JP2011027931A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の画像形成に用いられる静電像の形成条件、現像条件を大きく変更しなくても、帯電量（Ｑ／Ｍ）が不適正な現像剤を効率的に非画像形成時の感光体へ排出できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】２０００枚の画像形成ごとに連続画像形成を中断して、現像剤排出モードの制御を実行し、現像装置４ａ内のトナーを現像スリーブ４１に担持させて電気的に感光ドラム１ａへ移転させ、クリーニング装置６ａのクリーニング幅一杯の排出トナー帯を形成する。排出トナー帯は、一次転写ローラ５ａに負極性の電圧を印加して中間転写ベルト１１への一次転写を避けてクリーニング装置６ａにて回収される。現像剤排出モードでは、現像コントラストを通常画像形成時よりも高めるとともに、現像スリーブ４１の周速度を通常画像形成時よりも大幅に低下させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、現像装置内の劣化現像剤を非画像形成時の感光体へ移転させる画像形成装置、詳しくは、現像装置内の帯電量が不適正な現像剤をより多く感光体へ移転させる制御に関する。

トナーとキャリアを含む二成分現像剤を現像剤担持体に担持させて、感光体に形成された静電像を現像する画像形成装置が広く用いられている。二成分現像剤を用いる現像装置では、使用された分のトナーを補給装置から補給する一方で、現像装置内でトナーとキャリアを攪拌しつつ循環させて、トナーとキャリアを逆極性に摩擦帯電させている。このため、トナー消費量が少ない画像形成が連続すると、現像装置内のトナーの滞在時間が伸びて攪拌を受ける時間が長くなり、その結果、トナーが劣化して転写不良、かぶり画像等の問題が発生し易くなる。

このため、トナー消費量が少ない画像形成が連続した場合には、現像装置内の劣化トナーを減らすために、非画像形成時の感光体へ現像剤担持体から現像剤を電気的に移転させる現像剤排出モードを実行させている（特許文献１）。

特許文献１では、画像形成後の後回転のタイミングで、必要な排出量に応じた回転方向長さのトナー帯の静電像を形成し、通常画像形成時と同じ現像条件を適用して、通常画像形成時と同じ現像コントラストによりトナー帯を形成している。

しかし、通常画像形成時と同じ現像コントラストを用いて現像剤排出モードのトナー帯を形成した場合、劣化して帯電量が不適正になったトナーを十分に排出できない場合がある。図７に示すように、帯電量が不適正な劣化トナー（領域Ａ、Ｃ）は、通常画像形成時と同じ現像コントラストでは、帯電量が適正な正常なトナー（領域Ｂ）に比較して、現像剤担持体から感光体へ移転しにくいからである。

ところで、通常画像形成時と同じ現像コントラストで帯電量（Ｑ／Ｍ）が適正なトナーが優先的に消費されて、帯電量（Ｑ／Ｍ）が不適正なトナーが現像装置内に増えてくる現象は、いわゆる選択現像の問題として知られている。そして、このような選択現像を軽減するために、帯電量が不適正なトナーを現像剤担持体から感光体へ効率的に移転させる方法が種々提案されている（特許文献２、３）。

特許文献２では、現像剤担持体に印加される交流電圧の周波数を高めて感光体に帯電量が不適正なトナーを排出している。特許文献３では、通常画像形成時とは逆極性の現像コントラストを用いて感光体に帯電量が不適正なトナーを排出している。

特開平８−３１４２５３号公報 特開２００１−２４２６８８号公報 特開２００４−３３３７０９号公報

しかし、特許文献２に示されるように現像剤担持体に印加される交流電圧の周波数を高めて現像剤排出モードを実行した場合、帯電量が不適正なトナーの排出が十分に行われないことが判明した。その結果、連続画像形成に伴って現像装置内の現像剤に占める帯電量が不適正なトナーの割合が次第に高まって、出力画像の品質低下が起こることが判明した。また、通常の画像形成で用いられない周波数の交流電圧を出力する専用の電源が必要となることも好ましくない。

また、交流電圧条件に関して言えば、通常の画像形成で用いられない大きな振幅の交流電圧を用いることも考えられる。しかし、二成分現像剤の場合、大きな振幅の交流電圧を用いると、帯電量が不適正なトナーが感光体に移転し易くなる一方で、キャリアが感光体へ移転してキズを付けるという新たな問題が発生する。

また、特許文献３に示されるように通常画像形成時とは逆極性の現像コントラストを用いて現像剤排出モードを実行した場合、通常の帯電極性で帯電量（Ｑ／Ｍ）が高過ぎるトナーを排出できない。また、二成分現像剤の場合、トナーと逆極性に帯電するキャリアが感光体へ移転する可能性が高まるため好ましくない。

本発明は、通常の画像形成に用いられる静電像の形成条件、現像条件を大きく変更しなくても、帯電量（Ｑ／Ｍ）が不適正な現像剤を効率的に非画像形成時の感光体へ排出できる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、感光体と、前記感光体を所定電位に帯電させる帯電手段と、帯電した前記感光体を露光して静電像を形成する露光手段と、回転する現像剤担持体に現像剤を担持させて前記静電像を現像する現像装置と、回転速度を切り替え可能に前記現像剤担持体を駆動する駆動手段とを有するものである。そして、前記駆動手段を制御して画像形成時よりも前記現像剤担持体の回転速度を低くした状態で、非画像形成時の前記感光体へ前記現像剤担持体から現像剤を移転させる現像剤排出モードを実行する制御手段を備える。

本発明の画像形成装置では、画像形成時の現像剤担持体の回転速度では、感光体との対向間隔を通過する時間が短か過ぎて感光体へ移転できなかった「帯電量が不適正なトナー」が感光体へ移転できるようになる。「帯電量が適正なトナー」が移転した後に遅れて現像剤担持体を離脱して感光体へ移転する傾向がある「帯電量が不適正なトナー」に対して、高い現像コントラストを持った感光体面を対向できる。

従って、通常の画像形成に用いられる静電像の形成条件、現像条件を大きく変更しなくても、帯電量（Ｑ／Ｍ）が不適正な現像剤を効率的に非画像形成時の感光体へ排出できる。

画像形成装置の構成の説明図である。 現像装置の構成の説明図である。 ブランクパルス交流電圧の説明図である。 画像濃度制御で用いるパッチ画像の説明図である。 パッチ画像を形成する際の基準パッチ潜像の説明図である。 現像プロセスの説明図である。 帯電量が不適正なトナーの説明図である。 連続画像形成の前後におけるトナーの帯電量分布の比較図である。 比較例の現像剤排出モードの制御のフローチャートである。 比較例におけるトナーの帯電量の変化の説明図である。 実施例１におけるトナーの帯電量の変化の説明図である。 現像スリーブの周速度を低下させる効果の説明図である。 実施例２の現像剤排出モードで用いる交流電圧の説明図である。 実施例２におけるトナーの帯電量の変化の説明図である。 実施例３におけるトナーの帯電量の変化の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、現像剤排出モードで現像剤担持体の回転速度が画像形成時よりも低下する限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、一成分型現像剤／二成分現像剤、タンデム型／１ドラム型、中間転写型／直接転写型の区別無く実施できる。本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の構成の説明図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１１に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト１１に一次転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム１ｂにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト１１のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム１ｃ、１ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて同様に中間転写ベルト１１に順次重ねて一次転写される。

中間転写ベルト１１に一次転写された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ一括二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置９で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外部へ排出される。

中間転写ベルト１１は、テンションローラ１２、駆動ローラ１３、及び対向ローラ１４に掛け渡して支持され、駆動ローラ１３に駆動されて所定のプロセススピードで矢印Ｒ２方向に回転する。

記録材カセット１０から引き出された記録材Ｐは、分離ローラ１５で１枚ずつに分離して、レジストローラ１６へ送り出される。レジストローラ１６は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、中間転写ベルト１１のトナー像にタイミングを合わせて記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ送り込む。

二次転写ローラ１７は、対向ローラ１４に支持された中間転写ベルト１１に当接して二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写ローラ１７に正極性の直流電圧が印加されることによって、負極性に帯電して中間転写ベルト１１に担持されたトナー像が記録材Ｐへ二次転写される。

画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的にほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、画像形成部Ｐａの構成部材に付した符号末尾のａをｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。

画像形成部Ｐａは、感光ドラム１ａの周囲に、帯電ローラ２ａ、露光装置３ａ、現像装置４ａ、一次転写ローラ５ａ、クリーニング装置６ａを配置している。感光ドラム１ａは、アルミニウムシリンダの外周面に負極性の帯電極性を持たせた感光層が形成され、所定のプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。

帯電ローラ（帯電手段）２ａは、感光ドラム（感光体）１ａに当接して従動回転し、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加されて感光ドラム１ａの表面を一様な負極性の暗部電位ＶＤ（所定電位）に帯電させる。露光装置３ａは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１ａの表面に画像の静電像を書き込む。露光装置３ａは、波長６８０μｍの半導体レーザを用いて、６００ｄｐｉの解像度で、ＰＷＭによる階調露光を行う。

現像装置４ａは、イエローの非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤が所定量充填されている。補給装置７ａには、イエローの非磁性トナーが充填され、画像形成に使用されただけのトナーを現像装置４ａに補給して、現像装置４ａ内の二成分現像剤に占めるトナーの重量比であるトナー濃度を所定範囲に維持させる。現像装置４ａは、後述するように、二成分現像剤を帯電して現像スリーブ４１に担持させ、感光ドラム１ａの静電像にトナーを移転させてトナー像を形成する。

一次転写ローラ５ａは、中間転写ベルト１１の内側面を押圧して、感光ドラム１ａと中間転写ベルト１１との間に一次転写部Ｔ１を形成する。一次転写ローラ５ａに正極性の直流電圧が印加されることにより、感光ドラム１ａに担持された負極性のトナー像が、一次転写部Ｔ１を通過する中間転写ベルト１１へ一次転写される。

クリーニング装置６ａは、感光ドラム１ａにクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト１１への転写を逃れて感光ドラム１ａに残った転写残トナーを回収する。ベルトクリーニング装置１８は、中間転写ベルト１１にクリーニングブレードを摺擦させて、記録材Ｐへの転写を逃れて二次転写部Ｔ２を通過して中間転写ベルト１１に残った転写残トナーを回収する。

＜現像装置＞
図２は現像装置の構成の説明図である。図３はブランクパルス交流電圧の説明図である。

図２に示すように、現像装置４ａは、二成分現像剤を攪拌して帯電させ、穂立ち状態で現像スリーブ４１に担持させて、感光ドラム１ａを摺擦する。直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ４１に印加することで、現像スリーブ４１に対して相対的に正極性になった感光ドラム１ａの露光部に負極性に帯電したトナーが移転して、静電像が反転現像される。

現像装置４ａには、現像剤担持体としての現像スリーブ４１が設置される。現像スリーブ４１は、アルミニウム、ＳＵＳ等の材料にて中空の円筒状に形成される。現像スリーブ４１は、半周面を現像容器４０外へ露出させて、感光ドラム１ａと対向するように回転自在に支持されている。

現像スリーブ４１と感光ドラム１ａとの間には、軸方向の端部に配置した突き当てコロによって僅かな微小間隙（Ｓ−Ｄｇａｐ）が設けられる。現像スリーブ４１は、感光ドラム１ａの矢印Ｒ１方向の回転に対して、対向部において同方向となる矢印Ｒ３方向に回転する。現像スリーブ４１内には、磁界発生手段として永久磁石にて構成されるマグネット４２が設けられている。マグネット４２は、現像スリーブ４１の回転にかかわらず、固定的な磁界を発生できるように、現像スリーブ４１内に非回転に配置されている。

現像容器４０内には、現像剤規制部材として現像スリーブ４１に近接させた板状の磁性ブレード４３が設けられ、磁性ブレード４３に、マグネット４２の磁極の１つ（Ｎ３）が略対向している。

攪拌スクリュー４４、４５は、現像容器４０内で、紙面と垂直な逆向きの方向へそれぞれ二成分現像剤を攪拌しつつ搬送して、現像容器４０内で二成分現像剤を循環させる。攪拌スクリュー４４に跳ね上げられて、磁極Ｎ３の位置で現像スリーブ４１に担持された二成分現像剤は、その後、現像スリーブ４１の回転に伴って、磁性ブレード４３に搬送される。そして、磁性ブレード４３と現像スリーブ４１の間隙に形成された磁気的な規制（Ｓ−Ｂｇａｐ＝５００μｍ）により層厚を規制されて、現像スリーブ４１上に薄層に形成される。その後、現像スリーブ４１と感光ドラム１ａとの微小間隙（Ｓ−Ｄｇａｐ＝３００μｍ）を開けて対向した現像領域へと搬送され、現像が行われる。

現像領域（Ｓ−Ｄｇａｐ）において、接地電位に接続された感光ドラム１ａと現像スリーブ４１との間には、電源Ｄ４より、現像電圧として直流電圧Ｖｄｃに交流電圧を重畳した振動電圧が印加される。これにより、現像スリーブ４１に担持された二成分現像剤中のトナーが感光ドラム１ａ上の静電像に転移、付着して、静電像を現像剤像（トナー像）として可視化、現像する。

具体的に説明すると、図１に示すように、帯電ローラ２ａは、感光ドラム１ａの表面を一様な負極性の暗部電位ＶＤ＝−４５０Ｖに帯電させる。露光装置３ａのレーザパワーは、露光部の明部電位ＶＬ＝−１００Ｖになるように設定している。通常画像形成時、現像スリーブ４１は、感光ドラム１ａの１．７倍の周速度速度で回転している。通常画像形成時、現像スリーブ４１に印加される現像電圧は、−３００Ｖの直流電圧Ｖｄｃに、周波数ｆ＝１２ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝１５００Ｖ、波形＝Ｄｕｔｙ５０％方形波のブランクパルス交流電圧を重畳している。現像容器４０に収容されているトナーは、体積平均粒径５．５μｍで、マイナス極性の帯電量（−３０〜−４０μＣ／ｇ）を有している。

図３に示すように、ブランクパルス交流電圧は、直流電圧Ｖｄｃに交流電圧波形を重畳して振動電界を形成する部分（パルス部）と、振動電界を形成していない直流電圧Ｖｄｃ部分（ブランク部）とが交互に繰り返される現像電圧である。

＜画像濃度制御＞
図４は画像濃度制御で用いるパッチ画像の説明図である。図５はパッチ画像を形成する際の基準パッチ潜像の説明図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを制御して画像形成を実行する制御部６０を有する。制御部６０には、制御と演算を行うＣＰＵ６１が配置され、ＣＰＵ６１には、作業用のメモリとして使われるＲＡＭ６２、ＣＰＵが実行するプログラムや各種データが格納されたＲＯＭ６３、およびテストパターン発生回路６４が接続されている。テストパターン発生回路６４は、図示しないビデオコントローラ内に搭載されることもある。

制御部６０は、画像の最大濃度を所定値に維持するために、画像形成装置１００の立ち上げ処理（前回転）において、パッチ画像を用いた画像濃度制御（パッチ検Ｄｍａｘ制御）を実行する。

パッチ検Ｄｍａｘ制御では、感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色のパッチ画像（トナー像）ＰＧを形成して、図４に示すように、中間転写ベルト１１上に一列に並べて転写する。そして、最下流の感光ドラム１ｄより中間転写ベルト１１進行方向下流で中間転写ベルト１１に対向して備えられた画像濃度センサ２１により、各色のパッチ画像ＰＧの画像濃度が検知される。画像濃度センサ（パッチ濃度検知手段）２１は、感光体に形成した各色のパッチ画像ＰＧの画像濃度を検知可能である。

制御部６０は、画像濃度センサ（パッチ濃度検知手段）２１による各色のパッチ画像ＰＧの画像濃度に応じて画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの画像形成条件を調整する。

制御部６０は、図５に示すように、所定の現像コントラストＶｃｏｎｔで基準パッチ潜像を感光ドラム１ａ上に形成する。現像コントラストＶｃｏｎｔは、現像剤担持体に印加される直流電圧と感光体の現像部電位との電位差である。基準パッチ潜像は、現像装置４ａによりパッチ画像に現像された後に、図４に示すように、中間転写ベルト１１に一次転写される。画像濃度センサ２１は、イエローのパッチ画像に向けて赤外光を照射し、その反射光量を得て、パッチ画像の濃度が適正になっているか否かを検知する。

制御部６０は、パッチ画像の濃度が薄ければ、感光ドラム１ａ上のトナー像の濃度が薄いと判断して、現像コントラストＶｃｏｎｔを高くする。また、逆にパッチ画像の濃度が濃ければ、感光ドラム１ａ上のトナー像の濃度が濃いと判断して、現像コントラストＶｃｏｎｔを低くする。

図５に示すように、画像濃度制御時の現像コントラストＶｃｏｎｔは、通常画像形成時の現像コントラストと等しく設定されている。上述した暗部電位ＶＤ＝−４５０Ｖ、明部電位ＶＬ＝−１００Ｖ、現像電圧の直流電圧Ｖｄｃ＝−３００Ｖによって、現像コントラストＶｃｏｎｔ＝２００Ｖ、カブリ取りバイアスＶｂａｃｋ＝１５０Ｖに設定されている。

＜選択現像＞
図６は現像プロセスの説明図である。図７は帯電量が不適正なトナーの説明図である。図８は連続画像形成の前後におけるトナーの帯電量分布の比較図である。

トナーは粒径の異なる微粒子の集合体からなるため、現像装置４ａでは、特定の粒度のトナーが優先的に消費されるといういわゆる選択現像が発生することがある。トナーの粒径によってトナーの帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］いわゆるトリボが変わるため、現像され易いトナー、現像され難いトナーが出てくる。その結果、消費され易い粒径範囲（帯電量Ｑ／Ｍ）のトナーが現像時に現像スリーブ４１から感光ドラム１ａに先に移転してしまう。そして、消費され易い粒径範囲よりも大粒径側、もしくは小粒径側のトナーがいつまでも現像に使用されず、現像装置４ａ内に滞留し続けてトナー劣化が促進され、トナー飛散や画像品質の低下に至ることがある。この現象は、特に画像比率が低くてトナー消費量の少ない画像形成の場合に顕著な現象となり易い。

大粒径側のトナーが増えて現像剤が粗紛化することによる弊害は、連続画像形成後の画像が初期に比べてガサついてしまうことである。また、粗紛化したトナーは極性が反転し易く、補給された新たな正規極性のトナーと静電的に吸着することがある。これにより、現像性が著しく低下して、最大濃度画像の濃度低下を引き起す場合がある。また、トナーの帯電極性が反転することで、本来現像すべきでない白地部（白画像部）にカブリ画像と呼ばれるトナー付着を引き起こすことがある。しかも、粗紛化しているために通常のカブリ画像よりも目立つという問題がある。

一方、小粒径側のトナーが増えて現像剤が微粉化すると、微粉トナーは帯電量が高くなり過ぎてキャリアへの電気的な結びつきに打ち勝ってキャリアから離れることが難しくなる。その結果、現像装置４ａ内を循環し続ける微粉トナーが増えて、微粉トナーがキャリアの表面に付着してキャリアの帯電性能を低下させ、全体的なトナーの帯電量Ｑ／Ｍの低下を招いてしまう。

図６に示すように、トナーはある帯電量Ｑ／Ｍ［μＣ／ｇ］を持っている。キャリアＣａとトナーＴｎ間には、静電力＋分子間力の力Ｆｔが働いており、トナーＴｎはキャリアＣａに付着している。キャリアＣａは、マグネット４２の磁力によって現像スリーブ４１の表面に磁気的に担持されている。また、キャリアＣａは正極性に帯電し、トナーＴｎは負極性に帯電しているので、トナーＴｎは、キャリアＣａの表面に静電気的に担持されている。正極性に帯電したキャリアＣａと負極性に帯電したトナーＴｎは、現像スリーブ４１の回転に伴って微小間隙Ｓ−Ｄｇａｐに達して、現像スリーブ４１に印加した振動電圧の電界の作用を受ける。

微小間隙Ｓ−Ｄｇａｐにおいて、トナーＴｎには現像電界Ｅ［Ｖ／ｍ］が作用し、上記の力Ｆｔよりも現像電界Ｅから受ける力（Ｆｃ＝ｑＥ）が大きければ、トナーＴｎはキャリアＣａから離れて感光ドラム１ａ側に移動する。

ここで、トナーＴｎの持つ帯電量をｑ［Ｃ］とし、電界強度をＥ［Ｖ／ｍ］とすると、トナーＴｎを感光ドラム１ａ上へ吐き出すために、トナーが受ける力Ｆｃは次式となる。
Ｆｃ＝ｑＥ ・・・式１
Ｅ＝（Ｖｃｏｎｔ＋Ｖｐｐ／２）／（Ｓ−Ｄｇａｐ） ・・・式２
Ｖｃｏｎｔ＝ＶＬ−Ｖｄｃ ・・・式３
Ｆｔ＝ｋｑ２＋Ｆｍ ・・・式４

式２は、電界強度Ｅが現像コントラストＶｃｏｎｔに交流電圧Ｖｐｐを重畳した電位差をＳ−Ｄｇａｐで割った値であることを意味している。式３は、現像コントラストＶｃｏｎｔが感光ドラム１ａの露光部電位（明部電位ＶＬ）と現像スリーブ４１に印加される直流電圧Ｖｄｃの電位差であることを意味している。

図７に示すように、力Ｆｔは、帯電量Ｑ／Ｍの二次関数となる一方、力Ｆｃは帯電量Ｑ／Ｍの一次関数となる。このため、領域Ａでは、トナーが持つ帯電量が小さ過ぎるため、現像電界によりトナーが受ける力Ｆｃの力も弱くなり、力Ｆｔに打ち勝って感光ドラム１ａ側に飛ぶことができない。領域Ｂでは、力Ｆｃが力Ｆｔに打ち勝ってトナーＴｎがキャリアＣａから離れて感光ドラム１ａ側に移転する。領域Ｃでは、力Ｆｃが力Ｆｔより小さいので、キャリアＣａからトナーＴｎが離れることができず、感光ドラム１ａ側へ移転できない。

図８に示すように、上記画像形成条件により画像比率５［％］で２０００枚の連続画像形成を行って、開始前と終了後における現像装置４ａ内のトナーの帯電量分布を測定して比較した。図８中、横軸はトナーの帯電量Ｑ／Ｍ、縦軸は個数である。帯電量分布は、トナー３０００個の帯電量Ｑ／ＭをＨＯＳＯＫＡＷＡ ＭＩＣＲＯＮ Ｃｏｒｐ．社製のＥ−Ｓｐａｒｔ Ａｎａｌｉｚｅｒによって測定した。

図８に示すように、連続画像形成の終了後は、開始前より、トナーの帯電量Ｑ／Ｍが−２５［μＣ／ｇ］近傍の消費され易い帯電量範囲のトナーが減っている。一方、トナーの帯電量Ｑ／Ｍが−４０［μＣ／ｇ］以上及び−１０［μＣ／ｇ］以下のトナーが増えている。つまり、トナー消費量の少ない連続画像形成によって、選択現像が発生して、図７の領域Ａの帯電量Ｑ／Ｍが低いトナーと領域Ｃの帯電量Ｑ／Ｍが高いトナーが現像装置４ａ内に停滞している。

上述したように、現像装置４ａ内にトナーが停滞すると、画像の低濃度部でのガサツキの発生、画像の最大濃度の低下等の問題が発生し易くなる。ガサツキは、現像装置４ａ内にトナーが停滞して攪拌され続けることで、二成分現像剤に添加されている外添剤がトナーに埋め込まれたり遊離したりして、トナーの帯電性能を低下させることに起因している。言い換えれば、ガサツキは、トナーが選択現像によって分級されることで現像性及び転写性が低下することで発生している。

また、現像装置４ａ内にトナーが停滞して攪拌され続けることで、一部のトナーがチャージアップして電荷蓄積量が増えてしまう。一部のトナーのチャージアップによって画像濃度の低下や濃度ムラが発生することもある。

また、現像装置４ａ内にトナーが停滞して攪拌され続けることで、トナーに付いていた外添剤がキャリアの帯電性能を低下させたり、トナーそのものがキャリアに貼り付いてキャリアの帯電性能を低下させたりする。この結果、補給装置７ａから補給したトナーの帯電量Ｑ／Ｍを十分に高めることができなくなり、帯電量の不足したトナーが感光ドラム１ａの白地部に付着するかぶり画像不良が発生し易くなる。

そこで、比較例の現像剤排出モード制御では、現像装置内の劣化現像剤を減らすために、画像形成の２０００枚ごとに現像剤排出モードを実行して、現像装置４ａ内に停滞しているトナーを現像スリーブ４１から感光ドラム１ａに排出させる。

＜比較例＞
図９は比較例の現像剤排出モードの制御のフローチャートである。図１０は比較例におけるトナーの帯電量の変化の説明図である。

図２を参照して図９に示すように、制御部６０は、最後の現像剤排出モードからの累積画像形成が２０００枚に達するごとに、画像形成を中断して、現像剤排出モードを実行する。非画像形成時に現像剤排出モードを実行して、大粒径側及び小粒径側のトナーが増えた現像装置４ａ内のトナーを感光ドラム１ａに排出する。そして、排出しただけのトナーを補給装置７ａから現像装置４ａへ補給して、現像装置４ａ内のトナーに占める大粒径側及び小粒径側のトナーの割合を低下させる。

現像剤排出モードでは、排出トナー帯の露光画像として、クリーニング装置６ａで回収可能な最大幅で現像スリーブ４１の周長に相当する長さを持たせた。

上述した画像濃度制御によって最後に設定された画像形成条件を用いて、最大濃度画像の現像コントラストで形成した。

すなわち、現像剤排出モードでは、制御部６０は、非画像形成時の感光体へ現像剤担持体から現像剤を移転させる前に、現像剤担持体の回転速度を低下させた状態でパッチ画像を形成して画像濃度センサ２１により検知する。そして、制御部６０は、パッチ画像の画像濃度が所定濃度に収束するように、画像濃度センサ２１の検知結果に基づいて感光体へ現像剤を移転させるための現像コントラストを設定する。

排出トナー帯は、現像スリーブ４１の周長の間隔を置いて、断続的に形成し、２０００枚の画像形成における平均画像比率と５％との差に応じた個数を形成して排出させた。

現像剤排出モードでは、一次転写ローラ５ａには、通常画像形成時とは逆極性の負極性の電圧を印加して、排出トナー帯を中間転写ベルト１１へ転写することなくクリーニング装置６ａで回収した。

制御部６０は、画像出力枚数を設定し（Ｓ１１）、画像形成がスタートすると（Ｓ１２）、入力された画像データを読み込み（Ｓ１３）、最後の現像剤排出モード後の累積画像形成枚数をカウントする（Ｓ１４）。制御部６０は、画像比率を計算して、最後の現像剤排出モード後の累積画像形成枚数を通じた平均画像比率を求め（Ｓ１５）、その後に画像を１枚出力する（Ｓ１６）。

制御部６０は、累積画像形成枚数が２０００枚に達して（Ｓ１７のＹＥＳ）、平均画像比率が５％以下の場合（Ｓ１８のＹＥＳ）、現像剤排出モードを実行して、消費した分の現像剤を補給する（Ｓ１９）。その後、これまでの累積画像形成枚数をリセットして、最後の現像剤排出モード後の累積画像形成枚数のカウントを開始する（Ｓ２０）。

出力画像枚数が指定枚数に達していなければ（Ｓ２１のＮＯ）、上記処理（Ｓ１３〜Ｓ２０）を繰り返す。指定枚数に達していれば（Ｓ２１のＹＥＳ）、画像形成を終了する（Ｓ２２）。

図１０に示すように、比較例の現像剤排出モードを採用して、画像比率５［％］で５００００枚の連続画像形成を行って、このときの現像装置４ａ内のトナーの平均帯電量Ｑ／Ｍの推移を調べた。

その結果、比較例の現像剤排出モードでは、連続画像形成３００００枚でトナーの帯電量Ｑ／Ｍが−１０［μＣ／ｇ］を割り込み、連続画像形成４００００枚でトナーの帯電量Ｑ／Ｍが−５［μＣ／ｇ］まで低下した。これにより、現像剤排出モードでも選択現像が発生して、大粒径側及び小粒径側のトナーを感光ドラム１ａへ十分に排出できなくなることが判明した。

そこで、実施例１〜３では、現像剤排出モードにおける選択現像を回避して、大粒径側及び小粒径側のトナーをより多く排出できるように、現像剤排出モードにおける現像スリーブ４１の回転速度を低下させている。現像スリーブ４１の周速度を、通常画像形成時の対感光ドラム周速比１．７から、現像剤排出モードでは１．２まで低下させている。

＜実施例１＞
図１１は実施例１におけるトナーの帯電量の変化の説明図である。図１２は現像スリーブの周速度を低下させる効果の説明図である。

図２に示すように、現像装置４ａは、攪拌スクリュー４４、４５を駆動するモータＭ２とは独立に、現像スリーブ４１を駆動するモータＭ１を設けて駆動手段とした。モータＭ１は、ステッピングモータを用いて毎分回転数を切り替え可能にしている。モータＭ３は、補給装置７ａから現像装置４ａへ未使用のトナーを供給する供給スクリューを回転駆動する。

実施例１の現像剤排出モードにおける画像形成条件及び排出条件を表１に示す。

表１に示すように、通常画像形成時に現像スリーブ４１の周速度を感光ドラム１ａの周速度に対して１．７倍に設定していたものを、実施例１の現像剤排出モードでは１．２倍に低下させた。現像剤担持体に印加される直流電圧と感光体の現像部電位との電位差である現像コントラストが画像形成時と同一では最大濃度の画像濃度が低下する水準を越えて現像剤担持体の回転速度を低くした。また、排出のために感光ドラム１ａに形成されるトナー像の形成条件としては、現像スリーブ４１に印加する交流電圧Ｖｐｐを１．５［ｋＶ］から１．９［ｋＶ］に高めた以外は上述した比較例と等しく設定した。

ただし、現像スリーブ４１の周速度の低下に伴って、感光ドラム１の静電像へのトナー供給が不足するため、現像された排出トナー帯の画像濃度が低下する。このため、現像剤排出モードの最初に、上述した画像濃度制御によってパッチ画像を中間転写ベルト１１に転写し、通常画像形成時の最大濃度のパッチ画像が形成されるように、現像コントラストを自動調整させた。すなわち、現像剤排出モードによる最大濃度のトナー像を、中間転写ベルト１１上で画像濃度センサ（２１：図４）により検知する。そして、通常画像形成時の最大濃度とほぼ同じ検知結果が得られるように、帯電電圧（暗部電位ＶＤ）、直流電圧Ｖｄｃ、及び露光出力を自動調整させた。これにより、現像剤排出モードにおける現像コントラスは３００［Ｖ］に上昇していた。

これにより、比較例と同様に、クリーニング装置６ａで回収可能な最大幅で現像スリーブ４１の周長に相当する長さの最大濃度画像の排出トナー帯が形成された。排出トナー帯は、比較例と同様に、電源Ｄ１から一次転写ローラ５ａに通常画像形成時とは逆極性の直流電圧を印加して、中間転写ベルト１１へ転写することなくクリーニング装置６ａで回収した。

図９のフローチャートの制御に従って、現像剤排出モードを比較例と同様に２０００枚ごとの頻度で実行させ、画像比率５［％］で５００００枚の連続画像形成を行った。そして、このときの現像装置４ａ内のトナーの平均帯電量Ｑ／Ｍの推移を調べた。

図１１に示すように、実施例１では、図１０の比較例に比較して、トナーの帯電量Ｑ／Ｍの低下が大幅に抑制され、連続画像形成５００００枚が終了した時点でもトナーの帯電量Ｑ／Ｍが−１２［μＣ／ｇ］を越えていた。これにより、実施例１では、比較例のような選択現像が発生せず、大粒径側及び小粒径側のトナーを感光ドラム１ａへ十分に排出できることが判明した。

すなわち、実施例１では、現像スリーブ４１の周速度が低いため、トナーが現像スリーブ回転方向上流から、通常画像形成時より供給されにくくなるため、現像ニップ内にあるトナーだけで、現像コントラストを埋めようとする。このため、通常画像形成時には現像スリーブ４１のキャリアに拘束されたまま感光ドラム１ａ対向部を通過していた小粒子径側及び大粒子径側のトナーが感光ドラム１ａへ移転するようになる。

また、現像スリーブ４１の周速度が通常画像形成時と比べ遅いので、トナーが現像ニップ内に滞在する時間が長くなる。そのため、帯電量Ｑ／Ｍが低いトナーであっても、感光ドラム１ａ側にトナーを移動させるための力Ｆｃが作用する時間が長くなるので、通常画像形成時よりもキャリアの拘束を振り切って感光ドラム１ａ側へ移転する可能性が高くなる。

また、現像剤排出モードでは、通常画像形成時よりも現像スリーブ４１に印加する交流電圧の振幅（ピーク間電圧Ｖｐｐ）を上げる。これにより、トナーの帯電量が高くてキャリア−トナー間の吸着力Ｆｔが強いトナーであっても、キャリアからトナーを引き剥がすことができ、現像ニップ中の磁気穂からより多くのトナーを吐き出すことができる。ここで、画像形成中に交流電圧の振幅（ピーク間電圧Ｖｐｐ）を上げ過ぎると、感光ドラム１ａ上の静電像を乱す可能性があるが、現像剤排出モード時は、非画像形成時なので問題がない。

図１２の（ａ）に示すように、現像スリーブ４１の周速度が高い比較例では、感光ドラム１ａの電位は、トナーＴｎで静電像を充填するに従って、現像スリーブ４１の電位と等価になる。すなわち、トナーＴｎの電荷で静電像の現像コントラストＶｃｏｎｔを埋めるに従って、トナーＴｎを感光ドラム１ａ上に現像するための現像電界の力Ｆｃが弱まってしまう。このため、現像スリーブ４１から遅れて離脱する「帯電量Ｑ／Ｍが不適正なトナー」に対しては、通常画像形成時には有効な現像電界の力Ｆｃを作用させることができない。

図１２の（ｂ）に示すように、現像スリーブ４１の周速度が低い場合、トナーＴｎの供給が不足して静電像の現像コントラストＶｃｏｎｔをトナーＴｎの電荷で埋めきれなくなって画像濃度が低下する。しかし、このとき、現像スリーブ４１に残っていた「帯電量Ｑ／Ｍが不適正なトナー」に対して有効な現像電界の力Ｆｃを作用させることができる。

図１２の（ｃ）に示すように、実施例１では、さらに、パッチ画像を用いた画像濃度制御の結果、現像コントラストＶｃｏｎｔが大きくなるため、現像スリーブ４１に残っていた「帯電量Ｑ／Ｍが不適正なトナー」に対する現像電界の力Ｆｃはさらに大きくなる。このため、図７に示すように、現像電界の力ＦｃがＦｃ’に高まり、帯電量Ｑ／Ｍが領域Ｃのトナーを現像スリーブ４１から感光ドラム１ａへ移転できる。このようにして、図１１に示すように、実施例１では、図１０の比較例より現像装置４ａ内のトナーの帯電量Ｑ／Ｍの低下が抑えられていると考えられる。

実施例１の制御によれば、連続画像形成に伴って現像装置４ａ内に増えてくる小粒径側のトナーを現像剤排出モードで効率的に感光ドラム１ａへ排出できるため、上記で説明したような画像不良は発生しなかった。

なお、上述したように、実施例１の現像剤排出モードは、画像形成装置１００の連続画像形成中に連続画像形成を中断して割り込み制御される。しかし、既存の非画像形成時のタイミングを利用して行ってもよい。画像形成装置１００の制御部６０から画像形成開始（プリント開始）信号が発信されて、帯電、静電像形成、現像、転写、定着等の画像形成を行う各手段の動作開始がなされる前回転工程において実行してもよい。画像形成終了後から画像形成装置１００のスタンバイまでの後回転工程において実行してもよい。連続画像形成を中断することなく、連続画像形成の画像間隔（紙間）において実行してもよい。これらの前回転、後回転、又は紙間にて現像剤排出モードを実行するのが好ましいが、画像形成工程中でも、現像工程が行われていない時なら非画像形成時として、現像剤排出制御を行うことも可能である。

＜実施例２＞
図１３は実施例２の現像剤排出モードで用いる交流電圧の説明図である。図１４は実施例２におけるトナーの帯電量の変化の説明図である。

実施例２の現像剤排出モードでは、現像剤担持体に印加される直流電圧に重畳される交流電圧におけるトナーの排出方向のパルス長さが逆方向の引き戻し方向のパルス長さよりも短い。これにより、交流電圧の振幅を拡大することなく、実施例１よりも小粒径側のトナーに対する排出性能を高めている。

実施例２の現像剤排出モードにおける画像形成条件及び排出条件を表２に示す。

図１３に示すように、実施例２では、現像スリーブ４１に印加される交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐは１．９［ｋＶ］で実施例１と等しいが、交流電圧の引き戻し方向（＋）側のパルスのデューティ比を実施例１の５０％から７０［％］まで高めている。

実施例２に使用される交番電圧において、Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ現像促進最大電圧、現像引き戻し最大電圧を示し、Ｖｄｃは現像スリーブ４１に印加される直流電圧を示す。ＶＤは感光ドラム１ａ上の暗部電位、ＶＬは明部電位をそれぞれ表す。交流電圧のデューティ比Ｄｕｔｙ［％］は、次式で定義される。
Ｄｕｔｙ＝Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２）である。

つまり、実施例２では、交流電圧のデューティ比を変更して、感光ドラム１ａ側にトナーをより多く吐き出せるように、トナーを感光ドラム１ａ側へ吐き出す電圧を高くしてある。現像剤排出モードにおける交流電圧のデューティ比以外の諸条件及び制御内容は実施例１と同一である。

図１４に示すように、比較例及び実施例１と同様に、画像比率５［％］で５００００枚の連続画像形成を行った。そして、このときの現像装置４ａ内のトナーの平均帯電量Ｑ／Ｍの推移を調べた。その結果、実施例１よりも現像装置４ａ内のトナーの帯電量Ｑ／Ｍの低下が抑えられていることが確認できた。

実施例２によれば、連続画像形成に伴って現像装置４ａ内に増えてくる小粒径側のトナーを現像剤排出モードで効率的に感光ドラム１ａへ排出できる。図７に示す領域Ａ及び領域Ｃのトナーを現像装置４ａから排出して、領域Ａ及び領域Ｃのトナーが現像装置４ａ内で滞在し続けることが減る。このため、上記で説明したような画像不良は発生しなかった。

＜実施例３＞
図１５は実施例３におけるトナーの帯電量の変化の説明図である。

実施例３の現像剤排出モードでは、現像剤担持体に印加される直流電圧に重畳される交流電圧の周波数が通常画像形成時よりも低い。現像剤排出モードにおける交流電圧の周波数以外の諸条件及び制御内容は実施例２と同一である。

実施例３の現像剤排出モードにおける画像形成条件及び排出条件を表３に示す。

実施例３では、現像スリーブ４１に印加する交流電圧Ｖｐｐの周波数を低くすることにより、キャリアからトナーを引き剥がすための電界が作用する時間が長くなる。このため、感光ドラム１ａとの対向間隔を通過する現像スリーブ４１上の磁気穂からより多くのトナーを排出することができる。

図１５に示すように、実施例２と同様に、画像比率５［％］で５００００枚の連続画像形成を行った。そして、このときの現像装置４ａ内のトナーの平均帯電量Ｑ／Ｍの推移を調べた。その結果、実施例２よりも現像装置４ａ内のトナーの帯電量Ｑ／Ｍの低下が抑えられていることが確認できた。

実施例３によれば、連続画像形成に伴って現像装置４ａ内に増えてくる小粒径側のトナーを現像剤排出モードで効率的に感光ドラム１ａへ排出できる。図７に示す領域Ａ及び領域Ｃのトナーを現像装置４ａから排出して、領域Ａ及び領域Ｃのトナーが現像装置４ａ内で滞在し続けることが減る。このため、上記で説明したような画像不良は発生しなかった。

以上により、トナー組成や現像装置４ａの構成を変更することなく、選択性現像の悪影響を減らして、画像比率５［％］の連続画像形成に伴う画質劣化を防止し、良好な画像を提供できる。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 感光体（感光ドラム）
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 帯電ローラ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 露光装置
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 現像装置
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 一次転写ローラ
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ クリーニング装置
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 補給装置
１１ 中間転写ベルト
２１ 画像濃度センサ
４０ 現像容器
４１ 現像スリーブ
４２ マグネット
４３ 磁気ブレード
６０ 制御部
Ｄ１、Ｄ４ 電源
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３ モータ

Claims (6)

1. 感光体と、前記感光体を所定電位に帯電させる帯電手段と、帯電した前記感光体を露光して静電像を形成する露光手段と、回転する現像剤担持体に現像剤を担持させて前記静電像を現像する現像装置と、回転速度を切り替え可能に前記現像剤担持体を駆動する駆動手段とを有する画像形成装置であって、
   前記駆動手段を制御して画像形成時よりも前記現像剤担持体の回転速度を低くした状態で、非画像形成時の前記感光体へ前記現像剤担持体から現像剤を移転させる現像剤排出モードを実行する制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像剤排出モードでは、前記現像剤担持体に印加される直流電圧と前記感光体の現像部電位との電位差である現像コントラストが画像形成時と同一では最大濃度の画像濃度が低下する水準を越えて前記現像剤担持体の回転速度を低くすることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記現像剤排出モードでは、前記現像コントラストが画像形成時よりも高いことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤排出モードでは、前記現像剤担持体に印加される直流電圧に重畳される交流電圧における排出方向のパルス長さが逆方向のパルス長さよりも短いことを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記現像剤排出モードでは、前記現像剤担持体に印加される直流電圧に重畳される交流電圧の周波数が通常画像形成時よりも低いことを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 前記感光体に形成したパッチ画像の画像濃度を検知可能なパッチ濃度検知手段を備え、
   前記現像剤排出モードでは、非画像形成時の前記感光体へ前記現像剤担持体から現像剤を移転させる前に、前記現像剤担持体の回転速度を低下させた状態でパッチ画像を形成して前記パッチ濃度検知手段により検知し、前記パッチ画像の画像濃度が所定濃度に収束するように、前記パッチ濃度検知手段の検知結果に基づいて前記感光体へ現像剤を移転させるための現像コントラストを設定することを特徴とする請求項３乃至５いずれか１項記載の画像形成装置。

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