画像形成装置
【課題】高印字率の画像を連続して印字した場合においても現像装置内の濃度むらやトナー飛散、カブリ現象等の画質低下を効果的に抑制するとともに、キャリアの劣化も極力抑制可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】印字命令が入力されると、装置各部を駆動して印字動作を開始すると同時に、現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度が高濃度設定（ここでは１０％）であるか否かを判断する。トナー濃度が１０％である場合は、演算部９７において出力画像中の各色の印字率Ａを算出する。次に、算出された各色の印字率Ａが５％以上であるか否かが判断され、印字率５％以上の色がある場合は、ＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている後駆動時間設定テーブルを用いて５％以上の色に対応する現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を延長する。
【解決手段】印字命令が入力されると、装置各部を駆動して印字動作を開始すると同時に、現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度が高濃度設定（ここでは１０％）であるか否かを判断する。トナー濃度が１０％である場合は、演算部９７において出力画像中の各色の印字率Ａを算出する。次に、算出された各色の印字率Ａが５％以上であるか否かが判断され、印字率５％以上の色がある場合は、ＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている後駆動時間設定テーブルを用いて５％以上の色に対応する現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を延長する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、画像形成装置に搭載され、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用する現像装置の駆動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。
【０００３】
一成分現像方式は、磁気ブラシによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制するため、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下し、トナーの帯電量を安定して維持することが困難であった。また、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。
【０００４】
また、色重ねを行うカラー印刷の場合、カラートナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリアを用いてトナーを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。
【０００５】
ところで、二成分現像方式においては、印字動作の繰り返しによりキャリア表面にコーティングされた樹脂が摩擦によって剥離し、キャリアの導電率が高くなるためにトナーへの帯電付与性能が低下する。そのため、トナーの帯電量が所定値を下回り、画像濃度が必要以上に濃くなったり、カブリ現象が発生したりして画像品質を低下させるという問題点があった。
【０００６】
更に、使用環境や累積印字枚数に応じて現像装置内のトナー濃度（キャリアに対するトナーの割合）の設定値を変更する場合がある。この場合、トナー濃度が低く設定される場合はキャリア粒子１個が帯電させるトナー粒子の個数が減少するため、トナー濃度が高く設定される場合に比べてトナーの帯電が安定し易くなる傾向にあった。
【０００７】
例えば特許文献１には、印字率または画像密度に基づいて現像剤の攪拌継続時間を変更することで、トナー補給量に応じた攪拌時間を確保してトナーの帯電の安定化を図る方法が記載されている。この方法によれば、印字率が低くトナー補給量が少ない場合は攪拌時間を短くしてキャリアの劣化を抑制するとともに、印字率が高くトナー補給量が多い場合は攪拌時間を長くしてトナーの帯電不足を解消できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１５１３７５号公報（請求項６、段落［００３６］、［０１１３］〜［０１１７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の制御を適用すると、トナー濃度が低く設定され、トナーの帯電が安定し易いときでも高印字率の画像が出力されると攪拌時間が延長され、現像剤が不必要に攪拌されてしまうため、機械的ストレスによりキャリアの劣化が促進されるおそれがあった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、高印字率の画像を連続して印字した場合においても現像装置内の濃度むらやトナー飛散、カブリ現象等の画質低下を効果的に抑制するとともに、キャリアの劣化も極力抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、該現像容器内に回転自在に支持され表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像容器内の現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送部材と、を有し、印字終了毎に所定の後駆動時間だけ駆動を継続する現像装置と、該現像装置に補給するトナーを貯留するトナー貯留手段と、該トナー貯留手段内のトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、前記現像装置により現像される画像１枚毎の印字率を算出する演算手段と、前記現像容器内のトナー濃度を複数の濃度段階に設定するとともに、設定されたトナー濃度が所定値以上である場合は前記演算手段により算出された印字率の増加に伴い前記後駆動時間を基準値から延長する制御手段と、を備えた画像形成装置である。
【００１２】
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、前記演算手段により算出された印字率が所定値以上のとき前記後駆動時間を基準値から延長することを特徴としている。
【００１３】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、装置本体外部の環境温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、前記温度検知手段により検知された環境温度に基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定することを特徴としている。
【００１４】
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、前記演算手段により算出される画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、前記補給手段の積算駆動時間、前記補給手段の積算駆動回数のいずれかに基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定することを特徴としている。
【００１５】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記トナー貯留手段は装置本体に対し着脱可能に設けられており、前記制御手段は、前記トナー貯留手段の交換回数に基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定することを特徴としている。
【００１６】
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、前記演算手段により算出される画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、前記補給手段の積算駆動時間、前記補給手段の積算駆動回数のいずれかが所定値に到達した時点から前記後駆動時間を基準値から延長する制御を実行することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の構成によれば、現像容器内のトナー濃度の設定値に基づいて印字終了後における現像装置の後駆動時間を延長するか否かを判断し、トナー濃度が所定値以上の場合のみ印字率の増加に基づいて後駆動時間が適正値に延長されるため、高印字率画像の出力直後における画像濃度の上昇やカブリ現象を効果的に抑制可能となる。また、トナー濃度が所定値よりも低い場合は後駆動時間を延長しないため、現像剤が不必要に長時間攪拌されずキャリアの劣化も極力抑制される。
【００１８】
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、演算手段により算出された印字率が所定値以上のとき後駆動時間を基準値から延長することにより、トナー補給量が少ない低印字率の画像出力後に不必要な後駆動時間の延長が行われないため、キャリアの劣化を更に抑制することができる。
【００１９】
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、温度検知手段により検知された装置本体外部の環境温度に基づいて現像容器内のトナー濃度を設定することにより、キャリアの帯電付与性能と相関性の高い環境温度に応じて現像容器内のトナー濃度を適切に設定することができる。
【００２０】
また、本発明の第４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、画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、補給手段の積算駆動時間、積算駆動回数のいずれかに基づいて現像容器内のトナー濃度を設定することにより、キャリアの帯電付与性能と相関性の高い積算印字率、補給手段の積算駆動時間、積算駆動回数に応じて現像容器内のトナー濃度を適切に設定することができる。
【００２１】
また、本発明の第５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、装置本体に対し着脱可能に設けられたトナー貯留手段の交換回数に基づいて現像容器内のトナー濃度を設定することにより、キャリアの帯電付与性能と相関性の高いトナー貯留手段の交換回数に応じて現像容器内のトナー濃度を適切に設定することができる。
【００２２】
また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第５のいずれかの構成の画像形成装置において、積算印字率、補給手段の積算駆動時間、積算駆動回数のいずれかが所定値に到達した時点から後駆動時間を基準値から延長する制御を実行することにより、キャリアのトナーに対する帯電付与性能が高く後駆動時間を延長する必要のない装置の使用初期において不必要な後駆動時間の延長が行われないため、キャリアの劣化をより一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図
【図２】本発明の画像形成装置に搭載される現像装置の構成を示す側面断面図
【図３】現像装置の構成を示す平面断面図
【図４】現像ローラ及び磁気ローラに印加されるバイアス波形の一例を示す図
【図５】本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図
【図６】トナー濃度８％における現像装置の後駆動時間とトナー帯電量との関係を示すグラフ
【図７】トナー濃度１０％における現像装置の後駆動時間とトナー帯電量との関係を示すグラフ
【図８】トナー濃度を８％に設定し、現像装置の後駆動時間を３秒に固定した場合の印字枚数とカブリ濃度との関係を示すグラフ
【図９】トナー濃度を１０％に設定し、現像装置の後駆動時間を３秒に固定した場合の印字枚数とカブリ濃度との関係を示すグラフ
【図１０】トナー濃度を１０％に設定し、現像装置の後駆動時間を印字率の増加に応じて延長した場合の印字枚数とカブリ濃度との関係を示すグラフ
【図１１】本発明の画像形成装置における現像装置の後駆動制御手順の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラープリンタ１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。
【００２５】
この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳された後、二次転写ローラ９の作用によって記録媒体の一例としての転写紙Ｐ上に二次転写され、さらに、定着部１３において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。
【００２６】
トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９と後述する中間転写ベルト８の駆動ローラ１１とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、中間転写ベルト８の回転方向において二次転写ローラ９の下流側には、中間転写ベルト８表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。
【００２７】
次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置５と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング部７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄが設けられている。
【００２８】
パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ〜４ｄから各現像装置３ａ〜３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
【００２９】
そして、一次転写ローラ６ａ〜６ｄに所定の転写電圧を付与することにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等がクリーニング部７ａ〜７ｄにより除去される。
【００３０】
中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラ１１とこれに隣接して設けられた二次転写ローラ９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、中間転写ベルト８上のフルカラー画像が転写紙Ｐ上に転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。
【００３１】
定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３ａにより加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。
【００３２】
一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部１３を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ニップ部に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部１３に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。
【００３３】
図２は、本発明の現像装置の構成を示す側面断面図であり、図３は、現像装置の平面断面図（図２におけるＡＡ′矢視断面図）である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。
【００３４】
図２及び図３に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤と呼ぶ）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画されている。第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃにはトナーコンテナ４ａ（図１参照）から供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。
【００３５】
そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図３の矢印Ｂ、Ｃ方向）に搬送され、仕切壁２０ａの両端部に形成された現像剤通過路３０ａ、３０ｂを介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。即ち、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ、現像剤通過路３０ａ、３０ｂによって現像容器２０内に現像剤の循環経路が形成されている。
【００３６】
現像容器２０は図２の左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第１攪拌スクリュー２１ａの上方には磁気ローラ２２が配置され、磁気ローラ２２の左斜め上方には現像ローラ２３が対向配置されている。そして、現像ローラ２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３はそれぞれの回転軸周りに関して図中時計回りに回転する。
【００３７】
第２攪拌室２０ｃには第２攪拌スクリュー２１ｂと対面してトナー濃度センサ３１が配置されており、トナー補給口２０ｄの近傍にはトナーコンテナ４ａ（図１参照）からトナーを所定の速度で補給するためのトナー補給モータ２７が配設されている。図３に示すように、トナー補給口２０ｄは平面的に見て第２攪拌室２０ｃの端部に配置されている。
【００３８】
トナー濃度センサ３１としては、現像容器２０内におけるトナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤の透磁率を検出する透磁率センサが用いられる。ここで、トナー濃度とは現像剤中の磁性キャリアに対するトナーの比率（Ｔ／Ｃ）のことであり、本実施形態においては、トナー濃度センサ３１により現像剤の透磁率を検出し、その検出結果に相当する電圧値を後述する制御部９０（図５参照）に出力するよう構成されており、制御部９０によってトナー濃度センサ３１の出力値からトナー濃度が決定されるようになっている。制御部９０は、決定されたトナー濃度に応じてトナー補給モータ２７に制御信号を送信し、トナー補給口２０ｄから現像容器２０内に所定量のトナーを補給する。
【００３９】
センサ出力値はトナー濃度に応じて変化し、トナー濃度が高くなるほど磁性キャリアに対するトナーの比率が高くなり、磁気を通さないトナーの割合が増加するため出力値が低くなる。一方、トナー濃度が低くなるほどキャリアに対するトナーの比率が低くなり、磁気を通すキャリアの割合が増加するため出力値が高くなる。
【００４０】
磁気ローラ２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する固定マグネットローラ体２２ｂで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体２２ｂの磁極は、主極３５、規制極（穂切り用磁極）３６、搬送極３７、剥離極３８、及び汲上極３９の５極構成である。
【００４１】
現像ローラ２３は、円筒状の現像スリーブ２３ａと、現像スリーブ２３ａ内に固定された現像ローラ側磁極２３ｂで構成されており、磁気ローラ２２と現像ローラ２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。現像ローラ側磁極２３ｂは、固定マグネット体２２ｂの対向する磁極（主極）３５と異極性である。
【００４２】
また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラ２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラ２２の回転方向（図中時計回り）において、現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラ２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。
【００４３】
現像ローラ２３には、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）が印加され、磁気ローラ２２には、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）が印加されている。これらの直流電圧及び交流電圧は、現像バイアス電源４３からバイアス制御回路４１（いずれも図５参照）を経由して現像ローラ２３及び磁気ローラ２２に印加される。制御部９０は、バイアス制御回路４１に制御信号を送信して現像バイアス電源４３から印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を制御する。
【００４４】
前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第１攪拌スクリュー２１ａによって現像剤が磁気ローラ２２に搬送される。そして、磁気ローラ２２上に磁気ブラシ（図示せず）を形成し、磁気ローラ２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラ２３上にトナー薄層を形成する。
【００４５】
現像ローラ２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラ２２と現像ローラ２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラ２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。
【００４６】
図４は、現像ローラ２３及び磁気ローラ２２に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図４（ａ）に示すように、現像ローラ２３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が印加される。また、磁気ローラ２２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相の異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が印加される。
【００４７】
従って、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３間に印加される電圧は、図４（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図４で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。
【００４８】
磁気ブラシによって現像ローラ２３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラ２３の回転によって感光体ドラム１ａ現像ローラ２３との対向部分に搬送される。現像ローラ２３にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。
【００４９】
現像に用いられずに残ったトナーは、再度現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２上の磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ブラシは固定マグネットローラ体２２ｂの同極部分で磁気ローラ２２から引き剥がされた後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として磁気ローラ２２上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード２５へ搬送される。
【００５０】
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５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、カラープリンタ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、カラープリンタ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。
【００５１】
画像入力部４０は、カラープリンタ１００に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。
【００５２】
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、及び転写バイアス電源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、帯電器２ａ〜２ｄ、磁気ローラ２２、現像ローラ２３、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、二次転写ローラ９に所定のバイアスを印加する。
【００５３】
現像剤攪拌モータ４５はギヤ列を介して現像装置３ａ〜３ｄ内の第１及び第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂに連結されており、制御部９０からの制御信号に基づいて第１及び第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂを駆動させる。なお、ギヤ列を介して現像剤攪拌モータ４５を磁気ローラ２２及び現像ローラ２３にも連結しておくことで、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３の駆動源と兼用することもできる。
【００５４】
操作部５０には、液晶表示部５１、ＬＥＤ５２が設けられており、液晶表示部５１及びＬＥＤ５２は、カラープリンタ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するようになっている。カラープリンタ１００の各種設定はパーソナルコンピュータのプリンタドライバから行われる。
【００５５】
その他、操作部５０には、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、カラープリンタ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。
【００５６】
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、カラープリンタ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、制御に必要な数値の演算処理を行う演算部９７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。
【００５７】
また、制御部９０は、カラープリンタ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、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光装置５、定着部１３、中間転写ベルト８、二次転写ローラ９、トナー補給モータ２７、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、現像剤攪拌モータ４５、操作部５０等が挙げられる。
【００５８】
ＲＯＭ９２には、カラープリンタ１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンタ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、カラープリンタ１００の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンタ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、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、トナー濃度センサ３１の出力値や現像容器２０内の現像剤循環速度等の、トナー補給制御に必要となるデータや、印字率と印字終了後における現像装置３ａ〜３ｄの駆動時間との関係を規定した後駆動時間設定テーブル（後述）も格納されている。カウンタ９５は、印字枚数を積算してカウントする。
【００５９】
演算部９７は、トナー濃度センサ３１の出力値から現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度を算出して現像装置３ａ〜３ｄへのトナー補給量（トナー補給モータ２７の駆動時間）を決定する。決定されたトナー補給量はＣＰＵ９１に送信され、ＣＰＵ９１はトナー補給モータ２７に制御信号を送信して所定時間（或いは所定回転数）だけ駆動させる。また、ＣＰＵ９１はトナー補給後のトナー濃度センサ３１の出力値に基づいてトナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換の要否を判定する。即ち、トナー補給後にトナー濃度センサ３１の出力値が低下しない場合はトナーコンテナ４ａ〜４ｄが空であると判断してコンテナの交換を促す通知を行う。
【００６０】
機外温度センサ６０は、装置外部の温度を常に検出するものであり、例えば図１に示すように、発熱部分の影響を受けにくいトナーコンテナ４ａ側方の吸気ダクト（図示せず）近辺に設置されるが、装置外部の温度を正確に検出可能な他の場所に設置することもできる。
【００６１】
上述したように、画像出力に応じて現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度が検知され、トナー濃度が一定となるようにトナーが補給される。そして、新たに補給されたトナーを装置内の現像剤と十分に混合するために、画像出力が終了した後も現像装置３ａ〜３ｄの駆動を所定時間（以下、後駆動時間という）だけ継続させる。これにより、トナーの帯電性を安定させて直後の画像出力における濃度むらやトナー飛散、カブリ等の画像不良の発生を防止する。
【００６２】
また、高印字率の画像を連続して出力した場合、現像装置内のトナーが多量に消費されてトナー濃度が急速に低下するため、一度に多量のトナーが現像容器２０内に補給されることになる。そのため、印字率の高い色に対応する現像装置（例えばシアンの印字率が高い場合は現像装置３ａ）の後駆動時間を所定時間だけ延長する。これにより、補給されたトナーは現像容器２０内のキャリアと混合されて十分に帯電されるため、直後の出力画像におけるカブリ等の画像不良の発生を防止することができる。
【００６３】
一方、キャリアのトナーに対する帯電付与性能は環境温度に大きく依存する。そこで、本発明の画像形成装置では、環境温度に応じて現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度の設定値を段階的に変更することとしている。具体的には、キャリアの帯電付与性能が低下する高温環境下ではトナー濃度を低く（例えば８％）設定し、キャリアの帯電付与性能が高くなる低温環境下ではトナー濃度を高く（例えば１０％）設定する。
【００６４】
図６及び図７は、現像装置内のトナー濃度の設定値を変化させたときの現像装置の後駆動時間とトナー帯電量との関係を示すグラフである。試験方法としては、図１に示した画像形成装置を用い、現像装置内のトナー濃度を８％及び１０％に設定した。そして、それぞれ印字率５％、２０％、３０％、及び５０％のテスト画像を印字して印字率に応じて消費される量のトナーを補給し、後駆動時間を段階的に変化させたときのトナー帯電量を測定した。トナー濃度８％での結果を図６に、トナー濃度１０％での結果を図７に示す。なお、ここでは現像装置３ａ内のシアンの現像剤について調査した結果を示している。
【００６５】
図６に示すように、トナー濃度が８％に設定されている場合、印字率５％（図の○で表示）、２０％（図の△で表示）、３０％（図の□で表示）、５０％（図の◇で表示）のいずれにおいても後駆動時間３秒でトナー帯電量が１５μＣ／ｇ（図の破線で表示）に達した。一方、図７に示すように、トナー濃度が１０％に設定されている場合、印字率５％では後駆動時間３秒で１５μＣ／ｇ（図の破線で表示）に達したのに対し、印字率２０％（図の△で表示）では６秒、印字率３０％（図の□で表示）では８秒、印字率５０％（図の◇で表示）では９秒を要した。
【００６６】
つまり、現像装置内のトナー濃度が高くなると、トナーの帯電量が所定値（ここでは１５μＣ／ｇ）に立ち上がるまでの後駆動時間も長くなっていることがわかる。この理由としては、トナー濃度が高くなるとキャリア粒子１個が帯電させるトナーの粒子数が増加し、トナーの帯電に要する時間も長くなるためであると考えられる。
【００６７】
次に、印字率を段階的に変化させて連続印字を行ったときの印字枚数とカブリの発生との関係を調査した。試験方法としては、印字率５％、２０％、３０％、及び５０％のテスト画像を連続して印字し、白紙（白ベタ）部分のＦＤ（Fog Density；１０００μｍ3当たりのかぶり粒子数×１０００）を測定した。
【００６８】
トナー濃度を８％に設定し、現像装置の後駆動時間を３秒に固定した場合の結果を図８に示す。また、トナー濃度を１０％に設定し、現像装置の後駆動時間を３秒に固定した場合の結果を図９に示す。また、後駆動時間を印字率５％のとき３秒とし、２０％のとき６秒、３０％のとき８秒、５０％のとき９秒に延長した場合、即ち、印字率の増加に応じてトナー帯電量が所定値（１５μＣ／ｇ）以上まで上がるのに必要な時間（図７参照）まで延長した場合の結果を図１０に示す。
【００６９】
さらに、トナー濃度を１０％に設定した現像装置内１０箇所の現像剤を５０枚印字後にサンプリングし、トナー濃度を測定した結果を表１及び表２に示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
【表２】
【００７２】
トナー濃度を８％に設定した場合は、図８に示すように、後駆動時間を延長しなくても、印字率５％〜５０％の全てにおいて５０枚連続印字後のＦＤ値は許容値である１０を下回った。これは、図６に示したようにトナー濃度が低い場合はトナーが帯電され易く、帯電の立ち上がりが早いためである。
【００７３】
一方、トナー濃度を１０％に設定し、後駆動時間を印字率に係わらず３秒とした場合は、図９に示すように、印字率が５０％（図の◇で表示）のとき２５枚連続印字後に、３０％（図の□で表示）のとき３０枚連続印字後に、２０％（図の△で表示）のとき４０枚連続印字後に、それぞれＦＤ値が許容値である１０を超えた。これに対し、印字率の増加に応じて後駆動時間を延長した場合は、図１０に示すように、５０枚連続印字後においても印字率５％〜５０％の全てにおいてＦＤ値は許容値である１０を下回った。
【００７４】
また、表１及び表２の比較から、印字率に応じて後駆動時間を延長した場合は、後駆動時間を延長しなかった場合に比べて現像装置内のトナー濃度のバラツキ及び標準偏差が小さくなっており、トナーが十分に混合されていることが確認された。
【００７５】
以上の結果より、現像装置内のトナー濃度が高く、且つ高印字率の画像を出力した場合は、トナー消費量に合わせて補給されたトナーが十分に混合されず、トナーの帯電量低下によるカブリ現象や現像装置内のトナー濃度むらが発生することが明らかとなり、トナー帯電量低下は現像装置の後駆動時間を延長することで補償できることが確認された。なお、ここではシアンの現像剤についての結果のみ示したが、マゼンタ、イエロー、及びブラックの現像剤についても全く同様の結果が確認されている。
【００７６】
そこで、本発明においては、現像装置内のトナー濃度及び印字率に基づいて、現像装置の後駆動時間を制御することとした。具体的には、機外温度センサ６０により検知される環境温度に基づいて設定された現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度の設定を確認し、トナー濃度の設定値が所定値以上であるときは、一時記憶部９４内のデジタル信号（画像データ）に基づいて演算部９７で画像毎の印字率Ａを算出する。そして、出力される画像の印字率Ａから現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を決定する。
【００７７】
後駆動時間設定テーブルの一例を表３に示す。後駆動時間設定テーブルはＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている。
【００７８】
【表３】
【００７９】
カブリ現象やトナー濃度むらを防止するために必要な現像装置の後駆動時間は印字率に比例して大きくなるため、表１に示すように、印字率が５％以下の場合は後駆動時間を基準値である３秒とし、印字率が高くなるほど現像装置の後駆動時間を長くする。これにより、印字率が高く、現像装置内に多量のトナーが一度に補給される場合にもトナーを十分に帯電させることができ、直後の印字における濃度上昇や濃度むら、トナー飛散、カブリ等の発生を効果的に抑制することができる。また、印字率が低い場合や、印字率が高くても現像装置内のトナー濃度の設定値が低い場合は後駆動時間が延長されないため、現像剤の不必要な攪拌をなくしてキャリアの劣化を抑制することができる。
【００８０】
なお、ここでは環境温度に応じて現像装置内のトナー濃度の設定値を変更しているが、キャリアのトナーに対する帯電付与性能は、キャリアの使用開始時からの総トナー消費量にも依存しており、総トナー消費量は、画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、トナー補給モータ２７の積算駆動時間（または積算回転数）やトナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換回数から推定できる。従って、環境温度に代えて、或いは環境温度と共に積算印字率やトナーコンテナ交換時におけるトナー補給モータ２７の積算駆動時間（または積算回転数）、トナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換回数に基づいて現像装置内のトナー濃度設定を変更しても良い。
【００８１】
また、キャリアの使用初期においてはトナーに対する帯電付与性能が高いため、高印字率の画像を出力した後も濃度上昇やカブリの発生は認められないが、印字動作の繰り返しによりキャリアに機械的なストレスが長期間加えられるとキャリアが劣化するため、キャリアの耐用期間の末期に近づくにつれて帯電付与性能が低下し、画像濃度の上昇やカブリ現象が発生し易くなる。上述の通り、キャリアの劣化度合いは使用開始時からの総トナー使用量に比例する。
【００８２】
そこで、総トナー使用量に相関する積算印字率、トナー補給モータ２７の積算駆動時間（または積算回転数）、トナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換回数のいずれかが所定値を上回った時点で後駆動時間の延長制御を入れるようにしても良い。このようにすれば、キャリアの使用初期における不必要な現像剤の攪拌が回避されるため、キャリアの劣化をより効果的に抑制することができる。
【００８３】
図１１は、本発明の画像形成装置における現像装置の後駆動制御手順の一例を示すフローチャートである。図１〜図５を参照しながら、図１１のステップに沿って現像装置の予備駆動を実行する手順について説明する。
【００８４】
パソコン等から制御部９０に印字命令が入力されると、ＣＰＵ９１から装置各部に制御信号を送信し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、現像装置３ａ〜３ｄ、クリーニング部７ａ〜７ｄ、中間転写ベルト８等を駆動して印字動作を開始する（ステップＳ１）。同時に、現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度の設定値を確認し、トナー濃度が高濃度設定（ここでは１０％）であるか否かを判断する（ステップＳ２）。
【００８５】
トナー濃度が１０％である場合は、画像入力部４０から入力され一時記憶部９４に保管された画像データを読み出し、演算部９７において出力画像中の各色の印字率Ａを算出する（ステップＳ３）。次に、算出された各色の印字率が所定値（ここでは５％）以上であるか否かが判断され（ステップＳ４）、印字率５％以上の色がある場合は、ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている後駆動時間設定テーブル（表３参照）を用いて５％以上の色に対応する現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を延長する（ステップＳ５）。
【００８６】
例えば、出力画像中のシアン、マゼンタ、イエローの印字率が３％、ブラックの印字率が１５％である場合、現像装置３ａ〜３ｃの後駆動時間は基準値（ここでは３秒）から変更せず、現像装置３ｄの後駆動時間を６秒に延長する。また、ステップＳ４において印字率５％以上の色がない場合は、現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を３秒として次のステップに進む。
【００８７】
その後、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成し、形成されたトナー像を中間転写ベルト８、転写紙Ｐに順次転写する画像出力動作を開始する（ステップＳ６）。画像出力が終了した後、現像装置３ａ〜３ｄの後駆動を行う（ステップＳ７）。その後、各現像装置３ａ〜３ｄにおいて、ステップＳ５で決定された所定の後駆動時間が経過するまで駆動が継続される（ステップＳ８）。一方、ステップＳ２においてトナー濃度が低濃度設定（ここでは８％）である場合は、印字率に係わらず現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を基準値の３秒から延長せず、画像出力及び現像装置３ａ〜３ｄの後駆動を行う（ステップＳ６〜Ｓ８）。
【００８８】
上記の制御により、現像装置内のトナー濃度の設定値、及び出力される画像の印字率に基づいて、現像装置の予備駆動時間を基準値（３秒）から所定時間延長した適正な後駆動時間が決定されるため、現像装置内のキャリアの劣化を極力抑えつつ、濃度上昇やカブリ現象が抑制された高画質な画像を形成することができる。
【００８９】
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、本発明は図２に示したような磁気ローラ２２と現像ローラ２３を備えた現像装置に限定されるものではなく、トナー成分と磁性キャリアとから成る二成分現像剤を用いた種々の現像装置のトナーコンテナ交換時における予備駆動時間の設定に適用可能である。
【００９０】
また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンタ、カラー複写機、ファクシミリ等、二成分現像方式を用いた種々の画像形成装置に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、二成分現像剤を用いる現像装置の駆動制御に利用可能であり、現像容器内のトナー濃度を複数の濃度段階に設定するとともに、設定されたトナー濃度が所定値以上である場合は出力画像の印字率の増加に伴い印字終了後における現像装置の後駆動時間を基準値から延長する画像形成装置である。
【００９２】
これにより、トナー補給量に関係する出力画像の印字率に応じて現像装置の後駆動時間を適正に設定できるため、高印字率画像の出力直後における画像濃度の上昇やカブリ現象を効果的に抑制可能であり、且つトナー濃度の設定値が低く短時間でトナーの帯電が可能な場合は不必要な後駆動を制限してキャリアの劣化も抑制できる画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９３】
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ａ〜４ｄ トナーコンテナ（トナー貯留手段）
２０ 現像容器
２１ａ 第１攪拌スクリュー（攪拌搬送部材）
２１ｂ 第２攪拌スクリュー（攪拌搬送部材）
２２ 磁気ローラ（現像剤担持体）
２３ 現像ローラ
２５ 穂切りブレード
２７ トナー補給モータ（補給手段）
３１ トナー濃度センサ
４５ 現像剤攪拌モータ
６０ 機外温度センサ（温度検知手段）
９０ 制御部
９１ ＣＰＵ（制御手段）
９７ 演算部（演算手段）
１００ カラープリンタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関し、特に、画像形成装置に搭載され、磁性キャリアとトナーとから成る二成分現像剤を使用する現像装置の駆動制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置における乾式トナーを用いた現像方式としては、キャリアを用いない一成分現像方式と、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる二成分現像剤を使用し、現像ローラ上に形成されたトナー及びキャリアから成る磁気ブラシにより像担持体（感光体）上の静電潜像を現像する二成分現像方式とが知られている。
【０００３】
一成分現像方式は、磁気ブラシによって像担持体上の静電潜像が乱されることがなく高画質化に適している反面、トナーをチャージローラで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制するため、トナーの添加剤がチャージローラに付着して帯電能力が低下し、トナーの帯電量を安定して維持することが困難であった。また、規制ブレードにトナーが付着し、層形成が不均一になって画像欠陥をきたすことがあった。
【０００４】
また、色重ねを行うカラー印刷の場合、カラートナーに透過性が要求されるため、非磁性トナーである必要がある。そこで、フルカラー画像形成装置においてはキャリアを用いてトナーを帯電及び搬送する二成分現像方式を採用する場合が多い。
【０００５】
ところで、二成分現像方式においては、印字動作の繰り返しによりキャリア表面にコーティングされた樹脂が摩擦によって剥離し、キャリアの導電率が高くなるためにトナーへの帯電付与性能が低下する。そのため、トナーの帯電量が所定値を下回り、画像濃度が必要以上に濃くなったり、カブリ現象が発生したりして画像品質を低下させるという問題点があった。
【０００６】
更に、使用環境や累積印字枚数に応じて現像装置内のトナー濃度（キャリアに対するトナーの割合）の設定値を変更する場合がある。この場合、トナー濃度が低く設定される場合はキャリア粒子１個が帯電させるトナー粒子の個数が減少するため、トナー濃度が高く設定される場合に比べてトナーの帯電が安定し易くなる傾向にあった。
【０００７】
例えば特許文献１には、印字率または画像密度に基づいて現像剤の攪拌継続時間を変更することで、トナー補給量に応じた攪拌時間を確保してトナーの帯電の安定化を図る方法が記載されている。この方法によれば、印字率が低くトナー補給量が少ない場合は攪拌時間を短くしてキャリアの劣化を抑制するとともに、印字率が高くトナー補給量が多い場合は攪拌時間を長くしてトナーの帯電不足を解消できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１５１３７５号公報（請求項６、段落［００３６］、［０１１３］〜［０１１７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の制御を適用すると、トナー濃度が低く設定され、トナーの帯電が安定し易いときでも高印字率の画像が出力されると攪拌時間が延長され、現像剤が不必要に攪拌されてしまうため、機械的ストレスによりキャリアの劣化が促進されるおそれがあった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み、高印字率の画像を連続して印字した場合においても現像装置内の濃度むらやトナー飛散、カブリ現象等の画質低下を効果的に抑制するとともに、キャリアの劣化も極力抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、該現像容器内に回転自在に支持され表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像容器内の現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送部材と、を有し、印字終了毎に所定の後駆動時間だけ駆動を継続する現像装置と、該現像装置に補給するトナーを貯留するトナー貯留手段と、該トナー貯留手段内のトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、前記現像装置により現像される画像１枚毎の印字率を算出する演算手段と、前記現像容器内のトナー濃度を複数の濃度段階に設定するとともに、設定されたトナー濃度が所定値以上である場合は前記演算手段により算出された印字率の増加に伴い前記後駆動時間を基準値から延長する制御手段と、を備えた画像形成装置である。
【００１２】
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、前記演算手段により算出された印字率が所定値以上のとき前記後駆動時間を基準値から延長することを特徴としている。
【００１３】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、装置本体外部の環境温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、前記温度検知手段により検知された環境温度に基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定することを特徴としている。
【００１４】
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、前記演算手段により算出される画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、前記補給手段の積算駆動時間、前記補給手段の積算駆動回数のいずれかに基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定することを特徴としている。
【００１５】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記トナー貯留手段は装置本体に対し着脱可能に設けられており、前記制御手段は、前記トナー貯留手段の交換回数に基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定することを特徴としている。
【００１６】
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、前記演算手段により算出される画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、前記補給手段の積算駆動時間、前記補給手段の積算駆動回数のいずれかが所定値に到達した時点から前記後駆動時間を基準値から延長する制御を実行することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の構成によれば、現像容器内のトナー濃度の設定値に基づいて印字終了後における現像装置の後駆動時間を延長するか否かを判断し、トナー濃度が所定値以上の場合のみ印字率の増加に基づいて後駆動時間が適正値に延長されるため、高印字率画像の出力直後における画像濃度の上昇やカブリ現象を効果的に抑制可能となる。また、トナー濃度が所定値よりも低い場合は後駆動時間を延長しないため、現像剤が不必要に長時間攪拌されずキャリアの劣化も極力抑制される。
【００１８】
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、演算手段により算出された印字率が所定値以上のとき後駆動時間を基準値から延長することにより、トナー補給量が少ない低印字率の画像出力後に不必要な後駆動時間の延長が行われないため、キャリアの劣化を更に抑制することができる。
【００１９】
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、温度検知手段により検知された装置本体外部の環境温度に基づいて現像容器内のトナー濃度を設定することにより、キャリアの帯電付与性能と相関性の高い環境温度に応じて現像容器内のトナー濃度を適切に設定することができる。
【００２０】
また、本発明の第４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、画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、補給手段の積算駆動時間、積算駆動回数のいずれかに基づいて現像容器内のトナー濃度を設定することにより、キャリアの帯電付与性能と相関性の高い積算印字率、補給手段の積算駆動時間、積算駆動回数に応じて現像容器内のトナー濃度を適切に設定することができる。
【００２１】
また、本発明の第５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、装置本体に対し着脱可能に設けられたトナー貯留手段の交換回数に基づいて現像容器内のトナー濃度を設定することにより、キャリアの帯電付与性能と相関性の高いトナー貯留手段の交換回数に応じて現像容器内のトナー濃度を適切に設定することができる。
【００２２】
また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第５のいずれかの構成の画像形成装置において、積算印字率、補給手段の積算駆動時間、積算駆動回数のいずれかが所定値に到達した時点から後駆動時間を基準値から延長する制御を実行することにより、キャリアのトナーに対する帯電付与性能が高く後駆動時間を延長する必要のない装置の使用初期において不必要な後駆動時間の延長が行われないため、キャリアの劣化をより一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図
【図２】本発明の画像形成装置に搭載される現像装置の構成を示す側面断面図
【図３】現像装置の構成を示す平面断面図
【図４】現像ローラ及び磁気ローラに印加されるバイアス波形の一例を示す図
【図５】本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図
【図６】トナー濃度８％における現像装置の後駆動時間とトナー帯電量との関係を示すグラフ
【図７】トナー濃度１０％における現像装置の後駆動時間とトナー帯電量との関係を示すグラフ
【図８】トナー濃度を８％に設定し、現像装置の後駆動時間を３秒に固定した場合の印字枚数とカブリ濃度との関係を示すグラフ
【図９】トナー濃度を１０％に設定し、現像装置の後駆動時間を３秒に固定した場合の印字枚数とカブリ濃度との関係を示すグラフ
【図１０】トナー濃度を１０％に設定し、現像装置の後駆動時間を印字率の増加に応じて延長した場合の印字枚数とカブリ濃度との関係を示すグラフ
【図１１】本発明の画像形成装置における現像装置の後駆動制御手順の一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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、本発明の現像装置が搭載された画像形成装置の概略断面図であり、ここではタンデム方式のカラー画像形成装置について示している。カラープリンタ１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（シアン、マゼンタ、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。
【００２５】
この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、さらに駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転する中間転写ベルト８が各画像形成部Ｐａ〜Ｐｄに隣接して設けられている。これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに当接しながら移動する中間転写ベルト８上に順次一次転写されて重畳された後、二次転写ローラ９の作用によって記録媒体の一例としての転写紙Ｐ上に二次転写され、さらに、定着部１３において転写紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。
【００２６】
トナー像が転写される転写紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９と後述する中間転写ベルト８の駆動ローラ１１とのニップ部へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが主に用いられる。また、中間転写ベルト８の回転方向において二次転写ローラ９の下流側には、中間転写ベルト８表面に残存するトナー等を除去するためのブレード状のベルトクリーナ１９が配置されている。
【００２７】
次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置５と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）等を除去するクリーニング部７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｄが設けられている。
【００２８】
パソコン等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置５によって画像データに応じて光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置３ａ〜３ｄ内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ４ａ〜４ｄから各現像装置３ａ〜３ｄにトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置３ａ〜３ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。
【００２９】
そして、一次転写ローラ６ａ〜６ｄに所定の転写電圧を付与することにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナー等がクリーニング部７ａ〜７ｄにより除去される。
【００３０】
中間転写ベルト８は、上流側の搬送ローラ１０と、下流側の駆動ローラ１１とに掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、転写紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで駆動ローラ１１とこれに隣接して設けられた二次転写ローラ９とのニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、中間転写ベルト８上のフルカラー画像が転写紙Ｐ上に転写される。トナー像が転写された転写紙Ｐは定着部１３へと搬送される。
【００３１】
定着部１３に搬送された転写紙Ｐは、定着ローラ対１３ａにより加熱及び加圧されてトナー像が転写紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された転写紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。転写紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。
【００３２】
一方、転写紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部１３を通過した転写紙Ｐは分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ニップ部に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により転写紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部１３に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。
【００３３】
図２は、本発明の現像装置の構成を示す側面断面図であり、図３は、現像装置の平面断面図（図２におけるＡＡ′矢視断面図）である。なお、ここでは図１の画像形成部Ｐａに配置される現像装置３ａについて説明するが、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄに配置される現像装置３ｂ〜３ｄの構成についても基本的に同様であるため説明を省略する。
【００３４】
図２及び図３に示すように、現像装置３ａは、二成分現像剤（以下、単に現像剤と呼ぶ）が収納される現像容器２０を備えており、現像容器２０は仕切壁２０ａによって第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃに区画されている。第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃにはトナーコンテナ４ａ（図１参照）から供給されるトナー（正帯電トナー）をキャリアと混合して撹拌し、帯電させるための第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂが回転可能に配設されている。
【００３５】
そして、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって現像剤が攪拌されつつ軸方向（図３の矢印Ｂ、Ｃ方向）に搬送され、仕切壁２０ａの両端部に形成された現像剤通過路３０ａ、３０ｂを介して第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ間を循環する。即ち、第１及び第２攪拌室２０ｂ、２０ｃ、現像剤通過路３０ａ、３０ｂによって現像容器２０内に現像剤の循環経路が形成されている。
【００３６】
現像容器２０は図２の左斜め上方に延在しており、現像容器２０内において第１攪拌スクリュー２１ａの上方には磁気ローラ２２が配置され、磁気ローラ２２の左斜め上方には現像ローラ２３が対向配置されている。そして、現像ローラ２３は現像容器２０の開口側（図２の左側）において感光体ドラム１ａに対向しており、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３はそれぞれの回転軸周りに関して図中時計回りに回転する。
【００３７】
第２攪拌室２０ｃには第２攪拌スクリュー２１ｂと対面してトナー濃度センサ３１が配置されており、トナー補給口２０ｄの近傍にはトナーコンテナ４ａ（図１参照）からトナーを所定の速度で補給するためのトナー補給モータ２７が配設されている。図３に示すように、トナー補給口２０ｄは平面的に見て第２攪拌室２０ｃの端部に配置されている。
【００３８】
トナー濃度センサ３１としては、現像容器２０内におけるトナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤の透磁率を検出する透磁率センサが用いられる。ここで、トナー濃度とは現像剤中の磁性キャリアに対するトナーの比率（Ｔ／Ｃ）のことであり、本実施形態においては、トナー濃度センサ３１により現像剤の透磁率を検出し、その検出結果に相当する電圧値を後述する制御部９０（図５参照）に出力するよう構成されており、制御部９０によってトナー濃度センサ３１の出力値からトナー濃度が決定されるようになっている。制御部９０は、決定されたトナー濃度に応じてトナー補給モータ２７に制御信号を送信し、トナー補給口２０ｄから現像容器２０内に所定量のトナーを補給する。
【００３９】
センサ出力値はトナー濃度に応じて変化し、トナー濃度が高くなるほど磁性キャリアに対するトナーの比率が高くなり、磁気を通さないトナーの割合が増加するため出力値が低くなる。一方、トナー濃度が低くなるほどキャリアに対するトナーの比率が低くなり、磁気を通すキャリアの割合が増加するため出力値が高くなる。
【００４０】
磁気ローラ２２は、非磁性の回転スリーブ２２ａと、回転スリーブに内包される複数の磁極（ここでは５極）を有する固定マグネットローラ体２２ｂで構成されている。本実施形態では、固定マグネット体２２ｂの磁極は、主極３５、規制極（穂切り用磁極）３６、搬送極３７、剥離極３８、及び汲上極３９の５極構成である。
【００４１】
現像ローラ２３は、円筒状の現像スリーブ２３ａと、現像スリーブ２３ａ内に固定された現像ローラ側磁極２３ｂで構成されており、磁気ローラ２２と現像ローラ２３とはその対面位置（対向位置）において所定のギャップをもって対向している。現像ローラ側磁極２３ｂは、固定マグネット体２２ｂの対向する磁極（主極）３５と異極性である。
【００４２】
また、現像容器２０には穂切りブレード２５が磁気ローラ２２の長手方向（図２の紙面表裏方向）に沿って取り付けられており、穂切りブレード２５は、磁気ローラ２２の回転方向（図中時計回り）において、現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向位置よりも上流側に位置付けられている。そして、穂切りブレード２５の先端部と磁気ローラ２２表面との間には僅かな隙間（ギャップ）が形成されている。
【００４３】
現像ローラ２３には、直流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）という）が印加され、磁気ローラ２２には、直流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＤＣ）という）及び交流電圧（以下、Ｖｍａｇ（ＡＣ）という）が印加されている。これらの直流電圧及び交流電圧は、現像バイアス電源４３からバイアス制御回路４１（いずれも図５参照）を経由して現像ローラ２３及び磁気ローラ２２に印加される。制御部９０は、バイアス制御回路４１に制御信号を送信して現像バイアス電源４３から印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）、Ｖｓｌｖ（ＡＣ）及びＶｍａｇ（ＤＣ）、Ｖｍａｇ（ＡＣ）を制御する。
【００４４】
前述のように、第１攪拌スクリュー２１ａ及び第２攪拌スクリュー２１ｂによって、現像剤が攪拌されつつ現像容器２０内を循環してトナーを帯電させ、第１攪拌スクリュー２１ａによって現像剤が磁気ローラ２２に搬送される。そして、磁気ローラ２２上に磁気ブラシ（図示せず）を形成し、磁気ローラ２２上の磁気ブラシは穂切りブレード２５によって層厚規制された後、磁気ローラ２２と現像ローラ２３との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２に印加されるＶｍａｇ（ＤＣ）と現像ローラ２３に印加されるＶｓｌｖ（ＤＣ）との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラ２３上にトナー薄層を形成する。
【００４５】
現像ローラ２３上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラ２２と現像ローラ２３との回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラ２３上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。
【００４６】
図４は、現像ローラ２３及び磁気ローラ２２に印加されるバイアス波形の一例を示す図である。図４（ａ）に示すように、現像ローラ２３には、Ｖｓｌｖ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ１である矩形波のＶｓｌｖ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｓｌｖ（実線）が印加される。また、磁気ローラ２２には、Ｖｍａｇ（ＤＣ）にピークツーピーク値がＶｐｐ２であり、且つＶｓｌｖ（ＡＣ）と位相の異なる矩形波のＶｍａｇ（ＡＣ）を重畳した合成波形Ｖｍａｇ（破線）が印加される。
【００４７】
従って、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３間に印加される電圧は、図４（ｂ）に示すようなＶｐｐ（ｍａｘ）とＶｐｐ（ｍｉｎ）を有する合成波形Ｖｍａｇ−Ｖｓｌｖとなる。なお、Ｖｍａｇ（ＡＣ）はＶｓｌｖ（ＡＣ）よりもＤｕｔｙ比が大きくなるように設定される。実際には図４で示すような完全な矩形波ではなく、一部が歪んだ形状の交流電圧が印加される。
【００４８】
磁気ブラシによって現像ローラ２３上に形成されたトナー薄層は、現像ローラ２３の回転によって感光体ドラム１ａ現像ローラ２３との対向部分に搬送される。現像ローラ２３にはＶｓｌｖ（ＤＣ）及びＶｓｌｖ（ＡＣ）が印加されているため、感光体ドラム１ａとの間の電位差によってトナーが飛翔し、感光体ドラム１ａ上の静電潜像が現像される。
【００４９】
現像に用いられずに残ったトナーは、再度現像ローラ２３と磁気ローラ２２との対向部分に搬送され、磁気ローラ２２上の磁気ブラシによって回収される。そして、磁気ブラシは固定マグネットローラ体２２ｂの同極部分で磁気ローラ２２から引き剥がされた後、再び適正なトナー濃度で均一に帯電された二成分現像剤として磁気ローラ２２上に磁気ブラシを形成し、穂切りブレード２５へ搬送される。
【００５０】
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５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、カラープリンタ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、カラープリンタ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。
【００５１】
画像入力部４０は、カラープリンタ１００に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。
【００５２】
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、及び転写バイアス電源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、帯電器２ａ〜２ｄ、磁気ローラ２２、現像ローラ２３、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、二次転写ローラ９に所定のバイアスを印加する。
【００５３】
現像剤攪拌モータ４５はギヤ列を介して現像装置３ａ〜３ｄ内の第１及び第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂに連結されており、制御部９０からの制御信号に基づいて第１及び第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂを駆動させる。なお、ギヤ列を介して現像剤攪拌モータ４５を磁気ローラ２２及び現像ローラ２３にも連結しておくことで、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３の駆動源と兼用することもできる。
【００５４】
操作部５０には、液晶表示部５１、ＬＥＤ５２が設けられており、液晶表示部５１及びＬＥＤ５２は、カラープリンタ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するようになっている。カラープリンタ１００の各種設定はパーソナルコンピュータのプリンタドライバから行われる。
【００５５】
その他、操作部５０には、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、カラープリンタ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。
【００５６】
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、カラープリンタ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、制御に必要な数値の演算処理を行う演算部９７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。
【００５７】
また、制御部９０は、カラープリンタ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、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光装置５、定着部１３、中間転写ベルト８、二次転写ローラ９、トナー補給モータ２７、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、現像剤攪拌モータ４５、操作部５０等が挙げられる。
【００５８】
ＲＯＭ９２には、カラープリンタ１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、カラープリンタ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、カラープリンタ１００の制御途中で発生した必要なデータや、カラープリンタ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、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、トナー濃度センサ３１の出力値や現像容器２０内の現像剤循環速度等の、トナー補給制御に必要となるデータや、印字率と印字終了後における現像装置３ａ〜３ｄの駆動時間との関係を規定した後駆動時間設定テーブル（後述）も格納されている。カウンタ９５は、印字枚数を積算してカウントする。
【００５９】
演算部９７は、トナー濃度センサ３１の出力値から現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度を算出して現像装置３ａ〜３ｄへのトナー補給量（トナー補給モータ２７の駆動時間）を決定する。決定されたトナー補給量はＣＰＵ９１に送信され、ＣＰＵ９１はトナー補給モータ２７に制御信号を送信して所定時間（或いは所定回転数）だけ駆動させる。また、ＣＰＵ９１はトナー補給後のトナー濃度センサ３１の出力値に基づいてトナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換の要否を判定する。即ち、トナー補給後にトナー濃度センサ３１の出力値が低下しない場合はトナーコンテナ４ａ〜４ｄが空であると判断してコンテナの交換を促す通知を行う。
【００６０】
機外温度センサ６０は、装置外部の温度を常に検出するものであり、例えば図１に示すように、発熱部分の影響を受けにくいトナーコンテナ４ａ側方の吸気ダクト（図示せず）近辺に設置されるが、装置外部の温度を正確に検出可能な他の場所に設置することもできる。
【００６１】
上述したように、画像出力に応じて現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度が検知され、トナー濃度が一定となるようにトナーが補給される。そして、新たに補給されたトナーを装置内の現像剤と十分に混合するために、画像出力が終了した後も現像装置３ａ〜３ｄの駆動を所定時間（以下、後駆動時間という）だけ継続させる。これにより、トナーの帯電性を安定させて直後の画像出力における濃度むらやトナー飛散、カブリ等の画像不良の発生を防止する。
【００６２】
また、高印字率の画像を連続して出力した場合、現像装置内のトナーが多量に消費されてトナー濃度が急速に低下するため、一度に多量のトナーが現像容器２０内に補給されることになる。そのため、印字率の高い色に対応する現像装置（例えばシアンの印字率が高い場合は現像装置３ａ）の後駆動時間を所定時間だけ延長する。これにより、補給されたトナーは現像容器２０内のキャリアと混合されて十分に帯電されるため、直後の出力画像におけるカブリ等の画像不良の発生を防止することができる。
【００６３】
一方、キャリアのトナーに対する帯電付与性能は環境温度に大きく依存する。そこで、本発明の画像形成装置では、環境温度に応じて現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度の設定値を段階的に変更することとしている。具体的には、キャリアの帯電付与性能が低下する高温環境下ではトナー濃度を低く（例えば８％）設定し、キャリアの帯電付与性能が高くなる低温環境下ではトナー濃度を高く（例えば１０％）設定する。
【００６４】
図６及び図７は、現像装置内のトナー濃度の設定値を変化させたときの現像装置の後駆動時間とトナー帯電量との関係を示すグラフである。試験方法としては、図１に示した画像形成装置を用い、現像装置内のトナー濃度を８％及び１０％に設定した。そして、それぞれ印字率５％、２０％、３０％、及び５０％のテスト画像を印字して印字率に応じて消費される量のトナーを補給し、後駆動時間を段階的に変化させたときのトナー帯電量を測定した。トナー濃度８％での結果を図６に、トナー濃度１０％での結果を図７に示す。なお、ここでは現像装置３ａ内のシアンの現像剤について調査した結果を示している。
【００６５】
図６に示すように、トナー濃度が８％に設定されている場合、印字率５％（図の○で表示）、２０％（図の△で表示）、３０％（図の□で表示）、５０％（図の◇で表示）のいずれにおいても後駆動時間３秒でトナー帯電量が１５μＣ／ｇ（図の破線で表示）に達した。一方、図７に示すように、トナー濃度が１０％に設定されている場合、印字率５％では後駆動時間３秒で１５μＣ／ｇ（図の破線で表示）に達したのに対し、印字率２０％（図の△で表示）では６秒、印字率３０％（図の□で表示）では８秒、印字率５０％（図の◇で表示）では９秒を要した。
【００６６】
つまり、現像装置内のトナー濃度が高くなると、トナーの帯電量が所定値（ここでは１５μＣ／ｇ）に立ち上がるまでの後駆動時間も長くなっていることがわかる。この理由としては、トナー濃度が高くなるとキャリア粒子１個が帯電させるトナーの粒子数が増加し、トナーの帯電に要する時間も長くなるためであると考えられる。
【００６７】
次に、印字率を段階的に変化させて連続印字を行ったときの印字枚数とカブリの発生との関係を調査した。試験方法としては、印字率５％、２０％、３０％、及び５０％のテスト画像を連続して印字し、白紙（白ベタ）部分のＦＤ（Fog Density；１０００μｍ3当たりのかぶり粒子数×１０００）を測定した。
【００６８】
トナー濃度を８％に設定し、現像装置の後駆動時間を３秒に固定した場合の結果を図８に示す。また、トナー濃度を１０％に設定し、現像装置の後駆動時間を３秒に固定した場合の結果を図９に示す。また、後駆動時間を印字率５％のとき３秒とし、２０％のとき６秒、３０％のとき８秒、５０％のとき９秒に延長した場合、即ち、印字率の増加に応じてトナー帯電量が所定値（１５μＣ／ｇ）以上まで上がるのに必要な時間（図７参照）まで延長した場合の結果を図１０に示す。
【００６９】
さらに、トナー濃度を１０％に設定した現像装置内１０箇所の現像剤を５０枚印字後にサンプリングし、トナー濃度を測定した結果を表１及び表２に示す。
【００７０】
【表１】
【００７１】
【表２】
【００７２】
トナー濃度を８％に設定した場合は、図８に示すように、後駆動時間を延長しなくても、印字率５％〜５０％の全てにおいて５０枚連続印字後のＦＤ値は許容値である１０を下回った。これは、図６に示したようにトナー濃度が低い場合はトナーが帯電され易く、帯電の立ち上がりが早いためである。
【００７３】
一方、トナー濃度を１０％に設定し、後駆動時間を印字率に係わらず３秒とした場合は、図９に示すように、印字率が５０％（図の◇で表示）のとき２５枚連続印字後に、３０％（図の□で表示）のとき３０枚連続印字後に、２０％（図の△で表示）のとき４０枚連続印字後に、それぞれＦＤ値が許容値である１０を超えた。これに対し、印字率の増加に応じて後駆動時間を延長した場合は、図１０に示すように、５０枚連続印字後においても印字率５％〜５０％の全てにおいてＦＤ値は許容値である１０を下回った。
【００７４】
また、表１及び表２の比較から、印字率に応じて後駆動時間を延長した場合は、後駆動時間を延長しなかった場合に比べて現像装置内のトナー濃度のバラツキ及び標準偏差が小さくなっており、トナーが十分に混合されていることが確認された。
【００７５】
以上の結果より、現像装置内のトナー濃度が高く、且つ高印字率の画像を出力した場合は、トナー消費量に合わせて補給されたトナーが十分に混合されず、トナーの帯電量低下によるカブリ現象や現像装置内のトナー濃度むらが発生することが明らかとなり、トナー帯電量低下は現像装置の後駆動時間を延長することで補償できることが確認された。なお、ここではシアンの現像剤についての結果のみ示したが、マゼンタ、イエロー、及びブラックの現像剤についても全く同様の結果が確認されている。
【００７６】
そこで、本発明においては、現像装置内のトナー濃度及び印字率に基づいて、現像装置の後駆動時間を制御することとした。具体的には、機外温度センサ６０により検知される環境温度に基づいて設定された現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度の設定を確認し、トナー濃度の設定値が所定値以上であるときは、一時記憶部９４内のデジタル信号（画像データ）に基づいて演算部９７で画像毎の印字率Ａを算出する。そして、出力される画像の印字率Ａから現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を決定する。
【００７７】
後駆動時間設定テーブルの一例を表３に示す。後駆動時間設定テーブルはＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている。
【００７８】
【表３】
【００７９】
カブリ現象やトナー濃度むらを防止するために必要な現像装置の後駆動時間は印字率に比例して大きくなるため、表１に示すように、印字率が５％以下の場合は後駆動時間を基準値である３秒とし、印字率が高くなるほど現像装置の後駆動時間を長くする。これにより、印字率が高く、現像装置内に多量のトナーが一度に補給される場合にもトナーを十分に帯電させることができ、直後の印字における濃度上昇や濃度むら、トナー飛散、カブリ等の発生を効果的に抑制することができる。また、印字率が低い場合や、印字率が高くても現像装置内のトナー濃度の設定値が低い場合は後駆動時間が延長されないため、現像剤の不必要な攪拌をなくしてキャリアの劣化を抑制することができる。
【００８０】
なお、ここでは環境温度に応じて現像装置内のトナー濃度の設定値を変更しているが、キャリアのトナーに対する帯電付与性能は、キャリアの使用開始時からの総トナー消費量にも依存しており、総トナー消費量は、画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、トナー補給モータ２７の積算駆動時間（または積算回転数）やトナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換回数から推定できる。従って、環境温度に代えて、或いは環境温度と共に積算印字率やトナーコンテナ交換時におけるトナー補給モータ２７の積算駆動時間（または積算回転数）、トナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換回数に基づいて現像装置内のトナー濃度設定を変更しても良い。
【００８１】
また、キャリアの使用初期においてはトナーに対する帯電付与性能が高いため、高印字率の画像を出力した後も濃度上昇やカブリの発生は認められないが、印字動作の繰り返しによりキャリアに機械的なストレスが長期間加えられるとキャリアが劣化するため、キャリアの耐用期間の末期に近づくにつれて帯電付与性能が低下し、画像濃度の上昇やカブリ現象が発生し易くなる。上述の通り、キャリアの劣化度合いは使用開始時からの総トナー使用量に比例する。
【００８２】
そこで、総トナー使用量に相関する積算印字率、トナー補給モータ２７の積算駆動時間（または積算回転数）、トナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換回数のいずれかが所定値を上回った時点で後駆動時間の延長制御を入れるようにしても良い。このようにすれば、キャリアの使用初期における不必要な現像剤の攪拌が回避されるため、キャリアの劣化をより効果的に抑制することができる。
【００８３】
図１１は、本発明の画像形成装置における現像装置の後駆動制御手順の一例を示すフローチャートである。図１〜図５を参照しながら、図１１のステップに沿って現像装置の予備駆動を実行する手順について説明する。
【００８４】
パソコン等から制御部９０に印字命令が入力されると、ＣＰＵ９１から装置各部に制御信号を送信し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ、現像装置３ａ〜３ｄ、クリーニング部７ａ〜７ｄ、中間転写ベルト８等を駆動して印字動作を開始する（ステップＳ１）。同時に、現像装置３ａ〜３ｄ内のトナー濃度の設定値を確認し、トナー濃度が高濃度設定（ここでは１０％）であるか否かを判断する（ステップＳ２）。
【００８５】
トナー濃度が１０％である場合は、画像入力部４０から入力され一時記憶部９４に保管された画像データを読み出し、演算部９７において出力画像中の各色の印字率Ａを算出する（ステップＳ３）。次に、算出された各色の印字率が所定値（ここでは５％）以上であるか否かが判断され（ステップＳ４）、印字率５％以上の色がある場合は、ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている後駆動時間設定テーブル（表３参照）を用いて５％以上の色に対応する現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を延長する（ステップＳ５）。
【００８６】
例えば、出力画像中のシアン、マゼンタ、イエローの印字率が３％、ブラックの印字率が１５％である場合、現像装置３ａ〜３ｃの後駆動時間は基準値（ここでは３秒）から変更せず、現像装置３ｄの後駆動時間を６秒に延長する。また、ステップＳ４において印字率５％以上の色がない場合は、現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を３秒として次のステップに進む。
【００８７】
その後、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成し、形成されたトナー像を中間転写ベルト８、転写紙Ｐに順次転写する画像出力動作を開始する（ステップＳ６）。画像出力が終了した後、現像装置３ａ〜３ｄの後駆動を行う（ステップＳ７）。その後、各現像装置３ａ〜３ｄにおいて、ステップＳ５で決定された所定の後駆動時間が経過するまで駆動が継続される（ステップＳ８）。一方、ステップＳ２においてトナー濃度が低濃度設定（ここでは８％）である場合は、印字率に係わらず現像装置３ａ〜３ｄの後駆動時間を基準値の３秒から延長せず、画像出力及び現像装置３ａ〜３ｄの後駆動を行う（ステップＳ６〜Ｓ８）。
【００８８】
上記の制御により、現像装置内のトナー濃度の設定値、及び出力される画像の印字率に基づいて、現像装置の予備駆動時間を基準値（３秒）から所定時間延長した適正な後駆動時間が決定されるため、現像装置内のキャリアの劣化を極力抑えつつ、濃度上昇やカブリ現象が抑制された高画質な画像を形成することができる。
【００８９】
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、本発明は図２に示したような磁気ローラ２２と現像ローラ２３を備えた現像装置に限定されるものではなく、トナー成分と磁性キャリアとから成る二成分現像剤を用いた種々の現像装置のトナーコンテナ交換時における予備駆動時間の設定に適用可能である。
【００９０】
また、本発明は図１に示したタンデム式のカラープリンタに限らず、デジタル或いはアナログ方式のモノクロ複写機、モノクロプリンタ、カラー複写機、ファクシミリ等、二成分現像方式を用いた種々の画像形成装置に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、二成分現像剤を用いる現像装置の駆動制御に利用可能であり、現像容器内のトナー濃度を複数の濃度段階に設定するとともに、設定されたトナー濃度が所定値以上である場合は出力画像の印字率の増加に伴い印字終了後における現像装置の後駆動時間を基準値から延長する画像形成装置である。
【００９２】
これにより、トナー補給量に関係する出力画像の印字率に応じて現像装置の後駆動時間を適正に設定できるため、高印字率画像の出力直後における画像濃度の上昇やカブリ現象を効果的に抑制可能であり、且つトナー濃度の設定値が低く短時間でトナーの帯電が可能な場合は不必要な後駆動を制限してキャリアの劣化も抑制できる画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００９３】
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ａ〜４ｄ トナーコンテナ（トナー貯留手段）
２０ 現像容器
２１ａ 第１攪拌スクリュー（攪拌搬送部材）
２１ｂ 第２攪拌スクリュー（攪拌搬送部材）
２２ 磁気ローラ（現像剤担持体）
２３ 現像ローラ
２５ 穂切りブレード
２７ トナー補給モータ（補給手段）
３１ トナー濃度センサ
４５ 現像剤攪拌モータ
６０ 機外温度センサ（温度検知手段）
９０ 制御部
９１ ＣＰＵ（制御手段）
９７ 演算部（演算手段）
１００ カラープリンタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、該現像容器内に回転自在に支持され表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像容器内の現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送部材と、を有し、印字終了毎に所定の後駆動時間だけ駆動を継続する現像装置と、
該現像装置に補給するトナーを貯留するトナー貯留手段と、
該トナー貯留手段内のトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、
前記現像装置により現像される画像１枚毎の印字率を算出する演算手段と、
前記現像容器内のトナー濃度を複数の濃度段階に設定するとともに、設定されたトナー濃度が所定値以上である場合は前記演算手段により算出された印字率の増加に伴い前記後駆動時間を基準値から延長する制御手段と、
を備えた画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記演算手段により算出された印字率が所定値以上のとき前記後駆動時間を基準値から延長することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
装置本体外部の環境温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、前記温度検知手段により検知された環境温度に基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定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。
【請求項４】
前記制御手段は、前記演算手段により算出される画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、前記補給手段の積算駆動時間、前記補給手段の積算駆動回数のいずれかに基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定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。
【請求項５】
前記トナー貯留手段は装置本体に対し着脱可能に設けられており、前記制御手段は、前記トナー貯留手段の交換回数に基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定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。
【請求項６】
前記制御手段は、前記演算手段により算出される画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、前記補給手段の積算駆動時間、前記補給手段の積算駆動回数のいずれかが所定値に到達した時点から前記後駆動時間を基準値から延長する制御を実行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。
【請求項１】
キャリアとトナーとを含む二成分現像剤を収容する現像容器と、該現像容器内に回転自在に支持され表面に現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像容器内の現像剤を撹拌搬送する撹拌搬送部材と、を有し、印字終了毎に所定の後駆動時間だけ駆動を継続する現像装置と、
該現像装置に補給するトナーを貯留するトナー貯留手段と、
該トナー貯留手段内のトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、
前記現像装置により現像される画像１枚毎の印字率を算出する演算手段と、
前記現像容器内のトナー濃度を複数の濃度段階に設定するとともに、設定されたトナー濃度が所定値以上である場合は前記演算手段により算出された印字率の増加に伴い前記後駆動時間を基準値から延長する制御手段と、
を備えた画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記演算手段により算出された印字率が所定値以上のとき前記後駆動時間を基準値から延長することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
装置本体外部の環境温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、前記温度検知手段により検知された環境温度に基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定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。
【請求項４】
前記制御手段は、前記演算手段により算出される画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、前記補給手段の積算駆動時間、前記補給手段の積算駆動回数のいずれかに基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定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。
【請求項５】
前記トナー貯留手段は装置本体に対し着脱可能に設けられており、前記制御手段は、前記トナー貯留手段の交換回数に基づいて前記現像容器内のトナー濃度を設定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。
【請求項６】
前記制御手段は、前記演算手段により算出される画像１枚毎の印字率を積算した積算印字率、前記補給手段の積算駆動時間、前記補給手段の積算駆動回数のいずれかが所定値に到達した時点から前記後駆動時間を基準値から延長する制御を実行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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１１２６５７（Ｐ２０１１−１１２６５７Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５８５３（Ｐ２００９−２６５８５３）
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（０００００６１５０）京セラミタ株式会社 (13,173)
【Ｆターム（参考）】
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