(57)【要約】【課題】現像剤の劣化に伴う画像不良を防止することができる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像情報信号を積算する画像情報信号積算手段と、現像剤担持体の回転数を算出し、積算する現像剤担持体回転数積算手段１０と、現像剤を、画像として出力せずに強制的に消費させる現像剤強制消費手段と、現像剤強制消費手段を、現像剤担持体回転数積算手段１０からの積算値と、画像情報信号積算手段からの積算値とに基づいて制御する制御手段９と、を有する。【選択図】図１
2007264510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像情報信号に対応した静電像が形成される像担持体と、
現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内に回転可能に配置され、前記現像容器内に収納された現像剤を担持し搬送し、前記像担持体上の静電像を現像する現像剤担持体と、を備えた現像装置と、
を有する画像形成装置において、
前記画像情報信号を積算する画像情報信号積算手段と、
前記現像剤担持体の回転数を算出し、積算する現像剤担持体回転数積算手段と、
前記現像剤を、画像として出力せずに強制的に消費させる現像剤強制消費手段と、
前記現像剤強制消費手段を、前記現像剤担持体回転数積算手段からの積算値と、前記画像情報信号積算手段からの積算値とに基づいて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】
前記制御手段は、前記現像剤担持体回転数積算手段からの積算値に基づき算出された現像剤消費可能範囲に対する、前記画像情報信号積算手段からの積算値の比率（α）に基づいて、前記現像剤強制消費手段を制御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】
前記現像剤消費可能範囲は、
現像剤消費可能範囲＝現像剤担持体の回転数積算値×現像剤担持体周長×最大画像サイズ
における現像剤担持体母線方向の長さ
にて求められ、
前記比率（α）は、
比率（α）＝（実際に現像剤を消費した画像情報信号の積算値）÷（現像剤消費可能範囲
を全面ベタで作像した時の画像情報信号）
であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像剤強制消費手段の動作と同時に、又は、その後に前記現像剤強制消費手段の動作によって消費された現像剤と同量の現像剤を前記現像容器に補給する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持体上の現像剤像を、直接に、或いは、中間転写体を介して転写材に転写する転写手段を有し、
前記現像剤強制消費手段は、前記像担持体上に強制消費用の静電像を形成し、該静電像を前記現像装置により現像して現像剤像とし、前記像担持体上の現像剤像を前記転写材には転写しないで、又は、前記像担持体上の現像剤像を前記中間転写体に転写した後前記中間転写体から前記転写材には転写しないで、前記像担持体又は前記中間転写体上から除去することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記転写材に転写されなかった前記像担持体又は前記中間転写体上の現像剤像は、画像形成時に前記像担持体上に転写されずに残った転写残現像剤を除去するためのクリーニング手段、又は、前記中間転写体上に転写されずに残った転写残現像剤を除去するクリーニング手段により、前記像担持体又は前記中間転写体上から除去することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記現像剤強制消費手段を制御する前記制御手段は、あらかじめ決められたタイミングで、前記比率に基づいて前記現像剤強制消費手段を実行させるように設定されていることを特徴とした請求項２〜６のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記タイミングは、画像が出力された際に前記比率が基準値よりも低いと判断された場合、次の画像が出力される前であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記タイミングは、設定された複数枚の連続的な画像形成が行われる場合、設定された枚数の出力が終了した後であり、且つ、前記比率が前記基準値よりも低いと判断されたときであることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記タイミングは、設定された複数枚の連続的な画像形成が行われる場合、あらかじめ決められた枚数が出力された後であり、且つ、前記比率が前記基準値よりも低いと判断されたときであることを特徴とする請求項９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、例えば電子写真式或は静電記録式等により像担持体に画像情報信号に対応した静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置にて可視画像とする、例えば複写機やプリンタ等とされる画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に、従来の画像形成装置の一例を示す。本例にて、電子写真画像形成装置１００は、像担持体であるドラム状の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１を回転自在に有している。その感光ドラム１を帯電装置２で一様に帯電し、次に例えばレーザービームスキャナのような露光装置３によって情報信号を露光して静電潜像を形成し、現像手段である現像装置４で可視像化する。次に、その可視像を転写装置５により、転写材搬送手段（図示せず）により搬送されてきた記録媒体である転写材Ｐに転写し、更に定着装置６にて定着して永久画像を得る。また、感光ドラム１上の転写残トナーはクリーニング装置７により除去する。
【０００３】
次に、上記現像装置４について説明する。
【０００４】
現像装置４は、現像容器４ａ、現像剤担持体としての非磁性の現像スリーブ４ｂを備えている。現像スリーブ４ｂは、その外周面の一部を現像装置４の外部に露呈させて、現像容器４ａ内に回転可能に配置され、現像スリーブ４ｂ内には、非回転に固定してマグネットローラ４ｃが挿設されている。現像スリーブ４ｂに対向して、現像剤コーティングブレード４ｄが設けられている。現像容器４ａは、２成分現像剤４ｅを収容しており、現像容器４ａ内の底部側には現像剤攪拌部材４ｆが配役されている。又、補給用トナーがトナー補給槽４ｇに収容されている。
【０００５】
現像容器４ａ内の２成分現像剤（現像剤）４ｅは、主に非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物であり、現像剤攪拌部材４ｆにより攪拌される。現像容器４ａ内では、２成分からなる現像剤を摺擦してトナーに所定の電荷を付与している。
【０００６】
トナーは、顔料が分散されたポリエステル、スチレンアクリル等の粒子であり、フェライト等の磁性体をアクリル、シリコーン樹脂等でコートしたキャリアとの摺擦で電荷を与えられる。所定の電位に定められた潜像を一定の濃度で安定して現像するためには、トナーの電荷が安定していることが必要であり、そのためには現像容器４ａ内で現像剤が十分に拘束されて摺擦されなければならない。また、この摺擦でトナーに与えられる電荷は、主としてキャリアの電荷付与能力と、現像剤の抵抗値とによって決まる。
【０００７】
現像スリーブ４ｂは、感光ドラム１と近接対向配設される。この感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとの対向部が現像部ｃである。現像スリーブ４ｂは、現像部ｃにおいて感光ドラム１の進行方向とは逆方向に回転駆動される。現像スリーブ４ｂ内のマグネットローラ４ｃの磁力により、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅの一部が現像スリーブ４ｂの外周面に磁気ブラシ層として吸着保持される。この磁気ブラシ層は、現像スリーブ４ｂの回転に伴い回転搬送され、現像剤コーティングブレード４ｄにより所定の薄層に整層され、現像部ｃにおいて感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム面を適度に摺擦する。
【０００８】
現像スリーブ４ｂには、電源Ｓ２から所定の現像バイアスが印加される。現像スリーブ４ｂに対する現像バイアス電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。
【０００９】
上記構成にて、現像剤４ｅが、回転する現像スリーブ４ｂの面に薄層としてコーティングされる。この現像スリーブ４ｂ上に薄層状にコーティングされた現像剤４ｅ中のトナーが、現像バイアスによる電界によって感光ドラム１の表面に静電潜像に対応して選択的に付着し、静電潜像がトナー像として現像される。
【００１０】
現像時には消費されたトナーは、トナー補給槽４ｇから補給される。この補給量は、光学的或いは電磁気的な手段による現像剤濃度検知手段（図示せず）からの信号を元にＣＰＵ（図示せず）が決定する。
【００１１】
現像装置４は、前記構成により、現像剤攪拌部材４ｆによって現像スリーブ４ｂの表面に供給された現像剤を、マグネットローラ４ｃの磁力にて磁気ブラシの状態で保持する。磁気ブラシ状の現像剤は、現像スリーブ４ｂの回転に基づいて感光ドラム１との対向部（現像部）ｃに搬送されるが、現像剤コーティングブレード４ｄで、磁気ブラシを穂切りして現像部ｃに搬送される現像剤量を適正に維持する。
【００１２】
しかしながら、前記従来例では、以下に述べるような現象があった。
【００１３】
つまり、現像剤中のトナーは、現像されることで消費され、トナー補給槽から補給され、画像を出力することで、現像剤中のトナーは入れ替わっていくことになる。しかし、消費するトナー量が少ない画像を連続して出力し続けた場合、トナーの入れ替わりはわずかずつしか行われず、結果として１つのトナーが現像装置４中に存在する時間が長くなる。そのために、長期に渡って現像剤コーティングブレード４ｄ及びその周辺で摺擦され、現像剤攪拌部材４ｆで撹拌されることになる。
【００１４】
このようにして長期的に摺擦、撹拌を繰り返された現像剤中のトナーは、形状が不規則になったり、粒径の分布に偏りを生じたり、また、現像剤に流動性を向上させる目的で添加さている酸化チタン粒子等の外添剤がトナー表面に埋め込まれたりしていく。その結果、現像剤の流動性が低下する等の劣化が生じ、所望の画質を保った画像が得られなくなることがある。
【００１５】
また、トナーの持つ電荷は通常、現像剤コーティングブレード４ｄ及びその周辺で数回摺擦されることで安定するが、更に摺擦が繰り返されることで徐々に電荷が付与されていき、所定の電荷量を大きく上回ってしまうことがある。
【００１６】
このようにしてトナーの持つ電荷が上昇していくと、感光ドラム１上に形成された現像スリーブ４ｂに対する電位差の等しい潜像に対し、トナーが付着する量が初期の状態に比べて減少する。これは、画像出力した際に濃度の低下、低濃度部分の粒状性の悪化といった、画質の劣化として現れる。
【００１７】
そこで、特許文献１に記載される技術が提案されている。つまり、画像の濃度情報に基づき画像比率の大小を判断する手段と、画像比率情報に従ってトナーを強制的に消費させる手段と、を備え、画像比率が所定値よりも低い画像が作像されたときにトナーを強制的に消費させる。これにより、濃度低下、低濃度部分の粒状性の悪化といった、画質の劣化を防止しようとするものである。
【特許文献１】特開平９−０３４２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上記従来例のようなトナーを強制的に消費させる技術では、画像比率として転写材の表面積に対するトナー像の総面積の割合を用いており、非作像時（紙間、自動制御時など）の現像スリーブの空回転が考慮されていないという問題があった。
【００１９】
ここで、図９（ａ）、（ｂ）を用いて、従来用いられていた画像比率に基づくトナー消費量の算出方法の問題点について説明する。
【００２０】
図９（ａ）、（ｂ）は、連続作像中のある一定時間内に、現像スリーブが作像可能な範囲の中を、異なる紙間で画像が作像されていく様子を示すイメージ図である。
【００２１】
実際の画像形成装置においては、両面作像や、厚紙などの紙種に作像する場合には、搬送機構や定着装置の温調の関係上、紙間を長くしていることがあり、図９（ａ）、（ｂ）のような状況が発生することが考えられる。
【００２２】
ここで、図９（ａ）、（ｂ）においては、簡略化のために、画像サイズは同じサイズであり、画像比率はともに５％であるとして、ある一定時間内における図９（ａ）と図９（ｂ）の作像枚数の比が３：２になるような紙間をとっている。
【００２３】
図９（ａ）、（ｂ）のような条件で画像が作成された場合、同じ作像可能範囲内で消費されるトナーの量は３：２で図９（ａ）の方が多くなる。しかし、従来のトナー消費量算出方法では、図９（ａ）と図９（ｂ）の場合において、画像比率はともに５％とされている。
【００２４】
このように、従来用いられていた画像比率に基づくトナー消費量の算出方法では、一定時間内で現像スリーブの回転距離が同じで、トナー消費量が異なるにも拘わらず、画像比率としては同じ５％として計算していた。即ち、紙間が長くなるほど、画像比率に比較して実際のトナー消費量が小さくなっていた。
【００２５】
また、同様に、紙サイズが異なる場合にも、紙間が変わることが一般的であり、紙間が長くなるほど、画像比率に比較して実際のトナー消費量が小さくなっていた。
【００２６】
更に、作像時以外の自動制御においても、現像剤の帯電量適性化などのために現像スリーブの空回転を行うモードが存在する。従来の算出方法においては、このような現像スリーブの空回転時間も考慮されていなかった。
【００２７】
上記のように、従来の方法では、紙間（非作像領域）や紙サイズが異なる作像条件、自動制御による現像スリーブの空回転時間が異なる環境条件であっても、画像比率として転写材の表面積に対するトナー像の総面積の割合を用いていた。
【００２８】
実際には、このような現像スリーブの空回転時にも現像剤の劣化が起こるため、紙間が長い作像条件や、自動制御が入り易い（或いは、制御時間が長くなり易い）環境条件で作像する場合には、劣化が促進される虞がある。
【００２９】
従って、本発明の目的は、現像剤の劣化に伴う画像不良を防止することができる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
画像情報信号に対応した静電像が形成される像担持体と、
現像剤を収納する現像容器と、前記現像容器内に回転可能に配置され、前記現像容器内に収納された現像剤を担持し搬送し、前記像担持体上の静電像を現像する現像剤担持体と、を備えた現像装置と、
を有する画像形成装置において、
前記画像情報信号を積算する画像情報信号積算手段と、
前記現像剤担持体の回転数を算出し、積算する現像剤担持体回転数積算手段と、
前記現像剤を、画像として出力せずに強制的に消費させる現像剤強制消費手段と、
前記現像剤強制消費手段を、前記現像剤担持体回転数積算手段からの積算値と、前記画像情報信号積算手段からの積算値とに基づいて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である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、現像剤担持体の回転数の積算値と画像情報信号の積算値とに基づいて現像剤を強制的に消費させることができるため、より効果的に現像剤の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００３３】
実施例１
図１に、本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す。本実施例にて、画像形成装置は、電子写真式のレーザービームプリンタとされる。
【００３４】
本実施例の画像形成装置は、像担持体であるドラム状の電子写真感光体、即ち、感光ドラム１を回転自在に有している。感光ドラム１は、その周囲に、回転方向に沿って、帯電手段としての帯電装置２を備えている。感光ドラム１は、帯電装置２にて一様に帯電され、次に、例えばレーザービームスキャナのような露光装置３によって情報信号を露光して静電潜像が形成される。感光ドラム１の静電潜像は、現像剤（トナー）を収納した現像手段である現像装置４で現像され、可視画像、即ち、トナー像とされる。次に、感光ドラム１上のトナー像は、転写手段としての転写装置５により、転写材搬送手段（図示せず）により搬送されてきた記録媒体としての転写材Ｐに転写される。転写材Ｐは、定着装置６に送給され、転写材Ｐ上のトナー像は、定着して永久画像となる。また、感光ドラム１上の転写残トナーはクリーニング装置７により除去する。
【００３５】
次に、上記各画像形成プロセス手段について更に詳しく説明する。
【００３６】
（ａ）像担持体
画像形成装置１００は、上述のように、像担持体として、感光ドラム１を有する。本実施例において、感光ドラム１は、帯電特性が負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）であり、外径３０ｍｍ、中心支軸を中心に１３０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって矢示の反時計方向に回転駆動される。
【００３７】
（ｂ）帯電手段
画像形成装置１００は、感光ドラム１表面を一様に帯電処理する帯電手段として、接触帯電装置（接触帯電器）２を有する。本実施例において、接触帯電装置２は、帯電ローラ（ローラ帯電器）であり、感光ドラム１との間の微小ギャップにて生じる放電現象を利用して、帯電部（帯電ニップ部、接触部）ａにおいて感光ドラム１を帯電する。
【００３８】
帯電ローラ２は、芯金（支持部材）２ｂの両端部をそれぞれ軸受け部材（図示せず）により回転自在に保持されると共に、押圧ばね２ａによって感光ドラム１に向かって付勢して、感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接させている。これにより、帯電ローラ２は、感光ドラム１の回転に従動して回転する。
【００３９】
帯電ローラ２の芯金２ｂには、ＣＰＵ９によって制御される電源Ｓ１より所定の条件の帯電バイアス電圧が印加される。これにより、回転する感光ドラム１の表面は、所定の極性、電位に接触帯電処理される。
【００４０】
本実施例において、帯電ローラ２に対する帯電バイアス電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。より具体的には、−５００Ｖの直流電圧と、周波数１．３ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ１．５ｋＶ、正弦波の交流電圧とを重畳した振動電圧である。この帯電バイアス電圧により、感光ドラム１表面は帯電ローラ２に印加した直流電圧と同じ−５００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に接触帯電処理される。
【００４１】
（ｃ）露光手段
画像形成装置１００は、帯電処理された感光ドラム１の面に静電潜像を形成する露光手段として露光装置３を有する。本実施例において、露光装置３は半導体レーザーを用いたレーザービームスキャナである。
【００４２】
レーザービームスキャナ３は、画像読み取り装置（図示せず）などのホスト処理装置から画像形成装置側に送られた画像信号に対応して変調されたレーザー光Ｌを出力する。レーザー光Ｌは、一様に帯電処理された回転する感光ドラム１の表面を、露光位置（露光部）ｂにおいて走査露光（イメージ露光）する。このレーザー走査露光により、感光ドラム１の表面のレーザー光Ｌで照射されたところの電位が低下し、回転する感光ドラム１の表面には、画像情報に対応した静電潜像が順次に形成されていく。
【００４３】
（ｄ）現像手段
画像形成装置１００は、感光ドラム１上の静電潜像に従って現像剤を供給し、静電潜像をトナー像として反転現像する現像手段としての現像装置４を有する。本実施例において、現像装置４は、トナーとキヤリアからなる２成分現像剤による磁気ブラシを、感光ドラム１に接触させながら現像を行う２成分接触現像方式を採用した現像装置である。
【００４４】
現像装置４は、現像容器４ａ、現像剤担持体としての非磁性の現像スリーブ４ｂを備えている。現像スリーブ４ｂは、その外周面の一部を現像装置４の外部に露呈させて、現像容器４ａ内に回転可能に配置してある。現像スリーブ４ｂ内には、非回転に固定してマグネットローラ４ｃが挿設されている。現像スリーブ４ｂに対向して、現像剤コーティングブレード４ｄが設けられている。現像容器４ａは、２成分現像剤４ｅを収容しており、現像容器４ａ内の底部側には現像剤攪拌部材４ｆが配設されている。又、補給用現像剤（トナー）がトナー補給槽４ｇに収容されている。
【００４５】
現像容器４ａ内の２成分現像剤４ｅは、主に非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物であり、現像剤攪拌部材４ｆにより攪拌される。
【００４６】
本実施例において磁性キャリアの抵抗は約１０13Ω・ｃｍであり、粒径（体積平均粒径）は約４０μｍである。体積平均粒径とは、レーザー回折式粒度分布測定装置ＨＥＲＯＳ（日本電子製）を用いて、０．５〜３５０μｍの範囲を３２対数分割して測定し、体積５０％メジアン径を意味する。トナーは、磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。
【００４７】
現像スリーブ４ｂは、感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐ）を３５０μｍに保持して感光ドラム１に近接対向配設される。この感光ドラム１と現像スリーブ４ｂとの対向部が現像部ｃである。
【００４８】
現像スリーブ４ｂは、現像部ｃにおいて感光ドラム１の進行方向とは逆方向に感光ドラム１の約１．５倍のプロセススピード（本実施例では、２００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動される。現像スリーブ４ｂ内のマグネットローラ４ｃの磁力により、現像容器４ａ内の２成分現像剤４ｅの一部が現像スリーブ４ｂの外周面に磁気ブラシ層として吸着保持される。この磁気ブラシ層は、現像スリーブ４ｂの回転に伴い回転搬送され、現像剤コーティングブレード４ｄにより所定の薄層に整層され、現像部ｃにおいて感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム面を適度に摺擦する。
【００４９】
現像スリーブ４ｂには、ＣＰＵ９によって制御される電源Ｓ２から所定の現像バイアスが印加される。本実施例において、現像スリーブ４ｂに対する現像バイアス電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。より具体的には、−３５０Ｖの直流電圧と、周波数８．０ｋＨｚ、ピーク間電圧１．８ｋＶ、矩形波の交流電圧とを重畳した振動電圧である。
【００５０】
上記構成にて、現像剤４ｅが、回転する現像スリーブ４ｂの面に薄層としてコーティングされる。現像部ｃに搬送された現像剤４ｅ中のトナーが、現像バイアスによる電界によって感光ドラム１の表面に静電潜像に対応して選択的に付着し、静電潜像がトナー像として現像される。本実施例の場合、感光ドラム１の表面の露光部にトナーが付着して静電潜像が反転現像され、トナー像とされる。
【００５１】
（ｅ）転写手段、定着手段、クリーニング手段
画像形成装置１００は、転写手段として転写装置５を有する。本実施例においては、転写装置５は転写ローラである。転写ローラ５は、感光ドラム１に所定の押圧力をもって圧接され、その圧接ニップ部が転写部ｄである。この転写部ｄに転写材搬送手段（図示せず）により所定の制御タイミングにて転写材Ｐが給送される。
【００５２】
転写部ｄに給送された転写材Ｐは、回転する感光ドラム１と転写ローラ５との間に挟持されて搬送される。その間、転写ローラ５にはＣＰＵ９によって制御される電源Ｓ３からトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス、本実施例では＋２ｋＶが印加される。これにより、転写部ｄを挟持搬送されていく転写材Ｐの表面に感光ドラム１の表面側のトナー像が順次に静電転写されていく。
【００５３】
転写部ｄを通ってトナー像の転写を受けた転写材Ｐは、感光ドラム１の表面から順次に分離されて定着装置６へ搬送される。本実施例では、定着装置６は熱ローラ定着装置であり、この定着装置６により転写材Ｐはトナー像の定着処理を受けて画像形成物（プリント、コピー）として出力される。
【００５４】
転写部ｄにおける転写材Ｐへのトナー像転写後に、感光ドラム１の表面に若干量残留する転写残トナーは、クリーニング装置７によって感光ドラム表面から除去される。
【００５５】
なお、画像形成装置の構成は、必ずしも感光ドラム１からトナー像を直接転写材Ｐに転写する構成ではなく、感光ドラムからトナー像を一時的に保持し搬送する中間転写体に転写し、中間転写体から転写材に転写する構成であってもよい。
【００５６】
ここで、中間転写体を備えた画像形成装置の構成及び動作は当業者には周知であるので、図２を参照して、簡単に説明する。
【００５７】
図２に示す中間転写体を備えた画像形成装置は、図１に示す画像形成装置とは、主として、中間転写体２１と、二次転写手段としての二次転写ローラ２２を備えた点で相違するのみである。従って、図１に示す画像形成装置と同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、説明は省略する。
【００５８】
図２の画像形成装置では、感光ドラム１と対向して、中間転写体２１を備えており、感光ドラム１に形成されたトナー像は、一次転写手段を構成する転写ローラ５にて、中間転写体２１に転写される。中間転写体２１上のトナー像は、転写材搬送手段（図示せず）から所定の制御タイミングにて給送される転写材Ｐに二次転写ローラ２２により転写される。転写ローラ２２にはＣＰＵ９によって制御される電源Ｓ４からトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス、本実施例では＋２ｋＶが印加される。
【００５９】
（ｆ）現像剤（トナー）入れ替え手段
前記現像手段の項で述べた通り、現像剤４ｅ中のトナーは、補給され、撹拌・摺擦によって電荷を付与され、現像されるという過程の中で順次入れ替わるが、この入れ替わりが少ないと、トナーは過剰に帯電してしまう。
【００６０】
そこで、本実施例では、トナーを強制的に消費させることにより、トナーを強制的に入れ替え、トナーの過剰な帯電を防止し、画質の劣化を防いでいる。
【００６１】
トナーの強制消費は次のようにして行われる。
【００６２】
図１に示す画像形成装置１００にて、先ず、転写ローラ５を感光ドラム１から十分離した状態で、画像形成中と同じように帯電ローラ２で回動している感光ドラム１を帯電する。
【００６３】
次に、レーザービームスキャナ３が照射量ＦＦＨに相当するレーザー光Ｌを感光ドラム１の所定の範囲内に照射する。そして、感光ドラム１上のレーザー光Ｌを照射された部分が現像スリーブ４ｂに対向する位置（現像部ｃ）を通過している間、ＣＰＵ９によって制御される電源Ｓ２から現像バイアスを印加し、現像スリーブ４ｂを回転することで感光ドラム１上にトナー像を形成する。
【００６４】
なお、このように現像したトナー像は、転写材Ｐへと転写せずにクリーニング装置７で全て除去する。
【００６５】
また、トナーを消費している間、又は、その後には、消費された量のトナーがトナー補給槽４ｇから現像容器４ａ内に補給される。従って、現像容器４ａ内のトナーの入れ替えが行われ、トナーの流動性及び帯電量が適切なものとなる。それによって、画像劣化を有効に防止することができる。
【００６６】
また、レーザーの照射量は必ずしもＦＦＨである必要はなく、ある程度効率良くトナーを現像させるような量であれば良い。
【００６７】
なお、図２に示す中間転写体２１を用いる画像形成装置１００の場合、消費されたトナーは必ずしも感光ドラム１に配設されたクリーニング装置７にて除去される構成ではなくてもよい。例えば、中間転写体２１に転写された後、中間転写体２１に配設された中間転写体クリーニング装置２３によって除去する構成であってもよい。
【００６８】
このように、トナー像を転写材に転写せずに除去することによって、トナーを強制的に消費させるので、不要な転写材を出力することなく、画像劣化を防止することができる。
【００６９】
また、トナー像の除去を、既設のクリーニング装置７、２３等にて行う構成とすることによって、従来の構成の装置を有効に利用して画像劣化を防止することができる。
【００７０】
（ｇ）画像情報処理手段
画像スキャナ（図示せず）、或は、コンピュータ（図示せず）等の出力装置から画像情報処理装置８を介して送られてくる画像情報信号は、画像形成装置１００の制御手段（ＣＰＵ）９で受信される。ＣＰＵ９は、画像形成装置１００の動作を制御すると共に、レーザービームスキャナ３を制御して静電潜像形成のためのレーザーを発光させる。なお、潜像形成には発光ダイオード素子等他の発光体を用いることもできる。また、画像形成装置自身の制御を他のＣＰＵで行ってもよい。
【００７１】
静電潜像は、感光ドラム１の軸方向及び回動方向にそれぞれ１インチ当たり６００個のドット状（６００ｄｐｉ）に形成される。それぞれのドットは、レーザー光の照射量によって深さが決まり、静電潜像を深く掘ったドットにはより多くのトナーが付着する。即ち、レーザー光の照射量が多いほど出力される画像濃度は高くなる。
【００７２】
ＣＰＵ９によるレーザー光照射量は２５６段階あり、これを１ドットにつき００ＨからＦＦＨまでの１６進数２けたで表示する。００Ｈが画像上での最も濃度が低い部分（白地）、ＦＦＨが最も濃度が高い部分（ベタ）となる。
【００７３】
ここで、転写材への出力、非出力（自動制御など）にかかわらず、トナー消費に用いられた００ＨからＦＦＨまでの数値を全て足し合わせたものをビデオカウントデータＢＣ（１０進数）と呼ぶ。
【００７４】
本実施例では、メモリをＣＰＵ９に内蔵し、ビデオカウントデータの積算値ΣＢＣ（１０進数）を記憶できるようになっている。
【００７５】
また、本実施例では、現像像剤担持体（現像スリーブ４ｂ）の回転数を算出し、積算する現像剤担持体回転数積算手段１０を備えている。
【００７６】
現像スリーブ４ｂの回転数Ｎｓｌの具体的な算出方法は以下である。現像スリーブ４ｂの回転開始時刻と回転終了時刻とから回転時間Ｔｓｌ（ｓｅｃ）を算出する。そしてＣＰＵ９により制御されている現像スリーブ４ｂのプロセススピード（本実施例では２００ｍｍ／ｓｅｃ）と、現像スリーブ４ｂの周長（本実施例では５０ｍｍ）とを用いて以下のように求める。
【００７７】
【数１】
2007264510.tif 000003
【００７８】
なお、回転数Ｎｓｌの算出方法は、必ずしも上記のような計算方法で行われる必要はなく、現像スリーブ４ｂの回転数を検知する手段などを設けて直接算出してもよい。
【００７９】
さらに、上述にて算出した現像スリーブ４ｂの回転数Ｎｓｌを積算して現像スリーブ４ｂの積算値ΣＮｓｌを求める。本実施例では、現像スリーブ４ｂの回転数の積算値ΣＮｓｌをＣＰＵ９に内蔵されたメモリに記憶できるようになっている。従って、ＣＰＵ９において、現像スリーブ４ｂの回転数の積算値ΣＮｓｌを基にして、ビデオカウントの積算値ΣＢＣの比率（以下、「画像情報信号比率」という。）αを算出する。
【００８０】
ここで、図３によって、画像情報信号比率αの算出方法について詳しく説明する。
【００８１】
先ず、現像スリーブ４ｂの回転数の積算値ΣＮｓｌに現像スリーブ４ｂの周長（実施例では５０ｍｍ）及び現像スリーブ４ｂの母線方向の長さ（実施例では３００ｍｍ）を乗じることによって、現像スリーブ４ｂによる現像剤消費可能範囲を求める。
【００８２】
ここで、現像スリーブ４ｂの母線方向の長さとは、現像スリーブ４ｂの回転軸線方向における現像スリーブ４ｂの現像領域幅、すなわち、画像形成装置が形成しうる最大サイズの画像におけるスリーブ回転軸方向の幅を意味している。
【００８３】
従って、現像剤消費可能範囲は、
現像剤消費可能範囲＝現像剤担持体（現像スリーブ）の回転数積算値（ΣＮｓｌ）×現像
剤担持体（現像スリーブ）の周長×最大画像サイズにおける現像剤
担持体（現像スリーブ）の母線方向の長さ（現像領域幅）
にて求められる。
【００８４】
そして、この現像剤消費可能範囲内での画像情報信号（ビデオカウントデータ）の積算値ΣＢＣを、全面ＦＦＨドット（全面ベタ）でトナー消費した場合の画像情報信号（ビデオカウントデータ）で割ったもの（１０進数のパーセント表示）を、その画像の画像情報信号比率αとする。なお、全面ベタとは、最大濃度信号のドット潜像を全面に形成した状態のことを意味する。
【００８５】
つまり、
画像情報信号比率（α）＝｛実際に現像剤を消費した画像情報信号（ビデオカウントデー
タ）の積算値）｝÷｛現像剤消費可能範囲を全面ベタで作像し
た時の画像情報信号（ビデオカウントデータ）｝
である。
【００８６】
従って、本実施例での画像情報信号比率αは、１ｉｎｃｈ＝２５．４ｍｍ、解像度が６００ｄｐｉであることを考慮すると、以下の式で求められる。
【００８７】
【数２】
2007264510.tif 000004
【００８８】
これらの数値計算は全て制御手段（ＣＰＵ）９内で処理されるが、別に、制御手段（ＣＰＵ）を設けてそこで処理することも可能である。
【００８９】
（ｈ）現像剤（トナー）入れ替えモードの制御手段
次に、図４によって、本実施例における実際のトナー消費シーケンスを説明する。
【００９０】
画像出力枚数を設定する（ステップＳ２０１）。その後、画像形成がスタートする（ステップＳ２０２）と、ＣＰＵ９に入力されたビデオカウントデータの積算値ΣＢＣを読み込む（ステップＳ２０３）。そして、画像が１枚出力されると（ステップＳ２０４、２０５）、現像スリーブ回転数積算手段１０が回転数Ｎｓｌを算出し、積算値ΣＮｓｌを積算する（ステップＳ２０６）。次いで、ＣＰＵ９により画像情報信号比率αを計算する（ステップＳ２０７）。
【００９１】
画像情報信号比率αが所定の基準値（本実施例の場合５％）以下かどうかを判断する（ステップＳ２０８）。５％以下の場合には、即ち、ＹＥＳの場合には、所定量のトナー消費及び補給を行う（ステップＳ２０９）。本実施例では、レーザー照射量をＦＦＨとして感光ドラム１の軸方向全域に現像剤強制消費用の潜像を形成し、トナーを消費する。なお、この現像剤強制消費動作は、通常の画像形成動作以外の、非画像形成時に行なう。
【００９２】
本実施例の場合、トナー消費量は、画像情報信号比率αが所定の基準値以下であると判断された時点でのビデオカウントデータの積算値ΣＢＣと現像スリーブ回転数の積算値ΣＮｓｌとを用いて計算する。つまり、前記ビデオカウントデータの積算値ΣＢＣと現像スリーブ回転数の積算値ΣＮｓｌとを用いて、ＦＦＨのレーザー照射量でトナー消費したときに、画像情報信号比率αが５％になるまでのレーザー照射量をＣＰＵ９によって計算し、トナーを消費する。
【００９３】
即ち、現像スリーブ４ｂの回転方向の長さでトナー消費量を調整している。この所定量は、本実施例のように出力画像の画像比率によってその都度変えても良いし、一定量にしても良い。変える場合には出力画像の画像情報信号比率と合わせて画像情報信号比率５％またはそれ以上相当のトナーが消費されるようにするのが好ましい。
【００９４】
所定量のトナー消費及び補給が行われた場合には、ビデオカウントの積算値ΣＢＣと現像スリーブ回転数の積算値ΣＮｓｌとをリセットし、０に戻す（ステップＳ２１０）。
【００９５】
本実施例では、制御手段９には、画像１枚出力毎に出力枚数をカウントする出力枚数計数手段が設けられている。勿論、出力枚数計数手段を制御手段９とは別個に設け、この出力枚数計数手段からの信号を制御手段９に送信するようにしても良い。
【００９６】
そして、制御手段９は、このトナーの消費及び補給の終了後、出力画像枚数が指定枚数に達したかどうかをチェックする（ステップＳ２１１）。指定枚数に達していなければ、ビデオカウントデータ読み込みからの上記処理を繰り返し（ステップＳ２０３〜Ｓ２１１）、指定枚数に達していれば、画像形成を終了する（ステップＳ２１２）。
【００９７】
以上のようなシーケンスを行うことにより、常に一定量のトナーが入れ替えられることになり、同じトナーを過度に摺擦することを防止することができる。特に、消費するトナー量が少ない画像を作像する場合には、トナーの過剰帯電や劣化が抑制され、本発明の目的が達成される。
【００９８】
実施例２
次に、本発明の第２の実施例を、特に現像剤（トナー）入れ替えモードの制御手段について説明する。それ以外の主な装置構成は第１の実施形態と同様である。
【００９９】
実施例１においては、１枚ずつ出力を行う画像形成モードだけでなく、同一の画像を複数枚連続して出力する画像形成モードにおいても、１枚の出力毎に画像比率を計算し、その画像比率が５％以下ならば所定量のトナー消費及び補給を行っていた。
【０１００】
しかし、本実施例においては、同一の画像を複数枚連続して出力する画像形成モードの場合であって、その画像の画像比率が５％以下である場合には、複数枚に１度、まとめて所定量のトナー消費及び補給を行うようにしたものである。
【０１０１】
本実施例では、同一の画像を９９９枚まで連続して出力することが可能であり、この９９９枚までの範囲で連続して出力する枚数を指定するようになっている。そして、この画像の画像情報信号比率が５％以下である場合には、１００枚毎及び指定した枚数が終了した時に所定量のトナー消費及び補給のシーケンスを行う。
【０１０２】
つまり、指定枚数が１００枚未満の場合、例えば５０枚と指定した時は、５０枚目の終了後に所定量のトナー消費及び補給のシーケンスを行う。また、指定枚数が１００枚を超える場合、例えば３５０枚と指定した時は、１００枚目、２００枚目、３００枚目、及び３５０枚目が終了した時に、所定量のトナー消費及び補給のシーケンスを行う。
【０１０３】
本実施例では、レーザー照射量をＦＦＨとして感光ドラム１の軸方向全域に潜像を形成し、所定量のトナーを消費する。画像情報信号比率αが所定の値以下であると判断された時点でのビデオカウントデータの積算値ΣＢＣと現像スリーブ回転数の積算値ΣＮｓｌとを用いて、ＦＦＨのレーザー照射量でトナー消費したときに、画像情報信号比率αが５％になるまでのレーザー照射量をＣＰＵ９によって計算し、トナーを消費する。
【０１０４】
トナー消費シーケンスの終了時には、ビデオカウントの積算値ΣＢＣと現像剤担持体回転数の積算値ΣＮｓｌとをリセットし、０に戻す。
【０１０５】
また、画像出力後の消費トナー量を１００枚毎に消費する量と同じにしてもよく、出力画像の画像比率に拘らず一定量のトナーを消費しても良い。
【０１０６】
本実施例によれば、所定量のトナー消費及び補給の実行時期を適正化し、スループットの低下等を防ぐことができる。
【０１０７】
以上のようなシーケンスを行うことにより、常に一定量のトナーが入れ替えられることになり、同じトナーを過度に摺擦することを防止することができる。さらに、現像スリーブの回転数を基に画像情報信号比率を計算しているため、従来の方法で考慮されなかった紙間（非作像領域）が異なる作像条件、自動制御による現像スリーブの空回転時間が異なる環境条件であっても、正確に現像剤の劣化をとらえることができる。
【０１０８】
ここで、紙間が異なる場合の画像情報信号比率の算出結果について、図５及び図６を用いて説明する。
【０１０９】
本実施例では、作像モードとして、図５に示す片面モード（Ａ４サイズ（搬送方向長さ２１０ｍｍ）紙の連続出力時の紙間距離が９０ｍｍ）と、図６に示す両面モード（Ａ４サイズ紙連続出力時の紙間距離が１８０ｍｍ）とをもっている。そして、片面作像での出力枚数が１分間あたり２６枚、両面作像での出力枚数が１分間あたり２０枚となっている。
【０１１０】
感光ドラム１と現像スリーブ４ｂのプロセススピードが異なる（具体的には、現像スリーブ４ｂのプロセススピードが、感光ドラムの２００／１３０倍である）。よって、現像スリーブの回転距離は、Ａ４サイズの搬送方向長さが３２３ｍｍ、片面モード連続出力時の紙間距離が１３８ｍｍ、片面モード連続出力時の紙間距離が２７７ｍｍとなる。
【０１１１】
図５及び図６は、それぞれ、１分間の現像剤消費可能範囲内に、片面モード（図５）、両面モード（図６）で連続作像したときの作像の様子を示したイメージ図である。
【０１１２】
ここでは、従来の画像比率、すなわち、転写材の表面積に対するトナー像の総面積の割合が３％の画像を連続作像する。
【０１１３】
図５及び図６より、図５及び図６の場合の画像情報信号比率は、それぞれ、２．０７％（図５）、１．６０％（図６）となり、従来の方法では同じとして計算されていた画像比率を、実際の現像スリーブの回転数を考慮した画像情報信号比率として算出できるようになった。
【０１１４】
特に、消費するトナー量が少ない画像を、紙間が長い作像条件や、自動制御が入り易い（或いは、制御時間が長くなり易い）環境条件で作像する場合には、トナーの過剰帯電や劣化が抑制され、本発明の目的が達成される。
【０１１５】
実施例３
次に、本発明の第３の実施例を、図７によって現像剤（トナー）入れ替えモードの制御手段について説明する。それ以外の主な装置構成は、実施例２と同様である。
【０１１６】
本実施例では、ＣＰＵ９内にメモリを設け、最後に所定量のトナー消費及び補給を行ってからの出力枚数を記憶できるようになっている。
【０１１７】
つまり、画像出力がスタートすると（ステップＳ３０１）、入力されたビデオカウントの積算値ΣＢＣをＣＰＵ９に読み込む（ステップＳ３０２）。画像出力が終了すると（ステップＳ３０３）、現像スリーブ回転数算出手段１０が現像スリーブ４ｂの回転数の積算値ΣＮｓｌをＣＰＵ９に読み込む（ステップ３０４）。
【０１１８】
次に、ＣＰＵ９内のメモリから、最後に所定量のトナー消費及び補給を行ってからの出力枚数を示す変数Ｋを読み出し、この変数Ｋの値が１００に達しているかどうかをチェックする。この変数Ｋは、１００以上の値が入力されたときに１００として表現するようになっているため、Ｋが１００であるときは、最後に所定量のトナー消費及び補給を行ってから少なくとも１００枚の出力が行われ、その間は所定のトナー消費及び補給が行われなかったことを示している。
【０１１９】
そこで、Ｋ＝１００ならば（ステップＳ３０５）、画像情報信号比率データをＣＰＵ９から読み出す（ステップＳ３０６）。そして、その値が５％以下と判断された場合には（ステップＳ３０７）、実施例２と同様にして所定量のトナーを消費し、補給する（ステップＳ３０８）。その後、ビデオカウントの積算値ΣＢＣと現像スリーブ４ｂの回転数の積算値ΣＮｓｌとを０に戻す（ステップ３０９）。さらに、Ｋの値を０に戻し（ステップＳ３１０）、シーケンスを終了する。
【０１２０】
一方、Ｋが９９以下であれば（ステップＳ３０５）、前回の所定量のトナー消費が行われてからの出力枚数が１００枚に達してしないため、Ｋの値を１増やした後（ステップＳ３１１）、そのまま画像出力を終了する。
【０１２１】
本実施例によれば、所定量のトナー消費及び補給の実行時期を適正化し、スループットの低下等を防ぐことができる。
【０１２２】
以上のようなシーケンスを行うことにより、常に一定量のトナーが入れ替えられることになり、同じトナーを過度に摺擦することを防止することができる。さらに、現像スリーブの回転数を基に画像情報信号比率を計算しているため、従来の方法で考慮されなかった紙間（非作像領域）が異なる作像条件、自動制御による現像スリーブの空回転時間が異なる環境条件であっても、正確に現像剤の劣化をとらえることができる。特に、消費するトナー量が少ない画像を、紙間が長い作像条件や、自動制御が入り易い（或いは、制御時間が長くなり易い）環境条件で作像する場合には、トナーの過剰帯電や劣化が抑制され、本発明の目的が達成される。
【０１２３】
以上、本発明による三つの実施例を説明したが、現像剤は必ずしも２成分現像剤である必要はなく、１成分現像剤であってもよい。また、トナー消費が必要とされる画像情報信号比率や、消費させるトナーの所定量、消費及び補給動作を作動させる枚数等は必ずしもこの通りではなくても良い。
【０１２４】
以上説明したように、
（１）本発明によれば、現像剤担持体の回転数を基にして算出された画像情報信号比率に応じて現像剤を強制的に消費させる。従って、従来の方法で考慮されなかった紙間（非作像領域）が異なる作像条件、自動制御による現像剤担持体の空回転時間が異なる環境条件であっても、正確に現像剤の劣化をとらえ、現像剤の劣化を防止することができる。特に、消費する現像剤量が少ない画像を、紙間が長い作像条件や、自動制御が入り易い（或いは、制御時間が長くなり易い）環境条件で作像する場合であっても、現像剤の入れ替わりを保証できる。そして、同じ現像剤を何度も摺擦して過剰に帯電させることなく、長期的にかつ安定的に高品質の画像を出力し続けることができる。
【０１２５】
更に、上記説明した本実施例にて説明した構成によってもたらされる効果を纏めると次の通りである。
（２）現像剤（トナー）を強制的に消費させる際には、消費されたトナーと同量のトナーを補給するので、トナーの入れ替えが行われ、画像劣化を防止することができる。
（３）像担持体上の静電潜像をトナー像として現像し、該トナー像を転写材に転写せずに除去することによりトナーを強制的に消費させるので、不要な転写材を出力することなく、画像劣化を防止することができる。
（４）トナー像の除去は、画像形成時に像担持体上に転写されずに残ったトナーを該像担持体上から取り除く手段により行うので、従来の構成の装置を有効に利用して画像劣化を防ぐことができる。
（５）あらかじめ決められたタイミングで画像の濃度情報に基づき画像情報信号比率の大小を判断する。そして該画像情報信号比率が所定値よりも低いと判断した際には、トナーを強制的に消費させるので、トナーの強制的な消費動作によって費やされる時間が適正化され、円滑な画像形成を行うことができる。
（６）上記タイミングは、画像が出力された際に画像情報信号比率が所定値よりも低いと判断された場合、次の画像が出力される前であるので、画像形成の高速化を妨げることなく、良好な画像形成を行うことができる。
（７）上記タイミングは、設定された複数枚の連続的な画像形成が行われる場合、設定された枚数の出力が終了した後であり、且つ、画像情報信号比率が所定値よりも低いと判断されたときである。よって、画像形成の高速化を妨げることなく、適切にトナーの入れ替えを実施することができる。
（８）上記タイミングは、設定された複数枚の連続的な画像形成が行われる場合、所定の枚数が出力された後であり、且つ、画像情報信号比率が所定値よりも低いと判断されたときである。よって、画像形成の高速化を妨げることなく、適切にトナーの入れ替えを実施することができる。
（９）最後にトナーの強制的な消費が行われてからの出力枚数を計数する手段を備えている。そして、トナーを強制的に消費させる手段の制御手段は、該出力枚数を計数する手段による総出力枚数が所定値に達した際に、画像情報信号比率に基づいてトナーの強制的な消費を実行するか否かを決定するように設定されている。よって、画像形成の高速化を妨げることなく、適切にトナーの入れ替えを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例を説明する概略構成図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の他の実施例を説明する概略構成図である。
【図３】本発明に従った一実施例の画像情報信号比率の計算方法について説明する図である。
【図４】本発明の一実施例に従った画像形成装置の動作を説明する図である。
【図５】本発明に従った他の実施例の画像情報信号比率の計算方法について説明する図である。
【図６】本発明に従った他の実施例の画像情報信号比率の計算方法について説明する図である。
【図７】本発明の他の実施例に従った画像形成装置の動作を説明する図である。
【図８】従来例の画像形成装置の概略構成図である。
【図９】従来の画像形成装置が有する画像比率に基づくトナー消費量の算出方法の問題点を説明するためのイメージ図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１        感光ドラム（像担持体）
２        帯電ローラ（帯電手段）
３        レーザービームスキャナ（露光装置）
４        現像装置（現像手段）
４ｂ      現像スリーブ（現像剤担持体）
５        転写ローラ（転写手段）
６        定着装置
７        クリーニング装置（クリーニング手段）
８        画像情報処理装置
９        ＣＰＵ（制御手段）
１０      現像剤担持体回転数積算手段
２１      中間転写体
２２      二次転写ローラ（二次転写手段）
１００    画像形成装置
【図１】
2007264510.tif 000005
【図２】
2007264510.tif 000006
【図４】
2007264510.tif 000007
【図７】
2007264510.tif 000008
【図８】
2007264510.tif 000009
【図３】
2007264510.tif 000010
【図５】
2007264510.tif 000011
【図６】
2007264510.tif 000012
【図９】
2007264510.tif 000013