JP5111045B2

JP5111045B2 - 画像形成装置

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Description

本発明は、像担持体に形成された潜像をトナー像として現像する現像手段を有するカートリッジを画像形成装置本体に対して取り外し可能に装着して記録材に画像を形成する画像形成装置に関する。

画像形成装置としては、例えば、電子写真方式・静電記録方式等の適宜の作像原理・プロセス手段を用いた、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、あるいは、これらの機能を複数備えた複合機等を挙げることができる。

像担持体としては、電子写真感光体や静電記録誘電体などである。また、本発明において、カートリッジとは、像担持体に作用する現像手段を一体的にカートリッジ化し、画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。画像形成装置本体とは、現像カートリッジ以外の画像形成装置部分である。カートリッジは、使用者（ユーザー）自身によって画像形成装置本体に対する着脱を行うことができるから、画像形成装置のメンテナンスを容易に行うことができる。

画像形成装置については、昨今、ハードコピーの出力に対する低ランニングコストの需要がますます高まってきている。一般に低ランニングコスト化の方法として、トナーの消費量を下げることが知られている。従来は、ユーザーが低トナー消費モードを選択すると、画像を間引いたりすることによりトナーの消費量を下げ、低ランニングコストを達成していた。

また、また、コントラスト電位やトナーの最大載り量を下げるとことにより、トナーの消費量を下げ、低ランニングコストを達成していた（特許文献１）。
特開平６−１４１６７号公報

しかしながら、上述の従来技術によると、次のような問題点がある。

即ち、特許文献１のようにトナー載り量を少量に規定して画像形成を行うと、濃度低下や色味変動が生じてしまう。そこで、同一色相で明度の異なる現像剤（濃淡トナー）を用いて画像形成する画像形成装置において、トナー消費量を抑制したいときは濃トナーにて画像形成し、画質優先する場合は濃トナーと淡トナーの両方を用いて画像形成を行なう方法もある。しかしながら、同一色相のトナーに対して明度の異なる現像剤をそれぞれ収容する現像容器を装着する装着部をそれぞれ設けることは装置の大型を招いてしまい好ましくない。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、同一色相で明度の異なる現像剤を収容する容器を装着する装着部をそれぞれ設けなくても、高画質重視の場合と、ランニングコスト重視の場合とを、ユーザーの好みにより選択することを可能にした画像形成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、画質重視用のトナーを用いて感光体に形成された潜像を現像する現像器を少なくとも備えた第１のカートリッジと、画質重視用のトナーと同一色相で且つ明度の低いトナー消費量抑制重視用のトナーを用いて感光体に形成された潜像を現像する現像器を少なくとも備えた第２のカートリッジと、を入れ替えて使用可能であり、これらのうち１つが取り外し可能に装着されているとき記録材にトナー像を形成可能な画像形成装置であって、記録材に形成されるトナー像の単位面積当たりの最大のトナー載り量について第１のカートリッジが装着されているときよりも第２のカートリッジが装着されているときの方が少なくなるように制御する制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、同一色相で明度の異なる現像剤を収容する容器を装着する装着部を各々設けなくても、高画質重視の場合と、ランニングコスト重視の場合とを、ユーザーの好みにより選択することを可能にした画像形成装置を提供することが可能となった。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

［実施例１］
（１）画像形成装置例の概略構成
図１は本発明を適用した画像形成装置例の概略構成図である。この画像形成装置は、インライン（タンデム）方式−中間転写方式の４色フルカラー電子写真装置であり、複写機機能、プリンタ機能、ファクシミリ機能を有する複合機である。

複写機モードの場合は、画像形成装置に搭載させた画像読取り装置（イメージスキャナ）２００によりＲＧＢ（レッド・グリーン・ブルー）の三原色で色分解光電読取りされた原稿の電気的画像情報がコントローラ１００の画像処理部（不図示）に入力する。コントローラ１００は画像形成装置を統括制御する制御手段としての制御回路部であり、画像読取り装置２００や外部装置３００との電気的信号の授受、画像形成機構部の各種プロセス機器との電気的信号の授受をして、作像シーケンス制御を行う。コントローラ１００の画像処理部に入力した原稿の電気的画像情報が、イエロー成分画像信号、マゼンタ成分画像信号、シアン成分画像信号、ブラック成分画像信号に処理され、画像形成装置が複写機として機能する。

プリンタモードの場合は、外部装置３００であるパーソナルコンピュータから電気的画像情報がコントローラ１００の画像処理部に入力して、画像形成装置がプリンタとして機能する。

ファクシミリ受信モードの場合は、外部装置３００である相手方ファクシミリ装置から電気的画像情報がコントローラ１００の画像処理部に入力して、画像形成装置がファクシミリ受信装置として機能する。

ファクシミリ送信モードの場合は、画像読取り装置２００により光電読取りされた原稿の電気的画像情報がコントローラ１００に入力する。そして、その電気的画像情報がコントローラ１００により外部装置３００である相手方ファクシミリ装置に送信されることで、画像形成装置がファクシミリ送信装置として機能する。

ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫは、図面上、左側から右側に順に水平方向に並べられて画像形成装置内に配列（タンデム配列）された４つの画像形成部（画像形成ステーション）である。ＵＹはイエロー（Ｙ色）画像形成部、ＵＭはマゼンタ（Ｍ色）画像形成部、ＵＣはシアン（Ｃ色）画像形成部、ＵＫはブラック（Ｋ色）画像形成部である。

各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫは、それぞれ、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１、一次帯電手段２、露光手段３、現像手段４、一次転写手段５、クリーニング手段６等を有する。一次帯電手段２としては帯電ローラを用いている。露光手段３は、感光ドラム１に光を照射して潜像を形成する手段であり、ＬＥＤ、レーザーなどのデジタル露光装置である。アナログ露光装置であってもよい。本実施例では、レーザー走査露光装置（スキャナユニット）を用いている。現像手段４としては、ジャンピング現像方式・二成分現像方式・ＦＥＥＤ現像方式などの現像装置が用いられる。イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。一次転写手段５としては一次転写ローラを用いている。クリーニング手段６としては、ブレードクリーニング装置を用いている。

Ｙ色画像形成部ＵＹは、現像装置４に供給装置４ａよりＹ色トナーが供給され、感光ドラム面にＹ色トナー像を形成する。Ｍ色画像形成部ＵＭは、現像装置４に供給装置４ａよりＭ色トナーが供給され、感光ドラム面にＭ色トナー像を形成する。Ｃ色画像形成部ＵＣは、現像装置４に供給装置４ａよりＣ色トナーが供給され、感光ドラム面にＣ色トナー像を形成する。Ｋ色画像形成部ＵＫは、現像装置４に供給装置４ａよりＫ色トナーが供給され、感光ドラム面にＫ色トナー像を形成する。

上記４つの画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫの下側には中間転写ベルトユニット９が配設されている。このユニット９は、各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫの感光ドラム１の下面に接触する中間転写体としての、可撓性を有するエンドレスベルト（中間転写ベルト：以下、ベルトと記す）１０を有する。このベルト１０は、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデンなどのような誘電体樹脂によって形成されている。そして、このベルト１０を懸回張設して循環移動させる、駆動ローラ１１、ターンローラ１２、二次転写内ローラ１３を有する。各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫの感光ドラム１は、その下面が、駆動ローラ１１とターンローラ１２との間の上行側ベルト部分の上面に接している。また、ベルト１０の内側には、上行側ベルト部分を介して各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫの感光ドラム１に対向させて４個の一次転写ローラ５が配設されている。各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫの感光ドラム１とベルト１０との接触ニップ部が各画像形成部における一次転写部１４である。また、二次転写内ローラ１３には、ベルト１０を介して二次転写外ローラ１５が接触している。このベルト８と二次転写内ローラ１３との接触ニップ部が二次転写部１６である。駆動ローラ１１のベルト懸回部には、ベルトクリーニング手段１７が配設されている。ベルトクリーニング手段１７としては、ブレードクリーニング装置を用いている。

ここで、上記４つの画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫにおいて、感光ドラム１に形成された潜像をトナー像として現像する現像装置４を少なくとも有するカートリッジを画像形成装置本体に対して取り外し可能に装着できるようにしてある。本実施例においては、各画像形成部において、感光ドラム１と、この感光ドラム１に作用するいくつかのプロセス手段を一体的にカートリッジ化してプロセスカートリッジ（ＣＲＧ）８Ｙ・８Ｍ・８Ｃ・８Ｋとしてある。具体的には、感光ドラム１と、帯電ローラ２と、供給装置４ａを含む現像装置４と、クリーニング装置６を、カートリッジ枠体７内に一体的に組み付けて画像形成装置本体に対して取り外し可能に装着して使用されるカートリッジ８Ｙ・８Ｍ・８Ｃ・８Ｋとしてある。また、各カートリッジにはメモリータグＭが設けられている。メモリータグＭにはそのカートリッジに関する各種の情報がメモリーされている。

以下、カートリッジ８ＹをＹ色カートリッジ、カートリッジ８ＭをＭ色カートリッジ、カートリッジ８ＣをＣ色カートリッジ、カートリッジ８ＫをＫ色カートリッジと記す。本実施例において、各カートリッジ８Ｙ・８Ｍ・８Ｃ・８Ｋは、収容させたトナーの色がＹ色・Ｍ色・Ｃ色・Ｋ色と異なるだけで、互いに同様の構成のものである。

画像形成装置本体内の所定の装着位置（潜像形成位置）に装着されている状態にある各カートリッジ８Ｙ・８Ｍ・８Ｃ・８Ｋは、それぞれ、位置決め手段（不図示）により所定の位置決め部に位置決め固定された状態に保持されている。また、各カートリッジ側の駆動入力部（不図示）に対して画像形成装置本体側の駆動出力部（不図示）が結合している。また、各カートリッジ側の電気接点（不図示）に対して画像形成装置本体側の給電系統（不図示）が導通化している。また、各カートリッジ８Ｙ・８Ｍ・８Ｃ・８Ｋに設けられているメモリータグＭと、画像形成装置本体側のメモリータグ読取装置（通信ユニット）１０１とが所定に対向する。これにより、メモリータグＭにメモリーされた各種情報がコントローラ１００に読み込まれる。また、コントローラ１００からメモリータグＭに各種情報の書き込みもなされる。

フルカラー画像を形成する動作は次のとおりである。各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫの感光ドラム１が矢印の反時計方向に所定の制御速度（プロセススピード）で回転駆動される。本実施例におけるプロセススピードは１００ｍｍ／ｓである。ベルト１０も矢印の時計方向に（ドラム回転に順方向）に、感光ドラム１の速度に対応した速度で回転駆動される。各スキャナユニット３も駆動される。この駆動に同期して、各画像形成部においてそれぞれ所定の制御タイミングで帯電ローラ２が感光ドラム１の表面を所定の極性・電位に一様に一次帯電する。そして、Ｙ色画像形成部ＵＹのスキャナユニット３にはコントローラ１００からフルカラー画像のＹ成分画像信号が所定の制御タイミングで出力される。Ｍ色画像形成部ＵＭのスキャナユニット３にはコントローラ１００からフルカラー画像のＭ成分画像信号が所定の制御タイミングで出力される。Ｃ色画像形成部ＵＣのスキャナユニット３にはコントローラ１００からフルカラー画像のＣ成分画像信号が所定の制御タイミングで出力される。Ｋ色画像形成部ＵＫのスキャナユニット３にはコントローラ１００からフルカラー画像のＫ成分画像信号が所定の制御タイミングで出力される。各スキャナユニット３は各感光ドラム１の表面を各色の画像信号に対応して変調されたレーザー光Lで走査露光する。この走査露光は、各カートリッジ８Ｙ・８Ｍ・８Ｃ・８Ｋにおいて、カートリッジ枠体７に設けた露光窓部７ａを通してなされる。これにより、各感光ドラム１の表面に対応色の画像信号に応じた静電潜像が形成される。形成された静電潜像が現像装置４によりトナー像として現像される。本実施例では、感光ドラム１の一次帯電の帯電極性はマイナスであり、トナーの帯電極性はマイナスであり、イメージ露光と反転現像とを組み合わせている。

上記のような電子写真画像形成プロセス動作により、Ｙ色画像形成部ＵＹの感光ドラム１にはフルカラー画像のＹ成分に対応するＹ色トナー像が形成され、そのトナー像がＹ色画像形成部ＵＹの一次転写部１４においてベルト１０上に一次転写される。

Ｍ色画像形成部ＵＭの感光ドラム１にはフルカラー画像のＭ成分に対応するＭ色トナー像が形成され、そのトナー像がＭ色画像形成部ＵＭの一次転写部１４においてベルト１０上にすでに転写されているＹ色トナー像に重畳されて一次転写される。

Ｃ色画像形成部ＵＣの感光ドラム１にはフルカラー画像のＣ成分に対応するＣ色トナー像が形成され、そのトナー像がＣ色画像形成部ＵＣの一次転写部１４においてベルト１０上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色トナー像に重畳されて一次転写される。

Ｋ色画像形成部ＵＫの感光ドラム１にはフルカラー画像のＫ成分に対応するＫ色トナー像が形成され、そのトナー像がＫ色画像形成部ＵＫの一次転写部１４においてベルト１０上にすでに転写されているＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色トナー像に重畳されて一次転写される。

かくして、ベルト１０上にＹ色＋Ｍ色＋Ｃ色＋Ｋ色の４色フルカラーの未定着トナー像が合成形成される。

各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫにおいて、感光ドラム１からベルト１０へのトナー像の一次転写は一次転写ローラ５に対してバイアス印加電源部（不図示）より、所定の制御タイミングで、一次転写バイアスが印加されることにより静電的になされる。一次転写バイアスは、トナーの帯電極性とは逆極性で、所定の電位に制御された直流バイアスである。

また、各画像形成部において、一次転写時にベルト１０に転写されないで感光ドラム１の表面に残ったトナー（一次転写残トナー）は、クリーニング装置６のクリーニングブレード６ａ（図２）によって感光ドラム１の表面から掻き落とされて除去される。そして、クリーナ容器６ｂ内に配設された廃トナー搬送スクリュー６ｃによって、クリーナ容器６ｂ内から画像形成装置本体側に配設された廃トナー容器（不図示）に送られる。こうして、表面がクリーニングされた感光ドラム１は次の画像形成に供される。

一方、所定の制御タイミングで給紙機構部（不図示）から記録材Ｐが給紙されてレジストローラ（レジストレーションローラ）１８に送られる。レジストローラ１８は記録材Ｐの斜行修正と、ベルト１０から記録材Ｐへのトナー像の二次転写のタイミングを制御するもので、給紙機構部から給紙された記録材Ｐの先端を受け止めて一旦停止させる。そして、その記録材Ｐが所定の制御タイミングで回転駆動されたレジストローラ１８により二次転写部１６に導入されて挟持搬送されていく。記録材Ｐが二次転写部１６を通過している間、二次転写ローラ１５に対して二次転写バイアス印加電源部１９から、トナーの帯電極性とは逆極性で所定電位の二次転写バイアスが印加される。これにより、ベルト１０上のフルカラーの未定着トナー像が記録材Ｐの表面に静電的に一括して二次転写される。

二次転写部１６を出た記録材Ｐはベルト１０の面から分離されて、搬送ベルト装置２１により定着手段２２に導入される。

記録材分離後のベルト１０の表面に残留した二次転写残トナーは、クリーニング装置１７のクリーニングブレード１７ａによってベルト表面から掻き落とされて除去される。そして、クリーナ容器１７ｂ内に配設された廃トナー搬送スクリュー１７ｃによって、クリーナ容器１７ｂ内から画像形成装置本体側に配設された廃トナー容器（不図示）に送られる。こうして、表面がクリーニングされたベルト１０は次の画像形成に供される。

定着手段２２としては、熱ローラ定着装置を用いている。この定着装置２２は、ヒータ２２ｃを内蔵する定着ローラ（熱ローラ）２２ａと、加圧ローラ２２ｂを有し、該両ローラ２２ａ・２２ｂを圧接させて定着ニップ部を形成させている。記録材Ｐは定着ニップ部で挟持搬送される。これにより、記録材Ｐ上のフルカラーの未定着トナー像が熱と圧力で定着される。そして、記録材Ｐは定着装置２２を出て、フルカラー画像形成物として排出される。

２０はパッチ検出器である。このパッチ検出器２３は、ＬＥＤと受光素子から構成されており、ベルト１０上に画像形成の制御基準となる各色のトナー像パッチを形成し、パッチの反射光量を読み取っている。コントローラ１００は、パッチ検出器２３で読み取ったトナー像パッチのベルト１０上の反射光量により、ベルト１０上のトナー載り量を演算し、その結果から画像制御条件（帯電電位、Ｔ／Ｃ比制御等）を制御している。

（２）画質対応とランイングコスト対応
高画質重視のユーザーとランイングコスト重視のユーザーに対する対応は、本実施例においては、次のようにしている。

Ｙ色・Ｍ色・Ｃ色・Ｋ色の各カートリッジ８Ｙ・８Ｍ・８Ｃ・８Ｋについて、それぞれ、同一色相で、カバーリングパワーが異なるトナーをそれぞれ収容した第１のカートリッジと第２のカートリッジの２種類を用意する。そして、その第１と第２のカートリッジを画像形成装置本体に対して入れ替えて使用可能にして使い分けるのである。即ち、現像手段である現像装置４に、同一色相で、明度が異なるトナーをそれぞれ収容した第１と第２のカートリッジを画像形成装置本体に対して入れ替えて使用可能にする。そして、第１のカートリッジの使用時と第２のカートリッジの使用時とで、像担持体である感光ドラム１に対するトナーの最大載り量が異なることを特徴とする。

コスト重視の場合は、高カバーリングトナーを収容したカートリッジを装着して画像形成することでトナー消費量を抑制することができる。また、高画質重視の場合は、低下バーリングトナーを収容したカートリッジに入れ替えて画像形成することで高画質化を図ることができる。

ここで、低カバーリングトナーにて画像形成することで高画質化が図れる原理を説明する。

記録材の表面が平滑でない場合、定着前の未定着トナー像は図１３のようになる。

図１３の（ａ）は、トナー載り量を少なく規定しない場合の、画像面積率１００％の画像領域におけるトナーの最大重量が０．５ｍｇ／ｃｍ^２の記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔａの断面分布模式図である。（ｂ）は、トナー載り量を少なく規定した場合の、画像面積率１００％の画像領域におけるトナーの最大重量が０．３ｍｇ／ｃｍ^２の記録材Ｐ上の未定着トナー像ｔａの断面分布模式図である。

（ａ）のように、トナー載り量が多い場合は、記録材Ｐの表面をトナーｔａが均一に覆っているため、記録材Ｐの繊維が密な箇所と疎な箇所においてもトナーｔａは均一に記録材表面を覆っている。

それに対して、（ｂ）のように、トナー載り量が少ない場合は、記録材表面を均一にトナーｔａで覆うことが出来ず、トナーの隙間から記録材Ｐの表面が露出してしまっている。

このような状態の未定着画像を定着した場合の断面は図１４に示すようになる。（ａ）は図１３の（ａ）の定着後、（ｂ）は図１３の（ｂ）の定着後の画像断面模式図である。

（ａ）においては、記録材Ｐの繊維が密な箇所のトナー像は記録材の表面に存在する率が大きくなり、加熱定着部材と充分に接触して、トナーは充分に溶融してバルク状になり、記録材表面を均一に覆って定着される。一方、記録材Ｐの繊維が疎な部分においては、トナーの粒子が繊維間に脱落する。そのため脱落トナーは加熱定着部材と充分に接触できない為、トナーの溶融も充分にはならない。しかし充分に溶融しなくても重量が多いため、記録材表面をトナーで覆うことが可能であり、高画質化を図ることができる。

それに対して、（ｂ）のように、トナー載り量が少ない場合は、記録材Ｐの繊維が密な箇所においてはトナー粒子が充分に溶融してバルク状になり、記録材表面を均一に覆って定着される。しかし、記録材の繊維が疎な箇所においては、繊維間に脱落したトナーが記録材を均一に覆えない状態で、溶融も不十分なため、トナー層のない記録材表面が現れたまま定着される。その結果、（ａ）では良好な画像濃度が得られるのに対して、（ｂ）においては、トナーの隙間部分で紙繊維が現れ（ボソ画像）、（ａ）の場合ほど高画質化を図ることは困難である。

そこで、本発明では、高画質重視の場合と、トナー消費量抑制を重視する場合とで、同一色相で、カバーリングパワーが互いに異なるトナーを収容した第１と第２の２つのカートリッジを使い分けている。こうすることで、高画質の画像形成を行なえるとともに、トナー消費量抑制モード時には、高カバーリングトナーを使用することで、濃度低下を抑制しながらトナー消費量を抑制することができる。

図３において、８Ｙ−１と８Ｙ−２は、Ｙ色カートリッジ８Ｙについて、同一色相で、明度の異なる（以下、カバーリングパワーが異なるともいう）Ｙ色トナーをそれぞれ収容した第１のカートリッジと第２のカートリッジである。８Ｍ−１と８Ｍ−２は、Ｍ色カートリッジ８Ｍについて、同一色相で、カバーリングパワーが異なるＭトナーをそれぞれ収容した第１のカートリッジと第２のカートリッジである。８Ｃ−１と８Ｃ−２は、Ｃ色カートリッジ８Ｃについて、同一色相で、カバーリングパワーが異なるＣトナーをそれぞれ収容した第１のカートリッジと第２のカートリッジである。８Ｋ−１と８Ｋ−２は、Ｋ色カートリッジ８Ｋについて、同一色相で、カバーリングパワーが異なるＫ色トナーをそれぞれ収容した第１のカートリッジと第２のカートリッジである。

上記において、カバーリングパワーとは、トナー載り量と濃度の相関関係である。そして、カバーリングパワーが異なるトナーとは、同一色相のトナー間において、同じ濃度の画像を得るために必要な単位面積当たりのトナー載り量（ｍｇ／ｃｍ^２）が異なるトナーである。同じ濃度の画像を得るために必要な単位面積当たりのトナー載り量がより少ないトナーほど、カバーリングパワーがより高いトナー（高カバーリングトナー：着色量の高いトナー）であり、同じ濃度の画像を得るためのトナー使用量が少なくてよい。即ち、高カバーリングトナーとは同一色相の明度の低いトナーに相当する。

そこで、本発明では、各色のカートリッジについて、それぞれ、現像手段に、同一色相で、カバーリングパワーが互いに異なるトナーを収容した第１と第２の２つのカートリッジを使い分ける。そして、第１と第２のカートリッジの使い分けにおいて、低カバーリングトナーと高カバーリングトナーとで最大載り量を変更することによって、濃度変動を抑制可能とする。こうして、装置の大型化をすることなく高画質重視のユーザーと、ランニングコスト重視のユーザーに対応することができる。

トナーの最大載り量を変更する手段としては、具体的には、第１と第２のカートリッジとで現像コントラストを変更することにより達成できる。また、第１と第２のカートリッジとでトナーのトリボを変更することにより達成できる。また、第１と第２のカートリッジとで最大露光量を変更することにより達成できる。

以下、より詳細に説明する。本実施例においては、各色のカートリッジの第１のカートリッジ８Ｙ−１、８Ｍ−１、８Ｃ−１、８Ｋ−１には、それぞれの色トナーとして、通常トナー（通常のカバーリングパワーを有するトナー）が収容されている。第２のカートリッジ８Ｙ−２、８Ｍ−２、８Ｃ−２、８Ｋ−２には、それぞれの色トナーとして、第１のカートリッジに収容した通常トナーと同一色相であるが、カバーリングパワーが通常トナーよりも高いトナー（高カバーリングトナー）が収容されている。

そして、高画質で出力したい場合（高画質重視の場合）は、画像形成装置本体に対して、各色のカートリッジとして、それぞれ、第１のカートリッジ８Ｙ−１、８Ｍ−１、８Ｃ−１、８Ｋ−１を装着して使用する。また、トナー量を節約したい場合（ランニングコスト重視の場合）は、画像形成装置本体に対して、各色のカートリッジとして、それぞれ、第２のカートリッジ８Ｙ−２、８Ｍ−２、８Ｃ−２、８Ｋ−２を装着して使用する。

即ち、通常トナーの第１のカートリッジ群８Ｙ−１、８Ｍ−１、８Ｃ−１、８Ｋ−１と、高カバーリングトナーの第２のカートリッジ群８Ｙ−２、８Ｍ−２、８Ｃ−２、８Ｋ−２の二つのカートリッジ群が用意されている。そして、高画質で出力したい場合とトナー量を節約したい場合とで、一つの画像形成装置本体に対して、上記の通常トナーの第１のカートリッジ群と高カバーリングトナーの第２のカートリッジ群とを使い分けするのである。

コントローラ１００は、画像形成装置本体に装着された、各色のカートリッジが、それぞれ、第１のカートリッジであるか、第２のカートリッジであるかを認識することができる。本実施例では、この認識は、各カートリッジに設けられているメモリータグＭにメモリーされている、そのカートリッジに関する情報がメモリータグ読取装置１０１で読取られることによりなされる。

上記において、メモリータグＭ・メモリータグ読取装置１０１が、第１のカートリッジの使用時と第２のカートリッジの使用時とを認識する認識手段である。コントローラ１００は、この認識手段Ｍ・１０１の認識結果に基づいて、第１のカートリッジの使用時と第２のカートリッジの使用時とで、感光ドラム１に対するトナーの最大載り量が所定に異なるように制御する。

本実施例において、第１のカートリッジに収容される通常トナーは、例えば顔料部数５である。そして、この通常トナーの載り量と濃度の関係（カバーリングパワー）は、図４において点線で示されるように、載り量＝０．３ｍｇ／ｃｍ^２で濃度０．９、載り量＝０．５ｍｇ／ｃｍ^２で濃度１．５が出るようになっている。トナートリボ（トナー帯電量（Ｑ／Ｍ））は各色約−３０μＣ／ｍｇである。

また、第２のカートリッジに収容される高カバーリングトナーは、例えば顔料部数９であり、上記の通常トナーよりも着色量の高いトナーである。そして、この高カバーリングトナーの載り量と濃度の関係は、図４において実線で示されるように、載り量＝０．３ｍｇ／ｃｍ^２で濃度１．５となっている。トナートリボはこちらも通常トナーと同様に各色約−３０μＣ／ｍｇである。

そのため、最大濃度を１．５とした時に使用するトナー量は、通常トナーの第１のカートリッジで０．５ｍｇ／ｃｍ^２、高カバーリングトナーの第２のカートリッジで０．３ｍｇ／ｃｍ^２となっている。そのため、同じ画像濃度を出力した場合、第１のカートリッジよりも第２のカートリッジの方がトナー使用量が少なくなっており、ランニングコストを削減できる。

また、本実施例においては、通常トナーと高カバーリングトナーの帯電量はどちらもほぼ同じである。そのため、コントローラ１００は、第１のカートリッジの使用時と第２のカートリッジの使用時とで、現像の最大コントラストが異なるように制御する。具体的には、現像コントラスト（ドラムの帯電電位）を変更して、それぞれの最大載り量が第１のカートリッジ＝０．５ｍｇ／ｃｍ^２、第２のカートリッジ＝０．３ｍｇ／ｃｍ^２になるように調整する。

ここで、現像コントラストについて説明する。図５に帯電ＤＣバイアスＶｄｃの電圧と現像コントラストＶｃｏｎｔの関係を示す。本実施例では、帯電部材に帯電ローラ２を用い、帯電の高圧はＡＣ＋ＤＣ方式を用いた。ＡＣの周波数は１．０ｋＨｚで、Ｖｐｐは１．６ｋＶの正弦波を使用している。ＡＣ＋ＤＣ方式を使用している為、帯電ＤＣ電位と感光ドラム帯電電位（Ｖｄ：感光ドラム暗部電位）はほぼ同一となる。現像ＤＣバイアスＶｄからカブリとり電位Ｖｂａｃｋ分を引いた値を出力する。現像コントラストＶｃｏｎｔとは現像ＤＣバイアスＶｄｃからレーザー露光後の電位（Ｖｌ：感光ドラム明部電位）までの間の電位差をいう。

現像コントラストＶｃｏｎｔとトナー載り量の関係を図６に示す。本実施例の場合、通常トナーの第１のカートリッジと、高カバーリングトナーの第２のカートリッジは、トナーの帯電量はほぼ同じな為、両者ともに、現像コントラストＶｃｏｎｔとトナー載り量の関係曲線はほぼ同じ軌跡を画く。そのため、第１のカートリッジでは最大載り量０．５ｍｇ／ｃｍ^２を達成する為に、現像コントラストを２７０Ｖに設定する。また、第２のカートリッジでは最大載り量０．３ｍｇ／ｃｍ^２を達成する為に、現像コントラストを１５０Ｖに設定する。

上記制御のフローチャートを図７に示す。コントローラ１００は画像形成装置の電源ＯＮ時、又はカートリッジ交換後に各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫに装着されているカートリッジが第１のカートリッジか第２のカートリッジかを検知する。第１のカートリッジの場合は第１のカートリッジ用の現像コントラスト（２７０Ｖ）を設定する。第２のカートリッジの場合には第２のカートリッジ用の現像コントラスト（１５０Ｖ）を設定する。この設定を全て画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫの装着カートリッジに対して行って作業を終了する。

以上の説明は、各画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＫに装着のカートリッジが全て第１のカートリッジ８Ｙ−１、８Ｍ−１、８Ｃ−１、８Ｋ−１であるか、全て第２のカートリッジ８Ｙ−２、８Ｍ−２、８Ｃ−２、８Ｋ−２である。しかし、これに限らず、第１のカートリッジと第２のカートリッジが混在している場合でも、それぞれ現像コントラストを設定することによって対応可能である。

例えば、図８は、画像形成部ＵＹ・ＵＭ・ＵＣに装着のカートリッジはそれぞれ第１のカートリッジ８Ｙ−１、８Ｍ−１、８Ｃ−１であり、画像形成部ＵＫに装着のカートリッジは第２のカートリッジ８Ｋ−２の場合である。このように第１のカートリッジと第２のカートリッジが混在している場合でも、それぞれ現像コントラストを設定することによって対応可能である。

これにより、第１のカートリッジ８Ｙ−１、８Ｍ−１、８Ｃ−１と、第２のカートリッジ８Ｋ−２とでの画像出力信号（０〜ＦＦｈ）に対する、トナー載り量は図９のようになる。これにより、最大載り量（画像出力信号ＦＦｈでのトナー載り量）は、第１のカートリッジ＝０．５ｍｇ／ｃｍ^２、第２のカートリッジ＝０．３ｍｇ／ｃｍ^２と変更可能となる。

本実施例では、第１のカートリッジと第２のカートリッジとを変えた場合に、現像コントラストを変更することにより、最大載り量を変更することを行った。これにより第１のカートリッジではトナーの載り量を少なく制限せずに、ボソ等の無い高画質の画像が得られる。また、第２のカートリッジでは濃度変動、色味変動を抑制可能としながらトナーの載り量を少なく制限し、低ランニングコストで画像形成することが可能となった。

［実施例２］
本実施例では、通常トナーの第１のカートリッジと高カバーリングトナーの第２のカートリッジとで、トナーの帯電量（トリボ：μＣ／ｍｇ）を変更する。これにより、第１のカートリッジの使用時と第２のカートリッジの使用時とで、観光ドラム１に対するトナーの最大載り量が異なるように変更した。

画像形成装置本体の構成は実施例１と同様である。本実施例では現像装置４に二成分現像方式を用いた。

二成分現像装置４について図１０に基づいて説明する。４ｂは現像スリーブ、４ｃは現像スリーブ４ｂの内部に固定配置されたマグネットローラ、４ｄは現像容器、４ｅと４ｆは現像剤攪拌スクリューである。４ｇは現像剤（二成分現像剤）Ｔを現像スリーブ４ｂの表面に薄層形成するために配置された規制ブレード、４ｈは現像容器４ｄの現像開口部である。

この現像装置４により感光ドラム１の表面の静電潜像を二成分磁気ブラシ法により顕像化する現像工程と現像剤Ｔの循環系について以下に説明する。まず、現像スリーブ４ｂの回転に伴い、磁極Ｎ_２で汲み上げられた現像剤Ｔは、磁極Ｓ_２、Ｎ_１と搬送される過程において、現像スリーブ４ｂに対してＳ−Ｂギャップをもって配置された規制ブレード４ｇによって規制される。これにより、現像スリーブ４ｂ上に二成分現像剤Ｔの薄層が形成される。ここで薄層に形成された現像剤が、現像主極Ｓ_１に搬送されてくると磁気力によって磁気ブラシ（穂立）が形成される。この穂状に形成された現像剤の磁気ブラシによって感光ドラム１上の静電潜像がトナー現像像として現像される。静電潜像を現像した現像スリーブ４ｂ上の現像剤は、その後、磁極Ｎ_３とＮ_２の反発磁界によって、現像容器４ｄ内に回収される。

本実施例においては、二成分現像剤Ｔの磁性キャリアとして以下のものをもちいた。即ち、２４０ｋＡ／ｍの印加磁場に対する飽和磁化が２４Ａｍ^２／ｋｇ、３０００Ｖ／ｃｍの電界強度における比抵抗が１×１０^７〜８Ω・ｃｍ、重量平均粒径５０μｍのフェライト磁性キャリアを用いた。また、非磁性トナーとしては、着色樹脂粒子に疎水性コロイダルシリカを外添した重量平均粒径７．２μｍの負帯電性のポリエステル系樹脂トナーを用いた。

磁性キャリアは、バインダー樹脂と磁性金属酸化物及び非磁性金属酸化物とを出発原料として、重合法により製造した樹脂磁性キャリアでも構わず、これら磁性キャリアの製造法は特に制限されない。また、非磁性トナーも、スチレンアクリル系樹脂トナーを使用しても構わない。非磁性トナーと磁性キャリアとの重量比をＴＤ比＝トナー重量／（トナー重量＋キャリア重量）とする。

通常トナーのトリボは約−３０μＣ／ｍｇで、高カバーリングトナーのトリボを約５０μＣ／ｍｇになるように設定する。設定の方法はＴＤ比の制御を変更することにより達成する。

ＴＤ比とトリボの関係を図１１に示す。ＴＤ比を高くすると、トナーとキャリアの接触回数が減りトナーのトリボは下がる。ＴＤ比を低くすると、トナーとキャリアの接触回数が増えトリボが上がる。

通常トナーのＴＤ比を１０％、高カバーリングトナーのＴＤ比を５％にすることによって、通常トナーのトリボを−３０μＣ／ｍｇ、高カバーリングトナーのトリボを−５０μＣ／ｍｇにした。

第１のカートリッジと第２のカートリッジとで、上記のようにトナートリボ（トナーの帯電量（Ｑ／Ｍ））を変更する。これにより、図１２のように、同じ現像コントラスト２７０Ｖで載り量をそれぞれの目標である、第１のカートリッジは０．５ｍｇ／ｃｍ^２、第２のカートリッジは０．３ｍｇ／ｃｍ^２にすることが可能となった。

本実施例では、第１のカートリッジと第２のカートリッジとを変えた場合に、現像剤のＴＤ比を変更することにより、トナートリボの変更を行った。

これにより第１のカートリッジではトナーの載り量を少なく制限せずに、ボソ等の無い高画質の画像が得られ、第２のカートリッジではトナーの載り量を少なく制限し、低ランニングコストで画像形成することが可能となった。

本実施例では、現像剤のＴＤ比を変更してトナートリボを変更したが、トナーの外添剤量や外添剤種を変更したり、キャリアを変更して第１のカートリッジと第２のカートリッジとで、トナートリボを変更してもかまわない。

［実施例３］
本実施例は、実施例１の場合と同様に、認識手段Ｍ・１０１により、装着されているカートリッジが第１のカートリッジであるか、第２のカートリッジであるかを認識する。そして、本実施例の場合は、コントローラ１００は、その認識結果に基づいて、第１のカートリッジの使用時と第２のカートリッジの使用時とで、感光ドラム１の最大露光量を変更して、最大載り量を変更した。

本実施例の場合、通常トナーの第１のカートリッジと、高カバーリングトナーの第２のカートリッジは、実施例１の場合と同様に、トナーの帯電量はほぼ同じである。

本体の構成図の一例は、実施例１と同様に図３のカートリッジが複数投入された図１の画像形成装置から成っている。

カートリッジの構成は共に同じで図３に示すものと同じである。通常トナー（例えば顔料部数５）の第１のカートリッジは８Ｙ−１、８Ｍ−１、８Ｃ−１、８Ｋ−１である。のり量と濃度の関係は図４の点線であり、のり量＝０．３ｍｇ／ｃｍ^２で、濃度０．９、のり量＝０．５ｍｇ／ｃｍ^２で濃度１．５が出るようになっている。トナートリボは各色約−３０μＣ／ｍｇである。

高カバーリングトナーの第２のカートリッジは８Ｙ−２、８Ｍ−２、８Ｃ−２、８Ｋ−２である。着色量の高いトナー（例えば顔料部数９）が充填されており、のり量と濃度の関係は図４の実線であり、のり量＝０．３ｍｇ／ｃｍ^２で濃度１．５となっている。トナートリボはこちらも各色約−３０μＣ／ｍｇである。

そのため、最大濃度を１．５とした時に使用するトナー量は、第１のカートリッジで０．５ｍｇ／ｃｍ^２、第２のカートリッジで０．３ｍｇ／ｃｍ^２となっている。同じ画像濃度を出力した場合、第２のカートリッジの方がトナー使用量が少なくなっており、ランニングコストを削減できる。

また、第１のカートリッジと第２のカートリッジとはトナーの帯電量はほぼ同じである。その為、第１のカートリッジと第２のカートリッジとを使用する場合には、レーザーの露光量を変更して、それぞれの最大のり量が第１のカートリッジ＝０．５ｍｇ／ｃｍ^２、第２のカートリッジ＝０．３ｍｇ／ｃｍ^２になるように調整する。

現像コントラストについて説明する。図５に帯電ＤＣバイアスの電圧と現像コントラストの関係を示す。本実施例では、帯電部材に帯電ローラを用い、帯電の高圧はＡＣ＋ＤＣ方式を用いた。ＡＣの周波数は１．０ｋＨｚでＶｐｐは１．６ｋＶの正弦波を使用している。ＡＣ＋ＤＣ方式を使用している為、帯電ＤＣ電位とドラム帯電電位（Ｖｄ）はほぼ同一となる。現像ＤＣバイアスはＶｄからカブリとり電位（Ｖｂａｃｋ）分を引いた値を出力する。現像コントラストとは現像ＤＣバイアスからレーザー露光後の電位（Ｖｌ）までの間の電位差をいう。

現像コントラスト（帯電電位から現像ＤＣバイアスまでの電位差）とトナー載り量の関係を図１５に示す。点線は第１のカートリッジ、実線は第２のカートリッジの関係を示している。本実施例の場合、トナーの帯電量はほぼ同じな為、曲線もほぼ同じ軌跡を画く。そのため、同じ現像コントラスト＝２７０Ｖの場合、第１のカートリッジと第２のカートリッジとは共に最大のり量０．５ｍｇ／ｃｍ^２を達成する。この場合、第１のカートリッジは最大のり量０．５ｍｇ／ｃｍ^２で濃度１．５のため適性である。しかし、第２のカートリッジはのり量０．５ｍｇ／ｃｍ^２だと、濃度が出すぎてしまう。

現像コントラスト２７０Ｖ時のレーザー出力と濃度の関係を図１６に示す。レーザーの出力は８Ｂｉｔのため２５６階調である。１Ｄ−ＣＲＧの場合にはレーザーレベルＦＦｈで濃度１．５に対応するので、第１のカートリッジではレーザーレベルを００ｈからＦＦｈまで使用する。第２のカートリッジが使用された場合には、レーザーレベルＡ０ｈで濃度１．５に対応するので、第２のカートリッジを使用した場合にはレーザーレベルを００ｈからＡ０ｈまでしか使用しないことにより、最大のり量０．３＝最大濃度１．５を達成する。レーザーの階調制御の方法としてはパルス幅変調器（ＰＷＭ）でも、輝度変調方式でも、どのような方式でも問題ない。

本実施例では、レーザーの出力レベル（ビデオ値）を変更して、感光体の露光量を変更し、第１のカートリッジと第２のカートリッジとで最大のり量を変更したが、レーザーの最大発光光量を変更して露光量を変更することも可能である。

本実施では、第１のカートリッジと第２のカートリッジとを変えた場合に、感光体への露光量を変更することにより、最大のり量を変更することを行った。これにより第１のカートリッジでは、トナーののり量を少なく制限せずに、ボソ等の無い高画質の画像が得られる。第２のカートリッジでは、トナーののり量を少なく制限し、低ランニングコストで画像形成することが可能となった。

［その他］
１）本発明において、画像形成装置は電子写真プロセスに限られず、像担持体として静電記録誘電体を用いる静電記録プロセスの画像形成装置や、像担持体として磁気記録磁性体を用いる磁気記録プロセスの画像形成装置などであってもよい。

２）画像形成装置は複数のプロセスカートリッジをタンデムに配列して使用する、多色あるいはフルカラー画像形成装置に限られず、１つのプロセスカートリッジを着脱可能に使用するモノカラーの画像形成装置であってもよい。

３）画像形成装置は、中間転写方式のものに限られず、像担持体に形成されたトナー像を記録材Ｐに直接転写して記録材に画像を形成する画像形成装置であってもよい。

４）現像手段に、同一色相で、カバーリングパワーが異なるトナーをそれぞれ収容した３つ以上の複数種のプロセスカートリッジを用意して、使い分けすることもできる。

実施例１における画像形成装置の概略構成図感光ドラムのクリーニング装置部分の拡大図イエロー（Ｙ）・マゼンタ（Ｍ）・シアン（Ｃ）・ブラック（Ｋ）の各色のプロセスカートリッジとして用意した、通常トナーを収容した第１のプロセスカートリッジと、高カバーリングトナーを収容した第２のプロセスカートリッジの図トナーのカバーリングパワーの説明図（トナーの載り量と濃度の関係図）現像コントラストの説明図第１のプロセスカートリッジと、第２のプロセスカートリッジの、現像コントラストと載り量の関係図制御のフローチャート図第１と第２のプロセスカートリッジが混在している例の図第１のプロセスカートリッジと、第２のプロセスカートリッジの、画像出力信号と載り量の関係図実施例２において用いた二成分現像方式現像装置の説明図ＴＤ比とトリボの関係図第１のプロセスカートリッジと、第２のプロセスカートリッジの、現像コントラストと載り量の関係図記録材の表面が平滑でない場合、定着前の未定着トナー像の説明図未定着画像を定着した場合の説明図実施例３における、現像コントラスト（帯電電位から現像ＤＣバイアスまでの電位差）とトナー載り量の関係図実施例３における、現像コントラスト２７０Ｖ時のレーザー出力と濃度の関係図。

符号の説明

１・・感光ドラム（像担持体）、２・・帯電ローラ、３・・露光装置、４・・現像装置、５・・一次転写ローラ、６・・クリーニング装置、１０・・中間転写ベルト、２０・・パッチ検出器（パッチ検センサー）、８Ｙ・８Ｍ・８Ｃ・８Ｋ・・各色のプロセスカートリッジ、８Ｙ−１・８Ｍ−１・８Ｃ−１・８Ｋ−１・・各色の第１のプロセスカートリッジ、８Ｙ−２・８Ｍ−２・８Ｃ−２・８Ｋ−２・・各色の第２のプロセスカートリッジ

Claims

画質重視用のトナーを用いて感光体に形成された潜像を現像する現像器を少なくとも備えた第１のカートリッジと、画質重視用のトナーと同一色相で且つ明度の低いトナー消費量抑制重視用のトナーを用いて感光体に形成された潜像を現像する現像器を少なくとも備えた第２のカートリッジと、を入れ替えて使用可能であり、これらのうち１つが取り外し可能に装着されているとき記録材にトナー像を形成可能な画像形成装置であって、
記録材に形成されるトナー像の単位面積当たりの最大のトナー載り量について第１のカートリッジが装着されているときよりも第２のカートリッジが装着されているときの方が少なくなるように制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
画質重視用のトナーを用いて感光体に形成された潜像を現像する現像器をそれぞれ少なくとも備えておりフルカラー画像を形成するための第１のカートリッジ群と、画質重視用のトナーと同一色相で且つ明度の低いトナー消費量抑制重視用のトナーを用いて感光体に形成された潜像を現像する現像器をそれぞれ少なくとも備えておりフルカラー画像を形成するための第２のカートリッジ群と、を入れ替えて使用可能であり、これらのうち１つのカートリッジ群が取り外し可能に装着されているとき記録材にフルカラートナー像を形成可能な画像形成装置であって、
記録材に形成される各色のトナー像の単位面積当たりの最大のトナー載り量について第１のカートリッジ群が装着されているときよりも第２のカートリッジ群が装着されているときの方が少なくなるように制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
上記制御手段は現像の最大コントラストを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。