JP2016118725A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体上に安定して滑材被膜を形成維持し得る画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体と、現像ローラを有し、像担持体に形成された静電潜像を、滑材を外添したトナーで現像する現像手段と、現像手段により形成されたトナー像を、転写材もしくは中間転写体に転写する転写手段とを備え、現像手段から像担持体へ滑材が供給されるものであり、トナーを現像手段に補給するトナー補給手段と、現像手段におけるトナー濃度を検出する濃度検出手段と、現像手段からの滑材供給量を検出する供給量検出手段と、供給量検出手段の検出結果に応じて、トナー補給手段によるトナー補給量を、トナー濃度に基づく第１補給量と所定の第２補給量との何れかに制御する制御手段とを備え、供給量検出手段は、現像ローラを駆動させる所定の駆動時間あたりのトナー補給量を求めることにより、滑材供給量を検出する画像形成装置とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンター、ファクシミリやこれらの複合機などの画像形成装置に関するものである。

近年、電子写真方式の画像形成装置は、高解像度や写真再現性などの画質向上が要求されている。その要求に応える有力な手段の一つとして、トナーの小粒径化あるいは球形化が行われている。

しかし、トナーを小粒径化・球形化すると、清掃ブレードと像担持体の間をすり抜け易くなる。つまり小粒径化がなされると、トナーと像担持体のファンデルワールス力に伴う付着力が強くなるとともに、粒径が小さいため像担持体と清掃ブレードとの間（ニップ部）に進入し易くなる。

また球形化すると、トナーが像担持体と清掃ブレードとの間で転がり易くなり、転がることでやはりニップ部に進入し易くなる。トナーがすり抜ける事態（いわゆるクリーニング不良）は、次の画像上にそのトナーが転写されて黒スジ状の画像ノイズになったり、露光工程で光がこのトナーに遮られて潜像が形成されない部分が発生したりするため、発生してはならない現象である。

そこで、ステアリン酸亜鉛などからなる潤滑剤を像担持体に供給・塗布する技術が提案されている。像担持体に滑材を塗布することで、像担持体への付着力を低下させることができるためクリーニング性が向上する。また、トナーや外添剤の凝集物付着防止により画像ノイズが抑制できる。更に、清掃ブレード当接部の負荷を軽減できるため、像担持体や清掃ブレードの摩耗を抑制でき、像担持体や清掃ブレードの長寿命化が図れる。

像担持体に潤滑剤を塗布する方法として、潤滑剤を外添したトナーを用いることで、現像ローラの駆動に伴い潤滑剤を現像器から像担持体に供給し、清掃ブレード部にて塗布・被膜化する方式がある。この滑材被膜は、帯電部で酸化劣化し、清掃部や現像部で供給・塗布と同時に研磨されるため、適切な滑材被膜を維持するためには、常に所定量以上の滑材を感光体に供給する必要がある。

特開平０７−３３３９６１号公報 特開平１０−０６９１６１号公報 特開２００６−１５４５８２号公報 特開平１０−０１０８５５号公報 特開２００９−０３１４５３号公報

このような、トナーにステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を外添することで、現像器より滑材を感光体に供給する方式の場合、現像器への滑材供給はトナー補給によりなされる。通常の電子写真装置においては、現像器へのトナー補給量について、トナーの消費に見合った分補給することで現像器内のトナー量を一定に保っている。

特に２成分現像方式の場合、現像剤総量に対するトナー重量の比率（トナー濃度Ｔｃ（％））によりトナー帯電量が変化する。そのため、現像剤の透磁率よりトナー濃度を求める、印字画像の画素数とトナー付着量より、あるいは、所定間隔でテストパターンを印字しそのテストパターン濃度より、更にはこれらの方式を併用するなどしてトナー消費量を求め、現像器内のトナー濃度が略一定になるようにトナー補給を行っている。

トナーに外添された潤滑剤は、シリカなどの外添剤にくらべ粒径が１〜２０μｍ程度大きいこともあり、またプラスの摩擦帯電極性のため、現像ローラの回転駆動により背景部に潤滑剤が供給される。このため、感光体への滑材供給量は現像器内の滑材量に依存しており、現像器から感光体へ供給される滑材量（現像器から消費される滑材量）について、現像ローラの駆動時間に応じて現像器内の滑材量に対して一定比率の量の滑材が、感光体へ供給される。

現像器内の滑材量は、現像器への滑材供給量と現像器からの滑材消費量との差分である。滑材はトナーを介して運ばれるため、現像器内への滑材量供給量はトナー補給量とトナーへの滑材外添量との積となる。

ところで、一般的な複写機・プリンターにおいて、印字画像の平均カバレッジは５％程度である。このため滑材のトナーへの外添量は、平均カバレッジを考慮し平均カバレッジよりやや低めの例えば３％であり、カバレッジに対する平均的なトナー補給量にて滑材被膜が維持できるような外添量に設定される。

このため通常の使用においては、滑材被膜を維持できるトナー補給量が確保できている。しかしながら、カバレッジが低い画像の印字が継続すると、トナー消費量の減少にともないトナー補給量が減少するため、現像器内の滑材量は減少する。その結果、感光体への滑材供給量が低下し、感光体上の滑材被膜は被膜生成速度が被膜減耗速度を下回り所定の滑材被膜を維持できなくなる。この結果、感光体に異物が付着して画像ノイズが生じたり、清掃ブレード当接部に負荷が生じブレード摩耗・感光体摩耗が進行したりしてしまいがちであった。

また、トナーを介して滑材を供給しない系における低カバレッジ印字が続いた場合の課題として、濃度低下、かぶり、画像のがさつきなどの画像ノイズの発生が知られている。トナーは、所定流動性や荷電性を確保するためバルク表面にシリカなどが外添されているが、現像器中の撹拌などのストレスを受けることにより、外添剤の離脱やバルクへの埋め込みがおこり、トナー劣化が徐々に進行する。

トナーの劣化が生じると濃度低下・かぶり・印字画像のがさつきなどが生じてしまうため、劣化トナー自体を現像器内より消費しなくてはならない。このため、たとえば低カバレッジ印字が所定枚数継続した時、印字を中断し、感光体上に強制消費用の潜像を形成し、現像することで強制的にトナーを消費し、消費した分のトナーを補給することでトナーを入れ替える技術が提案されている。

このような方式の場合、吐き出しモード時は印字が中断するため生産性が低下する。このため、モードの実施間隔を大きくとることが望ましい。実際ストレスによる劣化現象は、急速に起きるものではないため、吐き出しモードは数Ｋ毎間隔で実行される。

また、印字画素数情報を基にトナー補給制御を行う系においては、低カバレッジの場合（特に０％）、トナー補給量が非常に少量（あるいはゼロ）となる。実際のトナー消費は画像部に現像されるだけではなく、背景部にも微量のトナーがかぶりトナーとして消費される。これにより、低カバレッジの場合かぶりトナーの影響が相対的に大きくなるため、実際のトナー消費量とのずれが生じやすくなる（前述したようにトナー劣化が進行するとかぶりトナーが増加するためずれは大きくなる）。

特に所定画素数（所定の消費量に相当）に達したときにトナー補給を行う系では、低カバレッジ時はトナー補給までの間隔が通常カバレッジ印字に対して非常に長くなるため、劣化とも相まってかぶりによるずれが大きくなり、トナー濃度は低下してしまい画像濃度が低下してしまう。このため、このかぶりトナーによる消費分を見込んで、印字毎に実際の画素数に補正画素を加えるごとに、所定枚数の時に、かぶりトナー分を見込んだトナー補給を行うことで所定トナー濃度に維持する技術が提案されている。

ところで、トナーに外添された滑材は、定常的に感光体に供給されるようにするため、シリカなどの外添剤のようなトナー表面に可能な限り安定して存在することを前提として設計されたものとは異なり、トナーから簡単に離脱するように、粒径がシリカなどに比べて大粒径のものが用いられており、外添処理時のバルクへの付着強度も低く抑えられている。また、滑材の外添により流動性や荷電性への影響が出ないように、必要最低限の添加量に設計されている。

このため滑材が離脱したトナーでも、特にトナーとして流動性や荷電性に変化はなく通常のトナーとして用いることが可能であり、シリカなどの外添剤とは異なり滑材が離脱してもトナーとして廃棄する必要はない。従来のような劣化トナーの吐き出しを行ったのちトナーを供給するような方式では、正常なトナーを廃棄することとなり無駄が生じ、トナーボトルや廃棄トナーボトルの寿命が短くなってしまうという課題があった。

さらに、従来の吐き出し制御の場合、前述したように生産性の観点から吐き出しモード実行間隔を長くするのが望ましいが、この場合、トナー劣化は進んでいなくても滑材が消費されており感光体への滑材供給量が不足し、画像ノイズが発生や清掃ブレードや感光体の消耗が進んでしまうという課題が生じてしまう。この間隔を短くすると生産性が低下してしまう。

これらの課題対応として、画像と画像の間の部分に吐き出し用のパターンを形成する方法がある。通常の使用において、カバレッジは必ずしも一定ではなく混在している。常時吐き出しパターンを形成する方式の場合、次に中・高カバレッジ画像を形成するときでも、本来印字に用いることが可能なトナーまで吐き出しパターンとして廃棄してしまうため、無駄が生じてしまうという課題があった。

またかぶりトナーは作像に寄与しないため、正常状態のトナーであれば非常に微量に収まるようにトナーの荷電性が設計されている。これに対し、同じ外添材といっても滑材は感光体に所定の量供給されることが前提に設計されているため、かぶりトナーに対するのと同様の制御では滑材の供給量不足となり、所定の滑材被膜が維持できないことによる画像ノイズが発生してしまう。

また、従来のかぶりトナー消費に対する制御では、かぶりトナーの消費量がもともと多くないことや前述した理由により、トナー劣化の速度が緩やかになるように設計されている。そのため、比較的長いスパンでのかぶりトナー消費量を基に消費量を推定しており、印字枚数にて補正量を決めている。

一方で滑材供給の場合は、現像器の駆動により滑材が供給されるために、現像ローラの駆動時間が感光体への滑材供給量に大きく影響する。現像器の駆動時間は、１ジョブの枚数や両面印字も含め、印字後の後処理動作により同じ印字枚数でも現像ローラの駆動時間が異なる。このため従来のような印字枚数をもとにトナーを供給する方式では、現像ローラ駆動時間が長い印字モードでは現像器内の滑材が消費されてしまい感光体への供給量が低下し、滑材被膜の維持ができなくなってしまいがちであった。

本発明は上述した問題に鑑み、感光体上に安定して滑材被膜を形成維持することが可能となる画像形成装置の提供を目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、現像ローラを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を、滑材を外添したトナーで現像する現像手段と、前記現像手段により形成されたトナー像を、転写材もしくは中間転写体に転写する転写手段とを備え、前記現像手段から前記像担持体へ滑材が供給される画像形成装置であって、トナーを前記現像手段に補給するトナー補給手段と、前記現像手段におけるトナー濃度を検出する濃度検出手段と、前記現像手段からの滑材供給量を検出する供給量検出手段と、前記供給量検出手段の検出結果に応じて、前記トナー補給手段によるトナー補給量を、前記トナー濃度に基づく第１補給量と所定の第２補給量との何れかに制御する制御手段とを備え、前記供給量検出手段は、前記現像ローラを駆動させる所定の駆動時間あたりのトナー補給量を求めることにより、前記滑材供給量を検出する構成とする。本構成によれば、感光体上に安定して滑材被膜を形成維持することが可能となる。

また上記構成としてより具体的には、前記供給量検出手段は、前記駆動時間あたりのトナー補給量を移動平均にて求める構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記供給量検出手段は、重み付け係数を乗じて前記移動平均を求めるものであり、前記重み付け係数は、経過枚数あるいは経過時間が増えるにつれて重みが小さくなる構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記濃度検出手段は、現像剤の透磁率を検出する手段、および、印字データの画素データを基にトナー消費量を算出する手段の少なくとも一方を有する構成としてもよい。また上記構成としてより具体的には、前記制御手段は、前記供給量検出手段の検出結果が第１所定値を上回っている場合に、トナー補給量を第１補給量とし、前記供給量検出手段の検出結果が第１所定値以下である場合に、トナー補給量を第２補給量とする構成としてもよい。

また上記構成としてより具体的には、前記濃度検出手段の検出結果が予め定められた第２所定値に達した場合に、第２供給量のトナー補給を停止し、前記濃度検出手段の検出結果が第２所定値を再び下回った場合に、第２停止を解除する構成としてもよい。また当該構成は、前記濃度検出手段の検出結果が第２所定値に達したままで、前記供給量検出手段が第１所定値より低い第３所定値を下回った場合に、前記現像手段より所定量のトナー吐き出しを行う構成としてもよい。

本発明に係る画像形成装置によれば、感光体上に安定して滑材被膜を形成維持することが可能となる。

本実施形態に係る画像形成装置の要部構成図である。 従来例での制御による滑材供給能力に関するグラフである。 滑材の供給性とトナー消費推移に関するグラフである。 本実施形態のトナー補給に関する制御動作のフローチャートである。 本実施形態のトナー補給に関する制御動作の別のフローチャートである。 本実施形態での制御による滑材供給能力に関するグラフである。

本発明の実施形態について、各図面を参照しながら以下に説明する。但し本発明の内容は、当該実施形態に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部構成図である。なお、本図において、引用符のａ〜ｄは対応色の違い（ＹＭＣＫ）を示している。以下の説明にて各色のものを総称する場合には、ａ〜ｄの表記を省略する。例えば「画像形成ユニット１」は、画像形成ユニット１ａ〜１ｄを総称したものである。

本実施形態の画像形成装置は、中間転写体２０に複数の画像形成ユニット１を設けたタンデム型カラー画像形成装置である。画像形成ユニット１では、有機感光体１０（像担持体）の周りに、帯電装置１１、露光手段１２、現像器１３、１次転写ローラ１４、感光体清掃装置１５、および除電装置１６が配置されている。

有機感光体１０は、帯電装置１１にて一様に（例えば−５５０ｖに）帯電される。その後、ＹＭＣＫに色分解されたうちの対応色のデータが露光され、感光体１０上に対応色の静電潜像が形成される。さらに、対応色トナーを有する現像器１３にて現像され、トナー像が感光体１０上に形成される。

現像器１３としては、トナーと磁性を有するキャリアを所定比率で混合させた現像剤を内蔵する２成分現像器が用いられる。現像器１３内の現像ローラには、Ｖｂ＝−４００ｖにＶｐｐ＝１．５ｋｖ（５ｋｈｚ）の交流が重畳された現像バイアスが印加されることにより、露光部分にトナーが現像され、感光体上にトナー像が形成される。

感光体１０上に形成されたトナー像は、１次転写部で、１次転写ローラ１４により押圧された中間転写体２０に接触し、１次転写ローラ１４に印加された１次転写バイアスにより形成される転写電界により、中間転写体２０上に転写される。その後、このトナー像と各画像形成ユニットの１次転写部で重なり合うよう同期を取って、各色トナー像が同様の構成を有する各画像形成ユニットで形成し、順次中間転写体２０上に写し重ね合わせられる。

その後、２次転写部２２で被転写材に転写され、被転写材は図示しない定着装置で定着された後機外に排出される。一方、感光体１０は１次転写後に感光体清掃装置１５で、中間転写体２０は２次転写後に中間転写体清掃装置２１で、それぞれ転写後に残留したトナーが清掃され次の画像形成サイクルに備える。これらの清掃装置は常に圧接されている。

また、除電装置１６は、ＬＥＤなどからなり感光体長手方向全面に光を照射し、感光体上に残留する電荷を除電することで、感光体を−３０Ｖ程度の一様な電位に落とし、帯電工程における均一性を高める。通常、清掃工程後・帯電工程前に配置されるが、スペースを有効に利用するためやＣＬ性向上のため、１次転写効率が高い場合には、１次転写残留トナーによる光除電工程への影響は小さく、１次転写後清掃前に配置してもよい。

ここで、中間転写体２０（中間転写ベルト）の材料としては、ポリカーボネートやＰＴＦＥ、あるいはポリイミドを主原料としてカーボンを分散させた半導電性のものが用いられている。感光体１０としては、アルミニウム管の上に順次下引き層・電荷発生層・所定の厚みを有する電荷輸送層を積層した積層型有機感光体を用いる。

帯電装置としては、導電性ゴムローラを感光体に接触配置し、感光体の回転駆動に伴い従動回転する接触帯電ローラを用いる。感光体清掃装置１５は、ポリウレタンゴムによるクリーニングブレードが感光体に線圧３０Ｎ/ｍで当接される。転写後残留したトナーを回収する。

なお、現像器１３の現像槽内には、上述した現像ローラの他、現像ローラ上の現像剤搬送量を規制する規制部材と、現像ローラへ現像剤を供給しつつ長手方向へ現像剤を搬送する現像剤供給搬送経路と、現像剤供給搬送経路内に配置する搬送スクリューが設けられる。また更に当該現像槽内には、現像剤撹拌搬送経路（現像剤供給搬送経路に平行に配置され、現像剤搬送方向と反対方向へ攪拌を伴い、現像剤供給搬送経路の長手方向両端部で現像剤を受け渡す経路）と、現像剤撹拌搬送経路内に配置する現像剤攪拌搬送手段なども設けられる。

撹拌供給路の一端にはトナー補給部が設けられ、現像にて減少したトナーが適宜供給される。トナーとキャリアから成る現像剤は、撹拌搬送路・供給搬送路を循環し、この循環経路中で混合撹拌されることで、キャリアとトナーの摩擦帯電により、トナー・キャリアの混合比に基づく所定帯電量にトナーは帯電される。現像剤は供給搬送路にて、対向する現像ローラに磁気力で供給される。

現像ローラは、駆動回転されるスリーブローラと、スリーブローラ内に固定配置された磁石ローラとから構成される。磁石ローラは、スリーブローラの回転方向に沿って５つの磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極は、感光体１０と対向する位置に配置されており、また、スリーブローラ上の現像剤を剥離するための反発磁界を発生させる各同極部は、現像槽内部に対向した位置に配置されている。

現像ローラのスリーブローラの回転方向は、感光体１０の回転方向と同じ（対向部において互いに反対方向）になるように設定されている。供給搬送路中の一部の現像剤は、現像ローラ上に磁気力により現像ローラに供給する。供給された現像剤については、規制部にて、現像ローラ上の現像剤の量が略一定に規制される。

この後現像剤は感光体と対抗する領域に搬送され、現像ローラに印加された現像バイアスと感光体上の潜像との電位差により、所定量のトナーが感光体上の所定領域（潜像）に付着されて現像される。現像ニップを通過した現像剤は、同極部に達し現像ローラから剥離され、供給搬送路中に戻され、再び循環される。

以下に、本発明で使用可能な現像剤について説明する。本実施形態において、現像剤は、トナーやトナーを帯電するためのキャリアからなる。トナーとしては特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができ、バインダー樹脂中に着色剤や必要に応じて、荷電制御材や離型材等を含有させ、外添材を処理したものを使用できる。トナー粒径としてはこれに限定されるものではないが、３〜１５μｍ程度が望ましい。

このようなトナーを製造するにあたっては、一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。トナーに使用するバインダー樹脂としては、これに限定されるものではないが、例えば、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体）やポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂単体もしくは複合体により、軟化温度が８０〜１６０℃の範囲のものを、またガラス転移点が５０〜７５℃の範囲のものを用いることが好ましい。

また着色剤としては、一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができ、一般に上記のバインダー樹脂１００重量部に対して２〜２０重量部の割合で用いることが好ましい。

また、上記の荷電制御材としても、公知のものを用いることができ、正帯電性トナー用の荷電制御材としては、例えばニグロシン系染料、４級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂などがある。負帯電性トナー用荷電制御材としては、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレン化合物などがある。荷電制御材は一般に上記のバインダー樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。

また、上記の離型材としても、一般に使用されている公知のものを用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス等を単独あるいは２種類以上組合せて使用することができ、一般に上記のバインダー樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部の割合で用いることが好ましい。

また、トナーに外添する粒子としては、一般に使用されている公知のものを使用することができる。流動性や帯電性改善を目的として例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等を使用することができ、特にシランカップリング剤やチタンカップリング剤やシリコンオイル等で撥水化したものを用いるのが好ましい。そして、このような流動化剤を上記のトナー１００重量部に対して０．１〜５重量部の割合で添加させて用いるようにする。外添剤の個数平均一次粒径は１０〜１００ｎｍであることが好ましい。

キャリアとしては特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリアを使用することができ、バインダー型キャリアやコート型キャリアなどが使用できる。キャリア粒径としてはこれに限定されるものではないが、１５〜１００μｍが好ましい。

バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、キャリア表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させることや、表面コーティング層を設けることもできる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御することができる。バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が例示される。

バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｃｕ等）を一種または二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化鉄を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。

その形状は粒状、球状、針状のいずれであっても良い。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。また、化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に５０〜９０重量％の量で添加することが適当である。

バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられ、これらの樹脂を表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、帯電付与能力を向上させることができる。

バインダー型キャリア表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与え、微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むようにして固定することにより行われる。この場合、微粒子は磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部を磁性樹脂キャリア表面から突き出すようにして固定される。帯電性微粒子としては、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。

具体的には、有機系としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子を用いることができ、帯電レベルおよび極性については、素材、重合触媒、表面処理等により、希望するレベルの帯電及び極性を得ることができる。また、無機系としては、シリカ、二酸化チタン等の負帯電性の無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正帯電性の無機微粒子などが用いられる。

一方、コート型キャリアは磁性体からなるキャリアコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリアであり、コート型キャリアにおいてもバインダー型キャリア同様、キャリア表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたりできる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子により制御することができ、バインダー型キャリアと同様の材料を用いることができる。特にコート樹脂はバインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。

逆極性粒子、トナーおよびキャリアの組合せによるトナーおよび逆極性粒子の帯電極性は、それぞれを混合攪拌し現像剤とした後、現像剤からトナーまたは逆極性粒子を分離する為の電界の方向から容易に知ることができる。トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアの合計量に対して３〜１０重量％が適している。

２成分現像の場合、トナー濃度（トナー重量／現像剤重量）によりトナー帯電量が変化する。低いと帯電量が上昇し、甚だしい場合は画像濃度低下を引き起こす、一方で高い場合は帯電量の低下を引き起こし、甚だしい場合はかぶりや粉煙による機内汚染といった問題を引き起こす。このため、ある程度略一定のたとえば、４〜７重量％といったトナー濃度に収まるようにトナー補給制御を行っている。

トナー濃度の検知法としては、現像剤の透磁率から求める方法、あるいは印字画像画素数を計数しこれに１画素あたりのトナー付着量を乗じてトナー消費量を求める方法、あるいは両者を併用方法が知られている。この結果所定の枚数毎あるいは所定の消費量積算値に達する毎に、あるいは透磁率により検知されたトナー濃度が下回った場合、所定値に回復するまで、所定時間トナーボトルを回転駆動して現像器はトナーを補給している。

ところで、感光体に滑材被膜を形成することで、感光体への付着力を低下させたり、感光体と清掃ブレードの負荷を落としたりすることで、画像ノイズを防止し感光体や清掃ブレードの消耗を抑える方法が知られている。この滑材被膜の形成のためトナーに滑材を外添することで現像器より感光体へ滑材を供給する方法は、特別な機構が不要であるため小型の機械でも用いることができ、塗布量も少量を安定して塗布できるという利点がある。

さらに、感光体に滑材被膜を形成するための、滑材を外添する。滑材としては、ステアリン酸金属塩やＰＴＦＥなどのフッ素樹脂が用いられる。特にステアリン酸亜鉛やステアリン酸カルシウムなどが望ましい。これらの滑材は、前記の流動性や帯電性改善を目的とした外添剤とは異なり、トナーとは分離して感光体に供給され被膜として塗布される必要があるため、トナーとの付着力は小さく設計される。

よって平均粒径は１〜２０μｍの大径のものが用いられ、重量は０．１〜３重量部の割合で添加される。この添加量は、想定下限かカバレッジに対するトナー消費量に対して、滑材被膜が形成・維持可能な滑材供給量となるように設計される。これらの滑材は正極性に摩擦荷電されることにより、現像ローラの駆動により主として感光体背景部に供給される。供給された滑材は、主に清掃ブレードニップ部ですり切られるように引き伸ばされ、感光体上に被膜化される。

この滑材被膜は、帯電部などでの放電により被膜が劣化し、劣化した被膜は現像部での磁気ブラシや清掃部のトナーなどにより研磨される。このように被膜形成と研磨が並行で起きることにより劣化の少ない正常な滑材被膜が常に感光体を覆っている。このことにより、各種のノイズや感光体や清掃ブレードの消耗を抑制するという作用が維持される。

このような方式の場合、感光体への滑材供給量は現像器内の滑材量に依存しており、現像器から感光体へ供給される滑材量（現像器から消費される滑材量）は、現像ローラの駆動時間に応じて現像器内の滑材量に対して一定比率の量の滑材が感光体へ供給される。現像器内の滑材量は、現像器への滑材供給量と現像器からの滑材消費量との差分であり、現像器内への滑材量供給量は、滑材がトナーを介して運ばれるためトナー補給量とトナーへの滑材外添量との積となる。

ところで、一般的な複写機・プリンターにおいて、印字画像の平均カバレッジは５％程度である。このため滑材のトナーへの外添量は平均カバレッジを考慮し、平均カバレッジよりやや低めの、例えば３％、カバレッジに対する平均的なトナー補給量にて滑材被膜が維持できるような外添量に設定される。一方で、通常のトナー補給では、消費したトナー量に見合った量を補給している。

このため、低カバレッジの印字が継続した場合、現像器中の滑材は、画像の背景部に現像ローラの駆動に応じて現像器内の滑材量に対して一定比率の量の滑材が感光体へ供給される。このため通常のトナー補給のように消費したトナー分の補給を行った場合、滑材の供給量が追い付かないため滑材供給量が低下し、感光体上の滑材被膜が維持できず、感光体に異物が付着した画像ノイズが生じたり、清掃ブレード当接部に負荷が生じたりし、ブレード摩耗・感光体摩耗が生じ寿命を短くしてしまう。

この対策として、低カバレッジでの印字が続いた場合、画素数や枚数などをカウントしておき、所定量に達した時、作像を中断し、所定の潜像を形成してトナーを現像することで劣化トナーを含めてトナーを吐き出し、その後吐き出したトナーに見合った量の供給する方策がある。

この場合、図２に示すように印字カバレッジ０％を継続し、滑材被膜を維持するのに必要なカバレッジを３％とし、所定枚数（たとえば３００枚）継続した場合、トナーを吐き出したのち強制補給を行う。この時の吐き出し量は３％カバレッジ２００枚に相当するトナー補給できる量とすれば平均カバレッジ３％を確保できる。しかしながら図２に示すように、現像器からの滑材供給量は印字とともに低下していくため、平均的なカバレッジの場合必要量を割り込んでしまう場合が生じる。

滑材被膜の維持のためには、吐き出しパッチの頻度を上げればよいが、この場合生産性が落ちるという不具合が生じる。像間を用いて吐き出すという方式もあるが、この場合低印字の分常にトナーを消費してしまう。通常の使用では、しばしば低カバレッジと中・高カバレッジの画像が混在し、平均すると５％程度となる。このため、短期で吐き出した場合は、無駄な消費が増えてしまう。

ところで、カバレッジ０％といえども、かぶりトナーなどの消費もわずかながら生じる。通常の使用においてはこの量は無視できる程度であるが、低カバレッジの印字がある程度長期にわたって継続した場合、図３に示すようかぶりトナーの消費に伴い、トナー濃度が低下していき、いずれはトナー濃度Ｔｃの下限を割り込んでしまう。これを防止するために低カバレッジ印字が継続した枚数が所定値に達した場合、かぶりに伴う見込みの消費量を補給する技術が提案されている。

しかしながら、かぶりトナーによるトナーの減少量は、現像器中の滑材量の減少量に比べて軽微である。滑材の感光体への供給は現像ローラの駆動に伴って行われるため、現像ローラの駆動時間によって、感光体への滑材供給量は大きく異なってくる。

現像ローラの駆動時間は、印字モードの違いにより同じ枚数でも異なり、間欠モードでは作像前後の処理が加わるために連続に比べて増加する。この増加の度合いは、駆動系の構成の影響により大きく異なる。このため、現像器からの滑材供給量は、現像ローラ駆動時間当たりのトナー補給量で求めなくては、正常な滑材被膜が維持できなくなってしまう。

また、図３に示したように低カバレッジ印字が長期に継続した場合、シリカなどの流動性・帯電量調整のための外添剤が撹拌などのストレスにより離脱・埋め込まれ機能が低下し、トナーが劣化していく。この結果、劣化トナーによりかぶりや粉煙が急増する。また、新トナーを補給時、劣化トナーにより新トナーの荷電が損なわれて新トナーがかぶり・粉煙を引き起こす、あるいは流動性低下により現像した画像ががさつくという問題が生じる場合がある。

これらは本来バルク表面に適切に付着するように設計された外添剤が不適切な状態になることによって引き起こされる現象のため、離脱を前提に設計されている滑材とは異なり、時間がかかる現象である。一方で一旦起きてしまうと不可逆なトナー劣化現象であるため、劣化したトナーは吐き出す必要が生じる。一方、外添剤が離脱したトナーでも流動性・荷電性に特に異常がなければ、正規のトナーとして使用可能である。

次に、本実施形態の画像形成装置において行われるトナー補給に関する制御の動作について、図４のフローチャートを参照しながらより詳細に以下に説明する。

画像形成装置は、現像器１３内の現像ローラを駆動させる駆動時間（現像ローラ駆動時間）Ｔを認識し、駆動時間ＴがＴ０（例えば連続モードでＡ４用紙１枚相当の駆動時間に設定される時間であり、一例として３秒程度）に達したか否かを監視する（ステップＳ１）。駆動時間ＴがＴ０に達していない場合は（ステップＳ１のＮｏ）、ステップＳ５の処理に進む。この場合、トナー補給モードのフラグＭは「０」であるため（ステップＳ５のＮｏ）、駆動時間Ｔに増分ΔＴを、トナー累積量Ａに増分ΔＡをそれぞれ加えた上で（ステップＳ１０）、ステップＳ１の処理に戻る。

一方、駆動時間ＴがＴ０に達した場合は（ステップＳ１のＹｅｓ）、フラグＭを「１」とする（ステップＳ２）。またトナー消費量（現像器１３における現像剤中のトナー濃度に相当）に基づき、トナー補給量Ｂを決定する（ステップＳ３）。このトナー補給は、前述したように印字カバレッジに基づくものでよいし、現像剤の透磁率を検出し、その検出結果に基づき所定のトナー補給量を設定するものであっても良い。また必ずしも毎回補給するものに限る必要はなく、所定枚数毎に補給量を設定するものであっても構わない（この場合は、例えば補給量Ｂを０とし、次回に持ち越すようにすれば良い）。

一方、画像形成装置は、滑材供給量の算出手段（供給量算出手段）を有しており、この供給量算出手段が滑材供給量の算出を行う（ステップＳ４）。具体的には、供給量算出手段は、駆動時間Ｔの間に補給されたトナー累積量Ａを格納するためのＮ個（例えば５０個）のレジスタ（Ｘ１〜Ｘｎ）を有している。

そして供給量算出手段は、まずＸ１〜Ｘｎのレジスタの値を１ずつシフトする。つまり、Ｘｎ−１の値をＸｎへ、Ｘｎ−２の値をＸｎ−１へ、・・・、Ｘ１の値をＸ２へ、というように各値をシフトする。なお、シフト前におけるＸｎの値（最も古い値）は破棄される。

続いてＸ１に、最新の駆動時間Ｔの間に補給されたトナー累積量Ａを格納する。次いでシフト後のＸ１〜Ｘｎまでの総和Ｘを求めることにより、駆動時間Ｔ当たりのトナー補給量の移動平均値を求めることができる。すなわち略この値が、現像器中の滑材量に相当し、現像器からの滑材供給量に相当する量となる。この後、ＴとＡの値はリセットされる。

次いで、画像形成装置は、フラグＭが「１」となっているので（ステップＳ５のＹｅｓ）、トナー補給量Ｓを決定するための動作を行う。すなわち画像形成装置は、先述したＸの値が第１所定値（連続印字カバレッジ３％相当で、トナー補給量相当値に予め決めておいた値）に満たない場合（ステップＳ６のＮｏ）、トナー補給量Ｓを３％に相当する所定量Ａ０にセットする（ステップＳ７）。一方で、Ｘの値が第１所定値以上の場合は（ステップＳ６のＹｅｓ）、トナー補給量Ｓをトナー消費量に基づく（トナー濃度に基づく）補給量Ｂにセットする（ステップＳ８）。

その後に画像形成装置は、トナー補給量Ｓに相当するトナー補給モータ駆動指示を行い、フラグＭはリセットされる（ステップＳ９）。これにより、ステップＳ７またはステップＳ８の処理で決められたトナー補給量Ｓの分だけ、トナー補給がなされる。なお、トナー補給量ＳがＡ０の場合におけるトナー補給は、主に滑材を現像器１３に供給するために行われるものである。

また、トナー累積量Ａと駆動時間Ｔのカウントは、トナー補給量、現像器の駆動に伴い累積される（ステップＳ１０）。また、第１所定値に満たなかった場合のトナー補給量Ａ０の値は、トナー消費に伴うトナー補給量Ｂの決定の際に考慮される。すなわちトナー補給量ＢからＡ０を除いた値が実際のＢとして用いる。このような制御を行えば、感光体への滑材供給量について必要最小限の量が維持可能となる。

ところで上記の場合、トナー濃度Ｔｃは徐々に上昇するが、これが許容上限値（以下、第２所定値とする）まで継続される場合には特に問題は無い。この間で高カバレッジの画像が発生した場合、現像器内のトナーを無駄にすることなく有効に利用できる。

但しトナー濃度Ｔｃが第２所定値に達した場合、それ以上になると、かぶりや粉煙による器内汚れといった課題が生じる。そこでトナー補給に関する制御の動作については、図５のフローチャートに示すようにしても良い。なお、図５に示す動作の流れは、ステップＳ９の処理がステップＳ１１〜Ｓ１４に置換わった点を除き、基本的に図４に示すものと同様である。

図５に示す動作の場合、ステップＳ７またはＳ８の処理が行われた後、トナー濃度Ｔｃが第２所定値より小さい場合には（ステップＳ１１のＹｅｓ）、ステップＳ１２の処理（先述したステップＳ９と同等の処理）が行われ、トナー濃度Ｔｃが第２所定値以上である場合には（ステップＳ１１のＮｏ）、ステップＳ１２の処理は省略される。

すなわち、トナー濃度Ｔｃが第２所定値に達した場合には、現像器からのトナー補給は禁止される。この後に印字によりトナーが消費され、トナー濃度Ｔｃが第２所定値を下回った場合は、トナー補給の禁止が解除され、補給が再開される。しかしながら、トナー濃度Ｔｃが第２所定値である状態で低カバレッジ印字が継続した場合、滑材の供給能力が低下していく。

このため、先述したＸの値が第１所定値より低い第３所定値を下回った場合には（ステップＳ１３のＹｅｓ）、印字を中断し、トナーの吐き出し処理を行ってフラグＭを「０」とする（ステップＳ１４）。すなわちトナー吐き出しのための潜像を形成し、この潜像を現像することで、トナー濃度Ｔｃが第２所定値を下回るようにする。第１所定値については、滑材被膜形成に対し若干のマージンを持って設定するが、これより低い下限レベルに第３所定値を予め設定しておく。なお、ステップＳ１４の処理の後、或いは、Ｘの値が第３所定値を下回っていない場合には（ステップＳ１３のＮｏ）、ステップＳ１０の処理が実行される。

このような制御を行うことで、最低限の滑材供給量を維持しながら、生産性の低下及び無駄なトナー消費を最低限にすることが可能となる。これにより、図６に示すように必要な滑材供給能力を維持しながらも、かぶりや粉煙による機内汚れといった問題を抑えながら、無駄なトナー消費・生産性の低下を抑えることが可能となる。

また、滑材供給率は、より正確には補給されたばかりのトナーのほうが高い。このため、滑材供給量の算出において実験で求めた係数を付加することにより、正確に滑材供給量を維持できる。そこでステップＳ４の処理に関してこのような係数の付加がなされるように、本実施形態の画像形成装置を構成してもよい。

この場合に画像形成装置は、前述したように連続１枚相当の駆動時間Ｔ０ごとにトナー補給量をメモリーし、これを５０枚分保持して平均補給量を算出し、更にこれを第１所定値と比較する。このとき例えば、１〜１０枚目について係数１．２、１１〜２０枚目については係数１、２１〜５０枚目については係数０．８とする。つまりこの場合の画像形成装置は、重み付け係数を乗じて先述の移動平均を求めるようになっており、当該重み付け係数は、経過枚数あるいは経過時間が増えるにつれて重みが小さくされている。このように各補給量と係数をかけたものを用いて平均化することにより、精度よく滑材供給能力を維持することが可能となる。

以上に説明した本実施形態の画像形成装置は、感光体（像担持体）と、現像ローラを有し、有機感光体に形成された静電潜像を、滑材を外添したトナーで現像する現像器（現像手段）と、現像器により形成されたトナー像を、転写材もしくは中間転写体に転写する転写手段とを備えており、現像器から感光体へ滑材が供給されるものとなっている。

更に当該画像形成装置は、トナーを現像器に補給する手段（トナー補給手段）と、現像器における現像剤中のトナー濃度を検出する手段（濃度検出手段）と、現像器からの滑材供給量を検出する手段（供給量検出手段）と、供給量検出手段の検出結果に応じて、トナー補給手段によるトナー補給量を、トナー濃度に基づく量Ｂ（第１補給量）と所定量Ａ０（第２供給量）との何れかに制御する手段（制御手段）とを備えている。

また供給量検出手段は、現像ローラを駆動させる所定の駆動時間あたりのトナー補給量を求めることにより、滑材供給量を検出するようになっている。そのため当該画像形成装置によれば、有機感光体上に安定して滑材被膜を形成維持できる。なお、当該供給量検出手段は、前記駆動時間あたりのトナー補給量を移動平均にて求めるようになっている。

また上記の濃度検出手段は、現像剤の透磁率を検出する手段、および、印字データの画素データを基にトナー消費量を算出する手段の何れか一方、或いは、これらの両方を有すれば良い。なお、本実施形態での制御手段は、供給量検出手段の検出結果が第１所定値を上回っている場合に、トナー補給量をＢとし、供給量検出手段の検出結果が第１所定値以下である場合に、トナー補給量をＡ０とする（ステップＳ６〜Ｓ８を参照）。

なお、図５に示したように、濃度検出手段の検出結果が予め定められた第２所定値に達した場合に、第２制御手段を停止し、濃度検出手段の検出結果が第２所定値を再び下回った場合に、第２制御手段の停止を解除するようにしても良い。また濃度検出手段の検出結果が第２所定値に達したままで、供給量検出手段が第１所定値より低い第３所定値を下回った場合に、現像器より所定量のトナー吐き出しを行うようにしても良い。

本実施形態に係る画像形成装置のように、常に現像器から感光体への滑材供給能力を検知して滑材供給能力が所定値以下にならないように制御を行うことで、カバレッジやプリントモードによらず感光体上に安定して滑材被膜が形成維持できる。そのため、滑材の塗布不良による画像ノイズや感光体や清掃ブレードの消耗を防止できる。さらに無駄なトナー消費を抑えることができるため、トナーボトルや廃トナーボトルの寿命が維持可能となる。さらに滑材供給に伴う印字中断を最小限に抑えることで生産性低下を防止しながら、一方でトナー帯電量低下にもとづくかぶりや粉煙による器内汚れを防止できる。

以上、本発明の実施形態について具体例を挙げて説明したが、本発明はその内容に限定されるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において、様々な具体的形態により実施され得る。

本発明は、例えば複写機、ファクシミリ、或いは画像記録装置などに利用可能である。

１ａ〜１ｄ 画像形成ユニット
１０ａ〜１０ｄ 有機感光体（像担持体）
１１ａ〜１１ｄ 帯電装置
１２ａ〜１２ｄ 露光手段
１３ａ〜１３ｄ 現像器
１４ａ〜１４ｄ １次転写ローラ
１５ａ〜１５ｄ 感光体清掃装置
１６ａ〜１６ｄ 除電装置
２０ 中間転写体
２１ 中間転写体清掃装置
２２ ２次転写部

Claims (7)

1. 像担持体と、
   現像ローラを有し、前記像担持体に形成された静電潜像を、滑材を外添したトナーで現像する現像手段と、
   前記現像手段により形成されたトナー像を、転写材もしくは中間転写体に転写する転写手段とを備え、
   前記現像手段から前記像担持体へ滑材が供給される画像形成装置であって、
   トナーを前記現像手段に補給するトナー補給手段と、
   前記現像手段におけるトナー濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記現像手段からの滑材供給量を検出する供給量検出手段と、
   前記供給量検出手段の検出結果に応じて、前記トナー補給手段によるトナー補給量を、前記トナー濃度に基づく第１補給量と所定の第２補給量との何れかに制御する制御手段とを備え、
   前記供給量検出手段は、
   前記現像ローラを駆動させる所定の駆動時間あたりのトナー補給量を求めることにより、前記滑材供給量を検出することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記供給量検出手段は、
   前記駆動時間あたりのトナー補給量を移動平均にて求める請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記供給量検出手段は、重み付け係数を乗じて前記移動平均を求めるものであり、
   前記重み付け係数は、経過枚数あるいは経過時間が増えるにつれて重みが小さくなる請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記濃度検出手段は、
   現像剤の透磁率を検出する手段、および、印字データの画素データを基にトナー消費量を算出する手段の少なくとも一方を有する請求項１から請求項３の何れかに記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、
   前記供給量検出手段の検出結果が第１所定値を上回っている場合に、トナー補給量を第１補給量とし、前記供給量検出手段の検出結果が第１所定値以下である場合に、トナー補給量を第２補給量とする請求項１から請求項４の何れかに記載の画像形成装置。
6. 前記濃度検出手段の検出結果が予め定められた第２所定値に達した場合に、第２補給量のトナー補給を停止し、
   前記濃度検出手段の検出結果が第２所定値を再び下回った場合に、前記停止を解除する請求項１から請求項５の何れかに記載の画像形成装置。
7. 前記濃度検出手段の検出結果が第２所定値に達したままで、前記供給量検出手段が第１所定値より低い第３所定値を下回った場合に、前記現像手段より所定量のトナー吐き出しを行う請求項６に記載の画像形成装置。