬを入れ、分散剤として界面活性剤０．１〜０．５ｍＬを加え、さらに、測定試料０．１〜９．５ｇ程度を加える。試料を分散した懸濁液を超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、分散液濃度を３，０００〜１０，０００個／μＬにしてトナーの形状および分布を測定する。

すなわち、平均円形度が０．９０〜０．９９のトナーを用いると、転写性を良くして画像劣化を防止することができる。

図８、９は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。
トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。

ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ………式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合、トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。

また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００／４πを乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π） ………式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。

形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり、したがって流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。

すなわち、現像装置６１で用いられているトナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあると、転写性を良くして画像劣化を防止することができる。

タンデム方式の画像形成装置の一例であるカラー複写機で、その内部機構の全体概略構成図である。 そのカラー複写機に備える作像ステーションまわりの拡大構成図である。 そのタンデム作像装置まわりの拡大構成図である。 現像装置内のトナーの強制消費を行うトナー強制消費制御装置のブロック構成図である。 そのトナー強制消費およびトナー補給動作の流れを示すフロー図である。 像担持体上に形成するトナー強制消費パターンのイメージ図である。 （Ａ）は各作像ステーションごとのトナー強制消費量を示すグラフ、（Ｂ）は各作像ステーションにおける通紙枚数と画像レベルとの関係を示すグラフである。 形状係数ＳＦ−１を説明するために、トナーの形状を模式的に表した図である。 形状係数ＳＦ−２を説明するために、トナーの形状を模式的に表した図である。 （Ａ）は従来の各作像ステーションごとのトナー強制消費量を示すグラフ、（Ｂ）は従来の各作像ステーションにおける通紙枚数と画像レベルとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 中間転写体
１８、１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋ 作像ステーション
４０ 像担持体
６１ 現像装置
６２ 一次転写装置
８０ トナー強制消費制御装置
８１ 原稿画像面積率検知手段
８２ トナー強制消費および補給制御手段
８３ トナー強制消費パターン形成実行手段
８４ トナー補給実行手段
８５ 作像画像
８６ トナー強制消費パターン
Ａ 原稿画像面積率
ａ 非画像領域

Claims (7)

1. 現像装置でトナーを付着して像担持体上に作像する、複数のカラー色とブラック色の作像ステーションが複数備えられ、それらの各作像ステーションが、ブラック色の作像ステーションを最下流側に位置して中間転写体の搬送方向に沿って順に配置されており、各作像ステーションの単色画像が順次一次転写されて重ね合わされ、中間転写体上に合成カラー画像が形成されて、二次転写装置により中間転写体上の画像が、記録材に転写される画像形成装置において、
   前記各作像ステーションの前記像担持体にそれぞれ作像するとき、各像担持体の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成してトナーを強制的に消費するように制御するトナー強制消費制御装置が備えられ、
   そのトナー強制消費制御装置によって、作像順が早い作像ステーションほど、強制的に消費するトナー量が多くなるように制御されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー強制消費制御装置によって、作像順が早い作像ステーションほど、形成する１つのトナー強制消費パターンのトナー量を多くして、強制的に消費するトナー量が多くなるように制御されることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー強制消費制御装置によって、作像順が早い作像ステーションほど、トナー強制消費パターンを形成する頻度を多くして、強制的に消費するトナー量が多くなるように制御されることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記トナー強制消費制御装置に、各作像ステーションにあってそれぞれ強制消費するトナーとほぼ同量のトナーを前記現像装置に補給するトナー補給実行手段が備えられていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１に記載の画像形成装置。
5. 前記トナー強制消費制御装置に、原稿画像面積率が一定以下の場合にのみトナー強制消費パターンの形成を実行するトナー強制消費パターン形成実行手段が備えられていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置。
6. 前記トナー強制消費制御装置は、前記トナー強制消費パターンが転写位置にきたとき、前記像担持体上の画像を転写するときよりも小さな電流を転写装置に流すことを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
7. 現像装置でトナーを付着して像担持体上に作像する、複数のカラー色とブラック色の作像ステーションが複数備えられ、それらの各作像ステーションが、ブラック色の作像ステーションを最下流側に位置して中間転写体の搬送方向に沿って順に配置されており、各作像ステーションの単色画像が順次一次転写されて重ね合わされ、中間転写体上に合成カラー画像が形成されて、二次転写装置により中間転写体上の画像が、記録材に転写される画像形成装置におけるトナー強制消費方法であって、
   各作像ステーションで、それぞれ現像装置でトナーを付着して像担持体上に作像するとき、各像担持体の非画像領域にトナー強制消費パターンを形成してトナーを強制的に消費するトナー強制消費方法において、
   作像順が早い作像ステーションほど、強制的に消費するトナー量を多くすることを特徴とするトナー強制消費方法。

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