画像形成装置

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【発明の名称】	画像形成装置
【発明者】	【氏名】木村要一
【要約】	【課題】クリーナレスカラー画像形成装置において発生する他色トナー混入の最小化を図る。【解決手段】電子写真プロセスを利用したカラーレーザビームプリンタであり、且つ磁気ブラシタイプの接触帯電装置及びクリーナレスシステムを採用する画像形成装置において、上流・下流の連続する（隣り合う）画像形成ステーションで現像に適用される２つの画像形成色について、先に用いられる画像形成色に対する後に用いられる画像形成色の画像比率を検知、若しくは推定するとともに、この画像比率が小さいほど、後に用いられる画像形成色の２成分現像剤のトナー比率を増大させる制御を行う。このような制御を実施することにより、異種トナーの混入比率が低下し、色味変動が好適に抑制される。

【特許請求の範囲】
【請求項１】像を担持する像担持体と、該像担持体を一様に帯電する接触帯電手段と、前記像担持体上に画像信号に対応した静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体上の該静電潜像を、所定のトナー比率からなる２成分現像剤により顕像化する複数の現像手段と、記録材を担持し転写部位に搬送して該像担持体上のトナー像と接触せしめる記録材担持手段と、該像担持体上の像を転写部位にて順次記録材へ転写する転写手段とを有してなり、前記現像手段がさらに、前記トナー像の前記記録材への転写後、前記像担持体上の残トナーを除去する多色画像形成装置において、前記静電潜像の顕像化に連続して用いられる２つの画像形成色について、先に用いられる画像形成色に対する後に用いられる画像形成色の画像比率に基づいて、後に用いられる画像形成色の２成分現像剤のトナー比率を変更することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】像を担持する像担持体と、該像担持体を一様に帯電する接触帯電手段と、前記像担持体上に画像信号に対応した静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体上の該静電潜像を２成分現像剤により顕像化する複数の現像手段と、該像担持体上のトナー像を順次多重転写し、担持する中間転写手段と、該中間転写手段上の多重転写画像を記録材に転写する２次転写手段とを有してなり、前記現像手段がさらに、前記トナー像の前記中間転写手段への転写後、前記像担持体上の残トナーを除去する多色画像形成装置において、前記静電潜像の顕像化に連続して用いられる２つの画像形成色について、先に用いられる画像形成色に対する後に用いられる画像形成色の画像比率に基づいて、後に用いられる画像形成色の２成分現像剤のトナー比率を変更することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の画像形成装置において、前記静電潜像の顕像化に連続して用いられる２つの画像形成色について、先に用いられる画像形成色に対する後に用いられる画像形成色の画像比率が小さいほど、後に用いられる画像形成色の２成分現像剤のトナー比率を増大させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】画像信号の積算値に基づいて、各画像形成色間における画像比率を決定することを特徴とする請求項１～３のうち何れか１項に記載の画像形成装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を利用して、画像を記録材上に形成してハードコピーを得る複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子写真プロセスを利用した従来の画像形成装置では、像担持体としてのドラム型電子写真感光体（以下、感光体）を帯電処理する手段としてコロナ帯電器が多用されていた。これは、コロナ帯電器を感光体に非接触に対向配置し、コロナ帯電器で発生する放電コロナに感光体表面をさらすことで、感光体表面を所定の極性、電位に帯電させるものである。
【０００３】また、近年、コロナ帯電器よりも低オゾン、低電力などの利点を有することから、接触帯電装置（直接帯電装置）が実用化されている。これは、電圧を印加した帯電部材を感光体に当接させて感光体表面を所定の極性、電位に帯電させるものである。
【０００４】この帯電部材として磁気ブラシを用いる接触帯電装置は、帯電、接触の安全性等の点から好ましく用いられている。この磁気ブラシ方式の接触帯電装置では、導電性の磁性粒子を直接マグネット上に、或いはマグネットを内包するスリーブ上に磁気ブラシとして磁気的に拘束保持させ、この磁気ブラシを感光体表面に停止或いは回転させながら接触させ、これに電圧を印加することによって感光体の帯電を開始する。
【０００５】なお、導電性の繊維をブラシ状にしたもの（ファーブラシ）や導電性ゴムをロール状にした導電ゴムロールも、接触帯電部材として用いることができる。
【０００６】また、接触帯電において、感光体に電荷注入層を設け、この感光体に電圧を印加した帯電部材を当接させることで電荷注入層に電荷を注入して感光体表面を所定の極性、電位に帯電させる注入帯電方式は、帯電部材に対するＡＣ電圧（交番バイアス）重畳の有無に関わらず、印加したＤＣ電圧（直流バイアス）とほぼ同等の感光体の表面電位を得ることができる。このため、感光体への帯電がコロナ帯電器を用いて行われるような放電現象を利用しないので、オゾンの発生がなく、かつ低電力消費型帯電が可能となる。
【０００７】さらに近年、装置の小型化、簡易化、或いは環境保全の観点から廃トナーを出さない等の目的で、いわゆるクリーナーレスシステムも実用化されている。これは、記録材に対するトナー画像転写後の感光体表面からの転写残トナーを除去するクリーニング装置を用いることなく、転写残トナーを接触帯電装置で一度回収した後、非画像形成時に接触帯電装置から吐き出して現像装置で回収するようにしたものである。このようなクリーナーレスシステムや上記した接触帯電方式を採用することで、小型、簡易で、オゾン発生がなく、低消費電力、廃トナーの出ない画像形成装置を得ることができる。
【０００８】図７は、上記のようなクリーナーレスシステムを備えた画像形成装置の一例を示す概略図である。
【０００９】同図７に示す画像形成装置は電子写真プロセスを利用したレーザビームプリンタであり、且つ像担持体の帯電手段として磁気ブラシタイプの接触帯電装置を用い、またクリーナレスシステムを採用する装置である。
【００１０】１は像担持体としての回転ドラム型の感光体である。この感光体１は中心支軸を中心に所定の周速度（プロセススピード）をもって矢印Ａ方向に回転駆動され、その回転過程において接触帯電手段である磁気ブラシ３により、本例の場合は負極性の一様な帯電処理を受ける。そして、レーザビームプリンタ側に出力される画像信号に対応して変調されるとともに、露光装置（レーザ走査装置）１００から出力されるレーザ光Ｌによって、感光体１の一様帯電面に走査露光が施されることにより、同感光体１上に画像情報に対応する静電潜像が順次形成される。こうした走査露光によって感光体１上に形成された静電潜像は、現像装置４により順次トナー像として、本例の場合は反転現像される。
【００１１】一方、給紙カセット４１内に収納された紙等の記録材Ｐが給紙ローラ４２により１枚ずつ給送され、レジストローラ４３により所定のタイミングで転写装置７に給紙される。そしてこの転写装置７により、感光体１上のトナー画像が記録紙Ｐに転写される。
【００１２】最後に、トナー像を転写された記録材Ｐは定着器６を通過することにより、熱と圧力によりトナーを溶融定着し、定着画像として排出される。
【００１３】感光体１としては、通常用いられている有機感光体等を用いることが出来るが、望ましくは、有機感光体上にその抵抗が１０⁹から１０¹⁴Ω・ｃｍの材質を有する表面層を持つものや、アモルファスシリコン感光体などを用いれば、電荷注入帯電を実現でき、オゾン発生の防止、消費電力の低減、並びに帯電性の好適化も図られる。
【００１４】図８に示すように、本例における感光体１は負帯電の有機感光体で、直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体１Ａ上に下から順に第１層から第５層までの５つの層から形成される感光体層１Ｂを有しており、所定のプロセススピード（例えば１００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動される。感光体層１Ｂの一番下の第１層は下引き層であり、ドラム基体１Ａの欠陥等をならすために設けられている厚さ２０μｍの導電層である。第２の層は正電荷注入防止層であり、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって１０⁶Ω・ｃｍ程度に抵抗調整された厚さ１μｍの中抵抗層であって、ドラム基体１Ａから注入された正電荷が感光体１表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する機能を有する。第３の層は電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層であって、露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。第４の層は電荷輸送層であり、ポリカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散させて形成したＰ型半導体である。従って、感光体１表面に帯電された負電荷はこの層を移動することができず、第３層（電荷発生層）で発生した正電荷のみを感光体１表面に輸送することができる。最表面の第５層は電荷注入層であり、絶縁性樹脂のバインダーに導電性微粒子としてＳｎＯ₂超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的には、絶縁性樹脂に光透過性の導電フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化（導電化）した粒径約０．０３μｍのＳｎＯ₂超微粒子を樹脂に対して７０重量％分散した材料の塗工層である。
【００１５】このようにして調合した塗工液をデイッピング塗工法、スプレー塗工法、ロールコート塗工法、ビームコート塗工法等の適当な塗工法にて厚さ約３μｍに塗工して電荷注入層とした。
【００１６】同図８に示すように、接触帯電手段は磁気ブラシ帯電装置（以下、磁気ブラシ）３であり、磁気ブラシ３は１直径１６ｍｍの固定のマグネットローラ３Ａと、このマグネットローラ３Ａに回転自在に外嵌させた非磁性のＳＵＳスリーブ３Ｂと、このスリーブ３Ｂの外周面にマグネットローラ３Ａの磁力で付着保持された磁性粒子（磁性キャリア）の磁気ブラシ層Ｃからなるスリーブ回転タイプのものである。磁気ブラシ層Ｃを構成する磁性粒子としては、平均粒径１０～１００μｍ、飽和磁化２０～２５０ｅｍｕ／ｃｍ³（２×１０⁸～２．５×１０⁹Ａ／ｍ²）、抵抗１×１０²～１×１０¹⁰Ω・ｃｍのものが好ましく、感光体１にピンホールのような絶縁欠陥が存在することを考慮すると、抵抗が１×１０⁶Ω・ｃｍ以上のものを用いることが好ましい。
【００１７】なお、磁性粒子の抵抗値は、底面積が２２８ｃｍ²の金属セルに磁性粒子を２ｇ入れた後、６．６ｋｇ／ｃｍ²で加重し、１００Ｖの電圧を印加して測定した。
【００１８】また、帯電性能を向上させためには、できるだけ抵抗の小さいものを用いるほうが好ましいので、平均粒径２５μｍ、飽和磁化２００ｅｍｕ／ｃｍ³（２×１０⁹Ａ／ｍ²）抵抗が１０⁶Ω・ｃｍのものを用い、これをスリーブ３Ｂの外周面に４０ｇ磁気付着させて磁気ブラシ３を形成するのがよい。磁性粒子の構成としては、樹脂中に磁性材料としてマグネットを分散し導電化、及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、或いはフェライト等のマグネタイト単体表面を樹脂でコーティングし、抵抗調整を行ったものが用いられている。磁気ブラシ３の磁気ブラシ層Ｃは、感光体１表面に接するようにして配設されており、磁気ブラシ層Ｃと感光体１との間の接触ニップ部（帯電ニップ部）ｎの幅を６ｍｍとした。そして、スリーブ３Ｂに電源Ｓ１より所定の帯電バイアス電圧を印加し、スリーブ３Ｂを感光体１との接触ニップ部ｎにおいて、感光体１の回転方向Ａとはカウンター方向（逆方向）となる矢印Ｂ方向に、例えば感光体１の回転速度１００ｍｍ／ｓｅｃに対して周速度１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動させることで、感光体１表面が帯電バイアスの印加された磁気ブラシ層Ｃで摺擦され、感光体１の感光体層１Ｂの表面が所望の電位に注入帯電方式で一様に一次帯電処理される。この際、スリーブ３８の回転速度を速くすることで、感光体１上の転写残トナーと磁気ブラシ３との接触機会が増えるので、磁気ブラシ３への回収性も向上する。
【００１９】図９は、本例の２成分接触現像装置（２成分磁気ブラシ現像装置）である現像装置４を示す概略構成図である。
【００２０】同図９において、１１は矢印Ｂ方向に回転駆動されるスリーブ、１２は現像スリーブ内に固定配置されたマグネットローラ、１３、１４は撹拌スクリュー、１５は現像剤Ｔを現像スリーブ１１の表面に薄層形成するために配置された規制ブレード、１６は現像容器、１７はトナー補給装置、１８はトナー濃度（トナー比率）検知手段である。現像スリーブ１１は、少なくとも現像時においては、感光体１に対し最近接領域が約５００μｍになるように配置され、現像スリーブ１１面に形成された現像剤Ｔの薄層Ｔａが感光体１に対して接触する状態で現像できるように設定されている。本例の現像剤Ｔに包含されるトナーｔは、粉砕法によって製造された平均粒径６μｍのネガ帯電トナーに対して平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比１％外添したものが用いられ、キャリアｃとしては飴和磁化が２０５ｅｍｕ／ｃｍ³（２．０５×１０⁹Ａ／ｍ²）の平均粒径３５μｍの磁性キャリアを用いられている。また、トナーｔとキャリアＣを重量比６：９４で混合したものが現像剤Ｔとして用いられている。現像剤Ｔのトナー濃度６％は画像が形成されると、トナーだけを消費するために減少するが、トナー濃度検知手段１８によって常にトナー濃度が検知されており、不足が生じるとトナー補給装置１７より不足分に対応した量のトナーが補給され、常に６％のトナー濃度が維持されるようになっている。トナー濃度検知手段には透磁率センサーが用いられているため、２成分現像剤のトナー濃度と透磁率の関係は予め実験等によって得ることが容易であるため、両者の関係式によりトナー濃度を知ることができる。
【００２１】ここで、感光体１表面の静電潜像を、現像装置４を用いて２成分磁気ブラシ法により顕像化する現像工程と現像剤Ｔの循環系について説明する。
【００２２】まず、現像スリーブ１１の向転に伴いＮ２極で汲み上げられた現像剤Ｔは、Ｓ２を搬送される過程において、現像スリーブ１１に対して垂直に配置された規制ブレード１５によって規制され、現像スリーブ１１上に現像剤Ｔの薄層Ｔａが形成される。薄層Ｔａが形成された現像剤ＴがＮ１極に搬送されてくると、磁気力によって穂立ちが形成される。この穂状に形成された現像剤Ｔによって前記静電潜像を現像し、その後、Ｎ３極、Ｎ２極の反発磁界によって現像スリーブ１１上の現像剤Ｔは、現像容器１６内に戻される。現像スリーブ１１には電源Ｓ２から直流（ＤＣ）電圧及び交流（ＡＣ）電圧が印加される。
【００２３】本例では、－５００Ｖの直流電圧と周波数２０００Ｈｚで１５００Ｖの交流電圧が印加される。一般に２成分現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増し、画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなるという不具合が生じる。このため、通常は現像装置４に印加する直流電圧と感光体１の表面電位間に電位差を設けることによって、かぶりを防止することを実現している。
【００２４】本例の転写装置７はベルト転写装置であり、無端状の転写ベルト７１を駆動ローラ７２及び従動ローラ７３間に懸架し、矢印f方向に感光体１の回転周速度とほぼ同じ周速度で回転駆動させる。転写ベルト７１の上行側ベルト部分のほぼ中間部を感光体１表面に接触させる。記録材Ｐは、転写ベルト７１の上行側ベルト部分の上面に載って転写ニップ面７０に搬送される。転写帯電ブレード７４に転写バイアス印加電源Ｓ３から所定の転写バイアスが給電されることで、記録材Ｐの裏面からトナーｔと逆極性の帯電がなされて感光体１表面のトナー画像が順次記録材Ｐの上面に転写されていく。本例においては、転写ベルト７１として膜圧７５μｍのポリイミド樹脂からなるものを用いた。
【００２５】なお、転写ベルト７１の材質としてはポリイミド樹脂に限定されるものではなく、これ以外にも、例えばポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂などのプラスチックや、フッ素系、シリコン系のゴムを好適に用いることができる。また、厚みについても７５μｍに限定されるわけではなく、２５～２０００μｍ、好ましくは５０～１５０μｍのものが好適に用いられる。また、本例において、転写帯電ブレード７４としては体積抵抗が１×１０⁵～１×１０⁷Ω・ｃｍで、板圧２ｍｍ、長さ３０６ｍｍのものを用いた。さらに本例では、転写帯電ブレード７４に１５μＡのバイアスを定電流制御により印加して転写を行った。
【００２６】このようにして、感光体１表面に形成されたトナー画像は、転写帯電ブレード７４によって記録材Ｐ上に転写される。また、転写ベルト７１は、転写ニップ部７０から定着装置６への記録材Ｐの搬送手段を兼ねさせてあり、転写ニップ部７０を通過した記録材Ｐは、感光体１表面から分離されて転写ベルト７１で定着装置６へ搬送される。
【００２７】次に、上記した画像形成装置の動作について説明する。
【００２８】画像形成時には、感光体１は駆動手段（不図示）により矢印Ａ方向に回転駆動され、磁気ブラシ３により表面が均一に帯電される。そして、帯電された感光体１上に露光装置（レーザ走査装置）１００によりレーザ光Ｌによる画像露光が与えられ、入力される画像情報に応じた静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置４によりトナー像として現像される。そして、感光体１上のトナー画像が転写装置７の転写ベルト７１との間の転写ニツプ部７０に到達すると、このタイミングにあわせてカセット４１内の紙などの記録材Ｐが給紙ローラ４２によって給紙されてレジストローラ４３により搬送され、転写バイアスが印加された転写帯電ブレード７４により記録材Ｐの裏側にトナーｔと逆極性の電荷が付与されて、表面側に感光体１上のトナー画像が転写される。そして、トナー画像が転写された記録材Ｐは転写ベルト７１により定着装置６へ搬送され、定着装置６によりトナー画像が表面に永久固着画像として定着されて排出される。
【００２９】一方、記録材Ｐを剥離された転写ベルト７１は、接地された導電性ファーブラシを備える転写ベルト除電器９１、及び同じく接地された転写ベルト駆動ローラ７２の対によってその表裏面電位を除去されるとともに、ウレタンゴムブレードによって構成される転写ベルトクリーナ９２によって表面の残トナー、紙粉などの異物が排除され、次の画像形成に備えられる。
【００３０】また一方で、転写ニップ７０を通過した後の感光体１上には転写ニップ７０で紙上に転写しきれなかったトナー（転写残トナー）が微量ながら存在している。これら転写残トナーは磁気ブラシ３によって、物理的に（静電的な作用により）掻き取られ、一旦は磁気ブラシ３に吸収されることになる。磁気ブラシ３内部では転写残トナーが累積してくると磁気ブラシ自身の抵抗が増大し、感光体１を十分帯電できなくなる。
【００３１】この効果によって、磁気ブラシ３と感光体１表面に電位差が生じ、磁気ブラシ３に含まれている転写残トナーは感光体１上に静電的に転移する。感光体１上に転移した転写残トナーは現像器４に静電的に取り込まれ、次の画像形成に消費されることとなる。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記したようなクリーナレスシステムではカラー画像形成装置を構築した場合にトナー混色問題が発生する。
【００３３】説明を簡略化するために、図１０において、先の図７で示した従来の装置に内蔵される画像形成部のうち、２つのみを備えたタンデム系２色の画像形成装置を示す。以下、この装置について説明する。
【００３４】同図１０に示す画像形成装置では、第１画像形成部はイエロートナーによる画像形成を、第２画像形成部はマゼンタの画像形成をそれぞれ行い、転写ベルトによって搬送されてくる記録紙に順次転写する。第１画像形成部にて紙上に転写されたイエロートナーＡは第２画像形成部を通過する場合に、第２画像形成部の感光ドラムにその一部を剥離される（以下、この現象を再転写現象という）。再転写されたイエロートナーＣを再転写トナーと称することにする。
【００３５】再転写現象は感光ドラムの表面性、表面電位、トナーの電荷量、比電荷、転写帯電器の構成、印加バイアス等について、所定の条件を満たすことができれば、ほぼゼロにすることが可能である。しかしながら、一方では、画像形成装置本体以外の要因、即ち、記録紙の厚み、体積抵抗、表面抵抗などによっても大きく影響されることから、これらの条件が実際の使用上では安定でないことを考慮すると、再転写を完全に無くすことは困難である。
【００３６】第２画像形成部を通過した後の紙上トナー量をＢ、再転写トナー量をＣ（ともに反射濃度として測定）すると、再転写率Ｒなるものを以下のように定義することができる。
再転写率Ｒ＝Ｃ／（Ｂ＋Ｃ）×１００（％）
実験的に求められた再転写率Ｒは１％程度であり、前述の画像形成装置本体以外の要因が変動したとしても、３％以内には抑えられる。
【００３７】再転写現象が発生する場合、記録紙の通過する方向に上流側の画像形成部のトナーは下流側の画像形成部に混入することとなる（混色）。
【００３８】このように、ある画像形成部に対して異種のトナーが混入することにより、混入量が多くなると画像の色味変化が発生してしまうことがある。ここでトナーの混色量についてシミュレーションを行った。
【００３９】第１画像形成部の画像比率、第２画像形成部の画像比率、再転写率、画像形成回数（枚数）を変数として与え、第２画像形成部中の第１画像形成部トナーの混入比率を出力値としたとき、１．「第１画像形成部の画像比率＝第２画像形成部の画像比率」の場合（１）混入比率は飴和し、飽和混入比率は再転写率と同等となる。
（２）画像比率が大きいと、飽和に達する枚数が少なくなる。
２．「第１画像形成部の画像比率＜第２画像形成部の画像比率」の場合（１）混入比率は平均的にゼロとなる。
３．「第１画像形成部の画像比率＞第２画像形成部の画像比率」の場合（１）再転写率がゼロ以外の条件では、混入比率の差が大きいときには発散する。
【００４０】また、第１画像形成部の画像比率と第２画像形成部の画像比率とが同じ場合の実験ではよくシミュレーション結果と一致した（図４）。
【００４１】以上の結果より、より一般的に４色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像形成部を備えた画像形成装置を考えに含め結論付けると、条件１）再転写率が色味変動から決定されるしきい値を越えないこと且つ条件２）平均的に（上流の画像比率＜下流の画像比率）であることが混色による色味変動が発生しない条件となる。
【００４２】それぞれの条件について考察してみる。
【００４３】条件１については、再転写率は前述のように、転写条件を最適化することにより、外乱が生じても３％以内に抑えられる。しかも、３％の混入比率では、実使用上で色味変動レベルとして許容できるものである。色味変動レベルとしては、各色それぞれの濃度変動のふれ幅より十分小さい値でしかない。
【００４４】条件２については、多くのカラー画像形成装置がイエロー、マゼンタ、シアンの減色系混色の基本色に加えて、ブラックのトナーを用いて画質、コストダウンを達成しているため、また、黒単色の画像が使用されることもあるため、ブラックの画像比率は高くなることがある。
【００４５】しかし、この点を除けば確率的には各色の使用頻度はほぼ等しくなるはずである。
【００４６】ところが、複写機やプリンタでは同じ原稿を大量部数作成することもあり、この場合、画像比率が「上流の画像比率＞下流の画像比率」の状態が平均的に継続することとなり、大量の画像形成時には色味変動による画質劣化が発生する可能性がある。
【００４７】本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、いわゆるクリーナレスカラー画像形成装置において発生する他色トナー混入の最小化を図ることにある。
【００４８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、第１の発明は、像を担持する像担持体と、該像担持体を一様に帯電する接触帯電手段と、前記像担持体上に画像信号に対応した静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体上の該静電潜像を、所定のトナー比率からなる２成分現像剤により顕像化する複数の現像手段と、記録材を担持し転写部位に搬送して該像担持体上のトナー像と接触せしめる記録材担持手段と、該像担持体上の像を転写部位にて順次記録材へ転写する転写手段とを有してなり、前記転写手段がさらに、前記トナー像の前記記録材への転写後、前記像担持体上の残トナーを除去する多色画像形成装置において、前記静電潜像の顕像化に連続して用いられる２つの画像形成色について、先に用いられる画像形成色に対する後に用いられる画像形成色の画像比率に基づいて、後に用いられる画像形成色の２成分現像剤のトナー比率を変更することを要旨とする。
【００４９】また、第２の発明は、像を担持する像担持体と、該像担持体を一様に帯電する接触帯電手段と、前記像担持体上に画像信号に対応した静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体上の該静電潜像を２成分現像剤により顕像化する複数の現像手段と、該像担持体上のトナー像を順次多重転写し、担持する中間転写手段と、該中間転写手段上の多重転写画像を記録材に転写する２次転写手段とを有してなり、前記中間転写手段がさらに、前記トナー像の前記中間転写手段への転写後、前記像担持体上の残トナーを除去する多色画像形成装置において、前記静電潜像の顕像化に連続して用いられる２つの画像形成色について、先に用いられる画像形成色に対する後に用いられる画像形成色の画像比率に基づいて、後に用いられる画像形成色の２成分現像剤のトナー比率を変更することを要旨とする。
【００５０】また、前記静電潜像の顕像化に連続して用いられる２つの画像形成色について、先に用いられる画像形成色に対する後に用いられる画像形成色の画像比率が小さいほど、後に用いられる画像形成色の２成分現像剤のトナー比率を増大させるのがよい。
【００５１】また、画像信号の積算値に基づいて、各画像形成色間における画像比率を決定するのがよい。
【００５２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明に係る一実施の形態について説明する。
【００５３】図１は、本実施の形態に係る画像形成装置を示す概略図である。
【００５４】本実施の形態の画像形成装置は電子写真プロセスを利用したレーザビームプリンタであり、像担持体の帯電手段として磁気ブラシタイプの接触帯電装置を備え、且つクリーナーレスシステムを採用する装置である。１ａ～１ｄは像担持体としての回転ドラム型の感光体である。この感光体１は中心支軸を中心に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動され、その回転過程において接触帯電手段である磁気ブラシ３ａ～３ｄにより、本実施の形態の場合は負極性の一様な帯電処理を受ける。
【００５５】そして、感光体１ａ～１ｄの一様帯電面に対して露光装置（レーザ走査装置）１００ａ～１００ｄから出力される画像信号に対応して変調されたレーザ光による走査露光がなされることで、感光体１ａ～１ｄ上に画像情報に対応した静電潜像が順次形成される。このとき、画像形成装置の制御装置（不図示）はそれぞれの像担持体に形成する画像信号を累積し、画像比率として記憶する。本実施の形態では６００ｄpi×６００ｄpiの解像度、１ドットあたりの階調を２ビットの表現能力を有しているので、画像比率はドット数として累積される。
【００５６】感光体１ａ～１ｄ上に形成された静電潜像はそれぞれイエロー現像装置４ａ、マゼンタ現像装置４ｂ、シアン現像装置４ｃ、ブラック現像装置４ｄにより順次トナー像として、本実施の形態の場合は反転現像される。
【００５７】一方、給紙カセット４１内に収納された紙などの記録材Ｐが給紙ローラ４２により１枚ずつ給送され、レジストローラ４３により所定のタイミングで転写ベルト７１上に給紙され、記録材Ｐは吸着帯電器１４により静電吸着、搬送されながら感光体１ａ～１ｄのトナー像が順次転写される。
【００５８】感光体１ａ～１ｄとしては、通常用いられている有機感光体等を用いることが出来るが、望ましくは、有機感光体上にその抵抗が１０⁹から１０¹⁴Ω・ｃｍの材質を有する表面層を持つものや、アモルファスシリコン感光体などを用いると、電荷注入帯電を実現でき、オゾン発生の防止、ならびに消費電力の低減に効果がある。また、帯電性についても向上させることが可能となる。
【００５９】感光体１ａ～１ｄは、本実施の形態では、図２に示すように負帯電の有機感光体で、直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体１Ａ上に下から順に第１から第５の５つの層からなる感光体層１Ｂを有しており、所定のプロセススピード（例えば１００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動される。感光体層１Ｂの一番下の第１層は下引き層であり、ドラム基体１Ａの欠陥等をならすために設けられている厚さ２０μｍの導電層である。
【００６０】第２層は正電荷注入防止層であり、ドラム基体１Ａから注入された正電荷が感光体１ａ～１ｄ表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役目を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって、１０⁶Ω・ｃｍ程度に抵抗調整された厚さ１μｍの中抵抗層である。
【００６１】第３層は電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層であり、露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。
【００６２】第４層は電荷輸送層であり、ポリカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、Ｐ型半導体である。従って、感光体１ａ～１ｄ表面に帯電された負電荷はこの層を移動することができず、第３層（電荷発生層）で発生した正電荷のみを感光体１表面に輸送することができる。
【００６３】最表面の第５層は電荷注入層であり、絶縁性樹脂のバインダーに導電性微粒子としてＳｎＯ₂超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的には、絶縁性樹脂に光透過性の導電フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化（導電化）した粒径約０．０３μｍのＳｎＯ₂超微粒子を樹脂に対して７０重量％分散した材料の塗工層である。このようにして調合した塗工液をデイッピング塗工法、スプレー塗工法、ロールコート塗工法、ビームコート塗工法等の適当な塗工法にて厚さ約３μｍに塗工して電荷注入層とした。
【００６４】接触帯電手段は、図２に示すように磁気ブラシ帯電装置（以下、磁気ブラシ）３であり、磁気ブラシ３は、直径１６ｍｍの固定のマグネットローラ３Ａと、このマグネットローラ３Ａに回転自在に外嵌させた非磁性のＳＵＳスリーブ３Ｂと、このスリーブ３Ｂの外周面にマグネットローラ３Ａの磁力で付着保持された磁性粒子（磁性キャリア）の磁気ブラシ層Ｃからなるスリーブ回転タイプのものである。
【００６５】磁気ブラシ層Ｃを構成する磁性粒子としては、平均粒径１０～１００μｍ、飽和磁化２０～２５０ｅｍｕ／ｃｍ³（２．０×１０⁸～２．５×１０⁹Ａ／ｍ²）、抵抗１×１０²～１×１０¹⁰Ω・ｃｍのものが好ましく、感光体１ａ～１ｄにピンホールのような絶縁欠陥が存在することを考慮すると、抵抗が１×１０⁶Ω・ｃｍ以上のものを用いることが好ましい。
【００６６】なお、磁性粒子の抵抗値は、底面積が２２８ｃｍ²の金属セルに磁性粒子を２ｇ入れた後、６．６ｋｇ／ｃｍ²で加重し、１００Ｖの電圧を印加して測定した。
【００６７】また、帯電性能をよくするには、できるだけ抵抗の小さいものを用いるほうが良いので、本実施の形態では平均粒径２５μｍ、飽和磁化２００ｅｍｕ／ｃｍ³（２×１０⁹Ａ／ｍ²）、抵抗５×１０⁶Ω・ｃｍのものを用い、これをスリーブ３Ｂの外周面に４０ｇ磁気付着させて磁気ブラシ３を形成した。磁性粒子の構成としては、樹脂中に磁性材料としてマグネットを分散し導電化、及び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、或いはフェライト等のマグネタイト単体表面を樹脂でコーティングし、抵抗調整を行ったものが用いられている。磁気ブラシ３の磁気ブラシ層Ｃは、感光体１表面に接するようにして配設されており、磁気ブラシ層Ｃと感光体１との間の接触ニップ部（帯電ニップ部）ｎの幅を６ｍｍとした。そして、スリーブ３Ｂに電源Ｓ１より所定の帯電バイアス電圧を印加し、同スリーブ３Ｂを感光体１との接触ニップ部ｎにおいて、感光体１の回転方向ａとはカウンター方向（逆方向）となる矢印Ｂ方向に、例えば感光体１の回転速度１００ｍｍ／ｓｅｃに対して周速度１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動させることで、感光体１表面が帯電バイアスの印加された磁気ブラシ層Ｃで摺擦され、感光体１の感光体層１Ｂの表面が所望の電位に注入帯電方式で一様に一次帯電処理される。この際、スリーブ３Ｂの回転速度を速くすることで、感光体１上の転写残トナーと磁気ブラシ３との接触機会が増えるので、磁気ブラシ３への回収性も向上する。
【００６８】図３は、本実施の形態の２成分接触現像装置（２成分磁気ブラシ現像装置）である現像装置４を示す概略構成図である。
【００６９】同図３において、１１は矢印Ｂ方向に回転駆動される現像スリーブ、１２は現像スリーブ内に固定配置されたマグネットローラ、１３、１４は撹拌スクリュー、１５は現像剤Ｔを現像スリーブ１１の表面に薄層形成するために配置された規制ブレード、１６は現像容器である。現像スリーブ１１は、少なくとも現像時においては、感光体１に対し最近接領域が約５００μｍになるように配置され、現像スリーブ１１面に形成された現像剤Ｔの薄層Ｔａが感光体１に対して接触する状態で現像できるように設定されている。本実施の形態において用いた現像剤Ｔであるトナーｔは、粉砕法によって製造された平均粒径６μｍのネガ帯電トナーに対して平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比１％外添したものを用い、キャリアｃとしては飽和磁化が２０５ｅｍｕ／ｃｍ³（２．０５×１０⁹Ａ／ｍ²）の平均粒径３５μｍの磁性キャリアを用いた。また、トナーｔとキャリアＣとを重量比６：９４で混合したものを現像剤Ｔとして２００ｇ用いた。現像剤Ｔのトナー濃度６％で画像が形成されると、トナーだけが消費され減少するが、トナー濃度検知手段１８によって、常にトナー濃度が検知されており、不足が生じるとトナー補給装置１７より不足分に対応した量のトナーが補給され、常に６％のトナー濃度が維持されるようになっている。トナー濃度（トナー比率）検知手段１８には透磁率センサーが用いられている。予め、２成分現像剤のトナー濃度（トナー比率）と透磁率の関係は測定によって予め求められており、同測定の結果に基づく両者間の関係式によりトナー濃度を知ることができるようになっている。
【００７０】ここで、感光体１表面の静電潜像を、現像装置４を用いて２成分磁気ブラシ法により顕像化する現像工程と現像剤Ｔの循環系とについて説明する。
【００７１】まず、現像スリーブ１１の回転に伴いＮ２極で汲み上げられた現像剤Ｔは、Ｓ２極を搬送される過程において、現像スリーブ１１に対して垂直に配置された規制ブレード１５によって規制され、現像スリーブ１１上に現像剤Ｔの薄層Ｔａが形成される。薄層Ｔａが形成された現像剤ＴがＮ１極に搬送されてくると、磁気力によって穂立ちが形成される。この穂状に形成された現像剤Ｔによって前記静電潜像を現像し、その後、Ｎ３極、Ｎ２極の反発磁界によって現像スリーブ１１上の現像剤Ｔは、現像容器１６内に戻される。現像スリーブ１１には電源Ｓ２から直流（ＤＣ）電圧及び交流（ＡＣ）電圧が印加される。
【００７２】本実施の形態では、－５００Ｖの直流電圧と周波数２０００Ｈｚで１５００Ｖの交流電圧が印加される。一般に２成分現像法においては、交流電圧を印加すると現像効率が増し、画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなるという不具合が生じる。
【００７３】このため、通常は現像装置４に印加する直流電圧と感光体１の表面電位との間に電位差を設けることによって、かぶりを防止することを実現している。
【００７４】本実施の形態の転写装置はベルト転写装置であり、無端状の転写ベルト７１を駆動ローラ７２及び従動ローラ７３間に懸架し、矢印Ｆ方向に感光体１ａ～１ｄの回転周速度と同じ周速度で回転駆動させる。転写ベルト７１の上行側ベルト部分を感光体１ａ～１ｄ表面に接触させる。記録材Ｐは、転写ベルト７１の上行側ベルト部分の上面に載って搬送される。転写帯電ブレード７４ａ～７４ｄに転写バイアス印加電源Ｓ３から所定の転写バイアスが給電されることで、記録材Ｐの裏面からトナーｔと逆極性の帯電がなされて感光体１ａ～１ｄ表面のトナー画像が順次記録材Ｐの上面に転写されていく。
【００７５】本実施の形態においては、転写ベルト７１として膜圧７５μｍのポリイミド樹脂からなるものを用いた。
【００７６】なお、転写ベルト７１の材質としてはポリイミド樹脂に限定されるものではなく、これ以外にも、例えばポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂などのプラスチックや、フッ素系、シリコン系のゴムを好適に用いることができる。
【００７７】また、厚みについても７５μｍに限定されるわけではなく、２５～２０００μｍ、好ましくは５０～１５０μｍのものを用いてもよい。
【００７８】さらに、転写帯電ブレード７４としては、抵抗が１×１０⁵～１×１０⁷Ωで、板厚２ｍｍ、長さ３０６ｍｍのものを用いた。
【００７９】本実施の形態では、転写帯電ブレード７４ａ～７４ｄに１０μＡのバイアスを定電流制御により印加して転写を行った。
【００８０】このようにして、感光体１ａ～１ｄ表面に形成されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのそれぞれのトナー画像は、転写帯電ブレード７４ａ～７４ｄによつて記録材Ｐ上に多重転写される。また、転写ベルト７１は、定着装置６への記録材Ｐの搬送手段を兼ねさせてあり、記録材Ｐは感光体１ｄ表面から分離されて転写ベルト７１で定着装置６へ搬送される。
【００８１】本実施の形態に係る画像形成装置では、第１画像形成部～第４画像形成部それぞれの画像比率Ｈ１～Ｈ４に応じて以下の動作を行うことを特徴としている（実際には第４画像形成部は関与しない）。なお、前述のように本実施の形態では、１ドット当たりの１ビットの濃度階調しか表現できないために、Ｈ１～Ｈ４の値はドット数で累積されている。
【００８２】即ち、前述したように現像装置４内の現像剤Ｔは常にそのトナー濃度が一定になるように制御されている。トナー濃度検知手段である透磁率センサー１８はコイル形状をしており、現像容器１６の外側から現像剤Ｔを見込んでいる。現像剤ＴはトナーｔとキャリアＣとの混合物であるが、このうちキャリア成分はフェライトなどの磁性体であり、トナー成分は非磁性体で構成されている。然るに現像剤Ｔのトナー濃度が変化すれば現像剤Ｔの透磁率が変化し、コイルの自己インダクタンスが変化する。
【００８３】このトナー濃度と自己インダクタンスの関係は既に求められており、図５のようになっている。
【００８４】同図５において、自己インダクタンスは、実機で使用された検知回路により測定された電圧として表されている。初期のトナー濃度が６％で与えられているため、トナー濃度検知手段である透磁率センサーの出力は２．５９ボルトを維持するように制御される。
【００８５】即ち、画像形成が成されるとトナーが使用されるためにトナー濃度は低下し、透磁率センサー出力は図５に従って増加する。例えば透磁率センサーの出力が２．８８ボルトまで上昇した場合、トナー濃度は５．５％にまで低下していると判断できる。このとき不足したトナーはトナー補給装置１７により現像容器１６内に補給され、透磁率センサーの出力が６．０％相当２．５９ボルトになるまで補給動作が行われ続ける。この場合は、０．５％、すなわち現像剤総量２００ｇに対して１．０ｇのトナーが補給されることとなる。トナー濃度検知センサー出力の初期値（本実施の形態の場合２．５９ボルト）はターゲット値と称する。
【００８６】本実施の形態においてはさらに画像形成装置は第１～第３画像形成部の画像比率（Ｈ１～Ｈ３）を常に積算しており、それらの値から、Ｄｍ＝Ｈ１－Ｈ２Ｄｃ＝Ｈ２－Ｈ３を計算する。
【００８７】そして、Ｄｍ、ＤｃがそれぞれＤs＝１６８９６０００（＝７０４０×２４００、７０４０ドットは画像最大幅分、また、２４００ドットは約１０ｃｍの長さに相当する。即ちＡ４サイズの記録紙の場合約５０％の画像比率である）を越えたときに、混色による色味変動が発生する可能性が高いと判断し、トナー濃度制御のターゲット値を変更する。
【００８８】図６は、隣り合う（連続する）画像形成部、例えば、第１画像形成部と第２画像形成部との画像比率差を横軸に、そのときの第２画像形成部のトナー濃度制御ターゲット値を縦軸にとっている。同様に第２形成部と第３画像形成部の画像比率差と第３画像形成部のトナー濃度ターゲット値の図としても使用される。
【００８９】このグラフに従って、画像比率差Ｄｍ、ＤｃがそれぞれＤsを越えた値を示したときには、（１）トナー濃度ターゲット値は７．５％相当の１．７２ボルトに設定される。また、この場合急激に濃度制御状態が変化するために、画像比率差Ｄｍ、Ｄｃが正の値を示すときには、（２）６．０％相当から７．５％相当まで線形にターゲット値をあげるような制御も可能である。
【００９０】なお、ターゲット値の上限は、トナー濃度が増加しすぎて過補給になることを懸念し、限界値８．５％よりもやや低く設定されている。
【００９１】通常は様々な画像が形成されるために、各色の画像比率は平均的には等しくなるはずであるが、ごく稀には画像比率差が生じ、前述した色味変動を引き起こす可能性がある。例えば、異種トナーの混入比率が５％を越える値になろうとしても、このとき、現像剤内のトナー濃度が６．０％であったとすると、異種トナー量は０．３％となり、そのままでは色味変動が大きく問題となる可能性がある。
【００９２】しかしながら、本実施の形態の制御ロジックに従えば、異種トナーの混入比率が５％に達する前に、トナー濃度が７・５％のターゲット値に合わせこまれ、１．５％（７．５－６．０）の同種トナーが予め供給されてくることとなるため、最悪の場合でも、４％（＝０．３％／７．５％）に抑えられることとなる。また、画像比率差が生じてから異種トナーの混入が発生するまでには、磁気ブラシ３による取り込み、吐き出しを介しているため、遅れ時間が生じるが、トナー濃度制御は直ちに行われるため、混色比率はより低い値で抑えられる。
【００９３】このようにトナー濃度制御のターゲット値を変更することで、稀に画像比率差が生じたとしても異種トナー混入による色味変動を最小限に抑えこみ、良好な画像形成を行うことができる。
【００９４】なお、イエロートナー像を形成する第１画像形成部については、最上流であるため混色の懸念は皆無である。このため、以上のようなトナー濃度ターゲット値変更は行わない。
【００９５】また同様に、ブラックトナー像を形成する第４画像形成部については、最下流であるが、ブラックトナーにイエロー、マゼンタ、シアンなどの色トナーが混入しても、色味変動には非常に純感であり、また平均的にもブラックの画像比率が大きいために、トナー濃度ターゲット値の変更は行わない。また、本実施の形態では、１ドット当たりの階調数が１ビット（２値）であったため、画像比率はドット数でカウントされたが、１ドットあたりが多階調のプリンタなどでは、階調とトナー消費量とのルックアップテーブルや関数変換からトナー消費量を見積もることも可能である。
【００９６】また、トナー濃度を検知する手法として、本実施の形態では透磁率センサーを用いたが、現像剤Ｔに反射する反射光の光量測定によりトナー濃度検知を行う光学的トナー濃度検知や、実際に感光体１や転写ベルト７１、あるいは中間転写体などにパッチ画像を形成してトナーー濃度検知を行うパッチ検知などでも、色味変動量はトナー濃度変動量に比較して微小であるため有効に使用することができる。
【００９７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、クリーナレスカラー画像形成装置において、各色の画像比率が極端に違った場合であっても、画像比率が低い下流側の画像形成部でトナー濃度制御のターゲット値を変更することで、混入比率を低下させて、色味変動の少ない、良好な画像形成を縦続的に行うことができるようになる。

【出願人】	【識別番号】０００００１００７【氏名又は名称】キヤノン株式会社
【出願日】	平成１２年３月１４日（２０００．３．１４）
【代理人】	【識別番号】１０００８５００６【弁理士】【氏名又は名称】世良和信（外１名）
【公開番号】	特開２００１－２６５０８７（Ｐ２００１－２６５０８７Ａ）
【公開日】	平成１３年９月２８日（２００１．９．２８）
【出願番号】	特願２０００－７６３８４（Ｐ２０００－７６３８４）