JP4280694B2

JP4280694B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4280694B2
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Inventors: 裕二神谷
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Description

本発明は、電子写真方式のプリンタ，複写機，ファクシミリ等に用いられる現像装置を使用した画像形成装置に関する。

特許文献１，特許文献２，特許文献３には、電子写真感光体に対向して複数の現像スリーブを設けた現像装置が開示されている。複数の現像スリーブを用いると、複数の現像位置でそれぞれの現像スリーブによる現像が可能となるため、感光体上の静電潜像の現像に寄与するトナー量を増加させることができる。そして、現像に寄与するトナー量が多いと、トナー像の濃度を上げやすくなる。

このような現像装置は、現像スリーブを高速回転させなくても十分な現像性を確保することができるため、高速の画像形成装置に向いている。複数の現像スリーブとしては、現像装置の構成が複雑にあることを回避する等の理由で、２本の現像スリーブを使用したものが一般的である。２本の現像スリーブがそれぞれ感光体の回転方向に沿っての上流側と下流側とに配設されている。

一方、特許文献４には、現像スリーブ近傍のトナーを、画像形成中以外（非画像形成時）に電子写真感光体に対して吐き出す消費モードが提案されている。消費モードを行う目的は、現像装置の長期レンジでの長寿命化や、現像装置以外の、例えば、画像形成装置内部の転写部やクリーナ部へのトナー供給によるクリーニング性能の向上などが挙げられる。

ところで、感光体に対向した２本の現像スリーブを有する現像装置においては、画像１枚当たりの現像剤の消費率は、上流側の現像スリーブの現像条件と下流側の現像スリーブの現像条件とによって個別に異なる。また、画像１枚当たりの現像剤の消費率は、上流側と下流側の現像スリーブの現像条件が同じであった場合でも、出力する画像の印字比率によって異なることがある。ただし、ベタ画像の出力の場合には、現像剤の消費率はほぼ一定の割合となる。

一般的には、現像剤の消費率は、上流側の方が下流側よりも高くなる傾向にある。なぜなら、上流側においては、現像位置に搬送されてくる静電潜像にはトナーが付着されていないが、下流側の現像位置に搬送されてくる静電潜像には、既に上流側でトナーが付着されているため、その分、トナーを付着させるための電界強度が低いためである。また、別の理由として、下流側は静電潜像が現像位置に到達するまでの時間が上流側よりも長いため、感光体の暗減衰と呼ばれる微小な経時的潜像電位の低下現象が大きくなるためである。上流側でトナーを飛翔させ、下流側でトナーを少量付加させると同時に、感光体の静電潜像上のトナーを整える作用を持たせた方が、より高画質な画像となる特性から考えても、上流側の消費率は下流側のものより大きくなる傾向にある。

特公昭６２−４５５５２号公報特許第２８７８３２２号公報特許第２９７８５５６号公報特開２０００−１７２０２７号公報

しかしながら、現像剤の消費率が、下流側の現像スリーブよりも上流側の現像スリーブの方が大きい場合には、以下のような問題が発生する。

すなわち、長期レンジで画像を確認すると、出力濃度が低下したり、カブリ現象が増加したりする、といった不良が発生する。この理由は、下流側は、上流側からトナーが付着された感光体が回転してくるため、上流側で付着されたトナーの一部を剥ぎ取ってしまうことを含めて、下流側のトナー消費率の方が上流側のトナー消費率よりも低いためである。このため、下流側の現像スリーブ近傍のトナー消費量が上流側に比べて少なく、適切に帯電されたトナーのみが消費されがちになり、比較的適切でないトナーが下流側の現像スリーブの近傍に徐々に蓄積するようになる。ここで、適切でないトナー（不良トナー）とは、初期トナーにはない組成比率のトナーとなることを意味しており、例えば一成分磁性トナーの場合は、外添剤としての研磨剤や荷電制御剤などの比率が初期トナーに比べ、多く又は少なくなる現象であったり、トナーの平均粒径が初期に比べ、大きく又は２極化する現象であったりする。また、トナー消費量が減ると、現像スリーブ近傍に滞留するトナーが多くなるため、画像形成装置内部での熱や、現像スリーブの回転による摺擦などのストレスを受けて、初期トナーとは現像特性が異なるようになる場合もある。これらの総合的な結果として、出力濃度が低下したり、カブリ現象が増加したりという長期レンジでの問題が発生することになる。

そこで、本発明は、複数の現像スリーブを有することに起因する出力濃度の低下や、カブリ現象の増加を抑制するようにした現像装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明（画像形成装置）は、静電像が形成される像担持体と、現像剤を収納する第１現像容器と、前記第１現像容器内の第１現像剤を担持搬送する第１現像スリーブを備え、前記像担持体上の静電像を現像する第１現像手段と、現像剤を収納する第２現像容器と、前記第２現像容器内の第２現像剤を担持搬送する第２現像スリーブを備え、該第１現像手段よりも像担持体移動方向下流側に配置されるとともに、前記第１現像手段にて現像された同一静電像を現像する第２現像手段と、通常の画像形成時以外の時に、前記第１及び第２現像スリーブに担持された現像剤を、前記像担持体に転移させる現像剤消費モードを実行する制御手段と、を有する画像形成装置において、前記制御手段は、前記現像剤消費モード時において、前記第１現像剤及び前記第２現像剤の劣化状態に関わらず、前記第１現像スリーブから前記像担持体へ消費される現像剤消費量よりも、前記第２現像スリーブから前記像担持体へ消費される現像剤消費量の方が多くなるように制御することを特徴とする。

請求項１の発明によると、画像形成時におけるそれぞれの現像スリーブから感光体へのトナー供給量に基づいて、消費モード時におけるそれぞれの現像スリーブから感光体へのトナー吐出し量を設定するので、適切でないトナー（例えば、組成比率の異なるトナーや平均粒径の異なるトナー）を適宜に現像スリーブから感光体に吐き出すことができる。これにより、出力濃度の低下や、カブリ現象の増加を抑制することができる。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同じ符号を付したものは、同様の構成あるいは同様の作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明を適用することができる現像装置を備えた画像形成装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。なお、同図に示す画像形成装置は、電子写真方式のプリンタ（以下「画像形成装置」という。）である。

この画像形成装置は、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１を備えている。感光ドラム１は、例えば直径１０８ｍｍのａ―Ｓｉ（アモルファスシリコン）感光体によって構成されている。感光ドラム１は、画像形成装置本体Ｍによって回転自在に支持されるとともに、駆動手段（不図示）によって矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）、例えば４５０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動される。これによりＡ４サイズの記録材に対して、毎分８５枚の白黒画像を形成することができる。上述のようにａ―Ｓｉ感光体によって構成された感光ドラム１は、有機光半導体（ＯＰＣ）によって構成された感光ドラムと比較して、比誘電率が１０程度と大きいこと、帯電電位が比較的低いこと、ＯＰＣに比べて潜像電位は十分に取れないが、高耐久で寿命が３００万枚以上あり、高速の（スループットの高い）画像形成装置に向いていること、などの特徴がある。

感光ドラム１は、ＬＥＤアレイによって構成された除電器２により表面の電荷が除去された後、帯電器３により所定の極性・電位（例えば、＋４２０Ｖ）に一様に帯電される。この電位が暗部電位ＶＤとなる。

帯電後の感光ドラム１表面は、露光装置１５によって静電潜像が形成される。露光装置１５は、画像情報に基づくレーザ光Ｌを発光する半導体レーザ１０を有している。半導体レーザ１０から発光されたレーザ光Ｌは、ポリゴンミラー１１、ｆθレンズ１２、折り返しミラー１３、防塵ガラス１４等を介して、帯電後の感光ドラム１表面に照射される。レーザ光Ｌの波長は６８０ｎｍであり、解像度は６００ｄｐｉである。レーザ光Ｌの感光ドラム１上でのスポット径は、感光ドラム１表面においては、６００ｄｐｉの１画素＝４２．３ｍｍよりも若干大きいサイズとなる。感光ドラム１の露光後の表面電位、すなわち明部電位ＶＬは、例えば、＋５０Ｖ程度となる。このように、露光装置１５によるレーザ光Ｌの照射によって、露光後の感光ドラム１表面に静電潜像が形成される。

この静電潜像は、上流現像器４及び下流現像器５を有する現像装置１６によって現像される。上流現像器４は、感光ドラム１の回転方向（矢印Ｒ１方向）に沿っての上流側に配置され、また下流現像器５は、同じ区感光ドラム１の回転方向に沿っての上流現像器２の下流側に配置されている。これら上流現像器４、下流現像器５には、同じ成分・特性のトナーが収納されている。本実施の形態では、現像剤として、一成分磁性トナーを使用している。また、トナーは、ポジトナーであって、重量平均粒径が８．０μｍである。感光ドラム１上の静電潜像は、現像装置１６によってトナーが付着されてトナー像として現像される。なお、現像装置１６については、後に詳述する。

こうして感光ドラム１表面に形成されたトナー像は、転写帯電器６によって記録材Ｐ（例えば紙，透明フィルム）上に転写される。この記録材Ｐは、給紙カセット２０に収納されていたものが、給紙ローラ２１、搬送ローラ２２、レジストローラ２３等を介して、感光ドラム１と転写帯電器６との間に、感光ドラム１上のトナー像とタイミングを合わせるようにして供給される。供給された記録材には、転写帯電器６により、感光ドラム１上のトナー像が転写される。

トナー像転写後の感光ドラム１は、表面に残ったトナー（残留トナー）がクリーニング装置８によって除去され、上述の除電器２によって除電された後、次の画像形成（画像出力）に供される。

一方、トナー像転写後の記録材Ｐは、分離帯電器７によって感光ドラム１表面から分離され、搬送ベルト２４によって定着装置９に搬送される。記録材Ｐは、定着装置９によって加熱・加圧されて、表面にトナー像が定着される。トナー像定着後の記録材Ｐは、排紙ローラ２５によって画像形成装置本体Ｍの外部に排出される。これにより、１枚の記録材Ｐに対するトナー像の形成が終了する。

図２に、感光ドラム１の回転方向（矢印Ｒ１方向）に沿った方向の、現像装置１６の拡大縦断面図を示す。感光ドラム１の回転方向に沿っての上流側に上流現像器４が配置され、また下流側に下流現像器５が配置されている。これら、上流現像器４と下流現像器とは、基本的な構成はほぼ同じである。上流現像器４、下流現像器５は、それぞれ現像容器４ａ，５ａ、現像スリーブ４１，５１、規制ブレード４２，５２、マグネットローラ４３，５３、第１攪拌部材４４，５４、第２攪拌部材４５，５５、加圧ばね（圧縮ばね）４６，５６、駆動モータ４８，５８、現像バイアス印加電源（高圧電源）４９，５９を有している。さらに、下流現像器５は、偏心カム５７を有している。なお、上流現像器４には、このような偏心カムはない。

上流側，下流側の現像スリーブ４１，５１は、現像容器４ａ，５ａの開口部に配置されて、感光ドラム１表面に対向している。現像スリーブ４１，５１は、その長手方向（軸に沿った方向）の両端部にスペーサリング（不図示）が装着されていてる。現像スリーブ４１，５１は、現像容器４ａ，５ａを介して加圧ばね４６，５６によって加圧されることにより、このスペーサリングを感光ドラム１表面に長手方向両端部の非画像形成部に当接させている。これにより、現像スリーブ４１，５１と、感光ドラム１表面との間が所定の間隙（例えば、２００μｍ）となるように構成されている。なお、下流側の現像スリーブ５１については、後述のように、偏心カム５７の回転により、感光ドラム１表面との間の間隙が、上述のスペーサリングを当接された場合を最小として、増加方向に変更されるようになっている。現像スリーブ４１，４２は、駆動モータ４８，５８によって矢印Ｒ４１方向，矢印Ｒ５１方向に回転駆動される。この回転方向は、感光ドラム１の回転方向とは逆、したがって、感光ドラム１と、現像スリーブ４１，５１とは、それぞれの表面が相互に対面する現像位置Ｄ１，Ｄ２において、それぞれの表面が同方向に移動するようになっている。現像スリーブ４１，５１には、現像バイアス印加電源４８，５８により、それぞれ固有のＤＣ（直流）成分とＡＣ（交流）成分とが重畳された現像バイアスが印加されるようになっている。

現像容器４ａ，５ａ内のトナーは、現像スリーブ４１，５１表面に担持（コート）され、規制ブレード４２，５２によって層厚が規制された後、現像位置Ｄ１，Ｄ２に搬送される。本実施の形態では、現像スリーブ４１，５１と規制ブレード４２，５２との間の間隙は、２００μｍに設定されている。現像容器４ａ，５ａ内のトナーは、画像形成枚数が増加するに伴って、徐々に消費されていく。現像容器４ａ，５ａ内には、ホッパ（不図示）から、マグネットローラ４３，５３の回転によって、トナーが補給される。補給されたトナーは、第１攪拌部材４４，５４、第２攪拌部材４５，５５により、現像スリーブ４１，５１に向けて搬送されるようになっている。

上述のように、上流現像器４は、上流側の現像スリーブ４１が、現像容器４ａを介して加圧ばね４６によって付勢されることにより、スペーサリングを感光ドラム１表面に当接させている。これにより、現像位置Ｄ１における感光ドラム１表面と現像スリーブ４１表面との間に所定の間隙（２００μｍ）を確保するようにしている。

これに対して、下流現像器５においては、感光ドラム１表面と現像スリーブ５１表面との間の間隙が可変となっている。下流現像器５においては、現像容器５ａの背面側（感光ドラム１から遠い側）にフック状の係合部５ｂが設けてある。偏心カム５７が図２に示す位置に配置されているときは、係合部５ｂに対する偏心カム５７の係合が解除される。この場合には、現像スリーブ５１は、現像容器５ａを介して加圧ばね５６によって付勢されることにより、スペーサリングを感光ドラム１表面に当接させている。これにより、現像位置Ｄ２における感光ドラム１表面と現像スリーブ５１表面との間に所定の間隙（２００μｍ）を確保するようにしている。一方、偏心カム５７が軸５７ａを中心に回転すると、偏心カム５７が係合部５ｂに当接し、現像容器５ａを加圧ばね５６の付勢力に抗して感光ドラム１から遠ざける方向に移動させる。そして、偏心カム５７が、図２に示す位置からほぼ１８０度回転すると、現像容器５ａが最も後方に移動され、現像位置Ｄ２における感光ドラム１表面と現像スリーブ５１表面との間の間隙が最大の４ｍｍ程度となる。このように下流側の現像スリーブ１５は、感光ドラム１との間の間隙が、２００μｍから４ｍｍの範囲で変化するようになっている。そして、現像スリーブ５１が離間されたとき、すなわち間隙が４ｍｍとなったときには、下流現像器５からのトナーの飛翔による現像が行われなくなるとともに、上流現像器４から感光ドラム１に付着されたトナーに対しても、剥ぎ取り作用が発生しなくなるようになっている。

図３は、上流現像器４と下流現像器５について、画像の印字率が変化した場合のトナー消費量（トナー供給量）を説明する図である。同図中の横軸は、印字率０％（ベタ白）から印字率１００％（ベタ黒）までを示す。縦軸は画像出力時のトナー消費量を示す。上流現像器４、下流現像器５との現像条件は同じである。

印字率０％のベタ白状態では、上流現像器４、下流現像器５ともトナーを消費しないため０点を通っている。これに対して、印字率１００％のベタ黒状態に近づくに従って、右肩上がりの特性を示す。ベタ黒状態のトナー消費量は、本実施の形態の構成では、上流現像器４のトナー消費量Ｈａが下流現像器５のトナー消費量Ｈｂを上回るようになっている。なぜなら、感光ドラム１の矢印Ｒ１方向に回転に伴って感光ドラム１上の静電潜像は、まず上流側の現像位置Ｄ１に到達し、その後、下流側の現像位置Ｄ２に到達する。ここで、静電潜像が上流側の現像位置Ｄ１に到達したときには、この静電潜像上にはまだトナーは付着されていない。これに対して、静電潜像が下流側の現像位置Ｄ２に到達したときには、この静電潜像には既に上流現像器４によってトナーが付着されている。このため、電界強度に差が発生する。すなわち、上流側の現像位置Ｄ１における電界強度が、下流側の現像位置Ｄ２における電界強度を上回る。これにより、トナーの消費量は、上流側が下流側を上回ることになる。このような傾向は、一般的なものである。

また、露光によって形成された感光ドラム１上の静電潜像が、下流側の現像位置Ｄ２に到達するまでの時間は、上流側の現像位置Ｄ１に到達するまでの時間よりも長くかかり、下流側では、感光ドラム１の暗減衰と呼ばれる微小な経時的潜像電位の低下現象も大きくなるためでもある。

さらに、上流現像器４でトナーを飛翔させて現像を行い、下流現像器５では、トナーを少量付加させると同時に、感光ドラム１上の静電潜像上のトナーを整える作用を持たせた方が、より高画質な画像となる特性から考えても、上流現像器４のトナー消費量は、下流現像器５のトナー消費量よりも大きくなる傾向にある。

図４は、画像出力のためのフローチャートであり、かつ本実施の形態における消費モードを実行するに至るプロセスを説明するフローチャートである。

まず、ユーザに指定された所定の出力枚数まで画像出力するための出力カウンタを０とする。この出力カウンタとは別のカウンタとして消費カウンタを具備し、これは値を変更せず、以前の値をそのまま使う（Ｓ１）。ただし、画像形成装置の初期設置時は初期値として０が入っている。次に、前述の画像形成プロセスを行って、１枚の画像出力を行う（Ｓ２）。その後、出力カウンタと消費カウンタをともにインクリメント（＋１）させる（Ｓ３）。出力カウンタが、ユーザに指定された所定の出力枚数に達したか否かを確認し（Ｓ４）、未達成であれば（Ｓ４のＮｏ）、ステップＳ２に戻る。一方、達成していれば（Ｓ４のＹｅｓ）、消費カウンタが所定の出力枚数（同図の例では、１０００枚）に達したかを確認する（Ｓ５）。消費カウンタが１０００枚に達していなければ（Ｓ５のＮｏ）、終了する。一方、消費カウンタが１０００枚に達していれば（Ｓ５のＹｅｓ）、本実施の形態の消費モードを画像出力後に実行する（Ｓ６）。実行後は消費カウンタを０にリセットしておく（Ｓ７）。このようにして画像出力と消費モードを各カウンタにより制御する。このフローチャートに従えば、画像出力の出力カウンタとは別に、１０００枚毎に消費モードが実行される。なお、消費カウンタによってカウントする枚数は、１０００枚に限定されるものではなく、別の適宜な枚数を設定するようにしてもよい。また消費モードを実行するタイミングとしては、消費カウンタが１０００枚に達した後の最初の画像出力を行う前に実行するようにしてもよい。画像出力後だけでなく、画像出力前、又は先行する記録材と後続の記録材との間（紙間）に実行するようにしてもよい。ただし、ユーザの使い勝手を考慮すると、画像出力後、又は消費カウンタが所定の出力枚数に達した後の、最初に画像形成装置の電源投入時等が好ましい。

図５は、上述の消費モードのフローを説明するタイムチャートである。

まず感光ドラム１（以下適宜「感光体１」という。）を駆動（回転）する（時間ｔ０。以下単に「ｔ０」のように記す。）。ただし、図４に示すように消費モードを画像出力達成後に実行し、かつ感光体１の後回転中に実行する場合は、初めからＯＮとなっていてもよい。感光体１の駆動がＯＮされるｔ０のタイミングでは、レーザの駆動はＯＦＦ、上流現像器４の位置の感光体電位は暗部電位（ＶＤ）、上流現像器４の駆動は停止、上流現像器４のＡＣバイアスはＯＦＦ、上流現像器４のＤＣバイアスは０Ｖ、また下流現像器５の駆動は停止、下流現像器５のＡＣバイアスは０ＦＦ、下流現像器５のＤＣバイアスは０Ｖとなっている。

次にレーザを所定の光量で点灯（ＯＮ）すると（ｔ１）、感光体１の回転に従い、所定時間後に上流現像器４の位置での感光体電位は明部電位ＶＬとなり（ｔ２）、トナーの現像可能な状態となる。そして上流現像器４と下流現像器５の駆動を行い（ｔ３）、上流現像器４と下流現像器５との、それぞれに現像バイアスを印加する（ｔ４）。ここで、現像バイアスとは、上流現像器４のＡＣバイアス及びＤＣバイアスであり、かつ下流現像器５のＡＣバイアス及びＤＣバイアスである。ＡＣバイアスとＤＣバイアスとを印加すると感光体表面の静電潜像の現像が開始される。静電潜像のうち、明部電位ＶＬの明部では、ベタ黒に現像されることになる。

その後、所定時間Ｔａ経過後に上流現像器４のＡＣバイアス及びＤＣバイアスをＯＦＦする（ｔ５）と、上流現像器４の現像は停止する。また不要に上流現像器４を回転させる必要がないため上流現像器４の駆動を停止する（ｔ６）。そして、ｔ４から所定時間Ｔｂ（＞Ｔａ）経過後に下流現像器５のＡＣバイアス及びＤＣバイアスをＯＦＦする（ｔ７）と、下流現像器５の現像は停止する。その後、下流現像器５の駆動を停止し（ｔ８）、レーザを消灯し（ｔ９）、感光体電位を暗部電位ＶＤの状態とし（ｔ１０）、感光体１を停止させる（ｔ１１）。これにより、消費モードが終了する。

図６は、図５で説明した消費モードにおけるトナー消費量（トナー吐出し量）を上流現像器４と下流現像器５とに分けて示した図である。本発明では、消費モードのタイミングチャートに示したように上流現像器４のトナー消費量Ｕａよりも下流現像器５のトナー消費量Ｕｂが多く、Ｕａ＝２ｇ、Ｕｂ＝３ｇとしている。図３で示したように画像出力中の上流現像器４のトナー消費量Ｈａと下流現像器５のトナー消費量Ｈｂに対して、図６で示したように消費モード時の上流現像器４のトナー消費量Ｕａと下流現像器５のトナー消費量Ｕｂの関係を逆転させることが、本発明の主旨であるからである。なお、Ｕａ、Ｕｂは固定する必要はなく、ビデオカウンタなどにより画像出力中の平均印字率を測定しながら、Ｕａ、Ｕｂの絶対値を変更してもよく、ほぼＨａ：Ｈｂ＝Ｕｂ：Ｕａが成り立つ程度の関係を維持すると、最も効果的である。

図７は、耐久前後における現像特性について従来例１及び従来例２と本実施の形態とを比較したものである。現像特性としては、トナーの特性を左右する外添剤量及び平均粒径と、出力特性である画像濃度及び白地カブリを示している。ここで従来例１は消費モードを設けておらず、従来例２は実施の形態と同じ時間間隔の消費モードは設けてはいるが、上流現像器４と下流現像器５とで同じトナー消費量となるように設定している。また本実施の形態は、上述したような消費モードを有している。耐久初期は、現像特性は、従来例１と従来例２と実施の形態１とですべて同じ特性である。すなわち、耐久初期は、いずれも外添剤量１％、平均粒径８．０μｍ、画像濃度１．４５、白地カブリ（白地部のカブリ）１．０％である。

消費モードを一切持たない従来例１では、３０万枚耐久後は外添剤量が増加し（１％→２．５％）、かつトナーが粗粉化するため平均粒径が大きくなっている（８．０μｍ→１０．２μｍ）。このため十分にトナーに帯電させることができず、画像濃度が低下し（１．４５→１．１０）、白地カブリが増大して（１．０％→３．０％）、耐久劣化が激しくなってしまっている。

また従来例２では、消費モードは本実施の形態と同じ間隔であるが、消費モードにおける下流現像器５のトナー消費量が上流現像器４のトナー消費量と同じであるので、全体的に従来例１よりは改善効果があるものの、画像濃度及び白地カブリは画像として劣化傾向にある。画像濃度は１．３を下回るとやや薄く認識されることや、白地カブリは２％以上でややカブリを認識されるためである。

これに対して、本実施の形態では、耐久後の外添剤量は変わらず、平均粒径の増大化（８．０μｍ→８．５μｍ）も著しくないために、画像濃度及び白地カブリがそれぞれ１．３５、１．２％と実用範囲内に十分収まるようになっている。

以上説明したように、本実施の形態では、画像出力以外の消費モード時に、上流現像器４と下流現像器５の消費量を、画像出力中の消費量に対して、トナー消費量が逆転するように変更することで、画像劣化の少ない現像装置及び画像形成装置を提供することが可能となっている。

＜実施の形態２＞
上述の実施の形態１では、消費モードにおける上流現像器４と下流現像器５のトナー消費時間（トナー吐出し時間）を変更することで消費量を変更していたが、本実施の形態ではトナー消費時間を固定し、トナー消費効率を変更することで同様の効果を達成するようにしている。

図８は、上述の消費モードのフローを説明するタイムチャートである。

次にレーザを所定の光量で点灯（ＯＮ）すると（ｔ１）、感光体１の回転に従い、所定時間後に上流現像器４の位置での感光体電位は明部電位ＶＬとなり（ｔ２）、トナーの現像可能な状態となる。そして上流現像器４と下流現像器５の駆動を行う（ｔ３）。このとき、上流現像器４の現像スリーブ４１（図２参照）の回転数Ｖａは、下流現像器５の現像スリーブ５１の回転数Ｖｂよりも遅くしている。上流現像器４と下流現像器５との、それぞれに現像バイアスを印加する（ｔ４）。ここで、現像バイアスとは、上流現像器４のＡＣバイアス及びＤＣバイアスであり、かつ下流現像器５のＡＣバイアス及びＤＣバイアスである。ＡＣバイアスとＤＣバイアスとを印加すると感光体表面の静電潜像の現像が開始される。静電潜像のうち、明部電位ＶＬの明部では、ベタ黒に現像されることになる。このとき、上流現像器４に印加しているＤＣバイアスの値Ｄａは下流現像器５に印加しているＤＣバイアスの値Ｄｂよりも低く設定している。このように、上流現像器４は下流現像器５に対して、現像スリーブ４１の回転を遅くし、また印加するＤＣバイアスの値Ｄａを低くすることにより、単位時間当たりのトナー消費量は上流現像器４よりも下流現像器５の方が多くなっている。

その後、所定時間Ｔａｂ経過後に上流現像器４と下流現像器５とのそれぞれのＡＣバイアス及びＤＣバイアスをすべてＯＦＦする（ｔ５）と、上流現像器４と下流現像器５の現像は停止される。また上流現像器４と下流現像器５の駆動を停止する（ｔ６）。その後、レーザを消灯し（ｔ７）、感光体電位を暗部電位ＶＤの状態とし（ｔ８）、感光体１を停止させる（ｔ９）。これにより、消費モードが終了する。

本実施の形態の場合でも、図６で示したように、上流現像器４のトナー消費量と下流現像器５のトナー消費量とについて、画像出力中と消費モード時とで逆転させることができる。すなわち、画像出力中においては、上流現像器４のトナーの消費量Ｈａよりも下流現像器５のトナー消費量Ｈｂが少なかったのに対し、消費モード時には、上流現像器４のトナー消費量Ｕａよりも下流現像器５のトナー消費量Ｕｂが多くなるようにすることができる。

本実施の形態によると、消費モードを実行するために費やす時間を、上述の実施の形態１よりも少なくすることができる。このため、画像出力以外に費やす時間を短縮して、ユーザの使い勝手を向上させることができる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態では、実施の形態１及び実施の形態２とは異なり、上流現像器４の消費モードと上流現像器５の消費モードとをそれぞれ異なるタイミングで、重複することなく行うようにしている。

図９は、本実施の形態における消費モードのフローを説明するタイムチャートである。図９に示すタイムチャートでは、上述の実施の形態１，２に対して、上流現像器加圧（ＯＮ，ＯＦＦ）、下流現像器加圧（ＯＮ，ＯＦＦ）の項目が追加されている。ただし、本実施の形態では、図２に示すように、上流現像器４は、加圧ばね４６によって常時、加圧されていて（加圧ＯＮ）、下流現像器５の加圧が偏心カム５７によってＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。なお、下流現像器５の加圧がＯＮの場合は、感光ドラム１（感光体１）表面に対して、現像スリーブ５１が所定の間隙を介して近接し、ＯＦＦの場合は離間（退避）されるようになっている。

図９に示すように、下流現像器５の偏心カム５７を作動させて、下流現像器５の加圧をＯＦＦし（ｔ０）、下流現像器５を感光体１から退避させ現像に寄与しないようにする。

次に感光体１を駆動（回転）し（ｔ１）、レーザを所定の光量で点灯すると（ｔ２）、感光体１の回動に伴って、所定時間後に上流現像器４位置での感光体電位は明部電位ＶＬとなり、トナーの現像可能な状態となる（ｔ３）。つづいて、上流現像器４の現像スリーブ４１を回転数Ｖａで回転（駆動）させて（ｔ４）、上流現像器４に現像バイアスを印加する（ｔ５）。ここでの現像バイアスとは、上流現像器４のＡＣバイアス及びＤＣバイアスであり、感光体１が明部電位ＶＬであるため感光体１表面は、上流現像器４による現像が開始される。なお、このときのＤＣバイアスの値はＤａとしている。その後、ｔ５からＴａ時間経過後に、上流現像器４のＡＣバイアス及びＤＣバイアスをＯＦＦする（ｔ６）と、上流現像器４の現像は停止する。また上流現像器４の駆動を停止する（ｔ７）。

つづいて、下流現像器５の加圧をＯＮとする（ｔ８）。下流現像器５の現像スリーブを回転数Ｖｂで回転（駆動）させ（ｔ９）、下流現像器５に現像バイアスを印加する（ｔ１０）。ここでの現像バイアスとは、下流現像器５のＡＣバイアス及びＤＣバイアスであり、ＡＣバイアスとＤＣバイアスを印加すると感光体１が明部電位ＶＬであるため感光体上には、下流現像器５による現像が開始される。なお、ＤＣバイアスの値はＤｂとしている。その後、ｔ１０からＴｂ時間経過後に、下流現像器５のＡＣバイアス及びＤＣバイアスをＯＦＦする（ｔ１１）と、下流現像器５の現像は停止する。下流流現像器５の駆動を停止する（ｔ１２）。そして、レーザを消灯し（ｔ１３）、感光体電位を暗部電位ＶＤの状態とし（ｔ１４）、感光体１を停止させる（ｔ１５）。これにより、消費モードが終了する。

本実施の形態では、上流現像器４と下流現像器５の消費モードを完全に独立に制御している。すなわち、上流現像器４についての、駆動及びＡＣバイアスのＯＮ及びＤＣバイアスのＯＮと、下流現像器５についての、駆動及びＡＣバイアスのＯＮ及びＤＣバイアスのＯＮとが、異なったタイミングで、時間的に重複することなく行われる。

このとき下流現像器５の加圧力を制御して感光体１から退避（離間）させることで、上流現像器４が現像を行っている場合には、下流現像器５は現像に寄与しないようにすることができる。このため上流現像器４の消費モードの場合に、その消費トナーが下流現像器５へ入ることがなく、効率的な消費となる。仮に、下流現像器５の現像スリーブ５１が感光体近傍に位置していると、現像バイアスであるＤＣバイアス及びＡＣバイアスをどのような値にしても、かつ下流現像器５の現像スリーブ５１の駆動を停止させても、現像スリーブ５１内のマグネット（不図示）による磁界により感光体１上の磁性トナーが飛翔して下流現像器５の現像スリーブ５１に収集されてしまう。このような不具合を防止するため、下流現像器５の現像スリーブ５１を退避させるようにしている。

＜実施の形態４＞
本実施の形態では、上流現像器４及び下流現像器５のそれぞれの現像スリーブ４１，５１の長手方向（軸に沿った方向）のトナー消費量も考慮して、消費モードの精度を一層高めるようにしている。

図１０は、単位通紙枚中の各紙サイズの通紙履歴を示した例である。例えば、１万枚通紙時のようすを示し、この場合は、Ａ４の通紙が多く、Ａ３、Ａ４Ｒの順となっている。各紙サイズの長手寸法は既知のものであるため、通紙履歴との関係から、現像スリーブ４１，５１の長手方向に対しての通紙量を数値化することが可能となる。

図１１は、通紙履歴から長手方向の通紙量を計算した例である。画像形成装置に対する通紙は本実施の形態の場合、中央基準としているため、計算結果は、現像スリーブ４１，５１の中央（記録材の中央と同じ）を基準として、左右対称となっている。図１０に示した通紙履歴から算出すると、多くの場合中央部が高く、端部が低くなる結果となる。この結果はすなわち、中央部のトナー消費量が高く、端部のトナー消費量が少なく、トナーの劣化は、中央部よりも端部の方が大きいことを意味している。

図１２は、通紙量に対する消費モード時のトナー消費量を変換するテーブルを示す図である。通紙量が多い場合は、トナー消費量を少なくし、通紙量が少ない場合は、トナー消費量を多くしており、かつ、上流現像器４より下流現像器５のトナー消費量を少なくするようなテーブルとなっている。

図１３は、図１２で示した変換テーブルによって算出された上流現像器４と下流現像器５の長手方向のトナー消費量を示す図である。トナー消費量が端部になるほど多くなり、かつ上流現像器４よりも下流現像器５の消費量が多くなるようになっている。

図１４は、トナー消費モードにおける上流現像器４と下流現像器５の長手方向のトナー消費量を説明する図である。感光ドラム１表面の斜線部Ｓがトナー消費量に対応している。感光ドラム１の回転方向（矢印Ｒ１方向）に対して、斜線部Ｓの下流側の端部Ｓａに長手方向の分布を反映するようにレーザの駆動を行い、上流側の端部Ｓｂを一定としている。これは上流側の端部Ｓｂに長手方向の分布を反映させると、消費モードの後の画像出力時に消費モードの長手方向の分布で発生する段差の影響が発生するためである。

以上説明したように、現像スリーブの長手方向に対して、画像出力中の通紙量によるトナー消費の分布を考慮して、消費モード時のトナー消費量を決定するため、不要なトナーを消費することなく、適切なトナー消費量とすることが可能となる。

なお、本実施の形態では紙サイズの通紙履歴から現像スリーブ４１，５１の長手方向のトナー消費量を推定したが、長手方向の印字率を長手方向で分割したビデオカウンタなどを用意することにより正確に算出することも同様の効果がある。

以上の実施の形態では、本発明を、電子写真方式の白黒の画像形成装置に適用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、４色フルカラーの画像形成装置の各色の現像装置に対しても適用することができる。

本発明を適用することができる画像形成装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。上流現像器及び下流現像器を有する現像装置の拡大縦断面図である。上流現像器と下流現像器の、画像出力時の印字率とトナー消費量との関係を示す図である。画像出力のためのフローチャートであり、かつ本発明の消費モードを実行するに至るプロセスを説明するフローチャートである。実施の形態１の消費モードにおけるタイムチャートである。消費モード時のトナー消費量を上流現像器と下流現像器とに分けて示した図である。従来例１、従来例２、本実施の形態の、耐久初期及び３０万枚耐久後の現像特性を説明する図である。実施の形態２の消費モードにおけるタイムチャートである。実施の形態３の消費モードにおけるタイムチャートである。単位通紙枚中の各紙サイズの通紙量を示す図である。通紙履歴から長手方向の通紙量を計算した結果を示す図である。通紙量に対する消費モード時のトナー消費量を変換するテーブルを示す図である。変換テーブルによって算出された上流現像器と下流現像器の長手方向のトナー消費量を示す図である。トナー消費モードにおける上流現像器と下流現像器の長手方向のトナー消費量を感光ドラム上で説明する図である。

符号の説明

１感光体（感光ドラム）
３帯電器（帯電手段）
４上流現像器
５下流現像器
１５露光装置（露光手段）
１６現像装置（現像手段）
４１上流現像器の現像スリーブ
５１下流現像器の現像スリーブ
Ｈａ上流現像器の、画像出力時のトナー消費量（トナー供給量）
Ｈｂ下流現像器の、画像出力時のトナー消費量（トナー供給量）
Ｔａ実施の形態１における上流現像器の、消費モード時のトナー消費時間（トナー吐出し時間）
Ｔｂ実施の形態１における下流現像器の、消費モード時のトナー消費時間（トナー吐出し時間）
Ｔａｂ実施の形態２における上流現像器及び下流現像器の、消費モード時のトナー消費時間（トナー吐出し時間）
Ｕａ上流現像器の、消費モード時のトナー消費量（トナー吐出し量）
Ｕｂ下流現像器の、消費モード時のトナー消費量（トナー吐出し量）

Claims

静電像が形成される像担持体と、
現像剤を収納する第１現像容器と、前記第１現像容器内の第１現像剤を担持搬送する第１現像スリーブを備え、前記像担持体上の静電像を現像する第１現像手段と、
現像剤を収納する第２現像容器と、前記第２現像容器内の第２現像剤を担持搬送する第２現像スリーブを備え、該第１現像手段よりも像担持体移動方向下流側に配置されるとともに、前記第１現像手段にて現像された同一静電像を現像する第２現像手段と、
通常の画像形成時以外の時に、前記第１及び第２現像スリーブに担持された現像剤を、前記像担持体に転移させる現像剤消費モードを実行する制御手段と、を有する画像形成装置において、
前記制御手段は、前記現像剤消費モード時において、前記第１現像剤及び前記第２現像剤の劣化状態に関わらず、前記第１現像スリーブから前記像担持体へ消費される現像剤消費量よりも、前記第２現像スリーブから前記像担持体へ消費される現像剤消費量の方が多くなるように制御することを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、前記現像剤消費モード時において、前記第１現像スリーブ及び前記第２現像スリーブに対して、各々バイアスを印加することで現像剤の消費を行ない、
前記制御手段は、前記現像剤消費モード時において、前記第１現像スリーブへのバイアス印加時間よりも、前記第２現像スリーブへのバイアス印加時間の方が長くなるように制御することで前記像担持体へ消費される現像剤消費量の方が多くなるようにすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記現像剤消費モード時において、前記第１現像スリーブ及び前記第２現像スリーブに対して、各々バイアスを印加することで現像剤の消費を行ない、
前記制御手段は、前記現像剤消費モード時において、前記第１現像スリーブに印加するバイアスの値と、前記第２現像スリーブに印加するバイアスの値とを、異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記制御手段は、前記現像剤消費モード時において、前記第１現像スリーブにおける現像剤消費動作を行なっている時間と、前記第２現像スリーブにおける現像剤消費動作を行なっている時間とが、重ならないように制御することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の画像形成装置。
前記第１現像スリーブ及び前記第２現像スリーブの長手方向の印字比率を検出する検出手段を備え、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記制御手段は、前記第１現像スリーブと前記第２現像スリーブにおける現像剤消費量を、前記第１現像スリーブ及び前記第２現像スリーブの長手方向において変更可能であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の画像形成装置。