JP2011070163A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁性トナーの過剰な消費を抑制しつつ、出力画像に発生するかぶりを低減する。
【解決手段】 静電像を担持可能な感光体ドラム３０と、現像剤を担持可能な現像スリーブ１２を有すると共に磁性トナーを貯蔵可能な現像容器３１ａを有する現像装置３１と、画像データに基づいて感光体ドラム３０に対する作像条件を変更すると共に、少なくとも出力画像のエッジ部のエッジ部画素数ｐに重み付けした値（ｐ×Ｋ）及び出力画像のエッジ部以外の他部分画素数ｑの値、及び、ｍ−１枚の算出総画素数Ｒ（ｍ−１）を総和した総和値が吐出必要画素数Ｘ以上である場合には非画像形成中に正規帯電極性の現像剤を感光体ドラム３０から現像スリーブ１２に向かわせる引き戻し電界を通常画像形成時よりも大きくすることで、正規帯電極性とは逆極性の現像剤を感光体ドラム３０に吐き出す動作を制御するＣＰＵ１０４と、を備える画像形成装置を構成した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、像担持体及び現像装置を備えて、磁性トナーを現像剤担持体からから像担持体へと現像する画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置が知られる。こういった画像形成装置では、一次帯電装置が像担持体の表面を一様に帯電させた後に、露光装置が像担持体に光を照射して像担持体の表面に静電像を書き込む。そして、現像剤担持体から像担持体に対して磁性トナーが現像される。現像された磁性トナーは転写装置によってシートに転写され、シートは像担持体から分離される。磁性トナーが転写されたシートには定着装置によって熱及び圧力が加えられて磁性トナーはシートに定着される。

前述の現像剤担持体から像担持体に磁性トナーが現像される場合には、次の現象が問題となる。すなわち、正規の磁性トナーを静電像の画像部に現像する一方で、逆極性の磁性トナーが静電像の非画像部に現像されることがあり、この逆極性の磁性トナーによってかぶりが生じてしまう虞があるといった問題である。そして、この逆極性の磁性トナーによるかぶりを抑制する特許文献１に記載の発明が開示される。

特許文献１には、現像剤担持体に印加する直流電圧を通常の画像形成時から変更して、逆極性の磁性トナーを吐き出し可能とする画像形成装置の発明が記載される。こうした構成によれば、磁性トナーの組成や本体構成を変更せずに、選択現像によるガサツキや、濃度低下、かぶり等が抑制され、像担持体の寿命が短縮されることなく、良好な画像が形成される。

特開２００４−３３３７０９号公報

しかしながら、逆極性の磁性トナーが頻繁に排出され過ぎることで、全体として磁性トナーが過剰に消費されてしまう虞がある。更に進行すると、現像容器の近傍の磁性トナーが飛散して画像形成装置が故障する虞がある。

そこで、本発明の目的は、出力画像に発生するかぶりの低減にあたって、磁性トナーの過剰な消費を抑制することができる画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、静電像を担持可能な像担持体と、現像剤を担持する現像剤担持体を備え、前記像担持体上の静電像を現像する現像装置と、非画像形成中において、正規帯電極性の現像剤を前記像担持体から前記現像剤担持体に向かわせる引き戻し電界を、通常画像形成時よりも大きくすることで、正規帯電極性とは逆極性の現像剤を前記像担持体に吐き出す吐き出し動作を制御するコントローラと、を備え、前記コントローラは、少なくとも出力画像のエッジ部に相当する情報に基いて、前記吐き出し動作を制御することを特徴とする。

本発明により、コントローラは、非画像形成中に、正規帯電極性の現像剤を像担持体から現像剤担持体に向かわせる引き戻し電界を、通常画像形成時よりも大きくする。このことで、正極性の磁性トナーの無駄な現像量を減少させ、かつ、逆極性の磁性トナーを吐き出させる。その結果、出力画像に発生するかぶりの低減にあたって、磁性トナーの過剰な消費が抑制される。

本発明の実施例１に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。 画像形成装置で画像形成される画像データの送信状況を示す概念図である。 マトリックスで表現された画像データを示す概念図である。 コントローラの制御工程を示すフローチャートである。 実施例１の実験結果を示すグラフである。 実施例２の画像形成装置のコントローラの制御工程を示すフローチャートである。 実施例２及び実施例３の実験結果を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対位置等は、本発明が適用される機構の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る画像形成装置６０の構成を示す断面図である。画像形成装置６０は、電子写真画像形成プロセスを利用した両面印刷機能を有する画像形成装置である。図１に示されるように、画像形成装置６０は画像形成装置本体（以下、単に『装置本体』という）６０ａを有し、この装置本体６０ａの内部には、シートに画像を形成する画像形成部６０ｂが設けられる。画像形成部６０ｂは、静電像を担持可能な『像担持体』である感光体ドラム３０、『一次帯電装置』である一次帯電器２、露光装置３２、現像装置１、転写装置５１等を含む。感光体ドラム３０の周囲に、前述の一次帯電器２、露光装置３２、現像装置１、転写装置５１、及び、クリーニング装置７等が配置される。

画像形成装置６０は、プロセススピードが３５０ｍｍ／ｓで毎分７５枚のモノクロデジタル複写機である。画像形成は次のように行われる。先ず、『像担持体』である感光体ドラム３０が回転し、感光体ドラム３０の表面が一次帯電器２によって一様に帯電される。次いで、露光装置３２が例えばレーザのような発光素子（不図示）によって情報信号に応じて露光して感光体ドラム３０の表面には静電像が形成される。感光体としては、外径８４ｍｍのａ−Ｓｉ感光体が用いられる。ａ−Ｓｉ感光体は、有機感光体に比べて高耐久（寿命５００万枚）であり、オフィス用の高速機に適している。

現像装置１は、現像剤を担持可能な現像スリーブ１２を有すると共に、磁性トナーを貯蔵可能な現像容器１ａを有する。前述の静電像は、現像装置１の『現像剤担持体』としての一本の現像スリーブ１２の表面に担持された薄層の現像剤によって正規現像され、トナー像として可視像化される。現像装置１の詳細については後述する。

この画像形成装置６０に用いられる磁性トナーとしては、例えば、取り扱いが簡易で、現像スリーブ寿命の１００万枚まで保守作業の要らない磁性トナーが用いられる。また、磁性トナーは、例えば、負帯電性で、重量平均粒径は約６．８μｍである。

重量平均粒径は、例えば、ＩＳＯＴＯＮ Ｒ−ＩＩ（商標）（コールターサイエンティフィックジャパン社製）といった電解液が用いられて、マルチサイザー（商標）（コールター社製）で測定される。測定法としては、電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤を０．１〜５ｍｌが加えられ、更に測定試料が２〜２０ｍｇ加えられる。試料を懸濁した電解液は超音波分散機で約１〜３分間分散処理が行われ、前述の測定装置により、体積、個数が測定され、重量平均粒径が算出される。重量平均粒径が６．０μｍより大きい場合は１００μｍのアパーチャーを用い２〜６０μｍの粒子を測定する。重量平均粒径３．０〜６．０μｍの場合は５０μｍのアパーチャーを用い１〜３０μｍの粒子を測定する。重量平均粒径３．０μｍ未満の場合は３０μｍのアパーチャーを用い０．６〜１８μｍの粒子を測定する。

現像装置１は、前述のように、現像スリーブ１２を備える。現像スリーブ１２は、磁性トナーを収容する現像装置１の感光体ドラム３０に対向した開口部に、近接して感光体ドラム３０の長手方向に沿って並設された筒状の回転体である。現像スリーブ１２の上方に位置する現像装置１の開口部には、現像スリーブ１２の表面に近接して（間隙距離２００μｍ）ＳＰＣＣ製の薄層形成部材１６（幅１０ｍｍ、厚さ１．６ｍｍ）が設けられている。そして、現像スリーブ１２の表面に現像剤を層厚規制して薄層形成する。

薄層現像剤の単位面積あたりの質量ｍ１は０．９ｍｇ／ｃｍ^２である。前述の単位面積あたりの質量ｍ１の測定は、薄層現像剤を掃除機で吸引して捕集し、捕集した現像剤の質量を測定し（Ｍ（ｍｇ））、現像スリーブ１２の表面の現像剤吸引領域の面積を計測し（Ｓ（ｃｍ２））、ＭをＳで除算することによる。

現像装置１の内部には、収容しているトナーを撹拌及び搬送する３つの羽根状の撹拌部材１７、１８、１９が設けられており、撹拌部材１７、１８、１９の回転によってトナーを、現像スリーブ１２側の近傍に搬送する。

また、現像装置１の上部にはトナー補給容器２０が設けられており、トナー残量検知センサ（不図示）で検知したトナー残量情報に基づいて、トナー補給容器２０からトナーが現像装置１の内部に補給される。

現像スリーブ１２は感光体ドラム３０に対して順方向に回転する。詳しくは現像スリーブ１２の各表面に担持されている磁性トナーが感光体ドラム３０側に飛翔（搬送）するとき、現像スリーブ１２から磁性トナーが飛翔する回転方向、つまり感光体ドラム３０の回転方向に対して従動するように、図１中の矢印方向に回転する。現像スリーブ１２は、外径２４．５ｍｍの金属管であり、感光体ドラム３０に対し、１．４４倍（５０４ｍｍ／ｓｅｃ）で回転している。また、現像スリーブ１２は、その内部に固定配置された固定マグネットを備えている。

現像動作時には、現像スリーブ１２に、＋３００ＶのＤＣバイアスとピーク間電圧が１２００Ｖ、周波数が２．７ｋＨｚの矩形波をＡＣバイアスとして重畳印加して現像電界を発生させる。現像スリーブ１２の表面のトナー層を感光体ドラム３０の表面の静電像に飛翔させて、トナー像化する。この際、現像コントラストは２００Ｖであり、かぶり除去コントラストは１００Ｖである。

また、実施例１の画像形成装置６０では、静電像形成時、感光体ドラム３０上の非画像部領域を露光して作像電位を形成するＢａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ａｒｅａ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ（以下、ＢＡＥ）が採用されている。なお、画像形成装置６０は、感光体ドラム３０の周囲に、感光体ドラム３０の表面の電位を検知する電位センサ９０、現像後の感光体ドラム３０の表面の電位を検知する光検知センサ９１を備える。また、画像形成装置６０は、装置本体６０ａの内部の機器を制御する『コントローラ』であるＣＰＵ１０４を備える。

図２は、画像形成装置６０で画像形成される画像データ１０１の送信状況を示す概念図である。図２に示されるように、画像データ１０１は画像処理装置１０２に送信される。この画像処理装置１０２では、画像データ１０１に基づいて出力画像のエッジ部の領域が検出される。

画像処理装置１０２の先には、エンジン調整機構１０６が設けられる。エンジン調整機構１０６は、『コントローラ』であるＣＰＵ１０４、記憶回路１０３及び現像高圧電源１０５を備える。得られたエッジ部の領域の情報は、記憶回路１０３で出力画像のエッジ量として記憶される。実施例１では、画像領域のエッジ量に基づいて磁性トナーの吐き出しの実行が判断される。すなわち、画像領域のエッジ量が多い場合の方が、少ない場合よりも逆極性トナーの吐き出し頻度（吐き出し量）が多くなるように制御する。吐出し量は、吐き出し面積、吐き出し時の電界強度を変更することで適宜調整可能である。こうすることで、エッジ部が少ない画像を出力する場合には、吐き出し頻度を少なくして必要以上にトナー吐き出しを行うことを抑制する。尚、必要以上にトナー吐き出しを行うと、吐き出しトナーは弱帯電トナーが多いため、トナー飛散の原因となる。また、不必要なダウンタイムの増加に繋がる。

ＣＰＵ１０４は、画像データ１０１に基づいて感光体ドラム３０に対する作像条件を変更するように構成される。また、ＣＰＵ１０４は、少なくとも出力画像のエッジ部の画像情報量に重み付けした値及び出力画像のエッジ部以外における画像情報量の値を総和した総和値を算出するように構成される。さらに、ＣＰＵ１０４は、その総和値が所定の値以上である場合には、非画像形成時において、通常画像形成時に形成する引き戻し電界よりも大きい電界を感光体ドラム３０及び現像スリーブ１２の間に付与するように構成される。ここで、引き戻し電界とは、正規帯電極性のトナーが、感光体ドラム３０から現像スリーブ１２の方向に力が働く電界のことを言う。この内容に関して、以下に一例を挙げる。露光装置３２が感光体ドラム３０に露光すると、感光体ドラム３０の表面には、画像（静電像）が形成された画像エリアと、画像（静電像）が形成されていない非画像エリアとが生じる。そして、画像エリアの方には、露光されずに電位がそのままでマイナストナーが付着する画像部、露光されて電位が下がってマイナストナーが付着しない非画像部が生じる。ここで、感光体ドラム３０の画像エリアが現像スリーブ１２との接近位置を通過するとき（画像形成中に相当）に、感光体ドラム３０の表面では、画像部（絵の黒い部分）の電位を＋５００Ｖ、非画像部（絵の白抜きの部分）の電位を＋２００Ｖとする。このときに、現像スリーブ１２の表面の電位を＋３００Ｖとする。現像スリーブ１２には、マイナスの電荷を有するマイナストナー（正規帯電極性トナー）、及び、プラスの電荷を有するプラストナー（逆極性トナー）が付着している。そして、現像コントラストによって、マイナストナー（正規帯電極性トナー）が現像スリーブ１２から感光体ドラム３０へと移動し、同時に、現像スリーブ１２の表面のプラストナー（逆極性トナー）の残存率が上昇する。プラストナー増加の抑制のため、ＣＰＵ１０４は、感光体ドラム３０の非画像エリアが現像スリーブ１２との接近位置を通過するとき（非画像形成中に相当）に、感光体ドラム３０の非画像エリアの電位を０Ｖとし、現像スリーブ１２の表面の電位を＋６００Ｖにする。このようにマイナストナーを感光体ドラム３００から現像スリーブ１２に向かわせる引き戻し電界が６００Ｖに設定され、通常画像形成時の引き戻し電界である１００Ｖよりも大きく設定される。これによって、プラストナーが現像スリーブ１２から感光体ドラム３００へと吐き出されるように移動する。特に、ＣＰＵ１０４は、出力画像のエッジ部が多い画像の方で、プラストナー（逆極性トナー）の吐き出し頻度や一回あたりの吐き出し量を多く設定する。

また、ＣＰＵ１０４は、現像スリーブ１２から感光体ドラム３０へと現像される磁性トナーの消費量が所定の値未満である場合には、非画像形成時において、通常画像形成時と同様の引き戻し電界を感光体ドラム３０及び現像スリーブ１２の間に付与する。ここで、非画像形成時とは、プリント信号を受けて画像形成前に行われる準備動作時（前回転時）や、画像形成後に行われる準備動作時（後回転時）などを含む。また、連続画像形成時における各記録材の画像形成間（いわゆる紙間）も含む。なお、前述の一例では、ＣＰＵ１０４は、非画像形成時に、感光体ドラム３０の表面の非画像エリアにおける表面電位を＋２００Ｖとし、現像スリーブ１２の表面電位を＋３００Ｖの状態にする。

こうしたＣＰＵ１０４の動作は、以下の理由に基づくものである。感光体ドラム３０の表面の静電像は、作像時の帯電露光によって形成される。静電像の角部及びライン部を含む『エッジ部』には電界のエッジ効果により強い電界が生じる。そのために、こうした出力画像のエッジ部では、強い電界により帯電量が高い磁性トナーが選択的に感光体ドラム３０の表面に引き寄せられていく。その結果、エッジ部が多い出力画像では、エッジ部が少ない出力画像に比べて、帯電量が高い磁性トナーが消費され易く、現像容器１ａの内部には、帯電量が低い磁性トナーが残存することになる。一方で、エッジ部が少ない出力画像の出力時では、帯電量が低い磁性トナー及び帯電量が高い磁性トナーの両方が消費されるために、現像容器１ａの内部には逆極性に帯電した磁性トナーが一気に増加していくことはない。ＣＰＵ１０４は、この特性を利用する構成となっている。

図３は、マトリックスで表現された画像データを示す概念図である。図３を参照し、以下に、実施例１で採用されたエッジ検出方法について詳述する。２値データの原画に対し判定対象となる判定対象ドットを中心とする３ドット×３ドットのマトリックス（サンプルウィンドウ）をとる。判定方式として判定対象ドットのデータをｌ、判定対象ドットのデータｌに対して上下左右のドットのデータをｉ、ｋ、ｍ、ｏとし、ｌ、ｉ、ｍ、ｋ、ｏの論理積をとる方法を用いる。

論理積をとった結果が１であれば判定対象ドットはエッジを含まない内部のドットである。また演算結果が０であり、判定対象ドットが１であれば判定対象ドットはエッジであるとする。尚、用いるマトリックスは３ドット×３ドットに限らず、これを拡張し、ｘドット×ｘドット（ｘは任意の整数）のマトリックスを用いることもできる。

図４は、ＣＰＵ１０４の制御工程を示すフローチャートである。図４に示されるように、ＣＰＵ１０４は磁性トナーを吐き出す。まず、ＣＰＵ１０４は、入力された画像データに基づいて、エッジ検出機能によりエッジ部のエッジ部画素数ｐ［ｄｏｔ］とエッジ部以外の他部分画素数ｑ［ｄｏｔ］について情報を入手する（ステップ１、以下、「ステップ」を単に「Ｓ」と記載する。Ｓ１）。

ＣＰＵ１０４は、次式（１）に示されるように、エッジ部のエッジ部画素数ｐに重み付けの計算を行う。すなわち、ＣＰＵ１０４は、エッジ部画素数ｐに重み付け係数Ｋ（Ｋ＞１）を掛け合わせて重み付けをし、『エッジ部の画像情報量に対して重み付けした値』としての画素数（ｐ×Ｋ）を算出する。こうすることで、同一印字率の画像を出力する際に、エッジ部が多い画像の方が少ない画像に比べて逆極性トナーの吐き出し頻度が多くなるようにしている。ＣＰＵ１０４は、この画素数（ｐ×Ｋ）に、『エッジ部以外における画像情報量』としての他部分画素数ｑを再度足しあわせ、ｍ−１枚時の算出総画素数Ｒ（ｍ−１）を更に足す。こうしてＣＰＵ１０４は、磁性トナーの吐き出し動作実行後にｍ枚目での算出総画素数Ｒ（ｍ）［ｄｏｔ］を算出する（Ｓ２）。機械環境によってトナーの帯電特性が変わるため、算出総画素数Ｒ（ｍ）の算出時、環境に応じて環境補正係数Ｔを足し合わせる。環境補正係数Ｔの値は使用するトナーに応じて設定する必要がある。ただし、逆極性に帯電した磁性トナーの増加は環境変動による影響よりも大きいため、実施例１においてはこの環境補正係数Ｔ＝０として扱った。もちろん、ここで別途に環境補正係数Ｔに設定値をいれてもよいし、パラメータを設定してもよい。このように、前述の『総和値』である算出総画素数Ｒ（ｍ）は『補正係数』である環境補正係数Ｔにより加算又は減算された後の値を含み、こうした環境補正係数Ｔで適宜調整される。

ＣＰＵ１０４は、算出された算出総画素数Ｒ（ｍ）に対して、吐き出しが必要な量まで達しているか判断する。ここで吐き出し必要な画素数をＸとし、算出総画素数Ｒ（ｍ）が吐出必要画素数Ｘを超えているかどうかを判断する（Ｓ３）。そして、ＣＰＵ１０４は、算出総画素数Ｒ（ｍ）≧吐出必要画素数Ｘのときは吐き出し動作を行う必要があると判断し、算出総画素数Ｒ（ｍ）＜吐出必要画素数Ｘの時にはまだ吐き出しが必要になるまで消費量が達していないと判断する（Ｓ３）。ＣＰＵ１０４は、吐き出し動作を行う必要があると判断したときは、吐き出し動作を実行する（Ｓ４）。ＣＰＵ１０４は、吐き出し動作が行われた後、枚数ｍと算出総画素数Ｒ（ｍ）の初期化を行う（Ｓ５）。そして、ＣＰＵ１０４は、磁性トナーの吐き出し制御を終了する（Ｓ６）。一方で、ＣＰＵ１０４が吐き出し動作が必要になるまでに消費量が達してないと判断したときは、ＣＰＵ１０４は、磁性トナーを吐き出し制御を終了する（Ｓ６）。なお、例えば、前述のＳ３の工程で、吐出必要画素数Ｘの数値をどのように定めるかによって、前述の逆極性のトナーの吐き出し頻度の多少を調節しても良い。すなわち、吐出必要画素数Ｘの数値を下げると、逆極性トナーを吐き出す頻度が多くなり、吐出必要画素数Ｘの数値を上げると、逆極性トナーを吐き出す頻度が少なくなる。

前述の図４のＳ４のように、ＣＰＵ１０４が磁性トナーを吐き出す必要があると判断した場合には、ＣＰＵ１０４は、現像高圧電源１０５が現像バイアスを変化させるように制御し、磁性トナーは吐き出される。すなわち、ＣＰＵ１０４は、逆極性に帯電した磁性トナーの吐き出しのために、非画像形成時において、通常画像形成時に形成する引き戻し電界よりも大きい電界をかける。実施例１では、感光体ドラム３０の表面の電位が０Ｖに設定され、現像スリーブ１２の表面の電位が６００Ｖに設定され、感光体ドラム３０及び現像スリーブ１２の間に６００Ｖの電圧がかけられる。そして、＋側に帯電した逆帯電の磁性トナーは現像スリーブ１２から感光体ドラム３０に移動する。こうして現像容器１ａの内部の逆極性に帯電した磁性トナーが低減し、現像特性は維持される。反対に、ＣＰＵ１０４が磁性トナーを吐き出す必要がないと判断した場合には、ＣＰＵ１０４は、非画像形成時において、現像スリーブ１２及び感光体ドラム３０の間に、通常画像形成時と同様の引き戻し電界をかける。実施例１のＣＰＵ１０４の制御技術を導入する前後での経時的なかぶり変動と装置本体６０ａの内部のトナー汚れについて評価した結果に関して以下に述べる。

実施例１の画像形成装置６０の印刷実験では、通紙枚数が５５０００枚（用紙：Ａ４サイズ）、画像面積率が６％、通紙条件が１００枚リピートを１ＪＯＢに設定され、これを繰り返す。今回の実験では、従来の吐き出し条件と本実施例での実験結果の比較を行った。

従来の条件としては２通り設定した。すなわち、実験者は、第１従来条件として１０００枚通紙後に吐き出しを行う設定、第２従来条件として１００枚通紙後の吐き出しを行う設定とした。実験者は、経時評価において、４種類の画像を順番に通紙して評価を行った。実験者は、第１従来条件及び第２従来条件の夫々において、画像として出力紙における画像面積率は６％で一定とし、画像のおける文字とベタ部の比率を変えたものを出力させる。実験者は、文字比率が０％（文字なし）から１００％（文字のみ）で振られたものを用意した。

実施例１の設定では、図４のフローチャートの工程において、重みつけ係数Ｋ＝３、吐き出し必要画素数＝２０００Ｍ［ｄｐｉ］とした。この設定条件に基づいた図１の画像形成装置６０の駆動により、実験者は、経時での紙上のかぶり、トナー汚れについて確認した。ここで、かぶりの測定はかぶり濃度測定計で行われ、測定結果が大きいとかぶりが発生しているということである。この測定結果において、かぶり測定値＝１を超えると目に見えるレベルのかぶりが発生しており、ＮＧレベルと判断する。また、トナー飛散については、通紙中の画像に飛散トナーがついてしまっている（ボタ落ち）かどうかで○×の評価をした。

図５は、実施例１の実験結果を示すグラフである。図５に示されるように、今回の実験結果において、第１従来条件では、経時で磁性トナーのボタ落ち（トナー飛散）が良好であるが、経時で磁性トナーによるかぶりが不良であることが確認された。第２従来条件では、磁性トナーの吐き出し間隔が短縮されたために、経時で磁性トナーによるかぶりが良好であるが、経時で磁性トナーのボタ落ち（トナー飛散）が不良であることが確認された。実施例１の条件では、経時で磁性トナーによるかぶり及び磁性トナーのボタ落ちが共に良好であることが確認された。実施例１のようにエッジ部を検出することにより、経時でかぶり及びボタ落ちが抑制されるシステムが実現される。

図６は、実施例２の画像形成装置のＣＰＵ１０４の制御工程を示すフローチャートである。実施例２の画像形成装置の構成のうち実施例１の画像形成装置６０と同一の構成及び効果に関しては、同一の符号を用いて説明を適宜省略する。実施例１の磁性トナーの吐き出しは、画像データのエッジ部の検出に基づいて、トナー消費量が増加すると逆極性に帯電した磁性トナーを吐き出すというものであった。ところが、磁性トナーの消費量が少な過ぎる場合にも、前述したように、磁性トナーの外添剤が埋没して磁性トナーが劣化するために、出力画像の画像濃度が低下する。実施例２のＣＰＵ１０４の制御工程は、これを防止するために磁性トナーの消費量が少ないときにも磁性トナーを吐き出して、経時で画像濃度を維持する点で実施例２の画像形成装置は実施例１の画像形成装置６０と異なる。

実施例２でも、図１の画像形成装置６０と同一構成の画像形成装置が用いられ、図２の画像処理装置１０２が出力画像のビデオカウント値から画像面積率を算出する。そして、算出された画像面積率の画像情報は記憶回路１０３の中に逐次蓄積していく（図２参照）。その後、記憶回路１０３及びＣＰＵ１０４において、累積画像面積率を算出し、累積画像面積率が一定値を下回る場合は磁性トナーの吐き出し動作を行う（図２参照）。

ここで、図６を参照し、累積画像面積率及び磁性トナーの吐き出し動作実行に関して説明する。図６に示されるように、ＣＰＵ１０４は、画像情報を画像処理装置１０２から受信する（Ｓ１１）。ＣＰＵ１０４は、ｎ枚通紙した時の平均画像面積率Ｄ（ｎ）を次式（２）に基づいて算出する（Ｓ１２）。

ＣＰＵ１０４は、算出された平均画像面積率に応じて、トナーの吐き出し実行をすべきか否かを判断する（Ｓ１３）。この磁性トナーの吐き出し実行をすべきか否かの判断にあたって、Ｍが磁性トナーの吐き出し実行までの通紙間隔枚数に設定され、Ｄｈが磁性トナーの画像面積率に設定される。そして、ＣＰＵ１０４は、通紙枚数ｎ枚が通紙間隔枚数Ｍ枚よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１３）。加えて、ＣＰＵ１０４は、通紙枚数ｎ枚が通紙間隔枚数Ｍ枚より大きい場合には、平均画像面積率Ｄ（ｎ）が吐出画像面積率Ｄｈよりも小さいか否かを判断する（Ｓ１３）。

ＣＰＵ１０４は、通紙枚数ｎ（枚）が通紙間隔枚数Ｍ枚よりも多く、かつ、平均画像面積率Ｄ（ｎ）が吐出画像面積率Ｄｈよりも小さい場合には、磁性トナーの吐き出し動作を実行する。すなわち、ここで、ＣＰＵ１０４は、平均画像面積率Ｄ（ｎ）及び通紙枚数ｎを掛け合わせた『磁性トナーの消費量』が少なすぎると判断することになる。通紙枚数ｎ（枚）が通紙間隔枚数Ｍ（枚）以下の場合、又は、平均画像面積率Ｄ（ｎ）が吐出画像面積率Ｄｈ以上の場合には、磁性トナーの吐き出し動作を実行しない。ここで通紙間隔枚数Ｍ及び吐出画像面積率Ｄｈは、各々の画像形成装置において任意設定の値であり設定でそれぞれ異なってくる。実施例２では、例えばＭ＝１０００枚、Ｄｈ＝６％に設定された。

前述のＳ１３によって磁性トナーの吐き出し動作が実行された場合には、通紙枚数ｎは初期化される（Ｓ１４）。前述のＳ１３によって磁性トナーの吐き出し動作が実行されない場合には、通紙枚数ｎのカウント数はｎ＋１といった具合に１カウント増加される（Ｓ１５）。そして、このＳ１４又はＳ１５の制御の後に、ＣＰＵ１０４は制御を終了する（Ｓ１６）。

ＣＰＵ１０４は、磁性トナーの吐き出しにあたって、作像後の回転時に現像スリーブ１２の１０回転相当の時間ベタ黒を出力し、現像スリーブ１２の近傍の劣化トナーを吐き出す。ここでは現像スリーブ１２の１０回転分に相当する時間で行われるが、この時間は使用する画像形成装置に応じて任意に設定して良い。例えば吐き出し時間は１．３秒とし、この間ベタ黒を出力し、劣化トナーの吐き出しを行う。吐き出し時のバイアス条件としては実施例１に示す通常作像条件を使用する。すなわち、前述のように、現像スリーブ１２の電位を＋６００Ｖにし、感光体ドラム３０の電位を＋５００Ｖにし、感光体ドラム３０の表面を画像エリアの画像部の状態つまりべた黒にする。

次に、実験者は、実施例２における磁性トナーの吐き出しあり／なしの状態で経時評価を行い、経時的な画像濃度の変動を確認した。実験者は、条件に関し、通紙枚数が５０Ｋ枚（用紙：Ａ４サイズ）、出力画像面積率が１％、通紙条件が１００枚リピートを１ＪＯＢに設定し、これを繰り返した。

図７は、実施例２及び後述する実施例３における経時画像濃度の実験結果を示すグラフである。横軸は経時評価の通紙枚数（Ｋ枚）であり、縦軸はそのときの出力画像の反射濃度である。反射濃度はＸ−Ｒｉｔｅ社の反射濃度測定器で測定されている。図７に示されるように、経時画像濃度の評価に関し、磁性トナーの吐き出し動作の実行により画像濃度が安定することが確認される。

実施例３の画像形成装置は、実施例２の画像形成装置と同一の構成及び効果を前提とする。実施例１では、画像データのエッジ部に対応する静電像に対して磁性トナーが移動し易いために、画像データのエッジ部に対応する磁性トナーの消費量に応じて逆極性に帯電した磁性トナーが吐き出される。この場合に、静電像のエッジ部には磁性トナーが移動し易いと共に、電界が強いために移動するトナー量が増加する傾向がある。

そこで、実施例３では、実施例２の条件で、図２の画像処理装置１０２で磁性トナーの消費量を算出する際に、実施例１で使用したエッジ検出方法を用い、その上で以下のことをする。すなわち、図４のＳ２で算出されたエッジ部に重みつけした『総消費画素数』に相当する算出総画素数Ｒ（ｍ）から、平均画像面積率Ｄ（ｎ）を算出する。この制御工程を使用することにより、実施例２における画像濃度の更なる安定性が実現される。

すなわち、次式（３）に基づいて、総シート枚数ｆ枚の場合の算出総画素数Ｒ（ｆ）から平均画像面積率Ｄ（ｆ）を算出する。ただし、解像度Ｅ、１枚当たりのシート面積Ｓを用いる。ここでは、算出総画素数Ｒ（ｆ）を総シート枚数ｆで除算して、１枚当たりの画素数が導出される。この１枚当たりの画素数を、単位面積当たりの画素数である解像度Ｅで除算すると、１枚当たりの印字面積が導出される。この１枚当たりの印字面積を、１枚当たりのシート面積Ｓで除算すると、平均画像面積率Ｄ（ｆ）が導出される。

実施例１〜３の画像形成装置によれば、ＣＰＵ１０４は、出力画像の『エッジ部の画像情報量』であるエッジ部画素数ｐに重み付けした値としての画素数（ｐ×Ｋ）を算出する。また、ＣＰＵ１０４は、この画素数（ｐ×Ｋ）に、出力画像の『エッジ部以外における画像情報量の値』である他部分画素数ｑを足し合わせ、更にｍ−１枚の算出総画素数Ｒ（ｍ−１）、環境補正係数Ｔを足し合わせる。こうして、ＣＰＵ１０４は、前述の重み付けした値（ｐ×Ｋ）、他部分画素数ｑ、ｍ−１枚の算出総画素数Ｒ（ｍ−１）、環境補正係数Ｔを総和した『総和値』であるｍ枚の算出総画素数Ｒ（ｍ）を算出する。そして、この『総和値』であるｍ枚の算出総画素数Ｒ（ｍ）が『所定の値』である吐出必要画素数Ｘ以上である場合に、非画像形成時において、通常画像形成時に形成する引き戻し電界よりも大きい電界が感光体ドラム３０及び現像スリーブ１２の間に付与される。したがって、『エッジ部の画像情報量』であるエッジ部画素数ｐが多い画像データの場合には、正極性の磁性トナーが現像されることによって逆極性の磁性トナーが現像容器３１ａの内部で一気に増加する虞があるが、ＣＰＵ１０４は、これを抑制する。すなわち、ＣＰＵ１０４は、非画像形成中に正規帯電極性の磁性トナーを感光体ドラム３０から現像スリーブ１２に向かわせる引き戻し電界を、通常画像形成時よりも大きくする。これによって、逆極性の磁性トナーを現像スリーブ１２から感光体ドラム３０に多く移動させる。こうすることで、正極性の磁性トナーの無駄な現像量を減少させ、かつ、逆極性の磁性トナーの吐き出し動作の頻度を増加させる。その結果、出力画像に発生するかぶりの低減にあたって、磁性トナーの過剰な消費を抑制することができる。

なお、従来技術では、帯電量の高いトナーが選択的に現像されていくと、経時では帯電量の低い低帯電トナーが現像器内に残っていく。この一方で、一成分現像においては、現像されるトナーとは逆の帯電特性をもつ逆帯電トナーが混在している。帯電量の高いトナーが選択的に現像されていくことで、経時でこのような逆帯電トナーが現像器内に増えてしまうと通常画像出力時に逆帯電トナーが"かぶり"となって画像の白地部に現れてしまう。上述のように経時でトナーを消費していくと、現像器内における低帯電／逆帯電トナーの量は増加していく傾向があった。

実施例２の画像形成装置によれば、通紙枚数ｎ枚が通紙間隔枚数Ｍ枚よりも大きくなり、『磁性トナーの消費量』である平均画像面積率Ｄ（ｎ）×ｎが『所定の値』である吐出画像面積率Ｄｈ×ｎ未満の場合には、ＣＰＵ１０４は以下のように制御する。すなわち、ＣＰＵ１０４は、非画像形成中であっても、感光体ドラム３０の表面の電位を画像形成中の画像部の電位（＋５００Ｖ）に設定すると共に、現像スリーブ１２の表面の電位を画像形成中の電位（＋３００Ｖ）に設定する。この意味で画像データに基づいて非画像部領域で作像時の現像電界と同極性の電界を感光体ドラム３０及び現像スリーブ１２の間に付与する。したがって、撹拌及び摩擦帯電が繰り返されて劣化する前に、磁性トナーは消費される。その結果、低帯電の磁性トナーによる出力画像の濃度低下は抑制される。

なお、従来技術では、トナー消費量が少ない場合にもトナーが劣化するという不具合が生じた。これはトナーが撹拌及び摩擦帯電を繰り返されることでトナー表層の外添剤がトナー母体に埋め込まれてしまうことによるものである。このような現象が生じると、トナーの流動性も低下し、摩擦帯電されなくなってしまう。トナーの帯電性が低下すると現像される帯電量の良好なトナーが少なくなってしまい、最終的には出力画像の濃度低下という故障が発生していしまう。すなわちトナーの消費量が少ないと、撹拌及び摩擦帯電が多く繰り返されるため、トナーの劣化が促進されてしまうのである。また近年の高速化傾向において、現像容器の内部の現像スリーブの近傍の昇温によりトナーに外添剤が埋まりこみやすい状態になるため、現像容器の内部のトナー劣化はより発生しやすくなってきている。

実施例１〜３の画像形成装置では、エッジ部の画像情報量が少ない画像データの場合には、逆極性の磁性トナーが現像容器１ａの内部で一気に増加する虞がない。ＣＰＵ１０４は、少なくとも出力画像のエッジ部画素数ｐに重み付けした値としての画素数（ｐ×Ｋ）、出力画像の他部分画素数ｑ、ｍ−１枚の算出総画素数Ｒ（ｍ−１）、環境補正係数Ｔを総和した『総和値』のｍ枚の算出総画素数Ｒ（ｍ）を算出する。ＣＰＵ１０４は、ｍ枚の算出総画素数Ｒ（ｍ）が『所定の値』である吐出必要画素数Ｘ未満である場合に、以下のように制御する。すなわち、ＣＰＵ１０４は、非画像形成中であっても、感光体ドラム３０の表面の電位を画像形成中の非画像部の電位（＋２００Ｖ）に設定すると共に、現像スリーブ１２の表面の電位を画像形成中の電位（＋３００Ｖ）に設定する。この意味で非画像部領域で作像時の現像電界と同極性の電界が感光体ドラム３０及び現像スリーブ１２の間に付与される。その結果、ＣＰＵ１０４が無駄に磁性トナーを消費することは抑制される。

１２ 現像ローラ（現像剤担持体）
３０ 感光体ドラム（像担持体）
３１ 現像装置
３１ａ 現像容器
１０４ ＣＰＵ（コントローラ）
ｐ エッジ部画素数（エッジ部の画像情報量）
ｑ 他部分画素数（エッジ部以外における画像情報量）
Ｋ 重み付け係数
Ｒ（ｍ−１） ｍ−１枚の算出総画素数（エッジ部以外における画像情報量）
Ｒ（ｍ） ｍ枚の算出総画素数（総和値）
Ｘ 吐出必要画素数（所定の値）
ｔ 環境補正係数

Claims (5)

1. 静電像を担持可能な像担持体と、
   現像剤を担持する現像剤担持体を備え、前記像担持体上の静電像を現像する現像装置と、
   非画像形成中において、正規帯電極性の現像剤を前記像担持体から前記現像剤担持体に向かわせる引き戻し電界を、通常画像形成時よりも大きくすることで、正規帯電極性とは逆極性の現像剤を前記像担持体に吐き出す吐き出し動作を制御するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、少なくとも出力画像のエッジ部に相当する情報に基いて、前記吐き出し動作を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記コントローラは、出力画像のエッジ部が多い画像の方が、少ない画像よりも吐き出し頻度が多くなるように前記吐き出し動作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。
3. 前記コントローラは、出力画像のエッジ部が多い画像の方が、少ない画像よりも、一回あたりの吐き出し動作における吐き出し量が多くなるように前記吐き出し動作を制御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. 前記コントローラは、出力画像のエッジ部以外における情報に基いて前記吐き出し動作を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記コントローラは、出力画像のエッジ部に関する情報に重み付けした値と出力画像のエッジ部以外における情報の値を総和した総和値が所定の値以上である場合に、前記吐き出し動作を実行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１項に記載の画像形成装置。

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