JP2006119479A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナーとキャリアを収容する現像装置において、大量にトナーが補給された際にもかぶり等の画像不良を引き起こすことなく、長期にわたって安定した画像形成を可能にした画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像装置に補給されたトナー量及び現像装置の使用量の情報に応じて、非画像形成時に、所定時間攪拌部材を駆動させるトナー攪拌モードを実行する。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真方式、静電記録方式等によって、像担持体上に形成された静電潜像を現像して可視画像を形成する複写機、プリンタ、記録画像表示装置、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式や静電記録方式による画像形成工程における、静電潜像を現像する現像工程は、帯電させたトナー粒子を、静電潜像の静電相互作用を利用して、像担持体の静電潜像上に移動させて現像剤像（トナー像）の形成を行う工程である。一般に斯かる静電潜像を現像する方法のうち、現像剤としてトナーとキャリアとを含む二成分現像剤を採用した二成分現像方法が、特に高画質を要求されるフルカラー複写機、フルカラープリンタには好適に用いられている。

この二成分現像方法を採用した現像装置の一態様として、図７に示すように、現像剤攪拌部材４３、４４によって現像剤担持体である現像スリーブ４１の表面に供給された現像剤を、現像スリーブ４１に内包された円筒状磁界発生手段であるマグネットローラ（不図示）の磁力にて磁気ブラシの状態で保持し、これを現像スリーブ４１の回転によって像担持体である感光体ドラム１との対向部の現像領域に搬送すると共に、穂高規制部材であるブレード４２で上記磁気ブラシを穂切りして現像領域に搬送される現像剤量を適正に維持するように構成した現像装置４がある。

このような二成分現像装置においては、現像動作に供されることによって消費されたトナーを適正に補給し、トナーとキャリアとの比を一定に維持するように制御される。

更に説明すると、現像装置４の現像剤Ｔを収容する現像容器４０の内部は垂直方向に延在する隔壁４６により現像室４７と撹拌室４８とに区画され、現像室４７及び撹拌室４８には非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤Ｔが収容されている。そして、現像室４７及び撹拌室４８には上述のようにそれぞれスクリュータイプの第１及び第２の現像剤撹拌部材４３、４４が配置されており、現像室４７及び撹拌室４８内の現像剤Ｔを撹拌搬送する。

第１の撹拌部材４３は、現像室４７内の底部に現像スリーブ４１の軸線方向、即ち、現像幅方向に沿ってほぼ平行に配置されており、回転軸の周りに羽根部材をスパイラル形状に設けたスクリュー構造とされ、回転して現像室４７内の現像剤を現像室４７の底部にて現像スリーブ４１の軸線方向に沿って一方向に搬送する。

第２の撹拌部材４４は、回転軸周りに羽根部材を第１の撹拌部材４３とは逆向きにしてスパイラル形状に設けたスクリュー構造とされ、撹拌室４８内の底部に第１の撹拌部材４３とほぼ平行に配置され、第１の撹拌部材４３と同方向に回転して撹拌室４８内の現像剤を第１の撹拌部材４３とは反対の方向に搬送する。

第２の撹拌部材４４は、現像剤濃度制御のもとでトナー補給槽６０からこの第２の撹拌部材４４における現像剤循環方向で上流側に供給されるトナーと、既に撹拌室４８内にある現像剤とを撹拌搬送し、現像剤全体の重量に対するトナーの重量である現像剤濃度（トナー濃度）を均一化する。この攪拌によってトナーとキャリアは摺擦され、摩擦帯電によってトナーは適正な帯電量を保持することとなる。

第１の攪拌部材４３と第２の攪拌部材４４との間には隔壁４６が存在し、現像容器４０内部を現像室４７と攪拌室４８とに仕切っている。しかし、この隔壁４６には、図３に示すように、両端部において現像室４７と撹拌室４８とを相互に連通させる現像剤通路４６ａ、４６ｂが形成されており、このために、第１及び第２の撹拌部材４３、４４の搬送力により、現像動作に供されることでトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室４７内の現像剤が、一方の通路４６ｂから撹拌室４８内へ移動する。

このように、現像剤は、第１及び第２の攪拌部材４３、４４の回転によって現像室４７と撹拌室４８との間で循環される。

従来、循環する現像剤の中におけるトナー濃度を検知する現像剤濃度検出手段として、現像剤の透磁率から、トナー濃度としてのトナーとキャリアの比率を検知するインダクタンスセンサ４５が知られている。

インダクタンスセンサ４５は、上記に説明した構成の現像装置においては、図３に示すように、攪拌室４８内の現像剤循環の上流部に設けられている。そして、インダクタンスセンサ４５によって検知されたトナー濃度が、もともと定められたターゲット濃度に対して足りないと判断したときには、不足トナー量をインダクタンスセンサ４５のトナー濃度検知部のすぐ下流に位置するトナー補給口６ａ（図７）からトナーを補給する。このように、現像容器４０内の現像剤のトナー濃度を検知し、不足分をトナー補給手段から補給するトナー補給制御、所謂、インダクタンスＡＴＲによって現像剤中のトナー濃度は一定の濃度に制御される。

上記のようなトナー補給制御によって、現像容器４０内のトナー濃度（キャリアとトナーの比率）はつねに一定になるように保たれ、トナーは現像部に到達するときには最適な電荷量を保持することが可能となる。これによって、かぶりや濃度低下などが抑制されている。

しかしながら、近年の電子写真装置の多様化に伴い、写真画像のような高印字画像が頻繁に印刷されるようになった。高印字画像では、現像に伴なうトナーの消費が大量である。そのため、新たなトナーが現像容器内の現像剤中に供給され、キャリアと撹拌され、トナーが十分な電荷を得るには相応の時間を要する。そして、攪拌時間が足りずにトナーの電荷量が不十分であると、かぶりを生じ、画像品位が不安定になるという問題があった。

このような問題を解決するため、画像比率に応じて非画像形成時に、現像容器内の攪拌部材を回動させてトナーの電荷量を安定化させる方法が提案されている（特許文献１参照。）。この方法によって、たとえ高印字画像等を印刷しても画像品質を保つことができるようになった。

しかし、近年のユーザーの多様化や、高画質化、長寿命化の需要に応じるには、上記方法では、現像装置の寿命後半において画像品質を保てないことがあった。つまり、上記方法では、寿命初期で充分な電荷付与能力があり、かぶりが発生しないキャリアの状態であっても、大量にトナーが補給された場合、攪拌動作を行なうことによって、逆にキャリアの劣化を促進しまうことになり、劣化が進んだ寿命後半において、キャリアの電荷付与力が低下し、かぶりを引き起こしてしまうことがあった。
特開平４−１３６９６４号公報

本発明の目的は、キャリアの劣化を抑制しつつ、必要なときのみ適正量の攪拌を行なうことで、極力、攪拌部材の回動時間を少なくし、大量にトナーが補給された際にもかぶり等の画像不良を引き起こすことなく、長期にわたって安定した画像形成を可能にした画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
（ａ）静電潜像が形成される像担持体と、
（ｂ）トナーとキャリアを含む二成分現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内に補給されたトナーと前記現像容器内の現像剤とを攪拌するための攪拌部材と、前記現像剤を担持して前記像担持体に搬送するすることによって、前記像担持体上の静電潜像を現像するための現像剤担持体と、を備えた現像装置と、
（ｃ）前記現像容器内に補給するトナーの量を制御するトナー補給量制御手段と、
（ｄ）前記現像装置の使用量を検知する現像装置使用量検知手段と、
を有する画像形成装置において、
前記現像装置に補給するトナー量及び前記現像装置の使用量の情報に応じて、画像形成動作を停止し前記攪拌部材を所定時間動作させることを特徴とする画像形成装置である。

本発明の画像形成装置は、トナー補給量と現像装置の使用量、更には、画像形成装置が使用されている環境に応じてトナーとキャリアを混合するトナー攪拌モードを実行することで、極力キャリアの劣化を抑制しつつ、必要なタイミングで適正時間の攪拌を行なうことができ、かぶり等の画像不良の発生を抑制することが可能となった。更に、現像装置使用量に関する情報を、現像装置を含む着脱可能なユニットに設けられた記憶手段に格納することで、現像装置が本体から取り出され再装着された際にも、現像装置の使用情報がリセットされることなく保持されるために、正確にトナー攪拌モードの要否を判断できる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

実施例１
本発明が適用できる画像形成装置は、例えば感光体、誘電体等の像担持体上に電子写真方式、静電記録方式等によって画像情報信号に対応した静電潜像を形成し、この潜像をトナー粒子とキャリア粒子を主成分とした二成分現像剤を用いた現像装置によって現像して可視画像、即ち、現像剤像（トナー像）を形成し、これら可視画像を紙等の転写材に転写し、定着手段にて永久像にする構成のものであればよい。

まず、図１及び図２を参照して、本発明に係る画像形成装置の一実施例について説明する。本実施例では本発明の画像形成装置は、電子写真方式のフルカラープリンタであるとする。

図１を参照すると、本実施例の画像形成装置は、出力したい所望の画像が、画像読み取り装置やコンピュータ３３から画像情報処理装置３２を通してプリンタ側へ多数の画素に分解して送られる。画像情報は、この段階で画素ごとの濃度に対応した画像データである画素画像信号に変換される。

像担持体としてのドラム状の電子写真感光体（以下、「感光体ドラム」という。）１は、アモルファスシリコン、セレン、ＯＰＣ等を表面に有し、矢印方向に回転し、画像形成工程における帯電工程にて一次帯電装置２により均一に帯電される。

画像データである画素画像信号は、パルス幅変調回路３１に入力され、その画素画像信号に対応するレーザ駆動パルスを、潜像形成手段としての露光手段である半導体レーザ３に供給し、そのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。そして、感光体ドラム１上に、主走査方向に高濃度画素に対しては、比較的長い範囲が、低濃度画素に対しては、短い範囲が露光され、画像情報信号に対応した面積階調を持つ静電潜像が形成される（潜像形成工程）。

この静電潜像は、トナー粒子とキャリア粒子が混合された二成分現像剤を使用する現像装置４によって現像され、可視画像（トナー像）が形成される（現像工程）。

形成されたトナー像は、矢印方向に無端駆動される転写材担持体としての転写材担持ベルト９１上に保持された転写材９０に、転写手段としての転写ローラ９２の作用により転写される（転写工程）。転写材９０に転写されたトナー像は、転写材９０の搬送の下流側に備えられた不図示の定着手段により、定着されて永久画像となり（定着工程）、所望の画像形成物が提供される。

そして、トナー像が転写された後の感光体ドラム１上の残留トナーは、クリーニング装置５によって除去され、次回の画像形成に備える。

尚、図１には説明を簡単にするために、画像形成装置の１色における上記の画像形成工程が実施される、１つの画像形成ステーション（感光体ドラム１、露光装置３、一次帯電装置２、現像装置４、クリーニング装置５等を含む）のみを図示した。全体構成は、図２に示すように、複数色を使用するカラー画像形成装置では、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、及びブラックの各色に対する４つの画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋが、転写材担持ベルト９１上にその移動方向に沿って順次に配設される構成とされる。

各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの感光体ドラム１上に形成された原稿の各色毎の色分解トナー像は、転写材担持ベルト９１によって保持、搬送される転写材９０に順次に重ね転写され、同様に定着され、フルカラー画像となる。尚、各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋにおける各画像形成手段の構成は、現像剤の色以外は、同じ構成である。

又、本実施例では、各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋにおける、各色毎に感光体ドラム１、一次帯電装置２、現像装置４、クリーニング装置５等が一体となって、画像形成装置本体から着脱可能なユニットであるカートリッジＣの形態をとっている。カートリッジＣには記憶手段ＣＭが設けられており、記憶手段ＣＭには画像形成プロセスに関する情報が格納されている。

次に、図１を用いて、画像形成装置に設置された現像装置４の詳細を説明する。

現像装置４は、トナー補給手段に関する以外は、従来に説明した図７に示される構成と同様とされる。

つまり、本実施例にて、現像装置４は、感光体ドラム１に対向して配置されており、現像剤Ｔが収容される現像容器４０の内部は垂直方向に延在する隔壁４６によって第１室（現像室）４７と第２室（撹絆室）４８とに区画されている。現像室４７には、矢印方向に回転する中空の円筒体である非磁性の現像スリーブ４１が現像剤担持体として配置されており、この現像スリーブ４１内に磁界発生手段であるマグネット（不図示）が固定配置されている。現像スリーブ４１は、現像剤規制部材であるブレード４２によって層厚規制された二成分現像剤（磁性キャリアと非磁性トナーを含む）の層を担持搬送し、感光体ドラム１と対向する現像領域で現像剤を感光体ドラム１に供給して静電潜像を現像する。

そして、現像効率、即ち、静電潜像へのトナーの付与率を向上させるために、現像スリーブ４１には、不図示の電源から直流電圧を交流電圧に重畳した現像バイアス電圧が印加されている。

現像室４７及び攪拌室４８には、それぞれ現像剤撹拌、搬送手段としてスクリュー構造の第１及び第２の撹拌部材、即ち、攪拌スクリュー４３、４４が配置されている。第１スクリュー４３は現像室４７中の現像剤を撹拌搬送し、又、第２スクリュー４４は、トナー補給手段であるトナー補給装置６によってトナー補給槽６０から供給されたトナーと、既に現像装置４内にある現像剤とを撹拌搬送し、トナー濃度を均一化する。

現像室４７と攪拌室４８とを仕切る隔壁４６には、図３に示される現像容器構成により、手前側と奥側において現像室４７と攪拌室４８とを相互に連通させる現像剤通路４６ａ、４６ｂが形成されており、上記第１、第２スクリュー４３、４４の搬送力により、現像によってトナーが消費されてトナー濃度の低下した現像室４７内の現像剤が一方の通路４６ｂから攪拌室４８内へ移動し、攪拌室４８内でトナー濃度の回復した現像剤が他方の通路４６ａから現像室４７内へ移動するように構成されている。

図１にて、トナー補給手段であるトナー補給装置６は、補給用現像剤であるトナーが収容されているトナー補給槽６０と、現像装置４へのトナー補給口６ａに連通した搬送スクリュー６１、搬送スクリュー６１を駆動させる駆動モータ６２、駆動モータ６２を制御する駆動回路６３から構成されている。そして、トナー補給制御に際しては、ＣＰＵ６７によって濃度検出手段であるインダクタンスセンサ４５の検知結果から決定されたトナー補給量に応じて、搬送スクリュー６１の回転時間を算出し、モータ駆動回路６３を制御して、その時間だけモータ６２を回転駆動させ、定められた量の補給用トナーが現像装置４に補給される。この時、現像剤攪拌スクリュー６１と現像スリーブ４１は単一の駆動源で駆動させることができる。

トナー補給制御は、現像装置４内のトナー濃度の変化を検知して補給トナー量を制御するために、濃度検出手段としてインダクタンス検知ＡＴＲを採用することができる。

トナー補給制御方法としてのインダクタンスＡＴＲは、トナー粒子とキャリア粒子とを含む二成分現像剤の見かけの透磁率を検知するインダクタンスセンサ４５を現像装置４に備え、インダクタンスセンサ４５によって、現像装置４内に収容された現像剤のトナー濃度検知を行い、その検知結果に基づく検出信号の値（出力値）とトナー補給制御の基準値との差分にてトナー補給量を定め、トナー補給装置６を動作させる制御方法である。

次に、トナー補給制御手段としてのインダクタンスＡＴＲについて更に説明する。

本実施例では、図３に示すように、現像装置４には、攪拌室４８内の現像剤循環の上流部の側壁にインダクタンスセンサ４５が設置されている。インダクタンスセンサ４５からの出力電気信号はトナー濃度に応じて、ほぼ直線的に変化する。

図１に示される構成にて、このインダクタンスセンサ４５からの出力電気信号をＡＤ変換して得られた検知データが、トナー補給制御を実行するＣＰＵ６７に送られる。ＣＰＵ６７には記憶手段である不揮発性メモリＲＡＭ６８が連結されている。

ＲＡＭ６８には、初期設定値における規定のトナー濃度に対応する検知データ（即ち「初期値」）がインダクタンスセンサ４５からＣＰＵ６７を介して格納されており、好ましくは、温湿度に対応した所定の「補正値」テーブルも予め記憶されている。

本実施例では、ＲＡＭ６８から上記の温湿度に対応した「補正値」と「初期値」をＣＰＵ６７に読み出し、加算して「基準値」とした。

そして、ＣＰＵ６７は、新たにインダクタンスセンサ４５から得られた検知データと上記「基準値」を比較して、その差分に応じた不足分のトナー量をトナー補給量として定める。そして、このトナー補給量に応じた搬送スクリュー６１の回転時間を算出し、モータ駆動回路６３を制御して、その時間だけモータ６２を回転駆動させる。搬送スクリュー６１は上記の時間だけ回転し、トナー補給槽６０から現像装置４に不足分のトナーを補給する。即ち、モータ６２の駆動時問を制御することでトナー補給量を制御している。

ここでのトナー濃度は、トナーと現像剤（トナーとキャリア）の重量比（％）であり、本実施例では基本的に８．０％に制御している。

現像容器４０内のトナー濃度（キャリアとトナーの比率）は常に一定になるように保たれ、トナーは現像部に到達するときには最適な電荷量を保持することが可能となる。これによって、かぶりや濃度低下などが抑制されている。高印字画像においては、現像に伴なうトナーの消費が大量であため、上記構成により、攪拌スクリュー４３、４４により攪拌を十分に行い、トナーを十分に帯電させ、電荷量を保つ必要がある。

しかし、二成分現像装置４内の現像剤Ｔは、現像ブレード４２と規制スリーブ４１間の圧縮や攪拌スクリュー４３、４４による攪拌動作によって、徐々に劣化していく。特に、キャリアは補給されること無く使用され続けるため、劣化し、電荷付与力が低下しやすい。そして、大量にトナーが補給された場合、攪拌動作によりキャリアの劣化を促進し、現像装置寿命後半において、かぶりを引き起こしてしまうことがあった。

従来では、画像比率に応じて非画像形成時に現像剤の攪拌を行う方法が実施されていたが、本実施例では、現像装置寿命後半においても画質を維持するために、補給動作を行なった際に、補給されたトナー量、現像装置の使用量、更には、使用されている環境の絶対水分量に基づいて、現像容器４０内部で攪拌部材である攪拌スクリュー４３、４４を所定時間駆動するトナー攪拌モードを実施するようにしたことが特徴である。

前記のように、本実施例では、各画像形成ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、ＢｋにおけるカートリッジＣには記憶手段ＣＭが設けられており、記憶手段ＣＭには画像形成プロセスに関する情報の一部として、現像装置４の使用状態に関する情報が格納されている。

そして、画像形成装置本体には環境検知手段１００（図２）が設けられ、画像形成装置本体が使用されている環境の温度と湿度を検知している。これらの温度・湿度から本体が使用されている環境の絶対水分量を判断し、それによって使用環境に合わせた帯電、現像などに関する様々なプロセス条件を決定している。ここで検知された絶対水分量は、トナー攪拌モードを実行するか否かを決定する要素となる。

又、本実施例では、各色それぞれの現像装置４に対して現像装置使用量検知手段を設けている。これは、現像スリーブ４１の回動時間を積算することで現像装置４の使用量を検知し、寿命の判断を行うものである。現像スリーブ４１の回動時間は、カートリッジＣに設けられた記憶手段ＣＭに随時積算され格納されていく。又、本実施例では、現像装置使用量の検知を現像スリーブ４１の回動時間で行なったが、例えば印刷枚数等の現像装置４の状態を判断できる情報で代用することも可能である。

以下にトナー攪拌モードの詳細を述べる。トナー攪拌モードにおける動作は、図４のタイミングチャートに示すタイミングでなされる。

まず最初に、図４に示すように、感光体ドラム１の回転動作が停止した後、Ａ４サイズ６枚の印刷時間に相当する時間、インダクタンスＡＴＲでトナー補給制御を行ないながらトナー攪拌スクリュー４３、４４を回動させる。

この動作を行なう理由は、図３を参照すれば理解できるように、本実施例の現像装置４の構成では、インダクタンスセンサ４５で検知したときには、既に感光体ドラム１と対向する部分（現像部）では次画像形成のための現像動作によってトナーが消費されているため、トナー攪拌モードに入った後、消費されてトナー濃度が低くなっている現像剤に対して、確実にトナー濃度を基準値に戻すためのトナー補給動作を行なう必要があるからである。ここで、現像剤のトナー濃度を確実に基準値に戻しておくことで、トナー攪拌モード後に画像形成を再開したときに安定して良好な画像形成が行なえる。

本実施例の構成では、Ａ４サイズ６枚印刷時間に相当する時間以上、トナー補給制御を行なうことで現像容器４０内のトナー濃度がほぼ基準値に回復していることが判明したので、本実施例ではこの時間で、トナー補給制御を行なうようにした。

次に、トナー補給動作を停止して、攪拌動作のみを実施する。

ここで、攪拌動作の時間とかぶりの回復状況を、一番かぶりに厳しい状態と考えられる現像装置使用量１００％、トナー補給量最大（０．４５ｇ）、絶対水分量０．５（ｇ／ｍ³）の条件で確認した。その結果を表１に示す。

表１に示すように、攪拌時間が２０秒以上では、全くかぶりが発生せず、１５秒では許容レベルであるが、極軽微なかぶりが発生している。１０秒では、目に見えるかぶりが発生している。上記結果から、本実施例の構成では、現像剤攪拌動作によってかぶりを抑制するには２０秒以上を要することが判明した。

攪拌時間を長くすることで、かぶりは良化するが、逆に、キャリアの劣化を招くこととなる。そのため、ここでは必要最小限の攪拌時間にするため、トナー補給制御なしの攪拌時間を２０秒とした。

この２０秒の現像スリーブ４１、攪拌スクリュー４３、４４の空回転の後トナー攪拌モードを終了する。

上記のように、トナー攪拌モードでは、トナーを補給しながら現像スリーブ４１と攪拌スクリュー４３、４４を回転させる動作の後で、トナー補給させることなく、現像スリーブ４１、攪拌スクリュー４３、４４を所定時間、空回転させることで、かぶりを抑制できる。

本実施例では、このトナー攪拌モードを、補給動作を行なった際に、補給されたトナー量、現像装置の使用量に基づいて実施する。そして、更には、このトナー攪拌モードの実施するか否かを、使用されている環境の絶対水分量に応じて決定する。この動作について、図５に示すフローチャートを用いて以下に説明する。

画像形成がスタートすると（Ｓ１）、まず画像形成装置本体の使用されている環境の検知と、各ステーションＹ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋの現像装置使用量を検知し（Ｓ２）、続けてトナー補給制御が行なわれる（Ｓ３）。

環境検知と現像装置使用量検知の結果が、絶対水分量Ｚが閾値Ｃ以上、又は現像装置使用量Ｙが閾値Ｂ以下であれば（Ｓ４：Ｎｏ）、通常のインダクタンスＡＴＲを用いたトナー補給制御を行ないながら画像形成を継続する（Ｓ１０）。つまり、絶対水分量Ｚが閾値Ｃ以上の時には、トナー攪拌モードは実行せず、閾値Ｃ未満の時でも現像装置使用量Ｙが閾値Ｂ以下であればトナー補給モードは実行しない。

逆に、絶対水分量Ｚが閾値Ｃ未満であれば、現像装置使用量Ｙが閾値Ｂより大きいときに（Ｓ４：Ｙｅｓ）、トナー補給制御によって補給された１枚当たりのトナー補給量Ｘを引き出し、補給量Ｘが閾値Ａより大きいか否かの判断を行なう。

つまり、インダクタンスＡＴＲでは、プリント１枚毎に新たにインダクタンスセンサ４５による検知データと基準値を比較して、その差分に応じた不足分のトナーを現像装置４に補給する。このときに補給されるトナー量をモニターし、１枚中に補給したトナー量Ｘが閾値Ａ以上であるか否かを判断する（Ｓ５）。

このとき、閾値Ａ以下であれば（Ｓ５：Ｎｏ）、通常の画像形成動作を継続し（Ｓ１０）、閾値Ａより多ければ（Ｓ５：Ｙｅｓ）、トナー攪拌モードの実行を要求する（Ｓ６）。

トナー攪拌モードに入る際は、画像形成を一旦停止する必要がある。ただし、補給されたトナーが現像スリーブ４１上に到達するまではかぶりが発生しないため、画像形成を行なうことが可能であるので、連続プリント時はＰ枚までは画像形成動作を継続し、Ｐ枚終了後一旦停止し、トナー攪拌モードに入る。又、Ｐ枚到達前に画像形成動作が終了した際は、そのタイミングでトナー攪拌モードに入る（Ｓ６→Ｓ７）。

トナー攪拌モードが終了した時点で、次の画像形成を開始することが可能となる（Ｓ９）。

本実施例に用いた具体的な値は、絶対水分量Ｚの閾値Ｃは５．８（ｇ／ｍ³）、現像装置使用量Ｙの閾値Ｂは寿命の７５％、補給されたトナー量Ｘの閾値Ａは１．０ｇとした。

上記の動作によると、本実施例では、絶対水分量Ｚと現像装置使用量Ｙが所定値、ここでは閾値Ｃ、Ｂより大きい場合に、トナー補給量を検知し、１枚毎のトナー補給量Ｘが所定値Ａより大きい場合、非画像形成時にてトナー攪拌モードを実行する。

ここで、絶対水分量、現像装置使用量、トナー補給量の閾値の決定条件について説明する。

絶対水分量の閾値は、本体使用環境とかぶりの関係を確認して決定した。ここでは、かぶりが最も厳しい状態である、トナー補給量が最大で現像装置４が寿命到達直前のときの絶対水分量とかぶりの関係を確認した。確認時におけるトナー補給量は、Ａ４サイズ１枚の中で補給されるトナー量であり、本実施例の構成では最大値は０．４５ｇである。その結果を表２に示す。表２に示すように絶対水分量が多い環境ではかぶりは全く発生せず、低湿環境になるほどかぶりのレベルが悪くなっていることが分かる。

本実施例では、最大補給時に画像においても影響するようなかぶりが発生しなかった５．８（ｇ／ｍ³）を絶対水分量の閾値とした。よって、本実施例におけるトナー補給制御では、絶対水分量が５．８（ｇ／ｍ³）より大きい環境ではトナー攪拌モードを実施しないため、むだに攪拌することでキャリアの劣化を促進することもなくなる。

トナー補給量Ｘと現像装置使用量Ｙのそれぞれの閾値Ａ、Ｂは、それらに対するかぶりの状況を確認して決定した。ここでは、上記絶対水分量とかぶりの関係からかぶりに対して厳しいと思われる絶対水分量０．５（ｇ／ｍ³）において検討を行なった。結果は表３に示すようになった。

表３に示す結果から、補給量Ｘに関してはいかなる現像装置使用量（現像寿命）においてもかぶりが発生しなかった０．２５ｇを閾値Ａとした。又、現像装置使用量Ｙは、いかなる補給量においてもかぶりが発生しなかった、寿命到達回転数を１００％としたときの７５％を閾値Ｂとした。

上述の結果から、それぞれの閾値である、絶対水分量０．５（ｇ／ｍ³）未満且つトナー補給量０．２５ｇより大きく更に現像装置使用量が７５％より大きいという３つの条件を満たしたときのみトナー攪拌モードに入ることになる。上記設定でトナー攪拌モードを実行することで、様々な環境、トナー補給量、現像装置の寿命においても、かぶりを抑制することが可能となった。

又、無駄に攪拌を行なうことがなくなり、現像寿命の最後まで安定した画像形成が行なえるようになった。

又、トナー攪拌モードを実施することを検知した画像形成を１枚目として、５枚目まで印字可能とした。つまり所定枚数Ｐは５枚とした。ここでの枚数は、Ａ４サイズの枚数である。（Ａ３サイズは１枚をＡ４サイズ２枚で換算。）これは、実際にトナー補給されたトナーが、現像領域に到達する、つまり現像スリーブ４１にコートされるまでに約６枚分の時間を要するためである。

大量に補給されたトナーがスリーブ４１上にコートされるまでにトナー攪拌モードを実行することができれば、画像上に問題が発生することはない。ただし、５枚目までに後回転動作が入り、画像形成動作が一旦停止した際には、そこでトナー攪拌モードを実行する。

これによって、すぐに画像形成動作を停止することがないため、例えば連続プリントを行なっていた場合でもユーザーがストレスを感じることは少なくなる。

以上のように、現像装置の使用量、トナー補給量、更に画像形成装置本体の使用されている環境環境の情報を用いて判断することで、トナー攪拌モードを必要な時のみ実行することが可能となる。それによって、トナー攪拌モードが必要以上に実行されることで、キャリア劣化を促進するという悪影響を与えることなく長期にわたって安定した画像形成が行なえる。又、無駄に画像形成を停止することがないため、ユーザーにストレスを与えることも少なくなる。

又、本実施例では、現像装置使用量に関する情報をカートリッジＣに設けられた記憶手段ＣＭに格納するようにしている。従って、例えカートリッジＣが取り出されて再装着されたとしても現像装置使用量Ｙがリセットされることがないため、トナー攪拌モードを実行するか否かの判断が正確にできる。

本実施例では、制御を簡単にするために絶対水分量、トナー補給量、現像装置使用量の閾値をそれぞれ一つの値にしたが、これに限るものではない。更に詳細に絶対水分量、トナー補給量、現像装置使用量の３条件とかぶり発生の有無を調べ、攪拌モードを実行する必要があるかを判断することで、より細かな制御を行なうことも可能である。

例えば、絶対水分量２．５（ｇ／ｍ³）においては、表４に示すように、０．５（ｇ／ｍ³）のときよりも、かぶりの発生が軽微になる。よって、絶対水分量に応じて、トナー補給量と現像装置使用量の閾値を変更することが可能となる。ここでは、絶対水分量が２．５〜５．８（ｇ／ｍ³）の範囲においては、トナー補給量０．３ｇ以上かつ現像装置使用量（現像寿命）８０％のときにトナー攪拌モードを実行するようにし、２．５（ｇ／ｍ³）未満ではトナー補給量０．２５ｇ以上かつ現像装置使用量７５％以上のときにトナー攪拌モードを実施するようにした。

このように、絶対水分量、トナー補給量、現像装置使用量の設定を細かく制御することで、更に高画質で安定した画像形成装置を提供することが可能となる。

尚、本実施例では、トナー濃度制御にインダクタンスＡＴＲを用いたが、それに限るものではなく、図１に示すように、ビデオカウンタ６６により、１ページ当たりの画像情報信号における印字画素数の累積値から１ページ当たりのトナー消費量を決定し、トナー補給を行なう制御手段（ビデオカウントＡＴＲ）などでもよい。

本実施例におけるビデオカウントＡＴＲについて、以下に説明する。

図１に示すように、パルス幅変調回路３１から発信される印字画素画像信号に対応するレーザ駆動パルスを、ＡＮＤゲート６４の一方の入力に供給し、他方の入力にはクロックパルス発振器６５からのクロックパルスを供給する。

ＡＮＤゲート６４の出力は、レーザ駆動パルスのパルス幅に対応した数のクロックパルス、即ち、各画素の濃度に対応した数のクロックパルスが出力される。このクロックパルスをカウンタ６６によって画像毎に積算し、ビデオカウント数を算出する。

このビデオカウント数は、画像のトナー像を１つ形成するために消費されるトナー量に対応している。トナー補給制御を行うＣＰＵ６７は、このビデオカウント数から、ＲＡＭ６８が有しているビデオカウント数とトナー補給時間との対応関係を示す換算テーブルを読み出し、前述のようにモータ６２の駆動時間を制御することで消費したトナー量を補うようにトナーを補給する。

つまり、インダクタンスＡＴＲでは、現像装置４内のトナーの濃度を濃度検出手段であるインダクタンスセンサ４５により直接検知し、その検知値と基準値との差分をトナー補給量とするのに対し、ビデオカウントＡＴＲでは、ビデオカウント数から消費されたトナー量を算出して、それを補給量とする。

上記説明した、本実施例ではトナー攪拌モード時にトナー補給制御を行なったが、かぶりに充分な効果が得られるのであれば、簡単な構成にするために単に現像スリーブと攪拌部材だけを空回転させるだけでも良い。

又、本実施例のトナー攪拌モードでは、攪拌部材と共に現像スリーブも回動させたが、現像剤が十分に攪拌でき、トナートリボを十分に負荷させることができれば、攪拌部材のみ駆動させても良い。

実施例２
本実施例の構成は基本的に実施例１と同様である。本実施例の特徴は、実施例１では、トナー攪拌モードにおいて、トナー補給動作を行ないながらの攪拌時間とトナー補給動作を停止してからの攪拌時間をそれぞれ一定値としたが、本実施例では、現像装置の使用量や、使用されている環境、トナーの補給量に応じて、それらの時間を可変としたところにある。

上記表３に示されるように、現像装置の使用量（現像寿命）とトナー補給量によって、かぶりの発生レベルに差がある。表２において△レベルの部分、つまり（ａ）１枚当たりのトナー補給量が０．３ｇ且つ現像装置使用量が８０％〜９０％である時、及び（ｂ）現像装置使用量が８０％且つ１枚当たりのトナー補給量が０．３ｇ〜０．４ｇである時においては、表３における×レベルの部分、つまり（ｃ）現像装置使用量が寿命の時、（ｄ）Ａ４の１枚当たりのトナー補給量が０．４５ｇ以上の時、（ｅ）現像装置使用量が８５％以上且つＡ４の１枚当たりのトナー補給量が０．３５ｇ以上の時よりも、かぶりが軽微である。

この△レベルの状況においては、トナー攪拌モード時のトナー補給制御終了後の攪拌時間が１５秒でもかぶりの発生を抑制することができた。

そのため、現像寿命が７５％〜８０％の間且つトナー補給量が０．２５ｇ〜０．４ｇの間のときは攪拌時間を１５秒とした。又、現像寿命が８０％〜９０％の間でトナー補給量が０．２５ｇ〜０．３ｇのときにも攪拌時間を１５秒とした。上記以外で現像寿命が７５％以上且つトナー補給量が０．２５ｇ以上のときは攪拌時間を２０秒とした。

上記構成によって、実施例１よりも更に細かく制御することが可能となり、それによってかぶりの抑制とともに更なる現像剤の劣化抑制を行なうことができる。よって更なる長寿命、高画質を実現することが可能となる。

本実施例では現像装置の使用量（現像寿命）とトナー補給量によって攪拌時間に変化をつけたが、環境情報を用いて更に細かな制御を行なうことも可能である。

実施例１及び２において説明した画像形成装置の全体構成に関しては、必ずしも上記に説明したものに限定されず、転写材担持体として、転写材担持ベルト９１の替わりにドラム状のものを用いた構成や、図６に示す画像形成装置のように、転写材担持体の代わりに、中間転写体９１ａを備え、中間転写体９１ａに複数の感光体ドラム１からトナー像を重ねて一次転写した後に、中間転写体９１ａから転写材９０に、二次転写手段９２ａによって一括して二次転写する構成や、図示してはいないが、現像装置を回転体に搭載して、順に１つの感光体ドラムに対向させる構成等、様々な画像形成装置に本発明は適用できる。

そして、カートリッジに関しても、現像装置を備えて画像形成装置に対して着脱自在であるものに対しては、上記の記憶手段を設け、本発明を適用することにより、同様の作用効果を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す部分概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。 現像装置の一実施例を示す平面図である。 本発明に従ったトナー攪拌モードの一実施例による動作タイミングを示すタイミングチャートである。 本発明に従った画像形成動作の一実施例を示すフローチャートである。 本発明に係る画像形成装置の他の実施例を示す概略構成図である。 従来の現像装置及びトナー補給手段の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム（像担持体）
４ 現像装置
６ トナー補給装置（トナー補給手段）
４０ 現像容器
４１ 現像スリーブ（現像剤担持体）
４３、４４ 攪拌スクリュー（攪拌部材）
４５ インダクタンスセンサ（濃度検出手段）

Claims (8)

1. （ａ）静電潜像が形成される像担持体と、
   （ｂ）トナーとキャリアを含む二成分現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内に補給されたトナーと前記現像容器内の現像剤とを攪拌するための攪拌部材と、前記現像剤を担持して前記像担持体に搬送することによって、前記像担持体上の静電潜像を現像するための現像剤担持体と、を備えた現像装置と、
   （ｃ）前記現像容器内に補給するトナーの量を制御するトナー補給量制御手段と、
   （ｄ）前記現像装置の使用量を検知する現像装置使用量検知手段と、
   を有する画像形成装置において、
   前記現像装置に補給するトナー量及び前記現像装置の使用量の情報に応じて、画像形成動作を停止し前記攪拌部材を所定時間動作させることを特徴とする画像形成装置。
2. 画像形成装置の環境を検知する環境検知手段を有し、前記環境検知手段によって判断された前記環境に応じて、前記攪拌部材を所定時間動作させるか否かの判断をなすことを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 前記環境検知手段は、温度及び湿度を検知し、検知された温度及び湿度から絶対水分量を換算するものであり、前記環境とは、前記絶対水分量であることを特徴とする請求項２の画像形成装置。
4. 前記攪拌部材の動作時間は、前記現像装置に補給されたトナー量、前記現像装置の使用量、前記環境のうち少なくともひとつ以上の情報に応じて可変とすることを特徴とする請求項２又は３の画像形成装置。
5. 前記攪拌部材の所定時間の動作において、前記トナー補給制御がなされた状態で前記攪拌部材を駆動させる第１の動作と、前記第１の動作の後に前記トナー補給制御なしに前記攪拌部材を駆動させる第２の動作と、を実行することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
6. 前記攪拌部材の所定時間の動作において、前記現像剤担持体も動作させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の画像形成装置。
7. 前記現像装置は、画像形成装置本体に対して着脱可能なカートリッジとされ、前記カートリッジは記憶手段を備え、前記記憶手段に前記現像装置の使用状態に関する情報が格納されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の画像形成装置。
8. 前記トナー補給量制御手段は、前記現像容器内の現像剤の透磁率からトナーとキャリアの比率を検知してトナー補給を行うか、又は、前記像担持体に静電潜像を形成する画像情報信号に基づきトナー消費量を決定してトナー補給を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の画像形成装置。

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