JP2010026197A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー担持体上のトナーを強制排出してトナー劣化による画像不良を防止するとともに、転写手段へ付着したトナーを効率良くクリーニング可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成処理が開始され、印刷枚数がリフレッシュ実行枚数に到達すると、所定枚数当たりの平均印字率を算出する。次に、算出された平均印字率に基づいてトナー吐出長が設定され、トナー吐出長に基づいてクリーニングバイアスを印加する際の繰り返しサイクル数が設定される。その後、リフレッシュ工程が実行され、設定されたトナー吐出長を有するトナー吐出パターンが感光体ドラム１４上に形成される。また、トナーと逆極性及び同極性のクリーニングバイアスが設定された繰り返しサイクル数だけ転写ローラ１８に印加される。
【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実行可能な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、トナー担持体（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、印字率が所定以下の場合に現像ローラ側から感光体ドラム側へトナーの強制吐出を行うとともに、トナー補給開始までのプリント枚数或いは現像駆動時間に基づいてトナー吐出量を補正する方法が提案されている。

しかし、特許文献１の方法では、転写ローラや転写ベルト等の接触式の転写手段を備え、且つ転写手段をクリーニングする手段を備えていない画像形成装置の場合、非画像形成時に感光体ドラム側へ吐出されたトナーが転写ローラや転写ベルト表面に付着してしまう。そのため、トナーの強制排出後の印字時に記録媒体の裏面を汚染してしまうという問題点があった。

非画像形成時等における転写手段の汚れを防止する方法としては、例えば特許文献２には、像担持体の帯電極性と同極性（トナーと同極性）且つ像担持体の帯電電位より高い電位と低い電位とを含む複数のバイアスから成るクリーニングバイアスを所定の周波数で転写部材に複数回印加する方法が開示されている。
特開２００３−２７０８７８号公報 特開２００４−３４１１６６号公報

特許文献２の方法によれば、転写時の微量トナーの回り込みによる転写部材の汚れを防止する場合のように、感光体上に僅かながら現像される微量のトナーによる汚れ防止に関しては効果的であるが、現像ローラ上のトナーの強制排出工程（以下、リフレッシュ工程という）において多量のトナーを吐出する場合にはトナーと同極性のバイアスを印加するだけでは不十分である。特に、転写部材の表面へ物理的に付着したトナーや一部の逆帯電トナーには効果が低い。

このような転写部材の汚れに対しては、トナーと同極性のバイアスと逆極性のバイアスとを繰り返し時間をかけて印加することで除去可能であるが、転写部材のクリーニングに時間を要するため、連続印刷中にリフレッシュ工程が実行された場合、ユーザの待ち時間が長くなるという問題点があった。また、感光体ドラムと現像装置が共通の駆動源に連結され、互いに同期して駆動する構成では、現像装置の駆動時間も長くなり機械的ストレスによるトナーの劣化を促進するおそれもあった。

さらに、正帯電感光体ドラムの場合、転写部材にトナーと逆極性（逆帯電トナーと同極性）の負のバイアスを長時間印加すると、感光体ドラムが本来の帯電特性（正帯電）とは逆の極性（負極性）に帯電してしまう。その結果、感光体ドラムの本来の帯電作用が阻害される帯電疲労が発生し、最終的に絶縁破壊が発生して感光体ドラムが劣化し、黒点等の画像不良が発生することがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、トナー担持体上のトナーを強制排出してトナー劣化による画像不良を防止するとともに、転写手段へ付着したトナーを効率良くクリーニング可能な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、像担持体表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、該現像装置により形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、該転写手段に正または負のバイアスを選択的に印加する転写バイアス印加手段と、該転写バイアス印加手段によるバイアス印加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の実行時に、前記転写手段にクリーニングバイアスを印加して前記転写手段に付着したトナーを像担持体側へ移動させる画像形成装置において、前記制御手段は、前記トナー担持体からのトナー吐出量に応じて前記クリーニングバイアスの印加時間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、前記トナー吐出量は、所定の印字枚数に亘って算出された画像上の平均印字率に基づいて決定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、前記クリーニングバイアスとしてトナーと同極性及び逆極性のバイアスが交互に印加され、前記制御手段は、トナーと同極性及び逆極性のバイアスを１回ずつ印加する場合を１サイクルとしたときの繰り返しサイクル数を前記トナー吐出量に応じて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、前記クリーニングバイアスは、トナーと同極性のバイアスのＯＮ及びＯＦＦの繰り返しによって印加され、前記制御手段は、トナーと同極性のバイアスのＯＮ及びＯＦＦを１回ずつ行う場合を１サイクルとしたときの繰り返しサイクル数を前記トナー吐出量に応じて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、装置内部または外部の温度及び湿度を検知する温湿度検知手段を備え、前記制御手段は、前記温湿度検知手段により検知された温度及び湿度に応じて前記印加時間若しくは繰り返しサイクル数を補正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、前記像担持体はアモルファスシリコン感光体であ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、前記像担持体と前記現像装置は共通の駆動源に連結されており、互いに同期して駆動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、リフレッシュ工程におけるトナー担持体からのトナー吐出量に応じて転写手段へのクリーニングバイアスの印加時間を決定することにより、クリーニングバイアスの印加時間を転写手段に付着したトナーを除去可能な必要最低限の時間とすることができ、記録媒体の裏汚れを確実に防止するとともに、ユーザの待ち時間を極力短縮し、且つクリーニングバイアスによる像担持体の劣化も抑制することができる。

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、リフレッシュ工程におけるトナー吐出量を平均印字率に基づいて決定することにより、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量が決定されるため、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、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、クリーニングバイアスとしてトナーと同極性及び逆極性のバイアスを交互に印加し、トナーと同極性及び逆極性のバイアスを１回ずつ印加する場合を１サイクルとしたときの繰り返しサイクル数をトナー吐出量に応じて決定することにより、転写手段の表面へ物理的に付着したトナーや逆帯電トナーを効果的に除去し、且つクリーニングバイアスによる像担持体の劣化も最小限に抑えることができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１又は第２の構成の画像形成装置において、クリーニングバイアスをトナーと同極性のバイアスのＯＮ及びＯＦＦの繰り返しによって印加し、トナーと同極性のバイアスのＯＮ及びＯＦＦを１回ずつ行う場合を１サイクルとしたときの繰り返しサイクル数をトナー吐出量に応じて決定することにより、クリーニングバイアスが像担持体を逆極性に帯電させることがないため像担持体の劣化を抑制することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの構成の画像形成装置において、装置内部または外部の温度及び湿度を検知する温湿度検知手段により検知された温度及び湿度に応じてクリーニングバイアスの印加時間若しくは繰り返しサイクル数を補正することにより、トナーが移動し易い高温高湿環境下では低温低湿環境下に比べてクリーニングバイアスの印加時間若しくは繰り返しサイクル数を短縮できるため、印字率及び装置の使用環境に応じた必要十分なクリーニングを実行できる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第５のいずれかの構成の画像形成装置において、像担持体としてアモルファスシリコン感光体を用いることにより、クリーニングバイアスによるアモルファスシリコン感光体の劣化を最小限に抑えて長寿命化することができるため、画像形成装置の高画質化、低ランニングコスト化に貢献する。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の画像形成装置において、像担持体と現像装置が共通の駆動源に連結され、互いに同期して駆動することにより、駆動系の構成を簡素化できるとともに現像装置内のトナーの劣化も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、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、画像形成装置（ここではモノクロプリンタ）１００は、積載された用紙を収容する給紙カセット２が本体下部に備えられている。この給紙カセット２の上方には、本体前方（図１の右側）から本体後方へ略水平に延び、更に上方へ延びて本体上面に形成された排紙部３に至る用紙搬送路４が形成されており、この用紙搬送路４に沿って上流側から順に、ピックアップローラ５、フィードローラ６、中間搬送ローラ７、レジストローラ対８、画像形成部９、定着部１０及び排出ローラ対１１が配置されている。

給紙カセット２には、用紙搬送方向後端部に設けられた回動支点１２ａによって、給紙カセット２に対して回動自在に支持された用紙積載板１２が備えられており、これによって積載された用紙がピックアップローラ５に押圧されるようになっている。また、給紙カセット２の前方部には、フィードローラ６に圧接するようにリタードローラ１３が配設されており、ピックアップローラ５によって複数枚の用紙が同時に給装された場合には、フィードローラ６とリタードローラ１３とによって用紙が捌かれ、最上位の１枚のみが搬送されるよう構成されている。

そして、フィードローラ６とリタードローラ１３とによって捌かれた用紙は、中間搬送ローラ７によって搬送方向を装置後方へと変えられてレジストローラ対８へと搬送され、レジストローラ対８によってタイミングを調整されて画像形成部９へと搬送される。

画像形成部９は、電子写真プロセスによって用紙上に所定のトナー像を形成するものであり、図１において時計方向に回転可能に軸支された像担持体である感光体ドラム１４と、この感光体ドラム１４の周囲に配置される帯電装置１５、現像装置１６、クリーニング装置１７、用紙搬送路４を挟んで感光体ドラム１４に対向するように配置される転写ローラ１８及び感光体ドラム１４の上方に配置されるレーザ走査ユニット（ＬＳＵ）１９から構成されており、現像装置１６の上方には、必要に応じて現像装置１６へトナーを補給するトナーコンテナ２０が配置されている。感光体ドラム１４及び現像装置１６は共通の駆動源（図示せず）に連結され、互いに同期して駆動するようになっている。

感光体ドラム１４は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものである。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。帯電装置１５には、コロナ放電帯電器を用いたスコロトロン帯電装置が用いられており、開口部が感光体ドラム１４に対向するように配置された断面コ字状の金属製のシールドケース内部には、タングステンやステンレス等で構成される放電部材であるコロナワイヤ及びグリッドが設けられており、このコロナワイヤ及びグリッドに所定の帯電バイアスを印加してコロナ放電を発生させ、電子の量をコントロールすることにより、感光体ドラム１４の表面が所定の極性及び電位で一様に帯電される。

次いで、レーザ走査ユニット（ＬＳＵ）１９からのレーザビームにより感光体ドラム１４上を露光して帯電を減衰させ、感光体ドラム１４の表面に入力された画像データに基づく静電潜像が形成される。そして、現像装置１６により静電潜像にトナーを付着させて感光体ドラム１４の表面にトナー像が形成される。感光体ドラム１４上に形成されたトナー像は、転写ローラ１８により感光体ドラム１４と転写ローラ１８とのニップ部（転写位置）に供給された用紙へと転写される。

トナー像が転写された用紙は感光体ドラム１４から分離され、定着部１０に向けて搬送される。この定着部１０は、画像形成部９の用紙搬送方向下流側に配置されており、加熱ローラ２１及び加熱ローラ２１に圧接される加圧ローラ２２を備えている。画像形成部９においてトナー像が転写された用紙は、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とのニップ部を通過することによって加熱及び加圧され、用紙に転写されたトナー像が定着される。

定着部１０を通過した用紙は排出ローラ対１１によって排紙部３に排出される。一方、感光体ドラム１４の表面に残留しているトナーはクリーニング装置１７により除去される。そして、感光体ドラム１４は除電装置（図示せず）により除電された後、帯電装置１５によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われることとなる。また、装置設置環境（機械周辺環境）を測定する目的で、トナーコンテナ２０の上方に機外温湿度センサ２３が設置されている。

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１６内の現像ローラ１６ａ上のトナーを感光体ドラム１４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２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トナー吐出パターンの印字長さ（トナー吐出長）の算出に用いられる基準印字率や感光体ドラム１４の回転速度等が格納されている。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、定着部１０、帯電装置１５、現像装置１６、レーザ走査ユニット１９、トナーコンテナ２０、機外温湿度センサ２３、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、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。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電装置１５、現像ローラ１６ａ、転写ローラ１８に所定のバイアスを印加する。

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。

図３は、リフレッシュ工程における帯電バイアス、レーザ露光、現像バイアス、及び転写バイアス（クリーニングバイアス）のＯＮ／ＯＦＦタイミングを示すタイミングチャートの一例であり、図４は、リフレッシュ工程の実行時に転写ローラに付着したトナーを除去する様子を示す概略図である。必要に応じて図１、図２を参照しながら図３及び図４を用いてリフレッシュ工程の実行手順について説明する。なお、ここでは正帯電トナーを用いる場合について説明しており、図４では帯電装置１５、レーザ走査ユニット１９、及びクリーニング装置１７は記載を省略している。

リフレッシュ工程の実行が指示されると、図３に示すように、帯電装置１５に印加される帯電バイアスがＯＮとなり、感光体ドラム１４の表面が一様に正帯電される。これと同時に現像ローラ１６ａに印加されるトナーと同極性（正）の現像バイアスもＯＮとなる。次に、レーザ走査ユニット１９によるレーザ露光がｔ１だけＯＮとなり、感光体ドラム１４表面の帯電を部分的に減衰する。

このレーザ露光領域（帯電減衰領域）が感光体ドラム１４の回転により現像ローラ１６ａに対向する位置に来ると、現像ローラ１６ａ上のトナーは現像バイアスに反発してレーザ露光領域に付着する。現像バイアスのＯＮ状態は、感光体ドラム１４が所定量回転してレーザ露光領域が現像ローラ１６ａを完全に通過するまで継続され、帯電バイアス及びレーザ露光がＯＦＦとなってからｔ２だけ遅れてＯＦＦとなる。これにより、感光体ドラム１４上に図５に示すようなトナー吐出パターンＴが形成される。

トナー吐出パターンＴは、現像ローラ１６ａ（図１参照）の現像領域の幅Ｈと、ドラム周方向の印字長さ（以下、トナー吐出長という）Ｘとを２辺とする矩形状であり、図３におけるレーザ露光時間ｔ１はトナー吐出長Ｘによって決まる。なお、トナー吐出長Ｘの決定方法については後述する。

その後、トナー吐出パターンＴは感光体ドラム１４の回転に伴い感光体ドラム１４と転写ローラ１８とのニップ部を通過し、最終的にクリーニング装置１７によってドラム表面から回収される。転写ローラ１８にはトナー吐出パターンＴの付着を防止するためにトナーと同極性（正）の転写バイアス（転写逆バイアス）が印加されている。転写逆バイアスのＯＮ状態は、感光体ドラム１４が所定量回転してトナー吐出パターンＴが転写ローラ１８を完全に通過するまで継続され、現像バイアスがＯＦＦとなってからｔ３だけ遅れてＯＦＦとなる。

このとき、トナー吐出パターンＴが転写ローラ１８に圧接されるため、図４（ａ）に示すように、転写逆バイアスの印加に係わらずトナー吐出パターンＴの一部は転写ローラ１８に物理的に付着する。転写ローラ１８に付着したトナーには、正帯電トナー（図の黒丸で表示）のみでなく逆帯電（負帯電）トナー（図の白丸で表示）も存在する。

そこで、転写ローラ１８にトナーと逆極性（負）のクリーニングバイアス（転写正バイアス）を印加する。これにより、図４（ｂ）に示すように、転写ローラ１８に付着した逆帯電トナーがクリーニングバイアスに反発して感光体ドラム１４側に移動する。続いてトナーと同極性（正）のクリーニングバイアス（転写逆バイアス）を印加すると、今度は図４（ｃ）に示すように、転写ローラ１８に付着した正帯電トナーがクリーニングバイアスに反発して感光体ドラム１４側に移動する。

図３では、トナーと逆極性及び同極性のクリーニングバイアスを１回ずつ印加する場合を１サイクルとし、これを２サイクル繰り返すことで転写ローラ１８上の正帯電トナー及び逆帯電トナーを除去している。なお、トナーと逆極性のクリーニングバイアスの印加時間ｔ４、及びトナーと同極性のクリーニングバイアスの印加時間ｔ５は、それぞれ転写ローラ１８が１回転するのに要する時間以上とすることが好ましい。

次に、トナー吐出長Ｘを決定する方法について説明する。ユーザの使用状況に関係なく、印刷される画像の印字率に応じた最適なトナー吐出量（トナー吐出長Ｘ）を設定するために、トナー吐出長Ｘを印字率レベル毎に規定する吐出長設定テーブルが用いられる。吐出長設定テーブルはＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）内に格納されている。

吐出長設定テーブルの一例を表１に示す。表１においては、平均印字率が複数（ここでは５段階）のレベルにランク分けされており、各印字率レベルに応じた画像１枚当たりのトナー吐出長が割り当てられている。例えばリフレッシュ工程を実行する印刷枚数を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。算出された平均印字率Ｂに相当する画像１枚当たりのトナー吐出長（ｍｍ／枚）を吐出長設定テーブルから読み出し、これにリフレッシュ工程実行までの印刷枚数Ａを乗じてリフレッシュ工程実行時のトナー吐出長Ｘ（ｍｍ）が算出される。

また、トナー吐出量Ｘを計算により求めても良い。基準印字率（リフレッシュが必要となる印字率の閾値）をＣ（％）とすると、基準印字率Ｃと上述した平均印字率Ｂ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実行時に必要なトナー吐出量となる。トナー吐出長Ｘ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Ｌとすると、Ｘ＝Ｌ×（Ｃ−Ｂ）×Ａ／１００により算出される。なお、印刷枚数Ａや基準印字率Ｃ（％）はユーザの使用状況やトナーの特性等に応じて適宜設定することができる。

ところで、リフレッシュ工程におけるトナー吐出量が増加すると、転写ローラ１８に付着するトナー量も増加する。従って、転写ローラ１８に付着したトナーを完全に除去して用紙の裏汚れを防止するためには、図３におけるクリーニングバイアスの印加時間ｔ４、ｔ５を長くとるか、或いは繰り返しサイクル数を多くする必要がある。

しかし、トナー吐出量に関係なくクリーニングバイアスを長時間印加すると、トナー吐出量が少ない場合であってもリフレッシュ工程の総実行時間が長くなるため画像形成効率が低下し、ユーザの待ち時間も長くなる。また、感光体ドラム１４と現像装置１６の駆動が同系列であり、同期して駆動する場合は現像装置１６の駆動時間も長くなり、現像装置１６内のトナーの劣化を促進する。さらに、転写ローラ１８にトナーと逆極性（負）のクリーニングバイアスも長時間印加されるため、感光体ドラム１４が本来の帯電特性（正帯電）とは逆の極性に帯電することによって劣化する。

そこで、本発明ではトナー吐出量（トナー吐出長）に応じた適正なクリーニングバイアスの印加時間を設定することとした。クリーニングバイアスの印加時間の設定には、トナー吐出量とクリーニングバイアスの印加時間（または繰り返しサイクル数）とを関連づけて記憶したクリーニング条件設定テーブルが用いられる。クリーニング条件設定テーブルはＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）内に格納されている。

クリーニング条件設定テーブルの一例を表２に示す。表２においては、複数のランク（ここでは６段階）に分けられたトナー吐出長Ｘに応じてクリーニングバイアスの繰り返しサイクル数が割り当てられている。

図６は、トナー吐出量に基づいてクリーニングバイアスの印加条件を決定する制御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。

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）。次に、印刷枚数ｎがリフレッシュ実行枚数Ａ（例えば５０枚）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、制御部９０は一時記憶部９４内のデジタル信号に基づいて所定枚数Ａ当たりの平均印字率Ｂを算出する（ステップＳ３）。

次に、ステップＳ３で算出された平均印字率Ｂとトナー吐出長設定テーブル（表１参照）を用いて画像一枚当たりのトナー吐出長が決定され、これに印刷枚数Ａを乗じて実際のトナー吐出長Ｘが算出される（ステップＳ４）。次に、ステップＳ４で設定されたトナー吐出長Ｘとクリーニング条件設定テーブル（表２参照）を用いてクリーニングバイアスを印加する際の繰り返しサイクル数が設定される（ステップＳ５）。

その後、リフレッシュ工程が実行され（ステップＳ６）、ステップＳ４で設定されたトナー吐出長Ｘを有するトナー吐出パターンＴが感光体ドラム１４上に形成される。また、トナーと逆極性及び同極性のクリーニングバイアスがステップＳ５で設定された繰り返しサイクル数だけ転写ローラ１８に印加される。リフレッシュ工程が終了すると、印刷枚数ｎを０にリセットして（ステップＳ７）処理を終了する。

上記制御によれば、クリーニングバイアスの印加時間を転写ローラ１８上に付着したトナーを除去可能な必要最低限の時間とすることができ、用紙の裏汚れを確実に防止しつつ、ユーザの待ち時間を短縮し、且つ現像装置内のトナーや感光体ドラムの劣化を抑制することができる利便性の高い画像形成装置となる。なお、繰り返しサイクル数に代えて印加時間ｔ４、ｔ５が割り当てられたクリーニング条件設定テーブルを用いても良い。この場合は、クリーニングバイアスの印加時間を計測するタイマーを設けておけば良い。

ところで、クリーニングバイアスの印加による転写ローラ１８から感光体ドラム１４へのトナー移動のし易さは、装置の使用環境、特に温湿度条件によって大きく変動する。高温高湿環境下においては、感光体ドラム１４上に吐出されたトナーの帯電量が低いため、転写ローラ１８にトナーが物理的に付着してもクリーニングバイアスの印加により感光体ドラム側へ移動し易くなる。一方、低温低湿環境下では、感光体ドラム１４上に吐出されたトナーの帯電量が高いため、転写ローラ１８に物理的に付着したトナーは感光体ドラム１４側へ移動しにくくなる。

この性質を利用し、トナー吐出量に加えて機外温湿度センサ２３により検知された機外の温湿度を考慮してクリーニングバイアスの印加条件を決定することにより、高温高湿環境下では低温低湿環境下に比べてクリーニングバイアスの印加時間が短縮可能となり、転写ローラ１８に付着したトナーをさらに効率良く除去可能となる。機外の温湿度条件を考慮してクリーニングバイアスの印加条件を決定する場合、機外の温湿度とクリーニングバイアスの印加時間（または繰り返しサイクル数）とを関連づけて記憶した環境補正テーブルを用いるのが便利である。環境補正テーブルの一例を表３に示す。

表３は、トナー吐出長Ｘが８０ｍｍ＜Ｘ≦１６０ｍｍであるときの環境補正テーブルを示しており、各行及び各列にそれぞれ機外湿度及び機外温度が所定間隔（ここでは１０％及び１０℃間隔）で割り当てられ、行及び列の交差する位置にはその湿度及び温度条件におけるクリーニングバイアス印加時の必要最低限の繰り返しサイクル数が割り当てられている。このような環境補正テーブルがトナー吐出長Ｘのレベルに応じてＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）に複数格納されている。

図７は、トナー吐出量及び機外の温湿度に基づいてクリーニングバイアスの印加条件を決定する制御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７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。

画像形成処理の開始からトナー吐出長Ｘが設定されるまで（ステップＳ１〜Ｓ４）は図６と同様であるため説明を省略する。次に、制御部９０はステップＳ４で設定されたトナー吐出長Ｘに応じた環境補正テーブルを選択する（ステップＳ５）。そして、機外温湿度センサ２３により検知された機外の温湿度を読み出し、その温湿度に対応する行及び列の交差する位置の繰り返しサイクル数が設定される（ステップＳ６）。その後の制御（ステップＳ７、Ｓ８）は図６のステップＳ６、Ｓ７と同様であるため説明を省略する。

上記制御によれば、トナーが移動し易い高温高湿環境下では低温低湿環境下に比べてクリーニングバイアス印加時の繰り返しサイクル数を少なくできるため、印字率及び装置の使用環境に応じた必要十分なクリーニングを実行することができる。なお、図６の制御と同様に、繰り返しサイクル数に代えて印加時間ｔ４、ｔ５が割り当てられたクリーニング条件設定テーブルを用いても良い。

また、高温高湿環境下ではトナーの帯電量が低いため、転写ローラ１８に付着した逆帯電トナーを効果的に除去するためには低温低湿環境下に比べて絶対値の大きいクリーニングバイアス（マイナス電流）を印加する必要がある。そのため、クリーニングバイアスを長時間印加すると感光体ドラム１４の劣化も顕著になるが、高温高湿環境下でクリーニングバイアスの印加時間を短縮することは感光体ドラム１４の劣化を抑制する観点からもメリットは大きい。

なお、クリーニングバイアスの繰り返しサイクル数（または印加時間）は、温湿度を変数とした演算式により算出しても良い。また、表２に示したような、所定の温湿度条件におけるトナー吐出長と繰り返しサイクル数（または印加時間）とが割り当てられたテーブルを用い、温湿度条件に応じて定数を乗じる（或いは加減する）等の補正を行う制御としても良い。この場合、記憶されるテーブルの数を減らすことができ、記憶容量を節約することができる。

また、機外温湿度センサ２３により検知される機外温湿度の所定時間当たり（例えば過去３０分間）の平均温度及び平均湿度を算出し、算出された平均温度と平均湿度に基づいて繰り返しサイクル数（または印加時間）を設定しても良い。この制御によれば、クリーニングバイアスの印加条件の決定に温湿度の平均値を用いるので、使用環境条件がより正確に反映された適切なクリーニングバイアスの印加条件を決定可能となる。

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、図３に示したようにクリーニングバイアスとしてトナーと同極性（正）及び逆極性（負）のバイアスを交互に印加する場合について説明したが、図８に示すように、トナーと同極性（正）のバイアスのＯＮ及びＯＦＦの繰り返しによってクリーニングバイアスを印加することもできる。この場合、図８のようにクリーニングバイアスＶ１よりも低い正の帯電バイアスＶ０を継続して印加しておくことで、クリーニングバイアスのＯＮにより正帯電トナーを除去し、クリーニングバイアスのＯＦＦにより逆帯電トナーを除去することができる。

図８のタイミングチャートによれば、感光体ドラム１４と転写ローラ１８との電位差の絶対値は図３よりも小さくなるため、トナーの除去効果は図３の場合に比べて弱くなる。しかし、感光体ドラム１４を本来の帯電特性とは逆（負）に帯電させることがないため、図２に比べて帯電疲労による感光体ドラム１４表面の劣化を抑制することができる。従って、特に逆帯電によって劣化し易いアモルファスシリコン感光体を用いる場合に有効となる。

また、上記実施形態では機外温湿度センサの検知結果に基づいてリフレッシュ工程を制御しているが、機外温湿度センサに代えて機内温湿度センサで代用することもできるし、２つのセンサからの温湿度情報を用いて制御することも可能である。

また本発明は、図１に示したようなモノクロプリンタに限らず、デジタル複合機やアナログ方式のモノクロ複写機、タンデム式やロータリー現像式のカラー複写機及びプリンタ、ファクシミリ等、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。

リフレッシュモード実行時におけるトナー吐出量と転写ローラのクリーニング条件との関係について調査した。評価方法としては、試験機（京セラミタ社製ＫＭ−５０３５）を用いて白紙画像を所定枚数連続出力した後に、転写ローラのクリーニング条件（クリーニングバイアスの繰り返しサイクル数）を変化させてリフレッシュモードを実行した。なお、トナー吐出長は表１を用いて決定し、クリーニングバイアスは転写正バイアス（−１０μＡ）４００ｍｓｅｃ及び転写逆バイアス（＋６００Ｖ）４００ｍｓｅｃの計８００ｍｓｅｃを１サイクルとして所定サイクル数だけ繰り返し印加した。また、転写ローラは電子導電ローラ（明治ゴム社製）を使用した。

そして、リフレッシュモード終了後１枚目の印刷における用紙の裏汚れを目視により観察して転写ローラ単体の汚れを評価した。結果を表４に示す。表４中の○は裏汚れ無し、△は裏汚れ少し有り、×は裏汚れ大を示す。

表４から明らかなように、クリーニングバイアスを１サイクル印加した場合、トナー吐出長８０ｍｍ、１６０ｍｍでは用紙の裏汚れは認められなかったが、２４０ｍｍでは裏汚れが少し認められ、３２０ｍｍ以上では顕著な裏汚れが認められた。次に、トナー吐出長を２４０ｍｍ及び４８０ｍｍとして繰り返しサイクル数を増加させていくと、裏汚れを完全に解消するためには２４０ｍｍでは繰り返しサイクル４回、４８０ｍｍでは繰り返しサイクル５回が必要であった。この結果より、トナー吐出長（吐出量）が増加した場合は、それに応じてクリーニングバイアスの繰り返しサイクル数を増加させることで裏汚れを解消できることが確認された。

一方、裏汚れ防止のみを考慮して繰り返しサイクル数を常に多く設定すると、ユーザの待ち時間が長くなり、クリーニングバイアスによる感光体ドラムの劣化も促進されてしまう。さらに、現像装置が単独駆動でない場合は現像駆動時間が長くなってトナーの劣化も促進されてしまう。このことから、トナー吐出量に応じてクリーニングバイアスの繰り返しサイクル数を増加させる本発明の制御が有効であることがわかる。

リフレッシュモード実行時における装置の使用環境と転写ローラのクリーニング条件との関係について調査した。評価方法としては、Ｈ／Ｈ（高温高湿）条件（３２．５℃／８０％）及びＬ／Ｌ（低温低湿）条件（１０℃／１５％）において白紙画像を所定枚数連続印刷した後に、転写ローラのクリーニング条件（クリーニングバイアスの繰り返し回数）を変化させてリフレッシュモードを実行した。試験条件及び評価方法は実施例１と同様とした。結果を表５に示す。

表５から明らかなように、Ｈ／Ｈ条件では、トナー吐出長８０ｍｍ〜４８０ｍｍの全てにおいてクリーニングバイアスを１サイクル印加することで用紙の裏汚れが解消された。一方、Ｌ／Ｌ条件では、１サイクルの印加で用紙の裏汚れが解消されたのはトナー吐出長８０ｍｍのみであり、１６０ｍｍ及び２４０ｍｍでは繰り返しサイクル３回、４００ｍｍ及び４８０ｍｍでは繰り返しサイクル４回が必要であった。この結果より、高温高湿条件下では低温低湿条件下に比べてトナーが除去され易いため繰り返しサイクル数を減少できることが確認された。

なお、上記各実施例ではトナー吐出長及び装置の使用環境に応じて繰り返しサイクル数を増減させたが、転写正バイアス及び転写逆バイアスの印加時間（図３のｔ４、ｔ５）、即ち１サイクル当たりのバイアス印加時間を変更することでも同様の効果が得られることが確認されている。

また、上記各実施例では、クリーニングバイアスとして図３のようにトナーと同極性及び逆極性のバイアスを交互に印加する場合について説明したが、図８のようにトナーと同極性のバイアスのＯＮ及びＯＦＦの繰り返しによってクリーニングバイアスを印加した場合にも同様の効果が得られることが確認されている。

本発明は、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利用可能であり、リフレッシュ工程の実行時に転写手段にクリーニングバイアスを印加するとともに、トナー担持体からのトナー吐出量に応じてクリーニングバイアスの印加時間を決定するものである。

これにより、リフレッシュ工程を実行してトナー劣化による画像不良を防止するとともに、クリーニングバイアスの印加時間が転写手段に付着したトナーを除去可能な必要最低限となるため、記録媒体の裏汚れを確実に防止しつつユーザの待ち時間を極力短縮し、且つ像担持体の劣化も抑制可能な画像形成装置を提供することができる。また、像担持体と現像装置が互いに同期して駆動する場合は現像装置内のトナーの劣化も抑制することができる。リフレッシュ工程におけるトナー吐出量は、所定の印字枚数に亘って算出された画像上の平均印字率に基づいて実際の消費量に応じた最適な吐出量が決定される。

クリーニングバイアスとしてトナーと同極性及び逆極性のバイアスを交互に印加した場合、転写手段の表面へ物理的に付着したトナーや逆帯電トナーを効果的に除去し、且つクリーニングバイアスによる像担持体の劣化も最小限に抑えることができる。また、クリーニングバイアスをトナーと同極性のバイアスのＯＮ及びＯＦＦの繰り返しによって印加した場合、クリーニングバイアスが像担持体を逆極性に帯電させることがないため像担持体の劣化を抑制することができる。

また、温湿度検知手段により検知された温度及び湿度に応じてクリーニングバイアスの印加時間若しくは繰り返しサイクル数を補正すれば、印字率及び装置の使用環境に応じた必要十分なクリーニングを実行できる。

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の制御経路を示すブロック図である。 は、リフレッシュ工程における帯電バイアス、レーザ露光、現像バイアス及び転写バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングの一例を示すタイミングチャートである。 は、リフレッシュ工程の実行時に転写ローラに付着したトナーを除去する様子を示す概略図である。 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例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例を示すフローチャートである。 は、リフレッシュ工程における帯電バイアス、レーザ露光、現像バイアス及び転写バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングの他の例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１４ 感光体ドラム（像担持体）
１５ 帯電装置
１６ 現像装置
１６ａ 現像ローラ（トナー担持体）
１７ クリーニング装置
１９ 転写ローラ（転写手段）
２０ トナーコンテナ
２３ 機外温湿度センサ（温湿度検知手段）
３５ 現像ローラ（トナー担持体）
４１ バイアス制御回路（バイアス印加手段）
４２ 帯電バイアス電源
４３ 現像バイアス電源
４４ 転写バイアス電源
９０ 制御部（制御手段）
９１ ＣＰＵ
９２ ＲＯＭ
９３ ＲＡＭ
１００ 画像形成装置
Ｔ トナー吐出パターン
Ｘ トナー吐出長

Claims (7)

1. 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、像担持体表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、
   該現像装置により形成されたトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、
   該転写手段に正または負のバイアスを選択的に印加するバイアス印加手段と、
   該バイアス印加手段によるバイアスの印加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の実行時に、前記転写手段にクリーニングバイアスを印加して前記転写手段に付着したトナーを像担持体側へ移動させる画像形成装置において、
   前記制御手段は、前記トナー担持体からのトナー吐出量に応じて前記クリーニングバイアスの印加時間を決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー吐出量は、所定の印字枚数に亘って算出された画像上の平均印字率に基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記クリーニングバイアスとしてトナーと同極性及び逆極性のバイアスが交互に印加され、前記制御手段は、トナーと同極性及び逆極性のバイアスを１回ずつ印加する場合を１サイクルとしたときの繰り返しサイクル数を前記トナー吐出量に応じて決定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。
4. 前記クリーニングバイアスは、トナーと同極性のバイアスのＯＮ及びＯＦＦの繰り返しによって印加され、前記制御手段は、トナーと同極性のバイアスのＯＮ及びＯＦＦを１回ずつ行う場合を１サイクルとしたときの繰り返しサイクル数を前記トナー吐出量に応じて決定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。
5. 装置内部または外部の温度及び湿度を検知する温湿度検知手段を備え、前記制御手段は、前記温湿度検知手段により検知された温度及び湿度に応じて前記印加時間若しくは繰り返しサイクル数を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体はアモルファスシリコン感光体であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記像担持体と前記現像装置は共通の駆動源に連結されており、互いに同期して駆動することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。

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