JP4474955B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に係り、特に、像担持体上に形成された静電潜像をトナーによって現像し、像担持体上の現像されたトナー像を記録媒体に転写することによって画像を形成する画像形成装置に関する。

従来、レーザプリンタやファクシミリ装置、複写機等の画像形成装置には、像担持体としての感光体ドラムを備え、感光体ドラムの表面を均一に帯電させ、その後に画像データに基づく光ビームを照射して感光体ドラム上に静電潜像を形成し、トナーを用いて静電潜像を現像し、感光体ドラム上で現像された画像を記録媒体に転写して画像を形成するものがあった。

この種の画像形成装置では、感光体ドラム上の現像済みの画像を転写する際に、全てのトナーを転写させることができず、転写後の感光体ドラム上には、トナーがわずかに残留する。なお、当該残留したトナーを、以下では転写残トナーという。

また、一旦記録媒体に転写されたものの、再び感光体ドラムに付着するトナーである所謂リトランスファートナーも存在する。なお、カラー画像の形成に対応した画像形成装置では、異なる色の画像を重ねて転写することによってカラー画像を得るようにしているため、転写時に、既に転写済みの他色のトナーが感光体ドラム上に付着することもある。

このような、転写後に感光体ドラム上に付着しているトナーは、感光体ドラムの周囲に設けられた帯電器や露光装置に付着したり、現像器に混入することがあり、以後の良好な画像形成を妨げることになる。

このため、感光体ドラムの周囲には、転写位置の下流側に感光体ドラム上のトナーを回収する機構及び回収したトナーを廃棄する機構を備えたクリーナが配設されることが一般的であった。

しかしながら、近年、このような画像形成装置の普及に伴ない、装置の低廉化、小型化が望まれており、上述したクリーナを簡略化させることが提案されている。なお、このクリーナを簡略化させた画像形成装置の構成は、「クリーナレスシステム」と呼ばれることもある。

すなわち、トナーを廃棄する機構には、トナーの貯留スペースや廃棄作業用のスペースの確保等が必要である。よって、当該機構を省くことで、装置を効率よく小型化させることができる。なお、複数の感光体ドラムを備え、各感光体ドラムによって互いに異なるトナー色による画像の転写を行うことによりカラー画像に対応した画像形成装置においては、当該クリーナが各感光体ドラムの数だけ設けられているので、クリーナの簡略化は装置の小型化に特に有効である。

ところで、以上のようなクリーナレスシステムも含め、トナーとキャリアの二成分を主成分として含む現像剤を用いて現像を行う二成分現像方式によりトナー現像を行う画像形成装置では、現像に先立ってトナー及びキャリアを帯電する必要があり、当該帯電の手法として、トナー及びキャリアを攪拌することにより摩擦帯電を行う手法が採られている場合が多い。

従来、この種の摩擦帯電により帯電されたトナーを用いて現像を行う画像形成装置に関する技術として、画像品質を安定化させる上で重要な要素であるトナー濃度（キャリア粒子及びトナー粒子の合計重量に対するトナー粒子重量の割合）が一定となるように制御することを目的として、現像器内の現像剤の見かけ上の透磁率を検知し、当該検知結果に基づいてトナー補給手段を作動させることにより現像器内のトナー濃度を制御する技術があった（例えば、特許文献１参照。）。

また、外部環境の変動に応じてトナー濃度を最適に調整することを目的として、絶対湿度と画像形成装置の累積駆動時間とに基づいて、現像剤に対するトナー濃度の基準値を、前記絶対湿度が高くなるほど前記累積駆動時間の違いによる基準値の差が少なくなるように補正する技術もあった（例えば、特許文献２参照。）。

更に、検知したトナー濃度と実際のトナー濃度にズレを発生させることなく、現像器のトナー濃度を正確に検知できるようにすることを目的として、現像器の動作中に検知したトナー濃度に基づいてトナー補給制御等のプロセスコントロールを行う画像形成装置において、現像器が駆動開始されてからの経過時間と前記検知したトナー濃度とを用いて前記経過時間に対するトナー濃度センサの出力変動量を求め、通常の画像形成動作時に、前記求めた出力変動量を用いて、前記検知したトナー濃度或いはトナー濃度制御基準値を補正する技術もあった（例えば、特許文献３参照。）。
特開２０００−２８４５６０公報 特開平１１−２４９４０８号公報 特開平７−２３４５８２号公報

ところで、二成分現像方式により、摩擦帯電によって帯電されたトナーによりトナー現像を行う画像形成装置では、現像器により現像されたトナー像の記録媒体（記録用紙）に対する画像占有率が低い状態（白紙に近い状態）で画像形成を続けていくと、トナーがキャリアと過度に攪拌される結果、一例として図７に示すようにトナー帯電量が異常に上昇する、所謂チャージアップ現象が発生することがある。これは、一例として図８に示すように、トナーの外周面には、通常、トナーの流動性の確保や帯電量の調整等を行う役割を有する外部添加剤（所謂外添剤）が添加されているが、過度の攪拌の結果、当該外添剤がトナーに埋め込まれてしまい、外添剤の効果が低くなってしまうために生じるものである。

チャージアップ現象が発生した場合、トナー帯電量が目標とする帯電量より高くなるため、最終的に得られる画像の濃度が所望とする濃度より低くなってしまうことになる。

この状態を回避するために、画像形成装置では、チャージアップ現象の発生後にトナーの補給を行うか、又は、現像されたトナー像の画像コントラストを上げる動作を行うことによって濃度の低下を補償しようとする。

しかしながら、トナーの補給を行う場合、チャージアップの度合いによっては補給されたトナーがすぐには帯電されず、低帯電のまま現像領域に搬送されてしまうため、トナー・クラウド（Toner Cloud）が発生しやすくなってしまう。また、画像コントラストを上げる場合には、キャリアへの電荷注入に起因してビーズ・キャリー・オーバー（Beads Carry Over）が発生しやすくなってしまう。なお、当該ビーズ・キャリー・オーバーは、キャリアが静電潜像に付着する現象であり、白抜け画像の原因となるものである。

特に、前述したクリーナレスシステムでは、トナー・クラウドは、帯電器や露光装置に付着しやすく、この結果、画像斑が発生する原因となりやすい。また、ビーズ・キャリー・オーバーは、キャリアがクリーニング用のブラシ毛と感光体ドラムの摺擦に介在されることにより、感光体ドラムの傷を増長させる恐れもある。なお、このチャージアップ現象は、特に低湿環境下において発生しやすい。また、クリーナレスシステムを適用しない画像形成装置であっても、露光装置として現像器、感光体に近接して設置されている場合、トナー・クラウドによる付着の影響を受けやすい。

しかしながら、前述した特許文献１〜特許文献３に記載されている技術は、何れもセンサによる透磁率やトナー濃度の検出結果に基づいてトナー濃度が所定値となるようにトナーの補給量を制御する技術であり、チャージアップ現象の発生については特に考慮されていないため、必ずしもチャージアップ現象を回避することができるとは言えない、という問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、チャージアップ現象の発生を効果的に防止することができる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、請求項１に記載の画像形成装置は、像担持体上に形成された静電潜像をトナーによって現像手段により現像し、像担持体上の現像されたトナー像を記録媒体に転写することによって画像を形成する画像形成装置であって、前記現像手段に前記トナーを補給するトナー補給手段と、相対湿度を検出する湿度検出手段と、印刷ジョブを実行中に前記現像手段により現像されたトナー像の前記記録媒体に対する画像占有率を導出する画像占有率導出手段と、前記現像手段の駆動時間を検出する駆動時間検出手段と、前記駆動時間検出手段で検出された駆動時間が閾値に達するまでの間に、前記湿度検出手段で検出された相対湿度及び前記画像占有率導出手段で導出された画像占有率の組み合わせが、前記現像手段において補給されたトナーのチャージアップ現象が発生する組み合わせとして予め定められた第１の相対湿度未満の相対湿度と第１の画像占有率未満の画像占有率との第１の組み合わせ、または前記第１の相対湿度以上で、かつ前記第１の相対湿度よりも高い第２の相対湿度未満の相対湿度と前記第１の画像占有率よりも小さい第２の画像占有率未満の画像占有率との第２の組み合わせになっているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記第１または第２の組み合わせになっていないと判定された場合は前記画像占有率の増大に応じて増量するように前記トナー補給量を導出し、前記判定手段により前記第１または第２の組み合わせになっていると判定された場合は前記第１または第２の組み合わせになっていないと判定された場合よりも前記トナー補給量が増量されるように前記トナー補給量を導出するトナー補給量導出手段と、前記印刷ジョブを実行中に、前記トナー補給量導出手段により導出されたトナー補給量のトナーを前記現像手段に補給するように前記トナー補給手段を制御する制御手段と、を備えている。

請求項１に記載の画像形成装置によれば、像担持体上に形成された静電潜像がトナーによって現像手段により現像され、像担持体上の現像されたトナー像が記録媒体に転写されることによって画像が形成される。

また、本発明に係る画像形成装置は、トナー補給手段によって前記現像手段に前記トナーが補給されるものとして構成されており、湿度検出手段によって相対湿度が検出されると共に、印刷ジョブを実行中に前記現像手段により現像されたトナー像の前記記録媒体に対する画像占有率が画像占有率導出手段によって導出される。なお、上記湿度検出手段には、高分子系センサ、金属酸化物系センサ、電解質系センサ等の湿度センサが含まれる。

ここで、本発明では、前記湿度検出手段で検出された相対湿度及び前記画像占有率導出手段で導出された画像占有率の組み合わせが、前記トナー補給手段によって前記現像手段に補給されたトナーの帯電量が目標とする帯電量よりも大きくなる条件になっているか否かが判定手段によって判定され、トナー補給量導出手段により、前記判定手段によって前記条件になっていないと判定された場合は前記画像占有率が高くなるほど多くなるように前記トナー補給量が導出され、前記トナー増量判定手段によって前記条件になっていると判定された場合は前記条件になっていないと判定された場合より増量されるように前記トナー補給量が導出され、前記印刷ジョブを実行中に、導出されたトナー補給量のトナーが前記現像手段に補給されるように前記トナー補給手段が制御手段によって制御される。

すなわち、トナー帯電量は、現像手段により現像されたトナー像の記録媒体に対する画像占有率と湿度に大きく依存する。

図６には、０％から１００％までの範囲で画像占有率を変えた場合の、１００枚の記録媒体への画像形成後におけるトナー帯電量の実測結果を示すグラフが示されている。なお、ここでは、相対湿度を低湿、常湿、高湿の３段階の代表的な値として各々１５％、５５％、８５％とした場合の実測結果が示されている。ここで、同図における各曲線の左端側における急峻に立ち上がっている領域がトナーのチャージアップ現象が発生している領域である。

同図に示すように、チャージアップ現象は画像占有率が低くなるほど発生しやすい傾向にあり、チャージアップ現象が発生する条件は相対湿度と画像占有率に応じて高精度に特定することができる。従って、相対湿度と画像占有率が、チャージアップ現象が発生する条件となっている場合に、他の場合に比較してトナー補給量を増量させることにより、チャージアップ現象の発生を未然に防止することができる。

そこで、本発明では、相対湿度及び画像占有率がトナー補給量増量条件になっているか否かを判定し、トナー補給量増量条件になっていないと判定された場合は画像占有率が高くなるほど多くなるようにトナー補給量を導出し、トナー補給量増量条件になっていると判定された場合はトナー補給量増量条件になっていないと判定された場合より増量されるようにトナー補給量を導出するようにしており、これによってチャージアップ現象の発生を効果的に防止することができるようにしている。

このように、請求項１記載の画像形成装置によれば、相対湿度と、現像手段により現像されたトナー像の記録媒体に対する画像占有率の組み合わせが、前記トナー補給手段によって前記現像手段に補給されたトナーの帯電量が目標とする帯電量よりも大きくなる条件になっているか否かを判定し、前記条件になっていないと判定された場合は画像占有率が高くなるほど多くなるようにトナー補給量を導出し、前記条件になっていると判定された場合は前記条件になっていないと判定された場合より増量されるようにトナー補給量を導出して、印刷ジョブを実行中に、導出したトナー補給量のトナーを現像手段に補給するように制御しているので、チャージアップ現象の発生を効果的に防止することができる。

なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記閾値を複数設けることが好ましい。
また、本発明は、請求項３に記載の発明のように、前記駆動時間が長くなるに従って前記増量の度合いを大きくすることが好ましい。

以上のように、本発明によれば、相対湿度と、現像手段により現像されたトナー像の記録媒体に対する画像占有率の組み合わせが、前記トナー補給手段によって前記現像手段に補給されたトナーの帯電量が目標とする帯電量よりも大きくなる条件になっているか否かを判定し、前記条件になっていないと判定された場合は画像占有率が高くなるほど多くなるようにトナー補給量を導出し、前記条件になっていると判定された場合は前記条件になっていないと判定された場合より増量されるようにトナー補給量を導出して、印刷ジョブを実行中に、導出したトナー補給量のトナーを現像手段に補給するように制御しているので、チャージアップ現象の発生を効果的に防止することができる、という優れた効果が得られる。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施の形態について説明する。

図１には、本実施の形態に係る画像形成装置１０の構成が概略的に示されている。同図に示されるように、画像形成装置１０には、複数の巻きかけローラ１２に張架され、モータ（図示省略）の駆動により矢印Ｅ方向に搬送される無端ベルト状の中間転写体ベルト１４が備えられており、当該中間転写体ベルト１４の長手方向に沿って、複数の画像形成ユニット１５（詳細は後述する）が配設されている。

なお、本実施の形態における画像形成装置１０は、カラー画像の形成にも対応しており、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応するトナー像を形成する画像形成ユニット１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋがそれぞれ配設されている。以下、各色毎に設けられた部材については、符号の末尾に各々の色を示すアルファベット（Ｙ／Ｍ／Ｃ／Ｋ）を付与して示すが、特に色を区別せずに説明する場合は、この符号末尾のアルファベットを省略して説明する。

各画像形成ユニット１５により形成された互いに異なる色のトナー像は、中間転写体ベルト１４のベルト面上で、互いに重なり合うように中間転写体ベルト１４に各々転写される。これにより、中間転写体ベルト１４上にカラーのトナー像が形成される。なお、本実施の形態では、このようにして４色のトナー像が重ねて転写されたトナー像を最終トナー像と称する。

４つの画像形成ユニット１５よりも中間転写体ベルト１４の搬送方向下流側には、対向する２つのローラ２６Ａ、２６Ｂからなる転写装置２６が配設されている。中間転写体ベルト１４上に形成された最終トナー像は、このローラ２６Ａ、２６Ｂの間に送り込まれ、画像形成装置１０の底部に設けられた用紙トレイ２９から取り出されて、同じくローラ２６Ａ、２６Ｂの間に搬送されてきた用紙２８に転写される。

また、最終トナー像が転写された用紙２８の搬送経路には、加圧ローラ３０Ａと加熱ローラ３０Ｂとからなる定着装置３０が配設されている。定着装置３０に搬送された用紙２８は、加圧ローラ３０Ａと加熱ローラ３０Ｂとによって挟持搬送されることにより最終トナー像が溶融すると共に用紙２８に圧着されて、定着される。これにより、用紙２８上に所望の画像（カラー画像）が形成される。画像が形成された用紙２８は装置外へ排出される。

一方、転写装置２６よりも中間転写体ベルト１４の搬送方向下流側には、転写装置２６によって用紙２８に転写されずに中間転写体ベルト１４上に残留したトナーを回収するクリーナ３２が配設されている。クリーナ３２には、中間転写体ベルト１４に接するようにブレード３４が備えられており、残留したトナーを擦り取ることによって回収する。

また、画像形成ユニット１５の中間転写体ベルト１４の搬送方向下流側には、中間転写体ベルト１４上の画像形成領域以外の所定位置に転写されたトナーの濃度検出等を行うセンサユニット３６が設けられている。

図２には、画像形成ユニット１５の構成が示されている。なお、各画像形成ユニット１５の構成は同様であるので、ここでは各々の色を示す末尾の符号を省略して説明する。

同図に示されるように、画像形成ユニット１５は、中間転写体ベルト１４に接するように配設され、矢印Ｆ方向に所定速度で回転する感光体ドラム１６を備えている。

各感光体ドラム１６の周面には、感光体ドラム１６を帯電させるための帯電ローラ１８が配置されている。帯電ローラ１８は、導電性のローラであり、その周面が感光体ドラム１６の周面に接触し、かつ帯電ローラ１８の軸線方向と感光体ドラム１６の軸線方向とが一致するように配設されている。

帯電ローラ１８には、ＤＣ（直流）成分とＡＣ（交流）成分とが重畳された所定の電圧（本実施の形態では、ＤＣ電圧−５００Ｖ）が印加され、感光体ドラム１６の回転に追従するように回転しながら、感光体ドラム１６の表面を所定の電位（本実施の形態では、約−５００Ｖ）に一様に帯電させる。

また、各感光体ドラム１６の回転方向（矢印Ｆ方向）の帯電ローラ１８よりも下流側の周面上には、感光体ドラム１６上に静電潜像を形成するための露光器２０が備えられている。露光器２０は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）が配列されたＬＥＤアレイを含んで構成されており、帯電ローラ１８により一様に帯電された感光体ドラム１６の軸線方向に、画像データに基づく光ビームを走査しながら照射する。露光器２０により光ビームが照射された領域の電位は上昇し（本実施の形態では、約−２００Ｖ）、感光体ドラム１６上に静電潜像が形成される。

さらに、各感光体ドラム１６の回転方向の露光器２０よりも下流側の周囲には、感光体ドラム１６上に形成された静電潜像を所定色（イエロー／マゼンタ／シアン／ブラックの何れか１色）のトナーによって現像してトナー像を形成させる現像器２２が配設されている。なお、本実施の形態では、負極性であるトナー及び正極性であるキャリアの二成分を含む現像剤が適用されている。また、現像効率及び後述する転写効率を向上させるためには、トナーの粒状は球形であることが好ましい。

現像器２２は、同図に示されるように、感光体ドラム１６に近接配置された現像ローラ３８及びブレード４０を含んで構成されている。現像ローラ３８は、感光体ドラム１６の表面と同極性（本実施の形態では、負極性）に帯電され、現像器２２内に装填された正極性のキャリアによってトナーが周面に付着される。また、現像ローラ３８は、感光体ドラム１６の回転方向と同じ方向（図中矢印Ｇ方向）に回転駆動され、現像ローラ３８に余分に付着したトナーがブレード４０によって落とされて現像ローラ３８に均一に付着される。

現像ローラの矢印Ｇ方向への回転により、現像ローラ３８に付着されたトナーが感光体ドラム１６の表面に搬送され、感光体ドラム１６の表面とトナーとが逆方向に移動される。これにより、トナーが感光体ドラム１６に擦りつけられるので、感光体ドラム１６上に形成された静電潜像が効率よく現像される。

なお、感光体ドラム１６の露光されていない部位の表面電位Ｖｈを−５００Ｖ、露光された部位の表面電位Ｖｌを−２００Ｖとすると、現像ローラ３８にバイアス電圧をかけて現像ローラ３８の表面電位Ｖｄｅｖｅを−４００Ｖにした場合、現像ローラ３８に付着していたトナーは感光体ドラム１６上の露光された部位に付着する。従って、感光体ドラム１６上に形成された静電潜像は、反転現像される。

一方、現像器２２の内部は、隔壁４４によって第１室４６Ａと第２室４６Ｂとに区画されており、第１室４６Ａには現像剤攪拌スクリュー４２Ａが、第２室４６Ｂには現像剤攪拌スクリュー４２Ｂが、各々配設されている。

現像剤攪拌スクリュー４２Ａは第１室４６Ａ内の現像剤を攪拌搬送し、現像剤攪拌スクリュー４２Ｂはトナー補給部４８のトナー補給槽４８Ａにおけるトナー排出口４８Ｂから搬送スクリュー４８Ｃの回転によって補給されたトナーと既に現像器２２内に存在する現像剤とを攪拌搬送する。

隔壁４４には、図２紙面手前側と奥側の端部において第１室４６Ａと第２室４６Ｂとを相互に連通させる不図示の現像剤通路が形成されており、現像剤攪拌スクリュー４２Ａ及び現像剤攪拌スクリュー４２Ｂの搬送力により、現像によってトナーが消費された第１室４６Ａ内の現像剤が一方の通路から第２室４６Ｂ内へ移動し、第２室４６Ｂ内でトナー補給部４８からトナーが補給された現像剤が他方の通路から第１室４６Ａ内へ移動する構成となっている。

一方、各感光体ドラム１６の回転方向の現像器２２よりも下流側の周囲には、各感光体ドラム１６上のトナー像を中間転写体ベルト１４に転写する転写ローラ２５が備えられている。転写ローラ２５は、矢印Ｈ方向に回転して中間転写体ベルト１４を所定の速度で搬送して感光体ドラム１６に順次対向させる。また、転写ローラ２５は、正極性に帯電され、感光体ドラム１６上のトナーを中間転写体ベルト１４上に転写させる。

ここで、転写ローラ２５では、感光体ドラム１６上の全てのトナーを中間転写体ベルト１４に転写させることはできず、転写ローラ２５の配設位置を通過した感光体ドラム１６上には、トナーがわずかに残留する（転写残トナー）。

また、転写ローラ２５によって極性がプラスに反転され、感光体ドラム１６上に再び付着するトナー（リトランスファートナー）も存在する。なお、転写ローラ２５の配設位置を通過する際に、中間転写体ベルト１４上に他色のトナー像が既に転写されている場合には、リトランスファートナーには、他色のトナーも含まれる。

そこで、感光体ドラム１６の周面の転写ローラ２５よりも下流側には、感光体ドラム１６上の転写残トナー又はリトランスファートナーを一時的に保持するクリーニングロール２４が配置されている。クリーニングロール２４は、表面に導電性のブラシ毛が植毛されており、当該ブラシ毛が感光体ドラム１６と接触するように配設されており、ブラシ毛が帯電されると共に、回転駆動されるようになっている。

クリーニングロール２４は、画像形成が行われている期間は負極性（本実施の形態では、−５００Ｖ）に帯電されると共に、感光体ドラム１６の回転方向と同方向に回転される。これにより、感光体ドラム１６の表面に付着している正極性のリトランスファートナーをブラシ毛に吸着させて回収する。

なお、クリーニングロール２４では、負極性の転写残トナーについては回収されず、感光体ドラム１６上に付着したまま感光体ドラム１６に対する帯電及び露光が行われ、非画像部に付着している転写残トナーについては、現像器２２の現像ローラ３８に付着したキャリア及びトナーとの摺擦により現像器２２内に回収される。

クリーニングロール２４によって回収されたリトランスファートナーは、ジョブが終了した場合等の非画像形成時に実行されるクリーニングモードによって、感光体ドラム１６上に吐き出される。

クリーニングモードでは、クリーニングロール２４は正極性（本実施の形態では、＋５００Ｖ）に帯電されると共に、感光体ドラム１６の回転方向とは異なる方向に感光体ドラム１６の回転に追従するように回転される。これにより、クリーニングロール２４に保持されていた正極性のリトランスファートナーが感光体ドラム１６上に吐き出される。

このようにして感光体ドラム１６上に吐き出されたリトランスファートナーは、感光体ドラム１６の回転により転写位置まで搬送される。

クリーニングモードでは、転写ローラ２５は負極性に帯電されるようになっており、転写位置まで搬送されたリトランスファートナーは、転写ローラ２５によって中間転写体ベルト１４上に転写され、中間転写体ベルト１４によってクリーナ３２へと搬送され、クリーナ３２のブレード３４によって擦り取られる。

ところで、本実施の形態に係る画像形成装置１０では、現像器２２による静電潜像の現像時に、当該現像後のトナー像の用紙２８に対する画像占有率に応じた量のトナーをトナー補給部４８から順次補給するようにしている。

しかしながら、図６を参照して説明したように、トナーのチャージアップ現象は、画像占有率が低くなるほど発生しやすく、湿度が低くなるほど発生しやすくなる傾向にあると共に、チャージアップ現象が発生する画像占有率の範囲（図６における各曲線の左端側における急峻に立ち上がっている範囲であり、以下、「チャージアップ現象発生範囲」という。）は相対湿度に応じて高精度に特定されるものである。

このため、本実施の形態に係る画像形成装置１０では、画像占有率のみに応じてトナー補給量を決定するのではなく、当該画像占有率に加えて相対湿度も考慮すると共に、画像占有率及び相対湿度がチャージアップ現象発生範囲となった場合においては、他の範囲となっている場合よりも単位時間当たりのトナー補給量を強制的に多くするようにしている。

図３には、画像形成装置１０におけるトナーの補給制御に関する機能的な構成を示すブロック図が示されている。

同図に示すように、画像形成装置１０には、画像形成装置１０全体の動作を司る制御部５０が備えられており、前述した中間転写体ベルト１４と、各画像形成ユニット１５に備えられた感光体ドラム１６、帯電ローラ１８、露光器２０、現像器２２及びトナー補給部４８の作動は制御部５０により制御される。なお、同図では、錯綜を回避するために、制御部５０から帯電ローラ１８及びトナー補給部４８に対する接続線のみを記している。

一方、各画像形成ユニット１５には、相対湿度を検知するための湿度センサ５２が備えられている。この湿度センサ５２は制御部５０に電気的に接続されており、制御部５０は相対湿度を常時検出することができる。なお、当該湿度センサ５２は、画像形成装置１０内の何れの位置に設置してもよいが、各画像形成ユニット１５におけるトナーの補給制御において用いるものであるため、本実施の形態では、各画像形成ユニット１５における現像器２２の近傍に設置されている。

また、各画像形成ユニット１５には、現像器２２の連続駆動時間を計時するためのタイマ５４が備えられている。このタイマ５４は制御部５０に電気的に接続されており、制御部５０は各画像形成ユニット１５の現像器２２の連続駆動時間を常時把握することができる。

更に、画像形成装置１０には、各種プログラムや、各種テーブル情報等を予め記憶すると共に、形成すべき画像を示す画像データ等を一時的に記憶するための記憶部５６が備えられている。この記憶部５６もまた制御部５０に電気的に接続されており、制御部５０は記憶部５６に随時アクセスすることができる。

ここで、記憶部５６には、画像占有率及び相対湿度がチャージアップ現象発生範囲となった際に、単位時間当たりのトナー補給量を通常時よりも増加させるためのトナー補給量設定テーブルが予め記憶されている。

図４には、当該トナー補給量設定テーブルが模式的に示されている。同図に示すように、本実施の形態に係るトナー補給量設定テーブルは、現像器２２の連続駆動時間、画像占有率、及び相対湿度の各情報における複数の区分段階を表す段階情報と、各段階情報に対応するトナー補給量係数と、が関連付けられて構成されている。

具体的には、現像器２２の連続駆動時間の段階情報として、０分以上５分未満、５分以上２０分未満、２０分以上４０分未満の３段階の情報が含まれている。また、画像占有率の段階情報としては、現像器２２の連続駆動時間の各段階情報毎に、０％以上１％未満、１％以上２％未満、２％以上３％未満、３％以上４％未満、４％以上５％未満、の５段階の情報が含まれている。また、相対湿度の段階情報として、０％以上１０％未満、１０％以上２５％未満、２５％以上４０％未満、４０％以上５５％未満、の４段階の情報が含まれている。

これに対し、トナー補給量係数は、同図に示されるように、例えば、現像器２２の連続駆動時間が０分以上５分未満の範囲内で、画像占有率が０％以上２％未満の範囲内にあり、かつ相対湿度が０％以上４０％未満の範囲内にある場合に対応する係数として‘２’が、相対湿度以外の条件が同一で、かつ相対湿度が４０％以上５５％未満の範囲内にある場合に対応する係数として‘１’が、各々記憶されている。

なお、本実施の形態に係る画像形成装置１０では、当該トナー補給量設定テーブルを、当該画像形成装置１０において実際に用いられるトナーを用いた実測によって、一例として図６に示すような各種湿度条件下におけるトナー帯電量変化特性を取得し、当該特性に基づいて、チャージアップ現象発生範囲内となる現像器２２の連続駆動時間、画像占有率、及び相対湿度の各条件の組み合わせに対応するトナー補給量係数を、他の条件より大きくする（すなわち、トナー補給量を増量する）ものとして導出したものを適用している。

ところで、本実施の形態に係る画像形成装置１０では、１印刷ジョブ分の画像形成処理を実行する際に、トナー補給部４８から現像器２２へのトナーの補給を制御する処理（以下、「トナー補給制御処理」という。）を所定期間（本実施の形態では、１枚分の画像形成に要する期間）毎に実行する。

次に、図５を参照して、トナー補給制御処理を実行する際の画像形成装置１０の作用を説明する。なお、図５は、当該トナー補給制御処理を実行する際に画像形成装置１０の制御部５０により実行されるトナー補給制御処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムは記憶部５６の所定領域に予め記憶されている。また、ここでは、１印刷ジョブ毎に、印刷すべき画像を示す画像データ及びそれまでの印刷枚数を示す情報が制御部５０によって記憶部５６の所定領域に逐次記憶される場合について説明する。更に、ここでは、錯綜を回避するために、１つの画像形成ユニット１５に関する制御のみについて説明するが、制御部５０は、各画像形成ユニット１５に対して同様の処理を実行する。

まず、同図のステップ１００では、この時点で実行している印刷ジョブ（以下、「処理対象印刷ジョブ」という。）において、それまでに記憶部５６に記憶されている画像データ及び印刷枚数を示す情報を読み出し、次のステップ１０２では、読み出した画像データ及び情報に基づいて、処理対象印刷ジョブにおいて既に現像器２２により現像されたトナー像の用紙２８に対する画像占有率を算出する。なお、ここでは、当該画像占有率を、処理対象印刷ジョブにおいて既に現像器２２により現像されたトナー像毎の画像占有率の平均値を算出する。

次のステップ１０４では、現像器２２の連続駆動時間を示す情報をタイマ５４から読み出し、次のステップ１０６では、湿度センサ５２からの出力信号に基づいて相対湿度を検出する。

次のステップ１０８では、以上の処理によって得られた現像器２２の連続駆動時間、画像占有率、及び相対湿度に対応するトナー補給量係数がトナー補給量設定テーブルに記憶されているか否かを判定することにより、トナー補給量係数の制限がかかるか否かを判定し、肯定判定となった場合はステップ１１０に移行する。

ステップ１１０では、次の（１）式によって単位時間当たりのトナー補給量Ｋを算出し、その後にステップ１１４に移行する。

Ｋ＝Ｃ×Ｄ （１）
ここで、Ｃは以上の処理によって得られた現像器２２の連続駆動時間、画像占有率、及び相対湿度に対応するトナー補給量係数の１／１００（１００分の１）の値を、Ｄは予め定められたトナー補給単位量を、各々表す。また、本実施の形態に係る画像形成装置１０では、上記トナー補給単位量Ｄを、１枚の用紙２８の一面全面にトナー像を最大濃度で形成する際に必要とされるトナー量として、予め実験や当該画像形成装置１０の設計仕様等に基づくコンピュータ・シミュレーション等により得られた値を適用しており、本実施の形態では、Ａ４サイズの用紙を毎分２０枚印刷する場合の値として、０．９４（ｍｇ／ｓｅｃ）を適用している。

一方、上記ステップ１０８において否定判定となった場合はステップ１１２に移行し、次の（２）式によって単位時間当たりのトナー補給量Ｋを算出し、その後にステップ１１４に移行する。

Ｋ＝Ｓ×Ｄ （２）
ここで、Ｓは上記ステップ１０２において算出した画像占有率の１／１００（１００分の１）の値を表す。

ステップ１１４では、上記ステップ１１０の処理又は上記ステップ１１２の処理によって算出された単位時間当たりのトナー補給量となるようにトナー補給部４８を制御し、その後に本トナー補給制御処理プログラムを終了する。

以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、相対湿度と、現像器２２により現像されたトナー像の用紙２８に対する画像占有率がトナー補給量を増量させるトナー補給量増量条件になっているか否かを判定し（トナー補給制御処理プログラムのステップ１０８の処理に相当。）、トナー補給量増量条件になっていないと判定された場合は画像占有率が高くなるほど多くなるようにトナー補給量を導出し（トナー補給制御処理プログラムのステップ１１２の処理に相当。）、トナー補給量増量条件になっていると判定された場合はトナー補給量増量条件になっていないと判定された場合より増量されるようにトナー補給量を導出して（トナー補給制御処理プログラムのステップ１１０の処理に相当。）、導出したトナー補給量のトナーを現像器２２に補給するように制御している（トナー補給制御処理プログラムのステップ１１４の処理に相当。）ので、チャージアップ現象の発生を効果的に防止することができる。

また、本実施の形態によれば、相対湿度及び画像占有率に加えて、現像器２２の連続駆動時間を、トナー補給量を増量させるトナー補給量増量条件となっているか否かを判定する際のパラメータとして加えているので、より高精度にトナー補給量を導出することができ、より効果的にチャージアップ現象の発生を防止することができる。

なお、本実施の形態では、トナー補給制御処理を１印刷ジョブの実行時に所定期間毎に実行する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、印刷ジョブの実行の如何にはかかわらず、常時所定期間毎に実行する形態とすることもできる。この場合も、本実施の形態と同様の効果を奏することができる。

その他、本実施の形態で説明した画像形成装置１０の構成（図１〜図３参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

例えば、本実施の形態では、制御部５０とは別体として設けられたタイマ５４により現像器２２の連続駆動時間を計時する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、当該タイマ５４の機能を制御部５０に設け、制御部５０自身によって上記連続駆動時間を計時する形態とすることもできる。

また、本実施の形態では、４つの画像形成ユニット１５を有する所謂タンデム型の画像形成装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、単一の画像形成ユニット１５のみを有する画像形成装置に本発明を適用する形態とすることもできる。

更に、本実施の実施の形態で説明したトナー補給制御処理プログラムの処理の流れ（図５参照。）やトナー補給量設定テーブルの構成（図４参照。）、各種演算式（（１）式、（２）式参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 実施の形態に係る画像形成ユニットの概略構成図である。 実施の形態に係る画像形成装置におけるトナーの補給制御に関する機能的な構成を示すブロック図である。 実施の形態に係るトナー補給量設定テーブルの構成を示す模式図である。 実施の形態に係るトナー補給制御処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 チャージアップ現象の説明に供する図であり、各種湿度条件下における画像占有率に対するトナー帯電量の実測結果を示すグラフである。 チャージアップ現象の発生要因の説明に供する図であり、トナー攪拌時間に対するトナー帯電量の関係を示すグラフである。 チャージアップ現象の発生要因の説明に供する図であり、トナーに対する外添剤の添加状態を示す模式図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１４ 中間転写体ベルト
１５ 画像形成ユニット
１６ 感光体ドラム（像担持体）
２２ 現像器（現像手段）
２８ 用紙（記録媒体）
４８ トナー補給部（トナー補給手段）
５０ 制御部（画像占有率導出手段、トナー増量判定手段、トナー補給量導出手段、制御手段）
５２ 湿度センサ（湿度検出手段）
５４ タイマ（駆動時間検出手段）
５６ 記憶部

Claims (3)

1. 像担持体上に形成された静電潜像をトナーによって現像手段により現像し、像担持体上の現像されたトナー像を記録媒体に転写することによって画像を形成する画像形成装置であって、
   前記現像手段に前記トナーを補給するトナー補給手段と、
   相対湿度を検出する湿度検出手段と、
   印刷ジョブを実行中に前記現像手段により現像されたトナー像の前記記録媒体に対する画像占有率を導出する画像占有率導出手段と、
   前記現像手段の駆動時間を検出する駆動時間検出手段と、
   前記駆動時間検出手段で検出された駆動時間が閾値に達するまでの間に、前記湿度検出手段で検出された相対湿度及び前記画像占有率導出手段で導出された画像占有率の組み合わせが、前記現像手段において補給されたトナーのチャージアップ現象が発生する組み合わせとして予め定められた第１の相対湿度未満の相対湿度と第１の画像占有率未満の画像占有率との第１の組み合わせ、または前記第１の相対湿度以上で、かつ前記第１の相対湿度よりも高い第２の相対湿度未満の相対湿度と前記第１の画像占有率よりも小さい第２の画像占有率未満の画像占有率との第２の組み合わせになっているか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記第１または第２の組み合わせになっていないと判定された場合は前記画像占有率の増大に応じて増量するように前記トナー補給量を導出し、前記判定手段により前記第１または第２の組み合わせになっていると判定された場合は前記第１または第２の組み合わせになっていないと判定された場合よりも前記トナー補給量が増量されるように前記トナー補給量を導出するトナー補給量導出手段と、
   前記印刷ジョブを実行中に、前記トナー補給量導出手段により導出されたトナー補給量のトナーを前記現像手段に補給するように前記トナー補給手段を制御する制御手段と、
   を備えた画像形成装置。
2. 前記閾値を複数設けた請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記駆動時間が長くなるに従って前記増量の度合いを大きくする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。

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