JP5150340B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に現像装置へのトナー補給が可能な画像形成装置に関するものである。

一般に、一成分現像剤を用いる現像装置においては、画像形成を繰り返し行うことにより、粒径の小さなトナーが高い帯電量による鏡映力のためにトナー担持体（現像ローラ）表面に付着し、他のトナー粒子がトナー担持体との間で摩擦帯電することを阻害する。そのため、トナー担持体上で均一な帯電が行われない状態でトナーが静電潜像担持体（感光体ドラム）まで搬送され、画像濃度低下や画像かぶり等の不具合を引き起こすことがある。このような現象は、特に画像上の原稿印字率が低い場合、即ち現像ローラから感光体ドラムに飛翔するトナーが少ないためにトナー粒子が現像ローラ上に残りやすい場合に発生し易くなる。

そこで、非画像形成時において現像ローラに対し直流バイアスに交流バイアスを重畳して印加することにより、ベタ画像等の印字率が高いパターンを現像して感光体ドラム側に多量のトナーを飛翔させ、現像ローラ上のトナーを強制消費する、いわゆるリフレッシュモードを実行可能な画像形成装置が開発されており、例えば特許文献１には、現像装置の単位駆動時間当たりの画像面積率（平均印字率）を算出し、画像面積率に応じてトナーの強制消費量を変更するようにした画像形成装置が提案されている。

一方、トナーコンテナを用いて現像装置へトナーを供給（インストール）する方式の画像形成装置では、トナーコンテナの交換直後において現像装置内のトナー残量が少ない場合、画像形成時にトナーを補給する場合より長い時間トナーを補給するトナーインストール（以下、初期トナーインストールという）が行われる。この初期トナーインストール時には現像ローラ上のトナーが消費されないため、現像装置内のトナーの帯電量が不十分となり易く、インストール直後の初期画像に濃度低下や画像かぶりが発生することがあった。また、現像ローラ表面に形成されたトナー層の一部が乱れて離脱し、固まりとなって現像されて画像上にランダムな黒点として確認されるという問題点もあった。

このような問題を解決するため、特許文献２には、初期トナーインストール時に上述したリフレッシュモードを実行することにより、現像ローラ上から過帯電の小径トナーを除去して初期画像の濃度低下等の画像不良を防止する技術が開示されている。
特開２００３−７６０７９号公報 特開２００４−１７０６５０号公報

しかしながら、特許文献２の方法を用いた場合、リフレッシュ工程における帯電バイアスの連続印加により感光体表面にオゾンが吸着し易くなる。このため、特に低温低湿環境下ではオゾン吸着が顕著となり、ドラム表面がオゾンにより酸化されて劣化することによるドラム表面の帯電不良や帯電のバラツキが生じる。その結果、初期トナーインストール直後の出力画像に画像かぶりや濃度ムラが発生するという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、初期トナーインストール時にリフレッシュ工程を実行する場合のオゾン吸着による像担持体表面の劣化を抑制し、且つ初期トナーインストール直後の初期画像不良を効果的に防止可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、像担持体に対向配置されトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体を有し、像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、該現像装置にトナーを補給するトナーコンテナと、帯電バイアスが印加され前記像担持体表面を帯電させる帯電装置と、を備え、前記トナーコンテナ交換後に前記現像装置へトナーを補給する初期トナーインストールモードの際、前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、装置内部または外部の環境情報を検知する環境情報検知手段と、該環境情報検知手段の検知結果に基づいて前記リフレッシュ工程の実行時間を補正する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記リフレッシュ工程の実行中は、前記帯電装置に帯電バイアスを所定の周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返しながら印加することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記環境情報検知手段は、装置内部または外部の温湿度を検知する温湿度検知センサであることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記温湿度検知センサにより検知された初期トナーインストールモード開始時点の温度と湿度のうち、少なくとも一方が第１基準温度Ｔ１若しくは第１基準湿度Ｈ１以下のとき、前記リフレッシュ工程の実行時間を段階的に短縮することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記温湿度検知センサにより検知された初期トナーインストールモード開始時点の温度と湿度のうち、少なくとも一方が第２基準温度Ｔ２（＞Ｔ１）若しくは第２基準湿度Ｈ２（＞Ｈ１）を超えるとき、前記リフレッシュ工程の実行時間を段階的に延長することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、前記温湿度検知センサにより検知された温度の平均値または湿度の平均値を前記基準値と比較して前記リフレッシュ工程の実行時間を決定することを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、初期トナーインストールモードにおいて実行されるリフレッシュ工程の実行時間を環境条件に応じて適切に設定することにより、リフレッシュ工程中の帯電バイアス印加に伴う像担持体の劣化を抑制する効果と、初期トナーインストール直後の画像濃度の低下防止効果とを両立可能となる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、リフレッシュ工程の実行時に所定の周期でＯＮ、ＯＦＦを繰り返して帯電バイアスを印加することにより、トナー担持体上のトナーが帯電バイアスのＯＦＦ時に像担持体側に少量ずつ吐出されるため、像担持体上のトナーのクリーニング負担を軽減してクリーニング不良を防止することができる。また、トナー担持体上に存在する正帯電及び負帯電の帯電不良トナーを吐出することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の画像形成装置において、温湿度検知センサにより検知された装置内部または外部の温湿度の少なくとも一方に基づいてリフレッシュ工程の実行時間を決定することにより、現像装置内部の現像剤の状態変化に大きな影響を与える温湿度情報に基づいて最適なリフレッシュ工程の実行時間を決定することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第３の構成の画像形成装置において、トナーがチャージアップし易く、且つ像担持体表面がオゾンによる劣化を受け易い低温低湿環境下では、リフレッシュ工程の実行時間を短くして像担持体の劣化を極力抑制しつつ、インストール直後の画像濃度も維持することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の画像形成装置において、オゾンによるドラム表面の劣化のおそれは低いがトナーがチャージアップし難く流動性も低下する高温高湿環境下では、リフレッシュ工程の実行時間を長くしてトナー吐出量を増やすことによりインストール直後の画像濃度低下や画像かぶりを効果的に抑制可能となる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第３乃至第５のいずれかの構成の画像形成装置において、機内温湿度センサにより検知された温度の平均値または湿度の平均値を基準値と比較してリフレッシュ工程の実行時間を決定することにより、現像装置内のトナーの状態がより正確に反映された適切な実行時間を決定可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、画像形成装置（ここではモノクロプリンタ）１００は、本体下部に積載された用紙を収容する給紙カセット２が備えられている。この給紙カセット２の上方には、本体前方（図１の右側）から本体後方へ略水平に延び、更に上方へ延びて本体上面に形成された排紙部３に至る用紙搬送路４が形成されており、この用紙搬送路４に沿って上流側から順に、ピックアップローラ５、フィードローラ６、中間搬送ローラ７、レジストローラ対８、画像形成部９、定着部１０及び排出ローラ対１１が配置されている。

給紙カセット２には、用紙搬送方向後端部に設けられた回動支点１２ａによって、給紙カセット２に対して回動自在に支持された用紙積載板１２が備えられており、これによって積載された用紙がピックアップローラ５に押圧されるようになっている。また、給紙カセット２の前方部には、フィードローラ６に圧接するようにリタードローラ１３が配設されており、ピックアップローラ５によって複数枚の用紙が同時に給装された場合には、フィードローラ６とリタードローラ１３とによって用紙が捌かれ、最上位の１枚のみが搬送されるよう構成されている。

そして、フィードローラ６とリタードローラ１３とによって捌かれた用紙は、中間搬送ローラ７によって搬送方向を装置後方へと変えられてレジストローラ対８へと搬送され、レジストローラ対８によってタイミングを調整されて画像形成部９へと搬送される。

画像形成部９は、電子写真プロセスによって用紙に所定のトナー像を形成するものであり、図１において時計方向に回転可能に軸支された像担持体である感光体ドラム１４と、この感光体ドラム１４の周囲に配置される帯電装置１５、現像装置１６、クリーニング装置１７、用紙搬送路４を挟んで感光体ドラム１４に対向するように配置される転写ローラ１８及び感光体ドラム１４の上方に配置されるレーザ走査ユニット（ＬＳＵ）１９から構成されており、現像装置１６の上方には、必要に応じて現像装置１６へトナーを補給するトナーコンテナ２０が配置されている。

感光体ドラム１４は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものである。感光層を形成する感光材料としては、アモルファスシリコン感光体や有機感光体（ＯＰＣ感光体）が用いられる。帯電装置１５には、コロナ放電帯電器を用いたスコロトロン帯電装置が用いられており、開口部が感光体ドラム１４に対向するように配置された断面コ字状の金属製のシールドケース内部には、タングステンやステンレス等で構成される放電部材であるコロナワイヤ及びグリッドが設けられており、このコロナワイヤ及びグリッドに所定の帯電バイアスを印加してコロナ放電を発生させ、電子の量をコントロールすることにより、感光体ドラム１４の表面が所定の極性及び電位で一様に帯電される。

次いで、レーザ走査ユニット（ＬＳＵ）１９からのレーザビームにより感光体ドラム１４上を露光して帯電を減衰させ、感光体ドラム１４の表面に入力された画像データに基づく静電潜像が形成される。そして、現像装置１６により静電潜像にトナーを付着させて感光体ドラム１４の表面にトナー像が形成される。感光体ドラム１４上に形成されたトナー像は、転写ローラ１８により感光体ドラム１４と転写ローラ１８とのニップ部（転写位置）に供給された用紙へと転写される。

トナー像が転写された用紙は感光体ドラム１４から分離され、定着部１０に向けて搬送される。この定着部１０は、画像形成部９の用紙搬送方向下流側に配置されており、加熱ローラ２１及び加熱ローラ２１に圧接される加圧ローラ２２を備えている。画像形成部９においてトナー像が転写された用紙は、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２とのニップ部を通過することによって加熱及び加圧され、用紙に転写されたトナー像が定着される。

定着部１０を通過した用紙は排出ローラ対１１によって排紙部３に排出される。一方、感光体ドラム１４の表面に残留しているトナーはクリーニング装置１７により除去される。そして、感光体ドラム１４は除電装置（図示せず）により除電された後、帯電装置１５によって再び帯電され、以下同様にして画像形成が行われることとなる。

また、装置設置環境（機械周辺環境）を測定する目的で、トナーコンテナ２０の上方に機外温湿度センサ２３が設置されている。この機外温湿度センサ２３の温湿度情報を用いて後述する初期トナーインストールモードの際のリフレッシュ工程実行時間を制御する。

図２は、本発明の画像形成装置に搭載される現像装置の側面断面図である。図２に示すように、現像装置１６は、磁性トナーから成る一成分現像剤が収容されるケーシング３１ａと、ケーシング３１ａに収容されたトナーが外部に漏れないように封止するカバー３１ｂとから構成される筐体３１内に、第１攪拌搬送スクリュー３２、第２攪拌搬送スクリュー３３、現像ローラ３５、規制ブレード３６が備えられている。

ケーシング３１ａの内部は、長手方向（図２の紙面方向）に延在する仕切板３７によって第１貯留室３８と第２貯留室３９とに区画されており、第１貯留室３８には第１攪拌搬送スクリュー３２が、第２貯留室３９には第２攪拌搬送スクリュー３３がそれぞれ配設されている。また、仕切板３７は、ケーシング３１ａの長手方向の両端部には設けられておらず、この部分が第１貯留室３８と第２貯留室３９の間をトナーが移動する通路となっている。

第１攪拌搬送スクリュー３２及び第２攪拌搬送スクリュー３３は、それぞれ回転軸３２ａ、３３ａと、回転軸３２ａ、３３ａの外周面に一体形成された螺旋羽３２ｂ、３３ｂとで構成されており、互いに略平行となるようにケーシング３１ａ内に回転可能に軸支されている。そして、第１攪拌搬送スクリュー３２及び第２攪拌搬送スクリュー３３が所定方向に回転することによって第１貯留室３８及び第２貯留室３９内のトナーを循環搬送するように構成されている。また、トナー濃度センサ（図示せず）の検出結果に応じてケーシング３１ａ内にトナーを補給できるように、カバー３１ｂにはトナーコンテナ２０（図１参照）からトナーが供給されるトナー補給口（図示せず）が設けられている。

現像ローラ３５は、第１攪拌搬送スクリュー３２及び第２攪拌搬送スクリュー３３と略平行となるように第１貯留室３８内に回転可能に軸支されている。この現像ローラ３５の内部には複数の磁極を有する永久磁石から成るマグネットローラ（図示せず）が固定されており、感光体ドラム１４の回転に応じて現像ローラ３５が回転すると、このマグネットローラの磁力により現像ローラ３５の表面にトナーが付着（担持）されてトナー層が形成される。そして、所定の現像域において現像ローラ３５に付着したトナーが、感光体ドラム１４の表面電位と現像ローラ３５に印加される現像バイアスとの電位差により感光体ドラム１４へと飛翔して感光層に付着し、感光体ドラム１４表面にトナー像が形成される。

規制ブレード３６は、感光体ドラム１４に供給するトナー量、すなわち現像ローラ３５へのトナー付着量を規制するものであり、例えばＳＵＳ（ステンレス）等の磁性体が用いられる。そして、規制ブレード３６は、その先端と現像ローラ３５との間に所定の隙間が形成されるように配設されており、この規制ブレード３６と現像ローラ３５との間隔及び隙間に発生する磁界によって現像ローラ３５へのトナー付着量が規制され、現像ローラ３５の表面には数十ミクロンのトナー薄層が形成される。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図３は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンタ９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）には、後述するような初期インストールモードの際に実行されるリフレッシュ工程の実行時間の決定に用いられる基準温度または基準湿度等も格納されている。カウンタ９５は、印刷枚数を積算してカウントする。なお、カウンタ９５を別途設けなくても、例えばＲＡＭ９３で印刷枚数を記憶するようにしてもよい。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、給紙カセット２、定着部１０、現像装置１６、レーザ走査ユニット１９、トナーコンテナ２０、機外温湿度センサ２３、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

画像入力部４０は、画像形成装置１００が図１に示すようなプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部であり、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電装置１５、現像ローラ３５、転写ローラ１８に所定のバイアスを印加する。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２、テンキー５３が設けられており、ユーザは操作部５０を操作して指示を入力することで、画像形成装置１００の各種の設定を行い、画像形成等の各種機能を実行させる。液晶表示部５１は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したり、タッチパネルとして、両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行えるようになっている。テンキー５３は、印刷部数の設定や、画像形成装置１００がＦＡＸ機能も有する場合に相手方のＦＡＸ番号を入力等するためのものである。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

本発明の画像形成装置では、現像装置１６及びトナーコンテナ２０内のトナーが無くなった場合、トナーコンテナ２０を交換し、画像形成時にトナーを補給する場合より長い時間トナーを現像装置１６に供給する、初期トナーインストールモードを実施する。この初期トナーインストールモードによって補給された直後のトナーは、前述したように撹拌が充分なされないまま現像ローラ３５に供給されるため、トナーの帯電量が十分でなく、画像濃度が低下したり、現像ローラ３５表面に形成されたトナー薄層の一部が乱れて離脱し、固まりとなって現像されて画像上にランダムな黒点が発生したりする。

そこで、本発明においては、トナーコンテナ２０を交換した後の初期トナーインストールモードの際に、現像ローラ３５から感光体ドラム１４にトナーを飛翔させ、トナーの強制消費を行うリフレッシュ工程を実行するようにしている。そして、リフレッシュ工程の実行時間を環境条件に応じて補正することで、ドラム表面電位のバラツキを抑制するとともに、インストール直後の初期濃度低下も効果的に抑制できることがわかった。

図４は、帯電バイアスのＯＮ時間と感光体ドラムの表面電位のバラツキとの関係を示すグラフである。ドラム表面電位のバラツキが大きいほどドラムはオゾンによる劣化を受けていると判断されるため、感光体ドラムの表面電位（明電位）が４３０Ｖとなる帯電バイアスを帯電装置に印加し、グラフの横軸に帯電バイアスのＯＮ時間の累積値を、縦軸に印刷１ページ（Ａ４サイズ）内の表面電位のバラツキΔＶ０をとって測定結果をプロットした。

図４から明らかなように、印刷１ページ内の表面電位のバラツキΔＶ０は、帯電バイアスのＯＮ時間が長くなるにつれて増加するが、常温常湿環境（２３℃、６０％、図４に実線で表示）に比べて低温低湿環境（１０℃、１０％、図４に破線で表示）ではΔＶ０の増加の割合が大きく、逆に高温高湿環境（３２℃、８０％、図４に一点鎖線で表示）ではΔＶ０の増加の割合が小さくなった。

図５は、リフレッシュ工程における帯電バイアスのＯＦＦ時間（トナー吐出時間）と初期トナーインストール後の画像出力時における用紙上のトナー付着量との関係を示すグラフである。現像条件としては、平均粒子径５．０〜９．０μｍの正帯電性トナーを用い、感光体ドラムの表面電位（明電位）を４３０Ｖ、露光後電位（暗電位）を９０Ｖとし、現像ローラには直流成分Ｖｄｃ（２８０Ｖ）に交流成分Ｖｐｐ（１．７ｋＶ、周波数２．３ｋＨｚ）を重畳した交番電界を印加した。また、転写ローラに負の転写バイアスを印加した。グラフの横軸に帯電バイアスのＯＦＦ時間の累積値を、縦軸に単位面積当たりのトナー付着量（ｇ／ｍ²）をとって測定結果をプロットした。

図５から明らかなように、用紙上のトナー付着量（ｇ／ｍ²）は、帯電バイアスのＯＦＦ時間（トナー吐出時間）が長くなるにつれて増加するが、常温常湿環境（２３℃、６０％、図５に実線で表示）に比べて低温低湿環境（１０℃、１０％、図５に破線で表示）ではトナー付着量の増加の割合が大きく、逆に高温高湿環境（３２℃、８０％、図５に一点鎖線で表示）ではトナー付着量の増加の割合が小さくなった。

この理由としては、以下のようなことが考えられる。つまり、低温低湿環境下では帯電バイアスの印加による感光体ドラム表面へのオゾンの吸着が顕著になり、ドラム表面が酸化されて劣化し易くなるため、高温高湿環境下に比べてドラム表面電位のバラツキが大きくなる。一方、低温低湿環境下では高温高湿環境下に比べてトナーがチャージアップし易いため、帯電バイアスのＯＦＦ時間、即ちトナーの吐出時間が短くても現像装置内のトナーの帯電量が十分に高くなり、初期トナーインストール後のトナー付着量が増大する。

そこで、この性質を利用して、感光体ドラムの表面劣化と、初期トナーインストール後の濃度低下とを同時に且つ効果的に抑制可能となる。即ち、低温低湿環境下ではリフレッシュ工程の実行時間、即ち帯電バイアスのＯＮ時間を短縮することにより、ドラム表面へのオゾンの吸着を抑制してドラム表面の劣化を防止することができる。また、低温低湿環境下ではトナーがチャージアップし易いため、リフレッシュ工程を短縮してトナー吐出量を低減しても初期トナーインストール後の初期濃度が低下するおそれはない。

逆に、トナーがチャージアップし難く流動性も低下する高温高湿環境下ではリフレッシュ工程の実行時間を延長することにより、トナー吐出量を多くして初期トナーインストール後の初期濃度低下を防止することができる。また、高温高湿環境下ではドラム表面へオゾンが吸着し難いため、リフレッシュ工程の延長により感光体ドラムへの帯電バイアスのＯＮ時間が長くなってもドラム表面が劣化するおそれはない。

図６は、リフレッシュ工程における帯電及び現像バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングを示すタイミングチャートである。図６（ａ）は、低温低湿環境下において使用するタイミングチャートの一例（以下、タイミングチャート１とする）である。タイミングチャート１では、初期トナーインストールの開始（０ｓｅｃ）から８２０ｓｅｃ後に帯電バイアスの印加を開始しており、ほぼ同時（８２１ｓｅｃ後）に現像バイアスの印加を開始している。

なお、帯電バイアスは０．８ｓｅｃのＯＮと０．４ｓｅｃのＯＦＦを繰り返して印加する（図６（ｂ）、（ｃ）においても同様）。現像ローラ上のトナーは帯電バイアスＯＦＦ時に感光体ドラム側へ吐出されるため、感光体ドラムには回転方向に沿って複数の帯状の吐出パターンが形成されることになる。そして、９００ｓｅｃ後に帯電バイアス及び現像バイアスの印加を停止する。従って、リフレッシュ工程の実行時間は８０ｓｅｃであり、帯電バイアスの累積ＯＮ時間は約５３ｓｅｃ、累積ＯＦＦ時間は約２７ｓｅｃとなる。

図６（ｂ）は、常温常湿環境下において使用するタイミングチャートの一例（以下、タイミングチャート２とする）である。タイミングチャート２では、初期トナーインストールの開始から７６０ｓｅｃ後に帯電バイアスの印加を開始しており、７６１ｓｅｃ後に現像バイアスの印加を開始している。従って、リフレッシュ工程の実行時間は１４０ｓｅｃであり、帯電バイアスの累積ＯＮ時間は約９３ｓｅｃ、累積ＯＦＦ時間は約４７ｓｅｃとなる。

図６（ｃ）は、高温高湿環境下において使用するタイミングチャートの一例（以下、タイミングチャート３とする）である。タイミングチャート３では、初期トナーインストールの開始から７００ｓｅｃ後に帯電バイアスの印加を開始しており、７０１ｓｅｃ後に現像バイアスの印加を開始している。従って、リフレッシュ工程の実行時間は２００ｓｅｃであり、帯電バイアスの累積ＯＮ時間は約１３３ｓｅｃ、累積ＯＦＦ時間は約６７ｓｅｃとなる。

なお、図６では帯電バイアスを所定の周期でＯＮ、ＯＦＦを繰り返して印加しているが、所定時間だけ帯電バイアスのＯＦＦを継続し、トナーをまとめて吐出するようにしても良い。例えばＯＦＦ時間を６７ｓｅｃ継続させることで、タイミングチャート１と同量のトナーを吐出することができる。しかし、現像ローラ上のトナーを一度に吐出させた場合、感光体ドラム側に多量のトナーが移動するため、クリーニング装置１７（図１参照）に負担がかかり、クリーニング不良等の弊害が生じるおそれがある。また、現像ローラ上の帯電不良トナーには、正帯電トナーと負帯電トナーが存在するが、ＯＮ、ＯＦＦを繰り返して印加することにより正帯電及び負帯電トナーの両方を吐出することができる。従って、図６のように所定の周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返しながら帯電バイアスを印加することが好ましい。

また、ここでは初期トナーインストールモードの終盤にリフレッシュ工程を実行し、初期トナーインストールモードの終了と同時にリフレッシュ工程も終了する制御としているが、初期トナーインストールモードの終了後にリフレッシュ工程を開始するようにしても良い。

図７は、本発明の画像形成装置において実行される初期トナーインストールモードの制御例を示すフローチャートである。図１〜図６を参照しながら、図７のステップに従い初期トナーインストールモードにおけるリフレッシュ工程の実行時間の決定手順について説明する。先ず、ユーザによりトナーコンテナ２０が交換されると（ステップＳ１）、制御部９０は現像装置１６内のトナー残量を検知して初期トナーインストールモードであるか否かを判断する（ステップＳ２）。

初期トナーインストールモードと判断されたときは、制御部９０は機外温湿度センサ２３により検知された機外温度が所定の第１基準温度Ｔ１（ここでは１８℃）以下であるか否かを判断する（ステップＳ３）。そして、１８℃以下であるときは図６（ａ）に示したタイミングチャート１に基づく帯電バイアス及び現像バイアスの印加が設定される（ステップＳ４）。一方、ステップＳ２において機外温度が１８℃を超えている場合は、次に機外温度が所定の第２基準温度Ｔ２（ここでは２８℃）以下であるか否かが判断される（ステップＳ５）。

機外温度が１８℃より高く２８℃以下であるときは、図６（ｂ）に示したタイミングチャート２に基づく帯電バイアス及び現像バイアスの印加が設定される（ステップＳ６）。また、ステップＳ５において機外温度が２８℃を超えている場合は、図６（ｃ）に示したタイミングチャート３に基づく帯電バイアス及び現像バイアスの印加が設定される（ステップＳ７）。

そして、初期トナーインストールモードが開始され（ステップＳ８）、ステップＳ４、Ｓ６、及びＳ７のいずれかで設定されたタイミングでリフレッシュ工程が実行される。具体的には、バイアス制御回路４１からの制御信号によって帯電バイアス電源４２から帯電装置１５に帯電バイアスを印加し、現像バイアス電源４３から現像ローラ３５に現像バイアスを印加する。また、転写ローラ１８にはトナーが付着しないように転写バイアス電源４４からトナーと逆極性の転写逆バイアスを印加する。

すると、帯電バイアスのＯＦＦ時に感光体ドラム１４上にトナーがベタ黒として飛翔し、現像ローラ３５上のトナーが消費される。その後、感光体ドラム１４上のトナーがクリーニング装置１７によって全て除去されるまでクリーニングが続行され、クリーニングが終了した場合は転写ローラ１８に転写正バイアスを印加し、転写ローラ１８上の逆極性トナーをクリーニングしてリフレッシュ工程を終了する。

このような制御によれば、オゾン吸着の発生し易い低温条件下ではリフレッシュ工程の実行時間、即ち帯電バイアスのＯＮ時間を短縮することで、オゾンによるドラム表面の劣化を抑制することができる。また、トナーがチャージアップし難い高温条件下では帯電バイアスの印加タイミングを早めてリフレッシュ工程の実行時間を延長することで、トナーインストール後の初期画像濃度の低下を抑制することができる。

なお、図７の制御では機外温湿度センサ２３により検知された機外温度を用いてリフレッシュ工程の実行時間を決定したが、機外温度に代えて機外湿度を用いることもできる。その場合、機外湿度を所定の第１基準湿度Ｈ１及び第２基準湿度Ｈ２（＞Ｈ１）と比較することで、図７と全く同様の制御により機外湿度条件に応じたリフレッシュ工程の実行時間を決定することができる。さらに、機外温度及び機外湿度の両方を用いるようにすれば、リフレッシュ工程の実行時間をより一層的確に決定可能となる。

また、機外温湿度センサ２３により定期的に測定される機内温湿度の所定時間当たり（例えば過去３０分間）の平均温度及び平均湿度を算出し、算出された平均温度と平均湿度の少なくとも一方を基準温度、基準湿度と比較してリフレッシュ工程の実行時間を決定するようにしても良い。この制御によれば、リフレッシュ工程の実行時間の決定に温湿度の平均値を用いるので、現像装置内のトナーの状態がより正確に反映された適切な実行時間を決定可能となる。

その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。また、図６に示した帯電バイアス及び現像バイアスの印加タイミングやＯＮ／ＯＦＦの周期も一例に過ぎず、感光体ドラムや現像装置の仕様、使用するトナーの組成等に応じて適宜変更可能である。

また、ここでは機外温湿度センサの検知結果に基づいてリフレッシュ工程を制御しているが、機外温湿度センサに代えて機内温湿度センサで代用することもできるし、２つのセンサからの温湿度情報を用いて制御することも可能である。また、本発明は図１に示すモノクロレーザプリンタに限らず、アナログ方式のモノクロ複写機や、ロータリー式或いはタンデム式のカラー複写機、カラープリンタ、ファクシミリ等、現像装置にトナーを補給するトナーコンテナを備えた種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。

本発明は、像担持体に対向配置されトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体を有し、像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、該現像装置にトナーを補給するトナーコンテナと、帯電バイアスが印加され像担持体表面を帯電させる帯電装置と、を備え、トナーコンテナ交換後に現像装置へトナーを補給する初期トナーインストールモードの際、トナー担持体側から像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、装置内部または外部の環境情報を検知する環境情報検知手段と、該環境情報検知手段の検知結果に基づいてリフレッシュ工程の実行時間を補正する制御手段とを備えたものである。

これにより、初期トナーインストールモードと共にリフレッシュ工程を実行する場合、装置内部または外部の環境情報に応じた最適なリフレッシュ工程の実行時間を設定できるため、リフレッシュ工程における帯電バイアス印加に伴う像担持体の劣化を抑制する効果と、初期トナーインストール直後の画像濃度の低下防止効果とを両立可能な画像形成装置を提供することができる。装置内部または外部の環境情報としては、温湿度センサを用いて温湿度を検知するか、或いは検知された温湿度を平均して用いることができる。

は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。 は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の断面図である。 は、本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。 は、帯電バイアスのＯＮ時間と感光体ドラムの表面電位のバラツキとの関係を示すグラフである。 は、リフレッシュ工程における帯電バイアスのＯＦＦ時間（トナー吐出時間）と初期トナーインストール直後における用紙上のトナー付着量との関係を示すグラフである。 は、リフレッシュ工程における帯電及び現像バイアスのＯＮ／ＯＦＦタイミングを示すタイミングチャートである。 は、本発明の画像形成装置において実行される初期トナーインストールモードの制御例を示すフローチャートである。

符号の説明

１４ 感光体ドラム（像担持体）
１５ 帯電装置
１６ 現像装置
１７ クリーニング装置
１９ 転写ローラ
２０ トナーコンテナ
２３ 機外温湿度センサ
３５ 現像ローラ（トナー担持体）
４１ バイアス制御回路
４２ 帯電バイアス電源
４３ 現像バイアス電源
４４ 転写バイアス電源
９０ 制御部（制御手段）
９１ ＣＰＵ
９２ ＲＯＭ
９３ ＲＡＭ
１００ 画像形成装置

Claims (6)

1. 像担持体に対向配置されトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体を有し、像担持体表面に静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、
   該現像装置にトナーを補給するトナーコンテナと、
   帯電バイアスが印加され前記像担持体表面を帯電させる帯電装置と、を備え、
   前記トナーコンテナ交換後に前記現像装置へトナーを補給する初期トナーインストールモードの際、前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、
   装置内部または外部の温湿度を検知する温湿度検知センサと、該温湿度検知センサの検知結果に基づいて前記リフレッシュ工程の実行時間を補正する制御手段と、を備え、
   前記リフレッシュ工程の実行中は、前記帯電装置に帯電バイアスを所定の周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返しながら印加するとともに、前記温湿度検知センサにより検知された装置内部または外部の温湿度が高温高湿になるほど帯電バイアスの累積ＯＦＦ時間を長くすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記温湿度検知センサにより検知された装置内部または外部の温湿度が低温低湿になるほど帯電バイアスの累積ＯＮ時間を短くすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記温湿度検知センサにより検知された装置内部または外部の温湿度が高温高湿になるほど帯電バイアスの印加開始タイミングを早くすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記温湿度検知センサにより検知された初期トナーインストールモード開始時点の温度と湿度のうち、少なくとも一方が第１基準温度Ｔ１若しくは第１基準湿度Ｈ１以下のとき、前記リフレッシュ工程の実行時間を段階的に短縮することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記温湿度検知センサにより検知された初期トナーインストールモード開始時点の温度と湿度のうち、少なくとも一方が第２基準温度Ｔ２（＞Ｔ１）若しくは第２基準湿度Ｈ２（＞Ｈ１）を超えるとき、前記リフレッシュ工程の実行時間を段階的に延長することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記温湿度検知センサにより検知された温度の平均値または湿度の平均値を前記基準値と比較して前記リフレッシュ工程の実行時間を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。

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