(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に各色のトナー像を順次重ね合わせ、その重ね合わせた各色のトナー像を転写電圧を印加して記録媒体上に一括転写する多色画像形成方法において、
前記像担持体上に重ね合わせる各色のトナー薄層のうち記録媒体から見て遠い側のトナー薄層を形成するトナーの寿命情報に基づいて、前記転写電圧を可変に制御する際に、
前記記録媒体から見て最も遠い側のトナー薄層を形成する色トナーの画像上での使用量が少ないときは、その最も遠いトナー薄層の上に形成される次のトナー薄層のトナー寿命情報に基づいて、前記転写電圧を可変に制御することを特徴とする多色画像形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の多色画像形成方法において、前記トナー寿命情報が印刷枚数情報またはトナーカートリッジ内のトナー残量情報であることを特徴とする多色画像形成方法。
【請求項３】
請求項１記載の多色画像形成方法において、前記トナー寿命情報に応じて前記転写電圧が階段状に変化するように構成されていることを特徴とする多色画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばフルカラー画像形成装置などの多色画像形成装置に係り、特に中間転写体や感光体などの像担持体上に重ね合わせた各色のトナー像を一括して記録媒体に転写する際に、トナーの寿命に応じて転写電圧を制御して安定した画像品質を維持する多色画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像形成装置において、感光体上の静電潜像をトナーで顕像化したり、そのトナー像を中間転写体や用紙等の記録媒体へ転写する際、キャリアや摩擦によって帯電させたトナーを効率良く現像、転写するために電圧制御を行っている。
【０００３】
具体的には、画像濃度や画質など画像品質の安定化を図るため、感光体や中間転写体上のトナーの量を付着量センサで測定したり、帯電量センサで測定したりした結果から演算処理を行なって補正値を導き出し、それに基づいて前記電圧を補正する手法が知られている。
【０００４】
特開平5-150578号公報や特開平5-134561号公報に記載されている、基準パターンを画像領域内または画像領域外に転写し、その転写率をトナー付着量センサで測定して、転写率に応じて演算補正する方法では、転写前と転写後のトナー量を測定するために付着量センサが少なくとも２つ必要となり高価であることや、その設置個所確保のため装置の大型化につながる。
【０００５】
また、補正期間中は印字できないため、補正頻度を多くするほど画質安定度は増すが、見かけ上の印字速度は遅くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、キャリアを使用せず、摩擦帯電によって帯電される非磁性１成分トナーを使用する画像形成装置が主流になりつつある。非磁性１成分トナーは、個々のトナー内に存在する帯電制御剤（ＣＣＡ）の種類や量、分布、またトナー表面に外添されたシリカの量、種類、外添処方、またトナー粒度分布などによってその帯電量が決まる。
【０００７】
初期のトナーは比較的高帯電し易い性質を有しているため、現像・転写され難く、画像濃度が低下したり、白抜けした画像となってしまう。一方、トナーカートリッジ内のトナー量が減ってきた寿命間近のトナーは、長時間攪拌されており、摩擦帯電を繰り返されることでトナー表面のシリカの脱落や埋め込みが行われ、比較的低帯電トナーとなってしまい、現像・転写され易くなる。その結果、転写されるトナー量が増え、画像濃度が上がってしまう。
【０００８】
帯電したトナーを付着させるために、感光体や中間転写体などのトナー担持体の表面は一定の表面粗さを持たせるよう加工してあるが、接触摩擦の繰り返しにより徐々にトナー担持体の表面が摩耗して、トナー担持体へのトナー付着量が低下してくる。
【０００９】
トナーの初期高帯電時は、転写され難いトナーをトナー担持体の表面に多めに付着することで記録媒体への濃度を確保している。また、寿命間近のトナーでは、トナーが転写し易くなっているが、トナー担持体の表面粗さが摩耗により低下しているため、トナーのトナー担持体表面付着量を少なくすることで、記録媒体の濃度上昇を防いでいる。
【００１０】
しかしながらトナーは、色毎にその特徴が異なったり、トナーの生産がロット生産の場合、生産ばらつきのため初期的に帯電量が高いトナーや、寿命時に帯電量が落ち込み過ぎるトナーができる場合がある。
【００１１】
画像形成装置において、トナーの帯電量と付着量のバランスからトナーの寿命を通じてある規定した画像濃度範囲に入るよう、転写電圧を制御しているが、トナーが初期の段階だけに高めの帯電量を有したり、寿命時に予想以上に帯電量が低下したりした場合、初期から寿命までの画像濃度などの画質に大きな差が生じたり、トナーが正常に転写されずに白抜けを発生する場合があり、画像品質が安定していないという欠点を有している。
【００１２】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、トナー付着量センサやトナー帯電量センサを使用することなく、安定した画像品質が維持できる画像形成方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明の第１の手段は、像担持体上に各色のトナー像を順次重ね合わせ、その重ね合わせた各色のトナー像を転写電圧を印加して記録媒体上に一括転写する多色画像形成方法において、前記像担持体上に重ね合わせる各色のトナー薄層のうち記録媒体から見て遠い側のトナー薄層を形成するトナーの寿命情報に基づいて、前記転写電圧を可変に制御する際に、前記記録媒体から見て最も遠い側のトナー薄層を形成する色トナーの画像上での使用量が少ないときは、その最も遠いトナー薄層の上に形成される次のトナー薄層のトナー寿命情報に基づいて、前記転写電圧を可変に制御することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記トナー寿命情報が印刷枚数情報またはトナーカートリッジ内のトナー残量情報であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第３の手段は前記第１の手段において、前記トナー寿命情報に応じて前記転写電圧が段階状に変化するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の構成および動作を図とともに説明する。図７はカラー画像形成装置の概略構成図である。
【００２３】
カラー画像形成装置１は、機枠体（外枠）２内のほぼ中央部に潜像保持手段である感光ベルト３を垂直方向に長く環状に設置し、この感光ベルト３を間にして、図の左側に中間転写体である転写ドラム６と転写装置１２と記録媒体２３の供給装置１０と定着器１４を配置し、図の右側に微小着色粉体として４色の異なる色のトナーを充填した現像装置３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃを配置している。
【００２４】
現像装置３１Ｃの下側には感光ベルト３に潜像を形成するための露光装置５を配置し、更にその下側には記録媒体２３を積載、収容する給紙カセット９を配置する。
【００２５】
転写ドラム６の周囲に、転写装置１２と記録媒体剥離装置１３と中間転写体清掃装置１６を配置し、感光ベルト３の周囲に帯電装置４と残像除去装置７と感光体清掃装置８を配置する。
【００２６】
感光ベルト３は駆動装置（図示せず）により矢印２１ａの方向に回転し、それの表面の感光層は帯電装置４により一様に帯電する。次に露光装置５により、パソコンやイメージスキャナ等により作成した文字情報やイメージ等の画像情報に従ってドット単位で感光ベルト３を露光することにより、感光ベルト３の表面に静電潜像を形成する。その後、感光ベルト３上の静電潜像を現像装置３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃの何れかを選択して現像することにより、選択した色のトナー像を形成する。
【００２７】
第１転写位置２２ａを通過した感光ベルト３は、残像消去装置７による一様な光照射によって静電潜像を消去して、表面電位を一定レベル以下に落す。その後、第１転写で転写されずに感光ベルト３の表面に残った残トナーを感光体清掃装置８で除去することにより感光ベルト３の表面を清掃し、次のトナー像の形成に備える。
【００２８】
このようなトナー像形成および転写の１サイクルの動作を、転写ドラム６の１回転のタイミングに合わせて現像装置３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃを選択的に使用して順次行うことにより、転写ドラム６上に単色トナー像を重ね合わせた複数色のカラートナー像を形成する。
【００２９】
図８は、転写ドラム上に各単色トナー像を重ね合わせた状態を示す一部拡大断面図である。同図に示すように転写ドラム６上にシアントナー薄層３２Ｃ、マゼンタトナー薄層３２Ｍ、イエロートナー薄層３２Ｙの順に重ね合わされ、本実施形態の場合は転写ドラム６上に最初に転写されるのが、換言すれば最も転写ドラム６に近いのがシアントナー薄層３２Ｃで、次いでマゼンタトナー薄層３２Ｍ、イエロートナー薄層３２Ｙの順になっている。
【００３０】
用紙やＯＨＰシート等の記録媒体２３はタイミングをとって供給装置１０から第二転写位置２２ｂに供給し、転写ドラム６の表面に形成されている単色あるいはカラートナー像を転写装置１２により記録媒体２３上に転写する。
【００３１】
トナー像が転写された記録媒体２３は、記録媒体剥離装置１３によって転写ドラム６から剥離され、定着器１４によってトナー像を記録媒体２３に溶融定着し、排紙装置１５により機枠体２の上面の排紙トレーに排紙する。
【００３２】
記録媒体２３へトナー像を転写した後の転写ドラム６の表面に残っている残トナーは中間転写体清掃装置１６により清掃し、次のトナー像の転写に備える。
【００３３】
記録媒体２３の給紙から排紙までの搬送経路をできる限り簡略化し、搬送経路の曲率半径を大きくすることにより、搬送途中での紙詰まりを防止し、信頼性を向上させることができる。また、紙詰まり発生時の解消処理操作も簡単に行うことができ、更に、厚紙等も使用する多種記録媒体方式の画像形成装置にも対応することもできる。
【００３４】
この実施形態では、記録媒体搬送経路を略円弧状に形成し、転写ドラム６と感光ベルト３と現像装置３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃと露光装置５を前記記録媒体搬送経路の内側に配置することにより、機枠体２内の空間を有効利用して該機枠体２を小型化し、搬送経路を簡略化し、画像面を下向きにして記録媒体２３を排出する構成とした。
【００３５】
この構成により搬送経路を簡略化することができ、且つ、殆どの構成ユニットを搬送経路よりも内側に配置したことによって、搬送経路が機枠体２に近くなり、搬送経路を開放し易くなるために、紙詰まり発生時の解消処理操作も簡単になる。また、記録媒体２３が画像面を下向きにして機枠体２上に排出されることにより、機枠体２上に積み重なった記録媒体２３は、画像面側が上を向くように取り出すと、上側から下側に印刷順に並ぶように積み重なる利点がある。
【００３６】
潜像保持体を感光ベルト３で構成し、現像領域では直線的に移動するように長円形軌道を回動する構成にすると、複数の現像装置３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃを略同一の形状に構成して感光ベルト３の直線領域に対向するように並べて配置することができ、現像装置３１Ｋ，３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃの生産性を高めることができると共に、その１つを現像する色に合わせて選択的に使用するための交替機構も簡素化して小型化および低価格化が図れる。また、感光ベルト３を垂直方向に長く縦長形状に配置することにより、同一周長の感光ベルト３が占有する空間を小さくすることができ、機枠体２の小型化が図れる。
【００３７】
記録媒体２３を機枠体２内の下部から上部に向けて搬送するとき、転写ドラム６は矢印２１ｃの方向に回動し、感光ベルト３は矢印２１ａの方向に回動することにより、各接触点におけるそれぞれの回動方向が同方向になることから、振動等の問題の少ない構成が得られる。また、転写ドラム６を感光ベルト３に圧接して感光ベルト３に従動させると、色ズレの少ないトナー像転写を実現することができる。このとき例えば、現像装置３１Ｃのトナー担持体である現像ローラ３０を矢印２１ｂの方向に回転させる逆転現像方式（感光ベルト側で下方から上方に回転する方式）に構成することにより、感光ベルト３と現像ローラ３０の対向面を同一方向に回動させることができ、現像効率が良く、振動等の問題の少ない現像を実現することができる。
【００３８】
図１は、画像形成装置１の転写電圧制御を説明するための概略図である。
図中の１７はトナー量センサで発光素子と受光素子の一対からなり、トナーカートリッジに設けられた透明窓を通してカートリッジ内のトナー量を光学的に検出し、その検出信号をコントローラ１１に送信する。１８は高圧電源供給装置で、後述のようにコントローラ１１からの制御信号に基づいて所定の転写電圧を転写装置１２に印加する。
【００３９】
トナー交換時は、コントローラ１１からの指令信号により印字動作が停止されている。新品トナーを現像装置１１に投入した際、トナー量センサ１７からの検出信号によってコントローラ１１はトナーが十分に入っていると判断して、印字動作を再開する。
【００４０】
図２は、画像形成装置の動作回数、すなわち印字枚数とトナーの帯電量との関係を示す特性図である。新品トナーカートリッジ内には新品のトナーが充填されており、本実施形態では、トナーは新品時、図２に示すように−２７μＣ／ｇを中心とする±７μＣ／ｇの範囲にトナー帯電量になるように生産管理されている。このうち高帯電トナーとは、本実施形態では−３０〜−３４μＣ／ｇのものを言う。このような高帯電トナーの場合、同図に示すように画像形成装置の動作回数、すなわち印字枚数の増大とともにトナー帯電量、すなわちトナー担持体から感光体、感光体から中間転写体、中間転写体から記録媒体へのそれぞれの転写効率が低下する。
【００４１】
図３はトナー担持体の駆動による表面粗さの経時変化を示す特性図の一例で、同図の横軸にトナー担持体の駆動パラメータとして印字枚数をとっている。回転するトナー担持体にはブレードが押付けられているため、図３に示すようにトナー担持体の表面粗さが経時的に低下する。
【００４２】
トナー担持体の表面粗さが低下し過ぎるとトナー搬送力が小さくなり、画像濃度の低下の原因となる。寿命近くでも安定した画像濃度を保つため、トナー担持体の初期の表面粗さは、磨耗を考慮して本来現像に必要な表面粗さより若干高めに設定してある。表面粗さが高い（大きい）とトナー担持体のトナー搬送力は増加される。これにより寿命近くでの画像濃度の安定化と共に、転写効率の低い初期高帯電トナーの転写効率低下分を現像時に補っている。
【００４３】
従来の感光体から中間転写体、中間転写体から記録媒体への転写においては、トナー付着量センサやトナー帯電量センサ等を用いる以外、トナーの帯電量の経時的な変化に対応することができなかった。
【００４４】
トナーは画像形成装置に固有のものが多く、製造メーカが異なると帯電特性などのトナーの特徴は異なる場合がほとんどである。しかし、同製造メーカの同機種内では、厳密な生産管理のもとにおいて製造ばらつきを極力小さく抑えている。すなわち、そのトナーの特徴はほぼ安定して再現されているため、トナーはトナーカートリッジの個々の寿命サイクルにおいて、ほぼ同じトナー帯電量変動を繰り返す。このトナー帯電量サイクルを利用して、トナー付着量センサやトナー帯電量センサを必要としない画像安定手段を次に説明する。
【００４５】
図４は、重ね合わされたカラートナー像を転写ローラから記録媒体に一括転写する際の第二転写電圧（以下、ＴＨＶと呼ぶ）のトナー交換時ならびにトナー少量報知時における変動転写電圧制御と一定転写電圧制御を示す特性図の一例である。図中の点線が従来の一定転写電圧制御、実線が本実施形態に係る変動転写電圧制御を示している。
【００４６】
同図に示すように、一定転写電圧制御ではＴＨＶは１３００Ｖ固定であり、印字枚数が増大してもＴＨＶは一定である。これにに対し本実施形態に係る変動転写電圧制御では、トナー交換時にＴＨＶを３００Ｖ上げた１６００Ｖで転写を行い、１０００枚印刷後までに段階的に３回にわたって転写電圧を１００Ｖずつ下げる制御を行う。これにより、図２の初期に比較的高帯電になっているトナーを効率よく転写することができる。トナー色毎によって高帯電になる幅、標準的な帯電量になるまでの期間が異なるため、画像形成装置はそれぞれのトナー色に対して異なる制御テーブルを持っている。すなわち、トナー色毎によってＴＨＶの下げる値、ＴＨＶを下げるまでの印刷枚数、ＴＨＶの下げる回数など適宜違わせることができる。前記制御テーブルは図１に示すコントローラ１１のＲＡＭエリアに設けられている。
【００４７】
また図４に示すように、トナー少量報知がある頃からトナー交換までの期間、トナーは比較的低帯電となる。低帯電となったトナーは転写効率が高くなり、記録媒体への濃度上昇を招き、安定した画像濃度を維持しにくくなる。そこでＴＨＶを落として転写効率を下げ、画像濃度の上昇を防ぎ、トナー少量報知時期から寿命（交換時）までの画像濃度の均一化を図る。例えば図４に示すように、トナー少量報知時にＴＨＶを１００Ｖ落し、トナー交換メッセージまで段階的に１００Ｖ毎落としていく。なお、トナー少量報知は、図１に示すトナー量センサ１７によって行なわれる。
【００４８】
図５は、図４に示す変動転写電圧制御と一定転写電圧制御による、記録媒体上の画像濃度変化を示す特性図の一例で、図中の点線が従来の一定転写電圧制御による画像濃度変化、実線が本実施形態に係る変動転写電圧制御による画像濃度変化を示している。
【００４９】
同図に示すように、従来の一定転写電圧制御（点線）ではトナー寿命期間中の画像濃度変動は、初期、つまり図２での比較的高帯電トナーの時は濃度が低めに出て、寿命付近の時、図２での比較的低帯電トナーの時は濃度が上昇するから、画像濃度の変動が大きい。これに対して本実施形態に係る変動転写電圧制御（実線）を適用すると濃度変動幅が抑えられ、安定した画像品質が得られる。
【００５０】
通常、中間転写体を用いて色重ねを繰り返してフルカラー画像を形成するとき、例えばブラック、シアン、マゼンタ、イエローの順で色重ねされると、中間転写体上には内側からブラック、シアン、マゼンタ、イエローの順でトナーの薄層が重ねられていき、記録媒体から見たとき図８に示すようにイエロートナー薄層３２Ｙ、マゼンタトナー薄層３２Ｍ、シアントナー薄層３２Ｃの順に遠くなっていく。ここでブラックはテキストの表や枠線、画像輪郭などフルカラー画像でも色重ねを必要としない場合が多い。
【００５１】
これを考慮すると本実施形態ではシアントナー薄層３２Ｃが記録媒体から最も遠い、換言すれば転写ドラムに最も近いトナー薄層となる。なお、転写ドラム６上に重ね合わされるトナー薄層の順番は、前述のものに限定されるものではなく、トナー薄層の順番は任意である。従って本発明では記録媒体から最も遠いトナー薄層を形成する色（本実施形態ではシアン）のトナーの寿命期間を基準にして図２で実線で示すような転写電圧の可変制御を行なう。このように記録媒体から最も遠いトナー薄層を形成するトナーを基準にして転写電圧の制御を行なえば、そのトナー薄層よりも記録媒体側にある他の色のトナー薄層の転写は確実である。
【００５２】
或る色の黒化率（画像形成領域内における実際画像の占める面積割合）が高いとその色のベタ部の多い画像となるが、逆に黒化率が低いと白地画像となる。これは各画像毎、各トナー毎によって異なる。本実施形態では、印刷しようとするトナー色毎の黒化率情報に応じて、どのトナーの寿命情報に基づいてＴＨＶを制御するかを決定する。なお、本発明でのトナー寿命情報としては、具体的には印刷枚数やカートリッジ内のトナー残量などが挙げられる。
【００５３】
図６はこのトナー色毎の黒化率情報に基づいてＴＨＶ制御するためのフローチャートであり、図１に示すコントローラ１１において実行される。印字画像情報に基づいてステップ（以下、Ｓと略記する）１でまず最初に記録媒体から最も遠いトナー薄層を形成するシアントナー画像の黒化率ＣC が５％に満たしているかどうか判断し、黒化率ＣC が５％以上であればシアントナーが通常通り使用される画像であると判断して、Ｓ２でシアンのトナー寿命情報に合わせて例えば図４で実線に示すようなＴＨＶ制御を行なう。
【００５４】
黒化率ＣC が５％に満たない画像のときは、シアントナーは余り使用しない画像であると判断して、次の重ねトナー層であるマゼンタトナー画像の黒化率ＣMが５％に満たしているかどうか判断する（Ｓ３）。マゼンタトナー画像の黒化率ＣM が５％以上であればＳ４でマゼンタのトナー寿命情報に合わせてＴＨＶ制御を行ない、黒化率ＣM が５％に満たない画像のときは、次の重ねトナー層であるイエロートナー画像の黒化率ＣY が５％に満たしているかどうか判断する（Ｓ５）。イエロートナー画像の黒化率ＣY が５％以上であればＳ６でイエローのトナー寿命情報に合わせてＴＨＶ制御を行ない、黒化率ＣY が５％に満たない画像のときは、Ｓ２に戻りシアンのトナー寿命情報に合わせてＴＨＶ制御を行なう。
【００５５】
実施形態では中間転写体として転写ドラムを使用したが、転写ベルトを使用する画像形成装置にも本発明は適用可能である。
【００５６】
実施形態では中間転写体上に各色のトナー像を重ね合わせて、記録媒体に一括転写したが、中間転写体を使用しないで、感光体上に各色のトナー像を重ね合わせて、記録媒体に一括転写する画像形成装置にも本発明は適用可能である。
【００５７】
【発明の効果】
本発明は前述のような構成になっており、像担持体上に重ね合わせた各色のトナー像を転写電圧を印加して記録媒体上に一括転写する際、トナーの寿命に合わせて可変制御するため、トナー付着量センサやトナー帯電量センサを使用することなく、トナーの新旧に関わらず安定した画像品質が維持できる画像形成方法を提供することができる。
また最も遠いトナー薄層を形成するトナーを基準にして転写電圧の制御を行なえば、そのトナー薄層よりも記録媒体側にある他の色のトナー薄層の転写は確実である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の転写電圧制御手段を説明するための概略構成図である。
【図２】印刷枚数とトナー帯電量との関係を示す特性図である。
【図３】印刷枚数とトナー担持体の表面粗さとの関係を示す特性図である。
【図４】変動転写電圧制御と一定転写電圧制御を示す特性図である。
【図５】変動転写電圧制御と一定転写電圧制御による記録媒体上の画像濃度変化を示す特性図である。
【図６】トナー色毎の黒化率情報に基づいてＴＨＶ制御するためのフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の概略構成図である。
【図８】そのカラー画像形成装置における転写ドラム上のカラー薄層の重ね合わせ状態を示す一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１  カラー画像形成装置
２  機枠体
３  感光ベルト
４  帯電装置
５  露光装置
６  転写ドラム
７  残像除去装置
８  感光体清掃装置
９  給紙カセット
１０  給紙装置
１１  コントローラ
１２  転写装置
１３  記録媒体剥離装置
１４  定着器
１５  排紙装置
１６  中間転写体清掃装置、
１７  トナー量センサ
１８  高圧電源供給装置
２２ａ  第１転写位置
２２ｂ  第２転写位置
２３  記録媒体
３０  現像ローラ
３１  現像装置
３１Ｋ  ブラック用現像装置
３１Ｙ  イエロー用現像装置
３１Ｍ  マゼンタ用現像装置
３１Ｃ  シアン用現像装置
３２Ｙ  イエロートナー薄層
３２Ｍ  マゼンタトナー薄層
３２Ｃ  シアントナー薄層
【図１】
0004016653.tif 000002
【図２】
0004016653.tif 000003
【図３】
0004016653.tif 000004
【図４】
0004016653.tif 000005
【図５】
0004016653.tif 000006
【図６】
0004016653.tif 000007
【図７】
0004016653.tif 000008
【図８】
0004016653.tif 000009