画像形成装置及び画像形成方法
【課題】トナー交換、耐久、環境等の様々な使用状況が混在したとしても、常に安定した画像品質が得られる画像形成装置及び画像形成方法を提供する。
【解決手段】黒以外のカラートナーのトナー荷電量Ｑ（μＣ／ｇ）が、画像形成装置での使用中に初期のトナー荷電量Ｌ１から経時によるトナー荷電量Ｌ２の範囲で変移し、中間転写ベルトの回転方向の下流側になるカラートナーのトナー荷電量Ｑ（μＣ／ｇ）が、画像形成装置での使用中に初期のトナー荷電量Ｍ１から経時によるトナー荷電量Ｍ２の範囲で変移する場合、上流側の像担持体上の最小トナー荷電量Ｌ２と、次の像担持体上の最大荷電量Ｍ１との間に、経時によるトナー荷電量Ｌ２≧初期のトナー荷電量Ｍ１の関係が成り立つ画像形成装置である。
【解決手段】黒以外のカラートナーのトナー荷電量Ｑ（μＣ／ｇ）が、画像形成装置での使用中に初期のトナー荷電量Ｌ１から経時によるトナー荷電量Ｌ２の範囲で変移し、中間転写ベルトの回転方向の下流側になるカラートナーのトナー荷電量Ｑ（μＣ／ｇ）が、画像形成装置での使用中に初期のトナー荷電量Ｍ１から経時によるトナー荷電量Ｍ２の範囲で変移する場合、上流側の像担持体上の最小トナー荷電量Ｌ２と、次の像担持体上の最大荷電量Ｍ１との間に、経時によるトナー荷電量Ｌ２≧初期のトナー荷電量Ｍ１の関係が成り立つ画像形成装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー長期にわたる使用時に、また、トナー新旧交換時にも安定した画像品質が得られる画像形成装置及び画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、最も普及しているカラー画像形成装置の方式は、中間転写体を用いた方式で、感光体上に１色ずつ画像を現像し、中間転写体上に順次転写し、中間転写体上で４色重ねた上で紙に一括転写する方式である。このような装置では紙に一括転写するため、２次転写部にやってくるトナー画像の特性は様々である。例えば、１次転写時に２色トナーを重ねてベルト上に形成し、その後、２次転写を行う場合、ベルトに近い方の下層トナーと遠い方の上層トナーの特性によって２次転写性能が大きく変わる。下層側のトナーが著しく劣化した場合、ベルトから静電気的に離れないため画像劣化（ぼそついたり、文字細線の中抜け）が発生、また、無理に剥がそうとして、せんだん力を機械的に設けたりしていたが、トナーの劣化状態が異なると、せんだん力によってさらに画像劣化が促進されることがあった。このような現象を回避するために、特許文献１では、トナー荷電量を順次、像担持体上流〜下流にかけて変更し、トナーの下層側に低荷電トナーが作像されない構成となっている。このため、対ベルトとの付着性が悪化し、２次転写画質が劣化することはないと記載されている。
【０００３】
実際に使用していると、現像剤であるトナーは経時で劣化する。劣化の進行具合は、現像剤の種類、外添剤の種類と量、現像装置等のプロセス条件で変わってくる。
図９は、画像形成装置におけるトナー帯電量と印字枚数との関係を示すグラフである。
例えば、図９のように、最上流の像担持体上のトナーＡが、トナー荷電量の初期値が−１２μＣ／ｇあったとしても、経時（印字枚数が約３０００枚程度）で−９μＣ／ｇ程度まで落ちる（図中のＡ’）。同じように、最上流から次のトナーＢが、トナー荷電量の初期値（図中のＢ’）が−１０μＣ／ｇあったとしても、経時（印字枚数が約３０００枚程度）で−７μＣ／ｇ程度まで落ちる。このとき、各色のトナー消費状態はユーザーの印字パターンによって異なるため、トナーＢの現像装置が最初にエンプティ−となることがある。ユーザーが、トナーＢの現像装置を新品に交換したとき、トナーＢの帯電量は初期値Ｂ’の値を有している。このときに、トナーＡの現像装置の荷電量が、トナーＢの初期の荷電量を下回ることがある。実際に、トナーＡは、長期の現像装置における使用によって、交換直前のエンプティー前では、帯電量Ａ’の状態にあり、このような場合は、帯電量が、トナーＡ＞トナーＢ＞トナーＣとはならない。
図１０は、画像形成装置におけるトナー凝集力と印字枚数とに関係を示すグラフである。トナー凝集力に関しても、最上流の像担持体上にあるトナーＤとその下流の像担持体上にあるトナーＥでは、新品交換した時点のトナーＥ’の凝集度は、交換前の時点のトナーＤ’を下回り、常に、凝集力は、トナーＤ＜トナーＥ＜トナーＦとはならず、トナー帯電量と表現は逆であるが、考え方として同等のことがいえる。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−２０２４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のようなトナーの荷電量にしたとしても、各色でトナー消費量が極端に変わるような場合、ある色のみが極端に荷電性が低下し、必ずしも当初の狙い通りの荷電順にはならないことが生ずるのは明らかである。
さらに、各色同じタイミングでトナーホッパーを交換するタイプであれば、トナー劣化状態はほぼ一定かつ、交換後は全色が新品となるため荷電順が保たれるが、低コスト化、ユーザビリティを狙って、トナーエンドとなった色のみを交換する方式であれば、１色のみ新品のトナーが供給され、他の色のトナーとの荷電バランスが崩れることで、トナー交換後の画像品質が劣化すると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、トナー交換、耐久、環境等の様々な使用状況が混在したとしても、常に安定した画像品質が得られる画像形成装置及び画像形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の画像形成装置は、複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、各像担持体に対向して設けられ所定の方向に移動する中間転写体と、前記各像担持体から順次前記中間転写体上に前記トナー画像を転写することによって、前記中間転写体上にトナー画像を形成する１次転写部と、前記中間転写体上の前記トナー画像を転写材に一括転写する２次転写部と、を備える画像形成装置において、上流側の像担持体上の最小トナー荷電量は、次の像担持体上の最大トナー荷電量より大きいことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記前記最小トナー荷電量は、トナーホッパー交換直前におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナー荷電量であり、前記最大トナー荷電量は、トナーホッパー交換直後におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナー荷電量であることを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラまたは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成装置において、上流側の像担持体上の最大トナー凝集力が下流側の像担持体の最小トナー凝集力より小さいことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記最小トナー荷電量は、トナーホッパー交換直前におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナーの凝集力であり、前記最大トナー荷電量は、トナーホッパー交換直後におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナーの凝集力であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像装置に供給されるトナーは、消費が完了した色から順次新品に交換される個別トナーホッパー交換方式であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像方式は１成分現像であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記像担持体のカラートナーは、中間転写体の上流側より、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーの順序であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記中間転写体は押し出し成型によって製造されたものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の画像形成方法は、複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次、前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラもしくは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成方法において、上流側の像担持体上の最小トナー荷電量は、次の像担持体上の最大トナー荷電量より大きいことを特徴とする。
本発明の画像形成方法は、複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラもしくは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成方法において、上流側の像担持体上の最大トナー凝集力が下流側の像担持体の最小トナー凝集力より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記解決する手段としての本発明の画像形成装置及び画像形成方法では、トナーの劣化特性を加味して、初期ないし長期にかけて、最上流に像担持体上に印字されたトナー劣化状態が次の像担持体上の初期特性を下回らないように設計するようにしている。このように設計することによって、例えば、トナーをなくなったものから順次交換し、トナーの耐久状態が異なるトナーホッパーが混在したとしても、安定して高画質の画像形成が可能となる。
また、本発明の画像形成装置及び画像形成方法では、トナーの耐久状態が異なるトナーホッパーが混在したとしても、上流側のトナーが常に次のトナーの劣化状態を下回らないため、より安価で、高画質画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１１】
まず、図１は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。イエロー・マゼンタ・シアン・ブラックに対応する、４つの像担持体１０１ａ〜１０１ｄを有する作像ユニットが配設される。４つの像担持体１０１ａ〜１０１ｄの周りには、それぞれ図７に記載の現像装置２００が配設される（図１では不図示）。現像装置２００は各像担持体１０１ａ〜１０１ｄにトナー画像を形成する。４つの像担持体１０１ａ〜１０１ｄに対向して中間転写体として中間転写ベルト１１３が配設される。中間転写ベルト１１３に対向する位置に２次転写ローラ１１０が配設される。中間転写ベルト１１３は、２本の２次転写対向ローラ１１１及び１１２により張架されて、所定の方向に回転駆動される。２次転写対向ローラ１１１は、中間転写ベルト１１３を回転駆動させるための駆動ローラである。２次転写対向ローラ１１１は２次転写対向ローラ１１１の機能と、クリーニングブレード１１４の２次転写対向ローラ１１１の機能とを合わせ持つ。中間転写ベルト１１３の走行方向上流側から１次転写ローラ１０２ａ〜１０２ｄに所定の電圧を印加することにより、中間転写ベルト１１３上に各色を重ねることによりカラー画像を形成する。中間転写ベルト１１３は矢印の方向に回転し、形成されたカラー画像は、２次転写ローラ１１０または２次転写対向ローラ１１１に所定の電圧を印加することにより転写材である用紙Ｐに転写され、定着（図示せず）され出力される。なお、転写材は図示しない給紙カセットから図示しない搬送手段により搬送される。２次転写ローラ１１０で転写できず中間転写ベルト１１３上に残留したトナーはクリーニングブレード１１４にてクリーナーユニット内に（図示せず）回収される。
中間転写ベルト１１３の材料としては、ＴＰＥ(サーモプラスチックエラストマーアロイ)、ＰＣ(ポリカーボネート)、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＡ（ポリアミドアロイ）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子材料が上げられる。２次転写ローラ１１０の材質としては、弾性を有するローラが適しており、その材料はイオン導電性ローラ（ウレタン＋カーボン分散、ＮＢＲ、ヒドリン）や電子導電タイプのローラ（ＥＰＤＭ）等が有力である。
また、図示しないトナーを収容するトナーホッパーを設けてもよい。トナーホッパーから各色のトナーが現像装置に搬送される。
また、少なくとも像担持体と現像装置とを一体として、画像形成装置から着脱可能なプロセスカートリッジとして構成してもよい。トナーホッパーをこのプロセスカートリッジと一体としてもよい。
また、本実施例として、中間転写ユニットの構成は２軸張架で、２次転写対向ローラ１１１に多種の機能を持たせているが、本構成に限定されない。中間転写体として中間転写ベルトの代わりに中間転写ドラムを利用してもよい。２次転写方式（中間転写方式）を有する転写システムであれば、以下に説明する本特許の特徴を有することができる。
【００１２】
一般的に、現像装置内のトナーは、初期から時間経過による長期使用にしたがって劣化して行くことが分かっている。図２は、トナーの形状の変化を模式的に表した図である。図２に示すように、初期は、最初に製造されたままの形状に対して、外添剤が所定量添加されているが、長期にわたって進めて行くにしたがって、外添剤が離れたり（図２（ａ））、トナー割れ（図２（ｂ））が発生する。
これによって、トナーの荷電が低下したり、外添剤没落により帯電性劣化したり、対ベルトに対して付着力が上昇する。これは、割れにより母体がむき出しになり、トナー同士の凝集力が大きくなり、トナー同士だけではなく、像担持体１０１、中間転写ベルト１１３に対する付着力も大きくなる。つまり、トナーは、初期から時間経過による長期使用にしたがって、その付着特性や帯電性能が劣化すると考えられる。その劣化特性をあらかじめシステム設計思想に入れておけばトナーが劣化しても、安定した画像品質が得ることができる。
【００１３】
図３は、初期トナー、経時的に劣化したトナーの中間転写ベルトからの転写状態を示した模式図である。図３に示すようにトナー劣化状態が異なることによって、トナーの荷電量、付着力が変わる。例えば、図３（ａ）は、下層側（転写ベルトに近い方を下層側と定義する。）に劣化していないトナーが来た場合の転写状態を模式的に示している。上層側（転写ベルトに遠い方を上層側と定義する。）の劣化トナーは、荷電が下層側のトナーより低いため、下層側のトナーを自身の電界で押さえ込むことなく、下層側のトナーに有効な２次転写電界が働き、下層側から転写され、ほとんど中間転写ベルト１１３に残ることなくトナー画像が用紙Ｐ上に転写される。ただし、単層の場合は押さえ込み電界等が働かないため、ほとんどのトナーは転写される。つまり、常に、下層側に帯電量の高いトナーが印字されるようにすれば、常に安定した高精度の転写による高品位画像が得られる。
一方、図３（ｂ）は、下層側に劣化したトナーが来た場合の転写状態を模式的に示している。下層側に劣化トナーが来た場合、上層側に形成された荷電の高いトナー層からの電界の押さえ込みによってより強固に中間転写ベルト１１３に付着し、また、トナー凝集力が大きくなっていることから、中間転写ベルト１１３への付着が強固になっている。このために、図３（ｂ）に示すように、２次転写部に画像が送られた場合、上層側のトナーにしか有効な電界が作用しないために上層側のトナーしか転写されず、多くのトナーを下層側に残して２次転写されるために、転写ムラが生じ、異常画像になる。
【００１４】
また、タンデム型カラー画像形成装置で、中間転写ベルト１１３にカラー画像を重ね合わせる場合について説明する。図４は、トナー凝集力の大きさによって、重ね合わせるトナー層の状態を説明する概略図である。
次に、トナー割れや外添剥れによりトナー凝集力が変化した場合を説明する。後で印字されるトナーの凝集性の方が低い場合は、図４（ａ）に示すように、同荷電極性同士の反発があっても、トナー同士の凝集性が強いため、散ることはない。つまり、常に下層側に凝集性の高いトナーが印字されることによって、チリ等による画像品質の低下は回避できる。
一方、例えば、１次転写時に前色のトナーの凝集性が高く、次のトナー凝集性低い場合、図４（ｂ）に示すように、後で印字されたトナーが同荷電極性同士の反発により散ることになり、カブリ、チリなどの異常画像が形成されることが多くなる。
【００１５】
図５は、本発明の画像形成装置におけるトナー帯電量と印字枚数とにの関係を示すグラフである。
以上のことより、トナー荷電量に対しては、図５に示すように、最上流の像担持体１０１上のトナー荷電量は初期から長期にわたる使用におけるトナー荷電量Ｑの推移が、初期のトナー荷電量Ｌ１から長期に使用にわたるトナー荷電量Ｌ２へと徐々に推移していることが分かる。このトナーＡのトナー荷電量の最下限Ｌ２が、次の像担持体１０１のトナーＢの初期のトナー荷電量Ｍ１を下回らないような荷電設計を行えばよいことが分かる。このような設計を行えば、例えば、１色だけが極端に劣化した場合、もしくは、順次トナーが交換されたとしても、常にトナー荷電の上下関係は崩れることなく、安定した画像形成が行える。
これは、トナーＡとトナーＢとの関係だけではなく、トナーＢの、中間転写ベルト１１３の周回方向の下流にあるトナーＣにも適用することができる。例えば、トナーＣのトナー荷電量が、初期のトナー荷電量Ｎ１から長期に使用にわたるトナー荷電量Ｎ２へと徐々に推移するとすれば、このトナーＢのトナー荷電量の最下限Ｍ２が、次の像担持体１０１のトナーＣの初期のトナー荷電量Ｎ１を下回らないような荷電設計を行えばよいことが分かる。
これによって、フルカラーのトナー画像で、チリ、カブリの異常画像の発生を抑えることができる。
なお、トナー荷電量は、トナー帯電量測定に関しては、１成分現像剤であり、例えば、トレックジャパン製の吸引式小型帯電量測定装置等を用いて１成分トナー荷電量を測定します。これは、測定対象のトナーを直接吸引し、吸引したトナーの電位と重さを測定し、トナー荷電量を測定するものです。
もしくは、ホソカワミクロン社製のＥ−ＳＰＡＲＴアナライザーを用いて、トナー個々の荷電量を測定し、その分布を得る方法等がある。
【００１６】
さらに、トナー凝集力に関しても、同様である。図６は、本発明の画像形成装置におけるトナー凝集力と印字枚数とに関係を示すグラフである。図６に示すように、初期から長期にわたる使用によってトナーＤのトナー凝集力は、初期のトナー凝集力Ｓ１から、長期にわたる使用によるトナー凝集力Ｓ２に徐々に大きくなって行く。
耐久にかけて上層のトナーＤのトナーの凝集力が、図６に示すように推移したとしても、次の色のトナーＥのトナー凝集力の最下限Ｔ１を上回らなければ、常に安定した高画質画像が形成できる。
また、この場合も、トナーＥの下流側にあるトナーＦに同様に、適用することができる。
なお、トナーの凝集力の測定は、「篩の目開きが１５０μｍ（上段）、７５μｍ（中段）、４５μｍ（下段）の組合せの第１組のものと、篩の目開きが７５μｍ（上段）、４５μｍ（中段）、２２μｍ（下段）の組合せの第２組のものとを用い、上段の篩にトナー２グラムを載せ、振幅１ｍｍで、振幅時間Ｔ＝２０＋｜（１．６−Ｗ）／０．０１６｜［ｓｅｃ．］
ただし、Ｗはトナーの動的見掛け比重であって、Ｗ＝（Ｐ−ａ）ｃ／１００＋ａの数式で計算され、Ｐ；固め見掛け比重、ａ；ゆるみ見掛け比重、ｃ；ゆるみ見掛け比重と固め見掛け比重との比から求めた圧縮度、の数式で計算された時間を振動させた後、各篩に残留したトナーの重量を測定して次の式で計算し、
（１）｜（上段に残ったトナー重量）／２｜×１００
（２）｜（中段に残ったトナー重量）／２｜×１００×（３／５）
（３）｜（下段に残ったトナー重量）／２｜×１００×（１／５）
上記３つの計算値の合計をトナーの凝集力と定義している。
上記のトナーの凝集力の測定方法は、特開平７−１６００３３に記載されている。
【００１７】
トナー荷電量は、１つには、ＣＣＡ量を調整すればよい。例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、４級アンモニウム塩（フッ素変性４級アンモニウム塩を含む）、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、及びサリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン０３、４級アンモニウム塩のボントロンＰ−５１、含金属アゾ染料のボントロンＳ−３４、オキシナフトエ酸系金属錯体のＥ−８２、サリチル酸系金属錯体のＥ−８４、フェノール系縮合物のＥ−８９（以上、オリエント化学工業社製）、４級アンモニウム塩モリブデン錯体のＴＰ−３０２、ＴＰ−４１５（以上、保土谷化学工業社製）、４級アンモニウム塩のコピーチャージＰＳＹ ＶＰ２０３８、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーＰＲ、４級アンモニウム塩のコピーチャージ ＮＥＧ ＶＰ２０３６、コピーチャージ ＮＸ ＶＰ４３４（以上、ヘキスト社製）、ＬＲＡ−９０１、ホウ素錯体であるＬＲ−１４７（日本カーリット社製）、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、４級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の範囲で用いられる。好ましくは、０．２〜５重量部の範囲がよい。この重量部量を各色毎に調整すれば、初期から長期にかけて荷電特性のコントロールが可能である。
【００１８】
さらに、凝集力のコントロールとしては外添剤の種類・量があり、無機微粒子の具体例としては、例えば酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、酸化チタン、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。これらの被覆率、種類等を各色毎に調整することによって、トナー凝集力を初期から長期にかけてコントロールすることが可能となる。
【００１９】
本発明の現像装置では、トナー補給方式は、順次交換タイプであることを特徴としている。各像担持体１０１ａ〜１０１ｄ毎に現像される色が異なり、そこに供給されるトナーはホッパー内のトナーがなくなったものより順次交換する。このようにすることによって、無駄なくトナー消費ができるメリットがある。トナーがなくなったものから順次交換するようにしている。従来の１カートリッジ方式では、減っていないトナーでも、カートリッジ内のトナーが１色でもなくなれば全色交換しなくてはならなかった。これによって、交換後は常に新品のトナーが供給されるので、画質不具合は出なかった。一方、なくなったトナーから順次交換するタイプのカートリッジでは、現像されるトナーの劣化状態が異なるため、トナー交換直後に品質が劣化し、クレームとなることがあった。
【００２０】
本特許に記載の現像方式は、１成分現像方式であることを特徴としている。図７は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成を示す概略図である。１成分方式は、図７に示すように、現像ローラ２０１と規制ブレード２０３間でトナーを摩擦帯電し、トナーに荷電を与える方式である。本方式は安価な構成でかつ軽く実用できる。ところが、図示している円内おいて、トナーに対して大きなストレスが発生するため、トナー割れ、外添剤剥れが発生するため、初期から長期にかけてトナーの帯電、凝集特性が劣化していた。本特許に示すようにトナーの耐久特性を加味して、設計を行えば、１成分現像方式を変更することなく、安定した転写性・高画質が得られる。なお、図７の現像ローラ２０１の下に設けられるトナー塗布ローラ２０２と現像ローラ２０１との間でもトナーに対して大きなストレスが発生する。なお、２成分現像方式に本発明を適用してもよい。
【００２１】
現像色順は像担持体上流側よりイエロー・マゼンタ・シアンの順に行うものとする。この順で印字すると、最終用紙上に印字した際に転写不良が発生したとしても、視覚効果により、画像劣化が目立ちにくい効果がある。
図８は、イエロートナーとマゼンタトナーとを重ね合わせたときの赤色（レッド）の再現性を説明するための模式図である。例えば、赤を再現する際にはマゼンタとイエローとの重ね合わせる。この際、図８（ａ）に示すように、下層側にマゼンタが印字された場合、ベルトにマゼンタが残ると、赤色の中にイエローが浮いてくる。
一方、図８（ｂ）に示すように、下層側にイエローが印字された場合、中間転写ベルト１１３にイエローが残ると、赤色の中にマゼンタが浮いてくる。この場合、赤にイエローが浮いてくると濃淡がかなり目立ち、画像劣化が著しく感じる。一方、赤の中にマゼンタが浮いてきても、濃淡が目立ちにくく、画像劣化が著しく感じない。
同様の効果が、緑色（グリーン）・青色（ブルー）にもあてはまり、色順としては、イエロー、マゼンタ、シアンの順が最も効果的である。緑色は、イエロートナーとシアントナーとの組合せであるが、下層側にシアンが印字された場合、中間転写ベルト１１３にシアンが残ると、緑色の中にイエローが浮いてくる。一方、下層側にイエローが印字された場合、中間転写ベルト１１３にイエローが残ると、緑色の中にシアンが浮いてくる。この場合、緑色にイエローが浮いてくると濃淡がかなり目立ち、画像劣化が著しく感じる。一方、緑色の中にシアンが浮いてきても、濃淡が目立ちにくく、画像劣化が著しく感じない。このような印字順にすることによって、２次転写時にトナーが残った場合においても、視覚効果により、画像劣化が目立ちにくく、より高画質化が図れる。
【００２２】
本特許に用いる中間転写ベルト１１３は押し出し成型によって、製造されたものとする。押し出し成型方法は中間転写ベルト１１３のベース材料を円筒状の筒に導電剤等を混でんしながら高温で注入し、押し出されたベルトを冷やし、成型するもので、安価に製造可能である。本製造方法で作られた中間転写ベルト１１３はカーボンの分散性が若干悪く、表面に露出している部分と樹脂材料の部分とでトナーの付着特性が変わるため、トナーの劣化状態に対して感度を持ってしまう。本特許のように、トナーの劣化特性を加味した設計を行えば、安価な構成で印字が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、トナーの形状の変化を模式的に表した図である。
【図３】図３は、初期トナー、経時的に劣化したトナーの中間転写ベルトからの転写状態を示した模式図である。
【図４】図４は、トナー凝集力の大きさによって、重ね合わせるトナー層の状態を説明する概略図である。
【図５】図５は、本発明の画像形成装置におけるトナー帯電量と印字枚数との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の画像形成装置におけるトナー凝集力と印字枚数とに関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成を示す概略図である。
【図８】図８は、イエロートナーとマゼンタトナーとを重ね合わせたときの赤色（レッド）の再現性を説明するための模式図である。
【図９】図９は、画像形成装置におけるトナー帯電量と印字枚数との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、画像形成装置におけるトナー凝集力と印字枚数とに関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１０１ａ〜１０１ｄ 像担持体
１０２ａ〜１０２ｄ １次転写ローラ
１１０ ２次転写ローラ
１１１、１１２ ２次転写対向ローラ
１１３ 中間転写ベルト
１１４ クリーニングブレード
２００ 現像装置
２０１ 現像ローラ
２０２ トナー供給ローラ
２０３ 規制ブレード
Ｐ 用紙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー長期にわたる使用時に、また、トナー新旧交換時にも安定した画像品質が得られる画像形成装置及び画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、最も普及しているカラー画像形成装置の方式は、中間転写体を用いた方式で、感光体上に１色ずつ画像を現像し、中間転写体上に順次転写し、中間転写体上で４色重ねた上で紙に一括転写する方式である。このような装置では紙に一括転写するため、２次転写部にやってくるトナー画像の特性は様々である。例えば、１次転写時に２色トナーを重ねてベルト上に形成し、その後、２次転写を行う場合、ベルトに近い方の下層トナーと遠い方の上層トナーの特性によって２次転写性能が大きく変わる。下層側のトナーが著しく劣化した場合、ベルトから静電気的に離れないため画像劣化（ぼそついたり、文字細線の中抜け）が発生、また、無理に剥がそうとして、せんだん力を機械的に設けたりしていたが、トナーの劣化状態が異なると、せんだん力によってさらに画像劣化が促進されることがあった。このような現象を回避するために、特許文献１では、トナー荷電量を順次、像担持体上流〜下流にかけて変更し、トナーの下層側に低荷電トナーが作像されない構成となっている。このため、対ベルトとの付着性が悪化し、２次転写画質が劣化することはないと記載されている。
【０００３】
実際に使用していると、現像剤であるトナーは経時で劣化する。劣化の進行具合は、現像剤の種類、外添剤の種類と量、現像装置等のプロセス条件で変わってくる。
図９は、画像形成装置におけるトナー帯電量と印字枚数との関係を示すグラフである。
例えば、図９のように、最上流の像担持体上のトナーＡが、トナー荷電量の初期値が−１２μＣ／ｇあったとしても、経時（印字枚数が約３０００枚程度）で−９μＣ／ｇ程度まで落ちる（図中のＡ’）。同じように、最上流から次のトナーＢが、トナー荷電量の初期値（図中のＢ’）が−１０μＣ／ｇあったとしても、経時（印字枚数が約３０００枚程度）で−７μＣ／ｇ程度まで落ちる。このとき、各色のトナー消費状態はユーザーの印字パターンによって異なるため、トナーＢの現像装置が最初にエンプティ−となることがある。ユーザーが、トナーＢの現像装置を新品に交換したとき、トナーＢの帯電量は初期値Ｂ’の値を有している。このときに、トナーＡの現像装置の荷電量が、トナーＢの初期の荷電量を下回ることがある。実際に、トナーＡは、長期の現像装置における使用によって、交換直前のエンプティー前では、帯電量Ａ’の状態にあり、このような場合は、帯電量が、トナーＡ＞トナーＢ＞トナーＣとはならない。
図１０は、画像形成装置におけるトナー凝集力と印字枚数とに関係を示すグラフである。トナー凝集力に関しても、最上流の像担持体上にあるトナーＤとその下流の像担持体上にあるトナーＥでは、新品交換した時点のトナーＥ’の凝集度は、交換前の時点のトナーＤ’を下回り、常に、凝集力は、トナーＤ＜トナーＥ＜トナーＦとはならず、トナー帯電量と表現は逆であるが、考え方として同等のことがいえる。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−２０２４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のようなトナーの荷電量にしたとしても、各色でトナー消費量が極端に変わるような場合、ある色のみが極端に荷電性が低下し、必ずしも当初の狙い通りの荷電順にはならないことが生ずるのは明らかである。
さらに、各色同じタイミングでトナーホッパーを交換するタイプであれば、トナー劣化状態はほぼ一定かつ、交換後は全色が新品となるため荷電順が保たれるが、低コスト化、ユーザビリティを狙って、トナーエンドとなった色のみを交換する方式であれば、１色のみ新品のトナーが供給され、他の色のトナーとの荷電バランスが崩れることで、トナー交換後の画像品質が劣化すると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、トナー交換、耐久、環境等の様々な使用状況が混在したとしても、常に安定した画像品質が得られる画像形成装置及び画像形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の画像形成装置は、複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、各像担持体に対向して設けられ所定の方向に移動する中間転写体と、前記各像担持体から順次前記中間転写体上に前記トナー画像を転写することによって、前記中間転写体上にトナー画像を形成する１次転写部と、前記中間転写体上の前記トナー画像を転写材に一括転写する２次転写部と、を備える画像形成装置において、上流側の像担持体上の最小トナー荷電量は、次の像担持体上の最大トナー荷電量より大きいことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記前記最小トナー荷電量は、トナーホッパー交換直前におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナー荷電量であり、前記最大トナー荷電量は、トナーホッパー交換直後におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナー荷電量であることを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラまたは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成装置において、上流側の像担持体上の最大トナー凝集力が下流側の像担持体の最小トナー凝集力より小さいことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記最小トナー荷電量は、トナーホッパー交換直前におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナーの凝集力であり、前記最大トナー荷電量は、トナーホッパー交換直後におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナーの凝集力であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像装置に供給されるトナーは、消費が完了した色から順次新品に交換される個別トナーホッパー交換方式であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記現像方式は１成分現像であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記像担持体のカラートナーは、中間転写体の上流側より、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーの順序であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記中間転写体は押し出し成型によって製造されたものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の画像形成方法は、複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次、前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラもしくは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成方法において、上流側の像担持体上の最小トナー荷電量は、次の像担持体上の最大トナー荷電量より大きいことを特徴とする。
本発明の画像形成方法は、複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラもしくは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成方法において、上流側の像担持体上の最大トナー凝集力が下流側の像担持体の最小トナー凝集力より小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記解決する手段としての本発明の画像形成装置及び画像形成方法では、トナーの劣化特性を加味して、初期ないし長期にかけて、最上流に像担持体上に印字されたトナー劣化状態が次の像担持体上の初期特性を下回らないように設計するようにしている。このように設計することによって、例えば、トナーをなくなったものから順次交換し、トナーの耐久状態が異なるトナーホッパーが混在したとしても、安定して高画質の画像形成が可能となる。
また、本発明の画像形成装置及び画像形成方法では、トナーの耐久状態が異なるトナーホッパーが混在したとしても、上流側のトナーが常に次のトナーの劣化状態を下回らないため、より安価で、高画質画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１１】
まず、図１は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。イエロー・マゼンタ・シアン・ブラックに対応する、４つの像担持体１０１ａ〜１０１ｄを有する作像ユニットが配設される。４つの像担持体１０１ａ〜１０１ｄの周りには、それぞれ図７に記載の現像装置２００が配設される（図１では不図示）。現像装置２００は各像担持体１０１ａ〜１０１ｄにトナー画像を形成する。４つの像担持体１０１ａ〜１０１ｄに対向して中間転写体として中間転写ベルト１１３が配設される。中間転写ベルト１１３に対向する位置に２次転写ローラ１１０が配設される。中間転写ベルト１１３は、２本の２次転写対向ローラ１１１及び１１２により張架されて、所定の方向に回転駆動される。２次転写対向ローラ１１１は、中間転写ベルト１１３を回転駆動させるための駆動ローラである。２次転写対向ローラ１１１は２次転写対向ローラ１１１の機能と、クリーニングブレード１１４の２次転写対向ローラ１１１の機能とを合わせ持つ。中間転写ベルト１１３の走行方向上流側から１次転写ローラ１０２ａ〜１０２ｄに所定の電圧を印加することにより、中間転写ベルト１１３上に各色を重ねることによりカラー画像を形成する。中間転写ベルト１１３は矢印の方向に回転し、形成されたカラー画像は、２次転写ローラ１１０または２次転写対向ローラ１１１に所定の電圧を印加することにより転写材である用紙Ｐに転写され、定着（図示せず）され出力される。なお、転写材は図示しない給紙カセットから図示しない搬送手段により搬送される。２次転写ローラ１１０で転写できず中間転写ベルト１１３上に残留したトナーはクリーニングブレード１１４にてクリーナーユニット内に（図示せず）回収される。
中間転写ベルト１１３の材料としては、ＴＰＥ(サーモプラスチックエラストマーアロイ)、ＰＣ(ポリカーボネート)、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＡ（ポリアミドアロイ）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の高分子材料が上げられる。２次転写ローラ１１０の材質としては、弾性を有するローラが適しており、その材料はイオン導電性ローラ（ウレタン＋カーボン分散、ＮＢＲ、ヒドリン）や電子導電タイプのローラ（ＥＰＤＭ）等が有力である。
また、図示しないトナーを収容するトナーホッパーを設けてもよい。トナーホッパーから各色のトナーが現像装置に搬送される。
また、少なくとも像担持体と現像装置とを一体として、画像形成装置から着脱可能なプロセスカートリッジとして構成してもよい。トナーホッパーをこのプロセスカートリッジと一体としてもよい。
また、本実施例として、中間転写ユニットの構成は２軸張架で、２次転写対向ローラ１１１に多種の機能を持たせているが、本構成に限定されない。中間転写体として中間転写ベルトの代わりに中間転写ドラムを利用してもよい。２次転写方式（中間転写方式）を有する転写システムであれば、以下に説明する本特許の特徴を有することができる。
【００１２】
一般的に、現像装置内のトナーは、初期から時間経過による長期使用にしたがって劣化して行くことが分かっている。図２は、トナーの形状の変化を模式的に表した図である。図２に示すように、初期は、最初に製造されたままの形状に対して、外添剤が所定量添加されているが、長期にわたって進めて行くにしたがって、外添剤が離れたり（図２（ａ））、トナー割れ（図２（ｂ））が発生する。
これによって、トナーの荷電が低下したり、外添剤没落により帯電性劣化したり、対ベルトに対して付着力が上昇する。これは、割れにより母体がむき出しになり、トナー同士の凝集力が大きくなり、トナー同士だけではなく、像担持体１０１、中間転写ベルト１１３に対する付着力も大きくなる。つまり、トナーは、初期から時間経過による長期使用にしたがって、その付着特性や帯電性能が劣化すると考えられる。その劣化特性をあらかじめシステム設計思想に入れておけばトナーが劣化しても、安定した画像品質が得ることができる。
【００１３】
図３は、初期トナー、経時的に劣化したトナーの中間転写ベルトからの転写状態を示した模式図である。図３に示すようにトナー劣化状態が異なることによって、トナーの荷電量、付着力が変わる。例えば、図３（ａ）は、下層側（転写ベルトに近い方を下層側と定義する。）に劣化していないトナーが来た場合の転写状態を模式的に示している。上層側（転写ベルトに遠い方を上層側と定義する。）の劣化トナーは、荷電が下層側のトナーより低いため、下層側のトナーを自身の電界で押さえ込むことなく、下層側のトナーに有効な２次転写電界が働き、下層側から転写され、ほとんど中間転写ベルト１１３に残ることなくトナー画像が用紙Ｐ上に転写される。ただし、単層の場合は押さえ込み電界等が働かないため、ほとんどのトナーは転写される。つまり、常に、下層側に帯電量の高いトナーが印字されるようにすれば、常に安定した高精度の転写による高品位画像が得られる。
一方、図３（ｂ）は、下層側に劣化したトナーが来た場合の転写状態を模式的に示している。下層側に劣化トナーが来た場合、上層側に形成された荷電の高いトナー層からの電界の押さえ込みによってより強固に中間転写ベルト１１３に付着し、また、トナー凝集力が大きくなっていることから、中間転写ベルト１１３への付着が強固になっている。このために、図３（ｂ）に示すように、２次転写部に画像が送られた場合、上層側のトナーにしか有効な電界が作用しないために上層側のトナーしか転写されず、多くのトナーを下層側に残して２次転写されるために、転写ムラが生じ、異常画像になる。
【００１４】
また、タンデム型カラー画像形成装置で、中間転写ベルト１１３にカラー画像を重ね合わせる場合について説明する。図４は、トナー凝集力の大きさによって、重ね合わせるトナー層の状態を説明する概略図である。
次に、トナー割れや外添剥れによりトナー凝集力が変化した場合を説明する。後で印字されるトナーの凝集性の方が低い場合は、図４（ａ）に示すように、同荷電極性同士の反発があっても、トナー同士の凝集性が強いため、散ることはない。つまり、常に下層側に凝集性の高いトナーが印字されることによって、チリ等による画像品質の低下は回避できる。
一方、例えば、１次転写時に前色のトナーの凝集性が高く、次のトナー凝集性低い場合、図４（ｂ）に示すように、後で印字されたトナーが同荷電極性同士の反発により散ることになり、カブリ、チリなどの異常画像が形成されることが多くなる。
【００１５】
図５は、本発明の画像形成装置におけるトナー帯電量と印字枚数とにの関係を示すグラフである。
以上のことより、トナー荷電量に対しては、図５に示すように、最上流の像担持体１０１上のトナー荷電量は初期から長期にわたる使用におけるトナー荷電量Ｑの推移が、初期のトナー荷電量Ｌ１から長期に使用にわたるトナー荷電量Ｌ２へと徐々に推移していることが分かる。このトナーＡのトナー荷電量の最下限Ｌ２が、次の像担持体１０１のトナーＢの初期のトナー荷電量Ｍ１を下回らないような荷電設計を行えばよいことが分かる。このような設計を行えば、例えば、１色だけが極端に劣化した場合、もしくは、順次トナーが交換されたとしても、常にトナー荷電の上下関係は崩れることなく、安定した画像形成が行える。
これは、トナーＡとトナーＢとの関係だけではなく、トナーＢの、中間転写ベルト１１３の周回方向の下流にあるトナーＣにも適用することができる。例えば、トナーＣのトナー荷電量が、初期のトナー荷電量Ｎ１から長期に使用にわたるトナー荷電量Ｎ２へと徐々に推移するとすれば、このトナーＢのトナー荷電量の最下限Ｍ２が、次の像担持体１０１のトナーＣの初期のトナー荷電量Ｎ１を下回らないような荷電設計を行えばよいことが分かる。
これによって、フルカラーのトナー画像で、チリ、カブリの異常画像の発生を抑えることができる。
なお、トナー荷電量は、トナー帯電量測定に関しては、１成分現像剤であり、例えば、トレックジャパン製の吸引式小型帯電量測定装置等を用いて１成分トナー荷電量を測定します。これは、測定対象のトナーを直接吸引し、吸引したトナーの電位と重さを測定し、トナー荷電量を測定するものです。
もしくは、ホソカワミクロン社製のＥ−ＳＰＡＲＴアナライザーを用いて、トナー個々の荷電量を測定し、その分布を得る方法等がある。
【００１６】
さらに、トナー凝集力に関しても、同様である。図６は、本発明の画像形成装置におけるトナー凝集力と印字枚数とに関係を示すグラフである。図６に示すように、初期から長期にわたる使用によってトナーＤのトナー凝集力は、初期のトナー凝集力Ｓ１から、長期にわたる使用によるトナー凝集力Ｓ２に徐々に大きくなって行く。
耐久にかけて上層のトナーＤのトナーの凝集力が、図６に示すように推移したとしても、次の色のトナーＥのトナー凝集力の最下限Ｔ１を上回らなければ、常に安定した高画質画像が形成できる。
また、この場合も、トナーＥの下流側にあるトナーＦに同様に、適用することができる。
なお、トナーの凝集力の測定は、「篩の目開きが１５０μｍ（上段）、７５μｍ（中段）、４５μｍ（下段）の組合せの第１組のものと、篩の目開きが７５μｍ（上段）、４５μｍ（中段）、２２μｍ（下段）の組合せの第２組のものとを用い、上段の篩にトナー２グラムを載せ、振幅１ｍｍで、振幅時間Ｔ＝２０＋｜（１．６−Ｗ）／０．０１６｜［ｓｅｃ．］
ただし、Ｗはトナーの動的見掛け比重であって、Ｗ＝（Ｐ−ａ）ｃ／１００＋ａの数式で計算され、Ｐ；固め見掛け比重、ａ；ゆるみ見掛け比重、ｃ；ゆるみ見掛け比重と固め見掛け比重との比から求めた圧縮度、の数式で計算された時間を振動させた後、各篩に残留したトナーの重量を測定して次の式で計算し、
（１）｜（上段に残ったトナー重量）／２｜×１００
（２）｜（中段に残ったトナー重量）／２｜×１００×（３／５）
（３）｜（下段に残ったトナー重量）／２｜×１００×（１／５）
上記３つの計算値の合計をトナーの凝集力と定義している。
上記のトナーの凝集力の測定方法は、特開平７−１６００３３に記載されている。
【００１７】
トナー荷電量は、１つには、ＣＣＡ量を調整すればよい。例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、４級アンモニウム塩（フッ素変性４級アンモニウム塩を含む）、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、及びサリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン０３、４級アンモニウム塩のボントロンＰ−５１、含金属アゾ染料のボントロンＳ−３４、オキシナフトエ酸系金属錯体のＥ−８２、サリチル酸系金属錯体のＥ−８４、フェノール系縮合物のＥ−８９（以上、オリエント化学工業社製）、４級アンモニウム塩モリブデン錯体のＴＰ−３０２、ＴＰ−４１５（以上、保土谷化学工業社製）、４級アンモニウム塩のコピーチャージＰＳＹ ＶＰ２０３８、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーＰＲ、４級アンモニウム塩のコピーチャージ ＮＥＧ ＶＰ２０３６、コピーチャージ ＮＸ ＶＰ４３４（以上、ヘキスト社製）、ＬＲＡ−９０１、ホウ素錯体であるＬＲ−１４７（日本カーリット社製）、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、４級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の範囲で用いられる。好ましくは、０．２〜５重量部の範囲がよい。この重量部量を各色毎に調整すれば、初期から長期にかけて荷電特性のコントロールが可能である。
【００１８】
さらに、凝集力のコントロールとしては外添剤の種類・量があり、無機微粒子の具体例としては、例えば酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、酸化チタン、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。これらの被覆率、種類等を各色毎に調整することによって、トナー凝集力を初期から長期にかけてコントロールすることが可能となる。
【００１９】
本発明の現像装置では、トナー補給方式は、順次交換タイプであることを特徴としている。各像担持体１０１ａ〜１０１ｄ毎に現像される色が異なり、そこに供給されるトナーはホッパー内のトナーがなくなったものより順次交換する。このようにすることによって、無駄なくトナー消費ができるメリットがある。トナーがなくなったものから順次交換するようにしている。従来の１カートリッジ方式では、減っていないトナーでも、カートリッジ内のトナーが１色でもなくなれば全色交換しなくてはならなかった。これによって、交換後は常に新品のトナーが供給されるので、画質不具合は出なかった。一方、なくなったトナーから順次交換するタイプのカートリッジでは、現像されるトナーの劣化状態が異なるため、トナー交換直後に品質が劣化し、クレームとなることがあった。
【００２０】
本特許に記載の現像方式は、１成分現像方式であることを特徴としている。図７は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成を示す概略図である。１成分方式は、図７に示すように、現像ローラ２０１と規制ブレード２０３間でトナーを摩擦帯電し、トナーに荷電を与える方式である。本方式は安価な構成でかつ軽く実用できる。ところが、図示している円内おいて、トナーに対して大きなストレスが発生するため、トナー割れ、外添剤剥れが発生するため、初期から長期にかけてトナーの帯電、凝集特性が劣化していた。本特許に示すようにトナーの耐久特性を加味して、設計を行えば、１成分現像方式を変更することなく、安定した転写性・高画質が得られる。なお、図７の現像ローラ２０１の下に設けられるトナー塗布ローラ２０２と現像ローラ２０１との間でもトナーに対して大きなストレスが発生する。なお、２成分現像方式に本発明を適用してもよい。
【００２１】
現像色順は像担持体上流側よりイエロー・マゼンタ・シアンの順に行うものとする。この順で印字すると、最終用紙上に印字した際に転写不良が発生したとしても、視覚効果により、画像劣化が目立ちにくい効果がある。
図８は、イエロートナーとマゼンタトナーとを重ね合わせたときの赤色（レッド）の再現性を説明するための模式図である。例えば、赤を再現する際にはマゼンタとイエローとの重ね合わせる。この際、図８（ａ）に示すように、下層側にマゼンタが印字された場合、ベルトにマゼンタが残ると、赤色の中にイエローが浮いてくる。
一方、図８（ｂ）に示すように、下層側にイエローが印字された場合、中間転写ベルト１１３にイエローが残ると、赤色の中にマゼンタが浮いてくる。この場合、赤にイエローが浮いてくると濃淡がかなり目立ち、画像劣化が著しく感じる。一方、赤の中にマゼンタが浮いてきても、濃淡が目立ちにくく、画像劣化が著しく感じない。
同様の効果が、緑色（グリーン）・青色（ブルー）にもあてはまり、色順としては、イエロー、マゼンタ、シアンの順が最も効果的である。緑色は、イエロートナーとシアントナーとの組合せであるが、下層側にシアンが印字された場合、中間転写ベルト１１３にシアンが残ると、緑色の中にイエローが浮いてくる。一方、下層側にイエローが印字された場合、中間転写ベルト１１３にイエローが残ると、緑色の中にシアンが浮いてくる。この場合、緑色にイエローが浮いてくると濃淡がかなり目立ち、画像劣化が著しく感じる。一方、緑色の中にシアンが浮いてきても、濃淡が目立ちにくく、画像劣化が著しく感じない。このような印字順にすることによって、２次転写時にトナーが残った場合においても、視覚効果により、画像劣化が目立ちにくく、より高画質化が図れる。
【００２２】
本特許に用いる中間転写ベルト１１３は押し出し成型によって、製造されたものとする。押し出し成型方法は中間転写ベルト１１３のベース材料を円筒状の筒に導電剤等を混でんしながら高温で注入し、押し出されたベルトを冷やし、成型するもので、安価に製造可能である。本製造方法で作られた中間転写ベルト１１３はカーボンの分散性が若干悪く、表面に露出している部分と樹脂材料の部分とでトナーの付着特性が変わるため、トナーの劣化状態に対して感度を持ってしまう。本特許のように、トナーの劣化特性を加味した設計を行えば、安価な構成で印字が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、トナーの形状の変化を模式的に表した図である。
【図３】図３は、初期トナー、経時的に劣化したトナーの中間転写ベルトからの転写状態を示した模式図である。
【図４】図４は、トナー凝集力の大きさによって、重ね合わせるトナー層の状態を説明する概略図である。
【図５】図５は、本発明の画像形成装置におけるトナー帯電量と印字枚数との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の画像形成装置におけるトナー凝集力と印字枚数とに関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の構成を示す概略図である。
【図８】図８は、イエロートナーとマゼンタトナーとを重ね合わせたときの赤色（レッド）の再現性を説明するための模式図である。
【図９】図９は、画像形成装置におけるトナー帯電量と印字枚数との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、画像形成装置におけるトナー凝集力と印字枚数とに関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１０１ａ〜１０１ｄ 像担持体
１０２ａ〜１０２ｄ １次転写ローラ
１１０ ２次転写ローラ
１１１、１１２ ２次転写対向ローラ
１１３ 中間転写ベルト
１１４ クリーニングブレード
２００ 現像装置
２０１ 現像ローラ
２０２ トナー供給ローラ
２０３ 規制ブレード
Ｐ 用紙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の像担持体と、
各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、
各像担持体に対向して設けられ所定の方向に移動する中間転写体と、
前記各像担持体から順次前記中間転写体上に前記トナー画像を転写することによって、前記中間転写体上にトナー画像を形成する１次転写部と、
前記中間転写体上の前記トナー画像を転写材に一括転写する２次転写部と、を備える画像形成装置において、
上流側の像担持体上の最小トナー荷電量は、次の像担持体上の最大トナー荷電量より大きいことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記前記最小トナー荷電量は、トナーホッパー交換直前におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナー荷電量であり、前記最大トナー荷電量は、トナーホッパー交換直後におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナー荷電量である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
複数の像担持体と、
各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、
少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、
前記駆動ローラまたは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成装置において、
上流側の像担持体上の最大トナー凝集力が下流側の像担持体の最小トナー凝集力より小さい
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像形成装置において、
前記最小トナー荷電量は、トナーホッパー交換直前におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナーの凝集力であり、
前記最大トナー荷電量は、トナーホッパー交換直後におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナーの凝集力である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記現像装置に供給されるトナーは、消費が完了した色から順次新品に交換される個別トナーホッパー交換方式である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記現像方式は１成分現像である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記像担持体のカラートナーは、中間転写体の上流側より、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーの順序である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記中間転写体は押し出し成型によって製造されたものである
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次、前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラもしくは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成方法において、
上流側の像担持体上の最小トナー荷電量は、次の像担持体上の最大トナー荷電量より大きい
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１０】
複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラもしくは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成方法において、
上流側の像担持体上の最大トナー凝集力が下流側の像担持体の最小トナー凝集力より小さい
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１】
複数の像担持体と、
各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、
各像担持体に対向して設けられ所定の方向に移動する中間転写体と、
前記各像担持体から順次前記中間転写体上に前記トナー画像を転写することによって、前記中間転写体上にトナー画像を形成する１次転写部と、
前記中間転写体上の前記トナー画像を転写材に一括転写する２次転写部と、を備える画像形成装置において、
上流側の像担持体上の最小トナー荷電量は、次の像担持体上の最大トナー荷電量より大きいことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記前記最小トナー荷電量は、トナーホッパー交換直前におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナー荷電量であり、前記最大トナー荷電量は、トナーホッパー交換直後におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナー荷電量である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
複数の像担持体と、
各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、
少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、
前記駆動ローラまたは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成装置において、
上流側の像担持体上の最大トナー凝集力が下流側の像担持体の最小トナー凝集力より小さい
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像形成装置において、
前記最小トナー荷電量は、トナーホッパー交換直前におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナーの凝集力であり、
前記最大トナー荷電量は、トナーホッパー交換直後におけるトナーホッパー内もしくは現像ローラ上もしくは現像直後の像担持体上のどれかのトナーの凝集力である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
前記現像装置に供給されるトナーは、消費が完了した色から順次新品に交換される個別トナーホッパー交換方式である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記現像方式は１成分現像である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記像担持体のカラートナーは、中間転写体の上流側より、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーの順序である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記中間転写体は押し出し成型によって製造されたものである
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次、前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラもしくは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成方法において、
上流側の像担持体上の最小トナー荷電量は、次の像担持体上の最大トナー荷電量より大きい
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項１０】
複数の像担持体と、各像担持体に対して、トナー画像を形成する現像装置と、少なくとも従動ローラと駆動ローラによって中間転写体を回転する中間転写体ユニットを有し、前記各像担持体から順次前記中間転写体上にトナー転写を行うことによって、前記中間転写体上にカラー画像を形成する１次転写部と、前記駆動ローラもしくは前記従動ローラに対向して配置され、前記中間転写体上の前記カラー画像を転写材に一括転写するための２次転写部材を有する２次転写部と、を備える画像形成方法において、
上流側の像担持体上の最大トナー凝集力が下流側の像担持体の最小トナー凝集力より小さい
ことを特徴とする画像形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−１３４２４０（Ｐ２００９−１３４２４０Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２６８６４（Ｐ２００８−１２６８６４）
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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