JP2019191206A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二成分現像剤中のキャリア劣化を精度よく判定可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、を有する画像形成部と、現像バイアス電源と、制御部と、キャリア付着量検知センサーと、を備える。制御部は、帯電装置により像担持体表面を帯電させる帯電工程と、露光装置により検知領域の表面電位と現像バイアスの直流成分との電位差を第１の電位差に維持するとともに、周辺領域の表面電位と現像バイアスの直流成分との電位差を第１の電位差よりも低い第２の電位差に低下させる露光工程と、現像装置を駆動させて検知領域にキャリアを付着させるキャリア付着工程と、キャリア付着量検知センサーにより検知領域のキャリア付着量を検知する検知工程と、を含むキャリア劣化判定モードを実行可能である。【選択図】図５

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用する現像装置における現像剤の劣化を判定する方法に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラー上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。

ところで、二成分現像方式においては、印字動作の繰り返しによりキャリア表面にコーティングされた樹脂が摩擦によって剥離し、キャリアの導電率が高くなるためにトナーへの帯電付与性能が低下する。そのため、トナーの帯電量が所定値を下回り、画像濃度が必要以上に濃くなったり、かぶり現象が発生したりして画像品質を低下させるという問題点があった。特に、トナーコンテナの交換時においては現像装置内に新たなトナーが多量に補給される場合もあるため、上記の不具合が発生し易くなる。

そこで、現像装置内の現像剤の劣化度を判定する方法が提案されており、例えば特許文献１には、現像装置内に滞留する現像剤の嵩の変化や、滞留する現像剤がケースの内壁を押す圧力を検知することで、トナーの劣化度合いを判定する現像装置が開示されている。

また、特許文献２には、現像γ目標値を設定する現像γ目標値設定手段により現像γ目標値を設定すると共に現在の現像γに関するパラメータを読み出すステップと、現像γ現在値を算出する現像γ現在値算出手段により現像γ現在値を算出するステップと、現像γ目標値と現像γ現在値との差分であるΔ現像γを算出するΔ現像γ算出手段によりΔ現像γを算出するステップと、Δ現像γ算出手段で算出されたΔ現像γデータの変化に基づいてトナー劣化度を予測するトナー劣化予測手段によりΔ現像γと設定された閾値とを比較するステップと、Δ現像γが設定された閾値を超える場合にトナー劣化アラーム処理を行うステップと、を備えるトナー劣化予測方法が開示されている。

特開２００８−７６４２８号公報 特開２０１５−１６２７号公報

しかしながら、特許文献１、２の方法では、現像剤の劣化は判断可能であるが、現像剤中のトナーの劣化であるか、キャリアの劣化であるかが判断できない。温湿度等の環境条件や耐久等の高ストレスによりトナーが劣化した場合はトナーのみを入れ換えれば現像剤の劣化を解消可能であるが、キャリア劣化の場合はキャリアの入れ換えが必要になる。従って、トナーの劣化であるかキャリアの劣化であるかを正確に判定する必要があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、二成分現像剤中のキャリアの劣化度合いを精度よく判定可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、画像形成部と、現像バイアス電源と、制御部と、キャリア付着量検知センサーと、を備えた画像形成装置である。画像形成部は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、を有する。像担持体は、表面に感光層が形成される。帯電装置は、像担持体の表面を帯電させる。露光装置は、帯電装置により帯電された像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する。現像装置は、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、現像容器内に回転可能に支持され表面に二成分現像剤を担持する現像剤担持体と、を有し、現像剤担持体を用いて静電潜像をトナー像に現像する。現像バイアス電源は、現像剤担持体に直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスを印加する。制御部は、画像形成部および現像バイアス電源の動作を制御する。キャリア付着量検知センサーは、像担持体表面のキャリア付着量を検知する。制御部は、キャリア付着量検知センサーの検知結果に基づいて現像装置内の二成分現像剤中のキャリアの劣化度を判定するキャリア劣化判定モードを実行可能である。キャリア劣化判定モードは、帯電装置により像担持体表面を帯電させる帯電工程と、露光装置により像担持体表面の検知領域の周囲の周辺領域を露光することにより、検知領域の表面電位と現像バイアスの直流成分との電位差を第１の電位差に維持するとともに、周辺領域の表面電位と現像バイアスの直流成分との電位差を第１の電位差よりも低い第２の電位差に低下させる露光工程と、現像装置を駆動させて検知領域にキャリアを付着させるキャリア付着工程と、キャリア付着量検知センサーにより検知領域のキャリア付着量を検知する検知工程と、を含む。

本発明の第１の構成によれば、現像剤中のキャリアの劣化度と相関性の高い像担持体へのキャリア付着量に基づいてキャリアの劣化度を判定するキャリア劣化判定モードを実行することで、キャリアの劣化度を精度よく判定することができる。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１００の全体構成を示す概略図 第１実施形態の画像形成装置１００に搭載される現像装置４の構成を示す側面断面図 画像形成時における現像バイアスと感光体ドラム１の表面電位との関係を示す図 第１実施形態の画像形成装置１００の制御経路を示すブロック図 第１実施形態の画像形成装置１００におけるキャリア劣化判定モードの制御例を示すフローチャート キャリア劣化判定モードの露光工程により感光体ドラム１の表面にパッチ部４０（非露光部）とパッチ周辺部４１（露光部）とが形成された状態を示す平面図 キャリア劣化判定モードにおける現像バイアスと感光体ドラム１の表面電位との関係を示す図 キャリア劣化判定モードの現像工程によりパッチ部４０にキャリアＣが現像された状態を示す断面図 本発明の第２実施形態に係る画像形成装置１００に搭載される現像装置４の攪拌部を示す平面断面図 実施例における感光体ドラムの表面電位と現像バイアスの直流成分との電位差ΔＶとキャリア現像量との関係を示すグラフ 実施例における感光体ドラムの表面電位と現像バイアスの直流成分との電位差ΔＶとセンサー出力値との関係を示すグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置１００の全体構成を示す概略図である。画像形成装置（例えばモノクロプリンター）１００本体内には、帯電、露光、現像および転写の各工程によりモノクロ画像を形成する画像形成部Ｐが配設されている。

画像形成部Ｐには、感光体ドラム１の回転方向（図１の反時計回り方向）に沿って、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写ローラー５、クリーニング装置６、および除電装置７が配設されている。画像形成部Ｐでは、感光体ドラム１を図１において反時計回り方向に回転させながら、感光体ドラム１に対する画像形成プロセスが実行される。

感光体ドラム１は、例えばアルミニウム製のドラム素管の外周面に感光層が積層されたものである。本実施形態では、感光層として高硬度で耐久性に優れたアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光層を用いている。感光層はアモルファスシリコン感光層に限らず、有機感光層（ＯＰＣ）を用いてもよい。

帯電装置２は、感光体ドラム１の感光層を均一に帯電させる。本実施形態では、帯電ローラーと感光体ドラム１とを接触させ、接触部近傍に生じる電界によって放電するローラー帯電方式の帯電装置が用いられる。帯電装置２はこれに限らず、コロナワイヤーを用いたスコロトロン帯電方式を用いてもよい。

露光装置３は、画像データに基づいて光ビームを感光体ドラム１に照射し、感光体ドラム１の感光層の表面に帯電を減衰させた静電潜像を形成する。現像装置４は、トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤（以下、単に現像剤とも呼ぶ）が収納されており、静電潜像に現像剤中のトナーを付着させてトナー像に現像する。

転写ローラー５は、感光体ドラム１と接触して転写ニップ部を形成する。転写ローラー５に転写バイアス電源５４（図４参照）から負極性（トナーと逆極性）の電圧を印加することで、用紙が転写ニップ部を通過する際に、感光体ドラム１上に形成されたトナー像が負極性の電荷を注入された転写ローラー５側に引き付けられて用紙上に転写される。

クリーニング装置６は、トナー像が用紙に転写された後に、感光体ドラム１の表面の残留トナーを除去する。除電装置７は、感光体ドラム１の表面に除電光を照射して残留電荷を除去する。コンテナ８は、現像剤を構成するトナーおよびキャリアを区画して貯留しており、現像装置４へトナーおよびキャリアを別個に供給する。

印字動作を行う場合、パソコン等の上位装置から送信された画像データを画像信号に変換する。一方、画像形成部Ｐにおいて、帯電装置２により図中の反時計回り方向に回転する感光体ドラム１が均一に帯電される。次に、画像信号に基づいて露光装置３が感光体ドラム１上に光ビームを照射することで、その画像データに基づく静電潜像を感光体ドラム１表面に形成する。その後、現像装置４の現像ローラー２５（図２参照）に担持された現像剤中のトナーを静電潜像に付着させてトナー像を形成する。

上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム１に向けて、用紙が用紙収容部１０から用紙搬送路１１およびレジストローラー対１３を経由して所定のタイミングで搬送され、感光体ドラム１と転写ローラー５との転写ニップ部において感光体ドラム１表面のトナー像が用紙に転写される。そして、トナー像が転写された用紙は感光体ドラム１から分離され、定着部９に搬送されて加熱および加圧されることで用紙にトナー像が定着される。定着部９を通過した用紙は、用紙搬送路１１の分岐部に配置された分岐ガイド１６によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、反転搬送路１７に送られて両面印字された後に）、排出ローラー対１４を介して用紙排出部１５に排出される。

図２は、本実施形態の画像形成装置１００に搭載される現像装置４の側面断面図である。図２に示すように、現像装置４は、現像剤が収納される現像容器（ケーシング）２０を備えており、現像容器２０内は仕切壁２０ａによって、攪拌搬送室２１と供給搬送室２２とに区画されている。攪拌搬送室２１には攪拌搬送スクリュー２３が配設されており、供給搬送室２２には供給搬送スクリュー２４が配設されている。

攪拌搬送スクリュー２３、供給搬送スクリュー２４は、それぞれ支軸（回転軸）の周囲に螺旋羽を設けた構成になっており、互いに平行な状態で現像容器２０に回転可能に軸支されている。なお、図２に示すように、攪拌搬送スクリュー２３、供給搬送スクリュー２４の軸方向である現像容器２０の長手方向（図２の紙面と垂直な方向）の両端部においては仕切壁２０ａが存在せず、攪拌搬送スクリュー２３、供給搬送スクリュー２４間でのトナーの受け渡しが可能な連通部となっている。これにより、攪拌搬送スクリュー２３は、攪拌搬送室２１内の現像剤を攪拌しながら搬送して供給搬送室２２に搬送し、供給搬送スクリュー２４は、供給搬送室２２に搬送されてきた現像剤を攪拌しながら搬送して現像ローラー２５に供給する。

現像ローラー２５は、感光体ドラム１の回転に応じて回転する非磁性スリーブと、非磁性スリーブ内に固定される複数の磁極とを有する。これらの磁極の磁力により非磁性スリーブの表面に現像剤を付着（担持）させて磁気ブラシを形成する。現像ローラー２５は、攪拌搬送スクリュー２３、供給搬送スクリュー２４と平行な状態で、現像容器２０に回転可能に軸支されている。攪拌搬送スクリュー２３、供給搬送スクリュー２４、および現像ローラー２５は、モーター（図示せず）により回転駆動される。現像ローラー２５には現像バイアス電源５３（図４参照）によって直流電圧に交流電圧を重畳させた現像バイアスが印加される。

規制ブレード２７は、長手方向（図２の紙面と垂直な方向）が最大現像幅よりも大きく形成されており、現像ローラー２５と所定の間隔を隔てて配置されることにより、現像ローラー２５の外周面に形成される磁気ブラシの層厚を規制する。

攪拌搬送室２１には、攪拌搬送スクリュー２３と対面してトナー濃度センサー３０が配置されている。トナー濃度センサー３０は、現像剤中のキャリアに対するトナーの割合（Ｔ／Ｃ）を検知するものであり、例えば、現像容器２０内における現像剤の透磁率を検出する透磁率センサーが用いられる。トナー濃度センサー３０により現像剤の透磁率を検出すると、その検出結果に相当する電圧値を後述する制御部９０（図４参照）に出力し、制御部９０によってトナー濃度センサー３０の出力値からトナー濃度が決定される。制御部９０は、決定されたトナー濃度に応じてトナー補給モーター３１（図４参照）に制御信号を送信し、コンテナ８から現像剤補給口２０ｂを介して攪拌搬送室２１に所定量のトナーが補給される。

図３は、画像形成時における現像バイアスと感光体ドラム１の表面電位との関係を示す図である。画像形成時においては、先ず帯電装置２により感光体ドラム１の表面電位Ｖ０を現像バイアスの直流成分Ｖｄｃよりも高い所定の電位（ここでは３００Ｖ）に帯電させる。そして、露光装置３により画像データに基づいて感光体ドラム１の表面を露光することで、露光部の表面電位ＶＬを部分的に低下（ここでは１０Ｖ）させて静電潜像が形成される。

この状態で、直流成分Ｖｄｃが２００Ｖである現像バイアスを現像ローラー２５に印加する。その結果、ＶｄｃとＶＬの電位差（Δ１９０Ｖ）により、現像ローラー２５上の正帯電トナーが感光体ドラム１の露光部に飛翔し、静電潜像がトナー像に現像される。一方、非露光部では現像バイアスよりも表面電位のほうがトナーと同極性側（プラス側）に高い（Δ１００Ｖ）ため、通常は現像ローラー２５から感光体ドラム１へのトナーの移動は発生しない。しかし、帯電量の低下したトナーや逆帯電トナーが存在する場合は感光体ドラム１に移動してかぶり画像が発生する。

次に、画像形成装置１００の制御経路について説明する。図４は、本実施形態の画像形成装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

画像入力部５０は、画像形成装置１００にパーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部５０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路５１は、帯電バイアス電源５２、現像バイアス電源５３、及び転写バイアス電源５４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路５１からの制御信号によって、帯電バイアス電源５２は帯電装置２に、現像バイアス電源５３は現像装置４内の現像ローラー２５に、転写バイアス電源５４は転写ローラー５に、それぞれ所定のバイアスを印加する。

トナー補給モーター３１は、制御部９０からの制御信号に基づいてコンテナ８に貯留されたトナーを現像容器２０内に供給する。キャリア補給モーター３３は、制御部９０からの制御信号に基づいてコンテナ８に貯留されたキャリアを現像容器２０内に供給する。

キャリア付着量検知センサー３５は、感光体ドラム１の外周面に対向して配置されており、後述するキャリア劣化判定モードにおいて感光体ドラム１表面に付着したキャリア量を検知する。キャリア付着量検知センサー３５としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサーが用いられる。感光体ドラム１上のキャリア付着量を測定する際、発光素子から感光体ドラム１に測定光を照射すると、測定光はキャリアによって反射される光、及び感光体ドラム１表面によって反射される光として受光素子に入射する。

キャリア付着量が多い場合には、感光体ドラム１の表面からの反射光がキャリアによって遮光されるので、受光素子の受光量が減少する。一方、キャリア付着量が少ない場合には、逆に感光体ドラム１の表面からの反射光が多くなる結果、受光素子の受光量が増大する。従って、受光した反射光量に基づく受光信号の出力値によりキャリア付着量を検知することができる。

操作部７０には、液晶表示部７１、ＬＥＤ７２が設けられている。液晶表示部７１及びＬＥＤ７２は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したりするようになっている。画像形成装置１００の各種設定はパーソナルコンピュータのプリンタードライバーから行われる。

その他、操作部７０には、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き可能な記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６、制御に必要な数値の演算処理を行う演算部９７を少なくとも備えている。また、制御部９０は、画像形成装置１００内の任意の場所に配置可能である。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐ、定着部９、トナー濃度センサー３０、トナー補給モーター３１、キャリア補給モーター３３、キャリア付着量検知センサー３５、画像入力部５０、バイアス制御回路５１、操作部７０等が挙げられる。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、後述するキャリア劣化判定モードの実行時におけるキャリア付着量検知センサー３５の出力値とキャリア現像量との関係も格納されている。カウンター９５は、印字枚数を積算してカウントする。

演算部９７は、トナー濃度センサー３０の出力値から現像装置４内のトナー濃度を算出して現像装置４へのトナー補給量（トナー補給モーター３１の駆動時間）を決定する。決定されたトナー補給量はＣＰＵ９１に送信され、ＣＰＵ９１はトナー補給モーター３１に制御信号を送信して所定時間駆動させる。また、演算部９７は、キャリア付着量検知センサー３５の出力値に基づいてキャリア現像量（付着量）を算出する。さらに、演算部９７は、キャリア劣化判定モードにおいてキャリアが劣化していると判定された場合、劣化キャリアの強制吐出量、およびコンテナ８からのキャリア補給量を算出する。

ところで、長期間の印字によってキャリアに機械的なストレスが長期間加えられるとキャリアが劣化するという問題がある。具体的には、キャリア表面にコーティングされた樹脂が摩擦によって剥離したり、トナー外添剤等が付着したりすることにより、キャリアの導電率が高くなるためにキャリアの抵抗が低下する。キャリアの抵抗が低下するとトナーへの帯電付与性能が低下するため、トナーの現像性が高くなり過ぎてかぶり画像や画像濃度異常、トナー飛散が発生したり、キャリアが感光体ドラム１の表面に移行する、いわゆるキャリア現像が発生したりする不具合が生じる。

特に、本実施形態のようにアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光層を有する感光体ドラム１を用いる場合、アモルファスシリコン感光層の誘電率は有機感光層（ＯＰＣ）に比べて４倍近くになる。即ち、感光層にキャリアが極めて付着し易いため、キャリア現像が発生し易くなる。そこで、本発明の画像形成装置１００では、現像剤中のキャリアの劣化を判定するキャリア劣化判定モードを実行可能としている。

図５は、本発明の画像形成装置１００におけるキャリア劣化判定モードの制御例を示すフローチャートである。必要に応じて図１〜図４、および後述する図６〜図８を参照しながら図５のステップに沿ってキャリア劣化判定モードの実行手順について説明する。なお、以下に示すキャリア劣化判定モードは、前回のキャリア劣化判定モードの実行からの累積印字枚数が所定枚数（例えば１ｋ枚）に到達したとき等、所定のタイミングで行えばよい。

先ず、帯電装置２を用いて感光体ドラム１の表面を帯電させる（ステップＳ１、帯電工程）。このとき、感光体ドラム１の表面電位が画像形成時の表面電位よりも所定値（ここでは５０Ｖ）だけ高くなるように設定する。例えば、画像形成時の感光体ドラム１の表面電位が３００Ｖである場合、キャリア劣化判定モードにおける表面電位を３５０Ｖに設定する。なお、感光体ドラム１の表面電位は現像剤の仕様等に応じて適宜設定可能であり、画像形成時の表面電位と同電位であってもよい。

次に、露光装置３を用いて感光体ドラム１の所定部分（以下、パッチ部という）の周辺を露光する（ステップＳ２、露光工程）。これにより、図６に示すように感光体ドラム１の表面にパッチ部４０（非露光部）とパッチ周辺部４１（露光部）とが形成される。このとき、パッチ周辺部４１の表面電位と現像バイアスの直流成分Ｖｄｃ（ここでは１００Ｖ）との電位差（第２の電位差）が１００Ｖとなるように露光装置３の露光量を調整する。即ち、パッチ周辺部４１の露光後電位は２００Ｖとなる。また、パッチ部４０の表面電位と現像バイアスの直流成分との電位差（第１の電位差）は２５０Ｖとなる。次に、現像ローラー２５に現像バイアスを印加して現像装置４を駆動し、直流成分Ｖｄｃが１００Ｖである現像バイアスを現像ローラー２５に印加する（ステップＳ３、キャリア付着工程）。

図７は、キャリア劣化判定モードにおける現像バイアスと感光体ドラム１の表面電位との関係を示す図である。キャリア劣化判定モードにおいては、パッチ部４０（非露光部）の表面電位Ｖ０を現像バイアスの直流成分Ｖｄｃ（１００Ｖ）よりも高い所定の電位（ここでは３５０Ｖ）に帯電させる。そして、露光装置３により感光体ドラム１の表面を露光することで、パッチ周辺部４１（露光部）の表面電位ＶＬを低下（ここでは２００Ｖ）させる。

ここで、現像装置４内の現像剤が劣化キャリアを含む場合は、図８に示すように、現像バイアスの直流成分Ｖｄｃとの電位差ΔＶが２５０Ｖであるパッチ部４０に、劣化により抵抗の低下したキャリアＣが現像される。また、パッチ周辺部４１の表面電位ＶＬは現像バイアスの直流成分Ｖｄｃよりも電位が１００Ｖ高いため、パッチ周辺部４１にはトナーおよびキャリアＣのいずれも現像されない。但し、帯電量の低下したトナーや逆帯電トナーが存在する場合は、現像ローラー２５からパッチ周辺部４１に移動してかぶり画像が発生することもある。

次に、キャリア付着量検知センサー３５によりパッチ部４０を読み取る（ステップＳ４、検知工程）。キャリア付着量検知センサー３５の出力値は制御部９０に送信される。演算部９７は、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）に記憶されたキャリア付着量検知センサー３５の出力値とキャリア現像量との関係に基づいてキャリア付着量を算出する（ステップＳ５）。

制御部９０は、算出されたキャリア付着量が所定値（例えば１０ｍｇ／Ａ４サイズ）以上であるか否かを判断し（ステップＳ６）、キャリア付着量が所定値以上である場合（ステップＳ６でＹｅｓ）はキャリアが劣化していると判定する（ステップＳ７）。

上記の制御によれば、現像剤中のキャリアの劣化度を精度よく判定することができる。また、キャリアがパッチ部４０のみに付着し、パッチ周辺部４１には付着しないため、キャリア劣化判定モードの実行によるキャリアの消費を極力低減することができる。

キャリアが劣化していると判定された場合、現像ローラー２５に印加する現像バイアスの交流成分の振幅（ピークツーピーク値）を下げることでキャリア現像を抑制することができる。但し、現像バイアスの交流成分のピークツーピーク値を下げ過ぎると、現像性が低下して画像濃度が維持できなくなるおそれがある。そのため、画像濃度を維持できる範囲で交流成分のピークツーピーク値を下げる必要がある。

また、キャリアが劣化していると判定された場合、感光体ドラム１の表面電位を画像形成時の表面電位よりも高い電位（３５０Ｖ）に帯電させる。そして、表面電位と現像バイアスの直流成分との電位差を劣化キャリアのみが現像される所定値（２５０Ｖ、第１の電位差）以上に設定して現像装置４を駆動し、現像剤中のキャリアのみを感光体ドラム１に強制的に吐出することも有効である。キャリアの吐出量は現像装置４の駆動時間によって調整可能である。

その後、制御部９０はキャリア供給モーター３３（図４参照）に制御信号を送信し、強制吐出によって減少した分だけコンテナ８から現像装置４へ新たなキャリアを供給する。これにより、現像装置４内の劣化キャリアを新たなキャリアに入れ換えることができ、キャリアの劣化により低下したトナーの帯電性能を復元させることができる。従って、キャリア現像を抑制するとともに、トナーの帯電不良に起因するかぶり画像や画像濃度異常、トナー飛散等の不具合の発生を効果的に抑制することができる。

図９は、本発明の第２実施形態に係る画像形成装置１００に搭載される現像装置４の攪拌部を示す平面断面図である。第１実施形態の画像形成装置１００に搭載される現像装置４（図２参照）と同様に、現像容器２０には、攪拌搬送室２１と、供給搬送室２２と、仕切壁２０ａと、現像剤補給口２０ｂと、が形成されている。本実施形態では、供給搬送室２２内の現像剤搬送方向に対し下流側（図９の左側）で供給搬送室２２の長手方向に連続して円筒状に設けられるパイプ状搬送路である現像剤排出部２０ｃが設けられている。

現像剤補給口２０ｂは、現像容器２０の上部に設けられたコンテナ８（図１参照）から新たなトナー及びキャリアを現像容器２０内に補給するための開口であり、攪拌搬送室２１の現像剤搬送方向に対し上流側（図９の左側）に配置される。なお、本実施形態ではコンテナ８はトナーおよびキャリアが所定の割合で混合された現像剤を貯留している。

規制部２６は、供給搬送室２２内で下流側に搬送された現像剤を塞き止め、且つ、所定量以上になった現像剤を現像剤排出部２０ｃに搬送する。規制部２６は、供給搬送スクリュー２４の回転軸２４ｂに設けられる螺旋羽根からなり、主搬送羽根２４ａと逆方向を向く（逆位相の）羽根で螺旋状に形成され、且つ、主搬送羽根２４ａの外径と略同じで主搬送羽根２４ａのピッチより小さく設定されている。また、現像容器２０の内壁部と規制部２６の外周部との間には所定量の隙間が形成されている。この隙間から余剰の現像剤が現像剤排出部２０ｃに排出される。

新たに現像剤を補給していない現像時には、現像剤は、攪拌搬送室２１から供給搬送室２２へと循環しながら攪拌され、攪拌された現像剤が現像ローラー２５に供給される。現像によってトナーが消費されると、現像剤補給口２０ｂから攪拌搬送室２１内にトナーとキャリアとを含む現像剤が補給される。

補給された現像剤は、現像時と同様に、攪拌搬送スクリュー２３によって攪拌搬送室２１内を矢印Ｐ方向に搬送され、供給搬送室２２内に搬送される。更に、供給搬送スクリュー２４によって、供給搬送室２２内の現像剤が矢印Ｑ方向に搬送され、規制部２６に搬送される。回転軸２４ｂの回転に伴い規制部２６が回転すると、規制部２６によって、主搬送羽根２４ａによる現像剤搬送方向とは逆方向の搬送力が現像剤に付与される。これにより、供給搬送室２２内を搬送される現像剤は規制部５２の上流側近傍で塞き止められて嵩高となり、余剰の現像剤（現像剤補給口２０ｂから補給された現像剤とほぼ同量）が規制部２６を乗り越えて現像剤排出部２０ｃを介して現像容器２０の外部に排出される。

本実施形態の画像形成装置１００においても、第１実施形態と同様の方法により現像剤中のキャリアの劣化を精度よく判定することができる。また、キャリアが劣化していると判定された場合は現像バイアスの交流成分のピークツーピーク値を下げることでキャリア現像の発生を抑制することができる。

また、現像剤中のキャリアのみを感光体ドラム１に強制的に吐出するとともに、新たなキャリアを供給することで、トナーの帯電不良に起因するかぶり画像や画像濃度異常、トナー飛散等の不具合の発生を効果的に抑制することができる。但し、本実施形態ではキャリアのみを補給することはできず、印字により消費された分のトナーと共にキャリアが補給される。そのため、キャリアの強制吐出量が多すぎると現像容器２０内の現像剤量が減少し、現像ローラー２５表面の現像剤層に供給搬送スクリュー２４の形状が現れる、いわゆるスクリューむらが発生するおそれがある。従って、キャリアの強制吐出量をスクリューむら等の不具合が発生しない程度に留めておく必要がある。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本発明は図１に示したようなモノクロプリンターに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、カラープリンター、カラー複写機、ファクシミリ等、種々の画像形成装置に適用可能である。以下、実施例により本発明の効果についてさらに詳細に説明する。

現像バイアスの直流成分の電圧値とキャリア現像量との関係について調査した。試験機として、アモルファスシリコン感光層が形成された感光体ドラムと、図２に示したような二成分現像式の現像装置とが搭載された試験機（ＴＡＳＫａｌｆａ３２５２ｃｉ改造機、京セラドキュメントソリューションズ社製）を用い、感光体ドラムの表面電位を３５０Ｖに固定し、現像バイアスの直流成分を２５０Ｖ、２００Ｖ、１５０Ｖ、１００Ｖに変化させ、交流成分のピークツーピーク値を１２００Ｖ、９００Ｖに変化させたときのキャリア現像量を測定した。

また、二成分現像剤として、キャリアに対するトナーの重量比（Ｔ／Ｃ）が８％である初期剤、および３００ｋ枚印字後の耐久剤を用いた。

キャリア現像量の測定は、感光体ドラム表面のパッチ部に粘着テープを貼り付け、粘着テープに付着したキャリアの個数を顕微鏡でカウントした。次に、キャリアの個数にキャリア１個当たりの重量を乗算して視野面積当たりの現像量を算出し、さらにＡ４サイズ当たりの現像量に換算した。また、粘着テープを貼り付ける前のパッチ部をキャリア付着量検知センサーで読み取ったときのセンサー出力値も確認した。評価結果を表１に示す。また、感光体ドラムの表面電位と現像バイアスの直流成分との電位差ΔＶとキャリア現像量との関係を図１０に、電位差ΔＶとセンサー出力値との関係を図１１に示す。

図１０において、初期剤での電位差ΔＶとキャリア現像量との関係を●のデータ系列、耐久剤での電位差ΔＶとキャリア現像量との関係を◆のデータ系列、耐久剤で現像バイアスの交流成分のピークツーピーク値を９００Ｖとしたときの電位差ΔＶとキャリア現像量との関係を▲のデータ系列で示した。また、図１１において、初期剤での電位差ΔＶとセンサー出力値との関係を●のデータ系列、耐久剤での電位差ΔＶとセンサー出力値との関係を◆のデータ系列、耐久剤で現像バイアスの交流成分のピークツーピーク値を９００Ｖとしたときの電位差ΔＶとセンサー出力値との関係を▲のデータ系列で示した。

表１から明らかなように、現像剤として初期剤を用いた場合は、電位差Δが１００Ｖ、２５０Ｖであるときのキャリア現像量はそれぞれ０．１ｍｇ／Ａ４、１．２ｍｇ／Ａ４であった。

これに対し、現像剤として耐久剤を用いた場合は、電位差Δが１００Ｖ、１５０Ｖ、２００Ｖであるときのキャリア現像量はそれぞれ０．２ｍｇ／Ａ４、０．４ｍｇ／Ａ４、１．１ｍｇ／Ａ４と徐々に増加傾向であったが、電位差Δが２５０Ｖとなったときキャリア現像量は１０．３ｍｇ／Ａ４と急激に増加した。

この結果より、電位差Δを所定値（２５０Ｖ）以上とすることで、初期剤中のキャリアは現像されないが、耐久剤中の抵抗の低下した劣化キャリアが感光体ドラムに現像され易くなるため、キャリア劣化の判定方法として有効であることが確認された。

また、現像バイアスの交流成分のピークツーピーク値を１２００Ｖから９００Ｖに低下させると、耐久剤のキャリア現像量が１０．３ｍｇ／Ａ４から３．２ｍｇ／Ａ４に減少した。この結果より、現像バイアスの交流成分のピークツーピーク値を下げることでキャリア現像を効果的に抑制することができることが確認された。

さらに、図１０および図１１の比較から、実際のキャリア現像量とセンサー出力値とはよく相関していることがわかる。従って、キャリア付着量検知センサーを用いてキャリア現像量を精度よく検知できることができることが確認された。

本発明は、二成分現像剤を用いる現像装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、二成分現像剤中のキャリアの劣化度合いを精度よく判定することができ、画像濃度の上昇やかぶり画像、トナー飛散、及びキャリア現像を効果的に抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

Ｐ 画像形成部
１ 感光体ドラム（像担持体）
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像装置
８ コンテナ（キャリア貯留容器）
２０ 現像容器
２３ 攪拌搬送スクリュー
２４ 供給搬送スクリュー
２５ 現像ローラー（現像剤担持体）
２７ 規制ブレード
３０ トナー濃度センサー
３１ トナー供給モーター
３３ キャリア供給モーター（キャリア供給装置）
３５ キャリア付着量検知センサー
４０ パッチ部（検知領域）
４１ パッチ周辺部（周辺領域）
５３ 現像バイアス電源
９０ 制御部
９７ 演算部
１００ 画像形成装置

Claims (8)

1. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   前記像担持体の表面を帯電させる帯電装置と、
   前記帯電装置により帯電された前記像担持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、
   キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器内に回転可能に支持され表面に前記二成分現像剤を担持する現像剤担持体と、を有し、前記現像剤担持体を用いて前記静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、
   を有する画像形成部と、
   前記現像剤担持体に直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスを印加する現像バイアス電源と、
   前記画像形成部および前記現像バイアス電源の動作を制御する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記像担持体表面のキャリア付着量を検知するキャリア付着量検知センサーを有し、
   前記制御部は、
   前記帯電装置により前記像担持体表面を帯電させる帯電工程と、
   前記露光装置により前記像担持体表面の検知領域の周囲の周辺領域を露光することにより、前記検知領域の表面電位と前記現像バイアスの直流成分との電位差を第１の電位差に維持するとともに、前記周辺領域の表面電位と前記現像バイアスの直流成分との電位差を前記第１の電位差よりも低い第２の電位差に低下させる露光工程と、
   前記現像装置を駆動させて前記検知領域に前記キャリアを付着させるキャリア付着工程と、
   前記キャリア付着量検知センサーにより前記検知領域のキャリア付着量を検知する検知工程と、を含み、
   前記キャリア付着量検知センサーの検知結果に基づいて前記現像装置内の前記二成分現像剤中の前記キャリアの劣化度を判定するキャリア劣化判定モードを実行可能であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記キャリア劣化判定モードにおいて前記キャリアが劣化していると判定されたとき、前記現像バイアスの交流成分のピークツーピーク値を基準値から低下させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像容器に新たな前記キャリアを供給するキャリア供給装置を有し、
   前記制御部は、前記キャリア劣化判定モードにおいて前記キャリアが劣化していると判定されたとき、前記像担持体の表面電位と前記現像バイアス直流成分との電位差を前記第１の電位差以上として前記現像装置を駆動することにより前記現像剤担持体から前記像担持体に前記キャリアのみを強制吐出するとともに、前記キャリア供給装置を用いて前記キャリアの吐出量と同量の前記キャリアを前記現像容器内に補給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. 前記キャリア供給装置は、前記キャリアを前記トナーと区別して貯留するキャリア貯留容器と、前記キャリア貯留容器から前記現像容器内に前記キャリアを供給するキャリア供給モーターと、を含むことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記キャリア付着量検知センサーは、前記像担持体の表面に光を照射する発光素子と、前記像担持体の表面からの反射光を受光する受光素子と、を備えた光学センサーであり、
   前記キャリア付着量検知センサーの出力値と前記キャリアの付着量との関係を記憶した記憶部を有し、
   前記制御部は、前記キャリア付着量検知センサーの出力値と、前記記憶部に記憶された前記出力値と前記キャリアの付着量との関係と、を用いて前記キャリアの付着量を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記帯電工程において、前記像担持体表面の表面電位が画像形成時の表面電位よりも高くなるように帯電させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、前記露光工程において、前記周辺領域の表面電位が前記現像バイアスの直流成分よりもトナーと同極性側に高くなるように露光することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記像担持体は、前記感光層としてアモルファスシリコン感光層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。

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