(57)【要約】【課題】生産性を下げることなく、画像面積率変化に起因する画像濃度変動の発生を抑制することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置である複写機が備えるトナー補給装置６１は、現像能力が異なる２種類のトナーを補給できるように、現像能力が高いトナーＡを収容する第一トナーボトル２００ａとトナーＡに比して現像能力が低いトナーＢを収容する第二トナーボトル２００ｂとを備え、これら二つのトナーボトル２００に対してそれぞれ搬送チューブ３０１を接続し、２つの別々のトナー補給経路を備え、出力する画像の画像面積率に基づいて現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置６への補給比率を変化させる。【選択図】図４
2010019897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像担持体と、
トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を現像剤担持体に担持し、該現像剤担持体上の現像剤を上記潜像担持体の表面に接触させることにより、該潜像担持体表面上の潜像に該トナーを付着させて現像を行う現像装置と、
該現像装置内の現像剤にトナーを補給するトナー補給装置とを備える画像形成装置において、
上記トナー補給装置は、現像能力が異なる２種類のトナーを補給できるように２つの別々のトナー補給経路を備え、出力する画像の画像面積率に基づいて上記現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置への補給比率を変化させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
潜像担持体と、
トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を現像剤担持体に担持し、該現像剤担持体上の現像剤を上記潜像担持体の表面に接触させることにより、該潜像担持体表面上の潜像に該トナーを付着させる現像を行う現像装置と、
該現像装置内の現像剤にトナーを補給するトナー補給装置と、
該現像装置の現像能力を測定する現像能力測定手段とを備える画像形成装置において、
上記トナー補給装置は、現像能力が異なる２種類のトナーを補給できるように２つの別々のトナー補給経路を備え、
上記現像能力測定手段の測定結果に基づいて上記現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置への補給比率を変化させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２の画像形成装置において、
上記現像能力が異なる２種類のトナーは、帯電し易さが異なる２種類のトナーであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１または２の画像形成装置において、
上記現像能力が異なる２種類のトナーは、添加剤であるシリカの含有量が異なる２種類のトナーであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１または２の画像形成装置において、
上記現像能力が異なる２種類のトナーは、表面形状が異なる２種類のトナーであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１または２の画像形成装置において、
上記現像能力が異なる２種類のトナーは、通常の色のトナーと透明なトナーとの組み合わせからなる２種類のトナーであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１または２の画像形成装置において、
上記現像能力が異なる２種類のトナーは、通常の色のトナーとそれよりも淡い色のトナーとからなる２種類のトナーであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、
現像に用いるトナーの色が異なる複数の現像装置を備え、該複数の現像装置のうちの少なくとも一つの現像装置にトナー補給するトナー補給装置が、現像能力が異なる２種類のトナーを補給できるように２つの別々のトナー補給経路を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７または８の画像形成装置において、
上記現像装置は、現像に用いるトナーとして黒色単色のトナーを用いる黒色用の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係り、詳しくはトナーと磁性キャリアとを含む現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置においては、一般に感光体ドラム等からなる潜像担持体を回転させて帯電装置により潜像担持体を均一に帯電させた後に潜像担持体に対して露光装置による像露光で画像を書き込んで静電潜像を形成する。そして、この静電潜像を現像装置で現像して形成した潜像担持体上のトナー像を転写装置で転写紙等の記録媒体に転写している。また、カラー画像形成を行う画像形成装置では、このような画像形成プロセスを各色ごとに繰り返して潜像担持体上に複数色のカラートナー像を形成してカラートナー像を記録媒体に一括転写するか、あるいは単色のカラートナー像を像担持体上に形成して順次転写材に転写する方法などが採用されている。
このような画像形成装置では、例えば環境の変化や画像面積率の変化等の誤差因子の変化により現像剤の現像能力が変化し、経時で画像濃度が変動してしまうことが常に問題となっている。
環境の変化による現像能力の変化としては、画像形成装置の設置場所の温度や湿度の変化によって、現像剤の帯電特性が変化し、現像能力が変化する場合がある。
画像面積率の変化による現像能力の変化としては、例えば、次のような現象を挙げる事ができる。すなわち、二成分現像方式で高画像面積率の画像を連続して出力した場合、現像装置内のトナーの消費量が多くなり、現像装置外から補給され、補給されて間がない、帯電量が不十分な状態のトナーが現像に用いられ画像濃度が高い画像となる場合がある。また、二成分現像方式で低画像面積率の画像を連続して出力した場合、現像装置内のトナーの消費量が少なくなり、現像装置内に補給されたトナーが現像に用いられず、攪拌され続けることにより、帯電量が過剰な状態になり、帯電量が過剰な状態のトナーが現像に用いられ画像濃度が低い画像となる場合がある。
【０００３】
このような問題に対して、画像濃度を変化されるパラメータを制御するプロセスコントロールが行われている。
プロセスコントロールとしては、潜像担持体上に基準パターンとしてのパッチパターンの静電潜像を形成してこれを現像装置で現像し、パッチパターンの表面電位及びそのトナー付着量から現像装置の現像能力を算出し、その現像能力から現像バイアス電位、潜像担持体の帯電電位等の各種電位を決定するものが知られている。
【０００４】
特許文献１や特許文献２では、短時間で精度の良い電位制御を行うことができるとともに現像剤の環境変動、経時変動による画像再現への影響を回避することができるプロセスコントロールを行う画像形成装置として、次のものが提案されている。すなわち、潜像担持体上に形成した複数のパッチパターンの電位及びそのトナー付着量を測定し、複数組の電位及びトナー付着量のデータに基づいて電位とトナー付着量との関係が直線的に変化する区間を算出する。そして、この区間において測定した電位及びトナー付着量のデータから現像特性を直線近似した直線近似式を求め、この直線近似式を用いて画像形成時の各種電位を決定する。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２５３６９４号公報
【特許文献２】特開平１０−１５３９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、経時での現像能力変化には、環境や画像面積率の変化により引き起こされるものがある。そして、特に画像面積率変化による現像能力変化は急激な変化である。このため、従来のプロセスコントロールではこのような急激な画像濃度の変動に対応するには、例えば数枚に一枚など頻繁に行わなくてはならない。また、従来の装置としては、高画像面積率の画像を連続出力してトナー消費量が多い場合は、意図的に紙間の間隔を空けて空攪拌時間を増やしトナーを十分攪拌し画像濃度を安定化させる制御を行ったものもある。しかし、プロセスコントロールを頻繁に行うものであっても、紙間の間隔を空けるものであっても、連続通紙を行えず生産性が極端に低下してしまう。
また連続して極端な高画像面積の画像や低画像面積の画像を出力する場合、その画像濃度は出力枚数と共に段階的に上昇や下降するため一度の電位制御等の画像濃度調整では適切な画像濃度となるように制御することができない。このように、画像濃度が段階的に上昇や下降する理由として、たとえば高画像面積率の画像を連続出力した場合、現像装置内のトナーが急激に排出され新たなトナーが補給される。このため現像ユニット内は攪拌不足による帯電量が低いトナーやまた攪拌によるストレスを過剰に受けていないリフレッシュされたトナーが多く存在する。すなわち現像能力が高いトナーが多数存在することになる。これにより高画像の連続出力では画像濃度が上昇してしまう。
また低画像面積率の画像を連続出力すると高画像出力時の現象と逆に攪拌による過剰なストレスを受け添加剤の埋没、剥離などが起こり非静電的な付着力が上がり現像能力が低下したり、攪拌により帯電量の増加により現像能力が低下したりするため画像濃度が低下していく。また、新たに補給されたトナーであれば、比較的現像能力が高いため、トナーを補給することにより現像能力の向上を図ることができるが、低画像面積率の画像を連続出力した場合、トナーの消費量が少なく、トナー補給量も少ないため、トナーの補給によって現像能力の向上を図ることは困難である。
また一度の電位制御等の画像濃度調整では適切な画像濃度となるように制御することができない理由としては、制御の一例として一度プロセスコントロールを行い画像濃度を狙いの値に制御したとしても、その後、高画像面積率の画像を連続出力した場合には画像濃度が急激に上昇してしまうことが挙げられる。詳しくは、ある程度の低画像面積率の画像を出力中や出力後にプロセスコントロールを行い、低画像面積率に合わせて画像濃度を調整した場合、その後に高画像を連続的に出力すると加速的に画像濃度が変動してしまうためである。
これら理由により一度の制御では画像濃度を一時的に安定にすることができても、その後の出力する画像の画像面積率等によって画像濃度は変動してしまう。
また各種電位やトナー濃度、帯電量を調整するようなプロセスコントロールを頻繁に割り込ませ画像濃度を安定化することも現行の画像形成装置にて行われているが、生産性が著しく低下してしまうことが問題視されている。
【０００７】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、生産性を下げることなく、画像面積率変化に起因する画像濃度変動の発生を抑制することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体と、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を現像剤担持体に担持し、該現像剤担持体上の現像剤を上記潜像担持体の表面に接触させることにより、該潜像担持体表面上の潜像に該トナーを付着させて現像を行う現像装置と、該現像装置内の現像剤にトナーを補給するトナー補給装置とを備える画像形成装置において、上記トナー補給装置は、現像能力が異なる２種類のトナーを補給できるように２つの別々のトナー補給経路を備え、出力する画像の画像面積率に基づいて上記現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置への補給比率を変化させることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、潜像担持体と、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を現像剤担持体に担持し、該現像剤担持体上の現像剤を上記潜像担持体の表面に接触させることにより、該潜像担持体表面上の潜像に該トナーを付着させる現像を行う現像装置と、該現像装置内の現像剤にトナーを補給するトナー補給装置と、該現像装置の現像能力を測定する現像能力測定手段とを備える画像形成装置において、上記トナー補給装置は、現像能力が異なる２種類のトナーを補給できるように２つの別々のトナー補給経路を備え、上記現像能力測定手段の測定結果に基づいて上記現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置への補給比率を変化させることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記現像能力が異なる２種類のトナーは、帯電し易さが異なる２種類のトナーであることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記現像能力が異なる２種類のトナーは、添加剤であるシリカの含有量が異なる２種類のトナーであることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記現像能力が異なる２種類のトナーは、表面形状が異なる２種類のトナーであることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記現像能力が異なる２種類のトナーは、通常の色のトナーと透明なトナーとの組み合わせからなる２種類のトナーであることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記現像能力が異なる２種類のトナーは、通常の色のトナーとそれよりも淡い色のトナーとからなる２種類のトナーであることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、現像に用いるトナーの色が異なる複数の現像装置を備え、該複数の現像装置のうちの少なくとも一つの現像装置にトナー補給するトナー補給装置が、現像能力が異なる２種類のトナーを補給できるように２つの別々のトナー補給経路を備えることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７または８の画像形成装置において、上記現像装置は、現像に用いるトナーとして黒色単色のトナーを用いる黒色用の現像装置であることを特徴とするものである。
【０００９】
上記請求項１の構成を備えた画像形成装置であれば、出力する画像の画像面積率に基づいて上記現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置への補給比率を変化させる。例えば、高画像面積率の画像を出力するときには、２種類のトナーのうち、現像能力が低いトナーの割合を多く補給することにより、高画像面積率の画像を連続出力したとしても画像濃度が急激に上昇することを防止することができる。また、低画像面積率の画像を出力するときには、２種類のトナーのうち、現像能力が高いトナーの割合を多く補給することにより、低画像面積率の画像を連続出力し、トナーの補給量が少ない場合でも、現像能力の向上を図ることができ、画像濃度が急激に低下することを防止することができる。
上記請求項２の構成を備えた画像形成装置であれば、上記現像能力測定手段の測定結果に基づいて上記現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置への補給比率を変化させる。例えば、現像能力検知手段によって、現像能力が上昇していることが検知された場合には、２種類のトナーのうち、現像能力が低いトナーの割合を多く補給することにより、高画像面積率の画像を連続出力したときに現像能力が上昇し続け、画像濃度が急激に上昇することを防止することができる。また、現像能力検知手段によって、現像能力が低下していることが検知された場合には、２種類のトナーのうち、現像能力が高いトナーの割合を多く補給することにより、低画像面積率の画像を連続出力したときに現像能力が低下し続け、画像濃度が急激に低下することを防止することができる。
また、上記請求項１の構成、または、上記請求項２の構成の何れの構成を備える画像形成装置であっても、２種類のトナーの補給の現像装置への補給比率を変化させることにより現像能力を調節しているので、プロセスコントロール等の電位制御を行うことなく現像濃度の急激な変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記請求項１乃至９の発明においては、電位制御を行うことなく現像濃度の急激な変動を抑制することができるので、プロセスコントロール等の電位制御の回数を抑制することにより生産性を下げることなく、画像面積率変化に起因する画像濃度変動の発生を抑制することができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を、電子写真方式によって画像を形成する画像形成装置である複写機（以下、複写機１００と呼ぶ）に適用した実施形態について説明する。
まず、実施形態に係る複写機１００の基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係る複写機１００を示す概略構成図である。この複写機１００は、プリンタ部１と、給紙装置４０と、原稿搬送読取ユニット５０とを備えている。原稿搬送読取ユニット５０は、プリンタ部１の上に固定された原稿読取装置たるスキャナ部１５０と、これに支持される原稿搬送装置たるＡＤＦ５１とを有している。
【００１２】
給紙装置４０は、ペーパーバンク４１内に多段に配設された２つの給紙カセット４２、給紙カセット４２から記録紙を送り出す送出ローラ４３、送り出された記録紙を分離して給紙路４４に供給する分離ローラ４５等を有している。また、プリンタ部１の給紙路３７に記録紙を搬送する複数の搬送ローラ４７等も有している。そして、給紙カセット４２内の記録紙をプリンタ部１内の給紙路３７内に給紙する。
【００１３】
図２は、プリンタ部１の内部構成の一部を拡大して示す部分拡大構成図である。プリンタ部１は、光書込装置２、Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ色のトナー像を形成する４つのプロセスユニット３（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）、転写ユニット２４、紙搬送ユニット２８、レジストローラ対３３、定着ユニット６０等を備えている。そして、光書込装置２内に配設された図示しないレーザーダイオードやＬＥＤ等の光源を駆動して、ドラム状の４つの感光体４（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）に向けてレーザー光Ｌを照射する。この照射により、潜像担持体たる感光体４（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）の表面には静電潜像が形成され、この潜像は所定の現像プロセスを経由してトナー像に現像される。なお、符号の後に付されたＫ，Ｙ，Ｍ，Ｃという添字は、ブラック，イエロー，マゼンタ，シアン用の仕様であることを示している。
【００１４】
プロセスユニット３（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）は、それぞれ、潜像担持体たる感光体４と、その周囲に配設される各種装置とを１つのユニットとして共通の支持体に支持するものであり、プリンタ部１本体に対して着脱可能になっている。ブラック用のプロセスユニット３Ｋを例にすると、これは、感光体４Ｋの他、これの表面に形成された静電潜像をブラックトナー像に現像するための現像装置６Ｋを有している。また、後述するＫ用の一次転写ニップを通過した後の感光体４Ｋ表面に付着している転写残トナーをクリーニングするドラムクリーニング装置１５なども有している。複写機１００では、４つのプロセスユニット３（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）を、後述する中間転写ベルト２５に対してその無端移動方向に沿って並べるように対向配設したいわゆるタンデム型の構成になっている。
【００１５】
図３は、４つのプロセスユニット３（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）からなるタンデム部の一部を示す部分拡大図である。なお、４つのプロセスユニット３（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）は、それぞれ使用するトナーの色が異なる他はほぼ同様の構成になっているので、図３においては各符号に付すＫ，Ｙ，Ｍ，Ｃという添字を省略している。同図に示すように、プロセスユニット３は、感光体４の周りに、帯電ローラ５、現像装置６、ドラムクリーニング装置１５、除電ランプ２２等を有している。また、感光体４と現像装置６とが対向する位置に対して感光体４の回転方向下流側には、後述するパッチパターンの画像濃度を測定するフォトセンサからなる画像濃度センサ４９が配置されている。
【００１６】
感光体４としては、複写機１００では、アルミニウム等の素管に、感光性を有する有機感光材の塗布による感光層を形成したドラム状のものを用いている。但し、無端ベルト状のものを用いても良い。
【００１７】
現像装置６は、図示しない磁性キャリアと非磁性トナーとを含有する二成分現像剤を用いて潜像を現像するようになっている。内部に収容している二成分現像剤を攪拌しながら搬送して現像スリーブ１２に供給する攪拌部７と、現像スリーブ１２に担持された二成分現像剤中のトナーを感光体４に転移させるための現像部１１とを有している。
【００１８】
攪拌部７は、現像部１１よりも低い位置に設けられており、互いに平行配設された２本の搬送スクリュ８、これら搬送スクリュ８間に設けられた仕切り板、現像ケース９の底面に設けられたトナー濃度センサ１０などを有している。
【００１９】
現像部１１は、現像ケース９の開口を通して感光体４に対向する現像スリーブ１２、これの内部に回転不能に設けられたマグネットローラ１３、現像スリーブ１２に先端を接近させるドクターブレード１４などを有している。現像スリーブ１２は、非磁性の回転可能な筒状になっている。マグネットローラ１３は、ドクターブレード１４との対向位置からスリーブの回転方向に向けて順次並ぶ複数の磁極を有している。これら磁極は、それぞれスリーブ上の二成分現像剤に対して回転方向の所定位置で磁力を作用させる。これにより、攪拌部７から送られてくる二成分現像剤を現像スリーブ１２表面に引き寄せて担持させるとともに、スリーブ表面上で磁力線に沿った磁気ブラシを形成する。
【００２０】
磁気ブラシは、現像スリーブ１２の回転に伴ってドクターブレード１４との対向位置を通過する際に適正な層厚に規制されてから、感光体４に対向する現像領域に搬送される。そして、現像スリーブ１２に印加される現像バイアスと、感光体４の静電潜像との電位差によってトナーを静電潜像上に転移させて現像に寄与する。更に、現像スリーブ１２の回転に伴って再び現像部１１内に戻り、マグネットローラ１３の磁極間に形成される反発磁界の影響によってスリーブ表面から離脱した後、攪拌部７内に戻される。攪拌部７内には、トナー濃度センサ１０による検知結果に基づいて、二成分現像剤に適量のトナーが補給される。
【００２１】
先に示した図２において、４つのプロセスユニット３（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）の感光体４（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）には、これまで説明してきたプロセスによってＫ，Ｙ，Ｍ，Ｃトナー像が形成される。
【００２２】
４つのプロセスユニット３（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）の下方には、転写ユニット２４が配設されている。この転写ユニット２４は、複数のローラによって張架した中間転写ベルト２５を、感光体４（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）に当接させながら図中時計回り方向に無端移動させる。これにより、感光体４（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）と中間転写ベルト２５とが当接するＫ，Ｙ，Ｍ，Ｃ用の一次転写ニップが形成されている。Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ用の一次転写ニップの近傍では、ベルトループ内側に配設された一次転写ローラ２６（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）によって中間転写ベルト２５を感光体４（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）に向けて押圧している。これら一次転写ローラ２６（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）には、それぞれ図示しない電源によって一次転写バイアスが印加されている。これにより、Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ用の一次転写ニップには、感光体４（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）上のトナー像を転写体たる中間転写ベルト２５に向けて静電移動させる一次転写電界が形成されている。図中時計回り方向の無端移動に伴ってＫ，Ｙ，Ｍ，Ｃ用の一次転写ニップを順次通過していく中間転写ベルト２５のおもて面には、各一次転写ニップでトナー像が順次重ね合わせて一次転写される。この重ね合わせの一次転写により、中間転写ベルト２５のおもて面には４色重ね合わせトナー像（以下、４色トナー像という）が形成される。
【００２３】
図３において、一次転写ニップを通過した後の感光体４の表面には、中間転写ベルト２５に一次転写されなかった転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、プロセスユニット３のドラムクリーニング装置１５により、感光体４の表面から除去される。
【００２４】
ドラムクリーニング装置１５としては、感光体４に当接しているポリウレタンゴム製のクリーニングブレード１６により、転写残トナーを一次転写ニップ通過後の感光体４表面から掻き取って除去するものが用いられている。クリーニングブレード１６は、プロセスユニット３のケーシングに固定された金属製の支持部材に接着（ホットメルト）されており、感光体４に対してカウンタ方向に当接するようになっている。カウンタ方向とは、支持部材によって片持ち支持されるクリーニングブレード１６の先端側を、後端側（自由端側）よりも感光体４の回転方向の上流側に位置させるようなブレードの向きである。
【００２５】
複写機１００のドラムクリーニング装置１５においては、クリーニング性を高める目的で、感光体４の周面におけるクリーニングブレード１６との当接を通過した直後の箇所を更にクリーニングするクリーニングブラシローラ１７を設けている。このクリーニングブラシローラ１７は、回転駆動される回転軸部材と、これの周面に無数に立設せしめられた起毛からなるブラシローラ部とを有している。そして、回転するブラシローラ部を感光体４に摺擦させながら、感光体４の表面に付着している紙粉等の異物を除去する。また、クリーニングブラシローラ１７は、図示しない固形潤滑剤から潤滑剤を掻き取って微粉末にしながら感光体４表面に塗布することで、感光体４の表面の摩擦係数を低下させる役割も兼ねている。
【００２６】
クリーニングブレード１６によって感光体４の表面から掻き取られた転写残トナーは、ブレード先端の側方に位置しているクリーニングブラシローラ１７のブラシ内に捕捉される。クリーニングブラシローラ１７には、トナーの帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される金属製の電界ローラ１８が当接している。クリーニングブラシローラ１７のブラシ内に捕捉された転写残トナーは、クリーニングブラシローラ１７に接触しながら回転する電界ローラ１８の表面に転位する。そして、電界ローラ１８に当接しているスクレーパ１９によって電界ローラ１８から掻き取られた後、回収スクリュ２０上に落下する。回収スクリュ２０上に落下した転写残トナーは、回収スクリュ２０によってドラムクリーニング装置１５の外部に搬送され、不図示のトナー回収容器に回収される。
【００２７】
除電ランプ２２は、光照射によって感光体４を除電する。除電された感光体４の表面は、帯電バイアスの印加によって感光体４との間に放電を発生させる帯電ローラ５によって一様に帯電せしめられた後、光書込装置２による光書込処理がなされる。なお、感光体４を一様に帯電させる帯電手段として、帯電ローラ方式のものに代えて、感光体４に対して非接触で帯電処理を行うスコロトロンチャージャ等を用いてもよい。
【００２８】
先に示した図２において、転写ユニット２４の図中下方には、駆動ローラ３０と二次転写ローラ３１との間に、無端状の紙搬送ベルト２９を掛け渡して無端移動させる紙搬送ユニット２８が設けられている。そして、自らの二次転写ローラ３１と、転写ユニット２４の下部張架ローラ２７との間に、中間転写ベルト２５及び紙搬送ベルト２９を挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト２５のおもて面と、紙搬送ベルト２９のおもて面とが当接する二次転写ニップが形成されている。二次転写ローラ３１には図示しない電源によって二次転写バイアスが印加されている。一方、転写ユニット２４の下部張架ローラ２７は接地されている。これにより、二次転写ニップに二次転写電界が形成されている。
【００２９】
この二次転写ニップの図中右側方には、レジストローラ対３３が配設されており、ローラ間に挟み込んだ記録紙を転写体たる中間転写ベルト２５上の４色トナー像に同期させ得るタイミングで二次転写ニップに送り出す。二次転写ニップ内では、中間転写ベルト２５上の４色トナー像が二次転写電界やニップ圧の影響によって記録紙に一括二次転写され、記録紙の白色と相まってフルカラー画像となる。二次転写ニップを通過した記録紙は、中間転写ベルト２５から離間して、紙搬送ベルト２９のおもて面に保持されながら、その無端移動に伴って定着ユニット６０へと搬送される。
【００３０】
二次転写ニップを通過した中間転写ベルト２５の表面には、二次転写ニップで記録紙に転写されなかった転写残トナーが付着している。この転写残トナーは、中間転写ベルト２５に当接するベルトクリーニング装置３２によって掻き取り除去される。
【００３１】
定着ユニット６０に搬送された記録紙は、定着ユニット６０内における加圧や加熱によってフルカラー画像が定着させしめられた後、定着ユニット６０から送り出される。
【００３２】
先に示した図１において、紙搬送ユニット２８および定着ユニット６０の下には、スイッチバック装置３６が配設されている。これにより、片面に対する画像定着処理を終えた記録紙が、切換爪で記録紙の進路を記録紙反転装置側に切り換えられ、そこで反転されて再び二次転写転写ニップに進入する。そして、もう片面にも画像の二次転写処理と定着処理とが施された後、排紙トレイ上に排紙される。
【００３３】
プリンタ部１の上に固定されたスキャナ部１５０は、原稿ＭＳの画像を読み取るための読取手段として、固定読取部１５１と、移動読取部１５２とを有している。光源、反射ミラー、ＣＣＤ等の画像読取センサなどを有する固定読取部１５１は、原稿ＭＳに接触するようにスキャナ部１５０のケーシング上壁に固定された図示しない第１コンタクトガラスの直下に配設されている。そして、ＡＤＦ５１によって搬送される原稿ＭＳが第１コンタクトガラス上を通過する際に、光源から発した光を原稿面で順次反射させながら、複数の反射ミラーを経由させて画像読取センサ１５３で受光する。これにより、光源や反射ミラー等からなる光学系を移動させることなく、原稿ＭＳを走査する。
【００３４】
一方、移動読取部１５２は、原稿ＭＳに接触するようにスキャナ部１５０のケーシング上壁に固定された図示しない第２コンタクトガラスの直下であって、固定読取部１５１の図中右側方に配設されており、光源や、反射ミラーなどからなる光学系を図中左右方向に移動させることができる。そして、光学系を図中左側から右側に移動させていく過程で、光源から発した光を第２コンタクトガラス上に載置された図示しない原稿で反射させた後、複数の反射ミラーを経由させて、スキャナ本体に固定された画像読取センサ１５３で受光する。これにより、光学系を移動させながら、原稿ＭＳを走査する。
このように、スキャナ部１５０において原稿ＭＳを走査し、画像読取センサ１５３で得られた画像情報に基づいて、光書込装置２では光源を駆動して、ドラム状の４つの感光体４（Ｋ，Ｙ，Ｍ，Ｃ）に向けてレーザー光Ｌを照射する。
【００３５】
次に、現像装置６とトナー補給装置とについて説明する。
図４は、複写機１００が備える現像装置６のうちのひとつと、現像装置６にトナーを補給するトナー補給装置６１との概略説明図である。
図４に示すように、本実施形態の複写機１００は、ある一つの現像装置６に対してトナーを補給するトナー補給装置６１は、現像能力が高いトナーＡを収容する第一トナーボトル２００ａと、トナーＡに比べて現像能力が低いトナーＢを収容する第二トナーボトル２００ｂとの二つのトナーボトル２００備える。さらに、トナー補給装置６１はモーノポンプと呼ばれる粉体ポンプ３００を備え、二つのトナーボトル２００から現像装置６に対してトナーを補給することができる。二つのトナーボトル２００を備えるトナー補給装置６１としては、４色すべてのトナー補給装置６１が二つのトナーボトル２００を備える構成であってもよいし、１色のトナー補給装置６１のみ二つのトナーボトル２００を備える構成であっても良い。例えば、他の色に比べて市場における消費量が多い黒色に対応するトナー補給装置６１だけを２つのトナーボトル２００を備える構成として、他の三色に対応するトナー補給装置６１はトナーボトル２００を一つずつ備える構成であっても良い。本実施形態では、黒色のトナー補給装置６１が二つのトナーボトル２００を備える構成であるが、もちろん他の色のトナー補給装置６１がトナーボトル２００を二つ以上備え、一つの現像装置６に対して２種類以上のトナーを補給することができる構成であっても良い。
【００３６】
次に、本実施形態のトナー補給装置６１の補給制御について説明する。図５は、二つのトナーボトル２００の一方の斜視図である。なお、第一トナーボトル２００ａと第二トナーボトル２００ｂとは、収容するトナーの現像能力が異なる点でのみ相異する。
トナーボトル２００は、ボトル部２０１とホルダ部２０２とからなり、不図示の駆動手段によってボトル部２０１が回転することにより、ボトル部２０１内のトナーがホルダ部２０２側に搬送されることが可能な形状となっている。トナーボトル２００を複写機１００本体に装着するときには、ホルダ部２０２を装置本体側の補給ノズル２０４に取り付ける。補給ノズル２０４は粉体ポンプ３００と搬送チューブ３０１で繋がっており、トナーボトル２００を装置本体に装着することにより、ホルダ部２０２と粉体ポンプ３００とが連結する。このような構成によって、粉体ポンプ３００を駆動することで、ボトル部２０１からホルダ部２０２内に移動したトナーを現像装置６に補給することができる。
すなわち通常の制御としては、トナーボトル２００のボトル部２０１が回転し、ボトル部２０１内のトナーがホルダ部２０２内へ移動する。次にトナーボトル２００と粉体ポンプ３００とが搬送チューブ３０１で繋がれた状態で粉体ポンプ３００を駆動することで、搬送チューブ３０１内内の気圧が低下し、搬送チューブ３０１を介して、ボトル部２０１内のトナーを引き出し、現像装置６内へのトナーを補給する。
１回の補給制御ではトナーボトル２００のボトル部２０１は外周が２００［ｍｍ／ｓｅｃ］で表面移動する回転速度で２［秒間］回転し、その間粉体ポンプ３００によりトナーを吸引している。
【００３７】
次に二つのトナーボトル２００から一つの現像装置６に補給する方法について説明する。
装置の構成としては簡単であり、図４に示すように一つの粉体ポンプ３００にトナーボトル２００と結ぶ搬送チューブ３０１を二本設ける。補給制御としては、粉体ポンプ３００は通常の補給制御と同等に、どちらか一方でもトナーボトル２００のボトル部２０１が回転している時間だけ吸引を行う。二種類のトナーの補給量を変える場合はトナーボトル２００のボトル部２０１の回転時間によって制御する。
補給制御の一例として、トナーＡとトナーＢとを２：３で補給したい場合、１回の補給制御では回転時間について、トナーＡを収容する第一トナーボトル２００ａのボトル部２０１を２００［ｍｍ／ｓｅｃ］の回転速度で０．８［秒間］回転させ、トナーＢを収容する第二トナーボトル２００ｂのボトル部２０１を２００［ｍｍ／ｓｅｃ］で１．２［秒間］回転させる。
本実施形態では、トナーボトル２００のうちの一本を、２００［ｍｍ／ｓｅｃ］の回転速度で回転させたときの補給量で搬送チューブ３０１や粉体ポンプ３００が十分に充填してしまう。このため、トナーＡとトナーＢとの補給時間をずらし、トータルで２［秒間］ボトル部２０１が回転し、粉体ポンプ３００も２［秒間］吸引する必要がある。しかし、粉体ポンプ３００や搬送チューブ３０１による補給に余裕がある場合は、同時にボトル部２０１を回転させ、粉体ポンプ３００は１．２［秒間］吸引するような制御にしても構わない。
【００３８】
また補給制御の他の例として、トナーＡのみを補給し、トナーＢを補給したくない場合、本実施例と異なり、粉体ポンプによるトナー収容部からの吸引のみで、トナーの補給量を制御する構成の場合、２つのトナー収容部の入り口に閉開するシャッターを設け、トナー補給時には、トナーＢを収容するトナー収容部のシャッターを閉め、トナーＡのみを補給する制御を行うことも考えられる。しかし、本実施形態のように、トナーボトル２００のボトル部２０１の回転時間でトナーボトル２００からのトナーの補給量を制御することができる構成では、ボトル部２０１の回転時間について、第一トナーボトル２００ａを２［秒間］、第二トナーボトル２００ｂを０［秒間］とすることで簡易的に行うことができる。
【００３９】
上述したような補給制御によって補給されたトナーは、図４に示す現像装置６が備える２つの搬送スクリュ８のうち、第一搬送スクリュ８ａによって搬送される搬送領域に供給される。現像装置６に補給されたトナーは、第一搬送スクリュ８ａで攪拌・搬送され、第二搬送スクリュ８ｂによって、スクリュの軸方向に搬送されながら現像スリーブ１２上に供給される。また、現像装置６は、第二搬送スクリュ８ｂの下方にトナー濃度センサ１０を備えており、このトナー濃度センサ１０で読み取った値に基づきトナー濃度を調整している。
【００４０】
なお、二つのトナーボトルからのトナーの補給量の比率を調節することができればよく、補給制御の方法としては上述した本実施形態の方法に限るものではない。また、本実施形態のトナー補給装置６１は、トナーに搬送力を付与するトナー搬送手段として粉体ポンプ３００を用いた構成であるが、トナー搬送手段は、粉体ポンプに限るものではない。
【００４１】
つぎに、複写機１００の特徴部である出力する画像の画像面積率に応じて現像能力が異なる２種類のトナーの補給比率を調節する制御について説明する。
始めに本実施形態で述べる現像能力について定義する。
本実施形態における現像能力とは現像バイアスと感光体電位の差などのポテンシャルに応じた現像スリーブから感光体に付着したトナーを画像濃度センサで読み取ったＩＤ値で求められるものである。
そして、通常、所定の現像ポテンシャルのときに現像スリーブから感光体に付着したトナーの量がどの程度であるかを示すものであり、単純にはトナーの帯電量にほぼ比例する。すなわちトナー帯電量が低いトナーは同じポテンシャルでも現像されやすい。要するに現像能力が高い。逆に帯電量が高いトナーは現像能力が低いことになる。しかし、本実施形態において、トナーＡとトナーＢとが帯電特性の異なるトナーではなく、現像能力が異なるトナーとしているのは、例えば帯電特性を変えるためにトナーの添加剤処方を変更した場合、特にシリカなどを増減させた場合、帯電量ばかりではなく付着力などの非静電的な力にまで作用を及ぼし、現像能力が変化してしまう。このため本実施形態では現像能力が異なるトナーとしている。
【００４２】
本実施形態におけるトナーの現像能力は、次のような特性値で測定できる。
すなわち、キャリアを特定のロットに特定し、複写機１００において、新剤濃度に調整した現像剤を現像装置６にセットした状態から、書き込みＬＤパワー、転写電流をある特定の値に固定し、現像バイアス、感光体帯電バイアスの差を一定にする。
例えば、本実施形態では感光体帯電バイアス−現像バイアス＝−１４０［Ｖ］で固定しており、制御範囲内での現像バイアスと帯電バイアスを最大出力でサンプリングを行う。本実施形態では感光体電位が−８４０［Ｖ］、現像バイアスを−７００［Ｖ］としている。このときに出力した画像濃度の値を現像能力とする。本実施例ではトナーの現像能力は実機でサンプリングを行い、画像濃度を紙面上の画像をＸ−ｒｉｔｅにより測定を行っている。このとき、原稿の画像面積率は、市場で平均的に印刷されている画像面積率である５［％］で測定を行う。
【００４３】
また、複写機１００では、二本のトナーボトル２００に現像能力の高いトナーＡと現像能力の低いトナーＢとを備えている。
現像能力が異なるために、同じキャリアと合わせ同じ条件で攪拌したときのトナー帯電量が異なることが最も現像能力を変化させる方法として一般的である。現在数多くのトナー種が流通しているが、どのトナーでも設計思想や、機械との相性によって帯電制御剤や形状が大きく異なり、その結果大きく現像能力が異なっている。複写機１００に用いる２種類のトナーとしては、これら異なるトナーを用途に合うように混合させるだけでも良いが、樹脂の成分が異なるなど特性の大きく異なるトナーを使用すると、弱帯電トナーの選択現像やトナーコンタミによるトナーの緩凝集など予期せぬ副作用が起こる可能性がある。このため、本実施形態では母体を共通化しトナーの添加剤量を変更することでトナー帯電量を変更することとした。
【００４４】
ここで、本実施形態の複写機１００で用いる、母体を共通化しトナーの添加剤量を変更することでトナー帯電量を変更したトナーについて説明する。
帯電量を決める添加剤として、小粒径シリカと酸化チタンを添加しているが、シリカとチタンの総添加量は変更せずにシリカチタンの比を変化させている。具体的には通常条件であるシリカチタン比を、デフォルト条件でもある１：１のものと、４：１のものと、１０：１のものとを準備し、トナー特性値について評価した。シリカチタン比が４：１のトナーは通常条件に対して後述する現像能力を持つトナーをターゲットとした混合比である。さらに、条件をより大きく振った場合の評価として１０：１のトナーも用意した。
【００４５】
ここでそれぞれの特性値について測定すると表１のようになる。
【表１】
2010019897.tif 000003
【００４６】
表１に示すように、３種類のトナーの帯電量を測定してみると同一キャリアと混合し１８０秒攪拌しブローオフ法で帯電量Ｑ／Ｍを測定すると、デフォルトのものは２８［μＣ／ｇ］であり４：１と１０：１のものは３８［μＣ／ｇ］程度でかわらなかった。実機でのインターフェース値を満たさなかったものは、添加剤のシリカチタン比が１０：１で定着スミアが規格外となった（表記せず）。シリカ比が増えたことで定着性が悪化したことが考えられ、定着温度を変更しなければならない可能性がある。一方、シリカチタン比が４：１では定着性は満たしていた。このため、本実施形態での２種類の現像能力が異なるトナーとしては、添加剤量は同じであるが、小粒径シリカとチタンの添加比を１：１としたトナーＡと４：１としたトナーＢとを使用することとする。
懸念されていた混合時の逆帯電量トナーの増加もデフォルト条件であるシリカチタン比１：１としたトナーＡと、シリカチタン比４：１としたトナーＢとを１：１で混合した場合に帯電分布はブロードとなったが逆帯電量は混合以前とほとんど変わらず、逆帯電量トナー個数％は５［%］未満であった。本実施形態では逆帯電量をホソカワミクロン社製Ｅ‐ｓｐａｒｔにより測定している。
【００４７】
ここでトナーＢの画像面積率１００［％］時での現像能力がトナーＡの画像面積０［％］時で現像能力と同等であることが現象として簡易的でわかりやすい。これは、トナーＢのみを使ってベタ画像を画像形成しても付着量が少なく、現像能力が高いトナーＡのみを使って白色画像を画像形成しても地汚れのようになってある程度の付着量となり、トナーＢのみを使ったベタ画像とトナーＡのみを使った白色画像とが略同じＩＤとなる。
すなわち画像面積率１００［％］の高画像面積の場合はすべてトナーＢを補給すればよいこととなる。本件のトナーＡ，Ｂはそのような狙いのもと添加剤量を選んでいる。
【００４８】
ここで上述した２種類のトナーとして、トナーＡ及びトナーＢを用いて画像濃度を安定化させるための制御の実施例を説明する。
現像能力が高いトナーＡに極端な低画像面積率の画像を連続出力しストレスを与えると、例えば画像面積率０．５［％］の画像をトナー濃度や電位などの制御を入れずに出力し続けると、図６に示すように画像濃度が低下していく。また、画像面積率の高いものを連続出力すると画像濃度は逆に上昇していくことが知られている。
【００４９】
このように出力した画像の画像面積により現像剤の現像能力等の状態が異なる。よって、評価前に現像剤の状態を統一するために、現像剤を作成後市場で印刷されている平均的な画像面積５［％］で現像剤を慣らした後、画像濃度が製品規格値となるように現像バイアス、帯電バイアスを調整する。本実施形態の複写機１００では画像濃度が、紙面上の画像をＸ−ｒｉｔｅにより測定した場合のＩＤが１．４となるように調整する。
その後決められた画像面積率で５００枚連続出力を行い、画像濃度がＩＤにして１．４からどれだけ変化したかをΔＩＤとした。
図７はこれらにより横軸を画像面積率、縦軸をＩＤ値の変動量であるΔＩＤ（ＩＤＭＡＸ−ＩＤＭＩＮ）とした場合のプロットである。
【００５０】
トナーＡの補給量とトナーＢの補給量は、図７に示す関係を参考にし、図７の画像面積率とΔＩＤとの式と同形にしその割合だけ現像能力の低いトナーＢを補給する。補給のトータル量が一定になるように、〔トナーＡの補給量〕＝１００−〔トナーＢ〕の補給量とした。すなわち、画像面積率に対するトナーＡとトナーＢとの補給量の比率は、図８に示す関係となる。
なお、本来ならば厳密にトナーＢの画像面積率１００［％］時での現像能力がトナーＡの画像面積０［％］時で現像能力と同等であることが望ましい。本実施例ではそのような狙いになるようなトナーＡとトナーＢを準備した。
【００５１】
またトナー補給量と現像能力をカウントし、トナーＡとトナーＢとの割合を常に把握することが望ましい。実機での現像能力のカウントの仕方は以下に示す。
上述したように、画像面積率と対応するトナー補給量の割合が決まったので、つぎに現像能力測定法を説明し、実際の制御について説明する。
実機での現像能力測定は、上述した現像能力の測定方法と同様に、ある現像バイアス、感光体帯電バイアスにてベタパッチを出力しその画像濃度から現像能力を測定する。先の現像能力の測定方法は紙上の画像濃度であったが、複写機１００の実機内では感光体４上にパッチパターン画像を形成し、このパッチパターンをＰセンサである画像濃度センサ４９で読み取り現像能力を測定している。なお、パッチパターンを読み取る位置としては、感光体４上に限らず、感光体４上に形成したパッチパターンを中間転写ベルト２５上に一次転写し、中間転写ベルト２５上のパッチパターンを読み取る構成としてもよい。
この現像能力を読み取るタイミングは、複写機１００ではジョブ前後のプロセスコントロール中に行っているが、印刷複数枚ごとに測定してもよい。
【００５２】
図９は複写機１００での一つのジョブのフローチャートである。
受けたジョブの画像面積率を計算することは市販されている機種の多くで実践されておりその方法としては公知のものを用いることができる。複写機１００ではトナー補給が必要と判断されたときにトナーの補給比率にジョブの画像面積率が初めて反映され、求められた画像面積率と図８に示す関係をもとにトナーＡとトナーＢの補給量を計算する。
このとき、トナーボトル２００のボトル部２０１の回転速度が２００［ｍｍ／ｓｅｃ］で２［秒間］行われる補給を１００［％］としており、２つのトナーボトル２００のうち、一方のトナーボトル２００から補給を開始して、そのトナーボトル２００からの補給終了後に、他方のトナーボトル２００からの補給を開始する。これによりトナーが同時に補給され経路が詰まって補給性を損なうことを防止している。
【００５３】
図１０はトナーの補給する順番を決めるフローチャートであり、図９におけるＳ９の制御でフローが分岐するフローチャートである。補給する順番も重要であり、現像能力を素早く反映させるか、なだらかに変化させるかは機種や好みにより決めることが望ましい。図１０に示すのフローチャートでは、後者の変化を少なくするために補給量の多いトナーから補給させる制御にしている。
【００５４】
次に、このような条件によって補給を行う効果を確認した実験について説明する。
図１１は高画像面積率の画像サンプルを連続出力したときの実験例のプリントページ数とＩＤ値の関係を示すグラフである。
図１１の白抜きのプロットは、トナーＡ１００［％］の現像装置に対して画像面積率を変化させることなくトナーＢのみを補給した場合の画像濃度の変動具合を示している。現像能力の低いトナーＢが補給されることによって画像濃度が減少していることがわかる。
一方、灰色のプロットはトナーＡ１００［％］の現像装置にトナーＡを補給し高画像面積率を連続出力したときの画像濃度推移である。ここでは加速条件として低画像面積率の画像をあらかじめ出力し、その後、高画像面積率の画像として５０［％］画像を連続出力し高画像の２００枚の画像濃度を測定した結果である。
トナーＡは低画像面積率の画像を連続出力したため、現像能力がトナーＢ並みに下がっているが、高画像面積率を連続出力してトナーＡを補給すると共に画像濃度が上昇していく。
トナーＡ１００［％］の現像ユニットにトナーＢを補給し、且つ、画像面積率を低画像から高画像に変えて出力したものが図１１の黒プロットである。トナーＡの現像能力が低画像出力によるストレスによってトナーＢ並みの現像能力となっており、高画像連続出力してもトナーＢが補給されるため現像能力の変化がおきない。
また図１１の白抜きプロットと灰色プロットの画像濃度の上昇速度と下降速度が近いことがわかる。
【００５５】
図１２は図１１とは逆に低画像面積の画像サンプルを連続出力したときの実験例のプリントページ数とＩＤ値の関係を示すグラフである。
図１２中の灰色プロットは高画像面積率の画像をあらかじめ出力しておき低画像面積率の画像を５００枚連続出力したものである。このときトナーＢ１００［％］の現像器に対して補給はトナーＢを補給している。このためトナーＢは低画像出力により現像剤がストレスを受け、画像濃度が低下していく。またこの低下していく速度は、図１１のように高画像面積率の画像の出力に合わせて補給した場合にくらべてＩＤ値の変動速度が遅い。
図１２の白プロットは画像面積率をあらかじめ低画像面積率の画像を出力し、そのまま低画像面積率の画像を５００枚出力したものである。このときトナーＢ１００［％］の現像装置に対して、トナーＡを補給した。画像面積が変化していないため画像濃度は現像能力どおり上昇していく。しかし低画像であるためにトナー収支が少ないためにＩＤの上昇速度は高画像に比べて遅い。
従って図１２の黒プロットように出力する画像を高画像面積率の画像から低画像面積率の画像に変化させて現像能力の高いトナーＡを補給した場合に、低画像面積率の画像を出力のため補給量が少なく補給トナーよる現像能力の上昇は、高画像の補給トナーによる現像能力の低下に比べ遅い。さらに、攪拌による画像濃度低下も高画像連続出力に比べ緩やかになるため濃度変動は目立たなくなる。
【００５６】
従来の画像形成装置では、画像濃度をプロセスコントロールを行うことによってある値に保っている。その制御としては例えば画像濃度が薄くなってきた場合に現像や帯電バイアスを上げて濃度を高くする。またそのときの現像γ（現像バイアスに対するトナーの付着量）を読み取り、現像γが低ければトナー濃度を高くする制御を行い、画像濃度とγが一定になるように制御している。このような従来の装置であると、まず画像濃度やγが下がってからプロセスコントロールを行うため画像濃度や現像γの変動は起こってしまう。またこのプロセスコントロールを頻繁に行うとジョブが中断され生産性の低下を招く。詳しくは、従来機としては数十枚から数百枚に一度程度プロセスコントロールが入ることになっている。図１１おいて高画像のサンプルの連続出力を行うと数十枚程度から顕著に画像濃度が変動していることがわかる。このように、画像濃度や現像γの変動の要因として画像面積率の変動が挙げられるが、この画像面積率に応じて２つのトナーの補給比率を制御し、現像能力を調節することによって、画像面積率の変動に起因する画像濃度や現像γの変動が生じる前に現像能力の調節を行うことが可能となる。
【００５７】
また、図１１で示す高画像面積の画像を連続出力するときのようにトナー収支が大きく、現像能力が急激に変動する速度と補給により現像能力を変化させる速度は近いことが判明し画像濃度の変動を抑えることができる。これについては従来の制御では例えば高画像連続出力のような急激な画像濃度上昇に対して画像濃度を制御する手段は、プロセスコントロールなどを頻繁に割り込ませるなど生産性を極端に下げる制御によって画像濃度変動を抑えてきたが、本発明により極端な高画像面積や低画像面積の連続出力を画像濃度の変動なく、行えるようになった。
【００５８】
図１１及び図１２を用いて説明したように出力する画像面積率に応じて、２種類のトナーのトナー補給量の割合を調整すれば、現像能力が常に一定となり画像濃度が安定な画像形成装置が得られることがわかる。
ここで、本実施形態で、例えば低画像面積率の出力時に現像能力の高いトナーＡの補給の割合を増やす理由を説明する。
画像面積による画像濃度の急激な変化は、片寄った画像面積率の画像を連続出力した場合に生じる。たとえば高画像面積率の画像を連続出力した場合、現像装置６内のトナーが急激に排出され、新たなトナーが補給される。このため現像装置６内は攪拌不足による帯電量が低いトナーやまた攪拌によるストレスを過剰に受けていないリフレッシュされたトナーが多く存在する。すなわち現像能力が高いトナーが多数存在することになる。一方、低画像面積率の画像を連続出力すると高画像面積率の画像を出力したときの現象と逆に攪拌による過剰なストレスを受け添加剤の埋没、剥離などが起こり非静電的な付着力が上がり現像能力が低下したり、攪拌により帯電量の増加により現像能力が低くなったりしていくため画像濃度が低下していく。
このため画像濃度を安定にさせるためには低画像面積率の画像を連続出力したときはトナーの現像能力の高いトナーを多く補給させることにより画像濃度の安定化を図ることができる。
【００５９】
本実施形態では、出力する画像の画像面積率に基づいて、現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置６への補給比率を変化させる構成であるが、画像濃度センサ４９による検知結果を２種類のトナーの補給比率の制御に反映させても良い。詳しくは、画像濃度センサ４９で検知したパッチパターンの画像濃度が所望の濃度よりも高くなっているときには、トナーＢの補給比率を高くし、画像濃度が低くなっているときにはトナーＡの補給比率を低くするように制御する。このように、実際の画像の画像濃度の検知結果を補給比率の制御に反映させることにより、画像面積率以外にも環境などの変動により現像能力が変動した場合でも安定した画像濃度を維持することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では４色カラーの画像形成を行うことができる複写機１００について説明したが、現像装置を１つだけ備え、黒単色の画像形成のみを行うモノクロの画像形成装置であっても１つの現像装置に対して現像能力が異なる２種類のトナーを補給可能に構成し、出力する画像の画像面積率に基づいて２種類のトナーの補給比率を変化させてもよい。
また、出力する画像の画像面積率に限らず、過去に出力した画像の画像面積率の情報も２種類のトナーの補給比率の制御に反映させても良い。
【００６１】
〔変形例１〕
上述した複写機１００では、帯電特性の異なる２種類のトナーの補給比率を制御することにより、画像濃度を安定させている。以下、現像能力が異なる２種類のトナーとして、着色度が異なる２種類のトナーを用いる変形例１について説明する。
ここで、一般的な着色度を備えるトナーをトナーＡとし、トナーＡよりも着色度が低いトナーをトナーＢとすると、トナーＡとトナーＢとの補給比率を変えることにより出力される画像の見かけの画像濃度は変化する。具体的には、トナーＢの補給比率を高くすることで、出力される画像の見かけの画像濃度は低下し、検出されるＩＤ値も低下する。また、トナーＢの補給比率を低くすることで、出力される画像の見かけの画像濃度は高くなり、検出されるＩＤ値も高くなる。さらに、帯電量、非静電的付着量などを揃えることで地汚れや選択現像などの二種類のトナーを混合する副作用を抑えることができる。
トナーＢのように着色度が低いトナーのもっとも簡単な例として透明トナーを用いることが挙げられる。透明トナーは画像濃度がないため現像能力を０として扱えば上述した実施例の制御と同様にして扱える。
例えば、トナーＡと透明トナーであるトナーＢを用意した場合、トナーＡの低画像でのＩＤ低下しきった状態で製品規格値とし、印刷する画像面積が増えると同時に、画像濃度が上昇すると予測できるため、透明トナーであるトナーＢを補給していくことで画像濃度の変化を抑えることができる。
【００６２】
透明トナーの作成方法は、光透過性が高く、着色剤の入らない樹脂からなる平均粒径１〜２５［μｍ］もので、例えばスチレン等のスチレン系単量体とブチルアクリレート等のアクリル酸エステル類単量体及び／又はメチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル類単量体との共重合により得られるスチレン−アクリル系共重合体樹脂で、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂、その他熱硬化性樹脂も用いられる。透明トナーは実質的に無色であり、少なくとも可視光を実質的に散乱することなく良く透過するものが望ましい。
更に、必要に応じて、任意の成分を添加することができる。例えば、ワックス類、脂肪酸、又は脂肪酸の金属塩を添加すると、透明トナーが定着時に熱溶融する際、均一被膜が形成されやすく、透明性が向上し、表面光沢に優れたカラー画像が得られる。又、熱ロールによる定着時には、オフセットを防止する効果を発揮することもできる。それ以外にも、トナーの流動性や帯電付与性を確保する目的でシリカ、アルミナ、酸化チタン、又は有機樹脂粒子を等を外添剤として添加することができる。
【００６３】
〔変形例２〕
変形例１では、着色度が異なる２種類のトナーの補給比率を制御する構成で、着色度が低いトナーとして透明トナーを用いる構成について説明したが、着色度が低いトナーとしては透明トナーに限るものでなく、着色度が高いトナーに対して、淡い色のトナーを用いてもよい。以下、変形例２では、着色度が低いトナーとして淡い色のトナーを用いる構成について説明する。
上述した通常のトナーと透明トナーとを混合して画像濃度を安定化させた場合、高画像面積率の画像を出力したときに透明トナーが多く混在するため、同じ画像濃度であっても低画像面積率の画像を出力したときと高画像面積率の画像を出力したときとでは光沢度が異なるという問題があった。
このような問題に対して、変形例２のように淡い色のトナーを用いることにより、光沢度の変化を軽減させることができる。すなわちブラックであれば、ブラックトナーとライトブラックトナーを用いて上述したと同様に制御を行った。本変形例２では、淡色トナーであるライトブラックトナーは、濃色トナーであるブラックトナーに対し含有させる顔料部数を少なくすることで作製している。これにより、二種類のトナーを混合する副作用の他に、光沢度差も改善される。
【００６４】
〔変形例３〕
次に、現像能力が異なる２種類のトナーとして、表面形状が異なる２種類のトナーを用いる変形例３について説明する。
現在のトナーは重合トナーが近年普及しており、重合トナーは本来球形トナーである。しかしクリーニング性に問題があることから各社で多様な技術を用いてわざわざトナーを異形化させている。この異形化具合はそれぞれ調整することができ、トナーの円形度やアスペクト比といった特性に納まるように調整している。すなわち異形化させすぎるとトナーの転写性が下がり画像劣化が起こる可能性がある。また形状を混在させることで中抜け画像が抑えられるような事例も報告され、また実用化されている。このように形状を変化させることで転写率を制御し現像能力の異なるトナーを作成することができる。よって、変形例３では、表面形状が異なる２種類のトナーを用いることで、現像能力が異なるトナーの補給比率を制御することができる。
また、上述した実施形態の複写機１００に帯電特性が異ならせる構成に、本変形例３の異形化の構成を組み合わせることにより、中抜け低減などの効果も期待できる。
【００６５】
〔変形例４〕
上述した実施形態の複写機１００では、出力する画像の画像面積率に応じて２種類のトナーの補給比率を制御する構成であったが、二種類のトナーの補給比率に反映させる情報としては、画像面積率に限るものではなく、出力された画像の画像濃度を検出し、その検出結果に基づいてトナーの補給比率を制御してもよい。以下、変形例４として、出力された画像の画像濃度を検出し、現像能力を測定する現像能力測定手段として、図１に示す複写機１００の感光体４上に形成されたパッチパターンの画像濃度を検知する画像濃度センサ４９の検知結果に基づいてトナーの補給比率を制御する構成について説明する。
変形例４は、上述した実施形態の複写機１００の構成を応用した制御であり、実施形態の複写機１００では画像面積率に基づいて補給比率を制御していたものを、画像濃度センサ４９の検知結果に基づいてトナーの補給比率を制御するものに置き換えたものである。
現像能力については上述したが、この現像能力をプロセスコントロール中にフォトセンサを用いて実機での現像能力を測定することは近年の主流となっており広く周知されている。
このとき上述した実施形態の複写機１００では画像面積率の変化による現像現像能力の変化が起こってしまうことに対して現像能力の異なるトナーを補給している。一方、本変形例４では、現像能力を直接読み取ることで、現像能力の変化に対して、現像能力が異なる２種類のトナーの補給比率を変えることで現像能力変化を抑えることができる。
この場合紙間のパッチパターンの濃度を読み取る制御などと合わせることで常時現像能力を読み取ることで、画像面積率以外にも環境などに対して画像濃度が安定する制御を行うことができる。
【００６６】
以上、本実施形態の画像形成装置である複写機１００では、潜像担持体である感光体４と、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を現像剤担持体である現像スリーブ１２に担持し、現像スリーブ１２上の現像剤を感光体４の表面に接触させることにより、感光体４表面上の潜像にトナーを付着させて現像を行う現像装置６と、現像装置６内にトナーを補給するトナー補給装置６１とを備える。このトナー補給装置６１は、現像能力が異なる２種類のトナーを補給できるように、現像能力が高いトナーＡを収容する第一トナーボトル２００ａとトナーＡに比して現像能力が低いトナーＢを収容する第二トナーボトル２００ｂとを備え、これら二つのトナーボトル２００に対してそれぞれ搬送チューブ３０１を接続し、２つの別々のトナー補給経路を備えている。そして、出力する画像の画像面積率に基づいて現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置６への補給比率を変化させる。例えば、高画像面積率の画像を出力するときには、２種類のトナーのうち、現像能力が低いトナーＢの割合を多く補給することにより、高画像面積率の画像を連続出力したとしても画像濃度が急激に上昇することを防止することができる。また、低画像面積率の画像を出力するときには、２種類のトナーのうち、現像能力が高いトナーＡの割合を多く補給することにより、低画像面積率の画像を連続出力し、トナーの補給量が少ない場合でも、現像能力の向上を図ることができ、画像濃度が急激に低下することを防止することができる。さらに、２種類のトナーの補給の現像装置６への補給比率を変化させることにより現像能力を調節しているので、プロセスコントロール等の電位制御を行うことなく現像濃度の急激な変動を抑制することができる。よって、電位制御を行うことなく現像濃度の急激な変動を抑制することができるので、プロセスコントロール等の電位制御の回数を抑制することにより生産性を下げることなく、画像面積率変化に起因する画像濃度変動の発生を抑制することができる。
【００６７】
また、複写機１００では、現像能力が異なる２種類のトナーとして、帯電し易さが異なる２種類のトナーを用いている。これにより、帯電し易く現像能力が低いトナーＢと、帯電しにくく現像能力が高いトナーＡとの現像能力が異なる２種類のトナーを用意することができる。
また、トナーＡとトナーＢとは添加剤であるシリカの含有量が異なる。これにより、シリカの含有量が少なく帯電しやすいトナーＡとシリカの含有量が多く帯電し難いトナーＢとの現像能力が異なる２種類のトナーを用意することができる。また、シリカの含有量で帯電特性を異ならせることにより、母体の異なるトナーを混合することに比べ、トナー特性値の変化が小さく、副作用が小さくすることができる。
【００６８】
また、変形例１のように、現像能力が異なる２種類のトナーとして、通常の色のトナーＡと透明なトナーＢとの組み合わせからなる着色度が異なる２種類のトナーを用いてもよい。帯電量や物理特性が異なるトナーを混合した場合副作用が抑えきれないことがあるが、帯電量や物理特性が等しい２種類のトナーで補給比率を制御して画像濃度を安定化することができる。
【００６９】
また、着色度が異なる２種類のトナーとしては、変形例２のように、通常の色のトナーＡとそれよりも淡い色のトナーＢとからなる２種類のトナーであってもよい。現像能力が低いトナーとして、透明トナーを用いると同じ画像濃度に調整されていても光沢差が目立つことがあるが、例えば黒色の場合、透明トナーではなく、ライトブラックトナーにすることで光沢差も抑えられる。
【００７０】
また、変形例３のように、現像能力が異なる２種類のトナーとして、表面形状が異なる２種類のトナーを用いてもよい。これにより、現像能力の異なるトナーを混合した場合、母体の異なるトナーを混合することに比べ、トナー特性値の変化が小さく、副作用が小さくすることができる。
【００７１】
また、変形例４の画像形成装置である複写機１００は、潜像担持体である感光体４と、トナーと磁性キャリアとを含む現像剤を現像剤担持体である現像スリーブ１２に担持し、現像スリーブ１２上の現像剤を感光体４の表面に接触させることにより、感光体４の表面上の潜像にトナーを付着させる現像を行う現像装置６と、現像装置６内の現像剤にトナーを補給するトナー補給装置６１とを有する。また、現像装置６の現像能力を測定する現像能力測定手段として、感光体４上に形成したパッチパターンの画像濃度を測定する画像濃度センサ４９を備える。このトナー補給装置６１は、現像能力が異なる２種類のトナーを補給できるように、現像能力が高いトナーＡを収容する第一トナーボトル２００ａとトナーＡに比して現像能力が低いトナーＢを収容する第二トナーボトル２００ｂとを備え、これら二つのトナーボトル２００に対してそれぞれ搬送チューブ３０１を接続し、２つの別々のトナー補給経路を備えている。そして、現像能力測定手段である画像濃度センサ４９によるパッチパターンの画像濃度の測定結果に基づいて、現像能力が異なる２種類のトナーの現像装置６への補給比率を変化させる。例えば、パッチパターンの画像濃度が所望の濃度よりも高い場合、すなわち、現像能力が上昇していることが検知された場合には、２種類のトナーのうち、現像能力が低いトナーＢの割合を多く補給することにより、高画像面積率の画像を連続出力したときに現像能力が上昇し続け、画像濃度が急激に上昇することを防止することができる。また、パッチパターンの画像濃度が所望の濃度よりも低い場合、すなわち、現像能力が低下していることが検知された場合には、２種類のトナーのうち、現像能力が高いトナーＡの割合を多く補給することにより、低画像面積率の画像を連続出力したときに現像能力が低下し続け、画像濃度が急激に低下することを防止することができる。さらに、２種類のトナーの補給の現像装置６への補給比率を変化させることにより現像能力を調節しているので、プロセスコントロール等の電位制御を行うことなく現像濃度の急激な変動を抑制することができる。よって、電位制御を行うことなく現像濃度の急激な変動を抑制することができるので、プロセスコントロール等の電位制御の回数を抑制することにより生産性を下げることなく、画像面積率変化に起因する画像濃度変動の発生を抑制することができる。また、変形例４では、現像能力を直接読み取ることができるので実施形態の複写機１００のように画像面積率に対する画像濃度の変動以外にも環境などの外乱に対する現像能力変化にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施形態に係る複写機を示す概略構成図。
【図２】同複写機におけるプリンタ部の内部構成の一部を拡大して示す部分拡大構成図。
【図３】同複写機におけるタンデム部の一部を示す部分拡大図。
【図４】同複写機における現像装置とトナー補給装置との概略説明図。
【図５】トナーボトルの斜視図。
【図６】あるトナーを用いて低画像面積率の画像を出力し続けた場合の印刷枚数とＩＤ値との関係を示すグラフ。
【図７】あるトナーを用いた場合の横軸を画像面積率、縦軸をΔＩＤとした場合のプロット。
【図８】画像面積率に対するトナーＡとトナーＢとの補給量の比率を示すグラフ。
【図９】複写機での一つのジョブのフローチャート。
【図１０】トナーの補給する順番を決めるフローチャート。
【図１１】高画像面積率の画像サンプルを連続出力したときの実験例のプリントページ数とＩＤ値の関係を示すグラフ。
【図１２】低画像面積率の画像サンプルを連続出力したときの実験例のプリントページ数とＩＤ値の関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００７３】
１  プリンタ部
２  光書込装置
３  プロセスユニット
４  感光体
５  帯電ローラ
６  現像装置
７  攪拌部
８  搬送スクリュ
９  現像ケース
１０  トナー濃度センサ
１１  現像部
２４  転写ユニット
２５  中間転写ベルト
２７  下部張架ローラ
２８  紙搬送ユニット
２９  紙搬送ベルト
３０  駆動ローラ
３１  二次転写ローラ
３２  ベルトクリーニング装置
３３  レジストローラ対
３７  給紙路
４０  給紙装置
４９  画像濃度センサ
５０  原稿搬送読取ユニット
５１  ＡＤＦ
６０  定着ユニット
６１  トナー補給装置
１００  複写機
１５０  スキャナ部
１５１  固定読取部
１５２  移動読取部
１５３  画像読取センサ
２００  トナーボトル
２００ａ  第一トナーボトル
２００ｂ  第二トナーボトル
２０１  ボトル部
２０２  ホルダ部
２０４  補給ノズル
３００  粉体ポンプ
３０１  搬送チューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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