(57)【要約】【課題】現像装置内のトナーを粒径別に効率良く消費することにより、リフレッシュ工程を従来に比べて有効に機能させる画像形成装置を提供する。【解決手段】印刷枚数ｎが所定枚数Ａに到達した場合は、制御部９０において平均印字率Ｂを算出するとともに、露光装置３のレーザ露光量を増大する。次に、制御部９０は平均印字率Ｂが所定値Ｐ０（ここでは５％）未満であるか否かを判断する。５％未満である場合はトナー吐出パターンＴとしてソリッドパターンを形成し、５％以上である場合はドットパターンを形成する。そして、露光装置３により感光体ドラム１上に形成された所定のトナー吐出パターン上に現像ローラ２５からトナーを排出するリフレッシュ工程を実行する。【選択図】図１０
2009251263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体にレーザ光を照射して静電潜像を形成する露光装置と、
像担持体に対向配置されトナーを担持して前記像担持体に供給するトナー担持体と、該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材と、を有し、前記露光装置により前記像担持体表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、を備え、
非画像形成時に前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、
リフレッシュ工程を実行する際、前記露光装置のレーザ露光量を画像形成時よりも増大して前記像担持体上にトナー吐出パターンを形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
所定の印刷枚数毎に算出された印刷画像の平均印字率に基づいて前記トナー吐出パターンを決定する制御手段を設け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】
前記制御手段は、平均印字率が基準値Ｐ０未満の場合、前記トナー吐出パターンとしてソリッドパターンを形成す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】
前記制御手段は、平均印字率が基準値Ｐ０未満であり、且つ所定の印刷枚数中に印字率Ｐ１（＞Ｐ０）以上の画像出力を行っていない場合、前記トナー吐出パターンとしてソリッドパターンを形成す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５】
前記制御手段は、平均印字率が基準値Ｐ０以上の場合、前記トナー吐出パターンとしてドットパターンを形成することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記制御手段は、平均印字率が基準値Ｐ０以上であり、且つ所定の印刷枚数中に印字率Ｐ２（＜Ｐ０）以上の画像出力を行っていない場合、前記トナー吐出パターンとしてドットパターンを形成することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記ドットパターンは、１ドット若しくは一辺が２ドット以上６ドット以下のドット群が１ドット以上の間隔を隔ててマトリクス状に配置されて成り、且つ印字率が１０％未満であることを特徴とする請求項５又は請求項６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、感光体ドラム及び現像装置を用いた画像形成装置に関し、特に非画像形成時において現像ローラ上のトナーをリフレッシュするリフレッシュ工程を備えた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置では、画像形成を繰り返し行う際に、特に画像上の印字率（画像形成可能な面積（用紙面積）に対する印字される面積の割合をいう。以下同じ。）が低い場合に、現像剤担持体（現像ローラ）から静電潜像担持体（感光体ドラム）に飛翔して現像に用いられるトナーが少ないために現像装置内のトナー粒子の入れ替わりが少なく、トナーが過剰に帯電し、画像濃度低下や画像カブリが発生することがある。特に、カラー機のように複数個の現像装置を備えた画像形成装置においては、写真やグラフィック画像のように高い印字率の画像から文字やロゴマークのみのような低い印字率の画像まで対応する必要があり、現像装置毎の印字率のばらつきも大きくなる。
【０００３】
このような場合には、ソリッド（ベタ）パターン等の原稿印字率が高いパターンを印刷することにより現像ローラから感光体ドラム側に多量のトナーを飛翔させ、該トナーを記録媒体に転写させてトナーを消費することにより緩和することが可能ではあるが、長期にわたりソリッドパターンを印刷しないで放置した場合には、トナーの消費が行われないまま現像ローラ表面にトナー粒子が湿度等の影響により固着されてしまい、回復しないこともある。
【０００４】
そのため、従来からトナーの表面形状、材料または外添剤の適正化などにより、トナーの帯電制御能力が安定するように改良されてきてはいるが、トナーの帯電が過剰となり上述のような現象が生じるのを確実に防止するまでには至っていないのが現状である。
【０００５】
上記のような課題を解決するために、現像ローラ上のトナーを強制排出する方法が種々提案されており、例えば特許文献１には、非画像形成時に現像ローラに対して直流バイアスに交流バイアスを重畳して印加することにより、現像ローラ上のトナーを強制消費する一成分現像式の画像形成装置が開示されており、ラインパターンや千鳥パターンのような黒色部と白色部とが交互に組み合わされたトナー吐出パターンを用いることにより逆帯電成分の多いトナーの飛翔を増加させて強制消費を行う方法も記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、記録媒体１枚毎に測定された画像面積率（印字率）に基づいて所定の印刷枚数における平均印字率を算出し、この平均印字率が所定値を下回った場合にトナーを強制消費するようにした画像形成装置が提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２０６７７０号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
画像濃度低下や画像カブリの発生する度合いは現像ローラ上のトナーの帯電状態によって変化する。例えば、画像濃度が低下している場合はチャージアップした小径トナーが増加している。一方、画像カブリが発生し易くなったときには低帯電で静電付着力の弱い大径トナーが増加している。そのため、画像濃度低下や画像カブリを効果的に抑制するためには強制排出するトナーの粒径もそれに合わせて最適化し、現像装置内のトナー粒度分布のバラツキを抑制することが望ましい。しかしながら、特許文献１、２の方法では、トナーを強制消費する際に、現像装置内の粒度分布全域に亘って平均してトナーが消費されるため、トナー粒度分布のバラツキを抑制することができなかった。また、現像に最適な粒径のトナーまで強制消費されてしまい効率が悪かった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、現像装置内のトナーを粒径別に効率良く消費することにより、リフレッシュ工程を従来に比べて有効に機能させ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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、像担持体にレーザ光を照射して静電潜像を形成する露光装置と、像担持体に対向配置されトナーを担持して前記像担持体に供給するトナー担持体と該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材とを有し、前記露光装置により前記像担持体表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、を備え、非画像形成時に前記トナー担持体側から前記像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、リフレッシュ工程を実行する際、前記露光装置のレーザ露光量を画像形成時よりも増大して前記像担持体上にトナー吐出パターンを形成することを特徴としている。
【００１０】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、所定の印刷枚数毎に算出された印刷画像の平均印字率に基づいて前記トナー吐出パターンを決定する制御手段を設けたことを特徴としている。
【００１１】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、平均印字率が基準値Ｐ０未満の場合、前記トナー吐出パターンとしてソリッドパターンを形成することを特徴としている。
【００１２】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、平均印字率が基準値Ｐ０未満であり、且つ所定の印刷枚数中に印字率Ｐ１（＞Ｐ０）以上の画像出力を行っていない場合、前記トナー吐出パターンとしてソリッドパターンを形成することを特徴としている。
【００１３】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、平均印字率が基準値Ｐ０以上の場合、前記トナー吐出パターンとしてドットパターンを形成することを特徴としている。
【００１４】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記制御手段は、平均印字率が基準値Ｐ０以上であり、且つ所定の印刷枚数中に印字率Ｐ２（＜Ｐ０）以上の画像出力を行っていない場合、前記トナー吐出パターンとしてドットパターンを形成することを特徴としている。
【００１５】
また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記ドットパターンは、１ドット若しくは一辺が２ドット以上６ドット以下のドット群が１ドット以上の間隔を隔ててマトリクス状に配置されて成り、且つ印字率が１０％未満であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の構成によれば、レーザ露光量の増大によってトナー吐出パターンの形成時に優先的に消費されるトナーの粒径変化が顕著になるという性質を利用して、リフレッシュ工程の実行により現像装置内のトナー粒度分布のバラツキを効果的に抑制可能となる。また、リフレッシュ工程の継続時間やトナー消費量も低減することができる。
【００１７】
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、所定の印刷枚数毎に算出された印刷画像の平均印字率に基づいてトナー吐出パターンを決定する制御手段を設けることにより、平均印字率から現像装置内のトナー粒度分布変動を予測して適切なトナー吐出パターンを自動的に決定することができる。
【００１８】
また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の画像形成装置において、平均印字率が基準値Ｐ０未満の場合、トナー吐出パターンとしてソリッドパターンを形成することにより、低印字率の画像が連続出力され過帯電の小径トナーの割合が多くなったときはソリッドパターンを形成して小径トナーを優先的に排出することができる。
【００１９】
また、本発明の第４の構成によれば、上記第２の構成の画像形成装置において、平均印字率が基準値Ｐ０未満であり、且つ所定の印刷枚数中に印字率Ｐ１（＞Ｐ０）以上の画像出力を行っていない場合、トナー吐出パターンとしてソリッドパターンを形成することにより、平均印字率が低いときは過帯電の小径トナーを優先的に排出するとともに、突発的に高印字率の出力があったときは無駄なリフレッシュの実行を排除してユーザの待ち時間を極力短くし、トナー消費量も節約することができる。
【００２０】
また、本発明の第５の構成によれば、上記第２乃至第４のいずれかの構成の画像形成装置において、平均印字率が基準値Ｐ０以上の場合、トナー吐出パターンとしてドットパターンを形成することにより、高印字率の画像が連続出力され低帯電の大径トナーの割合が多くなったときはドットパターンを形成して大径トナーを優先的に排出することができる。
【００２１】
また、本発明の第６の構成によれば、上記第２乃至第４のいずれかの構成の画像形成装置において、平均印字率が基準値Ｐ０以上であり、且つ所定の印刷枚数中に印字率Ｐ２（＜Ｐ０）以上の画像出力を行っていない場合、トナー吐出パターンとしてドットパターンを形成することにより、平均印字率が高いときは低帯電の大径トナーを優先的に排出するとともに、突発的に低印字率の出力があったときは無駄なリフレッシュの実行を排除してユーザの待ち時間を極力短くし、トナー消費量も節約することができる。
【００２２】
また、本発明の第７の構成によれば、上記第５又は第６の構成の画像形成装置において、１ドット若しくは一辺が２ドット以上６ドット以下のドット群が１ドット以上の間隔を隔ててマトリクス状に配置され、且つ印字率が１０％未満のドットパターンを形成することにより、低帯電の大径トナーを像担持体側へ効率良く飛翔させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の現像装置を備えたロータリー現像式のカラー画像形成装置の概略構成図である。画像形成装置（ここではカラープリンタ）１００では、コピー動作を行う場合、装置本体内において、図中の反時計回りに回転する感光体ドラム１が帯電ユニット２により一様に帯電される。そして、パーソナルコンピュータ等から画像入力部（図示せず）に入力された原稿画像データに基づいて露光装置３から感光体ドラム１上にレーザビームが照射され、感光体ドラム１上に静電潜像が形成される。
【００２４】
感光体ドラム１は、例えばアルミドラムに感光層が積層されたものであり、帯電ユニット２により表面を帯電させるようになっている。そして、露光装置３からのレーザビームを受けた表面に帯電を減衰させた静電潜像を形成する。感光層を形成する感光材料としては、アモルファスシリコン感光体や有機感光体（ＯＰＣ感光体）が用いられる。感光層として正ＯＰＣを用いた場合、オゾン等の発生が少なく帯電が安定しており、特に単層構造の正ＯＰＣは長期間使用して膜厚が変化した場合においても感光特性に変化が少なく、画質も安定するため長寿命のシステムには好適に用いられる。
【００２５】
トナーを感光体ドラム１上に供給するロータリー式の現像ユニット４は、現像装置とトナー容器が一体化されたカートリッジ式のイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色の現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを備えており、現像装置４ａ〜４ｄを感光体ドラム１に対向する位置に順次回転移動させることにより、感光体ドラム１上の静電潜像にトナーが付着されて各色のトナー像が形成される。現像カートリッジ４ａ〜４ｄへのトナー補給（トナーインストール）はトナーカートリッジ５から補給パイプ５ａを介して行われる。
【００２６】
トナー像が転写される中間転写ベルト６は、中間転写ローラ７ａ、７ｂ、ベルト駆動ローラ９及び従動ローラ１０に掛け渡され、感光体ドラム１に当接しながら図示しない駆動手段により図中の時計回りに回転する。中間転写ベルト６には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。
【００２７】
ユーザにより画像形成開始が入力されると、所定のタイミングにより感光体ドラム１上にイエローのトナー像の形成を行う。そして、負極性の転写バイアス（正帯電トナーを用いる場合）が印加された中間転写ローラ７ａ、７ｂにより感光体ドラム１上のイエローのトナー像が中間転写ベルト６上に転写される（一次転写）。その後、感光体ドラム１の表面に残留したトナーがクリーニングローラ８ａ及びクリーニングブレード８ｂにより除去され、現像ユニット４は所定量（ここでは９０°）回転して、上記と同様に今度はマゼンタのトナー像が感光体ドラム１上に形成され、中間転写ベルト６上に転写される。
【００２８】
以下、上述と同様の方法により、感光体ドラム１からシアン及びブラックのトナー像が中間転写ベルト６上に転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。中間転写ベルト６にはベルト駆動ローラ９と対向する位置に転写ローラ１４が圧接されており、転写ローラ１４の下流側には中間転写ベルト６表面の残留トナーを除去するベルトクリーニングブレード１５が配置されている。
【００２９】
上記のようにトナー像が形成された中間転写ベルト６に向けて、用紙Ｐが給紙機構１１から給紙ローラ１２及びレジストローラ対１３を経由して搬送され、中間転写ベルト６の表面に順次形成されたフルカラーのトナー像が、負極性の転写バイアスが印加された転写ローラ１４により用紙Ｐに一度に転写される（二次転写）。そして、トナー像が転写された用紙は定着装置１６に搬送されてトナー像が定着される。定着装置１６を通過した用紙Ｐは、用紙搬送路１７及び排出ローラ対１８を介して排出トレイ１９に排出される。
【００３０】
図２は、本発明の現像装置の側面断面図である。なお、以下の説明では、図１の感光体ドラム１と相対する現像装置４ａの構成及び動作について説明するが、現像装置４ｂ〜４ｄの構成及び動作についても基本的に同様であるので説明は省略する。
【００３１】
図２に示すように、現像装置４ａは、樹脂製の現像容器２０内に、トナーが収納されるトナー攪拌部２１と、トナー攪拌部２１からトナーが供給されるトナー供給部２２とが設けられており、トナー攪拌部２１及びトナー供給部２２は境界壁２３によって仕切られている。境界壁２３には第１開口部２８及び第２開口部２９が形成され、第２開口部２９は第１開口部２８よりも図中上側に位置付けられている。
【００３２】
トナー攪拌部２１内には、回転軸にＰＥＴフィルムなどの攪拌羽根を貼り付けた撹拌パドル２４が図２において反時計回りに回転可能に軸支されている。トナー供給部２２内には、潜像を担持する感光体ドラム１（図１参照）と対面し、その潜像を現像するための現像ローラ２５、現像ローラ２５にトナーを供給するための供給ローラ２６、現像ローラ２５上のトナー層厚を規制すると共にトナーを帯電させる金属製の規制部材２７等が設けられている。
【００３３】
現像ローラ２５上のトナー層は規制部材（例えば、厚さ０．０８ｍｍのＳＵＳ箔で、規制圧＝２５Ｎ／ｍに設定される）２７によって層厚規制されるとともに摩擦帯電されて、感光体ドラム１上の静電潜像の現像に用いられる。規制部材２７と反対側の現像ローラ２５と現像容器２０との隙間にはシール部材３０（例えば、導電性の高分子量ＰＥフィルムを用いて、均一に現像ローラ２５に接触するようにウレタンスポンジでバックアップされている）が配設され、このシール部材３０によってトナー漏れを防止している。
【００３４】
さらに、現像ローラ２５及び供給ローラ２６は、図２において時計回りに回転するため、第２開口部２９は第１開口部２８よりも供給ローラ２６の回転方向下流側に形成され、第２開口部２９は供給ローラ２６の上端よりも上側に位置している。そして、第１開口部２８は攪拌パドル２４の回転軸よりも下側に位置付けられている。
【００３５】
現像装置４ａによる現像プロセスについて説明すると、トナー攪拌部２１内のトナーは、攪拌パドル２４の回転により第１開口部２８を通過してトナー供給部２２へ送られる。トナー供給部２２側へ送られたトナーは供給ローラ２６により現像ローラ２５へ運ばれ、規制部材２７で薄層規制されて現像ニップ部へと搬送され、感光体ドラム１上の静電潜像を現像する。現像に用いられず現像ローラ２５上に残ったトナーはシール部材３０を通過後、供給ローラ２６により引き剥がされてトナー供給部２２内に戻される。
【００３６】
供給ローラ２６にて搬送されたトナーのうち、規制部材２７で規制された過剰なトナーは第１開口部２８から供給（充填）される新たなトナーと共にトナー供給部２２内で滞留するが、トナー供給部２２内のトナー量が多くなると余分なトナーが第２開口部２９を通過してトナー供給部２２側からトナー攪拌部２１に戻され、トナー供給部２２の内圧が低減される。
【００３７】
次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図３は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。
【００３８】
制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンタ９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。
【００３９】
ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）には、リフレッシュ工程の実行の要否を判断する印刷枚数及びトナー吐出パターンを決定する際（後述）に用いられる基準印字率の他、トナー吐出パターンの印字長さを計算するための現像ローラ２５及び供給ローラ２６の外周長や感光体ドラム１に対する線速比データ等も格納されている。カウンタ９５は、印刷枚数を積算してカウントする。なお、カウンタ９５を別途設けなくても、例えばＲＡＭ９３でその回数を記憶するようにしてもよい。
【００４０】
また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、感光体ドラム１、露光装置３、現像ユニット４（現像装置４ａ〜４ｄ）、給紙機構１１、定着装置１６、画像入力部４０、操作部５０等が挙げられる。
【００４１】
画像入力部４０は、画像形成装置１００が図１に示すようなプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部であり、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送信される。
【００４２】
操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２、テンキー５３が設けられており、ユーザは操作部５０を操作して指示を入力することで、画像形成装置１００の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。液晶表示部５１は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したり、タッチパネルとして、両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行えるようになっている。テンキー５３は、印刷部数の設定や、画像形成装置１００がＦＡＸ機能も有する場合に相手方のＦＡＸ番号を入力等するためのものである。
【００４３】
その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。
【００４４】
本発明の画像形成装置は、記録媒体への非転写時、例えば、画像形成装置を電源オフ状態やスリープ（省電力）モードからコピー開始状態まで立ち上げる際、或いは所定枚数の印刷が行われた時に、現像装置４ａ〜４ｄ内の現像ローラ２５上のトナーを感光体ドラム１側に吐出するリフレッシュ工程を実行可能に構成されている。
【００４５】
実際のトナー吐出パターンを図４に示す。トナー吐出パターンＴは、所定のトナー吐出幅Ｈと、トナー吐出長（ドラム周方向の印字長さ）Ｌとを２辺とする矩形状である。なお、ドラム表面への用紙の付着を防止する分離爪（図示せず）が感光体ドラム１の長手方向の複数箇所に設けられている場合、分離爪にトナーが付着しないように、トナー吐出パターンＴの分離爪に対峙する部分に白抜き部が設けられる。また、トナー吐出幅Ｈは現像ローラ２５（図２参照）の現像領域の幅と略等しく設定されている。
【００４６】
ところで、低印字率の画像を連続して印刷した場合は現像装置内に小径トナーの割合が多くなり、高印字率の画像を連続して印刷した場合は大径トナーの割合が多くなることが知られている。これは、大径トナーは小径トナーに比べて粒子１個当たりの帯電量が大きいものの、単位重量当たりの帯電量は小径トナーに比べて小さいため、現像ローラへの静電付着力は小径トナーよりも大径トナーの方が弱くなる。従って、低印字率の画像では現像ローラへの付着力の弱い大径トナーが優先的に現像され、高印字率の画像を形成するほど現像される小径トナーの割合が多くなるためである。
【００４７】
従来のリフレッシュ工程においては、所定時間（所定枚数）毎に印字率を算出し、基準印字率と比較することによりリフレッシュ工程の継続時間、即ちトナー吐出パターンＴの印字長さＬが決定されていたが、吐出されるトナーの粒径については考慮されていなかった。
【００４８】
本発明では、リフレッシュ工程実行時にレーザの露光量を上げるとともに、感光体ドラム上にソリッドパターンを現像することで、現像器中の小径の残トナーを選択的に強制消費でき、逆に印字率の低いドットパターンを現像することで、大径の残トナーを選択的に強制消費できることがわかった。
【００４９】
図５及び図６は、露光装置３のレーザ露光量を通常の画像形成時の０．２２ｍＷに設定し、印字率６％のドットパターン（１ドットで印字）を形成した場合とソリッドパターンを形成した場合におけるトナー像中のトナー粒度分布及び分布中心粒径を現像装置内のトナー粒度分布及び分布中心粒径と比較したグラフである。トナー粒度分布は、粒度分布測定装置（ベックマン・コールター社製マルチサイザーIII、アパチャー径１００μｍ）を用いて測定した。
【００５０】
図５から明らかなように、通常の画像形成時の露光量ではドットパターン（図５に破線で表示）とソリッドパターン（図５に実線で表示）とでトナー像中のトナー粒度分布は若干異なるものの、現像装置内のトナー粒度分布（図５に太線で表示）に比べて大きな変化は見られなかった。また、図６から明らかなように、分布中心粒径も現像装置内のトナーが６．１６μｍであるのに対し、ドットパターンでは６．３９μｍ、ソリッドパターンでは６．０２μｍと約±０．２μｍの範囲に収まっていた。
【００５１】
図７及び図８は、露光装置３のレーザ露光量を０．７ｍＷに設定したときのトナー粒度分布及び分布中心粒径を現像装置内のトナー粒度分布及び分布中心粒径と比較したグラフである。図７、８より、露光量を増大させた場合、ソリッドパターン（図７に実線で表示）ではトナー像中のトナー粒度分布が小径方向（図７の左方向）にシフトし、分布中心粒径も５．９２μｍと現像装置内のトナーに比べ約０．３μｍ小さくなった。一方、ドットパターン（図７に破線で表示）ではトナー像中のトナー粒度分布が大径方向（図７の右方向）にシフトし、分布中心粒径も６．６６μｍと現像装置内のトナーに比べ約０．５μｍ大きくなった。
【００５２】
この理由としては、以下のようなことが考えられる。つまり、レーザ露光量を増大させると感光体ドラム上に形成される静電潜像が深くなり（即ち、静電潜像とそれ以外の部分との電位差が大きくなり）許容電荷量が増加する。この状態で低印字率パターン（ドットパターン）を形成すると、現像ローラへの付着量の弱い平均粒子径よりも大径のトナーがより優先的に現像される。一方、高印字率パターン（ソリッドパターン）を形成すると、許容電荷量の増加により大径のトナーが現像された後の残存電荷も増加しており、その分だけ小径のトナーの消費量も増加する。
【００５３】
そこで、この性質を利用して現像装置内のトナー粒度分布のバラツキを効果的に抑制可能となる。即ち、低印字率の画像を連続して形成した後は、現像装置内に過帯電の小径トナーの割合が増加しているため、リフレッシュ工程の実行時に露光量を増大するとともに、トナー吐出パターンＴをソリッドパターンとすることにより、小径トナーを優先的に排出することができる。逆に、高印字率の画像を連続して形成した後は、現像装置内に低帯電量の大径トナーの割合が増加しているため、リフレッシュ工程の実行時に露光量を増大するとともに、トナー吐出パターンＴをドットパターンとすることにより、大径トナーを優先的に排出することができる。また、所望の粒径のトナーが優先的に排出されるため、リフレッシュ工程におけるトナー排出量（リフレッシュ継続時間）も抑制することができる。従って、ユーザの待ち時間も短縮できるとともに画像形成装置のランニングコストも低減される。
【００５４】
なお、ドットパターンを構成する各ドットが大きすぎたり、ドット間の間隔が狭すぎたりする場合、或いは印字率が高すぎる場合は、ソリッドパターンに近くなって大径トナーを優先的に排出できなくなる。そのため、ドットパターンとしては、図９（ａ）〜（ｃ）に示すような、１ドット若しくは一辺が２ドット以上６ドット以下のドット群が、１ドット以上の間隔でマトリクス状に配置されたもので、印字率が１０％未満のパターンが好ましい。
【００５５】
図１０は、本発明の画像形成装置において実行されるリフレッシュ工程の第１の制御例を示すフローチャートである。図１〜図４を参照しながら、図１０のステップに従いリフレッシュ工程の実行手順について説明する。なお、ここでは現像装置４ａ〜４ｄの１つについてリフレッシュ工程が実行される手順を説明するが、他の３つの現像装置についても同様の手順で実行される。
【００５６】
先ず、ユーザによる操作パネル５０或いはパソコン等の操作により画像形成処理が開始されると、カウンタ９５により印刷枚数ｎがカウントされる（ステップＳ１）。制御部９０は、一時記憶部９４内のデジタル信号に基づいて画像毎の印字率ｂｎを算出し、さらに印字率ｂｎを積算した積算印字率Σｂｎを算出する。次に、印刷枚数ｎが所定枚数Ａに到達したか否かが判断される（ステップＳ２）。ｎ＝Ａである場合は、制御部９０においてΣｂｎ／Ａにより平均印字率Ｂを算出する（ステップＳ３）。また、露光装置３のレーザ露光量を増大する（ステップＳ４）。
【００５７】
次に、制御部９０は平均印字率Ｂが所定値Ｐ０（ここでは５％）未満であるか否かを判断する（ステップＳ５）。５％未満である場合はトナー吐出パターンＴとしてソリッドパターンを形成し（ステップＳ６）、５％以上である場合はドットパターンを形成する（ステップＳ７）。そして、露光装置３により感光体ドラム１上に形成された所定のトナー吐出パターン上に現像ローラ２５からトナーを排出するリフレッシュ工程を実行する（ステップＳ８）。その後、カウンタ９５のカウント数ｎを０にリセットして（ステップＳ９）再びステップＳ１に戻る。
【００５８】
図１０に示す第１の制御例によれば、リフレッシュ工程が実行されるまでの平均印字率に基づいてソリッドパターン若しくはドットパターンのトナー吐出パターンＴが形成されるため、平均印字率から現像装置内のトナー粒度分布を予測し、それに応じた適切なトナー吐出パターンを自動的に決定してリフレッシュ工程を実行することができる。トナー吐出パターンＴの印字長さＬ（図４参照）は、予め所定の長さに設定しても良いし、平均印字率Ｂに応じて可変するようにしても良い。また、ここでは所定値Ｐ０を５％としたが、画像形成装置や現像装置の仕様や画像形成条件、使用するトナーや温湿度等の環境条件に応じて適宜設定すれば良い。
【００５９】
なお、第１の制御例では平均印字率が５％未満の場合にソリッドパターンを形成し、５％以上の場合にドットパターンを形成してリフレッシュ工程が実行されることとしたが、平均印字率が５％未満の場合にのみソリッドパターンを形成してリフレッシュ工程を実行する制御や、平均印字率が５％以上の場合にのみドットパターンを形成してリフレッシュ工程を実行する制御としても良い。
【００６０】
また、トナー吐出パターンＴの印字長さＬが同じである場合、ソリッドパターンとドットパターンでは排出されるトナー量が異なる。従って、ソリッドパターンとドットパターンとでトナー排出量を等しくするためには、ドットパターンの印字長さＬ（リフレッシュ継続時間）をソリッドパターンに比べて長くする必要がある。
【００６１】
図１１は、本発明の画像形成装置において実行されるリフレッシュ工程の第２の制御例を示すフローチャートである。第２の制御例では、ステップＳ３において算出された平均印字率Ｂが所定値Ｐ０（５％）未満であり（ステップＳ４でＹＥＳ）、且つ所定枚数Ａの印刷中に印字率が所定値Ｐ１（＞Ｐ０、ここでは２５％）以上の出力がなかった場合（ステップＳ５でＮＯ）のみ、レーザ露光量をアップして（ステップＳ６）ソリッドパターンのトナー吐出パターンを形成し（ステップＳ７）、リフレッシュ工程を実行する（ステップＳ８）。
【００６２】
第２の制御例によれば、所定枚数Ａの平均印字率が５％未満であっても、その中に印字率２５％以上の高印字率の出力があったときは小径トナーが消費されるためリフレッシュ工程は実行されない。これにより、平均印字率が低いときは過帯電の小径トナーを排出して画像カブリや濃度低下を効果的に抑制するとともに、突発的に高印字率の出力があったときは無駄なリフレッシュの実行を排除してユーザの待ち時間を極力短くし、トナー消費量も節約することができる。所定値Ｐ１はＰ０と同様に適宜設定すれば良い。
【００６３】
図１２は、本発明の画像形成装置において実行されるリフレッシュ工程の第３の制御例を示すフローチャートである。第３の制御例では、ステップＳ３において算出された平均印字率Ｂが５％未満であり（ステップＳ４でＹＥＳ）、且つ所定枚数Ａの印刷中に印字率が所定値Ｐ１（２５％）以上の出力がなかった場合（ステップＳ５でＮＯ）のみ、レーザ露光量をアップして（ステップＳ６）ソリッドパターンのトナー吐出パターンを形成し（ステップＳ７）、リフレッシュ工程を実行する（ステップＳ８）。
【００６４】
また、平均印字率Ｂが５％以上であり（ステップＳ４でＮＯ）、且つ所定枚数Ａの印刷中に印字率が所定値Ｐ２（＜Ｐ０、ここでは３％）以下の出力がなかった場合（ステップＳ８でＮＯ）のみ、レーザ露光量をアップして（ステップＳ９）ドットパターンのトナー吐出パターンを形成し（ステップＳ１０）、リフレッシュ工程を実行する（ステップＳ１１）。
【００６５】
第３の制御例によれば、所定枚数Ａの平均印字率が５％未満であっても、その中に印字率２５％以上の高印字率の出力があったときは小径トナーが消費され、平均印字率が５％以上であっても印字率３％以下の低印字率の出力があったときは大径トナーが消費されるため、リフレッシュ工程は実行されない。これにより、平均印字率に応じて過帯電の小径トナーや低帯電の大径トナーを優先的に排除して現像装置内のトナー粒度分布バラツキを改善するとともに、無駄なリフレッシュの実行を排除してユーザの待ち時間を極力短くし、トナー消費量も節約することができる。所定値Ｐ２はＰ０、Ｐ１と同様に適宜設定すれば良い。
【００６６】
なお、図１２のステップＳ５或いはステップＳ８のいずれかを削除して、平均印字率が５％未満のとき、若しくは５％以上のときは常にリフレッシュ工程が実行されるような制御としても良い。
【００６７】
その他本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態においては、制御部９０において平均印字率を算出しているが、平均印字率の算出を行う演算部を制御部９０とは別個に設けても良い。また本発明では、一例としてロータリー現像式のカラープリンタについてのみ説明したが、アナログ方式のモノクロ複写機やタンデム式のカラー複写機、アナログ方式のモノクロ複写機等の複写機、或いはファクシミリやレーザプリンタ等、現像ローラと供給ローラを備えた現像装置が搭載された種々の画像形成装置に適用できるのはもちろんである。
【実施例１】
【００６８】
図１に示した本発明の画像形成装置を用いて連続印刷を行った場合の、リフレッシュ工程実行時のレーザ露光量と現像装置内のトナー粒度分布との関係を調査した。試験条件は、ドラム表面電位（明電位）を３５０Ｖ、画像形成時のレーザ露光量を０．２２ｍＷ、現像ローラの周速を感光体ドラムの１．５倍（６００ｍｍ／秒）、供給ローラの周速を９００ｍｍ／秒、感光体ドラムの回転速度を１５０ｍｍ／秒、ドラム−現像ローラ間のギャップを２５０ｍｍ、現像ローラ−供給ローラ間のギャップを３５０μｍとした。
【００６９】
現像ローラには、直流成分Ｖｄｃ１（３００Ｖ）に交流成分Ｖｐｐ１（１．６ｋＶ、周波数２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比７０％）を重畳したバイアスを印加し、供給ローラには、直流成分Ｖｄｃ２（４００Ｖ）にＶｐｐ１と同周期且つ逆位相の交流成分Ｖｐｐ２（２．８ｋＶ、周波数２．７ｋＨｚ、Ｄｕｔｙ比７０％）を重畳したバイアスを印加した。また、トナー平均粒子径６．５μｍ、キャリア平均粒子径３５μｍ、飽和磁化６５ｅｕｍ／ｇの二成分現像剤を用いた。なお、飽和磁化は振動試料型磁力計ＶＳＭ−Ｐ７（東英工業社製）を用いて磁場７９．６ｋＡ／ｍ（１ｋＯｅ）で測定した。
【００７０】
そして、印字率１％のテスト画像を連続印刷し、５０枚印刷毎に平均印字率を算出して非画像形成時にソリッドパターンでトナーを強制排出するリフレッシュ工程を実行した。露光量を０．７ｍＷにアップして３秒間トナーを強制排出した場合を本発明１とし、露光量を０．２２ｍＷのままで３秒間トナーを強制排出した場合を比較例１、１０秒間トナーを強制排出した場合を比較例２として、所定枚数印刷後の現像装置内のトナー粒度分布を初期の粒度分布と比較した。トナー粒度分布は、粒度分布測定装置（ベックマン・コールター社製マルチサイザーIII）を用いてアパチャー径１００μｍ（測定範囲２．６〜６０μｍ）で測定した。結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
2009251263.tif 000003
【００７２】
表１に示すように、露光量０．７ｍＷで３秒間トナー排出を行った本発明１では、１０，０００枚印刷後においても現像装置内のトナー粒度分布は初期の粒度分布に維持されていた。一方、露光量０．２２ｍＷで３秒間トナー排出を行った比較例１では、１，０００枚印刷時点で粒度分布に変動が認められた。また、露光量０．２２ｍＷで１０秒間トナー排出を行った比較例２では、５，０００枚印刷時点まで初期の粒度分布に維持されていたが、６，０００枚印刷時点では変動が認められた。また、強制排出時間を１０秒間としたためトナー消費量も多くなった。
【実施例２】
【００７３】
実施例１の画像形成装置を用い、同様の試験条件で印字率１％のテスト画像を５００枚連続印刷し、５０枚印刷毎に露光量を０．７ｍＷにアップして３秒間ソリッドパターンを形成するリフレッシュ工程を実行した場合を本発明２、リフレッシュ工程を実行しなかった場合を比較例３として、現像装置内のトナーの粒度分布及び分布中心粒径を初期の粒度分布及び分布中心粒径と比較した。結果を図１３及び図１４に示す。
【００７４】
図１３及び図１４から明らかなように、５０枚印刷毎に露光量０．７ｍＷでソリッドパターンを形成した本発明２では、現像装置内のトナー粒度分布（図１３に実線で表示）は初期のトナー粒度分布（図１３に太線で表示）に比べて大きな変化は見られなかった。また、分布中心粒径も６．２６μｍであり、初期粒径の６．１６μｍに対し０．１μｍ上回っただけであった。一方、リフレッシュ工程を実行しなかった比較例３では、現像装置内のトナー粒度分布（図１３に破線で表示）は初期のトナー粒度分布に比べて小径方向にシフトした。また、分布中心粒径も５．９μｍとなり、初期粒径の６．１６μｍに対し０．２６μｍ小さくなった。
【実施例３】
【００７５】
実施例１の画像形成装置を用い、同様の試験条件で印字率１００％（ベタ画像）のテスト画像を５００枚連続印刷し、５０枚印刷毎に露光量を０．７ｍＷにアップして３秒間１ドット（レーザドット径６０μｍ）のドットパターンを形成するリフレッシュ工程を実行した場合を本発明３、リフレッシュ工程を実行しなかった場合を比較例４として、現像装置内のトナーの粒度分布及び分布中心粒径を初期の粒度分布及び分布中心粒径と比較した。結果を図１５及び図１６に示す。
【００７６】
図１５及び図１６から明らかなように、５０枚印刷毎に露光量０．７ｍＷでドットパターンを形成した本発明２では、現像装置内のトナー粒度分布（図１５に実線で表示）は初期のトナー粒度分布（図１５に太線で表示）に比べて大きな変化は見られなかった。また、分布中心粒径も６．３２μｍであり、初期粒径の６．１６μｍに対して０．１６μｍ上回っただけであった。一方、リフレッシュ工程を実行しなかった比較例４では、現像装置内のトナー粒度分布（図１５に破線で表示）は初期のトナー粒度分布に比べて大径方向にシフトした。また、分布中心粒径も６．５６μｍとなり初期粒径の６．１６μｍに対して０．４μｍ大きくなった。
【００７７】
上記の結果より、露光量を画像形成時よりもアップさせてリフレッシュ工程を実行した場合、画像形成時の露光量でリフレッシュ工程を実行した場合に比べて現像装置内のトナー粒度分布が長期間に亘って安定し、トナー消費量も抑制できることが確認された。また、低印字率の画像を連続して出力した場合はソリッドパターンを形成し、高印字率の画像を連続して出力した場合はドットパターンを形成することにより、現像装置内のトナーの粒度分布のバラツキを効果的に抑制できることが確認された。なお、ここでは示さないが、印字率が所定以上、或いは所定以下の出力が入った場合はリフレッシュ工程を実行しない第２、第３の制御例を用いた場合も同様の結果が得られることが確認されている。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、像担持体にレーザ光を照射して静電潜像を形成する露光装置と、像担持体に対向配置されトナーを担持して像担持体に供給するトナー担持体と該トナー担持体にトナーを供給するトナー供給部材とを有し、露光装置により像担持体表面に形成された静電潜像を現像する現像装置と、を備え、非画像形成時にトナー担持体側から像担持体側へトナーを吐出するリフレッシュ工程を実行可能な画像形成装置において、リフレッシュ工程を実行する際、露光装置のレーザ露光量を画像形成時よりも増大して像担持体上にトナー吐出パターンを形成する。
【００７９】
これにより、リフレッシュ工程の実行により現像装置内のトナー粒度分布のバラツキを抑制して画像カブリや濃度低下等の不具合を防止するとともに、リフレッシュ工程におけるトナー消費量も低減可能な画像形成装置を提供することができる。
【００８０】
また、所定の印刷枚数毎に算出された印刷画像の平均印字率に基づいてトナー吐出パターンを決定する制御手段を設け、平均印字率が低いときはソリッドパターンを形成し、平均印字率が高いときはドットパターンを形成するようにしたので、過帯電の小径トナー或いは低帯電の大径トナーを優先的に排出して現像装置内のトナー粒度分布バランスを適切に維持することができる。
【００８１】
また、平均印字率が低い場合でも途中で高印字率の画像が出力されたとき、或いは平均印字率が高い場合でも途中で低印字率の画像が出力されたときはリフレッシュ工程を実行しないようにすれば、無駄なリフレッシュの実行を排除してユーザの待ち時間を極力短くし、トナー消費量も節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。
【図２】は、本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の断面図である。
【図３】は、本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。
【図４】は、本発明に用いられるトナー吐出パターンの一例を示す図である。
【図５】は、レーザ露光量を０．２２ｍＷに設定し、印字率６％のドットパターン（１ドットで印字）を形成した場合とソリッドパターンを形成した場合におけるトナー像中のトナー粒度分布を現像装置内のトナー粒度分布と比較したグラフである。
【図６】は、レーザ露光量を０．２２ｍＷに設定し、印字率６％のドットパターン（１ドットで印字）を形成した場合とソリッドパターンを形成した場合におけるトナー像中の分布中心粒径を現像装置内の分布中心粒径と比較したグラフである。
【図７】は、レーザ露光量を０．７ｍＷに設定し、印字率６％のドットパターン（１ドットで印字）を形成した場合とソリッドパターンを形成した場合におけるトナー像中のトナー粒度分布を現像装置内のトナー粒度分布と比較したグラフである。
【図８】は、レーザ露光量を０．７ｍＷに設定し、印字率６％のドットパターン（１ドットで印字）を形成した場合とソリッドパターンを形成した場合におけるトナー像中の分布中心粒径を現像装置内の分布中心粒径と比較したグラフである。
【図９】は、ドットパターンの例を示す図である。
【図１０】は、本発明の画像形成装置におけるリフレッシュ工程の第１の制御例を示すフローチャートである。
【図１１】は、本発明の画像形成装置におけるリフレッシュ工程の第２の制御例を示すフローチャートである。
【図１２】は、本発明の画像形成装置におけるリフレッシュ工程の第３の制御例を示すフローチャートである。
【図１３】は、実施例２において、本発明２と比較例３における現像装置内のトナーの粒度分布を初期の粒度分布と比較したグラフである。
【図１４】は、実施例２において、本発明２と比較例３における現像装置内のトナーの分布中心粒径を初期の分布中心粒径と比較したグラフである。
【図１５】は、実施例３において、本発明３と比較例４における現像装置内のトナーの粒度分布を初期の粒度分布と比較したグラフである。
【図１６】は、実施例３において、本発明３と比較例４における現像装置内のトナーの分布中心粒径を初期の分布中心粒径と比較したグラフである。
【符号の説明】
【００８３】
１              感光体ドラム（像担持体）
３              露光装置
４              現像ユニット
４ａ〜４ｄ      現像装置
２５            現像ローラ
２６            供給ローラ
９０            制御部（制御手段）
９１            ＣＰＵ
９２            ＲＯＭ
９３            ＲＡＭ
９４            一時記憶部
９５            カウンタ
１００          画像形成装置
Ｔ              トナー吐出パターン
Ｌ              （トナー吐出パターンの）周方向の印字長さ
【図１】
2009251263.tif 000004
【図３】
2009251263.tif 000005
【図４】
2009251263.tif 000006
【図５】
2009251263.tif 000007
【図６】
2009251263.tif 000008
【図７】
2009251263.tif 000009
【図８】
2009251263.tif 000010
【図９】
2009251263.tif 000011
【図１０】
2009251263.tif 000012
【図１１】
2009251263.tif 000013
【図１２】
2009251263.tif 000014
【図１３】
2009251263.tif 000015
【図１４】
2009251263.tif 000016
【図１５】
2009251263.tif 000017
【図１６】
2009251263.tif 000018
【図２】
2009251263.tif 000019