(57)【要約】【課題】現像剤担持体上の劣化トナーを効率よく除去し、異常画像の発生を防止し、長期に亘って良好な画像を確保し、装置の長寿命化を図る。【解決手段】本発明では、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像方法において、現像剤の消費量を算出する手段と、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して現像剤担持体上に残留する現像剤を潜像担持体上に放出する強制消費モードを実施する機能を用い、画像形成時と強制消費モード実施時とでは異なる条件を用いて現像剤の消費量を算出することにより、各モードでの消費量を正確に算出することができるので、現像剤担持体上の劣化トナーを効率よく除去し、異常画像の発生を防止し、長期に亘って良好な画像を確保し、装置の長寿命化を図ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像方法において、
前記現像剤の消費量を算出する手段と、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して前記現像剤担持体上に残留する現像剤を前記潜像担持体上に放出する強制消費モードを実施する機能を用い、前記画像形成時と前記強制消費モード実施時とでは異なる条件を用いて前記現像剤の消費量を算出することを特徴とする現像方法。
【請求項２】
請求項１記載の現像方法において、
前記強制消費モード動作時の潜像電位ＶLと現像バイアスＶbの電位差の絶対値が、通常の画像形成時の潜像電位ＶLと現像バイアスＶbの電位差の絶対値よりも大きくなるように設定することを特徴とする現像方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の現像方法において、
前記現像バイアスを変化させて前記潜像担持体上に形成した複数のテストパッチの現像剤付着量を検出する手段と、前記テストパッチの現像剤付着量と前記現像バイアスの相関を求める手段を用い、前記強制消費モード時に前記潜像担持体上に放出される単位面積当りの現像剤量が、予め記憶している目標値となるように前記強制消費モード動作時の現像バイアスを設定することを特徴とする現像方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の現像方法において、
画像形成装置の使用環境を判定する手段を用い、前記強制消費モード時に前記潜像担持体上に放出される単位面積当りの現像剤量の目標値が使用環境によって異なることを特徴とする現像方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の現像方法において、
前記強制消費モード動作時に前記潜像担持体上に放出される単位時間当りの現像剤消費量を予め記憶しており、
（単位時間当りの現像剤消費量）×（強制消費モードの動作時間）
によって前記強制消費モード動作時の現像剤消費量を算出することを特徴とする現像方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の現像方法において、
前記潜像担持体上に形成する画像の露光データに基づいて現像剤消費量Ｄを演算する手段を用い、通常の画像形成時と強制消費モード時の潜像担持体上に現像される単位面積当りの現像剤量の比αを記憶しておき、通常の画像形成時の現像消費量＝Ｄ、強制消費モード動作時の現像剤消費量＝αＤ、として算出することを特徴とする現像方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の現像方法において、
前記強制消費モードを実施するタイミングは、前回の動作後からの現像装置の駆動時間ΔＴが所定値以上であり、かつ前回の動作後からの現像剤消費量Δｍが所定値以下であるときであることを特徴とする現像方法。
【請求項８】
請求項７記載の現像方法において、
前回の動作後からの現像剤消費量Δｍに応じて、強制消費モードの動作時間を増減することを特徴とする現像方法。
【請求項９】
請求項８記載の現像方法において、
前記強制消費モードの動作時間Δｔは、少なくとも現像剤担持体が１周する時間Δｔ1以上であることを特徴とする現像方法。
【請求項１０】
現像剤を担持する現像剤担持体を備え、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、前記現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像装置において、
画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して前記現像剤担持体上に残留する現像剤を前記潜像担持体上に放出する強制消費モードを実施する機能を有し、請求項１〜９のいずれか１項に記載の現像方法を用いることを特徴とする現像装置。
【請求項１１】
回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像手段を用いる画像形成方法において、
前記現像手段は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の現像方法を用いることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１２】
回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像手段と、前記潜像担持体上に形成された像を被転写材上に転写する手段と、前記潜像担持体上の現像剤を除去し回収するクリーニング手段と、前記クリーニング手段で除去された現像剤の回収量を算出する手段を用いた画像形成方法において、
前記現像手段は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の現像方法を用い、
かつ、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して前記現像剤担持体上に残留する現像剤を前記潜像担持体上に放出し、前記転写手段による転写を行わずに前記クリーニング手段によって前記潜像担持体上のトナーを除去する強制消費モードを実施する機能を用い、前記画像形成時と前記強制消費モード実施時では異なる条件を用いて、クリーニングで除去された現像剤の回収量を算出することを特徴とする画像形成方法。
【請求項１３】
回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像手段を備えた画像形成装置において、
前記現像手段として、請求項１０に記載の現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像手段と、前記潜像担持体上に形成された像を被転写材上に転写する手段と、前記潜像担持体上の現像剤を除去し回収するクリーニング手段と、前記クリーニング手段で除去された現像剤の回収量を算出する手段を備えた画像形成装置において、
前記現像手段として、請求項１０に記載の現像装置を備え、
かつ、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して前記現像剤担持体上に残留する現像剤を前記潜像担持体上に放出し、前記転写手段による転写を行わずに前記クリーニング手段によって前記潜像担持体上のトナーを除去する強制消費モードを実施する機能を有し、前記画像形成時と前記強制消費モード実施時では異なる条件を用いて、クリーニングで除去された現像剤の回収量を算出することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１５】
請求項１３または１４に記載の画像形成装置に具備され、前記現像剤の消費量を算出することを特徴とする消費量演算装置。
【請求項１６】
請求項１３または１４に記載の画像形成装置に用いられ、少なくとも前記潜像担持体と前記現像装置をカートリッジ内に一体に備え、画像形成装置本体に対して着脱可能に具備されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１７】
請求項１６記載のプロセスカートリッジを複数備え、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられ、潜像担持体上の静電潜像を現像剤により現像する現像方法及びその現像方法を用いた現像装置、並びに、前記現像方法を用いた画像形成方法、前記現像装置を備えた複写機、ファクシミリ、プリンタ、あるいはこれらの複合機などの画像形成装置、さらには、その画像形成装置に具備される消費量演算装置、プロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式の画像形成装置においては、予め一様に帯電された潜像担持体（例えば光導電性の感光体）上に、原稿反射光の露光や、光書込み手段による画像書込み等を行い、感光体上に光学的に画像情報を形成することによって得た静電潜像を、現像装置の現像剤担持体（例えば現像ローラ）から供給される現像剤のトナーにより可視像化し、この可視像を転写紙等の転写材上に転写し、定着することによって画像形成を行っている。また、転写後に感光体に残留するトナーを除去するために、転写位置の下流側にはクリーニングユニットが配置されている。
【０００３】
画像形成装置に用いられる現像装置の現像方式としては、現像剤にトナーのみを用いる一成分現像方式と、トナーと磁性キャリアを用いる二成分現像方式とがある。このうち、従来の一成分現像方式の現像装置を用いた画像形成装置においては、経時で現像ロ−ラ（現像剤担持体）上にトナーがフィルミングし易く、トナーフィルミングが発生すると、トナーの帯電特性が不安定になり、地肌汚れや濃度低下などの異常画像が発生するという問題がある。現像ローラの表面にトナーフィルミングが形成される現象は、現像ローラの表面をフィルム状のトナー層が覆うことにより、現像ローラ表面によってトナーを帯電させることを困難化させて、トナーの帯電特性を不安定化させる現象である。
【０００４】
このトナーフィルミングが発生するメカニズムは次の通りである。すなわち、現像ローラのトナー担持幅のうち、一部のみ（例えば画面の右半分のみがベタ、など）を用いて連続的に画像形成を行った場合、現像ローラ上では、画像部の範囲を超えた領域（非画像部）に保持されたトナーは、一連の現像動作中、一切現像に関与できず、現像ローラ表面の同領域にクーロン力により付着したままとなる。しかも、現像ローラの表面には、現像ローラ上のトナーの層厚を規制して薄層化する層厚規制部材（規制ブレード）の先端部が摺接しているため、現像ローラの非画像部に付着したトナーは規制ブレードを通過する度に現像ローラ表面に押し付けられる加圧力を受け、この加圧が何度も行われることとなる。このブレードからの加圧により現像ローラから掻落とされて新規なトナーと入れ替わるトナーもあるが、現像ローラ表面に付着し続けてブレードからの加圧力を何回も受け続けるトナーも存在する。
【０００５】
このように現像ローラ表面に付着し続けてブレードの加圧力を何度も受けたトナーは、ブレードから受けた圧力と、加圧された際の発熱により現像ローラ表面にフィルム状に付着し易くなる。こうして付着したトナーが更にブレードからの加圧を何度も繰り返し受けることにより、付着したトナーの帯電量が増加し、益々現像ローラ表面から離脱しにくくなる。このように現像ローラの非画像部に付着、堆積したトナーが度重なるブレードからの加圧によって更に剥離不能になり、フィルム層を形成する現象をトナーフィルミングと称するのである。
【０００６】
なお、このような問題は二成分現像方式の現像装置を用いた画像形成装置についても同様に生じ得る問題である。
また、現像装置内のトナー搬送、攪拌部材による攪拌作用によって、流動性を向上させる目的で現像剤中に添加されている外添剤がトナーに埋没したり、剥がれたりして、トナー自体の帯電特性も劣化する。
【０００７】
現像ローラのトナーフィルミングを防止する方法として、例えば特許文献１（特開平９−２５８５５３号公報）には、現像剤担持体上のトナーを潜像担持体上に移動させることにより現像剤担持体上のトナーを除去するフレッシュ動作を実施する機能を備え、上記フレッシュ動作を実施することにより、潜像担持体上から除去され潜像担持体上に移動したトナーを現像装置に戻す技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２（特許第３０２９６４８号公報）には、一枚毎に印字率を算出し、その印字率が所定の大きさよりも小さい場合に、次の画像形成を行う前に、印字率の割合に応じた量の市松模様の現像剤パターンを形成し、現像剤の強制消費を行う手段が示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２５８５５３号公報
【特許文献２】特許第３０２９６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の特許文献１で開示されている技術では、トナーイールドを低下させない目的で、フレッシュ動作により除去されたトナーを再利用している。しかし、攪拌・現像・回収動作などの機械的ストレスによるトナーの劣化は避けがたく、トナーの再利用によって画質の低下をもたらすという問題がある。また、カラー機への適用を考えた場合、特許文献１の技術では連続印刷中の紙間でのリフレッシュ動作を想定しているが、転写体からの逆転写による混色が発生するため、カラー機への応用は困難である。
【００１１】
また、トナー補給などメンテナンスの都合上、ユーザに対して、トナーの残量や消費量を示す必要がある。一般に、トナー収容室に光学センサを設けてトナー残量を検知する方法が用いられるが、カラー機では色毎にセンサを設置する必要があり、部品数の増大によるコストアップや、装置の小型化の妨げにつながる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、現像剤担持体（現像ローラ等）上の劣化トナーを効率よく除去し、異常画像の発生を防止し、長期に亘って良好な画像を確保し、装置の長寿命化を図ると同時に、低コストで正確なトナー残量検知手段を用いた現像方法及び現像装置、並びにその現像方法を用いた画像形成方法、前記現像装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。また、本発明は、その画像形成装置に用いられる消費量演算装置や、プロセスカートリッジ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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１の手段は、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像方法において、前記現像剤の消費量を算出する手段と、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して前記現像剤担持体上に残留する現像剤を前記潜像担持体上に放出する強制消費モードを実施する機能を用い、前記画像形成時と前記強制消費モード実施時とでは異なる条件を用いて前記現像剤の消費量を算出することを特徴とする。
また、本発明の第２の手段は、第１の手段の現像方法において、前記強制消費モード動作時の潜像電位ＶLと現像バイアスＶbの電位差の絶対値が、通常の画像形成時の潜像電位ＶLと現像バイアスＶbの電位差の絶対値よりも大きくなるように設定することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３の手段は、第１または第２の手段の現像方法において、前記現像バイアスを変化させて前記潜像担持体上に形成した複数のテストパッチの現像剤付着量を検出する手段と、前記テストパッチの現像剤付着量と前記現像バイアスの相関を求める手段を用い、前記強制消費モード時に前記潜像担持体上に放出される単位面積当りの現像剤量が、予め記憶している目標値となるように前記強制消費モード動作時の現像バイアスを設定することを特徴とする。
また、本発明の第４の手段は、第１〜第３のいずれか１つの手段の現像方法において、画像形成装置の使用環境を判定する手段を用い、前記強制消費モード時に前記潜像担持体上に放出される単位面積当りの現像剤量の目標値が使用環境によって異なることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第５の手段は、第１〜第４のいずれか１つの手段の現像方法において、前記強制消費モード動作時に前記潜像担持体上に放出される単位時間当りの現像剤消費量を予め記憶しており、（単位時間当りの現像剤消費量）×（強制消費モードの動作時間）によって前記強制消費モード動作時の現像剤消費量を算出することを特徴とする。
また、本発明の第６の手段は、第１〜第５のいずれか１つの手段の現像方法において、前記潜像担持体上に形成する画像の露光データに基づいて現像剤消費量Ｄを演算する手段を用い、通常の画像形成時と強制消費モード時の潜像担持体上に現像される単位面積当りの現像剤量の比αを記憶しておき、通常の画像形成時の現像消費量＝Ｄ、強制消費モード動作時の現像剤消費量＝αＤ、として算出することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第７の手段は、第１〜第６のいずれか１つの手段の現像方法において、前記強制消費モードを実施するタイミングは、前回の動作後からの現像装置の駆動時間ΔＴが所定値以上であり、かつ前回の動作後からの現像剤消費量Δｍが所定値以下であるときであることを特徴とする。
また、本発明の第８の手段は、第７の手段の現像方法において、前回の動作後からの現像剤消費量Δｍに応じて、強制消費モードの動作時間を増減することを特徴とする。
さらに本発明の第９の手段は、第８の手段の現像方法において、前記強制消費モードの動作時間Δｔは、少なくとも現像剤担持体が１周する時間Δｔ1以上であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１０の手段は、現像剤を担持する現像剤担持体を備え、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、前記現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像装置において、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して前記現像剤担持体上に残留する現像剤を前記潜像担持体上に放出する強制消費モードを実施する機能を有し、第１〜第９のいずれか１つの手段の現像方法を用いることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１１の手段は、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像手段を用いる画像形成方法において、前記現像手段は、第１〜第９のいずれか１つの手段の現像方法を用いることを特徴とする。
【００１９】
本発明の第１２の手段は、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像手段と、前記潜像担持体上に形成された像を被転写材上に転写する手段と、前記潜像担持体上の現像剤を除去し回収するクリーニング手段と、前記クリーニング手段で除去された現像剤の回収量を算出する手段を用いた画像形成方法において、前記現像手段は、第１〜第９のいずれか１つの手段の現像方法を用い、かつ、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して前記現像剤担持体上に残留する現像剤を前記潜像担持体上に放出し、前記転写手段による転写を行わずに前記クリーニング手段によって前記潜像担持体上のトナーを除去する強制消費モードを実施する機能を用い、前記画像形成時と前記強制消費モード実施時では異なる条件を用いて、クリーニングで除去された現像剤の回収量を算出することを特徴とする。
【００２０】
本発明の第１３の手段は、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を、現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像手段を備えた画像形成装置において、前記現像手段として、第１０の手段の現像装置を備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１４の手段は、回転駆動される潜像担持体上の静電潜像を現像剤担持体から供給される現像剤により現像する現像手段と、前記潜像担持体上に形成された像を被転写材上に転写する手段と、前記潜像担持体上の現像剤を除去し回収するクリーニング手段と、前記クリーニング手段で除去された現像剤の回収量を算出する手段を備えた画像形成装置において、前記現像手段として、第１０の手段の現像装置を備え、かつ、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して前記現像剤担持体上に残留する現像剤を前記潜像担持体上に放出し、前記転写手段による転写を行わずに前記クリーニング手段によって前記潜像担持体上のトナーを除去する強制消費モードを実施する機能を有し、前記画像形成時と前記強制消費モード実施時では異なる条件を用いて、クリーニングで除去された現像剤の回収量を算出することを特徴とする。
【００２２】
本発明の第１５の手段は、消費量演算装置であって、第１３または第１４の手段の画像形成装置に具備され、前記現像剤の消費量を算出することを特徴とする。
また、本発明の第１６の手段は、プロセスカートリッジであって、第１３または第１４の手段の画像形成装置に用いられ、少なくとも前記潜像担持体と前記現像装置をカートリッジ内に一体に備え、画像形成装置本体に対して着脱可能に具備されたことを特徴とする。
さらに本発明の第１７の手段は、画像形成装置であって、第１６の手段のプロセスカートリッジを複数備え、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、現像剤の消費量を算出する手段と、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して現像剤担持体上に残留する現像剤を潜像担持体上に放出する強制消費モードを実施する機能を用い、画像形成時と強制消費モード実施時とでは異なる条件を用いて現像剤の消費量を算出する。すなわち、画像形成時と強制消費モード時で現像バイアスが異なることを踏まえ、異なる条件を用いて各モードでの消費量を正確に算出するので、トナーエンドセンサを設けない場合においても、劣化トナーを除去して画像品質を維持しつつ、正確なタイミングでトナーエンプティをユーザに報知することが可能となり、コストダウンにつながる。
従って、本発明によれば、現像剤担持体（現像ローラ等）上の劣化トナーを効率よく除去し、異常画像の発生を防止し、長期に亘って良好な画像を確保し、装置の長寿命化を図ると同時に、低コストで正確なトナー残量検知手段を用いた現像方法及び現像装置、並びにその現像方法を用いた画像形成方法、前記現像装置を備えた画像形成装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明について詳細に説明する。
前述の従来技術で述べたように、現像装置内で様々な機械的ストレスを受けることで、トナーの帯電特性が経時的に劣化する。この機械的ストレスとしては、層厚規制ブレードや現像剤供給ローラとの摩擦、あるいは、現像装置内でのトナーの搬送や攪拌などが挙げられる。このようにしてトナーの帯電特性が劣化すると、現像剤担持体（例えば現像ローラ）上に残留するトナーが逆極性に帯電して潜像担持体（例えば感光体）の非潜像部に付着し、地肌汚れという現象が発生したり、潜像に十分なトナーが付着せず画像濃度が低下するという不具合を生じる。
このような劣化トナーによる画質低下を防止するためには、適正な現像バイアスを印加して現像ローラ上に残留している劣化トナーを感光体上に強制的に放出する強制消費モードを実施する方法がある。
また、強制消費モードを実施する場合、トナー補給などのメンテナンスの都合上、ユーザに対して、トナーの残量や消費量を示す必要があるが、そのためには、画像形成や強制消費モードによってどれだけトナーが消費されたかを検出する必要がある。
【００２５】
そこで本発明に係る現像方法（及びそれを用いた現像装置、画像形成方法、画像形成装置）では、現像剤の消費量を算出する手段と、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して現像ローラ上に残留する現像剤を感光体上に放出する強制消費モードを実施する機能を用い、画像形成時と強制消費モード実施時では異なる条件を用いて消費量を算出する。すなわち、本発明では、画像形成時と強制消費モード時で現像バイアスが違うことを踏まえ、異なる条件を用いて各モードでの消費量を正確に算出するため、トナーエンドセンサを設けない場合においても、劣化トナーを除去して画像品質を維持しつつ、正確なタイミングでトナーエンプティをユーザに報知することが可能であり、コストダウンにつながる。
【００２６】
本発明では、上記の現像方法（及びそれを用いた現像装置、画像形成方法、画像形成装置）において、強制消費モード動作時の潜像電位ＶLと現像バイアスＶbの電位差の絶対値が、通常の画像形成時の潜像電位ＶLと現像バイアスＶbの電位差の絶対値よりも大きくなるように設定する。
このように、強制消費モード動作時には、通常の画像形成時よりも潜像電位と現像バイアスの電位差を大きくすることにより、通常の現像バイアスでは取り除けない劣化トナーを現像ローラ上から除去し、異常画像の発生を防止することができる。これにより、地肌汚れが減少したり、現像ローラへのトナーフィルミングが防止でき、装置の長寿命化につながる。
【００２７】
本発明では、上記の現像方法（及びそれを用いた現像装置、画像形成方法、画像形成装置）において、現像バイアスを変化させて感光体上に形成した複数のテストパッチの現像剤付着量を検出する手段（例えば光学式の濃度センサ等）と、テストパッチの現像剤付着量と現像バイアスの相関を求める手段（制御部のＣＰＵ（マイクロプロセッサからなる演算処理装置）等）を用い、強制消費モード時に感光体上に放出される単位面積当たりの現像剤量が、予め制御部のメモリ等に記憶している目標値となるように強制消費モード動作時の現像バイアスを設定する。これにより、現像ローラ上の劣化トナーを効率よく除去することができる。また、実験によって、画質低下を防ぐのに必要最低限の単位面積当たりの強制消費量を求めておくので、強制消費量を最低限に抑え、トナーイールドが確保できる。
【００２８】
本発明では、上記の現像方法（及びそれを用いた現像装置、画像形成方法、画像形成装置）において、画像形成装置の使用環境を判定する手段を用い、強制消費モード時に感光体上に放出される単位面積当たりの現像剤量の目標値が使用環境によって異なるようにする。
すなわち、使用環境によってトナーの帯電量が変化し、現像ローラ上の搬送量も変化するので、現像ローラ上の搬送量の増減に即して強制消費量（すなわち現像バイアスの設定値）を変化させることにより、効率よく劣化トナーを感光体上に排出することができる。
【００２９】
本発明では、上記の現像方法（及びそれを用いた現像装置、画像形成方法、画像形成装置）において、強制消費モード動作時に感光体上に放出される単位時間当たりの現像剤消費量を制御部のメモリ等に予め記憶しておき、
（単位時間当たりの現像剤消費量）×（強制消費モードの動作時間）
によって強制消費モード動作時の現像剤消費量を算出する。
強制消費モード時に形成する画像パターンは予めわかっているため、事前に実験により強制消費モード時の単位面積当たりのトナー消費量を求めておくことで、強制消費モード時のトナー消費量を正しく算出することができる。
【００３０】
本発明では、上記の現像方法（及びそれを用いた現像装置、画像形成方法、画像形成装置）において、感光体上に形成する画像の露光データに基づいて現像剤消費量Ｄを演算する手段（制御部のＣＰＵ（マイクロプロセッサからなる演算処理装置）等）を用い、通常の画像形成時と強制消費モード時の感光体上に現像される単位面積当たりの現像剤量の比αを制御部のメモリ等に予め記憶しておき、通常の画像形成時の現像消費量＝Ｄ、強制消費モード動作時の現像剤消費量＝αＤ、として算出する。
強制消費モード動作時と通常の画像形成時では現像バイアスが異なるため、潜像面積が同じでもトナー消費量が異なるが、上記のように、通常の画像形成時と同様に算出したトナー消費量を、単位面積当たりの付着量に基づいて補正することで、正しくトナー消費量を算出することができる。
【００３１】
ところで、画像形成時において、形成する画像のトナー消費量が少ない場合、現像ローラ上のトナーが入れ替わらず何度も機械的ストレスを受けるため、トナーの劣化が激しい。そこで、トナーの劣化度合を画像品質に影響が出ない程度に抑えるため、画像形成で消費されるトナー量が少ない場合には、定期的に現像ローラ上のトナーを吐き出し、劣化を抑制する必要がある。
また、現像装置の駆動時間に対してトナーの消費量が少ない方が、よりトナーの劣化が促進される。そのため、プリント枚数をトリガーにした場合、同じ画像を同じ枚数だけ印刷したとしても、連続印刷した場合と間欠印刷した場合では、現像装置の駆動時間は間欠印刷の方が長いため、よりトナーの劣化も進行する。
【００３２】
そこで本発明では、強制消費モードを実施するタイミングは、前回の動作後からの現像装置の駆動時間ΔＴが所定値以上であり、かつ前回の動作後からの現像剤消費量Δｍが所定値以下であるときとする。
このように、強制消費モードを実施するトリガーを、現像装置の駆動時間ΔＴとすることにより、印刷DUTY（１ジョブで何枚プリントするか）によるトナー劣化度合の違いに対応することができる。
【００３３】
さらに本発明では、前回の動作後からの現像剤消費量Δｍに応じて、強制消費モードの動作時間を増減する。
これは、トナーイールドの低下を極力抑えつつ、現像ローラ上の劣化トナーを排除することを目的としており、画像形成時のトナー消費量が少ない場合は、劣化トナーが多く堆積しているため、強制消費モードの動作時間を長くして、吐き出すトナーの量を増やす。逆に多めの時には、劣化トナーの堆積量も少ないため、強制消費量を少なくする。
【００３４】
また、本発明では、上記の強制消費モードの動作時間Δｔは、少なくとも現像ローラが１周する時間Δｔ1以上とする。
これは、現像ローラ表面全体に残留している劣化トナーを完全に除去するためには、少なくとも現像ローラ１周分にわたって強制消費モードを実施する必要があるからである。また、現像ローラ表面にフィルミングしているトナーは離脱しにくいため、１周分以上にわたって高い現像バイアスを印加することが望ましい。
【００３５】
本発明では、回転駆動される潜像担持体（例えば感光体）上の静電潜像を、現像剤担持体（例えば現像ローラ）から供給される現像剤により現像する現像手段と、感光体上に形成された像を被転写材（転写紙等の転写材、または中間転写体）上に転写する手段と、感光体上の現像剤を除去し、回収するクリーニング手段と、前記クリーニング手段で除去された現像剤の回収量を算出する手段を備えた画像形成方法（または画像形成装置）において、上記で述べた現像方法（または現像装置）を用い、かつ、画像形成時とは異なる現像バイアスを所定時間印加して現像ローラ上に残留する現像剤を感光体上に放出し、前記転写手段による転写を行わずに前記クリーニング手段によって感光体上のトナーを除去する強制消費モードを実施する機能を用い、画像形成時と強制消費モード実施時では異なる条件を用いて、クリーニングで除去された現像剤の回収量を算出する。
【００３６】
被転写材にトナーを転写する通常の画像形成時と、転写を行わない強制消費モード動作時では、クリーニングで回収される廃トナーの量が大幅に異なるが、通常の画像形成時と強制消費モード動作時で、異なる条件を用いることにより、廃トナー回収量を正しく計算し、廃トナーエンドセンサなしでも、正確なタイミングでユーザに交換を促す報知が可能となり、コストダウンを達成することができる。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の具体的な構成、動作及び作用を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
図１は本発明の一実施例を示す図であって、複数の画像形成部を備えたタンデム型の画像形成装置の要部構成を示す概略断面図である。
この画像形成装置は、現像色（例えばイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ））が異なる４つの画像形成部１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋを備えており、各画像形成部は同じ構成のプロセスカートリッジとなっている。
各プロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、１つのカートリッジ内に、感光体ドラム２、帯電ローラ３、現像手段４、およびクリーニング手段５を一体に備えた構成になっている。各プロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、画像形成装置本体に対して着脱可能に装備されており、各々のストッパーを解除することにより交換できる構成になっている。
【００３９】
各プロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ内の感光体ドラム２は、図中の矢印方向に周速１５０mm／secで回転している。
帯電手段である帯電ローラ３は、感光体ドラム２の表面に圧接されており、感光体ドラム２の回転により従動回転している。
この帯電ローラ３には図示しない高圧電源により所定のバイアス（直流バイアス、あるいは直流に交流を重畳したバイアス等）が印加され、感光体ドラム２の表面を−５００Ｖに帯電している。
なお、帯電手段としては帯電ローラに限るものではなく、帯電ブラシや、非接触式の帯電器等を用いてもよい。
【００４０】
露光手段６は、感光体ドラム２に対して画像情報に応じたビームを露光し、静電潜像を形成する。この露光手段６としては、例えば、光源（レーザダイオード）と、カップリング光学系（カップリングレンズ、アパーチャ、シリンドリカルレンズ等からなる光学系）と、光偏向器（例えばポリゴンミラー（あるいは、ピラミダルミラー、振動ミラー等））と、走査結像光学系（ｆθレンズ等の等速走査用レンズ、収差や像面湾曲補正用のレンズ、ミラー等からなる光学系）などからなる光走査装置（レーザビームスキャナ）が用いられるが、この他、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイと結像素子アレイ（マイクロレンズアレイまたはロッドレンズアレイ等）を組合わせたライン状の光書込み装置などを用いてもよい。
【００４１】
現像手段４は、本実施例では一成分現像剤（トナー）を用いた接触現像方式の現像装置であり、現像剤担持体である現像ローラに担持されたトナーで感光体ドラム２上の静電潜像を現像し、トナー像として顕像化する。この現像装置４の現像ローラには、図示しない高圧電源から所定の現像バイアスが供給される。
【００４２】
感光体クリーニング手段５は、感光体ドラム２表面の転写残トナーを、クリーニングブレードやファーブラシ等のクリーニング部材で除去し、クリーニングを行なうクリーニング装置である。
【００４３】
各プロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋは、複数のローラ（駆動ローラと複数の従動ローラ）に張架されたベルト状の中間転写体（中間転写ベルト）７の移動方向（図中の矢印方向）に並列に４個配設されており、各プロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋにおいては、帯電ローラ３による帯電、露光手段６による露光、現像装置４による現像の動作が行われ、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の順で可視像が形成される。
【００４４】
中間転写ベルト７の裏面側で、各プロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋの感光体ドラム２と対向する位置には、一次転写ローラ８が設けられており、この一次転写ローラ８には図示しない高圧電源により所定の一次転写バイアスが印加され、各感光体ドラム２表面のトナー像は中間転写ベルト７表面に順次重ね合わせて転写される。中間転写ベルト７は、図示しない駆動モータによって図中の矢印方向に回転駆動されるようになっており、各色の可視像が表面に順次重ね転写されることでフルカラー画像を形成する。
【００４５】
画像形成装置本体の下部には転写材を供給する給紙部が設けられており、この給紙部には、転写材としてサイズの異なる転写紙Ｐを収容した複数の給紙カセット１１Ａ，１１Ｂが設けられており、図示しない操作パネルの操作で選択された用紙サイズの給紙カセット１１Ａ（または１１Ｂ）から転写紙Ｐが給紙ローラ１２と分離ローラ１３により１枚ずつ給紙され、搬送ローラ１４を経てレジストローラ１５に搬送される。そして、上記の中間転写ベルト７上への一次転写にタイミングを合せて、レジストローラ１５により転写紙Ｐが中間転写ベルト７と二次転写ローラ９のニップ部に給紙される。そして、中間転写ベルト７上に形成されたフルカラー画像は、図示しない高圧電源により二次転写ローラ９に所定の二次転写バイアスを印加することにより転写紙Ｐに転写され、転写紙Ｐに転写されたフルカラー画像は定着装置１６の加熱ローラ１６ａと加圧ローラ１６ｂのニップ部にて加熱、加圧されることにより定着され、図示しない排紙トレイ（あるいは後処理装置）等に出力される。また、二次転写ローラ９で転写できずに中間転写ベルト７上に残留したトナーは、中間転写ベルトクリーニング手段１０によって回収される。
【００４６】
なお、図１のフルカラー画像形成装置には、以上に述べた装置各部の駆動を制御し、画像形成動作や、後述の強制消費モード動作を制御する制御部が設けられている。図示を省略するが、制御部は、例えば、マイクロプロセッサユニット等からなる中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発ＲＡＭ等）、入出力装置（Ｉ／Ｏポート、各種インターフェース等）、各種制御回路、クロック、タイマー、カウンタ、等で構成されており、上記のメモリに、制御用のプログラムや各種データが予め記憶されている。また、制御部には、画像形成装置の各部に設けた各種センサ（温度センサ、湿度センサ、濃度センサ、用紙検知センサ等）からの検知情報が入力されており、これらの情報に基づいて各部の制御を行う。
【００４７】
図２は本発明の現像装置及び画像形成装置における、強制消費モード動作に関する処理の流れの一実施例を示すフローチャートである。この処理を行うプログラムや、各種データは上述の図示しない制御部のメモリに記憶されており、ＣＰＵによって実行される。また、ＣＰＵは、各種演算処理を行う機能を有しており、消費量演算装置としても機能する。
なお、図２の処理は、各画像形成部（プロセスカートリッジ）１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋで実行されるが、同じ動作なので、ここでは１つの画像形成部の動作について説明する。
【００４８】
図２において、画像形成装置がプリント動作を開始すると（Ｓ１）、図示しない制御部のＣＰＵにより、露光データに基づいて、１ページ毎にトナー消費量Ｄを算出し（Ｓ２）、前回強制消費モード動作後からのトナー消費量Δｍに積算（Δｍ＝Δｍ＋Ｄ）するとともに（Ｓ４）、現像装置４の使用開始時からの累積トナー消費量Ｍへも積算する（Ｓ３）。１枚のプリントが終了すると、前回強制消費モード動作後からの現像装置４の駆動時間（現像器駆動時間）ΔＴと所定の閾値Ｔrを比較する（Ｓ５，Ｓ６）。そしてΔＴ≦Ｔrならば、何もせず次のプリント動作へ移る。また、ΔＴ＞Ｔrの場合には、Δｍと所定の閾値Ｍrを比較し（Ｓ７）、Δｍ＞Ｍrならば、何もせず次のプリント動作へ移る。また、Δｍ＜Ｍrならば、強制消費モードを実施する（Ｓ８）。
【００４９】
ここで、強制消費モードの実施トリガを１枚毎とすることも可能であるが、１枚の印字率が所定の目標値より小さい場合に、毎回強制消費モードを実施すると、トータルのトナー消費量は狙いの値よりも多くなる。すなわち、トナーイールドが著しく低下する。また、Ｎ枚毎に実施するとした場合、同じ画像を印刷した場合でも、図３に示すタイミングチャートのように、連続印刷か間欠印刷かによってＮ枚の印刷に要する現像装置４の駆動時間は大きく異なるため、トナーの劣化度合も変わる。そこで、本実施例では、現像装置４の駆動時間ΔＴを強制消費モードの実施トリガとすることにより、連続印刷／間欠印刷に関わらず、最適なタイミングで劣化トナーを除去することが可能である。
【００５０】
本実施例では、通常の現像バイアスをＶb、強制消費モード動作中の、現像ローラ上の劣化トナーを放出する場合の現像バイアスをＶbrとし、感光体ドラム２上の静電潜像（画像部）の電位をＶLとしたときに、
｜Ｖbr−ＶL｜＞｜Ｖb−ＶL｜
となるように、強制消費モード動作中の現像バイアスの絶対値を、通常の現像バイアスの絶対値よりも十分大きくすることにより、通常のプリント動作では現像ローラ上から離脱しないトナーを、効率よく感光体上に放出している。この効果により、現像ローラへのトナーフィルミングを抑制し、良好な画質を維持することができる。また、地肌汚れによるトナー消費量が少なくなり、トナーイールドが増し、長寿命化につながる。
【００５１】
本実施例における画像形成装置は、現像バイアスを変えて感光体ドラム２上に複数のテストパッチを作成し、発光素子と受光素子からなる光学式の濃度センサ（図示せず）により各テストパッチの濃度を読み取り、感光体ドラム２上の単位面積当りの現像剤量：Ｍ／Ａが目標値になるような現像バイアスを設定する手段を有している。Ｍ／Ａの目標値は、通常のプリント動作時よりも強制消費モード時の方が高めに設定されており、それぞれの目標値に応じてＶb、Ｖbｒを設定する。強制消費モード時のＭ／Ａの目標値は、画像形成装置の使用されている温度・湿度によって異なる。温度・湿度が変化すると、トナーの帯電特性が変化し、現像ローラ上のトナー搬送量も変化する。そのため、劣化トナーを十分に除去するための適正な強制消費量も変化する。環境ごとに強制消費モード時のＭ／Ａの目標値を変えることにより、現像ローラ上から効率よく劣化トナーを除去することができる。なお、Ｖb、Ｖbrを設定するタイミングは、画像形成装置が使用されている温度、湿度の変化が所定の値より大きいとき、あるいは、プロセスカートリッジ１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋが交換されたときである。
【００５２】
なお、本実施例では感光体ドラム２上にテストパッチを作成し、そのテストパッチの濃度を読み取ることとしたが、テストパッチを作成して濃度を読み取るのは中間転写ベルト７上としてもかまわない。
【００５３】
強制消費モードの動作時間Δｔは、前回の強制消費モードの動作後からのトナー消費量Δｍの大きさに基づいて設定される。プリント動作でのトナー消費が少ないほど、現像ローラ上にはより多くの劣化トナーが残留している。トナー消費量Δｍが少ない場合は強制消費モードの動作時間Δｔを長くして劣化トナーを十分に吐き出す必要があるが、トナー消費量Δｍが多い場合には、強制消費モードの動作時間Δｔを短くし、トナーイールドの低下を最小限にとどめる。ただし、現像ローラの表面全体に付着した劣化トナーを除去するために、強制消費モードの動作時間Δｔは、現像ローラが１周する時間Δｔ1よりも長く設定する。
【００５４】
図２において、前述のようにして強制消費モードが実行されると（Ｓ８）、図示しない制御部のＣＰＵは、強制消費モード動作中のトナー消費量を算出する（Ｓ９）。ここで、画像形成時と強制消費モード実施時では、異なる条件を用いてトナーの消費量を算出している。
より具体的には、強制消費モードで吐き出される単位時間当たりのトナー消費量ｍrが予め制御部のメモリに記憶されており、ＣＰＵは、ｍr×Δｔによって強制消費モードのトナー消費量を算出し（Ｓ９）、現像装置４の使用開始時からの累積トナー消費量Ｍへ積算する（Ｓ１０）。
そして、強制消費モードを実行した後は、トナー消費量をリセット（Δｍ＝０）し（Ｓ１１）、現像装置の駆動時間をリセット（ΔＴ＝０）して（Ｓ１２）、処理動作を終了する。
【００５５】
なお、本発明の別の実施例として、以下のようにしてもよい。
強制消費モードのトナー消費量は、まず通常のプリント時と同様に、作成するパターンの露光データに基づいて算出し、その後、予め制御部のメモリに記憶されている、通常の画像形成時と強制消費モード時の感光体上のＭ／Ａの比αを乗じて補正する。
より具体的には、強制消費モードのトナー消費量は、感光体ドラム２上に形成するパターン画像の露光データに基づいて現像剤消費量Ｄを演算する手段（制御部のＣＰＵ）を用い、通常の画像形成時と強制消費モード時の感光体ドラム２上に現像される単位面積（Ａ）当りの現像剤量（Ｍ）の比α（＝Ｍ／Ａ）を予め制御部のメモリに記憶しておき、通常の画像形成時の現像消費量＝Ｄ、強制消費モード動作時の現像剤消費量＝αＤ、として算出する。
【００５６】
本発明のさらに別の実施例としては、強制消費モード動作時に感光体ドラム２上に放出したトナーを中間転写ベルト７上に転写せず、感光体クリーニング手段５によって除去するという方法である。そして、感光体クリーニング手段５で回収される廃トナー量を算出する手段（制御部のＣＰＵ）を用い、通常の画像形成時には（消費量）×（１−転写効率）を廃トナー回収量とし、強制消費モード動作時には、消費量が完全に廃トナーとして回収されるとして、感光体クリーニング手段５で回収する廃トナー量を求める。これにより、廃トナーセンサがない場合においても、廃トナーをクリーニング部から溢れさせることなく、図示しない操作パネルの表示部においてユーザにプロセスカートリッジの交換を促す報知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例を示す図であって、複数の画像形成部を備えたタンデム型の画像形成装置の要部構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の現像装置及び画像形成装置における、強制消費モード動作に関する処理の流れの一実施例を示すフローチャートである。
【図３】連続印刷時と間欠印刷時の現像ローラの駆動状態を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ：プロセスカートリッジ（画像形成部）
２：感光体ドラム（潜像担持体）
３：帯電ローラ（帯電手段）
４：現像装置（現像手段）
５：感光体ドラムクリーニング手段
６：露光手段
７：中間転写ベルト（中間転写体）
８：一次転写ローラ
９：二次転写ローラ
１０：中間転写ベルトクリーニング手段
１１Ａ，１１Ｂ：給紙カセット
１２：給紙ローラ
１３：分離ローラ
１４：搬送ローラ
１５：レジストローラ
１６：定着装置
Ｐ：転写紙（転写材）
【図１】
2008281844.tif 000003
【図２】
2008281844.tif 000004
【図３】
2008281844.tif 000005