JP5251322B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
ところが、実際の画像形成装置使用時には初期の画像は良くても使用するに従い画像が劣化する。この画像劣化は、画像形成装置稼動時に現像装置内部でトナーが攪拌されることによって、トナーの凝集度が進行することにより生じている。
凝集度が低くて初期の画像は良くても、画像形成装置を使用するに従って画像が著しく劣化して、画像品質の許容限度を下回り、問題となる場合がある。従って、良好な画像品質を得るための判断に必要なのは初期の凝集度だけではないことになる。
一方で、画像の長期出力(多数の通紙枚数)により現像装置内に劣化したトナーが滞留してしまう。劣化したトナーは攪拌による物理的ストレスを受けているため凝集度が高くなり、この劣化したトナーを使用することで画像の滑らかさが失われ、ざらついた欠陥画像となってしまう。
これを避けるために強制的にトナーを消費させ、劣化が少なく凝集度の低いフレッシュなトナーを補給することにより欠陥画像を回避できることが知られている。
しかし、トナーの強制消費量を一律に制御した場合に、トナーによってはそれほど劣化しておらず、画像品質的にも問題無い状態においても強制的にトナーを消費していることになる。また、トナーカートリッジの交換などでトナーのロットが変わった場合に同じ量を強制消費させていても劣化後凝集度が前のロットと異なるために、強制消費量が少なくて異常画像となってしまう場合も考えられる。
特許文献1には、凝集度の小さい順にカラートナー層を形成する画像形成装置が開示されている。特許文献2には、現像装置内のトナー状態が画質欠陥に陥る状態であるか否かに基づいてトナー吐き出しモードの実行価値を選定可能とするトナー吐き出し選定手段を要する画像形成装置が開示されている。
特許文献3には、中間調画像の濃度を計測し現像特性を知ることで、トナーの劣化状態を判断し、トナー劣化状態に応じた必要量のトナーを強制的に消費する技術が開示されている。
前掲の特許文献のいずれにおいても、長期にわたり安定した画像品質を得るための十分なコントロールが困難であった。また、未だ十分に良好な画像を得るために必要な特性を維持しているにもかかわらず、強制的にトナーを消費し新たなトナーを補充することになるため、必要以上のトナーが消費されることがあった。
さらに、カラー画像を形成する場合、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンというカラー画像の作像順(転写ニップの通過回数)の転写工程において、同一転写媒体上で何度も転写ニップを通過するトナー種類が、その劣化後凝集度が低いものほど最終画像の品質に大きな影響を与えない事も見出した。
特許文献1の開示には凝集度の定義として強制的にストレスを付与した後の凝集度には触れていないばかりか、強制的にストレスを付与した後のトナー凝集度に基づく画質制御方法の記述は無い。
また、特許文献2には新鮮なトナーの吐き出しモードの実行判定基準として、所定のサンプル画像を出力して目視確認する方法、過去の画像出力情報を基に判断する方法等幾つか記載されているのみであり、強制的にストレスを付与した後のトナー凝集度に基づく制御方法の記述は無い。また、カラー作像順と合わせてトナー吐き出し量を設定するという記述も無い。同様に特許文献3には、トナーの劣化状態を考慮しているがカラー作像順との組み合わせによるトナー強制消費動作についての記述は無い。
本発明はこのような新たな知見に基づき、トナーの必要以上の強制消費を抑制し、最適化することにより無駄なトナー消費を抑え、現像剤の経時劣化による画像劣化を防止し、かつ長期間安定した画像品質を確保する画像形成装置を提供することを目的とする。特に、カラー画像を長期にわたり安定して得られる画像形成装置を提供することを目的とする。
また、請求項2に記載の発明は、異なる色のトナーを収容した複数の容器と、静電潜像を形成している像担持体に前記各容器内から補給された異なる色のトナーを供給してカラートナー像を形成する複数の現像手段と、前記像担持体上に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、前記被転写体に転写される各色のトナーが前記転写手段と前記像担持体との間のニップを通過する通過回数と、各色のトナーの劣化後凝集度と、の双方に各色のトナーの強制消費量を予め関連付けた強制消費量テーブルと、予め測定した各容器内の各色のトナーの劣化後凝集度を記憶した記憶手段と、前記強制消費量テーブルを参照して、作像時における前記通過回数と前記記憶手段に記憶される各容器内のトナーの劣化後凝集度とに基づいた各現像手段におけるトナーの強制消費量を決定する強制消費量決定手段と、該強制消費量決定手段によって決定された前記強制消費量に基づいて、前記被転写体の非画像領域にパターンを作成することで、各色のトナーを各現像手段から強制消費する強制消費制御手段と、強制消費するトナー量と同量のトナーを前記容器内から前記現像手段へ補給するトナー補給装置と、を有することを特徴とする。
また、請求項4に記載の発明は、前記転写手段を用いて前記強制消費されたトナー像を転写する時、前記転写手段に、画像形成時に流す転写電流よりも小さい電流を流す請求項1乃至3のいずれか1項記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項5に記載の発明は、前記画像形成装置は平均円形度が0.93〜0.99のトナーを用いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項6に記載の発明は、前記現像手段で用いられるトナーは、体積平均粒径が3〜8μmで、かつ体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の画像形成装置を特徴とする。
請求項7に記載の発明は、前記現像手段で用いられるトナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、かつ形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の画像形成装置を特徴とする。
先ず、トナーの凝集度は、初期凝集度と、強制的にストレスを付与した劣化後凝集度(後述する方法によって測定される値)とでは異なり、また、トナー品種によりその劣化後凝集度のレベルには差異がある。
例えば、後述する図6に示す、トナーBとトナーDの初期凝集度と劣化後凝集度の比較に関連して説明するように、劣化後凝集度では値が逆転していることが分かる。つまり、初期的凝集度のみで長期間安定した画像を提供することができないことが分かった。
また、劣化後凝集度の大きいトナーほど、カラー画像形成でのニップ通過時の物理的ストレスを受け易いため画像の欠陥が目立ち易い。転写ニップ通過回数に関しては、例えば、後述する図6に関連して示すように、劣化後凝集度の低いトナーほど転写ニップ通過による画像の劣化度合いが少ないことが判明した。
このことから、一つは、電子写真複写機の現像装置に供される現像剤トナーの品種に応じて、予め、そのトナー劣化後凝集度の値の大きさと現像積算回数との相関関係と対比して、画像品質維持のための適切なトナー強制消費のタイミングを決定し、トナー消費量の適切な制御を実施することができる。
劣化後凝集度が低いものほど一枚のコピーを得る際のカラー転写工程(転写ニップの通過回数)の影響を受けず最終画像品質への影響が少ないことから、当該カラートナーのトナー強制消費量を他のカラートナーの劣化後凝集度との関係からも考慮する必要がある。
かかる制御を行うことにより無駄なトナー消費を抑えることが可能であり、逆に消費量が少なすぎて異常画像となるのを防ぐことも可能となり、長期間画像品質を良好に保つことができる。
図1は本発明を実施し得る画像形成装置としての複写機を示す概略構成図である。以下、本発明をタンデム型のカラー画像形成装置としてのカラー複写機に適用した実施の形態について説明する。
まず、実施の形態にかかる画像形成装置としてのカラー複写機Aの概略構成について説明する。このカラー複写機Aは、複写装置本体(以下、プリンタ部という)1、給紙テーブル(以下、給紙部という)2、プリンタ部1上に取り付けるスキャナ(以下、スキャナ部という)3、スキャナ部3上に取り付ける原稿自動搬送装置(ADF)(以下、原稿搬送部という)4からなっている。
プリンタ部1は、その中央に像担持体である中間転写体としての無端ベルト状の中間転写ベルト10を備えている。中間転写ベルト10は、第1支持ローラ14、第2支持ローラ15及びバックアップローラ16に掛け回され、図中時計回りに表面移動可能となっている。
そして、中間転写ベルト10に対向するように、表面にブラック、イエロー、マゼンタ、シアンのうちの1色のトナー像をそれぞれ担持する潜像担持体としての4つの感光体ドラム11K、11Y、11M、11Cを備えている。4つの感光体ドラム11K、11Y、11M、11Cの表面にトナー像を形成するための現像ユニット61K、61Y、61M、61Cを備えている。
4つの感光体ドラム40K、40Y、40M、40C、現像ユニット61K、61Y、61M、61C、そして、感光体クリーニング装置63K(図面の記載が煩雑になるので、63Y、63M、63Cは示していない)からなる4つの画像形成ユニット(作像ステーション)18K、18Y、18M、18Cを横に並べて配置してタンデム画像形成ユニット20を構成する。
また、バックアップローラ16と中間転写ベルト10を挟んで対向するように、トナー像を記録媒体としての転写紙上に転写した後の中間転写ベルト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を備えている。また、プリンタ部100は、タンデム画像形成ユニット20の上方に露光装置21を備えている。
さらに、中間転写ベルト10の内側で、中間転写ベルト10を挟んで各感光体ドラム11K、11Y、11M、11Cと対向する位置には、1次転写ローラ62K、62Y、62M、62Cを備えている。1次転写ローラ62K、62Y、62M、62Cは中間転写ベルト10を挟んで感光体ドラム11K、11Y、11M、11Cに押し当てて設けられ、1次転写部を形成している。
2次転写ベルト24は、図示してない駆動モータによって中間転写ベルト10と同線速で駆動され、中間転写ベルト10上の画像を転写紙に転写する。このように、潜像担持体である感光体ドラム11(K、Y、M、C)上に形成されたトナー像は、1次転写ローラ62(K、Y、M、C)、中間転写ベルト10、及び2次転写ベルト24等から構成される転写装置によって転写紙上に転写される。
また、2次転写ベルト24は用紙搬送ベルトの機能を有し、図1中さらに左に配置された定着装置25までシート状の転写紙を搬送する。転写紙上の転写画像を定着する定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26に加圧ローラ27を押し当てて構成する。画像定着後の転写紙は排紙ローラ56を通って排紙トレイ57上に排紙されてそこにスタックされる。
2次転写ベルト24及び定着装置25の下には、上述したタンデム画像形成ユニット20と平行に、転写紙の両面に画像を記録すべく転写紙を反転させる転写紙反転装置28を備えている。これによって、転写紙の片面に画像定着後に、切り換え爪55で転写紙の進路を転写紙反転装置側に切り換え、そこで反転させて再び2次転写ニップ部に転写紙を搬送し、トナー像を転写させた後、排紙トレイ57上に排紙させることができる。
給紙部2は、ペーパーバンク43に多段に備える給紙カセット44、これらの給紙カセット44から転写紙を繰り出す給紙ローラ42、繰り出した転写紙を分離して給紙路46に送り出す分離ローラ45、プリンタ部1の給紙路48に転写紙を搬送する搬送ローラ47等を備えている。
本実施形態の複写機Aでは、給紙部2以外に、手差し給紙も可能となっており、手差しのための手差しトレイ51、手差しトレイ51上の転写紙を手差し給紙路53に向けて一枚ずつ分離する分離ローラ52もプリンタ部1側面に備えている。
レジストローラ49は、それぞれ給紙カセット44又は手差しトレイ51に載置されている転写紙を1枚だけ排出させ、中間転写体としての中間転写ベルト10と2次転写装置22を構成する2次転写ベルト24との間に位置する2次転写ニップ部に送る。
そして、図示しないスタートスイッチを押すと、原稿搬送部4に原稿をセットした時は原稿をコンタクトガラス32上へと搬送して後、他方、コンタクトガラス32上に原稿をセットした時は直ちに、スキャナ部3を駆動し、第1走行体33及び第2走行体34を走行する。
続いて、第1走行体33で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第2走行体34に向ける。この反射光は、さらに第2走行体34のミラーで反射され、結像レンズ35を通して読み取りセンサ36に入射され、これにより、原稿内容が読み取られる。
そして、スキャナ部3から画像情報を受け取ると、上述のようなレーザ書き込みや、後述する現像プロセスを実施させて感光体ドラム11(K、Y、M、C)上にトナー像を形成させるとともに、画像情報に応じたサイズの転写紙を給紙させるべく、4つの給紙ローラのうちの1つを作動させる。
一方、給紙部2では給紙ローラ42の1つが選択的に回転され、ペーパーバンク43に多段に設けられた給紙カセット44の1つから転写紙が繰り出される。繰り出された転写紙は、分離ローラ45で1枚ずつ分離されて給紙路46に導入され、搬送ローラ47で搬送されるとともに、複写機本体であるプリンタ部1内の給紙路48に導かれ、レジストローラ49に突き当てられて止められる。
なお、手差しトレイ51上の転写紙を用いる場合は、給紙ローラ50が回転され、手差しトレイ51上の転写紙が繰り出されるとともに、繰り出された転写紙は、分離ローラ52で1枚ずつ分離された後、手差し給紙路53に導入され、同様にしてレジストローラ49に突き当てられて止められる。
そして、中間転写ベルト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が回転され、中間転写ベルト10と2次転写ベルト24との当接部である2次転写ニップ部に転写紙が送り込まれる。そして、2次転写ニップ部に形成されている転写用電界や当接圧力などの影響によってカラー画像が2次転写され、転写紙上にカラー画像が記録される。
2次転写ニップ部でカラー画像の転写を受けた後の転写紙は、用紙搬送ベルトを兼ねる2次転写ベルト24によって搬送され定着装置25へと送り込まれ、定着装置25で加圧ローラ27と定着ベルト26とによる加圧力と熱の付与によりカラー画像を定着される。
その後、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、両面に画像形成される転写紙は、カラー画像を定着された後、切り換え爪55で切り換えて転写紙反転装置28に搬送され、そこで反転されて再び2次転写ニップ部へと導かれ、裏面にも画像を記録して後、排出ローラ56で排紙トレイ57上に排出される。
また、2次転写ベルト24には中間転写ベルト10に接しているため、転写紙等の記録体が載らない部分や紙間では、中間転写ベルト10上の地肌汚れのトナー、及びプロセスパターンが転写し、2次転写ベルト24を汚してしまう。
2次転写ベルト24の表面上に汚れがあると、転写紙に2次転写を行う際にその汚れが転写紙の裏側に付着する裏汚れの原因となるため、二次転写ベルト24にはその表面上の汚れを除去する2次転写ローラクリーニング手段としてのクリーニングブレードを当接させることもできる。
クリーニングブレードによって、2次転写ベルト24上のトナーなどの汚れを常時除去することで転写紙の裏面が汚れることを防止している。また転写紙の添加剤である炭酸カルシウム等が付着してフィルミングを引き起こすのを防止するために、2次転写ベルト24の表面には、ステアリン酸亜鉛を固形化させた固形潤滑剤を直接2次転写ベルト24の表面に接触させて塗布させる構成にすることもできる。
本発明に用いるトナーの劣化凝集度について説明する。まず、劣化後凝集度とは、トナーに所定の時間、強制的にストレスを与えた後の凝集度のことを示している。ストレスの付与方法は、図示はしないが、トナー10gとキャリア20gとを50mlのスクリューバイアル中に入れ、ロッキングミルを用いて振動数400rpmにて60分間振盪させた後、前記トナーと前記キャリアとを20μmの目開きの篩いを用いて分離することにより行われる。
(イ)バイブロシュート
(ロ)パッキン
(ハ)スペースリング
(ニ)フルイ(3種類)上>中>下
(ホ)オサエバー
次に、ノブナットで固定し、振動台を作動させる。測定条件は次のとおりである。
篩い目開き:(上)75μm、(中)45μm、(下)22μm
振巾目盛:1mm
試料採取量:2g
振動時間:15秒
上記手順に基づく測定の後、次の計算から凝集度を求める。
上段の篩いに残った粉体の重量%×1 (a)
中段の篩いに残った粉体の重量%×0.6 (b)
下段の篩いに残った粉体の重量%×0.2 (c)
上記3つの計算値の合計をもって、劣化後凝集度(%)とする。すなわち、劣化後凝集度は、劣化後凝集度(%)=(a)+(b)+(c)となる。
トナーの平均円形度は、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、十分な転写性又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、図示してないがフロ−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及び分布を測定する。
粒径について言えば、本発明の画像形成装置に好適に使用されるトナーは、600dpi以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径は3〜8μmが好ましい。体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましい。
(Dv/Dn)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えば、アイストーン(ISOTON)−II(コールター社製)が使用できる。ここで、さらに測定試料を2〜20mg加える。
試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
また、小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になる。従って、小粒径かつ粒径分布をシャープにすることにより地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができる。
形状係数について、SF−1はトナーの形状(真球か不定形か)を表す指数であり、100に近づくほど真球になる。また、SF−2はトナー表面の凹凸性を示す指数であり、SF−1と同様に100に近づくほど真球になる。
トナーの形状が100に近づくほど(真球になるほど)形状効果によりトナー粒子と、該トナー粒子と接触するもの(トナー同士、像担持体)との間では点接触することになり、接触物との間の吸着力が弱まり、転写電界の影響を受け易くなる。
一方で、トナーが真球に近くなるにつれ、機械的なクリーニングに対して不利に働く。そのため、転写性とクリーニング性との両立の観点から、トナーは或る程度の異形化が必要となる。従って、形状係数は100〜180の間が適切となる。
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、100π/4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、図示してない走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを同様に図示してない画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入し、該トナーの粒子100個について解析して計算した。
上述したように、現像手段で用いられるトナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2も100〜180の範囲にある。形状係数を100〜180と設定することでトナーの形状効果によりトナー粒子と、該トナー粒子と接触するもの(トナー同士、又は像担持体)との間では点接触することになり、接触物との間の吸着力が弱まり、転写電界の影響を受け易くなりそして高い転写率を得ることができる。一方で、トナーの形状を真球よりも僅かに異形化することによりクリーニング性を向上させることが可能となる。
前述したトナーは、詳述はしないが粉砕法によって製造されることにより同様に詳述はしないが重合法によって製造されるトナーよりも製造コストを抑えることができる。また、重合法によって製造されるトナーは、粉砕法だけによって製造されたトナーよりも円形度が高くなり、転写性の向上が望める。また、表面の凹凸の軽減によって感光体との非静電付着力が低減されることにより、より良好に逆転写を抑えることができる。
図4のトナー強制消費制御装置は各現像ユニットの作像順、転写ニップ通過回数、各現像ユニットに補給されるトナーの劣化後凝集度を記録する、作像順、転写ニップ通過回数及び劣化後凝集度を記録する記録メモリ100、画像の画素数をカウントする画像面積率検出手段102、強制消費制御部101、トナー補給制御部103、強制消費制御部101に含まれるトナー強制消費量変換テーブル格納部106、強制消費制御部101によって制御される強制消費動作手段107、及びトナー補給制御部103によって制御されるトナー補給装置108から構成される。
例えば、4つの現像ユニットからなる4連タンデム中間転写方式のカラー画像形成装置について考える。4つの現像ユニットがそれぞれ作像の早い順に(中間転写体回転方向の上流側に)Y、C、M、K色と設置されている場合、Y、C、M、Kが作像順1、2、3、4と割り当てられる。
これらの作像順に関しては設計段階で決定されるものであり、予め作像順を記録メモリ100に記録し、固定しておくことが可能である。また、転写紙の転写ニップ通過枚数確認も指定枚数ごとに記録しておくことができる。次に、各色のトナーの劣化後凝集度を指定する。
或いはトナーを内包した容器にICチップを装着し、ICチップに各トナーの劣化後凝集度を記録しておき、トナー補給装置108にトナー容器がセットされた際に自動でICチップのデータを読み取り、記録メモリ100に記録しても良い。
この結果、記録メモリ100には決定された作像順、転写ニップ通紙枚数及びそれぞれのトナーの劣化後凝集度が記録される。次に、画像面積率、及びトナー強制消費量の算出方法について説明する。まず、入力画像の画像面積を算出するために画像面積率検出手段102を設ける。
一例として、入力画像の画素情報が集約された画像信号を受け取る露光装置21(図1)に、画素数をカウントする画素カウンタを設けることで、入力画像の画素数から入力画像面積を算出することが可能となる。また、転写紙のサイズを検出することにより転写紙に対する入力画像の面積率の算出が可能となる。
例えば、A4サイズの転写紙は210mm×290mm=60,900mm2であり、入力画像面積が3,045mm2であった場合、入力画像面積率は5%となる。ただし、画像面積率の算出方法はこれらの方法に限らない。
例えば、画像形成領域の最大幅W、及び転写紙の長さLで形成される面積S=W×Lにおける印字可能な最大ドット数をN0、レーザビームの発光回数をN1とすると画像面積率はN1/N0で算出される。
ここで、トナー強制消費量の設定は、作像順に対応するトナーの劣化後凝集度から予め定めたテーブルだけでなく、転写紙の転写ニップの指定の通紙枚数に対応するトナーの劣化後凝集度から予め定めたテーブルを用いることもできる。
図5は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を示す図である。図5に示すように、画像104と画像104との間の非画像領域において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105を形成してトナーを強制的に消費している。
図6は凝集度と劣化後凝集度の比較を表として示す図である。図7は劣化後凝集度と画像劣化度合いとの関係を表として示す図である。図8は作像順と画像劣化度合いとの関係を表として示す図である。図9は劣化後凝集度と、作像順と、トナー強制消費量との関係を表として示す図である。図10は劣化後凝集度の分類を分類表として示す図である。
図6のトナーAとトナーCの比較から初期凝集度がほぼ同じものであっても、60分間強制的にストレスを付与した後の劣化後凝集度は大きく異なることが分かった。また、トナーBとトナーDの比較から、初期凝集度とストレス付与後の劣化後凝集度の大小関係が逆転しており、初期凝集度の大小関係がそのままストレスを付与した後でも維持されるとは限らないということが分かった。
次に、上記4種のトナーをシアンステーションに入れ、3000枚の通紙評価を行い、ベタ画像の劣化度合い(ザラツキ感)を評価した。評価結果を示す図7において、○が許容範囲、×は許容できない場合を表す。図7から劣化後凝集度が高いものほど画像の劣化度合いが早いことが分かる。
次に、トナーAをイエロー、マゼンタ、シアンのステーション(転写ニップ通過回数は順に3回、2回、1回となる)にそれぞれ搭載し、3000枚通紙を行い、各ステーションで作像されたベタ画像の劣化度合いを評価した。同様にトナーC、及びトナーDをイエロー、マゼンタ、シアンのステーションにそれぞれ搭載し画像の劣化度合いを評価した。
評価結果を示す図8から転写ニップ通過回数が多いほどベタ画像が劣化することが分かる。また劣化後凝集度の高いトナーほど転写ニップ通過での画像劣化が悪く、トナーC、Dではイエローステーション(ニップ通過回数3回)で作像した画像は許容範囲を下回る結果となった。一方、劣化後凝集度の低いトナーほど劣化が少ないということが分かった。
図9のトナー強制消費量の決定方法について説明する。まず、劣化後凝集度を4つの水準に分けた。水準の分け方は図10に示している。図10において、条件1:劣化後凝集度20未満、条件2:劣化後凝集度20%以上40%未満、条件3:劣化後凝集度40%以上60%未満、そして条件4:劣化後凝集度60%以上とした。
そして各条件を満たすトナーをY、C、M、Kそれぞれのステーションに投入し、3000枚の通紙を行い、各ステーションで出力された画像の劣化度合いを評価した。ここで、通紙画像の画像面積率は全てA4サイズに対し3%の画像とした。
また、トナーの強制消費量は1、2、4、6、8%とそれぞれ条件を変えて通紙した。ここでのトナー強制消費量とはA4サイズの面積に対し1、2、4、6、8%相当の画像面積率分のトナー強制消費を行ったということである。
次に、条件2(劣化後凝集度20%以上40%未満のトナー)で通紙を行った結果、劣化後凝集度20%以上40%未満のトナーが作像順1のステーションに搭載された場合、強制消費量を最低4%以上とする必要があり、作像順2、3、4に搭載された場合には2%以上の強制消費で十分ということが分かった。
条件3(劣化後凝集度40%以上60%未満のトナー)で通紙を行った結果、劣化後凝集度40%以上60%未満のトナーが作像順1のステーションに搭載された場合、強制消費量を最低6%以上とする必要があり、作像順2、3、に搭載された場合には4%以上、作像順4に搭載された場合には2%以上の強制消費で十分ということが分かった。
条件4(劣化後凝集度60%以上のトナー)で通紙を行った結果、劣化後凝集度60%以上のトナーが作像順1のステーションに搭載された場合、強制消費量を最低8%以上とする必要があり、作像順2、3、に搭載された場合には6%以上、作像順4に搭載された場合には4%以上の強制消費で十分ということが分かった。
以上の結果から、劣化後凝集度と作像順の組み合わせによる必要最低限のトナー強制消費量の組み合わせの表(テーブル)が得られた。この表を基にトナーの強制消費量を設定することにより無駄なトナー強制消費を行わず、かつ長期間安定した画像を提供することが可能となる。ただし、強制消費量はこれに限られるものではなく、それぞれの作像システム、モジュール構成によって異なるものであり適宜設定可能である。
作像スタート信号を受信した後、最初に記録メモリを読み込み、トナーの劣化後凝集度と作像順又は指定通紙枚数を判断する(S1)。次に、図9に示すように、劣化後凝集度と作像順又は指定通紙枚数(図示せず)ごとにトナー強制消費量を予め決められている表を参照し、必要とするトナー強制消費量を決定(算出)する(S2)。
この算出結果によりトナー補給制御装置へ必要なトナー補給量を伝達する。次いで算出した必要となるトナー強制消費量の強制消費を実行し(S3)、それと同時に伝達された補給量でのトナー補給を実行する(S4)。
結果として、劣化後凝集度と作像順を考慮せず、一律にトナー強制消費を行った場合と比較して、3000枚通紙後の画像の劣化度合いは改善され、かつ無駄なトナーの消費量を抑えることができた。
まず、原稿の入力画像面積率を検知する(S11)。次に、入力画像面積率を閾値αと比較する(S12)。ここで閾値αとは低画像面積と判断する数値であり、任意に設定可能である。本例ではA4換算で3%を閾値と設定し、3%以下を低画像とした。
ステップ(S12)で入力画像面積率が閾値α以上の場合はトナー強制消費を行わない。一方、入力画像面積率が閾値α未満の場合にはトナー強制消費を行う。トナー強制消費を実行すると判断された場合、最初に記録メモリを読み込み、トナーの劣化後凝集度と作像順を判断する(S13)。
次いで算出した必要となるトナー強制消費量の強制消費を実行し(S15)、それと同時に伝達された補給量でのトナー補給を実行する(S16)。結果として、常にトナー強制消費を行う場合と、小画像面積率の場合にのみトナー強制消費を行う場合とでは画像劣化度合いに大きな差は無かった。
しかし、トナーの消費量を比較した場合、当然ながら小画像面積率の場合にのみトナー強制消費を行った方が無駄な消費は少なく、より効率的にトナーを消費しかつ画像の品質低下を防止していることが分かった。
このように、少なくとも劣化トナーが滞留し易い低画像面積出力時にのみ強制消費モードを動作させることにより、強制消費による過度のトナー消費を抑えることができる。
具体的には、図11の場合のように画像面積率の閾値比較は行わず、常に同量のトナーを強制消費するよう条件設定したままで1万枚の画像通紙を行い、各クリーニング部材、例えば、感光体ドラムのクリーニングブレード、中間転写ベルトのクリーニングブレードの摩耗量を測定した。
その結果、転写バイアスを印加しない場合には中間転写ベルトへのトナー入力は少なく、ほぼ全てのトナーが感光体ドラムクリーニング部に送られ感光体ドラムクリーニングブレードのみブレードの摩耗が激しく13μmほど摩耗していたのに対しベルトクリーニングブレードの摩耗は2μm程度と殆ど摩耗していなかった。
逆に転写バイアスを画像形成時と同じにした場合にはベルトクリーニングブレードの摩耗が11μm程度、感光体ドラムクリーニングブレードの摩耗量が3μm程度となった。一方、転写バイアスを画像形成時の半分と設定した場合には感光体ドラムクリーニングベルトの摩耗量は5μm、ベルトクリーニングブレードの摩耗量は4μmとほぼ同程度の摩耗量となった。
この結果から、転写バイアスを印加しない場合には感光体ドラムクリーニング部材のみ寿命が短くなり、逆に転写バイアスを画像形成時と同じに設定した場合にはベルトクリーニング部材の寿命が短くなり、結果として異常画像が発生してしまう。また、クリーニング部材を頻繁に交換する必要があり、従ってメンテナンス性が悪くなる。
このように、強制消費されたトナー像を、前記転写手段を用いて転写する時、画像形成時に流す転写電流よりも小さい電流を流すことによりトナークリーニングの負荷を分散することができ、システムとしての耐久性を向上させることが可能となる。
本発明は、図1のタンデム型の画像形成装置において、被転写体の非画像転写領域外に現像手段からトナーを強制的に吐き出して不都合な劣化後凝集度を有するトナーを消費し、その際、強制消費するトナー消費量を、トナーの劣化後凝集度と作像順との組み合わせごとに異ならせ、強制消費するトナー量と同量のトナーをトナー補給装置から現像手段へ補給することができる。
本発明は、また、単色の画像形成装置においても、初期凝集度と異なる強制的にストレスを付与したトナー劣化後凝集度が、画像形成後、指定された不都合な条件になった場合に、この不都合な劣化後凝集度を有するトナーを強制的に被転写体の非画像転写領域外に現像手段から消費し、その際、強制消費するトナー消費量を、トナーの劣化後凝集度とトナー像の被転写体への転写回数との組み合わせごとに異ならせ、強制消費するトナー量と同量のトナーをトナー補給装置から現像手段へ補給することができる。
作像順で黒色トナーが最後に転写ニップを通過する場合には、各色の作像順に関係なく、黒色以外のイエロー、シアン、マゼンタの単色でもトナー像の被転写体への転写回数が増えれば、現像手段での攪拌によりトナーへのストレスも増える。従って、強制的にストレスを付与して劣化後凝集度が大きくなったトナーを予め指定された時期に強制的に消費して、この消費したトナー量を新たに補給する。
さらに、強制的にトナーを消費する場合のそのトナーの消費量は、劣化後凝集度とトナー像の被転写体への転写回数に応じて異ならせるので、個別に制御することができ、この制御により無駄なトナー消費を抑えることが可能であり、逆に、消費量が少なすぎて異常画像となるのを防ぐことも可能となり、長期間画像品質を良好に保つことができる。
上述の実施の態様は、カラー画像の形成を例としたものであるが、黒色トナーのように単色コピーの画像形成の場合も、該トナーの劣化後凝集度の値に応じた強制消費量を設定することで、無駄なトナー消費を抑えることが可能であり、逆に、消費量が少なすぎて異常画像となるのを防ぐことも可能となり、長期間画像品質を良好に保つことができる。
Claims (7)
- トナーを収容した容器と、
静電潜像を形成している像担持体に前記容器内から補給されたトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
前記被転写体に転写されるトナーが前記転写手段と前記像担持体との間のニップを通過する通過回数と、トナーの劣化後凝集度と、の双方にトナーの強制消費量を予め関連付けた強制消費量テーブルと、予め測定した前記容器内のトナーの劣化後凝集度を記憶した記憶手段と、
前記強制消費量テーブルを参照して、作像時における前記通過回数と前記記憶手段に記憶される前記容器内のトナーの劣化後凝集度とに基づいた前記現像手段におけるトナーの強制消費量を決定する強制消費量決定手段と、
該強制消費量決定手段によって決定された前記強制消費量に基づいて、前記被転写体の非画像領域に、パターンを作成することで、トナーを前記現像手段から強制消費する強制消費制御手段と、
強制消費するトナー量と同量のトナーを前記容器内から前記現像手段へ補給するトナー補給装置と、
を有することを特徴とする画像形成装置。 - 異なる色のトナーを収容した複数の容器と、
静電潜像を形成している像担持体に前記各容器内から補給された異なる色のトナーを供給してカラートナー像を形成する複数の現像手段と、前記像担持体上に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
前記被転写体に転写される各色のトナーが前記転写手段と前記像担持体との間のニップを通過する通過回数と、各色のトナーの劣化後凝集度と、の双方に各色のトナーの強制消費量を予め関連付けた強制消費量テーブルと、予め測定した各容器内の各色のトナーの劣化後凝集度を記憶した記憶手段と、
前記強制消費量テーブルを参照して、作像時における前記通過回数と前記記憶手段に記憶される各容器内のトナーの劣化後凝集度とに基づいた各現像手段におけるトナーの強制消費量を決定する強制消費量決定手段と、
該強制消費量決定手段によって決定された前記強制消費量に基づいて、前記被転写体の非画像領域にパターンを作成することで、各色のトナーを各現像手段から強制消費する強制消費制御手段と、
強制消費するトナー量と同量のトナーを前記容器内から前記現像手段へ補給するトナー補給装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも低画像面積出力時にのみトナーを消費する前記強制消費動作手段を動作させることを特徴とする請求項1又は2記載の画像形成装置。
- 前記転写手段を用いて前記強制消費されたトナー像を転写する時、前記転写手段に、画像形成時に流す転写電流よりも小さい電流を流すことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の画像形成装置。
- 平均円形度が0.93〜0.99のトナーを用いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の画像形成装置。
- 前記現像手段で用いられるトナーは、体積平均粒径が3〜8μmで、かつ体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の画像形成装置。
- 前記現像手段で用いられるトナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、かつ形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の画像形成装置。
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