JP2010091801A

JP2010091801A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2010091801A
Application number: JP2008261749A
Authority: JP
Inventors: Tsunehei Ideno; 恒平出野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】トナーの強制排出を最小限に抑えながら、トナーの劣化による画像品質の低下を抑制し、信頼性の高い現像装置を有する画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像器内の劣化トナーを感光ドラムへ強制排出する手段を備え、トナー排出及びトナー補給により、新旧トナーを置換し、トナーのリフレッシュを図る。このとき、現像器内のトナー濃度を、通常の画像形成時のトナー濃度よりも低い状態に維持しながら置換を行う。
【選択図】図９

Description

本発明は、電子写真方式によっ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、ファクシミリなどの電子写真画像形成装置（以下、画像形成装置という）に関し、更に詳しくは、劣化現像剤の置換制御に関するものである。

現在、コピー、プリンタ機能を有する複合機や、ファクシミリなどにおいては、電子写真方式の画像形成装置が広く利用されている。特に近年は、電子写真方式のフルカラー画像形成装置の普及が著しく、解像度や細部の画像再現性等の画像特性において優れた、高画質の画像を形成する技術が開発されている。

フルカラー画像形成装置では、潜像担持体に形成されている静電潜像を可視像化するための現像工程が備えられており、トナー粒子とキャリア粒子を主成分とした２成分現像剤が主に用いられている。一般にこの２成分現像剤のトナー濃度（キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量Ｄに対する、トナー粒子Ｔの重量の割合。以下、「Ｔ／Ｄ比」ともいう）は、画像品質を安定化させる上で極めて重要な要素になっている。２成分現像剤のトナー粒子は、画像形成時の現像により消費されるため、トナー濃度Ｔ／Ｄ比は変化する。そのため、現像装置内の２成分現像剤のトナー濃度を検出する現像剤濃度検知手段と、検知された信号に応じて現像装置へトナーの補給を行わせるための制御手段とを備える現像剤補給装置を設け、２成分現像剤のトナー濃度を一定に保つようにしている。

これらの現像装置では、以下のような問題がある。

現像剤を攪拌するスクリューを攪拌させてトナーを帯電させ、現像剤中のトナーは現像されることで消費され、一方で、消費量を補うようにトナーカートリッジから補給される。つまり、画像を出力することで、現像剤中のトナーは順次入れ替わっていくことになる。しかしながら、消費トナー量が少ない画像（低い印字率の画像）を連続して出力した場合、トナーの入れ替えがわずかずつしか行われない。結果として同一トナーが現像器内に滞在する時間が長くなり、長期に渡ってトナーは、キャリアや攪拌スクリュー、ブレード、現像スリーブ、現像容器等、との間で摺擦され続ける。

このようにして長期的に摺擦、攪拌を繰り返された現像剤中のトナーは、形状が不規則になったり、粒径分布に偏りを生じたり、また、現像剤に流動性を向上させる目的で添加させている酸化チタン粒子等の外添剤がトナー表面に埋め込まれたりしていく。その結果、現像剤の流動性が低下する等の劣化が生じ、画像濃度の低下や濃度ムラとった画質不良や、現像剤排出口における現像剤の詰まり、現像器からの現像剤溢れが発生する場合がある。

また、トナーのもつ電荷は、数回摺擦されることで安定するが、更に摺擦が繰り返されることで更に電荷が付与されていき、所定の電荷量を大きく上回ってしまうことがある。このようにしてトナーのもつ電荷が上昇していくと、感光ドラム上に形成された潜像に対し、トナーが付着する量が初期の状態に比べて減少し、画像出力した際に濃度の低下、低濃度部分の粒状性の悪化といった、画質の劣化として現れる。更には、現像スリーブ上の磁力によって拘束されているキャリアが、トナーと共に感光ドラムへ付着する現象が生ずる場合がある。
これらの問題を解消するために、例えば、特開２００４−１２５８２９では、現像スリーブの回転数を計数するための手段と、画像比率の大小を判断するために画像ドット数を計数するための手段とを備えている。そして、予め定められた現像スリーブ回転数における画像ドット数が所定の閾値より小さい場合に、トナーを画像として出力せずに強制的に感光ドラムへ排出する手段を有している。
特開２００４−１２５８２９

ところが、上記した現像剤劣化対策では以下のような問題がある。即ち、トナー強制消費時において、トナー消費量に応じて現像装置に新しいトナーを補給している。そのため、トナー強制消費時、せっかく補給したばかりの新トナーも同時に排出されることになるためにトナー交換効率が悪い。

本発明はこのような従来技術における課題を鑑みてなされたものである。即ち、現像器内に長期間滞在することが原因で劣化したトナーを強制排出させることで、高画質な画像が得られる装置を提供し、更には、劣化トナーを効率的に新しいトナーに置換することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明に係る画像形成装置は以下を有する。

像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像をトナー及びキャリアを有する現像剤にて現像する現像装置と、前記現像装置に現像剤を補給する補給手段と、前記補給手段が補給する現像剤量を制御する補給量制御手段と、記録材に画像を形成することなく前記現像装置内の現像剤を強制的に排出する排出モードを実行可能な制御手段と、を有する画像形成装置であって、前記排出モードにおいて、前記補給量制御手段は、前記排出モードを開始した時の前記現像装置内のトナーとキャリアの比率よりも前記排出モードを開始した後の前記現像装置内のトナーとキャリアの比率が低くなるように、前記補給手段の補給量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、現像器内の劣化トナーを効率的に排出させることができるため、トナー排出を最小限に抑えながら、画像品質の低下を抑制し、信頼性の高い現像装置を有する画像形成装置を提供することができる。

（実施の形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施例について詳細に説明する。

図１は本発明を適用した画像形成装置例の概略構成図である。この画像形成装置は、電子写真フルカラー画像形成装置であり、上部にデジタルカラー画像リーダー部Ｒ、下部にデジタルカラー画像プリンタ部Ｐを有する。

リーダー部Ｒにおいて、３１は原稿台ガラス、３２はそのガラス３１に対して開閉可能な原稿圧着板である。ガラス３１上にカラー原稿Ｏを画像面下向きで所定の載置基準に従って載置し、その上に原稿圧着板３２を被せることで原稿Ｏをセットする。

原稿圧着板３２を原稿自動送り装置（ＡＤＦ、ＲＤＦ）にして、ガラス３１上にシート状原稿を自動的に送る構成にすることもできる。

３３はガラス３１の下面に沿って移動駆動される移動光学系である。この移動光学系３３によりガラス３１上の原稿Ｏの下向き画像面が光学的に走査される。その原稿走査光が光電変換素子（固体撮像素子）であるＣＣＤ３４に結像されてＲＧＢ（レッド・グリーン・ブルー）の三原色で色分解読取りされる。

読取られたＲＧＢの各信号が画像処理部１０１に入力される。

プリンタ部Ｐは、１ドラム、ロータリー現像構成、及び中間転写構成を有する電子写真画像形成機構である。

このプリンタ部Ｐの動作概略は次の通りである。

像担持体としての電子写真感光体ドラム（以下、感光ドラムという）１上に、画像処理部１０１に入力された画像信号を、静電潜像形成手段としてのレーザースキャナ３にて、露光画像として形成する。ここで、画像情報を一旦メモリ１０３に格納した後、画像形成データに変換して連続して画像形成を行うようにしている。また、メモリ１０３に記憶された画像情報から、その画像密度を算出する機能を有している。

感光ドラム上に形成された露光画像は、現像ロータリー内部に配置された複数の現像器により、１色毎、露光画像上にトナー像を順次形成する。トナー補給制御については、後述する原稿読み取り装置としての画像信号発生部１００からの画像信号に基づき、トナー消費量に応じて補給量制御手段としての補給制御部１０５にてトナー補給量を決定され、トナー補給装置１０７にて補給される。

この感光ドラム１上の各色のトナー像を更に中間転写ベルト（以下、ベルトという）５上に１色毎に１次転写することを繰り返して、ベルト５上に未定着の必要色のトナー像を合成形成する。その後、このトナー像を一括で記録材Ｓ上に２次転写し、次いで定着してフルカラー画像形成物を出力するものである。

以下、更に詳しく説明する。

感光ドラム１は矢印の反時計方向に所定の速度で回転駆動され、その表面が帯電手段としての帯電器２により所定の極性・電位に一様に帯電される。その帯電処理面が露光手段としてのレーザースキャナ３によりレーザー走査露光される。

レーザースキャナ３は、レーザー出力部、ポリゴンミラー、結像レンズ、折り返しミラー等を有し、画像処理部１０１から入力される画像情報信号に対応して変調されたレーザー光（光信号）を出力する。静電潜像形成手段としての帯電装置２により帯電された感光ドラム１は静電潜像形成手段としてのレーザースキャナ３にて走査露光される。これにより、感光ドラム１の面に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。

尚、上記画像情報信号は、前述のリーダー部Ｒから読み込まれた画像情報以外にも、ＰＣ１０２などの外部機器より電送される画像情報より合成、形成されたものでももちろん構わない。

その静電潜像が現像手段としてのロータリー現像装置４によりトナー像として現像される。

ロータリー現像装置４は、回転体としてのロータリー４１に、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、それぞれの色現像剤（トナー）を収容させた複数の現像器４を装着したものである。

ロータリー４１が所定の制御タイミングにて所定の角度、図示矢印方向に回転されることによって、各々の現像器が感光ドラム１と対向する現像位置に切り換えられて配置される。現像位置において、感光ドラム１と、現像器側の現像スリーブとの距離（ＳＤ距離）が或る決められた範囲内に保たれる。なお、現像動作についは、本実施例の形態で特徴的な項目であり、詳細は後述する。

ベルト５は可撓性を有する誘電材製のエンドレスベルトであり、複数のローラ５ａ〜５ｇ間に懸回張設されている。ベルト５の外面はローラ５ｂ・５ｃ間において感光ドラム１に接触している。その接触部が１次転写ニップ部Ｔ１である。

この１次転写ニップ部Ｔ１において、ベルト５の感光ドラム１側と反対側に１次転写ローラ６が配設されていて、ベルト５の内面に接している。

この１次転写ローラ６には、所定の制御タイミングにて、トナーと逆極性の１次転写電圧が印加される。ベルト５は、例えばローラ５ａを駆動ローラとして、感光ドラム１の回転速度とほぼ同じ速度で矢印の時計方向に回転駆動される。

まず、感光ドラム１に対して、１色目のトナー像が、上記の帯電・露光・現像の画像形成工程により形成される。そして、そのトナー像が１次転写ニップ部Ｔ１においてベルト５上に転写される。

ベルト５に転写されないで感光ドラム１の面に残った１次転写残トナーはドラムクリーニング装置７により感光ドラム面から除去される。クリーニング装置７により清掃された感光ドラム１は繰り返して画像形成に供される。

上記と同様の画像形成工程が、２色目〜Ｎ色目について、同様に随時繰り返えされる。これにより、ベルト５上に、各現像色のトナー像の順次重畳転写からなる未定着のトナー画像が合成形成される。

一方、所定の制御タイミングで、第１〜第４の給紙カセット８１〜８４、或いはマルチ手差しトレイ８５の複数の給紙部のうち、予め選択された給紙部の給紙ローラ１１が駆動される。これにより、その給紙部に収容された記録材Ｓが１枚分離されて送り出されてシートパス１３からレジストローラ１４へ送られる。

レジストローラ１４は、記録材Ｓの斜行補正と、ベルト５から記録材Ｓへのトナー像の２次転写のタイミングを制御するもので、給紙部側から給紙された記録材Ｓの先端を受け止めて一旦停止させる。

１５は２次転写ローラである。この２次転写ローラ１５は、ベルト５の複数のローラ５ａ〜５ｇの内のローラ５ｇを対向ローラとして、該ローラ５ｇに対してベルト５を挟んだ位置に配置される。そして２次転写ローラ１５は、ベルト５に対して、所定圧で圧接した第１状態と、ベルト５の外面から離間した第２状態とに、不図示の加圧制御機構により切り換え、脱着制御される。

２次転写ローラ１５は常時はベルト５の外面から離間した第２状態に切り換えられて保持されている。尚、第１状態に切り換えられることで、ベルト５の外面との間に２次転写ニップ部Ｔ２が形成される。

２次転写ローラ１５は所定の制御タイミングで第１状態に切り変えられる。また、レジストローラ１４の位置で一旦停止されている記録材Ｓは所定の制御タイミングでレジストローラ１４から再給紙され、第１状態に切り変えられた２次転写ローラ１５とベルト５との間の２次転写ニップ部Ｔ２に導入される。

そして、記録材Ｓはこの２次転写ニップ部Ｔ２を挟持搬送されていく。その間、２次転写ローラ１５には所定の２次転写電圧が印加されて、ベルト５上の複数色からなるトナー像が記録材Ｓ上に静電的に一括転写され、記録材Ｓ上には未定着のトナー像が形成（転写）される。

記録材Ｓに転写されないでベルト５の面に残った２次転写残トナーはベルトクリーニング装置１６によりベルト面から除去される。このクリーニング装置１６により清掃されたベルト５は繰り返して画像形成に供される。

クリーニング装置１６は、常時はベルト５の外面から離間した状態に保持されている。２次転写ニップ部Ｔ２にてベルト５から記録材Ｓに対するトナー像の２次転写がなされるときに、所定の制御タイミングにてベルト５の外面に接触した状態に切り換えられる。

２次転写ニップ部Ｔ２を出た記録材Ｓはベルト５の面から分離して、搬送ベルトユニット１７によって定着器１８へ搬送され、未定着トナー像は熱及び圧力により記録材Ｓ上に融着されて定着画像となる。定着器１８を出た記録材Ｓはシートパス１９を通って排紙トレイ２０上に排出される。

２５は、再度シートＳに画像を転写、定着させる際のシート搬送パスである。このシート搬送パスは、両面画像形成モードや多重画像形成モードが選択された場合に、定着器１８を出た、片面画像形成済みの記録材又は１回目画像形成済みの記録材を表裏反転させて、もしくは表裏反転させないで、２次転写ニップ部Ｔ２へ再搬送する。

次に、両面画像形成モードについて詳細に説明する。

定着器１８を出たシートは、切り替えフラッパ２６にて、図中下方の搬送パスへ導かれ、反転ローラ２２にて反転される。そして、シート後端側を先端として、切り替えフラッパ２７にて、図中右方向へ搬送され、デカーラ２３にて、カール補正され、主走査方向（奥・手前方向）のシート位置を横レジ検知センサ２４にて検出され、搬送パス２５へと送られる。

デカーラ２３は、シートが再度二次転写ニップ部Ｔ２に送られる際、下向き（上凸形態）のカールになる様、カール補正の向きが設定されている。これは、逆の上向き（下凸形態）のカールの際、シート先端がニップ部入り口に引っかかる、或いは入り難い、及び、搬送され難い、ニップへのシートの入りと出の際のシートの跳ねが大きい、などが原因の二次転写不良（画像不良）が生じる為である。

また、横レジ検知センサ２４にて検知されたシート端部の位置情報は、裏面の画像の主走査方向の書き込み位置の補正用に用いられる。こうして、両面搬送パス中にシートの主走査方向の位置に変動が生じても、１面目の画像とほぼ同じ主操作位置に画像を形成することが可能となる。

その後シートＳは再度定着器を通過し、搬送パス１９を経由し、排紙ローラ２００にて、排紙トレイ２０上に排出される。

また、デカーラ２９は、シートを反転し表裏逆向きに排出する際に使用する搬送パス中に構成される。デカーラ２９は、反転ローラ２２にて反転された後、フラッパ２７を作動させず図中上方へ反転搬送した後、フラッパ２８にて排紙ローラ側にシート搬送向きを切り替え、排紙トレイ上に下向きのカールを形成し排出する役割を有する。ここで、下向きのカールを形成し排出するのは、トレイ上のシートの積載状態を良好に保つ為である。

以下、本実施形態で特徴的な項目である現像動作について、更に詳しく述べると共に、図面を用いて、本実施例における現像装置内の劣化現像剤を強制的に消費するトナー強制消費モードについて説明する。

まず、図２を用いてロータリー現像装置構成の概略を説明する。複数の現像器４がロータリーの回転中心軸であるロータリーステイ４０５を中心にそれぞれ対向するように配置されている。各現像器４には、開口部が設けられており、この開口部に感光ドラム１に現像剤を供給する現像剤担持体としての現像スリーブ６が配置されている。

各色の現像動作時は、それぞれの現像スリーブ４０６が、ドラム１に対向する位置まで回転され、現像動作が行われる。

次に、画像形成にて消費したトナーを現像器４内へ補填するための補給装置１０７の構成について説明する。図１２は、本実施例の補給装置１０７の正面図である。図３はトナー補給装置１０７の下面図である。

トナー補給手段としての補給装置１０７は、図１２のように現像ロータリ４１に設けられたトナー受け取り部１２０の上方かつ画像形成装置の手前側に設けられている。また、トナー補給装置１０７は、図１４のように、トナーカートリッジ２（２ａ〜２ｆ）、補給ユニット１３０、補給パイプ１４０から構成される。そして、トナーカートリッジ２は、補給ユニットステーション（１５０ａ〜１５０ｆ）にて着脱可能に収納される構成となっている。

図示しないトナーセンサが補給ユニット１３０内のトナー無を検知すると、トナーセンサがトナーを検知するまでの間、トナーカートリッジ（２ａ〜２ｆ）から補給ユニット（１３０ａ〜１３０ｆ）へ適宜補給される。補給ユニット１３０（１３０ａ〜１３０ｆ）は一定量のトナーを蓄えている。そして、画像形成装置からトナー補給信号を受け取った際に、上記現像位置に現像ロータリーが停止している間、所定量だけ補給ユニット１３０内の補給口２００から補給パイプ１４０へとトナーを排出する。

搬送路としての補給パイプ１４０は、補給ユニット１３０と不図示の同一駆動により駆動され、上記補給ユニット１３０からトナーを受け取ると共に、トナー受け取り部１２０へとトナーを排出する。

トナー受け取り部１２０で受け取られた各色現像剤は、現像ロータリー４１の補給パイプ４００内をスクリューで搬送され、補給口４０３を介して現像器４に補給される。一方、現像剤の長寿命化を目的に、現像器４内の現像剤を少量ずつ現像器外へと排出し、キャリア入り補給現像剤と入れ替えることで、現像剤をリフレッシュしている。このような構成をとることで、耐久により劣化した現像剤（主にキャリア）を交換する手間を省くことができる。排出口４０４から排出された現像剤は中空の排出パイプ（ロータリーステイ）４０５内を通り、トナー回収ＢＯＸ（図示しない）へと搬送される。

次に通常画像形成時における現像動作についての説明を行う。図３には、ロータリー現像装置４１における現像駆動構成図を示した。ロータリー現像装置４１を斜め後方から見た図であり、現像器４は一つのみを示し、その他は簡単のため省略した。現像モータ４１０と各アイドラギア４１１、現像クラッチ４１２、現像入力ギア４１３はそれぞれ本体に固定されている。ロータリーの回転動作により、各色の現像器４が現像位置まで回転されたときに、現像スリーブ軸上の現像スリーブギア４０９が、現像入力ギア４１３と噛み合うことで駆動が伝達される。現像スリーブ回転のＯｎ／Ｏｆｆは、駆動伝達経路中に配置された電磁クラッチ４１２と、図示しない制御装置により制御される。これは、現像剤の劣化対策のために現像時にのみスリーブを回転させることを目的としている。

図４はある現像器４がドラム１に対向する位置、すなわち現像位置で停止したときの図である。このとき、現像スリーブ４０６とドラム１とは、安定的にギャップを維持できるようになっている。現像器内には、トナーとキャリアで構成された２成分現像剤が保持されており、現像剤のトナー濃度Ｔ／Ｄ比は９％程度に設定されている。スクリュー４１４とスクリュー４１５により現像剤が現像器内長手方向に循環されながら、現像剤を保持した現像スリーブ４０６が図中矢印方向へ回転され、現像剤層厚規制ブレード４１６により所定の層厚にされる。そして、現像スリーブ表面上に形成された現像剤磁気ブラシが現像ニップ領域４１７でドラム１と接触する。更に現像スリーブ４０６には、図示しない現像バイアス印加電源からＤＣ成分とＡＣ成分を重畳した所定の現像バイアスが印加されることでドラム１上の潜像へ現像される。現像ニップ通過後のキャリアは再び現像器４に戻され、現像スリーブ表面から落下し、搬送部材としてのスクリュー４１４、４１５により攪拌、搬送されることで、上記の現像動作を繰り返す。
トナー補給動作について説明する。図１１は、本実施例のトナー補給動作制御を行うブロック図である。図１１のように、本実施例では、原稿読み取り装置としての画像信号発生部１００からの画像信号に基づき、補給量制御手段としての補給制御部１０５にてトナー補給量を決定し、トナー補給装置１０７を動作させる。
補給制御部１０５は、画像信号発生部１００からの１枚毎の画像信号に基づき、現像器４での消費が想定される分だけトナーを現像器４に補給している。（ビデオカウント方式）こうすることで、現像器内のＴ／Ｄ比が概略一定範囲内に維持するように補正している。更に、画像濃度をより安定化させる目的で、制御用基準画像（パッチ画像）による補給制御方式も併用している。具体的には、予め定められた濃度に対応するパッチ画像を感光ドラム上に形成し、その濃度を光学反射光量検知方式の画像濃度センサ（不図示）で検知して画像濃度を検出する。そして、得られた画像濃度がターゲット濃度となるようにトナー補給量に補正を行う。トナー補給量の算出のためには、更に現像剤担持体上のトナー濃度を直接検出する方式も併用している。これは、現像剤担持体上の２成分現像剤に光を照射し、その反射光量を受光してトナー濃度を検知するものである。（反射光検知方式）Ｔ／Ｄ比を許容範囲内（本実施例では６％〜１２％）に維持するために、ここで得られた検知結果が上記許容範囲を外れた場合にトナー補給量に補正を行う。
Ｔ／Ｄ比は画像形成装置の特性に応じて、また、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色トナーの特性に応じてそれぞれ適切な値が定められている。例えば、Ｔ／Ｄ比がある閾値よりも低くなった場合、現像スリーブ上の２成分現像剤のキャリア粒子が、感光ドラムへ付着する現象が知られている。本実施例では上記方式により、こうした付着現象をも防止することもできる。

尚、本実施例では、反射光検知方式の代わりに、２成分現像剤のインダクタンスを検知してＴ／Ｄ比を検出する、インダクタンス検知方式を用いても良い。

次に、強制排出モードについて説明する。

前述したように、画像比率の低い画像が連続して出力された場合、トナーの消費量が少ないために補給トナー量が少なくなり、同一トナーが現像器内に滞在する時間が長くなる。そのため、長期的に摺擦、攪拌を繰り返された現像剤中のトナー粒子が劣化することで流動性が悪化し、現像スリーブ４０６の長手方向に濃度ムラが発生することがある。また、排出口４０４からの排出動作がスムーズに行われなくなることで現像剤が現像器４から溢れるといった不具合が生ずることがある。更に長期間のトナー粒子滞在は、トナーの電荷を上昇させ、画質の低下、すなわち、低濃度部での粒状性悪化や濃度の低下といった画像不具合も引き起こす可能性が有る。

こうした現像剤劣化の問題を解決するために、従来から、強制的にトナーを消費する強制排出モードを設けて、新旧トナーの置換を頻繁に行うシステムがある。通常の画像形成時、すなわち用紙に画像を出力する際の画像形成時、とは異なるタイミングで、現像器内部のトナーを現像器外部へ排出するものである。このとき、排出されたトナーは成果物としての出力用紙には載ることはなく、感光ドラムクリーナーなどで回収される。

以下、従来から行われているトナー強制排出動作と、本実施例におけるトナー強制排出動作について、フローチャートと図を用いながら詳しく説明する。

まず、従来からのトナー強制排出動作について、図１１のブロック図と図５のフローチャートで説明する。リーダー部Ｒ、又は、ＰＣ１０２により画像形成がスタートされると（ステップＳ５０１）、画像処理部１０１にて、画像発生部１００から入力された画像信号に基づいて画像比率が算出される（ステップＳ５０２）。つまり、ビデオカウントＣが算出される。ステップＳ５０３にてビデオカウントＣが、所定値Ｃ_０未満（ここでは所定値Ｃ_０は、画像比率が５％の画像を画像形成したときのビデオカウント値としている）のとき、ステップＳ５０４に移行する。ステップＳ５０４では、差分値Ｃ_０−Ｃが、既に今までのプリントで画像形成装置本体のメモリ１０３に積算されている値に加算される（Ｎ＝Ｎ＋（Ｃ_０−Ｃ））。画像形成を重ねることでＮは次第に積算され、ステップＳ５０５にてある閾値Ｚを越えたときに（ステップＳ５０５において「Ｙｅｓ」）、トナーの強制排出モードが実行される。すなわち、画像形成制御部１０４にて強制排出用画像信号がレーザースキャナ３に送られ、通常の画像形成と同様に感光ドラム上での帯電、露光、現像が行われることで、強制排出される。

一方、Ｎ＜Ｚであれば（ステップＳ５０５において「Ｎｏ」）画像出力が行われる（ステップＳ５０６）。ステップＳ５０７では、トナー補給と、劣化トナーの強制排出を行うことで現像装置内の新旧トナーの置換が行われる。強制排出時のトナー補給は、ビデオカウント方式により、現像器で消費した分だけ、トナー補給される。尚、Ｔ／Ｄ比は、通常画像形成時と同様、所定の目標範囲内（本実施例では６％〜１２％）となるように制御されている。このＴ／Ｄ比の下限である６％という値は、これ以上低下すると濃度低下が起こる値よりも若干高い値を設定している。

置換動作は、新旧トナー比率が所望の比率（α＝７０％）となる時間を予め実験で求めておき、所定時間補給動作を実行すると終了する（ステップＳ５０８）。ステップＳ５０９でメモリ１０３上のビデオカウント積算値はＮ＝０にリセットされ、通常画像出力が行われ、それと同時にビデオカウントＣに基いて現像器にトナーが補給される（ステップＳ５０６）。ここで、ビデオカウントとは、画像形成する画像の画素数のことをさす。連続画像形成があれば（ステップＳ５１０において「Ｙｅｓ」）、再びステップＳ５０２に戻り、上記シーケンスを繰り返す。画像形成が終了すると（ステップＳ５１１）、画像形成装置はスタンバイ状態に入る。

上述の従来の強制排出動作に対して、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ、新旧トナー量、Ｔ／Ｄ比、トナー消費量・補給量の推移を示した。各グラフの横軸は、強制排出トナー量をＡ４サイズ換算したものであり、Ａ４サイズの１００％画像濃度では、０．５ｇ程度のトナーが消費される。ここで、換算枚数で表したのは説明の分かり易さのためであり、実際の排出・補給動作では、用紙サイズに合わせて断続的に行う必要は無い。また、これらのグラフは、ラインで繋がれた曲線で表されているが、実際には、トナー補給はブロック制御（補給装置の搬送スクリュー回転を１回転単位で行う制御）されている。実際には、スクリュー形状等から定められるブロック量に基づいて断続的になるはずだが、ここでも説明の都合上連続したラインで表した。

初期の現像剤量を１１５ｇ、Ｔ／Ｄ比を９％とし、Ｔ／Ｄ比を一定に維持したまま（図６ｂ）トナー補給と強制排出を行っているために、旧トナーは徐々に低下、新トナーは徐々に上昇する傾向を示している（図６ａ）。この動作は、新旧トナー比率が所望の値になるまで繰り返される。置換率を７０％としたときの強制排出枚数は２５枚相当であり、この期間のトナー排出量は常に一定（０．５ｇ）であるために、トータルで１２．５ｇのトナーが強制排出用として使用されたことになる。尚、Ｔ／Ｄ比は長期的な使用に伴い変化していく。しかし、トナー消費された分だけトナー補給を行っているため、通常、一回の強制排出動作では、Ｔ／Ｄ比は変化しない。図６では、Ｔ／Ｄ比が９％の時を例に説明している。

［トナー強制排出モード］
次に、本実施例におけるトナー強制排出動作について説明する。本実施例では、制御部により以下のようなトナー強制排出モードが実行可能となっている。以下、図７のフローチャートで詳しく説明する。

ステップＳ７０１〜ステップＳ７０５は、前述したステップＳ５０１〜ステップＳ５０５と同様のシーケンスであるため説明は省略する。従来例との違いは、強制排出モードの制御方法にある。ここでも、初期の現像剤量を１１５ｇ、Ｔ／Ｄ比を９％、Ａ４サイズ１枚で０．５ｇのトナー消費の場合で説明する。また、Ｔ／Ｄ比には、画像形成が安定に保証される範囲があり、更に、その範囲の下限値を下回ると、現像スリーブ上のキャリアがドラムへ付着してしまう現象が生ずる。ここではＴ／Ｄ比の下限値を５％とした。また、前述の従来例と同様に、強制排出用の画像形成動作は画像形成制御部１０４で制御され、補給動作は、補給制御部１０５にて制御される。本実施例では、強制排出モード開始時に現像器内のＴ／Ｄ比を検知し、ＲＡＭに記憶しておく。そして、強制排出モード開始後、トナー補給を停止させながら強制排出を行う（ステップＳ７０７）。（図８（ｂ））これによりＴ／Ｄ比は減少し、下限値５％の近傍になるまで継続する（ステップＳ７０８）。その後、Ｔ／Ｄ比が５％近傍に維持されるように画像濃度センサ（不図示）の検知結果に基いてトナー補給と強制排出を行う（ステップＳ７０９）。これは、新旧トナー比率が所望の比率（α’％）になるまで継続される（ステップＳ７１０）。そして、５％に低下しているＴ／Ｄ比を元の、画像形成に必要な９％まで戻すために、強制排出を停止させ、トナー補給のみ行わせる（ステップＳ７１１）。補給されたトナーにより、現像器内の新旧トナーが、不均一にならないように、攪拌スクリュー４１４、４１５を回転し、現像器内で常に循環させながら補給を行う。ビデオカウント積算値をＮ＝０にリセットし（ステップＳ７１３）、画像出力が行われる（ステップＳ７０６）。ここで、最終的なトナー新旧比αは７０％であるため、強制排出停止時の新旧比α’は、その後のトナー補給時の新旧比上昇を考慮して予め決定しておけば良い。

本実施例のフローチャートに対して、前述した従来例の場合と同様に、新旧トナー量、Ｔ／Ｄ比、トナー消費量・補給量の推移を図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞれ示した。グラフ表記上の注意点は図６と同様である。Ｔ／Ｄ比は長期的な使用に伴い変化していくが、強制排出動作期間のような短期的な間ではＴ／Ｄ比は変化しない。ここでは、Ｔ／Ｄ比が９％の時を例に説明する。

本実施例の強制排出モードでは、初め９％のＴ／Ｄ比だった現像剤を、トナー補給を停止して強制排出することで、Ｔ／Ｄ比を通常画像形成時の目標範囲の下限値以下の所定値（本実施例では５％）まで下げる。その後、Ｔ／Ｄ比を５％一定に維持するようにトナー置換を継続させる。そして、新旧トナーの置換が完了すると、Ｔ／Ｄが強制排出モードを開始したときのＴ／Ｄ比（本例では９％）となるようにトナー補給している。尚、上記所定値であるＴ／Ｄ比５％という値は、これ以上下げるとキャリア付着を引き起こすＴ／Ｄ比よりも若干高いＴ／Ｄ比に設定している。この値は、通常画像形成時に制御しているＴ／Ｄ比の許容範囲よりも低い値である。

こうすることで、従来の強制排出モードと比べ、トナー補給量に対するトナー排出量の割合を高くすることができ、トナーの交換効率を高めることができる。

尚、本実施例ではＴ／Ｄ比を直接、インダクタンスセンサ１０６にて検知して制御しているが、ビデオカウントＣに基いて間接的にＴ／Ｄ比を制御しても良い。すなわち、Ｔ／Ｄ比が５％となるように通常画像形成時よりも単位ビデオカウント値に対するトナー補給量を所定時間少なくし、Ｔ／Ｄ比を５％まで下げる。その後、トナー消費量に対するトナー補給量を通常画像形成時と同じ値に戻すことでＴ／Ｄ比を５％に維持した状態でトナー補給を行ってもよい。

こうすることで結局、７０％の新旧トナー置換に必要な強制排出量は７．５ｇとなり、従来方法の場合の１２．５ｇに対して、６割の排出量で達成できることが分かる。ここで、上述したＣ_０やＺ、Ｔ／Ｄ比、αの値について、本発明では特に限定しているものではなく、画像形成装置の構成に応じて、また、装置の使用状況に応じて適宜最適な閾値を選定すれば良い。

以上のように、本実施例の強制排出モードを適用することで、比較的少量のトナー排出及びトナー補給により、新旧トナーの置換を行うことができ、トナーのリフレッシュが可能となる。そのため、画像濃度の低い画像が連続で出力された場合に、同一トナーが現像器内に長期に渡って滞在することで生ずるトナー劣化を抑制でき、トナー流動性の維持、及び、画質の安定化を図ることができる。

次に、本発明に係る画像形成装置の第２の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成及び、基本動作は実施例１と同じである。従って、実施例１の画像形成装置と同一又は相当する機能、構成を有する要素については、詳しい説明は省略する。

実施例１は、劣化トナー置換動作として、Ｔ／Ｄ比を制御しながら、強制排出を行うものである。すなわちＴ／Ｄ比を前述した下限値近傍まで下げ、維持することで現像器内のトナー量を最小限に抑え、新旧トナー置換を効率的に行っていた。これに対して本実施形態では、強制排出が必要と判断された場合、排出動作中に所定時間トナー補給を停止させておくことで新旧トナー置換の効率化を図る。ここでも、前述の実施例１と同様に、強制排出用の画像形成動作は画像形成制御部１０４で制御され、補給動作は、補給制御部１０５にて制御される。図９は、本実施例のトナー置換動作のフローチャートであり、実施例１で説明した図７に対して、強制排出動作のみ異なる（ステップＳ９０７、Ｓ９０８）。トナーの強制排出が必要と判断された場合、トナー補給を所定時間停止したまま、ある所定量Ｍ［ｇ］の排出を行う。あるいは、強制排出用の潜像画像濃度を予め決定しておき、ある所定時間ｔ［ｓ］の排出を行う制御でも良い（ステップＳ９０７）。このとき排出するトナー量は、強制排出モードを開始したときの現像器内のＴ／Ｄに基き、予め保持しているＴ／Ｄ比とトナー排出量の関係テーブルにて求められる。これにより、Ｔ／Ｄ比は低下するため、次いで、ステップＳ９０８、９０９にて再び元のＴ／Ｄ比（＝強制排出モードを開始した時点のＴ／Ｄ比（本例では９％））に戻すために、排出を停止しながら補給を行う。ここで、当然のことながらＴ／Ｄ比がキャリア付着が発生してしまう下限値以下にならないようなＭ［ｇ］又はｔ［ｓ］を設定しなければならない。以上により、本実施形態では、Ｔ／Ｄ比を下限値まで下げた場合と比較すると、Ｔ／Ｄ比制御が簡単になるという特徴をもっている。すなわち、経験的に得られた排出量又は排出時間で排出を管理するだけで、従来の新旧トナー置換方式と比べて効率的な置換を実施することが可能となる。

次に、本発明に係る画像形成装置の第３の実施例について説明する。実施例１又は２は、所定の条件に基づいて画像形成装置動作中に強制排出を行うものであった。本実施形態は、画像形成装置の基本構成及び、強制排出動作が実施例１又は２と同じであるが、強制排出を行うタイミングが異なる。すなわち、画像形成動作とは無関係に強制排出モードをもつことが特徴的である。例えばサービスメンテナンス時に、サービスマンが現像器内のトナーをリフレッシュしたい場合、操作パネル等から強制排出モードを実行することで、新旧トナーの置換を効率的に行うことができる。トナーの置換率及びトナー排出量は、画像形成装置の使用状況や、現像器の劣化状態、出力画像等から適宜決めることができる。図１０に本実施例のフローチャートを示す。Ｓ１００１で、操作部から強制排出モードの入力信号を受信すると、ＣＰＵが強制排出モードが自動的に実行される。Ｓ１００２以降は実施例１のＳ７０７〜Ｓ７１２と同じため説明は省略する。

次に、本発明に係る画像形成装置の第４の実施例について説明する。本実施形態の画像形成装置において、第１〜第３の実施形態と基本構成は同様であるが一部構成が異なっており、以下、異なる部分のみ説明を行う。

第１〜第３の実施形態で説明した強制排出動作は、感光ドラム１への現像動作によりなされるものであるが、第４の実施形態では、前述した現像剤排出口４０４からの排出も積極的に利用していることが特徴的である。これにより、感光ドラム１のみへの排出と比べて、排出されたトナーが、トナー回収装置（クリーナー）へ与える負荷が分散されることになる。特に大量の置換動作を行う場合、第１〜第３の実施形態では、大量の排出トナーがクリーナーにて回収されることになるために負荷が集中してしまう。一方、本実施例の形態では、排出トナーによるクリーニング負荷を分散させることで、クリーナーの耐久性も向上させることができる。

また、現像剤排出口４０４からの排出では、キャリアも同時に排出し、現像剤トータル量を減少させることができる。そのため、現像剤トータル量を減少させない場合と比べて、Ｔ／Ｄ比下限値を同じく５％とした場合、含有されるトナー量を少なくすることができる。これにより、強制排出と補給による新旧トナー置換効率は更に向上する。

ここで、上記した効果を達成するためには、現像剤排出口４０４からの排出に限定されるものではない。つまり、現像器内の現像剤を所望のタイミングで排出させ、減少させる機構が備えられていれば良い。

現像剤排出口４０４からの排出をより積極的に行うために、いくつかの方法を提案する。

ここでの排出動作は、現像器内における現像剤の嵩が現像剤排出口４０４より上昇すると、上昇した分だけ零れ出るため、現像剤攪拌スクリュー４１４、４１５の駆動速度（回転速度）を増加させることで、より多くの排出をさせることができる。尚、現像剤攪拌スクリュー４１４、４１５の駆動タイミングは、現像器から現像動作を行うことで強制排出する前に行ってもよく、現像器の現像動作と同時に行ってもよい。

また、別の方法としては、以下のような方法が考えられる。ロータリー現像装置における排出動作は、零れ出た現像剤を鉛直下向きに自由落下させる構成である。通常の画像形成時には、ロータリー４１が１回転する間に、現像と排出口４０４からの排出がそれぞれ１回行われる。本実施例における強制排出時には、ロータリーを公転動作させてから、キャリアの量を減らした後、トナー強制モードを行うことで新旧トナー置換効率を向上させる。

以上で述べた実施例１〜４では、強制排出モードの要否判定は、ビデオカウントに基づいて行われるものとして説明した。つまり、ビデオカウント数から推定されるトナー消費量と通紙枚数から、現像剤劣化状況を推測し、強制排出の要否判定を行うものである、とした。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、トナーの現像器内での長期滞在による帯電量増加が問題になる場合、検出される帯電量に基づいて強制排出の要否を決定する構成でも良い。

画像形成装置ロータリー現像装置の正面図現像駆動構成図現像器詳細図従来例におけるトナー強制排出フローチャート従来例における、強制排出枚数（トナー量）に対する（ａ）新旧トナー量、（ｂ）Ｔ／Ｄ比、（ｃ）トナー消費・補給量の推移本発明の第１の実施形態における、トナー強制排出フローチャート本発明の第１の実施形態における、強制排出枚数（トナー量）に対する（ａ）新旧トナー量、（ｂ）Ｔ／Ｄ比、（ｃ）トナー消費・補給量の推移本発明の第２の実施形態における、トナー強制排出フローチャート本発明の第３の実施形態における、トナー強制排出フローチャート本発明の実施形態におけるトナー補給動作制御を行うブロック図本発明の実施形態における補給装置の正面図本発明の実施形態における補給装置の下面図本発明の実施形態における補給装置の斜視図

符号の説明

１ドラム
４現像器
２２静電潜像
４１ロータリー現像装置
４００補給パイプ
４０３現像剤補給口
４０４現像剤排出口
４０６現像スリーブ
４１４現像剤攪拌スクリュー（１）
４１５現像剤攪拌スクリュー（２）

Claims

像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像をトナー及びキャリアを有する現像剤にて現像する現像装置と、前記現像装置に現像剤を補給する補給手段と、前記補給手段が補給する現像剤量を制御する補給量制御手段と、記録材に画像を形成することなく前記現像装置内の現像剤を強制的に排出する排出モードを実行可能な制御手段と、を有する画像形成装置であって、
前記排出モードにおいて、前記補給量制御手段は、前記排出モードを開始した時の前記現像装置内のトナーとキャリアの比率よりも前記排出モードを開始した後の前記現像装置内のトナーとキャリアの比率が低くなるように、前記補給手段の補給量を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記現像装置内のトナーとキャリアの比率を検知する検知手段を有し、前記補給量制御手段は、通常画像形成時は、前記検知手段の結果に基いて、前記現像装置内のトナーとキャリアの比率が所定の許容範囲内となるように前記補給手段の補給量を制御しており、前記排出モードにおいて、前記現像装置内の現像剤に対するトナーの比率が前記許容範囲の下限値以下の所定値となるように前記補給手段の補給量を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記排出モードにおいて、前記補給量制御手段は、前記現像装置内の現像剤を排出動作中に前記補給手段の補給動作を所定時間停止することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記現像装置は、現像時に現像剤を前記像担持体に供給するための開口部とは別に前記現像装置内の現像剤を排出する排出口と、前記排出口から現像剤を排出する排出手段と、を有し、前記排出モードにおいて、前記排出口から現像剤を排出するように前記排出手段を動作させることを特徴とする請求項１乃至３に記載の画像形成装置。
前記排出手段は、前記現像装置内の現像剤を搬送する搬送部材であり、前記搬送部材の回転速度を前記排出モードを実行しているときのほうが通常画像形成時よりも速くなるように動作させることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
前記排出手段は、前記現像装置を保持して回転する回転体であり、前記排出モードを実行している間に、前記現像装置を回転させることで前記排出口から現像剤を排出させることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。