(57)【要約】【課題】現像器内での攪拌によるトナー劣化を精度良く検知し、トナー劣化時の画質劣化を抑制する手段を提供すること。【解決手段】現像剤中のトナー粒子の帯電量を検知７１あるいは演算する手段を備え、かつ顕像化されたトナー粒子の付着量および帯電量を検知１２０ａ、１２０ｂあるいは演算する手段を備え、前記検知あるいは演算結果を基に、α＝（Ｑ／Ｍ）dev／（Ｑ／Ｍ）unitで演算されるαの値を基に現像剤の劣化状態を判断し、現像条件の制御および転写条件の制御を行うことを特徴とする画像形成装置１００を提供することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極を有する磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に磁性粒子と非磁性トナー粒子とを有する二成分現像剤を担持して、像担持体と対向した現像領域へ搬送し、前記現像領域で前記現像剤の磁気ブラシを形成して前記像担持体上の潜像を現像する現像方法を備えた画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
前記現像剤中のトナー粒子の帯電量を検知又は演算する手段を備え、
かつ顕像化されたトナー粒子の付着量および帯電量を検知又は演算する手段を備え、
前記検知又は演算結果を基に、
α＝（Ｑ／Ｍ）dev／（Ｑ／Ｍ）unit   
（ただし（Ｑ／Ｍ）devは、顕像化トナー粒子の帯電量、（Ｑ／Ｍ）unitは現像剤中トナー粒子の帯電量）
で演算されるαの値を基に現像剤の劣化状態を判断し、
現像条件の制御および転写条件の制御を行う
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
β＝（Ｍ／Ａ）dev・（Ｑ／Ｍ）dev／Ｐｄｅｖ
（ただし（Ｍ／Ａ）devは、顕像化トナー粒子の付着量、Ｐｄｅｖは、現像ポテンシャル）
としたときに、βの初期状態での値をβ0として、β／β0の演算結果を基に、現像および転写条件制御の補正を行う
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、トナー像を順次像担持体上に形成し、
そのトナー像を中間転写体上に順次重畳させた後に合成像を一括して中間転写体から転写材に二次転写させ、
αの演算結果を基に、像担持体から中間転写体に転写する際の転写バイアスを変化させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、αの演算結果を基に像担持体から中間転写体に転写する際の転写バイアスを変化させた場合に、像担持体上に現像するトナー粒子付着量も併せて変化させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、αの演算結果を基に、現像器内トナー粒子を外部に排出するモードを備える
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、トナー排出モードの有無をユーザーが選択可能である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、現像器内の磁性粒子とトナー粒子の混合比率を検知するセンサを備え、
検知された混合比率からトナー粒子の帯電量を演算する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、像担持体の露光後電位を検知する手段を備え、
検知された露光後電位から現像ポテンシャルを演算する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、顕像化されたトナー像の濃度を検知する手段を備え、
検知された濃度からトナー粒子の付着量を演算する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置が、顕像化されたトナー像の表面電位を検知する手段を備え、
検知された表面電位およびトナー粒子の付着量演算結果から、トナー粒子の帯電量を演算する
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、複写機、ファクシミリ、プリンタなどの画像形成装置において、良好な画質を維持する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置においては、あらかじめ一様に帯電された潜像担持体上に光学的な画像情報を形成することによって得た帯電潜像を、現像装置からのトナーによって可視化し、この可視像を転写紙上に転写、定着することによって画像形成を行っている。トナーは現像装置内でキャリア粒子と混合攪拌され帯電される。画像面積比率によってその程度も異なるが、現像器内に長くとどまりキャリアとの混合攪拌を繰り返し行われているトナー粒子は、外添剤が埋没するなどのために劣化し、その結果画質劣化を引き起こす。こうした画質劣化を引き起こさないためにも、現像器内のトナーの劣化状態を検知し何らかの対策を講じる必要がある。
【０００３】
特許文献１には、像担持体上に形成された画像濃度制御パターンの濃度検出手段と、画像濃度制御手段と、現像バイアス値検知手段とを具備し、濃度検出手段による画像濃度信号によって制御される現像バイアス値の所定の濃度時の現像バイアス値を、前記現像バイアス値検知手段により検出し、前記検出結果によりトナーの劣化状態を判定可能とすることが、開示されている。このような手段によって現像バイアス値を検出するだけで的確にトナー寿命の限度を判定できるものである。
しかしながら、トナー劣化時の帯電量変化は、増加方向、減少方向いずれにも変化する可能性があり、また帯電量はトナー劣化時以外にも環境条件などで変化するため、現像器内のトナー帯電量のみから、正確な劣化状態を検知するのは極めて困難である。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−５６６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、現像器内での攪拌によるトナー劣化を精度良く検知し、トナー劣化時の画質劣化を抑制する手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、複数の磁極を有する磁界発生手段を内蔵した現像剤担持体上に磁性粒子と非磁性トナー粒子とを有する二成分現像剤を担持して、像担持体と対向した現像領域へ搬送し、前記現像領域で前記現像剤の磁気ブラシを形成して前記像担持体上の潜像を現像する現像方法を備えた画像形成装置において、前記画像形成装置は、前記現像剤中のトナー粒子の帯電量を検知又は演算する手段を備え、かつ顕像化されたトナー粒子の付着量および帯電量を検知又は演算する手段を備え、前記検知又は演算結果を基に、
α＝（Ｑ／Ｍ）dev／（Ｑ／Ｍ）unit   
（ただし（Ｑ／Ｍ）devは、顕像化トナー粒子の帯電量、（Ｑ／Ｍ）unitは現像剤中トナー粒子の帯電量）
で演算されるαの値を基に現像剤の劣化状態を判断し、現像条件の制御および転写条件の制御を行うことを特徴とする画像形成装置である。これにより、現像剤の劣化度合いを把握することができ、現像ないしは転写条件制御による、現像剤劣化時の画質劣化抑制を図ることができる。
【０００７】
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、
β＝（Ｍ／Ａ）dev・（Ｑ／Ｍ）dev／Ｐｄｅｖ
（ただし（Ｍ／Ａ）devは、顕像化トナー粒子の付着量、Ｐｄｅｖは、現像ポテンシャル）
としたときに、βの初期状態での値をβ0として、β／β0の演算結果を基に、現像および転写条件制御の補正を行うことを特徴とする画像形成装置である。これにより、汲み上げ量変動に代表される現像条件の変動を把握することができ、現像剤劣化検知をより精度良く行うことができる。
【０００８】
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、トナー像を順次像担持体上に形成し、そのトナー像を中間転写体上に順次重畳させた後に合成像を一括して中間転写体から転写材に二次転写させ、αの演算結果を基に、像担持体から中間転写体に転写する際の転写バイアスを変化させることを特徴とする画像形成装置である。これにより、中間転写ベルト上トナーに対する放電を抑え、二次転写時の異常画像発生を防ぐことができる。
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、αの演算結果を基に像担持体から中間転写体に転写する際の転写バイアスを変化させた場合に、像担持体上に現像するトナー粒子付着量も併せて変化させることを特徴とする画像形成装置である。一次転写バイアス制御による転写率低下に対して、感光体への現像トナー量を増やすことで濃度低下を防ぐことができる。
【０００９】
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、αの演算結果を基に、現像器内トナー粒子を外部に排出するモードを備えることを特徴とする画像形成装置である。これにより、現像剤劣化状態判断結果から、現像剤が劣化していることが分かった場合でも、トナーを排出しトナーが入れ替わることで画質を維持することが可能となる。
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、トナー排出モードの有無をユーザーが選択可能であることを特徴とする画像形成装置である。トナー排出するかどうかをユーザーが選択可能とすることで、画質を優先しない場合にはトナーの消費を抑えることができる。
【００１０】
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、現像器内の磁性粒子とトナー粒子の混合比率を検知するセンサを備え、検知された混合比率からトナー粒子の帯電量を演算することを特徴とする画像形成装置である。現像器内のトナー濃度を検知するセンサを備え、検知結果から現像器内のトナー帯電量を見積もることで、現像剤劣化検知精度を上げることができる。
【００１１】
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、像担持体の露光後電位を検知する手段を備え、検知された露光後電位から現像ポテンシャルを演算することを特徴とする画像形成装置である。感光体上の露光後の電位を測定する手段を備えることで現像ポテンシャルを精度良く演算することが可能となり、最終的には現像剤劣化検知の精度を上げることができる。
【００１２】
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、顕像化されたトナー像の濃度を検知する手段を備え、検知された濃度からトナー粒子の付着量を演算することを特徴とする画像形成装置である。これにより、実際に付着量を測定することなく見積もることが可能となり、最終的には現像剤劣化検知の精度を上げることができる。
本発明は、前記記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、顕像化されたトナー像の表面電位を検知する手段を備え、検知された表面電位およびトナー粒子の付着量演算結果から、トナー粒子の帯電量を演算することを特徴とする画像形成装置である。顕像化されたトナー像の表面電位を備えることで、トナー粒子の付着量と併せてトナー粒子の帯電量を演算することができ、現像剤劣化検知の精度を上げることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上記解決するための手段によって、現像器内での攪拌によるトナー劣化を精度良く検知し、トナー劣化時の画質劣化を抑制する手段を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１５】
（実施例１）
画像形成装置の一例を図１に基づいて簡単に説明する。図１に示したのは、中間転写体を備えるカラー画像形成装置の一例である。図中の１が感光ドラムで左から順に１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとする。感光体周りの作像部分はａ、ｂ、ｃ、ｄについて全て同じ構成であるため、ａについてのみ説明する。２が現像装置、３がクリーニング装置、４が帯電装置、５が書き込み装置である。感光体上に形成されたトナー像は中間転写体６に転写され、６上ではさらにｂ、ｃ、ｄの感光体からトナー像が転写されてフルカラー画像が形成される。このフルカラー画像は、転写部７にて転写材に転写され、転写材は定着部８で加熱定着される。本例の各プロセスの方式および条件について詳説すると、各感光体とも、非接触ローラ帯電方式で非画像部において−７００Ｖ程度に帯電される。ＬＤにて露光された後、現像部にて各色とも現像される。本発明はトナーや現像方式を制限するものではない。例えば一成分磁性トナーであれば、トナー同士の摩擦帯電によりトナーを帯電させてマグローラとスリーブの回転で現像領域へと搬送するＢＭＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｔｏｎｅｒ）方式や、現像スリーブ上に薄層のトナー層を形成しこれを感光体に近接させて交流バイアスによってトナーを飛翔させて現像するジャンピング方式などが適用される。非磁性トナー粒子に関しては、導電性あるいは表面絶縁現像ローラにトナーを付着して現像領域へとトナーを運ぶＮＳＰ（Ｎｏｎ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）方式や、非磁性トナージャンピング方式、二成分トナーであれば、磁気ブラシ現像法などが適用される。これらの現像方式の中で今回の実験は二成分磁気ブラシ現像方式にて行った。二成分磁気ブラシ現像方式によって現像された感光体上トナー像は中間転写体へ転写されるわけだが、今回の実験では中間転写体はポリフッ化ビニルデン樹脂フィルムシートで成型されたシームレスベルト（体積抵抗８Ｅ９Ωｃｍ）を用いて、一次転写バイアスは定電圧制御で１３００Ｖにて行なった。ベルト材料としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムシート（ＰＥＴシート）やポリウレタン樹脂フィルムシートなどの誘電体樹脂製のフィルムが広く用いられている。また、ベルトの材質やその抵抗値によって適正な印加バイアス値も異なってくるのはもちろんである。この感光体から中間転写ベルトへの一次転写プロセスは、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各色それぞれについて行なわれ、中間転写ベルト上で色重ね画像が形成され、図中７の転写部にて紙上に転写される。図１では、搬送ベルトを兼ねた転写ベルトが例示してあるが、ベルトの代わりにローラ，あるいはコロナチャージャを用いても二次転写することは可能である。
【００１６】
図２は、本実施例で用いた現像周りの概略構成を示す部分断面図を示す。この現像装置は円筒状の感光体ドラム４０の側方に配置され、感光体ドラムに向けて開口部が形成された本体ケースと、この開口部から一部露出し、トナー及び磁性粉末キャリアからなる現像剤を表面に担持する現像剤担持体としての現像ローラ６５と、現像スリーブ上に搬送されてきた現像剤の量を規制する現像剤規制部材としてのドクターブレードと、現像スリーブに平行に配置された攪拌スクリュー６８とを含んで構成されている。現像ローラ６５は非磁性材料からなる円筒状の現像スリーブと、内部に固定された磁界発生手段としてのマグネットローラの磁石７２とから構成されており、現像スリーブはこの磁石の周りを自在に回転することができる。磁石には感光体ドラムの対向部位に主極（Ｐ１極）が配置され、反時計回り方向にＳ極とＮ極が交互に配置されているが、現像剤を現像スリーブから剥離するために、感光体ドラムとの対向部より現像スリーブ回転方向下流位置で、同極性の磁極が隣接して配置されている。なお、本実施例において現像スリーブの材質としてはアルミニウムを用い、表面をサンドブラスト仕上げしたものを用いている。現像スリーブまわりのプロセスに着目すると、現像剤は、現像装置内での攪拌作用によって摩擦帯電され、正帯電したキャリアのまわりに負帯電したトナーが付着している。そして図示しないモータによりパドルが反時計回りに回転すると、本体ケース内部の現像剤がパドルにより現像スリーブに搬送される。このとき現像剤は現像ローラ内部の磁石による磁力によって現像スリーブ表面に引き付けられ、磁気ブラシを形成する。次にドクターブレードにより層厚を規制された現像剤は、感光体に最近接する部位まで搬送され、トナーが静電潜像に電気的に付着する。現像部へ搬送されたトナーが全て現像されるわけではなく、現像されずに現像スリーブ上に残ったトナーは再び攪拌される。
【００１７】
また、本実施例では現像器内にトナー粒子と磁性粉末キャリアの混合比率を検知するセンサ７１を設置した。現像剤中のトナー粒子の比率による透磁率の変化から現像剤濃度を検知する方式、Ｆセンサ方式のセンサを設置している。また、感光体上のトナー像濃度を検知するセンサ、露光後の感光体表面電位を検知するセンサ１２０ａ、１２０ｂも備えた機械で検討を行った。感光体上トナー像濃度は、反射型フォトセンサ（Ｐセンサ）６４にてその濃度を検知している。また、現像前後に電位センサ１２０ａ、１２０ｂを設置し、露光後電位およびトナー表面電位を検知している。
【００１８】
以下に現像器内のトナー帯電量および顕像化されたトナーの帯電量から現像剤劣化を検知する本発明の特徴について説明する。図３は、現像器内のトナー粒子の帯電量分布を示す図である。図４は、現像在中トナーと顕像化トナーの帯電量分布を示す図である。図３に示すように、現像器内のトナー粒子の帯電量には分布が存在する。現像方式や現像条件によって違いはあるが、実際に全帯電量分布で現像されるわけではなく、現像に使われるトナーの帯電量分布は現像器内の帯電量分布とは異なる、いわゆる選択現像性が存在する（図４参照）。下記に、検証実験を行った実験条件を示すが、本実験条件下（図４参照）では、初期現像剤においては、帯電量分布の小さいものから現像されるために、実際に顕像化されたトナー粒子の帯電量（Ｑ／Ｍ）は現像器内の帯電量よりも小さい値となっている。
現像ギャップ：０．５５ｍｍ
汲み上げ量  ：７５ｍｇ／ｃｍ2
線速比      ：２．０
キャリア粒径：５５μｍ
トナー粒径  ：６．８μｍ
帯電量
現像器内    ：−２２．６４μＣ／ｇ
顕像化トナー：−２０．２７μＣ／ｇ
【００１９】
図５は、劣化した現像剤の現像在中トナーと顕像化トナーの帯電量分布を示す図である。現像剤が劣化し付着力が増加することで、帯電量分布の小さいものが現像されやすい傾向はなくなっている。そのために、図５に示した実験時のトナー帯電量であるが、現像器内で−３２．６４μＣ／ｇ、顕像化トナーが−３２．６８μＣ／ｇであった。α＝（Ｑ／Ｍ）dev／（Ｑ／Ｍ）unitを計算すると、初期現像剤が０．９０、劣化現像剤で１．００と変化している。これにより、付着力が非常に高くなってしまい、転写効率が大幅に落ちることが判定でき、この数値の変化度合いから現像剤の劣化度合いを判断することが可能となる。現像剤の劣化度合いの判断結果を基に現像条件ないしは転写条件を制御することで良好な画質を維持することが可能となる。
【００２０】
（実施例２）
現像剤の劣化による弊害は、現像よりもむしろ転写において大きく発現する。転写率の低下は、外添剤が埋没することによる付着力の増加が主要因で発生するが、その中でも中間転写体を備える画像形成装置では、一次転写および二次転写と二回転写する必要があるために、付着力増加時の画質劣化に対しては、特に厳しい条件になる。最初に中間転写ベルトに転写されたトナーは、残り３色分の一次転写を経ることで放電を受けて、帯電量分布が変化してさらに二次転写が厳しくなることがこれまでの研究より明らかになっている。図６には、放電による中間転写ベルト上のトナーの帯電量分布の変化を示す。分布が広がってしまうと、付着力が上がってもともと余裕のないトナーでは、転写できないトナーが多く発生してしまう。またこの画質劣化は放電跡に対応するため不均一であり、非常に目につきやすい画質劣化となる。
そこで本発明ではこうした不均一な二次転写むらを発生させないために、現像剤が劣化していることを検知すると、一次転写バイアスを落として放電量を減らし二次転写での画質劣化を軽減している。ただし一次転写バイアスを下げるため一次転写率が低下するが、この場合の転写率低下は二次転写に比べて均一であるため、濃度低下を引き起こすが目につきにくい。濃度低下に対してはあらかじめ一次転写バイアスを下げるとともに感光体上に現像されるトナー量を増やしておくことで対応できる。
【００２１】
（実施例３）
実施例１ではトナー粒子の劣化のみを想定していたが、経時で汲み上げ量が低下する場合も多い。汲み上げ量が低下すると、現像能力が低下し、それに伴い現像選択性も変化する。したがって、汲み上げ量低下などの現像条件の変化も同時に検知しないと、現像剤劣化度合いを見誤ることになる。汲み上げ量変動による現像能力変動は、（Ｍ／Ａ）dev・（Ｑ／Ｍ）devに現れる。図７には現像ポテンシャルに対する（Ｍ／Ａ）dev・（Ｑ／Ｍ）devをプロットしたが、汲み上げ量が変動することによって、直線の傾き、すなわち本発明で示すβは変化する。汲み上げ量変動時の選択現像性の変化であるが、たとえば汲み上げ量が４０ｍｇ／ｃｍ2まで低下した場合の選択現像性解析結果を図８に示すが、現像されるトナーの帯電量分布はより高帯電側にシフトしていることが図４と比較すると分かる。このときの帯電量であるが、現像器内が−３２．６４μＣ／ｇ、顕像化トナーが−３６．８６μＣ／ｇとなっており、顕像化トナーの帯電量がより高くなっている。βは汲み上げ量などの現像条件の変動を検出しているので、αの数値補正に用いることができる。そこで、現像剤の劣化度合いは同程度でも、現像条件の変化でαの値も変わってくるので、βを用いた補正と併用することで、より高精度に現像剤劣化を検知することができる。
【００２２】
なお、本発明において、現像条件制御手段としては、スリーブ回転数や現像バイアスの制御等があう。さらに、劣化度合いに応じて、現像剤排出による制御も可能である。
また、転写条件制御手段としては、転写バイアスの制御があり、バイアスによる転写率の変化を補うために現像手段の制御が必要となります。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】中間転写体を備えるカラー画像形成装置を示す図である。
【図２】本実施例で用いた現像周りの概略構成を示す部分断面図である。
【図３】現像器内のトナー粒子の帯電量分布を示す図である。
【図４】現像在中トナーと顕像化トナーの帯電量分布を示す図である。
【図５】劣化した現像剤の現像在中トナーと顕像化トナーの帯電量分布を示す図である。
【図６】放電による中間転写ベルト上のトナーの帯電量分布の変化を示す図である。
【図７】現像ポテンシャルに対する（Ｍ／Ａ）dev・（Ｑ／Ｍ）devをプロットした図である。
【図８】汲み上げ量が４０ｍｇ／ｃｍ2まで低下した場合の選択現像性解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  感光ドラム
２  現像装置
３  クリーニング装置
４  帯電装置
５  書き込み装置
６  中間転写体
７  転写部
８  定着部
４０  感光ドラム
６４  反射型フォトセンサ（Ｐセンサ）
６５  現像ローラ
６８  攪拌スクリュー
７１  混合比率を検知するセンサ
７２  磁石
１００  画像形成装置
１２０ａ  電位センサ
１２０ｂ  電位センサ
【図１】
2007147980.tif 000003
【図２】
2007147980.tif 000004
【図３】
2007147980.tif 000005
【図４】
2007147980.tif 000006
【図５】
2007147980.tif 000007
【図６】
2007147980.tif 000008
【図７】
2007147980.tif 000009
【図８】
2007147980.tif 000010