(57)【要約】  【課題】  ２成分現像剤を使用する画像形成装置において、感光体へのキャリア付着に起因する感光面ダメージの発生を抑制する技術を提供する。  【解決手段】  トナー像が転写される転写面に所定の弾性を有する中間転写体と、前記中間転写体の転写面の移動方向に沿って配列され、該転写面に対してトナー像を転写する複数の像担持体と、トナーおよびキャリアからなる２成分現像剤を用いて、前記複数の像担持体それぞれに対して互いに異なる色のトナー像を形成する複数の現像部と、前記現像部にトナーおよびキャリアを補給する現像剤補給部とを備えてなる。  【選択図】  図１
2008170955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像が転写される転写面に所定の弾性を有する中間転写体と、
前記中間転写体の転写面の移動方向に沿って配列され、該転写面に対してトナー像を転写する複数の像担持体と、
トナーおよびキャリアからなる２成分現像剤を用いて、前記複数の像担持体それぞれに対して互いに異なる色のトナー像を形成する複数の現像部と、
前記現像部にトナーおよびキャリアを補給する現像剤補給部と
を備えてなる画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記現像部により前記像担持体の像担持面に所定の画像を形成させる所定画像形成部と、
前記所定画像形成部により形成させる所定の画像の印字状態に関する情報を取得する変動情報取得部とを備え、
前記現像剤補給部は、前記変動情報取得部にて取得される情報に基づいて、前記現像部にトナーおよびキャリアを補給する画像形成装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記現像部における２成分現像剤の帯電特性の変動の度合いに関する情報を取得する変動情報取得部と、
前記変動情報取得部にて取得される情報に基づいて、前記像担持体の像担持面の帯電電位と現像部に印加する電位との差が所定の電位差となるように制御する電位差制御部とを備え、
前記現像剤補給部は、前記変動情報取得部にて取得される情報に基づいて、前記現像部にトナーおよびキャリアを補給する画像形成装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記複数の現像部は、像担持体上に残留しているトナーを電気的に回収する画像形成装置。
【請求項５】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記現像部にて使用されるキャリア粒子の平均粒径が３５μｍ以下である画像形成装置。
【請求項６】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記中間転写体は、該中間転写体の転写面が像担持体の像担持面に対して所定の速度差をもつように回転駆動される画像形成装置。
【請求項７】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記中間転写体の転写面は、該転写面と前記像担持体の像担持面との間でキャリア粒子を挟持した場合に前記像担持面に傷がつかない程度の弾性を有するように形成されている画像形成装置。
【請求項８】
請求項１に記載の画像形成装置において、
所定のバイアス電圧を印加され、前記像担持体の像担持面を帯電させる帯電ローラを備える画像形成装置。
【請求項９】
請求項１に記載の画像形成装置において、
所定のバイアス電圧を印加され、前記像担持体の像担持面を帯電させる帯電ブラシを備える画像形成装置。
【請求項１０】
中間転写体の所定の弾性を有する転写面の移動方向に沿って配列される複数の像担持体により、該転写面に対してトナー像を転写する画像形成装置における画像形成方法であって、
トナーおよびキャリアからなる２成分現像剤を用いて前記複数の像担持体それぞれに対して互いに異なる色のトナー像を形成する複数の現像部に、トナーおよびキャリアを補給する画像形成方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の画像形成方法において、
前記現像部により前記像担持体の像担持面に所定の画像を形成させ、
該形成される所定の画像の印字状態に関する情報を取得し、
該取得される情報に基づいて、前記現像部にトナーおよびキャリアを補給する画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２成分現像剤を用いて画像形成処理を行う画像形成装置における画質維持に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高画質なカラー画像を高速に得るための技術として、いわゆる「４連タンデム方式」の画像形成装置において、中間転写ベルトに沿って配列されたプロセスユニットによって中間転写ベルト上に複数色のトナー像を重ねて転写した後に、用紙等に一括転写させる構成が知られている。
【０００３】
上記従来技術により、プロセス的に不安定になりがちな「重ね転写」を安定した中間転写ベルト上に行うことで高画質のまま転写させ、その後に一括して紙等の最終転写物へ２次転写することで、画質劣化を最小限に抑えつつ、用紙の汎用性を向上させることができる。
【０００４】
このような構成の画像形成装置では、多くの場合、高画質化に有利な２成分現像方式が使用されている。近年では、この２成分現像のさらなる高画質化を狙って、使用されるキャリアの粒径が小さくなってきている。
【０００５】
このような高画質向けの装置では、特に色を重ねた際に重要となるカラーバランスを保つために、画像印字動作時以外の状態において、中間転写ベルト上にパッチ画像を転写させた後にパッチ濃度や反射率等を、装置内に設けられた反射率センサ等により検出して、その値によって画像形成条件を調整する、いわゆる画質維持制御機構が設けられている。
【０００６】
画質維持制御機構により変更される画像形成条件としては、例えば帯電バイアス電圧、現像バイアス電圧、露光量、現像器中のトナー濃度（Ｔ／Ｃ）等のプロセス条件や、画像処理パターンを変更して階調特性を合わせこむ等、さまざまなものが知られており、複数の制御が組み合わせて使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしこの内、例えば背景コントラスト電位（感光体の帯電電位と現像電位との差）や現像器内のトナー濃度を大きな範囲で制御してしまうと、特に、現像方式が２成分の場合、キャリア粒子が感光体に付着しやすくなるという問題がある。これは、高画質化を狙って、キャリアを小粒径化すればするほど条件を変更できるマージンが狭くなることを意味する。
【０００８】
また、高画質化だけではなく、例えばさらに装置の低コスト化や長寿命化を両立させるために、感光体の帯電部材として汚れに強く低コストなブラシ帯電器を用いた場合に、ブラシ特有の帯電ムラが発生してしまう。特に、感光体を所望の帯電電位よりも高く帯電させてしまう方向の筋状の電位ムラは、ブラシ状部材に特有で、現像部において感光体へのキャリア付着を発生させやすくなるという弊害を有する。
【０００９】
また、例えば４連タンデム装置の最も上流側の画像形成ステーションの現像部で感光体側にキャリアが付着すると、それが転写位置で中間転写ベルトとの間に挟まって擦られ、感光体表面にキズがついてしまう。さらに、キャリアが転写位置にて中間転写ベルト側に転写された場合は、第２，第３、第４画像形成ステーションの転写部にまで、第１画像形成ステーションで感光体に付着したキャリアが到達してしまうため、特に後段ステーションほど感光体へのダメージが酷くなってしまう。そして感光体の表面がキャリアによって削られ、クレータ状のくぼみが多数発生することで、画像解像度の低下や、さらにはそのくぼみからトナーやトナーの外添剤が感光体表面に固着することで、画像に筋や白点等の不具合が発生してしまう。さらに、感光体側にキャリアが付着する現象が長期間に亘って継続するため、現像器内のキャリア量が減少する。それによって現像器内の現像剤量が減少し、ベタ画像を印字した際の濃度ムラ等が発生しやすくなってしまう。
【００１０】
すなわち、高画質化を狙って小粒径キャリアを用いた２成分現像を採用した４連タンデムの中間転写ベルトを用いたカラー印字装置の場合は、高画質化に必須なカラーバランス等の精度の向上を狙って、背景コントラスト電位や現像器内のトナー濃度を大幅に制御することが、キャリア付着現象の弊害の問題から思うように行うことができず、周囲の環境変化や経時変化によって材料の特性が変化した場合に十分なプロセス条件の制御ができずに、総合的に十分な高画質を得ることができなかった。また、低コスト化や長寿命化との両立を狙って、ブラシ状の帯電部材を採用しようとしても同様な問題が発生してしまっていた。
【００１１】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、２成分現像剤を使用する画像形成装置において、感光体へのキャリア付着に起因する感光面ダメージの発生を抑制する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る画像形成装置は、トナー像が転写される転写面に所定の弾性を有する中間転写体と、前記中間転写体の転写面の移動方向に沿って配列され、該転写面に対してトナー像を転写する複数の像担持体と、トナーおよびキャリアからなる２成分現像剤を用いて、前記複数の像担持体それぞれに対して互いに異なる色のトナー像を形成する複数の現像部と、前記現像部にトナーおよびキャリアを補給する現像剤補給部とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る画像形成方法は、中間転写体の所定の弾性を有する転写面の移動方向に沿って配列される複数の像担持体により、該転写面に対してトナー像を転写する画像形成装置における画像形成方法であって、トナーおよびキャリアからなる２成分現像剤を用いて前記複数の像担持体それぞれに対して互いに異なる色のトナー像を形成する複数の現像部に、トナーおよびキャリアを補給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上に詳述したように本発明によれば、２成分現像剤を使用する画像形成装置において、感光体へのキャリア付着に起因する感光面ダメージの発生を抑制する技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態による画像形成装置の構成の一例を示す図である。
【００１７】
同図に示すように、本実施の形態による画像形成装置は、中間転写体として中間転写ベルトを用いた中間転写方式を採用している。また、本実施の形態による画像形成装置は、ブラック、シアン、マゼンタおよびイエローの４つのプロセスユニットＫ〜Ｙを備えており、これらプロセスユニット（画像形成ステーション）が中間転写ベルトのベルト面の移動方向に沿って配列された４連タンデム構成となっている。
【００１８】
各プロセスユニットＫ〜Ｙの詳細について説明する。なお、本実施の形態における各プロセスユニットＫ〜Ｙは、その基本的構成が同じであるため、ここではイエローのプロセスユニットＹの構成の詳細について説明し、他のプロセスユニットＫ〜Ｍについての詳細な説明は割愛する。
【００１９】
プロセスユニットＹは、感光体Ｙ１１、帯電ローラＹ１２、および現像ローラＹ１４を備えた現像器（現像部）を備えている。なお、プロセスユニットＹは、少なくとも感光体Ｙ１１と、帯電ローラＹ１２および現像器のうち少なくともいずれかとを一体的に有しており、画像形成装置本体に対して着脱可能となっている。
【００２０】
本実施の形態における感光体Ｙ１１は、ＯＰＣ（有機感光体）またはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等、周知のものを採用することができるが、ここではＯＰＣを使用している。
【００２１】
帯電手段としては、例えばスコロトロンチャージャや帯電ローラ等が使用できるが、本実施の形態では帯電ローラＹ１２を採用し、ＣＰＵ８０１により制御される帯電バイアス電圧印加部２２２によってＤＣ−６５０ｖにｐｐ２ｋｖ（２ｋＨｚ）のＡＣバイアスを印加して、ＯＰＣを−６５０ｖに帯電させる。
【００２２】
露光器Ｙ１３では、光源としてレーザやＬＥＤ等が使用される。露光器Ｙ１３では、例えば波長７００ｎｍの半導体レーザを使用し、露光した部分の感光体電位を低下させる。このときの露光量は、感光体の半減露光量程度からその４倍程度に設定されることが好ましい。
【００２３】
本実施の形態による画像形成装置では、少なくともトナーとキャリアからなる２成分現像剤を用いる２成分現像方式を採用しており、永久磁石を内包した現像ローラ（マグローラ）Ｙ１４上にキャリアによる穂立ちを形成させ、ＣＰＵ８０１により制御される現像バイアス電圧印加部２２３によって感光体表面との間にＤＣバイアスまたはＤＣ＋ＡＣバイアス等を印加することで現像を行う。
【００２４】
現像バイアス電圧の印加方法の例としては、ＤＣ−５００ｖにＡＣｐｐ２ｋｖ（６ｋＨｚ）を重畳する等があげられるが、ＡＣバイアスについて矩形波やＤｕｔｙ比等を変える等、高画質化のためのさまざまな工夫がなされている。
【００２５】
上記条件において、例えば露光量を感光体Ｙ１１の半減露光量の１．３倍程度とすると露光後の感光体電位は−２５０ｖ程度となり、非画像部の感光体電位と現像バイアスの差（背景コントラスト）は１５０ｖとなる。ここで現像バイアスと露光後電位との差（現像コントラスト）は２５０ｖとなる。
【００２６】
続いて、このような条件にて感光体上に現像されたトナー像は、転写部において中間転写ベルト５０１上に転写される。中間転写ベルト５０１は、半導電性を有し、厚さが５０〜２０００μｍの樹脂、またはゴム、またはそれらの積層部材から構成されている。中間転写ベルト５０１における感光体Ｙ１１側と対向しない側の面に転写バイアスが印加された転写部材が接触することで、感光体Ｙ１１と中間転写ベルト５０１とが接触している転写ニップ部と、またはその周辺において、転写電界がかかるようになっている。
【００２７】
本実施例では、中間転写ベルト５０１の背面に、体積抵抗が１０ｅ５〜１０ｅ８Ω・ｃｍの導電スポンジを用いた転写ローラＹ１５を接触させ、ＣＰＵ８０１により制御される転写バイアス電圧印加部２２４によってＤＣ３００ｖ〜３０００ｖを印加することで、中間転写ベルト５０１上に感光体上のトナー像を転写させる。そして、このようなプロセスユニットＫ〜Ｙによって中間転写ベルト５０１上に重ね転写を行うことで、フルカラー画像が形成され、その後、２次転写位置Ｔ２において、被転写媒体である紙に転写され、図示しない定着器により画像が加熱定着されて最終画像が形成される。
【００２８】
このような構成では、中間転写体は１つであり、感光体Ｙ１１から中間転写ベルト５０１にトナー像を転写する１次転写工程と、１次転写によって４色分のトナー像が重ねて中間転写ベルト５０１上に転写された後に紙等に一括転写する２次転写工程の２工程が存在する。
【００２９】
この他にも、感光体から紙へ直接、複数色重ね転写を行う直接転写方式（中間転写体ではなく紙搬送転写ベルト）や、複数の中間転写体を介してトナー像を転写して搬送させてゆく方式等も提案されている。しかしながら、紙への重ね転写は不安定なこと、及び転写工程は必ず画質劣化を伴うため、できるだけ転写の回数を減らすことを考慮すると、高画質を目的とした装置では、上述のような１つの中間転写体を採用する方式が好ましい。
【００３０】
また、各画像形成ステーションにおいては転写後に、感光体上に残ったトナーを除去するクリーニング手段が設けられており、さらに必要であれば除電処理を実施して、再度、帯電工程へと進む。
【００３１】
続いて、本実施の形態による画像形成装置における画質維持制御について説明する。
【００３２】
反射率センサ２２１は、中間転写ベルト５０１のベルト面を読み取り可能に設置されており、ＣＰＵ８０１により、感光体Ｙ１１から所定のパッチ画像（所定の画像）を中間転写ベルト５０１上に転写させた後、各画像形成ステーションによって形成されたパッチ画像の色の反射率が反射率センサ２２１により検出される。ここでの、ＣＰＵ８０１および各画像形成ステーションの機能が所定画像形成部に相当する。
【００３３】
反射率センサ２２１により検出されたパッチ画像の反射率は、ＣＰＵ８０１にて取得される。このときのＣＰＵ８０１の機能が、変動情報取得部または変動情報取得手段に相当する。
【００３４】
多くの場合、画質維持制御は、ベタ画像等の高濃度の画像部分を常に一定に保つ制御と、高濃度の画像部分の画質が維持された状態において、低濃度の画像部分を微調整する制御とに分けられる。このような画質維持制御を行う際の、反射率センサ２２１からの検出データの取得、各種バイアス電圧の制御は、ＣＰＵ８０１によって行われる。
【００３５】
ベタ画像を含む高濃度の画像部分の画質調整方法としては、種々の手法が知られている。高濃度の画像部分の現像量は、基本的にはトナーの帯電量と現像コントラストによって制御が可能である。例えば露光量の設定が感光体の半減露光量の概ね２倍以上の場合は、次のような方法を採るのが一般的である。
【００３６】
例えば感光体Ｙ１１の帯電電位を−４５０ｖ、現像バイアス電圧を−３００ｖ、露光後電位を−５０ｖとした場合、露光量が比較的大きいために帯電電位を変更しても露光後電位が−５０ｖで一定となる。そこで、帯電バイアス電圧と現像バイアス電圧を同時に上下させ、背景コントラスト電位を一定にしたまま現像コントラストを調整する。例えば常温常湿環境でトナーの帯電量が−３０μＣ／ｇ程度であれば、上記条件にてベタ画像の現像量は０．５ｍｇ／ｃｍ2程度となり、最終画像濃度は１．５程度でほぼ適正となる。
【００３７】
しかし、低温低湿環境において、例えばトナーの帯電量が−４０μＣ／ｇ程度まで上昇してしまうと、現像コントラストが２５０ｖでは、０．３ｍｇ／ｃｍ2程度しか現像できず、画像濃度も１．１程度となってしまう。そこで、中間転写ベルト５０１上に転写したパッチ画像を反射率センサ２２１により検出することで、帯電電位を−６００ｖ、現像バイアス電圧を−４５０ｖと、それぞれ１５０ｖシフトさせ、現像コントラスト電位を４００ｖとして、トナーの帯電量が高くても十分な現像量が得られるように調整する。
【００３８】
また、トナーの帯電量を制御する例としては、現像器中のトナー濃度を調整する方法があり、この場合、現像量を増やしたい場合は、トナー補給を過剰に行うことで可能である。通常のトナー濃度は７〜９％程度であるが、より現像量を増やしたい場合は、トナー補給して１０％程度にしてやることで、低温低湿環境においてもトナーの帯電量が下がり、適正な画像濃度が得られるようになる。
【００３９】
また、露光量が比較的小さい（半減露光量の２倍未満の）設定では、帯電電位を制御すると、露光後電位も変動してしまうため、主に光量を制御して現像量を調整する。例えば、帯電電位を−７５０ｖに設定し、現像バイアス電圧を−６００ｖ、露光後電位を−３５０ｖとした際に、同様に低温低湿環境になった場合は、光量を強くすることで露光後電位を−２００ｖとし、それによって現像コントラストを大きくする。
【００４０】
また、このような設定においても、現像器中のトナー濃度を調整する方法はもちろん有効である。
【００４１】
以上のようにして、ベタ画像を含む高濃度の画像部分の画質調整が終了した後に、低濃度の画像部分の画質の微調整を行うわけであるが、光量が比較的大きい設定の場合には、ＣＰＵ８０１により光量または帯電電位（背景コントラスト）を変えて制御することができるが、光量が比較的小さい設定の場合、光量を変更すると高濃度の画像部分も変動してしまうため、背景コントラスト電位を調整する必要がある。
【００４２】
しかし、背景コントラスト電位を不用意に調整すると、現像部において感光体側にキャリアが付着する、いわゆる「キャリア付着」が発生してしまう。
【００４３】
このキャリア付着は、背景コントラスト電位を大きくすればするほど多くなる。一方、背景コントラスト電位を小さくし過ぎれば、白地がかぶってきてしまうので、背景コントラスト電位を調整可能な範囲（マージン）が非常に狭くなってしまう。
【００４４】
この背景コントラスト電位のマージンは、（１）長期間の現像処理により現像器内のキャリアが劣化している場合、（２）現像器で用いているキャリア粒子の粒径が小さい場合にさらに狭くなり、ほとんど調整範囲がないほどになってしまう。
【００４５】
図２および図３は、キャリア粒子の粒径とキャリア付着、および画像かぶり量との関係についての実験結果を示すグラフである。
【００４６】
「かぶり量」は、白地条件において感光体表面をメンディングテープでテーピングし、白紙上に貼り付けた状態でＸ−ｒｉｔｅ（登録商標）により反射率を測定し、感光体表面をテーピングしなかった場合との反射率の差を求めた。なお、一般に、画像上や装置上、問題のない範囲は２％以下である。
【００４７】
また「キャリア付着量」は、上記と同様に感光体表面をメンディングテープでテーピングした後に、色紙上にテープを貼り付けて、テープに付着したキャリアの数を数えた。テープの面積は６０ｃｍ2であり、この面積の中で付着キャリアの数が５個以下であれば、通常の画像形成装置においては特に大きな問題とはならないが、少ないほど良いことは言うまでもない。キャリア粒子の粒径は、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置（ＨＯＲＩＢＡ社製ＬＡ−９５０）を用いて、０．１〜２００μｍの範囲を３２分割して測定し、体積分布の５０％の平均粒径をもって平均粒径とした。
【００４８】
図２のデータを得た実験では、比較的新しい状態のキャリアを用いたが、キャリア粒径が小さいほど、かぶり量とキャリア付着を適切なレベルに抑制できる背景コントラスト電位の許容範囲（マージン）が狭くなることがわかる。図３は、１００００枚印字試験を実施した後のキャリアによる結果である。これによれば粒径４０μｍのキャリアであれば、まだ背景コントラスト電位の許容範囲に幅があるが、３５μｍのキャリアでは背景コントラスト電位を固定して使用しないと、少なからず不具合があることがわかる。
【００４９】
このような、キャリア付着のマージンに影響を与えるのは、背景コントラスト電位だけではなく、現像器内のトナー濃度（Ｔ／Ｃ）を比較的大きく変えた場合も同様である。なお、ここでの「Ｔ／Ｃ」とは、「トナー量／２成分現像剤の全体量」を意味している。
【００５０】
図４に、トナー濃度を変えたときのキャリア付着とかぶりの関係を示す。キャリアは１００００枚使用後のものを用いたが、やはりキャリア粒径が小さいほどキャリア付着のマージンが狭くなってゆき、粒径が３５μｍキャリアでは、トナー濃度を６〜９％よりも大きな範囲で変更すると、かぶりとキャリア付着のマージンが無くなってしまうことがわかる。そして、以上のようなキャリア付着が発生すると、前述したように、感光体ダメージと、現像器内の現像剤の減少による画像不具合等が発生してしまう。
【００５１】
そこで本実施の形態による画像形成装置では、図５〜図７に示すように、
（１）キャリア付着が発生しても感光体へのダメージが発生しないように、中間転写ベルトにおける、感光体からトナー像が転写される転写面に所定の弾性を付与する
（２）キャリア付着が発生しても現像器内の現像剤が減少しないように、現像器内に徐々に２成分現像剤が補給される構成とする
の２点を満たす構成としている。
【００５２】
（１）の中間転写ベルトの構成については、基材層としての樹脂層に、弾性層としてのゴム層を積層した構成や、さらに表面の離型性等を考慮して、表面層を設けたもの等を用いることができる。
【００５３】
具体的には、中間転写ベルトを構成する各層の条件は例えば以下のようにしている。
【００５４】
基材層：厚さ５０〜１５０μｍ程度であり、ポリイミド等の樹脂であれば周知のものが使用できる。体積抵抗は１０ｅ６〜１０ｅ１２Ω・ｃｍとすることが好ましい。
【００５５】
弾性層：厚さ１００〜５００μｍ程度であり、ウレタンゴム、シリコンゴム、アクリルゴムやＮＢＲ等で、もちろん発泡体を使用してもよい。硬度は２０〜７０°とし、体積抵抗は１０ｅ６〜１０ｅ１２Ω・ｃｍとすることが好ましい。
【００５６】
表面層：厚さ２〜５０μｍ程度であり、フッソ系やシリコン系の塗料をスプレーコート、またはフッソ系の樹脂（ＰＦＡ）を熱焼成する。体積抵抗は１０ｅ８〜１０ｅ１４Ω・ｃｍとすることが好ましい。
【００５７】
また、若干の色ずれ等を許容できる場合には、ゴム等の弾性層を基材層として、離型層として表面層を設ける構成でもよい。この場合は、上記の基材層を除いた構成を用いることができる。なお、中間転写ベルトのベルト面は、該ベルト面と感光面との間でキャリア粒子を挟持した場合に、感光体表面に傷がつかない程度の弾性を有するように設計されている。このように、中間転写体の転写面の硬度を、像担持面の硬度よりも低い所定の硬度、すなわち、キャリア粒子が像担持面に付着した場合でも像担持面に傷がつかないような硬さとすることにより、像担持面へのキャリア付着に起因する傷の発生を抑制することができる。
【００５８】
続いて、（２）の現像器の構成については、キャリア付着が発生しても現像器内の現像剤量が減少しないように、印字動作等に伴って、トナータンク２２６から徐々にキャリアを含む現像剤が供給されるような構成にする。なお、本実施の形態にて示す現像方式の構成は、一例であり、本発明が本実施の形態における現像方式の具体的構成に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００５９】
現像器の例を図６および図７に示す。現像器は、トナー濃度（Ｔ／Ｃ）検知器（例えば、透磁率センサ）７００を有しおり、予め設定されたトナー濃度や、画質維持制御によって決められたトナー濃度値になるように、受け入れ口から現像剤を補給する機構（例えば、バルブ等）が設けられていてもよい。トナー濃度検知器７００には、現像器における２成分現像剤の帯電特性の変動の度合い（あるいは度合いに関する情報）を検知する機能を持たせてもよい。このとき、ＣＰＵ８０１は、トナー濃度検知器７００における検知データを、２成分現像剤の帯電特性の変動の度合いに関する情報として取得する（このときのＣＰＵ８０１が、変動情報取得部、変動情報取得手段に相当）。
【００６０】
また、本実施の形態で用いる現像器は、現像剤の排出口４０６を有し、そこから自動的に徐々に現像剤を排出し、廃トナータンクへ送る構成となっている。排出量の制御については、例えば図６と図７のように現像剤の排出手段であるオーガ７０１の回転等によって排出動作を制御してもよいし、また図５のように現像器内の現像剤の量が増えて一定以上の高さになると、溢れるような隔壁、または穴４０６等を現像器側壁に設けてそこから排出する、いわゆるオーバーフロー方式を用いてもよい。
【００６１】
現像剤の補給は、トナータンク２２６の中に予めトナーとともに少量のキャリアを混ぜておき、トナー消費量に応じて（変動情報取得部にて取得される情報に基づいて）、ＣＰＵ８０１により制御される現像剤補給機構（現像剤補給部）により、キャリアも少量ずつ補給されるようにしてもよいし、トナーとキャリアを別々に制御して現像器に補給してもよい。いずれにせよ、余分に投入された現像剤は、オーガ等による排出方式やオーバーフロー方式により排出されるため、現像機内の現像剤が多くなり過ぎたり、少なくなり過ぎたりすることはなく、一定量に保たれる。よって、キャリア付着が発生しても、絶えず前記した補給と排出が行われているため、現像器内の現像剤量への影響はない。いわゆる、現像剤（トナーとキャリア）の補給を行うと共に、排出を行う現像方式である。
【００６２】
このように、ＣＰＵ８０１および現像剤補給機構は、現像によって消費されるトナーに対応してトナーを補給する際に該トナーとともにキャリアを補給し、現像部内のキャリアを少量ずつ入れ替えて帯電特性の変動を抑制する。このように、ＣＰＵ８０１（現像剤補給部、現像剤補給手段に相当）は、現像剤補給排出現像方式により、現像器内における２成分現像剤の帯電特性を所定の状態に維持する。
【００６３】
続いて、上記構成による効果の確認試験について説明する。この確認試験では、キャリア粒子には粒径が３５μｍと４０μｍの２種類を用いた。
【００６４】
また、感光体は、半減露光量が０．３ｎｊ／ｃｍ2のφ３０ｍｍ径のフタロシアニン系のＯＰＣを用いた。
【００６５】
キャリア付着現象は、キャリア粒径と背景コントラスト電位、および現像器内のトナー濃度に大きく影響を受ける。「キャリア付着量」および「かぶり量」の測定は、既に説明したメンディングテープを用いる方法により行った。通常の画像形成装置では、キャリア付着量の許容レベルは５個／６０ｃｍ2以下であり、また「かぶり量」は２％以下が望ましいとされる。標準的なトナー濃度（Ｔ／Ｃ＝７〜９％）における３５μｍ径キャリアでは、背景コントラスト電位が１４０ｖ以下で、キャリア付着量は許容レベルであり、４０μｍ径キャリアでは１５５ｖ以下であった。また、どちらも１２０ｖ未満になると白地かぶりが２％を超えてしまった（図２参照）。
【００６６】
実験では感光体の帯電電位を−７００ｖに設定し、背景コントラスト電位はキャリア付着が発生しないように１２５ｖに設定されるため、現像バイアス電圧は−５７５ｖとした。そのとき所望のベタ濃度（ＩＤ＝１．５）を得るための現像コントラストは、常温常湿環境では−３２５ｖであり、露光量を調節して感光体の露光後電位を−２５０ｖになるように調整した。そしてこのとき、階調面積率が６４／２５５の際の画像濃度（ＩＤ）は、０．２であった。
【００６７】
上記状態にて、実験装置を低温低湿環境にしたところ、所望のベタ濃度を得るために必要な現像コントラストが−３２５ｖ〜−４００ｖ必要になった。そこで、露光量を常温常湿時よりも強く設定して、露光後電位を−１７５ｖになるようにしたところ、ベタ濃度ＩＤ＝１．５を維持することができた。しかしこのとき、階調面積率が６４／２５５の画像濃度（ＩＤ）が０．２５になってしまった。そこで、ＣＰＵ８０１により帯電電位を調節して背景コントラスト電位を１４０ｖにしたところ、６４／２５５の画像濃度（ＩＤ）は０．２となり、低濃度の画像部分の画像濃度を常温常湿環境のときと同じにすることができた。
【００６８】
しかし、この背景コントラスト電位が１４０ｖという条件は、３５μｍキャリアを用いた場合、キャリア付着量のマージンぎりぎりの値となっている。ただしこれは新品のキャリアの状態であり、例えば、図３のような使い込んだキャリアでは、許容範囲を超えてしまい、キャリア付着が１５個／６０ｃｍ2にも達してしまう。
【００６９】
また粒径が４０μｍのキャリアにおいても、上記と同様な条件では、許容レベルには入るものの、キャリア付着が増加する領域に入っており、このような、主に背景コントラスト電位を調整して低濃度部を調整する方法ではキャリア付着の問題が発生しやすくなってしまうことが分かる。しかし、上記の例のように、光量を制御してベタ濃度を調整する方式では、低濃度の画像部分の調整に光量というパラメータを使用することができない。他に、低濃度の画像部分の調整手段としては、画像パターン等を制御する方法はあるものの、階調とび等の発生しない高画質な画像を得る場合は、背景コントラスト電位も調節することが必要となる。
【００７０】
実験では、このような一連の動作を中間転写体に高濃度パッチと低濃度パッチを印字して、反射率センサで検出して、ベタ濃度を露光量にて、低濃度の画像部分を背景コントラスト電位にてＣＰＵ８０１（電位差制御部に相当）により調節する（変動情報取得部にて取得される情報に基づいて、像担持体の像担持面の帯電電位と現像部に印加する電位との差が所定の電位差となるように制御する）方式とし、常温常湿環境（２１℃５０％）にて２００００枚印字した後に、高温多湿環境（３０℃８０％）にて１００００枚、さらに低温低湿環境（１０℃２０％）で１００００枚印字して、ハーフトーンの画像の濃度ムラ（ＩＤのムラ）等の状況、およびベタ画像を３枚連続印字した際の画像の濃度ムラが発生しないかどうか目視により確認した。
【００７１】
具体的には、ハーフトーン画像において、白点や筋が発生している場合、キャリアによって感光体表面がダメージを受けてしまっている可能性が高く、ベタ画像に濃度ムラが発生している場合、現像器内の現像剤量が低下して、ベタ画像への追従性が悪化してしまっていることを意味する。
【００７２】
ハーフトーン画像においては、目視評価で○△×とし、ベタ画像においては、画像内の５６点をマクベス反射濃度計により測定し、画像濃度がすべて１．４〜１．６の範囲にあれば○とし、１．３５以上であれば△とした。それより低いムラがある場合は×とした。
【００７３】
また、ベタ濃度を露光量ではなく、トナー濃度を変更することで調整した場合についても上記と同様に確認し、画質への影響を調べた。上記条件における初期状態において、露光量を固定として各環境において、所望のベタ濃度（ＩＤ＝１．５）を得ることのできるトナー濃度は、低温低湿環境では９％であり、常温常湿環境では７．５％であり、高温多湿環境では６％であった。ただし、これは初期状態の現像剤における値であり、実際には、中間転写ベルト上のパッチ濃度を検出して現像器内のオートトナーセンサーを使用して、自動的にフィードバックをかけて調整した。
【００７４】
これらの条件設定は、４連タンデム方式の画像形成装置における全画像形成ステーションＫ〜Ｙで同一とした。また、各ステーションで同一のカラートナーを用い、各ステーションにおいて印字率を６％として、それが重ならないような条件で、画像形成してＡ４サイズの連続印字を実施した。画像の評価は第２、及び第４ステーションの単色画像にて、それぞれ実施した。
【００７５】
図８に上記実験の結果を示す。同図において、「本発明適用」とは、表面層に弾性を有する中間転写ベルトを用いるとともに、現像剤補給排出現像方式を採用した本実施の形態の構成で実験を行っていることを意味し、「本発明なし」とは、弾性を有さない（例えば、単層ポリイミドから形成される）中間転写ベルトを用い、現像剤補給排出現像方式を採用していない構成で実験を行っていることを意味する。また、「ＨＴムラ」とは、ハーフトーン画像を印字した際にムラが生じている状態を意味し、「ベタムラ」とは、ベタ画像を印字した際にムラが生じている状態を意味している。
【００７６】
まず、低濃度の画像部分を背景コントラスト制御により調整する方法では、３５μｍの小径キャリアを用いた場合、本発明を適用していない例では、２００００枚印字後で、既に第２ステーション（シアン）、第４ステーション（イエロー）ともハーフトーン画像に筋や白点が発生してしまい、さらにベタ画像においても濃度ムラが発生してしまった。一方、本実施の形態における画像形成装置の構成では、４００００枚後においても、どちらの画像形成ステーションも良好な画質を維持することができた。
【００７７】
また、高濃度の画像部分を、露光量ではなく、現像器中のトナー濃度で調整した場合、低濃度の画像部分は露光量で調整していたため、背景コントラスト電位は変更していないが、やはり本発明を適用していないと、第２ステーションでは３００００枚時点でＮＧとなり、第４ステーションでは２００００枚にてＮＧとなってしまった。
【００７８】
このように第４ステーションの方が画質の悪化が激しいのは、下流側に位置する画像形成ステーションほど、上流側に位置する画像形成ステーションにおけるキャリアが中間転写ベルトを介して運ばれてくる確率が増加するためで、４連タンデムの中間転写ベルトプロセスでは、特に本発明が重要であることがわかる。ここで、本発明を適用すると、やはり４００００枚まで問題は発生しなかった。
【００７９】
一方、平均粒径が４０μｍのキャリアを用いた場合においても傾向は同様であったが、３５μｍの粒径のキャリアを用いた場合に比べれば画質レベルが良い結果となった。
【００８０】
続いて、高濃度の画像部分を露光量で調節したうえで、低濃度の画像部分を背景コントラスト電位で調節する組み合わせにおいて、感光体と中間転写ベルトとに速度差を設けて実験した。感光体を１％ほど速く設定して比較した結果を図９に示す。本実験は、常温常湿環境において、１００００枚ごとに画像確認をおこなって、トータル５００００枚まで確認をおこなったもので、感光体の周速を中間転写ベルトの周速よりも１％速くした場合と、速くしなかった場合とでは、やはり速度差を設けたほうが従来の構成ではハーフトーンのムラ（白点や筋）が発生しやすくなるが、本実施の形態による画像形成装置では、５００００枚まで問題がまったく発生していないことがわかる。
【００８１】
このように、転写部において、感光体表面と中間転写ベルト表面とにゼロから数％の速度差を設けると転写効率が向上し、さらなる高画質化が可能であることが知られているが、通常の弾性を有しない中間転写ベルトにおいて、キャリア付着が発生すると、速度差により転写部で摺擦されるため、感光体へのダメージがいっそう酷くなってしまう。これに対して本実施の形態の構成にすれば速度差を設けても感光体ダメージを低減することができ、残転写量も減らすことができる。
【００８２】
さらに、本発明をクリーナレスプロセスに適用した場合についても確認実験を行った。
【００８３】
本実施の形態の条件において、図１０に示すように、各画像形成ステーションにおける感光体のクリーニングブレードを無くし、固定のバータイプのブラシＫ１９〜Ｙ１９を設けて、−４００ｖを印加した。ブラシＫ１９〜Ｙ１９は、繊維径が１〜１０デシテックスのものが適しているが、本実験では、４デシテックスの繊維径のナイロン製のブラシを用いた。また、ブラシの抵抗値については、１０ｅ４〜１０ｅ１０Ωのものが適しているが、本実験では１０ｅ７Ωのものを使用した。本実験では、感光体１１と中間転写ベルト５０１との周速の差をほぼゼロとして図９と同様な方法で比較した。その結果、図１１に示すように、本発明を適用させないと、クリーナ有りの場合よりも早く、ハーフトーン画像に白筋、及び白点が発生してしまい、やはり第２ステーションよりも第４ステーションの方が画質の悪化が早かった。ここで、本発明を適用したところ、５００００枚印字後も画像に問題は発生しなくなった。
【００８４】
クリーナレスプロセスでは、専用のクリーナがないために、感光体１１にいったん付着したキャリアが長く感光体１１上にとどまる可能性が高くなり、また中間転写ベルト５０１を介して、後段の画像形成ステーションへもキャリア粒子が運ばれる可能性も高くなることが予想される。結果的に、キャリア付着に対して非常に弱いプロセスになっていると思われ、本発明が非常に有効であることがわかる。
【００８５】
クリーナレスプロセスでは、専用の感光体クリーナを設けず、現像器にて電気的に回収する構成としているため、感光体の削れ量が少なくでき、その結果、感光体の長寿命化が見込めるはずであるが、キャリア付着によって感光体にくぼみができると、かえってクリーニングブレードで均一に大きく削った場合よりも画像上では弊害が発生しやすくなり、結果的に寿命が短くなってしまう。本発明を適用して感光体上にくぼみが発生しないようにしてやることで、クリーナレスプロセス本来の、感光体の削れ量が少ないために感光体を長寿命化できる効果が、正常に発揮できるようになる。また、特に上記速度差により残転写トナーが極微量になっていればクリーナレスプロセスにおいても高画質が安定して得られるため、長期間に渡って安定した高画質が維持できる。
【００８６】
なお、このようなクリーナレスプロセスの場合は、感光体の帯電をコロナチャージャ等の非接触部材で行った場合と、帯電ローラ等の接触部材で行った場合とで、本発明の有効性が変わってくる。
【００８７】
クリーナレスプロセスの場合は、クリーニングブレードがないために、感光体に付着したキャリアが、転写されない場合は、そのまま帯電部材と感光体との間に突入する。このため、帯電ローラにＡＣバイアス電圧を重畳していてもコロナ帯電時に比べて帯電の安定性が失われがちになり、結果的に帯電電位が安定しない。これによって背景コントラスト電位がさらに変動することになり、そこでさらにキャリア付着が発生しやすくなり、キャリア付着が急激に増加してしまう可能性がある。すなわち、接触帯電方式でかつクリーナレスプロセスを用いた場合は、本発明の有効性がより高いことになる。
【００８８】
実際に、クリーナレスプロセス時に帯電部材をコロナチャージャにした場合と、帯電ローラで、バイアス電圧をＤＣ−７５０ｖ＋ＡＣｐｐ２ｋｖに設定した場合とで、本発明を適用していない状態での画像の悪化レベルを比較した結果を図１２に示す。
【００８９】
同図に示すように、クリーナを備えた従来の画像形成プロセスでは、帯電手段の違いによって、ハーフトーン画像の白筋、白点レベルに差は見られなかったのに対して、クリーナレスプロセスでは、帯電ローラを用いた場合は画質が明らかに悪化し、コロナ帯電を用いた場合のほうがレベルがよかった。
【００９０】
一方、ローラ帯電を用いた場合でも、本実施の形態による画像形成装置においては、５００００枚印字時後においても問題は発生しなくなり、本発明が、ＡＣバイアス電圧を印加した帯電ローラを用いたクリーナレスプロセスの場合に効果的であることがわかる。
【００９１】
また本発明は、クリーナレスプロセスに限らず、元々帯電部において局所的な帯電ムラが発生しやすいものに対して非常に有効である。例えば、図１３のように、各画像形成ステーションにおける帯電部にブラシ状部材Ｋ１８〜Ｙ１８を用いた構成である場合があげられる。このブラシ状部材Ｋ１８〜Ｙ１８は、帯電バイアス電圧印加部２２２Ｋ〜２２２ｙにより所定のバイアス電圧が印加され、感光体の感光面を帯電させる。
【００９２】
ブラシ帯電器では特有の筋状の帯電ムラが発生し、当該帯電ムラ部分は所望の帯電電位よりも数十Ｖ〜高くなってしまっているため、特に２成分現像方式と組み合わせると、感光体へのキャリア付着が発生しやすい。
【００９３】
図１４は、図１３に示す装置構成での実験結果を示す図である。同実験において、ブラシはφ１４ｍｍのナイロン製で繊度は４デシテックス、電気抵抗が１０ｅ６Ωのものを用い、感光体との当接部に対してｗｉｔｈ方向に２倍の速度で回転させ、ＤＣバイアス電圧を印加した。また、背景コントラスト電位の制御は行わず、トナー濃度も変更せずに、ライフ試験を実施した。ハーフトーンの画像濃度変動については、特に制御せずに実験した。
【００９４】
その結果、帯電部にコロナ帯電（非接触帯電）を用いた場合では、本発明を適用せずとも、上記のように、背景コントラスト電位もトナー濃度も固定しているため、５００００枚にわたって、問題は発生しなかったが、帯電器としてブラシローラを用いた場合では、５０００枚にて白筋および濃度ムラが発生してしまい、やはり第４画像形成ステーションの方が画質の悪化が激しかった。
【００９５】
一方、本実施の形態による構成の画像形成装置では、第２、第４画像形成ステーションとも５００００枚にわたって問題は発生せず、本発明が画質の維持に非常に効果的であることがわかる。
【００９６】
以上のように、弾性表面層を有する中間転写ベルトとすることにより感光体の感光面に多少のキャリア付着が起こった場合でも、弾性表面層によってキャリアの起伏を吸収し、感光体へのダメージ（クレータ状のへこみの発生など）を軽減することができる。また、中間転写ベルトの表面に弾性をもたせたことにより、中間転写ベルト上のトナー画像を凹凸のある紙へ２次転写する際に、樹脂ベルト等の硬いベルトに比べて追従性に優れ、ラフ紙に対しても高画質な２次転写が可能になる。
【００９７】
しかし、一旦現像剤量が減少し始めると、ベタ画像等に追従できなくなり、トナー量が急激に減少してしまい、画質維持制御が不可能になる場合がある。このように画質維持制御が不可能になると、トナー量は更に減少してしまい、感光体へのキャリア付着が大幅に増加し、中間転写ベルトの弾性表面層で起伏を吸収しきれないほどの量のキャリアが付着してしまう。
【００９８】
そこで、本実施の形態のように、弾性表面層を有する中間転写ベルトを採用する画像形成装置において、いわゆる「現像剤補給排出現像方式」を採用することによって現像剤量の変動に対応して現像剤の帯電特性を常に一定に保つことで、感光体へのキャリア付着を抑制し、結果として感光体のキャリア付着に起因するダメージの発生を抑えることができる。
【００９９】
特に、高画質化のために小粒径キャリアを用いて、プロセス条件を変更して画質維持動作をする場合、キャリアが感光体の感光面に付着しやすく、トナー量が変動しやすいため、本実施の形態による効果が特に大きい。
【０１００】
このように、本実施の形態は、小粒径キャリアと高精度な画質維持制御を採用して高画質を狙った画像形成装置、または小粒径キャリアと接触帯電部材を用いた画像形成装置において重要な課題である、現像部における感光体へのキャリア付着による弊害を、弾性を有する中間転写ベルトと、現像剤補給排出現像方式との組み合わせで対策できることを見出し、これにより周囲の環境等が変わっても長期間に渡って、高画質なフルカラー画像が得られる画像形成装置の提供を可能としたものである。
【０１０１】
以上のように、２成分現像方式を用いた４連タンデム中間転写ベルト方式の画像形成装置において、中間転写ベルトを弾性とし、現像器から現像剤を徐々に排出する構成としたことで、高画質化のために背景コントラスト電位や現像器内のトナー濃度を制御したことにより感光体表面にキャリアが付着しても、感光体がダメージを受けずにすみ、さらに現像器内の現像剤量も減少しないため、長期にわたって高画質が維持できる。本発明は特に平均粒径が３５μｍ以下の小粒径なキャリアを用いた際、またはクリーナレスプロセスとの組み合わせにおいて有効である。
【０１０２】
また、２成分現像とブラシ帯電器を用いたカラー画像形成装置においても本発明は有効であり、これらを組み合わせることによって、小型で高画質なカラー画像形成装置を提供できる。
【０１０３】
本実施の形態では装置内部に発明を実施する機能が予め記録されている場合で説明をしたが、これに限らず同様の機能をネットワークから装置にダウンロードしても良いし、同様の機能を記録媒体に記憶させたものを装置にインストールしてもよい。記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ等プログラムを記憶でき、かつ装置が読み取り可能な記録媒体であれば、その形態は何れの形態であっても良い。またこのように予めインストールやダウンロードにより得る機能は装置内部のＯＳ（オペレーティング・システム）等と共働してその機能を実現させるものであってもよい。
【０１０４】
本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施の形態による画像形成装置の構成の一例を示す図である。
【図２】キャリア粒子の粒径とキャリア付着、および画像かぶり量との関係についての実験結果を示すグラフである。
【図３】キャリア粒子の粒径とキャリア付着、および画像かぶり量との関係についての実験結果を示すグラフである。
【図４】トナー濃度を変えたときのキャリア付着とかぶりの関係を示す図である。
【図５】本実施の形態による画像形成装置の構成の詳細について説明するための図である。
【図６】本実施の形態による画像形成装置の構成の詳細について説明するための図である。
【図７】本実施の形態による画像形成装置の構成の詳細について説明するための図である。
【図８】実験結果の詳細を示す図である。
【図９】感光体と中間転写ベルトとに速度差を設けて行った実験の結果を示す図である。
【図１０】クリーニングブレードの代わりにブラシを設けた構成の詳細を示す図である。
【図１１】図１０に示す構成において本発明を適用することの効果について説明するための図である。
【図１２】クリーナレスプロセス時にコロナチャージャを採用した場合と、帯電ローラを採用した場合とで、本発明を適用していない状態での画像の悪化レベルを比較した結果を示す図である。
【図１３】各画像形成ステーションにおける帯電部にブラシ状部材を用いた構成を示す図である。
【図１４】図１３に示す装置構成での実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１１  感光体、５０１  中間転写ベルト、２２１  反射率センサ、２２２  帯電バイアス電圧印加部、２２３  現像バイアス電圧印加部、２２６  トナータンク、７００  トナー濃度検知器、７０１  オーガ、４０６  穴、Ｋ１９〜Ｙ１９  ブラシ、８０１  ＣＰＵ。
【図１】
2008170955.tif 000003
【図２】
2008170955.tif 000004
【図３】
2008170955.tif 000005
【図４】
2008170955.tif 000006
【図５】
2008170955.tif 000007
【図６】
2008170955.tif 000008
【図７】
2008170955.tif 000009
【図８】
2008170955.tif 000010
【図９】
2008170955.tif 000011
【図１０】
2008170955.tif 000012
【図１１】
2008170955.tif 000013
【図１２】
2008170955.tif 000014
【図１３】
2008170955.tif 000015
【図１４】
2008170955.tif 000016