JP2009025613A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ローラ上に加えて供給ローラ上のトナーも強制排出することにより、リフレッシュ工程を従来に比べて有効に機能させる画像形成装置を提供する。
【解決手段】制御部９０は、現像ローラ２５及び供給ローラ２６の外周長をＲ１、Ｒ２とし、現像ローラ２５及び供給ローラ２６の感光体ドラム１に対する線速比をＳ１、Ｓ２とするとき、リフレッシュ工程実行時に感光体ドラム上に印字率に応じて形成されるトナー吐出パターンＴの周方向の印字長さＬが、Ｌ≧（Ｒ１／Ｓ１＋Ｒ２／Ｓ２）を満たすときにリフレッシュ工程を実行する。
【選択図】図５

Description

本発明は、感光体ドラム及び現像装置を用いた画像形成装置に関し、特に非画像形成時において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装置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。特に、カラー機のように複数個の現像装置を備えた画像形成装置においては、写真やグラフィック画像のように高い印字率の画像から文字やロゴマークのみのような低い印字率の画像まで対応する必要があり、現像装置毎の印字率のばらつきも大きくなる。

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、現像ローラ上のトナーを強制排出する方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、現像ローラに対して非画像形成時に直流バイアスに交流バイアスを重畳して印加することにより、現像ローラ上のトナーを強制消費する一成分現像式の画像形成装置が開示されている。また、特許文献２には、現像装置の単位駆動時間当たりの画像面積率（平均印字率）を算出し、画像面積率に応じてトナーの強制消費量を変更するようにした画像形成装置が提案されている。
特開２０００−２０６７７０号公報 特開２００３−７６０７９号公報

現像ローラにトナーを供給する供給ローラを備えた現像装置においては、低印字率の画像を連続して印刷した場合、現像ローラ上のトナーのみでなく供給ローラ上のトナーも劣化することとなる。しかしながら、特許文献１、２の方法では、現像ローラ上のトナーの強制排出は行われるものの、供給ローラ上のトナーの強制排出については何ら考慮されていなかった。そのため、上記特許文献１、２の方法を用いても、なお画像かぶり等が発生する場合があり、その効果は十分満足できるものではなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、現像ローラ上に加えて供給ローラ上のトナーも強制排出することにより、リフレッシュ工程を従来に比べて有効に機能させ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、像担持体に対向配置されトナーを担持して前記像担持体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、を有し、前記像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、印刷画像の印字率に基づいて前記トナー担持体からのトナー吐出量を制御する制御手段と、を備え、非画像形成時に前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、前記リフレッシュ工程中に前記像担持体上に前記トナー吐出量に応じて形成されるトナー吐出パターンの前記像担持体周方向における印字長さをＬとするとき、Ｌが以下の条件式（１）を満たす場合に前記リフレッシュ工程を実行することを特徴としている。
Ｌ≧（Ｒ１／Ｓ１＋Ｒ２／Ｓ２） ・・・（１）
ただし、
Ｒ１：トナー担持体の外周長、
Ｒ２：トナー供給部材の外周長、
Ｓ１：像担持体に対するトナー担持体の線速比、
Ｓ２：像担持体に対するトナー供給部材の線速比、
である。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、以下の式（２）を用いて印字長さＬを算出することにより所定の印刷枚数毎にリフレッシュ工程の要否を判断するとともに、Ｌが条件式（１）を満たさない場合は次回の判断時に算出されたＬに合算することを特徴としている。
Ｌ＝Ｌ０×（Ｃ−Ｂ）×Ａ／１００ ・・・（２）
ただし、
Ａ：リフレッシュ工程の実行の要否を判断する印刷枚数、
Ｂ：印刷枚数Ａ当たりの平均印字率（％）、
Ｃ：基準印字率（％）、
Ｌ０：印字率算出の基準となる画像サイズの周方向長さ、
である。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、以下の式（３）を用いて印刷１枚毎に印字長さＬｎを算出し、Ｌｎを順次積算して得られたＬが条件式（１）を満たす場合に前記リフレッシュ工程を実行することを特徴としている。
Ｌｎ＝Ｌ０×（Ｃ−ｂｎ）／１００ ・・・（３）
ただし、
ｂｎ：印刷ｎ枚目の印字率（％）、
Ｃ：基準印字率（％）、
Ｌ０：印字率算出の基準となる画像サイズの周方向長さ、
である。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記現像装置を複数備えており、少なくとも２つ以上の前記現像装置における印字長さＬの算出タイミングを同時期と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、リフレッシュ工程実行時には、トナー担持体の外周長とトナー供給部材の外周長を加算した長さ以上の周方向の印字長さＬを有するトナー吐出パターンが常に像担持体上に形成されるため、トナー担持体上のトナーに加えてトナー供給部材上のトナーを積極的に消費してリフレッシュ効果を高めることができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、式（２）を用いて印字長さＬを算出して所定の印刷枚数毎にリフレッシュ工程の要否を判断することにより、実際の印字率に応じた消費不足分のトナー量が算出されてトナー吐出パターンの印字長さが決定されるため、リフレッシュ工程実行時のトナー吐出量を最適な量とすることができる。また、Ｌが条件式（１）を満たさない場合は次回の判断時に算出されたＬに合算されるので、リフレッシュ工程の実行タイミングが適切なものとなる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、印刷１枚毎に印字長さＬｎを算出し、それを順次積算してリフレッシュ工程の要否を判断することにより、印字長さＬが条件式（１）を満たした時点で即座にリフレッシュ工程が実行されるため、最適なタイミングでリフレッシュ工程を実行可能となる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第２の構成の画像形成装置において、現像装置を複数備えている場合、少なくとも２つ以上の現像装置における印字長さＬの算出タイミングを同時期とすることにより、各現像装置におけるリフレッシュ工程の実行タイミングをある程度揃えて印刷効率の低下を抑制することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の現像装置を備えたロータリー現像式のカラー画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置（ここではカラープリンタ）１００では、コピー動作を行う場合、装置本体内において、図中の反時計回りに回転する感光体ドラム１が帯電ユニット２により一様に帯電される。そして、パーソナルコンピュータ等から画像入力部（図示せず）に入力された原稿画像データに基づいて露光ユニット３から感光体ドラム１上にレーザビームが照射され、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。

感光体ドラム１は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、帯電ユニット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。感光層を形成する感光材料としては、アモルファスシリコン感光体や有機感光体（ＯＰＣ感光体）が用いられる。感光層として正ＯＰＣを用いた場合、オゾン等の発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正ＯＰＣは長期間使用して膜厚が変化した場合においても感光特性に変化が少なく、画質も安定するため長寿命のシステムには好適に用いられる。

トナーを感光体ドラム１上に供給するロータリー式の現像ユニット４は、現像装置とトナー容器が一体化されたカートリッジ式のイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色の現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを備えており、現像装置４ａ〜４ｄを感光体ドラム１に対向する位置に順次回転移動させることにより、感光体ドラム１上の静電潜像にトナーが付着されて各色のトナー像が形成される。現像カートリッジ４ａ〜４ｄへのトナー補給（トナーインストール）はトナーカートリッジ５から補給パイプ５ａを介して行われる。

トナー像が転写される中間転写ベルト６は、中間転写ローラ７ａ、７ｂ、ベルト駆動ローラ９及び従動ローラ１０に掛け渡され、感光体ドラム１に当接しながら図示しない駆動手段により図中の時計回りに回転する。中間転写ベルト６には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、所定のタイミングにより感光体ドラム１上にイエローのトナー像の形成を行う。そして、負極性の転写バイアス（正帯電トナーを用いる場合）が印加された中間転写ローラ７ａ、７ｂにより感光体ドラム１上のイエローのトナー像が中間転写ベルト６上に転写される（一次転写）。その後、感光体ドラム１の表面に残留したトナーがクリーニングローラ８ａ及びクリーニングブレード８ｂにより除去され、現像ユニット４は所定量（ここでは９０°）回転して、上記と同様に今度はマゼンタのトナー像が感光体ドラム１上に形成され、中間転写ベルト６上に転写される。

以下、上述と同様の方法により、感光体ドラム１からシアン及びブラックのトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。中間転写ベルト６にはベルト駆動ローラ９と対向する位置に転写ローラ１４が圧接されており、転写ローラ１４の下流側には中間転写ベルト６表面の残留トナーを除去するベルトクリーニングブレード１５が配置されている。

上記のようにトナー像が形成された中間転写ベルト６に向けて、用紙Ｐが給紙機構１１から給紙ローラ１２及びレジストローラ対１３を経由して搬送され、中間転写ベルト６の表面に順次形成されたフルカラーのトナー像が、負極性の転写バイアスが印加された転写ローラ１４により用紙Ｐに一度に転写される（二次転写）。そして、トナー像が転写された用紙は定着装置１６に搬送されてトナー像が定着される。定着装置１６を通過した用紙Ｐは、用紙搬送路１７及び排出ローラ対１８を介して排出トレイ１９に排出される。

図２は、本発明の現像装置の側面断面図である。なお、以下の説明では、図１の感光体ドラム１と相対する現像装置４ａの構成及び動作について説明するが、現像装置４ｂ〜４ｄの構成及び動作については基本的に同様であるので説明は省略する。

図２に示すように、現像装置４ａは、樹脂製の現像容器２０内に、トナーが収納されるトナー攪拌部２１と、トナー攪拌部２１からトナーが供給されるトナー供給部２２とが設けられており、トナー攪拌部２１及びトナー供給部２２は境界壁２３によって仕切られている。境界壁２３には第１開口部２８及び第２開口部２９が形成され、第２開口部２９は第１開口部２８よりも図中上側に位置付けられている。

トナー攪拌部２１内には、回転軸にＰＥＴフィルムなどの攪拌羽根を貼り付けた撹拌パドル２４が図２において反時計回りに回転可能に軸支されている。トナー供給部２２内には、潜像を担持する感光体ドラム１（図１参照）と対面し、その潜像を現像するための現像ローラ２５、現像ローラ２５にトナーを供給するための供給ローラ２６、現像ローラ２５上のトナー層厚を規制すると共にトナーを帯電させる金属製の規制部材２７等が設けられている。

現像ローラ２５上のトナー層は規制部材（例えば、厚さ０．０８ｍｍのＳＵＳ箔で、規制圧＝２５Ｎ／ｍに設定される）２７によって層厚規制されるとともに摩擦帯電されて、感光体ドラム１上の静電潜像の現像に用いられる。規制部材２７と反対側の現像ローラ２５と現像容器２０との隙間にはシール部材３０（例えば、導電性の高分子量ＰＥフィルムを用いて、均一に現像ローラ２５に接触するようにウレタンスポンジでバックアップされている）が配設され、このシール部材３０によってトナー漏れを防止している。

さらに、現像ローラ２５及び供給ローラ２６は、図２において時計回りに回転するため、第２開口部２９は第１開口部２８よりも供給ローラ２６の回転方向下流側に形成され、第２開口部２９は供給ローラ２６の上端よりも上側に位置している。そして、第１開口部２８は攪拌パドル２４の回転軸よりも下側に位置付けられている。

現像装置４ａによる現像プロセスについて説明すると、トナー攪拌部２１内のトナーは、攪拌パドル２４の回転により第１開口部２８を通過してトナー供給部２２へ送られる。トナー供給部２２側へ送られたトナーは供給ローラ２６により現像ローラ２５へ運ばれ、規制部材２７で薄層規制されて現像ニップ部へと搬送され、感光体ドラム１上の静電潜像を現像する。現像に用いられず現像ローラ２５上に残ったトナーはシール部材３０を通過後、供給ローラ２６により引き剥がされてトナー供給部２２内に戻される。

供給ローラ２６にて搬送されたトナーのうち、規制部材２７で規制された過剰なトナーは第１開口部２８から供給（充填）される新たなトナーと共にトナー供給部２２内で滞留するが、トナー供給部２２内のトナー量が多くなると余分なトナーが第２開口部２９を通過してトナー供給部２２側からトナー攪拌部２１に戻され、トナー供給部２２の内圧が低減される。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図３は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンタ９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）には、リフレッシュ工程の実行の要否を判断する印刷枚数及びリフレッシュ工程の要否を判断する際に用いられる基準印字率の他、トナー吐出パターンの印字長さを計算するための現像ローラ２５及び供給ローラ２６の外周長や感光体ドラム１に対する線速比データ等も格納されている。カウンタ９５は、印刷枚数を積算してカウントする。なお、カウンタ９５を別途設けなくても、例えばＲＡＭ９３でその回数を記憶するようにしてもよい。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、感光体ドラム１、露光ユニット３、現像ユニット４（現像装置４ａ〜４ｄ）、給紙機構１０、定着装置１６、画像入力部４０、操作部５０等が挙げられる。

画像入力部４０は、画像形成装置１００が図１に示すような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り、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る。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２、テンキー５３が設けられており、ユーザは操作部５０を操作して指示を入力することで、画像形成装置１００の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。液晶表示部５１は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したり、タッチパネルとして、両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行えるようになっている。テンキー５３は、印刷部数の設定や、画像形成装置１００がＦＡＸ機能も有する場合に相手方のＦＡＸ番号を入力等するためのものである。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

本発明の画像形成装置は、記録媒体への非転写時、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、現像装置４ａ〜４ｄ内の現像ローラ２５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。

実際のトナー吐出パターンを図４に示す。トナー吐出パターンＴは、現像ローラ４ａ（図２参照）の現像領域の幅Ｈと、画像１枚当りのトナー吐出量に印刷枚数を乗じて求められるトナー吐出長（ドラム周方向の印字長さ）Ｌとを２辺とする矩形状である。なお、ドラム表面への用紙の付着を防止する分離爪（図示せず）が感光体ドラム１の長手方向の複数箇所に設けられている場合、分離爪にトナーが付着しないように、トナー吐出パターンＴの分離爪に対峙する部分に白抜き部が設けられる。

従来のリフレッシュ工程においては、所定時間（所定枚数）毎に印字率を算出し、基準印字率と比較することによりリフレッシュ工程の継続時間、即ちトナー吐出パターンＴの印字長さＬが決定されていたが、印字率によって印字長さＬはまちまちとなっていた。

本発明では、このリフレッシュ工程の総実行時間を延ばすことなく、一定時間以上にまとめて実行することにより、従来に比べて高いリフレッシュ効果を引き出せることがわかった。この理由としては、短時間のリフレッシュ工程では現像ローラ２５上のトナーのみが吐出されるため、供給ローラ２６上のトナーをリフレッシュさせることが困難であるが、リフレッシュ工程を一定時間以上継続させると、供給ローラ２６表面のセル中に滞留するトナーが現像ローラ２５側に移行し、さらに感光体ドラム１側に吐出されて積極的に消費されるためであると考えられる。

現像ローラ２５及び供給ローラ２６上のトナーを完全に消費するためには、現像ローラ２５と供給ローラ２６の外周面積の合算値以上、つまり現像ローラ２５の外周長と、供給ローラ２６の外周長を加算した長さ以上の印字長さＬのトナー吐出パターンＴを感光体ドラム１上に形成すれば良い。ここで、現像ローラ２５及び供給ローラ２６は、それぞれ感光体ドラム１に対して所定の線速比をもって回転するため、各ローラの外周長は、感光体ドラム１に対する線速比を考慮した長さ（感光体ドラム１上の長さ）とする必要がある。

いま、図２の現像ローラ２５及び供給ローラ２６の外周長をＲ１、Ｒ２とし、現像ローラ２５及び供給ローラ２６の感光体ドラム１に対する線速比をＳ１、Ｓ２とすると、現像ローラ２５及び供給ローラ２６の感光体ドラム１上の外周長は、それぞれＲ１／Ｓ１、Ｒ２／Ｓ２で表される。

従って、トナー吐出パターンＴの印字長さＬが、以下の条件式（１）
Ｌ≧（Ｒ１／Ｓ１＋Ｒ２／Ｓ２） ・・・（１）
を満たすときにリフレッシュ工程を実行すれば、現像ローラ２５及び供給ローラ２６上のトナーが完全に消費され、画像かぶり等の不具合を効果的に抑制することができる。

例えば、現像ローラ２５及び供給ローラ２６の直径がそれぞれ１４ｍｍ、１３ｍｍ、現像ローラ２５の感光体ドラム１に対する線速比Ｓ１が１．１倍、供給ローラ２６の現像ローラ２５に対する線速比Ｓ２が１．２倍である場合、Ｒ１／Ｓ１＝１４×３．１４／１．１≒４０（ｍｍ）、Ｒ２／Ｓ２＝１３×３．１４／（１．１×１．２）≒３０（ｍｍ）であるから、Ｌ≧（４０＋３０）＝７０ｍｍとなる。

次に、トナー吐出パターンＴの印字長さＬの算出方法、及び印字長さＬを用いてリフレッシュ工程の要否を決定する方法について、必要に応じて図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。リフレッシュ工程の要否を判断する印刷枚数をＡとすると、制御部９０は、一時記憶部９４内のデジタル信号に基づいて画像毎の印字率ｂｎを算出し、さらに印字率ｂｎを積算した積算印字率Σｂｎを算出する。

そして、積算印字率Σｂｎをカウンタ９５でカウントされた印刷枚数Ａで除して印刷枚数Ａ当たりの平均印字率Ｂ（％）を算出する。この平均印字率Ｂと基準印字率（リフレッシュが必要となる印字率の閾値）Ｃ（％）との印字率差Ｃ−Ｂが画像１枚当たりの必要吐出量（消費不足分）となるため、これに印刷枚数Ａを乗じた（Ｃ−Ｂ）×Ａ（％）がリフレッシュ工程の要否を判断する際のトナー吐出量となる。なお、基準印字率Ｃ（％）は各色のトナーの特性等に応じて適宜設定される。

トナー吐出パターンＴの印字長さＬは、印字率算出の基準（１００％）となる画像サイズの周方向長さをＬ０とすると、以下の式（２）
Ｌ＝Ｌ０×（Ｃ−Ｂ）×Ａ／１００ ・・・（２）
により算出される。従って、式（２）を用いて算出された印字長さＬが条件式（１）を満たす場合は、リフレッシュ工程を実行して印字長さＬのトナー吐出パターンＴを感光体ドラム１上に形成する。一方、条件式（１）を満たさない場合は、ＬをＲＡＭ９３（図３参照）等に記憶させておき、次回の判断時に算出された印字長さＬと合算して条件式（１）を満たすか否かを判断する。

例えば、印刷枚数Ａを１０枚、基準印字率Ｃを５％とすると、平均印字率Ｂが２％であったときは、（５−２＝３）％×１０枚分のトナー吐出パターンＴを印字する。これは、Ａ４サイズ画像（幅２１０ｍｍ×周方向長さ２９７ｍｍ）を印字率算出の基準（１００％）としたとき、Ｌ＝２９７（＝Ｌ０）×（５−２）×１０／１００＝８９．１ｍｍとなり、Ｌ＝８９．１ｍｍのトナー吐出パターンＴに相当する。この８９．１ｍｍという印字長さは、先に計算した現像ローラ２５と供給ローラ２６の感光体ドラム１上での外周長の合算値である７０ｍｍを上回っているため、リフレッシュ工程を実行する。感光体ドラム１の回転速度を１５０ｍｍ／秒とすると、８９．１／１５０＝０．５９４秒間トナーを吐出すれば良い。

また、平均印字率Ｂが３％であったときは、Ｌ＝２９７×（５−３）×１０／１００＝５９．４ｍｍとなり、７０ｍｍを下回っているため、リフレッシュ工程は実行せずにＲＡＭ９３に記憶しておき、次の１０枚印刷後に算出される印字長さＬに繰り越して合算する。そして、その時点で７０ｍｍを上回ったときはリフレッシュ工程を実行し、下回っていればさらに次回に繰り越す。

これにより、リフレッシュ工程実行時には、常に現像ローラ２５及び供給ローラ２６の外周長の合算値以上のトナー吐出パターンが形成されるため、現像ローラ２５上のみでなく供給ローラ２６上のトナーも十分に強制消費させることでリフレッシュ効果を高めることができ、画像かぶりや濃度低下等の不具合が発生しない高画質な画像を形成するカラー画像形成装置を提供することができる。

なお、印字長さＬの閾値（上記では７０ｍｍ）は、現像ローラ２５及び供給ローラ２６の外周長Ｒ１、Ｒ２や、感光体ドラム１に対する線速比Ｓ１、Ｓ２によって変化する。例えば、上記の例において現像ローラ２５の線速比Ｓ１を１．５倍に設定すると、Ｒ１／Ｓ１＝１４×３．１４／１．５≒３０（ｍｍ）、Ｒ２／Ｓ２＝１３×３．１４／（１．５×１．２）≒２３（ｍｍ）となり、Ｌ≧（３０＋２３）＝５３ｍｍを満たせば良いことになる。従って、上記の平均印字率３％の場合の印字長さ５９．４ｍｍは５３ｍｍを上回っているため、リフレッシュ工程を実行することで高いリフレッシュ効果が得られる。また、ここでは平均印字率Ｂを算出する印刷枚数Ａを１０枚としたが、これらはユーザの使用状況等に応じて任意に設定することができる。

図５は、本発明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１〜図４を参照しながら、図５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、ここでは現像装置４ａ〜４ｄの１つについてリフレッシュ工程が実行される手順を説明するが、他の３つの現像装置についても同様の手順で実行される。

先ず、ユーザによる操作パネル５０或いはパソコン等の操作により画像形成処理が開始されると、カウンタ９５により印刷枚数ｎがカウントされる（ステップＳ１）。制御部９０は、一時記憶部９４内のデジタル信号に基づいて画像毎の印字率ｂｎを算出し、さらに印字率ｂｎを積算した積算印字率Σｂｎを算出する。次に、印刷枚数ｎが所定枚数Ａに到達したか否かが判断される（ステップＳ２）。ｎ＝Ａである場合は、制御部９０においてΣｂｎ／Ａにより平均印字率Ｂを算出する（ステップＳ３）。

次に、平均印字率Ｂと基準印字率Ｃ（％）との印字率差Ｃ−Ｂに印刷枚数Ａを乗じてトナー吐出量（Ｃ−Ｂ）×Ａ（％）を算出し、さらに印字率算出の基準（１００％）となる画像サイズの周方向長さＬ０に基づいて、トナー吐出パターンＴの印字長さＬｎｏｗを算出する（ステップＳ４）。そして、ＲＡＭ９３内に前回から繰り越された印字長さＬｍｅｍが記憶されている場合は、ＬｎｏｗにＬｍｅｍを合算した印字長さＬを算出する（ステップＳ５）。なお、Ｌｍｅｍが記憶されていない場合はＬｎｏｗ＝Ｌとなる。

次に、制御部９０はステップＳ５で算出されたＬが条件式（１）を満たすか否かを判断する（ステップＳ６）。条件式（１）を満たす場合はリフレッシュ工程を実行し、感光体ドラム１上に印字長さＬのトナー吐出パターンＴを吐出する（ステップＳ７）。その後、ＲＡＭ９３からＬｍｅｍを消去する（ステップＳ８）。一方、ステップＳ６においてＬが条件式（１）を満たさない場合はリフレッシュ工程を実行せず、算出されたＬをＬｍｅｍとしてＲＡＭ９３に記憶する（ステップＳ９）。その後、カウンタ９５のカウント数ｎを０にリセットして（ステップＳ１０）再びステップＳ１に戻る。

本実施形態の画像形成装置１００は、４つの現像装置４ａ〜４ｄを有するカラープリンタであるため、上記のリフレッシュ工程を各現像装置４ａ〜４ｄに対して実行する必要がある。通常、モノクロとカラーの印刷頻度は異なるため、各現像装置４ａ〜４ｄに対してリフレッシュ工程を別個に実行すると、カラー印刷に用いるシアン、マゼンタ及びイエローの現像装置４ａ〜４ｃと、モノクロ印刷に用いるブラックの現像装置４ｄとでリフレッシュ工程の要否判断のタイミングがずれ、リフレッシュ工程が頻繁に実行されて印刷効率が低下するおそれがある。

そこで、各現像装置４ａ〜４ｄにおけるリフレッシュ工程の要否の判断タイミングをできるだけ揃えることが好ましい。例えばモノクロの印刷頻度が高い使用状況においては、モノクロの印刷枚数がＡとなったときに印字長さＬを算出して現像装置４ｄのリフレッシュ工程の要否を判断するとともに、次にカラーの印刷枚数がＡとなり現像装置４ａ〜４ｃのリフレッシュ工程の要否を判断する際（モノクロの印刷枚数Ａ＋ａ）にも印字長さＬを算出し、現像装置４ｄのリフレッシュ工程の要否を判断する。このように制御すれば、現像装置４ｄのリフレッシュ工程の判断及び実施タイミングを現像装置４ａ〜４ｃのいずれか１つ以上と同期させることが可能となり、印刷効率の低下を抑制することができる。

或いは、カラー又はモノクロのいずれか一方の印刷枚数がＡに到達した時点で、他方の印刷枚数ｎがＡ−ａ以上Ａ以下の範囲（Ａ−ａ≦ｎ≦Ａ）にある場合は、その時点までの印字長さＬを算出して現像装置４ａ〜４ｃと現像装置４ｄのリフレッシュ工程の要否を同時に判断するようにしても良い。

図６は、本発明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他の例を示すフローチャートである。図６の制御例では、図５のようにリフレッシュ工程の要否を判断する印刷枚数Ａを固定せず、制御部９０はカウンタ９５により印刷枚数ｎをカウントするとともに（ステップＳ１）、印刷１枚毎に印字率ｂｎを算出する（ステップＳ２）。そして、印字率ｂｎと基準印字率Ｃとの差を用いて印刷１枚毎のトナー吐出量を求め、さらに以下の式（３）
Ｌｎ＝Ｌ０×（Ｃ−ｂｎ）／１００ ・・・（３）
を用いて印刷１枚毎の印字長さＬｎを算出する（ステップＳ３）。そして、Ｌｎを積算した積算印字長さΣＬｎを算出してＬとする（ステップＳ４）。

次に、制御部９０はステップＳ４で算出したＬが条件式（１）を満たすか否かを判断する（ステップＳ５）。条件式（１）を満たす場合はリフレッシュ工程を実行し、感光体ドラム１上に印字長さＬのトナー吐出パターンＴを吐出する（ステップＳ６）。その後、カウンタ９５のカウント数ｎを０にリセットして（ステップＳ７）再びステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ５においてＬが条件式（１）を満たさない場合はリフレッシュ工程を実行せずにステップＳ１に戻り、印刷枚数ｎのカウント及び印字率ｂｎ、印字長さＬｎ、積算印字長さΣＬｎ（＝Ｌ）の算出を継続して行う（ステップＳ１〜Ｓ４）。

図６の制御では、印字長さＬが閾値（＝Ｒ１／Ｓ１＋Ｒ２／Ｓ２）以上となった時点で即座にリフレッシュ工程が実行されるため、最適なタイミングでリフレッシュ工程を実行可能となる。

なお、上記実施形態では、印刷枚数Ａ、平均印字率Ｂ（又は印字率ｂｎ）及び基準印字率Ｃを用いて計算によりトナー吐出量（印字長さＬ）を求めているが、他の方法により印字長さＬを求めても良い。例えば、リフレッシュ工程の実行時に現像ローラ２５から吐出されるトナー吐出量を印字率レベル毎に規定するトナー吐出モードが複数格納されたトナー吐出量設定テーブルを用いて印字長さＬを決定することもできる。

トナー吐出量設定テーブルの一例を図７に示す。図７において、トナー吐出量設定テーブルの各行には平均印字率Ｂが０％から５％まで１％間隔で割り当てられ、各列には０〜５まで６段階のトナー吐出モードが割り当てられている。各トナー吐出モードには、印字率レベルに応じた印刷１枚当りのトナー吐出量が印字長さ（ｍｍ）で規定されている。モード０では平均印字率に関係なくトナー吐出を行わず、モード５まで各印字率レベルでのトナー吐出量が段階的に増加するように設定されている。また、各モード内では平均印字率が高くなるほどトナー吐出量が少なくなるように設定されており、平均印字率が５％以上のときはいずれのモードにおいてもトナー吐出は行われない。なお、トナー吐出モードは手動で設定しても良いし、装置内部の温湿度等に応じて自動的に設定されるようにしても良い。

制御部９０で平均印字率Ｂが算出されると、算出された平均印字率Ｂ及び設定モードに対応する行及び列の交差する位置のトナー吐出量（印刷１枚当りの印字長さ）が決定される。このように求められたトナー吐出量に、前回のリフレッシュ工程以降の印刷枚数Ａを乗じて実際のトナー吐出量（印字長さＬ）が決定される。こうして求められたＬを条件式（１）に当てはめて、リフレッシュ工程の要否を判断すれば良い。

例えば、算出された平均印字率Ｂが１．５％、設定モードがＭＯＤＥ４であった場合、１≦Ｂ＜２の行とモード４の列とが交差する位置の印刷１枚当りの印字長さ４．０ｍｍが選定される。ここで、印刷枚数Ａを１０枚とすると、実際のトナー吐出量（印字長さＬ）は４．０×１０＝４０ｍｍとなる。この４０ｍｍという印字長さがＬの閾値（例えば７０ｍｍ）を下回っているときは次回の判断時に繰り越され、閾値以上である場合はリフレッシュ工程が実行される。

なお、ここでは平均印字率Ｂからトナー吐出量を決定する図５の制御にトナー吐出量設定テーブルを用いる方法について説明したが、印刷１枚毎に算出される印字率ｂｎとトナー吐出モードを関連づけて格納したトナー吐出量設定テーブルを用いることにより、図６の制御においても全く同様にトナー吐出量を決定することができる。

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。例えば上記実施形態においては、制御部９０において平均印字率を算出しているが、平均印字率の算出を行う演算部を制御部９０とは別個に設けても良い。また本発明では、一例としてロータリー現像式のカラープリンタ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、アナログ方式のモノクロ複写機等の複写機、或いはファクシミリやレーザプリンタ等、現像ローラと供給ローラを備えた現像装置が搭載された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１に示した本発明の画像形成装置を用いて印刷を行った場合の、リフレッシュ工程実行時のトナー吐出パターンの排出長（印字長さＬ）と画像不良との関係を調査した。試験条件は、現像ローラ２５及び供給ローラ２６の直径をそれぞれ１４ｍｍ、１３ｍｍ、現像ローラ２５の感光体ドラム１に対する線速比Ｓ１を１．１倍、供給ローラ２６の現像ローラ２５に対する線速比Ｓ２を１．２倍、感光体ドラム１の回転速度を１５０ｍｍ／秒、トナー吐出パターンの印字長さＬの閾値を３０ｍｍ、５０ｍｍ、７０ｍｍ及び１００ｍｍの４段階に設定した。

そして、所定枚数（１０枚）毎にリフレッシュの要否を判断する図５の制御を用いてリフレッシュ工程を実行しながら連続印刷を行った時の、ベタ画像の濃度低下及び画像かぶりの発生を調査した。評価方法は、印刷された画像の濃度をマクベス（株）製の反射濃度計（ＲＤ９１８）を用いてＩＤ（イメージデンシティ）を測定し、ベタ画像におけるＩＤの低下で濃度低下を評価し、白抜き部分におけるＩＤの上昇で画像かぶりを評価した。結果を図８及び図９に示す。

図８及び図９から明らかなように、トナー吐出パターンの印字長さＬの閾値を７０ｍｍに設定した場合（図に△印で表示）と１００ｍｍに設定した場合（図に×印で表示）は、画像濃度の低下及び画像かぶりの発生はほとんど認められなかった。一方、印字長さＬの閾値を３０ｍｍに設定した場合（図に黒丸印で表示）と５０ｍｍに設定した場合（図に□印で表示）は、印刷枚数が増加するにつれて画像濃度の低下及び画像かぶりが発生した。

この結果より、トナー吐出パターンの印字長さＬが現像ローラ２５と供給ローラ２６の外周長の合算値（７０ｍｍ）以上である場合は高いリフレッシュ効果が得られ、濃度低下や画像かぶりを効果的に抑制できることが確認された。なお、ここでは示さないが、印刷１枚毎に印字率及び印字長さを算出して積算する図６の制御を用いた場合も同様の結果が得られることが確認されている。

本発明は、像担持体に対向配置されトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、を有し、像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、印刷画像の印字率に基づいてトナー担持体からのトナー吐出量を制御する制御手段と、を備え、非画像形成時にトナー担持体側から像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、リフレッシュ工程中に像担持体上にトナー吐出量に応じて形成されるトナー吐出パターンの像担持体周方向における印字長さをＬとするとき、Ｌが条件式（１）を満たす場合にリフレッシュ工程を実行する。

これにより、トナー担持体上のトナーに加えてトナー供給部材上のトナーを積極的に消費してリフレッシュ効果を高めることができるため、濃度低下や画像かぶり等の不具合が発生せず高画質な画像を形成可能な画像形成装置を提供できる。

また、式（２）を用いて印字長さＬを算出して所定の印刷枚数毎にリフレッシュ工程の要否を判断するとともに、Ｌが条件式（１）を満たさない場合は次回の判断時に算出されたＬに合算することで、実際の印字率に応じた消費不足分のトナー量が算出されてトナー吐出パターンの印字長さが決定されるため、リフレッシュ工程実行時のトナー吐出量を最適な量とすることができ、リフレッシュ工程の実行タイミングも適切なものとなる。さらに、印刷１枚毎に印字長さＬｎを算出し、それを順次積算して得られたＬを用いてリフレッシュ工程の要否を判断すれば、Ｌが条件式（１）を満たした時点で即座にリフレッシュ工程が実行されるので、最適なタイミングでリフレッシュ工程が実行される。

また、カラー画像形成装置のように複数の現像装置を備えている場合、少なくとも２つ以上の現像装置における印字長さＬを同時期に算出すれば、各現像装置におけるリフレッシュ工程の実行タイミングをある程度揃えて印刷効率の低下を抑制することができ、連続印刷中の印刷中断による画像形成効率の低下を極力防止するとともに、待ち時間によるユーザの心理的負担も軽減される。

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用いられる現像装置の断面図である。 は、本発明の画像形成装置の制御経路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、本発明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。 は、本発明の画像形成装置におけるリフレッシュ工程の他の実行手順を示すフローチャートである。 は、本発明に用いられるトナー吐出量設定テーブルの一例を示す図である。 は、リフレッシュ工程実行時のトナー吐出パターンの印字長さＬを変化させたときの印字枚数とベタ画像の画像濃度との関係を示すグラフである。 は、リフレッシュ工程実行時のトナー吐出パターンの印字長さＬを変化させたときの印字枚数と画像かぶりとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 感光体ドラム
４ 現像ユニット
４ａ〜４ｄ 現像装置
２５ 現像ローラ
２６ 供給ローラ
９０ 制御部（制御手段）
９１ ＣＰＵ
９２ ＲＯＭ
９３ ＲＡＭ
９４ 一時記憶部
９５ カウンタ
１００ 画像形成装置
Ｔ トナー吐出パターン
Ｌ （トナー吐出パターンの）周方向の印字長さ

Claims (4)

1. 像担持体に対向配置されトナーを担持して前記像担持体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、を有し、前記像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、
   印刷画像の印字率に基づいて前記トナー担持体からのトナー吐出量を制御する制御手段と、を備え、
   非画像形成時に前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、
   前記リフレッシュ工程中に前記像担持体上に前記トナー吐出量に応じて形成されるトナー吐出パターンの前記像担持体周方向における印字長さをＬとするとき、Ｌが以下の条件式（１）を満たす場合に前記リフレッシュ工程を実行する画像形成装置。
   Ｌ≧（Ｒ１／Ｓ１＋Ｒ２／Ｓ２） ・・・（１）
   ただし、
   Ｒ１：トナー担持体の外周長、
   Ｒ２：トナー供給部材の外周長、
   Ｓ１：像担持体に対するトナー担持体の線速比、
   Ｓ２：像担持体に対するトナー供給部材の線速比、
   である。
2. 前記制御手段は、以下の式（２）を用いて印字長さＬを算出することにより所定の印刷枚数毎に前記リフレッシュ工程の要否を判断するとともに、Ｌが条件式（１）を満たさない場合は次回の判断時に算出されたＬに合算することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
   Ｌ＝Ｌ０×（Ｃ−Ｂ）×Ａ／１００ ・・・（２）
   ただし、
   Ａ：リフレッシュ工程の実行の要否を判断する印刷枚数、
   Ｂ：印刷枚数Ａ当たりの平均印字率（％）、
   Ｃ：基準印字率（％）、
   Ｌ０：印字率算出の基準となる画像サイズの周方向長さ、
   である。
3. 前記制御手段は、以下の式（３）を用いて印刷１枚毎に印字長さＬｎを算出し、Ｌｎを順次積算して得られたＬが条件式（１）を満たす場合に前記リフレッシュ工程を実行することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
   Ｌｎ＝Ｌ０×（Ｃ−ｂｎ）／１００ ・・・（３）
   ただし、
   ｂｎ：印刷ｎ枚目の印字率（％）、
   Ｃ：基準印字率（％）、
   Ｌ０：印字率算出の基準となる画像サイズの周方向長さ、
   である。
4. 前記現像装置を複数備えており、少なくとも２つ以上の前記現像装置における印字長さＬの算出タイミングを同時期とすることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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