(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、
外添剤が添加されたトナーとキャリアからなり、前記外添剤と前記トナーは同極性となる二成分現像剤によって、前記静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、
前記現像装置によって現像された前記トナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、
前記現像装置に印加されるＤＣバイアスに対して、平均電位が所定電位よりも小さいライン状の静電潜像を形成し、該ライン状の静電潜像を前記現像装置によって現像したライン画像を、前記濃度検知手段にて検知した検知結果に基づいて、前記現像装置内のキャリアを排出する動作を制御する制御部と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記濃度検知手段によって検知した前記ライン画像の濃度が所定値よりも低い場合に、前記現像装置内のキャリアを排出するとともに新規キャリアを補給することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、
外添剤が添加されたトナーとキャリアからなり、前記外添剤と前記トナーは同極性となる二成分現像剤によって、前記静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、
前記現像装置によって現像された前記トナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、
前記現像装置に印加されるＤＣバイアスに対して、平均電位が所定電位よりも小さいライン状の静電潜像を形成し、該ライン状の静電潜像を前記現像装置によって現像したライン画像を、前記濃度検知手段にて検知した検知結果に基づいて、前記現像装置内の二成分現像剤を撹拌する制御を行う制御部と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
前記静電潜像の電位を測定する電位測定手段を有し、
前記電位測定手段の測定結果に基づいて前記露光手段及び前記現像装置により、前記現像装置が前記像担持体に印加する現像バイアスに対して−５０Ｖ以下となる平均電位のライン画像を形成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】
前記制御部の制御は、前記ライン画像の濃度が少なくとも０．０６５以上になるまで行う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。
【請求項６】
前記濃度検知手段による前記ライン画像の濃度の検知及び前記制御部の制御は、画像形成を開始する前に行うことを特徴とする請求項１乃至５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、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて画像形成を行う複写機、プリンタなどの画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外添剤が添加されたトナーとキャリアを有する二成分現像剤を用いた画像形成装置が提案されている。しかし、このような画像形成装置において、トナーやキャリアの状態により画質が安定しないという課題が生じる。特に、キャリアがトナーと繰り返し摺擦され、キャリアとトナーが固着し（トナースペント）、キャリアが劣化すると、キャリアのトナーへの帯電付与能力が低下する。このため、トナーが所望の帯電量を得ることが困難になり、画像の濃度変動やかぶりといった画質劣化を引き起こす恐れがある。
【０００３】
そこで、特許文献１では、画像濃度及び現像装置内のトナー濃度に基づいて算出した現像γからキャリアの劣化度合いを検出し、キャリアもしくは現像剤を補給することで、トナー帯電量を安定化させている。
【０００４】
また、特許文献２では、実際に消費されたトナーの総量を算出してキャリアの劣化度合いを推測し、キャリアの劣化度合いに応じてトナー濃度等の画像形成条件を適切に補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９４９５５
【特許文献２】特開２００７−２８６４０５
【発明の概要】
【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、２の技術は、トナースペントによるキャリアの劣化を検知、推測するものであり、キャリアの外添剤汚染量（トナー表面から遊離してキャリアに付着した外添剤の量）を検知することができない。よって、特許文献１、２の技術では、キャリア表面に付着した外添剤が感光ドラムの静電潜像へと現像されることによる画像濃度の低下、画像劣化を抑制できない。これはキャリアに対してトナーと同じ極性に帯電する外添剤を使用した場合に生じるものであり、ハイライト領域のライン画像において顕著である。
【０００７】
そこで本発明は、キャリアに対してトナーと同じ極性に帯電する外添剤を使用した画像形成装置において、キャリアの外添剤汚染量を検知する。これにより、画像濃度の低下、画像劣化を抑制し、高品位で安定した画質の画像を得ることができる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】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、外添剤が添加されたトナーとキャリアからなり、前記外添剤と前記トナーは同極性となる二成分現像剤によって、前記静電潜像をトナー像として現像する現像装置と、前記現像装置によって現像された前記トナー像の濃度を検知する濃度検知手段と、前記現像装置に印加されるＤＣバイアスに対して、平均電位が所定電位よりも小さいライン状の静電潜像を形成し、該ライン状の静電潜像を前記現像装置によって現像したライン画像を、前記濃度検知手段にて検知した検知結果に基づいて、前記現像装置内のキャリアを排出する動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、キャリアに対してトナーと同じ極性に帯電する外添剤を使用した画像形成装置において、画像濃度の低下、画像劣化を抑制し、高品位で安定した画質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の構成図である。
【図２】本実施形態に係る画像形成装置におけるキャリアの外添剤汚染量制御のフローチャートである。
【図３】ライン画像の静電潜像の説明図である。
【図４】各平均電位のライン画像濃度とキャリア表面の外添剤の付着量との関係を示す図である。
【図５】ライン画像の静電潜像の幅に対する現像状態を表す図である。
【図６】（ａ）キャリア表面におけるトナーの付着状態を示す図である。（ｂ）キャリア表面における外添剤の付着状態を示す図である。
【図７】キャリア表面の外添剤付着量とハイライト領域のライン画像濃度の評価結果を示す図である。
【図８】キャリアに外添剤が付着していない状態において、トナー帯電量が変化したときの現像γの傾きの違いを表した図である。
【図９】トナー帯電量が同等な場合において、キャリア表面に外添剤が付着していない状態と付着している状態での現像γの違いを表した図である。
【図１０】ハイライト領域での特定の階調画像濃度とキャリアの外添剤付着量の関係を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る画像形成装置の実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置１００の構成図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の画像形成装置１００において、帯電装置７によって帯電された感光ドラム（像担持体）４は、画像情報に応じて露光装置８によって露光され、静電潜像が形成される。静電潜像は、現像装置３によりトナー像として現像される。
【００１３】
現像装置３は、外添剤が添加されたトナーとキャリアを有する二成分現像剤Ｄを収容している。トナーと外添剤は同極性に帯電しており、トナーとキャリアは逆極性に帯電している。トナーは現像装置内部で撹拌スクリュー１によって攪拌され、キャリアとの摩擦によって負帯電される。現像剤は現像スリーブ内部に配置されたマグネット部材により磁気的に現像スリーブ２に担持される。現像スリーブ２を回転させることで、現像スリーブ２と感光ドラム４の対向する現像領域に供給される。そして現像スリーブ２に現像バイアスを印加することにより、トナーが静電潜像を現像する。
【００１４】
現像されたトナー像は、中間転写ベルト１０に一次転写され、シート９に二次転写される。トナー像を二次転写されたシート９は、定着装置１１により加熱、加圧されてトナー像を定着され、装置外へ排出される。一次転写後に感光ドラム４に残った転写残トナーは、クリーニング部１２へ搬送され、クリーニングブレード１２ａによって掻き取られる。
【００１５】
（制御部１５）
画像形成装置１００は、現像バイアス波形信号発振器５、高圧電源６、表面電位計（電位測定手段）１３、濃度センサ（濃度検知手段）１４、制御部１５を有している。制御部１５は、現像装置３、帯電装置７、露光装置（露光手段）８、表面電位計１３、１４を制御する。
【００１６】
高圧電源６は、現像バイアス波形信号発振器５により発生した信号を増幅して、現像スリーブ２に現像バイアスを印加する。表面電位計１３は、現像装置３より感光ドラム４の回転方向下流側に設けられており、感光ドラム４の表面の電位を測定する。濃度センサ１４は、表面電位計１３より感光ドラム４の回転方向下流側に設けられており、感光ドラム４上（像担持体上）のトナー像の濃度を測定する。
【００１７】
（キャリアの外添剤汚染量制御）
図２は本実施形態に係る画像形成装置１００におけるキャリアの外添剤汚染量制御のフローチャートである。ここで、キャリアの外添剤汚染量とは、トナー表面から遊離してキャリアに付着した外添剤の量をいう。図２に示すように、画像形成装置１００の電源をＯＮし（Ｓ１）、画像出力前において画像最大濃度の調整を行う（Ｓ２）。
【００１８】
画像最大濃度の調整は、まず感光ドラム４上に画像最大濃度を得るための画像パターン（ベタ画像）の静電潜像を作成し、その静電潜像の電位を表面電位計１３で計測する。そして、同じ画像パターンの静電潜像を現像し、そのトナー像の濃度を濃度センサ１４で測定する。
【００１９】
制御部１５は、表面電位計１３、濃度センサ１４の検知結果から、所望の濃度が得られているか確認を行う。所望の濃度が得られていない場合、制御部１５において潜像を調整し、再度感光ドラム上に静電潜像を作成し、上述の動作を所望の濃度が得られるまで繰り返す。
【００２０】
所望の濃度が得られた場合、画像最大濃度の調整を終了し、ライン状の静電潜像を感光ドラム上に作成し、その電位を表面電位計１３にて測定する（Ｓ３）。そして、表面電位計１３で測定したライン画像の平均電位が特定の電位となるように、露光装置８により形成するライン画像の静電潜像のラインの幅を調整する（Ｓ３）。
【００２１】
そして、この調整したライン画像（ライン画像パッチ）の静電潜像を現像し（Ｓ４）、そのトナー像の濃度を濃度センサ１４で測定する（Ｓ５）。
【００２２】
ここで、ライン画像とは、濃度センサ１４で濃度が測定できるよう、図３に示すように複数のラインを並べた画像のことである。本実施形態においては、ライン画像のうち、あるラインと、隣り合う一方の非画像形成部の組み合わせを１ラインペアとしたとき、１インチあたり２００ラインペアとなるよう調整した。
【００２３】
図３において、ＶＤは帯電装置７によって感光ドラムに帯電される電位である。ＶＬは露光装置８によって露光を受けた位置の電位であり、最大濃度を得るための電位である。Ｖｄｃは現像スリーブ２に印加される現像バイアスの直流成分の電位（ＤＣバイアス）である。平均電位は、得られたライン画像の潜像電位の平均値である。本実施形態では、ＶＤはＶＬより低い電位となっている。よって、ラインの幅を狭くすると平均電位は低くなる。
【００２４】
図４（ａ）〜図４（ｄ）は各平均電位のライン画像濃度とキャリア表面の外添剤の付着量との関係を示す図である。図４（ａ）は平均電位がＶｄｃに対して−９０Ｖである。図４（ｂ）は平均電位がＶｄｃに対して−７０Ｖである。図４（ｃ）は平均電位がＶｄｃに対して−５０Ｖである。図４（ｄ）は平均電位がＶｄｃに対して−２０Ｖである。
【００２５】
図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すように、キャリア表面の外添剤の付着量とライン画像濃度との間に相関関係が認められるライン画像は、平均電位がＶｄｃに対して−５０Ｖ以下、好ましくは−７０Ｖ以下のハイライト領域である。
【００２６】
これは、外添剤がトナーと同極性に帯電しており、後述するようにキャリア表面に付着した外添剤はトナーよりも現像されやすいことに起因する。すなわち、図５（ａ）に示すように、ライン画像の静電潜像の幅が十分に狭い場合（平均電位が低い場合（絶対値的には高い））、キャリア表面に付着した外添剤がトナーの代わりに静電潜像（ライン）の多くの部分を埋めてしまう。この結果、現像されるトナーの量が低下し、濃度低下を招く。
【００２７】
一方、図５（ｂ）に示すように、ライン画像の静電潜像の幅が広い場合（平均電位が高い場合（絶対値は小さい））、キャリア表面に付着した外添剤の量は無限ではない。よって、キャリア表面に付着した外添剤がトナーの代わりに静電潜像（ライン）の部分をある程度埋めた後は、通常どおりトナーが現像される。このため、キャリア表面に付着した外添剤が埋める潜像の領域は、図５（ａ）の場合に比べて相対的に小さくなる。この結果、トナーが十分に現像され、濃度が十分に得られ、キャリア表面の外添剤付着量と画像濃度との相関関係が認められなくなる。
【００２８】
さらに、キャリア表面にトナーから遊離した外添剤が付着すると、トナーとキャリア表面の接触機会が減少し、キャリア表面に外添剤が付着していない場合に比べてトナーの帯電量が低下してしまう。このため、キャリア表面に外添剤が付着した場合は、より多くのトナーが現像される。従って、ライン画像の静電潜像の幅が広くなるほどトナーが十分に現像されるため、さらに多くのトナーが現像される。よって、画像濃度が十分に得られ、キャリア表面に付着した外添剤の量と画像濃度との間に相関関係が認められなくなる。なお、相関関係が認められるラインの太さは、上述したごとく、現像電位（Ｖｄｃ）に対して平均電位が一義的に決まる。
【００２９】
具体的には、キャリア表面に外添剤が付着していない場合のトナーの帯電量は−３０μＣ／ｇであった。キャリア表面に外添剤がキャリア表面積の９％を占める割合で付着している場合のトナーの帯電量は−１０μＣ／ｇであった。キャリア表面の外添剤付着量は、キャリア表面を走査型電子顕微鏡Ｓ−４５００（日立社製）を用いて１００００倍にて撮影し、撮影した画像を二値化して、外添剤とキャリア表面の面積比から求めた。
【００３０】
図６（ａ）はキャリア表面におけるトナーの付着状態を示す図である。図６（ｂ）はキャリア表面における外添剤の付着状態を示す図である。図６（ａ）に示すようにトナーはキャリアに複数の点で接しているのに比べて、図６（ｂ）に示したように外添剤はキャリアに１点で接している。このため、キャリア表面に付着した外添剤はトナーに比べてキャリアに対する非静電的付着力が小さい。この結果、キャリア表面に付着した外添剤はトナーよりも現像されやすくなり、優先的に感光ドラム上の静電潜像を現像する。
【００３１】
Ｓ５で計測されたライン画像の濃度の信号は、制御部１５へと伝送される（Ｓ６）。制御部１５は、図４に示したような相関関係を記憶しており、これを参照して、画像濃度からキャリア表面に付着した外添剤の量を算出する（Ｓ７）。そして、算出結果に基づいて、制御部１５においてキャリア表面の外添剤付着量が適正範囲か否かを判断する（Ｓ８）。本実施形態では、キャリア表面の外添剤付着量が６％以下の場合を適正範囲と判断したが、本発明はこの割合に限定されるものではない。
【００３２】
図７はキャリア表面の外添剤付着量とハイライト領域のライン画像濃度の評価結果を示す図である。図７において、○：ライン画像濃度０．０８５以上、△：ライン画像濃度０．０６５以上０．０８５未満、×：ライン画像濃度０．０６５未満を示す。なお、画像濃度は転写効率１００％とした時の紙上の定着後の画像濃度を分光濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製）を用いて測定した。また、ライン画像は平均電位がＶｄｃ電位に対して−７０Ｖとなる画像を用いた。
【００３３】
ライン画像濃度が０．８５以上であると、ハイライト領域の画像再現性に優れており、また、小ポイント文字の再現性にも優れていた。キャリア表面の外添剤付着量が増え、ハイライト領域のライン画像濃度が低下するにつれ、画像再現性が低下した。濃度が０．０６５未満であるとハイライト領域の画像再現性が著しく低下し、小ポイント文字がほとんど再現しないといった画像劣化が生じた。
【００３４】
そこで、画像再現性を満足するためには、上記の条件でライン画像濃度が少なくとも０．０６５以上、好ましくは０．８５以上が必要である。つまり、図７より、キャリア表面の外添剤付着量は６％以下、好ましくは３％以下に抑制することが必要となる。
【００３５】
Ｓ８で基準を満たしていない場合、以下の現像剤の撹拌か、外添剤付着キャリアの吐き出し及び新規キャリアの補給によりキャリア表面の外添剤付着量を減らし（Ｓ９）、Ｓ２に戻る。Ｓ８で基準を満たしていれば画像形成を開始する（Ｓ１０）。
【００３６】
現像剤の撹拌は、トナーを感光ドラム４に現像しない状態で行う。これにより、キャリア表面に付着した外添剤がトナー表面へと再付着する。これは、外添剤が付着したキャリアとトナーが押圧されることにより、キャリア表面に付着した外添剤がトナー母体へと若干埋め込まれ、トナー母体が外添剤を拘束する力が大きくなることによってキャリア表面から外添剤を引き剥すためである。
【００３７】
キャリア表面に９％の割合で外添剤が付着している状態で、１０分間現像装置を駆動させることによって、キャリア表面に付着した外添剤は６％の割合にまで減少した。さらに１０分間駆動させることで、キャリア表面に付着した外添剤は３％の割合まで減少した。本実施形態では、Ｓ９現像剤の撹拌は１０分間行うこととしたが、本発明はこの時間に限定されるものではない。
【００３８】
本実施形態の現像装置は必要に応じて新しい現像剤を補給する補給装置を有する。そして、新しい現像剤の補給によって過剰となった現像装置内の現像剤を所定の排出口からオーバーフローさせて排出し、排出した現像剤は回収装置によって回収可能となっている。したがって、新しい現像剤を補給することにより、現像装置内の外添剤付着キャリアが排出して、新規キャリアを補給することが可能である。また、撹拌動作により前記排出口からキャリアを排出可能となっている。本実施形態では外添剤付着キャリアの吐き出しにより、現像装置内のキャリアの３０％を入れ替える。
【００３９】
キャリア表面に９％の割合で外添剤が付着している状態で、現像装置内のキャリアの３０％を入れ替えることでキャリア表面の外添剤付着量は６％まで減少した。さらに、現像装置内のキャリアの７０％を入れ替えることで外添剤付着量は３％まで減少した。本実施形態では、Ｓ９で行うキャリアの入れ替え量を３０％としたが、本発明はこの割合に限定されるものではない。
【００４０】
上記の制御により、キャリア表面の外添剤の付着量を低く保つことができ、ハイライト領域のライン画像濃度の低下を抑制でき、画像再現性に優れた高品位な画像を安定して形成できる。また、キャリア表面に付着した外添剤が低く保たれることにより、キャリア表面に付着した外添剤がトナーとキャリア表面との摩擦帯電を阻害することを抑制できる。このため、トナーは所望の帯電量を維持でき、トナー帯電量が低下することによるかぶり等の画像劣化も抑制できる。さらに、キャリア表面に付着した外添剤が感光ドラム４へ現像され、クリーニング部１２へと外添剤が搬送され、クリーニング部１２で堆積し、クリーニングブレード１２ａをすり抜けることによって生じる画像濃度ムラも抑制できる。
【００４１】
（比較例１）
ここで、比較例１として、現像γ曲線の傾きを利用した現像剤の劣化を検出する場合について述べる。図８（ａ）は現像γを表したグラフである。図８（ｂ）は図８（ａ）のハイライト領域を拡大して表示したものである。図８（ａ）、図８（ｂ）の縦軸の画像濃度は、本実施形態と同様のライン画像濃度である。横軸はライン画像の潜像の平均電位である。
【００４２】
図８（ａ）、図８（ｂ）において、実線はトナー帯電量が所定値（−３０μＣ／ｇ）である状態を示す。破線はトナー帯電量が低下した状態（−１０μＣ／ｇ）を示す。実線、破線の状態ともに、キャリア表面に外添剤が付着していない状態にて評価を行った。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、トナーの帯電量が低下することにより、感光ドラム上の静電潜像に対してより多くのトナーが現像されてしまうことで、平均電位が高くなるほど画像濃度が高くなり、現像γが急峻に立ち上がる。しかしながら、図８（ｂ）に示すように、ハイライト領域の画像濃度はほぼ同等である。
【００４４】
図９（ａ）は現像γを表したグラフである。図９（ｂ）は図９（ａ）のハイライト領域を拡大して表示したものである。図９（ａ）、図９（ｂ）において、破線は上記図８（ａ）、図８（ｂ）の破線で示した帯電量が低下した状態（−１０μＣ／ｇ）を示す。実線は帯電量が破線の状態と同等（−１０μＣ／ｇ）でキャリア表面に９％の割合で外添剤が付着している状態を示す。
【００４５】
図９（ａ）に示すように、トナー帯電量が同等であれば、外添剤付着に関係なく、平均電位が高い高濃度側での現像γの曲線はほぼ一致する。しかし、図９（ｂ）に示すように、ハイライト領域では、キャリアに外添剤が付着している場合にのみライン画像濃度が大幅に低下する。
【００４６】
以上より、現像γを用いた場合、現像γの曲線の急峻さからトナー帯電量の低下具合を検出し、現像剤の劣化度合いを算出できる。しかし、ハイライト領域でのライン画像濃度を測定しない限り、キャリア表面の外添剤付着量は算出することはできない。よって、現像γの傾きを利用して現像剤の劣化を検知する場合には、キャリアの外添剤汚染に起因する画像濃度の低下を未然に抑制することができない。
【００４７】
（比較例２）
ここで、比較例２として、比較例１の現像γとして階調画像の濃度を用いる場合について述べる。比較例２において、階調画像は００画像（非画像形成）からＦＦ画像（ベタ画像）までを均等に１６分割した画像を用いた。ここでは、キャリアの外添剤付着量に関わらず、特定の階調画像を用いて評価を行った。
【００４８】
ここで、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）はハイライト領域での特定の階調画像濃度とキャリアの外添剤付着量の関係を表した図である。図１０（ａ）は階調１１画像のグラフ、図１０（ｂ）は階調２２画像のグラフ、図１０（ｃ）は階調３３画像のグラフ、図１０（ｄ）は階調４４画像のグラフである。
【００４９】
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示すように、いずれの階調画像を用いた場合であっても、階調画像とキャリアの外添剤付着量との間に相関関係は認められない。つまり、ある特定の平均電位となるライン画像を用いない限り、キャリア表面の外添剤付着量と相関を取ることができない。このため、階調画像を用いた場合にはキャリア表面の外添剤付着量を算出することができない。よって、キャリア表面に外添剤が付着し、その外添剤が感光ドラム上の潜像に現像することによって生じる画像の濃度低下を未然に防止することができない。
【符号の説明】
【００５０】
Ｄ    …二成分現像剤
１    …撹拌スクリュー
２    …現像スリーブ
３    …現像装置
４    …感光ドラム
５    …現像バイアス波形信号発振器
６    …高圧電源
７    …帯電装置
８    …露光装置（露光手段）
９    …シート
１３  …表面電位計（電位測定手段）
１４  …濃度センサ（濃度検知手段）
１５  …制御部
１００ …画像形成装置
【図１】
0006296912.tif 000002
【図２】
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【図３】
0006296912.tif 000004
【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】
0006296912.tif 000009
【図９】
0006296912.tif 000010
【図１０】
0006296912.tif 000011