JP5252938B2

JP5252938B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5252938B2
Application number: JP2008023847A
Authority: JP
Inventors: 修有泉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-02-04
Also published as: JP2009186568A

Description

本発明は、電子写真感光体・静電記録誘電体等の潜像担持部材に形成された静電潜像を現像装置で現像してトナー像を形成する電子写真方式や静電記録方式の複写機・プリンタ・ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

潜像担持部材に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像装置の現像方式は一成分現像方式と二成分現像方式とに大別される。一成分現像方式は、現像剤として所定の帯電極性を有する磁性トナー又は非磁性トナーを用いる。二成分現像方式は、現像剤として所定の帯電極性を有する非磁性トナーと磁性キャリアとの混合剤を用いる。そして、一成分現像方式の場合も二成分現像方式の場合も、現像剤を現像剤担持体（現像スリーブや現像ローラ）の表面に薄層として担持させて潜像担持部材との対向部（現像部）に搬送して潜像担持部材の表面に接触させる或いは非接触に対面させる。また、潜像担持部材と現像剤担持体との間に所定の現像バイアスを印加する。これにより、現像剤担持体側の現像剤層のトナーが潜像担持部材の表面に電位パターンに対応して静電的に付着して、静電潜像がトナー像として現像される。

ところで、このような現像方式における課題として、選択現像と呼ばれるトナー粒度分布の粗粉化が挙げられる。

選択現像とは、静電潜像のトナーによる現像が静電気力によってなされるため、現像剤担持体に担持されている現像剤層の個々のトナーに働く電界が等しい場合、より摩擦帯電量の大きいトナーから選択的に潜像担持部材側に移動して消費される現象である。また、トナーの帯電量と粒度には相関があり、粒度の大きいトナーほど帯電量が小さく、粒径の小さいトナーはその逆となる。よって、現像を繰り返すたびに粒径の大きいトナーが現像装置内に取り残され、現像装置内における現像剤のトナー粗粉化の傾向が進んでしまう。粗粉化の影響として、粗粉トナーは極性が反転しやすいため、かぶりや現像性の低下を引き起こしてしまう。

このようなトナー粗粉化を抑制するために、特許文献１では経時での粗粉吐き出しを行っている。
特開２００４−３３３７０９号公報

しかし、特許文献１の場合は、粗粉吐き出しをタイミングよく行う必要性が指摘されている。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、その目的は、経時におけるトナーの粗粉化の状態を適切に判断して現像装置内のトナーの粗粉化を抑制し、経時でもかぶりのない高安定の画像形成装置を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、
静電潜像が形成される潜像担持部材と、
前記静電潜像をトナー像として現像するために現像剤収納部の現像剤を担持搬送して前記潜像担持部材に供給する現像剤担持体と、前記現像剤収納部の内部に配設されていて駆動されて現像剤を攪拌する現像剤攪拌部材であって、前記現像剤担持体に近接して配設されている前側の現像剤攪拌部材と、前記前側の現像剤攪拌部材よりも前記現像剤担持体との距離が遠い後側の現像剤攪拌部材と、を備えた現像装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体の長手方向に関して予め設定した複数の分割領域のそれぞれにおける画像形成に伴うトナー消費量を算出し、その値が所定の量を超えた場合に、潜像担持部材の非画像部において、前記現像剤担持体に対して反転極性のトナーを消費する電位を画像形成時とは変えて印加すると共に、前記各分割領域でトナー消費に必要な電位差を変えることにより前記現像剤担持体から前記潜像担持部材へトナーを吐き出すトナー吐き出し制御モードを有し、前記第１の現像剤攪拌部材および前記第２の現像剤攪拌部材を止めた状態で前記トナー吐き出し制御モードを実行することを特徴とする。

本発明によれば、経時におけるトナーの粗粉化の状態を適切に判断して現像装置内のトナーの粗粉化を抑制し、経時でもかぶりのない高安定の画像形成装置を提供することができる。

［実施例１］
（１）画像形成部
図１は本実施例に係る画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、電子写真プロセスを用いた、中間転写方式のモノクロデジタル複写機である。また、潜像担持部材としての電子写真感光体に形成された静電潜像をトナー像として現像するために現像剤収納部の現像剤を担持搬送して電子写真感光体に供給する現像剤担持体を複数個有している現像装置を使用している。このような現像装置の使用により、本実施例の画像形成装置においてはプロセススピードが５００ｍｍ／ｓで毎分１０５枚（Ｂ４横送り）のプリントスピード（スループット）を実現している。

この画像形成装置は、イメージリーダ・パソコン・ファクシミリ等のホスト装置２００から画像処理装置１０１を介してエンジンコントローラ（制御手段：ＣＰＵ）１００に入力した画像情報（ビデオ信号）Ｓに対応した画像を記録材Ｐに形成する。エンジンコントローラ１００は、ホスト装置２００との間で各種の電気的な情報の授受をすると共に、画像形成装置の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルにしたがって統括的に制御する。

１は潜像担持部材としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体と記す）であり、その周囲に感光体回転方向に沿って、帯電器２、デジタル露光装置３、現像装置４、中間転写ユニット５、クリーニング装置６等のプロセス機器が配設されている。

画像形成は次のように行われる。画像形成スタート信号に基いて、感光体１が矢印Ｒ１の反時計方向に所定の周速度、本実施例においては５００ｍｍ／ｓの周速度で回転駆動される。感光体１は、本実施例においては、外径１０８ｍｍのａ−Ｓｉ感光体を用いている。ａ−Ｓｉ感光体は、有機感光体に比べて高耐久（寿命５００万枚）であり、オフィス用の高速機に適している。

この回転する感光体１の表面が帯電器２により所定の極性・電位に一様に帯電される。本実施例においては感光体１の表面を＋５００Ｖに一様に帯電している。この感光体１の表面の帯電電位が暗部電位（暗電位）Ｖｄである。

その感光体１の一様帯電面に対してデジタル露光装置３により画像情報に対応した画像露光がなされる。これにより、感光体１の表面の露光部分の電位が暗部電位Ｖｄから明部電位（露光部電位）Ｖｌに低下して、暗部電位Ｖｄと明部電位Ｖｌの静電コントラストにより、感光体１の表面に露光画像パターンに対応した静電潜像が形成される。

本実施例において、デジタル露光装置３はレーザースキャナである。レーザースキャナは、発光信号発生器、固体レーザー素子（発光素子）、コリメーターレンズ系、回転多面鏡（ポリゴンミラー）等からなる。このレーザースキャナにより回転する感光体１の表面をレーザー走査露光する場合には、エンジンコントローラ１００から入力された画像信号に基づき発光信号発生器により、固体レーザー素子を所定タイミングで明滅（ＯＮ／ＯＦＦ）させる。そして、固体レーザー素子から放射されたレーザー光は、コリメーターレンズ系により略平行な光束に変換され、更に所定の方向に高速回転する回転多面鏡により走査されると共にｆθレンズ群により感光体１の表面にスポット状に結像される。この様なレーザー光走査により感光体１の表面には画像一走査分の露光分布が形成される。更に感光体１の回転により各走査毎に感光体ドラム面が走査方向とは垂直に所定量だけスクロールされることで、回転する感光体１の表面に画像信号に応じた露光分布が得られる。本実施例では、非画像部領域を露光して作像電位を形成するBackground Area Exposure（以下、ＢＡＥ）を採用している。

デジタル露光装置は、ＬＥＤアレイを用いた露光装置、光源と液晶シャッタを用いた露光装置などの他のデジタル露光装置であってもよい。

上記のようにして感光体１の表面に形成された静電潜像が現像装置４により感光体１の帯電極性（＋極性）とは逆極性（−極性）を正規の帯電極性として帯電しているトナーで正規現像（静電潜像の暗部電位Ｖｄにトナーが付着）される。この現像装置４については後記（３）項で詳述する。

上記のように感光体１の表面に形成されたトナー像が一次転写部Ｔ１において中間転写ユニット５の中間転写体５１の面に一次転写される。

本実施例において、中間転写ユニット５は、中間転写体としての可撓性を有する誘電体製の無端の中間転写ベルト５１と、このベルト５１を懸回張設している駆動ローラ５２・テンションローラ５３・一次転写ローラ５４・二次転写対向ローラ５５を有する。一次転写ローラ５４はベルト５１を介して感光体１に所定の押圧力で当接している。感光体１とベルト５１の当接部が一次転写部（ニップ部）Ｔ１である。二次転写対向ローラ５５にはベルト５１を介して二次転写ローラ５６が所定の押圧力で当接している。ベルト５１と二次転写ローラ５６との当接部が二次転写部（ニップ部）Ｔ２である。

ベルト５１は矢印Ｒ５１の時計方向に感光体１の周速度と略同じ周速度で回動駆動され、一次転写部Ｔ１において感光体１の回転に順方向に移動している。一次転写ローラ５４には所定の制御タイミングでトナーの正規の帯電極性（−極性）とは逆極性（＋極性）で所定電位の一次転写バイアスが印加される。これにより、一次転写部Ｔ１において、感光体１の表面に形成されているトナー像がベルト５１の表面に順次に静電転写されていく。ベルト５１の表面に移行しないで感光体１の表面に残った一次転写残トナーは引き続く感光体１の回転でクリーニング装置６のクリーニング部に運ばれて感光体１の表面から除去され、感光体１は繰り返して画像形成に供される。

ベルト５１の表面に一次転写されたトナー像は引き続くベルト５１の回動により二次転写部Ｔ２に運ばれ、この二次転写部Ｔ２に対して給紙機構部（不図示）より所定の制御タイミングで導入された記録材（以下、用紙と記す）Ｐの表面に順次に二次転写される。この二次転写は、二次転写ローラ５６に所定の制御タイミングでトナーの正規の帯電極性（−極性）とは逆極性（＋極性）で所定電位の二次転写バイアスが印加されることによる静電的になされる。

二次転写部Ｔ２を出た用紙Ｐはベルト５１から分離されて搬送装置８により、定着装置９へ導入され、定着ローラ対の定着ニップ部で加熱・加圧される。これによりトナー像の用紙Ｐに対する定着がなされる。

また、用紙分離後のベルト５１の表面に残留した二次転写残トナーは引き続くベルト５１の回動でクリーニング装置５７のクリーニング部に運ばれてベルト５１の表面から除去され、ベルト５１は繰り返して画像形成に供される。

（２）画像形成装置の作像動作シーケンス
図２は上記画像形成装置の作像動作シーケンス図である。

ａ）前多回転行程
画像形成装置の始動（起動）動作期間（ウォーミング期間）である。メイン電源スイッチのＯＮにより、メインモーター（不図示）を駆動させて感光体１を回転駆動させ、所要のプロセス機器の準備動作を実行させる。

ｂ）スタンバイ
所定の前多回転行程終了後は、メインモーターの駆動が一旦停止されて感光体１の回転駆動が停止され、画像形成装置は画像形成スタート信号が入力されるまでスタンバイ（待機）状態に保持される。

ｃ）前回転行程
画像形成スタート信号の入力により、メインモーターを再起動させて感光体１を再回転駆動させ、しばらくの間画像形成装置に所定の画像形成前動作を実行させる期間である。

ｄ）画像形成行程
所定の前回転行程が終了すると、引き続いて回転する感光体１に対する画像形成プロセスが実行され、トナー像の転写を受けた用紙Ｐが定着装置９に搬送されて、１枚目の画像形成行程が行なわれる。

連続画像形成モードの場合には、上記の画像形成行程が繰り返されて所定の設定枚数ｎ分の画像形成行程が順次に実行される。

ｅ）紙間行程
連続画像形成モードにおいて、一の用紙Ｐの後端が転写部を通過した後、次の用紙Ｐの先端が転写部に到達するまでの間の、転写部における用紙非通紙期間である。

ｆ）後回転行程
最後であるｎ枚目の画像形成行程が終了した後もしばらくの間メインモーターの駆動を継続させて感光体１を回転駆動させ、画像形成装置に所定の後動作を実行させる期間である。

ｇ）スタンバイ
所定の後回転行程が終了すると、メインモーターの駆動が停止されて感光体１の回転駆動が停止され、画像形成装置は次の画像形成スタート信号が入力するまで再びスタンバイ状態に保持される。

前多回転行程中に画像形成スタート信号が入力した場合には引き続いて前回転行程を経て画像形成行程が実行される。また１枚だけの画像形成の場合は、その画像形成行程の終了後、画像形成装置は後回転行程を経てスタンバイ状態になる。

上記において、ｄ）の画像形成行程が画像形成時であり、ａ）の前多回転行程、ｃ）の前回転行程、ｅ）の紙間行程、ｆ）後回転行程が非画像形成時である。画像形成時の感光体表面部分が画像部（潜像担持部材の画像部）であり、非画像形成時の感光体表面部分が非画像部（潜像担持部材の非画像部）である。

（３）現像装置４
図３は図１における現像装置部分の拡大図である。本実施例の現像装置４は、現像剤として磁性トナーの一成分現像剤を用い、かつ複数の現像剤担持体を具備させた一成分磁性現像装置であり、感光体１の表面に形成された静電潜像を一成分磁性現像剤によって正規現像してトナー像として可視像化する。磁性トナーは磁性材料を内包したトナーである。

この現像装置４は、一成分磁性現像剤（不図示）を収納した現像剤収納部（現像容器）４０と、複数の現像剤担持体としての第１と第２の２つの現像スリーブ４１・４２を備えている。第１と第２の２つの現像スリーブ４１・４２は、現像剤収納部４０の感光体１に対向した開口部に、所定の間隙距離（ギャップ）の近接対向部ｃを存して上下に並設された筒状の回転体である。また、第１と第２の２つの現像スリーブ４１・４２は、それぞれ、感光体１に対して所定の間隙距離の近接対向部ａ・ｂを存して並設されて対向している。感光体１の回転方向R１に関して、第１の現像スリーブ４１は第２の現像スリーブ４２よりも上流側であり、第２の現像スリーブ４２は第１の現像スリーブ４１よりも下流側である。以下、第１の現像スリーブ４１を上流スリーブ、第２の現像スリーブ４２を下流スリーブと記す。

上流スリーブ４１と下流スリーブ４２は、それぞれ、その内部に固定配置された固定マグネット４１ｍ・４２ｍを備えている。また、上流スリーブ４１の下流スリーブ４２側とはほぼ１８０°反対側には、現像剤層厚規制部材（現像剤薄層形成部材）としての現像ブレード（規制ブレード）４３が上流スリーブ４１に対して所定の間隙距離の近接対向部ｄを存して並設されて対向している。

また、現像剤収納部４０内には、収容している現像剤を攪拌・搬送する第１と第２の２つの羽根状の現像剤攪拌部材（以下、攪拌部材と記す）４４・４５が設けられている。感光体１、上流スリーブ４１、下流スリーブ４２、第１の攪拌部材４４、第２の攪拌部材４５の各回転中心軸線は互いにほぼ並行である。
第２の攪拌部材４５が下流スリーブ４２と上流スリーブ４１に近接して配設されている前側の現像剤攪拌部材である。第１の攪拌部材４４が前側の現像剤攪拌部材である第２の攪拌部材４５よりも下流スリーブ４２と上流スリーブ４１との距離が遠い後側の現像剤攪拌部材である。

本実施例の現像装置４において、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２は共に外径２０ｍｍのアルミニウム等の金属素管（非磁性の金属筒体）である。ＳＵＳの金属素管を使用することもある。現像ブレード４３は厚さ１．６ｍｍ、幅（短手方向）１０ｍｍのＳＰＣＣ製（普通鋼）のブレードである。上流スリーブ４１と感光体１との近接対向部ａの最接近距離と、下流スリーブ４２と感光体１との近接対向部ｂの最接近距離は共に２５０μｍの設定である。また、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２との近接対向部ｃの最接近距離は４００μｍの設定である。また、上流スリーブ４１と現像ブレード４３の近接対向部ｄの間隙距離は２００μｍの設定である。上流スリーブ４１と下流スリーブ４２はそれぞれ矢印Ｒ４１・Ｒ４２の同じ時計方向に、感光体１と等速（５００ｍｍ／ｓ）で回転駆動される。即ち、感光体１と上流スリーブ４１との対向部ａにおいて、感光体１の移動方向と上流スリーブ４１の移動方向とは同じである。また、感光体１と下流スリーブ４２との対向部ｂにおいて、感光体１の移動方向と下流スリーブ４２の移動方向とは同じである。そして、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２との対向部ｃにおいては、上流スリーブ４１の移動方向と下流スリーブ４２の移動方向は逆方向である。第１と第２の攪拌部材４４・４５はそれぞれ矢印Ｒ４４・Ｒ４５の同じ反時計方向に所定の速度で回転駆動され、現像剤収納部４０内の現像剤を攪拌すると共に、下流スリーブ４２側に向って搬送する。

本実施例においては、一成分磁性現像剤として、取り扱いが簡易で、現像スリーブ寿命の２００万枚まで保守作業の要らない磁性トナーを用いた。本実施例で用いた磁性トナーは、負帯電性で、重量平均粒径は約６．２μｍである。

重量平均粒径は、測定装置としてマルチサイザー（商標：コールター社製）を用い、電解液はＩＳＯＴＯＮＲ−ＩＩ（商標：コールターサイエンティフィックジャパン社製）を用いて測定する。測定法としては、前記電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料（磁性トナー）を懸濁した電解液は超音波分散機で約１〜３分間分散処理を行い、前記測定装置により、体積、個数を測定して、重量平均粒径を算出する。重量平均粒径が６．０μｍより大きい場合は１００μｍのアパーチャーを用い２〜６０μｍの粒子を測定する。重量平均粒径３．０〜６．０μｍの場合は５０μｍのアパーチャーを用い１〜３０μｍの粒子を測定する。重量平均粒径３．０μｍ未満の場合は３０μｍのアパーチャーを用い０．６〜１８μｍの粒子を測定する。

現像剤収納部４０内の磁性トナー（以下、トナーと記す）は第１と第２の攪拌部材４４・４５の回転によって攪拌されながら下流スリーブ４２の近傍に搬送される。下流スリーブ近傍のトナーが下流スリーブ４２の表面に付着して担持され、下流スリーブ４２の回転にともなって、下流スリーブ４２と上流スリーブ４１との近接対向部ｃに搬送される。そして、この対向部ｃの隙間をトナーがすり抜ける際に、下流スリーブ４２とは逆方向に移動している上流スリーブ４１により、下流スリーブ４２の表面に担持されているトナーの層厚が規制される。これにより、下流スリーブ４２の表面には層厚が所定に規制されたトナー層が形成され、そのトナー層が引き続く下流スリーブ４２の回転により下流スリーブ４２と感光体１との対向部ｂ（第２現像部）へ搬送される。一方、対向部ｃの隙間をすり抜けなかったトナーは、下流スリーブ４２とは逆方向に移動している上流スリーブ４１の表面に付着して担持される。そして、上流スリーブ４１の回転にともなって、上流スリーブ４１と現像ブレード４３との対向部ｄに搬送され、この対向部ｄの隙間をトナーがすり抜ける際に、上流スリーブ４１の表面に担持されているトナーの層厚が規制される。これにより、上流スリーブ４１の表面には層厚が所定に規制されたトナー層が形成され、そのトナー層が引き続く上流スリーブ４１の回転により上流スリーブ４１と感光体１との対向部ａ（第１現像部）へ搬送される。

本実施例において、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２にそれぞれ層厚規制されて形成されるトナー層（薄層現像剤）の単位面積あたりの質量ｍは０．９ｇ／ｃｍ^２である。質量ｍの測定は、薄層現像剤を掃除機で吸引して捕集し、捕集した現像剤の質量を測定し（Ｍ（ｍｇ））、現像スリーブの表面の現像剤の吸引領域の面積を計測し（Ｓ（ｃｍ^２））、ＭをＳで除して算出する。

現像動作時には、現像バイアス電源部１０８から上流スリーブ４１と下流スリーブ４２に対して、それぞれ、＋３００ＶのＤＣバイアスと、ピーク間電圧が１５００Ｖ、周波数が２．７ｋＨｚ、矩形波のＡＣバイアスとを重畳した現像バイアスが印加される。現像バイアス電源部１０８はエンジンコントローラ１００によりコントロールされる。

これにより、感光体１の表面は、上流スリーブ４１と感光体１との対向部ａにおいて１回目の現像作用を受け、次いで下流スリーブ４２と感光体１との対向部ｂにおいて２回目の現像作用を受けて、静電潜像がトナー像として可視化される。静電潜像の現像は、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２において、それぞれ、スリーブ上の層厚規制されたトナー層を現像電界により感光体上の静電潜像に選択的に飛翔させることでなされる。この際、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２において、それぞれ、現像コントラストは２００Ｖであり、かぶり除去コントラストは１００Ｖである。図４では、Ｖｄが感光体１の帯電電位（暗部電位）、Ｖｂ_ｄｃが現像バイアスのＤＣ成分、Ｖｌが露光部の電位（明部電位）を表している。

前記のように、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２は、それぞれ同方向Ｒ４１・Ｒ４２に回転する。詳しくは、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２の各表面に担持されているトナー層が感光体１側に飛翔（搬送）するときに、上流スリーブ４１、下流スリーブ４２の上方からトナーがそれぞれ飛翔するような回転方向に回転する。つまり、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２は感光体１の回転方向に対して従動するように、矢印４１・Ｒ４２の方向に回転する。

上流スリーブ４１と感光体１との対向部ａにおいて静電潜像の現像に供されなかった上流スリーブ上のトナーは、引き続く上流スリーブ４１の回転により現像剤収納部４０に戻し搬送される。そして、上流スリーブ４１と下流スリーブ４２との対向部ｃを通って一部が現像剤収納部４０に回収され、一部が下流スリーブ４２側のトナー層となる。また、一部が上流スリーブ上のトナーとなり、再び上流スリーブ４１と現像ブレード４３との対向部ｄに搬送される。

また、下流スリーブ４２と感光体１との対向部ｂにおいて静電潜像の現像に供されなかった下流スリーブ上のトナーは、引き続く下流スリーブ４２の回転により現像剤収納部４０に戻し搬送される。そして、一部が現像剤収納部４０に回収され、一部が下流スリーブ４２側のトナー層となり、再び下流スリーブ４２と上流スリーブ４１との対向部ｃに搬送される。

現像剤収納部４０内のトナーは静電潜像の現像に供されることで減少していく。そこで、現像剤収納部４０の上部にはトナー補給容器（現像剤補給容器）４６が設けられている。また、現像剤収納部４０には現像剤収納部内のトナーの残量を検知するトナー残量検知センサ（不図示）が設けられている。エンジンコントローラ１００はトナー残量検知センサから入力するトナー残量情報に基づいて、トナー補給容器４６から現像剤収納部４０内にトナーを適時・適量補給する。

（４）トナー粗粉化抑制制御
現像装置４内の現像剤、特に現像剤担持体である現像スリーブ４１・４２に担持されている現像剤や現像スリーブ近傍部の現像剤は前述した選択現像現象によって、静電潜像を現像すればするほどトナーの粗粉化が進行する。

一成分現像において経時のトナーの粒度分布は、選択現像の影響により全体に粗粉化の方向に進んでしまう。一成分トナーでは、粒径の大きいトナーは反転帯電若しくは弱帯電をとりやすいため、現像後には、粗粉が残りやすい。トナーの粒度分布が粗粉化の方向に進むと、かぶりや画質の劣化等の不具合が生じてしまう。

また、近年電子写真の高速かつ高画質化のために、本実施例の画像形成装置のように、複数の現像スリーブ４１・４２をもつ現像システムが着目されてきている。複数の現像スリーブを使用することで高速化への対応は可能となってきたが、高速化されればされるほど一定時間でのトナー消費量が増えるため、選択現像の影響をうけてしまう。このため、高速化対応の複数の現像スリーブを持つ現像システムでは現像剤の粗粉化が進行する前に吐き出し動作を行うことが必要となってくる。

トナー粗粉化抑制制御は、経時におけるトナーの粗粉化の状態を適切に判断し、現像装置内のトナーの粗粉化を抑制するものである。本実施例においては、トナーの消費量から粗粉化の傾向を判断し、現像スリーブ近傍に滞在している粗粉トナーの吐き出し動作を行う。以下、これについて詳述する。

エンジコントローラ１００は、現像スリーブ４１・４２の長手方向（回転軸線方向、有効現像領域幅）に関して予め設定した複数の分割領域のそれぞれにおける画像形成に伴うトナー消費量（画像形成時のトナー消費量）を算出する。そして、その値が所定の量を超えた場合に、感光体１の非画像部において、次のようにして現像スリーブ４１・４２から感光体１へトナーを吐き出すトナー吐き出し制御モードを実行する。即ち、現像スリーブ４１・４２に対して反転極性のトナーを消費する電位を画像形成時とは変えて印加すると共に、前記各分割領域でトナー消費に必要な電位差を変える。

ここで、感光体１の非画像部は、図２で説明した、前多回転行程時、前回転行程時、紙間行程時、後回転行程時の少なくとも１つの行程時における感光体表面部分である。

また、本発明において、反転極性のトナーは、正規の帯電極性（本実施例では−極性）とは逆極性（＋極性）に反転帯電している逆帯電成分特性の粗粉トナー、及び正規の帯電極性に帯電しているけれども帯電量が少ない弱帯電状態の粗粉トナーである。

本実施例では、エンジコントローラ１００は、画像形成装置の出力画像（形成画像）のビデオカウント情報をエンジンメモリ（記憶装置）１０２の中に逐次蓄積していく。

ビデオカウント抽出のタイミングは現像工程前でも終了後でもよいが、吐き出し工程を行うことを考慮すると、転写バイアスの画像部と非画像部の切り替えタイミングの前が望ましい。

このビデオカウントデータは、出力用紙に対する画像面積率データであり、現像スリーブ４１・４２の長手方向に関するデータに分割されて抽出される。現像スリーブ長手方向に関するビデオカウントデータの分割方法については後述する。

現像スリーブ長手方向に関して分割されたビデオカウントデータを基に、出力した紙長さと感光体上のトナーの載り量から、現像スリーブ長手方向に関して予め設定した複数の分割領域のそれぞれにおける画像形成に伴って消費したトナーの量を算出できる。

従来、このような現像スリーブ長手方向に関して分割したトナーの消費量の見積もりは、例えば感光体上のトナー像を複数の反射型光センサで測定する方法等がある。この方法はある所定サイズのトナーの載り量を測定するのには非常の適しているが、ライン等の入り混じった実画像のトナーの載り量を精度良く測定することは困難である。

そのため実画像のトナーの消費量を算出する方法としては、上記のようにビデオカウント情報から算出することが望ましい。［式１］に、現像スリーブ長手方向に関してｎ個分割した、それぞれの分割領域におけるトナー消費量の算出式を示す。

［式１］：トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］＝分割領域の画像面積率（ｎ）×（スリーブ長さ／ｎ）［ｃｍ］×紙サイズの長さ［ｃｍ］×感光体上のトナーの載り量［ｍｇ／ｃｍ^２］
ここで、感光体上のトナーの載り量は所定のパッチ領域に対して図１の反射型光検知センサ９１から検出した値を採用する。上述したように所定領域のトナーの載り量を測定するに対して、この反射型光センサ検知方式は有効である。本実施例の画像形成装置では、感光体上のトナーの載り量は０．６５ｍｇ／ｃｍ^２である。

載り量はその出力物の画像濃度ということと等価になるので、その画像形成装置でほぼ固定値となる。しかし、トナーの経時変化・環境変化等により、載り量にもバラツキが生じる。本実施例のようなセンサ９１を搭載している画像形成装置では、ある所定のタイミングで該センサ９１により載り量を検知して各種補正にフィードバックするようなシステムをもっている。そのため、その時点の最新の測定結果をコントローラ１００にデータとして入力し、測定結果が更新されたら、コントローラデータを更新する。

［式１］より得られた各分割領域でのトナー消費量に対して、［式２］のように累積のトナー消費量を算出する。

［式２］：累積トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］＝累積トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］＋トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］
［式２］より算出された累積トナー消費量から、粗粉吐き出し動作を行うかどうかは、［式３］で判断する。

［式３］：累積トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］＞吐き出しリミット消費量［ｍｇ］（設定値）
［式３］を満足する条件のとき、感光体１の非画像部例えば後回転行程時において、粗粉吐き出し動作を実行する。即ち、現像スリーブ４１・４２から感光体１へ反転極性のトナーを吐き出すトナー吐き出し制御モードを実行する。

このトナー吐き出し動作は、低画像面積出力時のトナー劣化に対して、トナーが移動する側の電位（現像コントラスト）を非画像部領域でかけることで、ベタ黒もしくはそれに近い画像を作像し強制的に大量のトナーを消費する［ベタ黒吐き出し動作］とは異なる。

本発明では反転極性の粗粉トナーを吐き出すので、通常現像しない側の電位（かぶり除去コントラスト）をかけることで粗粉トナーを吐き出す［ベタ白吐き出し動作］を行う。

このベタ白吐き出し動作は、ベタ黒吐き出し動作と異なり、トナーの消費量は非常に少ない。そのため、トナー吐き出し動作時において、転写ユニットの離間やクリーニング設定及び機械本体内へのトナー落ちといった影響が少ないため、吐き出し動作を頻繁に行うことができる。転写ユニットの離間は、中間転写体をその次の紙転写体（転写ローラ等）に対して離間する必要がないという意味である。黒ベタ吐き出しのように吐き出しトナーが多いと中間転写体を離間しないと、その次の紙転写体（ローラ）等が汚れてしまい、出力物に裏汚れが発生してしまう。クリーニング設定とは、上記のように中間転写体の離間機構がない場合、紙転写体にもクリーニング装置をつけなくてはならないということになる。また、機械本体内へのトナー落ちとは、黒ベタ吐き出しをした場合、クリーニングにすべてトナーがいくため、クリーニング部からトナーが溢れ、紙搬送部にトナーが落ちてしまう現象をいう。

本実施例では、出力画像のビデオカウントデータからトナー消費量を換算し、最適な粗粉吐き出しタイミングを検出することで、現像剤の粗粉化を抑制する。一般に複写機から出力される画像サンプルは、全面同じ画像濃度というものが出力されることは非常に少なく、濃淡入り混じった画像が出力されることがほとんどである。そのため、現像スリーブの長手方向でトナーの消費量が変わってくる。すなわちこれは現像スリーブの長手方向でトナーの粗粉化が異なってくるということである。通常、一成分現像の現像剤攪拌システムとしては、現像スリーブの長手方向で循環させることは少なく、現像スリーブの回転方向にトナーを送る構成をとる。また無理に長手方向に循環させるような構成を用いるとトナーが劣化してしまう副作用が生じてしまう。このため、現像スリーブの長手方向でトナーの粗粉化状態が変わったとしても、その状態は維持されたままとなる。本実施例では、ビデオカウントデータを現像スリーブの長手方向に分割して蓄積する。これにより、現像スリーブの長手方向でのトナー消費量のバラツキ、すなわち長手方向でのトナー粗粉化のバラツキにも対応することができる。

この長手方向で分割されたデータに対して、潜像形成時に感光体への露光量を調整することで長手方向のかぶり除去コントラストの値を変化させることができる。この方法により、実際の出力画像に対する粗粉化の影響も判断することが可能となるとともに、それに応じた吐き出し動作も実行することが可能となる。

ここで、吐き出しリミット消費量は任意に設定することができる。吐き出しリミット消費量はビデオカウントの分割数に依存しており、分割数が多ければその分この値は小さくする必要がある。もちろん、吐き出しリミット消費量が大きすぎると、なかなか吐き出しがおこなわれないために粗粉トナーが貯まりすぎてしまい、吐き出す前にトナーが現像装置内に循環してしまう。そのため、現像装置内のトナーが粗粉化してしまう。逆に、リミット消費量が小さすぎると、吐き出しが頻繁に入ってしすぎてしまい、画像形成装置の他の動作に影響してしまう。この値を画像形成装置の能力に合わせて設定する必要がある。

また、本実施例では、白ベタ吐き出し動作時の作像電位設定を、通常作像時とは異なる条件にする。感光体の帯電電位は、通常作像時も、ベタ白吐き出し動作時も、＋５００Ｖで一定だが、現像バイアスのＤＣ成分を通常＋３００Ｖで使用しているものを感光体の帯電電位と同電位の＋５００Ｖまで引き上げる。

白ベタ吐き出し動作時には、通常のかぶり除去コントラストよりコントラストを大きくすることで粗粉の吐き出しを行う。このコントラストを吐き出しコントラストとし、さらに現像スリーブ長手方向に関する前記の各分割領域で吐き出しコントラストを変える。現像スリーブの長手方向で分割した各分割領域でそれぞれどれだけの吐き出しコントラストが必要かは［式４］から求める。

［式４］：吐き出しコントラスト（ｎ）［Ｖ］＝累積トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］／吐き出しリミット消費量［ｍｇ］×吐き出し必要コントラスト（設定値）［Ｖ］
ここで、［式４］の吐き出し必要コントラストは、使用する画像形成装置の感光体の感度とレーザーのパワー変調で設定できる領域から決まってくる。

図５に実験機で感光体に対するレーザーのパワーを０〜２５５までかえた時の、レーザーのパワーに対する帯電電位５００Ｖ（暗部電位Ｖｄ）下での潜像電位（明部電位Ｖｌ）の変化を示す。この系では吐き出しコントラストは４５０Ｖまで設定できる。

これに基づいて、エンジンコントローラ１００は、現像スリーブ長手方向に関する各分割領域で［式４］の吐き出しコントラストが得られるように、各分割領域での潜像電位（Ｖｌ）及び、それに伴うレーザーのパワーを設定する。

本実施例では、吐き出し必要コントラストを４００Ｖに設定した。それに合わせて、現像スリーブ長手方向に関する各分割領域に対応の感光体表面部分の潜像電位（明部電位）Ｖｌ及びレーザーパワーを設定した。

本実施例でのトナー吐き出し時の電位の状態例を図６に示す。図６の例は、分割数を４とし、現像ローラ長手方向に関する４つの分割領域Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄに対応して４種類の吐き出しコントラストが形成された状態を示している。

これにより、現像スリーブ長手方向に関する４つの分割領域Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄのうちで多くのトナーを消費した分割領域では大きい吐き出しコントラストがかかり、トナーをあまり消費していない分割領域では、小さな吐き出しコントラストをかけることができる。そのため、吐き出し時に無駄にトナーを吐き出してしまうことが抑制できる。

上記一連の制御についての制御系統のブロック図を図７に、制御フローチャートで示したものを図８に示す。

図８において、画像処理装置１０１で現像ローラ長手方向に関して予め設定した複数の分割領域のそれぞれに対応して換算された画像データは、エンジンコントローラ１００でトナー消費量として算出される（ＳＴＥＰ１）。

この結果は記憶回路１０２に累積トナー消費量として記憶され（ＳＴＥＰ２）、再度エンジンコントローラ１００にてベタ白吐き出し動作の可否を判断される（ＳＴＥＰ３）。

吐き出し動作実行となると、感光体１の非画像部で現像バイアスの変更と現像ローラ長手方向に関するレーザーパワー（ＬＤパワー）調整が行われ、ベタ白吐き出し動作が実行される（ＳＴＥＰ４〜６）。そして、ベタ白吐き出し動作の実行終了後には累積トナー消費量のリセットがなされる（ＳＴＥＰ７）。開始されたベタ白吐き出し動作の終了は、所定時間後に停止する。この所定時間については画像形成装置によって変わる。

ここで、画像処理装置１０１内では、現像ローラ長手方向に関する予め設定した複数の分割領域のそれぞれに対応してビデオカウントの分割処理が行われる。その分割処理系の詳細ブロック図を図９に示す。

図９は例えば画像情報（ビデオ信号）を現像ローラ長手方向に関して４分割Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄした処理系統を示している。１画像あたりの各画像データに対するヒストグラムは例えば図１０のようになると考えられる。入力ビデオ信号の全画像データを００〜ＦＦとしたときに、これに対して４つの区分でデータ選別を行い、４つの分割領域でのビデオカウントデータとして蓄積する。この例ではＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの区分に選別されるものとする。この識別はデコーダ１０１ａでビデオ信号の上位に２ビットをデコードすることによって行われる。その後、データ値選別部１０１ｂにて、このそれぞれデコードされたデータに対して、同期信号との論理積がとられることで、データの選別が行われる。選別されたデータはデータ累積部１０１ｃの各カウンタにて累積処理される。

以降、現像ローラ長手方向に関する分割数を“４”とし、吐き出しリミット消費量を５００ｍｇとして、効果を確認するために実際に実験を行った。

ここで、吐き出しリミット消費量５００ｍｇは画像面積率５％の画像を１００枚程度通紙した状態に相当する。

また、設定前後で評価を行い、経時における現像装置内のトナー粒度分布の変動を確認するようにした。

まず、初めに設定前で画像面積率５％と１％で通紙評価を行い、トナーの消費量に対する粗粉化の傾向を再確認した後、本発明を設定して再度５％の画像面積率で通紙評価を行った。

トナーの粒度の評価方法として、現像ブレード（規制ブレード）４３の内側のトナーをサンプリングし、その平均粒度（重量平均粒径）を前述した測定方法により測定した。

また、トナーの粒径ＵＰ（粗粉化）の画質への影響を確認するためにかぶりについても評価を行った。出力サンプルのかぶりの値は、
（用紙本来の反射濃度−出力サンプルの反射濃度）／用紙本来の反射濃度×１００
として算出する。この値が高いほど、出力サンプルのかぶりが悪いということになる。

評価結果を図１１と図１２に示す。本発明の設定前の条件では、画像面積率１％の時に比べ画像面積率５％の方が経時で平均粒径が大きくなる速度が速く、しかし、１％の時も徐々に平均粒径が大きくなる傾向が現れた。また、粒径が大きくなるにつれてかぶりの濃度も悪くなってきている。これに対して、本発明の粗粉吐き出しを用いた時、平均粒径の値は同じ５％Ｄｕｔｙで消費してもトナーの粗粉化は抑制されていることが確認できた。同様にかぶりの耐久評価においても効果が現れてきている。

ここで、現像装置４が、現像剤として非磁性トナーの一成分現像剤を用いる一成分非磁性現像方式の装置である場合も、本発明によるトナー粗粉化抑制は、上記の一成分磁性現像方式の装置の場合とまったく同様のことがあてはまる。

［実施例２］
本実施例２に係る画像形成装置も実施例１と同様の構成であり、重複する説明は省略する。

トナー吐き出し動作時に現像剤収容部４０内で現像剤の攪拌を行うと、現像スリーブ近傍に滞在している粗粉トナーが現像剤収容部４０内でフレッシュトナーと混ざってしまい、現像剤収容部４０内のトナー全体が粗粉化の傾向に進んでしまう。そうすると、吐き出し動作を行っても粗粉トナーの排出効果が低下する傾向となってしまう。

そこで、本実施例２に係る画像形成装置においては、第１及び第２の攪拌部材４４・４５の駆動を現像スリーブ４１・４２の駆動とは独立にオン・オフ制御できるようにしてある。そして、エンジンコントローラ１００は、粗粉トナー吐き出し動作時には現像剤攪拌部材４４・４５の攪拌動作を止めた状態にする。これにより、現像スリーブ近傍の粗粉トナーをより効率よく吐き出すことができる。即ち、粗粉の吐き出し動作を実行する際、現像装置内の現像剤攪拌動作を停止させることで、粗粉トナーが現像装置内に循環してしまうのを抑制する。

本実施例２では、現像装置４内の第１及び第２の攪拌部材４４・４５によるトナー攪拌動作は、現像スリーブ４１・４２とは別駆動で動作することが可能な構成をしている。エンジンコントローラ１００は、実施例１の［式３］より非画像部領域においてベタ白吐き出し動作が実行されると同時に攪拌動作をストップする。ベタ白吐き出し動作が終わると通常の攪拌動作に戻る。

本実施例２による効果について、実施例１と同じ手順で実験を行った。図１１と図１２に本実施例２の効果を確認した結果を示す。

この結果から、経時でトナーの粗粉化が実施例１の状態よりさらに抑制されていることが確認できた。またかぶりについても同様にさらに改善効果があることが確認できた。

［実施例３］
実施例１及び２では一成分現像の系について説明した。本発明によるトナー粗粉化抑制は、現像剤として非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を用いる二成分現像にもまったく同様のことがあてはまる。

また、作像電位Ｖｌとしては、非画像部を露光するＢＡＥ作像電位の実施例で行ってきたが、これは画像部を露光して作像するImage Area Exposure（以下、ＩＡＥ）でも同様に行うことができる。

一般的なＩＡＥ作像電位の電位構成を図１３に示す。ＩＡＥ作像で実施例１と同様に現像ローラ長手方向に関する各分割領域に対応する吐き出しコントラストを設定するには、実施例１の［式４］で求められた吐き出しコントラストに対して、必要なコントラストが高ければ高いほど、潜像電位Ｖｌを小さくすればよい。

すなわち、実施例１では吐き出しコントラストが大きければ大きいほどレーザーパワーを大きくする必要があったが、ＩＡＥでは吐き出しコントラストが大きいほど、レーザーパワーを小さくすればよい。

また、ＩＡＥで吐き出しを行う場合は、吐き出しコントラストを広くとれるように現像バイアスを通常より小さくするか、帯電電位を大きくしておくとよい。

図１４では、例えば作像時の帯電電位６００Ｖ、現像バイアス５００Ｖの電位条件に対して、吐き出し時には現像バイアスを２００Ｖまで下げ、現像ローラ長手方向に関する分割吐き出しコントラストを設定した電位を示す（分割数４）。

これにより、電位の構成がＢＡＥからＩＡＥになっても実施例１及び２と同様のことを実施することが可能である。

以上の各実施例の画像形成装置は、潜像担持部材として感光体を用いた電子写真方式の画像形成装置であるが、本発明は、潜像担持部材として誘電体（静電記録誘電体）を用いた静電記録方式の画像形成装置に対してもまったく同様に適用して同様の効果を得ることができる。

また、現像装置４は、現像剤担持体が１つである構成のものであってもよいし、高速化対応のために、現像剤担持体を３つ以上複数個具備させた構成のものであってもよい。

また、本発明は、高速化対応構成として、同一色の現像のために複数の現像装置を備え、それぞれの現像装置で現像を行う構成の画像形成装置に対してもまったく同様に適用して同様の効果を得ることができる。

実施例１における画像形成装置の概略図画像形成装置の作像動作シーケンス図１における現像装置部分の拡大図実施例１における現像装置の電界の構成図実施例１における潜像電位の構成図実施例１における現像装置の電界の構成図制御系統のブロック図制御フローチャートビデオカウントの分割処理系の詳細ブロック図ビデオカウント分割概略図実施例１及び２の効果確認結果実施例１及び２の効果確認結果実施例３における現像装置の電界の構成図実施例３における現像装置の電界の構成図

符号の説明

１・・感光体
４・・現像装置
４１・・上流の現像剤担持部材
４２・・下流の現像剤担持部材
４３・・上流の現像剤担持部材表面に現像剤薄層を形成するブレード部材
４４，４５・・現像剤攪拌部材
９１・・反射型光検知センサ

Claims

静電潜像が形成される潜像担持部材と、
前記静電潜像をトナー像として現像するために現像剤収納部の現像剤を担持搬送して前記潜像担持部材に供給する現像剤担持体と、前記現像剤収納部の内部に配設されていて駆動されて現像剤を攪拌する現像剤攪拌部材であって、前記現像剤担持体に近接して配設されている前側の現像剤攪拌部材と、前記前側の現像剤攪拌部材よりも前記現像剤担持体との距離が遠い後側の現像剤攪拌部材と、を備えた現像装置と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤担持体の長手方向に関して予め設定した複数の分割領域のそれぞれにおける画像形成に伴うトナー消費量を算出し、その値が所定の量を超えた場合に、潜像担持部材の非画像部において、前記現像剤担持体に対して反転極性のトナーを消費する電位を画像形成時とは変えて印加すると共に、前記各分割領域でトナー消費に必要な電位差を変えることにより前記現像剤担持体から前記潜像担持部材へトナーを吐き出すトナー吐き出し制御モードを有し、前記前側の現像剤攪拌部材および前記後側の現像剤攪拌部材を止めた状態で前記トナー吐き出し制御モードを実行することを特徴とする画像形成装置。
前記現像装置は現像剤担持体を複数個有していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記現像剤が磁性トナー又は非磁性トナーの一成分現像剤であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記現像剤が非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記潜像担持部材が電子写真感光体又は静電記録誘電体であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像形成装置。