JP6589596B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法に関する。

画像形成装置は、現像部中の劣化トナー（弱帯電トナーや未帯電トナー）を、現像バイアス電位と像担持体である感光体の帯電電位（表面電位）との電位差（以下、「かぶりマージン電位」と記述する）を小さくすることで、現像部から感光体へ排出する機能を持っている。この種の画像形成装置において、低カバレッジの画像を連続してプリントした場合、長時間に亘って現像部内で撹拌されたトナーは、フレッシュなトナーと比較して外添剤の埋没や離脱が進行する。その結果、低カバレッジが連続した場合、トナーの劣化が促進される。

従来、低カバレッジの画像を連続してプリントする際に、かぶりマージン電位を変化させ、帯電不良トナーを感光体表面に強制付着させることで、現像部外へ排出する技術がある（例えば、特許文献１参照）。また、現像剤消費量の検知結果に基づいて、像担持体の非作像領域にて、現像剤の所定の極性とは逆極性に帯電した現像剤を強制消費する技術がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−５１４５８号公報 特開２００４−２９１０４号公報

上記の特許文献１に記載の技術と特許文献２に記載の技術とを組み合わせることで、画像カバレッジを検出し、トナーが劣化しやすい低カバレッジ時に、非作像領域に劣化トナーを排出して現像部内の劣化トナーを低減させる技術は容易に想到し得る。しかし、低カバレッジの画像を連続してプリントした場合のトナーの劣化については、特許文献１に記載の技術、特許文献２に記載の技術、あるいはそれらを組み合わせた技術では抑制することができない。

本発明は、低カバレッジの画像を連続してプリントした場合でも、より効率よくトナーの劣化を抑制することができる画像形成装置及び画像形成方法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、本発明の画像形成装置は、
像担持体の帯電電位または現像バイアス電位を制御する制御部を有する画像形成装置であって、
制御部は、出力する画像のカバレッジが第１所定値以下の場合、像担持体の帯電電位または現像バイアス電位を制御することにより、像担持体の帯電電位と現像バイアス電位との電位差を初期設定値よりも小さく設定し、トナー濃度目標値を第１所定値よりも高い第２所定値以上の場合のトナー濃度目標値よりも高く設定し、
第１所定値以下のカバレッジの時間を積算し、その積算時間の一定区間における平均カバレッジが所定の時間続いた後、カバレッジが第２所定値以上のとき、
電位差を初期設定値よりも小さく設定する制御を継続したまま、トナー濃度目標値をカバレッジが第２所定値以上の場合の値に変更し、
トナー濃度が所定の劣化トナー排出モード閾値に到達するまでトナー補給動作を制限する
ことを特徴とする。

また、本発明の画像形成方法は、
像担持体の帯電電位または現像バイアス電位の制御が可能であり、
出力する画像のカバレッジが第１所定値以下の場合、像担持体の帯電電位または現像バイアス電位を制御することにより、像担持体の帯電電位と現像バイアス電位との電位差を初期設定値よりも小さく設定し、トナー濃度目標値をカバレッジが第１所定値よりも高い第２所定値以上の場合のトナー濃度目標値よりも高く設定し、第１所定値以下のカバレッジの時間を積算し、その積算時間の一定区間における平均カバレッジが所定の時間続いた後、カバレッジが第２所定値以上のとき、電位差を初期設定値よりも小さく設定する制御を継続したまま、トナー濃度目標値をカバレッジが第２所定値以上の場合の値に変更し、
トナー濃度が所定の劣化トナー排出モード閾値に到達するまでトナー補給動作を制限する。

上記構成の画像形成装置あるいは画像形成方法において、カバレッジが所定値以下の低カバレッジのトナー濃度目標値を、カバレッジが所定値を超える場合のトナー濃度目標値よりも高く設定する。これにより、現像部内のトナー各々が単位時間あたりに受けるストレスを相対的に低減できる。

本発明によれば、現像部内のトナーが単位時間あたりに受けるストレスを相対的に低減できるため、より効率よくトナーの劣化を抑制し、劣化トナー及び準劣化トナーの発生を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置のシステム構成の概略を示す全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置の各部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 ０％カバレッジ印字時（実線）と５％カバレッジ印字時（破線線）の現像部中のトナー帯電量の分布を示す図である。 低カバレッジの画像を連続してプリントした後に、高カバレッジの画像を連続してプリントした場合の０％カバレッジ印字時（実線）と５％カバレッジ印字時（破線線）の現像部中のトナー帯電量の分布を示す図である。 かぶりマージン電位が小さくなると、劣化トナーが感光体の非露光部（白地部）に移動しやすくなることについて説明する図である。 低カバレッジの画像を連続してプリントした後に、高カバレッジの画像をプリントした場合における現像部中の劣化トナーの変化を示す図である。 実施例１の低カバレッジ時の制御について説明する図である。 実施例２の低カバレッジ画像を連続してプリントした後、画像カバレッジが高カバレッジ画像に切り替わった場合の制御について説明する図である。 実施例２の制御による現像部中の劣化トナー量の変化（低カバレッジ後の高カバレッジにおける現像部中の劣化トナー量の変化）について説明する図である。 実施例３の各制御パラメータについて説明する図である。 実施例４のトナー劣化抑制の簡易的な制御の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。本発明は実施形態に限定されるものではなく、実施形態における種々の数値などは例示である。なお、以下の説明や各図において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

［画像形成装置の構成例］
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置のシステム構成の概略を示す全体構成図である。本実施形態では、複写機に適用する場合を例に挙げている。

図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１は、静電気を用いて用紙Ｓに画像を形成する電子写真方式を採用しており、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色のトナーを重ね合わせるタンデム形式のカラー画像形成装置である。この画像形成装置１は、原稿搬送部１０と、用紙収納部２０と、画像読取部３０と、画像形成部４０と、中間転写ベルト５０と、２次転写部６０と、定着部７０と、制御基板８０とを有する構成となっている。

原稿搬送部１０は、原稿Ｇをセットする原稿給紙台１１と、複数のローラ１２と、搬送ドラム１３と、搬送ガイド１４と、原稿排出ローラ１５と、原稿排出トレイ１６とを有している。原稿給紙台１１にセットされた原稿Ｇは、複数のローラ１２及び搬送ドラム１３によって、画像読取部３０の読取位置に１枚ずつ搬送される。搬送ガイド１４及び原稿排出ローラ１５は、複数のローラ１２及び搬送ドラム１３により搬送された原稿Ｇを原稿排出トレイ１６に排出する。

用紙収納部２０は、装置本体の下部に配置されており、用紙Ｓのサイズや種類に応じて複数設けられている。この用紙Ｓは、給紙部２１により給紙されて搬送部２３に送られ、搬送部２３によって転写位置である２次転写部６０に搬送される。また、用紙収納部２０の近傍には、手差部２２が設けられている。この手差部２２からは、ユーザによってセットされる、用紙収納部２０に収納されていないサイズの用紙やタグを有するタグ紙、ＯＨＰシート等の特殊紙が転写位置へ送られる。

画像読取部３０は、原稿搬送部１０により搬送された原稿Ｇ又は原稿台３１に載置された原稿の画像を読み取って、画像データを生成する。具体的には、原稿Ｇの画像がランプＬによって照射される。このランプＬからの照射光に基づく原稿Ｇからの反射光は、第１ミラーユニット３２、第２ミラーユニット３３、レンズユニット３４の順に導かれて、撮像素子３５の受光面に結像する。撮像素子３５は、入射した光を光電変換して所定の画像信号を出力する。撮像素子３５から出力された画像信号は、Ａ／Ｄ変換されることにより画像データとして作成される。

また、画像読取部３０は、画像読取制御部３６を有している。画像読取制御部３６は、Ａ／Ｄ変換によって作成された画像データに、シェーディング補正やディザ処理、圧縮等の周知の画像処理を施して、制御基板８０に搭載されたＲＡＭ（不図示）に格納する。なお、画像データは、画像読取部３０から出力されるデータに限定されず、画像形成装置１に接続されたパーソナルコンピュータや他の画像形成装置などの外部装置から受信したデータであってもよい。

用紙収納部２０と画像読取部３０との間には、画像形成部４０と像担持体である中間転写ベルト５０とが配置されている。画像形成部４０は、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成するために、第１〜第４の４つの画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋを有する。

第１の画像形成ユニット４０Ｙは、イエローのトナー像を形成し、第２の画像形成ユニット４０Ｍは、マゼンダのトナー像を形成する。また、第３の画像形成ユニット４０Ｃは、シアンのトナー像を形成し、第４の画像形成ユニット４０Ｋは、ブラックのトナー像を形成する。これら４つの画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋは、それぞれ同一の構成を有している。したがって、ここでは、第１の画像形成ユニット４０Ｙについて説明する。

第１の画像形成ユニット４０Ｙは、像担持体であるドラム状の感光体（感光体ドラム）４１と、感光体４１の周囲に配置された帯電部４２と、露光部４３と、現像部４４と、クリーニング部４５とを有している。感光体４１は、不図示の駆動モータによる駆動の下に回転する。帯電部４２は、感光体４１に電荷を与えることにより感光体４１の表面を一様に帯電する。露光部４３は、原稿Ｇから読み取られた画像データ又は外部装置から送信された画像データに基づいて、感光体４１の表面に対して例えばレーザビームによって露光を行うことにより、感光体４１上に静電潜像を形成する。

現像部４４は、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いて、感光体４１上に形成された静電潜像を現像する。トナーは、画像を形成する粒子である。キャリアは、現像部４４内でのトナーとの混合において摩擦帯電によりトナーに適正な電荷を与える機能と、感光体４１と対向する現像領域にトナーを搬送する機能と、感光体４１上の静電潜像にトナーが忠実に現像できるように現像電界を形成する機能とを持っている。現像部４４には、感光体４１に現像剤を供給する現像スリーブ４６を有している。この現像部４４は、感光体４１に形成された静電潜像にイエローのトナーを付着させる。これにより、感光体４１の表面には、イエローのトナー像が形成される。

なお、第２の画像形成ユニット４０Ｍの現像部４４は、感光体４１にマゼンタのトナーを付着させ、第３の画像形成ユニット４０Ｃの現像部４４は、感光体４１にシアンのトナーを付着させる。そして、第４の画像形成ユニット４０Ｋの現像部４４は、感光体４１にブラックのトナーを付着させる。

クリーニング部４５は、感光体４１の表面に残留しているトナーを除去する。

感光体４１上に付着したトナーは、中間転写体である中間転写ベルト５０に転写される。中間転写ベルト５０は、無端状に形成されており、複数のローラに掛け渡されている。この中間転写ベルト５０は、不図示の駆動モータによる駆動の下に、感光体４１の回転（移動）方向とは逆方向に回転する。

中間転写ベルト５０における各画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋの感光体４１と対向する位置には、１次転写部５１が設けられている。この１次転写部５１は、中間転写ベルト５０にトナーと逆極性の電圧を印加させることで、感光体４１上に付着したトナーを中間転写ベルト５０に転写する。

そして、中間転写ベルト５０が回転することで、４つの画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，４０Ｋで形成されたトナー像が、中間転写ベルト５０の表面に順次転写される。これにより、中間転写ベルト５０上には、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックのトナー像が重なり合うことによってカラー画像が形成される。

また、中間転写ベルト５０に対向した状態でベルトクリーニング装置５３が設けられている。このベルトクリーニング装置５３は、用紙Ｓへのトナー画像の転写を終えた中間転写ベルト５０の表面を清掃する。

中間転写ベルト５０の近傍で、かつ搬送部２３の用紙搬送方向の下流には、２次転写部６０が配置されている。この２次転写部６０は、搬送部２３によって搬送されてきた用紙Ｓを中間転写ベルト５０に接触させることにより、中間転写ベルト５０の外周面上に形成されたトナー像を用紙Ｓに転写する。

２次転写部６０は、２次転写ローラ６１を有している。２次転写ローラ６１は、対向ローラ５２に圧接されている。そして、２次転写ローラ６１と中間転写ベルト５０とが接触する部分は、２次転写ニップ部６２となる。この２次転写ニップ部６２の位置は、中間転写ベルト５０の外周面上に形成されたトナー像を用紙Ｓに転写する転写位置である。

２次転写部６０における用紙Ｓの排出側には、定着部７０が設けられている。この定着部７０は、用紙Ｓを加圧及び加熱して、転写されたトナー像を用紙Ｓに定着させる。定着部７０は、例えば、一対の定着部材である定着上ローラ７１及び定着下ローラ７２で構成されている。定着上ローラ７１及び定着下ローラ７２は、互いに圧接した状態で配置されており、定着上ローラ７１と定着下ローラ７２との圧接部として定着ニップ部が形成される。

定着上ローラ７１の内部には、加熱部が設けられている。この加熱部からの輻射熱により定着上ローラ７１のローラ部が温められる。そして、定着上ローラ７１のローラ部の熱が用紙Ｓへ伝達されることにより、用紙Ｓ上のトナー像が定着される。

用紙Ｓは、２次転写部６０によってトナー像が転写された面（定着対象面）が定着上ローラ７１と向き合うように搬送され、定着ニップ部を通過する。したがって、定着ニップ部を通過する用紙Ｓには、定着上ローラ７１と定着下ローラ７２とによる加圧と、定着上ローラ７１のローラ部の熱による加熱が行われる。

定着部７０の用紙Ｓの搬送方向の下流には、切換ゲート２４が配置されている。切換ゲート２４は、定着部７０を通過した用紙Ｓの搬送路を切り換える。すなわち、切換ゲート２４は、用紙Ｓの片面への画像形成におけるフェースアップ排紙を行う場合に、用紙Ｓを直進させる。これにより、用紙Ｓは、一対の排紙ローラ２５によって排紙される。また、切換ゲート２４は、用紙Ｓの片面への画像形成におけるフェースダウン排紙を行う場合、及び用紙Ｓの両面への画像形成を行う場合に、用紙Ｓを下方に案内する。

フェースダウン排紙を行う場合は、切換ゲート２４によって用紙Ｓを下方に案内した後に、用紙反転搬送部２６によって用紙Ｓの表裏を反転して上方に搬送する。これにより、表裏が反転された用紙Ｓは、一対の排紙ローラ２５によって排紙される。用紙Ｓの両面への画像形成を行う場合は、切換ゲート２４によって用紙Ｓを下方に案内した後に、用紙反転搬送部２６によって用紙Ｓの表裏を反転する。そして、表裏が反転された用紙Ｓは、再給紙路２７によって再び転写位置へ送られる。

一対の排紙ローラ２５の下流側には、用紙Ｓを折ったり、用紙Ｓに対してステープル処理等を行ったりする後処理装置を配置してもよい。

［画像形成装置の各部のハードウェア構成］
次に、画像形成装置１の各部のハードウェア構成について、図２を参照して説明する。図２は、画像形成装置１の各部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

図２に示すように、画像形成装置１は、制御部１００を備えている。この制御部１００は、上述の制御基板８０（図１参照）上に構成されている。

制御部１００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム等を記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）１０２と、ＣＰＵ１０１の作業領域として使用されるＲＡＭ（Random Access Memory）１０３とを有している。なお、ＲＯＭ１０２としては、例えば、通常電気的に消去可能なプログラマブルＲＯＭを用いることができる。

ＲＡＭ１０３には、画像形成部４０で形成（プリント／出力）する画像のカバレッジの情報や、現像剤走行時間（現像剤の耐久情報）の計測情報等が記憶される。カバレッジの情報は、一般的に、トナー濃度制御に用いられる。カバレッジとしては、例えば、ＣＰＵ１０１による制御の下に、画像形成部４０で形成した画像のカバレッジの他、当該カバレッジを積算して算出する一定区間の平均カバレッジが用いられる。カバレッジ、平均カバレッジの各情報や現像剤走行時間の計測情報は、後述するトナーの劣化抑制の制御の際に用いられる。

ＣＰＵ１０１は、画像形成装置１の全体を制御する。このＣＰＵ１０１は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０４、操作表示部１０５、トナー濃度センサ１０６及び通信部１０７にそれぞれシステムバス１０８を介して接続されている。さらに、ＣＰＵ１０１は、画像読取部３０、画像処理部９０、画像形成部４０、給紙部２１及び定着部７０にそれぞれシステムバス１０８を介して接続されている。

ＨＤＤ１０４は、画像読取部３０で読み取って得た原稿画像の画像データを記憶したり、出力済みの画像データ等を記憶したりする。操作表示部１０５は、液晶表示装置（ＬＣＤ）や有機ＥＬＤ（Electro Luminescence Display）等のディスプレイからなるタッチパネルである。この操作表示部１０５は、ユーザに対する指示メニューや取得した画像データに関する情報等を表示する。さらに、操作表示部１０５は、複数のキーを備え、ユーザのキー操作による各種の指示、文字、数字などのデータの入力を受け付けて、入力信号を制御部１００に出力する。

トナー濃度センサ１０６は、現像部４４内に配置され、後述するトナー濃度の制御のために、現像部４４のトナー濃度を検出する。トナー濃度センサ１０６として、例えば、現像剤の透磁率の変化を検知する透磁率検知型トナー濃度センサを用いることができる。ただし、トナー濃度センサ１０６としては、透磁率検知型トナー濃度センサに限られるものではない。トナー濃度センサ１０６の検出値は、システムバス１０８を介して制御部１００に供給される。

通信部１０７は、外部の情報処理装置の一例であるＰＣ（パーソナルコンピュータ）１２０から送信されるジョブ情報を、通信回線１１０を介して受け取る。そして、受け取ったジョブ情報を、システムバス１０８を介して制御部１００に送る。ジョブ情報には、形成する画像の画像データと、その画像データに対応付けられた使用する用紙の種類及び枚数などの情報が含まれている。

なお、本実施形態では、外部装置としてパーソナルコンピュータを適用した例を説明したが、これに限定されるものではなく、外部装置としては、例えばファクシミリ装置等その他各種の装置を適用することができる。

画像読取部３０は、原稿画像を光学的に読み取って電気信号に変換する。例えば、カラー原稿を読み取る場合は、一画素当たりＲＧＢ各１０ビットの階調の輝度情報を持つ画像データを生成する。画像読取部３０によって生成された画像データや、画像形成装置１に接続された外部装置の一例であるＰＣ１２０から送信される画像データは、画像処理部９０に送られ、画像処理される。画像処理部９０は、受信した画像データに対してアナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮、周期ムラ（画像の周期的な濃度ムラ）補正等の処理を行う。

例えば、画像形成装置１でカラー画像を形成する場合、画像読取部３０等によって生成されたＲ・Ｇ・Ｂの画像データを画像処理部９０における色変換ＬＵＴ（Look Up Table）に入力する。そして、画像処理部９０は、Ｒ・Ｇ・ＢデータをＹ・Ｍ・Ｃ・Ｋの画像データに色変換する。そして、色変換した画像データに対して、階調再現特性の補正、濃度補正ＬＵＴを参照した網点などのスクリーン処理、あるいは細線を強調するためのエッジ処理などを行う。周期ムラ補正の詳細については後述する。

制御部１００は、ＣＰＵ１０１による制御の下に、画像形成装置１の全体を制御する。具体的には、制御部１００は、画像形成部４０を駆動制御し、画像濃度制御用のトナー像または画像形成用のトナー像を形成し、中間転写ベルト５０に１次転写するとともに、２次転写部６０を駆動制御し、中間転写ベルト５０が担持するトナー画像を用紙Ｓに２次転写する。また、制御部１００は、定着部７０を駆動制御し、用紙Ｓを加圧及び加熱して、トナー画像を用紙Ｓに定着させる。さらに、制御部１００は、像担持体である感光体４１の帯電電位や現像バイアス電位の制御を行う。

上記構成の画像形成装置１において、トナー消費、トナー補給が極端に少ないプリント動作が長時間続く状態を低カバレッジと呼称し、トナー消費、トナー補給が極端に多いプリント動作が長時間続く状態を高カバレッジと呼称する。

［劣化トナーについて］
低カバレッジの画像を連続してプリントした場合、現像部４４内ではトナーが消費され難くなるため、トナーが現像部４４内で長時間に亘って撹拌される。これにより、トナーに付着している帯電制御剤などの外添剤がトナーに埋没したり、トナーから離脱したりしてしまい、トナーの帯電性能が低下し、図３に示すように、弱帯電トナーや未帯電トナーなどの劣化トナーが増加する。図３には、０％カバレッジ印字時（実線）と５％カバレッジ印字時（破線）の現像部４４中のトナー帯電量の分布を示している。

劣化トナーは、電気的に不安定である。そのため、正常に帯電したトナーが、現像されない感光体４１の非露光部（白地部）に移動してしまう現象が発生する。この現象をトナーかぶり（地肌汚れ）と呼称する。また、劣化トナーは、キャリアに対する付着力も低下する。そのため、現像部４４の現像ローラ上のキャリア穂から離脱して感光体４１上や現像部４４の上部に飛散する不具合が発生する。この不具合をトナーこぼれと呼称する。

ここで、感光体４１の帯電電位（感光体４１おける未露光部電位）をＶ０とし、現像バイアス電位をＶｄｃとする。通常、感光体４１の表面電位Ｖ０と現像バイアス電位の直流成分Ｖｄｃとの間に電位差|Ｖ０−Ｖｄｃ|を持たせることで、トナーかぶりの発生を抑制している。この電位差|Ｖ０−Ｖｄｃ|をかぶりマージン電位と呼称する。かぶりマージン電位は、一般に、トナーかぶりを発生せず、かつ、キャリア付着を発生しない値（以下、「初期設定値」と記述する）に設定される。このかぶりマージン電位が初期設定値よりも小さくなると、図５に示すように、劣化トナーは感光体４１の非露光部（白地部）に移動しやすくなる。

また、低カバレッジの画像を連続してプリントした後、画像カバレッジが高カバレッジの画像に切り替わった場合、通常、高カバレッジの画像で消費されるトナーを補給するために急激なトナー補給が行なわれる。その際、急激に補給されたフレッシュなトナーは帯電性能が高いため優先的に帯電される。これにより、トナー補給を行わずに低カバレッジ画像のプリントに長時間攪拌されたトナー（以下、「準劣化トナー」と記述する）の帯電量が低下して一部が弱帯電トナーや未帯電トナーの劣化トナーとなり、トナーかぶりやトナーこぼれが発生する（図４、図６参照）。

図４には、低カバレッジの画像を連続してプリントした後に、高カバレッジの画像を連続してプリントした場合の０％カバレッジ印字時（実線）と５％カバレッジ印字時（破線線）の現像部４４中のトナー帯電量の分布を示している。また、図６には、低カバレッジの画像を連続してプリントした後に、高カバレッジの画像をプリントした場合における現像部４４中の劣化トナーの変化を示している。図６において、実線は一般技術の場合を示し、破線は非作像領域で劣化トナーを排出する従来技術の場合を示している。また、実線及び破線の太い線は劣化トナーを示し、実線及び破線の細い線は準劣化トナーを示している。

上述したように、低カバレッジの画像を連続してプリントした場合に、トナーの劣化が促進される。また、低カバレッジの画像を連続してプリントした後に、画像カバレッジが高カバレッジに切り替わった場合に、急激なトナー補給によって発生する劣化トナーが増加し、トナーこぼれやトナーかぶりによって画質不良が発生する。

そこで、本実施形態に係る画像形成装置１では、低カバレッジの画像を連続してプリントした場合でも、より効率よくトナーの劣化を抑制できるようにする。以下に、その具体的な実施例について説明する。各実施例の処理は、制御部１００（図２参照）による制御の下に実行されるものとする。以下では、出力（プリント）する画像のカバレッジが第１所定値以下の場合を低カバレッジとし、第１所定値よりも高い第２所定値以上の場合を高カバレッジとして説明する。また、第１所定値と第２所定値との間のカバレッジが通常カバレッジとなる。

［実施例１］
実施例１は、低カバレッジの画像を連続してプリントした場合の制御の例である。実施例１の低カバレッジ時の制御について、図７を用いて説明する。

制御部１００は、プリントする画像のカバレッジが所定値以下の低カバレッジの場合、感光体４１の帯電電位Ｖ０または現像バイアス電位Ｖｄｃを制御することにより、かぶりマージン電位|Ｖ０−Ｖｄｃ|を初期設定値よりも小さく設定する。この制御モードを、劣化トナー排出モード１と呼称する。ここで、「初期設定値」とは、一般に、かぶりマージン電位|Ｖ０−Ｖｄｃ|として設定される、トナーかぶりを発生せず、かつ、キャリア付着を発生しない値である。

劣化トナー排出モード１では、低カバレッジの画像が連続した場合、用紙間のかぶりマージンを小さくして用紙間に劣化トナーを選択的にかぶらせて劣化トナーを現像部４４内から消費する。この劣化トナー排出モード１のとき、プリントする画像が高カバレッジ画像に切り替わることに備えて、低カバレッジのトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｌを、高カバレッジのトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｈよりも高く設定する（図７の１）。

制御部１００には、現像部４４に設けられたトナー濃度センサ１０６（図２参照）によって検出されるトナー濃度Ｔｃの情報が与えられる。制御部１００は、劣化トナー排出モード１において、現像部４４のトナー濃度Ｔｃがトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｌに到達した後も低カバレッジの画像が所定の時間続いた場合、画像形成プロセスにおける非作像領域の割合を増やし、非作像領域にトナー帯を作成する制御を行う（図７の２）。この制御モードを、劣化トナー排出モード２と呼称する。

図７において、制御パラメータＡは、低カバレッジ画像のプリントが続く所定の時間である。制御パラメータＡを一定のプリント枚数とすることもできる。劣化トナー排出モード２では、非作像領域の割合を増やす、例えば用紙間の間隔を広げて生産性を落とす。用紙間の間隔が無限大はジョブの停止を意味する。用紙間の間隔を広げることで、劣化トナーの排出効率を上げ、トナー補給動作を制限する。トナー補給動作の制限には、トナー補給動作の停止も含まれる。ここでは、トナー補給動作を停止するものとする。劣化トナーの排出効率を上げることで、低カバレッジ画像の連続プリントで増加した劣化トナーや準劣化トナーが排出される（図７の３）。

トナー補給動作の停止により、トナー濃度Ｔｃが低下する。トナー濃度Ｔｃが高カバレッジのトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｈよりも小さい所定の劣化トナー排出モード閾値Ｔｃ_ｔｈ１に到達するまでトナー補給動作を停止する。そして、トナー濃度Ｔｃが所定の劣化トナー排出モード閾値Ｔｃ_ｔｈ１まで低下した後、劣化トナー排出モード２を停止し、トナー補給動作を再開して劣化トナー排出モード１に戻る（図７の４）。トナー補給動作が再開されることで、トナー濃度Ｔｃが上がり始める。以降、低カバレッジ画像のプリントが続く限り、同様の処理が繰り返して実行される（図７の５）。

上述したように、実施例１の制御では、低カバレッジ画像のプリント（出力）が連続した場合に、低カバレッジのトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｌを、高カバレッジのトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｈよりも高く設定する。これにより、現像部４４内のトナーが単位時間あたりに受けるストレスを相対的に低減できるため、より効率よくトナーの劣化を抑制し、劣化トナー及び準劣化トナーの発生を抑えることができる。

［実施例２］
実施例２は、低カバレッジの画像を連続してプリントした後、画像カバレッジが高カバレッジの画像に切り替わった場合の制御の例である。実施例２の低カバレッジ画像を連続してプリントした後、画像カバレッジが高カバレッジ画像に切り替わった場合の制御について、図８を用いて説明する。

制御部１００においては、ＣＰＵ１０１による制御の下に、プリント（出力）する画像のカバレッジの時間を積算し、その積算時間の一定区間における平均カバレッジの算出が行われている。ここで、「一定区間」とは、一定のプリント枚数であったり、一定の時間だったりする。

制御部１００は、低カバレッジ画像のプリントを検知後、劣化トナー排出モード１を開始し、低カバレッジのトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｌを、高カバレッジのトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｈよりも高く設定する（図８の１）。その後、制御部１００は、プリント中の画像カバレッジが第２所定値以上で、かつ、一定区間の平均カバレッジが第１所定値以下の状態を検知する。これにより、低カバレッジ画像のプリントが所定の時間続いた後、画像カバレッジが高カバレッジの画像に切り替わったことを検知できる。図８において、制御パラメータＢは、低カバレッジ画像のプリントが続く所定の時間である。制御パラメータＢを一定のプリント枚数とすることもできる。

制御部１００は、低カバレッジの画像から高カバレッジの画像に切り替わったと判断すると、前の低カバレッジ画像のプリントが、所定の時間（制御パラメータＢ）以上であれば、劣化トナー排出モード１を継続したままトナー補給動作を制限する（図８の２）。トナー補給動作の制限には、トナー補給動作の停止も含まれる。ここでは、トナー補給動作を停止するものとする。そして、トナー濃度目標値を、低カバレッジのトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｌから高カバレッジのトナー濃度目標値Ｔｃ_Ｈに下げる。

高カバレッジの画像のプリント動作により、現像部４４内の準劣化トナーと劣化トナーが消費される。用紙間では、劣化トナー排出モード１を継続しているため、劣化トナーの排出も進む（図８の３）。

トナー補給動作の停止により、トナー濃度Ｔｃが低下する。トナー濃度Ｔｃが所定の劣化トナー排出モード閾値Ｔｃ_ｔｈ２に到達するまでトナー補給を停止する。そして、トナー濃度Ｔｃが所定の劣化トナー排出モード閾値Ｔｃ_ｔｈ２まで低下した後、劣化トナー排出モード１を停止し、トナー補給動作を再開する（図８の４）。

実施例２の制御による現像部４４中の劣化トナー量の変化、即ち低カバレッジ後の高カバレッジにおける現像部４４中の劣化トナー量の変化について、図９を用いて説明する。図９において、実線は実施例２の場合を示し、破線は非作像領域で劣化トナーを排出する従来技術の場合を示している。また、実線及び破線の太い線は劣化トナーを示し、実線及び破線の細い線は準劣化トナーを示している。

低カバレッジでは、トナー濃度センサ１０６（図２参照）の検知結果に基づく周知のトナー濃度制御によってトナー濃度を高めに制御する（図９の１）。そして、画像カバレッジが低カバレッジから高カバレッジに切り替わった場合、トナー補給動作を制限（停止を含む）する（図９の２）。図９にハッチングで示した区間が、トナー補給制限期間となっている。

このトナー補給制限期間では、非作像領域での劣化トナーの排出を継続しながら、高カバレッジ画像のプリントで準劣化トナーの消費が行われる（図９の３）。また、高カバレッジに追従するようにトナー補給量を戻しても、準劣化トナーを排出した後なので、劣化トナーの増加は発生しない（図９の４）。

上述したように、実施例２では、画像カバレッジが低カバレッジから高カバレッジに切り替わった際に、非作像領域における劣化トナー排出モード１の制御を継続しつつ、消費トナーに対してトナー補給を少なくする、または停止する。これにより、低カバレッジ画像のプリント時に現像部４４内で長時間撹拌されて発生した準劣化トナーを優先的に消費して、現像部４４外に排出することができる。

また、トナー濃度が所定の劣化トナー排出モード閾値Ｔｃ_ｔｈ２（高カバレッジ画像でもベタ濃度が最低限維持できるトナー濃度）まで低下した後、トナー補給量を増やす、またはトナー補給を開始する。これにより、低カバレッジ時にトナー濃度を事前に高く制御して高カバレッジに切り替わった後にフレッシュトナーの補給を減らして現像部４４内の準劣化トナーを優先的に消費することができるため、急激なトナー補給によるトナーこぼれやトナーかぶりを抑制することができる。

［実施例３］
実施例３は、劣化トナー排出モード１，２を制御するための各制御パラメータの例である。実施例３の各制御パラメータについて、図１０を用いて説明する。

図１０において、制御パラメータＡは、実施例１において、低カバレッジ画像のプリントが続く所定の時間（または、一定のプリント枚数）であり、低カバレッジのトナー濃度が低カバレッジのトナー目標値Ｔｃ_Ｌに到達してからの低カバレッジの積算値でもある。現像剤の耐久が進むほど劣化トナーが増えるため、制御パラメータＡの値を現像剤走行時間に応じて制御する、例えば通常カバレッジ時よりも小さく制御する。

制御パラメータＢは、実施例２において、低カバレッジから高カバレッジに切り替わったと判断した場合の、前の低カバレッジの継続時間であり、低カバレッジから高カバレッジに切り替わったときの低カバレッジの積算値（区間カバレッジ）でもある。制御パラメータＢは、現像部４４内で長時間撹拌されたトナーがどれだけ準劣化状態になっているかを示す指標となる。現像剤の耐久が進むほどトナーが帯電し難くなる（準劣化トナーになりやすい）ため、制御パラメータＢの値を現像剤走行時間に応じて制御する、例えば通常カバレッジ時よりも小さく制御する。

制御パラメータＣは、低カバレッジ時のトナー目標値Ｔｃ_Ｌである。現像剤が新しいほど帯電性能が良いため、低カバレッジ時のトナー目標値Ｔｃ_Ｌについては、通常カバレッジ時よりも高く制御する。制御パラメータＤは、低カバレッジ後の高カバレッジ時の劣化トナー排出モード閾値Ｔｃ_ｔｈ２である。現像剤が新しいほど現像性が良いので、低カバレッジ後の高カバレッジ時の劣化トナー排出モード閾値Ｔｃ_ｔｈ２を現像剤走行時間に応じて制御する、例えば通常カバレッジ時よりも低く制御する。

上述した制御パラメータＡ〜Ｄの現像剤走行時間に対する値を示す制御テーブルの一例を表１に示す。表１において、ｐはプリント枚数である。また、現像剤走行時間の計測情報は、制御部１００によって管理されている。

図１０において、制御パラメータＥは、低カバレッジから高カバレッジに切り替わった後のトナー補給制限の度合いである。制御パラメータＢの値が大きい場合は、制御パラメータＥの傾きが大きくなるようにトナー補給を制御する。現像部４４内の準劣化トナーの量が多いほど低カバレッジ後の高カバレッジ時のトナー補給制限を大きくする、即ちトナー補給量を小さくする。制御パラメータＥの傾き最大は、トナー補給制限最大、即ちトナー補給停止ということになる。

制御パラメータＢの値と制御パラメータＥの傾きの関係を示す制御テーブルの一例を表２に示す。

［実施例４］
実施例４は、実施例１及び実施例２のトナー劣化抑制の簡易的な制御の例である。図１１は、実施例４のトナー劣化抑制の簡易的な制御の一例を示すフローチャートである。実施例４の制御フローは、制御部１００のＣＰＵ１０１（図２参照）による制御の下に実行される。ここでは、一例として、通常カバレッジのトナー濃度目標値を４％とする。

（実施例１の制御）
ＣＰＵ１０１は、まず、プリントする画像カバレッジを判断し（ステップＳ１１）、低カバレッジ画像（例えば、黒化率１％以下）である場合、図７に示した実施例１の低カバレッジ時の制御を行う。具体的には、ＣＰＵ１０１は、プリントする画像カバレッジが低カバレッジ画像の場合、感光体４１の帯電電位Ｖ０を、かぶりマージン電位|Ｖ０−Ｖｄｃ|が２０Ｖになるまで下げて劣化トナー排出モード１を開始し、トナー濃度目標値を４％から例えば６％に上げる（ステップＳ１２）。

次に、ＣＰＵ１０１は、低カバレッジのプリント枚数が例えば１０ｋｐ続いた否かを判断し（ステップＳ１３）、１０ｋｐ続いた場合は（Ｓ１３のＹＥＳ）、ジョブを停止し、トナー補給も停止する（ステップＳ１４）。このとき同時に、像担持体（感光体４１）を回転させながらトナー帯を像担持体上に作成する劣化トナー排出モード２を開始する。１０ｋｐ続いていない場合は（Ｓ１３のＮＯ）、本制御フローの処理を終了する。

次に、ＣＰＵ１０１は、トナー濃度Ｔｃが劣化トナー排出モード閾値Ｔｃ_ｔｈ１、例えば２．４％まで低下したか否かを判断する（ステップＳ１５）。次いで、ＣＰＵ１０１は、トナー濃度Ｔｃが２．４％まで低下したのであれば（Ｓ１５のＹＥＳ）、劣化トナー排出モード２を停止し、トナー補給とジョブを再開し（ステップＳ１６）、本制御フローの処理を終了する。そして、低カバレッジ画像が続く限り、本制御フローの一連の処理を繰り返す。トナー濃度Ｔｃが２．４％まで低下していなければ（Ｓ１５のＮＯ）、ステップＳ１４に戻る。

（実施例２の制御）
ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１１でプリントする画像カバレッジが、高カバレッジ画像（例えば、黒化率２５％以上）であると判断した場合、図８に示した実施例２の低カバレッジ画像を連続してプリントした後、画像カバレッジが高カバレッジ画像に切り替わった場合の制御を行う。具体的には、ＣＰＵ１０１は、高カバレッジ画像であると判断した場合、その前の低カバレッジ画像が図８の制御パラメータに相当する一定のプリント枚数、例えば５ｋｐ以上続いたか否かを判断する（ステップＳ１７）。

ＣＰＵ１０１は、低カバレッジ画像が５ｋｐ以上続いた場合（Ｓ１７のＹＥＳ）、低カバレッジ画像を連続してプリントした後、画像カバレッジが高カバレッジ画像に切り替わったものと判断する。そして、ＣＰＵ１０１は、低カバレッジ時に行っていた劣化トナー排出モード１を継続したままトナー補給を停止する（ステップＳ１８）。

次に、ＣＰＵ１０１は、トナー濃度Ｔｃが劣化トナー排出モード閾値Ｔｃ_ｔｈ２、例えば２．４％まで低下したか否かを判断する（ステップＳ１９）。次いで、ＣＰＵ１０１は、トナー濃度Ｔｃが２．４％まで低下したのであれば（Ｓ１９のＹＥＳ）、トナー補給を再開し（ステップＳ２０）、２．４％まで低下していなければ（Ｓ１９のＮＯ）、ステップＳ１８に戻る。次に、ＣＰＵ１０１は、画像カバレッジが低カバレッジ以外であるならば劣化トナー排出モード１を停止し、トナー濃度目標値を６％から４％に戻し（ステップＳ２１）、本制御フローの処理を終了する。

ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１１でプリントする画像カバレッジが通常カバレッジと判断した場合、あるいは、ステップＳ１７で低カバレッジ画像が５ｋｐ以上続いていないと判断した場合（Ｓ１７のＮＯ）は、ステップＳ２１の処理を実行した後、本制御フローの処理を終了する。

［変形例］
以上、本発明について実施例を用いて説明したが、本発明は上記実施例に記載の範囲には限定されない。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で上記実施例に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１として複写機を例に挙げたが、この適用例に限られるものではない。すなわち、本発明は、複写機の他、プリンタ装置、ファクシミリ装置、印刷機、複合機など、電子写真方式の画像形成装置全般に対して適用可能である。

１…画像形成装置、 １０…原稿搬送部、 ２０…用紙収納部、 ３０…画像読取部、 ４０…画像形成部、 ４１…感光体、 ４４…現像部、 ５０…中間転写ベルト、 ５１…１次転写部、 ６０…２次転写部、 ７０…定着部、 ８０…制御基板、 ９０…画像処理部、 １００…制御部、 １０６…トナー濃度センサ

Claims (10)

1. 像担持体の帯電電位または現像バイアス電位を制御する制御部を有する画像形成装置であって、
   前記制御部は、出力する画像のカバレッジが第１所定値以下の場合、前記像担持体の帯電電位または前記現像バイアス電位を制御することにより、前記像担持体の帯電電位と前記現像バイアス電位との電位差を初期設定値よりも小さく設定し、トナー濃度目標値を前記カバレッジが前記第１所定値よりも高い第２所定値以上の場合のトナー濃度目標値よりも高く設定し、
   前記第１所定値以下のカバレッジの時間を積算し、その積算時間の一定区間における平均カバレッジが所定の時間続いた後、前記カバレッジが前記第２所定値以上のとき、
   前記電位差を前記初期設定値よりも小さく設定する制御を継続したまま、前記トナー濃度目標値を前記カバレッジが前記第２所定値以上の場合の値に変更し、
   前記トナー濃度が所定の劣化トナー排出モード閾値に到達するまでトナー補給動作を制限する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、現像部のトナー濃度が前記トナー濃度目標値に到達してから前記第１所定値以下のカバレッジの状態が所定の時間が経過した場合、画像形成プロセスにおける非作像領域の割合を増やし、前記非作像領域にトナー帯を作成する制御を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記トナー濃度が所定の劣化トナー排出モード閾値に到達するまでトナー補給動作を制限する
   ことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記所定の劣化トナー排出モード閾値は、前記カバレッジが前記第２所定値以上の場合のトナー濃度目標値よりも小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、現像剤の走行時間に応じて、前記トナー濃度が前記トナー濃度目標値に到達してからの前記所定の時間を変更する
   ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御部は、現像剤の走行時間に応じて、前記第１所定値以下のカバレッジの積算時間を変更する
   ことを特徴とする請求項１または４に記載の画像形成装置。
7. 前記制御部は、現像剤の走行時間に応じて、前記カバレッジが所定値以下の場合のトナー濃度目標値を変更する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記制御部は、現像剤の走行時間に応じて、前記所定の劣化トナー排出モード閾値を変更する
   ことを特徴とする請求項１または４に記載の画像形成装置。
9. 前記制御部は、前記第１所定値以下のカバレッジの積算時間に応じて、前記トナー補給動作の制限を変更する
   ことを特徴とする請求項１または４に記載の画像形成装置。
10. 像担持体の帯電電位または現像バイアス電位の制御が可能であり、
    出力する画像のカバレッジが第１所定値以下の場合、前記像担持体の帯電電位または前記現像バイアス電位を制御することにより、前記像担持体の帯電電位と前記現像バイアス電位との電位差を初期設定値よりも小さく設定し、トナー濃度目標値を前記カバレッジが前記第１所定値よりも高い第２所定値以上の場合のトナー濃度目標値よりも高く設定し、
    前記第１所定値以下のカバレッジの時間を積算し、その積算時間の一定区間における平均カバレッジが所定の時間続いた後、前記カバレッジが前記第２所定値以上のとき、
    前記電位差を前記初期設定値よりも小さく設定する制御を継続したまま、前記トナー濃度目標値を前記カバレッジが前記第２所定値以上の場合の値に変更し、
    前記トナー濃度が前記所定の劣化トナー排出モード閾値に到達するまでトナー補給動作を制限する
    ことを特徴とする画像形成方法。

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