JP2009092903A

JP2009092903A - 画像形成装置

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Publication number: JP2009092903A
Application number: JP2007262968A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Mukataka; 寿向高
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-09
Also published as: JP5039498B2

Abstract

【課題】現像ローラ上のトナー消費量が画像幅方向に偏りのある場合においても、リフレッシュ工程を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、印刷１枚毎に各領域Ｒｍの印字率ｂｍｎと第１の基準印字率Ｃ１とを比較し、ｂｍｎ＜Ｃ１である領域についてＣ１とｂｍｎとの差を用いて領域毎の印字長さＬｍｎを算出してトナーの吐出を行う第１の工程を実行する。印刷枚数ｎが所定枚数Ａに到達すると、印刷１枚毎のトータル印字率ｂｎに第１の工程におけるトナー吐出量を加算して所定枚数Ａ当たりの平均印字率Ｂを算出し、第２の基準印字率Ｃ２と比較してＢ＜Ｃ２である場合はＡ枚分のトナー吐出量を算出してトナーの吐出を行う第２の工程を実行する。
【選択図】図６

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チャージアップ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

上記特許文献１、２には、トナーを強制排出するタイミングに関しては、印刷枚数に応じて定期的に行う、或いは印字率に応じて行う方法等が記載されている。しかしながら、極端な低印字率の場合、定期的な強制排出だけでは十分な効果が得られず、なお画像かぶり等が発生する場合があった。

また、印刷領域の一部分に画像データが偏った画像の印刷が続いた場合は、画像中に印字率が低い、若しくは印字されない部分があっても印刷領域全体の印字率が所定値以上であると強制排出が実行されない。そのため、供給ローラ及び現像ローラ上において画像データのない（印刷を行わない）部分にトナーが滞留し、過剰帯電による画像不良やトナーの固着等が発生するおそれがあった。さらに、極端に印字が少ない部分と印字が頻繁に行われる部分とが存在すると、感光体においては表面の研磨状態が異なり、中間転写ベルト等の転写体においてもトナー外添剤の影響を受けて表面状態が異なってしまうため、対策が必要となっていた。

本発明は、上記問題点に鑑み、現像ローラ上のトナー消費量が画像幅方向に偏りのある場合においても、リフレッシュ工程を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像担持体に供給するトナー担持体を有し、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は、各印刷動作の直後に画像幅方向に分割された複数の領域毎に算出される印字率に基づいてトナー吐出の要否及び吐出量を各領域について決定する第１の工程と、所定の印刷枚数毎に算出される画像幅全域の平均印字率に基づいてトナー吐出の要否及び吐出量を決定する第２の工程とを組み合わせて構成されることを特徴としている。

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、前記第１の工程におけるトナー吐出量を加算した画像幅全域の平均印字率を所定の印刷枚数毎に算出し、該平均印字率に基づいて前記第２の工程の要否及びトナー吐出量を決定することを特徴としている。

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平均印字率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。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記現像装置により前記像担持体上に形成されたトナー像が転写される中間転写体を備え、前記第１の工程の実行時に前記像担持体と前記中間転写体との間に印加される一次転写バイアスをＯＦＦ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、第１の工程によって印刷１枚毎のトナー滞留によるトナー担持体上でのトナーの劣化を抑制しつつ、リフレッシュを一定時間以上継続させる第２の工程によってトナー担持体、さらにはトナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材上のトナーが像担持体側に吐出されて積極的に消費される。また、第１の工程では画像幅方向の複数の領域毎に算出される印字率に基づいてトナー吐出の要否及び吐出量が各領域について決定されるため、印刷部分に偏りがある場合でもトナー担持体上のトナー消費量を幅方向において均一化可能となる。

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、第１の工程におけるトナー吐出量を加算した画像幅全域の平均印字率を所定の印刷枚数毎に算出し、該平均印字率に基づいて第２の工程の要否及びトナー吐出量を決定することにより、第２の工程の実行時におけるトナー吐出量が印字率に応じた必要最低限の量となる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第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平均印字率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第２の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。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第３の構成の画像形成装置において、第１の工程の実行時に像担持体と中間転写体との間に印加される一次転写バイアスをＯＦＦとすることにより、画像形成時及びリフレッシュ工程実行時のトータルで見た場合に像担持体及び中間転写体の幅方向においてトナーを略均等に付着させることができ、像担持体及び中間転写体の幅方向の表面状態を均一化することができる。

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、本発明の画像形成装置に搭載される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（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１１、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。

リフレッシュ工程においては、所定時間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の印字長さが決定され、所定枚数毎に、或いは印字率に応じて定期的に実行されていた。しかし、極端な低印字率の画像が連続する場合は、定期的にリフレッシュ工程を実行してトナーを強制消費するだけでは現像ローラ２５上のトナー消費が不十分となり、トナーの劣化が進行して濃度低下や画像かぶり等の不具合が発生し易くなっていた。また、印刷領域の一部分に画像データが偏った画像の印刷が続いた場合は、現像ローラ２５上のトナー消費が部分的に不十分となることがあった。そこで、印刷１枚毎の印字率（トナー消費量）を、画像幅方向の領域毎に嵩上げするような工夫が必要となる。

本発明は、各印刷動作の直後にトナーを吐出する工程（以下、第１の工程という）と、所定の印刷枚数毎にトナーを吐出する工程（以下、第２の工程という）とを組み合わせたリフレッシュ工程を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すものである。この構成によれば、第１の工程によって印刷１枚毎のトナー滞留によるトナーの劣化を抑制しつつ、リフレッシュを一定時間以上継続させる第２の工程によって現像ローラ２５、さらには供給ローラ２６上のトナーが感光体ドラム１側に吐出されて積極的に消費される。

また、第１の工程では、現像領域幅を画像幅方向の複数の領域に分割し、領域毎に算出される印字率に基づいてトナー吐出の要否及び吐出量が各領域について決定される。即ち、印字率が低い領域ほどトナー吐出量を多くできるため、形成される画像の印字率に幅方向の偏りがある場合でも、現像ローラ２５上のトナー消費量を幅方向において均一化可能となる。多様なパターンの画像をランダムに印刷する場合には印字率の偏りも少ないが、特に幅方向両端部に余白のある印刷や、幅方向の一部分にのみ画像がある同一パターンの印刷が連続する場合において効果的である。

図４及び図５は、第１の工程及び第２の工程で形成されるトナー吐出パターンの一例を示す図である。図４及び図５を用いて、印字率から第１の工程及び第２の工程におけるトナー吐出量（トナー吐出パターンの印字長さ）を算出する方法、及び各工程の要否を決定する方法を、必要に応じて図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。なお、図４及び図５では４色の画像のうち１色についてのみ示しているが、他の３色についても同様に説明される。

先ず、第１の工程について説明する。図４の例では、左詰め横書きの原稿の印字パターンを示しており、現像領域幅Ｈ（図５参照、Ａ４サイズの装置では２１６ｍｍ）を複数の領域に分割（ここではＲ１〜Ｒ８まで８等分）し、１分割目（左端）のＲ１と８分割目（右端）のＲ８は余白のため印字率は０％、２〜５分割目のＲ２〜Ｒ５は印字率５．７５％、６、７分割目のＲ６、Ｒ７は印字率０．７％、０．３％である。また、この画像のトータル印字率は３％となっている。第１の工程の要否を判断する際の印字率の閾値（以下、第１の基準印字率という）をＣ１（％）（ここでは１．５％）とすると、トータル印字率と基準印字率Ｃ１との比較では基準印字率Ｃ１を上回っているため、印字率の極端に低い部分Ｒ１及びＲ６〜Ｒ８が存在するにも係わらず第１の工程は実行されない。

そこで本発明では、制御部９０において一時記憶部９４内のデジタル信号に基づいて領域Ｒ１〜Ｒ８毎の印字率ｂ１ｎ〜ｂ８ｎ（％）を算出し、印刷１枚毎に各領域Ｒ１〜Ｒ８の印字率ｂ１ｎ〜ｂ８ｎがＣ１よりも小さいか否かを判断し、ｂ１ｎ〜ｂ８ｎ＜Ｃ１の領域がある場合は、印刷１枚毎にその領域について基準印字率Ｃ１と印字率ｂ１ｎ〜ｂ８ｎとの差分だけトナーの吐出を行う第１の工程を実行する。領域Ｒｍのトナー吐出パターンの印字長さＬｍｎ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、Ｌｍｎ＝Ｌ０×（Ｃ１−ｂｍｎ）／１００により算出される。

例えば図４に示す画像が１枚目に印字されるとき、基準印字率Ｃ１を１．５％とすると、Ｒ１及びＲ８ではＣ１との差１．５％分のトナーを吐出すれば良い。従って、Ａ４サイズ画像（周方向長さ２９７ｍｍ）を印字率算出の基準としたとき、Ｌ１１＝Ｌ８１＝２９７（＝Ｌ０）×（１．５−０）／１００≒４．４６ｍｍとなり、Ｒ１及びＲ８で形成されるトナー吐出パターンの印字長さＬ１１及びＬ８１は４．４６ｍｍ、各々の印字幅は２１６×１／８＝２７ｍｍとなる。

同様に、Ｒ６の印字率は０．７％であるから、Ｌ６１＝２９７×（１．５−０．７）／１００≒２．３８ｍｍとなり、Ｒ６で形成されるトナー吐出パターンの印字長さＬ６１は２．３８ｍｍ、印字幅は２７ｍｍとなる。また、Ｒ７の印字率は０．３％であるから、Ｌ７１＝２９７×（１．５−０．３）／１００≒３．５６ｍｍとなり、Ｒ７で形成されるトナー吐出パターンの印字長さＬ７１は３．５６ｍｍ、印字幅は２７ｍｍとなる。一方、Ｒ２〜Ｒ５の印字率は５．７５％（≧Ｃ１）であるから、Ｌ２１〜Ｌ５１＝０となってＲ２〜Ｒ５では第１の工程は実行されない。このようにして各領域Ｒ１〜Ｒ８までのトナー吐出量（印字長さＬ１１〜Ｌ８１）が決定され、１枚目の画像が形成された後の感光体ドラム１上に図４に示すようなトナー吐出パターンＴ１が形成される。

以下、カウンタ９５が第２の工程の要否を判断する所定枚数Ａ（ここでは１０枚）をカウントするまでＲ１〜Ｒ８の印字率ｂ１ｎ〜ｂ８ｎをＣ１と比較し、ｂ１ｎ〜ｂ８ｎ＜Ｃ１である場合はＣ１とｂ１ｎ〜ｂ８ｎとの差に基づいてＲ１〜Ｒ８毎に印字長さＬ１ｎ〜Ｌ８ｎを算出してトナー吐出パターンＴ１を形成する。これにより、Ｒ１〜Ｒ８毎の実際の印字率（画像＋トナー吐出パターンＴ１）はそれぞれ１．５％以上に嵩上げされ、印刷幅方向において印字率が極端に低い部分（＜１．５％）があっても現像ローラ２５上から常に一定量のトナーが消費されるため、後述する第２の工程が実行されるまでトナーの劣化を効果的に抑制できる。

なお、ここでは現像領域幅Ｈを領域Ｒ１〜Ｒ８に８等分したが、例えば２等分、４等分のように、より少ない領域に分割しても良いし、８等分よりもさらに多数の領域に分割しても良い。ただし、分割する領域数が増加するにつれてトナー吐出量を厳密に制御できる反面、制御部９０の負荷が大きくなるため、これらを考慮して分割される領域数を決定することが好ましい。

現像ローラ２５から感光体ドラム１上に吐出されたトナー吐出パターンＴ１は、クリーニングローラ８ａ及びクリーニングブレード８ｂ（図１参照）で回収しても良いし、中間転写ローラ７ａ、７ｂにより中間転写ベルト６に一次転写した後にベルトクリーニングブレード１５（いずれも図１参照）で回収しても良い。ここで、感光体ドラム１及び中間転写ベルト６の表面状態を幅方向において均一にするためには、画像形成時及びリフレッシュ工程実行時のトータルで見た場合に感光体ドラム１及び中間転写ベルト６の幅方向にトナーを略均等に付着させる必要がある。

そこで、中間転写ローラ７ａ、７ｂへのバイアスの印加をＯＦＦ、即ち、感光体ドラム１と中間転写ベルト６との間に印加される一次転写バイアスをＯＦＦとして、吐出されたトナーを物理的な力により感光体ドラム１側及び中間転写ベルト６側に略１／２ずつ付着させることが好ましい。これにより、感光体ドラム１の研磨状態及びトナー外添剤の影響による中間転写ベルト６の表面状態が幅方向において均一となり、感光体ドラム１及び中間転写ベルト６の表面状態のばらつきを抑制可能となる。

次に、第２の工程について説明する。印刷枚数がＡに到達すると、制御部９０は、印刷１枚毎のトータル印字率ｂｎ（図４では３％）をＡ枚分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。第２の工程の要否を判断する際の印字率の閾値（以下、第２の基準印字率という）をＣ２（％）とすると、Ｂ＜Ｃ２であるか否かを判断し、Ｂ＜Ｃ２の場合は第２の工程を実行する。なお、第２の基準印字率Ｃ２は第１の基準印字率Ｃ１よりも大きい値に設定される。そして、Ａ枚目（ここでは１０枚目）の画像が形成された後の感光体ドラム１上にトナー吐出パターンＴ２が形成される。

実際のトナー吐出パターンＴ２を図５に示す。トナー吐出パターンＴ２は、現像ローラ２５（図２参照）の現像領域幅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。

所定枚数分の消費不足トナーをまとめて吐出する第２の工程では、感光体ドラム１側へのトナー吐出が一定時間以上継続するため、現像ローラ２５、さらには供給ローラ２６上のトナーが感光体ドラム１側に吐出されて積極的に消費される。そのため、第１の工程と第２の工程とを組み合わせたリフレッシュ工程を実行することにより、リフレッシュ効果を一層高めることができ、画像かぶりや濃度低下等の発生をより効果的に防止できる。

第２の工程においても、第１の工程と同様に幅方向の領域毎に分割してトナー吐出を行うことも考えられるが、幅方向全域に亘ってトナーを吐出する場合に比べて効果が低い。これは、現像装置４ａ〜４ｄ内では現像ローラ２５の長手方向（画像幅方向）において現像剤がある程度移動していること、及び第１の工程における印刷１枚毎のトナー吐出により十分な効果が得られることが原因であると考えられる。なお、第１の工程を行わずに第２の工程を幅方向の領域毎に分割して実行した場合はほとんど効果は見られない。

第２の工程におけるトナー吐出量の算出方法は、第２の基準印字率Ｃ２と平均印字率Ｂとの差分（Ｃ２−Ｂ）が画像１枚当たりの必要吐出量（消費不足分）であるから、これに印刷枚数Ａを乗じた（Ｃ２−Ｂ）×Ａ（％）が第２の工程のトナー吐出量となる。例えば、印刷枚数Ａを１０枚、平均印字率Ｂを３％、第２の基準印字率Ｃ２を５％とすると、（５−３）％×１０枚分のトナーを吐出すれば良い。

トナー吐出パターンＴ２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、Ｌ＝Ｌ０×（Ｃ２−Ｂ）×Ａ／１００により算出される。従って、Ａ４サイズ画像（周方向長さ２９７ｍｍ）を印字率算出の基準としたとき、Ｌ＝２９７（＝Ｌ０）×（５−３）×１０／１００＝５９．４ｍｍとなり、トナー吐出パターンＴ２の印字長さＬは５９．４ｍｍとなる。感光体ドラム１の回転速度を１５０ｍｍ／秒とすると、５９．４／１５０≒０．４秒間トナーを吐出すれば良い。

また、例えばＲ１〜Ｒ８のうちＲ１〜Ｒ７までの印字率が１０％（≧Ｃ１）、Ｒ８の印字率が０．５％（＜Ｃ１）ということも考えられるが、この場合はＲ８のみ第１の工程を実行する。この画像が１０枚連続して印刷された場合は平均印字率Ｂが基準印字率Ｃ２を超えるため第２の工程は実行されない。

また、平均印字率Ｂを算出する場合は、印刷１枚毎の印字率ｂｎに第１の工程におけるトナー吐出分を加算して算出することが好ましい。例えば、図４に示した画像では、第１の工程で（Ｒ１及びＲ８でのトナー吐出量）＋（Ｒ６でのトナー吐出量）＋（Ｒ７でのトナー吐出量）＝｛（１．５−０）×２／８｝＋｛（１．５−０．７）×１／８｝＋｛（１．５−０．３）×１／８｝＝０．６２５（％）分のトナーが消費される。

即ち、画像の印字率３％と合わせて印刷１枚毎に３．６２５％のトナーが消費されることとなり、図４に示した画像を１０枚連続して印刷した場合は平均印字率Ｂを３．６２５％として基準印字率Ｃ２との差を吐出させる。従って、トナー吐出パターンＴ２の印字長さはＬ＝２９７×（５−３．６２５）×１０／１００≒４０．８ｍｍとなる。

このように第１の工程におけるトナー吐出量を含めて平均印字率Ｂを算出することで、トナーの消費不足分に応じた適切なトナー吐出量が算出されるため、高いリフレッシュ効果を維持しつつ無駄なトナー消費を抑えることができる。なお、第１及び第２の基準印字率Ｃ１、Ｃ２は各色のトナーの特性等に応じて適宜設定される。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、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一例を示すフローチャートである。図１〜図５を参照しながら、図６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、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）、一時記憶部９４内のデジタル信号に基づいて印刷１枚毎に領域Ｒｍ（図４ではＲ１〜Ｒ８）毎の印字率ｂｍｎを算出する（ステップＳ２）。次に、印字率ｂｍｎと第１の基準印字率Ｃ１とを比較し（ステップＳ３）、ｂｍｎ＜Ｃ１である領域についてＣ１とｂｍｎとの差を用いて領域毎のトナー吐出量を求め、さらに領域毎の印字長さＬｍｎを算出する（ステップＳ４）。そして、第１の工程を実行し、感光体ドラム１上にトナー吐出パターンＴ１を吐出する（ステップＳ５）。

このとき、中間転写ローラ７ａ、７ｂへのバイアス印加をＯＦＦにして感光体ドラム１及び中間転写ベルト６上に略１／２ずつトナーを付着させ、感光体ドラム１上のトナーはクリーニングローラ８ａ、クリーニングブレード８ｂで、中間転写ベルト６上のトナーはベルトクリーニングブレード１５でそれぞれ回収する。一方、ステップＳ３でｂｍｎ≧Ｃ１である領域については第１の工程を実行せずに次のステップへ進む。

その後、印刷枚数ｎが所定枚数Ａに到達したか否かが判断され（ステップＳ６）、ｎ＜Ａである場合はｎ＝ＡとなるまでステップＳ１〜Ｓ５を繰り返す。そして、ｎ＝Ａとなった場合は、制御部９０は印刷１枚毎のトータル印字率ｂｎに第１の工程におけるトナー吐出量を加算してＡ枚分積算した積算印字率を算出し、算出された積算印字率を所定枚数Ａで除して平均印字率Ｂを算出する（ステップＳ７）。

次に、平均印字率Ｂと第２の基準印字率Ｃ２とを比較し（ステップＳ８）、Ｂ＜Ｃ２である場合は第２の基準印字率Ｃ２と平均印字率Ｂとの印字率差Ｃ２−Ｂに印刷枚数Ａを乗じてトナー吐出量（Ｃ２−Ｂ）×Ａ（％）を算出し、算出されたトナー吐出量、及び印字率算出の基準（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Ｔ２の印字長さＬを算出する（ステップＳ９）。そして、第２の工程を実行し、感光体ドラム１上に印字長さＬのトナー吐出パターンＴ２を吐出する（ステップＳ１０）。一方、ステップＳ８においてＢ≧Ｃ２である場合は第２の工程を実行せずに次のステップへ進む。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Ｓ１１）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に対して所定枚数毎にトナーを吐出する第２の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とで第２の工程の要否を判断するタイミングがずれ、第２の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について第２の工程の要否を判断するタイミング（平均印字率Ｂの算出タイミング）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となったときにモノクロＡ枚分の平均印字率Ｂを算出して現像装置４ｄについて第２の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となりカラーＡ枚分の平均印字率Ｂを算出して現像装置４ａ〜４ｃについて第２の工程の要否を判断する際（モノクロの印刷枚数Ａ＋ａ）にもモノクロａ枚分の平均印字率Ｂを算出し、現像装置４ｄについて第２の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における第２の工程の判断及び実行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、その時点までの平均印字率Ｂ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。

なお、上記実施形態では、印刷枚数Ａ、印刷１枚毎の印字率ｂｍｎ、ｂｎ、平均印字率Ｂ、第１の基準印字率Ｃ１、及び第２の基準印字率Ｃ２を用いて計算によりトナー吐出量（トナー吐出パターンＴ１、Ｔ２の印字長さＬｍｎ及びＬ）を求めているが、他の方法により印字長さＬｍｎ、Ｌを求めても良い。例えば、第１及び第２の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Ｌｍｎ、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領域Ｒｍｎの印字率ｂｍｎが０％から５％以上まで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各領域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で領域Ｒｍｎの印字率ｂｍｎが算出されると、算出された印字率ｂｍｎ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（領域Ｒｍｎの印字長さＬｍｎ）が決定される。例えば、算出された印字率ｂｍｎが１．５％、設定モードがＭＯＤＥ４であった場合、１≦ｂｍｎ＜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。なお、ここではトナー吐出量設定テーブルを用いて第１の工程における領域Ｒｍｎのトナー吐出量を決定する方法について説明したが、第２の工程におけるトナー吐出量についても平均印字率Ｂ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て全く同様に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において印字率及び平均印字率を算出しているが、印字率及び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／秒とし、各印刷動作後に領域毎のトナー吐出を行う第１の工程と、所定枚数（１０枚）毎に画像幅全域のトナー吐出を行う第２の工程とを組み合わせたリフレッシュ工程を実行した場合（本発明）と、第２の工程のみを実行した場合（比較例）とで、図４に示した印字率分布の画像を連続印刷したとき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から明らかなように、本発明（図に□印で表示）では、１０，０００枚印刷後においてもＩＤ値は１．３３であり、初期値（１．４）から殆ど低下しなかった。一方、比較例（図に黒丸印で表示）では、１０，０００枚印刷後にＩＤ値が１．１まで低下した。

また、図９から明らかなように、本発明（図に□印で表示）では、１０，０００枚印刷後においても白抜き部分のＩＤ値は０．０７であり、画像かぶりは肉眼で気にならない程度であった。一方、比較例（図に黒丸印で表示）では、１０，０００枚印刷後にＩＤ値が０．１２まで上昇し、顕著な画像かぶりが認められた。

この結果より、第１の工程と第２の工程とを組み合わせた本発明では、第２の工程のみを実行する比較例に比べて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。

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、リフレッシュ工程は、各印刷動作の直後に画像幅方向に分割された複数の領域毎に算出される印字率に基づいてトナー吐出の要否及び吐出量を各領域について決定する第１の工程と、所定の印刷枚数毎に算出される画像幅全域の平均印字率に基づいてトナー吐出の要否及び吐出量を決定する第２の工程とを組み合わせて構成される。

これにより、極端に印字率が低い画像や印刷領域内の印字率に偏りのある画像が連続して印刷される場合でもリフレッシュ効果を一層高めることができ、画像かぶりや濃度低下等の発生を効果的に防止可能な画像形成装置を提供することができる。また、第１の工程で吐出されたトナー量を加算して算出された平均印字率に基づいて第２の工程の要否及びトナー吐出量が決定されるので、無駄なトナー消費やリフレッシュ工程の実行による画像形成効率の低下を極力抑えた画像形成装置となる。

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平均印字率を同時期に算出すれば、各現像装置における第２の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。さらに、第１の工程の実行時に一次転写バイアスをＯＦＦとして像担持体及び中間転写体の幅方向にトナーを略均等に付着させるようにすれば、像担持体の研磨状態のばらつきやトナー外添剤の影響による中間転写体の表面状態のばらつきを抑制可能となる。

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、所定の印字率分布を有する印刷画像と、印刷画像に対し第１の工程で形成されるトナー吐出パターンの一例を示す図である。は、第２の工程で形成さ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、第１及び第２の工程を組み合わせた場合（本発明）と第２の工程のみを実行した場合（比較例）における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、第１及び第２の工程を組み合わせた場合（本発明）と第２の工程のみを実行した場合（比較例）における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（像担持体）
４現像ユニット
４ａ〜４ｄ現像装置
６中間転写ベルト（中間転写体）
７ａ、７ｂ中間転写ローラ
２５現像ローラ（トナー担持体）
２６供給ローラ
９０制御部（制御手段）
９１ＣＰＵ
９２ＲＯＭ
９３ＲＡＭ
９４一時記憶部
９５カウンタ
１００画像形成装置
Ｔ１トナー吐出パターン（第１の工程）
Ｔ２トナー吐出パターン（第２の工程）
Ｌｍｎ、Ｌ（トナー吐出パターンの）周方向の印字長さ

Claims

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は、各印刷動作の直後に画像幅方向に分割された複数の領域毎に算出される印字率に基づいてトナー吐出の要否及び吐出量を各領域について決定する第１の工程と、所定の印刷枚数毎に算出される画像幅全域の平均印字率に基づいてトナー吐出の要否及び吐出量を決定する第２の工程とを組み合わせて構成されることを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、前記第１の工程におけるトナー吐出量を加算した画像幅全域の平均印字率を所定の印刷枚数毎に算出し、該平均印字率に基づいて前記第２の工程の要否及びトナー吐出量を決定す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平均印字率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１又は請求項２に記載の画像形成装置。
前記現像装置により前記像担持体上に形成されたトナー像が転写される中間転写体を備え、前記第１の工程の実行時に前記像担持体と前記中間転写体との間に印加される一次転写バイアスをＯＦＦとすることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。