(57)【要約】【課題】画像形成装置において、リフレッシュ動作の際、画像印字率に応じて非印字領域に形成される画像の長さを異ならせて、効率的にトナー消費を行い、画像不良が発生しないようにする。【解決手段】現像剤担持体の表面をリフレッシュする際、現像剤担持体に所定の周期を有するリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加する。この際、画像印字密度に応じてリフレッシュ用交番現像バイアス電圧の位相制御を行う。例えば、画像印字密度に応じてリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加するタイミング及びリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を切断するタイミングを制御する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像が形成される静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体に現像剤を搬送して前記静電潜像を現像するための現像剤担持体とを有する画像形成装置において、前記現像剤担持体の表面をリフレッシュする際前記現像剤担持体に所定の周期を有するリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加する印加制御手段を備え、前記印加制御手段は画像印字密度に応じて前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧の位相制御を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記印加制御手段は前記静電潜像を形成する際に用いられる画像データに応じて記録媒体一頁毎に印字される画像の印字密度を計測して、所定頁分の平均印字密度を前記画像印字密度とするようにした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】
前記印加制御手段は、前記画像印字密度に応じて前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加するタイミング及び前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を切断するタイミングを制御して前記位相制御を行うようにした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４】
前記印加制御手段は、前記画像印字密度が予め規定された印字密度以下となると前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を前記現像剤担持体に印加しており、前記画像印字密度が前記予め規定された印字密度よりも低い少なくとも一つの所定の印字密度を境として前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加するタイミング及び前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を切断するタイミングを異ならせるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、特に、プリンタ、複写機、又はファクシミリ等で用いられる画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、画像形成装置では、画像データに応じて静電潜像担持体（例えば、感光体ドラム）に静電潜像を形成して、現像剤担持体で静電潜像担持体上の静電潜像を現像して、現像剤像（例えば、トナー像）を得て、この現像剤像を記録媒体に転写した後、転写像を記録媒体に定着させるようにしている。
【０００３】
ところで、一成分現像装置を用いる画像形成装置では、画像形成を繰り返し行うと、高帯電量に起因する鏡映力によって、粒径の小さい現像剤が現像剤担持体表面に付着して、他の現像剤粒子が現像剤担持体との間で摩擦帯電されることが阻害されてしまう。これによって、現像剤粒子が現像剤担持体上で均一に帯電されないまま、静電潜像担持体との現像領域まで搬送されてしまい、画像濃度の低下又は所謂カブリといった問題を引き起こすことがある。
【０００４】
特に、画像上の原稿印字率が低い場合においては、現像剤担持体（現像スリーブ）から静電潜像担持体に飛翔する現像剤が少ない関係上、現像剤粒子が現像剤担持体上に残りやすい。このため、消費されなかった現像剤が繰り返し摺擦されることになって、現像剤の帯電特性が劣化してしまい、画像上の原稿印字率が低い場合においては、上述のような現象が促進されて、画像濃度低下又はカブリが発生しやすくなる。
【０００５】
このような不具合に対処するため、従来、画像濃度の低下又はカブリが発生した際には、印字領域外で現像を行って、強制的に現像剤を消費させるようにした手法が知られている（例えば、特開２００１−７５４３８公報、特開２００１−３２４８４２公報、及び特開２００１−３２４８６１公報）。
【０００６】
特開２００１−７５４３８公報（以下従来例１と呼ぶ）では、低印字比率の画像を多く印字した際における画像品位の劣化を防止するため、画像カウンタを用いて現像剤消費を検知して（例えば、画素をカウントして、現像剤の消費量を検知する）、これによって、印字枚数平均の現像剤消費量を求め、所定値以下であると、非印字領域に現像を行うようにしている。
【０００７】
さらに、特開２００１−３２４８４２公報（以下従来例２と呼ぶ）では、画像データをドット数として計測して原稿密度を得て、この原稿密度が所定値以下となると、露光ユニットの露光量を可変制御し、これによって、低印字率原稿を連続的に長期にわたって印字する際においても、良好な画像を得るとともに効率的に現像剤消費を行うようにしている。
【０００８】
また、特開２００１−３２４８６１公報（以下従来例３と呼ぶ）では、画像データをドット数として計測して原稿密度を得て、この原稿密度が所定値以下となると、露光ユニットによってバックグラウンド電位（露光ユニットが非露光時における静電潜像担持体の電位）を現像開始電位近傍にまで露光制御して、現像剤担持体から静電潜像担持体に強制的に現像剤を消費させるようにしている。そして、これによって、低印字率原稿を連続的に長期にわたって印字する際においても、良好な画像を得るとともに効率的に現像剤消費を行うようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の従来例１では、印字枚数平均の現像剤消費量が所定値以下であると、非印字領域に現像剤を現像するようにしているだけであるから、消費する現像剤の量を精度よく制御することができず、結果的に効率的に現像剤消費を行うことができず、無駄に現像剤を消費してしまうという課題がある。
【００１０】
さらに、従来例２では、原稿密度が所定値になると、露光ユニットの露光量を可変制御して、非印字領域を露光しなければならず、露光ユニットを制御するための機構が必要となってしまうという課題がある。つまり、画像形成装置自体がコスト高となってしまうという課題がある。
【００１１】
また、従来例３においても、原稿密度が所定値になると、バックグラウンド電位を現像開始電位近傍にまで露光制御して、非印字領域を露光しなければならず、露光ユニットを制御するための機構が必要となってしまうという課題がある。つまり、画像形成装置自体がコスト高となってしまうという課題がある。
【００１２】
本発明の目的は安価に良好な画像形成を行うことができ、しかも効率的にトナー消費を行うことのできる画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、静電潜像が形成される静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体に現像剤を搬送して前記静電潜像を現像するための現像剤担持体とを有する画像形成装置において、前記現像剤担持体の表面をリフレッシュする際前記現像剤担持体に所定の周期を有するリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加する印加制御手段を備え、前記印加制御手段は画像印字密度に応じて前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧の位相制御を行うようにしたことを特徴とする画像形成装置が得られる。
【００１４】
このようにして、画像印字密度に応じてリフレッシュ用交番現像バイアス電圧の位相を制御するようにすれば、現像剤担持体の表面をリフレッシュするリフレッシュ動作の際、画像印字密度に基づいて非印字領域に形成する画像の長さを変化させることができ、その結果、画像濃度低下及びカブリ等の画質不良が防止できるばかりでなく、リフレッシュ動作の際、効率的に（つまり、無駄のない）トナー消費を行うことができることになる。
【００１５】
例えば、前記印加制御手段は前記静電潜像を形成する際に用いられる画像データに応じて記録媒体一頁毎に印字される画像の印字密度を計測して、所定頁分の平均印字密度を前記画像印字密度とする。このようにして、平均印字密度に応じてリフレッシュ用交番現像バイアス電圧の位相制御を行うようにすれば、制御機構が複雑となることがない。
【００１６】
また、本発明では、前記印加制御手段は、前記画像印字密度に応じて前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加するタイミング及び前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を切断するタイミングを制御して前記位相制御を行う。この際、前記印加制御手段は、前記画像印字密度が予め規定された印字密度以下となると前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を前記現像剤担持体に印加しており、前記画像印字密度が前記予め規定された印字密度よりも低い少なくとも一つの所定の印字密度を境として前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加するタイミング及び前記リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を切断するタイミングを異ならせる。
【００１７】
このようにして、画像印字密度に応じてリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加するタイミング及びリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を切断するタイミングを制御するようにすれば、容易にリフレッシュ用交番現像バイアス電圧の位相制御を行うことができる。そして、画像印字密度が予め規定された印字密度よりも低い少なくとも一つの所定の印字密度を境として、リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加するタイミング及びリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を切断するタイミングを異ならせるようにすれば、容易に非印字領域に形成する画像の長さを変化させることができ、画像濃度低下及びカブリ等の画質不良が防止できるばかりでなく、リフレッシュ動作の際、効率的にトナー消費を行うことができることになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。なお、図示の例における構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
図１を参照して、図示の画像形成装置は装置筐体１１を有しており、装置筐体１１内には静電潜像担持体である感光体ドラム１２が配置されている。感光体ドラム１２の周囲には、感光体ドラム１２の回転方向に沿って、一次帯電器１３、レーザスキャナ（露光ユニット）１４、現像器１５、転写ローラ１６、及びクリーニングユニット（図示せず）が配置されている。そして、現像器１５には、現像剤（トナー）担持体である現像ローラ（現像スリーブ）１５ａが備えられている。
【００２０】
画像形成を行う際には、一次帯電器１３によって、感光体ドラム１２の表面が均一帯電される（例えば、感光体ドラム１２を約＋２４０Ｖに均一に帯電させる）。次に、コントローラ（図示せず）によって生成された画像データに基づいてレーザスキャナ１４からレーザ光が出射されて、感光体ドラム１２が露光されて、感光体ドラム１２上に静電潜像が形成される。この際（つまり、露光後）、感光体ドラム１２の表面電位は約＋１０Ｖである。そして、この静電潜像は現像器１５によって（つまり、現像ローラ１５ａによって）現像されて現像剤像（トナー像）とされる。この際、感光体ドラム１２と現像ローラ１５ａとの間には交番電界を作用させる。例えば、Ｖｄｃ＝１６０Ｖ、Ｖｐｐ＝１．８ｋＶ、ｆ＝２．４ｋＨｚの現像バイアス電圧が現像ローラ１５ａに印加される。
【００２１】
給紙装置１７からは、感光体ドラム１２と転写ローラ１６とのニップ部に記録媒体（記録用紙）が搬送され、転写ローラ１６によって感光体ドラム１２上のトナー像が記録媒体上に転写される。このとき、転写ローラ１６には、記録媒体の種類・抵抗等によって異なるが、負極性の高圧バイアスが印加される。ここでは、トナーとして正帯電磁性トナーを用い、トナーの平均粒径は５．０μｍ〜８．０μｍとする。そして、記録媒体は定着器１８に搬送されて、ここで、記録媒体上のトナー像（転写像）が記録媒体に定着され、排紙されることになる。なお、感光体ドラム１２上に残留した残留トナーはリーニングユニットによって除去される。
【００２２】
ところで、一般に、画像形成装置では、Ａ４又はレターサイズの記録紙を用いて、画像印字率（画像印字比率）が４％〜５％である状態を標準現像剤使用状態としているが、実際の使用に当たっては、画像印字率が１％程度以下となる低印字率の場合も多い。そして、このような低印字率の原稿に応じて印字（画像形成）を続けると、前述のように、印字濃度が低下するなどの画像品質の低下を招いてしまう。
【００２３】
つまり、低印字率においては、消費されるトナー量が少なく、消費されなかったトナーが現像ローラ等で繰り返し摺擦されて、トナーの帯電特性が劣化して、画質低下が発生する。このような画質低下を防止するため、例えば、所定印字率の画像を予め規定した枚数印字した際に、印字領域外（つまり、非印字領域）に現像を行って、トナーを消費させる。このような動作は一般に回復動作（リフレッシュ動作）と呼ばれる。
【００２４】
ここで、感光体ドラム１２の表面を展開した図２を参照すると、いま、実線矢印で示す方向に記録用紙が搬送されているものとする。感光体ドラム１２の表面には画像領域（印字領域：記録用紙上に転写される画像が形成される領域）Ａが規定されるとともに、非画像領域（非印字領域）Ｂが規定されている。そして、前述のリフレッシュ動作においては、非画像領域にベタ黒等の画像が形成される（この画像は現像剤リフレッシュ画像と呼ばれ、図２においてハッチングで示されている）。なお、この現像剤リフレッシュ画像は記録用紙上には転写されない。
【００２５】
上述の画像形成装置では、コントローラが画像データをドット数として計測して、画像上の原稿密度ａｎの測定を行い、測定された記録用紙一枚毎の原稿密度ａ１，ａ２，…，ａｎの平均原稿密度が、例えば、５％以下となった際に、画像形成を停止して、前述のリフレッシュ動作を実行する。つまり、現像ローラ１５ａ上のトナーを感光体ドラム１２側に飛翔させて消費するように、リフレッシュ用交番現像バイアス電圧（以下単に現像バイアス電圧と呼ぶ）を現像ローラ１５ａに印加して、リフレッシュ動作を行う。
【００２６】
ここで、図３及び図４を参照して、いま、ユーザが画像形成装置を使用する初期段階では、コントローラにおける記録用紙頁カウンタ（図示せず）がリセットされて（ステップＳ１）、画像形成毎に一頁のドット数が計測されて、画像上の原稿密度を得る（ステップＳ２）。そして、順次その累積値を求めるとともに平均原稿密度（平均印字率：画像印字率）Ｐを求める。続いて、コントローラでは、印字枚数が所定の枚数（例えば、１００枚）になったか否かを判定して（ステップＳ３）、印字枚数が所定の枚数になっていなければ、ステップＳ２に戻る。
【００２７】
一方、印字枚数が所定の数になると、コントローラは前述の平均印字率Ｐが予め規定された印字率（例えば、５％）ＰＤ以下となったか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、平均印字率Ｐが予め規定された印字率を越えていると、ステップＳ１に戻って処理を続行する。
【００２８】
平均印字率Ｐが予め規定された印字率ＰＤ以下であると、コントローラは次のようにして現像バイアス電圧を制御する。
【００２９】
まず、コントローラは平均印字率Ｐが予め規定された印字率（例えば、５％）ＰＤ以下で第１の印字率（予め規定された印字率よりも小さい、例えば、１％）ＰＤ１を越えるか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、ＰＤ１＜Ｐ≦ＰＤであると、コントローラは現像バイアス電圧を、図４（ｃ）に示すタイミング（位相）で現像ローラ１５ａに印加制御する（第１の印加制御：ステップＳ６）。
【００３０】
図４（ｃ）に示すように、現像バイアス電圧は矩形パルス状であり、ハイレベル（Ｈレベル）はトナーを現像器１５（現像ローラ１５ａ）から感光体ドラム１２の方向へ移動させる電圧レベルを示し、ロウレベル（Ｌレベル）はトナーを感光体ドラム１２から現像器１５の方向へ移動させる電圧レベルを示す。第１の印加制御の際には、図４（ｃ）に示すように、コントローラでは、現像バイアス電圧を印加する際（印加時）には、現像バイアス電圧をＬレベル（つまり、ＨレベルからＬレベルへと変化する立ち下がりエッジにおけるＬレベル）として、所定の時間（例えば、２００ｍｓ）の間現像ローラ１５ａに現像バイアス電圧を印加する。
【００３１】
現像バイアス電圧を切断する際（切断時）においても、コントローラは現像バイアス電圧をＬレベル（つまり、ＬレベルからＨレベルへと変化する立ち上がりエッジにおけるＬレベル）とする。そして、コントローラは転写ローラ１６にトナーと同極性のＤＣバイアス電圧を印加制御するとともに、感光体ドラム１２を回転して（ステップＳ７）、クリーニングユニットで感光体ドラム１２上のトナーを除去する。その後、コントローラはステップＳ１に移行することになる。
【００３２】
一方、Ｐ≦ＰＤ１であると、コントローラは平均印字率Ｐが第１の印字率ＰＤ１以下で第２の印字率（第１の印字率ＰＤ１よりも小さい、例えば、０．５％）ＰＤ２を越えるか否かを判定する（ステップＳ８）。そして、ＰＤ２＜Ｐ≦ＰＤ１であると、コントローラは現像バイアス電圧を、図４（ｂ）に示すタイミング（位相）で現像ローラ１５ａに印加制御する（第２の印加制御：ステップＳ９）。
【００３３】
第２の印加制御では、図４（ｂ）に示すように、コントローラでは、現像バイアス電圧の印加時には、現像バイアス電圧をＨレベル（つまり、ＨレベルからＬレベルへと変化する立ち下がりエッジにおけるＨレベル）として、所定の時間の間現像ローラ１５ａに現像バイアス電圧を印加する。現像バイアス電圧の切断時には、コントローラは現像バイアス電圧をＬレベル（つまり、ＨレベルからＬレベルへと変化する立ち下がりエッジにおけるＬレベル）とする。そして、前述のステップＳ７を行って、クリーニングユニットで感光体ドラム１２上のトナーを除去する。
【００３４】
また、ステップＳ８において、Ｐ≦ＰＤ２であると、コントローラは現像バイアス電圧を、図４（ａ）に示すタイミング（位相）で現像ローラ１５ａに印加制御する（第３の印加制御：ステップＳ１０）。第３の印加制御では、図４（ａ）に示すように、コントローラでは、現像バイアス電圧の印加時には、現像バイアス電圧をＨレベル（つまり、ＨレベルからＬレベルへと変化する立ち下がりエッジにおけるＨレベル）として、所定の時間の間現像ローラ１５ａに現像バイアス電圧を印加する。現像バイアス電圧の切断時には、コントローラは現像バイアス電圧をＨレベル（つまり、ＬレベルからＨレベルへと変化する立ち上がりエッジにおけるＨレベル）とする。そして、前述のステップＳ７を行って、クリーニングユニットで感光体ドラム１２上のトナーを除去する。
【００３５】
なお、図４（ｄ）に示すように、上述の第２の印加制御において、現像バイアス電圧の印加時には、現像バイアス電圧をＬレベル（つまり、ＬレベルからＨレベルへと変化する立ち上がりエッジにおけるＬレベル）として、所定の時間の間現像ローラ１５ａに現像バイアス電圧を印加して、現像バイアス電圧の切断時には、現像バイアス電圧をＨレベル（つまり、ＬレベルからＨレベルへと変化する立ち上がりエッジにおけるＨレベル）とするようにしてもよい。
【００３６】
このようにして、リフレッシュ動作を行う際、平均印字率に応じて、現像バイアス電圧の位相をずらせば、現像バイアス電圧、つまり、Ｈレベルが印加させる時間を異ならせることができ、その結果、リフレッシュ動作の際、平均印字率に応じて現像剤リフレッシュ画像の長さＤ（図２参照）を変化させることができる。
【００３７】
そして、このようにしてリフレッシュ動作の際、平均印字率に応じてリフレッシュ画像の長さＤ（図２参照）を変化させれば、トナー消費を効率的に行え、しかも画像濃度低下及びカブリ等の画像不良が生じることもない。そして、リフレッシュ動作の際、現像バイアス電圧の位相を平均印字率に応じて変化させればよいから、制御機構が複雑となることもない。
【００３８】
このように、リフレッシュ動作の際、画像印字率（平均印字率）に応じて現像バイアス電圧の位相制御を行うようにしたから、非印字領域に強制的にトナーを消費させるリフレッシュ動作をより細かく制御することができることになって、画像品質の低下を防ぎ、より高品質の画像を得ることができる。
【００３９】
さらに、平均印字率に応じてトナーの消費量を細かく制御できる結果、リフレッシュ動作による無駄なトナーの消費を防ぐこともできる（つまり、効率的にトナー消費を行うことができる）。また、Ｈレベル又はＬレベルに応じて、現像バイアス電圧印加時及び切断時におけるトナーの移動方向を制御することができる結果、感光体ドラム１２へのトナーの付着を防止することができるばかりでなく、これに起因する記録用紙の裏面汚れ及びトナーによる筐体内汚染を防止することもできる。
【００４０】
なお、第１及び第２の印字率として挙げた数値、１％及び０．５％は一例であり、本発明はこの数値に限定するものではない。また、現像バイアス電圧の位相制御を行う際には、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように４通りの位相制御が行われるが、これら全ての組み合わせを用いる必要はなく、例えば、図４（ａ）及び（ｂ）に示す２通りの位相制御を用いて、平均印字率に応じて現像バイアス電圧を位相制御するようにしてもよい。つまり、ここでは、少なくとも２通りの位相制御を用いて、平均印字率が予め規定された印字率以下となった際、さらに、平均印字率を区分して、平均印字率に応じた位相制御を行うようにすれば、非印字領域に強制的にトナーを消費させるリフレッシュ動作をより細かく制御することができることになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、画像印字密度に応じてリフレッシュ用交番現像バイアス電圧の位相を制御するようにしたから、現像剤担持体の表面をリフレッシュするリフレッシュ動作の際、画像印字密度に基づいて非印字領域に形成する画像の長さを変化させることができるという効果がある。その結果、画像濃度低下及びカブリ等の画質不良が防止できるばかりでなく、リフレッシュ動作の際、効率的で無駄のないトナー消費を行うことができるという効果がある。
【００４２】
本発明では、平均印字密度に応じてリフレッシュ用交番現像バイアス電圧の位相制御を行うようにしたから、制御機構が複雑となることがなく、画像形成装置自体を安価にできるという効果がある。
【００４３】
また本発明では、画像印字密度に応じてリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加するタイミング及びリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を切断するタイミングを制御するようにしたから、容易にリフレッシュ用交番現像バイアス電圧の位相制御を行うことができるという効果がある。
【００４４】
本発明では、画像印字密度が予め規定された印字密度よりも低い少なくとも一つの所定の印字密度を境として、リフレッシュ用交番現像バイアス電圧を印加するタイミング及びリフレッシュ用交番現像バイアス電圧を切断するタイミングを異ならせるようにしたから、容易に非印字領域に形成する画像の長さを変化させることができ、画像濃度低下及びカブリ等の画質不良が防止できるばかりでなく、リフレッシュ動作の際、効率的にトナー消費を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による画像形成装置の一例を示す図である。
【図２】図１に示す感光体ドラム上に形成されるリフレッシュ用画像を説明するための図である。
【図３】図１に示す画像形成装置におけるリフレッシュ動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図３に示すリフレッシュ動作において印加される現像バイアス電圧の位相を示す図である。
【符号の説明】
１１　装置筐体
１２　感光体ドラム
１３　一次帯電器
１４　レーザスキャナ（露光ユニット）
１５　現像器
１６　転写ローラ
１７　給紙装置
１８　定着器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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