画像形成装置及び画像形成方法
【課題】トナーが劣化した場合でも凹凸のある被転写材の転写性を向上させ、画像のムラや白抜け画像の無い高品質な画像を得る。
【解決手段】本発明は、トナー像を担持する像担持体５０と、像担持体に接触して転写ニップを形成する転写部材８０と、像担持体と転写部材との間に交番電界を形成する電界形成手段１１０と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段１２０を備え、トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、二次転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更する。
【解決手段】本発明は、トナー像を担持する像担持体５０と、像担持体に接触して転写ニップを形成する転写部材８０と、像担持体と転写部材との間に交番電界を形成する電界形成手段１１０と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段１２０を備え、トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、二次転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更する。
【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、これらの複合機などの画像形成装置及び画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式には多様な方法が知られており、一般的には潜像担持体の表面を帯電させ、帯電させた潜像担持体を露光して静電潜像を形成する。次いで、静電潜像にトナーを現像し、潜像担持体上にトナー像を形成する。さらに、像担持体として機能する中間転写体を介して、または直接的に潜像担持体上のトナー像を紙等の被転写材上に転写し、この転写されたトナー像を定着装置で加熱、圧力もしくはこれらの併用によって定着することにより、被転写材上に画像が形成された記録物が得られる。なお、トナー像転写後の潜像担持体や像担持体上に残ったトナーは、ブレード、ブラシ、ローラ等の既知の方法によりクリーニングされる。
【０００３】
画像が形成される被転写材に凹凸がある場合、トナーの転写過程において、凸部は中間転写体または潜像担持体上のトナーと接触するが、凹部では中間転写体または潜像担持体上のトナーと被転写材の凹部間に空隙ができる。トナーに作用する転写電界は、空隙があると低下するため、凹部は凸部に較べて転写電界が低下し、転写画像のムラが生じやすい。被転写材の凹凸が大きくなると、凹部の転写電界が極端に低下するため、凹部にトナーを転写させることが困難となり、凹部にトナーが無い画像（白抜け画像）が発生する。
【０００４】
このような転写ムラや白抜け画像を抑制する方法として、被転写材の凹凸に応じてトナー付着量を制御する方法が例えば特許文献１〜２で提案されている。特許文献１では、被転写材の種別情報から表面粗さを特定し、表面粗さが大きいほどトナー付着量が増加するように制御している。特許文献２では、紙の凹凸を検知し、凹凸に応じて適切なトナー付着量を制御している。
特許文献３、４では、転写バイアスとして直流電圧に交番電圧を重畳することで転写率を向上させる方法が提案されている。特許文献３では、転写前に記録用紙の表面を凹凸に応じてトナーの極性と逆極性に帯電させることで凹部にトナーを転写させるように制御している。特許文献４では、交番電圧の振幅が、直流電圧の以下になるように交番電圧を重畳している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２のような、被転写材の凹凸に応じてトナー付着量を制御する方法では凹部の転写性が改善されているわけではないので、画像の濃度ムラがやや改善される程度で、白抜け画像を解消することはできない。また、トナー付着量を増加すると、中間転写体または潜像担持体上に転写されなかった多量のトナーが残ってしまい、環境負荷が大きいという課題がある。
転写バイアスとして直流電圧に交番電圧を重畳することで転写率を向上させる特許文献３，４に記載されている実施例と同様の転写バイアスを印加して凹凸の大きな紙に画像を形成しても、白抜け画像は十分な改善とはないない。
また、トナーが画像形成に消費されずに画像形成装置内に長時間留まっていると、様々なストレスによってトナーの帯電性の変化、トナー表面に付着している外添剤の埋もれや分離による流動性の低下等、トナーの劣化が生じてしまう。通常の直流電圧による転写では、トナーが劣化していない場合でも凹凸のある被転写材の転写性が悪いが、トナーが劣化すると転写性が大幅に低下してしまう。
本発明は上記問題に鑑み為されたことであり、トナーが劣化した場合でも凹凸のある被転写材の転写性を向上させ、画像のムラや白抜け画像の無い高品質な画像を形成する画像形成装置と画像形成方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、像担持体に接触して転写ニップを形成する転写部材と、像担持体と前記転写部材との間に交番電界を形成する電界形成手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備え、トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更することを特徴としている。
本発明に係る画像形成装置では、トナー劣化判定手段によりトナーが劣化したと判定した場合の交番電界の周期回数を、トナー劣化判定手段によりトナーが劣化していないと判定した場合の交番電界の周期回数よりも多くする。
本発明に係る画像形成装置において、交番電界の周期回数の変更は、電界形成手段が形成する交番電界の周波数を変更する場合と、プロセス線速を変更することで達成する。
本発明に係る画像形成装置において、トナー劣化判定手段は、トナー像の画像濃度を検出し、その検出結果が所定の閾値以下であるときに、トナーが劣化したと判定する。
本発明に係る画像形成装置は、潜像が形成される潜像担持体と、潜像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、潜像担持体上のトナー像を像担持体である中間転写体に転写する一次転写手段をさらに備え、トナー劣化判定手段は、一次転写手段による転写率を検出し、その転写率の変化からトナーの劣化を判定する。
本発明に係る画像形成方法は、トナー像を像担持体で担持し、像担持体に転写部材を接触させて転写ニップを形成し、像担持体と転写部材との間に電界形成手段により交番電界を形成し、トナー劣化判定手段によりトナーが劣化したか否かを判定し、トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、トナー劣化の判定基準に基づいて転写ニップ中の交流電界の周期回数の設定を変更することによって、トナーが劣化した場合でも劣化していない場合と同様に被転写材の凹部の高転写性が得られ、かつトナーが劣化していない場合に転写チリを抑制することができ、凹凸の大きな被転写材でも平滑な被転写材紙と同様に高画質な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る画像形成装置の全体構成を説明するための概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る画像形成ユニットの概略構成を示す図である。
【図３】トナー劣化判定手段と、その制御の構成を示すブロック図である。
【図４】電界形成手段により直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加した時の電圧の時間変化を示した図である。
【図５】トナー劣化判定手段によるトナー劣化判定処理の一形態を示すフローチャートである。
【図６】トナー劣化判定手段によるトナー劣化判定処理の別な形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。尚、本実施形態は一つの例を示すものであり、構成やプロセス条件が変わっても本発明の効果が変わらないことを複数の画像形成装置や種々の画像形成環境で確認している。
図１は、カラー画像形成装置（以下、単に「プリンタ」と呼ぶ）の一例を示す概略図である。このプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の色成分画像を被転写材となる記録用紙Ｐ上で重ね合わせて画像を形成する画像形成装置である。
【００１０】
本実施形態では、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色にそれぞれ対応する画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋが図１のように、像担持体であり中間転写体を構成する中間転写ベルト５０の移動方向に並列配置されている。各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに設けられた像担持体であり、潜像担持体を構成する感光体ドラム１１，１２，１３，１４は、外径６０ｍｍの有機感光体であり、その表面上に形成される各色トナー像は、これらの感光体ドラムに下方から当接する中間転写ベルト５０へ順次転写される。中間転写ベルト５０へ転写されたトナー像は、給紙部となる用紙カセット１０１から給紙ローラ１００を経て給紙された記録用紙Ｐ上に転写される。具体的には、用紙カセット１０１から給紙された記録用紙Ｐは、中間転写ベルト５０と、この中間転写ベルト５０に接触して二次転写ニップ部を形成するする転写部材となる二次転写ローラ８０との間に矢印Ｆの方向から所定のタイミングで搬送される。中間転写ベルト５０上に形成されたフルカラートナー像は、二次転写ローラ８０と、このローラに対して中間転写ベルト５０を介して対向配置された対向部材となる二次転写部対向ローラ７３との間に形成された二次転写ニップ部で記録用紙Ｐ上に一括転写される。フルカラートナー像が転写された記録用紙Ｐは、定着装置９１へ搬送され、定着装置９１において加熱・加圧されて画像定着がなされて、機外へと排出される。
【００１１】
各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは全て同じ構成であるため、画像形成ユニット１Ｙのみを代表して説明する。図２は、本実施形態で用いた画像形成ユニット１Ｙの概略構成を示す図を示す。画像形成ユニット１Ｙは、感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１の表面を例えば帯電ローラ２１ａによって帯電する帯電装置２１と、感光体ドラム１１上の潜像をトナー像化する画像形成手段としての現像装置３１と、中間転写ベルト５０上にトナー像を転写するための一次転写手段となる一次転写ローラ６１と、感光体ドラム１１の表面に残存したトナーをクリーニングする感光体クリーニング装置４１とを備えている。現像装置３１よりも感光ドラム１１の回転手方向下流側には、感光体ドラム１１上に現像されたトナー像の画像濃度を計測する画像濃度センサ１２１が配置されている。画像形成ユニット１Ｍ、１Ｃ、１Ｋにも感光体ドラム１２〜１４上に現像されたトナー像の画像濃度を計測する画像濃度センサ１２２〜１２４が配置されている。
【００１２】
帯電装置２１は、ローラ形状の導電性弾性体から構成される帯電ローラ２１ａに対して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する構成となっている。帯電装置２１は、帯電ローラ２１ａと感光体ドラム１１との間で直接放電を起こすことで感光体ドラム１１を所定の極性、例えば、マイナス極性に帯電させるものである。次いで、感光体ドラム１１の帯電面には、図示しない画像書き込み手段から出射された光変調されたレーザ光Ｌが照射される。これによって、感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。即ち、レーザ光が照射され感光体表面部分の電位の絶対値が低下した部分が静電潜像（画像部）となり、レーザ光が照射されず電位の絶対値が高く保たれた部分が地肌部となる。
【００１３】
一次転写ローラ６１は、導電性のスポンジ層を有する弾性ローラであり、中間転写ベルト５０の裏面から感光体ドラム１１に対して押し当てられるように配置されている。この一次転写ローラ６１には一次転写バイアスとして定電流制御されたバイアスが印加されている。一次転写ローラ６１の外形は１６ｍｍで、芯金径は１０ｍｍであり、スポンジ層の抵抗Ｒは、接地された外径３０ｍｍの金属ローラを１０Ｎで押し当てた状態で、一次転写ローラ６１の芯金に電圧Ｖを１０００Ｖ印加したときに流れる電流Ｉからオームの法則（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）を使って算出した値が約３Ｅ７Ω出ある。
【００１４】
感光体クリーニング装置４１は、クリーニングブレード４１ａと、クリーニングブラシ４１ｂを備えている。クリーニングブレード４１ａは、感光体ドラム１１の回転方向に対してカウンタ方向から感光体ドラム１１の表面と当接している状態で、クリーニングブラシ４１ｂは感光体ドラム１１の表面と逆方向に回転しながら接触している状態で、それぞれ感光体ドラム１１の表面をクリーニングする。
【００１５】
現像装置３１は、Ｙトナーとキャリアを有する２成分現像剤が収容された収容容器３１ｃと、この収容容器３１ｃ内に配置され収容容器３１ｃの開口部を介して感光体ドラム１１と対向するように配置された現像剤担持体としての現像スリーブ３１ａと、収容容器３１ｃ内に配置され、現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌部材としての２つのスクリュー部材３１ｂとを備えている。スクリュー部材３１ｂは、現像スリーブ側となる現像剤の供給側と、図示しない補給トナー装置の供給を受ける側にそれぞれ配置され、収容容器３１ｃに図示しない軸受け部材によって回転自在に支持されている。
【００１６】
上記４組の画像形成ユニットの感光体ドラム１１，１２，１３，１４は、不図示の感光体ドラムの駆動装置によって図中矢印Ｒ１方向に回転駆動される。また、ブラック用の感光体ドラム１４と、カラー用の感光体ドラム１１，１２，１３とを独立に回転駆動できるようにしても良い。これにより、例えば、モノクロ画像を形成する時には、ブラック用の感光体ドラム１４のみを回転駆動し、またカラー画像を形成する時には４つの感光体ドラム１１，１２，１３，１４を同時に回転駆動させることができるようになる。中間転写ベルト５０を有する中間転写ユニットは、モノクロ画像を形成する時に、カラー用の感光体ドラム１１，１２，１３から中間転写ベルト５０を離間するように部分的に揺動可能に構成されている。
【００１７】
中間転写ベルト５０は、厚さが４０μｍ〜２００μｍ、好ましくは６０μｍ程度で、体積抵抗率が１Ｅ６Ωｃｍ〜１Ｅ１２Ωｃｍ、好ましくは約１Ｅ９Ωｃｍ（三菱化学製ハイレスタ−ＵＰ ＭＣＰ ＨＴ４５０印加電圧１００Ｖ測定値）の、無端状カーボン分散ポリイミド樹脂で構成され、二次転写部対向ローラ７３及び支持ローラ７１，７２といった複数の支持ローラに掛け回されている。中間転写ベルト５０は、支持ローラ７２が駆動モータ７６によって回転駆動されることにより、図中矢印方向に無端移動するように構成されている。二次転写対向ローラ７３の外形は約２４ｍｍで、芯金径は１６ｍｍであり、導電性のＮＢＲ系ゴム層（一次転写ローラ６１と同じ測定方法で約４Ｅ７Ω）である。また、支持ローラ７２に対向する位置には、中間転写ベルト５０のトナー画像の濃度を検出する画像濃度センサ７５が配置されている。中間転写ベルト５０上に転写されたトナー像は、支持ローラ７２上を通過した時に、画像濃度センサ７５で画像濃度が計測される。
【００１８】
二次転写部対向ローラ７３には、転写バイアス用の電源１１０が接続されている。この電源１１０は、直流電源１１０Ａと交流電源１１０Ｂとで構成されている。二次転写部対向ローラ７３に電圧を印加することで、この二次転写部対向ローラ７３と二次転写ローラ８０の間に電位差が生じ、トナー像が中間転写ベルト５０から記録用紙Ｐ側へ向かう電圧が生じるため、トナー像を記録用紙Ｐに転写させることができる。二次転写ローラ８０の外形は約２４ｍｍで、芯金径は１４ｍｍであり、導電性のＮＢＲ系ゴム層（一次転写ローラ６１と同じ測定方法で１Ｅ６Ω以下）である。
【００１９】
ここで、本実施形態における電位差とは、（対向部材の電位）−（転写部材の電位）として規定する。ちなみに、転写バイアス用の電源１１０を二次転写ローラ８０に接続して転写バイアスを印加してトナー像を記録用紙Ｐへ転写する形態でもよい。また、転写バイアス用の電源１１０のうち、一方を二次転写部対向ローラ７３に、もう一方を二次転写ローラ８０に接続するような構成でもよい。例えば、直流電源１１０Ａを二次転写対向ローラ７３に、交流電源１１０Ｂを二次転写ローラ８０に接続しても良いし、その逆でも良い。また、本実施形態において交番電圧の波形は正弦波を用いているが、矩形波等他の波形を用いても問題はない。つまり、電源１１０は、像担持体と転写部材との間に交番電界を形成する電界形成手段を構成している。
【００２０】
図３を用いて本形態にかかる制御の構成について説明する。電源１１０、画像濃度センサ７５、画像濃度センサ１２１〜１２４及び駆動モータ７６は、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段１２０に信号線を介して接続されている。トナー劣化判定手段１２０は所謂、コンピュータ回路で構成されていて、画像濃度センサ７５や画像濃度センサ１２１〜１２４で測定したトナー濃度が入力され、入力されたトナー濃度からトナーの劣化状態を判定するとともに、その判定結果に基づいて二次転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更するように機能する。トナー劣化判定手段１２０には、予め判定用の閾値と交番電界の周期回数を変更する設定値が設定されている。
【００２１】
次に、本実施形態を用いて本発明者らが行った研究結果について添付図面を参照しながら説明する。
図４は、電源１１０により直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加した時の電圧の時間変化を示した図である。Ｖｏｆｆは、印加電圧による２次転写ローラ８０に対する二次転写対向ローラ７３の電位差（対向部材の電位−転写部材の電位）の時間平均値を表し、ここでは転写部材の電位は０Vであるため、電源１１０から二次転写対向ローラ７３に印加される直流成分と同じ値を示す。Ｖｐｐは印加電圧のピーク間電圧を示している。また、トナーが転写体（像担持体または中間転写体）から記録用紙Ｐへと転写する方向の電圧のピーク値をＶｔ、記録用紙Ｐから中間転写ベルト５０へ戻る方向の電圧のピーク値をＶｒとする。
【００２２】
本実施形態において使用する現像剤は、粒径平均が６．８μｍの、一般的な不定形トナー（ポリエステル系）と、平均粒径５５μｍの樹脂キャリアを使用している。凹凸のある記録用紙Ｐに対して直流電圧に交流電圧を重畳した転写バイアスによって転写した場合、良好な転写性が得られる条件がある。まず、凹凸のある記録用紙Ｐの凹部にトナーを十分に転写させるためには、二次転写ローラ８０に対する二次転写部対向ローラ７３の電位の時間平均（本実施形態では電源１１０が印加する直流成分の電圧）Ｖｏｆｆに対して、下記（式１）を満たすような、十分に大きな交流電圧Ｖｐｐを重畳させる必要がある。さらに、記録用紙Ｐの凹部で放電が発生せず、凸部の画像濃度が低下しないようにＶｏｆｆとＶｐｐを調整する必要がある。
【００２３】
Ｖｐｐ ＞ ４×｜Ｖｏｆｆ｜・・・（式１）
また、直流電圧に交流電圧を重畳した転写バイアスによって転写した場合に、交流電圧による周期的な画像ムラが発生しない条件がある。これは、交流電圧の周波数をｆ［Ｈｚ］、中間転写ベルト５０の線速をｖ［ｍｍ／ｓ］、二次転写部の転写ニップ幅をｄ［ｍｍ］とすると、画像が転写ニップ部を通過する時間はニップ幅を線速で割った値ｄ／ｖ［ｓ］で、交番電圧の周期が１／ｆ［ｓ］とすると、ニップ通過時間中に印加される交番電圧の周期回数はｄ×ｆ／ｖとなる。周期的な画像ムラが発生しない条件は、この周期回数が４回以上となるように周波数を設定することで、交番電圧の周波数ｆの条件としては以下の（式２）のようになる。
【００２４】
ｆ＞（４／ｄ）×ｖ・・・（式２）
本実施形態において、上記の条件を満たす具体的例を以下に示す。
凹凸のある記録用紙Ｐとして、（株）ＮＢＳリコー製のＦＣ和紙タイプ「さざ波」と呼ばれる厚みが約１３０μｍ、凹凸差が最大で約７０μｍ程度の用紙に画像を転写する場合、例えば転写バイアスをＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶに設定すると、白抜け画像の無い良好な画像が得られた。また、中間転写ベルト５０の線速ｖの設定値が２８２ｍｍ／ｓの場合、例えば周波数が４００Ｈｚで周期的な画像ムラは発生しなかった。
【００２５】
次に、記録用紙Ｐにおける画像の占める面積の割合である画像面積率が５％以下の低画像面積率の画像を上記の転写条件で連続出力したところ、徐々に凸部の画像濃度が低下し、白抜け画像が発生した。低画像面積率の画像を連続出力していると、現像部でトナーが消費されずに画像形成装置内で様々なストレスを受けるため、トナー表面に添加された外添剤がトナー内部に埋もれたり、トナーから分離してトナーが劣化する。
【００２６】
特にトナー表面が添加剤で被覆されている場合、中間転写ベルト５０は外添剤と接触するが、外添剤は粒径が非常に小さいので、トナーと中間転写ベルト５０の接触面積は小さい。一方、トナー表面の外添剤が埋没または遊離している場合は、中間転写ベルト５０はトナー表面と接触するが、トナーの粒径は外添剤に較べて十分大きいので、トナーと中間転写ベルト５０の接触面積は大きい。粉体と接触面間の付着力は、接触面積が大きいほど増大するため、劣化したトナーと中間転写ベルト５０間の付着力は、劣化していないトナーと中間転写ベルト５０間の付着力よりも大きくなる。トナーが劣化して付着力が増大すると、中間転写ベルト５０からトナーが分離しにくくなるために、転写性が悪化したと考えられる。そこで、転写バイアスの条件ＶｏｆｆやＶｐｐの様々な組み合わせで転写し、その画像評価を実施したが、いずれの条件でも白抜け画像が発生してしまい、転写性は改善されなかった。
【００２７】
次に、転写バイアスは前記と同じＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶに設定し、周波数を４００Ｈｚから２０００Ｈｚまで２００Ｈｚ刻みで段階的に設定して記録用紙Ｐの凹部への転写性を評価した。
【００２８】
転写性の評価としては、５段階の画像評価を行い、凹部にトナーが転写し十分な画像濃度を得られている場合をランク５とし、凹部が僅かに白く抜けているか、または凹部が白く抜けることは無いが凹部の画像濃度が僅かに落ちている状態で、製品として問題のないレベルをランク４、ランク４に比べ、凹部が白抜けしているか、または全体的に凹部濃度が落ちており、製品として問題がある場合をランク３、ランク３に比べ、さらに凹部の白抜けが多くあるか、または凹部の濃度が低い場合をランク２、凹部が全体的に白く、全体的に溝の状態がはっきりと認識できる場合をランク１とした。周波数の設定値による転写性評価の結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１のように、周波数を上げていくと凹部の転写性が向上していき、周波数を８００Ｈｚ以上にするとランク４以上の問題の製品として問題のないレベルの画像が得られた。以上より、交番電圧の周波数を増やすことにより、トナーが劣化した場合でも凹部の高転写性が得られることがわかった。
【００３１】
周波数の増加は二次転写ニップ中における交番電圧の周期回数の増加に対応しており、上記の検討により劣化したトナーを転写するには周期回数を増加する必要があることが明らかとなった。
【００３２】
この理由について考える。交番電界によって凹部の高転写性が得られるメカニズムは、交番電界が印加されると、トナーが中間転写ベルト５０から被転写材となる記録用Ｐへ移動する向きの電界によって、中間転写ベルト５０上の一部のトナーが記録用Ｐの凹部へ転写する。トナーが記録用Ｐから中間転写ベルト５０へ移動する向きの電界によって、凹部へ転写したトナーが中間転写ベルト５０に戻り、中間転写ベルト上のトナーに対して衝突や接触等の機械的な力や静電気力等の相互作用を及ぼし、この相互作用によって中間転写ベルト上のトナーの付着状態が変化する。次の記録用Ｐから中間転写ベルト５０へ移動する向きの電界によって、中間転写ベルト５０から分離しやすくなったトナーが凹部へ転写するが、この凹部に転写したトナーの粒子数は、最初に転写したトナーの粒子数よりも増加する。このため、周期回数が増えるほど往復運動に参加するトナーの粒子数が増加することになり、凹部の転写性が向上する。劣化していないトナーのようにトナー付着力が小さい場合は、容易に中間転写ベルト５０のトナーを転写しやすい状態にできるために、往復運動回数が少なくても転写するトナー数が十分増加するが、劣化トナーのようにトナー付着力が大きい場合は、中間転写ベルト５０のトナーを転写しやすい状態にするのが容易ではないため、転写するトナー数が十分増加するまでに多くの往復運動が必要になると考えられる。
【００３３】
前記のように、転写ニップ中の交番電圧の周期回数は、ニップ幅、線速、交番電圧の周波数によって決まる。このため、周期回数を増加する手段としては、画像形成装置の構成によって決まるニップ幅と交番電圧の周波数以外では、プロセス線速を遅くする方法が挙げられる。実際に、転写バイアスをＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶ、周波数を４００Ｈｚに設定し、プロセス線速となる中間転写ベルト５０の線速を２８２ｍｍ／ｓから、その半分の１４１ｍｍ／ｓで転写性を評価した結果、ランク４の製品として問題のないレベルの画像が得られた。このため、トナー劣化判定手段１２０により、駆動モータ７６の回転速度を制御することで、交番電界の周期回数の変更することができる。
【００３４】
次に、二次転写ニップ中の交番電圧の周期回数を増加しても、トナーが劣化していない場合の画像に問題が無いかどうかを確認した。
まず、転写バイアスをＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶ、周波数を４００Ｈｚ、線速を２８２ｍｍ／ｓに設定して、白抜け画像が見られなくなるまでベタ画像を連続出力した。次に、転写バイアスをＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶ、線速を２８２ｍｍ／ｓに設定し、周波数を４００Ｈｚから２０００Ｈｚまで２００Ｈｚ刻みで設定して、文字やライン、写真等が混在した画像の転写性を評価した。
【００３５】
転写性の評価としては、文字やライン等の周囲にトナーが付着して画像が不鮮明になる転写チリと、凹部の画像濃度について５段階の画像評価を行った。凹部の画像濃度については前記と同様で、転写チリについては、画像が鮮明な場合をランク５とし、やや鮮明度が低下しているが製品として問題のないレベルをランク４、ランク４よりも鮮明度が低く、製品として問題がある場合をランク３、ランク３に比べ、さらに不鮮明な場合をランク２、画像が不鮮明で判別できない場合をランク１とする。周波数の設定値による転写性評価の結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２のように、どの周波数でも凹部の転写性は問題が無いが、転写チリについては周波数の増加と共にレベルが低下していることがわかる。また、周波数が４００Ｈｚで、線速を１４１ｍｍ／ｓにした場合にも、周波数を増加した場合と同様に転写チリの悪化が見られた。さらに、線速を遅くして二次転写ニップ中における交番電圧の周期回数を増やす場合には、画像の生産性が低下するという問題がある。
【００３８】
以上のように、二次転写ニップ中における交番電圧の周期回数を増やすと、トナーが劣化した場合でも凹部の転写性低下を抑制できるが、トナーが劣化していない場合の転写チリが悪化する等の副作用があることがわかった。本発明者らは、このような副作用を抑制しながら劣化したトナーでも凹部の高転写性が得られる方法を検討した結果、トナー劣化の判定基準に基づいて二次転写ニップ中の交流電界の周期回数の設定を変更する方法を考案した。
【００３９】
それは、トナー劣化の判定基準によってトナーが劣化したと判定された場合には、二次転写ニップ中の交流電圧の周期回数をトナーが劣化した場合の設定値にし、トナー劣化の判定基準によってトナーが劣化していない判定された場合には、ニップ中の交流電圧の周期回数をトナーが劣化していない場合の設定値にする。この方法により、トナーが劣化したと判断された場合のみ交流電圧の周期回数を増やし、トナーが劣化していないときは周期回数を必要最小限に設定しているので、転写チリの悪化等の副作用を抑えることができる。
【００４０】
つまり、本実施形態では、トナー劣化判定手段１２０によりトナーが劣化したと判定した場合の交番電界の周期回数を、トナー劣化判定手段１２０によりトナーが劣化していないと判定した場合の交番電界の周期回数よりも多くする。また、交番電界の周期回数の変更は、電源１１０が形成する交番電界の周波数を変更するように、トナー劣化判定手段１２０で制御することで実施すればよい。
【００４１】
トナー劣化の判定は、トナーが劣化すると予測される条件を満たすかどうか、または画像形成装置内に設置された何らかのトナー劣化検出手段を用いる方法が挙げられる。トナーが劣化すると予測される条件としては、トナーが画像形成に消費されずに画像形成装置内で長時間ストレスを受ける条件で、具体的には、実施例で示したように画像占有面積が所定の値よりも低い画像の出力が所定時間以上連続した場合、または所定枚数以上連続した場合が挙げられる。
【００４２】
しかし、実際には、低画像面積の連続出力枚数が所定枚数以下だが、高画像面積の出力を挟んで何度も低画像面積が連続出力される場合など、様々な画像出力状況があり、トナー劣化の予測は困難である。このため、画像形成装置内にトナー劣化検出手段１２０を設け、その検出情報に基づいてトナーの劣化を判定する方が正確である。トナー劣化検出手段１２０としては、これまでの特許文献で示された様々な例を適用することができる。例えば、以下の文献１〜５では、感光体上に転写率測定用の基準パターンの画像を現像し、一次転写における転写率を各種センサによって測定し、転写率の変化からトナーの劣化を検知している。また、トナーが劣化すると、トナーの現像能力が低下して感光体上の画像濃度が低下するため、現像バイアスを上げて画像濃度を確保するが、現像バイアスの上限まで上げても画像濃度を確保できない場合に、劣化したトナーを強制的に現像して排出する場合がある。
【００４３】
（文献１）特開２００７‐３０４３１６号公報
（文献２）特開２００４‐２４０３６９号号公報
（文献３）特開平０６‐００３９１３号公報
（文献４）特開平０８‐２２７２０１号公報
（文献５）特開２００６‐２５１４０９号公報
そこで、本実施形態において、一次転写における転写率によってトナーの劣化を判定する方法を適用した場合について述べる。
転写率によってトナーの劣化が判定され、交流電圧の周波数の設定を変更する制御のフローチャートを図４に示す。この制御はトナー劣化判定手段１２０によって行われる。
【００４４】
図５において、ステップＳ１では、周知のプロセスコントロール制御の最後に続けて、帯電装置２１〜２４の電源を制御して帯電出力をオンし、ステップＳ２では、設定した画像濃度に対応する光量で画像パターンを各感光体上に書き込み、ステップＳ３において現像する。
【００４５】
ステップＳ４では画像パターンを中間転写ベルト５０に転写し、ステップＳ５では転写画像の画像濃度Ａを画像濃度センサ７５で計測する。ステップＳ６では画像濃度Ａが所定の画像濃度下限値（閾値）以上であるか否かを判断し、この条件を満たしている場合には転写率が低下しておらずトナーは劣化していないと判断し、ステップＳ７に進んで交流電圧の周波数をトナーが劣化していない場合の所定値に設定し、この制御を終了する。一方、この条件を満たしていない場合は、転写率が低下しておりトナーが劣化していると判断し、ステップＳ８に進んで交流電圧の周波数をトナーが劣化している場合の所定値に設定し、この制御を終了する。
【００４６】
次に、感光体上の画像濃度からトナーの劣化を判定する場合について述べる。この場合の制御のフローチャートを図５に示す。この制御はトナー劣化判定手段１２０によって行われる。
【００４７】
図６において、ステップＳ１１で、周知のプロセスコントロール制御の最後に続けて、帯電装置２１〜２４手段の電源を制御して帯電出力をオンし、ステップＳ１２で設定した画像濃度に対応する光量で画像パターンを各感光体上に書き込み、ステップＳ１３において現像バイアスＶで現像する。ステップＳ１４で、現像画像の画像濃度Ｂを画像濃度センサ１２１〜１２４で計測する。ステップＳ１５では、画像濃度Ｂが設定画像濃度（閾値）以下であるか否かを判断する。この条件を満たしていない場合にはトナーは劣化していないと判断し、ステップＳ１９で交流電圧の周波数をトナーが劣化していない場合の所定値に設定し、この制御を終了する。この条件を満たしている場合には、ステップＳ１６に進んで現像バイアスＶを、設定した増加バイアスΔＶだけ上げる。次に、ステップＳ１７において、このΔＶだけ上げた現像バイアスＶが現像バイアスの上限値として設定した電圧以上であるか否かを判断する。この条件を満たしていない場合にはステップＳ１２に戻り、再度画像パターンの現像及び画像濃度センサ１２１〜１２４による画像濃度の計測を実施する。この条件を満たしている場合には、トナーが劣化していると判断し、ステップＳ１８で交流電圧の周波数をトナーが劣化している場合の所定値に設定し、この制御を終了する。
以上の制御フローは、既存のプロセス制御の後にするとして記載したが、出力状況等を考慮して既存のプロセス制御とは異なるタイミングで実施しても良い。
【符号の説明】
【００４８】
５０ 像担持体（中間転写体）
１１，１２，１３，１４ 潜像担持体
２１，２２，２３，２４ 画像形成手段
６１，６２，６３，６４ 一次転写手段
８０ 転写部材
１１０ 電界形成手段
１２０ トナー劣化判定手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４９】
【特許文献１】特開２００４−２５８３９７号広報
【特許文献２】特開２００７−３０４４９２号広報
【特許文献３】特開２００６−２６７４８６号広報
【特許文献４】特開２００８−０５８５８５号広報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機などの画像形成装置及び画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式には多様な方法が知られており、一般的には潜像担持体の表面を帯電させ、帯電させた潜像担持体を露光して静電潜像を形成する。次いで、静電潜像にトナーを現像し、潜像担持体上にトナー像を形成する。さらに、像担持体として機能する中間転写体を介して、または直接的に潜像担持体上のトナー像を紙等の被転写材上に転写し、この転写されたトナー像を定着装置で加熱、圧力もしくはこれらの併用によって定着することにより、被転写材上に画像が形成された記録物が得られる。なお、トナー像転写後の潜像担持体や像担持体上に残ったトナーは、ブレード、ブラシ、ローラ等の既知の方法によりクリーニングされる。
【０００３】
画像が形成される被転写材に凹凸がある場合、トナーの転写過程において、凸部は中間転写体または潜像担持体上のトナーと接触するが、凹部では中間転写体または潜像担持体上のトナーと被転写材の凹部間に空隙ができる。トナーに作用する転写電界は、空隙があると低下するため、凹部は凸部に較べて転写電界が低下し、転写画像のムラが生じやすい。被転写材の凹凸が大きくなると、凹部の転写電界が極端に低下するため、凹部にトナーを転写させることが困難となり、凹部にトナーが無い画像（白抜け画像）が発生する。
【０００４】
このような転写ムラや白抜け画像を抑制する方法として、被転写材の凹凸に応じてトナー付着量を制御する方法が例えば特許文献１〜２で提案されている。特許文献１では、被転写材の種別情報から表面粗さを特定し、表面粗さが大きいほどトナー付着量が増加するように制御している。特許文献２では、紙の凹凸を検知し、凹凸に応じて適切なトナー付着量を制御している。
特許文献３、４では、転写バイアスとして直流電圧に交番電圧を重畳することで転写率を向上させる方法が提案されている。特許文献３では、転写前に記録用紙の表面を凹凸に応じてトナーの極性と逆極性に帯電させることで凹部にトナーを転写させるように制御している。特許文献４では、交番電圧の振幅が、直流電圧の以下になるように交番電圧を重畳している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２のような、被転写材の凹凸に応じてトナー付着量を制御する方法では凹部の転写性が改善されているわけではないので、画像の濃度ムラがやや改善される程度で、白抜け画像を解消することはできない。また、トナー付着量を増加すると、中間転写体または潜像担持体上に転写されなかった多量のトナーが残ってしまい、環境負荷が大きいという課題がある。
転写バイアスとして直流電圧に交番電圧を重畳することで転写率を向上させる特許文献３，４に記載されている実施例と同様の転写バイアスを印加して凹凸の大きな紙に画像を形成しても、白抜け画像は十分な改善とはないない。
また、トナーが画像形成に消費されずに画像形成装置内に長時間留まっていると、様々なストレスによってトナーの帯電性の変化、トナー表面に付着している外添剤の埋もれや分離による流動性の低下等、トナーの劣化が生じてしまう。通常の直流電圧による転写では、トナーが劣化していない場合でも凹凸のある被転写材の転写性が悪いが、トナーが劣化すると転写性が大幅に低下してしまう。
本発明は上記問題に鑑み為されたことであり、トナーが劣化した場合でも凹凸のある被転写材の転写性を向上させ、画像のムラや白抜け画像の無い高品質な画像を形成する画像形成装置と画像形成方法を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、像担持体に接触して転写ニップを形成する転写部材と、像担持体と前記転写部材との間に交番電界を形成する電界形成手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備え、トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更することを特徴としている。
本発明に係る画像形成装置では、トナー劣化判定手段によりトナーが劣化したと判定した場合の交番電界の周期回数を、トナー劣化判定手段によりトナーが劣化していないと判定した場合の交番電界の周期回数よりも多くする。
本発明に係る画像形成装置において、交番電界の周期回数の変更は、電界形成手段が形成する交番電界の周波数を変更する場合と、プロセス線速を変更することで達成する。
本発明に係る画像形成装置において、トナー劣化判定手段は、トナー像の画像濃度を検出し、その検出結果が所定の閾値以下であるときに、トナーが劣化したと判定する。
本発明に係る画像形成装置は、潜像が形成される潜像担持体と、潜像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、潜像担持体上のトナー像を像担持体である中間転写体に転写する一次転写手段をさらに備え、トナー劣化判定手段は、一次転写手段による転写率を検出し、その転写率の変化からトナーの劣化を判定する。
本発明に係る画像形成方法は、トナー像を像担持体で担持し、像担持体に転写部材を接触させて転写ニップを形成し、像担持体と転写部材との間に電界形成手段により交番電界を形成し、トナー劣化判定手段によりトナーが劣化したか否かを判定し、トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、トナー劣化の判定基準に基づいて転写ニップ中の交流電界の周期回数の設定を変更することによって、トナーが劣化した場合でも劣化していない場合と同様に被転写材の凹部の高転写性が得られ、かつトナーが劣化していない場合に転写チリを抑制することができ、凹凸の大きな被転写材でも平滑な被転写材紙と同様に高画質な画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る画像形成装置の全体構成を説明するための概略構成図である。
【図２】本実施形態に係る画像形成ユニットの概略構成を示す図である。
【図３】トナー劣化判定手段と、その制御の構成を示すブロック図である。
【図４】電界形成手段により直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加した時の電圧の時間変化を示した図である。
【図５】トナー劣化判定手段によるトナー劣化判定処理の一形態を示すフローチャートである。
【図６】トナー劣化判定手段によるトナー劣化判定処理の別な形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。尚、本実施形態は一つの例を示すものであり、構成やプロセス条件が変わっても本発明の効果が変わらないことを複数の画像形成装置や種々の画像形成環境で確認している。
図１は、カラー画像形成装置（以下、単に「プリンタ」と呼ぶ）の一例を示す概略図である。このプリンタは、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色の色成分画像を被転写材となる記録用紙Ｐ上で重ね合わせて画像を形成する画像形成装置である。
【００１０】
本実施形態では、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色にそれぞれ対応する画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋが図１のように、像担持体であり中間転写体を構成する中間転写ベルト５０の移動方向に並列配置されている。各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋに設けられた像担持体であり、潜像担持体を構成する感光体ドラム１１，１２，１３，１４は、外径６０ｍｍの有機感光体であり、その表面上に形成される各色トナー像は、これらの感光体ドラムに下方から当接する中間転写ベルト５０へ順次転写される。中間転写ベルト５０へ転写されたトナー像は、給紙部となる用紙カセット１０１から給紙ローラ１００を経て給紙された記録用紙Ｐ上に転写される。具体的には、用紙カセット１０１から給紙された記録用紙Ｐは、中間転写ベルト５０と、この中間転写ベルト５０に接触して二次転写ニップ部を形成するする転写部材となる二次転写ローラ８０との間に矢印Ｆの方向から所定のタイミングで搬送される。中間転写ベルト５０上に形成されたフルカラートナー像は、二次転写ローラ８０と、このローラに対して中間転写ベルト５０を介して対向配置された対向部材となる二次転写部対向ローラ７３との間に形成された二次転写ニップ部で記録用紙Ｐ上に一括転写される。フルカラートナー像が転写された記録用紙Ｐは、定着装置９１へ搬送され、定着装置９１において加熱・加圧されて画像定着がなされて、機外へと排出される。
【００１１】
各画像形成ユニット１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは全て同じ構成であるため、画像形成ユニット１Ｙのみを代表して説明する。図２は、本実施形態で用いた画像形成ユニット１Ｙの概略構成を示す図を示す。画像形成ユニット１Ｙは、感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１の表面を例えば帯電ローラ２１ａによって帯電する帯電装置２１と、感光体ドラム１１上の潜像をトナー像化する画像形成手段としての現像装置３１と、中間転写ベルト５０上にトナー像を転写するための一次転写手段となる一次転写ローラ６１と、感光体ドラム１１の表面に残存したトナーをクリーニングする感光体クリーニング装置４１とを備えている。現像装置３１よりも感光ドラム１１の回転手方向下流側には、感光体ドラム１１上に現像されたトナー像の画像濃度を計測する画像濃度センサ１２１が配置されている。画像形成ユニット１Ｍ、１Ｃ、１Ｋにも感光体ドラム１２〜１４上に現像されたトナー像の画像濃度を計測する画像濃度センサ１２２〜１２４が配置されている。
【００１２】
帯電装置２１は、ローラ形状の導電性弾性体から構成される帯電ローラ２１ａに対して直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加する構成となっている。帯電装置２１は、帯電ローラ２１ａと感光体ドラム１１との間で直接放電を起こすことで感光体ドラム１１を所定の極性、例えば、マイナス極性に帯電させるものである。次いで、感光体ドラム１１の帯電面には、図示しない画像書き込み手段から出射された光変調されたレーザ光Ｌが照射される。これによって、感光体ドラム１１の表面に静電潜像を形成する。即ち、レーザ光が照射され感光体表面部分の電位の絶対値が低下した部分が静電潜像（画像部）となり、レーザ光が照射されず電位の絶対値が高く保たれた部分が地肌部となる。
【００１３】
一次転写ローラ６１は、導電性のスポンジ層を有する弾性ローラであり、中間転写ベルト５０の裏面から感光体ドラム１１に対して押し当てられるように配置されている。この一次転写ローラ６１には一次転写バイアスとして定電流制御されたバイアスが印加されている。一次転写ローラ６１の外形は１６ｍｍで、芯金径は１０ｍｍであり、スポンジ層の抵抗Ｒは、接地された外径３０ｍｍの金属ローラを１０Ｎで押し当てた状態で、一次転写ローラ６１の芯金に電圧Ｖを１０００Ｖ印加したときに流れる電流Ｉからオームの法則（Ｒ＝Ｖ／Ｉ）を使って算出した値が約３Ｅ７Ω出ある。
【００１４】
感光体クリーニング装置４１は、クリーニングブレード４１ａと、クリーニングブラシ４１ｂを備えている。クリーニングブレード４１ａは、感光体ドラム１１の回転方向に対してカウンタ方向から感光体ドラム１１の表面と当接している状態で、クリーニングブラシ４１ｂは感光体ドラム１１の表面と逆方向に回転しながら接触している状態で、それぞれ感光体ドラム１１の表面をクリーニングする。
【００１５】
現像装置３１は、Ｙトナーとキャリアを有する２成分現像剤が収容された収容容器３１ｃと、この収容容器３１ｃ内に配置され収容容器３１ｃの開口部を介して感光体ドラム１１と対向するように配置された現像剤担持体としての現像スリーブ３１ａと、収容容器３１ｃ内に配置され、現像剤を攪拌しながら搬送する攪拌部材としての２つのスクリュー部材３１ｂとを備えている。スクリュー部材３１ｂは、現像スリーブ側となる現像剤の供給側と、図示しない補給トナー装置の供給を受ける側にそれぞれ配置され、収容容器３１ｃに図示しない軸受け部材によって回転自在に支持されている。
【００１６】
上記４組の画像形成ユニットの感光体ドラム１１，１２，１３，１４は、不図示の感光体ドラムの駆動装置によって図中矢印Ｒ１方向に回転駆動される。また、ブラック用の感光体ドラム１４と、カラー用の感光体ドラム１１，１２，１３とを独立に回転駆動できるようにしても良い。これにより、例えば、モノクロ画像を形成する時には、ブラック用の感光体ドラム１４のみを回転駆動し、またカラー画像を形成する時には４つの感光体ドラム１１，１２，１３，１４を同時に回転駆動させることができるようになる。中間転写ベルト５０を有する中間転写ユニットは、モノクロ画像を形成する時に、カラー用の感光体ドラム１１，１２，１３から中間転写ベルト５０を離間するように部分的に揺動可能に構成されている。
【００１７】
中間転写ベルト５０は、厚さが４０μｍ〜２００μｍ、好ましくは６０μｍ程度で、体積抵抗率が１Ｅ６Ωｃｍ〜１Ｅ１２Ωｃｍ、好ましくは約１Ｅ９Ωｃｍ（三菱化学製ハイレスタ−ＵＰ ＭＣＰ ＨＴ４５０印加電圧１００Ｖ測定値）の、無端状カーボン分散ポリイミド樹脂で構成され、二次転写部対向ローラ７３及び支持ローラ７１，７２といった複数の支持ローラに掛け回されている。中間転写ベルト５０は、支持ローラ７２が駆動モータ７６によって回転駆動されることにより、図中矢印方向に無端移動するように構成されている。二次転写対向ローラ７３の外形は約２４ｍｍで、芯金径は１６ｍｍであり、導電性のＮＢＲ系ゴム層（一次転写ローラ６１と同じ測定方法で約４Ｅ７Ω）である。また、支持ローラ７２に対向する位置には、中間転写ベルト５０のトナー画像の濃度を検出する画像濃度センサ７５が配置されている。中間転写ベルト５０上に転写されたトナー像は、支持ローラ７２上を通過した時に、画像濃度センサ７５で画像濃度が計測される。
【００１８】
二次転写部対向ローラ７３には、転写バイアス用の電源１１０が接続されている。この電源１１０は、直流電源１１０Ａと交流電源１１０Ｂとで構成されている。二次転写部対向ローラ７３に電圧を印加することで、この二次転写部対向ローラ７３と二次転写ローラ８０の間に電位差が生じ、トナー像が中間転写ベルト５０から記録用紙Ｐ側へ向かう電圧が生じるため、トナー像を記録用紙Ｐに転写させることができる。二次転写ローラ８０の外形は約２４ｍｍで、芯金径は１４ｍｍであり、導電性のＮＢＲ系ゴム層（一次転写ローラ６１と同じ測定方法で１Ｅ６Ω以下）である。
【００１９】
ここで、本実施形態における電位差とは、（対向部材の電位）−（転写部材の電位）として規定する。ちなみに、転写バイアス用の電源１１０を二次転写ローラ８０に接続して転写バイアスを印加してトナー像を記録用紙Ｐへ転写する形態でもよい。また、転写バイアス用の電源１１０のうち、一方を二次転写部対向ローラ７３に、もう一方を二次転写ローラ８０に接続するような構成でもよい。例えば、直流電源１１０Ａを二次転写対向ローラ７３に、交流電源１１０Ｂを二次転写ローラ８０に接続しても良いし、その逆でも良い。また、本実施形態において交番電圧の波形は正弦波を用いているが、矩形波等他の波形を用いても問題はない。つまり、電源１１０は、像担持体と転写部材との間に交番電界を形成する電界形成手段を構成している。
【００２０】
図３を用いて本形態にかかる制御の構成について説明する。電源１１０、画像濃度センサ７５、画像濃度センサ１２１〜１２４及び駆動モータ７６は、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段１２０に信号線を介して接続されている。トナー劣化判定手段１２０は所謂、コンピュータ回路で構成されていて、画像濃度センサ７５や画像濃度センサ１２１〜１２４で測定したトナー濃度が入力され、入力されたトナー濃度からトナーの劣化状態を判定するとともに、その判定結果に基づいて二次転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更するように機能する。トナー劣化判定手段１２０には、予め判定用の閾値と交番電界の周期回数を変更する設定値が設定されている。
【００２１】
次に、本実施形態を用いて本発明者らが行った研究結果について添付図面を参照しながら説明する。
図４は、電源１１０により直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加した時の電圧の時間変化を示した図である。Ｖｏｆｆは、印加電圧による２次転写ローラ８０に対する二次転写対向ローラ７３の電位差（対向部材の電位−転写部材の電位）の時間平均値を表し、ここでは転写部材の電位は０Vであるため、電源１１０から二次転写対向ローラ７３に印加される直流成分と同じ値を示す。Ｖｐｐは印加電圧のピーク間電圧を示している。また、トナーが転写体（像担持体または中間転写体）から記録用紙Ｐへと転写する方向の電圧のピーク値をＶｔ、記録用紙Ｐから中間転写ベルト５０へ戻る方向の電圧のピーク値をＶｒとする。
【００２２】
本実施形態において使用する現像剤は、粒径平均が６．８μｍの、一般的な不定形トナー（ポリエステル系）と、平均粒径５５μｍの樹脂キャリアを使用している。凹凸のある記録用紙Ｐに対して直流電圧に交流電圧を重畳した転写バイアスによって転写した場合、良好な転写性が得られる条件がある。まず、凹凸のある記録用紙Ｐの凹部にトナーを十分に転写させるためには、二次転写ローラ８０に対する二次転写部対向ローラ７３の電位の時間平均（本実施形態では電源１１０が印加する直流成分の電圧）Ｖｏｆｆに対して、下記（式１）を満たすような、十分に大きな交流電圧Ｖｐｐを重畳させる必要がある。さらに、記録用紙Ｐの凹部で放電が発生せず、凸部の画像濃度が低下しないようにＶｏｆｆとＶｐｐを調整する必要がある。
【００２３】
Ｖｐｐ ＞ ４×｜Ｖｏｆｆ｜・・・（式１）
また、直流電圧に交流電圧を重畳した転写バイアスによって転写した場合に、交流電圧による周期的な画像ムラが発生しない条件がある。これは、交流電圧の周波数をｆ［Ｈｚ］、中間転写ベルト５０の線速をｖ［ｍｍ／ｓ］、二次転写部の転写ニップ幅をｄ［ｍｍ］とすると、画像が転写ニップ部を通過する時間はニップ幅を線速で割った値ｄ／ｖ［ｓ］で、交番電圧の周期が１／ｆ［ｓ］とすると、ニップ通過時間中に印加される交番電圧の周期回数はｄ×ｆ／ｖとなる。周期的な画像ムラが発生しない条件は、この周期回数が４回以上となるように周波数を設定することで、交番電圧の周波数ｆの条件としては以下の（式２）のようになる。
【００２４】
ｆ＞（４／ｄ）×ｖ・・・（式２）
本実施形態において、上記の条件を満たす具体的例を以下に示す。
凹凸のある記録用紙Ｐとして、（株）ＮＢＳリコー製のＦＣ和紙タイプ「さざ波」と呼ばれる厚みが約１３０μｍ、凹凸差が最大で約７０μｍ程度の用紙に画像を転写する場合、例えば転写バイアスをＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶに設定すると、白抜け画像の無い良好な画像が得られた。また、中間転写ベルト５０の線速ｖの設定値が２８２ｍｍ／ｓの場合、例えば周波数が４００Ｈｚで周期的な画像ムラは発生しなかった。
【００２５】
次に、記録用紙Ｐにおける画像の占める面積の割合である画像面積率が５％以下の低画像面積率の画像を上記の転写条件で連続出力したところ、徐々に凸部の画像濃度が低下し、白抜け画像が発生した。低画像面積率の画像を連続出力していると、現像部でトナーが消費されずに画像形成装置内で様々なストレスを受けるため、トナー表面に添加された外添剤がトナー内部に埋もれたり、トナーから分離してトナーが劣化する。
【００２６】
特にトナー表面が添加剤で被覆されている場合、中間転写ベルト５０は外添剤と接触するが、外添剤は粒径が非常に小さいので、トナーと中間転写ベルト５０の接触面積は小さい。一方、トナー表面の外添剤が埋没または遊離している場合は、中間転写ベルト５０はトナー表面と接触するが、トナーの粒径は外添剤に較べて十分大きいので、トナーと中間転写ベルト５０の接触面積は大きい。粉体と接触面間の付着力は、接触面積が大きいほど増大するため、劣化したトナーと中間転写ベルト５０間の付着力は、劣化していないトナーと中間転写ベルト５０間の付着力よりも大きくなる。トナーが劣化して付着力が増大すると、中間転写ベルト５０からトナーが分離しにくくなるために、転写性が悪化したと考えられる。そこで、転写バイアスの条件ＶｏｆｆやＶｐｐの様々な組み合わせで転写し、その画像評価を実施したが、いずれの条件でも白抜け画像が発生してしまい、転写性は改善されなかった。
【００２７】
次に、転写バイアスは前記と同じＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶに設定し、周波数を４００Ｈｚから２０００Ｈｚまで２００Ｈｚ刻みで段階的に設定して記録用紙Ｐの凹部への転写性を評価した。
【００２８】
転写性の評価としては、５段階の画像評価を行い、凹部にトナーが転写し十分な画像濃度を得られている場合をランク５とし、凹部が僅かに白く抜けているか、または凹部が白く抜けることは無いが凹部の画像濃度が僅かに落ちている状態で、製品として問題のないレベルをランク４、ランク４に比べ、凹部が白抜けしているか、または全体的に凹部濃度が落ちており、製品として問題がある場合をランク３、ランク３に比べ、さらに凹部の白抜けが多くあるか、または凹部の濃度が低い場合をランク２、凹部が全体的に白く、全体的に溝の状態がはっきりと認識できる場合をランク１とした。周波数の設定値による転写性評価の結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
表１のように、周波数を上げていくと凹部の転写性が向上していき、周波数を８００Ｈｚ以上にするとランク４以上の問題の製品として問題のないレベルの画像が得られた。以上より、交番電圧の周波数を増やすことにより、トナーが劣化した場合でも凹部の高転写性が得られることがわかった。
【００３１】
周波数の増加は二次転写ニップ中における交番電圧の周期回数の増加に対応しており、上記の検討により劣化したトナーを転写するには周期回数を増加する必要があることが明らかとなった。
【００３２】
この理由について考える。交番電界によって凹部の高転写性が得られるメカニズムは、交番電界が印加されると、トナーが中間転写ベルト５０から被転写材となる記録用Ｐへ移動する向きの電界によって、中間転写ベルト５０上の一部のトナーが記録用Ｐの凹部へ転写する。トナーが記録用Ｐから中間転写ベルト５０へ移動する向きの電界によって、凹部へ転写したトナーが中間転写ベルト５０に戻り、中間転写ベルト上のトナーに対して衝突や接触等の機械的な力や静電気力等の相互作用を及ぼし、この相互作用によって中間転写ベルト上のトナーの付着状態が変化する。次の記録用Ｐから中間転写ベルト５０へ移動する向きの電界によって、中間転写ベルト５０から分離しやすくなったトナーが凹部へ転写するが、この凹部に転写したトナーの粒子数は、最初に転写したトナーの粒子数よりも増加する。このため、周期回数が増えるほど往復運動に参加するトナーの粒子数が増加することになり、凹部の転写性が向上する。劣化していないトナーのようにトナー付着力が小さい場合は、容易に中間転写ベルト５０のトナーを転写しやすい状態にできるために、往復運動回数が少なくても転写するトナー数が十分増加するが、劣化トナーのようにトナー付着力が大きい場合は、中間転写ベルト５０のトナーを転写しやすい状態にするのが容易ではないため、転写するトナー数が十分増加するまでに多くの往復運動が必要になると考えられる。
【００３３】
前記のように、転写ニップ中の交番電圧の周期回数は、ニップ幅、線速、交番電圧の周波数によって決まる。このため、周期回数を増加する手段としては、画像形成装置の構成によって決まるニップ幅と交番電圧の周波数以外では、プロセス線速を遅くする方法が挙げられる。実際に、転写バイアスをＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶ、周波数を４００Ｈｚに設定し、プロセス線速となる中間転写ベルト５０の線速を２８２ｍｍ／ｓから、その半分の１４１ｍｍ／ｓで転写性を評価した結果、ランク４の製品として問題のないレベルの画像が得られた。このため、トナー劣化判定手段１２０により、駆動モータ７６の回転速度を制御することで、交番電界の周期回数の変更することができる。
【００３４】
次に、二次転写ニップ中の交番電圧の周期回数を増加しても、トナーが劣化していない場合の画像に問題が無いかどうかを確認した。
まず、転写バイアスをＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶ、周波数を４００Ｈｚ、線速を２８２ｍｍ／ｓに設定して、白抜け画像が見られなくなるまでベタ画像を連続出力した。次に、転写バイアスをＶｏｆｆ＝−１．０ｋＶ、Ｖｐｐ＝５．０ｋＶ、線速を２８２ｍｍ／ｓに設定し、周波数を４００Ｈｚから２０００Ｈｚまで２００Ｈｚ刻みで設定して、文字やライン、写真等が混在した画像の転写性を評価した。
【００３５】
転写性の評価としては、文字やライン等の周囲にトナーが付着して画像が不鮮明になる転写チリと、凹部の画像濃度について５段階の画像評価を行った。凹部の画像濃度については前記と同様で、転写チリについては、画像が鮮明な場合をランク５とし、やや鮮明度が低下しているが製品として問題のないレベルをランク４、ランク４よりも鮮明度が低く、製品として問題がある場合をランク３、ランク３に比べ、さらに不鮮明な場合をランク２、画像が不鮮明で判別できない場合をランク１とする。周波数の設定値による転写性評価の結果を表２に示す。
【００３６】
【表２】
【００３７】
表２のように、どの周波数でも凹部の転写性は問題が無いが、転写チリについては周波数の増加と共にレベルが低下していることがわかる。また、周波数が４００Ｈｚで、線速を１４１ｍｍ／ｓにした場合にも、周波数を増加した場合と同様に転写チリの悪化が見られた。さらに、線速を遅くして二次転写ニップ中における交番電圧の周期回数を増やす場合には、画像の生産性が低下するという問題がある。
【００３８】
以上のように、二次転写ニップ中における交番電圧の周期回数を増やすと、トナーが劣化した場合でも凹部の転写性低下を抑制できるが、トナーが劣化していない場合の転写チリが悪化する等の副作用があることがわかった。本発明者らは、このような副作用を抑制しながら劣化したトナーでも凹部の高転写性が得られる方法を検討した結果、トナー劣化の判定基準に基づいて二次転写ニップ中の交流電界の周期回数の設定を変更する方法を考案した。
【００３９】
それは、トナー劣化の判定基準によってトナーが劣化したと判定された場合には、二次転写ニップ中の交流電圧の周期回数をトナーが劣化した場合の設定値にし、トナー劣化の判定基準によってトナーが劣化していない判定された場合には、ニップ中の交流電圧の周期回数をトナーが劣化していない場合の設定値にする。この方法により、トナーが劣化したと判断された場合のみ交流電圧の周期回数を増やし、トナーが劣化していないときは周期回数を必要最小限に設定しているので、転写チリの悪化等の副作用を抑えることができる。
【００４０】
つまり、本実施形態では、トナー劣化判定手段１２０によりトナーが劣化したと判定した場合の交番電界の周期回数を、トナー劣化判定手段１２０によりトナーが劣化していないと判定した場合の交番電界の周期回数よりも多くする。また、交番電界の周期回数の変更は、電源１１０が形成する交番電界の周波数を変更するように、トナー劣化判定手段１２０で制御することで実施すればよい。
【００４１】
トナー劣化の判定は、トナーが劣化すると予測される条件を満たすかどうか、または画像形成装置内に設置された何らかのトナー劣化検出手段を用いる方法が挙げられる。トナーが劣化すると予測される条件としては、トナーが画像形成に消費されずに画像形成装置内で長時間ストレスを受ける条件で、具体的には、実施例で示したように画像占有面積が所定の値よりも低い画像の出力が所定時間以上連続した場合、または所定枚数以上連続した場合が挙げられる。
【００４２】
しかし、実際には、低画像面積の連続出力枚数が所定枚数以下だが、高画像面積の出力を挟んで何度も低画像面積が連続出力される場合など、様々な画像出力状況があり、トナー劣化の予測は困難である。このため、画像形成装置内にトナー劣化検出手段１２０を設け、その検出情報に基づいてトナーの劣化を判定する方が正確である。トナー劣化検出手段１２０としては、これまでの特許文献で示された様々な例を適用することができる。例えば、以下の文献１〜５では、感光体上に転写率測定用の基準パターンの画像を現像し、一次転写における転写率を各種センサによって測定し、転写率の変化からトナーの劣化を検知している。また、トナーが劣化すると、トナーの現像能力が低下して感光体上の画像濃度が低下するため、現像バイアスを上げて画像濃度を確保するが、現像バイアスの上限まで上げても画像濃度を確保できない場合に、劣化したトナーを強制的に現像して排出する場合がある。
【００４３】
（文献１）特開２００７‐３０４３１６号公報
（文献２）特開２００４‐２４０３６９号号公報
（文献３）特開平０６‐００３９１３号公報
（文献４）特開平０８‐２２７２０１号公報
（文献５）特開２００６‐２５１４０９号公報
そこで、本実施形態において、一次転写における転写率によってトナーの劣化を判定する方法を適用した場合について述べる。
転写率によってトナーの劣化が判定され、交流電圧の周波数の設定を変更する制御のフローチャートを図４に示す。この制御はトナー劣化判定手段１２０によって行われる。
【００４４】
図５において、ステップＳ１では、周知のプロセスコントロール制御の最後に続けて、帯電装置２１〜２４の電源を制御して帯電出力をオンし、ステップＳ２では、設定した画像濃度に対応する光量で画像パターンを各感光体上に書き込み、ステップＳ３において現像する。
【００４５】
ステップＳ４では画像パターンを中間転写ベルト５０に転写し、ステップＳ５では転写画像の画像濃度Ａを画像濃度センサ７５で計測する。ステップＳ６では画像濃度Ａが所定の画像濃度下限値（閾値）以上であるか否かを判断し、この条件を満たしている場合には転写率が低下しておらずトナーは劣化していないと判断し、ステップＳ７に進んで交流電圧の周波数をトナーが劣化していない場合の所定値に設定し、この制御を終了する。一方、この条件を満たしていない場合は、転写率が低下しておりトナーが劣化していると判断し、ステップＳ８に進んで交流電圧の周波数をトナーが劣化している場合の所定値に設定し、この制御を終了する。
【００４６】
次に、感光体上の画像濃度からトナーの劣化を判定する場合について述べる。この場合の制御のフローチャートを図５に示す。この制御はトナー劣化判定手段１２０によって行われる。
【００４７】
図６において、ステップＳ１１で、周知のプロセスコントロール制御の最後に続けて、帯電装置２１〜２４手段の電源を制御して帯電出力をオンし、ステップＳ１２で設定した画像濃度に対応する光量で画像パターンを各感光体上に書き込み、ステップＳ１３において現像バイアスＶで現像する。ステップＳ１４で、現像画像の画像濃度Ｂを画像濃度センサ１２１〜１２４で計測する。ステップＳ１５では、画像濃度Ｂが設定画像濃度（閾値）以下であるか否かを判断する。この条件を満たしていない場合にはトナーは劣化していないと判断し、ステップＳ１９で交流電圧の周波数をトナーが劣化していない場合の所定値に設定し、この制御を終了する。この条件を満たしている場合には、ステップＳ１６に進んで現像バイアスＶを、設定した増加バイアスΔＶだけ上げる。次に、ステップＳ１７において、このΔＶだけ上げた現像バイアスＶが現像バイアスの上限値として設定した電圧以上であるか否かを判断する。この条件を満たしていない場合にはステップＳ１２に戻り、再度画像パターンの現像及び画像濃度センサ１２１〜１２４による画像濃度の計測を実施する。この条件を満たしている場合には、トナーが劣化していると判断し、ステップＳ１８で交流電圧の周波数をトナーが劣化している場合の所定値に設定し、この制御を終了する。
以上の制御フローは、既存のプロセス制御の後にするとして記載したが、出力状況等を考慮して既存のプロセス制御とは異なるタイミングで実施しても良い。
【符号の説明】
【００４８】
５０ 像担持体（中間転写体）
１１，１２，１３，１４ 潜像担持体
２１，２２，２３，２４ 画像形成手段
６１，６２，６３，６４ 一次転写手段
８０ 転写部材
１１０ 電界形成手段
１２０ トナー劣化判定手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４９】
【特許文献１】特開２００４−２５８３９７号広報
【特許文献２】特開２００７−３０４４９２号広報
【特許文献３】特開２００６−２６７４８６号広報
【特許文献４】特開２００８−０５８５８５号広報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に接触して転写ニップを形成する転写部材と、前記像担持体と前記転写部材との間に交番電界を形成する電界形成手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置において、
前記トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記トナー劣化判定手段によりトナーが劣化したと判定した場合の交番電界の周期回数を、前記トナー劣化判定手段によりトナーが劣化していないと判定した場合の交番電界の周期回数よりも多くす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記載の画像形成装置において、
前記交番電界の周期回数の変更は、前記電界形成手段が形成する交番電界の周波数を変更することである特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の画像形成装置において、
前記交番電界の周期回数の変更は、プロセス線速を変更することである特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記トナー劣化判定手段は、トナー像の画像濃度を検出し、その検出結果が所定の閾値以下であるときに、トナーが劣化したと判定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の画像形成装置において、
潜像が形成される潜像担持体と、
前記潜像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記潜像担持体上のトナー像を前記像担持体である中間転写体に転写する一次転写手段を備え、
前記トナー劣化判定手段は、前記一次転写手段による転写率を検出し、その転写率の変化からトナーの劣化を判定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
トナー像を像担持体で担持し、前記像担持体に転写部材を接触させて転写ニップを形成し、前記像担持体と前記転写部材との間に電界形成手段により交番電界を形成し、トナー劣化判定手段によりトナーが劣化したか否かを判定する画像形成方法において、
前記トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、前記転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１】
トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に接触して転写ニップを形成する転写部材と、前記像担持体と前記転写部材との間に交番電界を形成する電界形成手段と、トナーが劣化したか否かを判定するトナー劣化判定手段とを備える画像形成装置において、
前記トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記トナー劣化判定手段によりトナーが劣化したと判定した場合の交番電界の周期回数を、前記トナー劣化判定手段によりトナーが劣化していないと判定した場合の交番電界の周期回数よりも多くす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記載の画像形成装置において、
前記交番電界の周期回数の変更は、前記電界形成手段が形成する交番電界の周波数を変更することである特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の画像形成装置において、
前記交番電界の周期回数の変更は、プロセス線速を変更することである特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の画像形成装置において、
前記トナー劣化判定手段は、トナー像の画像濃度を検出し、その検出結果が所定の閾値以下であるときに、トナーが劣化したと判定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の画像形成装置において、
潜像が形成される潜像担持体と、
前記潜像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記潜像担持体上のトナー像を前記像担持体である中間転写体に転写する一次転写手段を備え、
前記トナー劣化判定手段は、前記一次転写手段による転写率を検出し、その転写率の変化からトナーの劣化を判定することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
トナー像を像担持体で担持し、前記像担持体に転写部材を接触させて転写ニップを形成し、前記像担持体と前記転写部材との間に電界形成手段により交番電界を形成し、トナー劣化判定手段によりトナーが劣化したか否かを判定する画像形成方法において、
前記トナー劣化判定手段の判定結果に基づいて、前記転写ニップ中の交番電界の周期回数を変更する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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−５３３３７（Ｐ２０１２−５３３３７Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９６７６３（Ｐ２０１０−１９６７６３）
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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