JP3553824B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を採用した複写機、プリンタおよびファクシミリ装置などの画像形成装置に関し、特に像担持体上に残留するトナーを回収する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、像担持体である感光体表面に形成された静電潜像を粉体の現像剤中のトナーで現像する現像装置を備えた画像形成装置が広く実用化されている。静電潜像の現像はトナーを感光体表面の静電潜像に付着させて行われ、これによって静電潜像がトナー像に顕像化される。現像処理の進行に伴って現像剤中のトナーのみが消費されるが、通常、現像装置内に設置された透磁率センサなどからの出力電圧値の変化によってトナー量が検知され、消費されたトナー量分の新しいトナーが補給される。このようにして画像濃度が一定に保たれる。
【０００３】
一方、静電潜像の現像に際して、現像剤中のトナーの一部は、感光体表面の領域であって、形成された静電潜像以外の領域に付着する。付着した該トナーは、画像形成に寄与せずに残留する残留トナーとなる。該残留トナーは、クリーニング装置によって感光体表面から掻取られて除去される。除去されたトナーは、最終的に廃棄される。
【０００４】
画像形成装置は、図１に示されるように、原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取部３２、画像情報に基づいてトナー像を形成する画像形成部３３、トナー像を転写して保持する転写材である用紙を供給する給紙部３４、用紙上に転写されたトナー像を定着させる定着部３５、およびトナー像が定着された用紙が排紙される排紙部３６を備えている。
【０００５】
画像形成部３３は、図２に示されるように、有機光導電性感光層を備えた像担持体である感光体３７と、その周りに順番に配置される帯電装置３８、露光装置３９、現像装置４０、転写装置４１、剥離装置４２、クリーニングユニット４３および除電装置４４とで構成される。
【０００６】
まず帯電工程において、帯電装置３８によって感光体３７の表面には一様に電荷が与えられる。次の露光工程では、露光装置３９によって感光体３７の表面が画像情報に対応した光で露光される。これによって電荷が減衰し、感光体３７の表面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【０００７】
続いて現像工程では、現像装置４０によって静電潜像がトナーを用いて現像される。現像装置４０は、現像剤を収容する現像剤槽４６、該現像剤を撹拌する撹拌ローラ４７、該現像剤を現像領域に搬送する現像剤担持体である現像ローラ４４および現像剤を現像剤槽４６に補給するためのホッパー４９を備える。前記現像領域とは現像剤槽４６の開口部と感光体３７とが対向する領域であり、該領域において感光体３７と現像ローラ４８とは接触または非接触に設けられる。現像領域に搬送されたトナーは感光体３７の表面の静電潜像に付着し、これによって静電潜像が現像され、トナー像に顕像化される。
【０００８】
次の転写工程では、転写装置４１によって、給紙部３４から搬送路に沿って搬送されてきた用紙にトナー像が転写される。転写装置４１は静電転写方式やバイアス転写方式を採用した装置で実現される。たとえば静電転写方式の転写装置の場合、直流のコロナ放電を生じさせる転写装置が、用紙を介して感光体３７に対向するように配置される。そして、用紙裏面側から直流コロナ放電を作用させることによって、感光体３７の表面に担持されたトナー像を用紙上に転写する。
【０００９】
続いて剥離工程では、トナー像が転写された用紙が剥離装置４２によって感光体３７から剥離され、定着部３５に搬送される。次の定着工程では、定着部３５の定着処理によってトナー像が用紙に定着される。トナー像が定着された用紙は排紙部３６に排出される。
【００１０】
一方、前記転写工程を終えた感光体３７の表面に残留したトナーはクリーニング工程においてクリーニングユニット４３によって除去され、回収される。クリーニングユニット４３は、感光体３７の表面に接触して配置されるクリーニングブレード５３を有し、該クリーニングブレード５３によって感光体３７の表面を擦ることによって、残留トナーが掻き落とされる。
【００１１】
クリーニングユニット４３によって残留トナーが除去された感光体３７は、除電工程において除電装置４４によって、その表面に残留する電荷が消去される。そして、再び帯電工程に戻り、上述の一連の画像形成動作が繰返される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、画像面積の比較的大きい原稿、すなわち原稿の全面積に対する画像面積の割合である黒ベタ率の高い原稿をもとに連続して画像形成動作を行うと、原稿の白紙部分に相当する用紙の部分にトナーが付着して、いわゆる地肌汚れが生じる。一方、画像面積の比較的小さい原稿、すなわち黒ベタ率の低い原稿をもとに連続して画像形成動作を行うと、画像濃度が薄くなる。これらの不具合は、前記現像領域に搬送される現像剤の帯電量に起因して生じる。
【００１３】
図１２は、画像形成の通紙枚数と現像剤の帯電量Ｑ／ｍ（μＣ／ｇ）との関係を示すグラフであり、図１２（ａ）は画像面積が大きい原稿を用いて連続して画像形成動作を行った場合を示し、図１２（ｂ）は画像面積が小さい原稿を用いて連続して画像形成動作を行った場合を示す。
【００１４】
図１２（ａ）に示すように、画像面積が大きい原稿をもとに連続して画像形成動作を行うと、通紙枚数が増加するにつれて現像剤の帯電量Ｑ／ｍは徐々に低下していく。これは、トナー消費量が通常より多くなり、新しいトナーが多量に現像剤中に取込まれて現像剤滞留部内で磁性粒子とトナーが充分に混合されなくなり、その結果、現像剤が帯電不足となったためと考えられる。このような帯電不足の現像剤が現像領域に搬送されることによって、原稿の白紙部分に相当する用紙の部分にトナーが付着して地肌汚れが生じると考えらえる。
【００１５】
また、図１２（ｂ）に示すように、画像面積が小さい原稿をもとに連続して画像形成動作を行うと、通紙枚数が増加するにつれて現像剤の帯電量Ｑ／ｍは徐々に上昇していく。これは、現像剤滞留部内のトナー消費量が減少して現像剤滞留部内のトナーが消費されないまま現像剤中で過剰に混合され続け、その結果、磁性粒子およびトナーが帯電され過ぎるためと考えられる。これによって、電荷相互の結びつきが強くなり、感光体表面の電位の力による画像部分へのトナー吸着がなされにくくなり、画像濃度が薄くなると考えられる。
【００１６】
前記地肌汚れおよび画像濃度の低下を防止するためには、現像領域に搬送される現像剤の帯電量Ｑ／ｍを常に適正な値となるように制御することが望まれる。たとえば特開平９−３１１５４１号公報には、原稿上の画像面積を検出し、その検出値に応じて現像工程以外で現像ローラを駆動することによって、または前記検出値に応じて感光体へトナーを付着させることによって、現像装置内における現像剤の帯電量Ｑ／ｍの最適化を図っている。
【００１７】
ところが特開平９−３１１５４１号公報では、所定枚数の総画像面積率を検出し、総画像面積基準率と比較して、現像剤の帯電量を最適化している。このため、複写枚数が前記所定枚数よりも少ない範囲で現像剤の帯電量が変化する場合には、現像剤の帯電量の最適化のタイミングが遅れ、現像剤の帯電量の変化に速やかに追従することができない。その結果、リアルタイムで高精度に現像剤の帯電量を制御することができない。このように該公報では、画像形成動作時、特に連続した画像形成動作時において、現像剤の帯電量の最適化を図ることはできない。
【００１８】
また一般に、高濃度大画像面積の原稿に基づく連続した画像形成動作よりも、低濃度小画像面積の原稿に基づく連続した画像形成動作の方が使用頻度が高く、後者における現像剤の帯電量の最適化が望まれる。
【００１９】
本発明の目的は、原稿の画像面積に基づいて所定量のトナーを像担持体に強制的に付着させることによって、現像手段内のトナーの帯電量の最適化を図った画像形成装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取手段と、表面に形成された静電潜像を保持する像担持体と、前記画像情報に応じた静電潜像を像担持体表面に形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面に残留するトナーを回収するクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
（ａ）前記原稿上の画像の面積を、各原稿毎に、検知する画像面積検知手段と、
（ｂ）制御手段であって、
画像面積検知手段の出力に応答し、
画像面積の検知結果に対応するトナー消費量を計算して求め、
こうして求められたトナー消費量が、予め定めるトナー消費量以上である場合、画像形成を行い、
前記予め定めるトナー消費量未満である場合、画像形成と、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とするトナーの強制使用とを行い、
前記求められたトナー消費量に対応するトナーの強制使用に必要なトナー付着量Ｗｔの第１所定量と、前記第１所定量を超える第２所定量と、前記第２所定量を超える第３所定量とが、予め設定され、
前記トナーの強制使用時、
前記トナー付着量Ｗｔを計算して求め、
こうして求められたトナー付着量Ｗｔが、予め定める第１所定量以下であるとき、
露光手段によって静電潜像を像担持体表面に形成する露光が行われる画像形成動作の期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められたトナー付着量Ｗｔが、前記第１所定量を超え、前記第２所定量以下であるとき、
前記画像形成動作の期間の前で像担持体が助走する前回転期間と、前記画像形成動作の期間の後で像担持体が空転する後回転期間との期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められた付着量Ｗｔが前記第２所定量を超え、前記第３所定量以下であるとき、
前記前回転期間、前記画像形成動作の期間および前記後回転期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させる制御手段とを含むことを特徴とする画像形成装置である。
【００２１】
本発明に従えば、電子写真方式を採用した画像形成装置であって、転写工程後の像担持体表面に残留するトナーを回収する画像形成装置において、原稿上の画像面積が検知される。検知された画像面積に対応するトナー消費量を計算して求め、このトナー消費量が、予め定めるトナー消費量以上であれば、画像形成を行い、予め定めるトナー消費量未満であれば、画像形成だけでなく各画像形成動作におけるトナー消費量をほぼ一定とするためのトナーの強制使用を行い、トナーの像担持体への強制的な付着が制御される。すなわち所定量のトナー、具体的にはトナーの消費量に相当する量のトナーを、像担持体表面の非画像領域に、強制的に付着させて消費させる。これによって、現像手段には常にトナーの出入りが生じて、各画像形成動作におけるトナー使用量はほぼ一定となる。
【００２２】
したがって、比較的使用頻度の高い原稿である画像面積の小さい原稿を用いて連続して画像形成動作を行う場合において、現像手段内でのトナーの滞留が防止され、トナーの帯電量がほぼ一定となる。これによって、磁性粒子とトナーとの電荷による相互の結合強度は上昇せず、像担持体表面の画像領域には所定量のトナーが付着され、画像濃度の低下を防止することができる。また、トナーが強制的に付着されるのは像担持体表面の非画像領域であるので、像担持体表面の画像領域の劣化が防止でき、また本来の画像形成動作に影響することなく画像濃度の低下が防止できて装置の利用効率を向上することができる。
非画像形成期間中におけるトナーの強制的な付着は、像担持体の前回転時および後回転時のうちの少なくともいずれか一方の期間を利用して行われ、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像を形成することができる。なお、像担持体の前回転時および後回転時は、本来の画像形成動作に直接的に寄与することなく、像担持体の帯電安定化およびクリーニングなどを目的として、画像形成動作の前および後に補助的ないしは付随的に設けられる助走期間および空転期間などの時期をそれぞれ指す。
【００２３】
また本発明は、原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取手段と、表面に形成された静電潜像を保持する像担持体と、前記画像情報に応じた静電潜像を像担持体表面に形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面に残留するトナーを回収するクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
（ａ）前記原稿上の画像の面積を、各原稿毎に、検知する画像面積検知手段と、
（ｂ）画像形成する転写材の複数の枚数Ｍを設定する操作手段と、
（ｃ）画像面積検知手段と操作手段との出力に応答し、
画像面積の検知結果に対応するトナー消費量を計算して求め、
こうして求められたトナー消費量が、予め定めるトナー消費量以上である場合、前記複数の枚数分、画像形成を繰返して行い、
前記予め定めるトナー消費量未満である場合、前記複数の枚数分、画像形成と、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とするトナーの強制使用とを繰返して行い、
前記求められたトナー消費量に対応するトナーの強制使用に必要なトナー付着量Ｗｔの第１所定量と、前記第１所定量を超える第２所定量と、前記第２所定量を超える第３所定量とが、予め設定され、
前記トナーの強制使用時、
前記トナー付着量Ｗｔを計算して求め、
こうして求められたトナー付着量Ｗｔが、予め定める第１所定量以下であるとき、
前記複数の各枚数毎に、露光手段によって静電潜像を像担持体表面に形成する露光が行われる画像形成動作の期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められたトナー付着量Ｗｔが、前記第１所定量を超え、前記第２所定量以下であるとき、
前記複数の各枚数毎に、前記画像形成動作の期間の前である前回転期間と、前記画像形成動作の期間の後である後回転期間との期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められた付着量Ｗｔが前記第２所定量を超え、前記第３所定量以下であるとき、
前記複数の各枚数毎に、前記前回転期間、前記画像形成動作の期間および前記後回転期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させる制御手段とを含むことを特徴とする画像形成装置である。
【００２４】
本発明に従えば、所定量のトナーを像担持体表面の非画像領域に、特に画像形成期間中に強制的に付着させ、現像手段に常にトナーの出入りを生じさせて、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とする。したがって、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像を形成することができる。
【００２５】
また、所定量のトナーを像担持体表面の全領域もしくは非画像領域に、特に非画像形成期間中に強制的に付着させ、現像手段に常にトナーの出入りを生じさせて、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とする。この場合、非画像形成期間を利用するので、像担持体表面の画像領域へもトナーを強制的に付着させることが可能になる。したがって、多量のトナーを強制的に付着させることが可能である。また、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像を形成することができる。
【００２７】
本発明に従えば、画像形成期間中と非画像形成期間中との両方でトナーを強制的に付着させ、現像手段に常にトナーの出入りを生じさせ、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とし、効率的に高品質な画像を形成することができる。また、残留トナーの回収時期が分散されるので、クリーニング手段への負担を小さくすることができる。
トナーの強制的な付着は非画像形成期間中である各画像形成動作の相互間の非画像形成期間、たとえば給紙の期間を利用して行われ、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像を形成することができる。
【００４０】
本発明に従えば、トナーの強制的に付着させる時期を分散して決定することによって、非画像領域に短時間内に集中してトナーを強制的に付着させる場合に生じる不都合、すなわち像担持体の両端部でのトナー飛散や塵埃堆積の不都合を回避して、帯電手段や露光手段の汚染などといった弊害の発生を防止することができる。
【００４２】
検知された原稿の画像面積と基準面積との比較結果に基づいて、トナーを強制的に付着させるか否かが決定され、具体的には上述のように検知された画像面積が基準面積以下のときにトナーを強制的に付着される。
【００４３】
また本発明は、検知された前記画像面積が原稿の全面積に対して約５％以下のときのみに、前記制御手段はトナー付着制御を行うことを特徴とする。
【００４４】
本発明に従えば、上述のようにすることで、トナーを強制的に付着する際のトナー付着量を確実に決定することが可能となる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である画像形成装置３１を示す図である。画像形成装置３１は、原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取部３２、画像情報に基づいてトナー像を形成する画像形成部３３、トナー像を転写して保持する転写材である用紙を供給する給紙部３４、用紙上に転写されたトナー像を定着させる定着部３５、およびトナー像が定着された用紙が排紙される排紙部３６を備えている。
【００４６】
図２は、画像形成装置３１の画像形成部３３を示す図である。画像形成部３３は、有機光導電性感光層を備えた像担持体である感光体３７と、その周りに順番に配置される帯電装置３８、露光装置３９、現像装置４０、転写装置４１、剥離装置４２、クリーニングユニット４３および除電装置４４とで構成される。
【００４７】
前記画像読取部３２はＣＣＤ（電荷結合素子）５７を備え、該ＣＣＤ５７で原稿上の画像を読取り、画像情報として出力し、ＣＰＵ（中央処理装置）５８に与える。ＣＰＵ５８は、ＬＳＵ（レーザスキャニングユニット）５９に画像情報を与える。ＬＳＵ５９は、露光装置３９の露光動作を制御して、与えられた画像情報に応じて感光体３７の表面を露光させる。
【００４８】
図３は、画像形成装置３１のブロック図である。画像形成装置３１は、該装置の画像形成に関連する動作を制御する制御部６２を有する。具体的に制御部６２は、画像読取部３２から出力された画像情報を処理する画像処理部６３、露光装置３９を含む静電潜像形成部６６、現像装置４０を駆動する現像装置駆動部６７感光体３７を回転駆動する感光体駆動部６８および原稿の紙サイズを検知する紙サイズ検知部６９を制御する。
【００４９】
制御部６２は、たとえば前記ＣＰＵ５８に加えてＲＯＭ（リードオンリメモリ）６０やＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６１などのメモリを含んで構成されるが、画像形成装置３１の画像形成に関する動作を制御可能な構成であればどのような構成であってもよく、上述の構成に限定されるものではない。
【００５０】
次に画像形成動作について説明する。ここで、画像読取部３２は原稿上の画像をＣＣＤ５７で読取り、制御部６２のＣＰＵ５８に画像情報として出力する。制御部６２は、画像処理部６３、紙サイズ検知部６９および図示しない操作部から入力される情報、たとえば画像形成の倍率および画像形成する用紙の枚数などの情報に基づいて、露光装置３９を含む静電潜像形成部６６の静電潜像の形成動作を制御する。
【００５１】
一連の画像形成動作では、まず帯電工程において、帯電装置３８は感光体３７の表面に一様に電荷を与え、感光体３７を帯電させる。次の露光工程では、露光装置３９は制御部６２の制御によって駆動されるＬＳＵ５９によって走査され、画像読取部３２から読取った画像情報に応じて感光体３７の表面を露光する。これによって電荷が減衰し、感光体３７の表面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。その後、感光体３７は回転駆動され、静電潜像が形成された位置が現像装置４０に対向する位置まで移動する。
【００５２】
続いて現像工程では、現像装置４０によって静電潜像がトナーを用いて現像される。現像装置４０は、現像剤を収容する現像剤槽４６、該現像剤を撹拌する撹拌ローラ４７、該現像剤を現像領域に搬送する現像剤担持体である現像ローラ４８、現像剤を現像剤槽４６に補給するためのホッパー４９およびトナー補給ローラ５１を備える。
【００５３】
前記現像領域とは現像剤槽４６の開口部と感光体３７とが対向する領域であり、該領域において感光体３７と現像ローラ４８とは接触または非接触に設けられる。現像領域に搬送されたトナーは感光体３７の表面の静電潜像に付着し、これによって静電潜像が現像され、トナー像に顕像化される。その後、感光体３７は回転駆動され、トナー像が形成された位置が用紙搬送路を介して配置されている転写装置４１に対向する位置まで移動する。
【００５４】
次の転写工程では、転写装置４１は、給紙部３４から搬送路を介して搬送されてきた用紙にトナー像を転写する。転写装置４１は静電転写方式やバイアス転写方式を採用した装置で実現される。たとえば静電転写方式の転写装置の場合、直流のコロナ放電を生じさせる転写装置が、用紙を介して感光体３７に対向するように配置される。そして、用紙裏面側から直流コロナ放電を作用させることによって、感光体３７の表面に担持されたトナー像が用紙上に転写される。転写工程では、感光体３７の表面のトナー像は、転写装置４１によって用紙上に接触転写され、この状態では用紙は感光体３７の表面に接触したままである。
【００５５】
続いて剥離工程では、トナー像が転写された用紙が剥離装置４２によって感光体３７から剥離され、用紙搬送路を介して定着部３５に搬送される。次の定着工程では、定着部３５の定着処理によってトナー像が用紙に定着される。定着処理では、加熱および加圧のうちの少なくとも一方の処理によって、トナー像が用紙に定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部３６に排出される。
【００５６】
一方、前記転写工程を終えた感光体３７は回転駆動されて、トナー像があった位置がクリーニングユニット４３が配置されている位置へ移動する。感光体３７の表面に残留したトナーはクリーニング工程においてクリーニングユニット４３によって除去され、回収される。クリーニングユニット４３は、感光体３７の表面に接触して配置されるクリーニングブレード５３を有し、該クリーニングブレード５３によって感光体３７の表面を擦ることによって、残留トナーが掻き落とされる。
【００５７】
クリーニングユニット４３によって残留トナーが除去された感光体３７は、除電工程において除電装置４４によって、その表面に残留する電荷が消去される。そして再び帯電工程に戻り、上述の一連の画像形成動作が繰返される。
【００５８】
上述の一連の画像形成動作を連続して実施する場合、画像面積の比較的小さい原稿、すなわち原稿の全面積に対する画像面積の割合である黒ベタ率の低い原稿を用いると、画像形成で消費および補給されるトナー量が少なくなる。したがって、現像装置４０の内部でトナーが滞留し、トナーが磁性粒子などと撹拌される時間が長くなり、トナーに加えられるストレスが増大する。その結果、外添シリカのトナーへのめり込みやトナーの球形化といったトナーの劣化を招く。トナーが劣化すると、トナーの現像性および転写性、特に転写性が低下し、用紙上に形成される画像の濃度が低下し、画質が大きく低下する。
【００５９】
画像面積が小さい原稿を連続して画像形成する場合において、各画像形成動作毎に、感光体３７の表面の所定領域、すなわち本来の画像形成に悪影響を及ぼさない領域に、所定のタイミング、すなわち本来の画像形成に悪影響を及ぼさないタイミングで、所定量のトナーを強制的に付着させる（以下、「トナー強制使用」という）と、１回の画像形成動作で消費されるトナー量が増加する。すなわち、１回の画像形成動作において所定量のトナーを消費するように、トナーを強制的に使用することによって、所定量のトナーが現像装置４０の外へ排出され、また供給される。このため、現像装置４０の内部でのトナーの滞留が低減し、現像装置４０の内部のトナーは常に置換される。したがって、トナーに加えられるストレスが抑制され、画像濃度の低下のない、高品位な画像形成が可能となる。
【００６０】
ここで、本発明にかかる画像形成装置３１におけるトナーの強制使用方法としては、次の３つを挙げることができる。
（１）感光体３７の表面の非画像領域、すなわち画像が形成されない領域に対して、画像形成動作中にトナーを強制的に付着させる。
（２）感光体３７の表面の全領域または非画像領域に対して、非画像形成期間、すなわち画像形成動作がなされない期間に、トナーを強制的に付着させる。
（３）画像形成動作中に、感光体３７の表面の非画像領域に対して、トナーを強制的に付着させるとともに、非画像形成期間中に、感光体３７の表面の全領域または非画像領域にトナーを強制的に付着させる。
【００６１】
（１）の方法では、本来の画像形成動作には何ら悪影響を及ぼすことはなく、また感光体３７の表面の画像領域の劣化を回避することができる。（２）の方法では、画像形成動作がなされない期間にトナーを強制使用するので、非画像領域に限定されることなく感光体３７の表面の全領域にトナーを強制的に付着させることができる。このため、原稿の画像面積が小さく、所定量のトナーを消費するために多量のトナーを強制的に付着させなければならない場合に非常に有効である。（３）の方法では、画像形成動作中および非画像形成期間中の両方でトナーを強制使用するので、多量のトナーを強制的に付着させる場合にさらに効果的である。しかも、強制使用されたトナーの回収タイミングが分散するので、クリーニングユニット４３への負担を軽減することができる。また、感光体３７の表面へのトナー付着も分散されるため、感光体３７の表面の劣化を抑制することができる。（１）〜（３）のうちのいずれの方法であっても、トナーの強制使用に際して新たな構成を設ける必要はない。
【００６２】
なお、（２）および（３）の方法では、トナーの強制使用を非画像形成期間に行うが、この非画像形成期間としては、たとえば（ａ）画像形成動作の感光体３７の前回転および後回転のうちの少なくともいずれか一方の時期、または（ｂ）連続した画像形成動作における次の用紙が給紙される間、すなわち個々の画像形成動作の間を挙げることができる。
【００６３】
また、感光体３７の表面にトナーを強制付着させる場合の静電潜像としては、所定濃度の黒ベタ画像または所定面積の黒ベタ画像の静電潜像を挙げることができる。所定濃度の黒ベタ画像の静電潜像の場合、露光装置３９の露光の際に照射面積を変えることによって黒ベタ画像の面積を変化させ、容易にトナー消費量を調整することができる。一方、所定面積の黒ベタ画像の静電潜像の場合、露光装置３９の露光の際に照射光量を変えることによって、黒ベタの濃度を変化させ、容易にトナーを消費量を調整することができる。
【００６４】
上述したトナー強制使用において、強制的に消費されるトナー量、すなわち感光体３７の表面に付着させるトナー量については、（ｉ）原稿の画像面積、（ｉｉ）画像が形成される用紙サイズ、および（ｉｉｉ）形成される画像の倍率などの条件によって決定される。このとき、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）については操作部からのユーザの操作や紙サイズ検知部６９の検知結果によって決定され、（ｉ）については画像処理部６３の処理結果によって判定される。すなわち、画像処理部６３は画像面積検知手段として機能する。
【００６５】
画像処理部６３では、原稿の画像面積を検知して制御部６２に出力するが、制御部６２ではこの検知結果である画像面積と予め定められる基準面積とを比較し、その比較結果に基づいて、具体的には（ｉ）の条件と（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の各条件とに基づいて、強制的に消費されるトナー量を決定する。
【００６６】
制御部６２は、決定したトナー量に応じて、上記（１）〜（３）のうちのいずれかのトナー強制使用方法を自動的に選択する。なお、ユーザによって上記（１）〜（３）のうちのいずれかの方法を選択するようにしても構わない。
【００６７】
また、後述するように画像面積の比較に使用される前記基準面積は、原稿の全面積に対する画像面積の割合で、約５％に設定することが特に好ましい。これによって、より適正なトナー量を決定することができる。
【００６８】
図４は、画像形成装置３１の画像形成（複写）動作を示すフローチャートである。ステップＳ１では、画像読取部３２において原稿の画像面積を検知する。画像面積の検知は、原稿から画像情報を読取ると同時になされる。次に、ステップＳ２で用紙サイズを設定し、ステップＳ３で用紙上に形成する画像の倍率（複写倍率）を設定し、ステップＳ４で画像形成（複写）枚数Ｍを指定すると、続くステップＳ５では、ステップＳ２〜Ｓ４で決定された各条件を基にして、１枚の画像形成当たりに使用する所要トナー量を計算する。次のステップＳ６では、ステップＳ５で得られた所要トナー量に基づいて、後述するトナーの消費量テーブルを検索し該当するトナー消費量を選ぶ。
【００６９】
次のステップＳ７では、選ばれたトナーの消費量が所定量、たとえば０．０４ｇ以上であるか否かを判定する。本実施形態では、用紙１枚当たりの消費量０．０４ｇをトナー強制使用を実施するか否かの判定基準としており、０．０４ｇ以上であればステップＳ８に進み、画像形成（複写）動作を続行し、ステップＳ９で実行した画像形成枚数ｎがステップＳ４で設定したＭに達するまでステップＳ８の動作を繰返す。
【００７０】
一方、ステップＳ７で選ばれたトナーの消費量が０．０４ｇに満たない場合、トナー強制使用を実行するためにステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、トナーの強制使用に必要なトナー付着量を計算する。次のステップＳ１１では、画像形成枚数が１枚か複数枚かを判定する。すなわち、Ｍ＝１（ＳＩＮＧＬＥ）であるか、Ｍ＞１（ＭＵＬＴＩ）であるかを判定する。ＳＩＮＧＬＥであればステップＳ１２に進み、後述する第１のサブルーチンに進む。ＭＵＬＴＩであればステップＳ１３に進み、後述する第２のサブルーチンに進む。これで一連の画像形成動作が終了する。
【００７１】
図５は、画像形成装置３１の他の画像形成動作を示すフローチャートである。本発明における画像形成動作の制御は、上述した図４のフローチャートに基づく制御だけでなく、図５のフローチャートに基づく制御であっても構わない。図５のフローチャートの各ステップＳ２１〜Ｓ３３は、図４のフローチャートの各ステップＳ１〜Ｓ１３と対応しているが、ステップＳ２２およびＳ２３が、ステップＳ２およびＳ３とは逆になっていることが異なる。
【００７２】
図６は、第１のサブルーチンを示すフローチャートである。前記ステップＳ１１またはステップＳ３１にてＳＩＮＧＬＥ、すなわち１枚のみの画像形成であると判定された場合に第１のサブルーチンに移行する。第１サブルーチンのステップＳ１０１では、トナーの強制使用に必要なトナー付着量が０．０１ｇ以下であるか否かを判定する。０．０１ｇ以下であればステップＳ１０２に進み、付着させる時期と領域とを設定する。そして次のステップＳ１０３では、画像形成動作と、感光体３７の表面の非画像領域へのトナーの付着とを同時に実行する。このようにして、トナー付着量Ｗｔが、Ｗｔ≦０．０１ｇの場合の第１プロセスが終了する。
【００７３】
これに対して前記ステップＳ１０１でトナーの強制使用に必要なトナー付着量が０．０１ｇを超えている場合、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、トナー付着量が０．０２ｇ以下であるか否かを判定する。０．０２ｇ以下であればステップＳ１０５に進み、前記ステップＳ１０２と同様に付着時期と領域とを設定する。そして次のステップＳ１０６では、感光体３７の前回転時に、該感光体３７の非画像領域にトナーを付着させる。次のステップＳ１０７では、画像形成動作を実行する。次のステップＳ１０８では、感光体３７の後回転時に、該感光体３７の非画像領域にトナーを付着させる。このようにして、トナー付着量Ｗｔが、０．０１ｇ＜Ｗｔ≦０．０２ｇの場合の第２プロセスが終了する。
【００７４】
このように、トナー強制使用に際して、必要なトナー量が０．０１ｇを超え、かつ０．０２ｇ以下であれば、第１プロセスのように画像形成動作と同時にトナーを感光体３７の表面の非画像領域に付着させることができない。このため、第２プロセスでは画像形成動作の前後の感光体３７の前回転時および後回転時に、２回に分けてトナーを非画像領域に付着させる。
【００７５】
さらに前記ステップＳ１０４でトナーの強制使用に必要なトナー付着量が０．０２ｇを超えている場合、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、トナー付着量が０．０３ｇ以下であるか否かを判定する。０．０３ｇ以下であれば３回に分けてトナーを非画像領域に付着させるために、ステップＳ１１０以降に進む。ステップＳ１１０は前記ステップＳ１０２およびＳ１０５と、ステップＳ１１１は前記ステップＳ１０６と、ステップＳ１１２は前記ステップＳ１０３と、ステップＳ１１３は前記ステップＳ１０８とそれぞれ同じステップである。このようにして、トナー付着量Ｗｔが、０．０２ｇ＜Ｗｔ≦０．０３ｇの場合の第３プロセス３が終了する。
【００７６】
また、前記ステップＳ１０９でトナーの強制使用に必要なトナー付着量が０．０３を超えている場合、ステップＳ１１４〜Ｓ１１７に進む。ステップＳ１１４〜Ｓ１１７は、前記ステップＳ１０５〜Ｓ１０８と同様である。このようにして、トナー付着量Ｗｔが、Ｗｔ＞０．０３ｇの場合の第４プロセスが終了する。第１〜第４の各プロセス終了後、ステップＳ１１８でリターン処理がなされ、図４または図５のフローチャートに戻り、画像形成動作が終了する。
【００７７】
図７は、第２のサブルーチンを示すフローチャートである。第２サブルーチンは、第１サブルーチンとほぼ同様である。すなわち第１サブルーチンと同様に、トナー付着量Ｗｔが、Ｗｔ≦０．０１ｇの第１プロセスであるステップＳ１２１〜Ｓ１２３、０．０１ｇ＜Ｗｔ≦０．０２ｇの第２プロセスであるステップＳ１２５〜Ｓ１２９、０．０２ｇ＜Ｗｔ≦０．０３ｇの第３プロセスであるステップＳ１３１〜Ｓ１３５、およびＷｔ＞０．０３ｇの第４プロセスであるステップＳ１３７〜Ｓ１４０を含むが、各プロセスの最後にｎ＝Ｍであるか否かを判定するステップＳ１２４，Ｓ１３０，Ｓ１３６およびＳ１４１がそれぞれ追加されている。これは、第２サブルーチンが、複数枚の画像形成を行う場合、すなわち図４および図５におけるＭＵＬＴＩの場合に移行するフローチャートであるためである。
【００７８】
設定された枚数の画像が形成されるまで、第１プロセスではステップＳ１２３の動作を繰返し、第２プロセスではステップＳ１２７〜Ｓ１２９の動作を繰返し、第３プロセスではステップＳ１３３〜Ｓ１３５の動作を繰返し、第４プロセスではステップＳ１３８〜Ｓ１４０の動作を繰返す。第１〜第４の各プロセス終了後、ステップＳ１４２でリターン処理がなされ、図４または図５のフローチャートに戻り、画像形成動作が終了する。
【００７９】
なお、本実施形態では、原稿の画像面積が小さい場合の連続した画像形成動作について説明した。この動作を原稿の画像面積が大きい場合の連続した画像形成に適用すると、画像形成枚数の増加に伴って現像剤の帯電量が徐々に低下し、１回の現像において大量のトナーが消費される現像装置４０の内部でのトナーの滞在時間が標準時間よりも短くなり過ぎて、充分な撹拌および帯電がなされなくなると予想される。しかし、実際の使用状況において、画像面積が大きい原稿を用いる機会（頻度）はまれである。したがって、上記画像処理部６３で得られる原稿の画像面積が基準面積以下のときのみに上述したようなトナーの強制付着の制御を実行し、基準面積を超えていれば通常の画像形成動作を実行するように、制御部６２が制御することが好ましい。これによって、合理的な画像形成動作を実現することができる。
【００８０】
また、本発明にかかる画像形成装置３１では、制御部６２によってトナー強制使用をリアルタイムに制御するので、トナーの帯電量を確実に最適化でき、かつトナーへのストレスを確実に回避することができる。
【００８１】
以下、本発明にかかる画像形成装置３１におけるトナーの強制使用を実施例に基づいてさらに詳しく説明する。
【００８２】
（実施例）
図８は、画像形成枚数毎および印字率毎の画像濃度を示す表である。図９は、画像形成枚数と画像濃度との関係を印字率毎に示すグラフである。Ａ４サイズの用紙に画像を形成する場合について、画像形成枚数を０，１００，５００および１０００枚とし、印字率、すなわち原稿の全面積に対する画像面積の割合を１，３，５および１０％とした。印字率が５％および１０％の場合では、用紙上に形成された画像の濃度は一定であるが、印字率が１％および３％の場合では、画像形成枚数が増加するに伴い、急激に画像濃度が低下している。これは、感光体３７の表面上のトナー像を用紙に転写する際の転写効率が低下しているためである。
【００８３】
図１０は、画像形成枚数毎および印字率毎の転写効率を示す表である。図１１は、画像形成枚数と転写効率との関係を印字率毎に示すグラフである。印字率が５％および１０％の場合では、転写効率は一定であるが、印字率が１％および３％の場合では、画像形成枚数が増加するに伴い、急激に転写効率が低下している。
【００８４】
このように、Ａ４サイズの用紙に画像を形成する場合、約５％の印字率が画像濃度および転写効率が低下しない境界となる。そこで、本発明にかかる画像形成装置３１では、画像処理部６３において画像面積を比較する際の基準面積をＡ４サイズ換算で５％に設定している。
【００８５】
すなわち、最も画像形成頻度が高いと予測されるＡ４サイズの画像面積が５％の原稿を使用すると、形成される画像１枚当たりで０．０４ｇのトナーが消費される。さらに詳しくいうと、転写効率を考慮して、用紙上に転写されるトナーは、このうち８０％〜８５％程度であり、残りは残留トナーとして感光体３７に残留し、クリーニングユニット４３で回収される。
【００８６】
トナー強制使用の際に、強制的に付着されるトナー量は、原稿および用紙のサイズによって異なる。すなわち、各原稿および用紙のサイズに基づいて、用紙の全面積に対する比で、１〜５％の各印字面積（画像面積）を算定すると、各画像形成条件での使用トナー量を、Ａ４サイズで印字面積が５％の原稿を等倍複写する場合を基準として、算出することができる。したがって、このＡ４サイズ５％印字相当のトナー量に対する過不足分が強制的に付着されるトナー量として求められる。
【００８７】
拡大複写の場合、たとえばＡ５サイズの原稿から線率２００％の拡大複写を行う場合、Ａ３サイズの用紙が選択される。Ａ３サイズの用紙の総面積は１２４７４０ｍｍ２であり、この総面積の１，２，３，４および５％に相当する面積は直ちに算出される。Ａ４サイズの印字率５％の原稿（印字面積３１１８．５ｍｍ２）から等倍複写を行う場合のトナー使用量が０．０４ｇなので、算出された各面積のトナー使用量は、面積換算によって容易に求まる。この場合、印字面積が３％のとき、トナー使用量が０．０４８ｇとなり、トナーの強制的な付着は不要である。
【００８８】
また、縮小複写の場合、Ａ３サイズ原稿から線率５０％の縮小複写を行う場合、Ａ５サイズの用紙が選択される。Ａ５サイズの用紙の総面積は３１０８０ｍｍ２であり、この総面積の１，２，３，４および５％に相当する面積は直ちに算出される。Ａ４サイズの印字率５％の原稿（印字面積３１１８．５ｍｍ２）から等倍複写の場合のトナー使用量が０．０４ｇなので、算出された各面積のトナー使用量は、面積換算によって容易に求まる。この場合、印字面積が５％のときのトナー使用量は０．０２ｇ程度であり、印字面積が１０％のときのトナー使用量は０．０４ｇであるので、印字面積１０％までは不足分のトナーを強制的に付着する必要がある。
【００８９】
トナーを強制的に付着して画像形成するか、または強制的に付着せずにそのまま画像形成するかの判定は、このようなトナー使用量をテーブル化して記憶しておき、原稿上の画像面積の検知に応じて、該テーブルからトナー使用量を検索することで可能となる。
【００９０】
たとえば、原稿および用紙のサイズにかかる各種画像形成倍率における各印字率毎の印字面積を示す表、各種画像形成倍率における各印字率毎の使用トナー量を示す表、各種画像形成倍率における各印字率毎の強制付着トナー量を示す表が記憶される。表に設定される拡大および縮小の倍率は代表的な値であってもよいし、自由に設定しても構わない。たとえば、テーブル化して記憶するデータの容量を考慮するなどの制限がない場合、拡大および縮小の倍率を１％刻みで設定してテーブル化し記憶しても構わない。
【００９１】
また、テーブル化された表の範囲内にトナー使用量が設定されていない場合には、内挿法で求めることができる。たとえば、Ａ４サイズの印字率が２．５％の原稿から等倍複写を行った場合、使用トナー量は０．０２ｇとなる。また、表の範囲外である場合には、外挿法で求めることができる。たとえば、Ａ３サイズの印字率が１０％の原稿から線率５０％の縮小複写を行った場合、使用トナー量は０．０４ｇとなる。このように、表に記憶したデータに基づいて、制御部６２が強制的に付着させるトナーの付着量をプログラム化して制御することによって、トナーの強制使用をより効率的にかつ確実に実行することができる。
【００９２】
本発明は、低濃度小画像面積の原稿を用いた画像形成時における現像剤、特にトナーの帯電量の変化によって発生する画像品位の低下を防止するものである。したがって、本形態の画像形成装置３１のように、トナーのリサイクルを行わずに、帯電量が変化したトナーを強制的に排出することが好ましい。また、トナーをリサイクルする場合は、現像剤の状況を頻繁にモニタするための手段が必要である。トナーには、また、クリーニング時に過度のストレスがかかり、帯電量の変化の進行が促されるおそれがある。このようなトナーを用いて画像を形成すると、画像品位の低下を招き、好ましくない。
【００９３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電子写真方式を採用した画像形成装置であって、転写後の像担持体表面に残留するトナーを回収する画像形成装置において、検知された原稿上の画像面積と予め定められる基準面積との比較結果に基づいてトナーの像担持体への強制的な付着が制御される。所定量のトナーを像担持体表面の非画像領域に強制付着するので、現像手段内でのトナーの滞留が防止でき、帯電量がほぼ一定となり、画像濃度の低下が防止できる。また、トナーを非画像領域に強制付着させるので、画像領域の劣化が防止でき、本来の画像形成動作に影響することはなく、装置の利用効率を向上できる。
【００９４】
また本発明によれば、特に画像形成期間中に像担持体表面の非画像領域に、本来の画像形成に影響を及ぼすことなく、トナーを強制付着することができる。また、特に非画像形成期間中に像担持体表面の全領域もしくは非画像領域に多量のトナーを付着することができる。
非画像形成期間中におけるトナーの強制付着は、像担持体の前回転時および後回転時のうちの少なくともいずれか一方の期間を利用して行われ、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像が形成できる。
【００９５】
また本発明によれば、画像形成期間中と非画像形成期間中とで多量のトナーを強制付着することができ、また残留トナーの回収時期が分散されてクリーニング手段への負担が軽減する。
【００９７】
トナーの強制付着は非画像形成期間中である各画像形成動作の間の給紙の間を利用して行われ、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像が形成できる。
【０１００】
また本発明によれば、トナーの強制的に付着させる時期を分散させることによって、像担持体の両端部でのトナー飛散や塵埃堆積を防止し、帯電手段や露光手段の汚染の発生を防止することができる。
【０１０１】
検知された原稿の画像面積と基準面積との比較結果に基づいてトナーの強制付着制御の実行および非実行が決定されてもよい。具体的には検知された画像面積が基準面積以下のときにトナーの強制付着制御が実行される。
【０１０２】
また本発明によれば、検知された画像面積が原稿の全面積の約５％以下のときにトナーの強制付着制御を実行することで、トナー強制付着制御時のトナー付着量を確実に決定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である画像形成装置３１を示す図である。
【図２】画像形成装置３１の画像形成部３３を示す図である。
【図３】画像形成装置３１のブロック図である。
【図４】画像形成装置３１の画像形成動作を示すフローチャートである。
【図５】画像形成装置３１の他の画像形成動作を示すフローチャートである。
【図６】第１のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第２のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】画像形成枚数毎および印字率毎の画像濃度を示す表である。
【図９】画像形成枚数と画像濃度との関係を印字率毎に示すグラフである。
【図１０】画像形成枚数毎および印字率毎の転写効率を示す表である。
【図１１】画像形成枚数と転写効率との関係を印字率毎に示すグラフである。
【図１２】画像形成の通紙枚数と現像剤の帯電量Ｑ／ｍ（μＣ／ｇ）との関係を示すグラフであり、図１２（ａ）は画像面積が大きい原稿を用いて連続して画像形成動作を行った場合を示し、図１２（ｂ）は画像面積が小さい原稿を用いて連続して画像形成動作を行った場合を示す。
【符号の説明】
３１ 画像形成装置
３２ 画像読取部
３３ 画像形成部
３４ 給紙部
３５ 定着部
３６ 排紙部
３７ 感光体
３８ 帯電装置
３９ 露光装置
４０ 現像装置
４１ 転写装置
４２ 剥離装置
４３ クリーニングユニット
４４ 除電装置
５７ ＣＣＤ（電荷結合素子）
５８ ＣＰＵ（中央処理装置）
５９ ＬＳＵ（レーザスキャニングユニット）
６２ 制御部
６３ 画像処理部
６６ 静電潜像形成部
６７ 現像装置駆動部
６８ 感光体駆動部
６９ 紙サイズ検知部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を採用した複写機、プリンタおよびファクシミリ装置などの画像形成装置に関し、特に像担持体上に残留するトナーを回収する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、像担持体である感光体表面に形成された静電潜像を粉体の現像剤中のトナーで現像する現像装置を備えた画像形成装置が広く実用化されている。静電潜像の現像はトナーを感光体表面の静電潜像に付着させて行われ、これによって静電潜像がトナー像に顕像化される。現像処理の進行に伴って現像剤中のトナーのみが消費されるが、通常、現像装置内に設置された透磁率センサなどからの出力電圧値の変化によってトナー量が検知され、消費されたトナー量分の新しいトナーが補給される。このようにして画像濃度が一定に保たれる。
【０００３】
一方、静電潜像の現像に際して、現像剤中のトナーの一部は、感光体表面の領域であって、形成された静電潜像以外の領域に付着する。付着した該トナーは、画像形成に寄与せずに残留する残留トナーとなる。該残留トナーは、クリーニング装置によって感光体表面から掻取られて除去される。除去されたトナーは、最終的に廃棄される。
【０００４】
画像形成装置は、図１に示されるように、原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取部３２、画像情報に基づいてトナー像を形成する画像形成部３３、トナー像を転写して保持する転写材である用紙を供給する給紙部３４、用紙上に転写されたトナー像を定着させる定着部３５、およびトナー像が定着された用紙が排紙される排紙部３６を備えている。
【０００５】
画像形成部３３は、図２に示されるように、有機光導電性感光層を備えた像担持体である感光体３７と、その周りに順番に配置される帯電装置３８、露光装置３９、現像装置４０、転写装置４１、剥離装置４２、クリーニングユニット４３および除電装置４４とで構成される。
【０００６】
まず帯電工程において、帯電装置３８によって感光体３７の表面には一様に電荷が与えられる。次の露光工程では、露光装置３９によって感光体３７の表面が画像情報に対応した光で露光される。これによって電荷が減衰し、感光体３７の表面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【０００７】
続いて現像工程では、現像装置４０によって静電潜像がトナーを用いて現像される。現像装置４０は、現像剤を収容する現像剤槽４６、該現像剤を撹拌する撹拌ローラ４７、該現像剤を現像領域に搬送する現像剤担持体である現像ローラ４４および現像剤を現像剤槽４６に補給するためのホッパー４９を備える。前記現像領域とは現像剤槽４６の開口部と感光体３７とが対向する領域であり、該領域において感光体３７と現像ローラ４８とは接触または非接触に設けられる。現像領域に搬送されたトナーは感光体３７の表面の静電潜像に付着し、これによって静電潜像が現像され、トナー像に顕像化される。
【０００８】
次の転写工程では、転写装置４１によって、給紙部３４から搬送路に沿って搬送されてきた用紙にトナー像が転写される。転写装置４１は静電転写方式やバイアス転写方式を採用した装置で実現される。たとえば静電転写方式の転写装置の場合、直流のコロナ放電を生じさせる転写装置が、用紙を介して感光体３７に対向するように配置される。そして、用紙裏面側から直流コロナ放電を作用させることによって、感光体３７の表面に担持されたトナー像を用紙上に転写する。
【０００９】
続いて剥離工程では、トナー像が転写された用紙が剥離装置４２によって感光体３７から剥離され、定着部３５に搬送される。次の定着工程では、定着部３５の定着処理によってトナー像が用紙に定着される。トナー像が定着された用紙は排紙部３６に排出される。
【００１０】
一方、前記転写工程を終えた感光体３７の表面に残留したトナーはクリーニング工程においてクリーニングユニット４３によって除去され、回収される。クリーニングユニット４３は、感光体３７の表面に接触して配置されるクリーニングブレード５３を有し、該クリーニングブレード５３によって感光体３７の表面を擦ることによって、残留トナーが掻き落とされる。
【００１１】
クリーニングユニット４３によって残留トナーが除去された感光体３７は、除電工程において除電装置４４によって、その表面に残留する電荷が消去される。そして、再び帯電工程に戻り、上述の一連の画像形成動作が繰返される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、画像面積の比較的大きい原稿、すなわち原稿の全面積に対する画像面積の割合である黒ベタ率の高い原稿をもとに連続して画像形成動作を行うと、原稿の白紙部分に相当する用紙の部分にトナーが付着して、いわゆる地肌汚れが生じる。一方、画像面積の比較的小さい原稿、すなわち黒ベタ率の低い原稿をもとに連続して画像形成動作を行うと、画像濃度が薄くなる。これらの不具合は、前記現像領域に搬送される現像剤の帯電量に起因して生じる。
【００１３】
図１２は、画像形成の通紙枚数と現像剤の帯電量Ｑ／ｍ（μＣ／ｇ）との関係を示すグラフであり、図１２（ａ）は画像面積が大きい原稿を用いて連続して画像形成動作を行った場合を示し、図１２（ｂ）は画像面積が小さい原稿を用いて連続して画像形成動作を行った場合を示す。
【００１４】
図１２（ａ）に示すように、画像面積が大きい原稿をもとに連続して画像形成動作を行うと、通紙枚数が増加するにつれて現像剤の帯電量Ｑ／ｍは徐々に低下していく。これは、トナー消費量が通常より多くなり、新しいトナーが多量に現像剤中に取込まれて現像剤滞留部内で磁性粒子とトナーが充分に混合されなくなり、その結果、現像剤が帯電不足となったためと考えられる。このような帯電不足の現像剤が現像領域に搬送されることによって、原稿の白紙部分に相当する用紙の部分にトナーが付着して地肌汚れが生じると考えらえる。
【００１５】
また、図１２（ｂ）に示すように、画像面積が小さい原稿をもとに連続して画像形成動作を行うと、通紙枚数が増加するにつれて現像剤の帯電量Ｑ／ｍは徐々に上昇していく。これは、現像剤滞留部内のトナー消費量が減少して現像剤滞留部内のトナーが消費されないまま現像剤中で過剰に混合され続け、その結果、磁性粒子およびトナーが帯電され過ぎるためと考えられる。これによって、電荷相互の結びつきが強くなり、感光体表面の電位の力による画像部分へのトナー吸着がなされにくくなり、画像濃度が薄くなると考えられる。
【００１６】
前記地肌汚れおよび画像濃度の低下を防止するためには、現像領域に搬送される現像剤の帯電量Ｑ／ｍを常に適正な値となるように制御することが望まれる。たとえば特開平９−３１１５４１号公報には、原稿上の画像面積を検出し、その検出値に応じて現像工程以外で現像ローラを駆動することによって、または前記検出値に応じて感光体へトナーを付着させることによって、現像装置内における現像剤の帯電量Ｑ／ｍの最適化を図っている。
【００１７】
ところが特開平９−３１１５４１号公報では、所定枚数の総画像面積率を検出し、総画像面積基準率と比較して、現像剤の帯電量を最適化している。このため、複写枚数が前記所定枚数よりも少ない範囲で現像剤の帯電量が変化する場合には、現像剤の帯電量の最適化のタイミングが遅れ、現像剤の帯電量の変化に速やかに追従することができない。その結果、リアルタイムで高精度に現像剤の帯電量を制御することができない。このように該公報では、画像形成動作時、特に連続した画像形成動作時において、現像剤の帯電量の最適化を図ることはできない。
【００１８】
また一般に、高濃度大画像面積の原稿に基づく連続した画像形成動作よりも、低濃度小画像面積の原稿に基づく連続した画像形成動作の方が使用頻度が高く、後者における現像剤の帯電量の最適化が望まれる。
【００１９】
本発明の目的は、原稿の画像面積に基づいて所定量のトナーを像担持体に強制的に付着させることによって、現像手段内のトナーの帯電量の最適化を図った画像形成装置を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取手段と、表面に形成された静電潜像を保持する像担持体と、前記画像情報に応じた静電潜像を像担持体表面に形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面に残留するトナーを回収するクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
（ａ）前記原稿上の画像の面積を、各原稿毎に、検知する画像面積検知手段と、
（ｂ）制御手段であって、
画像面積検知手段の出力に応答し、
画像面積の検知結果に対応するトナー消費量を計算して求め、
こうして求められたトナー消費量が、予め定めるトナー消費量以上である場合、画像形成を行い、
前記予め定めるトナー消費量未満である場合、画像形成と、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とするトナーの強制使用とを行い、
前記求められたトナー消費量に対応するトナーの強制使用に必要なトナー付着量Ｗｔの第１所定量と、前記第１所定量を超える第２所定量と、前記第２所定量を超える第３所定量とが、予め設定され、
前記トナーの強制使用時、
前記トナー付着量Ｗｔを計算して求め、
こうして求められたトナー付着量Ｗｔが、予め定める第１所定量以下であるとき、
露光手段によって静電潜像を像担持体表面に形成する露光が行われる画像形成動作の期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められたトナー付着量Ｗｔが、前記第１所定量を超え、前記第２所定量以下であるとき、
前記画像形成動作の期間の前で像担持体が助走する前回転期間と、前記画像形成動作の期間の後で像担持体が空転する後回転期間との期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められた付着量Ｗｔが前記第２所定量を超え、前記第３所定量以下であるとき、
前記前回転期間、前記画像形成動作の期間および前記後回転期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させる制御手段とを含むことを特徴とする画像形成装置である。
【００２１】
本発明に従えば、電子写真方式を採用した画像形成装置であって、転写工程後の像担持体表面に残留するトナーを回収する画像形成装置において、原稿上の画像面積が検知される。検知された画像面積に対応するトナー消費量を計算して求め、このトナー消費量が、予め定めるトナー消費量以上であれば、画像形成を行い、予め定めるトナー消費量未満であれば、画像形成だけでなく各画像形成動作におけるトナー消費量をほぼ一定とするためのトナーの強制使用を行い、トナーの像担持体への強制的な付着が制御される。すなわち所定量のトナー、具体的にはトナーの消費量に相当する量のトナーを、像担持体表面の非画像領域に、強制的に付着させて消費させる。これによって、現像手段には常にトナーの出入りが生じて、各画像形成動作におけるトナー使用量はほぼ一定となる。
【００２２】
したがって、比較的使用頻度の高い原稿である画像面積の小さい原稿を用いて連続して画像形成動作を行う場合において、現像手段内でのトナーの滞留が防止され、トナーの帯電量がほぼ一定となる。これによって、磁性粒子とトナーとの電荷による相互の結合強度は上昇せず、像担持体表面の画像領域には所定量のトナーが付着され、画像濃度の低下を防止することができる。また、トナーが強制的に付着されるのは像担持体表面の非画像領域であるので、像担持体表面の画像領域の劣化が防止でき、また本来の画像形成動作に影響することなく画像濃度の低下が防止できて装置の利用効率を向上することができる。
非画像形成期間中におけるトナーの強制的な付着は、像担持体の前回転時および後回転時のうちの少なくともいずれか一方の期間を利用して行われ、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像を形成することができる。なお、像担持体の前回転時および後回転時は、本来の画像形成動作に直接的に寄与することなく、像担持体の帯電安定化およびクリーニングなどを目的として、画像形成動作の前および後に補助的ないしは付随的に設けられる助走期間および空転期間などの時期をそれぞれ指す。
【００２３】
また本発明は、原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取手段と、表面に形成された静電潜像を保持する像担持体と、前記画像情報に応じた静電潜像を像担持体表面に形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面に残留するトナーを回収するクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
（ａ）前記原稿上の画像の面積を、各原稿毎に、検知する画像面積検知手段と、
（ｂ）画像形成する転写材の複数の枚数Ｍを設定する操作手段と、
（ｃ）画像面積検知手段と操作手段との出力に応答し、
画像面積の検知結果に対応するトナー消費量を計算して求め、
こうして求められたトナー消費量が、予め定めるトナー消費量以上である場合、前記複数の枚数分、画像形成を繰返して行い、
前記予め定めるトナー消費量未満である場合、前記複数の枚数分、画像形成と、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とするトナーの強制使用とを繰返して行い、
前記求められたトナー消費量に対応するトナーの強制使用に必要なトナー付着量Ｗｔの第１所定量と、前記第１所定量を超える第２所定量と、前記第２所定量を超える第３所定量とが、予め設定され、
前記トナーの強制使用時、
前記トナー付着量Ｗｔを計算して求め、
こうして求められたトナー付着量Ｗｔが、予め定める第１所定量以下であるとき、
前記複数の各枚数毎に、露光手段によって静電潜像を像担持体表面に形成する露光が行われる画像形成動作の期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められたトナー付着量Ｗｔが、前記第１所定量を超え、前記第２所定量以下であるとき、
前記複数の各枚数毎に、前記画像形成動作の期間の前である前回転期間と、前記画像形成動作の期間の後である後回転期間との期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められた付着量Ｗｔが前記第２所定量を超え、前記第３所定量以下であるとき、
前記複数の各枚数毎に、前記前回転期間、前記画像形成動作の期間および前記後回転期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させる制御手段とを含むことを特徴とする画像形成装置である。
【００２４】
本発明に従えば、所定量のトナーを像担持体表面の非画像領域に、特に画像形成期間中に強制的に付着させ、現像手段に常にトナーの出入りを生じさせて、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とする。したがって、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像を形成することができる。
【００２５】
また、所定量のトナーを像担持体表面の全領域もしくは非画像領域に、特に非画像形成期間中に強制的に付着させ、現像手段に常にトナーの出入りを生じさせて、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とする。この場合、非画像形成期間を利用するので、像担持体表面の画像領域へもトナーを強制的に付着させることが可能になる。したがって、多量のトナーを強制的に付着させることが可能である。また、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像を形成することができる。
【００２７】
本発明に従えば、画像形成期間中と非画像形成期間中との両方でトナーを強制的に付着させ、現像手段に常にトナーの出入りを生じさせ、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とし、効率的に高品質な画像を形成することができる。また、残留トナーの回収時期が分散されるので、クリーニング手段への負担を小さくすることができる。
トナーの強制的な付着は非画像形成期間中である各画像形成動作の相互間の非画像形成期間、たとえば給紙の期間を利用して行われ、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像を形成することができる。
【００４０】
本発明に従えば、トナーの強制的に付着させる時期を分散して決定することによって、非画像領域に短時間内に集中してトナーを強制的に付着させる場合に生じる不都合、すなわち像担持体の両端部でのトナー飛散や塵埃堆積の不都合を回避して、帯電手段や露光手段の汚染などといった弊害の発生を防止することができる。
【００４２】
検知された原稿の画像面積と基準面積との比較結果に基づいて、トナーを強制的に付着させるか否かが決定され、具体的には上述のように検知された画像面積が基準面積以下のときにトナーを強制的に付着される。
【００４３】
また本発明は、検知された前記画像面積が原稿の全面積に対して約５％以下のときのみに、前記制御手段はトナー付着制御を行うことを特徴とする。
【００４４】
本発明に従えば、上述のようにすることで、トナーを強制的に付着する際のトナー付着量を確実に決定することが可能となる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である画像形成装置３１を示す図である。画像形成装置３１は、原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取部３２、画像情報に基づいてトナー像を形成する画像形成部３３、トナー像を転写して保持する転写材である用紙を供給する給紙部３４、用紙上に転写されたトナー像を定着させる定着部３５、およびトナー像が定着された用紙が排紙される排紙部３６を備えている。
【００４６】
図２は、画像形成装置３１の画像形成部３３を示す図である。画像形成部３３は、有機光導電性感光層を備えた像担持体である感光体３７と、その周りに順番に配置される帯電装置３８、露光装置３９、現像装置４０、転写装置４１、剥離装置４２、クリーニングユニット４３および除電装置４４とで構成される。
【００４７】
前記画像読取部３２はＣＣＤ（電荷結合素子）５７を備え、該ＣＣＤ５７で原稿上の画像を読取り、画像情報として出力し、ＣＰＵ（中央処理装置）５８に与える。ＣＰＵ５８は、ＬＳＵ（レーザスキャニングユニット）５９に画像情報を与える。ＬＳＵ５９は、露光装置３９の露光動作を制御して、与えられた画像情報に応じて感光体３７の表面を露光させる。
【００４８】
図３は、画像形成装置３１のブロック図である。画像形成装置３１は、該装置の画像形成に関連する動作を制御する制御部６２を有する。具体的に制御部６２は、画像読取部３２から出力された画像情報を処理する画像処理部６３、露光装置３９を含む静電潜像形成部６６、現像装置４０を駆動する現像装置駆動部６７感光体３７を回転駆動する感光体駆動部６８および原稿の紙サイズを検知する紙サイズ検知部６９を制御する。
【００４９】
制御部６２は、たとえば前記ＣＰＵ５８に加えてＲＯＭ（リードオンリメモリ）６０やＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）６１などのメモリを含んで構成されるが、画像形成装置３１の画像形成に関する動作を制御可能な構成であればどのような構成であってもよく、上述の構成に限定されるものではない。
【００５０】
次に画像形成動作について説明する。ここで、画像読取部３２は原稿上の画像をＣＣＤ５７で読取り、制御部６２のＣＰＵ５８に画像情報として出力する。制御部６２は、画像処理部６３、紙サイズ検知部６９および図示しない操作部から入力される情報、たとえば画像形成の倍率および画像形成する用紙の枚数などの情報に基づいて、露光装置３９を含む静電潜像形成部６６の静電潜像の形成動作を制御する。
【００５１】
一連の画像形成動作では、まず帯電工程において、帯電装置３８は感光体３７の表面に一様に電荷を与え、感光体３７を帯電させる。次の露光工程では、露光装置３９は制御部６２の制御によって駆動されるＬＳＵ５９によって走査され、画像読取部３２から読取った画像情報に応じて感光体３７の表面を露光する。これによって電荷が減衰し、感光体３７の表面に画像情報に対応した静電潜像が形成される。その後、感光体３７は回転駆動され、静電潜像が形成された位置が現像装置４０に対向する位置まで移動する。
【００５２】
続いて現像工程では、現像装置４０によって静電潜像がトナーを用いて現像される。現像装置４０は、現像剤を収容する現像剤槽４６、該現像剤を撹拌する撹拌ローラ４７、該現像剤を現像領域に搬送する現像剤担持体である現像ローラ４８、現像剤を現像剤槽４６に補給するためのホッパー４９およびトナー補給ローラ５１を備える。
【００５３】
前記現像領域とは現像剤槽４６の開口部と感光体３７とが対向する領域であり、該領域において感光体３７と現像ローラ４８とは接触または非接触に設けられる。現像領域に搬送されたトナーは感光体３７の表面の静電潜像に付着し、これによって静電潜像が現像され、トナー像に顕像化される。その後、感光体３７は回転駆動され、トナー像が形成された位置が用紙搬送路を介して配置されている転写装置４１に対向する位置まで移動する。
【００５４】
次の転写工程では、転写装置４１は、給紙部３４から搬送路を介して搬送されてきた用紙にトナー像を転写する。転写装置４１は静電転写方式やバイアス転写方式を採用した装置で実現される。たとえば静電転写方式の転写装置の場合、直流のコロナ放電を生じさせる転写装置が、用紙を介して感光体３７に対向するように配置される。そして、用紙裏面側から直流コロナ放電を作用させることによって、感光体３７の表面に担持されたトナー像が用紙上に転写される。転写工程では、感光体３７の表面のトナー像は、転写装置４１によって用紙上に接触転写され、この状態では用紙は感光体３７の表面に接触したままである。
【００５５】
続いて剥離工程では、トナー像が転写された用紙が剥離装置４２によって感光体３７から剥離され、用紙搬送路を介して定着部３５に搬送される。次の定着工程では、定着部３５の定着処理によってトナー像が用紙に定着される。定着処理では、加熱および加圧のうちの少なくとも一方の処理によって、トナー像が用紙に定着される。トナー像が定着された用紙は、排紙部３６に排出される。
【００５６】
一方、前記転写工程を終えた感光体３７は回転駆動されて、トナー像があった位置がクリーニングユニット４３が配置されている位置へ移動する。感光体３７の表面に残留したトナーはクリーニング工程においてクリーニングユニット４３によって除去され、回収される。クリーニングユニット４３は、感光体３７の表面に接触して配置されるクリーニングブレード５３を有し、該クリーニングブレード５３によって感光体３７の表面を擦ることによって、残留トナーが掻き落とされる。
【００５７】
クリーニングユニット４３によって残留トナーが除去された感光体３７は、除電工程において除電装置４４によって、その表面に残留する電荷が消去される。そして再び帯電工程に戻り、上述の一連の画像形成動作が繰返される。
【００５８】
上述の一連の画像形成動作を連続して実施する場合、画像面積の比較的小さい原稿、すなわち原稿の全面積に対する画像面積の割合である黒ベタ率の低い原稿を用いると、画像形成で消費および補給されるトナー量が少なくなる。したがって、現像装置４０の内部でトナーが滞留し、トナーが磁性粒子などと撹拌される時間が長くなり、トナーに加えられるストレスが増大する。その結果、外添シリカのトナーへのめり込みやトナーの球形化といったトナーの劣化を招く。トナーが劣化すると、トナーの現像性および転写性、特に転写性が低下し、用紙上に形成される画像の濃度が低下し、画質が大きく低下する。
【００５９】
画像面積が小さい原稿を連続して画像形成する場合において、各画像形成動作毎に、感光体３７の表面の所定領域、すなわち本来の画像形成に悪影響を及ぼさない領域に、所定のタイミング、すなわち本来の画像形成に悪影響を及ぼさないタイミングで、所定量のトナーを強制的に付着させる（以下、「トナー強制使用」という）と、１回の画像形成動作で消費されるトナー量が増加する。すなわち、１回の画像形成動作において所定量のトナーを消費するように、トナーを強制的に使用することによって、所定量のトナーが現像装置４０の外へ排出され、また供給される。このため、現像装置４０の内部でのトナーの滞留が低減し、現像装置４０の内部のトナーは常に置換される。したがって、トナーに加えられるストレスが抑制され、画像濃度の低下のない、高品位な画像形成が可能となる。
【００６０】
ここで、本発明にかかる画像形成装置３１におけるトナーの強制使用方法としては、次の３つを挙げることができる。
（１）感光体３７の表面の非画像領域、すなわち画像が形成されない領域に対して、画像形成動作中にトナーを強制的に付着させる。
（２）感光体３７の表面の全領域または非画像領域に対して、非画像形成期間、すなわち画像形成動作がなされない期間に、トナーを強制的に付着させる。
（３）画像形成動作中に、感光体３７の表面の非画像領域に対して、トナーを強制的に付着させるとともに、非画像形成期間中に、感光体３７の表面の全領域または非画像領域にトナーを強制的に付着させる。
【００６１】
（１）の方法では、本来の画像形成動作には何ら悪影響を及ぼすことはなく、また感光体３７の表面の画像領域の劣化を回避することができる。（２）の方法では、画像形成動作がなされない期間にトナーを強制使用するので、非画像領域に限定されることなく感光体３７の表面の全領域にトナーを強制的に付着させることができる。このため、原稿の画像面積が小さく、所定量のトナーを消費するために多量のトナーを強制的に付着させなければならない場合に非常に有効である。（３）の方法では、画像形成動作中および非画像形成期間中の両方でトナーを強制使用するので、多量のトナーを強制的に付着させる場合にさらに効果的である。しかも、強制使用されたトナーの回収タイミングが分散するので、クリーニングユニット４３への負担を軽減することができる。また、感光体３７の表面へのトナー付着も分散されるため、感光体３７の表面の劣化を抑制することができる。（１）〜（３）のうちのいずれの方法であっても、トナーの強制使用に際して新たな構成を設ける必要はない。
【００６２】
なお、（２）および（３）の方法では、トナーの強制使用を非画像形成期間に行うが、この非画像形成期間としては、たとえば（ａ）画像形成動作の感光体３７の前回転および後回転のうちの少なくともいずれか一方の時期、または（ｂ）連続した画像形成動作における次の用紙が給紙される間、すなわち個々の画像形成動作の間を挙げることができる。
【００６３】
また、感光体３７の表面にトナーを強制付着させる場合の静電潜像としては、所定濃度の黒ベタ画像または所定面積の黒ベタ画像の静電潜像を挙げることができる。所定濃度の黒ベタ画像の静電潜像の場合、露光装置３９の露光の際に照射面積を変えることによって黒ベタ画像の面積を変化させ、容易にトナー消費量を調整することができる。一方、所定面積の黒ベタ画像の静電潜像の場合、露光装置３９の露光の際に照射光量を変えることによって、黒ベタの濃度を変化させ、容易にトナーを消費量を調整することができる。
【００６４】
上述したトナー強制使用において、強制的に消費されるトナー量、すなわち感光体３７の表面に付着させるトナー量については、（ｉ）原稿の画像面積、（ｉｉ）画像が形成される用紙サイズ、および（ｉｉｉ）形成される画像の倍率などの条件によって決定される。このとき、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）については操作部からのユーザの操作や紙サイズ検知部６９の検知結果によって決定され、（ｉ）については画像処理部６３の処理結果によって判定される。すなわち、画像処理部６３は画像面積検知手段として機能する。
【００６５】
画像処理部６３では、原稿の画像面積を検知して制御部６２に出力するが、制御部６２ではこの検知結果である画像面積と予め定められる基準面積とを比較し、その比較結果に基づいて、具体的には（ｉ）の条件と（ｉｉ）および（ｉｉｉ）の各条件とに基づいて、強制的に消費されるトナー量を決定する。
【００６６】
制御部６２は、決定したトナー量に応じて、上記（１）〜（３）のうちのいずれかのトナー強制使用方法を自動的に選択する。なお、ユーザによって上記（１）〜（３）のうちのいずれかの方法を選択するようにしても構わない。
【００６７】
また、後述するように画像面積の比較に使用される前記基準面積は、原稿の全面積に対する画像面積の割合で、約５％に設定することが特に好ましい。これによって、より適正なトナー量を決定することができる。
【００６８】
図４は、画像形成装置３１の画像形成（複写）動作を示すフローチャートである。ステップＳ１では、画像読取部３２において原稿の画像面積を検知する。画像面積の検知は、原稿から画像情報を読取ると同時になされる。次に、ステップＳ２で用紙サイズを設定し、ステップＳ３で用紙上に形成する画像の倍率（複写倍率）を設定し、ステップＳ４で画像形成（複写）枚数Ｍを指定すると、続くステップＳ５では、ステップＳ２〜Ｓ４で決定された各条件を基にして、１枚の画像形成当たりに使用する所要トナー量を計算する。次のステップＳ６では、ステップＳ５で得られた所要トナー量に基づいて、後述するトナーの消費量テーブルを検索し該当するトナー消費量を選ぶ。
【００６９】
次のステップＳ７では、選ばれたトナーの消費量が所定量、たとえば０．０４ｇ以上であるか否かを判定する。本実施形態では、用紙１枚当たりの消費量０．０４ｇをトナー強制使用を実施するか否かの判定基準としており、０．０４ｇ以上であればステップＳ８に進み、画像形成（複写）動作を続行し、ステップＳ９で実行した画像形成枚数ｎがステップＳ４で設定したＭに達するまでステップＳ８の動作を繰返す。
【００７０】
一方、ステップＳ７で選ばれたトナーの消費量が０．０４ｇに満たない場合、トナー強制使用を実行するためにステップＳ１０に移行する。ステップＳ１０では、トナーの強制使用に必要なトナー付着量を計算する。次のステップＳ１１では、画像形成枚数が１枚か複数枚かを判定する。すなわち、Ｍ＝１（ＳＩＮＧＬＥ）であるか、Ｍ＞１（ＭＵＬＴＩ）であるかを判定する。ＳＩＮＧＬＥであればステップＳ１２に進み、後述する第１のサブルーチンに進む。ＭＵＬＴＩであればステップＳ１３に進み、後述する第２のサブルーチンに進む。これで一連の画像形成動作が終了する。
【００７１】
図５は、画像形成装置３１の他の画像形成動作を示すフローチャートである。本発明における画像形成動作の制御は、上述した図４のフローチャートに基づく制御だけでなく、図５のフローチャートに基づく制御であっても構わない。図５のフローチャートの各ステップＳ２１〜Ｓ３３は、図４のフローチャートの各ステップＳ１〜Ｓ１３と対応しているが、ステップＳ２２およびＳ２３が、ステップＳ２およびＳ３とは逆になっていることが異なる。
【００７２】
図６は、第１のサブルーチンを示すフローチャートである。前記ステップＳ１１またはステップＳ３１にてＳＩＮＧＬＥ、すなわち１枚のみの画像形成であると判定された場合に第１のサブルーチンに移行する。第１サブルーチンのステップＳ１０１では、トナーの強制使用に必要なトナー付着量が０．０１ｇ以下であるか否かを判定する。０．０１ｇ以下であればステップＳ１０２に進み、付着させる時期と領域とを設定する。そして次のステップＳ１０３では、画像形成動作と、感光体３７の表面の非画像領域へのトナーの付着とを同時に実行する。このようにして、トナー付着量Ｗｔが、Ｗｔ≦０．０１ｇの場合の第１プロセスが終了する。
【００７３】
これに対して前記ステップＳ１０１でトナーの強制使用に必要なトナー付着量が０．０１ｇを超えている場合、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、トナー付着量が０．０２ｇ以下であるか否かを判定する。０．０２ｇ以下であればステップＳ１０５に進み、前記ステップＳ１０２と同様に付着時期と領域とを設定する。そして次のステップＳ１０６では、感光体３７の前回転時に、該感光体３７の非画像領域にトナーを付着させる。次のステップＳ１０７では、画像形成動作を実行する。次のステップＳ１０８では、感光体３７の後回転時に、該感光体３７の非画像領域にトナーを付着させる。このようにして、トナー付着量Ｗｔが、０．０１ｇ＜Ｗｔ≦０．０２ｇの場合の第２プロセスが終了する。
【００７４】
このように、トナー強制使用に際して、必要なトナー量が０．０１ｇを超え、かつ０．０２ｇ以下であれば、第１プロセスのように画像形成動作と同時にトナーを感光体３７の表面の非画像領域に付着させることができない。このため、第２プロセスでは画像形成動作の前後の感光体３７の前回転時および後回転時に、２回に分けてトナーを非画像領域に付着させる。
【００７５】
さらに前記ステップＳ１０４でトナーの強制使用に必要なトナー付着量が０．０２ｇを超えている場合、ステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、トナー付着量が０．０３ｇ以下であるか否かを判定する。０．０３ｇ以下であれば３回に分けてトナーを非画像領域に付着させるために、ステップＳ１１０以降に進む。ステップＳ１１０は前記ステップＳ１０２およびＳ１０５と、ステップＳ１１１は前記ステップＳ１０６と、ステップＳ１１２は前記ステップＳ１０３と、ステップＳ１１３は前記ステップＳ１０８とそれぞれ同じステップである。このようにして、トナー付着量Ｗｔが、０．０２ｇ＜Ｗｔ≦０．０３ｇの場合の第３プロセス３が終了する。
【００７６】
また、前記ステップＳ１０９でトナーの強制使用に必要なトナー付着量が０．０３を超えている場合、ステップＳ１１４〜Ｓ１１７に進む。ステップＳ１１４〜Ｓ１１７は、前記ステップＳ１０５〜Ｓ１０８と同様である。このようにして、トナー付着量Ｗｔが、Ｗｔ＞０．０３ｇの場合の第４プロセスが終了する。第１〜第４の各プロセス終了後、ステップＳ１１８でリターン処理がなされ、図４または図５のフローチャートに戻り、画像形成動作が終了する。
【００７７】
図７は、第２のサブルーチンを示すフローチャートである。第２サブルーチンは、第１サブルーチンとほぼ同様である。すなわち第１サブルーチンと同様に、トナー付着量Ｗｔが、Ｗｔ≦０．０１ｇの第１プロセスであるステップＳ１２１〜Ｓ１２３、０．０１ｇ＜Ｗｔ≦０．０２ｇの第２プロセスであるステップＳ１２５〜Ｓ１２９、０．０２ｇ＜Ｗｔ≦０．０３ｇの第３プロセスであるステップＳ１３１〜Ｓ１３５、およびＷｔ＞０．０３ｇの第４プロセスであるステップＳ１３７〜Ｓ１４０を含むが、各プロセスの最後にｎ＝Ｍであるか否かを判定するステップＳ１２４，Ｓ１３０，Ｓ１３６およびＳ１４１がそれぞれ追加されている。これは、第２サブルーチンが、複数枚の画像形成を行う場合、すなわち図４および図５におけるＭＵＬＴＩの場合に移行するフローチャートであるためである。
【００７８】
設定された枚数の画像が形成されるまで、第１プロセスではステップＳ１２３の動作を繰返し、第２プロセスではステップＳ１２７〜Ｓ１２９の動作を繰返し、第３プロセスではステップＳ１３３〜Ｓ１３５の動作を繰返し、第４プロセスではステップＳ１３８〜Ｓ１４０の動作を繰返す。第１〜第４の各プロセス終了後、ステップＳ１４２でリターン処理がなされ、図４または図５のフローチャートに戻り、画像形成動作が終了する。
【００７９】
なお、本実施形態では、原稿の画像面積が小さい場合の連続した画像形成動作について説明した。この動作を原稿の画像面積が大きい場合の連続した画像形成に適用すると、画像形成枚数の増加に伴って現像剤の帯電量が徐々に低下し、１回の現像において大量のトナーが消費される現像装置４０の内部でのトナーの滞在時間が標準時間よりも短くなり過ぎて、充分な撹拌および帯電がなされなくなると予想される。しかし、実際の使用状況において、画像面積が大きい原稿を用いる機会（頻度）はまれである。したがって、上記画像処理部６３で得られる原稿の画像面積が基準面積以下のときのみに上述したようなトナーの強制付着の制御を実行し、基準面積を超えていれば通常の画像形成動作を実行するように、制御部６２が制御することが好ましい。これによって、合理的な画像形成動作を実現することができる。
【００８０】
また、本発明にかかる画像形成装置３１では、制御部６２によってトナー強制使用をリアルタイムに制御するので、トナーの帯電量を確実に最適化でき、かつトナーへのストレスを確実に回避することができる。
【００８１】
以下、本発明にかかる画像形成装置３１におけるトナーの強制使用を実施例に基づいてさらに詳しく説明する。
【００８２】
（実施例）
図８は、画像形成枚数毎および印字率毎の画像濃度を示す表である。図９は、画像形成枚数と画像濃度との関係を印字率毎に示すグラフである。Ａ４サイズの用紙に画像を形成する場合について、画像形成枚数を０，１００，５００および１０００枚とし、印字率、すなわち原稿の全面積に対する画像面積の割合を１，３，５および１０％とした。印字率が５％および１０％の場合では、用紙上に形成された画像の濃度は一定であるが、印字率が１％および３％の場合では、画像形成枚数が増加するに伴い、急激に画像濃度が低下している。これは、感光体３７の表面上のトナー像を用紙に転写する際の転写効率が低下しているためである。
【００８３】
図１０は、画像形成枚数毎および印字率毎の転写効率を示す表である。図１１は、画像形成枚数と転写効率との関係を印字率毎に示すグラフである。印字率が５％および１０％の場合では、転写効率は一定であるが、印字率が１％および３％の場合では、画像形成枚数が増加するに伴い、急激に転写効率が低下している。
【００８４】
このように、Ａ４サイズの用紙に画像を形成する場合、約５％の印字率が画像濃度および転写効率が低下しない境界となる。そこで、本発明にかかる画像形成装置３１では、画像処理部６３において画像面積を比較する際の基準面積をＡ４サイズ換算で５％に設定している。
【００８５】
すなわち、最も画像形成頻度が高いと予測されるＡ４サイズの画像面積が５％の原稿を使用すると、形成される画像１枚当たりで０．０４ｇのトナーが消費される。さらに詳しくいうと、転写効率を考慮して、用紙上に転写されるトナーは、このうち８０％〜８５％程度であり、残りは残留トナーとして感光体３７に残留し、クリーニングユニット４３で回収される。
【００８６】
トナー強制使用の際に、強制的に付着されるトナー量は、原稿および用紙のサイズによって異なる。すなわち、各原稿および用紙のサイズに基づいて、用紙の全面積に対する比で、１〜５％の各印字面積（画像面積）を算定すると、各画像形成条件での使用トナー量を、Ａ４サイズで印字面積が５％の原稿を等倍複写する場合を基準として、算出することができる。したがって、このＡ４サイズ５％印字相当のトナー量に対する過不足分が強制的に付着されるトナー量として求められる。
【００８７】
拡大複写の場合、たとえばＡ５サイズの原稿から線率２００％の拡大複写を行う場合、Ａ３サイズの用紙が選択される。Ａ３サイズの用紙の総面積は１２４７４０ｍｍ２であり、この総面積の１，２，３，４および５％に相当する面積は直ちに算出される。Ａ４サイズの印字率５％の原稿（印字面積３１１８．５ｍｍ２）から等倍複写を行う場合のトナー使用量が０．０４ｇなので、算出された各面積のトナー使用量は、面積換算によって容易に求まる。この場合、印字面積が３％のとき、トナー使用量が０．０４８ｇとなり、トナーの強制的な付着は不要である。
【００８８】
また、縮小複写の場合、Ａ３サイズ原稿から線率５０％の縮小複写を行う場合、Ａ５サイズの用紙が選択される。Ａ５サイズの用紙の総面積は３１０８０ｍｍ２であり、この総面積の１，２，３，４および５％に相当する面積は直ちに算出される。Ａ４サイズの印字率５％の原稿（印字面積３１１８．５ｍｍ２）から等倍複写の場合のトナー使用量が０．０４ｇなので、算出された各面積のトナー使用量は、面積換算によって容易に求まる。この場合、印字面積が５％のときのトナー使用量は０．０２ｇ程度であり、印字面積が１０％のときのトナー使用量は０．０４ｇであるので、印字面積１０％までは不足分のトナーを強制的に付着する必要がある。
【００８９】
トナーを強制的に付着して画像形成するか、または強制的に付着せずにそのまま画像形成するかの判定は、このようなトナー使用量をテーブル化して記憶しておき、原稿上の画像面積の検知に応じて、該テーブルからトナー使用量を検索することで可能となる。
【００９０】
たとえば、原稿および用紙のサイズにかかる各種画像形成倍率における各印字率毎の印字面積を示す表、各種画像形成倍率における各印字率毎の使用トナー量を示す表、各種画像形成倍率における各印字率毎の強制付着トナー量を示す表が記憶される。表に設定される拡大および縮小の倍率は代表的な値であってもよいし、自由に設定しても構わない。たとえば、テーブル化して記憶するデータの容量を考慮するなどの制限がない場合、拡大および縮小の倍率を１％刻みで設定してテーブル化し記憶しても構わない。
【００９１】
また、テーブル化された表の範囲内にトナー使用量が設定されていない場合には、内挿法で求めることができる。たとえば、Ａ４サイズの印字率が２．５％の原稿から等倍複写を行った場合、使用トナー量は０．０２ｇとなる。また、表の範囲外である場合には、外挿法で求めることができる。たとえば、Ａ３サイズの印字率が１０％の原稿から線率５０％の縮小複写を行った場合、使用トナー量は０．０４ｇとなる。このように、表に記憶したデータに基づいて、制御部６２が強制的に付着させるトナーの付着量をプログラム化して制御することによって、トナーの強制使用をより効率的にかつ確実に実行することができる。
【００９２】
本発明は、低濃度小画像面積の原稿を用いた画像形成時における現像剤、特にトナーの帯電量の変化によって発生する画像品位の低下を防止するものである。したがって、本形態の画像形成装置３１のように、トナーのリサイクルを行わずに、帯電量が変化したトナーを強制的に排出することが好ましい。また、トナーをリサイクルする場合は、現像剤の状況を頻繁にモニタするための手段が必要である。トナーには、また、クリーニング時に過度のストレスがかかり、帯電量の変化の進行が促されるおそれがある。このようなトナーを用いて画像を形成すると、画像品位の低下を招き、好ましくない。
【００９３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電子写真方式を採用した画像形成装置であって、転写後の像担持体表面に残留するトナーを回収する画像形成装置において、検知された原稿上の画像面積と予め定められる基準面積との比較結果に基づいてトナーの像担持体への強制的な付着が制御される。所定量のトナーを像担持体表面の非画像領域に強制付着するので、現像手段内でのトナーの滞留が防止でき、帯電量がほぼ一定となり、画像濃度の低下が防止できる。また、トナーを非画像領域に強制付着させるので、画像領域の劣化が防止でき、本来の画像形成動作に影響することはなく、装置の利用効率を向上できる。
【００９４】
また本発明によれば、特に画像形成期間中に像担持体表面の非画像領域に、本来の画像形成に影響を及ぼすことなく、トナーを強制付着することができる。また、特に非画像形成期間中に像担持体表面の全領域もしくは非画像領域に多量のトナーを付着することができる。
非画像形成期間中におけるトナーの強制付着は、像担持体の前回転時および後回転時のうちの少なくともいずれか一方の期間を利用して行われ、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像が形成できる。
【００９５】
また本発明によれば、画像形成期間中と非画像形成期間中とで多量のトナーを強制付着することができ、また残留トナーの回収時期が分散されてクリーニング手段への負担が軽減する。
【００９７】
トナーの強制付着は非画像形成期間中である各画像形成動作の間の給紙の間を利用して行われ、本来の画像形成動作に影響を及ぼすことなく、効率的に高品質な画像が形成できる。
【０１００】
また本発明によれば、トナーの強制的に付着させる時期を分散させることによって、像担持体の両端部でのトナー飛散や塵埃堆積を防止し、帯電手段や露光手段の汚染の発生を防止することができる。
【０１０１】
検知された原稿の画像面積と基準面積との比較結果に基づいてトナーの強制付着制御の実行および非実行が決定されてもよい。具体的には検知された画像面積が基準面積以下のときにトナーの強制付着制御が実行される。
【０１０２】
また本発明によれば、検知された画像面積が原稿の全面積の約５％以下のときにトナーの強制付着制御を実行することで、トナー強制付着制御時のトナー付着量を確実に決定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である画像形成装置３１を示す図である。
【図２】画像形成装置３１の画像形成部３３を示す図である。
【図３】画像形成装置３１のブロック図である。
【図４】画像形成装置３１の画像形成動作を示すフローチャートである。
【図５】画像形成装置３１の他の画像形成動作を示すフローチャートである。
【図６】第１のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第２のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図８】画像形成枚数毎および印字率毎の画像濃度を示す表である。
【図９】画像形成枚数と画像濃度との関係を印字率毎に示すグラフである。
【図１０】画像形成枚数毎および印字率毎の転写効率を示す表である。
【図１１】画像形成枚数と転写効率との関係を印字率毎に示すグラフである。
【図１２】画像形成の通紙枚数と現像剤の帯電量Ｑ／ｍ（μＣ／ｇ）との関係を示すグラフであり、図１２（ａ）は画像面積が大きい原稿を用いて連続して画像形成動作を行った場合を示し、図１２（ｂ）は画像面積が小さい原稿を用いて連続して画像形成動作を行った場合を示す。
【符号の説明】
３１ 画像形成装置
３２ 画像読取部
３３ 画像形成部
３４ 給紙部
３５ 定着部
３６ 排紙部
３７ 感光体
３８ 帯電装置
３９ 露光装置
４０ 現像装置
４１ 転写装置
４２ 剥離装置
４３ クリーニングユニット
４４ 除電装置
５７ ＣＣＤ（電荷結合素子）
５８ ＣＰＵ（中央処理装置）
５９ ＬＳＵ（レーザスキャニングユニット）
６２ 制御部
６３ 画像処理部
６６ 静電潜像形成部
６７ 現像装置駆動部
６８ 感光体駆動部
６９ 紙サイズ検知部
Claims (3)
- 原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取手段と、表面に形成された静電潜像を保持する像担持体と、前記画像情報に応じた静電潜像を像担持体表面に形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面に残留するトナーを回収するクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
（ａ）前記原稿上の画像の面積を、各原稿毎に、検知する画像面積検知手段と、
（ｂ）制御手段であって、
画像面積検知手段の出力に応答し、
画像面積の検知結果に対応するトナー消費量を計算して求め、
こうして求められたトナー消費量が、予め定めるトナー消費量以上である場合、画像形成を行い、
前記予め定めるトナー消費量未満である場合、画像形成と、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とするトナーの強制使用とを行い、
前記求められたトナー消費量に対応するトナーの強制使用に必要なトナー付着量Ｗｔの第１所定量と、前記第１所定量を超える第２所定量と、前記第２所定量を超える第３所定量とが、予め設定され、
前記トナーの強制使用時、
前記トナー付着量Ｗｔを計算して求め、
こうして求められたトナー付着量Ｗｔが、予め定める第１所定量以下であるとき、
露光手段によって静電潜像を像担持体表面に形成する露光が行われる画像形成動作の期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められたトナー付着量Ｗｔが、前記第１所定量を超え、前記第２所定量以下であるとき、
前記画像形成動作の期間の前で像担持体が助走する前回転期間と、前記画像形成動作の期間の後で像担持体が空転する後回転期間との期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められた付着量Ｗｔが前記第２所定量を超え、前記第３所定量以下であるとき、
前記前回転期間、前記画像形成動作の期間および前記後回転期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させる制御手段とを含むことを特徴とする画像形成装置。 - 原稿上の画像を読取って画像情報として出力する画像読取手段と、表面に形成された静電潜像を保持する像担持体と、前記画像情報に応じた静電潜像を像担持体表面に形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーによって現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、転写後の像担持体表面に残留するトナーを回収するクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
（ａ）前記原稿上の画像の面積を、各原稿毎に、検知する画像面積検知手段と、
（ｂ）画像形成する転写材の複数の枚数Ｍを設定する操作手段と、
（ｃ）画像面積検知手段と操作手段との出力に応答し、
画像面積の検知結果に対応するトナー消費量を計算して求め、
こうして求められたトナー消費量が、予め定めるトナー消費量以上である場合、前記複数の枚数分、画像形成を繰返して行い、
前記予め定めるトナー消費量未満である場合、前記複数の枚数分、画像形成と、各画像形成動作におけるトナー使用量をほぼ一定とするトナーの強制使用とを繰返して行い、
前記求められたトナー消費量に対応するトナーの強制使用に必要なトナー付着量Ｗｔの第１所定量と、前記第１所定量を超える第２所定量と、前記第２所定量を超える第３所定量とが、予め設定され、
前記トナーの強制使用時、
前記トナー付着量Ｗｔを計算して求め、
こうして求められたトナー付着量Ｗｔが、予め定める第１所定量以下であるとき、
前記複数の各枚数毎に、露光手段によって静電潜像を像担持体表面に形成する露光が行われる画像形成動作の期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められたトナー付着量Ｗｔが、前記第１所定量を超え、前記第２所定量以下であるとき、
前記複数の各枚数毎に、前記画像形成動作の期間の前である前回転期間と、前記画像形成動作の期間の後である後回転期間との期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させ、
前記求められた付着量Ｗｔが前記第２所定量を超え、前記第３所定量以下であるとき、
前記複数の各枚数毎に、前記前回転期間、前記画像形成動作の期間および前記後回転期間、像担持体の非画像領域に、トナーを付着させる制御手段とを含むことを特徴とする画像形成装置。 - 検知された前記画像面積が原稿の全面積に対して約５％以下のときのみに、前記制御手段はトナー付着制御を行うことを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
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