(57)【要約】【課題】  現像剤が撹拌される電子写真装置の作動状態と、現像剤が静置された電子写真装置の停止状態とでは、トナー帯電量が異なるのでトナー濃度センサを用いたトナー補給のみでは画像不良が発生する。【解決手段】  トナー濃度と、画像形成装置の動作履歴情報と、トナー消費率に基づいてトナー補給手段を制御することにより、トナーの帯電量を適正範囲に維持することができ、トナーの帯電量変動に起因するカブリ、トナー飛散、キャリア付着、画像アレ、白抜けといった問題を解決する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に形成された静電潜像を、現像剤担持体上に担持されたトナーを含む磁性現像剤によって現像してトナー像を形成する現像手段を有する画像形成装置において、
前記磁性現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
前記現像手段へトナーを補給するトナー補給手段と、
前記画像形成装置の動作状態を検知する動作検知手段と、
前記動作検知手段で検知された動作状態を動作履歴情報として記憶する動作履歴記憶手段と、
前記現像手段におけるトナー消費率を検知するトナー消費率検知手段と、
前記トナー濃度センサで検知されたトナー濃度と、前記動作履歴記憶手段に記憶された動作履歴情報と、前記トナー消費率検知手段で検知されたトナー消費率とに基づいて前記トナー補給手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記動作検知手段は、前記現像手段の停止を検知し、
前記動作履歴記憶手段は、前記現像手段が連続して停止している時間を動作履歴情報として記憶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】
前記静電潜像は、画像データに基づいて形成されるものであり、
前記トナー消費率検知手段は、前記画像データに基づいて検知され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。
【請求項４】
前記動作検知手段は、前記画像形成装置が連続して画像形成しているか、又は間欠的に画像形成しているかを検知することを特徴とする請求項１乃至３の何れか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】
本発明はプリンタ、複写機等電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真装置におけるトナー補給装置は、常に適正な濃度の画像が得られ且つ、トナー飛散などを起こさずにトナーを現像器に補給するように構成されている。そのため、画像形成によって消費されたトナーを適正に補給することが要求されるが、画像形成によって消費されたトナーの量を検知するために、トナー補給装置は現像器内に保持される現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサを備えており、トナー濃度センサーとしては磁性現像剤の透磁率の変化を検知してトナー濃度の変化を検知するものが広く用いられている。
【０００３】
磁性現像剤の透磁率は、磁性現像剤中の磁性体の密度に依存し、トナーの比率が高い場合、磁性体であるキャリアの比率が低く、透磁率が低くなるという変化を示すが、トナー濃度以外の原因で現像剤の密度が変化した場合にも変化する。すなわち現像剤を撹拌した場合現像剤の密度が下がり、トナー濃度は変化しなくても透磁率は下がる。逆に現像剤を長時間静置した場合現像剤の密度が高くなり、トナー濃度は変化しなくても透磁率は高くなる。
【０００４】
したがって現像剤が撹拌される電子写真装置の作動状態と、現像剤が静置された電子写真装置の停止状態とではトナー濃度センサの出力と現像性能としてのトナー濃度の対応関係が異なるものとなってトナー濃度センサを用いたトナー補給においては、何らかの補正をすることが必要とされる。
【０００５】
上記課題を解決するために、トナー濃度センサ出力変化を補正して、一定のトナー濃度にコントロールする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、パッチ検センサの検出結果に基づいて、トナー濃度センサの制御パラメータを補正するする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−７５６２９号公報
【特許文献２】特許第３５１７５９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１及び２に記載の方法では、トナー濃度が一定でもトナー帯電量（Ｑ／Ｍという）が変化すると転写画像に不良が発生し常に適正な画像を得ることができない。
【０００７】
ここでＱ／Ｍが変化する原因を以下に述べる。
【０００８】
トナー濃度が一定であってもコピーモード（例えば間欠／連続）の違いや、トナー消費率が高いとき又は低いとき、或いは朝の使用開始時と夕刻の長時間使用後とでＱ／Ｍに違いが生じる。
【０００９】
この原因は、コピーモードやトナー消費率によって、現像スリーブを単位時間当たり通過するトナー量が非常に少なくなった場合に、現像スリーブと摺擦する部材等でダメージを受け、トナーが劣化した状態（外添剤が埋没したり、キャリア側に移行して消失したりする状態）となりＱ／Ｍが低下する。また逆に、単位時間当たりのトナー通過量が非常に多くなった場合（例えばベタ画像など）、現像器における摩擦帯電の効率が低下してＱ／Ｍが低下する。このような状態で画像形成を終了し、長時間停止後にコピーする場合、Ｑ／Ｍリークが生じて、画像形成終了時よりもさらにＱ／Ｍが低下する現象が発生しやすい。
【００１０】
適正Ｑ／Ｍに対して、上記コピーモード等の影響で、Ｑ／Ｍに変化が生じたとき、低Ｑ／Ｍ時はカブリ・飛散が発生しやすくなるのは当然であるが、前述したトナー劣化の影響で転写性低下による画像アレや、粗大粒子や異物が存在したときその近傍でトナーが転写できない、いわゆる白抜けが発生しやすくなる。
【００１１】
逆に高Ｑ／Ｍ時は、カブリやトナー飛散に対しては有利となるが、転写性が低下して、転写ムラや、部分的にトナーが乗らない白抜けが発生するという問題が生じる。
【００１２】
また、低トナー消費率でコピーしている状態が、例えば１時間続いた時に、トナー劣化の影響でＱ／Ｍ分布が低Ｑ／Ｍ側にシフトして、カブリ、トナー飛散といった問題が発生しやすくなる。
【００１３】
図４に従来技術に係る方法でトナー濃度が制御された場合のＱ／Ｍの分布を示す。図４ではトナー濃度Ｔｃを一定（Ｔｃ＝８％）にするように制御しているが、標準状態Ａ、低トナー消費率でコピー時Ｂ、低トナー消費率でコピー後高トナー消費率でコピー時Ｃ、とでＱ／Ｍの分布が大きく異なることがわかる。
【００１４】
以上説明したようにトナー濃度を一定にする手段だけでは高画質の画像を得ることはできないことが解った。
【００１５】
そこで本発明は、上記の課題に鑑みて、トナーの帯電量変動に起因するカブリ、トナー飛散、キャリア付着、画像アレ、白抜けといった画像不良が発生しない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】
【００１６】
上記目的は下記構成により達成できる。
【００１７】
（請求項１）
像担持体上に形成された静電潜像を、現像剤担持体上に担持されたトナーを含む磁性現像剤によって現像してトナー像を形成する現像手段を有する画像形成装置において、
前記磁性現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサと、
前記現像手段へトナーを補給するトナー補給手段と、
前記画像形成装置の動作状態を検知する動作検知手段と、
前記動作検知手段で検知された動作状態を動作履歴情報として記憶する動作履歴記憶手段と、
前記現像手段におけるトナー消費率を検知するトナー消費率検知手段と、
前記トナー濃度センサで検知されたトナー濃度と、前記動作履歴記憶手段に記憶された動作履歴情報と、前記トナー消費率検知手段で検知されたトナー消費率とに基づいて前記トナー補給手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
（請求項２）
前記動作検知手段は、前記現像手段の停止を検知し、
前記動作履歴記憶手段は、前記現像手段が連続して停止している時間を動作履歴情報として記憶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）
前記静電潜像は、画像データに基づいて形成されるものであり、
前記トナー消費率検知手段は、前記画像データに基づいて検知され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。
（請求項４）
前記動作検知手段は、前記画像形成装置が連続して画像形成しているか、又は間欠的に画像形成しているかを検知することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１乃至４に記載の発明によれば、トナー濃度と、画像形成装置の動作履歴情報と、トナー消費率に基づいてトナー補給手段を制御するので、トナーの帯電量を適正範囲に維持することができ、トナーの帯電量変動に起因するカブリ、トナー飛散、キャリア付着、画像アレ、白抜けといった画像不良が発生しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【００２１】
図１において、原稿は自動原稿搬送装置１の原稿給紙台１１上に画像面を上向きにして載置され、送り出しローラ１２の作動により一枚ずつ送り出され、レジストローラ１３により一旦停止されて先端が整えられた後、搬送される。搬送ドラム１４に搬送された原稿は、ドラム面と一体に反時計方向に回転する過程で画像読取手段としての画像読取部２により画像面の読取が行われ、しかる後略半周した位置においてドラム面より分岐し排紙台１５に排出される。
【００２２】
前記の画像読取部２においては光源２３１とミラー２３２を備える第１ミラーユニット２３が前記の搬送ドラム１４の直下の位置で、通過する原稿を順次照明して読み取り、原稿の移動方向に直交するよう配置したミラー２４１とミラー２４２を備える第２ミラーユニット２４により反射し、結像レンズ２５を介してライン状の撮像素子２６に結像する。
【００２３】
画像読取部２において読み取られた原稿画像の画像情報は画像処理手段により画像処理が行われ画像データとして信号化され一旦メモリに格納される。
【００２４】
画像形成のスタートにより、画像形成手段である画像形成部３が作動開始して前記の画像データがメモリより呼び出されて画像書込部３３に入力される。画像書込部３３では、図示しないレーザ発光器から画像データに従って投射されたレーザビームが、ポリゴンミラー（符号なし）の回転作動により、前もって帯電器３２により電位を付与された像担持体である感光体ドラム３１に対して感光体ドラム３１の回転軸方向の走査露光と感光体ドラム３１の矢示Ｒ１方向の回転による副走査が行われて感光層に画像データに基づく静電潜像を形成する。
【００２５】
前記の静電潜像は、現像手段である現像器３４により反転現像されてトナー像とされ、これに並行して記録紙供給手段としての手差し給紙部１９、記録紙を収容する給紙カセットを有する各給紙部５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃの何れかが作動して記録紙が搬出され、搬送部５を構成する搬送ローラ５５、５６及びタイミングローラ３９に給送されて、感光体ドラム３１上のトナー像に同期して感光体ドラム３１に給紙される。
【００２６】
感光体ドラム３１上のトナー像は転写器３５により反対極性の電圧を印加されて記録紙側に転移して転写され、トナー像を転写した記録紙は除電器３６において除電されて感光体ドラム３１より分離し搬送ベルトを介して定着装置３８に搬送され熱ローラ対の圧着加熱によりトナーを溶着した後トレイ６４に排出される。
【００２７】
一方記録紙を分離した感光体ドラム３１は残留電位を除去したあとクリーニング装置３７において残留トナーを除去清掃されて次なる画像形成のプロセスに入る。
【００２８】
自動原稿搬送装置１は片面読取のための搬送機能及び両面読取のための搬送機能を有する。
【００２９】
本発明に係る現像手段である現像器３４は、内部に磁石を有し、トナーを含む磁性現像剤を現像領域Ｄに搬送する現像剤担持体である現像スリーブ３４１、現像剤を現像スリーブ３４１に供給しつつ現像剤を軸方向に搬送する搬送スクリュウ３４３，３４４を有する。搬送スクリュウ３４３，３４４はそれぞれ矢印Ｒ２、Ｒ３で示すように回転し、互いに逆の軸方向に現像剤を搬送し、撹拌してトナーを現像剤中に均一に混合する。現像器３４の底板の搬送スクリュウ３４３の下方には、現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ４０が設けられる。このトナー濃度センサ４０は現像剤の透磁率から現像剤のトナー濃度を検知するものであり、周知のものを使用することができる。
【００３０】
本発明に係るトナー補給手段であるトナー補給部４は、図示しないトナー容器、トナー搬送スクリュウ、搬送スクリュウ駆動用のトナー補給モータ等で構成されており、現像器３４に所定量のトナーを補給する。
【００３１】
図１に示した画像形成装置１の機能的構成について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示した画像形成装置１の機能的構成を概念的に示すブロック図である。
【００３２】
画像形成装置１は、図１で説明した各部に加えて、制御部１０１、記憶部１０２、操作表示部１０３、時計ＣＬを有する。なお、図１及び図２に示したものと同じ構成要素には同符号を付して、その説明を省略する。
【００３３】
制御手段として機能する制御部１０１は、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）、ワークメモリ等から構成され、記憶部１０２に記憶されているプログラムをワークメモリに読み出し、当該プログラムに従って画像形成装置１の各部を集中制御する。
【００３４】
また、制御部１０１は、画像形成装置１を構成する各部の動作状態を検知する動作検知手段及び現像器３４におけるトナー消費率を検知するトナー消費率検知手段としての機能を有する。
【００３５】
動作状態としては例えば、制御部１０１は、現像器３４をはじめとする各部に対して作動指令を出力してこれらを作動させるが、併せて前記の作動指令を出力している時間を作動時間として認識し、また作動指令を出力していない時間を停止時間として認識している。
【００３６】
また、制御部１０１は、動作検知手段として、画像形成装置１において画像形成される用紙の枚数（コピー枚数）をカウントしたり、画像形成装置１において連続して画像形成しているか、又は間欠的に画像形成しているかを検知する。
【００３７】
記憶部１０２は、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ−ＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の不揮発性の半導体メモリ及びハードディスクドライブ等により構成され、制御部１０１の制御プログラム、制御部１０１が画像信号やジョブを生成する際に使用するフォントデータ、操作表示部１０３で入力される各種の設定情報等が記憶される。
【００３８】
また、記憶部１０２は、制御部１０１で検知された画像形成装置１の動作状態を動作履歴情報として記憶する動作履歴記憶手段として機能する。動作履歴情報としては、例えば、現像器３４が、前回の画像形成実行後、連続して停止している時間や、所定時間内に画像形成した画像データに基づいて算出されるトナー消費量、またはトナー補給モータの動作状態から算出されるトナー消費量、所定時間内に画像形成装置１において画像形成された用紙の枚数（コピー枚数）等である。
【００３９】
操作表示部１０３は、文字や画像を表示する表示部と、ユーザが指示操作の入力を行うための操作部とを一つのユニットにまとめたものであり、タッチパネルと押しボタン類から構成される。操作表示部１０３では、画像形成装置１の各種設定を行うことが可能である。
【００４０】
本発明に係る画像形成装置の動作について説明する。
【００４１】
図３は、図１及び図２で説明した画像形成装置１において実行されるトナー補給処理の流れを示すフローチャートである。なお、図３に示したフローチャートにおいては、画像形成装置１の電源は投入された状態であり、操作表示部１０３において各種設定が行われており、かつ画像読取部２において原稿が読み取られ、画像データが生成されてからのものとする。
【００４２】
ステップＳ１０１では、動作検知手段として機能する制御部１０１により、画像形成部３、より具体的には現像器３４の現像スリーブ３４１の動作が停止中であったか否かが判断される。画像形成部３が停止中である場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、ステップＳ１０２の処理が実行され、画像形成部３が既に動作中である場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）、ステップＳ１０４の処理が実行される。
【００４３】
ステップＳ１０２では、動作履歴記憶手段として機能する記憶部１０２に予め記憶されていた、画像形成部３の停止時間が読み出される。停止時間は、図２の時計ＣＬにより、画像形成部３が動作を停止した時点から計時が開始され、逐次記憶部１０２に書き込まれている。
【００４４】
ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２で読み出された停止時間に基づいて、休止状態が判定される。休止状態の判定は例えば、表１に示すように、「長い」、「中間」、「短い」で判定される。
【００４５】
【表１】
2006308874.tif 000003
【００４６】
ステップＳ１０４では、画像形成部３は既に動作状態にあるので、休止状態は「短い」と判定される。
【００４７】
ステップＳ１０５では、記憶部１０２に予め記憶されている、所定時間内に画像形成装置１で実行した画像形成枚数（コピー枚数）が単位時間当たりの平均枚数として読み出され、コピー枚数に応じて連続／間欠状態が判定される。本実施の形態では、コピー枚数と連続／間欠状態との対応は表２に示すものとした。
【００４８】
【表２】
2006308874.tif 000004
【００４９】
ステップＳ１０６では、現像器３４におけるトナー消費率が算出される。トナー消費率は、所定時間内に現像器３４の現像スリーブ３４１で搬送された全トナー量に対する、現像スリーブ３４１から感光体３１に転写されたトナー量の比率を表すもので、記憶部１０２に予め記憶された、所定時間内に画像形成部３で画像形成された画像データに基づいて近似される。以下、トナー消費率の算出について説明する。
【００５０】
トナーが現像スリーブ３４１上を通過した量は現像器３４が、所定時間内に動作している時間ｔ１と現像スリーブ３４１の線速ｖと主走査方向長さＬと現像剤の厚みＨとトナー濃度Ｔ％の積で表すことができる。
【００５１】
トナー通過量Ｔａ＝Ａ×（主走査方向長さＬ×現像スリーブの線速ｖ×現像剤の厚みＨ×動作時間ｔ１）×Ｔ％／１００
なお、Ａは単位体積当たりの現像剤質量を示す。
【００５２】
また、トナー消費量Ｔｂは、画像書込部３３から投射されるレーザビーム等によって露光された露光面積にトナー付着量を掛けたものであるが、同じ露光面積でもベタ画像とハーフトーンなどのように画像濃度が異なる画像によってトナー消費量も変化する。そのため、本実施の形態では画像濃度を、画像データに含まれる諧調値で近似している。
【００５３】
すなわち、画像データの階調値は、最大濃度を２５５、最小濃度を０とした２５６段階に等分したとき、画像データの階調値を例えば１２８とすると、画像濃度は５０％と近似する。そこで、画像データの階調値に基づいて算出されるトナー消費量Ｔｂは下記式で算出される。
トナー消費量Ｔｂ＝Ｂ×露光面積×階調値／２５５
ただしＢはドラム上に付着する単位面積当たりの最大トナー付着量を示す。
【００５４】
また上記とは別にトナー補給の動作状態（例えばトナー補給モーターの回転数と補給時間の積算）をカウントすることでもトナー量を算出できる。
【００５５】
トナー消費率は下記式で表される。
トナー消費率（％）＝（トナー消費量Ｔｂ／トナー通過量Ｔａ）×１００
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０３、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６の情報に基づいてトナー濃度補正値を算出する。各ステップの補正値を表３に示す。
【００５６】
【表３】
2006308874.tif 000005
【００５７】
表３では休止時間とコピー動作状態とトナー消費率とをパラメータとしたときのトナー濃度補正量（質量％）の値ΔＴｃを示す。表３では例えばトナー消費率が０．４〜０．８％で休止時間が短くコピー動作状態が通常のときのトナー補正量を基準として、コピー動作状態が間欠で休止時間が短いとき、通常コピー動作状態に較べて補正量を−０．２質量％にする必要があることを示す。
【００５８】
ステップＳ１０８では、標準のトナー補給制御しきい値Ｔ０にステップＳ１０７で算出したトナー濃度補正値を加算したトナー補給しきい値Ｔ１（＝Ｔ０＋ΔＴｃ）を算出する。
【００５９】
ステップＳ１０９では、現像器内に保持される現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサによりトナー濃度Ｔｃを検知する。
【００６０】
ステップＳ１１０では、ステップＳ１０９で得られたトナー濃度Ｔｃがトナー補給しきい値Ｔ１と比較してＴｃ≦Ｔ１がＹＥＳのときステップＳ１１１の処理が実行される。ＮＯのときステップＳ１１２の処理が実行される。
【００６１】
ステップＳ１１３では、画像形成作業を続けるか、終了するかを判断し、ＮＯのときはＳ１０１に戻る。ＹＥＳのときはそのまま終了になる。
【実施例】
【００６２】
表３から得られた補正値を用いて図１に示す画像形成装置を使って画像を形成し、目視により画質を判定した。
【００６３】
画像形成装置の条件は以下の通りである。
画像形成装置：Ａ４ヨコ５０枚／分機（デジタルモノクロ機）
プロセススピードＶ：２００ｍｍ／ｓｅｃ
感光体ドラム直径：１８０ｍｍ
感光体帯電電圧Ｖ０：−７００Ｖ
現像スリーブ電位Ｖａ：−５００Ｖ
感光体ベタ露光電位Ｖｉ：−５０Ｖ
現像バイアスＡＣ成分：１．０ｋＶｐ−ｐ（矩形波、５ｋＨｚ）
潜像露光手段：半導体レーザー（波長７８０ｎｍ）
現像スリーブ直径：３０ｍｍ／磁極数：５極
現像スリーブ長手方向の着磁部分長さ：３３０ｍｍ
感光体表面〜現像スリーブ表面距離：約０．３ｍｍ
現像スリーブ上の現像剤搬送量：約２５０ｇ／ｍ2（通常モードの画像領域内）
現像スリーブ移動速度／プロセススピード（＝現像θ）：２．０
トナー：体積平均粒径４．５μｍの重合トナー（黒）
キャリア：体積平均粒径２５μｍ／磁化の強さ６０ｅｍｕ／ｇ
対策効果
表４に対策後の平均Ｑ／Ｍを示す。
【００６４】
【表４】
2006308874.tif 000006
【００６５】
図５に対策後の帯電量分布を示す。
【００６６】
この結果Ｑ／Ｍが、現像剤の履歴状態、コピーモード、トナー消費率に関係なくほぼ適正は範囲にコントロールすることがで、かぶり、飛散がなく適正な画像が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略を示す断面図である。
【図２】画像形成装置１の機能的構成を概念的に示すブロック図である。
【図３】本発明に係る画像形成装置において実行されるトナー補給処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】トナー濃度を一定にする従来制御方式におけるトナー帯電量変化を示した図である。
【図５】本実施例後の帯電量分布を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  自動原稿搬送装置
２  画像読取部
３  画像形成部
１９  手差し給紙部
３４  現像器
４０  トナー濃度センサ
３４１  現像スリーブ
３４２  羽根車
３４３、３４４  搬送スクリュウ
【図１】
2006308874.tif 000007
【図２】
2006308874.tif 000008
【図３】
2006308874.tif 000009
【図４】
2006308874.tif 000010
【図５】
2006308874.tif 000011