JP6594186B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式や静電記録方式等の画像形成装置に関し、特に、非磁性のトナーと磁性キャリアとの混合物である二成分現像剤を利用する画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置は、複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、及びこれらの複数の機能を有する複合機等として広く応用されている。これらの画像形成装置において画像形成のために使用される現像剤としては、外添剤が添加された非磁性のトナーと磁性のキャリアとの混合物である二成分現像剤（以下、現像剤という）が普及している。外添剤は、トナーの表面に付着することで、トナーの流動性を向上している。

現像装置では、現像剤に対して攪拌や現像スリーブへの汲み上げが行われ、現像剤は機械的ストレスを強度に、かつ継続的に受けてしまうことがある。このため、外添剤がトナーの表面から削り取られて遊離し、遊離した外添剤がキャリアの表面に付着して汚染し、キャリア帯電能が低下してしまう場合がある。

これを解決するために、現像スリーブの近傍に層厚規制ブレードを設けて、現像剤に所定の強さのストレスを与えて摺接することで、キャリアに付着した外添剤を削り取るようにした画像形成装置が開発されている（特許文献１（段落００４４（５））参照）。この画像形成装置によれば、現像剤に所定の強さのストレスを与えることで、特に静電力により高付着力となってキャリアに付着した外添剤がトナー側に埋め込まれ、キャリア帯電能の低下が抑制される。

特開２００６−２５９０８８号公報

しかしながら、上述した特許文献１の画像形成装置では、外添剤によるキャリアの汚染の程度によらず、現像剤に対して一律である所定の強さのストレスを与えている。このため、外添剤によるキャリアの汚染度が高い場合には、キャリア表面からの外添剤の削り取りが不十分になってしまう。また、外添剤によるキャリアの汚染度が低い場合には、現像剤に対して必要以上のストレスを付与してしまうことになり、トナースペントの発生を極力回避する観点から好ましくない。

本発明は、外添剤によるキャリアの汚染度に応じて、キャリア帯電能の低下を抑制できる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、外添剤が添加されたトナー及びキャリアを有する現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、静電像を担持可能な像担持体と、現像剤を担持した現像剤担持体に対し、交流成分を有する現像バイアスを印加して、前記像担持体に形成された静電像をトナー像に現像する現像バイアス印加部と、前記現像バイアスの印加中に、前記現像剤担持体に担持されたキャリアと前記像担持体との間で発生する振動を検出して信号として出力する振動検出センサと、前記振動検出センサから出力された信号が設定値より大きい場合は、キャリアへの外添剤の付着量を低減させる低減処理を実行する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、振動検出センサは、現像バイアスの印加中に、現像剤担持体に担持されたキャリアと像担持体との間で発生する振動を検出して信号として出力する。キャリアと像担持体との間で発生する振動は、キャリアの表面に付着した外添剤の量によって変化し、外添剤の量が多い程、振動が大きくなる。制御部は、振動検出センサから出力された信号が設定値より大きい場合は、キャリアへの外添剤の付着量を低減させる低減処理を実行する。これにより、この画像形成装置によれば、外添剤によるキャリアの汚染度の大きさに応じた振動を検出することで、低減処理の実行によってキャリア帯電能の低下を抑制できるようになる。

実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態に係る画像形成装置においてキャリアの外添剤汚染量を検出して処理する手順を示すフローチャートである。 実施の形態に係る画像形成装置におけるキャリアの外添剤汚染量と現像音の大きさの関係を示すグラフである。 実施の形態に係る現像スリーブと感光ドラムとのギャップ部における磁気穂の動きを示す説明図である。 実施の形態に係る感光ドラムの表面におけるライン画像の静電潜像の電位を示す説明図である。 実施の形態に係る画像形成装置におけるライン画像濃度とキャリアの負帯電外添剤汚染量との関係を示すグラフである。 実施の形態に係る感光ドラムの表面におけるライン画像の静電潜像に対する負帯電トナー及び負帯電外添剤の現像状態を示す図であり、（ａ）はライン幅が狭い場合、（ｂ）はライン幅が広い場合である。 キャリアの表面における外添剤の付着状態を示す図であり、（ａ）はトナーが付着している場合、（ｂ）はトナーが付着していない場合である。 実施の形態に係る感光ドラムの表面におけるライン画像の静電潜像に対する負帯電トナー及び正帯電外添剤の現像状態を示す図であり、（ａ）はライン幅が狭い場合、（ｂ）はライン幅が広い場合である。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図９を参照しながら詳細に説明する。尚、本実施の形態では、画像形成装置の一例として中間転写方式のモノクロプリンタについて説明している。但し、本発明は中間転写方式のモノクロプリンタには限られず、タンデム型のフルカラープリンタや他の方式の画像形成装置であってもよい。

また、本実施の形態では、現像剤として、外添剤が添加されたトナー及びキャリアを有する二成分現像剤を使用している。キャリアは、磁性体粒子を内包した樹脂粒子表面に、アクリル樹脂をコートして生成されている。トナーは、粉砕処理したポリエステル樹脂からなる。外添剤は、ＴＧ−Ｃ１１０（ＣＡＢＯＴ社製ＨＭＤＳ処理シリカ、粒径１００ｎｍ、負帯電性）、もしくはＴＧ−Ｃ１２２（ＣＡＢＯＴ社製ＯＴＥＳ／環状シラザン処理シリカ、粒径１００ｎｍ、正帯電性）を３ｗｔ％外添したものとしている。

図１に示すように、画像形成装置１は、不図示の装置本体に内蔵された画像形成部２及び制御部３と、装置本体の外部に露出する操作パネル４とを備えている。装置本体には、積載されたシートＳを給送するシート給送部や、画像形成部２において画像形成されたシートＳを排出するシート排出部等が設けられている。尚、記録材であるシートＳは、トナー像が形成されるものであり、具体例として、普通紙、普通紙の代用品である樹脂製のシート、厚紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート等がある。

画像形成部２は、トナー容器２１と、トナーホッパ２２と、補給部４０と、現像装置５０と、感光ドラム２３と、帯電装置２４と、露光装置２５と、クリーニング部２６と、中間転写ユニット６０と、二次転写部２７と、定着装置２８とを備えている。画像形成部２は、画像情報に基づいてシートＳに画像を形成可能である。

トナー容器２１は、トナーが収容され、現像装置５０の上方に、トナーホッパ２２を介して配置されている。トナー容器２１は、例えば一端にトナー排出口を有する円筒形状のボトルである。トナーホッパ２２は、トナー容器２１から排出されたトナーを収容し、内側下部に設けられた不図示の供給スクリュを回転することにより、収容されたトナーを現像装置５０に供給する。

補給部４０は、補給用ホッパ（現像剤容器）４１と、補給用スクリュ（現像剤排出部材）４２とを有している。補給用ホッパ４１には、キャリアを含む補給用現像剤（現像剤）が収容されている。補給用スクリュ４２は、補給用ホッパ４１の内側下部に設けられ、補給用ホッパ４１から現像装置５０に補給用現像剤を排出可能である。補給用現像剤としては、例えば、重量比９０％のトナーと重量比１０％のキャリアを混合した現像剤を利用することができる。尚、キャリアの帯電性能は画像形成の累積に伴って低下するため、トナー帯電量Ｑ／Ｍが低下して、画像の白地部にもトナーが付着する白地かぶり等の問題が発生する虞がある。そこで、この現像装置５０では、トナーにキャリアを一定比率で混合した補給用現像剤を画像形成に伴って補給する一方で、補給用現像剤の補給によって現像装置５０で過剰になった現像剤を不図示の排出口からオーバーフローさせている。

感光ドラム（像担持体）２３は、不図示のドラムモータによって図中矢印方向に回転され、画像形成する際に画像情報に基づいて形成された静電像を担持可能で周回移動する。帯電装置２４は、感光ドラム２３の表面を帯電させる。露光装置２５は、帯電装置２４により帯電された感光ドラム２３の表面を露光して、感光ドラム２３の表面上に静電潜像を形成する。これにより、帯電装置２４によって表面が帯電された感光ドラム２３は、画像情報に応じて露光装置２５によって露光され、静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置５０によりトナー像として現像される。

現像装置５０は、現像容器（現像剤収容部）５１と、攪拌スクリュ（攪拌部材）５２と、現像容器５１の開口部に回転可能に設けられた現像スリーブ（現像剤担持体）５３とを有し、感光ドラム２３に形成された静電潜像をトナーにより現像する。現像容器５１には、トナーが充填されたトナー容器２１からトナーホッパ２２を介してトナーが供給される。現像容器５１には、非磁性のトナーと磁性キャリアとの混合物である現像剤５４が収容されている。現像容器５１は、トナーホッパ２２から供給されたトナー、又は補給用ホッパ４１から排出された現像剤５４を収容し、収容した現像剤５４を現像スリーブ５３に供給可能である。現像容器５１の底部の一部には、不図示のトナー濃度検知センサが設けられている。トナー濃度検知センサは、現像容器５１内のトナー量を検知可能であり、検知結果を制御部３に送信する。

攪拌スクリュ５２は、モータやギヤ列等を有する不図示のスクリュ駆動部により回転され、現像容器５１に収容された現像剤５４を攪拌可能である。攪拌スクリュ５２は、現像剤５４の攪拌により、トナーを磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電すると共に、キャリアを正極性に摩擦帯電する。

現像スリーブ５３は、内部に固定配置されたマグネットにより現像容器５１の内部の現像剤を磁気的に担持し、感光ドラム２３に対向するギャップ部（対向部）２９へ搬送する機能を有している。現像スリーブ５３には、後述する高圧電源７２が接続されている。現像スリーブ５３は、高圧電源７２から印加される現像バイアスによりトナーを静電潜像に付着させることで、現像処理を実行する。

ここで、画像形成部２には、現像バイアス印加部７０が設けられている。現像バイアス印加部７０は、発振器７１及び高圧電源７２を有している。発振器７１は、現像バイアス波形信号を発生する。高圧電源７２は、発振器７１により発生した信号を増幅して、直流電圧と交流電圧とを重畳した現像バイアスを現像スリーブ５３に印加する。即ち、現像バイアス印加部７０は、現像剤を担持した現像スリーブ５３に対し、交流成分を有する現像バイアスを印加して、感光ドラム２３に形成された静電像をトナー像に現像する。

クリーニング部２６は、クリーニングブレード２６ａを有している。クリーニングブレード２６ａは、感光ドラム２３の表面に接して配置され、一次転写後の感光ドラム２３の表面に残留する転写残トナーを掻き取って清掃する。クリーニングブレード２６ａは、例えばウレタンゴム製で、金属製の支持板に取り付けられて支持されている。

中間転写ユニット６０は、駆動ローラ６１や従動ローラ６２、一次転写ローラ６３等の複数のローラと、これらのローラに巻き掛けられた中間転写ベルト６４とを備えている。一次転写ローラ６３は、感光ドラム２３に対向して配置され、中間転写ベルト６４に当接する。

中間転写ベルト６４は、駆動していない時も一定以上の張力が掛かっており、感光ドラム２３に対して離間する構成ではなく、常に接触している。中間転写ベルト６４に一次転写ローラ６３によって正極性の転写バイアスを印加することにより、感光ドラム２３上の負極性を持つトナー像が順次中間転写ベルト６４に多重転写される。これにより、中間転写ベルト６４は、感光ドラム２３の表面で静電像を現像して得られたフルカラーのトナー像を転写して移動する。

二次転写部２７は、二次転写内ローラ２７ａと、二次転写外ローラ２７ｂとを有している。二次転写外ローラ２７ｂに正極性の二次転写バイアスを印加することによって、中間転写ベルト６４に形成されたトナー画像をシートＳに転写する。なお、二次転写内ローラ２７ａは中間転写ベルト６４の内側で該中間転写ベルト６４を張架しており、二次転写外ローラ２７ｂは中間転写ベルト６４を挟んで二次転写内ローラ２７ａと対向する位置に設けられている。

定着装置２８は、定着ローラ２８ａ及び加圧ローラ２８ｂを備えている。定着ローラ２８ａと加圧ローラ２８ｂとの間をシートＳが挟持搬送されることにより、シートＳに転写されたトナー像は加熱及び加圧されてシートＳに定着され、装置本体の外部に排出される。

また、画像形成部２には、集音マイク（振動検出センサ、マイクロフォン）３５及び表面電位計３６が設けられている。表面電位計３６は、感光ドラム２３のギャップ部２９よりも回転方向下流側に設けられており、感光ドラム２３に形成された静電像の電位を測定する。

集音マイク３５は、感光ドラム２３のギャップ部２９よりも回転方向下流側に設けられており、ギャップ部２９において現像時に発生する音を測定する。即ち、集音マイク３５は、現像バイアスの印加中に、現像スリーブ５３に担持されたキャリアと感光ドラム２３との間で発生する振動を音（以下、現像音という）として検出し、それを電気信号（信号）として出力する。本実施の形態では、集音マイク３５は、現像スリーブ５３と感光ドラム２３とのギャップ部２９の近傍に配置され、振動を音として検出するマイクロフォンである。ただし、集音マイク３５の設置個所はこれに限定されるものではなく、現像音が測定できる範囲内であれば、装置本体内のどの個所に設置しても良い。

操作パネル４は、例えば、装置本体の前側上部に配置され、操作ボタンの他、画像形成装置１の状態を表示可能な表示部４ａが設けられている。表示部４ａは、制御部３に接続されており、制御部３により表示内容が制御される。

制御部３はコンピュータにより構成され、例えばＣＰＵ３１と、各部を制御するプログラムを記憶するＲＯＭ３２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ３３と、外部と信号を入出力する入出力回路（Ｉ／Ｆ）３４とを備えている。制御部３は、入出力回路３４を介して、シート給送部、画像形成部２、シート搬送部、シート排出部に接続され、各部と信号をやり取りすると共に動作を制御する。また、制御部３は、装置本体に接続された不図示のコンピュータからの指令や、操作パネル４の操作等により、ユーザが操作や設定を可能である。

制御部３は、集音マイク３５から出力された電気信号が設定値より大きい場合は、キャリアへの外添剤の付着量を低減させる低減処理を実行する。制御部３は、集音マイク３５から出力された電気信号を周波数解析し、現像バイアスの交流成分の周波数領域における振動に基づく電気信号を取得し、取得した電気信号が設定値より大きい場合は、低減処理を実行する。ここでの設定値としては、例えば、現像音の大きさとしての６１ｄＢとする（図３参照）。制御部３は、取得した電気信号に基づいて、キャリアの表面に付着した外添剤の量を算出し、算出した外添剤の量が設定量より多い場合は、低減処理を実行する。ここでの設定量は、キャリアの表面積のうち付着した外添剤によって覆われる面積が、キャリアの表面積に対して６％となる量である（図３参照）。即ち、本実施の形態では、図３に示すように、キャリアの表面に付着した外添剤の量が６％である場合に、現像音の大きさが６１ｄＢになるものとし、各種の判断のための閾値としている。

ここで、比較例として、現像音の周波数解析を行わない場合について述べる。この場合、集音マイク３５を利用して、図３に白丸で示す現像音の場合と同様に集音し、集音した現像音を周波数解析せずにキャリアの外添剤汚染量と比較した。その結果、図３に黒丸で示すように、周波数解析を行わない現像音の大きさと、キャリアの外添剤汚染量との間には相関関係がない。これは、キャリアが現像バイアスの交流バイアスに追従して発生する後述する感光ドラム２３を叩く音が、画像形成装置１の駆動音に埋もれてしまうためである。よって、現像音を周波数解析しなかった場合、キャリアの外添剤汚染量を算出することができない。

制御部３は、現像バイアス印加部７０から現像バイアスを印加し、集音マイク３５から電気信号を取得する検出モードと、画像形成動作を実行する画像形成モードと、キャリアへの外添剤の付着量を低減させる低減処理を実行する低減処理モードとを、有する。制御部３は、画像形成動作前及び画像形成動作後の少なくとも一方に検出モードを実行し、取得した電気信号が設定値以下である場合は画像形成モードを実行し、取得した電気信号が設定値より大きい場合は低減処理モードを実行する。

低減処理は、例えば、現像容器５１に収容された現像剤５４を攪拌スクリュ５２により攪拌する処理である。あるいは、低減処理は、例えば、補給用スクリュ４２を駆動し、補給用ホッパ４１から現像容器５１に補給用現像剤を供給する処理である。

次に、このように構成された画像形成装置１における画像形成動作について説明する。

画像形成動作が開始されると、まず感光ドラム２３が回転して表面が帯電装置２４により帯電される。そして、露光装置２５により画像情報に基づいてレーザ光が感光ドラム２３に対して発光され、感光ドラム２３の表面上に静電潜像が形成される。この静電潜像にトナーが付着することにより、現像されてトナー画像として可視化され、中間転写ベルト６４に転写される。

一方、このようなトナー像の形成動作に並行してシート給送部からシートＳが給送され、中間転写ベルト６４のトナー画像にタイミングを合わせて二次転写部２７に搬送される。更に、中間転写ベルト６４からシートＳに画像が転写され、シートＳは、定着装置２８に搬送され、ここで未定着トナー像が加熱及び加圧されてシートＳの表面に定着され、装置本体の外部に排出される。

ここで、本願発明者らが鋭意検討した結果、キャリア上に付着した負帯電外添剤量が多くなると、ハイライト画像や小ポイント文字の再現性が著しく低下することが判明した。以下、その理由について詳細に説明する。まず、図５に示すように、ライン画像２３ａについて定義し、ライン画像２３ａを、複数のラインを並べた画像とする。本実施の形態においては、ライン画像２３ａのうち、あるラインと、隣り合う一方の非画像形成部の組み合わせを１ラインペアとしたとき、１インチあたり２００ラインペアとなるよう調整した。電位ＶＤは、帯電装置７によって感光ドラム２３に帯電される電位である。電位ＶＬは、露光装置８によって露光を受けた位置の電位であり、最大濃度を得るための電位である。電位Ｖｄｃは、現像スリーブ５３に印加される現像バイアスの直流成分の電位である。平均電位は、得られたライン画像２３ａのＶｄｃ電位に対する潜像電位の平均値である。よって、ラインの幅を狭くすると平均電位は低くなる。

次に、図６に、感光ドラム２３上に平均電位が−９０Ｖ〜−２０Ｖとなるように調整したライン画像の潜像に対してトナーを現像し、その濃度を測定した結果を示す。ここでは、ハイライト領域における各平均電位のライン画像濃度と、キャリアの負外添剤汚染量との関係を示す。同図に示すように、キャリアの負帯電外添剤汚染量とハイライト部のライン画像濃度との間に相関関係が認められ、キャリアの負帯電外添剤汚染量が多くなるほどライン画像濃度が低下していることが分かる。これは、外添剤がトナーと同極性に帯電しており、後述するようにキャリア表面に付着した外添剤はトナーよりも現像されやすいことに起因する。即ち、図７（ａ）に示すように、ライン画像２３ａの静電潜像の幅が十分に狭い場合（平均電位が低い場合）、キャリアＣの表面に付着した負帯電外添剤ＥＡがトナーＴの代わりに静電潜像であるライン画像２３ａの多くの部分を埋めてしまう。この結果、現像されるトナーＴの量が低下し、濃度低下を招く。一方、図７（ｂ）に示すように、ライン画像２３ａの静電潜像の幅が広い場合（平均電位が高い場合）について説明する。この場合、キャリアＣの表面に付着した負帯電外添剤ＥＡの量は無限ではないため、キャリアＣの表面に付着した負帯電外添剤ＥＡがトナーＴの代わりに静電潜像であるライン画像２３ａの部分をある程度埋めた後は、通常どおりトナーＴが現像される。このため、キャリアＣの表面に付着した負帯電外添剤ＥＡが埋める潜像の領域は、図７（ａ）の場合に比べて相対的に小さくなる。この結果、トナーＴが十分に現像され、濃度が十分に得られるようになる。

また、図８（ａ）は、キャリアＣの表面におけるトナーＴの付着状態を示す図である。図８（ｂ）は、キャリアＣの表面における外添剤ＥＡの付着状態を示す図である。図８（ａ）に示すように、トナーＴはキャリアＣに外添剤ＥＡを介して複数の点で接しているのに対し、図８（ｂ）に示すように、外添剤ＥＡはキャリアＣに１点で接している。このため、キャリアＣの表面に付着した外添剤ＥＡはトナーＴに比べてキャリアに対する非静電的付着力が小さい。この結果、キャリアＣの表面に付着した負帯電外添剤ＥＡはトナーＴよりも現像されやすくなり、優先的に感光ドラム２３の静電潜像を現像する。

一方、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、外添剤ＥＡが正帯電していた場合、キャリアＣに付着した正帯電外添剤ＥＡは、感光ドラム２３の静電潜像ではない領域（画像白地部）に現像される。これは、逆極性に帯電したトナーＴの画像白地部へのかぶりと同じ現象である。つまり、キャリアＣに付着した正帯電外添剤ＥＡは静電潜像部分には現像されないため、キャリアＣの正帯電外添剤汚染量が増加してもハイライト領域の画像濃度は満足に得ることができる。

次に、上述した画像形成装置１によりキャリアの外添剤による汚染量（外添剤汚染量）を検出して処理する際の手順について、図２のフローチャートに沿って、図３及び図４を用いて詳細に説明する。キャリアの外添剤汚染量とは、トナーの表面から遊離してキャリアに付着した外添剤の量を意味する。また、本実施の形態では、キャリアの外添剤汚染量の検出処理を、画像形成前に実行する場合について説明する。

図２に示すように、画像形成装置１の電源をオンすると（ステップＳ１）、制御部３は画像形成前の白地部における現像音を集音マイク３５で測定する（ステップＳ２、検出モード）。集音マイク３５で測定されて取得された現像音の情報は、電気信号として制御部３に送られ、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理によって周波数解析される。制御部３は、発振器７１を参照して現像バイアスの交流成分の周波数を記憶しており、周波数解析によって得られた現像音の周波数成分のうち、現像バイアスの交流成分の周波数領域の現像音の大きさの電気信号を取得する（ステップＳ３）。尚、本実施の形態では、現像バイアスの交流成分の周波数領域の現像音の電気信号を得るために高速フーリエ変換を利用しているが、これには限られず、例えばバンドパスフィルタを利用してもよい。

図３に示すように、キャリアの外添剤汚染量は、現像バイアスの交流成分の周波数領域の現像音の大きさに対して相関関係を有する。図３では、キャリアの外添剤汚染量は、キャリアの表面積のうち付着した外添剤によって覆われる面積のキャリアの表面積に対する割合として示している。これにより、制御部３は、予め記憶してある図３のような相関関係を参照して、現像バイアスの交流成分の周波数領域の現像音の大きさからキャリアの外添剤汚染量を算出する（ステップＳ４）。尚、本実施の形態では、外添剤は負帯電性又は正帯電性のいずれかであるが、図３に示した関係はいずれの帯電性でも認められる。

ここで、キャリアの外添剤汚染量と、現像バイアスの交流成分の周波数領域の現像音の大きさと、の相関関係について説明する。現像容器５１において、トナーはキャリアと摺擦することで帯電するが、同時にキャリアはトナーとは逆極性に帯電する。そして、図４に示すように、キャリアＣの磁気穂８０から感光ドラム２３にトナーＴが飛翔すると、キャリアＣにはトナーＴとは逆の電荷が残り、現像バイアスに追従して運動するようになる（図中、矢印で示す）。キャリアＣは、現像スリーブ５３の内部に配置されたマグネット部材の磁気力に拘束されているため、感光ドラム２３へは飛翔しない。しかし、現像スリーブ５３に形成された磁気穂８０の先端のキャリアＣｔは、現像バイアスに追従して感光ドラム２３に対して接離することにより、感光ドラム２３を繰り返し叩く。トナーＴの外添剤が遊離してキャリアＣ上に付着すると、キャリアＣ上に付着した外添剤が感光ドラム２３を叩く音が変化する。その理由としては、外添剤がシリカのような無機粒子である場合、樹脂で覆われたキャリアＣよりも外添剤の方が硬いため、結果として感光ドラム２３を叩く音が大きくなると考えられる。よって、キャリアＣ上に付着した外添剤の量が多くなると、感光ドラム２３を叩く音が大きくなるため、図３に示したような関係を示す。キャリアＣ上に付着した外添剤の量が十分に多くなると、キャリアＣの表面を外添剤が十分に覆った状態となり、現像音はそれ以上大きくならない飽和傾向となる。尚、キャリアの外添剤汚染量は、キャリア表面を走査型電子顕微鏡Ｓ−４５００（日立社製）を用いて１００００倍にて撮影し、撮影した画像を二値化して、外添剤とキャリア表面の面積比から求めた。

制御部３は、算出結果に基づいて、キャリアの外添剤汚染量が適正範囲内か否かを判断する（ステップＳ５）。本実施の形態では、制御部３は、キャリアの外添剤汚染量が６％以下であれば適正範囲内であると判断する。但し、キャリアの外添剤汚染量の適正範囲の境界は６％に限られないのは勿論である。

制御部３は、キャリアの外添剤汚染量が適正範囲内であると判断した場合は、画像形成動作を開始する（ステップＳ６、画像形成モード）。一方、制御部３は、キャリアの外添剤汚染量が適正範囲内でないと判断した場合は、低減処理を実行し（ステップＳ７、低減処理モード）、再度検出モードを実行する（ステップＳ２）。低減処理としては、例えば、現像剤５４の撹拌や、外添剤が付着したキャリアの吐き出し及び新規キャリアの補給が挙げられる。

低減処理としての現像剤５４の撹拌は、制御部３が現像バイアスを印加せず、トナーを感光ドラム２３に現像しない状態で、現像容器５１に収容された現像剤５４を攪拌スクリュ５２により攪拌することによって実行する。これにより、キャリア表面に付着した外添剤がトナー表面へと再付着する。これは、外添剤が付着したキャリアとトナーが押圧されることにより、キャリア表面に付着した外添剤がトナー母体へと若干埋め込まれ、トナー母体が外添剤を拘束する力が大きくなることによってキャリア表面から外添剤を引き剥すためである。例えば、本実施の形態の画像形成装置１では、キャリア表面に付着した外添剤が９％である場合に、制御部３は現像装置５０を１０分間駆動させることにより、６％にまで減少することができる。また、制御部３は、現像装置５０を更に１０分間駆動させることにより、キャリア表面に付着した外添剤を３％にまで減少することができる。尚、本実施の形態では、制御部３は、現像剤５４の撹拌を１０分間行う場合について説明したが、１０分間に限られないのは勿論である。

また、低減処理としてのキャリアの吐き出し及び新規キャリアの補給は、例えば、補給用スクリュ４２を駆動し、補給用ホッパ４１から現像容器５１に補給用現像剤を供給することにより実行する。即ち、制御部３は、現像装置５０のキャリアを感光ドラム２３側へと吐き出し、現像装置５０の外添剤付着キャリアを消費し、それから新規キャリアを補給する。これにより、現像装置５０のキャリアの３０％を入れ替える。例えば、本実施の形態の画像形成装置１では、キャリア表面に付着した外添剤が９％である場合に、制御部３は現像装置５０のキャリアの３０％を入れ替えることで、６％にまで減少することができる。また、制御部３は、現像装置５０のキャリアの７０％を入れ替えることで、キャリア表面に付着した外添剤を３％にまで減少することができる。尚、本実施の形態では、制御部３は、キャリアの入れ替え量を３０％にした場合について説明したが、３０％に限られないのは勿論である。

上述したように本実施の形態の画像形成装置１によれば、集音マイク３５は、現像バイアスの印加中に、現像スリーブ５３に担持されたキャリアと感光ドラム２３との間で発生する振動を現像音として検出して信号として出力する。キャリアと感光ドラム２３との間で発生する現像音は、キャリアの表面に付着した外添剤の量によって変化し、外添剤の量が多い程、現像音が大きくなる。制御部３は、集音マイク３５から出力された信号が設定値である６１ｄＢより大きい場合は、キャリアの外添剤汚染量が６％を超えるので、キャリアへの外添剤の付着量を低減させる低減処理を実行する。これにより、この画像形成装置１によれば、外添剤によるキャリアの汚染度の大きさに応じた振動を現像音として検出することで、低減処理の実行によってキャリア帯電能の低下を抑制できるようになる。

また、本実施の形態の画像形成装置１によれば、制御部３が上述のように制御することにより、キャリアの外添剤汚染量を低く保つことができる。これにより、負帯電外添剤の場合はハイライト領域のライン画像濃度の低下を抑制でき、画像再現性に優れた高品位な画像を安定して形成できる。更に、キャリア表面に付着した負または正帯電外添剤が感光ドラム２３へ現像され、クリーニング部２６へと外添剤が搬送され、クリーニング部２６で堆積し、クリーニングブレード２６ａをすり抜けることによって生じる画像のスジムラも抑制できる。

尚、画像のスジムラとは、搬送方向に向かって伸びる縦スジ状の濃度ムラである。クリーニングブレード２６ａに堆積した外添剤が、堰を切ったようにすり抜け出すことがあり、この現象はクリーニングブレード２６ａ全体で均一に起こるものではなく、ある一部分で連続して発生することがある。この場合、感光ドラム２３上に感光ドラム２３の回転方向に伸びる縦スジ状の外添剤の帯が形成されることになり、その部分の静電潜像が乱される。静電潜像が乱された部分にはトナーを十分に現像することができず、濃度薄が発生してしまう。このようなメカニズムにより、通常の濃度の濃い部分と、静電潜像が乱された濃度の薄い部分と、が並ぶことにより、スジムラと呼ばれる濃度ムラが発生する。

上述した本実施の形態の画像形成装置１では、制御部３は、現像音の大きさからキャリアの外添剤汚染量を算出し、外添剤汚染量に基づいて低減処理をするか否かを判断した場合について説明したが、これには限られない。即ち、現像音の大きさと低減処理の可否の判断とは外添剤汚染量を介して一義的に決まるので、現像音の大きさが設定値、例えば６１ｄＢに達した場合に、外添剤汚染量を算出することなく低減処理を実行してもよい。この場合、外添剤汚染度が適正値を超える閾値となる現像音の大きさを予め設定しておくことにより、通常の稼働時に外添剤汚染量を算出しなくとも低減処理の可否を適正に判断することができる。

また、上述した本実施の形態の画像形成装置１では、現像スリーブ５３に担持されたキャリアと感光ドラム２３との間で発生する振動を現像音とし、この現像音を集音マイク３５により検出した場合について説明したが、これには限られない。例えば、振動検出センサとしては、ギャップ部２９で発生する振動を検出できるセンサであればよく、感光ドラム２３に設けられた振動センサを適用してもよい。

また、上述した本実施の形態の画像形成装置１では、低減処理として、現像剤５４の撹拌や、外添剤が付着したキャリアの吐き出し及び新規キャリアの補給を適用した場合について説明したが、これには限られない。例えば、低減処理として、制御部３が、表示部４ａにキャリアの汚染状態が閾値を超えた旨、及びキャリアを交換する旨を表示して、ユーザに警報を発する処理を適用してもよい。

また、上述した本実施の形態の画像形成装置１では、キャリアの外添剤汚染量の検出処理を実行するタイミングが画像形成前である場合について説明したが、これには限られない。キャリアの外添剤汚染量の検出処理を実行するタイミングとしては、例えば、画像形成の終了後、次の画像形成までの間に行ってもよく、あるいは画像形成中に行ってもよい。但し、画像形成中に外添剤汚染量が適正でないと判断しても、画像形成動作を中断することは困難であるので、画像形成前あるいは画像形成後に実行することがより好ましい。

（実施例１〜７）
上述した実施の形態の画像形成装置１を用いて、キャリアの負帯電外添剤汚染量と、ライン画像濃度と、画像のスジムラとの関係を求めた。ここでは、外添剤として負帯電外添剤を用い、その負帯電外添剤汚染量を０．０％〜６．０％で１．０％ずつ変更し、各外添剤汚染量に対するライン画像濃度及び画像のスジムラを評価した。ここでは、ライン画像濃度は、転写効率１００％とした時のシート上の定着後の画像濃度を、分光濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）の利用により測定した。また、ライン画像としては、平均電位がＶｄｃ電位に対して−７０Ｖとなる画像を用いた。画像のスジムラが生じた場合は、ムラの生じていない部分の画像濃度を評価した。

その結果を表１に示す。表１において、ライン画像濃度の列では、○：ライン画像濃度０．０８５以上、△：ライン画像濃度０．０６５以上、０．０８５未満、×：ライン画像濃度０．０６５未満を各々示す。また、表１において、画像スジムラの列では、○：画像のスジムラ発生なし、×：画像のスジムラ発生ありを各々示す。表１に示すように、キャリアの負帯電外添剤汚染量が０．０％〜６．０％の条件下において、ライン画像濃度及び画像スジムラがいずれも良好であることが確認された。特に、ライン画像濃度が０．８５以上であると、ハイライト領域の画像再現性に優れており、また、小ポイント文字の再現性にも優れていた。

（比較例１〜３）
上述した実施の形態の画像形成装置１を用いて、キャリアの負帯電外添剤汚染量と、ライン画像濃度と、画像のスジムラとの関係を求めた。ここでは、外添剤として負帯電外添剤を用い、その負帯電外添剤汚染量を７．０％〜９．０％で１．０％ずつ変更し、各外添剤汚染量に対するライン画像濃度及び画像のスジムラを評価した。測定や評価の方法は、実施例１〜７と同様とした。その結果を、表１に示す。表１に示すように、キャリアの負帯電外添剤汚染量が７．０％〜９．０％の条件下において、ライン画像濃度及び画像スジムラがいずれも不良であることが確認された。即ち、実施例１〜７に比較して、キャリアの負帯電外添剤汚染量が増え、ハイライト領域のライン画像濃度が低下するにつれ、画像再現性が低下した。濃度が０．０６５未満であるとハイライト領域の画像再現性が著しく低下し、小ポイント文字がほとんど再現せず、かつ画像のスジムラが生じた。これは、キャリアの負帯電外添剤汚染量が増加すると、感光ドラム２３に対する外添剤の現像量が増加し、クリーニング部２６に搬送されて堆積する外添剤の量が増加する。そして、堆積した外添剤の一部はクリーニングブレード２６ａをすり抜け、画像のスジムラを生じさせるものと推測される。

そこで、画像再現性を満足するためには、上記の条件でライン画像濃度が少なくとも０．０６５以上、好ましくは０．８５以上が好ましく、表１からキャリアの外添剤汚染量は６％以下、好ましくは３％以下に抑制することが好ましいことが確認された。

（実施例８〜１４）
上述した実施の形態の画像形成装置１を用いて、キャリアの正帯電外添剤汚染量と、ライン画像濃度と、画像のスジムラとの関係を求めた。ここでは、外添剤として正帯電外添剤を用い、その正帯電外添剤汚染量を０．０％〜６．０％で１．０％ずつ変更し、各外添剤汚染量に対するライン画像濃度及び画像のスジムラを評価した。測定や評価の方法は、実施例１〜７と同様とした。

その結果を表２に示す。表２において、各符号は表１と同様である。表２に示すように、キャリアの正帯電外添剤汚染量が０．０％〜６．０％の条件下において、ライン画像濃度及び画像スジムラがいずれも良好であることが確認された。

（比較例４〜６）
上述した実施の形態の画像形成装置１を用いて、キャリアの正帯電外添剤汚染量と、ライン画像濃度と、画像のスジムラとの関係を求めた。ここでは、外添剤として正帯電外添剤を用い、その正帯電外添剤汚染量を７．０％〜９．０％で１．０％ずつ変更し、各外添剤汚染量に対するライン画像濃度及び画像のスジムラを評価した。測定や評価の方法は、実施例１〜７と同様とした。その結果を、表２に示す。表２に示すように、キャリアの正帯電外添剤汚染量が７．０％〜９．０％の条件下において、画像スジムラが不良であることが確認された。即ち、キャリアの正帯電外添剤汚染量が６％を超えると、画像のスジムラが生じたので、正帯電性外添剤の場合、キャリアの外添剤汚染量は６％以下に抑制することが好ましいことが確認された。

１…画像形成装置、３…制御部、２３…感光ドラム（像担持体）、２９…ギャップ部（対向部）、３５…集音マイク（振動検出センサ、マイクロフォン）、４１…補給用ホッパ（現像剤容器）、４２…補給用スクリュ（現像剤排出部材）、５１…現像容器（現像剤収容部）、５２…攪拌スクリュ（攪拌部材）、５３…現像スリーブ（現像剤担持体）、５４…現像剤、７０…現像バイアス印加部。Ｃ…キャリア、ＥＡ…外添剤、Ｔ…トナー。

Claims (8)

1. 外添剤が添加されたトナー及びキャリアを有する現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
   静電像を担持可能な像担持体と、
   現像剤を担持した現像剤担持体に対し、交流成分を有する現像バイアスを印加して、前記像担持体に形成された静電像をトナー像に現像する現像バイアス印加部と、
   前記現像バイアスの印加中に、前記現像剤担持体に担持されたキャリアと前記像担持体との間で発生する振動を検出して信号として出力する振動検出センサと、
   前記振動検出センサから出力された信号が設定値より大きい場合は、キャリアへの外添剤の付着量を低減させる低減処理を実行する制御部と、を備える、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記振動検出センサから出力された信号を周波数解析し、前記現像バイアスの交流成分の周波数領域における振動に基づく信号を取得し、取得した信号が前記設定値より大きい場合は、前記低減処理を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、取得した信号に基づいて、キャリアの表面に付着した外添剤の量を算出し、算出した外添剤の量が設定量より多い場合は、前記低減処理を実行する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記設定量は、キャリアの表面積のうち付着した外添剤によって覆われる面積が、キャリアの表面積に対して６％となる量である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 外添剤が添加されたトナー及びキャリアを有する現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、
   静電像を担持可能な像担持体と、
   現像剤を担持した現像剤担持体に対し、交流成分を有する現像バイアスを印加して、前記像担持体に形成された静電像をトナー像に現像する現像バイアス印加部と、
   前記現像バイアスの印加中に、前記現像剤担持体に担持されたキャリアと前記像担持体との間で発生する振動を検出して信号として出力する振動検出センサと、
   前記現像バイアス印加部から前記現像バイアスを印加し、前記振動検出センサから信号を取得する検出モードと、画像形成動作を実行する画像形成モードと、キャリアへの外添剤の付着量を低減させる低減処理を実行する低減処理モードとを、有する制御部と、を備え、
   前記制御部は、画像形成動作前及び画像形成動作後の少なくとも一方に前記検出モードを実行し、取得した信号が設定値以下である場合は前記画像形成モードを実行し、取得した信号が設定値より大きい場合は前記低減処理モードを実行する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 前記振動検出センサは、前記現像剤担持体と前記像担持体との対向部の近傍に配置され、前記振動を音として検出するマイクロフォンである、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 現像剤を収容し、収容した現像剤を前記現像剤担持体に供給可能な現像剤収容部と、
   前記現像剤収容部に収容された現像剤を攪拌可能な攪拌部材と、を備え、
   前記低減処理は、前記現像剤収容部に収容された現像剤を前記攪拌部材により攪拌する処理である、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. キャリアを含む現像剤が収容された現像剤容器と、
   前記現像剤容器から現像剤を排出可能な現像剤排出部材と、
   前記現像剤容器から排出された現像剤を収容し、収容した現像剤を前記現像剤担持体に供給可能な現像剤収容部と、を備え、
   前記低減処理は、前記現像剤排出部材を駆動し、前記現像剤容器から前記現像剤収容部に現像剤を供給する処理である、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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