JP2012088520A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、トナー消費増大及び画質変化も生じることがなく、低い印字率の画像を連続して多数形成してもトナーの劣化を抑制可能にする画像形成装置を提供することである。
【解決手段】本発明は、単位時間当たりのトナー消費量に応じて現像剤収容部内で現像剤が攪拌される攪拌現像剤量を変更するよう攪拌手段を制御することにより、本発明の課題を解決可能にする。
【選択図】図７

Description

本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリ装置、印刷機、あるいは複合機に用いる電子写真方式の画像形成装置に係り、特に、トナー及びキャリアからなる２成分現像剤で像担持体に形成された潜像を現像する現像装置を備える画像形成装置に関する。

２成分現像剤を用いる画像形成装置では、現像装置に収容されている現像剤はスクリュー等の攪拌部材によって、補給されたトナーと撹拌混合されながら現像ローラ上に搬送され、現像ローラ上に担持されながら層厚規制部材によって層厚が規制された後、現像領域に搬送される。現像剤中のトナーは、スクリュー等の攪拌混合によりキャリアと接触及び摺擦して摩擦帯電して所定の帯電量が確保され、現像領域の現像電界下で像担持体上の潜像に移動可能となる。一方で攪拌混合によるストレスを継続して受けると、次第に現像剤の帯電能力や流動性が変化して画像が不安定になる。特に、トナー消費率の大小により異なったメカニズムの画像不良が発生する場合がある。

トナー消費率が大きい場合、新しく補給されたトナーが十分に帯電されずに、その結果トナーの平均帯電量が低下し、画質変動や劣化を及ぼす。更に弱帯電トナー量の増加を招き、これらはキャリアから離脱し易く、トナー飛散の原因になりやすい。

一方、トナー消費率が小さい場合、同じトナーが多くのストレスを継続して受けて、トナーの劣化が起こり、トナーの帯電量不良による画像荒れ等の画像トラブルが発生しやすい。つまり、トナーの帯電性・流動性を高めるためにトナー表面に添加されたシリカ等の物質がトナー樹脂から遊離、またはトナー樹脂内部に埋没し、トナーの帯電量不良及び流動性低下が生じる。

このために、トナー消費率によるトナーの劣化を抑制するための種々の対策が下記特許文献に示すように提案されている。

特許文献１に記載の画像形成装置は、発光回数等の画像信号からトナー消費量を割り出し、それが所定量に比べて少ない場合に不足分のトナー量を非画像領域に強制的に消費して、トナーの劣化及びそれによる画像欠陥を未然に防止している。但し、画像形成以外に消費されるトナーが多くなり、省資源に逆行し、ランニングコストがアップするという問題がある。

特許文献２に記載の画像形成装置は、低い印字率の画像を連続して形成する場合に現像剤担持体及び攪拌スクリューの回転速度を高い印字率の画像を形成する場合より低くするよう制御して、現像剤担持体等の累積回転回数を減らして磁性キャリアの劣化を抑制している。但し、現像性の主条件である現像剤担持体速度を変更させているために、印字率の異なる画像により画像濃度が変化するという問題がある。

特許文献３に記載の画像形成装置は、現像剤にストレスを掛けてトナーの帯電を促進するための諸条件を画像データにおける画像面積（印字率）に応じて変更させている。例えば、画像面積（トナー消費量）が小さい場合に攪拌スクリューの回転速度を低下させて現像剤にかかるストレスの量を下げている。但し、画像の印字率に応じて現像担持体と攪拌スクリューの回転速度比を変更させるものであり、低印字率の画像を形成すると、濃度ムラが発生するという問題がある。

特許文献４に記載の画像形成装置は、転写材の給送間隔が一定値以上の場合には、感光体、現像剤担持体、トナー攪拌手段の少なくとも１つの回転速度を画像形成時以外は減速する、あるいは休止するように制御して、現像剤（トナー）が現像装置内で過度に攪拌されることによって引き起こされる画像あれを防止している。但し、低印字率の画像が連続して形成される場合には、現像剤（トナー）が過度に攪拌されて画像あれを防止できないという問題がある。

特開２０００−２０６７４４号公報 特開２００９−１６３１０７号公報 特開２００７−１４７９１６号公報 特開２００５−３０９０４２号公報

特許文献１から４までに記載の画像形成装置にはトナー消費増大、あるいは画質変化（濃度差、濃度ムラ、画像荒れ）を併発させるという課題がある。

本発明の目的は、トナー消費増大及び画質変化も生じることがなく、低い印字率の画像を連続して多数形成してもトナーの劣化を抑制可能にする画像形成装置を提供することである。

前記目的は、下記に記載する発明により達成する。

１．像担持体と、
前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
トナーとキャリアとを含む現像剤を担持して回動する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に近接した位置に配設され前記現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部で前記現像剤を攪拌する攪拌手段と、を有し、前記静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、を備える画像形成装置であって、
前記攪拌手段を制御して、単位時間当たりのトナー消費量に応じて、前記現像剤収容部内で現像剤が攪拌される攪拌現像剤量を変更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．前記制御手段は、単位時間あたりのトナー消費量が所定値未満である場合に、前記所定値以上である場合に比較して前記攪拌現像剤量を少なくすることを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。

３．前記攪拌手段は、互いに前記現像剤収容部の異なる位置に配設され前記現像剤を混合攪拌する複数の攪拌部材を有することを特徴とする前記１又は２に記載の画像形成装置。

４．前記制御手段は、前記複数の攪拌部材のうちのひとつ以上の攪拌部材を作動させる、あるいは停止させることを特徴とする前記３に記載の画像形成装置。

５．前記複数の攪拌部材は、前記現像剤担持体に並設され前記現像剤を回転の軸方向の一方に搬送する第１攪拌部材と、前記第１攪拌部材と前記現像剤担持体との間に配設され前記現像剤を前記一方に反対する他方に搬送する第２攪拌部材と、前記第１攪拌部材に対し前記現像剤担持体の反対側に配設される第３攪拌部材と、を含み、
制御手段は、前記第３攪拌部材を停止させる、あるいは駆動させることを特徴とする前記３又は４に記載の画像形成装置。

６．前記第３攪拌部材が回転の軸方向とは垂直な方向で前記現像剤を攪拌する攪拌部材であることを特徴とする前記５に記載の画像形成装置。

本発明は、攪拌手段を制御して単位時間当たりのトナー消費量に応じて現像剤収容部内で現像剤が攪拌される攪拌現像剤量を変更することによって、トナー消費増大及び画質変化も生じることがなく低い印字率の画像を連続して多数形成してもトナーの劣化を抑制可能にする画像形成装置を提供する。

本発明に係る給紙装置を備える画像形成装置Ａの全体構成を示す断面図である。 画像形成装置Ａの画像形成部１０を示す断面構成図である。 本発明の実施形態に係る現像装置４を示す上面図である。 単位時間当たりのトナー消費量Ｃｔが低い場合におけるトナーの劣化と攪拌現像剤量Ｍとの関係を示すグラフである。 各印字率Ｄに対する攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒを示すグラフである。 本発明に係るトナー劣化の抑制を司る制御関係を示す、ブロック図である。 本発明に係わりトナー劣化の抑制制御に関する第１の実施形態を示す、フローチャートである。 トナー劣化の抑制制御に関する第２の実施形態を示す制御フローである。

以下に本発明の実施の形態を図面により説明するが、本発明は、以下に説明する実施の形態に限られるものではない。

［画像形成装置］
図１は本発明に係る給紙装置を備える画像形成装置Ａの全体構成を示す断面図である。

図示の画像形成装置Ａは、画像形成装置本体Ｂと、画像形成装置本体Ｂ上に載置される画像読取装置ＳＣ、自動原稿送り装置ＤＦで構成される。

画像形成装置本体Ｂは、像担持体としての感光体１、帯電極２、像露光装置３、現像装置４、転写手段５、クリーニング手段６、等から成る画像形成部１０と、定着装置７、給紙装置２０及び用紙搬送部１１と、制御手段１００とから構成される。

給紙装置２０は、用紙Ｐを収容可能な給紙トレイ２１を含み、給紙トレイ２１上の用紙Ｐから用紙Ｐを１枚ずつ次工程の用紙搬送部１１に給送している。用紙搬送部１１は、レジスト給紙手段１２、排紙手段１４、搬送路切換手段１５、循環再給紙手段１６、反転排紙手段１７とから構成されている。

自動原稿送り装置ＤＦの原稿台上に載置された原稿Ｓｄは非図示の原稿給紙手段により搬送され、画像読取装置ＳＣの光学系によりイメージセンサＣＣＤに結像されて原稿の片面又は両面の画像として順次読み込まれる。イメージセンサＣＣＤで光電変換された画像信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等の処理が施され、原稿Ｓｄの画像データとして各ページ単位に非図示の画像メモリに格納される。

所定のタイミングになると、画像データは画像メモリから読み出され、伸長処理された後に走査されて像露光装置３に画像信号として送信される。

画像形成部１０において、帯電極２により感光体１上に電荷が付与され、像露光装置３により画像信号に応じて走査出力されるレーザ光により感光体１上に静電潜像が形成される。そして、感光体１上の静電潜像は現像装置４によりトナー像として顕像化された後に、転写手段５により感光体１上のトナー像は用紙Ｐ上に転写される。クリーニング手段６により転写後に感光体１上に残った転写残のトナーが感光体１上から除去される。

一方、用紙Ｐは、給紙装置２０の給紙トレイ２１から給送され用紙搬送部１１のレジスト給紙手段１２に搬送され一時停止された後に、レジスト給紙手段１２により感光体１上のトナー像に同期して転写手段５に搬送される。

その後、トナー像が転写された用紙Ｐは、定着装置７に搬送され、定着装置７によりトナー像が定着されて排紙手段１４により装置外に排出される。

なお、両面コピーの場合は、第１面に画像形成された用紙Ｐは、用紙搬送部１１の循環再給紙手段１６に送り込まれて反転され、再び画像形成部１０において第２面に画像形成された後、排紙手段１４により装置外に排出される。

また、反転排紙の場合は、通常の排紙通路から分岐した用紙Ｐは、反転排紙手段１７においてスイッチバックして表裏反転された後、排紙手段１４により装置外に排出される。

［画像形成部］
図２は、画像形成装置Ａの画像形成部１０を示す断面構成図である。

感光体１は、ポリカーボネイトにフタロシアニン顔料を含む感光層（３０μｍ）が直径１００ｍｍの金属ドラム上に形成され、負極性に帯電可能な有機感光体である。矢示方向に５７０ｍｍ／ｓの周速（Ｖｐ）で駆動回転される。

帯電極２はスコロトロン方式で、回転する感光体１の周囲を一様電位に帯電する。帯電極２は、ワイヤ〜グリッド間距離７．５ｍｍ、グリッド〜感光体間距離１ｍｍ、ワイヤ〜バックプレート間距離１２ｍｍの帯電極構成を有しており、グリッド印加電圧を−７３０Ｖとし、帯電電流値−８００μＡをもってバイアス電圧を印加することにより、感光体１の帯電電位を−７５０Ｖとしている。

静電潜像形成手段としての像露光装置３は一様電位に帯電された感光体１上にレーザ走査方式で像露光を行い、静電潜像を形成する。半導体レーザ（ＬＤ）の照射光は、７００ｎｍの波長で、３００μＷの出力である。

現像装置４は、非磁性トナーと磁性キャリアを含有する２成分現像剤を担持する現像剤担持体としての現像ローラ４０と、現像ローラ４０に近接して配設され、２成分現像剤を収容する現像剤収容部４６と、を有し、感光体１上の静電潜像を現像してトナー像を形成する。

現像ローラ４０は、内部に固設されたマグネットロールと、マグネットロールの周囲を回転してステンレスを溶射したアルミ製のスリーブとで構成される。現像ローラ４０の外径はφ５０ｍｍで、その線速（Ｖｓ）は１１４０ｍｍ／ｓで、感光体１に対する線速比（Ｖｓ／Ｖｐ）は２である。

現像ローラ４０は感光体１に対して所定間隙で離間して配設されており、ここでは現像ローラ４０上の現像剤が感光体１に接触する接触現像方式であるが、これに限定されず、非接触現像方式であってもよい。

現像ローラ４０には直流成分の現像バイアスによって現像が行われるが、直流成分としては−６００Ｖの現像バイアスを印加して反転現像が行われる。直流成分に交流成分を重畳させるようにしてもよい。

現像剤収容部４６には、トナーとキャリアと攪拌する攪拌手段４１を有する混合室と、現像剤収容部４６に収容されている現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサＴＳと、を有する。

攪拌手段４１は２成分現像剤中のトナーの帯電量を促し、トナー補給部８から補給されたトナーをキャリアと相互摩擦させてトナーの帯電量を立ち上げている。

トナー濃度センサＴＳは、検知面近傍における現像剤の透磁率を検出し、その検出結果から現像剤中のトナー濃度を検出している。そして、トナー濃度が閾値を下回った場合にトナー補給部８から新しいトナーを補給するように制御することにより現像剤収容部４６内の現像剤は所定のトナー濃度に維持されている。

非磁性トナーとしては、体積平均粒径が３〜９μｍの重合トナーが好ましい。重合トナーを用いることにより、高解像力であり、濃度が安定し、かぶりの発生が極めて少ない画像形成装置が可能となる。

キャリアとしては、体積平均粒径が３０〜６５μｍで磁化量が２０〜７０ｅｍｕ／ｇの磁性粒子からなるフェライトコアのキャリアが好ましい。３０μｍよりも粒径の小さなキャリアではキャリア付着が生じやすくなる。また、６５μｍよりも粒径の大きなキャリアでは、均一な濃度の画像が形成されない場合が生じうる。

転写前露光光源５１では、トナー像の転写性を高めるための照射を行う。光源は光波長７００ｎｍのＬＥＤで、光出力１０ｌｕｘをもって照射する。

転写手段５としての転写ローラは、転写電流４０μＡの定電流制御によりバイアスが印加され、感光体１上のトナー像の用紙Ｐ上への転写を行う。

定着装置７は内部にヒータを配置した加熱ローラ７ａと加圧ローラ７ｂとよりなり、トナー像を保持した用紙Ｐは、加熱ローラ７ａと加圧ローラ７ｂとの間で加熱・加圧がなされて定着され、排紙ローラ２４によって機外の図示しない排紙トレイ上に排出される。

一方、転写後の感光体１の表面はクリーニング手段６により転写残トナーの清掃が行われる。クリーニングブレードとしてウレタンゴム製のブレードが用いられ、クリーニングブレードはカウンタタイプで、感光体１周面に摺接して清掃を行っている。

クリーニング手段６を通過して表面が清掃された感光体１周面は、光波長７００ｎｍ、光出力１０ｌｕｘ光源を用いた帯電前露光（ＰＣＬ）手段９によって照射がなされ、残留電位を低下した状態で次の画像形成サイクルへと移行する。

［現像装置］
図３は、本発明の実施形態に係る現像装置４を示す上面図である。現像装置４は、現像剤収容部４６の内部に現像ローラ４０、攪拌手段４１を配置している。

攪拌手段４１は複数の攪拌部材を有し、複数の攪拌部材は、攪拌パドル４２、第１攪拌部材としての第１攪拌スクリュー４４、第２攪拌部材としての第２攪拌スクリュー４３、第３攪拌部材としての楕円攪拌部材４５、第１駆動モータＭ１、第２駆動モータで構成される。

攪拌パドル４２は支持軸４２ａに固設された複数の羽を有し、現像ローラ４０の軸４１ａに固設されたＡ歯車４１ａと支持軸４２ａに固設されたＢ歯車４２ｂとの噛み合いにより現像ローラ４０と一体に回転する。攪拌パドル４２は、攪拌パドル４２は周辺の現像剤を攪拌しながら、現像ローラ４０との間で現像剤の入れ換えを行っている。

第１攪拌スクリュー４４、第２攪拌スクリュー４３は、攪拌パドル４２に対し、現像ローラ４０の逆方向（Ｘ方向）に並設されている。第１攪拌スクリュー４４は図２で示すＣＣＷ方向に回転し、現像剤を攪拌しながら矢印で示すＹ方向のマイナス側に、すなわち回転の軸方向の一方に搬送する。

第２攪拌スクリュー４３は、図２においてＣＷ方向に回転し、回転により現像剤を攪拌しながら矢印で示す軸方向としてのＹ方向のプラス側に、すなわち一方に反対する他方に搬送する。

２つの仕切り４６ａ、４６ｂが現像剤収容部４６の底部から立ち上がっており、第１攪拌スクリュー４４及び第２攪拌スクリュー４３の周辺に収容された現像剤は、第１攪拌スクリュー４４及び第２攪拌スクリュー４３の回転と仕切り４６ａ、４６ｂの規制と受けながら、矢印に示すように循環的に現像剤収容部４６内を搬送される。

第１攪拌スクリュー４４及び第２攪拌スクリュー４３は、それぞれの軸４４ａ、４３ａに固設されたＤ歯車４４ｂ、Ｃ歯車４３ｂで連結されて一体に回転する。また、軸４４ａの端部に第１駆動モータＭ１が連結されており、第１攪拌スクリュー４４及び第２攪拌スクリュー４３は現像ローラ４０に対して独立に回転可能である。

破線で示すように補給口８ａが第２攪拌スクリュー４４の上部、且つＹ方向のプラス側に配設され、トナー補給部８により搬送されたトナーは補給口８ａから第２攪拌スクリュー４４上に補給される。補給トナーは第１攪拌スクリュー４４及び第２攪拌スクリュー４３で搬送される間に現像剤中のキャリアとの混合攪拌により摩擦帯電され、トナーの帯電量は立ち上げられる。

トナー濃度センサＴＳは受け渡し部Ｃ４に対し循環搬送方向の上流側に配設し、現像剤収容部４６内を循環する現像剤のトナー濃度を検知する。そして、非図示の制御手段によって、検知されたトナー濃度に応じて受け渡し部Ｃ４に対し循環搬送方向の下流側に位置する補給口８ａからトナーが補給される。

また、攪拌パドル４２と第２攪拌スクリュー４３との間で相互に現像剤の入れ換えが行われ、第１攪拌スクリュー４４及び第２攪拌スクリュー４３で循環搬送される現像剤は攪拌パドル４２を経由して現像ローラ４０に供給される。

楕円攪拌部材４５は第１攪拌スクリュー４４に対しＸ方向側に並設され、複数の楕円形状の平板が回転軸４５ａに対し傾斜的にＹ方向に固設され、図２においてＣＣＷ方向に回転している。そして、現像剤を回転の軸方向に垂直な方向で攪拌する攪拌部材であるが、第１攪拌スクリュー４４の回転により仕切り４６ｂを越えて搬入された現像剤を混合攪拌し、補給直後のトナーを含めて現像剤中のトナーの帯電量を高めている。また、現像装置４内に収容可能な現像剤量を増大させ、現像剤寿命、すなわち現像剤交換ライフを高めている。

回転軸４５ａの側端には第２駆動モータＭ２が直結されており、楕円攪拌部材４５は、現像ローラ４０、あるいは第１攪拌スクリュー４４及び第２攪拌スクリュー４３に対して独立駆動可能である。

現像装置４には質量２．０ｋｇの現像剤を収容可能であり、質量２．０ｋｇの現像剤を収容している時に第１駆動モータＭ１及び第２駆動モータＭ２を現像ローラ４０と同時に駆動させた場合、現像装置４内で攪拌され循環する現像剤の量（以下攪拌現像剤量Ｍと称す）は２．０ｋｇとなる。

第１駆動モータＭ１及び第２駆動モータＭ２を停止させ現像ローラ４０のみを駆動させた場合、現像ローラ４０の周面及び攪拌パドル４２の周辺の現像剤のみが攪拌され循環し、現像装置４内の攪拌現像剤量Ｍは０．３ｋｇとなる。

そして、第２駆動モータを停止させ第１駆動モータＭ１を現像ローラ４０と同時に駆動させた場合、楕円攪拌部材４５の周辺の現像剤のみが静止し、現像装置４内の攪拌現像剤量Ｍは１．２ｋｇとなる。

［トナー劣化の抑制方法］
次に、本発明に係るトナーの劣化及びその抑制方法について以下説明する。

現像剤中のトナーは、攪拌手段４１によってトナーの帯電量が高められるが、感光体１に消費されず、攪拌手段４１の攪拌を受けながら現像装置４に長期に渡り留まると、トナー表面に添加されたシリカ等の流動化物質がトナー表面から遊離、またはトナー樹脂内部に埋没して、トナーの帯電が低下する、又はキャリア表面におけるトナーの流動性が低下する、いわゆるトナーの劣化が次第に増大する。

また、キャリア寿命の耐久性（つまり、現像剤の耐久性）及び現像システムの追従性・安定性の観点より十分な量の現像剤を現像剤収容部４６内に収容している。この観点から現像剤収容部４６内に収容される現像剤量が適宜設定されている。

トナーの劣化に関し本発明者が鋭意検討した結果を以下に詳しく説明する。

図４は、単位時間当たりのトナー消費量Ｃｔが低い場合におけるトナーの劣化と攪拌現像剤量Ｍとの関係を示すグラフである。

縦軸はトナーの帯電量（μＱ／ｇ）であり、横軸は同一印字率Ｄ及び同一サイズの画像を連続して用紙Ｐ上に形成した場合におけるプリント数（ｐ）である。各曲線は、現像剤収容部４６内の攪拌現像剤量Ｍをそれぞれ１．０ｋｇ、１．５ｋｇ、及び２．０ｋｇに設定した場合におけるトナー帯電量の推移を示す。ここでは、印字率Ｄ＝４％、且つサイズＡ４の画像が連続して用紙Ｐ上に形成される。

一般に印字率Ｄ（％）と単位時間あたりのトナー消費量Ｃｔ（ｇ／ｓ）との間には下記（１）のような関係式が成立する。

Ｃｔ＝Ｋ×Ｓ×Ｎ×（Ｄ÷１００）・・・（１）
Ｋは、１００％印字率の画像が形成されたとき、つまり、ベタ画像が感光体上に形成されたときの単位面積当たりの感光体上に付着したトナーの質量（ｇ）である。Ｋは定数であり、予め記憶されている。

Ｓは用紙Ｐの面積（ｍ^２）であり、Ｎは単位時間あたりに面積Ｓの用紙Ｐが印刷される用紙処理速度（ｓ^−１）である。操作者が操作部１０１から印刷用紙のサイズを入力すると、制御手段１００によって面積Ｓと用紙処理速度Ｎが自動的に設定される。

（１）式に示すように、同一サイズの画像を用紙Ｐ上に形成する場合は、単位時間当たりのトナー消費量Ｃｔと印字率Ｄとは比例関係にあり、以下において印字率Ｄを単位時間あたりのトナー消費量Ｃｔとして説明する。

なお、単位時間当たりのトナー消費量Ｃｔを算出する方法は（１）式を用いた方法に限定するものでない。例えば、画像形成ジョブを１部だけ先行させて、その間に像露光装置３におけるレーザ点灯をカウントし、そのカウントを加算し、その加算値に既知の単位カウント当たりのトナー消費量を積し、更に１部の画像形成ジョブに要するジョブ所要時間で除する方法でもよい。

攪拌現像剤量Ｍを１ｋｇにした場合におけるトナー帯電量の推移を▲マークで示す。図示のように、２５０００ｐ後のトナー帯電量は初期の４５μＱ／ｇから４０μＱ／ｇに低下し、低下量は約５μＱ／ｇ分である。

攪拌現像剤量Ｍを１．５ｋｇにした場合におけるトナー帯電量の推移を△マークで示す。図示のように、２５０００ｐ後のトナー帯電量は初期の４５μＱ／ｇから３３μＱ／ｇに低下し、低下量は約１２μＱ／ｇ分である。

攪拌現像剤量Ｍを２ｋｇにした場合におけるトナー帯電量の推移を○マークで示す。図示のように、２５０００ｐ後のトナー帯電量は初期の４５μＱ／ｇから２７μＱ／ｇに低下し、低下量は約１８μＱ／ｇ分である。

また、各測定点で画質への影響を調べ、画質上から許容可能なトナー帯電量の下限値を求めた。この結果、下限値は３７μＱ／ｇであり、図４に一点鎖線で示した。

図４に示すように、各印字率Ｄの画像を２５０００Ｐ連続繰り返してもトナー帯電量を下限値以上に維持出来る攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒが存在することが判明した。例えば、Ｄ＝４％の画像では攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒは１．２５ｋｇ以下であった。

つぎに、印字率Ｄが異なる画像について攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒを求める実験を行い、図５のような関係を取得した。

図５は各印字率Ｄに対する攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒを示すグラフである。横軸が連続印刷画像の印字率Ｄ（％）で、縦軸が攪拌現像剤量Ｍ（ｋｇ）である。

図５において境界線Ａは印字率Ｄに対する攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒの上限値である。境界線Ａの右下部に位置する白地領域は各印字率Ｄに対する攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒを示し、境界線Ａの左上部に位置する斜線領域はトナー劣化における不適正な範囲を示す。

また、境界線Ｂは、印字率Ｄに依存する現像システムの追従性・安定性から生じる攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒの下限値であり、現像装置４の具体的な構成によって異なるものと予想される。境界線Ａの右下部に位置する斜線領域は現像システムの追従性・安定性における不適正な範囲を示す。

３つの破線は、画像形成装置Ａにおいて動作可能な３水準の攪拌現像剤量Ｍを示し、Ｍ＝２．０ｋｇ、Ｍ＝１．２ｋｇ、Ｍ＝０．７ｋｇに対応する。

図示に示すように、動作可能な攪拌現像剤量Ｍが攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒに複数水準存在するような印字率Ｄの範囲、１水準しか存在しないような印字率Ｄの範囲がある。

次に、本発明に係るトナー劣化の抑制方法、及びこの方法を行う、本発明に係る画像形成装置Ａについて詳しく説明する。

［制御構成］
図６は、本発明に係るトナー劣化の抑制を司る制御関係を示す、ブロック図である。

制御手段１００は本発明に係る中核部で、印字率Ｄの変化に応じて攪拌現像剤量Ｍを変更させてトナーの劣化を抑制し、更に画像形成装置Ａの全体制御を行っている。ここでは本発明に係る主要な部分のみについて説明する。

操作部１０１は操作者が画像形成ジョブを設定するための入力部と設定内容を表示する表示を有する。

メモリ１０３は画像形成ジョブの画像データを格納する画像データ記憶部と、画像データに関わる各種情報を格納する関連情報記憶部と、を有する。

印字率算出部１０２は、制御手段１００から送られた各画像データを演算して各画像データの印字率Ｄを取得して制御手段１００に出力する。制御手段１００は、印字率算出部１０２で算出された印字率Ｄをメモリ１０３の関連情報記憶部に画像データと対応付けて記憶する。

画像形成部１０内には攪拌手段４１の一部としての第１駆動モータＭ１と第２駆動モータＭ２とを有し、制御手段１００は第１駆動モータＭ１及び第２駆動モータＭ２の作動・停止を制御して攪拌現像剤量Ｍを０．３ｋｇ、１．２ｋｇ、あるいは２．０ｋｇに変更可能である。

制御手段１００は、複数の画像データと出力部数、等々で規定される各画像形成ジョブを実行する際に、メモリ１０３から各画像データを読み出し印字率算出部１０２に転送し、そして印字率算出部で算出された印字率Ｄを各画像データに対応してメモリ１０３に格納する。

次に、画像形成ジョブ（各画像データの印字率、濃度設定等の出力条件、等々）に基づき予想される単位時間あたりのトナー消費量Ｃｔを算出する。制御手段１００は、印刷ジョブが実行される際に印字率算出部１０２から転送された印字率Ｄを代入して単位時間あたりのトナー消費量Ｃｔを（１）式に基づき算出する。

更に、制御手段１００は、画像の印字率Ｄ（単位時間あたりのトナー消費量Ｃｔ）に基づき、攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒに取得する。換言すると、図５に示すような攪拌現像剤量Ｍの上限値を取得する。

そして、メモリ３に記憶されている攪拌現像剤量の現設定量Ｍｃが適正範囲Ｒ以外である場合に、攪拌手段４１の第１駆動モータＭ１、第２駆動モータＭ２の駆動を制御して攪拌現像剤量Ｍを適正範囲Ｒ内に変更する。

ここでは、表１に示すような対応表を用いて、画像の印字率Ｄ、あついは単位時間あたりのトナー消費量Ｃｔに基づき、攪拌現像剤量Ｍの設定値を選択する。

例えば、Ｄ＝９％の場合、トナー劣化における攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒは２．０ｋｇ以下であるが、キャリア劣化の平準化、現像システムとしての安定性を考慮して、攪拌現像剤量Ｍの設定値として２．０ｋｇを選択している。

画像形成装置Ａは、図５の関係を利用して、印字率Ｄの変化に応じて攪拌現像剤量Ｍを変更して適正範囲Ｒに維持させるよう、攪拌手段４１を制御するものである。そして、トナー消費増大及び画質変化も生じることがなく、低い印字率Ｄの画像を連続して多数形成してもトナーの劣化を抑制可能にしている。

図７は、本発明に係わりトナー劣化の抑制制御に関する第１の実施形態を示す、フローチャートである。

Ｓ１は処理待ちの画像形成ジョブが有する否かをチェックする工程である。Ｓ１工程で”Ｙｅｓ”と判定されると、Ｓ２に移行する。

Ｓ２は単位時間あたりのトナー消費量Ｃｔを算出する工程であり、Ｓ３に移行する。単位時間あたりのトナー消費量Ｃｔの算出方法は、上記の（１）式を用いて、各画像データの印字率Ｄに基づき導出するものである。

Ｓ３は、攪拌現像剤量Ｍの適正範囲Ｒを取得する工程ある。

Ｓ４は、現在設定されている攪拌現像剤量Ｍの現設定量ＭｃがＳ３工程で取得された適正範囲Ｒ内か、否かを判定する工程である。適正範囲Ｒ内の場合（Ｙｅｓの場合）、Ｓ５工程に移行し現設定量Ｍｃを保持する。適正範囲Ｒ外の場合（Ｎｏの場合）、Ｓ６工程に移行する。

Ｓ６は、現設定量Ｍｃが攪拌現像剤量Ｍの切替可能な最小値Ｍｍｉｎを越えているか、否かを判定する工程である。現設定量Ｍｃが最小値Ｍｍｉｎである場合（Ｎｏの場合）、Ｓ５工程に移行し、現設定量Ｍｃを保持する。現設定量Ｍｃが最小値Ｍｍｉｎを越えている場合（Ｙｅｓの場合）、Ｓ７工程に移行する。

Ｓ７は、適正範囲Ｒ内に変更する工程である。ここでは、表１に示す対応表を用いて単位時間当たりのトナー消費量Ｃｔに基づき現設定量Ｍｃを攪拌現像剤量の設定値に変更する。

Ｓ２からＳ７が本発明に係る本発明に係るトナー劣化抑制のための制御であり、この制御の後にＳ８に移行する。

Ｓ８は、攪拌現像剤量Ｍが適正範囲Ｒに設定された状態において印刷ジョブを実行する工程であし、Ｓ９工程に移行する。

Ｓ９は、ジョブが終了したか、否かを判断する工程である。そして、ジョブが終了すると（Ｙｅｓの場合）、Ｓ１０工程に移行する。ジョブが未終了の場合（Ｎｏの場合）、Ｓ８に戻り、ジョブを継続する。

Ｓ１０は、全ジョブが終了したか、否かを判定する工程であり、全ジョブが終了するまで（Ｙｅｓになるまで）、Ｓ１からＳ９までの工程を繰り返す。全ジョブの終了が判定されると一連の制御は完了する。

なお、上記の実施形態では、攪拌現像剤量Ｍを２．０ｋｇ、１，２ｋｇ、０．３ｋｇの３水準にしているが、第１攪拌スクリュー４４の軸４４ａと第２攪拌スクリュー４３の軸４３ａとをそれぞれ駆動モータに直結してそれぞれ独立に駆動させて、攪拌現像剤量Ｍを２．０ｋｇ、１．２ｋｇ、０．７５ｋｇ、０．３ｋｇの４水準にしてもよい。

但し、攪拌現像剤量Ｍを０．７５ｋｇする場合には、攪拌スクリュー４４を停止させて攪拌スクリュー４３を回転させるために、攪拌スクリュー４３の回転をＣＷ方向、あるいはＣＣＷ方向に所定の周期で切り替えるように攪拌手段４１を制御する。または、トナー補給口８ａを第２攪拌スクリュー４３の上方、且つＹ方向に渡って複数の箇所に並設させ、トナーをＹ方向に渡って均等に補給するようにしても良い。

以上のように、本発明に係る制御手段１００は、攪拌手段４１を制御して単位時間当たりのトナー消費量Ｃｔに応じて現像剤収容部４６内の攪拌現像剤量Ｍを変更して、トナー消費増大及び画質変化も生じることがなく、低い印字率Ｄの画像を連続して多数形成してもトナーの劣化を抑制可能にしている。また、単位時間あたりのトナー消費量Ｃｔが所定値未満である場合に、所定値以上である場合に比較して攪拌現像剤量Ｍが少なくなるように、攪拌手段４１を制御して、トナー消費増大及び画質変化も生じることがなく、低い印字率Ｄの画像を連続して多数形成してもトナーの劣化を抑制可能にしている。

次に、本発明に係るトナー劣化の抑制制御に関する第２の実施形態を以下説明する。

図８は、トナー劣化の抑制制御に関する第２の実施形態を示す制御フローである。図７におけるＳ２からＳ６までの工程に置き換わるものである。

他の実施形態の制御は、（１）式に示すように、単位時間当たりのトナー消費量Ｃｔと比例関係にある画像の印字率Ｄに基づき直接的に攪拌現像剤量Ｍを変更するものであり、簡易な制御方法である。

制御手段１００は印字率Ｄに対する第１基準値Ｄｒ１、第２基準値Ｄｒ２及び所定枚数Ｎｒを非図示の不揮発メモリに予め格納している。第１基準値Ｄｒ１及び第２基準値Ｄｒ２は画像サイズ（用紙サイズ）毎に異なる値であり、画像サイズ別に記憶される。

制御手段１００は、次の画像形成ジョブに対応する各画像データをメモリ１０３から読出し印字率算出部１０２に転送する、印字率算出部１０２は各画像データから画像形成ジョブに対応する画像の印字率Ｄを算出する。制御手段１００は、印字率算出部１０２で算出された印字率Ｄを入力する。その後、図８に従い以下に説明するトナー劣化抑制制御を実行する。

Ｓ１０１は、画像の印字率Ｄと予め記憶された第２基準値Ｄｒ２と比較して、ＤがＤＲ２未満であるか、否かを判定する工程である。ＤがＤｒ２満の場合（Ｙｅｓの場合）には、Ｓ１０２工程に移行する。そして、ＤがＤｒ２以上の場合（Ｎｏの場合）にはＳ１０３工程に移行する。

Ｓ１０２工程は、第２駆動モータＭ２を停止させる工程である。そして、Ｓ１０４工程に移行する。

Ｓ１０３工程は、第２駆動モータＭ２を駆動させて、１０８工程に移行する工程である。そして、Ｓ１０８工程は第１駆動モータＭ２を通常回転速度で駆動させる工程である。

Ｓ１０４工程は、画像の印字率Ｄと予め記憶された第１基準値Ｄｒ１と比較して、ＤがＤＲ１未満であるか、否かを判定する工程であり、Ｄｒ１＜Ｄｒ２の関係ある。ＤがＤｒ１未満の場合（Ｙｅｓの場合）にＳ１０５工程に移行し、ＤがＤｒ１以上の場合（Ｎｏの場合）にＳ１０８工程に移行する。

Ｓ１０５工程は、画像形成ジョブで処理される用紙枚数Ｎｊと予めメモリに記憶された所定枚数Ｎｒと比較して、ＮｊがＤｒ未満であるか、否かを判定する工程であり、ＮｊがＮｒ未満の場合（Ｙｅｓの場合）に、Ｓ１０６工程に移行し、第１駆動モータＭ１を停止させる。そして、ＮｊがＮｒ以上の場合（Ｎｏの場合）に、Ｓ１０７工程に移行し、第１駆動モータＭ１を低速回転で駆動させる。

以上のように、制御手段１００は、第１駆動モータＭ１及び第２駆動モータＭ２を通常回転速度で駆動させて攪拌現像剤量Ｍを２．０ｋｇにする第１駆動モードと、第１駆動モータＭ１を通常回転で駆動させ且つ第２駆動モータＭ２を停止させて攪拌現像剤量Ｍを１，２ｋｇにする第２駆動モードと、第１駆動モータＭ１を低速回転で駆動させ且つ第２駆動モータＭ２を停止させて攪拌現像剤量Ｍを１，２ｋｇにする第３駆動モードと、第１駆動モータＭ１及び第２駆動モータＭ２を停止させて攪拌現像剤量Ｍを０．３ｋｇにする第４駆動モードと、を有する。

そして、制御手段１００は、印字率Ｄ＜第２基準値Ｄｒ２以上の場合に、第１駆動モードを選択し、Ｄｒ１≦Ｄ＜Ｄｒ２の場合に第２駆動モードを選択し、Ｄ＜Ｄｒ１、且つＮｊ＜Ｎｒの場合に第３駆動モードを選択し、Ｄ＜Ｄｒ１、且つＮｊ＜Ｎｒの場合に第４駆動モードを選択する。

第１駆動モータＭ１と第２駆動モータＭ２を停止させて攪拌現像剤量Ｍを０．３ｋｇにすると、現像ローラ４０及び攪拌パドル４２の周辺で攪拌される現像剤には全く新たなトナーが供給されない。従って、所定枚数Ｎｒ以上の画像を連続して印刷する場合、つまり、Ｎｊ≧Ｎｒの場合には、第３駆動モードを選択して、第１攪拌スクリュー４３及び第２攪拌スクリュー４４を低速回転で駆動させ攪拌パドル４２と第１攪拌スクリュー４３との間で現像剤を入れ換えて、画像濃度の低下が生じない程度にトナー濃度を維持している。そして、所定枚数Ｎｒ未満の画像を連続して印刷する場合、つまりＮｊ＜Ｎｒの場合には、トナー消費量が限られるために第４駆動モードを選択する。

以上にように本発明に係る画像形成装置Ａは、画像の印字率に応じて攪拌現像剤量Ｍを変更するよう、又は画像の印字率Ｄが所定値（Ｄｒ１，あるいはＤｒ２）未満である場合に所定値（Ｄｒ１，あるいはＤｒ２）以上である場合に比較して攪拌現像剤量Ｍが少なくなるよう、攪拌手段４１を制御して、トナー消費増大及び画質変化も生じることがなく、低い印字率Ｄの画像を連続して多数形成してもトナーの劣化を抑制可能にしている。

１ 感光体（像担持体）
３ 像露光装置（静電潜像形成手段）
４ 現像装置
４０ 現像ローラ（現像担持体）
４１ 攪拌手段
４３ 第２攪拌スクリュー（第２攪拌部材）
４４ 第１攪拌スクリュー（第１攪拌部材）
４５ 楕円攪拌部材（第３攪拌部材）
４６ 現像剤収容部
１００ 制御手段
Ｃｔ 単位時間あたりのトナー消費量
Ｍ 攪拌現像剤量

Claims (6)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
   トナーとキャリアとを含む現像剤を担持して回動する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に近接した位置に配設され前記現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部で前記現像剤を攪拌する攪拌手段と、を有し、前記静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、を備える画像形成装置であって、
   前記攪拌手段を制御して、単位時間当たりのトナー消費量に応じて、前記現像剤収容部内で現像剤が攪拌される攪拌現像剤量を変更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. 前記制御手段は、単位時間あたりのトナー消費量が所定値未満である場合に、前記所定値以上である場合に比較して前記攪拌現像剤量を少なく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. 前記攪拌手段は、互いに前記現像剤収容部の異なる位置に配設され前記現像剤を混合攪拌する複数の攪拌部材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記複数の攪拌部材のうちのひとつ以上の攪拌部材を作動させる、あるいは停止させることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記複数の攪拌部材は、前記現像剤担持体に並設され前記現像剤を回転の軸方向の一方に搬送する第１攪拌部材と、前記第１攪拌部材と前記現像剤担持体との間に配設され前記現像剤を前記一方に反対する他方に搬送する第２攪拌部材と、前記第１攪拌部材に対し前記現像剤担持体の反対側に配設される第３攪拌部材と、を含み、
   制御手段は、前記第３攪拌部材を停止させる、あるいは駆動させることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。
6. 前記第３攪拌部材が回転の軸方向とは垂直な方向で前記現像剤を攪拌する攪拌部材であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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