JP5103071B2 - 画像形成装置の現像制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置の現像制御装置、特に、像担持体上の静電潜像を現像するための現像ローラと、現像ローラの表面にトナー薄層を形成するとともに現像ローラの表面からトナー薄層を剥ぎ取る磁気ローラと、を有する画像形成装置の現像制御装置に関する。

従来より、特許文献１に示すように、感光体ドラムと、感光体ドラム上の静電潜像をトナーを用いて現像する現像ローラと、現像ローラ表面にトナー薄層を形成するための磁気ローラとを備えた、所謂タッチダウン法が採用された画像形成装置が知られている。この画像形成装置において静電潜像の現像が行われる際、現像ローラ表面のトナー薄層におけるトナーは、感光体ドラムと現像ローラとの電位差により現像ローラ表面から感光体ドラム側に飛ばされる。

しかしながら、静電潜像が現像された後の現像ローラ表面のトナー薄層には、トナーが現像用として消費された消費領域と、消費されずにトナーが残留している非消費領域とが生じる。この場合、現像ローラ表面におけるトナーの付着状態（即ち、トナー薄層の状態）とトナーの電位差とにばらつきが生じるため、前に現像した静電潜像の少なくとも一部分が次の現像時に残像（ゴースト）として現れる、いわゆる履歴現象が生じる恐れがある。

そこで、履歴現象の発生を抑制するための技術として、現像ローラに交流バイアスを印加するとともに磁気ローラに直流バイアスを印加して、現像ローラ表面のトナーを磁気ローラにより入れ替えるものが知られている（特許文献２、特許文献３）。
米国特許第３，９２９，０９８号 特開２００３−２１９６６号公報 特開２００３−３４５１３４号公報

特許文献２及び特許文献３において、現像ローラ表面のトナーの入れ替えを確実に行うためには、適切なデューティ比やピーク間電圧を有する交流バイアスを現像ローラに印加させる必要がある。しかし、交流バイアスのデューティ比を変化させる方法では、現像ローラ上のトナーを完全に回収することが困難であるため、必ずしも履歴現象の発生を抑制できるとは限らない。これに対し、交流バイアスのピーク間電圧を変化させる方法は、交流バイアスのデューティ比を変化させる方法よりもトナーの入れ替えを確実に行うことができる。しかしながら、交流バイアスのピーク間電圧が大きくなると、感光体ドラムと現像ローラとの電位差が大きくなるため、現像ローラから感光体ドラムへのリーク電流が発生し易くなる。すると、黒点画像や、瞬間的に交流バイアスが落ちることにより白帯及び黒帯状の画像が出力されてしまう等の画像不良が生じる恐れがある。

そこで、本発明は、現像ローラのトナーの回収を適切に行い、長期間にわたって良好な画像形成を行うことができる画像形成装置の現像制御装置を提供することを目的とする。

発明１に係る画像形成装置の現像制御装置は、像担持体上の静電潜像を現像するための現像ローラと、現像ローラの表面にトナー薄層を形成するとともに現像ローラの表面からトナー薄層を剥ぎ取る磁気ローラと、を有する画像形成装置の現像制御装置であって、印刷モード切換手段と、動作実行手段とを備える。印刷モード切換手段は、印刷モードを、複数の記録媒体に連続して印刷する連続印刷モードから、１枚の記録媒体への印刷が終了する毎に予め設定された時間だけ印刷動作を休止させる印刷動作休止モードに切り換える。動作実行手段は、印刷モードが連続印刷モードから印刷動作休止モードに移行する移行開始時に、磁気ローラにトナー薄層の剥ぎ取り動作を行わせる。

この画像形成装置の現像制御装置によると、現像ローラの表面に形成されたトナー薄層は、連続印刷モードから印刷動作休止モードへの移行時に剥ぎ取られる。従って、連続印刷により変化しやすい現像ローラの現像特性を安定させることができるため、長期にわたり良好な画像形成を行うことができる。またトナー薄層の剥ぎ取り動作のみを行うために、現像ローラの現像動作等を停止せずに済む。

発明２に係る画像形成装置の現像制御装置は、発明１に係る画像形成装置の現像制御装置であって、印刷モード切換手段は、形成される画像の印字率が第１所定値以上である場合または画像中に含まれる集中画像の大きさが所定の大きさ以上である場合には、画像の印字率に対応して予め設定された時間経過後に印刷動作休止モードへの切換を行う。

一般的に、連続印刷した画像の印字率が高い程、現像ローラの現像特性は変化しやすくなる。しかし、この画像形成装置の現像制御装置によると、例えば文字画像やベタ画像等の印字率が比較的高い画像を連続して印刷した場合には、トナー薄層の剥ぎ取りが行われるため、現像ローラの現像特性を安定させることができる。即ち、この現像制御装置では、トナー薄層の剥ぎ取り動作は、必要な場合に行われる。また、印字率が第１所定値以上である場合または画像中に含まれる集中画像の大きさが所定の大きさ以上である場合は、印刷動作休止モードへの移行は、直ぐには行われず、印字率に対応して予め設定された時間経過後に行われるので、印刷動作全体の速度が急に低下してしまうのを抑えることができる。

発明３に係る画像形成装置の現像制御装置は、発明１または２に係る画像形成装置の現像制御装置であって、テストパターン像形成手段と、濃度検知部と、温湿度検知部とを更に備える。テストパターン像形成手段は、所定のタイミングで現像ローラによりトナー像としてのテストパターン像を形成させる。濃度検知部は、テストパターン像のトナー濃度を検知する。温湿度検知部は、現像ローラの周囲温度及び周囲湿度の少なくとも１つを検知する。そして、動作実行手段は、濃度検知部の検知結果及び温湿度検知部の検知結果のうち少なくとも１つに基づいて、更に磁気ローラにトナー薄層の剥ぎ取り動作を行わせる。

現像ローラ表面におけるトナー薄層の状態は、例えば現像ローラの周囲の温度や湿度により変化しやすく、テストパターン像のトナー濃度に影響を及ぼす。そこで、この画像形成装置の現像制御装置は、テストパターン像のトナー濃度や現像ローラの周囲の温度、湿度の少なくとも１つに基づいて、トナー薄層の剥ぎ取り動作を行う。これにより、現像ローラの表面に形成されたトナー薄層は、現像ローラの状態に応じて適切に剥ぎ取られる。

発明４に係る画像形成装置の現像制御装置は、発明３に係る画像形成装置の現像制御装置であって、動作実行手段は、テストパターン像のトナー濃度が第２所定値以下であるか、現像ローラの周囲温度の変化量が第１所定量以上であるか、または現像ローラの周囲湿度の変化量が第２所定量以上であるかの少なくとも１つが満たされた場合に、磁気ローラにトナー薄層の剥ぎ取り動作を開始させる。

磁気ローラがトナー薄層の剥ぎ取り動作を行う時には、現像ローラによる現像動作を一時的に停止させる必要がある。しかし、この画像形成装置の現像制御装置によると、トナー薄層の剥ぎ取り動作は、連続印刷モードから印刷動作休止モードへの移行開始時に加え、現像ローラ上のトナー薄層を剥ぎ取る必要がある場合に行われるため、現像ローラによる現像動作を不必要に停止させずに済む。

発明５に係る画像形成装置の現像制御装置は、発明３または４に係る画像形成装置の現像制御装置であって、テストパターン像形成手段は、テストパターン像とは別の画像が所定枚数の記録媒体に印刷される毎に、現像ローラにより前記テストパターン像を形成させる。

この画像形成装置の制御装置によると、テストパターン像の濃度は、別の画像が所定枚数分印刷される毎に検知され、トナー薄層の剥ぎ取り動作は、その濃度に応じて開始されるか否かが決定される。

発明６に係る画像形成装置の現像制御装置は、発明１〜５のいずれかに係る画像形成装置の現像制御装置であって、磁気ローラには、トナーとキャリアとからなる磁気ブラシが形成されている。現像ローラ及び前記磁気ローラは、それぞれ電圧を印加されることが可能である。そして、動作実行手段は、トナー薄層の剥ぎ取り動作時、トナー薄層が磁気ブラシにより剥ぎ取られるように磁気ローラを回転させると共に、現像ローラと磁気ローラとの電位差がトナー薄層の形成時における電位差と異なるように、現像ローラ及び磁気ローラに印加される電圧を制御する。

現像ローラと磁気ローラとの電位差が変化すると、現像ローラ及び磁気ローラ上のトナーの帯電量（即ち、電位差）も変化する。そこで、この画像形成装置の現像制御装置は、トナー薄層の形成時には、現像ローラ及び磁気ローラの電位差が磁気ローラの表面から現像ローラの表面にトナーが飛翔するような電圧差となるように、現像ローラ及び磁気ローラそれぞれに電圧を印加する。逆に、トナー薄層の剥ぎ取り動作時には、現像制御装置は、現像ローラ及び磁気ローラの電位差が現像ローラからトナー薄層が剥がれるような電圧差となるように現像ローラ及び磁気ローラそれぞれに電圧を印加すると共に、トナー薄層が磁気ブラシにより剥ぎ取られるように磁気ローラを回転させる。これにより、トナー薄層の剥ぎ取り動作時、トナー薄層は、現像ローラの表面から容易に剥がれる。

本発明によると、現像ローラ表面のトナーは適切なタイミングで回収されるため、画像形成装置は、長期間にわたって良好な画像形成を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る画像形成装置の現像制御装置について説明する。

（１）画像形成装置の構成
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の現像制御装置１００が採用されたプリンタ１の縦断面図である。図４は、プリンタ１及び現像制御装置１００の構成を模式的に示すブロック図である。本実施形態に係るプリンタ１は、タンデム型のカラープリンタであって、図１及び図４に示すように、通信部２、画像形成部３、濃度センサ５（濃度検知部に相当）、温湿度センサ６（温湿度検知部に相当）、定着部７、シート収容部８、制御部１０及びメモリ１１を備えている。

通信部２は、例えばＰＣ等の外部端末と通信を行うためのものであって、外部端末から送られてくる画像データや印刷指示等を受信する。

画像形成部３は、画像データに基づいてトナー像を形成するとともに、形成されたトナー像を用紙やＯＨＰ等の記録媒体に印刷するためのものである。画像形成部３は、ブラック、シアン、マゼンダ、イエローの各色に対応する感光体ドラム３１Ａ〜３１Ｄ、帯電器３２Ａ〜３２Ｄ、露光器３３Ａ〜３３Ｄ、現像装置３４Ａ〜３４Ｄ、トナーコンテナ３５Ａ〜３５Ｄ及び転写部４を含む。ここで、例えば「感光体ドラム３１Ａ〜３１Ｄ」のように、画像形成部３の各機能部の参照符号末尾に付されているアルファベットＡ〜Ｄは、ブラック、シアン、マゼンダ、イエローの各色に対応するものであることを示している。また、以下の説明において、アルファベットＡ〜Ｄが各機能部の参照符号から省略されている場合は、各色の各機能部に共通するものであるとする。

感光体ドラム３１は、例えばアモルファスシリコンからなる感光層を有しており、その表面には静電潜像が形成される。帯電器３２は、感光体ドラム３１の表面を一様に帯電させるためのものである。露光器３３は、通信部２が受信した画像データに基づいて、帯電器３２により帯電された感光体ドラム３１に対し露光して、感光体ドラム３１の表面に静電潜像を形成する。特に、露光器３３は、メモリ１１に格納されているテストパターンデータに基づいて帯電後の感光体ドラム３１を露光し、テストパターン像用の静電潜像を形成することも可能である。尚、本実施形態に係るテストパターン像は、主として、現像装置３４に収容されている２成分現像剤のトナー濃度の調整用や、後述する現像装置３４の現像ローラ３４２表面に形成されたトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作判断用として用いられる。

現像装置３４は、感光体ドラム３１にトナーを供給し、感光体ドラム３１の表面に形成された静電潜像をトナー像として現像するためのものであって、ここでは、いわゆるタッチダウン現像方式を採用したものが用いられている。この現像装置３４は、図２に示すように、ケーシング３４１、現像ローラ３４２、磁気ローラ３４３、規制ブレード３４４、パドルミキサー３４５、攪拌ミキサー３４６及びトナーセンサ３４８を有している。

ケーシング３４１は、トナー及びキャリアからなる２成分現像剤を貯留するものである。ケーシング３４１の内部には、現像ローラ３４２を一部露出して配置するための開口が設けられている。

現像ローラ３４２は、感光体ドラム３１の表面にトナーを供給して感光体ドラム３１上の静電潜像を現像するためのものであって、感光体ドラム３１から所定距離離れて配置されており、図４のモータ１４ａにより回転駆動される。現像ローラ３４２には、図２に示すように、直流電源１２ａ及び交流電源１２ｂが直列に接続されており、直流電源１２ａから出力される直流電圧に交流電源１２ｂから出力される交流電圧が重畳された第１バイアスが印加される。また、現像ローラ３４２の表面には、図３に示すように、磁気ローラ３４３の磁気ブラシ３４３ａによりトナー薄層３４２ａが形成される。尚、モータ１４ａ及び各種電源１２ａ，１２ｂは、制御部１０により制御される。

磁気ローラ３４３は、図２に示すように、現像ローラ３４２から所定距離離れて配置されており、図４のモータ１４ｂにより回転駆動される。磁気ローラ３４３は、複数の磁極を有する固定磁石と、固定磁石の外周を囲むように配置され、回転自在な非磁性金属材料からなる円筒状のスリーブとを有している。この磁気ローラ３４３は、図２に示すように直流電源１３と接続されており、直流電源１３から出力される直流電圧（以下、第２バイアスという）が印加される。そして、磁気ローラ３４３の表面には、図３に示すように、キャリアとトナーとからなる磁気ブラシ３４３ａが形成されている。このような構成を有する磁気ローラ３４３は、現像ローラ３４２の表面にトナー薄層３４２ａを形成する形成動作を行うとともに、現像ローラ３４２の表面からトナー薄層３４２ａを剥ぎ取る剥ぎ取り動作を行うことができる。尚、モータ１４ｂ及び直流電源１３は、制御部１０により制御される。また、磁気ローラ３４３におけるトナー薄層３４２ａの形成動作及び剥ぎ取り動作については、後述する。

規制ブレード３４４は、磁気ローラ３４３上に一定の層厚の磁気ブラシ３４３ａを形成するためのものである。パドルミキサー３４５及び攪拌ミキサー３４６は、２成分現像剤を攪拌しながら循環搬送するためのものである。尚、図２の仕切り板３４７は、ケーシング３４１の軸方向両端部においては存在しないため、パドルミキサー３４５及び攪拌ミキサー３４６間での２成分現像剤の受け渡しが可能となる。また、トナーセンサ３４８は、透磁率センサであって、２成分現像剤中のトナー濃度を検知する。

トナーコンテナ３５は、内部にトナーが収容され、現像装置３４の上部に着脱自在に装着される。トナーコンテナ３５内部のトナーは、現像装置３４内のトナー濃度が所定の閾値以下であるとトナーセンサ３４８により検知されると、現像装置３４内に補給される。

転写部４は、現像装置３４により現像されたトナー像を、用紙搬送路８ａから送られてきた記録媒体に転写するためのものである。転写部４は、図１に示すように、駆動ローラ４１及び従動ローラ４２との間に掛け渡されて循環駆動される転写ベルト４３や、転写ベルト４３を介して各感光体ドラム３１Ａ〜３１Ｄに対向するように配置された転写ローラ４４Ａ〜４４Ｄを有している。

濃度センサ５は、反射型の光学式センサで構成されており、転写ベルト４３上に設けられている。濃度センサ５は、転写ベルト４３上及び記録媒体に転写されたトナー像の濃度を検知する。

温湿度センサ６は、現像装置３４の近傍に設けられており、現像ローラ３４２の周囲温度及び周囲湿度を検知する。温湿度センサ６は、発熱する定着部７の影響を受けることなく現像ローラ３４２の周囲温度及び周囲湿度を検知可能なように、定着部７から離れた位置に設けられている。尚、本実施形態では、図１に示すように、温湿度センサ６が現像装置３４Ａの近傍に１つ設けられた場合を例に取る。

定着部７は、記録媒体に転写されたトナー像を定着させるものであって、内部にヒータを有する加熱ローラ及び加熱ローラに押圧される加圧ローラを有している。定着部７によりトナー像が定着された記録媒体は、排出部９を介してプリンタ１の外部に排出される。

シート収容部８は、トナー像が転写される記録媒体（具体的には、記録用紙やＯＨＰ）を収容すると共に、シート収容部８から排出部９に延びる用紙搬送路８ａに記録媒体を送り出すものである。

制御部１０は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータで構成されており、接続された各機能部の制御等を行う。例えば、制御部１０は、画像形成部３の感光体ドラム３１の回転制御やトナーコンテナ３５から現像装置３４に補給されるトナー量の制御などを行う。特に、本実施形態に係る制御部１０は、現像制御装置１００（後述）としての制御も行うが、これについては後述する。

メモリ１１は、制御部１０におけるＣＰＵが読み出して実行するための各種制御プログラムを記憶している他、通信部２が外部端末から取得した画像データを一時的に記憶する。特に、本実施形態に係るメモリ１１は、テストパターン像のデータであるテストパターンデータを記憶している他、制御部１０が制御時に用いる図５のテーブル（後述）等を記憶している。

（２）現像制御装置の構成
次に、本実施形態に係る現像制御装置１００の構成について説明する。現像制御装置１００は、図４に示すように、濃度センサ５、温湿度センサ６、メモリ１１及び制御部１０を備える。尚、濃度センサ５、温湿度センサ６及びメモリ１１については、既に説明しているため、ここでは、現像制御装置１００としての制御を行う制御部１０に説明する。

現像制御装置１００としての制御部１０は、主として、画像形成部３の印刷モードの切換制御や、テストパターン像の形成指示、磁気ローラ３４３が行う動作の制御を行う。このような動作を行うため、制御部１０は、印刷モード切換部１０１、テストパターン像形成部１０２及び動作実行部１０３として機能する。

〔印刷モード切換部〕
印刷モード切換部１０１は、プリンタ１の印刷モードを、連続印刷モードから印刷動作休止モードに切り換える。特に、印刷モード切換部１０１は、形成される画像の印字率が第１所定値以上である場合、または画像中に含まれる集中画像の大きさが所定の大きさ以上である場合には、画像の印字率に対応して予め設定された時間経過後に印刷動作休止モードへの切換を行う。ここで、連続印刷モードとは、複数の記録媒体に連続して印刷するモードである。印刷動作休止モードとは、１枚の記録媒体への印刷が終了する毎に予め設定された時間だけ印刷動作を休止させるモードであって、現像装置３４へのトナー補給量或いは現像装置３４内のトナー搬送量をトナー消費量に追従させるためのモードである。

以下に、印刷モード切換部１０１の動作についてより具体的に説明する。印刷モード切換部１０１は、先ずは画像形成動作に用いられている画像データの印字率と、画像データ中に含まれている集中画像の大きさとを算出する。算出した印字率が第１所定値以上である場合、または画像中に含まれる集中画像の大きさが所定の大きさ以上である場合の少なくとも１つを満たす場合には、印刷モード切換部１０１は、算出した印字率を図５のテーブルに当てはめ、印刷モードを連続印刷モードから印刷動作休止モードに切り換える時のタイミングを決定する。

ここで、図５のテーブルは、印刷モードが連続印刷モードから印刷動作休止モードに切り換わる時のタイミングと印字率とが対応づけられたものであって、メモリ１１内に格納されている。図５のテーブルでは、本実施形態のカラープリンタ１において２０枚の連続印刷及び３２枚の連続印刷を行う場合を例として示しており、印刷動作休止モードに切り替わるタイミングを、印刷動作休止モードに移行させると決定した時点から印刷される記録媒体の枚数で示している。例えば、図５中で“１６枚”と記載している場合には、モード移行決定時から１６枚の印刷が終了した時に、実際に印刷動作休止モードへの移行が行われる。

そして、図５では、３２枚の連続印刷を行う場合において、例えば印字率が４０％未満である場合には、トナー消費量が少ないことから、印刷動作休止モードへの移行は行われないことを示している。また、印字率が４０％以上である場合は、印字率が高くなる程トナー消費量が多いことから、図５では、印字率が高くなる程早い給紙枚数の段階で印刷動作休止モードに移行するように設定されている。従って、３２枚の連続印刷が行われている状態で、算出された印字率が例えば７０％であれば、印刷モード切換部１０１は、印刷モードを印刷動作休止モードに切り換えると決定し、決定した時点から１２枚目後に実際に印刷動作休止モードに移行するように、画像形成部３等の各機能部に印刷動作休止モードへの切換指示を出力する。

尚、印字率や集中画像の大きさの比較対象である第１所定値や所定の大きさは、例えばプリンタ１が設置される環境の条件や設計仕様等から適宜決定されるものとする。

〔テストパターン像形成部〕
テストパターン像形成部１０２は、所定のタイミングでトナー像としてのテストパターン像が現像ローラ３４２により形成されるように、現像ローラ３４２や露光器３３等の動作を制御する。より具体的には、画像形成部３が、テストパターン像とは別の画像（即ち、通信部２が外部端末から受信した画像データに基づく画像）を記録媒体に印刷している場合においては、テストパターン像形成部１０２は、この画像が記録媒体に印刷される枚数（以下、印刷枚数という）をカウントする。そして、テストパターン像形成部１０２は、カウントした印刷枚数が所定枚数となるたびに、露光器３３によりテストパターンデータに基づいて感光体ドラム３１表面を露光させ、現像ローラ３４２にテストパターン像を形成させる。ここで、所定枚数としては、例えば１００枚毎などが挙げられる。

尚、テストパターン像の形成を開始させる時、テストパターン像形成部１０２は、テストパターン像とは別の画像の形成動作を一時的に停止させる。より具体的には、テストパターン像の形成を開始させる時、テストパターン像形成部１０２は、定着部７による定着動作や記録媒体の搬送動作をテストパターン形成時のみ一時的に停止させ、画像形成部３には、外部端末から取得した画像データが送られる代わりに、テストパターンデータがメモリ１１から送られるようにする。これにより、現像ローラ３４２により形成されたテストパターン像は、転写ベルト４３に直接転写され、濃度センサ５により濃度検知される。

〔動作実行部〕
動作実行部１０３は、印刷モードが連続印刷モードから印刷動作休止モードに移行する移行開始時に、磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行わせる。より具体的には、動作実行部１０３は、印刷モード切換部１０１が印刷動作休止モードへの切換指示を画像形成部３等の各機能部に出力したのとほぼ同時に、磁気ローラ３４３がトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を開始するように、各種電源１２ａ，１２ｂ，１３が出力する電圧値の決定や各モータ１４ａ，１４ｂの駆動等の制御を行う。

また、動作実行部１０３は、濃度センサ５の検知結果及び温湿度センサ６の検知結果の少なくとも１つに基づいて、磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの形成動作を行わせるか、それともトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行わせるかを決定し、決定した動作を磁気ローラ３４３に行わせる。具体的には、動作実行部１０３は、以下の条件（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のうち少なくとも１つが満たされた場合、磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行わせる。
（Ｉ）テストパターン像のトナー濃度が第２所定値以下である場合。
（ＩＩ）現像ローラ３４２の単位時間あたりの周囲温度の変化量が第１所定量以上である場合。
（ＩＩＩ）現像ローラ３４２の単位時間あたりの周囲湿度の変化量が第２所定量以上である場合。

即ち、上記条件（Ｉ）〜（ＩＩＩ）に基づいて行われるトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作は、印刷モードが印刷動作給紙モードに移行する時に行われる剥ぎ取り動作とは別に行われる。尚、上記条件（Ｉ）〜（ＩＩＩ）のいずれもが満たされない場合、動作実行部１０３は、磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの形成動作を行わせる（もしくは継続させる）。また、第２所定値や第１所定量、第２所定量は、第１所定値や所定の大きさと同様、例えばプリンタ１が設置される環境の条件や設計仕様等から適宜決定されるものとする。

ここで、動作実行部１０３は、どのようにして磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの形成動作または剥ぎ取り動作を行わせるかについて、具体的に説明する。

磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの形成動作を行わせる場合、動作実行部１０３は、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３に異なる第１及び第２バイアスがそれぞれ印加されるように、各種電源１２ａ，１２ｂ，１３が出力する各電圧を決定する。この時決定される各電圧は、磁気ローラ３４３の磁気ブラシ３４３ａによりトナーが現像ローラ３４２の表面に飛翔するような値に決定される。一例としては、現像ローラ３４２に印加される第１バイアスは、直流電圧Vdc＝２００Ｖ、交流電圧のピーク間電圧Vpp＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝２７％であって、磁気ローラの第２バイアスのVdc＝４００Ｖが挙げられる。すると、磁気ローラ３４３の磁気ブラシ３４３ａは現像ローラ３４２の表面に接触し、第１及び第２バイアスの電圧差により現像ローラ３４２の表面にはトナーが供給され、トナー薄層３４２ａが形成される。

また、磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行わせる場合、動作実行部１０３は、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの形成動作時とは異なる第１及び第２バイアスがそれぞれ印加されるように、各種電源１２ａ，１２ｂ，１３が出力する各電圧を決定する。この時決定される各電圧は、現像ローラ３４２の表面から磁気ローラ３４３の磁気ブラシ３４３ａ側にトナーが飛翔するような値に決定される。一例としては、現像ローラ３４２に印加される第１バイアスは、直流電圧Vdc＝３００Ｖ、交流電圧のピーク間電圧Vpp＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝２７％であって、磁気ローラの第２バイアスのVdc＝２００Ｖが挙げられる。更に、動作実行部１０３は、磁気ローラ３４３が現像ローラ３４２と異なる速度で回転を行うように、モータ１４ａ，１４ｂの回転速度を制御する。一例としては、磁気ローラ３４３と現像ローラ３４２との速度比“１．５”が挙げられる。すると、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３には、トナー薄層３４２ａの形成動作時とは異なる第１及び第２バイアスがそれぞれ印加され、現像ローラ３４２と異なる速度で回転している磁気ローラ３４３の磁気ブラシ３４３ａは、現像ローラ３４２のトナー薄層３４２ａに接触する。これにより、両ローラ３４２，３４３には、トナー薄層３４２ａの形成動作時と異なる電圧差が生じ、トナー薄層３４２ａは、磁気ブラシ３４３ａにより現像ローラ３４２の表面から剥ぎ取られる。

尚、このようなトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作は、トナー薄層３４２ａが現像ローラ３４２の表面から十分に剥ぎ取られるまで行われる。また、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作が行われている間に、画像形成部３が画像形成動作を実行している場合は、実行動作部１０３は、画像形成動作を停止させる。

（３）動作
次に、プリンタ１の動作、特に、現像制御装置１００の動作について、図６を用いて説明する。はじめに、プリンタ１は電源がオンの状態にあるとし、温湿度センサ６は、現像ローラ３４２の周囲温度及び周囲湿度の検知を常時行っているとする。

ステップＳ１〜Ｓ２：プリンタ１の通信部２は、外部端末から印刷指示と共に画像データを受信すると（Ｓ１のＹＥＳ）、画像形成部３は、受信した画像データについて画像形成動作を行う。この時、現像制御装置１００の動作実行部１０３は、現像ローラ３４２の表面にトナー薄層３４２ａが形成されるように、各種電源１２ａ，１２ｂ，１３が現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３それぞれに印加する電圧を決定する。これにより、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３には、トナー薄層３４２ａが形成されるような第１及び第２バイアスが印加され、現像ローラ３４２の表面にはトナー薄層３４２ａが形成される（Ｓ２）。尚、テストパターン像形成部１０２は、印刷枚数をカウントする。また、ステップＳ１の印刷開始指示は、複数枚を連続印刷する指示であって、画像形成部３は、連続印刷モードで印刷動作を行っているとする。

ステップＳ３〜Ｓ４：印刷動作休止モードへの移行条件が満たされた場合（Ｓ３のＹＥＳ。即ち、印字率が第１所定値以上または集中画像の大きさが所定の大きさ以上である場合）、印刷モード切換部１０１は、印刷モードを連続印刷モードから印刷動作休止モードに移行させる。動作実行部１０３は、印刷動作休止モードへのモード移行開始時に、磁気ローラ３４３によるトナー薄層３４２ａの形成動作を停止させ、磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を開始させる（Ｓ４）。

ステップＳ５〜Ｓ７：温湿度センサ６により検出された現像ローラ３４２の周囲温度の変化量が第１所定量以上である場合（Ｓ５のＹＥＳ）、または周囲湿度の変化量が第２所定量以上である場合（Ｓ６のＹＥＳ）、動作実行部１０３は、トナー薄層３４２ａの形成動作を停止させ、磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行わせる（Ｓ７）。

ステップＳ８〜Ｓ９：テストパターン像形成部１０２がカウントしている印刷枚数が所定枚数以上であれば（Ｓ８のＹＥＳ）、テストパターン像形成部１０２は、現像ローラ３４２にテストパターン像を形成させる（Ｓ９）。このようにして形成されたテストパターン像は、転写部４の転写ベルト４３に転写された後、転写ベルト４３上の濃度センサ５によりトナー濃度を検知される。尚、ステップＳ３，Ｓ５，Ｓ６及びＳ８の条件をいずれもが満たされない場合には、現像制御装置１００は、ステップＳ３以降の動作を繰り返す。

ステップＳ１０〜１１：動作実行部１０３は、濃度センサ５により検知されたテストパターン像のトナー濃度と第２所定値とを比較する（Ｓ１０）。テストパターン像のトナー濃度が第２所定値よりも大きい場合には（Ｓ１０のＮＯ）、テストパターン像形成部１０２は、カウントしていた印刷枚数をリセットし（Ｓ１１）、現像制御装置１００は、ステップＳ３以降の動作を行う。

ステップＳ１２〜１３：ステップＳ１０において、テストパターン像のトナー濃度が第２所定値以下である場合には（Ｓ１０のＹＥＳ）、動作実行部１０３は、磁気ローラ３４３によるトナー薄層３４２ａの形成動作を停止させ、磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を開始させる（Ｓ１２）。これにより、現像ローラ３４２のトナー薄層３４２ａは、現像ローラ３４２の表面から剥ぎ取られる。そして、テストパターン像形成部１０２は、カウントしていた印刷枚数をリセットする（Ｓ１３）。

ステップＳ１４：現像制御装置１００は、プリンタ１の電源がオフとなるまでステップＳ１以降の動作を繰り返し、プリンタ１の電源がオフとなると、一連の動作を終了する。

（４）効果
本実施形態に係る現像制御装置１００は、印刷モードが連続印刷モードから印刷動作休止モードに移行する移行開始時に、磁気ローラ３４３に現像ローラ３４２表面のトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行わせる。これにより、連続印刷により変化しやすい現像ローラ３４２の現像特性を安定させることができるため、長期にわたり良好な画像形成を行うことができる。また、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作のみを行うために、現像ローラ３４２の現像動作等を停止せずに済む。

また、一般的には、連続印刷した画像の印字率が高い程、現像ローラ３４２の現像特性は変化しやすくなる。しかし、この現像制御装置１００によると、例えば文字画像やベタ画像等の印字率が比較的高い画像を連続して印刷した場合には、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取りが行われるため、現像ローラ３４２の現像特性を安定させることができる。即ち、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作は、必要な場合に行われる。また、印字率が第１所定値以上である場合または画像中に含まれる集中画像の大きさが所定の大きさ以上である場合は、印刷動作休止モードへの移行は、直ぐには行われず、印字率に対応して予め設定された時間経過後に行われる。そのため、印刷動作全体の速度が急に低下してしまうのを抑えることができる。

更に、現像制御装置１００は、テストパターン像のトナー濃度や現像ローラ３４２の周囲温度、周囲湿度の少なくとも１つに基づいて、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行う。これにより、トナー薄層３４２ａは、現像ローラ３４２の状態に応じて適切に剥ぎ取られる。

特に、現像制御装置１００は、テストパターン像のトナー濃度が第２所定値以下であるか、現像ローラ３４２の周囲温度の変化量が第１所定量以上であるか、または現像ローラ３４２の周囲湿度の変化量が第２所定量以上であるかの少なくとも１つが満たされた場合に、磁気ローラ３４３にトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を開始させる。このように、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作は、連続印刷モードから印刷動作休止モードへの移行開始時に加え、現像ローラ３４２上のトナー薄層３４２ａを剥ぎ取る必要がある場合に行われるため、現像ローラ３４２による現像動作を不必要に停止させずに済む。

更に、現像制御装置１００によると、テストパターン像の濃度は、テストパターン像以外の別の画像が所定枚数分印刷される毎に検知され、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作は、その濃度に応じて開始されるか否かが決定される。そのため、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行うために現像ローラ３４２の現像動作を停止させる回数は、別の画像が所定枚数印刷されるたびにトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行う場合よりも、比較的少なくて済む。

ところで、現像ローラ３４２と磁気ローラ３４３との電位差が変化すると、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３上のトナーの帯電量（即ち、電位差）も変化する。そこで、本実施形態に係る現像制御装置１００は、トナー薄層３４２ａの形成時には、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３の電位差が磁気ローラ３４３の表面から現像ローラ３４２の表面にトナーが飛翔するような電圧差となるように、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３それぞれに電圧を印加する。逆に、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作時には、現像制御装置１００は、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３の電位差が現像ローラ３４２からトナー薄層３４２ａが剥がれるような電圧差となるように、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３それぞれに電圧を印加すると共に、トナー薄層３４２ａが磁気ブラシ３４３ａにより剥ぎ取られるように磁気ローラ３４３を回転させる。これにより、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作時、トナー薄層３４２ａは、磁気ローラ３４３に形成された磁気ブラシ３４３ａにより、現像ローラ３４２の表面から容易に剥がれる。

本発明の現像制御装置１００が採用されたプリンタ１を用いて連続印刷を行った場合の、履歴現象を含む画像不良の抑制効果について調査した。本実施例では、感光体ドラム３１、現像ローラ３４２、磁気ローラ３４３の各直径は、順に３０mｍ、１６mｍ、２０ｍｍであって、現像ローラ３４２及び磁気ローラ３４３間の距離は３５０μｍであるプリンタ１を用いた。また、感光体ドラム３１の線速は１８０ｍｍ／ｓｅｃ、感光体ドラム３１の表面電位は３１０Ｖ、２成分現像剤中のトナーは２０μＣ／ｇ、トナー粒径（体積平均粒径）及びキャリア粒径（重量平均粒径）は、それぞれ７．５μｍ、５０μｍであるものを用いた。更に、現像ローラ３４２には、第１バイアスとして、直流電圧Vdc＝３００Ｖ、交流電圧のピーク間電圧Vpp＝１．６ｋＶ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝２７％である電圧を印加し、磁気ローラ３４３には、第２バイアスとして、Vdc＝２００Ｖ、ピーク間電圧Vpp＝３００Ｖ、周波数ｆ＝２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比＝２７％である電圧を印加した。また、テストパターン像にはベタ画像を用い、テストパターン像を印刷枚数が１００枚となるごとに形成した。

図７は、このようなプリンタ１において、印刷動作休止モードへの移行時、テストパターン像のトナー濃度が１．３以下である時、現像ローラ３４２付近の温度が前回検知した温度から＋３度以上変化している時、更に現像ローラ３４２付近の湿度が前回検知した湿度から−５％以上変化している時に、トナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行った場合の結果と（本発明）、印刷枚数が１００枚となるたびにトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作を行った場合の結果（比較例）とを示す。尚、図７の本発明及び比較例の両結果は、印字率が５０％の画像を連続印刷させた場合の結果を示している。

図７から明らかなように、本発明では、印刷枚数に依存せず、印刷される画像の濃度はほぼ一定に保たれ、画像不良についても発生しなかった。これに対し、比較例では、印刷枚数が変化するのに伴い、印刷される画像の濃度は不均一となり、画像不良については数回の生じたことが確認された。

従って、本発明によれば、印刷枚数が１００枚となるたびにトナー薄層３４２ａの剥ぎ取り動作が行われる場合よりも、長期にわたり良好な画像形成を行うことができる。

＜その他の実施形態＞
上記実施形態では、現像ローラ３４２の周囲の温度及び湿度を測定するセンサとして、１つの温湿度センサ６がプリンタ１に備えられている場合について説明した。しかし、プリンタ１には、温度を測定するためのセンサと湿度を測定するためのセンサとが、別々に設けられても良い。

本発明に係る画像形成装置は、複写機、プリンタ及びファクシミリ装置の各機種や、これらの機能及びスキャナ機能を併せ持つ複合機として適用できる。

本実施形態に係る画像形成装置の現像制御装置が採用されたプリンタの概略断面図。 現像装置の縦断面図。 タッチダウン現像方式の現像装置の概略を説明するための図。 本実施形態に係るプリンタ及び現像制御装置の構成を模式的に示すブロック図。 印刷動作休止モードに切り換えるタイミングを決定する時に用いられるテーブルの概念図。 本実施形態に係るプリンタ、特に現像制御装置の全体的な動作を説明するためのフロー図。 本実施形態に係るプリンタを用いて連続印刷を行った場合の、画像不良の抑制効果を示す表。

符号の説明

１ プリンタ
３ 画像形成部
３１ 感光体ドラム
３４ 現像装置
３４２ 現像ローラ
３４２ａ トナー薄層
３４３ 磁気ローラ
３４３ａ 磁気ブラシ
４３ 転写ベルト
５ 濃度センサ
６ 温湿度センサ
９ メモリ
１０ 制御部
１０１ 印刷モード切換部
１０２ テストパターン像形成部
１０３ 動作実行部
１２ａ、１３ 直流電源
１２ｂ 交流電源
１４ａ，１４ｂ モータ
１００ 現像制御装置

Claims (5)

1. 像担持体上の静電潜像を現像するための現像ローラと、前記現像ローラの表面にトナー薄層を形成するとともに前記現像ローラの表面から前記トナー薄層を剥ぎ取る磁気ローラと、を有する画像形成装置の現像制御装置であって、
   印刷モードを、複数の記録媒体に連続して印刷する連続印刷モードから、１枚の前記記録媒体への印刷が終了する毎に予め設定された時間だけ印刷動作を休止させる印刷動作休止モードに切り換える印刷モード切換手段と、
   前記印刷モードが前記連続印刷モードから前記印刷動作休止モードに移行する移行開始時に、前記磁気ローラに前記トナー薄層の剥ぎ取り動作を行わせる動作実行手段と、
   を備え、
   前記印刷モード切換手段は、形成される画像の印字率が第１所定値以上である場合または前記画像中に含まれる集中画像の大きさが所定の大きさ以上である場合には、前記画像の印字率に対応して予め設定された時間経過後に前記印刷動作休止モードへの切換を行う、画像形成装置の現像制御装置。
2. 所定のタイミングで前記現像ローラによりトナー像としてのテストパターン像を形成させるテストパターン像形成手段と、
   前記テストパターン像のトナー濃度を検知する濃度検知部と、
   前記現像ローラの周囲温度及び周囲湿度の少なくとも１つを検知する温湿度検知部と、を更に備え、
   前記動作実行手段は、前記濃度検知部の検知結果及び前記温湿度検知部の検知結果のうち少なくとも１つに基づいて、更に前記磁気ローラに前記トナー薄層の剥ぎ取り動作を行わせる、
   請求項１に記載の画像形成装置の現像制御装置。
3. 前記動作実行手段は、前記テストパターン像のトナー濃度が第２所定値以下であるか、前記現像ローラの周囲温度の変化量が第１所定量以上であるか、または前記現像ローラの周囲湿度の変化量が第２所定量以上であるかの少なくとも１つが満たされた場合に、前記磁気ローラに前記トナー薄層の剥ぎ取り動作を開始させる、
   請求項２に記載の画像形成装置の現像制御装置。
4. 前記テストパターン像形成手段は、前記テストパターン像とは別の画像が所定枚数の前記記録媒体に印刷される毎に、前記現像ローラにより前記テストパターン像を形成させる、
   請求項２または３に記載の画像形成装置の現像制御装置。
5. 前記磁気ローラには、トナーとキャリアとからなる磁気ブラシが形成され、
   前記現像ローラ及び前記磁気ローラは、それぞれ電圧を印加されることが可能であって、
   前記動作実行手段は、前記トナー薄層の剥ぎ取り動作時、前記トナー薄層が前記磁気ブラシにより剥ぎ取られるように前記磁気ローラを回転させると共に、前記現像ローラと前記磁気ローラとの電位差が前記トナー薄層の形成時における前記電位差と異なるように、前記現像ローラ及び前記磁気ローラに印加される電圧を制御する、
   請求項１から４のいずれかに記載の画像形成装置の現像制御装置。

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