(57)【要約】【課題】新たに部材を追加することなく、現像器からの飛散量を減らし画像品質の低下を軽減すること。【解決手段】像担持体と、前記像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体と、画像形成時に前記現像剤担持体にＡＣ電圧を印加する制御部と、を有する画像形成装置において、  前記制御部は、前記像担持体による非画像形成時において、ＤＣ電圧のみで現像バイアスを印加することで前記現像剤担持体から前記像担持体へトナーを吐き出すトナー吐出制御モードを有することを特徴とする。【選択図】図２
2014191195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、前記像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体と、画像形成時に前記現像剤担持体にＡＣ電圧を印加する制御部と、を有する画像形成装置において、
前記制御部は、前記像担持体による非画像形成時において、ＤＣ電圧のみで現像バイアスを印加することで前記現像剤担持体から前記像担持体へトナーを吐き出すトナー吐出制御モードを有することを特徴とする画像形成装置。  
【請求項２】
前記現像剤担持体にトナーを供給する現像器と、
前記現像器に補給すべきトナーを収容するトナー容器と、
前記トナー容器に収容されているトナーを前記現像器に補給するトナー補給部と、を有し、
前記制御部による前記トナー吐出制御モードは、前記トナー容器から前記現像器に補給したトナーの量に応じて粗粉トナーの消費量を制御するために行われることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
【請求項３】
前記制御部による前記トナー吐出制御モードは、印字枚数が所定値に達した場合に行われ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】
前記制御部は、前記画像形成時において、前記現像剤担持体に対してＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳して印加することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記現像剤は、非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体上に形成された静電潜像をトナー像に現像する現像装置を備えた、電子写真複写機やレーザービームプリンタ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真式の画像形成装置では、現像に関与しなかった残トナーが、現像装置の現像開口から飛散して画像形成装置本体内を汚染するおそれがある。例えば、残トナーが像担持体に付着したりシートに付着したりして、画像品質を低下させるおそれがある。また、残トナーが現像開口周辺を汚して、メンテナンス時に作業者に付着するおそれがあった。
【０００３】
特に、高温高湿環境下、または現像剤中に含まれるトナー量が通常状態より多くなってしまった場合、現像装置からトナーが飛散してしまうおそれがある。これは、高温高湿環境下、または現像剤中のトナー量が多い場合には、トナーの帯電量が低下することによる。帯電量が低下したトナーは、キャリアに対する付着力が低下するため、飛散しやすくなるなどの要因がある。
【０００４】
従来、このような問題に対してトナーが飛散しやすい場所にシート等の部材を設け、トナーが現像器から飛び出すのを防ぐ方法がある。シート等があることで、現像されなかった残トナーが現像器内に再び取り込まれる際、現像器外に出るよりも現像器内に戻りやすくなる。
【０００５】
また、特許文献１では、飛散したトナーを捕集する飛散防止バイアス印加電極などを現像スリーブと現像容器に挟まれた開口部などに配置し、これに電圧を印加することで、画像形成部や機外に対するトナー飛散を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１７４８４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１のような対策では、現像器内に飛散防止用の部材や基盤等を設置する必要がある。このため、省スペース化、低コスト化についての課題があった。
【０００８】
本発明の目的は、新たに部材を追加することなく、現像器からの飛散量を減らし画像品質の低下を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、像担持体と、前記像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体と、画像形成時に前記現像剤担持体にＡＣ電圧を印加する制御部と、を有する画像形成装置において、前記制御部は、前記像担持体による非画像形成時において、ＤＣ電圧のみで現像バイアスを印加することで前記現像剤担持体から前記像担持体へトナーを吐き出すトナー吐出制御モードを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により、新たに部材を追加することなく、現像器からの飛散量を減らし画像品質の低下を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の画像形成装置の概略構成図。
【図２】第１実施形態の現像器の断面の概略図。
【図３】第１実施形態の現像器を上方からみた概略図。
【図４】飛散量測定の構成の概略説明図。
【図５】第１実施形態の現像バイアスの波形を説明する図。
【図６】第１実施形態の現像バイアスと現像されるトナーの粒度分布を示すグラフ。
【図７】第１実施形態の耐久によるトナー粒度分布の推移を示すグラフ。
【図８】第１実施形態の耐久によるトナー飛散量の推移を示すグラフ。
【図９】第１実施形態のＤＣ吐き出し動作前後の飛散量を示すグラフ。
【図１０】ビデオカウント値とトナー消費量の換算テーブルの説明図。
【図１１】トナー濃度の差分と必要トナー補給量の換算テーブルの説明図。
【図１２】第１実施形態の制御部のブロック図。
【図１３】第１実施形態のＤＣトナー吐き出し動作のフローチャート。
【図１４】第１実施形態の画像形成時と吐き出し動作時の現像バイアスを示す図。
【図１５】第２実施形態の総印字枚数と積算補給量のしきい値を示す図表。
【図１６】第２実施形態のＤＣトナー吐き出し動作のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の画像形成装置を、実施形態に則して説明する。
【００１３】
（画像形成装置の構成）
図１は第１実施形態の画像形成装置の概略構成図である。
【００１４】
図１に示すように、画像形成装置は、それぞれ像担持体としての感光体ドラム１０１（１０１Ｙ、１０１Ｍ、１０１Ｃ、１０１Ｋ）を具備する４つの画像形成ステーションを有する。感光体ドラム１０１の直径は全て３０ｍｍである。
【００１５】
各画像形成ステーションは、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫ、の各色のトナー像を形成する。各画像形成ステーションの構成は同様であるため、以下の説明において、適宜、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの添え字を省略する。
【００１６】
各画像形成ステーションの下方には、中間転写装置１２０が配置される。中間転写装置１２０は、中間転写ベルト１２１（中間転写体）が、ローラ１２２、ローラ１２３、転写内ローラ１２４に張設されたものである。中間転写ベルト１２１は、ポリイミド系樹脂からなり、矢印方向に搬送される。
【００１７】
トナー像の形成過程において、一次帯電装置１０２（１０２Ｙ、１０２Ｍ、１０２Ｃ、１０２Ｋ）によって感光体ドラム１０１の表面を帯電する。一次帯電装置１０２は、非接触式帯電であるコロナ帯電方式である。
【００１８】
感光体ドラム１０１の表面は、不図示のレーザドライバによって射出されるレーザ１０３（１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｋ）によって露光される。これにより、感光体ドラム１０１上に静電潜像が形成される。
【００１９】
この静電潜像に対して、現像器１０４（１０４Ｙ、１０４Ｍ、１０４Ｃ、１０４Ｋ）内で帯電されたトナーが供給される。すると、静電潜像が現像され、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、のトナー像が感光体ドラム１０１上に形成される。
【００２０】
各画像形成ステーションで形成されたトナー像は、一次転写部材としての転写ローラ１０５（１０５Ｙ、１０５Ｍ、１０５Ｃ、１０５Ｋ）に印加された転写バイアスによって、中間転写ベルト１２１上に転写され重ね合わせられる。
【００２１】
中間転写ベルト１２１上に形成された４色のトナー像は、転写内ローラ１２４と対向して配置された二次転写ローラ１２５（二次転写部材）によって記録材Ｐに二次転写される。
【００２２】
一方、記録材Ｐに転写されずに中間転写ベルト１２１に残った残トナーは、中間転写ベルトクリーナー１１４ｂによって除去される。
【００２３】
トナー像が転写された記録材Ｐは、定着ローラ１３１及び定着ローラ１３２を備えた定着装置１３０によって加圧／加熱される。これにより、記録材Ｐは、トナー像の永久画像を得る。
【００２４】
また、一次転写後に感光体ドラム１０１上に残った一次転写残トナーは、クリーナー１０９（１０９Ｙ、１０９Ｍ、１０９Ｃ、１０９Ｋ）により除去され、次の画像形成に備えられる。
【００２５】
（現像器およびトナー容器）
図２は第１実施形態の現像器の断面の概略図である。図３は第１実施形態の現像器を上方からみた概略図である。図２及び図３では、現像器１０４と、現像器１０４に対してトナーを補給する補給装置１の概略を示す。本実施形態において、現像器１０４及びトナー容器８は、すべての色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）の画像形成部において同様の構成である。
【００２６】
現像器１０４は、現像剤が収納された現像容器３を有する。現像容器３に収納される現像剤は、非磁性トナー粒子と磁性キャリア粒子を主成分として備える二成分現像剤である。
【００２７】
現像容器３には、現像剤撹拌部材として、第一撹拌搬送スクリュー４ａと第二撹拌搬送スクリュー４ｂが配置される。
【００２８】
現像容器３の感光体ドラム１０１と対向する部分は、一部開口している開口部となる。そして、当該開口部から一部露出するように、現像剤担持体５が回転可能に配置される。
【００２９】
現像剤担持体５の内部には、マグネットロール（磁界発生部材）が固定配置される。マグネットロールは周方向に複数の磁極を有し、現像容器３内の現像剤を磁気力によって引きつけて、現像剤担持体５上に現像剤を担持させる。また、マグネットロールは、感光体ドラム１０１に対向する現像部において、現像剤の穂立ち（磁気ブラシ）を形成する。
【００３０】
図３に示すように、現像剤担持体５、第一撹拌搬送スクリュー４ａ、第二撹拌搬送スクリュー４ｂは相互に平行に配設される。また、現像剤担持体５、第一撹拌搬送スクリュー４ａ、第二撹拌搬送スクリュー４ｂは、感光体ドラム１０１の軸線方向と平行に配設される。
【００３１】
現像剤担持体５の直径は２０ｍｍである。第一撹拌搬送スクリュー４ａ、第二撹拌搬送スクリュー４ｂは、それぞれ、軸の直径が８ｍｍ、スクリュー部の直径が１６ｍｍである。
【００３２】
現像容器３の内部は、隔壁３ｃによって、第一室である撹拌室３ａと第二室である現像室３ｂに分割される。撹拌室３ａと現像室３ｂは、現像容器３の長手方向両端部（図３中の左端及び右端）において連通している。第一撹拌搬送スクリュー４ａは撹拌室３ａ内に、第二撹拌搬送スクリュー４ｂは現像室３ｂ内に配設される。
【００３３】
第一撹拌搬送スクリュー４ａ、第二撹拌搬送スクリュー４ｂは、モータの回転によって同じ方向に回転駆動される。この回転により、撹拌室３ａ内の現像剤は、第一撹拌搬送スクリュー４ａによって撹拌されながら図３中左方に移動した後、連通部を介して現像室３ｂ内へと移動する。また、現像室３ｂ内の現像剤は、第二撹拌搬送スクリュー４ｂによって撹拌されながら図３中右方に移動して、連通部を介して撹拌室３ａ内に移動する。
【００３４】
つまり、現像剤は、第一撹拌搬送スクリュー４ａ、第二撹拌搬送スクリュー４ｂの２本のスクリューによって撹拌されながら現像容器３内を循環して搬送される。
【００３５】
現像剤中のトナーは、上述のような撹拌搬送によって電荷が付与される。本実施形態では、トナーの補給は、撹拌室３ａ内での現像剤搬送方向上流端部側の上部に設けられたトナー補給口２から行われる。
【００３６】
また、撹拌室３ａ内には、現像剤のトナー濃度（トナーとキャリアとの混合比）を検知するためのトナー濃度検知手段としてインダクタンス検知センサ６が取り付けられる。
【００３７】
現像剤担持体５は図２の矢印方向に回転する。この回転によって、現像剤は汲上部５ａから汲み上げられる。汲み上げられた現像剤は、規制ブレード７によって塗布される高さを規制されて、感光体ドラム１０１表面に層状に形成される。
【００３８】
現像剤担持体５上に層状に形成された現像剤は、感光体ドラム１０１に対向する現像部に搬送される。現像部にて、現像剤担持体５上の現像剤は、現像剤担持体５内部のマグネットロールの磁気力により穂立ちした状態であり、これは磁気ブラシといわれる。
【００３９】
そして、現像剤担持体５上の磁気ブラシが、現像部において感光体ドラム１０１の表面に接触又は近接する。このとき、現像バイアス印加電源によりＡＣ電圧とＤＣ電圧とが重畳された現像バイアスが現像剤担持体５に印加されている。
【００４０】
すると、現像剤（トナーとキャリアを有する二成分現像剤）のうちのトナーが、感光体ドラム１０１上の静電潜像に対して供給される。これにより、静電潜像の画像部にトナーが選択的に付着し、静電潜像がトナー像として現像される。
【００４１】
現像されなかった残トナーは、現像部を通過した後、現像容器３内に取込部５ｂから取り込まれる。取込部５ｂから取り込まれた残トナーは、現像容器３の現像室３ｂに戻り、再び循環する。
【００４２】
上述のような現像動作によって、二成分現像剤中のトナーが消費されるため、現像容器３内の現像剤のトナー濃度は徐々に減少する。すると、トナー濃度を一定に保つためには、補給装置１（トナー補給部）から現像容器３にトナーを補給する必要がある。
【００４３】
図３に示すように、補給装置１は、現像器１０４に補給すべきトナーを収納するトナー容器８を有する。トナー容器８の図中下部にはトナー搬送パイプ１１がある。トナー搬送パイプ１１の図中左端にはパイプトナー排出口９が設けられる。パイプトナー排出口９は、現像器１０４のトナー補給口２に連結される。また、トナー搬送パイプ１１には、パイプトナー排出口９に向けてトナーを搬送するトナー補給スクリュー１０（トナー補給部材）が設けられる。
【００４４】
トナー補給スクリュー１０は、モーター１４（駆動部）によって回転される。モーター１４の回転回数又は回転時間は、現像器１０４が要求しているトナーの量に応じて設定される。設定された回転回数又は回転時間に到達すると、モーター１４の回転は停止する。これによって、現像器１０４が要求しただけの量のトナーを、現像容器３に対して補給する。
【００４５】
このとき、それぞれのトナー補給スクリュー１０の大きさに応じて、１回転当たり又は単位時間当たりのトナーの搬送量があらかじめ定数化されている。このため、要求量に応じて回転回数又は回転時間を算出する制御が可能になっている。
【００４６】
ここで、トナー補給スクリュー１０によるトナーの搬送量は、トナー補給スクリュー１０の回転回数に比例する。このため、回転時間で設定するためには、トナー補給スクリュー１０のモーター１４がスクリューを常に一定の速度で回転可能であることが前提となる。
【００４７】
また、スクリューの回転回数をカウントするカウント手段を設けていれば好ましい。そうすると、スクリューの回転速度は一定であってもなくても回転回数で設定することが可能だからである。
【００４８】
更に、トナー補給スクリュー１０によって補給されるトナー量は、ｍｇ単位ではなく、ある程度まとまった量、数１０ｍｇ〜数１００ｍｇを単位として、補給動作させる方が安定する。
【００４９】
また、トナー補給スクリュー１０を用いて補給トナーを搬送するので、トナー補給スクリュー１０の位相により、スクリュー回転角度に対するトナー補給量が異なる。そこで、トナー補給スクリュー１０の位相位置による補給トナー量のばらつきを低減するため、補給スクリューの１回転をトナー補給の基本単位として補給する制御とした。
【００５０】
トナー補給スクリュー１０の１回転でのトナー補給を補給中心値Ｔｂとする。本実施形態の構成においては、トナー補給スクリュー１０の回転速度は１２０ｒｐｍ、補給中心値Ｔｂが約０．１ｇとなるように補給されるようなトナー補給スクリュー１０の形状および配置制御とした。
【００５１】
図１に示すように、感光体ドラム１０１は、記録材Ｐ又は中間転写ベルト１２１と接しているため、常に回転している。一方、現像器１０４内の第一撹拌搬送スクリュー４ａ、第二撹拌搬送スクリュー４ｂは、現像剤の劣化を最小限にするため、作像動作中の必要な時間だけしか回転させないことが一般的である。
【００５２】
なお、もし、図３に示す第一撹拌搬送スクリュー４ａ、第二撹拌搬送スクリュー４ｂが停止した状態で、トナー容器８から現像器１０４へトナーを補給する動作を行うと、補給されたトナーがトナー補給口２付近で停滞することがある。すると、トナーの詰まりや現像器１０４内のＴ／Ｄの不均一の原因となる。
【００５３】
この詰まりの現象を予防するため、現像器１０４内の第一撹拌搬送スクリュー４ａ、第二撹拌搬送スクリュー４ｂが回転している状態で、トナー容器８から現像器１０４へトナーを補給する動作を行う必要がある。よって、トナー補給可能タイミングは、第一撹拌搬送スクリュー４ａ、第二撹拌搬送スクリュー４ｂが駆動している時のみとなる。
【００５４】
本実施形態では、現像容器３内には２００ｇの現像剤が入っており、画像形成で使用したトナー量を補給することにより現像剤量はほぼ２００ｇに保たれている。
【００５５】
（２成分現像剤）
本実施形態の現像器１０４の現像容器３に収容される、トナーとキャリアからなる２成分現像剤について詳しく説明する。
【００５６】
トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有する。トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、体積平均粒径は４μｍ以上、１０μｍ以下が好ましい。より好ましくは８μｍ以下であることが好ましい。本実施形態におけるトナーの体積平均粒径が６μｍで８μｍ以上の粒径のトナーが全体の１０％、９μｍ以上の粒径のトナーが全体の３％存在するとする。
【００５７】
キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用可能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。キャリアは、重量平均粒径が２０〜６０μｍ、好ましくは３０〜５０μｍであり、抵抗率が１０７Ωｃｍ以上、好ましくは１０８Ωｃｍ以上である。本実施形態では１０８Ωｃｍのものを用いた。
【００５８】
尚、本実施形態にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は、以下に示す装置及び方法にて測定した。測定装置としては、ＳＤ−２０００シースフロー電気抵抗式粒度分布測定装置（シスメックス社製）を使用した。測定方法は以下に示す通りである。
【００５９】
即ち、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液の電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１ｍｌ加え、測定試料を０．５〜５０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解水溶液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行なう。上記のＳＤ−２０００シースフロー電気抵抗式粒度分布測定装置により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得る。
【００６０】
また、本実施形態にて用いられるキャリアの抵抗率は、測定電極面積４ｃｍ２、電極間間隔０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いた。片方の電極に１ｋｇの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。
【００６１】
（飛散量測定方法）
上述の構成により、現像剤は、汲上部５ａや取込部５ｂを通る過程で、現像器１０４の内外を行き来する。ここで、現像器１０４の内外には圧力差があり、現像剤担持体５にはその回転による遠心力が働いている。この圧力差や遠心力は、現像剤が飛散してしまう要因となりうる。
【００６２】
次に、本実施形態で用いた飛散量の測定方法について説明する。飛散量の測定にはＡＰＳ（Air Partile Sizer）を用いた。ＡＰＳは空気を吸いその中の粒子を加速させ、その速度から粒径を算出して気体中に存在する粒子の粒径と個数を測定する。検出可能粒子はμｍオーダーで２０μｍまでであり、２〜１０μｍの粒度分布を持つトナーの検出に適している。
【００６３】
図４は飛散量測定の構成の概略説明図である。現像器１０４からの飛散トナーの量を測定する際には、図４に示すように、現像器のみを回転できる治具にセットし、現像器が回転する空間を覆う。このとき、空気の通り孔は覆わないため、空気は内部に入り込み、内部に取り込まれた空気が、内部に設置されたファンを安定して流れるようにした。
【００６４】
この状態で一定時間現像器を空回転する。そして、同時に空気の出口をＡＰＳで吸引させ続け、単位時間あたりに現像器から飛散したトナーの量と粒径を測定した。この時、飛散トナーを全て吸いきるために現像器の空回転を止めた後もＡＰＳの吸引量がほぼ０になるまで計測は続けた。
【００６５】
この方法で測定した飛散量と現像器周辺の汚れとの関係を調べると約２５００個／ｍｉｎ以下の飛散量であれば、作業者が触れてもトナーが付着しないことがわかった。
【００６６】
（画像形成時の印加電圧とトナーの粒度分布）
次に本実施形態における画像形成時の現像剤担持体５と感光体ドラム１０１への印加電圧と、現像されるトナーの粒径について説明する。
【００６７】
画像形成中には、図２に示すように、現像バイアス電源部２２から、現像剤担持体５に現像バイアスが印加される。現像剤担持体５に印加される現像バイアスＶｄｃは、−５５０ＶのＤＣ電圧に、１３００Ｈｚ、１６００Ｖｐｐ、５０％ＤｕｔｙのＡＣ電圧を重畳したものである。
【００６８】
ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳することにより、補給トナーの粒径分布よりも微粉よりの粒度分布で、トナーを現像に供することができる。すると、画像のドット再現性の良化、微粉トナーのキャリア付着による帯電性能の低減を抑制できる。
【００６９】
参考までに、図５にＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した場合としていない場合の現像バイアスの波形を示す。図５は第１実施形態の現像バイアスの波形を説明する図である。
【００７０】
感光体ドラム１０１は、Ｖｄ＝−７００Ｖに帯電され、かぶり取りバイアスＶｂａｃｋ＝−１５０Ｖに設定される。感光体ドラム１０１をレーザー露光によって潜像コントラストＶｃｏｎｔ＝０〜＋３００Ｖに調整され、現像剤担持体５上のトナーが感光体ドラム１０１に現像される。
【００７１】
図６は第１実施形態の現像バイアスと現像されるトナーの粒度分布を示すグラフである。具体的には、現像バイアスＶｄｃにＡＣ電圧を重畳した時としていない時の感光体ドラム上に現像されたトナーの粒度分布を示す。
【００７２】
感光体ドラム上のトナーの粒径は、電場と音響場を同時に形成させた検知部（測定部）に試料粒子を導入し、レーザードップラー法で粒子の移動速度を測定して、粒径と帯電量を測定する装置で測定した。
【００７３】
図６に示すように、感光体ドラム上に現像されるトナーの粒径は、現像バイアスＶｄｃにＤＣ電圧のみを用いるほうが大きくなる。具体的には、体積平均粒径はＡＣ＋ＤＣで５．７９μｍ、ＤＣで６．５０μｍである。これは、トナーの帯電量は粒径に反比例するため、微粉ほどトナーとキャリアの間の静電付着力が大きく、ＤＣ電圧だけでは現像しにくいからである。
【００７４】
図７は第１実施形態の耐久によるトナー粒度分布の推移を示すグラフである。具体的には、ＤＣ吐き出し動作（後述）を実施せずに５％Ｄｕｔｙの画像を２０万枚印字した時の現像器１０４内のトナーの粒度分布の推移を示した実験データである。図７に示すように、耐久すると粒径が大きいほうにシフトしていることがわかる。
【００７５】
次にこの時の飛散量の推移を説明する。図８は第１実施形態の耐久によるトナー飛散量の推移を示すグラフである。図８に示すように、印字枚数の増加と共に飛散量は増加する。そして、２０万枚耐久後は、１分間に約１２７００個のトナーが飛散している。
【００７６】
この状態からＤＣ吐き出し動作を実行した直後の飛散量と飛散トナーの平均粒径を説明する。図９は第１実施形態のＤＣ吐き出し動作前後の飛散量を示すグラフである。
【００７７】
図９に示す実験においては、消費したトナー量は約０．６ｇで、飛散量は７５００個／ｍｉｎに減少した。飛散トナーの平均粒径も減少している。このように、粗粉側の飛散しやすいトナーを選択的に吐き出すことによって、飛散量が減少した。この減少量の比率から、飛散量を２５００個／ｍｉｎ以下にするために必要な吐き出し量は約２ｇである。上記の実験において２０万枚印字間に約３０００ｇのトナーを消費したため、そのうちの約０．０７％を吐き出すことで、飛散量の低減に効果があることがわかった。
【００７８】
（トナー補給制御）
次に本実施形態におけるトナー補給制御について説明する。本実施形態では従来と同様のビデオカウント方式とインダクタンス方式を併用した補給制御を行う。
【００７９】
図１０はビデオカウント値とトナー消費量の換算テーブルの説明図である。具体的には、ビデオカウント値とトナー消費量Ｔｖの関係を示す。
【００８０】
図１０に示すように、ビデオカウント値に比例してトナー消費量が増大することが分かる。ビデオカウント方式では、画像比率から算出されるトナー消費量と実際に消費されるトナー消費量に差分が生じると、現像装置内のトナー濃度が増減する。
【００８１】
図１１はトナー濃度の差分と必要トナー補給量の換算テーブルの説明図である。具体的には、インダクタンス方式における、トナー濃度と必要トナー補給量の換算テーブルの説明図である。
【００８２】
図１１に示すように、目標のトナー濃度と検出されたトナー濃度の差をΔＴＤとし、補給トナー量への換算率、つまりトナー濃度フィードバック率（ＦＢ率）をαとする。すると、インダクタンス方式におけるトナー補給量Ｔｔｄは、Ｔｔｄ＝α×ΔＴＤで表わせられる。
【００８３】
トナー濃度が目標値よりも低い場合においては、必要トナー量を補給する。一方、トナー濃度が目標値より高ければ、トナー過剰とみなし、補給量から減ずる。
【００８４】
補給量と消費量に差分が生じた場合、或いは所定の補給量が補給できなかった場合において、トナー補給量Ｔｔｄを次回の補給に持ち越す。
【００８５】
本実施形態における補給動作は、次の補給単位に基づいて行われる。すなわち、トナー消費量Ｔｖとトナー補給量Ｔｔｄの和（Ｔ＝Ｔｖ＋Ｔｔｄ）を、トナー補給の基本単位（補給スクリューの１回転あたりの補給量：本実施形態では０．１ｇ）で除算した商を補給単位とする。
【００８６】
（制御部）
図１２は第１実施形態の制御部のブロック図である。図１２に示すように、制御部２０は、ＣＰＵ１２、トナー補給量算出部１５、ＲＯＭ１６、ＲＡＭ１７、画像比率算出部１８、トナー消費量算出部１９を有する。
【００８７】
まず、外部入力端末或いは原稿読取装置で読み取られた画像信号から、画像比率算出部１８によって各色の画像比率が算出される。そして、トナー消費量算出部１９において、画像比率算出部１８で算出された画像比率とインダクタンス検知センサ６の検知濃度に基づいて、トナー消費量Ｔｖを算出する。
【００８８】
ＲＡＭ１７に記憶されている前回の補給量が足りず、持ち越されたトナー補給量Ｔｔｄと算出されたトナー消費量Ｔｖの和が、ＲＯＭ１６に記憶された補給スクリューの１回転あたりの補給量に達した場合、次のように制御する。なお、本実施形態では、トナー補給の基本単位として、０．１ｇを１単位とする。そして、上記の場合、トナー補給量算出部１５において、必要なトナー補給量を補給するための補給信号をＣＰＵ１２に入力する。
【００８９】
次に、ＣＰＵ１２は、補給信号とＲＡＭ１７に記憶されている前回の画像形成終了時のモーター１４の駆動ギア列の状態から、補給する画像形成ステーションの順序を決定する。そして、モーター１４を駆動することによって、補給動作を行う。ＲＡＭ１７は、前回補給終了時のモーター１４の駆動ギア列の状態と、前回の消費量と補給量の差分と積算補給量を記憶する。
【００９０】
本実施形態では、画像形成を行うごとに、ビデオカウント方式とインダクタンス方式を併用して補給をする。このようにして、現像容器３内のトナー濃度を一定に保ったまま画像形成を行う。
【００９１】
（ＤＣ吐き出し動作）
本実施形態においては、非画像形成時に現像バイアスＶｄｃをＤＣ電圧のみで印加して、感光体ドラム１０１上に飛散しやすい粗粉トナーを選択的に吐き出すトナー吐出制御モードを有する。トナーの消費、補給による入れ替えが多いほど、現像器１０４内の現像剤中のトナーの粒度分布は、補給トナーと比べて粗粉よりになる。このため、ＤＣ吐き出し動作の時間やタイミングは、トナー補給量に応じて制御する。
【００９２】
本実施形態では、Ａ４紙に１００％Ｄｕｔｙの画像を印字すると、０．３ｇのトナーを消費するとする。補給されたトナー量の約０．０７％をＤＣ電圧によって吐き出すと、飛散量低減に高い効果がある。積算補給量が２２．５ｇをしきい値として０．０１５ｇ、つまり１００％Ｄｕｔｙで２９７ｍｍ×１０ｍｍのトナー量を吐き出すとする。
【００９３】
なお、吐き出し量はこの値に限らず、補給量の０．０１％から１０％の範囲であればよい。吐き出し量が大きいほど飛散低減には効果的であるが、トナー消費量が増加してしまうため、０．０１％から１％がより好ましい。同様に、補給積算量のしきい値は、上述の値に限るものではない。すなわち、補給積算量は、１０ｇから１０００ｇの範囲であればよく、より好ましくは１０ｇから１００ｇがよい。
【００９４】
次に、本実施形態におけるＤＣ吐き出し動作の詳細を説明する。図１３は第１実施形態のＤＣトナー吐き出し動作のフローチャートである。
【００９５】
図１３に示すように、画像形成動作は、現像バイアスにＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させて行う（Ｓ１０１）。画像形成終了後（Ｓ１０２）、エンジンコントローラ２１はＲＡＭ１７に記憶された積算補給量を確認する（Ｓ１０３）。ここで、積算補給量が２２．５ｇ以上だった場合、ＤＣ電圧を用いて０．０１５ｇ分のトナー吐き出し動作を実行する（Ｓ１０４）。
【００９６】
この時、ＲＡＭ１７に記憶された積算補給量から２２．５ｇ引いた数を新たに記憶させて終了する（Ｓ１０５）。Ｓ１０３において積算補給量が２２．５ｇ未満だった場合、そのまま終了する。
【００９７】
図１４は第１実施形態の画像形成時と吐き出し動作時の現像バイアスを示す図である。具体的には、トナー吐き出し動作を実行する時の現像剤担持体５と感光体ドラム１０１に印加する電圧を示す。
【００９８】
以上のように、現像剤担持体５に交流電圧を用いて画像形成を行う画像形成装置において、非画像形成時にＤＣ電圧を用いて現像器１０４内の飛散しやすい粗粉トナーを選択的に吐き出す。これにより、現像器１０４内に現像剤のトナー粒度分布を均一に保つと同時に、飛散トナーを低減する。よって、画像形成装置本体内の汚染による画像品質低下を防止するとともに、現像開口周辺を汚してメンテナンス時に作業者に付着することを防止する。
【００９９】
〔第２実施形態〕
以下に第２実施形態の説明をする。なお、本実施形態の装置の基本構成も第１実施形態と同一であるため重複する説明は省略し、ここでは第１実施形態と異なる構成について説明する。また、前述した実施形態と同一機能を有する部材には同一符号を付す。
【０１００】
第１実施形態においては、現像器１０４内へのトナー補給量に応じてＤＣ電圧を用いたトナー吐き出しを行い、トナー粒度分布を均一にして飛散量を低減した。しかし、実際の飛散量は、図８に示したように、印字枚数が所定値を超えると急激に増加する。これは、印字枚数が多くなると、キャリア劣化によるトナー帯電量が低下してキャリアとトナーの静電的付着が弱くなるためである。
【０１０１】
そこで、第２実施形態では、印字枚数に応じてＤＣ吐き出し動作の頻度を変える。具体的には、総印字枚数からＤＣ吐き出しを実行する積算補給量のしきい値を決定して、このしきい値に基づいて吐き出し動作を行う。これにより、飛散しにくい状態においては、吐き出し動作によるトナー消費を抑えることができる。
【０１０２】
図１５は第２実施形態の総印字枚数と積算補給量のしきい値を示す図表である。図１６は第２実施形態のＤＣトナー吐き出し動作のフローチャートである。
【０１０３】
図１５に示すように、ある総印字枚数に達するごとに、ＤＣ吐き出しを実行する積算補給量のしきい値を小さくしていく。図１５の積算補給量のしきい値は、必ずしもこの値に限定されるものではないが、印字枚数が１０万枚以上から比例して飛散量が大きく増加していることから決定した。なお、エンジンコントローラ２１は、図１５の表のしきい値を記録したＲＯＭ１６に繋がっている。
【０１０４】
図１６のフローチャートを用いて、次に手順を説明する。図１６に示すように、画像形成動作は、現像バイアスにＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させて行う（Ｓ２０１）。画像形成終了後（Ｓ２０２）、総印字枚数から積算補給量のしきい値Ｘが決定する（Ｓ２０３）。
【０１０５】
エンジンコントローラ２１は、ＲＡＭ１７に記憶された積算補給量を確認する（Ｓ２０４）。積算補給量がＸｇ以上だった場合、ＤＣ電圧を用いて０．０１５ｇ分のトナー吐き出し動作を実行する（Ｓ２０５）。この時、ＲＡＭ１７に記憶された積算補給量からＸｇ引いた数を新たに記憶させて終了する。（Ｓ２０６）。
【０１０６】
一方、Ｓ２０４において積算補給量がＸｇ未満だった場合、そのまま終了する。
【０１０７】
以上のような動作を行うことにより、総印字枚数が増え、トナーの帯電量が低下して、トナーが飛散しやすくなった場合でも、飛散トナーを低減することができる。これにより、画像形成装置本体内の汚染による画像品質低下を防止し、現像開口周辺を汚してメンテナンス時に作業者に付着することを防止することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１…補給装置
２…トナー補給口
３…現像容器
５…現像剤担持体
８…トナー容器
１２…ＣＰＵ
１５…トナー補給量算出部
１６…ＲＯＭ
１７…ＲＡＭ
１８…画像比率算出部
１９…トナー消費量算出部
２０…制御部
２１…エンジンコントローラ
２２…現像バイアス電源部
１０１…感光体ドラム
１０４…現像器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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