JP2021081500A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーコンテナの交換時における現像装置内の現像剤の劣化状態を正確に推定し、劣化状態に応じた必要十分なトナー吐出動作を実行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、トナーコンテナと、を含む画像形成部と、現像電圧電源と、電流検出部と、制御部と、を備える。現像装置は、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有する。制御部は、トナーコンテナの交換時に、現像装置によって像担持体上に第１基準画像を形成して現像装置内の逆帯電トナーを像担持体上に吐出するトナーコンテナ交換モードを実行可能であり、第１基準画像を形成したとき現像剤担持体に流れる現像電流の直流成分を電流検出部により検出し、検出された現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１が所定値Ａよりも小さくなったときトナーコンテナ交換モードを終了する。【選択図】図２

Description

本発明は、現像装置と現像装置に補給するトナーを収容するトナーコンテナを備えた複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、トナーコンテナの交換時に実行するトナー吐出動作に関するものである。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置においては、印字枚数、環境（温湿度）変動、印字モード、画像上の印字率（画像形成可能な面積に対する印字される面積の割合）等の影響を受けて現像剤が劣化し、現像剤中のトナーの帯電特性が変化する。この劣化した現像剤に新たなトナーが補給されると、劣化トナーと新たなトナーとの接触によって一方のトナー（通常は劣化トナー）がトナーの帯電極性と逆極性に帯電（逆帯電）してしまう。この逆帯電トナーが非画像部（白地部）に現像されることによりかぶり画像（補給かぶり）が発生するという問題点があった。

特に、トナーコンテナを用いて現像装置へトナーを供給する方式の画像形成装置では、トナーコンテナの交換直後において現像装置内のトナー残量が少ない場合、画像形成時にトナーを補給する場合より長い時間トナーを補給する。この初期トナー補給時には通常の補給動作時よりも多い補給トナーが現像装置内部の現像剤と混合されることにより現像装置内のトナーの帯電量が不十分となり易く、トナー補給直後の初期画像に濃度低下や画像かぶりが発生することがあった。また、上記の現象は磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式、磁性トナーのみからなる一成分現像方式の両方において発生する。

この対策として、トナーコンテナの交換時に現像装置内部のトナー吐出動作を実行することにより劣化トナーや逆帯電トナーを強制消費する方法が提案されており、特許文献１には、トナーコンテナを交換した後の初期トナーインストールモードの際に、現像ローラーから感光体ドラムにトナーを飛翔させ、トナーの強制吐出（リフレッシュ）を行う方法が開示されている。また、温湿度センサーの検出値に応じて強制吐出の実行時間を補正することも記載されている。

また、特許文献２には、総トナー消費量に基づいてトナーコンテナ交換後の現像装置の予備駆動時間を制御する方法が開示されている。

また、特許文献３では、現像ローラーから感光体ドラム側にトナーを飛翔させ、トナーの強制消費を行うリフレッシュ工程を、トナーコンテナが交換されて現像装置に未使用トナーが補給され、エージング動作が実行された後に実行することで、選択的に劣化トナーを感光体ドラムの表面へ移行させる。また、リフレッシュ工程の実行の要否、およびリフレッシュ工程におけるトナーの吐出量は、直近のリフレッシュ工程の実行からトナーコンテナの交換までの所定期間内の現像装置内のトナー消費量に基づいて決定される。

特開２００９−２５１５０１号公報 特開２０１１−９５３４９号公報 特開２０１３−３７２１８号公報

現像装置内の現像剤の劣化状態は、画像形成装置が使用される環境条件、特に温湿度や画像形成装置の放置時間等によって大きく変化する。また、新たに補給されるトナーもトナーコンテナの保管条件や保管期間等によって帯電特性が変化する。そのため、劣化トナーの逆帯電レベルも様々である。そこで、特許文献１〜３のような方法では、高温高湿環境等の悪条件下においてもかぶり画像の発生を防止できるようにトナー吐出条件を設定するのが一般的である。

その場合、例えば夏季や雨天時等のトナーの劣化度合いが極めて高い状態を基準としてトナー吐出時間を設定することになるため、通常状態においてトナーを過剰に吐出することになり、不必要なトナー吐出動作により消費トナーや消費電力、印字待ち時間が増加するという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、トナーコンテナの交換時における現像装置内の現像剤の劣化状態を正確に推定し、劣化状態に応じた必要十分なトナー吐出動作を実行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、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、トナーコンテナと、を含む画像形成部と、現像電圧電源と、電流検出部と、制御部と、を備えた画像形成装置である。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を露光することにより静電潜像を形成する。現像装置は、像担持体に対向配置され、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有し、像担持体に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。トナーコンテナは、交換可能であって現像装置に補給するトナーを収容する。現像電圧電源は、直流電圧に交流電圧を重畳した現像電圧を現像剤担持体に印加する。電流検出部は、現像剤担持体に流れる直流電流を検出する。制御部は、画像形成部および現像電圧電源を制御する。制御部は、トナーコンテナの交換時に、現像装置によって像担持体上に第１基準画像を形成して現像装置内の逆帯電トナーを像担持体上に吐出するトナーコンテナ交換モードを実行可能である。制御部は、第１基準画像を形成したとき現像剤担持体に流れる現像電流の直流成分を電流検出部により検出し、検出された現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１が所定値Ａよりも小さくなったときトナーコンテナ交換モードを終了する。

本発明の第１の構成によれば、トナーコンテナが交換されたとき第１基準画像を形成し、第１基準画像の形成時における現像電流の直流成分のバラツキを用いて画像かぶりの状態を推測することにより、トナーコンテナ交換モードの継続の要否を適切に決定することができ、トナーコンテナ交換モードを過不足なく実行することができる。従って、トナーコンテナ交換モードの不足による画像かぶりの発生や、不必要なトナーコンテナ交換モードの継続による消費トナーや消費電力、印字待ち時間の増加を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構成を示す側面断面図 画像形成装置１００に搭載される現像装置３ａの側面断面図 現像装置３ａの制御経路を含む画像形成部Ｐａ周辺の部分拡大図 本実施形態の画像形成装置１００におけるトナーコンテナ交換モードの第１の制御例を示すフローチャート 第１基準画像の静電潜像パターンの一例であるパターンＰＴ１を示す図 第１基準画像の静電潜像パターンの他の例であるパターンＰＴ２を示す図 本実施形態の画像形成装置１００におけるトナーコンテナ交換モードの第２の制御例を示すフローチャート 本実施形態の画像形成装置１００におけるトナーコンテナ交換モードの第３の制御例を示すフローチャート 実施例１においてトナーコンテナ交換モードの実行時に第１基準画像を現像したときの現像電流の直流成分の推移を示すグラフ 実施例２においてトナーコンテナ交換モードの実行時に第１基準画像および第２基準画像を現像したときの現像電流の直流成分の推移を示すグラフ

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、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構造を示す断面図である。画像形成装置１００（ここではカラープリンター）本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、ＰｃおよびＰｄが、搬送方向上流側（図１では左側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエローおよびブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像および転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（像担持体）１ａ、１ｂ、１ｃおよび１ｄが配設されており、さらに駆動モーター（図示せず）により図１において反時計回り方向に回転する中間転写ベルト（中間転写体）８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳される。その後、中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像は、二次転写ローラー９によって記録媒体の一例としての転写紙Ｐ上に二次転写される。さらに、トナー像が二次転写された転写紙Ｐは、定着部１３においてトナー像が定着された後、画像形成装置１００本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において時計回り方向に回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が二次転写される転写紙Ｐは、画像形成装置１００の本体下部に配置された用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラー１２ａおよびレジストローラー対１２ｂを介して二次転写ローラー９と中間転写ベルト８の駆動ローラー１１とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、二次転写ローラー９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナー１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転可能に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲および下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃおよび２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置５と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング装置７ａ、７ｂ、７ｃおよび７ｄが設けられている。

パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させる。次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ〜４ｄから各現像装置３ａ〜３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、一次転写ローラー６ａ〜６ｄにより一次転写ローラー６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のシアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等がクリーニング装置７ａ〜７ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、上流側の従動ローラー１０と、下流側の駆動ローラー１１とに掛け渡されており、駆動モーター（図示せず）による駆動ローラー１１の回転に伴い中間転写ベルト８が反時計回り方向に回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラー対１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラー１１とこれに隣接して設けられた二次転写ローラー９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、中間転写ベルト８上のフルカラー画像が転写紙Ｐ上に二次転写される。トナー像が二次転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。

定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラー対１３ａにより加熱および加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられ、そのまま（或いは、両面搬送路１８に送られて両面印字された後に）、排出ローラー対１５によって排出トレイ１７に排出される。

図２は、画像形成装置１００に搭載される現像装置３ａの側面断面図である。なお、以下の説明では図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａを例示するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。

図２に示すように、現像装置３ａは、磁性キャリアとトナーとを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤という）が収納される現像容器２３を備えており、現像容器２３は仕切壁２３ａによって攪拌搬送室２４、供給搬送室２５に区画されている。攪拌搬送室２４および供給搬送室２５には、トナーコンテナ４ａ（図１参照）から供給されるトナーを磁性キャリアと混合して攪拌し、帯電させるための攪拌搬送スクリュー２６ａおよび供給搬送スクリュー２６ｂがそれぞれ回転可能に配設されている。

そして、攪拌搬送スクリュー２６ａおよび供給搬送スクリュー２６ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図２の紙面と垂直な方向）に搬送され、仕切壁２３ａの両端部に形成された不図示の現像剤通過路を介して攪拌搬送室２４、供給搬送室２５間を循環する。即ち、攪拌搬送室２４、供給搬送室２５、現像剤通過路によって現像容器２３内に現像剤の循環経路が形成されている。

現像容器２３は図２の右斜め上方に延在しており、現像容器２３内において供給搬送スクリュー２６ｂの右斜め上方には現像ローラー３１が配置されている。そして、現像ローラー３１の外周面の一部が現像容器２３の開口部２３ｂから露出し、感光体ドラム１ａに対向している。現像ローラー３１は、図２において反時計回り方向に回転する。

現像ローラー３１は、図２において反時計回り方向に回転する円筒状の現像スリーブと、現像スリーブ内に固定された複数の磁極を有するマグネット（図示せず）とで構成されている。なお、ここでは表面がローレット加工された現像スリーブを用いているが、表面に多数の凹形状（ディンプル）を形成したものや、表面がブラスト加工された現像スリーブ、更には、ローレット加工や凹形状の形成に加えてブラスト加工を施したものや、メッキ処理を施したものを用いることもできる。

また、現像容器２３には規制ブレード２７が現像ローラー３１の長手方向（図２の紙面と垂直な方向）に沿って取り付けられている。規制ブレード２７の先端部と現像ローラー３１の表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。

攪拌搬送室２４の内側面には攪拌搬送スクリュー２６ａと対面してトナー濃度センサー２８が配置されている。トナー濃度センサー２８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２３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。本実施形態においては、トナー濃度センサー２８により現像剤の透磁率を検出し、その検出結果に相当する電圧値を主制御部８０（図３参照）に出力するよう構成されており、主制御部８０によってトナー濃度センサー２８の出力値からトナー濃度が決定される。主制御部８０は、決定されたトナー濃度に応じてトナー補給モーター（図示せず）に制御信号を送信し、トナーコンテナ４ａからトナー補給口（図示せず）を介して攪拌搬送室２４に所定量のトナーが補給される。

現像ローラー３１には、現像電圧電源４３（図３参照）により直流電圧Ｖｓｌｖ（ＤＣ）（以下、Ｖｄｃともいう）および交流電圧Ｖｓｌｖ（ＡＣ）からなる現像電圧が印加される。

図３は、現像装置３ａの制御経路を含む画像形成部Ｐａ周辺の部分拡大図である。以下の説明では画像形成部Ｐａの構成および現像装置３ａの制御経路について説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄの構成および現像装置３ｂ〜３ｄの制御経路についても同様であるため説明を省略する。

現像ローラー３１は、直流電圧と交流電圧が重畳された振動電圧を生成する現像電圧電源４３に接続されている。現像電圧電源４３は、交流定電圧電源４３ａと、直流定電圧電源４３ｂとを備える。交流定電圧電源４３ａは、昇圧トランス（図示せず）を用いてパルス状に変調した低圧直流電圧から発生させた正弦波の交流電圧を出力する。直流定電圧電源４３ｂは、昇圧トランスを用いてパルス状に変調した低圧直流電圧から発生させた正弦波の交流電圧を整流した直流電圧を出力する。

現像電圧電源４３は、画像形成時には交流定電圧電源４３ａおよび直流定電圧電源４３ｂから直流電圧に交流電圧を重畳させた現像電圧を出力する。電流検出部４４は、現像ローラー３１に現像電圧を印加したときに流れる現像電流の直流成分を検出する。

帯電電圧電源４５は、帯電装置２ａの帯電ローラー２１に直流電圧に交流電圧が重畳された帯電電圧を印加する。帯電電圧電源４５の構成は現像電圧電源４３と同様である。転写電圧電源４７は、一次転写ローラー６ａ〜６ｄ、二次転写ローラー９（図１参照）に、それぞれ一次転写電圧、二次転写電圧を印加する。

クリーニング装置７ａは、感光体ドラム１ａ表面の残留トナーを除去するクリーニングブレード３２と、感光体ドラム１ａ表面の残留トナーを除去するとともに感光体ドラム１ａ表面を摺擦して研磨する摺擦ローラー３３と、クリーニングブレード３２および摺擦ローラー３３によって感光体ドラム１ａから除去された残留トナーをクリーニング装置７ａの外部に排出する搬送スパイラル３５と、を含む。

次に、画像形成装置１００の制御システムについて図３を参照して説明する。画像形成装置１００には、ＣＰＵ等で構成される主制御部８０が設けられている。主制御部８０は、ＲＯＭやＲＡＭ等からなる記憶部７０に接続される。主制御部８０は、記憶部７０に格納された制御プログラムや制御用データに基づいて画像形成装置１００の各部（帯電装置２ａ〜２ｄ、現像装置３ａ〜３ｄ、露光装置５、一次転写ローラー６ａ〜６ｄ、クリーニング装置７ａ〜７ｄ、二次転写ローラー９、定着部１３、現像電圧電源４３、電流検出部４４、帯電電圧電源４５、転写電圧電源４７、電圧制御部５０等）を制御する。

電圧制御部５０は、現像ローラー３１に現像電圧を印加する現像電圧電源４３、帯電ローラー２１に帯電電圧を印加する帯電電圧電源４５、一次転写ローラー６ａ〜６ｄおよび二次転写ローラー９に転写電圧を印加する転写電圧電源４７を制御する。なお、電圧制御部５０は、記憶部７０に記憶される制御プログラムで構成されていてもよい。

主制御部８０には液晶表示部９０、送受信部９１が接続されている。液晶表示部９０は、ユーザーが画像形成装置１００の各種設定を行うためのタッチパネルとして機能するとともに、画像形成装置１００の状態、画像形成状況や印字枚数等を表示する。送受信部９１は、電話回線やインターネット回線を用いて外部との通信を行う。

本発明の画像形成装置１００は、トナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換時に現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラー３１から感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナーを強制吐出するトナーコンテナ交換モードを実行可能である。

前述したように、トナーコンテナ交換モードを必要以上に実行すると、消費トナーや消費電力が増加したり、印字待ち時間が長くなったりするという不具合が生じる。そこで、本発明の画像形成装置１００では、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面における画像かぶりの発生状況を推定し、推定結果に応じてトナーコンテナ交換モードの継続の要否を判定する。具体的には、トナーコンテナ４ａ〜４ｄが交換されたとき、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に第１基準画像を形成し、第１基準画像を形成したときの現像電流の直流成分に基づいて画像かぶりの発生を検出する。そして、検出結果に基づいてトナーコンテナ交換モードの継続時間を決定する。

図４は、本実施形態の画像形成装置１００におけるトナーコンテナ交換モードの第１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３および後述する図５、図６を参照しながら、図４のステップに沿ってトナーコンテナ交換モードの実行手順について詳細に説明する。

先ず、トナーコンテナ４ａ〜４ｄのいずれかが交換された場合に、交換されたトナーコンテナ４ａ〜４ｄに対応する画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいてトナーコンテナ交換モードを開始する（ステップＳ１）。例えば、トナーコンテナ４ａのみが交換された場合は画像形成部Ｐａにおいてのみトナーコンテナ交換モードを実行する。

トナーコンテナ４ａ〜４ｄの側面にはＩＣチップ（図示せず）が装着されており、画像形成装置１００側にはＩＣチップに対し情報の読み取り及び書き込みを行うリーダー／ライターモジュール（図示せず）が設けられている。本発明においては、リーダー／ライターモジュールによりＩＣチップに記憶された各種情報の読み取りや書き換えを行う無線自動識別（Radio Frequency Identification、ＲＦＩＤ）を利用してトナーコンテナ４ａ〜４ｄが交換されたか否かを検知する。検知結果は主制御部８０に送信される。

次に、帯電装置２ａ〜２ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を帯電させて感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に第１基準画像の静電潜像を形成する（ステップＳ２）。そして、現像電圧電源４３によって現像ローラー３１に現像電圧を印加して第１基準画像の静電潜像を現像する。同時に、電流検出部４４によって現像ローラー３１に流れる現像電流の直流成分を検出し、現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１を取得する（ステップＳ３）。具体的には、２０ｓｅｃ間に測定された現像電流の電流値の標準偏差をΔＩ１とする。

図５は、第１基準画像の静電潜像パターンの一例である静電潜像パターンＰＴ１を示す図である。本実施形態で使用する第１基準画像の静電潜像パターンＰＴ１は、非露光部（白地部）Ｗのみからなる静電潜像である。

トナーコンテナ４ａ〜４ｄが交換されたときの画像かぶりは、トナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換直後（トナー補給直後）は発生せず、補給トナーが現像容器２３内を循環して現像ローラー３１に供給された時点で発生する。このとき発生する画像かぶりは、逆帯電トナーが白地部に現像されることに起因する。そこで、トナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換時に、非露光部（白地部）Ｗのみからなる第１基準画像の静電潜像パターンＰＴ１を現像することで、逆帯電トナーの移動による現像電流を測定する。

次に、主制御部８０はステップＳ３で取得された現像電流のバラツキΔＩ１がΔＩ１＜Ａを満たすか否かを判定する（ステップＳ４）。ここではＡ＝０．０５とする。ΔＩ１≧Ａである場合は（ステップＳ４でＮｏ）、現像容器２３内に逆帯電トナーが発生していると推測される。そこで、ステップＳ２に戻り第１基準画像の静電潜像を形成し、第１基準画像の静電潜像を現像して逆帯電トナーの吐出、および現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１の取得を継続する（ステップＳ２〜Ｓ３）。

一方、ステップＳ４でΔＩ１＜Ａである場合は（ステップＳ４でＹｅｓ）、逆帯電トナーの発生が無いということであり、トナー濃度センサー２８の値が安定した時点でコンテナ交換モードを終了する（ステップＳ５）。

以上説明した第１の制御例によれば、トナーコンテナ４ａ〜４ｄが交換されたとき第１基準画像を形成し、第１基準画像の形成時における現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１を用いて画像かぶりの状態を推測することにより、逆帯電トナーを吐出するトナーコンテナ交換モードの継続の要否を適切に決定することができ、トナーコンテナ交換モードを過不足なく実行することができる。従って、トナーコンテナ交換モードの不足による画像かぶりの発生や、不必要なトナーコンテナ交換モードの継続による消費トナーや消費電力、印字待ち時間の増加を効果的に抑制することができる。

なお、第１の制御例では第１基準画像の静電潜像パターンとして、図５に示したような非露光部（白地部）Ｗのみからなる静電潜像パターンＰＴ１を用いたが、他の静電潜像パターンを用いることもできる。

図６は、第１基準画像の静電潜像パターンの他の例である静電潜像パターンＰＴ２を示す図である。静電潜像パターンＰＴ２は、露光部（画像部）Ｄと非露光部（白地部）Ｗとが千鳥状（ジグザグ状）に配置された市松模様状の静電潜像である。

図６に示した静電潜像パターンＰＴ２では、露光部Ｌと非露光部Ｗとが千鳥状（ジグザグ状）に配置されているため、逆帯電トナー（負帯電）は非露光部Ｗに、劣化トナー（正帯電）は露光部Ｌに、それぞれ現像される。即ち、劣化トナーと逆帯電トナーの両方を同時に且つ効率的に消費できるため、現像装置３ａ〜３ｄ内のトナーの帯電性を速やかに回復することができる。静電潜像パターンＰＴ２は、露光部（画像部）と非露光部（白地部）とが繰り返すパターンであれば、図６に示した市松模様状に限らず、例えば主走査方向または副走査方向に平行なラインパターン等であってもよい。

図７は、本実施形態の画像形成装置１００におけるトナーコンテナ交換モードの第２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３および図５、図６を参照しながら、図７のステップに沿ってトナーコンテナ交換モードの実行手順について詳細に説明する。

トナーコンテナ４ａ〜４ｄのいずれかが交換された場合に、交換されたトナーコンテナ４ａ〜４ｄに対応する画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいてトナーコンテナ交換モードを開始し（ステップＳ１）、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に第１基準画像の静電潜像を形成する（ステップＳ２）。そして、現像電圧電源４３によって現像ローラー３１に現像電圧を印加して第１基準画像の静電潜像を現像する。同時に、電流検出部４４によって現像ローラー３１に流れる現像電流の直流成分を検出し、現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１を取得する（ステップＳ３）。以上の手順は第１の制御例と同様である。第１基準画像の静電潜像パターンは図５に示した非画像部（白地部）のみの静電潜像パターンＰＴ１とする。

次に、主制御部８０はステップＳ３で取得された現像電流のバラツキΔＩ１がＢ≧ΔＩ１≧Ａを満たすか否かを判定する（ステップＳ４）。ここではＡ＝０．０５、Ｂ＝０．２５とする。Ｂ≧ΔＩ１≧Ａを満たす場合は（ステップＳ４でＹｅｓ）、ある程度の逆帯電トナーが発生していると推測される。そこで、ステップＳ２に戻り第１基準画像の静電潜像を形成し、第１基準画像の静電潜像を現像して逆帯電トナーの吐出、および現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１の取得を継続する（ステップＳ２〜Ｓ３）。

Ｂ≧ΔＩ１≧Ａを満たさない場合は（ステップＳ４でＮｏ）、次に主制御部８０はΔＩ１＜Ａであるか否かを判定する（ステップＳ５）。ΔＩ１＜Ａでない場合は（ステップＳ５でＮｏ）、逆帯電トナーの移動による現像電流が非常に大きくΔＩ１＞Ｂとなっている。この場合、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に第２基準画像の静電潜像を形成する（ステップＳ６）。第２基準画像の静電潜像パターンＰＴ２は、図６に示した露光部Ｌと非露光部（白地部）Ｗとが市松模様状に配置された静電潜像パターンＰＴ２とする。

そして、現像電圧電源４３によって現像ローラー３１に現像電圧を印加して第２基準画像の静電潜像を現像する。同時に、電流検出部４４によって現像ローラー３１に流れる現像電流の直流成分を検出し、現像電流の直流成分のバラツキΔＩ２を取得する（ステップＳ７）。

次に、主制御部８０はステップＳ７で取得された現像電流のバラツキΔＩ２がΔＩ２＜Ｃであるか否かを判定する（ステップＳ８）。ΔＩ２＜Ｃでない場合は（ステップＳ８でＮｏ）、逆帯電トナーの移動による現像電流が非常に大きい状態が継続しているため、ステップＳ６に戻り第２基準画像の静電潜像を形成し、第２基準画像の静電潜像を現像して逆帯電トナーおよび劣化トナーの吐出、並びに現像電流の直流成分のバラツキΔＩ２の取得を継続する（ステップＳ６〜Ｓ７）。

一方、ステップＳ８でΔＩ２＜Ｃである場合は（ステップＳ８でＹｅｓ）、第２基準画像の現像によって逆帯電トナーおよび劣化トナーが消費され、逆帯電トナーの移動による現像電流が流れなくなったということであり、トナー濃度センサー２８（図２参照）の値（トナー濃度）が安定した時点でコンテナ交換モードを終了する（ステップＳ９）。

また、ステップＳ５でΔＩ１＜Ａである場合は（ステップＳ５でＹｅｓ）、逆帯電トナーの発生が無いということであり、トナー濃度センサー２８の値が安定した時点でコンテナ交換モードを終了する（ステップＳ９）。

以上説明した第２の制御例によれば、トナーコンテナ４ａ〜４ｄが交換されたとき第１基準画像を形成し、第１基準画像の形成時における現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１を用いて画像かぶりの状態を推測することにより、逆帯電トナーを吐出するトナーコンテナ交換モードの継続の要否を適切に決定することができ、トナーコンテナ交換モードを過不足なく実行することができる。従って、第１の制御例と同様に、トナーコンテナ交換モードの不足による画像かぶりの発生や、不必要なトナーコンテナ交換モードの継続による消費トナーや消費電力、印字待ち時間の増加を効果的に抑制することができる。

また、ΔＩ１が所定値Ｂ以上であるときは、逆帯電トナーの移動による現像電流が非常に大きいと推測されるため、露光部（画像部）と非露光部（白地部）とが繰り返す第２基準画像を形成して逆帯電トナーと劣化トナーを同時に消費する。これにより、現像装置３ａ〜３ｄ内のトナーの帯電性を速やかに安定化することができる。

図８は、本実施形態の画像形成装置１００におけるトナーコンテナ交換モードの第３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３および図５、図６を参照しながら、図８のステップに沿ってトナーコンテナ交換モードの実行手順について詳細に説明する。

トナーコンテナ４ａ〜４ｄのいずれかが交換された場合に、交換されたトナーコンテナ４ａ〜４ｄに対応する画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいてトナーコンテナ交換モードを開始し（ステップＳ１）、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に第１基準画像の静電潜像を形成する（ステップＳ２）。そして、現像電圧電源４３によって現像ローラー３１に現像電圧を印加して第１基準画像の静電潜像を現像する。同時に、電流検出部４４によって現像ローラー３１に流れる現像電流の直流成分を検出し、現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１を取得する（ステップＳ３）。第１基準画像の静電潜像パターンＰＴ１は図５に示した非画像部（白地部）のみの静電潜像パターンＰＴ１とする。

次に、主制御部８０はステップＳ３で取得された現像電流のバラツキΔＩ１がＢ≧ΔＩ１≧Ａを満たすか否かを判定する（ステップＳ４）。Ｂ≧ΔＩ１≧Ａを満たす場合は（ステップＳ４でＹｅｓ）、ステップＳ２に戻り第１基準画像の静電潜像を形成し、第１基準画像の静電潜像を現像して逆帯電トナーの吐出、および現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１の取得を継続する（ステップＳ２〜Ｓ３）。

Ｂ≧ΔＩ１≧Ａを満たさない場合は（ステップＳ４でＮｏ）、次に主制御部８０はΔＩ１＜Ａであるか否かを判定する（ステップＳ５）。ΔＩ１＜Ａでない場合は（ステップＳ５でＮｏ）、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に第２基準画像の静電潜像を形成する（ステップＳ６）。第２基準画像の静電潜像パターンＰＴ２は、図６に示した露光部Ｌと非露光部（白地部）Ｗとが市松模様状に配置された静電潜像パターンＰＴ２とする。

そして、現像電圧電源４３によって現像ローラー３１に現像電圧を印加して第２基準画像の静電潜像を現像する。同時に、電流検出部４４によって現像ローラー３１に流れる現像電流の直流成分を検出し、現像電流の直流成分のバラツキΔＩ２を取得する（ステップＳ７）。以上の手順は第２の制御例と同様である。

次に、主制御部８０はステップＳ７で取得された現像電流のバラツキΔＩ２がΔＩ２＜Ｃであるか否かを判定する（ステップＳ８）。ここではＣ＝０．１とする。ΔＩ２＜Ｃでない場合は（ステップＳ８でＮｏ）、主制御部８０はＤ≧ΔＩ２≧Ｃを満たすか否かを判定する（ステップＳ９）。ここではＤ＝０．１５とする。Ｄ≧ΔＩ２≧Ｃを満たさない場合は（ステップＳ９でＮｏ）、逆帯電トナーの移動による現像電流が非常に大きい状態が継続している（ΔＩ２＞Ｄ）ため、ステップＳ６に戻り第２基準画像の静電潜像を形成し、第２基準画像の静電潜像を現像して逆帯電トナーおよび劣化トナーの吐出、並びに現像電流の直流成分のバラツキΔＩ２の取得を継続する（ステップＳ６〜Ｓ７）。

一方、ステップＳ９でＤ≧ΔＩ２≧Ｃを満たす場合は（ステップＳ９でＹｅｓ）、第２基準画像の現像によって逆帯電トナーおよび劣化トナーが消費され、逆帯電トナーの移動による現像電流がある程度小さくなったということである。そこで、ステップＳ２に戻り第１基準画像の静電潜像を形成し、第１基準画像の静電潜像を現像して逆帯電トナーの吐出、および現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１の取得を継続する（ステップＳ２〜Ｓ３）。

一方、ステップＳ８でΔＩ２＜Ｃである場合は（ステップＳ８でＹｅｓ）、トナー濃度センサー２８（図２参照）の値が安定した時点でコンテナ交換モードを終了する（ステップＳ１０）。

また、ステップＳ５でΔＩ１＜Ａである場合は（ステップＳ５でＹｅｓ）、逆帯電トナーの発生が無いということであり、トナー濃度センサー２８の値が安定した時点でコンテナ交換モードを終了する（ステップＳ１０）。

以上説明した第３の制御例によれば、第１および第２の制御例と同様に、トナーコンテナ４ａ〜４ｄが交換されたとき第１基準画像を形成し、第１基準画像の形成時における現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１を用いて画像流かぶりの状態を推測することにより、逆帯電トナーを吐出するトナーコンテナ交換モードの継続の要否を適切に決定することができる。従って、トナーコンテナ交換モードを過不足なく実行することができ、トナーコンテナ交換モードの不足による画像流れの発生や、不必要なトナーコンテナ交換モードの継続による消費トナーおよび消費電力、印字待ち時間の増加を効果的に抑制することができる。

また、ΔＩ１が所定値Ｂ以上であるときは、逆帯電トナーの移動による現像電流が非常に大きいと推測されるため、露光部（画像部）と非露光部（白地部）とが繰り返す第２基準画像を形成して逆帯電トナーと劣化トナーを同時に消費する。これにより、現像装置３ａ〜３ｄ内のトナーの帯電性を速やかに安定化することができる。

さらに、第２基準画像の形成時における現像電流の直流成分のバラツキΔＩ２が所定範囲内（Ｄ≧ΔＩ２≧Ｃ）であるときは、再び第１基準画像の形成および現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１の取得に戻ることで、第２基準画像の形成による無駄なトナーの消費を抑制し、逆帯電トナーのみを効率よく消費することができる。

なお、第２の制御例と同様に、第１基準画像の静電潜像パターンは、図５に示した非露光部（白地部）のみからなる静電潜像パターンＰＴ１が好ましい。第２基準画像の静電潜像パターンは、図６に示した市松模様状の静電潜像パターンＰＴ２のような露光部（画像部）と非露光部（白地部）とが繰り返すパターンが好ましい。

また、現像電流のバラツキを比較する際は、現像電流を複数回検出し、検出された電流値の標準偏差を用いて評価することが好ましい。また、例えば静電潜像パターンＰＴ１と静電潜像ＰＴ２では、基準画像を形成したときに流れる現像電流が異なるため、標準偏差のみを比較する方法では現像電流のバラツキの評価が困難である。そこで、現像電流の直流成分のバラツキの検知精度を高めるために、標準偏差を現像電流の平均値で除算した値でバラツキを規定することが好ましい。

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、上記実施形態では二成分現像剤を担持する現像ローラー３１を備えた二成分現像式の現像装置３ａ〜３ｄを備えた画像形成装置１００について説明したが、現像装置は二成分現像式に限定されるものではない。例えば、トナーのみからなる一成分現像剤を用いる一成分現像式の現像装置を備えた画像形成装置１００においても本発明を同様に適用可能である。

キャリアを含まない一成分現像式の場合であっても、画像かぶりが発生すると非露光部（白地部）でのトナーの移動が発生して流れる電流が増加する。その結果、二成分現像式の場合と同様に現像電流のバラツキが発生するため、一成分現像式においても現像電流の直流成分のバラツキが小さくなれば画像かぶりが改善されたものと推測できる。

また、上記実施形態では画像形成装置１００として図１に示したようなカラープリンターを例に挙げて説明したが、カラープリンターに限らず、モノクロおよびカラー複写機、デジタル複合機、ファクシミリ等の他の画像形成装置であってもよい。以下、実施例により本発明の効果について更に詳細に説明する。

図４に示した第１の制御例のトナーコンテナ交換モードにおいて第１基準画像を形成する際の現像電流の直流成分のバラツキからトナーコンテナ交換モードの終了を判定する検証試験を行った。試験機の条件としては、図１に示したような画像形成装置１００において、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１ａ〜１ｄを用い、非露光部電位Ｖ０＝２７０Ｖ、露光部電位ＶＬ＝２０Ｖとした。また、ドラム線速（プロセス速度）を５５枚／ｍｉｎとした。

現像装置３ａ〜３ｄは、ローレット加工により周方向に６４列の凹部が形成され、さらに表面にブラスト加工を施した直径２０ｍｍの現像ローラー３１を用い、規制ブレード２７としてステンレス（ＳＵＳ４３０）製の磁性ブレードを用いた。現像ローラー３１による現像剤搬送量を２５０ｇ／ｍ²とした。現像ローラー３１と感光体ドラム１ａ〜１ｄの周速比を１．８（対向位置でトレール回転）、現像ローラー３１と感光体ドラム１ａ〜１ｄ間の距離を０．３０ｍｍとした。現像ローラー３１には、現像電圧として１７０Ｖの直流電圧Ｖｓｌｖ（ＤＣ）に、周波数４．２ｋＨｚ、ｄｕｔｙ＝５０％の矩形波の交流電圧Ｖｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した電圧を印加した。

また、平均粒子径６．８μｍの正帯電性トナーと、平均粒子径３５μｍのフェライト・樹脂コートキャリアとからなる二成分現像剤を用い、トナー濃度を６％とした。

試験方法としては、トナーコンテナ４ａ〜４ｄを交換したとき図５に示した第１基準画像の静電潜像パターンＰＴ１を形成し、第１基準画像を現像する際の現像電流の直流成分を検出した。現像電流は１０ｓｅｃ間に検出された電流値の平均値を算出した。電流値の測定結果を表１および図９に示す。

表１および図９に示すように、トナーコンテナ交換モードの開始から２０ｓｅｃ経過後に現像ローラー３１から感光体ドラム１ａ〜１ｄに逆帯電トナーが移動し、現像電流がマイナス側に大きくなる。現像電流はトナーコンテナ交換モードの開始から３０ｓｅｃ経過後に極小値（−１．５μＡ）をとり、その後、逆帯電トナーの減少に伴い徐々に小さくなる。トナーコンテナ交換モードの開始から７０ｓｅｃ経過後に現像電流が一定（−１μＡ）となり、逆帯電トナーの移動が無くなったことが確認された。

以上の結果より、トナーコンテナ交換モードにおいて第１基準画像を現像する際の現像電流の直流成分のバラツキを検出することにより画像かぶりの発生を精度よく予測でき、トナーコンテナ交換モードの継続の要否を正確に判定し、適切な終了時期を決定できることが確認された。

図７に示した第２の制御例のトナーコンテナ交換モードにおいて第１基準画像を現像する際の現像電流の直流成分のバラツキが所定値以上のとき第２基準画像を現像し、第２基準画像を現像する際の現像電流の直流成分のバラツキからトナーコンテナ交換モードの終了を判定する検証試験を行った。試験機の条件は実施例１と同様とした。

試験方法としては、トナーコンテナ４ａ〜４ｄを交換したとき図５に示した第１基準画像の静電潜像パターンＰＴ１を形成し、第１基準画像を現像する際の現像電流の直流成分を検出した。また、現像電流の直流成分のバラツキが所定値以上となったとき図６に示した第２基準画像の静電潜像パターンＰＴ２を形成し、第２基準画像を現像する際の現像電流の直流成分を検出した。現像電流は１０ｓｅｃ間に検出された電流値の平均値を算出した。電流値の測定結果を表２および図１０に示す。

表２および図１０に示すように、トナーコンテナ交換モードの開始から２０ｓｅｃ経過するまでは第１基準画像を現像し、２０ｓｅｃ経過後に第２基準画像を現像した。第２基準画像を現像する際に劣化トナーと共に逆帯電トナーも移動するため、現像電流は４０ｓｅｃ経過後にやや低下し、その後、逆帯電トナーの減少に伴い徐々に安定する。トナーコンテナ交換モードの開始から９０ｓｅｃ経過後に現像電流が一定（４．７μＡ）となり、逆帯電トナーの移動が無くなったことが確認された。

以上の結果より、トナーコンテナ交換モードにおいて第１基準画像を現像する際の現像電流の直流成分のバラツキを検出することにより画像かぶりの発生を精度よく予測でき、トナーコンテナ交換モードにおける逆帯電トナーの吐出の継続の要否を正確に判定し、適切な終了時期を決定できることが確認された。また、第２基準画像を形成したときの現像電流の直流成分を検出することで、トナーコンテナ交換モードにおける逆帯電トナーおよび劣化トナーの吐出の継続の要否を正確に判定し、適切な終了時期を決定できることが確認された。

本発明は、トナーコンテナの交換時に現像装置から像担持体側へトナーを吐出するトナーコンテナ交換モードを実行可能な画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、現像装置内の逆帯電トナーの存在を正確に推定し、画像かぶりの発生状態に応じた必要十分なトナーコンテナ交換モードを実行可能な画像形成装置を提供することができる。

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ａ〜４ｄ トナーコンテナ
５ 露光装置
３１ 現像ローラー（現像剤担持体）
３３ 摺擦ローラー
４３ 現像電圧電源
４３ａ 交流定電圧電源
４３ｂ 直流定電圧電源
４４ 電流検出部
４５ 帯電電圧電源
４７ 転写電圧電源
５０ 電圧制御部
７０ 記憶部
８０ 主制御部（制御部）
９０ 液晶表示部
９１ 送受信部
１００ 画像形成装置

Claims (10)

1. 表面に感光層が形成された像担持体と、
   前記像担持体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を露光することにより静電潜像を形成する露光装置と、
   前記像担持体に対向配置され、トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体を有し、前記像担持体に形成された前記静電潜像に前記トナーを付着させてトナー像を形成する現像装置と、
   前記現像装置に補給する前記トナーを収容する交換可能なトナーコンテナと、
   を含む画像形成部と、
   前記現像剤担持体に直流電圧に交流電圧を重畳した現像電圧を印加する現像電圧電源と、
   前記現像剤担持体に前記現像電圧を印加したときに前記現像剤担持体に流れる直流電流を検出する電流検出部と、
   前記画像形成部および前記現像電圧電源を制御する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記制御部は、前記トナーコンテナの交換時に、前記現像装置によって前記像担持体上に第１基準画像を形成して前記現像装置内の逆帯電トナーを前記像担持体上に吐出するトナーコンテナ交換モードを実行可能であり、
   前記第１基準画像を形成したとき前記現像剤担持体に流れる現像電流の直流成分を前記電流検出部により検出し、検出された前記現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１が所定値Ａよりも小さくなったとき前記トナーコンテナ交換モードを終了することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１基準画像は、非露光部のみからなる静電潜像パターンにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第１基準画像は、露光部と非露光部とが交互に繰り返し現れる静電潜像パターンにより形成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記電流検出部により検出された前記現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１が所定値Ｂ（Ｂ＞Ａ）以上であるとき、前記現像装置によって前記像担持体上に第２基準画像を形成して前記現像装置内の前記逆帯電トナーおよび劣化トナーを前記像担持体上に吐出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、前記第２基準画像を形成したとき前記現像剤担持体に流れる現像電流の直流成分を前記電流検出部により検出し、検出された前記現像電流の直流成分のバラツキΔＩ２が所定値Ｃ（Ｂ＞Ｃ＞Ａ）よりも小さくなったとき前記トナーコンテナ交換モードを終了することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、前記電流検出部により検出された前記現像電流の直流成分のバラツキΔＩ２が所定値Ｃ以上、且つ所定値Ｄ（Ｂ＞Ｄ＞Ｃ）以下であるとき、前記現像装置によって前記像担持体上に前記第１基準画像を形成し、前記電流検出部により検出された前記現像電流の直流成分のバラツキΔＩ１が所定値Ａよりも小さくなったとき前記トナーコンテナ交換モードを終了することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記第１基準画像は、非露光部のみからなる静電潜像パターンにより形成され、前記第２基準画像は、露光部と非露光部とが交互に繰り返し現れる静電潜像パターンにより形成されることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記第２基準画像は、前記露光部と前記非露光部とが千鳥状に配置された市松模様状であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記制御部は、前記電流検出部により前記現像電流の直流成分を複数回検出し、検出された電流値の標準偏差を用いて前記現像電流の直流成分のバラツキを比較することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記制御部は、前記電流検出部により前記現像電流の直流成分を複数回検出し、検出された電流値の標準偏差を前記現像電流の直流成分の平均値で除算した値を用いて前記現像電流の直流成分のバラツキを比較することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。

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