JP2007034096A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像ローラのリフレッシュ工程において、環境条件に応じて不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出することにより、キャリア飛びの発生を効果的に防止する画像形成装置を提供する。
【解決手段】 画像形成装置１００は、画像形成部１５、画像入力部２０、定着部２６、ＡＤ変換部４０、印刷枚数カウンタ４２、制御部４３、記憶部４４、操作パネル４５、及び温度センサ４６から構成されている。制御部４３は、装置立ち上げ時やユーザによるモード設定時、或いは印刷枚数カウンタ４２のカウント値が所定枚数に達した時に、現像ユニット４内の現像ローラ４ａ上のトナーを感光体ドラム１側に吐出するリフレッシュ工程を実行するとともに、温度センサ４６の検知結果に基づいてリフレッシュ工程実行時に現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を決定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、感光体ドラム及び現像ユニットを用いた画像形成装置に関し、特に現像ローラ上のトナーをリフレッシュするリフレッシュ工程を備えた画像形成装置に関するものである。

従来の画像形成装置では、画像形成を繰り返し行う際に、特に画像上の印字率（画像形成可能な面積（用紙面積）に対する印字される面積の割合をいう。以下同じ。）が低い場合に、現像剤担持体（現像ローラ）から静電潜像担持体（感光体ドラム）に飛翔して現像に用いられるトナーが少ないために現像ユニット内のトナー粒子の入れ替わりが少なく、トナーが過剰に帯電し、画像濃度低下やカブリが発生することがある。

このような場合には、ベタ黒等の原稿印字率が高いパターンを印刷することにより現像ローラから感光体ドラム側に多量のトナーを飛翔させ、該トナーを記録媒体に転写させてトナーを消費することにより緩和することが可能ではあるが、長期にわたりベタ黒パターンを印刷しないで放置した場合には、トナーの消費が行われないまま現像ローラ表面にトナー粒子が湿度等の影響により固着されてしまい、回復しないこともある。

そのため、従来からトナーの表面形状、材料または外添剤の適正化などにより、トナーの帯電制御能力が安定するように改良されてきてはいるが、トナーの帯電が過剰となり上述のような現象が生じるのを確実に防止するまでには至っていないのが現状である。

上記のような課題を解決するために、画像形成後に現像ローラに所定の電界を印加することにより、現像ローラ表面のトナーを消費して現像ローラをリフレッシュするリフレッシュ工程を設け、画像の劣化を防止する方法が提案されている。例えば特許文献１には、印刷画像の印字率が所定印字率を下回った場合、或いは所定の温湿度を下回った場合に、印加バイアス或いはトナー吐出時間を長くしてトナーの入れ換えを十分に行う画像形成装置が開示されている。

また、特許文献２には、トナー吐出のために現像ローラ上にトナーを蓄積するトナー蓄積工程において、現像ローラに印加される交流バイアス電圧の周波数若しくはＤｕｔｙ比を変化させることにより、現像ローラ上に微粉トナーの薄層を形成し、小粒径トナーを効果的に排出するハイブリッド式の現像装置が開示されている。

従来、トナーとキャリアとから成る２成分現像剤を用いた画像形成装置においては、感光体表面にキャリアが付着することにより印刷画像に白点或いは黒点が現れる、いわゆるキャリア飛びが問題となっている。このキャリア飛びは、低温、低湿時においては、キャリアとの結合力が強く現像に寄与しない、チャージアップした４μｍ以下の小粒径トナーの割合が増加し、この小粒径トナーが現像時にキャリアと共に感光体表面に飛翔することにより発生する。

一方、高温、高湿時においては、４μｍ以下の小粒径トナーはチャージが下がり、現像可能となるが、帯電性能の劣化したキャリア上に静電付着力の弱い大粒径トナーが存在するため、キャリアに対するトナーの割合（Ｔ／Ｃ）は見掛け上正常であっても、キャリアを覆うトナーが減少し、キャリア表面が感光体表面と接触してキャリア飛びが発生する。

このように、環境条件によりキャリア飛びの原因となるトナーの粒径及び帯電量が異なるため、キャリア飛びを効果的に防止するためには、前述したリフレッシュ工程において、環境条件に応じて不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出することが望ましい。しかしながら、特許文献１の方法では、トナーを多量に排出したい場合は印加バイアスを強くするか、或いはトナー吐出時間を長くするだけであり、現像に必要なトナーも同時に吐出してしまう。

また、特許文献２の方法では、低温、低湿時にキャリア飛びの原因となる小粒径トナーを優先的に排出できるものの、小粒径トナーは高温、高湿時においては現像に必要となるため、全ての環境条件に対応したものとはいえなかった。
特開２００３−１９５６０７号公報 特開２００５−９９６６３号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、現像ローラのリフレッシュ工程において、環境条件に応じて不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出することにより、キャリア飛びの発生を効果的に防止する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、像担持体と、該像担持体に対向配置される現像ローラを回転させることにより、キャリアとトナーとから成る２成分現像剤を用いて前記像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットと、を含む画像形成部を備え、非画像形成時に前記現像ローラ側から前記像担持体側へトナーを吐出する工程を実行可能な画像形成装置において、装置内部の温度及び／又は湿度を検知する検知手段と、該検知手段の検知結果に応じて前記現像ローラに印加する交流バイアス電圧を制御する制御手段とを設け、前記制御手段は、前記検知手段により検知された装置内部の温度及び／又は湿度に基づいて、トナーを吐出する際に前記現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を決定することを特徴としている。

なお、本明細書中においてＤｕｔｙ比とは、交流波形１周期に対するプラス側波形の時間の割合をいうものとする。

また本発明は、像担持体と、該像担持体に対向配置される現像ローラを回転させることにより、キャリアとトナーとから成る２成分現像剤を用いて前記像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットと、を含む画像形成部を備え、非画像形成時に前記現像ローラ側から前記像担持体側へトナーを吐出する工程を実行可能な画像形成装置において、装置内部の温度及び／又は湿度を検知する検知手段と、該検知手段の検知結果に応じて前記現像ローラに印加する交流バイアス電圧を制御する制御手段とを設け、前記制御手段は、前記検知手段により検知された装置内部の温度及び／又は湿度に基づいて、トナーを吐出する際に前記現像ローラに印加される交流バイアス電圧の周波数を決定することを特徴としている。

また本発明は、像担持体と、該像担持体に対向配置される現像ローラを回転させることにより、キャリアとトナーとから成る２成分現像剤を用いて前記像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットと、を含む画像形成部を備え、非画像形成時に前記現像ローラ側から前記像担持体側へトナーを吐出する工程を実行可能な画像形成装置において、装置内部の温度及び／又は湿度を検知する検知手段と、該検知手段の検知結果に応じて前記現像ローラに印加する交流バイアス電圧を制御する制御手段とを設け、前記制御手段は、前記検知手段により検知された装置内部の温度及び／又は湿度に基づいて、トナーを吐出する際に前記現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比及び周波数を決定することを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、トナーを吐出する工程において現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を、装置内部の温度や湿度に応じて適正化できるため、現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出してキャリア飛びの発生を効果的に防止することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、トナーを吐出する工程において現像ローラに印加される交流バイアス電圧の周波数を、装置内部の温度や湿度に応じて適正化できるため、現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出してキャリア飛びの発生を効果的に防止することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、トナーを吐出する工程において現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比及び周波数を、装置内部の温度や湿度に応じて適正化することにより、Ｄｕｔｙ比の変更による選択的排出効果と、周波数の変更による選択的排出効果とが重畳的に作用するため、現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーをより効率良く排出してキャリア飛びの発生を一層効果的に防止することができる。また、低温、低湿時にＤｕｔｙ比と共に周波数を低くすることにより、低い現像電圧成分でもチャージアップしたトナーを効率良く吐出可能となるため、長期間の印刷によりキャリアの電気抵抗が低下した場合においてもキャリア飛びの発生を防止することができる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の画像形成装置の構成を示す概略断面図である。図１において、１００は画像形成装置であり、ここでは一例としてデジタル複合機を示している。画像形成装置１００では、コピー動作を行う場合、複合機本体内の画像形成部１５において、画像入力部２０で読み取られた原稿画像データに基づく静電潜像が形成され、現像ユニット４により静電潜像にトナーが付着されてトナー像が形成される。この現像ユニット４へのトナーの供給はトナーコンテナ２１から行われる。そして、このような画像形成装置１００では、感光体ドラム１を図１において時計回り（矢印Ａ方向）に回転させながら、感光体ドラム１に対する画像形成プロセスが実行される。なお、画像形成部１５における画像形成プロセスについては後述する。

上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム１に向けて、シート１１が給紙機構２２から用紙搬送路２３及びレジストローラ対２４を経由して画像形成部１５に搬送され、この画像形成部１５において転写ローラ５により感光体ドラム１の表面におけるトナー像がシート１１に転写される。そして、トナー像が転写されたシート１１は感光体ドラム１から分離され、定着ローラ対２６ａを有する定着部２６に搬送されてトナー像が定着される。

定着部２６を通過したシート１１は、複数方向に分岐した用紙搬送路２７に送られて、用紙搬送路２７の分岐点に設けられた複数の経路切換ガイドを有する経路切換機構３０、３１、３２によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、用紙搬送路２８に送られて両面コピーされた後に）、第１排出トレイ２９ａ、第２排出トレイ２９ｂ又は第３排出トレイ２９ｃの用紙排出部に排出される。

給紙機構２２は、複合機本体に着脱自在に取り付けられ、シート１１を収納する複数の給紙カセット２２ａ、２２ｂと、その上方に設けられるスタックバイパス（手差しトレイ）２２ｃとを備えてなり、これらは用紙搬送路２３によって感光体ドラム１及び現像ユニット４等からなる画像形成部１５に繋がっている。３３は、画像入力部２０上に載置される原稿を押さえて保持するプラテン（原稿押さえ）である。

用紙搬送路２７は、具体的には、定着ローラ対２６ａの下流側において、まず左右二股に分岐し、一方の経路（図１では右方向に分岐する経路）は第１排出トレイ２９ａに連通するように構成されている。そして、他方の経路（図１では左方向に分岐する経路）は搬送ローラ対３５を経由して、上下二股に分岐し、一方の経路（図１では上方向に分岐する経路）は第２排出トレイ２９ｂに連通するように構成されている。

これに対し、他方の経路（図１では下方向に分岐する経路）は、上記分岐点の直下において二股に分岐し、一方の経路は排出ローラ対３６を経由して第３排出トレイ２９ｃにシート１１を排出するように構成されており、他方の経路は用紙搬送路２８に連通するように構成されている。なお、用紙搬送路２８は、片面に画像形成されたシート１１がスイッチバックされて搬送される経路であり、再び画像形成部１５により異なる片面が画像形成されて排出される（両面複写）。

図２は、図１における画像形成部１５付近の部分拡大図である。図２において、画像形成部１５には、感光体ドラム１の回転方向（矢印Ａ方向）に沿って、帯電部２、露光ユニット３、現像ユニット４、転写ローラ５、シート分離爪１２及びクリーニング部１４、除電装置１０が配設されている。

感光体ドラム１は、例えばアルミドラムにａ−Ｓｉから成る感光層が積層されたものであり、帯電部２により、表面を帯電させるようになっている。そして、露光ユニット３からのレーザビームを受けた表面に帯電を減衰させた静電潜像を形成する。帯電部２は、放電（例えばコロナ放電）することで感光体ドラム１の表面を帯電させるものであり、例えば細いワイヤー等を電極として、高電圧を印加されることで放電するようになっている。

露光ユニット３は、画像データに基づいて、光ビーム（例えばレーザビーム）を感光体ドラム１に照射し、感光体ドラム１の表面に静電潜像を形成させるものである。現像ユニット４は、感光体ドラム１に対向配置された現像ローラ４ａを備え、内部に収容されたトナーを現像ローラ４ａにより感光体ドラム１の静電潜像に付着させて、トナー像を形成させるものである。なお、現像ユニット４としては、内部に磁石を備えた磁気ローラ（図示せず）を用いて現像剤に含まれるキャリアにより磁気ブラシを発生させ、磁気ブラシを用いて現像ローラ４ａ上にトナー薄層を形成するハイブリッド現像式の現像ユニットを用いても良い。

除電装置１０による除電後、帯電部２によって均一に帯電された感光体ドラム１上に露光ユニット３により静電潜像が記録され、その静電潜像を反転現像にて現像ユニット４でトナー像に顕像化し、トナー像を転写ローラ５にてシート１１上に転写する。トナー像が転写されたシート１１は、感光体ドラム１の長手方向（紙面方向）に沿って４箇所に配置されたシート分離爪１２により感光体ドラム１から分離され、定着部２６（図１参照）に搬送される。

転写ローラ５で転写されなかった未転写トナーは、残留トナーとして摺擦ローラ６及びクリーニングブレード９を備えたクリーニング部１４により感光体ドラム１表面から除去され、除去された残留トナーは回収スクリュー８等のトナー回収装置によって図示しない廃棄ボトルへと搬送される。

本発明の画像形成装置は、記録媒体への非画像形成時、例えば、画像形成装置を電源オフ状態やスリープ（省電力）モードからコピー開始状態まで立ち上げる際、或いは所定枚数の印刷が行われた時に、現像ユニット４内の現像ローラ４ａ上のトナーを感光体ドラム１側に吐出するリフレッシュ工程を実行可能に構成されている。

図３は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の構成例を示すブロック図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。画像形成装置１００は、画像形成部１５、画像入力部２０、定着部２６、ＡＤ変換部４０、印刷枚数カウンタ４２、制御部４３、記憶部４４、操作パネル４５、及び温度センサ４６から構成されている。

画像形成部１５は、感光体ドラム１、帯電部２、露光ユニット３、現像ユニット４、転写ローラ５を含み、ＡＤ変換部４０において変換されたデジタル信号に基づいて感光体ドラム１上に静電潜像を形成し、現像ユニット４によりトナー像に現像した後に転写ローラ５でシート上にトナー像を転写する。

画像入力部２０は、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部であり、画像形成装置１００がプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部２０より入力された画像信号はＡＤ変換部４０においてデジタル信号に変換された後、後述する記憶部４４内の画像メモリ６０に送出される。

印刷枚数カウンタ４２は、画像形成部１５での印刷枚数を積算してカウントする。記憶部４４は、画像メモリ６０、ＲＯＭ６１、及びＲＡＭ６２を備えており、画像メモリ６０は、画像入力部２０より入力され、ＡＤ変換部４０においてデジタル変換された画像信号を記憶し、制御部４３に送出する。ＲＡＭ６１及びＲＯＭ６２は、制御部４３の処理プログラムや処理内容等を記憶する。

また、ＲＡＭ６１（或いはＲＯＭ６２）には、リフレッシュ工程実行時に現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比が、機内温度と関連づけて記憶されており、後述するように温度センサ４６の検知結果に基づいてＤｕｔｙ比を制御する場合に制御部４３に送出される。

操作パネル４５は、複数の操作キーから成る操作部と、設定条件や装置の状態等を表示する表示部（いずれも図示せず）とから構成されており、ユーザが印刷条件等の設定を行う他、画像形成装置１００がファクシミリ機能を有する場合は記憶部４４にファクシミリ送信先を登録し、さらに登録された送信先の読み出しや書き換えを行う等の種々の設定にも使用される。温度センサ４６は、装置内部の温度を所定の間隔で測定する。

制御部４３は、設定されたプログラムに従って画像入力部２０、画像形成部１５、定着部５３やそれらを駆動する駆動手段（図示せず）を全般的に制御するとともに、画像入力部２０から入力された画像信号を、必要に応じて変倍処理或いは階調処理して画像データに変換する。露光ユニット３は、処理後の画像データに基づいてレーザ光を照射し、感光体ドラム１上に潜像を形成する。

さらに制御部４３は、装置立ち上げ時やユーザによるモード設定時、或いは印刷枚数カウンタ４２のカウント値が所定枚数に達した時に、現像ユニット４内の現像ローラ４ａ上のトナーを感光体ドラム１側に吐出するリフレッシュ工程を実行する機能、及び温度センサ４６の検知結果に基づいてリフレッシュ工程実行時に現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を決定する機能も有している。これにより、機内温度に応じた最適なＤｕｔｙ比が自動設定されるため、現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出することができ、キャリア飛びが発生しない高画質な画像を形成可能となる。

実際のトナー吐出パターンの一例を図４に示す。トナー吐出パターンＰは、現像ローラ４ａ（図２参照）の現像領域の長さＲと、所定のトナー吐出幅Ｗ１とを２辺とする矩形状である。長手方向の４箇所にはシート分離爪１２（図２参照）にトナーが付着しないように、シート分離爪１２よりも大きい幅Ｗ２を有する空白部Ｑが設けられている。

現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比と感光体ドラム上に吐出される微粉トナーの割合との関係を図５に示す。図５においては、Ｄｕｔｙ比（％）を横軸に、４μｍ以下の微粉トナーの個数（％）を縦軸にとり、周波数を３ｋＨｚに固定してＤｕｔｙ比を２０％から８０％まで変化させたときの、微粉トナーの割合の変化を表している。図から明らかなように、感光体ドラム上の微粉トナーの割合は、Ｄｕｔｙ比が低いほど高くなり、Ｄｕｔｙ比が高いほど低くなっている。

なお、ここでいうＤｕｔｙ比とは、交流波形１周期に対するプラス側波形の時間の割合を指す。即ち、図６（ａ）に示す交流バイアス電圧Ｖｐｐにおいては、プラス側波形の継続時間Ａと波形のない時間Ｂとが等しいため、Ｄｕｔｙ比（＝Ａ／Ａ＋Ｂ）は５０％となる。

また、Ｄｕｔｙ比を変化させる場合は、面積中心電圧を一定にしてＤｕｔｙ比を変化させるものとする。図６（ａ）に示すＤｕｔｙ比が５０％の交流バイアス電圧においては、面積中心電圧Ｖ１は波形の１／２の高さとなる。この交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を３０％（Ａ：Ｂ＝３：７）にすると、図６（ｂ）に示すように、プラス側波形が高くなり、面積中心電圧Ｖ１を超える部分の割合が波形全体の７０％となる。即ち、感光体ドラム上へのトナー移動に寄与する電界（現像電圧成分）は、Ｄｕｔｙ比に反比例して高くなる。

従って、チャージアップした微粉トナーが悪影響を及ぼす低温、低湿時においてＤｕｔｙ比を低くすることにより、現像電圧成分が大きくなるため、チャージアップしてキャリアとの電気的な結合が強くなった微粉トナーも感光体ドラム側へ吐出することが可能となる。また、Ｄｕｔｙ比に比例して電圧印加時間Ａが短くなるため、トナーと共にキャリアが吐出されることもなくなり、チャージアップした微粉トナーのみを優先的に排出することができる。

Ｄｕｔｙ比の好ましい範囲は交流バイアス電圧の周波数によって異なるが、例えば周波数を８ｋＨｚとした場合、機内温度（現像ユニット付近の温度）が３１℃以下の低温環境では、Ｄｕｔｙ比を１０％以上３０％以下に設定するのが好ましい。Ｄｕｔｙが１０％未満の場合は電圧印加時間が極端に短くなり、単位時間当たりのトナー吐出量が少なくなって必要量のトナー吐出に時間を要することとなり、また、瞬間的に強い現像電界が作用するため、トナーと共にキャリアが吐出される場合がある。一方、Ｄｕｔｙが３０％を超える場合はチャージアップしたトナーを吐出する効果が弱くなり、キャリア飛びが発生する場合がある。

なお、交流バイアス電圧の基準電圧をシフトさせる直流バイアス電圧（シフトバイアス）の電圧を上げると、Ｄｕｔｙ比が５０％であってもチャージアップしたトナーを吐出可能であるが、現像電圧成分と共に基準電圧も大きくなり、さらに電圧印加時間も長くなるため、キャリアも吐出されてしまい好ましくない。

一方、帯電性能の劣化した大粒径トナーが悪影響を及ぼす高温、高湿時においては、Ｄｕｔｙ比を高くすると、感光体ドラムからの引き剥がし電界が強くなり、現像時間が長くなるため、接触２成分現像方式では、より電気的作用を受けやすいチャージアップした微粉トナーはキャリア側に引き戻され、電気的作用を受けにくい低帯電トナーは結果的に感光体ドラム側に付着したまま残存することとなる。従って、低帯電で静電付着力の弱い大粒径トナーを優先的に感光体ドラム側へ吐出することが可能となる。

例えば周波数を８ｋＨｚとした場合、機内温度が４３℃以上の高温環境においては、Ｄｕｔｙ比を７０％以上９０％以下に設定するのが好ましい。Ｄｕｔｙが９０％を超える場合は現像電圧成分が極端に低くなり、単位時間当たりのトナー吐出量が少なくなって必要量のトナー吐出に時間を要することとなる。一方、Ｄｕｔｙが７０％未満の場合は低帯電トナーを優先的に吐出する効果が弱くなり、キャリア飛びが発生する場合がある。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。画像形成装置の構成については第１実施形態の図３と共通であるため説明を省略する。本実施形態においては、ＲＡＭ６１（或いはＲＯＭ６２）に、リフレッシュ工程実行時に現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧の周波数が、機内温度と関連づけて記憶されており、制御部４３は温度センサ４６の検知結果に基づいて現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧の周波数を決定する機能を有している。これにより、機内温度に応じた最適な周波数が自動設定されるため、第１実施形態と同様に、現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出することができる。

現像ローラに印加される交流バイアス電圧の周波数と感光体ドラム上に吐出される微粉トナーの割合との関係を図７に示す。図７においては、周波数（ｋＨｚ）を横軸に、４μｍ以下の微粉トナーの個数（％）を縦軸にとり、Ｄｕｔｙ比を３０％に固定して周波数を２ｋＨｚから１２ｋＨｚまで変化させたときの、微粉トナーの割合の変化を表している。図から明らかなように、感光体ドラム上の微粉トナーの割合は、周波数が低いほど高くなり、周波数が高いほど低くなっている。

交流バイアス電圧の周波数を下げることにより、チャージアップした微粉トナーに対してはキャリア側に引き戻す方向に作用する力が弱まるため、感光体ドラム側に吐出され易くなり、キャリアに対しては感光体ドラム側に引っ張られる方向に作用する力が弱まるため、キャリア飛びが発生しにくくなる。従って、チャージアップした微粉トナーが悪影響を及ぼす低温、低湿時において周波数を低くすることにより、キャリアを吐出することなく、チャージアップした微粉トナーのみを優先的に排出することができる。

例えばＤｕｔｙ比を５０％とした場合、機内温度が３１℃以下の低温環境では、周波数を２ｋＨｚ以上４ｋＨｚ以下に設定するのが好ましい。周波数が２ｋＨｚ未満の場合は、キャリアの電気抵抗が低下した場合にキャリア飛びが発生するおそれがあった。一方、周波数が４ｋＨｚを超える場合はチャージアップしたトナーを吐出する効果が十分に得られない。

一方、帯電性能の劣化した大粒径トナーが悪影響を及ぼす高温、高湿時においては、周波数を高くすることにより、低帯電で静電付着力の弱い大粒径トナーを優先的に感光体ドラム側へ吐出することが可能となる。例えば機内温度が４３℃以上の高温環境においては、周波数を１０ｋＨｚ以上１２ｋＨｚ以下に設定するのが好ましい。周波数が１２ｋＨｚを超える場合は長時間の印刷によりキャリアの電気抵抗が低下し、現像剤中の帯電量分布がブロードとなって低帯電トナーの比率が増加した場合、より多くの低帯電トナーを吐出する必要が生じるが、現像電圧成分の低下によりトナー吐出量も低下するため好ましくない。一方、周波数が１０ｋＨｚ未満の場合は、帯電の低下したトナーを吐出する効果が十分に得られない。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。画像形成装置の構成については第１実施形態の図３と共通であるため説明を省略する。本実施形態においては、ＲＡＭ６１（或いはＲＯＭ６２）に、リフレッシュ工程実行時に現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比及び周波数が、機内温度と関連づけて記憶されており、制御部４３は温度センサ４６の検知結果に基づいて現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比及び周波数を決定する機能を有している。

現像ローラに印加される交流バイアス電圧の周波数と感光体ドラム上に吐出される微粉トナーの割合との関係を表１に示す。

表１においては、Ｄｕｔｙ比（％）を行方向に、周波数（ｋＨｚ）を列方向に割り当て、所定のＤｕｔｙ比及び周波数の交流バイアス電圧を印加したときの、感光体ドラム上に吐出される４μｍ以下の微粉トナーの個数（％）を行及び列の交差する位置に示している。例えばＤｕｔｙ比２０％、周波数３ｋＨｚの交流バイアス電圧を印加した場合、４μｍ以下の微粉トナーは５．４％となり、Ｄｕｔｙ比８０％、周波数８ｋＨｚの交流バイアス電圧を印加した場合、４μｍ以下の微粉トナーは３．２％となる。

従って、低温、低湿時においてはＤｕｔｙ比及び周波数を低くし、高温、高湿時においてはＤｕｔｙ比及び周波数を高くすることにより、Ｄｕｔｙ比の変更による帯電量及び粒径の異なるトナーの選択的排出効果と、周波数の変更による帯電量及び粒径の異なるトナーの選択的排出効果とが重畳的に作用するため、現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーを第１、第２実施形態に比べてより一層効率良く排出することができる。

また、Ｄｕｔｙ比と共に周波数を低くすることにより、低い現像電圧成分でもチャージアップしたトナーを効率良く吐出可能となるため、特に、長期間の印刷によりキャリアコートが剥がれ、キャリアの電気抵抗が低下した場合においてもキャリア飛びの発生を防止することができ、キャリアの長寿命化により装置のランニングコストも低下する。また、キャリアの電気抵抗を低くすると現像性が良くなる反面、キャリア飛びも発生し易くなるため、キャリアの電気抵抗を予め低く設定して現像性を改善する必要がある場合にも有効となる。

次に、本実施形態の画像形成装置の動作について説明する。図８は、本発明の第１実施形態の画像形成装置において実行されるリフレッシュ工程の一例を示すフローチャートである。図３を参照しながら、図８のステップに従いリフレッシュ工程の実行手順について説明する。なお、この例においては印刷枚数カウンタ４２により前回のリフレッシュ工程以降の印刷枚数Ｓをカウントし、印刷枚数Ｓが所定値に到達したときリフレッシュ工程を実行する。また、画像形成時において現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を５０％とする。

先ず、ユーザにより画像形成処理が開始されると（ステップＳ１）、印刷枚数カウンタ４２により印刷枚数Ｓが積算カウントされる（ステップＳ２）。また、温度センサ４６により機内温度Ｔが継続して検知される（ステップＳ３）。そして、画像出力が終了したか否かが判断され（ステップＳ４）、画像形成処理が継続している場合はステップＳ２に戻り、印刷枚数Ｓのカウント及び機内温度の検知を継続する。

ステップＳ４において画像形成が終了している場合は、次に印刷枚数Ｓがリフレッシュ実行枚数以上であるか否かが判断される（ステップＳ５）。Ｓが実行枚数以上である場合は、温度センサ４６で検知された機内温度Ｔが制御部４３に送出され、Ｔが３１℃以下であるか否かが判断される。（ステップＳ６）。Ｔが３１℃以下の低温条件である場合は、現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を５０％から２０％に変更する（ステップＳ７）。

ステップＳ６においてＴが３１℃を超える場合は、次にＴが４３℃以上であるか否かが判断される。（ステップＳ８）。Ｔが４３℃以上の高温条件である場合は、現像ローラ４ａに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を５０％から８０％に変更する（ステップＳ９）。ステップＳ８においてＴが４３℃未満の場合、即ち３１＜Ｔ＜４３である場合はＤｕｔｙ比を５０％に維持する。

その後、リフレッシュ工程が実行され、温度条件に応じたＤｕｔｙ比の交流バイアス電圧が現像ローラ４ａに印加されて感光体ドラム１上にトナー吐出が行われる（ステップＳ１０）。そして、印刷枚数カウンタ４２の印刷枚数Ｓをリセットして（ステップＳ１１）処理を終了する。なお、ステップＳ５においてＳが実行枚数に到達していない場合は、リフレッシュ工程を行わずにそのまま処理を終了する。

上記手順で制御を行うことにより、リフレッシュ工程実行時の温度条件に応じて、現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出し、且つ現像に必要なトナーの吐出を抑制することができ、キャリア飛びの発生を効果的に防止するとともに、全体的なトナー吐出量を減少させることができる。なお、上記手順では印刷枚数に応じてリフレッシュ工程が自動で開始することとしたが、画像不良が発生した場合にも必要に応じて手動でリフレッシュ工程を実行できるようにしても良い。

また、ここでは機内温度Ｔが３１℃以下の場合にＤｕｔｙ比を２０％に、４３℃以上の場合にＤｕｔｙ比を８０％に変更したが、Ｄｕｔｙ比を変更する機内温度の範囲及び各温度範囲におけるＤｕｔｙ比は、使用するトナーの物性や画像形成装置の仕様、或いはユーザの使用環境等に応じて任意に設定することができる。

また、機内温度に応じて周波数を決定する第２実施形態、及び機内温度に応じてＤｕｔｙ比及び周波数の両方を決定する第３実施形態の制御手順も、図９を用いて全く同様に説明される。即ち、第２実施形態では、ステップＳ７及びステップＳ９において、Ｄｕｔｙ比に代えて周波数を所定値に変更すれば良く、第３実施形態では、ステップＳ７及びステップＳ９において、Ｄｕｔｙ比及び周波数の両方を所定値に変更すれば良い。

なお、上記各実施形態においては、正帯電トナーを用いる画像形成装置について説明しているため、感光体ドラム上に吐出される微粉トナーの割合とＤｕｔｙ比との関係は上記のようになるが、負帯電トナーを用いた場合の関係は上記と逆になる。従って、負帯電トナーを用いる画像形成装置の場合は、チャージアップした微粉トナーが悪影響を及ぼす低温、低湿時においてはＤｕｔｙ比を高く設定し、帯電性能の劣化した大粒径トナーが悪影響を及ぼす高温、高湿時においてはＤｕｔｙ比を低く設定すれば良い。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記各実施形態においては、温度センサ４６により検出された機内温度に基づいてＤｕｔｙ比、周波数を決定しているが、温度センサ４６に代えて機内の湿度を検知する湿度センサを設置して、温度変化でなく湿度変化に基づいてＤｕｔｙ比、周波数を決定しても良く、温度及び湿度の両方を検知する温湿度センサにより検出された機内温度及び機内湿度の両方に基づいて決定しても良い。

また本発明では、一例としてデジタル複合機についてのみ説明したが、アナログ方式のモノクロ複写機やタンデム式のカラー複写機等の複写機、或いはファクシミリやレーザプリンタ等、２成分現像方式の現像装置を用いる種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。

図３に示したような第１実施形態の画像形成装置を用いて連続印刷を行い、機内温度Ｔに応じてリフレッシュ工程実行時の交流バイアスのＤｕｔｙ比を変化させた場合の、キャリア飛びの発生を調査した。現像条件としては、感光体ドラム１の表面電位を３００Ｖ、ドラム径を３０ｍｍとし、通常の画像形成時における現像ローラ４ａの交流バイアスＶｐｐを１．８ｋＶ、周波数８ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ５０％、直流バイアスＶｄｃを２２０Ｖ（キャリブレーション可変）とした。また、ドラム−現像ローラ間距離を５００μｍ、感光体ドラム１に対する現像ローラ４ａの線速比Ｓ／Ｄを１．８とし、粒径６０μｍ、飽和磁化６０ｅｍｕ／ｇのフッ素系材料でコーティングされたキャリアと、粒径９μｍのトナーから成り、キャリアに対するトナーの混合比率が６．５重量％、トナー帯電量が１５μＣ／ｇである２成分現像剤を用いた。

試験方法は、機内温度が低温（Ｔ≦３１）、常温（３１＜Ｔ＜４３）、及び高温（４３≦Ｔ）の各条件下において、トナー吐出時の交流バイアスＶｐｐのＤｕｔｙ比をそれぞれ３０％、５０％、及び７０％に設定し、１０，０００枚連続印刷後にリフレッシュ工程を実行した後のキャリア飛びの発生を調査した。なお、キャリア飛びの発生は、印字率約２５％のハーフトーン画像をＡ４サイズ用紙に印刷し、キャリア飛びによる白点又は黒点が３個未満の場合を○、３個以上の場合を△とした。試験結果を表２に示す。

表２から明らかなように、機内温度Ｔが３１℃以下の低温条件においては、Ｄｕｔｙ比が３０％ではキャリア飛びの発生は３個未満と許容範囲内であったが、５０％、７０％ではキャリア飛びの発生が顕著となった。一方、機内温度Ｔが４３℃以上の高温条件においては、Ｄｕｔｙ比が７０％ではキャリア飛びの発生は許容範囲内であったが、３０％、５０％ではキャリア飛びの発生が顕著となった。この結果より、キャリア飛びの発生は低温条件下ではＤｕｔｙ比が低い方が少なく、高温条件下ではＤｕｔｙ比が高い方が少なくなることが確認された。

図３に示したような第２実施形態の画像形成装置を用いて連続印刷を行い、機内温度Ｔに応じてリフレッシュ工程実行時の交流バイアスの周波数を変化させた場合の、キャリア飛びの発生を調査した。なお、現像条件及び試験条件については実施例１と同様とした。試験結果を表３に示す。

表３から明らかなように、機内温度Ｔが３１℃以下の低温条件においては、周波数が４．０ｋＨｚ以下ではキャリア飛びの発生は許容範囲内であったが、６．０ｋＨｚ以上ではキャリア飛びの発生が顕著となった。一方、機内温度Ｔが４３℃以上の高温条件においては、周波数が１０．０ｋＨｚ以上ではキャリア飛びの発生は許容範囲内であったが、８．０ｋＨｚ以下ではキャリア飛びの発生が顕著となった。この結果より、キャリア飛びの発生は低温条件下では周波数が低い方が少なく、高温条件下では周波数が高い方が少なくなることが確認された。

図３に示したような第３実施形態の画像形成装置を用いて連続印刷を行い、機内温度Ｔに応じてリフレッシュ工程実行時の交流バイアスのＤｕｔｙ比及び周波数を変化させた場合の、キャリア飛びの発生を調査した。なお、現像条件及び試験条件については実施例１、２と同様とした。試験結果を表４に示す。

表４から明らかなように、機内温度Ｔが３１℃以下の低温条件においては、周波数２．０ｋＨｚではＤｕｔｙ比に関係なくキャリア飛びの発生は許容範囲内であった。また、周波数６．０ｋＨｚでは、Ｄｕｔｙ比３０％の場合にはキャリア飛びの発生は許容範囲内であったが、Ｄｕｔｙ比５０％及び７０％の場合にはキャリア飛びの発生が顕著となった。さらに、周波数１０．０ｋＨｚでは、Ｄｕｔｙ比に関係なくキャリア飛びの発生が顕著となった。

一方、機内温度Ｔが４３℃以上の高温条件においては低温条件の場合と逆の傾向を示し、周波数２．０ｋＨｚではＤｕｔｙ比に関係なくキャリア飛びの発生が顕著であった。また、周波数６．０ｋＨｚではＤｕｔｙ比７０％の場合のみキャリア飛びの発生は許容範囲内となった。さらに、周波数１０．０ｋＨｚではＤｕｔｙ比に関係なくキャリア飛びの発生は許容範囲内であった。この結果より、キャリア飛びの発生は低温条件下ではＤｕｔｙ比及び周波数が低い方が少なく、高温条件下ではＤｕｔｙ比及び周波数が高い方が少なくなることが確認された。

本発明は、像担持体と、該像担持体に対向配置される現像ローラを回転させることにより、キャリアとトナーとから成る２成分現像剤を用いて像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットと、を含む画像形成部を備え、非画像形成時に現像ローラ側から像担持体側へトナーを吐出する工程を実行可能な画像形成装置において、装置内部の温度及び／又は湿度を検知する検知手段と、該検知手段の検知結果に応じて現像ローラに印加する交流バイアス電圧を制御する制御手段とを設け、制御手段は、検知手段により検知された装置内部の温度及び／又は湿度に基づいて、トナーを吐出する際に現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を決定する。

これにより、リフレッシュ工程において現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を、装置内部の温度や湿度に応じて適正化して現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出できるため、キャリア飛びの発生しない高画質な画像を形成する画像形成装置を提供することができる。

また、リフレッシュ工程において現像ローラに印加される交流バイアス電圧の周波数を装置内部の温度や湿度に応じて適正化すれば、Ｄｕｔｙ比を適正化した場合と同様に、現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーを優先的に排出してキャリア飛びの発生を効果的に防止できる。

また、装置内部の温度や湿度に応じてＤｕｔｙ比及び周波数を共に変化させることとすれば、Ｄｕｔｙ比の変更による選択的排出効果と、周波数の変更による選択的排出効果とが重畳的に作用するため、現像に不必要な粒径及び帯電量のトナーをより効率良く排出してキャリア飛びの発生を一層効果的に防止することができる。また、低い現像電圧成分でもチャージアップしたトナーを効率良く吐出可能となるため、長期間の印刷によりキャリアの電気抵抗が低下した場合においてもキャリア飛びの発生を防止することができ、キャリアの長寿命化により装置の低ランニングコスト化にも貢献する。

は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。 は、本発明の画像形成装置における画像形成部付近の部分拡大図である。 は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の一構成例を示すブロック図である。 は、本発明に用いられるトナー吐出パターンの一例を示す図である。 は、現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比と、感光体ドラム上に吐出される微粉トナーの割合との関係を示すグラフである。 は、交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比と現像電圧成分との関係を示す模式図である。 は、現像ローラに印加される交流バイアス電圧の周波数と、感光体ドラム上に吐出される微粉トナーの割合との関係を示すグラフである。 は、本発明の第１実施形態の画像形成装置におけるリフレッシュ工程の実行手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 感光体ドラム（像担持体）
２ 帯電部
３ 露光ユニット
４ 現像ユニット
４ａ 現像ローラ
５ 転写ローラ
１４ クリーニング装置
１５ 画像形成部
２０ 画像入力部
４２ 印刷枚数カウンタ
４３ 制御部（制御手段）
４４ 記憶部
４６ 温度センサ（検知手段）
６０ 画像メモリ
１００ 画像形成装置

Claims (3)

1. 像担持体と、該像担持体に対向配置される現像ローラを回転させることにより、キャリアとトナーとから成る２成分現像剤を用いて前記像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットと、を含む画像形成部を備え、
   非画像形成時に前記現像ローラ側から前記像担持体側へトナーを吐出する工程を実行可能な画像形成装置において、
   装置内部の温度及び／又は湿度を検知する検知手段と、該検知手段の検知結果に応じて前記現像ローラに印加する交流バイアス電圧を制御する制御手段とを設け、前記制御手段は、前記検知手段により検知された装置内部の温度及び／又は湿度に基づいて、トナーを吐出する際に前記現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比を決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 像担持体と、該像担持体に対向配置される現像ローラを回転させることにより、キャリアとトナーとから成る２成分現像剤を用いて前記像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットと、を含む画像形成部を備え、
   非画像形成時に前記現像ローラ側から前記像担持体側へトナーを吐出する工程を実行可能な画像形成装置において、
   装置内部の温度及び／又は湿度を検知する検知手段と、該検知手段の検知結果に応じて前記現像ローラに印加する交流バイアス電圧を制御する制御手段とを設け、前記制御手段は、前記検知手段により検知された装置内部の温度及び／又は湿度に基づいて、トナーを吐出する際に前記現像ローラに印加される交流バイアス電圧の周波数を決定することを特徴とする画像形成装置。
3. 像担持体と、該像担持体に対向配置される現像ローラを回転させることにより、キャリアとトナーとから成る２成分現像剤を用いて前記像担持体上に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像ユニットと、を含む画像形成部を備え、
   非画像形成時に前記現像ローラ側から前記像担持体側へトナーを吐出する工程を実行可能な画像形成装置において、
   装置内部の温度及び／又は湿度を検知する検知手段と、該検知手段の検知結果に応じて前記現像ローラに印加する交流バイアス電圧を制御する制御手段とを設け、前記制御手段は、前記検知手段により検知された装置内部の温度及び／又は湿度に基づいて、トナーを吐出する際に前記現像ローラに印加される交流バイアス電圧のＤｕｔｙ比及び周波数を決定することを特徴とする画像形成装置。

Images