画像形成装置
【課題】キャリアの劣化により帯電付与性能が低下した場合においても、現像速度を低下させずにトナーコンテナ交換時の濃度上昇やカブリ現象等の画質低下を効果的に抑制可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーコンテナ４ａの交換が検知されると、演算部９７において画像毎の印字率ｂｎを積算した積算印字率Σｂｎを算出する。次に、ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている予備駆動時間設定テーブルを用いて現像装置３ａの予備駆動時間を設定する。そして、トナーコンテナ４ａから現像装置３ａに所定量（例えば１．５ｇ）のトナーが補給された後、第１及び第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂが設定された予備駆動時間だけ予備駆動される。
【解決手段】トナーコンテナ４ａの交換が検知されると、演算部９７において画像毎の印字率ｂｎを積算した積算印字率Σｂｎを算出する。次に、ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている予備駆動時間設定テーブルを用いて現像装置３ａの予備駆動時間を設定する。そして、トナーコンテナ４ａから現像装置３ａに所定量（例えば１．５ｇ）のトナーが補給された後、第１及び第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂが設定された予備駆動時間だけ予備駆動される。
【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搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、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。特に、トナーコンテナの交換時（Adding Toner動作時）においては現像装置内に新たなトナーが多量に補給されるため、上記の不具合が発生し易くなる。
【０００６】
この対策として、例えば特許文献１には、累積的に計数した現像装置の使用回数に応じて、使用回数が増加するほど現像装置の現像速度を遅くし、及び／又は主帯電器の出力を低下させる現像剤劣化補償手段を設けた画像形成装置が開示されている。また、特許文献２には、現像剤の攪拌時間の積算値に基づいて現像剤攪拌搬送路内の現像剤搬送速度を制御する現像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−６２６８１号公報
【特許文献２】特開２００７−７９４８９号公報（請求項１９、段落［０１２７］、図２１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法では、現像速度を遅くした場合は画像形成装置の重要な性能である出力効率を低下させてしまう。また、主帯電器の出力を低下させた場合は画質の安定性を損ねるおそれがあった。
【０００９】
一方、特許文献２においては、現像性能の低下や回収搬送路の下流側での現像剤のオーバーフローを防止するために、供給搬送路及び回収搬送路の現像剤搬送速度は低下させず、現像剤撹拌搬送路の現像剤搬送速度のみを低下させることが提案されている（段落［０１０１］）。しかし、この方法では供給搬送路及び回収搬送路での搬送速度と現像剤撹拌搬送路での搬送速度を別個に制御する必要があり、現像装置の構成や制御経路が複雑になるという問題点があった。
【００１０】
さらに、特許文献１、２の制御に用いる現像装置の使用回数や現像剤の攪拌時間の積算値は、必ずしもキャリアの帯電付与性能と高い相関性を有しておらず、トナーの帯電不足による画像品質の低下を抑制する方法として十分なものではなかった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、キャリアの劣化により帯電付与性能が低下した場合においても、現像速度を低下させずにトナーコンテナ交換時の濃度上昇やカブリ現象等の画質低下を効果的に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】
【００１２】
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着脱可能なトナーコンテナと、該トナーコンテナ内のトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、前記現像装置の総トナー消費量を算出するトナー消費量算出手段と、該トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量に基づいて前記トナーコンテナ交換時における前記現像装置の予備駆動時間を制御する制御手段と、を備えた画像形成装置である。
【００１３】
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、前記トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量の増加に伴い前記トナーコンテナ交換時における前記現像装置の予備駆動時間を初期値から段階的に延長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、前記トナー消費量算出手段は、印刷１枚毎に算出される印字率を積算した積算印字率を用いて総トナー消費量を算出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、前記トナー消費量算出手段は、前記補給手段の積算駆動時間または積算駆動回数を用いて総トナー消費量を算出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、前記トナー消費量算出手段は、前記トナーコンテナの交換回数を用いて総トナー消費量を算出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、トナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間をキャリアの帯電付与性能の低下と相関性の高い総トナー消費量に基づいて設定できるため、従来のように現像速度を低下させることなくトナーコンテナ交換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。
【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、トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量の増加に伴いトナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間を初期値から段階的に延長することにより、キャリアの帯電付与性能の低下と相関性の高い総トナー消費量に基づいて予備駆動時間を適正値に設定することができる。
【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、トナー消費量算出手段は、印刷１枚毎に算出される印字率を積算した積算印字率を用いて総トナー消費量を算出することにより、総トナー消費量を簡単に且つ精度良く算出することができる。
【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、トナー消費量算出手段は、補給手段の積算駆動時間または積算駆動回数を用いて総トナー消費量を算出することにより、総トナー消費量を簡単に且つ精度良く算出することができる。
【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、トナー消費量算出手段は、トナーコンテナの交換回数を用いて総トナー消費量を算出することにより、総トナー消費量を簡単に且つ精度良く算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】本発明の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】耐久印字枚数とキャリア表面へのシリカ付着量との関係を示すグラフ
【図７】初期キャリアと耐久印字後のキャリアを用いた場合の現像装置の予備駆動時間とトナー帯電量との関係を示すグラフ
【図８】耐久印字後のキャリアを用いた場合の現像装置の予備駆動時間とカブリ濃度との関係を示すグラフ
【図９】トナーコンテナ交換時における現像装置の予備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】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
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ユニット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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
従って、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３間（以下、ＭＳ間という）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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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７、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。
【００５７】
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、後述する積算印字率とトナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換時における現像剤攪拌時間（予備駆動時間）との関係を規定した予備駆動時間設定テーブルも格納されている。カウンタ９５は、印字枚数を積算してカウントする。
【００５８】
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３３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３３に制御信号を送信して所定時間駆動させる。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。
【００５９】
ところで、トナーコンテナの交換時においては現像装置内のトナー濃度が大幅に低下しているため、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、トナーコンテナ４ａ〜４ｄのいずれかを交換した場合は、交換されたトナーコンテナ（例えばトナーコンテナ４ａ）に対応する現像装置（例えば現像装置３ａ）を所定時間だけ予備駆動させる。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、トナーコンテナの交換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。
【００６０】
しかし、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という問題がある。具体的には、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。従って、現像装置の予備駆動を行ってもトナーを十分に帯電させることができず、キャリアの耐用期間の末期に近づくにつれて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するおそれがあった。
【００６１】
図６は、耐久印字枚数とキャリア表面へのシリカ付着量との関係を示すグラフである。なお、ここでは現像装置３ｂ内のマゼンタの現像剤について調査した結果を示している。試験方法としては、図１に示した画像形成装置を用い、印字率４％及び８％のテスト画像を連続印字し、所定枚数毎に現像装置３ｂ内のキャリアを一定量ずつサンプリングしてキャリア表面へのシリカ付着量を定量した。
【００６２】
シリカ付着量の定量は、一定量の試料にＸ線を照射し、試料を構成する原子の内殻の電子が励起されて生じた空孔に外殻の電子が遷移する際に放出される蛍光Ｘ線の波長により試料を構成している元素を割り出し、さらに蛍光Ｘ線の強度（ｋｃｐｓ）を測定することにより特定の元素の含有量を定量する蛍光Ｘ線分析法を用いて行った。
【００６３】
図６に示すように、印字率４％（図の●で表示）では、２００ｋ枚（２０万枚）印字後においてもシリカのＸ線強度が夏環境（２８℃、８０％ＲＨ）でカブリ濃度が許容値（０．０１）以下となる５０ｋｃｐｓを超えなかったのに対し、印字率８％（図の△で表示）では、１００ｋ枚（１０万枚）印字後に５０ｋｃｐｓを超えた。つまり、キャリア表面へのシリカ付着量は印字枚数にのみ依存しているのではなく、印字動作の積み重ねによりどれだけのトナーを使用したかに依存していることがわかる。
【００６４】
図７は、初期キャリアと耐久印字（印字率４％のテスト画像を２００ｋ枚印字）後のキャリアを用いた場合の現像装置の予備駆動時間（現像剤攪拌時間）とトナー帯電量との関係を示すグラフであり、図８は、耐久印字（印字率４％のテスト画像を２００ｋ枚印字）後のキャリアを用いた場合の現像装置の予備駆動時間（現像剤攪拌時間）とカブリ濃度との関係を示すグラフである。なお、図６と同様に現像装置３ｂ内のマゼンタの現像剤について調査した結果を示している。
【００６５】
試験方法としては、初期キャリアと耐久印字後のキャリアがそれぞれ充填された現像装置に、トナーコンテナ交換時の補給量である１．５ｇのトナーを投入し、予備駆動時間を段階的に変化させたときのトナー帯電量、及び白紙（白ベタ）画像の濃度（ＩＤ；イメージデンシティ）を測定した。
【００６６】
図７に示すように、初期キャリア（図の◇で表示）ではトナーの帯電量の立ち上がりは早く、予備駆動時間２０秒でトナー帯電量が飽和帯電量（約１６μＣ／ｇ）に上昇したのに対し、耐久印字後のキャリア（図の□で表示）ではトナー帯電量が飽和帯電量（約１４μＣ／ｇ）に上昇するまで４０〜５０秒の予備駆動時間を要した。
【００６７】
また、図８に示すように、耐久印字後のキャリアを用いた場合はトナー補給直後のカブリ濃度が高くなったが、予備駆動時間が長くなるにつれてカブリ濃度は低下し、予備駆動時間４０秒で許容値である０．０１を下回った。つまり、耐久印字後のキャリアは初期キャリアに比べてトナー帯電付与性能が低下するものの、現像装置の予備駆動時間を長くとることにより、耐久印字後のキャリアを用いる場合でもカブリ濃度が許容値を下回る程度までトナーの帯電量が上昇するため、現像性に問題は生じない。
【００６８】
以上の結果より、キャリアの劣化、即ちトナー帯電付与性能の低下は、トナー外添剤であるシリカのキャリア表面への付着に大きく依存していること、及びキャリア表面へのシリカ付着量は、キャリアの使用開始時からの総トナー消費量に大きく依存していることが明らかとなり、キャリアのトナー帯電付与性能の低下は現像装置の予備駆動時間を長くとることで補償できることが確認された。なお、ここではマゼンタの現像剤についての結果のみ示したが、シアン、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。
【００６９】
そこで、本発明においては、現像装置内のキャリアへのシリカ付着量、即ちキャリア劣化によるトナーへの帯電付与性能の低下を、総トナー消費量を用いて推定し、トナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間を制御することとした。
【００７０】
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から算出することができる。具体的には、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ｂｎを算出する。算出された印字率ｂｎはＲＡＭ９３に記憶される。そして、トナーコンテナ交換時に印字率ｂｎを積算した積算印字率Σｂｎを算出し、積算印字率Σｂｎから現像装置３ａ〜３ｄにおける総トナー消費量を算出する。
【００７１】
トナーコンテナ交換時に必要な現像装置の予備駆動時間は、総トナー消費量、即ち積算印字率に比例して大きくなるため、トナーコンテナ交換時の積算印字率に応じて予備駆動時間を設定することが好ましい。予備駆動時間設定テーブルの一例を表１に示す。予備駆動時間設定テーブルはＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている。
【００７２】
【表１】
【００７３】
表１に示すように、総トナー消費量が多くなるほどトナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間を長くする。これにより、キャリアの劣化によりトナー帯電付与性能が低下した場合でもトナーコンテナ交換時に補給される多量のトナーを十分に帯電させることができ、トナーコンテナ交換直後の印字において現像速度を低下させることなく濃度上昇やカブリを効果的に抑制することができる。
【００７４】
なお、総トナー消費量は、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の交換回数から算出することもできる。従って、積算印字率に代えて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）やトナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換回数に基づいて現像装置の予備駆動時間を決定しても良い。
【００７５】
図９は、本発明の画像形成装置におけるトナーコンテナ交換時の現像装置の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９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。
【００７６】
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のいずれかが空であると判断され、コンテナの交換が通知されると、ユーザによりトナーコンテナの交換が行われる（ステップＳ１）。ここでは、シアンのトナーが充填されたトナーコンテナ４ａが交換されたものとする。
【００７７】
トナーコンテナ４ａの交換が検知されると、演算部９７においてＲＡＭ９３に記憶された画像毎の印字率ｂｎを用いて積算印字率Σｂｎを算出する（ステップＳ２）。次に、ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている予備駆動時間設定テーブル（表１参照）を用いて現像装置３ａの予備駆動時間を設定する（ステップＳ３）。例えば積算印字率が１５０ｋ％である場合、表１に示した予備駆動時間設定テーブルを用いて予備駆動時間が５０秒に設定される。
【００７８】
そして、ＣＰＵ９１からトナー補給モータ２７に制御信号が送信され、トナー補給モータ２７が所定時間駆動することによりトナーコンテナ４ａから現像装置３ａに所定量（例えば１．５ｇ）のトナーが補給される（ステップＳ４）。トナー補給が終了した後、ＣＰＵ９１から現像剤攪拌モータ４５に制御信号が送信され、現像装置３ａ内の第１及び第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂが予備駆動される（ステップＳ５）。その後、所定時間（例えば５０秒）が経過するまで予備駆動が継続される（ステップＳ６）。
【００７９】
上記の制御により、トナーコンテナの交換時における積算印字率からキャリアの劣化度合いを推定し、トナーコンテナの交換後における現像装置の予備駆動時間を初期値（４０秒）から所定時間延長した適正な予備駆動時間が決定されるため、トナーコンテナの交換直後からキャリアの汚れに係わらず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。
【００８０】
なお、図９ではトナーコンテナ４ａの交換時における現像装置３ａの駆動制御について説明したが、トナーコンテナ４ｂ〜４ｄの交換時における現像装置３ｂ〜３ｄの駆動制御についても全く同様である。また、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の交換回数に基づいて現像装置の予備駆動時間を決定する場合も図９と同様の手順で実行することができる。
【００８１】
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。
【００８２】
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、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】
【００８３】
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、トナー消費量算出手段により算出された現像装置の総トナー消費量に基づいてトナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間を制御する画像形成装置である。これにより、キャリアの帯電付与性能の低下と相関性の高い総トナー消費量に応じてトナーコンテナ交換時の予備駆動時間を適正に設定できるため、トナーコンテナ交換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な画像形成装置を提供することができる。
【００８４】
また、印刷１枚毎に算出される印字率を積算した積算印字率、補給手段の積算駆動時間、トナーコンテナの積算交換回数のいずれかを用いて総トナー消費量を算出するようにしたので、総トナー消費量を簡単に且つ精度良く算出でき、予備駆動時間の設定精度も向上する。
【符号の説明】
【００８５】
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
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
４０ 現像剤攪拌モータ
９０ 制御部
９１ ＣＰＵ（制御手段）
９７ 演算部（トナー消費量算出手段）
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搭載される現像装置及びそれを備えた画像形成装置に関し、特に、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。特に、トナーコンテナの交換時（Adding Toner動作時）においては現像装置内に新たなトナーが多量に補給されるため、上記の不具合が発生し易くなる。
【０００６】
この対策として、例えば特許文献１には、累積的に計数した現像装置の使用回数に応じて、使用回数が増加するほど現像装置の現像速度を遅くし、及び／又は主帯電器の出力を低下させる現像剤劣化補償手段を設けた画像形成装置が開示されている。また、特許文献２には、現像剤の攪拌時間の積算値に基づいて現像剤攪拌搬送路内の現像剤搬送速度を制御する現像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−６２６８１号公報
【特許文献２】特開２００７−７９４８９号公報（請求項１９、段落［０１２７］、図２１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法では、現像速度を遅くした場合は画像形成装置の重要な性能である出力効率を低下させてしまう。また、主帯電器の出力を低下させた場合は画質の安定性を損ねるおそれがあった。
【０００９】
一方、特許文献２においては、現像性能の低下や回収搬送路の下流側での現像剤のオーバーフローを防止するために、供給搬送路及び回収搬送路の現像剤搬送速度は低下させず、現像剤撹拌搬送路の現像剤搬送速度のみを低下させることが提案されている（段落［０１０１］）。しかし、この方法では供給搬送路及び回収搬送路での搬送速度と現像剤撹拌搬送路での搬送速度を別個に制御する必要があり、現像装置の構成や制御経路が複雑になるという問題点があった。
【００１０】
さらに、特許文献１、２の制御に用いる現像装置の使用回数や現像剤の攪拌時間の積算値は、必ずしもキャリアの帯電付与性能と高い相関性を有しておらず、トナーの帯電不足による画像品質の低下を抑制する方法として十分なものではなかった。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、キャリアの劣化により帯電付与性能が低下した場合においても、現像速度を低下させずにトナーコンテナ交換時の濃度上昇やカブリ現象等の画質低下を効果的に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】
【００１２】
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着脱可能なトナーコンテナと、該トナーコンテナ内のトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、前記現像装置の総トナー消費量を算出するトナー消費量算出手段と、該トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量に基づいて前記トナーコンテナ交換時における前記現像装置の予備駆動時間を制御する制御手段と、を備えた画像形成装置である。
【００１３】
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、前記トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量の増加に伴い前記トナーコンテナ交換時における前記現像装置の予備駆動時間を初期値から段階的に延長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、前記トナー消費量算出手段は、印刷１枚毎に算出される印字率を積算した積算印字率を用いて総トナー消費量を算出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、前記トナー消費量算出手段は、前記補給手段の積算駆動時間または積算駆動回数を用いて総トナー消費量を算出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、前記トナー消費量算出手段は、前記トナーコンテナの交換回数を用いて総トナー消費量を算出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、トナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間をキャリアの帯電付与性能の低下と相関性の高い総トナー消費量に基づいて設定できるため、従来のように現像速度を低下させることなくトナーコンテナ交換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。
【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、トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量の増加に伴いトナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間を初期値から段階的に延長することにより、キャリアの帯電付与性能の低下と相関性の高い総トナー消費量に基づいて予備駆動時間を適正値に設定することができる。
【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、トナー消費量算出手段は、印刷１枚毎に算出される印字率を積算した積算印字率を用いて総トナー消費量を算出することにより、総トナー消費量を簡単に且つ精度良く算出することができる。
【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、トナー消費量算出手段は、補給手段の積算駆動時間または積算駆動回数を用いて総トナー消費量を算出することにより、総トナー消費量を簡単に且つ精度良く算出することができる。
【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、トナー消費量算出手段は、トナーコンテナの交換回数を用いて総トナー消費量を算出することにより、総トナー消費量を簡単に且つ精度良く算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】本発明の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】耐久印字枚数とキャリア表面へのシリカ付着量との関係を示すグラフ
【図７】初期キャリアと耐久印字後のキャリアを用いた場合の現像装置の予備駆動時間とトナー帯電量との関係を示すグラフ
【図８】耐久印字後のキャリアを用いた場合の現像装置の予備駆動時間とカブリ濃度との関係を示すグラフ
【図９】トナーコンテナ交換時における現像装置の予備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】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
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ユニット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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
従って、磁気ローラ２２及び現像ローラ２３間（以下、ＭＳ間という）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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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７、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。
【００５７】
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、後述する積算印字率とトナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換時における現像剤攪拌時間（予備駆動時間）との関係を規定した予備駆動時間設定テーブルも格納されている。カウンタ９５は、印字枚数を積算してカウントする。
【００５８】
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３３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３３に制御信号を送信して所定時間駆動させる。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。
【００５９】
ところで、トナーコンテナの交換時においては現像装置内のトナー濃度が大幅に低下しているため、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、トナーコンテナ４ａ〜４ｄのいずれかを交換した場合は、交換されたトナーコンテナ（例えばトナーコンテナ４ａ）に対応する現像装置（例えば現像装置３ａ）を所定時間だけ予備駆動させる。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、トナーコンテナの交換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。
【００６０】
しかし、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という問題がある。具体的には、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。従って、現像装置の予備駆動を行ってもトナーを十分に帯電させることができず、キャリアの耐用期間の末期に近づくにつれて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するおそれがあった。
【００６１】
図６は、耐久印字枚数とキャリア表面へのシリカ付着量との関係を示すグラフである。なお、ここでは現像装置３ｂ内のマゼンタの現像剤について調査した結果を示している。試験方法としては、図１に示した画像形成装置を用い、印字率４％及び８％のテスト画像を連続印字し、所定枚数毎に現像装置３ｂ内のキャリアを一定量ずつサンプリングしてキャリア表面へのシリカ付着量を定量した。
【００６２】
シリカ付着量の定量は、一定量の試料にＸ線を照射し、試料を構成する原子の内殻の電子が励起されて生じた空孔に外殻の電子が遷移する際に放出される蛍光Ｘ線の波長により試料を構成している元素を割り出し、さらに蛍光Ｘ線の強度（ｋｃｐｓ）を測定することにより特定の元素の含有量を定量する蛍光Ｘ線分析法を用いて行った。
【００６３】
図６に示すように、印字率４％（図の●で表示）では、２００ｋ枚（２０万枚）印字後においてもシリカのＸ線強度が夏環境（２８℃、８０％ＲＨ）でカブリ濃度が許容値（０．０１）以下となる５０ｋｃｐｓを超えなかったのに対し、印字率８％（図の△で表示）では、１００ｋ枚（１０万枚）印字後に５０ｋｃｐｓを超えた。つまり、キャリア表面へのシリカ付着量は印字枚数にのみ依存しているのではなく、印字動作の積み重ねによりどれだけのトナーを使用したかに依存していることがわかる。
【００６４】
図７は、初期キャリアと耐久印字（印字率４％のテスト画像を２００ｋ枚印字）後のキャリアを用いた場合の現像装置の予備駆動時間（現像剤攪拌時間）とトナー帯電量との関係を示すグラフであり、図８は、耐久印字（印字率４％のテスト画像を２００ｋ枚印字）後のキャリアを用いた場合の現像装置の予備駆動時間（現像剤攪拌時間）とカブリ濃度との関係を示すグラフである。なお、図６と同様に現像装置３ｂ内のマゼンタの現像剤について調査した結果を示している。
【００６５】
試験方法としては、初期キャリアと耐久印字後のキャリアがそれぞれ充填された現像装置に、トナーコンテナ交換時の補給量である１．５ｇのトナーを投入し、予備駆動時間を段階的に変化させたときのトナー帯電量、及び白紙（白ベタ）画像の濃度（ＩＤ；イメージデンシティ）を測定した。
【００６６】
図７に示すように、初期キャリア（図の◇で表示）ではトナーの帯電量の立ち上がりは早く、予備駆動時間２０秒でトナー帯電量が飽和帯電量（約１６μＣ／ｇ）に上昇したのに対し、耐久印字後のキャリア（図の□で表示）ではトナー帯電量が飽和帯電量（約１４μＣ／ｇ）に上昇するまで４０〜５０秒の予備駆動時間を要した。
【００６７】
また、図８に示すように、耐久印字後のキャリアを用いた場合はトナー補給直後のカブリ濃度が高くなったが、予備駆動時間が長くなるにつれてカブリ濃度は低下し、予備駆動時間４０秒で許容値である０．０１を下回った。つまり、耐久印字後のキャリアは初期キャリアに比べてトナー帯電付与性能が低下するものの、現像装置の予備駆動時間を長くとることにより、耐久印字後のキャリアを用いる場合でもカブリ濃度が許容値を下回る程度までトナーの帯電量が上昇するため、現像性に問題は生じない。
【００６８】
以上の結果より、キャリアの劣化、即ちトナー帯電付与性能の低下は、トナー外添剤であるシリカのキャリア表面への付着に大きく依存していること、及びキャリア表面へのシリカ付着量は、キャリアの使用開始時からの総トナー消費量に大きく依存していることが明らかとなり、キャリアのトナー帯電付与性能の低下は現像装置の予備駆動時間を長くとることで補償できることが確認された。なお、ここではマゼンタの現像剤についての結果のみ示したが、シアン、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。
【００６９】
そこで、本発明においては、現像装置内のキャリアへのシリカ付着量、即ちキャリア劣化によるトナーへの帯電付与性能の低下を、総トナー消費量を用いて推定し、トナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間を制御することとした。
【００７０】
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から算出することができる。具体的には、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ｂｎを算出する。算出された印字率ｂｎはＲＡＭ９３に記憶される。そして、トナーコンテナ交換時に印字率ｂｎを積算した積算印字率Σｂｎを算出し、積算印字率Σｂｎから現像装置３ａ〜３ｄにおける総トナー消費量を算出する。
【００７１】
トナーコンテナ交換時に必要な現像装置の予備駆動時間は、総トナー消費量、即ち積算印字率に比例して大きくなるため、トナーコンテナ交換時の積算印字率に応じて予備駆動時間を設定することが好ましい。予備駆動時間設定テーブルの一例を表１に示す。予備駆動時間設定テーブルはＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている。
【００７２】
【表１】
【００７３】
表１に示すように、総トナー消費量が多くなるほどトナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間を長くする。これにより、キャリアの劣化によりトナー帯電付与性能が低下した場合でもトナーコンテナ交換時に補給される多量のトナーを十分に帯電させることができ、トナーコンテナ交換直後の印字において現像速度を低下させることなく濃度上昇やカブリを効果的に抑制することができる。
【００７４】
なお、総トナー消費量は、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の交換回数から算出することもできる。従って、積算印字率に代えて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）やトナーコンテナ４ａ〜４ｄの交換回数に基づいて現像装置の予備駆動時間を決定しても良い。
【００７５】
図９は、本発明の画像形成装置におけるトナーコンテナ交換時の現像装置の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９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。
【００７６】
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のいずれかが空であると判断され、コンテナの交換が通知されると、ユーザによりトナーコンテナの交換が行われる（ステップＳ１）。ここでは、シアンのトナーが充填されたトナーコンテナ４ａが交換されたものとする。
【００７７】
トナーコンテナ４ａの交換が検知されると、演算部９７においてＲＡＭ９３に記憶された画像毎の印字率ｂｎを用いて積算印字率Σｂｎを算出する（ステップＳ２）。次に、ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３（又はＲＯＭ９２）に記憶されている予備駆動時間設定テーブル（表１参照）を用いて現像装置３ａの予備駆動時間を設定する（ステップＳ３）。例えば積算印字率が１５０ｋ％である場合、表１に示した予備駆動時間設定テーブルを用いて予備駆動時間が５０秒に設定される。
【００７８】
そして、ＣＰＵ９１からトナー補給モータ２７に制御信号が送信され、トナー補給モータ２７が所定時間駆動することによりトナーコンテナ４ａから現像装置３ａに所定量（例えば１．５ｇ）のトナーが補給される（ステップＳ４）。トナー補給が終了した後、ＣＰＵ９１から現像剤攪拌モータ４５に制御信号が送信され、現像装置３ａ内の第１及び第２攪拌スクリュー２１ａ、２１ｂが予備駆動される（ステップＳ５）。その後、所定時間（例えば５０秒）が経過するまで予備駆動が継続される（ステップＳ６）。
【００７９】
上記の制御により、トナーコンテナの交換時における積算印字率からキャリアの劣化度合いを推定し、トナーコンテナの交換後における現像装置の予備駆動時間を初期値（４０秒）から所定時間延長した適正な予備駆動時間が決定されるため、トナーコンテナの交換直後からキャリアの汚れに係わらず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。
【００８０】
なお、図９ではトナーコンテナ４ａの交換時における現像装置３ａの駆動制御について説明したが、トナーコンテナ４ｂ〜４ｄの交換時における現像装置３ｂ〜３ｄの駆動制御についても全く同様である。また、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の交換回数に基づいて現像装置の予備駆動時間を決定する場合も図９と同様の手順で実行することができる。
【００８１】
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。
【００８２】
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、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】
【００８３】
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、トナー消費量算出手段により算出された現像装置の総トナー消費量に基づいてトナーコンテナ交換時における現像装置の予備駆動時間を制御する画像形成装置である。これにより、キャリアの帯電付与性能の低下と相関性の高い総トナー消費量に応じてトナーコンテナ交換時の予備駆動時間を適正に設定できるため、トナーコンテナ交換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な画像形成装置を提供することができる。
【００８４】
また、印刷１枚毎に算出される印字率を積算した積算印字率、補給手段の積算駆動時間、トナーコンテナの積算交換回数のいずれかを用いて総トナー消費量を算出するようにしたので、総トナー消費量を簡単に且つ精度良く算出でき、予備駆動時間の設定精度も向上する。
【符号の説明】
【００８５】
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
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
４０ 現像剤攪拌モータ
９０ 制御部
９１ ＣＰＵ（制御手段）
９７ 演算部（トナー消費量算出手段）
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着脱可能なトナーコンテナと、
該トナーコンテナ内のトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、
前記現像装置の総トナー消費量を算出するトナー消費量算出手段と、
該トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量に基づいて前記トナーコンテナ交換時における前記現像装置の予備駆動時間を制御する制御手段と、
を備えた画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量の増加に伴い前記トナーコンテナ交換時における前記現像装置の予備駆動時間を初期値から段階的に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】
前記トナー消費量算出手段は、印刷１枚毎に算出される印字率を積算した積算印字率を用いて総トナー消費量を算出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】
前記トナー消費量算出手段は、前記補給手段の積算駆動時間または積算駆動回数を用いて総トナー消費量を算出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】
前記トナー消費量算出手段は、前記トナーコンテナの交換回数を用いて総トナー消費量を算出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着脱可能なトナーコンテナと、
該トナーコンテナ内のトナーを前記現像装置に補給する補給手段と、
前記現像装置の総トナー消費量を算出するトナー消費量算出手段と、
該トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量に基づいて前記トナーコンテナ交換時における前記現像装置の予備駆動時間を制御する制御手段と、
を備えた画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記トナー消費量算出手段により算出された総トナー消費量の増加に伴い前記トナーコンテナ交換時における前記現像装置の予備駆動時間を初期値から段階的に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】
前記トナー消費量算出手段は、印刷１枚毎に算出される印字率を積算した積算印字率を用いて総トナー消費量を算出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】
前記トナー消費量算出手段は、前記補給手段の積算駆動時間または積算駆動回数を用いて総トナー消費量を算出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】
前記トナー消費量算出手段は、前記トナーコンテナの交換回数を用いて総トナー消費量を算出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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−９５３４９（Ｐ２０１１−９５３４９Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４７２１６（Ｐ２００９−２４７２１６）
【出願日】平成２１年１０月２８日（２００９．１０．２８）
【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５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２８日（２００９．１０．２８）
【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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