JP2013148714A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフレッシュ運転により、劣化したトナーを安定的に消費させることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置１は、トナー及びキャリアを含む２成分現像剤を収容する現像剤収容部３７と、現像剤担持体３４２と、表面にトナー層が形成されるトナー担持体３４３と、表面に形成された静電潜像に沿ったトナー画像が形成される像担持体３１と、像担持体３１に１００％ベタ画像、非１００％ドット画像及びダミー画像を形成する露光部と、前記第１及び第２小画像を露光部に形成させる画像形成制御部９２と、前記第１、第２小画像及び前記ダミー画像のトナー濃度を検出するトナー濃度検出部３９と、トナー濃度検出部３９で検出された前記第１及び第２小画像のトナー濃度に基づいて、所定の第１面積で且つトナーの目標消費量に適したトナー濃度の前記ダミー画像を露光部に形成させるリフレッシュ運転制御部９３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、感光体ドラムと現像装置とを備えた画像形成装置に関する。

プリンター等の現像剤を用いる画像形成装置において、タッチダウン方式の現像装置を採用した機種がある。

タッチダウン方式の現像装置においては、磁気ローラーの表面に磁力により磁気ブラシを形成し、磁気ブラシから現像ローラーに供給されるトナーにより、現像ローラーの表面にトナー層を形成する。そして、この現像装置は、現像ローラーに形成されたトナー層を感光体ドラムに供給することにより、感光体ドラムの表面に形成された静電潜像を現像する。

タッチダウン方式の現像装置には、現像剤として、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤（以下、「現像剤」ともいう）が用いられる。この現像剤に用いられるトナーは、現像装置内で攪拌されるのに伴い劣化し、トナーが過帯電となったり、トナー外添剤がトナーに埋没したりする。この結果、感光体ドラムの表面に形成された静電潜像に適切な量のトナーが付着しなくなり、用紙に形成される画像の濃度が低下する等の不具合が生じる。

そこで、劣化したトナーを強制的に感光体ドラムに供給して排出させ、新たな現像剤を現像装置内に補充する、いわゆるリフレッシュ運転に関する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、上述したリフレッシュ運転に関する技術として、通常運転時よりも現像時間を延ばしたり、現像バイアス電圧を大きくしたりすることが行われている。現像バイアス電圧は、磁気ローラーに印加される電圧と現像ローラーに印加される電圧との電位差である。

特開平５−７２８５０号公報

しかし、リフレッシュ運転において、通常運転時よりも現像時間を延ばすと、全体として印字速度が低下してしまう。また、現像バイアス電圧を大きくしても、劣化したトナーを安定的に消費させることができない場合がある。そのため、トナーの十分な入れ替えができず、結果的にトナーやキャリアの更なる劣化が生じることがある。

本発明は、リフレッシュ運転により、劣化したトナーを安定的に消費させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は、少なくともトナー及びキャリアを含む２成分現像剤を収容する現像剤収容部と、前記２成分現像剤を磁力により保持し、当該２成分現像剤に含まれるキャリアにより表面に磁気ブラシが形成される現像剤担持体と、前記現像剤担持体の磁気ブラシから供給されるトナーにより表面にトナー層が形成されるトナー担持体と、前記トナー担持体のトナー層から供給されるトナーにより、表面に形成された静電潜像に沿った画像が形成される像担持体と、前記像担持体の表面にレーザー光を連続照射して所定面積の１００％ベタ画像における静電潜像、及びレーザー光を間欠照射して所定面積且つ所定トナー濃度の非１００％ドット像における静電潜像を形成する露光部と、トナーの劣化状態を検出するための１００％ベタ画像による第１小画像及び非１００％ドット画像による第２小画像を前記露光部に形成させる画像形成制御部と、前記像担持体の表面に形成された前記第１小画像及び前記第２小画像のトナー濃度を検出するトナー濃度検出部と、前記トナー濃度検出部により検出された前記第１小画像及び前記第２小画像のトナー濃度に関する情報に基づいて、所定の第１面積で且つトナーの目標消費量に適したトナー濃度の前記ダミー画像を前記露光部に形成させるリフレッシュ運転制御部と、を備える画像形成装置に関する。

本発明によれば、リフレッシュ運転により、劣化したトナーを安定的に消費させることができる画像形成装置を提供することができる。

実施形態に係るプリンター１の全体構成を説明するための図である。 プリンター１の機能的な構成を示すブロック図である。 （Ａ）、（Ｂ）は感光体ドラム３１に形成される第１及び第２小画像を示す模式図である。 （Ａ）、（Ｂ）は現像バイアス電圧とトナー消費量との関係を示すグラフである。 （Ａ）、（Ｂ）は感光体ドラム３１においてダミー画像を形成する領域を示す模式図である。 制御部９０がダミー画像の画像濃度を決定する場合の処理手順を示すフローチャートである。 低印字率の原稿を連続して印字した場合の画像濃度の推移を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるプリンター１について説明する。まず、プリンター１の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンター１の全体構成を説明するための図である。

図１に示すように、本実施形態のプリンター１は、主要な構成として、用紙搬送部１０と、画像形成部３０と、定着部４０と、を備える。

用紙搬送部１０は、第１送りローラー１１と、第２送りローラー１２と、レジストローラー対１３と、第１ローラー対１４と、第２ローラー対１５と、用紙排出部１６と、を備える。また、用紙Ｔが搬送される搬送路Ｌは、第１送りローラー１１又は第２送りローラー１２から画像形成部３０（後述する転写ニップＮ）までの第１搬送路Ｌ１と、画像形成部３０（後述する転写ニップＮ）から定着部４０までの第２搬送路Ｌ２と、定着部４０から用紙排出部１６までの第３搬送路Ｌ３と、定着部４０から排出された用紙Ｔをレジストローラー対１３に戻す第４搬送路Ｌ４と、を備える。

第１送りローラー１１は、給紙カセット１７に収容される用紙Ｔ（被転写材）を第１搬送路Ｌ１に供給する。第２送りローラー１２は、手差トレイ１８に載置される用紙Ｔ（被転写材）を第１搬送路Ｌ１に供給する。レジストローラー対１３は、第１搬送路Ｌ１を搬送されてきた用紙Ｔを感光体ドラム３１と転写ローラー３８との間に形成される転写ニップＮに供給して、感光体ドラム３１に形成されたトナー画像を用紙Ｔに転写させるために、用紙Ｔの搬送又は用紙Ｔの搬送停止を行う。

また、レジストローラー対１３は、用紙Ｔのスキュー（斜め給紙）補正を行う。第１ローラー対１４は、第３搬送路Ｌ３に設けられ、定着部４０から排出された用紙Ｔを用紙排出部１６側に搬送する。第２ローラー対１５は、第１ローラー対１４により用紙排出部１６側に搬送された用紙Ｔを第４搬送路Ｌ４に搬入させる。用紙排出部１６は、トナー画像が定着された用紙Ｔをプリンター１の外部に排出する。用紙排出部１６におけるプリンター１の外側には、排紙集積部１９が形成される。排紙集積部１９には、用紙排出部１６から排出された用紙Ｔが集積される。

画像形成部３０は、トナー画像を形成するための装置である。画像形成部３０は、像担持体としての感光体ドラム３１と、帯電部３２と、露光部としてのレーザースキャナーユニット３３と、現像器３４と、除電器３５と、クリーニング部３６と、現像剤収容部としてのトナーカートリッジ３７と、転写ローラー３８と、を備える。なお、本実施形態において、レーザースキャナーユニット３３は、画像形成部３０の一部として動作する。

感光体ドラム３１は、現像ローラー３４３（トナー担持体）のトナー層から供給されるトナーにより、表面に形成された静電潜像に沿った画像（トナー画像）が形成される。感光体ドラム３１の周囲には、感光体ドラム３１の回転方向に沿って上流側から下流側へ順に、帯電部３２、レーザースキャナーユニット３３、現像器３４、トナー濃度検出部としてのトナー濃度センサー３９及びクリーニング部３６が配置される。

帯電部３２は、感光体ドラム３１の表面を、一様に負（マイナス極性）又は正（プラス極性）に帯電させる。

レーザースキャナーユニット３３は、感光体ドラム３１の表面から離れて配置される。レーザースキャナーユニット３３は、外部に配置される外部機器（例えば、パーソナルコンピューター等）により送信された画像データ（原稿画像）に基づいて、感光体ドラム３１の表面にレーザー光を連続照射して所定面積の１００％ベタ画像における静電潜像、及びレーザー光を間欠照射して所定面積で且つ所定トナー濃度の非１００％ドット画像（後述）における静電潜像を形成する。レーザースキャナーユニット３３から感光体ドラム３１にレーザー光を照射することにより、感光体ドラム３１の表面において、露光された部分の電荷が除去されて、原稿画像に対応した静電潜像が形成される。

本実施形態のレーザースキャナーユニット３３は、感光体ドラム３１（像担持体）の表面にレーザー光を連続照射して所定面積の１００％ベタ画像における静電潜像、及びレーザー光を間欠照射して所定面積で且つ所定トナー濃度の非１００％ドット画像における静電潜像を形成する。具体的には、レーザースキャナーユニット３３は、通常の原稿画像のほか、トナーの劣化を検出するための１００％ベタ画像による第１小画像、７０％ハーフ画像（非１００％ドット画像）による第２小画像、及びトナーを消費させるためのダミー画像（後述する面積Ａ又はＢ）をそれぞれ形成する。なお、通常の原稿画像及びダミー画像は、感光体ドラム３１の印字領域（画像形成領域）に形成される。また、第１小画像及び第２小画像は、感光体ドラム３１の印字領域外に形成される。

現像器３４は、感光体ドラム３１の表面に形成された静電潜像に、単色（通常はブラック）のトナーを付着させて、感光体ドラム３１の表面にトナー画像を形成する。現像器３４は、攪拌ローラー３４１、現像剤担持体としての磁気ローラー３４２、トナー担持体としての現像ローラー３４３等を有する。

現像器３４は、タッチダウン方式の現像装置である。現像器３４は、磁気ローラー３４２の表面に磁力により磁気ブラシを形成し、磁気ブラシから現像ローラー３４３に供給されるトナーにより、現像ローラー３４３の表面にトナー層を形成する。そして、現像ローラー３４３に形成されたトナー層を感光体ドラム３１に供給することにより、感光体ドラム３１の表面に形成された静電潜像を現像する。これにより、感光体ドラム３１の表面にトナー画像が形成される。

攪拌ローラー３４１は、トナー供給部３７１（後述）により供給された現像剤を攪拌する。攪拌ローラー３４１により攪拌された現像剤には、摩擦により静電気が発生する。これにより、キャリアはマイナスに帯電し、トナーはプラスに帯電する。また、静電気力により、トナーは、キャリアに付着する。

磁気ローラー３４２は、円筒形状の非磁性部材からなる磁気スリーブにより構成される。磁気スリーブは、所定方向に回転可能に支持され、その内部には複数の磁性部材（不図示）が配置されている。磁気ローラー３４２は、２成分現像剤を磁力により保持し、当該２成分現像剤に含まれるキャリアにより表面に磁気ブラシが形成される。磁気ローラー３４２には、第１電圧印加部１０１（後述）により、第１バイアス電圧Ｖ１が印加される。

トナーカートリッジ３７（後述）から現像器３４に供給された現像剤は、攪拌ローラー３４１により攪拌された後、その一部が磁気ローラー３４２の表面に磁力により保持される。磁気ローラー３４２の表面に保持された一部の現像剤は、不図示の磁気ブラシ（現像剤層）を形成する。

現像ローラー３４３は、円筒形状の非磁性部材からなる現像スリーブにより構成される。現像ローラー３４３の内部には、複数の磁性部材が配置されている。現像ローラー３４３は、感光体ドラム３１の表面に対向する位置において、現像スリーブの回転方向が磁気ローラー３４２の回転方向と反対方向となるように駆動される。

現像ローラー３４３は、磁気ローラー３４２（現像剤担持体）の磁気ブラシから供給されるトナーにより表面にトナー層（不図示）が形成される。具体的には、現像ローラー３４３の表面には、磁気ローラー３４２の層厚規制ブレード（不図示）により層厚が規制された磁気ブラシからトナーのみが移動して、トナー層が形成される。現像ローラー３４３には、第２電圧印加部１０２（後述）により、第２バイアス電圧Ｖ２が印加される。

除電器３５は、感光体の表面に光を照射することにより、転写が行われた後の感光体ドラム３１の表面を除電する（電荷を除去する）。

クリーニング部３６は、除電器３５によって感光体ドラム３１の表面が除電された後のその表面に残るトナー等を除去する。

トナーカートリッジ３７は、現像器３４に対して供給される現像剤として、少なくともトナー及びキャリアを含む２成分現像剤を収容する。トナーカートリッジ３７の内部には、トナー供給部３７１が設けられている。トナー供給部３７１は、トナーカートリッジ３７に収容された現像剤を現像器３４に供給する。トナー供給部３７１と現像器３４とは、トナー供給路（図示せず）により接続されている。

転写ローラー３８は、感光体ドラム３１との間に用紙Ｔを挟み込むことにより、感光体ドラム３１の表面に形成されたトナー画像を用紙Ｔに転写させる。転写ローラー３８には、転写バイアス印加部（不図示）により、感光体ドラム３１の表面に形成されたトナー画像を用紙Ｔに転写させるための転写バイアスが印加される。

トナー濃度センサー３９は、感光体ドラム３１の表面に対向して配置されている。トナー濃度センサー３９は、感光体ドラム３１の表面に形成された通常の原稿画像のトナー濃度（画像濃度）を検出する。また、トナー濃度センサー３９は、感光体ドラム３１（像担持体）の表面に形成された第１小画像及び第２小画像のトナー濃度を検出する。トナー濃度センサー３９は、トナー濃度センサー３９から感光体ドラム３１の表面に形成された画像に照射した光の反射率によりトナー濃度を検出する。トナー濃度は、Ｌｏｇ_１０（１／Ｒ）により表される。ここで、Ｒは反射率（％）を示す。トナー濃度センサー３９で検出されたトナー濃度（以下、「検出トナー濃度値」ともいう）に関する情報は、制御部９０に送信される。

定着部４０は、加熱回転体４１と、加圧回転体４２と、を備える。加熱回転体４１と加圧回転体４２とは、トナー画像が転写された用紙Ｔを挟み込んで、トナーを溶融及び加圧し、そのトナーを用紙Ｔに定着させる。

次に、本実施形態に係るプリンター１の機能的な構成について説明する。図２は、プリンター１の機能的な構成を示すブロック図である。なお、図１を用いて説明した構成については、その説明を適宜に省略する。

プリンター１は、上述した構成要素（用紙搬送部１０、画像形成部３０及び定着部４０等）に加えて、更に、操作部５０と、表示部６０と、インターフェイス部７０と、記憶部８０と、制御部９０と、を備える。また、プリンター１は、第１電圧印加部１０１と、第２電圧印加部１０２と、第３電圧印加部１０３と、を備える。

操作部５０は、複数のキー（不図示）を有する。これら複数のキーは、例えば、プリンター１の設定を変更する場合やジョブをリセットする場合等に操作される。操作部５０は、いずれかのキーが操作されたときに、操作されたキーに対応する信号を制御部９０に送信する。

表示部６０は、設定モード、用紙サイズ、印刷枚数、出力先のほか、トナーカートリッジ３７に収容される現像剤の残量が少ないことや、給紙カセット１７内に用紙Ｔが収容されていないこと等の種々の情報を表示する。

インターフェイス部７０は、プリンター１の外部に設置された外部機器（例えば、パーソナルコンピューター等）と接続される。

記憶部８０は、ハードディスクや半導体メモリー等から構成される。記憶部８０は、上述した外部機器から供給された画像データを記憶する。また、記憶部８０は、プリンター１において利用される制御プログラム、及びこの制御プログラムによって利用されるデータ等を記憶する。

制御部９０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを備える。ＲＡＭは、各種データを一時的に記憶する機能や演算時の作業領域となる機能を有する記憶装置である。ＲＯＭは、各種プログラムを記憶するフラッシュメモリとしての機能を有する記憶装置である。ＣＰＵは、ＲＯＭからプログラムを読み出して実行する演算装置である。ＣＰＵとＲＡＭ及びＲＯＭとは、データバス（不図示）を介してデータの送受信を行う。ＣＰＵは、ＲＯＭから読み出したプログラムを実行することにより、そのプログラムの内容に応じた処理を実行する。

制御部９０は、用紙搬送部１０、画像形成部３０、定着部４０及び表示部６０を制御する。また、制御部９０は、第１電圧印加部１０１、第２電圧印加部１０２及び第３電圧印加部１０３を制御する。また、制御部９０は、通常運転制御部９１と、画像形成制御部としてのテスト画像形成制御部９２と、リフレッシュ運転制御部９３と、を含む。

制御部９０（通常運転制御部９１）は、通常の原稿画像を形成する場合において、プリンター１の各部を制御する。また、制御部９０（テスト画像形成制御部９２）は、トナーの劣化を検出するための１００％ベタ画像による第１小画像、及び７０％ハーフ画像（非１００％ドット画像）による第２小画像をレーザースキャナーユニット３３に形成させる。更に、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、トナーの目標消費量に適したダミー画像をレーザースキャナーユニット３３に形成させる。通常運転制御部９１、テスト画像形成制御部９２及びリフレッシュ運転制御部９３の機能については後述する。

まず、制御部９０（通常運転制御部９１）が、プリンター１を通常運転する場合の動作について説明する。なお、以下の説明では、用紙Ｔの片面にトナー画像を形成する場合を例とする。

まず、制御部９０（通常運転制御部９１）は、インターフェイス部７０を介して上記の外部機器から入力された画像データを記憶部８０に一時記憶させる。制御部９０（通常運転制御部９１）は、記憶部８０に一時記憶された画像データに基づいて、用紙Ｔにトナー画像を形成するために、用紙搬送部１０、画像形成部３０及び定着部４０をそれぞれ制御する。すなわち、制御部９０（通常運転制御部９１）は、第１送りローラー１１又は第２送りローラー１２を駆動させて、用紙Ｔを画像形成部３０に搬送させる。

また、制御部９０（通常運転制御部９１）は、画像データに基づいて生成されたトナー画像を形成するためのデータをレーザースキャナーユニット３３に供給し、レーザースキャナーユニット３３から照射されるレーザー光により感光体ドラム３１に静電潜像を形成させる。制御部９０（通常運転制御部９１）は、現像器３４より感光体ドラム３１にトナー画像を形成させ、このトナー画像を転写ローラー３８によって用紙Ｔに転写させる。制御部９０（通常運転制御部９１）は、加熱回転体４１が所定の温度に加熱されるよう制御して、その加熱回転体４１により用紙Ｔに転写されたトナー画像のトナーを溶融させると共に、加熱回転体４１に圧接される加圧回転体４２によりトナーを用紙Ｔに定着させる。更に、制御部９０（通常運転制御部９１）は、トナー画像が定着された用紙Ｔを用紙搬送部１０により用紙排出部１６から排出させる。

制御部９０（通常運転制御部９１）は、第１電圧印加部１０１、第２電圧印加部１０２及び第３電圧印加部から各ローラーへ印加されるバイアス電圧を制御する。第１電圧印加部１０１は、制御部９０から出力される制御信号に基づいて、磁気ローラー３４２に第１バイアス電圧Ｖ１を印加する。第２電圧印加部１０２は、制御部９０から出力される制御信号に基づいて、現像ローラー３４３に第２バイアス電圧Ｖ２を印加する。第３電圧印加部１０３は、制御部９０から出力される制御信号に基づいて、感光体ドラム３１に第３バイアス電圧Ｖ３を印加する。

磁気ローラー３４２に印加される第１バイアス電圧Ｖ１と、現像ローラー３４３に印加される第２バイアス電圧Ｖ２との電位差（以下、「現像バイアス電圧」ともいう）により、磁気ローラー３４２の表面に付着したトナーは、現像ローラー３４３に移動する。磁気ローラー３４２から現像ローラー３４３へのトナーの移動量は、磁気ローラー３４２と現像ローラー３４３との間に生じる現像バイアス電圧に比例して大きくなる。

また、感光体ドラム３１と現像ローラー３４３との間に生じる電位差により、現像ローラー３４３の表面に付着したトナーは、感光体ドラム３１の表面に移動する。これにより、感光体ドラム３１の表面に形成された静電潜像がトナーにより現像（顕像化）される。現像ローラー３４３から感光体ドラム３１へのトナーの移動量は、現像ローラー３４３と感光体ドラム３１との間に生じる電圧差に比例して大きくなる。

タッチダウン方式の現像器３４においては、現像ローラー３４３に供給される第２バイアス電圧Ｖ２が固定値に制御され、磁気ローラー３４２に供給される第１バイアス電圧Ｖ１と感光体ドラム３１に供給される第３バイアス電圧Ｖ３との電位差が一定となるように制御される。制御部９０（通常運転制御部９１）は、現像ローラー３４３と磁気ローラー３４２との電位差を制御することにより、トナーの移動量を調節することができる。

一般に、大径のトナーは帯電性が高く、現像ローラー３４３への付着力が小さい（感光体ドラム３１に移動しやすい）ため、現像性が良い。こうした理由から、タッチダウン方式の現像器３４においては、大径のトナーが選択的に感光体ドラム３１に移動する現象が起こりやすい。このような現象は、トナーが劣化するにつれて顕著になる。このため、連続して印字を行うと、小径トナーが現像ローラー３４３に残留して、画像の濃度が低下する。そこで、制御部９０（通常運転制御部９１）は、通常運転において、現像バイアス電圧を一定の周期で調節することにより、画像の濃度を補正するキャリブレーション処理を実行している。しかし、トナーの劣化が進行した場合には、このようなキャリブレーション処理を実行しても、画像の濃度を補正することが難しくなる。

そのため、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、通常運転の間に、劣化したトナーを強制的に感光体ドラム３１に供給して消費させ、新たな現像剤を現像器３４に補充するリフレッシュ運転を実行する。具体的には、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、トナー濃度センサー３９（トナー濃度検出部）により検出された第１小画像及び第２小画像のトナー濃度に関する情報に基づいて、所定の第１面積で且つトナーの目標消費量に適したトナーのダミー画像をレーザースキャナーユニット３３（露光部）に形成させる。制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、感光体ドラム３１の表面にダミー画像を現像することにより、トナーを消費させる。リフレッシュ運転において、感光体ドラム３１の表面に移動したトナーは用紙Ｔに転写されることなく、クリーニング部３６により感光体ドラム３１の表面から除去される。このようにして劣化したトナーが消費されることにより、トナーカートリッジ３７から、新たな現像剤が現像器３４に供給される。本実施形態におけるリフレッシュ運転については後述する。

次に、プリンター１をリフレッシュ運転する場合の制御部９０の動作について説明する。図３（Ａ）、（Ｂ）は、感光体ドラム３１に形成される第１及び第２小画像を示す模式図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は、現像バイアス電圧とトナー消費量との関係を示すグラフである。図５（Ａ）、（Ｂ）は、感光体ドラム３１においてダミー画像を形成する領域を示す模式図である。図６は、制御部９０がダミー画像の画像濃度を決定する場合の処理手順を示すフローチャートである。

制御部９０（テスト画像形成制御部９２）は、リフレッシュ運転の前に、画像形成部３０を制御して、感光体ドラム３１の印字領域外に、１００％ベタ画像による第１小画像（以下、「１００％ベタ画像」ともいう）、７０％ハーフ画像による第２小画像（以下、「７０％ハーフ画像」ともいう）を形成させる。これら小画像を形成するための画像データは、予め記憶部８０に記憶されている。制御部９０（テスト画像形成制御部９２）は、第１及び第２小画像のトナー画像を形成するための画像データをレーザースキャナーユニット３３に供給し、レーザースキャナーユニット３３から照射されるレーザー光により、感光体ドラム３１の表面に１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像の静電潜像を形成させる。

図３（Ａ）は、１００％ベタ画像を示し、図３（Ｂ）は、７０％ハーフ画像を示す。これら小画像は、レーザー光によるドットの集まりとして形成される。レーザー光によるドットを連続的に照射するか、間欠的に照射するかによって小画像の画像濃度を調節することができる。

１００％ベタ画像は、レーザースキャナーユニット３３からレーザー光が連続的に照射されることにより形成される。１００％ベタ画像においては、照射されるレーザー光が連続的に移動するため、感光体ドラム３１の表面に形成される電荷が移動しやすい。そのため、１００％ベタ画像においては、１ドットの潜像電位が浅くなる。

また、７０％ハーフ画像は、レーザースキャナーユニット３３からレーザー光を間欠的に照射することにより形成される。７０％ハーフ画像においては、照射されるレーザー光が間欠的に移動するため、感光体ドラム３１の表面に形成される電荷が移動しにくい。そのため、７０％ハーフ画像においては、１ドットの潜像電位が１００％ベタ画像よりも深くなる。

通常のリフレッシュ運転においては、予めトナー消費量が設定され、そのトナー消費量に見合った現像バイアス電圧が設定される。しかし、トナーが劣化してくると、現像バイアス電圧を最大値まで引き上げても、目標とするトナー消費量に達しないため、劣化したトナーを安定的に消費させることが難しくなる。

ここで、トナーの劣化に伴う現像バイアス電圧とトナー消費量との関係を、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。

図４（Ａ）は、トナーの劣化により、現像ローラー３４３から感光体ドラム３１へのトナーの移動量が少なくなり、リフレッシュ運転において１００％ベタ画像のトナー濃度でダミー画像を形成したときにトナー消費量が低下した場合を示している。トナーが劣化していない状態においては、現像ローラー３４３から感光体ドラム３１へ十分な量のトナーが移動するため、１００％ベタ画像も７０％ハーフ画像も本来のトナー濃度で現像することができる。そのため、図４（Ａ）に示すように、トナーの劣化前においては、１００％ベタ画像も７０％ハーフ画像も、現像バイアス電圧にほぼ比例してトナー消費量が増加する。この場合には、１００％ベタ画像のトナー濃度でダミー画像を形成した方が、７０％ハーフ画像のトナー濃度でダミー画像を形成したときよりも、リフレッシュ運転時におけるトナー消費量は多くなる。

一方、トナーが劣化すると、現像ローラー３４３から感光体ドラム３１へのトナーの移動量が少なくなるため、１００％ベタ画像のトナー濃度でダミー画像を形成しても、リフレッシュ運転時におけるトナー消費量は低くなる。そのため、現像バイアス電圧を最大値（５００Ｖ）としても、目標とするトナー消費量を消費できなくなる場合がある。

トナーが劣化したときに、現像ローラー３４３から感光体ドラム３１へのトナーの移動量が少なくなるのは、１００％ベタ画像は潜像電位が浅いため、現像ローラー３４３から感光体ドラム３１に移動したトナーのうち、静電潜像の現像に使用されるトナー量が少なくなるためである。これに対し、７０％ハーフ画像は潜像電位が深いため、静電潜像の現像に使用されるトナー量は、トナーの劣化が更に進行しないと少なくならない。そのため、７０％ハーフ画像においては、トナーが劣化しても、図４（Ａ）に示すように、現像バイアス電圧を最大値（５００Ｖ）とすることにより、目標とするトナー消費量を消費させることができる。

また、図４（Ｂ）は、トナーの劣化が更に進行して、磁気ローラー３４２から現像ローラー３４３へのトナーの移動量が少なくなり、リフレッシュ運転において７０％ハーフ画像のトナー濃度でダミー画像を形成したときにトナー消費量が低下した場合を示している。トナーの劣化が更に進行すると、７０％ハーフ画像のトナー濃度でダミー画像を形成しても、トナー消費量が低くなる。そのため、現像バイアス電圧を最大値（５００Ｖ）としても、目標とするトナー消費量を消費できなくなる場合がある。これは、トナーの劣化が更に進行すると、トナーが過帯電となり、磁気ローラー３４２から現像ローラー３４３へ移動するトナー量が少なくなるためである。

同様に、トナーの劣化が更に進行すると、１００％ベタ画像のトナー濃度でダミー画像を形成しても、トナー消費量が低下する。これは、トナーの劣化が更に進行して、トナー外添剤がトナーに埋没し、現像ローラー３４３とトナーとの付着力が大きくなるため、現像ローラー３４３から感光体ドラム３１へ移動するトナー量が少なくなるためと考えられる。

上述したように、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、トナー濃度センサー３９から、感光体ドラム３１の表面に形成された１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値に関する情報を取得する。そして、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、取得した検出トナー濃度値とトナー目標濃度値（後述）とを比較することにより、目標とするトナー消費量に適したトナー濃度として、１００％ベタ画像又は７０％ハーフ画像のトナー濃度を選択し、そのトナー濃度のダミー画像を画像形成部３０により感光体ドラム３１の表面に形成させる。トナー目標濃度値とは、リフレッシュ運転時において、そのトナー濃度値のダミー画像を形成することにより、目標とするトナー消費量を消費できるトナーの濃度値をいう。制御部９０において、トナー濃度センサー３９から取得した検出トナー濃度値に基づいて、ダミー画像の画像濃度（トナー濃度）を決定する処理については後述する。

すなわち、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、１００％ベタ画像（第１小画像）のトナー濃度でダミー画像を形成した場合に消費されるトナーの消費量がトナーの目標消費量に達している場合には、７０％ハーフ画像（第２小画像）のトナー濃度に係わらず１００％ベタ画像と同じトナー濃度のダミー画像をレーザースキャナーユニット３３（露光部）に形成させ、７０％ハーフ画像（第２小画像）のトナー濃度でダミー画像を形成した場合に消費されるトナーの消費量のみがトナーの目標消費量に達している場合には、７０％ハーフ画像と同じトナー濃度のダミー画像をレーザースキャナーユニット３３に形成させる。

ここで、ダミー画像とその面積について、図５を参照して説明する。図５（Ａ）、（Ｂ）は、感光体ドラム３１を円周方向に展開した模式図である。図５（Ａ）は、面積Ａで形成されたダミー画像１１０を示す模式図であり、図５（Ｂ）は、面積Ｂで形成されたダミー画像１２０を示す模式図である。図５（Ａ）、（Ｂ）においては、ダミー画像が形成された範囲をハッチングで示す。また、図５（Ａ）、（Ｂ）において、符号１３０で示す矩形枠は、印字領域を示す。

制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、トナー濃度センサー３９から取得した１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値のいずれかがトナーの目標濃度値（後述）以上の場合には、画像形成部３０により、図５（Ａ）に示すように、印字領域１３０（感光体ドラム３１）に面積Ａのダミー画像を形成させる。

一方、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、取得した１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値がいずれもトナー目標濃度値未満の場合には、画像形成部３０を制御して、図５（Ｂ）に示すように、印字領域１３０（感光体ドラム３１）に面積Ｂ（＞面積Ａ）のダミー画像を形成させる。このように、本実施形態に係るプリンター１においては、１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値がいずれもトナー目標濃度値未満の場合には、印字領域１３０に形成されるダミー画像の面積を大きくするため、より多くのトナーを消費させることができる。

すなわち、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、１００％ベタ画像（第１小画像）及び７０％ハーフ画像（第２小画像）のトナー濃度でそれぞれダミー画像を形成した場合に消費されるトナーの消費量がいずれもトナーの目標消費量に達していない場合には、ダミー画像の面積が第１面積（面積Ａ）よりも大きい第２面積（面積Ｂ）となるようにレーザースキャナーユニット３３を制御する。

次に、制御部９０（テスト画像形成制御部９２、リフレッシュ運転制御部９３）において、ダミー画像の画像濃度を決定する処理を、図６のフローチャートを参照しながら説明する。

図６に示すステップＳＴ１０１において、制御部９０（テスト画像形成制御部９２）は、画像形成部３０を制御して、感光体ドラム３１の表面に１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像を形成させる。これらの画像は、感光体ドラム３１の印字領域外に形成される。

ステップＳＴ１０２において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、感光体ドラム３１の表面に形成された１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値に関する情報をトナー濃度センサー３９から取得する。

ステップＳＴ１０３において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、１００％ベタ画像の検出トナー濃度値がトナー目標濃度値以上か否かを判定する。トナー目標濃度値と同じトナー濃度のダミー画像を形成できれば、目標とするトナー消費量（図３参照）を消費できる。従って、検出トナー濃度値がトナー目標濃度値以上であれば、リフレッシュ運転において、その検出トナー濃度値でダミー画像を形成することにより、目標とするトナー消費量を消費することができる。

ステップＳＴ１０３において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、１００％ベタ画像の検出トナー濃度値がトナー目標濃度値以上である（ＹＥＳ）と判定した場合に、処理をステップＳＴ１０４へ進める。また、ステップＳＴ１０３において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、１００％ベタ画像の検出トナー濃度値がトナー目標濃度値未満である（ＮＯ）と判定した場合に、処理をステップＳＴ１０５へ進める。

ステップＳＴ１０４（ステップＳＴ１０３：ＹＥＳ判定）において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、画像形成部３０により、１００％ベタ画像と同じ画像濃度のダミー画像を感光体ドラム３１の表面に形成させる。このとき感光体ドラム３１に形成されるダミー画像は、図５（Ａ）に示す面積Ａの大きさを有する。また、ダミー画像は、感光体ドラム３１の印字領域１３０（図５（Ａ）参照）に形成される。

このように、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、１００％ベタ画像の検出トナー濃度値がトナー目標濃度値以上である場合には、７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値に係わらず、画像形成部３０により、１００％ベタ画像と同じトナー濃度のダミー画像を感光体ドラム３１の表面に形成させる。１００％ベタ画像と同じトナー濃度のダミー画像は、７０％ハーフ画像と同じトナー濃度のダミー画像よりも低い現像バイアス電圧で形成できるからである（図３参照）。

ステップＳＴ１０４の処理が終了することより、ダミー画像のトナー濃度を決定する本フローチャートの処理は終了する。なお、感光体ドラム３１の表面に形成された１００％ベタ画像、７０％ハーフ画像及びダミー画像は、クリーニング部３６により感光体ドラム３１の表面から除去される。

一方、ステップＳＴ１０５（ステップＳＴ１０３：ＮＯ判定）において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値がトナー目標濃度値以上か否かを判定する。このステップＳＴ１０５において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値がトナー目標濃度値以上である（ＹＥＳ）と判定した場合に、処理をステップＳＴ１０６へ進める。また、ステップＳＴ１０５において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値がトナー目標濃度値未満である（ＮＯ）と判定した場合に、処理をステップＳＴ１０７へ進める。

ステップＳＴ１０６（ステップＳＴ１０５：ＹＥＳ判定）において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、画像形成部３０により、７０％ハーフ画像と同じトナー濃度のダミー画像を感光体ドラム３１の表面に形成させる。このとき感光体ドラム３１に形成されるダミー画像は、図５（Ａ）に示す面積Ａの大きさを有する。ステップＳＴ１０６の処理が終了することにより、ダミー画像のトナー濃度を決定する本フローチャートの処理は終了する。

このように、トナーの劣化により、現像ローラー３４３から感光体ドラム３１へのトナーの移動量が少なくなり、１００％ベタ画像のトナー濃度がトナー目標濃度値未満となった場合は、１００％ベタ画像と同じトナー濃度のダミー画像を感光体ドラム３１の表面に形成させても、目標とするトナー消費量を達成することができない。その場合は、７０％ハーフ画像と同じトナー濃度のダミー画像を感光体ドラム３１の表面に形成させることにより、プリンター１において、目標とするトナー消費量を達成することができる。

また、ステップＳＴ１０７（ステップＳＴ１０５：ＹＥＳ判定）において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、画像形成部３０により、１００％ベタ画像と同じトナー濃度のダミー画像を感光体ドラム３１の表面に形成させる。このとき感光体ドラム３１に形成されるダミー画像は、図５に示す面積Ｂ（＞面積Ａ）の大きさを有する。

このように、トナーの劣化が更に進行して、磁気ローラー３４２から現像ローラー３４３へのトナーの移動量が少なくなり、７０％ハーフ画像のトナー濃度がトナー目標濃度値未満となった場合は、７０％ハーフ画像と同じトナー濃度のダミー画像を感光体ドラム３１の表面に形成させても、目標とするトナー消費量を消費させることができない。その場合は、１００％ベタ画像と同じトナー濃度のダミー画像で且つその面積を大きくすることにより、プリンター１において、より多くのトナーを消費させることができる。ステップＳＴ１０７の処理が終了することにより、ダミー画像のトナー濃度を決定する本フローチャートの処理は終了する。

次に、従来のプリンターと本実施形態に係るプリンター１とを用いて、画像濃度（トナー濃度）の推移をそれぞれ測定した結果について説明する。ここでは、それぞれのプリンターにおいて、印字率１％となるＡ４サイズの原稿を連続して印字し、１０００枚毎に画像濃度を測定すると共に、リフレッシュ運転を実行した。

プリンターにおいて、印字率の極端に低い原稿の画像を連続して印字すると、現像器３４内のトナーはほとんど消費されることなく、攪拌のみが繰り返されるため、トナーの劣化が進行する。

図７は、印字率１％となる原稿の画像を連続して印字した場合の画像濃度の推移を示すグラフである。図７において、黒丸（図中、本発明）は本実施形態に係るプリンター１により印字率１％となる原稿の画像を連続して印字した場合の測定結果を示し、白三角（図中、従来例）は従来のプリンターにより印字率１％となる原稿の画像を連続して印字した場合の測定結果を示す。また、図７に破線で示す画像濃度１．２のレベルは、ダミー画像を形成することにより、目標とするトナー消費量を消費することができる目標画像濃度である。従って、検出された画像濃度が目標画像濃度（１．２）以上であれば、プリンターをリフレッシュ運転したときに、目標とするトナー消費量を達成できたことになる。

また、従来のプリンターは、１００％ベタ画像と同じ画像濃度で、１枚あたりのトナー消費量が０．３［ｍｇ／ｃｍ^２］×２９．７［ｃｍ^２］となるダミー画像を形成した。本実施形態に係るプリンター１においては、１００％ベタ画像又は７０％ハーフ画像（図３参照）と同じ画像濃度で、１枚あたりのトナー消費量が０．３［ｍｇ／ｃｍ^２］×２９．７［ｃｍ^２］となるダミー画像を形成した。ここで、２９．７［ｃｍ^２］は、ダミー画像の面積である。

図７に示すように、従来のプリンターは、検出した画像濃度が７０００枚を過ぎたあたりから目標画像濃度（１．２）を下回っている。これは、従来のプリンターにおいて、トナーが劣化して、現像ローラーから感光体ドラムへのトナーの移動量が少なくなることで、１００％ベタ画像におけるトナー消費量が低くなり、現像バイアス電圧を最大値（５００Ｖ）としても、目標とするトナー消費量を達成できなくなったためと考えられる（図４（Ａ）参照）。

一方、本実施形態に係るプリンター１は、検出した画像濃度が７０００枚を過ぎても目標画像濃度（１．２）を上回っている。これは、トナーの劣化により、７０００枚を過ぎたあたりで１００％ベタ画像におけるトナー消費量が低くなった際に、７０％ハーフ画像と同じ画像濃度のダミー画像を形成するようにしたため、７０００枚を過ぎた後も、プリンター１が引き続き目標とするトナー消費量を達成できたためと考えられる。

上述した実施形態に係るプリンター１によれば、例えば、以下のような効果が奏される。

本実施形態に係るプリンター１において、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、リフレッシュ運転時に、画像形成部３０が感光体ドラム３１の表面に形成させた１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像のトナー濃度をトナー濃度センサー３９から取得し、そのトナー濃度に基づいて、トナーの目標消費量に適した画像濃度のダミー画像を画像形成部３０により感光体ドラム３１の表面に形成させる。

これによれば、リフレッシュ運転時に、トナーの目標消費量に適した画像濃度のダミー画像が形成されるため、プリンター１は、通常運転時よりも現像時間を延ばしたり、現像バイアス電圧を必要以上に大きくすることなしに、トナー消費量を最適化することができる。従って、リフレッシュ運転により、劣化したトナーを安定的に消費させることができる。

また、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、１００％ベタ画像の検出トナー濃度値がトナー目標濃度値以上である場合には、７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値に係わらず、１００％ベタ画像と同じ画像濃度のダミー画像を感光体ドラム３１の表面に形成させる。

１００％ベタ画像と同じ画像濃度のダミー画像は、７０％ハーフ画像と同じ画像濃度のダミー画像よりも低い現像バイアス電圧で形成できる。従って、プリンター１は、より少ない電力で目標とするトナー消費量を消費させることができる。

また、制御部９０（リフレッシュ運転制御部９３）は、１００％ベタ画像の検出トナー濃度値及び７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値のいずれもトナー目標濃度値未満の場合には、感光体ドラム３１の表面に形成されるダミー画像の面積が大きくなるように画像形成部３０を制御する。

これによれば、１００％ベタ画像又は７０％ハーフ画像と同じ画像濃度のダミー画像を形成しても目標とするトナー消費量を消費できない場合でも、プリンター１は、ダミー画像の面積を大きくすることにより、より多くのトナーを消費させることができる。とくに、面積を大きくしたダミー画像として、１００％ベタ画像と同じ画像濃度のダミー画像を形成した場合に、プリンター１は、７０％ハーフ画像と同じ画像濃度のダミー画像を形成した場合に比べて、より大量のトナーを消費させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。

本実施形態では、非１００％ドット画像として、７０％ハーフ画像を用いた例について説明した。これに限らず、プリンター１は、非１００％ドット画像として、例えば、８０％〜６０％ハーフ画像を用いてもよい。

本実施形態では、トナーの劣化を検出するための小画像として、感光体ドラム３１に１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像を形成する例について説明した。これに限らず、プリンター１は、感光体ドラム３１に画像濃度の異なる３種以上の小画像を形成してもよい。

本実施形態では、トナーの劣化を検出するための小画像を感光体ドラム３１の印字領域外に形成する例について説明した。これに限らず、例えば、プリンター１は、中間転写ベルトを備えたプリンターの場合には、小画像を中間転写ベルトにおけるトナー画像の転写領域外に形成してもよい。

本実施形態では、１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値がトナー目標濃度値未満の場合に、感光体ドラム３１に形成するダミー画像の面積を大きくする例について説明した（図５参照）。この場合に、１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値が小さくなるのに比例して、ダミー画像の面積を段階的に大きくしてもよい。また、ダミー画像の面積を予め複数設定しておき、１００％ベタ画像及び７０％ハーフ画像の検出トナー濃度値の大きさに応じてダミー画像の面積を選択するようにしてよい。

本発明に係る画像形成装置は、上述したプリンター１に限定されない。すなわち、本発明に係る画像形成装置は、コピー機、ファクシミリ又はコピー機、ファクシミリ及びプリンターの機能を備えた複合機であってもよい。

１…プリンター（画像形成装置）、３０…画像形成部、３１…感光体ドラム（像担持体）、３３…レーザースキャナーユニット（露光部）、３４…現像器、３７…トナーカートリッジ（現像剤収容部）、３９…トナー濃度センサー（トナー濃度検出部）、８０…記憶部、９０…制御部、９１…通常運転制御部、９２…テスト画像形成制御部（画像形成制御部）、９３…リフレッシュ運転制御部、１０１…第１電圧印加部、１０２…第２電圧印加部、１０３…第３電圧印加部、３４１…攪拌ローラー、３４２…磁気ローラー（現像剤担持体）、３４３…現像ローラー（トナー担持体）、３７１…トナー供給部

Claims (3)

1. 少なくともトナー及びキャリアを含む２成分現像剤を収容する現像剤収容部と、
   前記２成分現像剤を磁力により保持し、当該２成分現像剤に含まれるキャリアにより表面に磁気ブラシが形成される現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体の磁気ブラシから供給されるトナーにより表面にトナー層が形成されるトナー担持体と、
   前記トナー担持体のトナー層から供給されるトナーにより、表面に形成された静電潜像に沿った画像が形成される像担持体と、
   前記像担持体の表面にレーザー光を連続照射して所定面積の１００％ベタ画像における静電潜像、及びレーザー光を間欠照射して所定面積且つ所定トナー濃度の非１００％ドット画像における静電潜像を形成する露光部と、
   トナーの劣化状態を検出するための１００％ベタ画像による第１小画像及び非１００％ドット画像による第２小画像を前記露光部に形成させる画像形成制御部と、
   前記像担持体の表面に形成された前記第１小画像及び前記第２小画像のトナー濃度を検出するトナー濃度検出部と、
   前記トナー濃度検出部により検出された前記第１小画像及び前記第２小画像のトナー濃度に関する情報に基づいて、所定の第１面積で且つトナーの目標消費量に適したトナー濃度のダミー画像を前記露光部に形成させるリフレッシュ運転制御部と、
   を備える画像形成装置。
2. 前記リフレッシュ運転制御部は、
   前記第１小画像のトナー濃度で前記ダミー画像を形成した場合に消費されるトナーの消費量がトナーの目標消費量に達している場合には、前記第２小画像のトナー濃度に係わらず前記第１小画像と同じトナー濃度の前記ダミー画像を前記露光部に形成させ、前記第２小画像のトナー濃度で前記ダミー画像を形成した場合に消費されるトナーの消費量のみがトナーの目標消費量に達している場合には、前記第２小画像と同じトナー濃度の前記ダミー画像を前記露光部に形成させる、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記リフレッシュ運転制御部は、
   前記第１小画像及び第２小画像のトナー濃度でそれぞれ前記ダミー画像を形成した場合に消費されるトナーの消費量がいずれもトナーの目標消費量に達していない場合には、前記ダミー画像の面積が前記第１面積よりも大きい第２面積となるように前記露光部を制御する、
   請求項１又は２に記載の画像形成装置。

Images