JP5106188B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの複合機等の画像形成装置、及びこれに設けたプロセスユニットに関する。

複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成プロセスを利用した画像形成装置は、感光体ドラム等の像担持体と、像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、その像担持体の帯電面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、像担持体上の静電潜像に対してトナーを供給してトナー画像を形成する現像手段等から成る作像部を備える。

図７に示すように、前記現像手段２００は、像担持体１００に対向した現像ローラ２００ａを有し、この現像ローラ２００ａから像担持体１００へトナーＴを供給する。詳しくは、現像ローラ２００ａの回転に伴って、現像ローラ２００ａの表面に付着したトナーＴが、トナーの層厚を規制する規制部材３００を通過する際、ストレスがかけられ帯電する。そして、帯電したトナーＴは、像担持体１００上の静電潜像が形成された部分に静電的に転移される。また、現像ローラ２００ａから像担持体１００へ転移されなかったトナーＴは、現像ローラ２００ａ上に残る。

画像面積の少ない画像形成を行った場合は、現像ローラ２００ａから像担持体１００へ転移するトナーＴの量が少ないために、現像ローラ２００ａ上にトナーが多く残る。このような画像面積の少ない画像形成を複数回連続して行うと、現像ローラ２００ａ上に残ったトナーＴが、規制部材３００を何度も通過して過剰にストレスがかけられる。

図８に示すように、一般にトナーの表面には添加剤が付着しているが、トナーにストレスが過剰にかかることにより、添加剤が埋没したり遊離したりする。

図９の（ａ）は、表面に添加剤が付着した正常なトナーが像担持体に転移された状態を示している。図９の（ａ）に示すように、正常なトナーの場合は、そのトナーの表面と像担持体の表面との間に添加剤が介在するため、トナーと像担持体との非静電的な付着力は小さくなる。これにより、その後の像担持体から記録材等へのトナーの転写を良好に行うことができる。

これに対し、図９の（ｂ）は、添加剤が埋没・遊離したトナーが像担持体に転移された状態を示す。図９の（ｂ）に示すように、添加剤が埋没・遊離したトナーの場合は、トナーと像担持体が直接接触するため、トナーと像担持体の非静電的な付着力が大きくなる。そのため、像担持体から記録材等へのトナーの転写性が悪くなり、ライン中抜けやボソツキ等の異常画像が発生する。

また、近年、トナー画像の記録材への定着を低温で行うために、トナーの素材としてガラス転移温度が低い物質が採用されている。しかし、ガラス転移温度が低い物質はその表面が柔らかいものが多く、添加剤が埋没しやすい。

そのため、下記特許文献１に挙げる画像形成装置は、現像ローラに残留するトナーを像担持体に転移させることにより、現像ローラの表面をリフレッシュするようにしている。これにより、過剰にストレスがかかったトナーが現像ローラ上に滞留するのを防ぐことができる。

下記特許文献２には、異なる色の画像を形成する複数の作像部を備えた、いわゆるタンデム方式の画像形成装置に、上記現像ローラ上のトナーのリフレッシュ動作を行う構成を適用した例が挙げられている。特許文献２の画像形成装置は、記録材にトナー画像を形成するために行う通常の作像動作（以下、通常作像動作という）の間に、リフレッシュ動作を行うように構成されている。
特許第３６０４０００号公報 特開２００６−１７１５２１号公報

上記特許文献２の画像形成装置において、通常画像形成動作を一回で終えた場合、図１０のタイミングチャートに示すように、各作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋにおけるリフレッシュ動作Ｃ１〜Ｃ４は、それぞれの通常画像形成動作Ａ１〜Ａ４の後に行われる。このように、通常作像動作Ａ１〜Ａ４の後に、リフレッシュ動作Ｃ１〜Ｃ４を行うと、リフレッシュ動作を行わない場合に比べて装置の動作時間が長くなるため、画像形成装置の構成部材の消耗が早くなったり、消費電力が増大したりする等の問題がある。また、図１１に示すように、通常作像動作Ａ１〜Ａ４の前に、リフレッシュ動作Ｄ１〜Ｄ４を行うと、同様に装置の動作時間が長くなると共に、最初の印刷に要する時間も長くなる。

本発明は、斯かる事情に鑑み、現像手段内のトナーのリフレッシュ動作を確実に行うと共に、動作時間を短縮することが可能な画像形成装置を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、少なくとも像担持体と現像手段を有する作像部を複数備え、各作像部で順次形成したトナー画像を記録材に形成する画像形成装置であって、各作像部が記録材にトナー画像を形成するために行う通常作像動作の前又は後に、前記現像手段から前記像担持体にトナーを供給して現像手段内のトナーをリフレッシュするリフレッシュ動作を行うように構成した画像形成装置において、各作像部の中で、少なくとも最初に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作を、当該作像部の通常作像動作の後に行うようにし、少なくとも最後に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、当該作像部の通常作像動作の前に行うようにしたものである。

各作像部は、記録材に形成するトナー画像を順次形成する。このため、最初に通常作像動作を行う作像部は、自らの通常作像動作が終了してから最後の作像部の通常作像動作が終了するまでに時間的余裕がある。一方、最後に通常作像動作を行う作像部は、最初の作像部が通常作像動作を開始してから自らの通常作像動作を開始するまでに時間的余裕がある。そこで、上記のように、少なくとも最初及び最後に通常作像動作を行う各作像部のリフレッシュ動作を、それぞれの作像部の時間的に余裕があるタイミングで行うことによって、画像形成装置の動作時間を短縮することが可能である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、少なくとも、最初に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作、及び最後に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、最初に前記通常作像動作を行う作像部の当該通常作像動作の開始時から、最後に通常作像動作を行う作像部の当該通常作像動作の終了時までの通常作像時間内に行うように構成したものである。

これにより、画像形成装置の動作時間を短縮することが可能である。

請求項３の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、各作像部の前記リフレッシュ動作を、最初に前記通常作像動作を行う作像部の当該通常作像動作の開始時から、最後に通常作像動作を行う作像部の当該通常作像動作の終了時までの通常作像時間内に行うように構成したものである。

これにより、通常作像動作に要する時間内で、リフレッシュ動作を行うことができる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記作像部を４つ備えた画像形成装置において、前記４つの作像部の中で、１番目と２番目に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作を、それぞれの作像部の通常作像動作の後に行うようにし、３番目と４番目に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、それぞれの作像部の通常作像動作の前に行うようにしたものである。

１番目と２番目に通常作像動作を行う各作像部は、自らの通常作像動作が終了してから４番目（最後）の作像部の通常作像動作が終了するまでに時間的余裕がある。一方、３番目と４番目に通常作像動作を行う各作像部は、１番目（最初）の作像部が通常作像動作を開始してから自らの通常作像動作を開始するまでに時間的余裕がある。そこで、上記のように、各作像部のリフレッシュ動作を、それぞれの作像部の時間的に余裕があるタイミングで行うことによって、画像形成装置の動作時間を短縮することが可能である。

請求項５の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記作像部を４つ備えた画像形成装置において、前記４つの作像部の中で、１番目から３番目に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作を、それぞれの作像部の通常作像動作の後に行うようにし、４番目に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、その作像部の通常作像動作の前に行うようにしたものである。

４番目に通常作像動作を行う各作像部は、１番目（最初）の作像部が通常作像動作を開始してから自らの通常作像動作を開始するまでに時間的余裕がある。そこで、上記のように、４番目に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、その作像部の時間的に余裕があるタイミングで行うことによって、画像形成装置の動作時間を短縮することが可能である。

請求項６の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記作像部を４つ備えた画像形成装置において、前記４つの作像部の中で、１番目に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作を、その作像部の通常作像動作の後に行うようにし、２番目から４番目に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、それぞれの作像部の通常作像動作の前に行うようにしたものである。

１番目に通常作像動作を行う各作像部は、自らの通常作像動作が終了してから４番目（最後）の作像部の通常作像動作が終了するまでに時間的余裕がある。そこで、上記のように、１番目に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、その作像部の時間的に余裕があるタイミングで行うことによって、画像形成装置の動作時間を短縮することが可能である。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、トナーとキャリアから成る２成分現像剤を使用する画像形成装置であって、前記リフレッシュ動作において前記現像手段から前記像担持体へ供給したトナーと略同量のトナーを、前記現像手段へ補給するように構成したものである。

これにより、現像剤内のトナーとキャリアの割合をほぼ一定に維持することができ、画像濃度が変動するのを防止することができる。

請求項８の発明は、請求項７に記載の画像形成装置において、前記現像手段へのトナーの補給を、前記通常作像動作の後に行うように構成したものである。

現像手段へのトナーの補給を通常作像動作の前に行うと、補給したトナーが十分に帯電されないまま通常作像動作が行われるため、画像濃度が変動する虞がある。そのため、上記のように、トナーの補給を通常作像動作の後に行うことによって、画像濃度が変動するのを回避することができる。

請求項９の発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置において、各作像部が行った前記通常作像動作の時間を記憶する作像時間記憶手段と、前記通常作像動作における現像手段から像担持体へのトナー供給量を記憶するトナー供給量記憶手段と、前記作像時間記憶手段とトナー供給量記憶手段によって得た情報に基づいて、所定時間の通常作像動作におけるトナー供給量を認識すると共に、当該トナー供給量が所定の閾値より少ない場合に前記作像部に前記リフレッシュ動作を行うように指示する制御手段を備えたものである。

リフレッシュ動作は、通常作像動作において現像手段から像担持体へのトナー供給量が少ないときに行うのが効果的である。上記作像時間記憶手段と、トナー供給量記憶手段と、制御手段を備えたことにより、通常作像動作おけるトナー供給量が所定の閾値より少ない場合を認識することができるので、リフレッシュ動作を適切な時期に行うことが可能である。また、これにより、トナーの消費を低減することができる。

請求項１０の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記トナーの平均円形度が０．９０〜０．９９の範囲にある。

これにより、適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成することができる。

請求項１１の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記トナーの形状係数ＳＦ−１が１２０〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１２０〜１９０の範囲にある。

これにより、トナーの転写率が高くなり、高品質な画像を得ることができる。

請求項１２の発明は、請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記トナーの体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．０５〜１．３０の範囲にある。

これにより、高解像で高画質の画像を得ることができる。

本発明の画像形成装置によれば、現像手段のリフレッシュ動作を確実に行うと共に、動作時間を従来に比べて短縮することが可能である。これにより、画像形成装置の構成部材の長寿命化及び消費電力の低減等を図ることができる。

図１は、本発明に係る画像形成装置の実施の一形態を示す概略構成図である。図１に示す本発明の画像形成装置は、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの異なる色の現像剤によって画像を形成するための４つの作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋを有する。

各作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋは、互いに異なる色のトナーを収容している以外は同様の構成となっている。そこで、１つの作像部１Ｙを例にその構成を説明する。

作像部１Ｙは、静電潜像を担持する感光体ドラム等の像担持体２と、像担持体２の表面を帯電させる帯電手段３と、像担持体２の表面の静電潜像に対してトナーを供給してトナー画像を形成する現像手段４と、像担持体２の表面に付着した残留トナーを除去するクリーニング手段５と、像担持体２の残留電荷の除去を行う除電ランプ等の除電手段６を備えている。クリーニング手段５としては、クリーニングブレード、クリーニングローラ又はクリーニングブラシ等を適用することが可能である。あるいは、これらを併用してもよい。作像部１Ｙの前記各構成要素はケーシングに一体的に保持されており、画像形成装置に対して着脱可能なプロセスユニットとして構成されている。

各作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの上方には、像担持体２の表面に静電潜像を形成する露光装置７が配設されている。また、各作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの下方には、中間転写ユニット８が配設されている。中間転写ユニット８は、駆動ローラ及び従動ローラから成る複数のローラ９，１０，１１と、当該複数のローラ９，１０，１１に掛け渡された無端ベルト状の中間転写ベルト１２を有する。

４つの作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋのそれぞれの像担持体２に対向して、転写手段としての４つの一次転写ローラ１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｂｋが配設されている。４つの一次転写ローラ１３Ｙ，１３Ｃ，１３Ｍ，１３Ｂｋと各像担持体２とによって、中間転写ベルト１２を挟み込んで一次転写ニップを形成している。

中間転写ユニット８の図の下部のローラ１０に対向して、二次転写ローラ１４が配設されている。この二次転写ローラ１４とローラ１０によって中間転写ベルト１２を挟み込んで二次転写ニップを形成している。

画像形成装置の下部には、給紙部１５が配設されている。給紙部１５は、記録材としての記録紙Ｐを複数枚重ねて収容可能な給紙カセットと、給紙カセットから記録紙Ｐを搬出する給紙ローラとを有する（図示省略）。

給紙部１５と中間転写ユニット８の間に、一対のレジストローラ１６ａ、１６ｂと、駆動ローラ及び従動ローラに張架された搬送ベルトから成る転写紙搬送ユニット１７と、定着装置１８が配設されている。

定着装置１８は、例えば、定着ローラ１８ａと補助ローラ１８ｂに張架された定着ベルト１８ｃと、加圧ローラ１８ｄによって構成され、定着ローラ１８ａと補助ローラ１８ｂの少なくとも一方にヒータ等の加熱源を有する。

また、図の符号１９は、画像形成装置本体の外部へ排出した記録紙Ｐをストックするための排紙トレイである。

以下、図１を参照して上記画像形成装置の基本的動作について説明する。
まず、作像動作について１つの作像部１Ｙを例にして説明する。帯電手段３によって像担持体２の表面を均一な高電位に帯電させる。画像データに基づいて露光装置７から像担持体２の表面にレーザビームが照射され、照射された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。この像担持体２の表面の静電潜像が形成された部分に、現像手段４によって帯電させたトナーを静電的に転移させ、イエローのトナー画像を形成（可視画像化）する。

一次転写ローラ１３Ｙに、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、一次転写ローラ１３Ｙと像担持体２との間の一次転写ニップにおいて電界（転写電界）を形成する。そして、一次転写ニップにおいて、回転する像担持体２上のトナー画像を、図の矢印方向に走行する中間転写ベルト１２に転写する。

その他の各作像部１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋにおいても、同様にして像担持体２上にトナー画像を形成し、４色のトナー画像を互いに重なり合うように中間転写ベルト１２に転写する。

また、各クリーニング手段５は、一次転写行程を経た後の像担持体２の表面に付着している残留トナーを除去する。その後、除電手段６によって、像担持体２の残留電荷の除電を行う。

一方、給紙部１５の図示しない給紙ローラを回転させて、給紙カセットから記録紙Ｐを送り出す。給紙カセットから送り出された記録紙Ｐは、レジストローラ１６ａ，１６ｂによって一旦停止される。

上記作像動作によって、中間転写ベルト１２に各色のトナー画像を重ね合わせた合成トナー画像を形成した後、レジストローラ１６ａ，１６ｂの駆動を再開し、中間転写ベルト１２上の合成トナー画像とタイミング（同期）をとって記録紙Ｐを二次転写ローラ１４とローラ１０との間の二次転写ニップへ送る。そして、二次転写ニップに送られてきた記録紙Ｐに中間転写ベルト１２上の合成トナー画像を転写する。

合成トナー画像を転写した記録紙Ｐは、定着装置１８へと搬送される。定着装置１８に送り込まれた記録紙Ｐは、定着ローラ１８ａと加圧ローラ１８ｄ間に挟まれて加熱・加圧され、合成トナー画像が記録紙Ｐ上に定着される。その後、記録紙Ｐは排紙トレイ１９に排出されストックされる。

次に、本発明の特徴部分について説明する。
本発明の画像形成装置は、記録材にトナー画像を形成するために行う通常の作像動作（以下、通常作像動作という）とは別に、現像手段内のトナーのリフレッシュ動作を行えるように構成されている。具体的には、現像手段の現像ローラから像担持体へトナーを供給して（転移させて）、現像ローラ上のトナーをリフレッシュする。これにより、過剰にストレスがかかったトナーが現像ローラ上に滞留するのを防止している。なお、リフレッシュ動作において、像担持体に転移されたトナーは、像担持体のクリーニング手段や、中間転写ベルトに設けたクリーニング手段等によって回収される。

図２は、各作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋにおける前記通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートを示す。図２に示すように、通常作像動作Ａ１〜Ａ４は、Ａ１〜Ａ４へと順次タイミングを遅らせて行われている。

これら４つの作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋの中で、１番目に通常作像動作Ａ１を行う作像部１Ｙと、２番目に通常作像動作Ａ２を行う作像部１Ｃは、それぞれの通常作像動作Ａ１とＡ２の後に、リフレッシュ動作Ｂ１とＢ２を行う。一方、３番目に通常作像動作Ａ３を行う作像部１Ｍと、４番目に通常作像動作Ａ４を行う作像部１Ｂｋは、それぞれの通常作像動作Ａ３とＡ４の前に、リフレッシュ動作Ｂ３とＢ４を行うようにしている。

また、１番目に行われる通常作像動作Ａ１の開始時から、４番目に行われる通常作像動作Ａ４の終了時までの時間を、図２において通常作像時間Ｘとすると、各リフレッシュ動作Ｂ１〜Ｂ４は、前記通常作像時間Ｘ内で行われている。

本発明の画像形成装置は、各作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋが行った通常作像動作の時間を記憶する作像時間記憶手段と、通常作像動作における現像手段（現像ローラ）から像担持体へのトナー供給量を記憶するトナー供給量記憶手段を備えている（図示省略）。さらに、画像形成装置は、前記作像時間記憶手段とトナー供給量記憶手段によって得た情報に基づいて、所定時間の通常画像形成動作におけるトナー供給量を認識すると共に、当該トナー供給量が所定の閾値より少ない場合に作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋにリフレッシュ動作を行うように指示する制御手段を備える（図示省略）。

具体的には、制御手段は２ページ分の作像時間におけるトナー供給量を認識する。そして、１ページ当たりの画像面積率が、例えば３％以下の場合にリフレッシュ動作を行う。ここで、「画像面積率」とは、記録材の片面の面積に対する、トナー付着面の面積を、百分率で表したものである。なお、リフレッシュ動作を行う判断基準としての閾値は、画像面積率が３％の場合に限定されることはなく、適宜設定可能である。

また、特に１ページ当たりの画像面積率が２％以下の場合に、リフレッシュ動作における現像手段（現像ローラ）から像担持体へのトナー供給量を多くするようにしている。ただし、このトナー供給量を多くする判断基準としての閾値は、画像面積率が２％の場合に限定されない。

リフレッシュ動作においてトナー供給量を多くする方法としては、露光面積を調整する方法、現像バイアスを調整する方法、あるいは地肌ポテンシャルを調整する方法等がある。露光面積を調整する方法は、露光装置によって像担持体上に形成する静電潜像の面積（露光面積）を多くすることによって、像担持体へのトナーの付着量を多くする方法である。また、現像バイアスを調整する方法は、現像手段に印加するバイアスを高くすることによって、現像手段から像担持体へのトナーの転移量を多くする方法である。また、地肌ポテンシャルを調整する方法は、像担持体と現像手段との間の電位差を小さくする、又は現像電位と帯電電位を逆転させることによって、現像手段から像担持体へのトナーの付着量を多くする方法である。

上記本発明の画像形成装置によれば、従来の画像形成装置に比べて、通常作像動作及びリフレッシュ動作を行うための一連の動作時間を短縮することが可能である。以下、この理由について説明する。

図３は、本発明の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートと、従来の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートを対比して示した図である。図３に示す従来のリフレッシュ動作は、各通常作像動作の後に行っている。つまり、従来のリフレッシュ動作は、図３のＢ１，Ｂ２及びＣ３，Ｃ４のタイミングで行われる。この場合、リフレッシュ動作Ｃ３及びＣ４は、最初の通常作像動作Ａ１の開始から、最後の通常作像動作Ａ４の終了までの通常作像時間Ｘからはみ出して行われるため、通常作像動作及びリフレッシュ動作を行うための一連の動作時間Ｙは長くなる。

これに対し、本発明の画像形成装置は、１番目と２番目に通常作像動作Ａ１，Ａ２を行う作像部１Ｙ，１Ｃでは、それぞれの通常作像動作Ａ１，Ａ２の後にリフレッシュ動作Ｂ１，Ｂ２を行うようにし、３番目と４番目に通常作像動作Ａ３，Ａ４を行う作像部１Ｍ，１Ｂｋでは、それぞれの通常作像動作Ａ３，Ａ４の前にリフレッシュ動作Ｂ３，Ｂ４を行うようにしている。１番目と２番目に通常作像動作Ａ１，Ａ２を行う各作像部１Ｙ，１Ｃは、自らの通常作像動作Ａ１，Ａ２が終了してから４番目（最後）の作像部１Ｂｋの通常作像動作Ａ４が終了するまでに時間的余裕がある。一方、３番目と４番目に通常作像動作Ａ３，Ａ４を行う各作像部１Ｍ，１Ｂｋは、１番目（最初）の作像部１Ｙが通常作像動作Ａ１を開始してから自らの通常作像動作Ａ３，Ａ４を開始するまでに時間的余裕がある。各作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋのリフレッシュ動作Ｂ１〜Ｂ４を、それぞれの時間的に余裕があるタイミングで行うことによって、リフレッシュ動作Ｂ１〜Ｂ４を上記通常作像時間Ｘ内に行うようにしている。このため、本発明の通常作像動作及びリフレッシュ動作を行うための一連の動作時間Ｚを、従来の一連の動作時間Ｙに比べて短くすることができる。このように、本発明は画像形成装置の動作時間を短縮することができるので、装置の構成部材の長寿命化や、消費電力の低減等を図ることが可能である。

また、図示省略するが、本発明は、上記図１１に示す各通常作像動作の前にリフレッシュ動作を行う従来の画像形成装置と比べても、通常作像動作及びリフレッシュ動作を行うための一連の動作時間を短くすることが可能である。従って、この実施例に係る本発明によれば、リフレッシュ動作を行っても、図１１に示す従来の画像形成装置のように最初の印刷に要する時間が長くなることがない。

図４は、本発明の他の実施例における通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートと、従来の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートを対比して示した図である。この場合、従来のリフレッシュ動作は、各通常作像動作の後に行っている。つまり、従来のリフレッシュ動作は、図４のＢ１，Ｂ２，Ｂ３及びＣ４のタイミングで行われる。これに対し、本発明は、１番目〜３番目に通常作像動作Ａ１〜Ａ３を行う作像部１Ｙ，１Ｃ，１Ｍでは、それぞれの通常作像動作Ａ１〜Ａ３の後にリフレッシュ動作Ｂ１〜Ｂ３を行うようにし、４番目に通常作像動作Ａ４を行う作像部１Ｂｋのみにおいて、その通常作像動作Ａ４の前にリフレッシュ動作Ｂ４を行うようにしている。このように、４番目の作像部１Ｂｋのリフレッシュ動作Ｂ４を、時間的に余裕があるタイミングの通常作像動作Ａ４の前に行うことによって、その一連の動作時間Ｚを、従来の一連の動作時間Ｙより短くすることができる。

また、図５は、本発明のさらに別の実施例における通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートと、従来の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートを対比して示した図である。この場合、従来のリフレッシュ動作は、各通常作像動作の前に行っている。つまり、従来のリフレッシュ動作は、図５のＤ１及びＢ２〜Ｂ４のタイミングで行われる。これに対し、本発明は、１番目に通常作像動作Ａ１を行う作像部１Ｙでは、その通常作像動作Ａ１の後にリフレッシュ動作Ｂ１を行うようにし、２番目〜４番目に通常作像動作Ａ２〜Ａ４を行う作像部１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋでは、それぞれの通常作像動作Ａ２〜Ａ４の前にリフレッシュ動作Ｂ２〜Ｂ４を行うようにしている。このように、１番目の作像部１Ｙのリフレッシュ動作Ｂ１を、時間的に余裕があるタイミングの通常作像動作Ａ１の後に行うことによって、その一連の動作時間Ｚを、従来の一連の動作時間Ｙより短くすることができる。

すなわち、図４及び図５で説明したように、各作像部の中で、少なくとも最初に通常作像動作Ａ１を行う作像部１Ｙのリフレッシュ動作Ｂ１を、当該作像部１Ｙの通常作像動作Ａ１の後に行うようにし、少なくとも最後に通常作像動作Ａ４を行う作像部１Ｂｋのリフレッシュ動作Ｂ４を、当該作像部１Ｂｋの通常作像動作Ａ４の前に行うようにすれば、従来の実施例よりも動作時間を短縮することが可能である。

なお、図４に示す実施例において、３番目に通常作像動作Ａ３を行う作像部１Ｍのリフレッシュ動作Ｂ３は、通常作像時間Ｘ内で行われていない。また、図５に示す実施例において、２番目に通常作像動作Ａ２を行う作像部１Ｃのリフレッシュ動作Ｂ２は、通常作像時間Ｘ内で行われていない。つまり、図４及び図５に示す実施例は、リフレッシュ動作の一部が通常作像時間Ｘからはみ出して行われているが、少なくとも、最初に通常作像動作Ａ１を行う作像部１Ｙのリフレッシュ動作１Ｂ、及び最後に通常作像動作Ａ４を行う作像部１Ｂｋのリフレッシュ動作Ｂ４を、通常作像時間Ｘ内に行うことによって、従来の実施例よりも動作時間を短縮している。

上記リフレッシュ動作は、通常作像動作において現像手段から像担持体へのトナー供給量が少ないときに行うのが効果的である。本発明は、上記のように、作像時間記憶手段と、トナー供給量記憶手段と、制御手段を備えていることにより、通常作像動作おけるトナー供給量が所定の閾値より少ない場合を認識することができるので、リフレッシュ動作を適切な時期に行うことが可能である。また、これにより、トナーの消費を低減することができる。

本発明で使用する現像剤は、キャリアとトナーから成る２成分現像剤、又はキャリアを使用しない１成分現像剤のどちらも適用可能である。２成分現像剤を適用した場合は、リフレッシュ動作において現像手段から像担持体に供給したトナーと略同量のトナーを、現像手段へ補給するように構成するのが好ましい。これにより、現像剤内のトナーとキャリアの割合をほぼ一定に維持することができ、画像濃度の変動等を防止することができる。

また、前記現像手段へのトナーの補給は、通常作像動作の後に行うことが望ましい。現像手段へのトナーの補給を通常作像動作の前に行った場合、補給したトナーが十分に帯電されないまま通常作像動作が行われるため、画像濃度が変動する虞がある。そのため、上記のように、トナーの補給を通常作像動作の後に行うことによって、画像濃度が変動するのを回避することができる。

以下、本発明の画像形成装置に使用されるトナーについて説明する。
本発明におけるトナーは、特定の形状と形状の分布を有することが重要であり、平均円形度が０．０９未満で、球形からあまりに離れた不定形の形状のトナーでは、満足した転写性やチリのない高画質画像が得られない。なお、形状の計測方法としては、粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、ＣＣＤカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法が適当である。この手法で得られる投影面積の等しい相当分の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値である平均円形度が０．９０〜０．９９のトナーが適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成するのに有効であることが判明した。より好ましくは、平均円形度が０．９３〜０．９７で、円形度が０．９４未満の粒子が１０％以下である。

また、平均円形度が０．９９を超えた場合、ブレードクリーニングなどを採用しているシステムでは、像担持体（感光体）上及び中間転写ベルトなどのクリーニング不良が発生し、画像上の汚れを引き起こす。例えば、画像面積率の低い画像を出力する場合、転写残トナーが少なく、クリーニング不良が問題となることはないが、カラー写真画像など画像面積率の高い画像を出力する場合、さらには、給紙不良等で未転写の状態の画像が像担持体上に残ってしまった場合、クリーニング不良が発生しやすい。クリーニング不良を頻発するようになると、像担持体を接触帯電させる帯電ローラ等を汚染してしまい、本来の帯電機能力を発揮できなくなってしまう。

上記平均円形度は、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００（東亜医用電子株式会社製）によって測定できる。具体的な測定方法は、容器中の予め不純物を除去した水１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸を０．１〜０．５ｍｌ加える。さらに、その容器中に測定試料を０．１〜０．５ｇ程度加える。試料を分散した懸濁液を超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、分散液濃度を３０００〜１万個／μｌとして前記装置によりトナーの形状及ぶ分布を測定することによって得られる。

また、本発明に適用するトナーは、形状係数ＳＦ−１が１２０〜１８０、形状係数ＳＦ−２が１２０〜１９０である。図６は、トナーの形状を模式的に表した図であり、図６（ａ）は形状係数ＳＦ−１、図６（ｂ）は形状係数ＳＦ−２を説明するための図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）・・・（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。

また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）・・・（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。

なお、本発明の実施の形態では、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、トナー画像を１００回無造作にサンプリングし、その画像情報は、ニレコ社製画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３）に導入して解析を行い、上記式より算出したものである。

トナーの形状が球形に限りなく近づく（ＳＦ−１、ＳＦ−２共に１００に近づく）と、転写効率が高くなる。これは、形状効果によりトナー粒子と当該トナー粒子と接触するもの（トナー粒子同士、像担持体等）との間では点接触しかしないために、トナー流動性が高まったり、像担持体等に対する吸着力（鏡映力）が弱まったりして、転写電界の影響を受けやすくなるためと考えられる。

一方、トナーの形状が球形に近づくと、メカ的なクリーニング（ブレードクリーニング等）に対して不利に働く。すなわち、上述したようにトナー流動性が高まったり、像担持体等に対する吸着力（鏡映力）が弱まったりすることにより、クリーニング部材と像担持体との僅かな間隙を容易にトナーが通過する。よって、クリーニング性の面からは、トナーの形状としては、ある程度異形化（ＳＦ−１の値が１００より大きくなる方向）していたり、ある程度凹凸（ＳＦ−２の値が１００より大きくなる方向）していたりする方が好ましい。

また、本発明に適用するトナーは、その体積平均粒径Ｄｖは４〜８μｍである。さらに、体積平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比（Ｄｖ／Ｄｎ）は、１．０５〜１．３０の範囲にあり、好ましくは、１．１０〜１．２５の範囲にある。この場合、トナーの粒度分布が狭くなるため、以下のメリットが発生する。

トナー粒径面での選択現像（画像パターンに応じたトナー粒径を持つトナー粒子が選択的に現像される）といった現象が発生しにくいため、常時、安定した画像を形成することができる。

トナーリサイクルシステムが搭載している場合、転写されてにくい小サイズのトナー粒子が量的に多くリサイクルされることになるが、もともとトナーの粒度分布が狭いため、上述した作用を受けにくく、このことからも常時、安定した画像を形成することができる。

２成分現像剤においては、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナー粒子径の変動が少なくなり、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性が得られる。

１成分現像剤として用いた場合においても、トナーの収支が行われても、トナーの粒子径の変動が少なくなると共に、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するためのブレード等の部材へのトナーの融着がなく、現像装置の長期の使用（攪拌）においても、良好で安定した現像性及び画像が得られた。

一般的には、トナーの粒子径は小さいほど、高解像で高画質の画像を得るために有利であるとされているが、転写性やクリーニング性に対しては不利である。また、トナーの体積平均粒径が上記４〜８μｍの範囲よりも小さい場合、２成分現像剤では現像装置における長期の攪拌において、キャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させる。また、体積平均粒径が上記４〜８μｍの範囲よりも小さいトナーを、１成分現像剤として用いた場合は、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するためのブレード銅の部材へのトナーの融着を発生させやすくなる。また、これらの現象は、微粉の含有率が本発明の範囲より多いトナーにおいても同様である。

逆に、トナーの粒子径が本発明の範囲よりも大きい場合は、高解像で高画質の画像を得ることが困難になると共に、現像剤中のトナーの収支が行われた場合に、トナーの粒子径の変動が大きくなる場合が多い。また、体積平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比（Ｄｖ／Ｄｎ）が、１．３０より大きい場合も同様であることが明らかとなった。また、体積平均粒径Ｄｖと個数平均粒径Ｄｎとの比（Ｄｖ／Ｄｎ）が、１．０５より小さい場合は、トナーの挙動の安定化、帯電量の均一化の面から好ましい面もあるが、細線部分を主に小サイズ粒子を用いて現像し、ベタ画像を主に大サイズ粒子を用いて現像するといったトナー粒子径に応じた機能分離が行いにくくなるため好ましくない。

以下、トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。トナー粒子の粒度分布の測定方法には、例えば、コールターカウンター法を採用することができる。この場合、トナー粒子の粒度分布の測定装置として、例えば、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールター社製）等を用いる。

まず、電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤（好ましくは、アルキルベンゼンスルフォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。そして、さらに測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前記測定装置によって、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの体積平均粒径（Ｄｖ）及び個数平均粒径（Ｄｎ）を求めることができる。

チャンネルとしては、２．００〜２．５２μｍ未満；２．５２〜３．１７μｍ未満；３．１７〜４．００μｍ未満；４．００〜５．０４μｍ未満；５．０４〜６．３５μｍ未満；６．３５〜８．００μｍ未満；８．００〜１０．０８μｍ未満；１０．０８〜１２．７０μｍ未満；１２．７０〜１６．００μｍ未満；１６．００〜２０．２０μｍ未満；２０．２０〜２５．４０μｍ未満；２５．４０〜３２．００μｍ未満；３２．００〜４０．３０μｍ未満の１３チャンネルを使用し、粒径２．００μｍ以上乃至４０．３０μｍ未満の粒子を対象とする。

以上、図１に示すように、本発明の構成を、作像部で形成したトナー画像を中間転写ベルトを介して記録紙へ転写（二次転写）する間接転写方式の画像形成装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、作像部で形成した画像を搬送ベルトに吸着して搬送される記録紙に直接転写する直接転写方式の画像形成装置にも適用可能である。

また、画像形成装置が備える作像部の数は、４つに限らない。作像部を２つ又は３つ、あるいは５つ以上備えた画像形成装置にも、本発明の構成を適用することができる。

また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本発明に係る画像形成装置の全体構成図である。 本発明の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートの一例を示す図である。 本発明の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートと、従来の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートを対比して示した図である。 本発明の他の実施例における通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートと、従来の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートを対比して示した図である。 本発明のさらに別の実施例における通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートと、従来の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートを対比して示した図である。 トナーの形状を模式的に表した図であり、（ａ）は形状係数ＳＦ−１の説明図、（ｂ）は形状係数ＳＦ−２の説明図である。 現像手段におけるトナーの帯電のさせ方を説明するための図である。 トナーに付着した添加剤が埋没及び遊離する現象を説明するための図である。 トナーの像担持体への付着状態を示す図であって、（ａ）は正常なトナーの像担持体への付着状態を示し、（ｂ）は添加剤が埋没及び遊離したトナーの像担持体への付着状態を示す図である。 従来の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートの一例を示す図である。 従来の通常作像動作及びリフレッシュ動作のタイミングチャートの他の例を示す図である。

符号の説明

１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂｋ 作像部
２ 像担持体
４ 現像手段
Ａ１〜Ａ４ 通常作像動作
Ｂ１〜Ｂ４ リフレッシュ動作
Ｐ 記録紙
Ｘ 通常作像時間

Claims (12)

1. 少なくとも像担持体と現像手段を有する作像部を複数備え、各作像部で順次形成したトナー画像を記録材に形成する画像形成装置であって、
   各作像部が記録材にトナー画像を形成するために行う通常作像動作の前又は後に、前記現像手段から前記像担持体にトナーを供給して現像手段内のトナーをリフレッシュするリフレッシュ動作を行うように構成した画像形成装置において、
   各作像部の中で、少なくとも最初に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作を、当該作像部の通常作像動作の後に行うようにし、少なくとも最後に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、当該作像部の通常作像動作の前に行うようにしたことを特徴とする画像形成装置。
2. 少なくとも、最初に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作、及び最後に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、最初に前記通常作像動作を行う作像部の当該通常作像動作の開始時から、最後に通常作像動作を行う作像部の当該通常作像動作の終了時までの通常作像時間内に行うように構成した請求項１に記載の画像形成装置。
3. 各作像部の前記リフレッシュ動作を、最初に前記通常作像動作を行う作像部の当該通常作像動作の開始時から、最後に通常作像動作を行う作像部の当該通常作像動作の終了時までの通常作像時間内に行うように構成した請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記作像部を４つ備えた画像形成装置において、
   前記４つの作像部の中で、１番目と２番目に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作を、それぞれの作像部の通常作像動作の後に行うようにし、３番目と４番目に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、それぞれの作像部の通常作像動作の前に行うようにした請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記作像部を４つ備えた画像形成装置において、
   前記４つの作像部の中で、１番目から３番目に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作を、それぞれの作像部の通常作像動作の後に行うようにし、４番目に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、その作像部の通常作像動作の前に行うようにした請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記作像部を４つ備えた画像形成装置において、
   前記４つの作像部の中で、１番目に前記通常作像動作を行う作像部の前記リフレッシュ動作を、その作像部の通常作像動作の後に行うようにし、２番目から４番目に通常作像動作を行う作像部のリフレッシュ動作を、それぞれの作像部の通常作像動作の前に行うようにした請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. トナーとキャリアから成る２成分現像剤を使用する画像形成装置であって、
   前記リフレッシュ動作において前記現像手段から前記像担持体へ供給したトナーと略同量のトナーを、前記現像手段へ補給するように構成した請求項１から６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記現像手段へのトナーの補給を、前記通常作像動作の後に行うように構成した請求項７に記載の画像形成装置。
9. 各作像部が行った前記通常作像動作の時間を記憶する作像時間記憶手段と、
   前記通常作像動作における現像手段から像担持体へのトナー供給量を記憶するトナー供給量記憶手段と、
   前記作像時間記憶手段とトナー供給量記憶手段によって得た情報に基づいて、所定時間の通常作像動作におけるトナー供給量を認識すると共に、当該トナー供給量が所定の閾値より少ない場合に前記作像部に前記リフレッシュ動作を行うように指示する制御手段を備えた請求項１から８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記トナーの平均円形度が０．９０〜０．９９の範囲にある請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
11. 前記トナーの形状係数ＳＦ−１が１２０〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１２０〜１９０の範囲にある請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
12. 前記トナーの体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）が１．０５〜１．３０の範囲にある請求項１から９のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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