JP2017223841A - トナー強制消費方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地肌かぶりを抑制するためのトナー強制消費量を精度よく決定できるトナー強制消費方法を提供する。
【解決手段】トナー強制消費動作実行前に、トナー強制消費量を決定するための消費量決定用パターンに対応した静電潜像の形成、現像、転写を行い、中間転写ベルト上で転写された消費量決定用パターンの非画像部のトナー濃度を検知し、検知結果に基づいてトナー強制消費量を決定する工程と、決定されたトナー強制消費量に基づいて強制消費パターンを作成し、トナー強制消費動作を実行する工程と、からなり、消費量決定用パターンは、画像移動方向Ｆの先頭がベタパターン２９で始まり、非画像部（白紙パターン３０）に対して実施されるトナー濃度の検知タイミングが、先行したベタパターン２９から現像装置の複数の回転部材のうちの少なくとも一つ（例えば現像ローラ）の回転周期に一致する。
【選択図】図４

Description

本発明は、トナー強制消費方法及び画像形成装置に関する。

電子写真方式による画像形成装置は、感光体上に形成された静電潜像上に静電気力等を利用して現像剤を供給し現像（可視化）する現像装置を備えている。
現像装置内での現像剤（以下、「トナー」という）は、部材との接触・擦摩によって帯電し、部材に印加される所定電位差によって生じる電界によって部材近傍または部材間での移動が制御される。

トナーの表面には、帯電性能や粉体としての流動性を制御するために添加剤が付着されている。この添加剤は、現像装置のトナーが部材間で摩擦されるストレスによって、トナー母体へ埋没したりトナー母体から剥離する。
これにより、多くの場合、時間が経つにつれトナー帯電性や流動性が使用初期に比べて低下する。帯電性が低く流動性の悪いトナーは、電界による移動制御が十分に効かず、非画像部（非印字部）にも付着する。この現象は地肌かぶりと呼ばれている。以下では単にかぶりと称する。

摩擦によるトナーの経時的劣化が進行するとかぶりは悪化し、装置が長期間放置された後再度印刷開始した場合の印刷開始直後のかぶりは紙上で視認されるほど顕著に発生することもある。
非画像部とは、画像形成範囲内の非印字部を指す。

かぶりの悪化を防止する目的で、中間転写ベルト等に転写した状態でのかぶり量を定期的に測定し、測定されたかぶり量に応じてトナー強制消費量を決定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
トナーの強制消費とは、通常の画像形成とは別に静電潜像を形成してトナーで現像して回収することにより、劣化したトナーを強制的に現像装置外に排出することをいう。
上記従来技術において、かぶり量とトナー強制消費量との関係は実験的に予め定められていて、独自の参照テーブルまたは算出式を用いて、トナー強制消費量を決定するようになっている。

かぶり量は、トナーの劣化程度と劣化トナーの存在比率に依存する。トナーが現像装置内を万遍なく循環していて、現像装置内のどこでトナーを採取しても劣化トナーと非劣化トナーとの存在比率が大きく異ならない場合、かぶり量を測定すれば現像装置内全体に存在する劣化トナー量をトナーの劣化程度によらず見積もることができる。よって、強制消費するトナー量も安定して見積もることができる。
しかしながら、実際には劣化トナーの偏在が発生しやすく、トナー強制消費量を過不足なく見積もることができるとは限らない。
トナー強制消費量を精度よく決定できなければ、かぶりが依然として解消されず、あるいは過剰排出によりトナーを無駄に消費することとなる。

本発明はこのような現状に鑑みて創案されたもので、トナー強制消費量を精度よく決定できるトナー強制消費方法の提供を、その目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のトナー強制消費方法は、像担持体上に静電潜像を形成し、該静電潜像を複数の回転部材を備えた現像装置によりトナーを供給して現像し、現像されたトナー像を被転写体に転写する画像形成装置において、前記像担持体上の画像形成領域における非画像部にトナーが付着するのを抑制するために、トナーを強制的に消費するトナー強制消費方法であって、トナー強制消費動作実行前に、トナー強制消費量を決定するための消費量決定用パターンに対応した静電潜像の形成、現像、転写を行い、前記被転写体上で転写された前記消費量決定用パターンの前記非画像部のトナー濃度を検知し、検知結果に基づいてトナー強制消費量を決定する工程と、決定されたトナー強制消費量に基づいて強制消費パターンを作成し、トナー強制消費動作を実行する工程と、からなり、前記消費量決定用パターンは、前記像担持体移動方向の先頭がベタパターンで始まり、前記非画像部に対して実施されるトナー濃度の検知タイミングが、先行した前記ベタパターンから前記複数の回転部材のうちの少なくとも一つの回転周期に一致する。

本発明によれば、トナー強制消費量を精度よく決定できるトナー強制消費方法を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の一例の概要構成図である。 図１の画像形成装置における一次転写構成を示す図である。 図１の画像形成装置における現像装置の一例の概要断面図である。 実施例１における消費量決定用パターンを示す図である。 実施例２における消費量決定用パターンを示す図である。 実施例３における消費量決定用パターンを示す図である。 第２の実施形態における強制消費パターンの一例を示す図で、（ａ）は分割前の図、（ｂ）は分割後の図である。 第２の実施形態における強制消費パターンの変形例を示す図である。 第２の実施形態における強制消費パターンの別の変形例を示す図である。 第３の実施形態における強制消費パターンの一例を示す図である。 図１０で示した強制消費パターンに対する転写電界の印加タイミングの一例を示す図である。 第４の実施形態における制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図６に基づいて第１の実施形態を説明する。図１に、４色フルカラーのタンデム型の画像形成装置の概略図を示す。この画像形成装置は、装置本体１０１の上方に原稿を搬送する原稿搬送装置１０５と、原稿読取装置となるスキャナー部１０４が配置されている。装置本体１０１の下部には記録媒体としての用紙Ｓを給紙する給紙部１０２が配置されている。

装置本体１０１内には、スキャナー部１０４から出力されるデジタル信号を電気的に画像処理部で処理し、該画像処理部から出力されるデジタル信号に基づいて画像を用紙上に形成する画像形成部１０３が配置されている。
スキャナー部１０４では、原稿載置台上に置かれた原稿の画像は、照射ランプ、ミラー、レンズを介してカラーＣＣＤによって読み取られ、そのデータが画像処理部に送られる。画像処理部においては、このデータに必要な処理が施され、画像信号に変換され、画像形成部１０３へ送られる。

画像形成部１０３は、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）に対応したプロセスカートリッジ１００Ｋ、１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃと、これらのプロセスカートリッジと対向配置され、各プロセスカートリッジで形成されたトナー像が転写される中間転写体としての中間転写ベルト１２１を備えた中間転写ユニット１０６と、中間転写ベルト１２１から用紙Ｓに転写されたトナー像を用紙Ｓに定着する定着装置１０７とを備えている。中間転写ベルト１２１は複数のローラ部材１１１、１１２、１１３に巻き掛けられていて、図中時計回り方向に移動するように構成されている。

中間転写ベルト１２１には、プロセスカートリッジ１００Ｋ、１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃと対向する位置に１次転写部材としての１次転写ローラ１０８Ｋ、１０８Ｙ、１０８Ｍ、１０８Ｃが配置されて１次転写部が形成されている。ローラ部材１１１と対向する位置には２次転写部材としての２次転写ローラ１２４が配置されて２次転写部が形成されている。

図２に示すように、プロセスカートリッジ１００Ｋ、１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃは、それぞれ像担持体としての感光体ドラム１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃを備えている。感光体ドラム１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの周囲には、感光体ドラムの表面を帯電するための接触式帯電部材としての帯電ローラ２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃと、各帯電ローラで一様に帯電処理された各感光体ドラムの表面（像担持体上）に潜像を形成するためのレーザー光３Ｋ、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃが照射される露光部と、感光体ドラム上の潜像に、現像剤となる一成分非磁性トナー（以下、単に「トナー」と記す）を帯電させて付着することでトナー像を形成する現像装置５Ｋ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃと、各感光体ドラム上の残留トナーを除去するためのクリーニング装置１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃとが順に配置されている。

図１に示すように、潜像を形成するためのレーザー光３Ｋ、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃは、各プロセスカートリッジの上部に配置された露光装置３から照射される。
各現像装置の上部には、交換可能なトナーを収容して現像装置５Ｋ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃと連結され、トナーを各現像装置内に供給するトナー補給容器４Ｋ、４Ｙ、４Ｍ、４Ｃが配置されている。これら構成のうち、各感光体ドラム、各帯電ローラ、各現像装置、各クリーニング装置は、それぞれ同一色の構成が１つのユニットとして構成されていて、各色のプロセスカートリッジ１００Ｋ、１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃを構成している。

給紙部１０２には、複数の給紙トレイ１４０、１４０と、各給紙トレイ１４０、１４０内に積載されて収納された用紙Ｓを給紙する給紙ローラ１４２、１４２と、給紙された用紙Ｓを装置本体１０１内に配置されたレジストローラ対１４４に向かって搬送する搬送ローラ対１４３、１４３を備えている。

上記構成のタンデム型の画像形成装置では、主にブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）といった単色の画像を感光体ドラム１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの表面に形成する。画像形成が露光部電位を低くしてトナーを付着させるネガポジ方式で行われる場合、帯電ローラ２Ｋ、２Ｙ、２Ｍ、２Ｃによって表面を一様に負に帯電された感光体ドラム１Ｋ、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃは、レーザー光３Ｋ、３Ｙ、３Ｍ、３Ｃによって感光体表面に静電潜像を形成される。現像装置５Ｋ、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃによってトナーを感光体表面に付着させ、トナー像を可視化する。
トナー像は、転写バイアスが印加される１次転写ローラ１０８Ｋ、１０８Ｙ、１０８Ｍ、１０８Ｃによって、中間転写ベルト１２１に各感光体ドラム表面から転写される。各感光体ドラムから中間転写ベルト１２１に転写されなかった残トナー成分はクリーニング装置１２Ｋ、１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃが備えるクリーニングブレード１１Ｋ、１１Ｙ、１１Ｍ、１１Ｃにより感光体表面から除去される。

中間転写ベルト１２１の表面に転写されたトナー像は、２次転写ローラ１２４に２次転写バイアスが印加されることで給紙トレイ１４０から搬送された用紙Ｓへ転写される。転写後の残留トナー成分あるいは、外添剤成分はクリーニング装置１２２が備えるクリーニング部材１２３によって除去される。用紙Ｓに転写されたトナー像は、搬送装置１２５によって定着装置１０７へと搬送され、定着装置１０７によって用紙Ｓ上に溶着されて定着される。定着後の用紙Ｓは、排紙ローラ対１４７から排紙トレイ１４８上に排紙される。

上記画像形成装置では、このような一連の画像形成プロセスが、設定された印刷枚数分だけ実行されることで印刷が終了する。図１中、符号１５は中間転写ベルト１２１上に転移したトナーの付着量及び各色の位置を測定してかぶり量や位置合わせの調整に使用する付着量検知センサを示している。

図１、図２では４色のプロセスカートリッジを用いたフルカラーの画像形成装置を示したが、本発明は１台のプロセスカートリッジを用いたモノクロの画像形成装置にも適用できる。モノクロの画像形成装置では被転写体は用紙等の記録媒体となる。

図３に基づいて現像装置の構成について説明する。各色の現像装置は、トナーの色が異なる以外は同一構成であるので、色を識別するためのＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの符号を省略して、１つの現像装置５を代表して説明する。

一成分方式の現像装置５は、そのケーシング（現像槽）２０の内部が、上下方向において現像剤貯蔵室（以下「トナー貯蔵室」と記す）２１と現像室２２とに区分されている。現像室２２はケーシング２０の下部側に配置され、トナー貯蔵室２１は上部側に配置されている。トナー貯蔵室２１と現像室２２とは、仕切り部材２３によって仕切られている。仕切り部材２３の中央には、トナー貯蔵室２１と現像室２２とを連通するトナー供給口２３ａが形成されている。
トナー貯蔵室２１に貯蔵されるトナーＴは、粉砕トナー、重合トナーのいずれでもよい。

現像室２２内には、感光体ドラム１と対向配置された現像剤担持体としての現像ローラ２４と、現像ローラ２４に対してトナーＴを供給する供給部材としての供給ローラ２５と、現像ローラ２４の表面に接触することで現像ローラ２４の表面に保持されるトナーＴの層厚を規制する規制部材２６とが備えられている。
現像ローラ２４と供給ローラ２５は、互いにその表面が接触するように配置されている。現像ローラ２４と供給ローラ２５は、ケーシング２０に回転自在に支持されていて、図示しない駆動源からの駆動力によって同方向に回転するように構成されている。
すなわち、接触部Ｎにおいて現像ローラ２４の表面移動方向と供給ローラ２５の表面移動方向とは互いに逆方向になるように構成されている。

トナー貯蔵室２１内には、トナー攪拌部材２７が配置されている。トナー貯蔵室２１に収容されているトナーＴは、トナー攪拌部材２７で攪拌されて、トナー供給口２３ａから現像室２２内へと落下して供給される。
現像ローラ２４と供給ローラ２５には、電源からそれぞれバイアスが印加されるように構成されている。現像ローラ２４に印加するバイアスは、所謂、現像バイアスであって、マイナス極性に荷電したトナーＴが供給ローラ２５から現像ローラ２４に接触部Ｎで移動する方向の電界となるようにバイアスが設定されている。

以下、本実施形態に係るトナー強制消費方法について説明する。
本発明は、トナーを強制的に消費するトナー強制消費動作実行前にトナー強制消費量を決定することを特徴としている。すなわち、トナー強制消費量を決定するための専用パターン（消費量決定用パターン）を用い、消費量決定用パターンの転写で検知された付着量の結果に基づいてトナー強制消費量を決定し、決定されたトナー強制消費量によりトナーを強制消費する動作を行うものである。

［実施例１］
図４に本実施形態に係る消費量決定用パターンの実施例１を示す。消費量決定用パターン２８は、像担持体移動方向（画像移動方向）Ｆの先頭に位置する１００％印字のベタパターン２９と、その後に続く白紙パターン３０とからなる。ベタパターン２９の画像移動方向の長さＬ１は、付着量検知センサ１５による検知動作が安定して行われるために必要な幅であればよく、実験的に求められるものである。
図４において、符号Ｌ２は現像ローラ２４の周長（周期）を示し、Ｌ３は白紙パターン３０の長さを示している。白紙パターン３０には、かぶり検知領域３１が存在する。かぶり検知領域３１の画像移動方向の長さＬ４は、付着量検知センサ１５による検知動作が安定して行われるために必要な幅であればよく、Ｌ１と同じである。

上記のように、消費量決定用パターン２８は、画像移動方向の先頭がベタパターン２９で始まり、画像形成領域の非画像部である白紙パターン３０に対して実施されるトナー濃度（付着量）の検知タイミングは、先行したベタパターン２９から現像装置５の複数の回転部材のうちの少なくとも一つ、ここでは現像ローラ２４の回転周期に一致するタイミングである。
すなわち、付着量検知センサ１５による検知は、画像移動方向におけるベタパターン２９の先端から現像ローラ２４の周長Ｌ２後に開始される。

本発明の特徴は、下記のように、消費量決定用パターン２８の形状と該パターン内で検知を実施する位置（周期）にある。
白紙パターン３０の画像移動方向の長さＬ３は、現像ローラ２４の回転周期（周長）または供給ローラ２５の回転周期（周長）以上である。
ベタパターン２９の長さＬ１が「現像ローラ周長以下」であるとして、ベタパターン２９の印字が始まったときを１周目とすると、１周目でベタパターン２９の現像に使用されるトナーはそれ以前に現像ローラ２４上に供給され保持されていたトナーである。

現像ローラ２４上で実際にベタパターン２９を現像した領域をＡとすると、２周目で領域Ａに存在するトナーは、供給ローラ２５とその近傍から供給されたトナーである。
このため、２周目の領域Ａが白紙パターン３０の感光体ドラムと接触して生じる感光体ドラム上のかぶりによる画像濃度（トナー付着量）を検知すれば、供給ローラ２５近傍のトナーの劣化程度を推定することができる。この程度に応じて、強制消費量を決定する。

［消費量決定用パターンの現像から付着量検知まで］
トナー強制消費動作の実施の指示が装置本体の制御部から送られると、露光装置３は制御部からの指示情報に基づいて事前に所定の電位に帯電された感光体ドラム１にレーザー光を照射し、消費量決定用パターンに一致する静電潜像を感光体ドラム１上に形成する。
消費量決定用パターンは現像装置５により現像されて中間転写ベルト１２１上に転写され、中間転写ベルト１２１上に対向して配置された付着量検知センサ１５の検知領域まで運ばれる。
現像部から付着量検知センサ１５によるかぶり検知領域までトナーが移動する際に、現像部と一次転写部のそれぞれで、部材間に設定されたバイアスにより発生する電界に応じてトナーは移動する。
ベタパターン２９を現像するトナーと白紙パターン３０のかぶりトナーのそれぞれが現像部から中間転写ベルト上に効率よく転写するように、パターンごとに転写電圧が切り替わるように設定されていてもよい。

付着量検知センサ１５は、画像濃度調整の際に用いられる画像濃度検知手段と兼ねてもよい。画像濃度検知手段は、画像形成装置内の中間転写ベルトの外周面に対向するように配置された光学センサが一般的である。
光学センサはＬＥＤ（発光ダイオード）などで構成される発光部と、フォトトランジスタなどで構成される２つの受光部とを備え、受光部の一つは正反射光の受光部、もう一つは拡散反射光の受光部として機能する。
画像濃度検知は、検知対象の画像（トナー）が中間転写ベルトの移動に伴って移動し、付着量検知センサ１５の対向位置を通過する際に実施される。

中間転写ベルト上で、付着量検知センサ１５の対向位置までパターンが搬送されると発光部からパターンへ光が照射され、その反射光が２つの受光部に入射し、入射した光量に基づいた電圧が出力される。この出力電圧値に基づいて、装置本体の制御部は画像濃度（付着量）を計算する。
かぶりによる画像濃度を測定する場合は、トナーが付着している領域とそうでない領域が存在するため、一般的な中間調での画像濃度検出時と同様の処理によって画像濃度を計算し、その値をかぶり量に換算する。

付着量検知センサ１５による検知結果からトナー強制消費量を決定するには、予め定められ装置本体の制御部に紐づけられた記憶領域（メモリ）に保存された参照テーブルに基づいて決定される。参照テーブルの一例を表１に示す。

制御部は算出されたかぶり量から参照テーブルに基づいて対応する必要消費量を抽出する。必要消費量が決まると、それに基づいて強制消費パターンが形成され、トナーの強制排出動作（強制消費動作）が開始される。必要消費量は、画像移動方向と直交する方向の単位長さあたりの量として表示している。
実際の強制消費動作では、印字パターン（印字率やパターン長）とバイアスを操作し、画像形成装置の生産性と消費後のトナーの回収機能が破綻しないことを両立させるように、適切な条件を設定するのが望ましい。

［トナー強制消費動作の実施タイミング］
トナーを強制消費する動作が行われるタイミング（本発明が実施されるタイミング）は、トナーの特性変化に関連する項目の変化に紐づいて実施されるのがよい。関連する項目については具体的には以下のものが挙げられ、これらの値のいずれか若しくはいずれかの組み合わせで、画像形成装置ごとに適切な実施タイミングが決定される。
例えば、機能部品の動作距離や印刷枚数などの製品寿命に関連するものに関して、画像形成装置の記憶領域に随時記録される値を装置本体の制御部が常時監視し、所定の周期（累積動作距離５００ｍごと、または累積印刷枚数２００枚ごと、など）を迎えるごとに制御実行の指示を出す、などである。

または、過去に出力した画像の印字率、実施された内部処理（画像濃度調整やトナー補給）に伴うトナー消費と走行距離を元に算出された印字率が所定の値を下回ったとき、印刷動作終了後から次の印刷指示を受けるまでの待機時間が所定の値を上回ったとき、装置本体の主電源のＯＦＦ／ＯＮがされたときなどでもよい。
また、前記の項目について、予め決められた「所定の値」が、画像形成装置が設置された環境の温湿度に依存して変化してもよい。一般に、絶対湿度が高い環境のほうがトナーの特性変化が大きくかぶりが悪化しやすいので、実施頻度が高くなるよう設定されることが望ましい。

劣化トナーの偏在領域が広い、または、劣化トナーが供給ローラ部位に大量に蓄積されている場合、上記のような２周目のかぶり量だけでは、かぶりを狙い値まで改善するために必要な強制消費量を適切に見積もれるか確かでない。
その場合は、ベタパターン２９の幅（範囲）を「現像ローラ周期」を超える「現像ローラ周期＋供給路ローラ周期」に一致する長さとして、そのベタパターンを現像した後の白紙部のかぶり量から、トナー劣化程度を推定し、劣化程度とベタパターンの長さを増した分を考慮して強制消費量を決定すればよい。
なお、実施例１と上記決定方式との両方のかぶり量（白紙部の濃度）をみれば、より適切に強制消費量を決定することができる。
周期に着目すれば、ベタパターンは、付着量検知センサ１５の動作時間内で安定して読み取れる長さのパターン、またはそのパターンを供給ローラ周期で組み合わせたものでもよい。その際、検知する箇所は、ベタパターンから現像ローラ周期後、または組み合わせたベタパターンの２個目から供給ローラ周期後の位置となるように、検知動作のタイミングを合わせこむ必要がある。

［実施例２］
図５に本実施形態に係る消費量決定用パターンの実施例２を示す。実施例１と同一部分は同一符号で示し、既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する（以下の他の実施例又は実施形態において同じ）。

図４の例では、かぶり量Ｘは現像ローラ１周長分強制消費した後のかぶり量を示しているが、この位置でのかぶり量が多いとき、トナーの劣化が進行している、または現像周りでの劣化トナーの蓄積量が多いことが予想される。このため、余裕をみて必要消費量を多めに見積もる必要がある。
より正確に見積もるならば、図５に示すような消費量決定用パターンを利用するとよい。図５に示す消費量決定用パターン３２は、ベタパターンが２つのベタパターン２９ａ、２９ｂで構成され、その後が白紙パターン３０という組み合わせで形成される。
すなわち、ベタパターンが、現像装置５の複数の回転部材のうちの少なくとも一つの回転周期で像担持体移動方向に複数配置されている。

２つ目のベタパターン２９ｂから、供給ローラ周長Ｌ５だけ間隔をあけた位置の白紙部について、画像濃度検知を実施する。供給ローラ２５の周長Ｌ５は、現像装置５の複数の回転部材のうちの一つの回転周期である。

［実施例３］
図６に本実施形態に係る消費量決定用パターンの実施例３を示す。
図６に示す消費量決定用パターン３３では、２箇所のかぶり検知領域３１を設けている。一つは「現像ローラ１周長」分の強制消費後、もう一つは「現像ローラ１周長＋供給ローラ１周長」分の強制消費を実施した後のかぶり量を検知する構成になっている。
この例では、図５での例に比べて強制消費量の上限をより適切に見積もることができるので、必要以上にトナーを強制消費することを抑えられる。
図６のパターンでかぶり量を検知した場合のトナー強制消費量を決定するための参照テーブルを表２に示す。
表２において、ｘ１は「現像ローラ１周長」分の強制消費後のかぶり量を、ｘ２は「現像ローラ１周長＋供給ローラ１周長」分の強制消費を実施した後のかぶり量を示している。

図６の消費量決定用パターン３３は、図５の消費量決定用パターン３２よりも制御で消費するトナー量が多く、図５の消費量決定用パターン３２は図４の消費量決定用パターン２８よりも消費するトナー量が多い。
見積もった必要消費量から本制御で使用した分を差し引いた値を強制消費動作時の消費量にするなどで、パターン別の消費量の大小は軽減できる。実際には、トナー消費量の節約とかぶり防止を両立させる観点から、図４と図６のパターンを制御部に記憶しておいて、いずれのパターンを選択するかを画像形成装置の使用状況（印字率、待機時間）、設置環境に応じて決定するのが望ましい。

特許文献１等の従来例のように、トナー強制消費動作前に消費量決定動作を行わない状態のかぶり量を目安に消費量を決定する制御を実行した場合と、本発明の図６のパターンを用いて強制消費量決定の制御を実行した場合について、かぶり発生の有無を確認するテストを実施した。
１週間待機直後にそれぞれの強制消費量決定制御を実施し、決定した量での消費を実施した後で画像１枚を出力し、その出力画像上のかぶり発生の有無を確認するテストを実施した。
使用劣化については、１回の印刷ジョブで用紙片面１枚に印字率２％の画像を出力する条件で５００枚印刷した後、１回の印刷ジョブで用紙片面３枚に印字率５％の画像を出力する条件に切り替えてさらに５００枚印刷するのを繰り返し、使用条件が頻繁に切り替わりトナー劣化が予想されにくい状況で実施した。

オフィス環境は、温湿度が２３℃５０％設定で一定に保たれた環境である。
かぶり発生の有無は目視にて確認し、未発生は○、軽微な発生を△、発生は×とした。その結果を表３に示す。

接触一成分方式の現像システムでは、現像部周辺でのトナーの移動は、静電的な力でローラ表面に保持し搬送されるか、ローラ近傍でローラの回転に沿って発生する粉流のいずれかによる。現像ローラ上に一度保持されたトナーは、現像されるまでは現像ローラと供給ローラの表面上を循環するか、供給ローラ部位に蓄積されるか、供給ローラ近傍に滞留するかのいずれかで、全体に循環されるものは少ない。
よって、現像ローラ近傍は現像部全体に比べて劣化トナーの割合が高くなりやすい。この傾向は、単純なトナーの消費率だけでなく、トナー流動性の環境変化やトナー内部の充填状態などにも影響される。

以上のことから、劣化トナーの偏在が発生する現像システムにおいて、特許文献１のような制御では強制消費量を過不足なく見積もることができるかは確かでない。
これに対し、本発明によれば精度よくかぶり量を検知できるため、強制消費量を精度よく決定でき、結果としてかぶりを高精度に抑制することができる。

図７に基づいて第２の実施形態を説明する。
印字が繰り返された現像ローラ表面は、ローラ表面近傍に外添剤が埋没あるいは離脱した劣化トナーが強固に付着している。ベタ印字がなされトナーが消費された現像ローラは、表層のトナーが無くなり供給ローラにより強固に付着している劣化トナーを掻き取ることができる。
従って、現像ローラ表面１周長分のトナーを強制消費する必要がある。しかしながら、現像ローラ１周長分を強制消費した場合、クリーニング装置１２に掛かる負荷が大きくなりクリーニング不良や回収トナーの搬送不良、トナーこぼれが発生する。

本実施形態では、上記問題を解消すべく、トナー強制消費動作を実行する際、決定されたトナー強制消費量における現像ローラ２４の１周期分の強制消費パターンを分割して消費することを特徴とする。
図７（ａ）は現像ローラ２４の１周期分の強制消費パターン３４を示している。強制消費パターン３４は３４ａ、３４ｂ、３４ｃの３つに分割されている。図７における符号Ｗは、現像ローラ２４上のトナーの存在範囲を示している。
トナー強制消費動作を実行する場合には、図７（ｂ）に示すように、分割した強制消費パターン３４の各分割領域を現像ローラ２４の１周期内に１つ存在するように振り分けて実施する。
すなわち、現像ローラ３回転で表面のトナーを強制消費する方法を示している。
このようにすればクリーニング装置１２に掛かる負荷を軽減でき、上記諸問題を抑制できる。

現像ローラ１周期での分割数を増やしても構わない。現像ローラ１周期分のトナーを一括で消費した場合と分割で消費した場合のクリーニング性能を評価した結果を表４に示す。分割数が多ければクリーニング性能が良好となるが、少なくても回転数が多ければクリーニング性能が良好となることが分かる。

図８は、クリーニング装置に掛かる負荷をさらに低減させる方法を示す図である。
この例では、分割された強制消費パターン３４ａ、３４ｂ、３４ｃのうち少なくとも一つの画像移動方向の位置を部分的に変えることを特徴としている。具体的には、分割された強制消費パターン３４ａ、３４ｂ、３４ｃを、それぞれ画像移動方向と直交する方向にさらに３つに分割し、中央に位置する部分の位置を両側部分に対して画像移動方向にずらしている。
このようにすれば分割された各強制消費パターン３４ａ、３４ｂ、３４ｃは一括してクリーニングされないため、クリーニング装置に掛かる負荷をさらに低減できる。

図９は、強制消費パターンのトナーを回収するクリーニング装置１２内で回収されたトナーの搬送不良が発生しないようにするための強制消費パターンを示している。
クリーニング装置１２内の回収トナー搬送方向Ｒの下流側が先に回収されるように各強制消費パターン３４ａ、３４ｂ、３４ｃが形成されている。具体的には、分割された強制消費パターン３４ａ、３４ｂ、３４ｃを、それぞれ画像移動方向と直交する方向にさらに複数（ここでは３つ）に分割し、それぞれを画像移動方向に段階的にずらしている。
このようにすることにより、クリーニング装置１２の回収トナー搬送出口に近い方から強制消費トナーが回収され、クリーニング装置外へ早く排出されて搬送不良が抑制される。

図１０及び図１１に基づいて第３の実施形態を説明する。
経時的な装置使用における放置後の印刷画像上のかぶり量について、これまでの観察によって主走査方向（画像移動方向と直交する方向）に対してばらつくことがあることが分かっている。
これは現像ローラ２４に対する規制部材２６の当接圧のばらつき、現像ローラ２４の表面粗さの軸方向のばらつき等が原因である。これらの原因により、現像ローラ上のトナー付着量、帯電量やトナーの劣化程度が変化し、かぶり量が主走査方向に対してムラを生じることがあるためである。

この場合、かぶり検知領域３１を図１０のように主走査方向に３分割し、それぞれの領域３１ａ、３１ｂ、３１ｃでかぶり量検知を実施する。その結果に応じて各領域で強制消費パターン３５の副走査方向（画像移動方向）の長さを変化させることで強制消費のトナー消費量を抑制することができる。
すなわち、非画像部のトナー濃度を検知する領域を、画像移動方向と直交する方向に分割し、分割したそれぞれの領域における検知結果に基づいて、各領域でのトナー強制消費量を決定する。
領域３１ａはかぶり量が中程度、領域３１ｂはかぶり量が多め、領域３１ｃはかぶり量が少なめの状態を示している。

上記のようにかぶり検知領域３１を主走査方向に分割し、各領域でのかぶり検知結果に応じて各領域での強制吐出し（強制消費）の強制消費パターンの副走査方向の長さを変化させた場合の領域ごとの紙上かぶりの目視判定結果を表５に示す。経時的劣化条件は表３と同じで、環境は高温高湿、感光体ドラムの回転数から算出される走行距離は１５ｋｍである。

表５から、各領域でのかぶり検知結果に応じて各領域の強制吐出し量を制御することで紙上かぶりを防止しつつ、トナーの強制消費量を必要最小限に抑制できることが分かる。

かぶり量が多く、強制消費のトナー量が多い場合、感光体ドラム上または中間転写ベルト上に設けられたクリーニング装置１２または１２２に掛かる負荷が大きくなり、クリーニング不良や回収トナーの搬送不良、トナーこぼれが発生する虞がある。
この場合、領域ごとのかぶり検知結果をもとに感光体ドラム上に形成された強制消費パターン３５に印加する転写電界の印加タイミングを、図１１に示すように制御する。
強制消費パターン３５の画像移動方向における先端側３５Ａでは転写電界を印加せず、感光体ドラム側に設けられたクリーニング装置１２で回収する。
後端側３５Ｂでは転写電界を印加して転写し、中間転写ベルト側に設けられたクリーニング装置１２２で回収する。
上記のように、検知結果に応じて感光体ドラム上に形成した強制消費パターンを中間転写ベルトに転写するか否かを決定することで、クリーニング装置に掛かる負荷を低減することができる。

図１２に基づいて、第４の実施形態を説明する。
強制消費パターンを中間転写ベルト上のクリーニング装置１２２に回収させた場合、強制消費パターンのトナーがクリーニング装置１２２に回収される前に中間転写ベルトと２次転写ローラ間の２次転写ニップを通過するため、２次転写ローラがトナーで汚れていき、用紙の裏汚れが発生してしまう。

本実施形態では上記問題を回避するために、まず、感光体ドラム上のクリーニング装置１２に回収させた強制消費パターンの累積トナー量を算出する。算出方法の一例として、装置本体の制御部に設けた感光体ドラム上の累積強制消費量カウンタに表１や表２のようにかぶり量検知により決定、実行された強制消費量を記憶させる。強制消費パターンが実行されるたびに実行された強制消費量を累積強制消費量としてカウントさせる。
この累積強制消費量カウントを基に、累積強制消費量が所定値以下の場合、感光体ドラム上のクリーニング装置１２に回収させるように強制消費パターンを実行し、所定値を超える場合は、中間転写ベルト上のクリーニング装置１２２に回収させるように強制消費パターンを実行する。
すなわち、強制消費パターンの回収先を累積消費量を基に決定する。

中間転写ベルト上のクリーニング装置１２２に強制消費パターンを回収させた後に、中間転写ベルト上への吐き出し回数（実行回数）をカウントし、カウント数が所定値を超えた場合は、感光体ドラム上への累積強制消費量カウントと中間転写ベルト上への実行回数カウントをリセットして、次の強制消費パターンは感光体ドラム上のクリーニング装置１２に回収させるようにする。
すなわち、強制消費パターンの回収先を、強制消費パターンを中間転写ベルトへ転写した実行回数を基に決定する。

図１２に上記制御動作の流れを示す。
まず、制御部による付着量検知センサ１５からの検知情報に基づいたかぶり有無の検知がなされ（Ｓ１）、かぶりが有るか否かが判断される（Ｓ２）。かぶりが有る場合には、消費量決定用パターンを用いた付着量検知センサ１５によるかぶり量検知がなされ、検知結果に基づいて強制消費量が決定される（Ｓ３）。
決定された強制消費量を累積強制消費量カウンタに加える（Ｓ４）。決定された強制消費量に基づいて感光体ドラム上に強制消費パターンが作成され、現像される（Ｓ５）。Ｓ１におけるかぶり有無の検知はオペレータの目視により行ってもよい。

次に、感光体ドラム上に吐き出した強制消費量が所定値（例えば２０ｍｇ／ｃｍ）を超えたか否かが判断される（Ｓ６）。超えた場合には、中間転写ベルト上のクリーニング装置１２２に回収させるように、強制消費パターンの中間転写ベルトへの転写を実行する（Ｓ７）。
次に強制消費パターンの中間転写ベルトへの転写の実行回数が所定値（例えば５回）を超えたか否かを判断する（Ｓ８）。超えた場合には、感光体ドラム上に吐き出した累積強制消費量のカウントと中間転写ベルト上への実行回数のカウントをリセットして、次の強制消費パターンは感光体ドラム上のクリーニング装置１２に回収させるようにする（Ｓ９）。
Ｓ６において、所定値を超えていない場合には、感光体ドラム上のクリーニング装置１２に強制消費パターンを回収させる（Ｓ１０）。

予め決められた所定値が、画像形成装置が設置された環境の温湿度に依存して変化してもよい。一般に、絶対湿度が高い環境の方がトナーの特性変化が大きくかぶりが悪化しやすいので、実施頻度が高くなるよう設定されるため、強制消費パターンの回収先の切り替えタイミングも早くする方が望ましい。
強制消費パターンの回収先を決定する制御フローがなく、感光体ドラム上または中間転写ベルト上のクリーニング装置のどちらかに回収させる場合と、図１３の回収先の制御フローを用いて回収先を決定した場合とについて、比較テストを実施した。

１週間待機直後にそれぞれの強制消費量決定制御を実施し、決定した量での消費を複数回実施した後で画像１枚を出力し、その出力用紙の裏汚れ発生の有無、クリーニング不良による画像上の縦筋の有無を確認するテストを実施した。
経時的劣化条件としては、１回の印刷ジョブで用紙片面１枚に印字率２％の画像を出力する条件で５００枚印刷した後、１回の印刷ジョブで用紙片面３枚に印字率５％の画像を出力する条件に切り替えてさらに５００枚印刷するのを繰り返し、使用条件が頻繁に切り替わりトナー劣化が予想されにくい状況で実施した。
オフィス環境は、温湿度が２３℃５０％設定で一定に保たれた環境である。
出力用紙の裏汚れ発生の有無、クリーニング不良による画像上の縦筋の有無は目視にて確認し、未発生は○、軽微な発生を△、発生は×とした。その結果を表６、７に示す。

表６、７から明らかなように、強制消費パターンの回収先を決定する制御フローを有する場合、装置使用における経時的劣化の進行にかかわらずかぶりを抑制できることが分かる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 像担持体としての感光体ドラム
５ 現像装置
１２、１２２ クリーニング装置
２４ 回転部材としての現像ローラ
２５ 回転部材としての供給ローラ
２８ 消費量決定用パターン
２９ ベタパターン
３５ 強制消費パターン
１２１ 被転写体としての中間転写ベルト
Ｌ２、Ｌ５ 回転周期

特開２００６−２４３１１５号公報 特許第５３９７００号公報

Claims (10)

1. 像担持体上に静電潜像を形成し、該静電潜像を複数の回転部材を備えた現像装置によりトナーを供給して現像し、現像されたトナー像を被転写体に転写する画像形成装置において、前記像担持体上の画像形成領域における非画像部にトナーが付着するのを抑制するために、トナーを強制的に消費するトナー強制消費方法であって、
   トナー強制消費動作実行前に、トナー強制消費量を決定するための消費量決定用パターンに対応した静電潜像の形成、現像、転写を行い、前記被転写体上で転写された前記消費量決定用パターンの前記非画像部のトナー濃度を検知し、検知結果に基づいてトナー強制消費量を決定する工程と、
   決定されたトナー強制消費量に基づいて強制消費パターンを作成し、トナー強制消費動作を実行する工程と、
   からなり、
   前記消費量決定用パターンは、前記像担持体移動方向の先頭がベタパターンで始まり、前記非画像部に対して実施されるトナー濃度の検知タイミングが、先行した前記ベタパターンから前記複数の回転部材のうちの少なくとも一つの回転周期に一致するトナー強制消費方法。
2. 請求項１に記載のトナー強制消費方法において、
   前記ベタパターンが、前記複数の回転部材のうちの少なくとも一つの回転周期で前記像担持体移動方向に複数配置されているトナー強制消費方法。
3. 請求項２に記載のトナー強制消費方法において、
   前記非画像部のトナー濃度を検知する動作は、前記ベタパターンの数に応じて複数回実施されるトナー強制消費方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のトナー強制消費方法において、
   トナー強制消費動作を実行する際、決定されたトナー強制消費量における前記回転部材の１周期分の前記強制消費パターンを分割して消費するトナー強制消費方法。
5. 請求項４に記載のトナー強制消費方法において、
   分割された前記強制消費パターンのうち少なくとも一つの前記像担持体移動方向の位置を部分的に変えるトナー強制消費方法。
6. 請求項５に記載のトナー強制消費方法において、
   前記像担持体上又は前記被転写体上に形成された前記強制消費パターンのトナーを回収するクリーニング装置を有し、前記クリーニング装置内の回収トナー搬送方向下流側が先に回収されるように前記強制消費パターンを形成するトナー強制消費方法。
7. 請求項１又は２に記載のトナー強制消費方法において、
   前記非画像部のトナー濃度を検知する領域を、前記像担持体移動方向と直交する方向に分割し、分割したそれぞれの領域における検知結果に基づいて、各領域での前記トナー強制消費量を決定するトナー強制消費方法。
8. 請求項７に記載のトナー強制消費方法において、
   検知結果に応じて前記像担持体上に形成した前記強制消費パターンを前記被転写体に転写するか否かを決定するトナー強制消費方法。
9. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のトナー強制消費方法において、
   決定された前記トナー強制消費量を強制消費する際、前記強制消費パターンの回収先を、累積消費量を基に、あるいは前記強制消費パターンを前記被転写体へ転写した実行回数を基に決定するトナー強制消費方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載のトナー強制消費方法を実施してなる画像形成装置。

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