JP5444977B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法に関する。

一般に、電子写真方式の画像形成装置では、一定量のトナーを強制的に排出させ、新たなトナーを供給する制御が行われる。これは、トナー像が形成される像担持体（例えば、感光体ドラム等）の表面上にクリーニングブレード等を摺接させて像担持体の表面上に付着したトナーの除去を行なう際、クリーニングブレードの磨耗や感光体の表面上にキズがつくのを防止するために、トナーを潤滑剤として用いているためである。

例えば、現像装置内のトナー濃度が検出され、トナー濃度が適正状態でない場合には、トナーを補給し、トナー濃度が適正状態となった場合には、感光体ドラムにトナーを付着させ、クリーニングブレードを当該感光体ドラムに付着したトナーに摺接させる技術（特許文献１参照）、画像情報に関係ない非画像部にトナー像を形成させることで、ブレードの潤滑剤として作用させる技術（引用文献２参照）が開示されている。

また、感光体とクリーニングブレードの磨耗を防止するために、クリーニングブレードにより除去されるトナー量を検出し、検出したトナー量が少ない場合には、感光体上にトナー像を形成し、当該トナー像をクリーニングブレードにより除去させる技術が開示されている（特許文献３参照）。

特開平２−１１６８８３号公報 特開平２−１４８０８４号公報 特開平７−２８１４９０号公報

更に、近年では、トナーに滑剤を混合して当該滑剤によって像担持体の表面上を潤滑させ、トナーのクリーニング性能の向上、クリーニングブレードの磨耗の低減、像担持体の表面上にキズがつくのを低減させている。

しかしながら、像担持体の表面上において滑剤の付着量が過剰な状態となると、像担持体表面が鏡面化し、像担持体の表面とクリーニングブレードとの接触面積が増大する。そのため、クリーニングブレードが像担持体の移動方向（回転方向）に引き込まれ凝着磨耗し、像担持体と接触しているクリーニングブレードの一部が破損して、クリーニング不良が生じるという問題がある。

本発明の課題は、上記問題に鑑みて、滑剤が像担持体の表面上に過剰に付着することにより生じるクリーニング不良の発生を防止することである。

請求項１に記載の発明は、潜像が形成される像担持体と、滑剤が添加されたトナーが充填されており、当該トナーを前記像担持体に付着させて潜像を現像しトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体に付着したトナーを除去するブレードを有するクリーニング部と、前記現像装置に充填されているトナーの入替量を算出し、前記算出したトナーの入替量が、前記像担持体表面のクリーニング不良が発生する前記像担持体面上の純水接触角度未満となるトナーの入替量となる場合、前記像担持体の非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づく縞状トナー像を形成させ、前記算出したトナーの入替量が、前記ブレードが凝着磨耗を発生する前記像担持体面上の純水接触角度以上となるトナーの入替量となる場合、前記像担持体の非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づく黒ベタのトナー像を形成させる制御部と、を備え、前記滑剤はトナーと逆極性を有することを特徴とする画像形成装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記制御部は、前記算出したトナーの入替量が前記ブレードが凝着磨耗を発生する前記像担持体面上の純水接触角度以上となるトナーの入替量となる場合、トナーの入替量に応じて前記トナー強制排出用のパッチ画像の大きさを設定する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記トナー強制排出用のパッチ画像は、有色画素から構成され、主走査方向に延在する帯状のパッチ画像である。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記制御部は、前記トナー入替量を、前記像担持体の予め設定された駆動時間と、当該駆動時間内に前記像担持体に形成される画素数と、に基づいて算出する。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記制御部は、前記トナー入替量を、前記像担持体の予め設定された駆動時間と、前記現像装置に補給されたトナー量と、に基づいて算出する。

請求項６に記載の発明は、潜像が形成される像担持体と、滑剤が添加されたトナーが充填されており、当該トナーを前記像担持体に付着させて潜像を現像しトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体に付着したトナーを除去するブレードを有するクリーニング部と、を備えた画像形成装置の画像形成方法において、制御手段が、前記現像装置に充填されているトナーの入替量を算出する工程と、前記制御手段が、前記算出したトナーの入替量が、前記像担持体表面のクリーニング不良が発生する前記像担持体面上の純水接触角度未満となるトナーの入替量となる場合、前記像担持体の非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づく縞状トナー像を形成させ、前記算出したトナーの入替量が、前記ブレードが凝着磨耗を発生する前記像担持体面上の純水接触角度以上となるトナーの入替量となる場合、前記像担持体の非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づく黒ベタのトナー像を形成させる工程と、を含み、前記滑剤はトナーと逆極性を有することを特徴とする画像形成方法である。

請求項１、６に記載の発明によれば、像担持体面上に過剰に付着した滑剤を、トナー強制排出用のパッチ画像に基づくトナー像を構成するトナーと共にクリーニング部にて除去でき、滑剤が像担持体面上に過剰に付着することにより生じるクリーニング不良の発生を防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られるのは勿論のこと、像担持体面上の状態に応じてトナー強制排出用のパッチ画像の大きさを設定でき、滑剤を除去するために形成されるトナー像のトナー量の無駄を防止しつつ、像担持体面上の滑剤量の低減を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２と同様の効果を得られるのは勿論のこと、トナー強制排出用のパッチ画像のパッチパターンを、有色画素のみから構成された主走査方向に延在する帯状のパッチ画像とすることで、露光されない部分を無くして無駄に滑剤を付着させず、トナーを多く感光体ドラムに付着させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項と同様の効果を得られるのは勿論のこと、トナー入替量を、像担持体の予め設定された駆動時間と、当該駆動時間内に像担持体に形成される画素数と、に基づいて算出することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１から３のいずれか一項と同様の効果を得られるのは勿論のこと、トナー入替量を、像担持体の予め設定された駆動時間と、現像装置に補給されたトナー量と、に基づいて算出することができる。

画像形成装置の構成図である。 画像形成装置の機能的構成図である。 区間カバレッジに対する感光体ドラム表面の純水接触角度の関係を示すグラフの例である。 トナー強制排出用パッチの例を示す図である。 感光体ドラム表面の滑剤調整処理のメインフローチャートである。 紙間動作テーブルの例を示す図である。 トナー強制排出用パッチ設定処理のフローチャートである。 区間カバレッジとパッチ幅との関係を示すグラフである。 露光積算面積の算出処理のフローチャートである。 トナー補給モータ駆動積算時間の算出処理のフローチャートである。 従来の感光体ドラム表面の滑剤調整処理でのクリーニング不良検証結果を示す図である。 本実施の形態の感光体ドラム表面の滑剤調整処理でのクリーニング不良検証結果を示す図である。

以下、図を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
まず、構成を説明する。
図１に、本実施の形態における画像形成装置の構成を示す。

図１に示す画像形成装置１は、単色のトナーを用いる画像形成装置である。
図１に示すように、画像形成装置１には、画像読取部２、プリント部３等が設けられている。画像読取部２には、原稿自動送り部２１と、読取部２２とが設けられている。プリント部３には、画像形成ユニット３０、転写ユニット４０、クリーニングユニット５０、定着装置６０、給紙ユニット７０、レジストローラ８０、紙端検知センサ９０等が設けられている。

原稿自動送り部２１は、画像形成装置１の本体上部に設けられている。原稿自動送り部２１は、搬送ローラを複数備え、原稿台に設置された原稿を読取部２２の読取面であるスリットガラス２２ｂ上に搬送する。

読取部２２は、光源、レンズ、コンタクトガラス、イメージセンサ２２ａ等が設けられたスキャナを備えて構成され、原稿に照射した光の反射光を結像して光電変換することにより原稿の画像を読み取り、光電変換により画像信号（アナログ信号）を生成する。ここで、画像とは、図形や写真等のイメージデータに限らず、文字や記号等のテキストデータ等も含む意である。

画像信号は、図示しない信号処理部によってデジタル化され、必要に応じて各種信号処理が施されると、一旦メモリに格納される。その後、メモリから画像信号が読み出されて画像形成ユニット３０に出力される。

画像形成ユニット３０は、露光装置３１、現像装置３２、像担持体である感光体ドラム３３、帯電器３４、クリーニング部３５を備えている。

画像形成時には、帯電器３４が感光体ドラム３３に電荷を付加し、予め定められた極性（例えば、負の極性）に帯電した感光体ドラム３３に、露光装置３１が画像データに応じた光を照射して静電潜像を形成する。そして、滑剤が添加されたトナーが充填されている現像装置３２は、一定速度で移動する感光体ドラム３３の表面に、予め定められた極性（例えば、負の極性）に帯電したトナーを付着させて静電潜像を現像し、感光体ドラム３３上にトナー像を形成する。現像装置３２により感光体ドラム３３に形成されたトナー像は、感光体ドラム３３が一定速度で回転されることにより一定速度で転写位置に移動し、当該転写位置で転写される。

現像装置３２の内部には、トナー補給装置３２ａから供給されたトナーが充填されている。トナーは、トナー表面の滑性化を図り、感光体ドラム３３表面に付着したトナーを剥がれやすくしてクリーニング性能を確保するための滑剤が添加されている。この滑剤は、トナーに付着し易いようにトナーとは逆極性（例えば、正の極性）を有しており、現像時にトナーと共に感光体ドラムの表面に移動し、感光体ドラム表面の露光されていない部分（負に帯電している部分）に多く移動する。

トナー補給装置３２ａは、多量のトナーを貯留可能なトナーボトルと、トナーボトルと現像装置３２とを連結する連結部材とを備えている。
トナーボトルは、当該トナーボトルのトナーの流出口が連結部材に着脱自在に装着されている。連結部材は、トナーボトルの流出口と現像装置３２内部とを繋ぐ円筒体と、当該円筒体内部に設けられたスクリュー部材等を備えている。そして、連結部材は、トナーボトルの流出口から流出したトナーをスクリュー部材の回転に応じて現像装置３２内に流入させる。スクリュー部材は、トナー補給モータ（不図示）により駆動される。

また、現像装置３２の内部には、トナー濃度（現像剤に対するトナーの割合）を検出するためのトナー濃度センサ３２ｂが設けられている。トナー濃度センサ３２ｂとしては、例えば、コイルのインダクタンスの変化から透磁率を求めることにより現像剤に対するトナー濃度を測定するＴＣＲ（Toner Carrier Ratio）センサ等を用いることができる。

クリーニング部３５は、クリーニングブレード３５ａやブラシ、ローラ等を備え、感光体ドラム３３の表面に付着しているトナー等を除去する。クリーニングブレード３５ａの端部は、感光体ドラム３３の表面に摺接しており、当該端部にて感光体ドラム３３に付着したトナーを直接的かつ物理的に剥ぎ取って削り落として除去している。

転写ユニット４０は、レジストローラ８０によって搬送された用紙上に、感光体ドラム３３上に形成されたトナー像を転写させた後、用紙を定着装置６０に搬送する。
転写ユニット４０は、複数のローラによって張設され回動する転写ベルト４１等を備えて構成されている。転写ベルト４１は、感光体ドラム３３と当接し、感光体ドラム３３に形成されたトナー像を用紙に転写する転写部として機能する。

なお、本実施の形態では、転写部として転写ベルトを用いて説明するが、これに限らず、転写ローラ等の転写位置で感光体ドラム３３と当接し、副走査方向（用紙搬送方向）に移動可能な部材であればよい。

紙端検知センサ９０により検知された用紙が、レジストローラ８０により感光体ドラム３３と転写ベルト４１との間に搬送されると、転写ベルト４１上の転写位置で感光体ドラム３３上のトナー像が用紙上に転写される。その後、用紙は転写ベルト４１の回転方向（用紙搬送方向）に従って定着装置６０へと搬送される。

クリーニングユニット５０は、転写ベルト４１に付着している残留トナーをブレード５１等によりそぎ落し、除去する。

定着装置６０は、熱源を有する定着ローラ６１と、加圧ローラ６２とを備える。定着ローラ６１と加圧ローラ６２とにより、搬送された用紙に対して加熱及び加圧が行われ、定着処理が施される。定着処理された用紙は画像形成装置１の外部に設けられたトレイ上に排紙される。

給紙ユニット７０は、複数の給紙カセットや手差しトレイ、給紙ローラ等を備える。給紙カセット内には、給紙カセット毎にサイズや紙種毎に予め識別された規格サイズの用紙が収容されている。手差しトレイには、ユーザのニーズに合わせて様々な規格外のサイズの用紙がその都度積載可能となっている。

給紙カセット又は手差しトレイに収容された用紙は、最上部から一枚ずつレジストローラ８０まで搬送され、レジストローラ８０によって転写ユニット４０と感光体ドラム３３間に搬送される。転写ユニット４０と感光体ドラム３３により用紙上にトナー像が転写されるが、その転写位置への用紙の進入タイミングは、レジストローラ８０によって感光体ドラム３３の回転によるトナー像の移動と同期するよう計られる。

紙端検知センサ９０は、レジストローラ８０の下流に設けられた光学的なセンサ等から構成されており、レジストローラ８０を通過した用紙の先端又は後端を検知すると、検知信号を発生し、当該検知信号を後述する制御部に出力する。

図２に、本実施の形態における画像形成装置１の機能的構成図を示す。
図２に示すように、画像形成装置１は、本体制御部１０と、画像読取部２と、プリント部３と、操作表示部４と、プリンタコントローラ５等を備えて構成される。

本体制御部１０は、制御部１１０、不揮発メモリ１２１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２２、画像メモリ１３０、画像処理部１４０等を備え、各部は制御部１１０によって制御されている。

制御部１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成され、不揮発メモリ１２１に格納されているシステムプログラム及び各種アプリケーションプログラム、各種データの中から指定されたプログラムやデータを読み出してＲＡＭ１２２に展開し、ＲＡＭ１２２に展開されたプログラムとの協働で、各種処理を実行し、画像形成装置１の各部を集中制御する。例えば、制御部１１０は、操作表示部４やプリンタコントローラ５を介して接続された外部装置６から入力される指示信号に従って、コピーモード、プリンタモード、スキャナモードを切り替え、複写、プリント、画像データの読取等の制御を行う。

また、制御部１１０は、不揮発メモリ１２１から本実施の形態に係る感光体ドラム表面の滑剤調整処理プログラムや必要な各種データを読み出し、当該プログラム及び各種データとの協働により、感光体ドラム表面の滑剤調整処理を制御する。

本実施の形態における感光体ドラム表面の滑剤調整処理では、現像装置に充填されているトナーの入替量が算出され、当該算出されたトナーの入替量が、予め定められたトナー入替量（第１トナー入替量）以上となる場合、感光体ドラムの非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づくトナー像が形成される。また、算出されたトナーの入替量が、第１トナー入替量よりも少ないトナー入替量（第２トナー入替量）未満の場合、感光体ドラムの非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づくトナー像が形成される。
以下、トナー強制排出用のパッチ画像を、トナー強制排出用パッチとも称す。

第１トナー入替量は、感光体ドラムの表面に摺接するクリーニングブレード３５ａが凝着磨耗を発生する感光体ドラムの表面上の純水接触角度に対するトナー入替量である。
第２トナー入替量は、感光体ドラムの表面の滑剤量が最低限確保された状態の純水接触角度に対するトナー入替量である。

図３に、区間カバレッジに対する感光体ドラム表面の純水接触角度の関係を示すグラフの例を示す。なお、区間カバレッジは、所定時間における感光体ドラムに形成されるトナー像の有色画素の印字率に相当し、現像装置のトナーの入替量と比例関係にある。

図３に示すように、区間カバレッジが３．５［％］未満の場合、感光体ドラム表面の純水接触角度は９５［°］未満となる。この場合には、感光体ドラム表面の滑剤量が低下し、クリーニング不良が発生する。また、区間カバレッジが１０［％］以上の場合、感光体ドラム表面の純水接触角度は９８［°］以上となる。この場合には、区間カバレッジが大きくなるに従って、クリーニングブレード３５ａに損傷が増大し、クリーニング不良が発生する。従って、例えば、区間カバレッジが１０［％］となるトナー入替量を第１トナー入替量と設定し、区間カバレッジが３．５［％］となるトナー入替量を第２トナー入替量と設定できる。

感光体ドラムの画像領域とは、１枚の用紙に転写するトナー像が形成される領域である。従って、感光体ドラムの非画像領域とは、画像領域の相互の間の領域であり、一般には「紙間」と称される。

図４に、トナー強制排出用パッチの例を示す。
図４に示すように、トナー強制排出用パッチＰＴ０は、用紙Ｐ１、Ｐ２に転写する各トナー像の間の非画像領域に形成された、主走査方向Ｘに延在した帯状のトナー像である。このトナー強制排出用パッチＰＴ０の副走査方向（用紙搬送方向）Ｙの長さ（パッチ幅）は可変であり、区間カバレッジに応じて制御部により決定される。
図４に示すトナー強制排出用パッチＰＴ０は、黒色画素のみで構成され、主走査方向に延在する帯状の黒ベタのトナー像（ソリッドパターン）であるが、これに限らない。
区間カバレッジに応じて、複数の黒色画素から構成され副走査方向に延在する帯状の画像（黒帯画像）と、複数の白色画素から構成される副走査方向に延在する帯状の画像（白帯画像）とが、主走査方向に交互に配置された縞状トナー像（縞状パターン）であってもよい。

なお、本実施の形態では、黒色のトナーが充填されたモノクロの画像形成装置を例に挙げて説明するため、黒色画素のみから構成されるソリッドパターン、又は、黒色画素と白色画素とにより構成される縞状パターンを、トナー強制排出用パッチのパッチパターンとして用いて説明する。しかし、トナーを黒色から他の色に換えた場合には、黒色ではない有色画素のみから構成されるソリッドパターン、又は有色画素と白色画素で構成される縞状パターンを、トナー強制排出用パッチのパターンとして用いる。

不揮発メモリ１２１は、画像形成に係る各種処理プログラム及びデータの他、本実施の形態に係る感光体ドラム表面の滑剤調整処理プログラム、当該プログラムを実行するために必要なテーブルやデータ、各種プログラムで処理されたデータ等を記憶する。

ＲＡＭ１２２は、制御部１１０により実行される各種プログラム及びこれらプログラムに係る各種データ等を一時的に記憶するワークエリアを形成する。

画像メモリ１３０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM）等により構成され、画像データを読み書き可能に記憶する。画像メモリ１３０は、制御部１１０からの指示により、画像読取部２又はプリンタコントローラ５から入力された画像データを記憶して保存したり、画像メモリ１３０に記憶されている画像データを読み出して画像処理部１４０に出力したりする。

画像処理部１４０は、画像読取部２、プリンタコントローラ５又は画像メモリ１３０から入力された画像データにスクリーン処理等の各種画像処理を施して制御部１１０又は画像メモリ１３０に出力する。画像処理部１４０は、例えば、画像読取部２から入力されたアナログの画像信号をデジタルの画像データに変換したり、デジタルの画像データを圧縮して画像メモリ１３０に出力したり、圧縮画像データを伸長して出力したりする。

画像読取部２は、図１に示した原稿自動送り部２１、読取部２２、画像読取制御部等から構成される。画像読取制御部は、原稿自動送り部２１、読取部２２等を制御して、原稿面の露光走査を実行させ、光の反射光をイメージセンサ２２ａにより光電変換を行わせて画像を読み取る。読み取られた画像のデータは、画像処理部１４０に出力される。

プリント部３は、図１に示した画像形成ユニット３０、転写ユニット４０、紙端検知センサ９０等のプリント出力に係る各部やプリント制御部を備えて構成される。プリント制御部は、制御部１１０からの指示に従ってプリント部３の各部の動作を制御し、画像処理部１４０から入力された画像データに基づいて画像形成を行わせる。

操作表示部４は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイ、タッチパネル、各種操作キー群、操作表示制御部から構成される。操作表示制御部は、制御部１１０から入力される表示信号に従って、各種設定条件を入力するための各種画面や各種処理結果等をＬＣＤやＥＬディスプレイに表示させる。また、操作表示制御部は、各種操作キー群又はタッチパネルから入力される操作信号を制御部１１０に出力する。

プリンタコントローラ５は、画像形成装置１をネットワークプリンタとして使用する場合に、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークＮに接続されるＰＣ（Personal Computer）等の外部装置６から画像形成装置１に送信されるジョブの管理及び制御を行う
。プリンタコントローラ５は、外部装置６からプリント対象のデータを受信し、当該データをジョブ情報として制御部１１０へ出力する。

次に、本実施の形態の動作を説明する。
図５、７、９、１９に、本実施の形態における感光体ドラム表面の滑剤調整処理に係るフローチャートを示す。図５、７、９、１０に示すフローチャートは、制御部１１０と各部との協働によって実行される処理である。

図５に、感光体ドラム表面の滑剤調整処理のメインフローチャートを示す。
制御部１１０は、紙端検知センサ９０が用紙の後端を検知したか否かを判別する（ステップＳ１）。紙端検知センサ９０が用紙の後端を検知していない場合（ステップＳ１；ＮＯ）、制御部１１０は、ステップＳ１の処理に戻る。

紙端検知センサ９０が用紙の後端を検知した場合（ステップＳ１；ＹＥＳ）、制御部１１０は、リングカウンタをカウントアップする（ステップＳ２）。制御部１１０は、リングカウンタのカウンタ値に応じて紙間動作を決定する（ステップＳ３）。

本実施の形態におけるリングカウンタは、０〜９の値を順次カウントするカウンタである。また、不揮発メモリ１２１には、リングカウンタのカウンタ値（リングカウンタ値）毎に紙間動作が設定された紙間動作テーブルが記憶されている。ステップＳ３では、紙間動作テーブルが参照され、リングカウンタ値に対応する紙間動作が選出され、決定される。

図６に、紙間動作テーブルの例を示す。
図６に示すように、リングカウンタ値毎に、紙間動作が設定されている。本実施の形態における紙間動作としては、例えば、トナー強制排出用パッチ形成動作、画像濃度検出動作、電位測定動作である。図６では、リングカウンタ値が０又は５の場合には画像濃度測定動作、リングカウンタ値が１、３、４、６〜９の場合にはトナー強制排出用パッチ形成動作、リングカウンタ値が２の場合には電位測定動作、が設定されている。

制御部１１０は、ステップＳ３において決定した紙間動作がトナー強制排出パッチ形成動作か否かを判別する（ステップＳ４）。

紙間動作がトナー強制排出パッチ形成動作である場合（ステップＳ４；ＹＥＳ）、制御部１１０は、後述するトナー強制排出用パッチ設定処理により設定されたトナー強制排出用パッチの露光を実行させ、感光体ドラム３３の非画像領域にトナー強制排出用パッチのトナー像を形成させ、クリーニングブレード３５ａにより感光体ドラム３３上に形成されたトナー像を除去させ（ステップＳ５）、本処理を終了する。

紙間動作がトナー強制排出パッチ形成動作でない場合（ステップＳ４；ＮＯ）、制御部１１０は、ステップＳ３において決定した紙間動作が画像濃度測定動作か否かを判別する（ステップＳ６）。

紙間動作が画像濃度測定動作である場合（ステップＳ６；ＹＥＳ）、制御部１１０は、予め設定された画像濃度測定用パッチの露光を実行させ、感光体ドラム３３に画像濃度測定用のトナー像を形成させる（ステップＳ７）。そして、制御部１１０は、濃度検出センサ（不図示）等により感光体ドラム３３上に形成されたトナー像の画像濃度を測定させ（ステップＳ８）、当該測定結果に応じた濃度補正処理等を実行し、本処理を終了する。

紙間動作が画像濃度測定動作でない場合（ステップＳ６；ＮＯ）、制御部１１０は、電位測定センサ等により感光体ドラムの表面上の電位を測定させ（ステップＳ９）、当該測定結果に基づいて帯電器３４による感光体ドラム３３の電位分布を調整し、本処理を終了する。

図７に、トナー強制排出用パッチ設定処理のフローチャートを示す。
図７に示すトナー強制排出用パッチ設定処理は、１［ｓｅｃ］毎に実行されるものとする。

制御部１１０は、感光体ドラム３３を回転駆動させる感光体駆動モータが駆動しているか否か判別する（ステップＳ１１）。即ち、ステップＳ１１では、感光体ドラム３３が回転駆動しているか否かが判別される。

感光体駆動モータが駆動していない場合（ステップＳ１１；ＮＯ）、制御部１１０は、本処理を終了する。

感光体駆動モータが駆動している場合（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、制御部１１０は、感光体ドラム３３の駆動時間を計時する感光体タイムカウンタＡをカウントアップ（Ａ＝Ａ＋１）する（ステップＳ１２）。

制御部１１０は、感光体タイムカウンタＡのカウンタ値が３０の倍数（３０［ｓｅｃ］の倍数）か否かを判別する（ステップＳ１３）。感光体タイムカウンタＡのカウンタ値が３０の倍数でない場合（ステップＳ１３；ＮＯ）、制御部１１０は、本処理を終了する。
なお、本実施の形態では、ステップＳ１３の判断基準を３０の倍数としているが、これに限らない。

感光体タイムカウンタＡのカウンタ値が３０の倍数の場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、制御部１１０は、トナー入替量の算出処理を実行する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４では、制御部１１０は、感光体ドラム３３の予め設定された駆動時間と、当該駆動時間内に感光体ドラム３３に形成される画素数と、に基づいてトナー入替量を算出する。詳しくは、制御部１１０は、感光体ドラム３３が駆動した所定時間（本実施の形態ではステップＳ１３の判断基準である３０［ｓｅｃ］）の間に、露光装置が露光した面積（露光積算面積Ｂ）を、感光体ドラムが回転駆動した際の画像領域の面積Ｄで割った値（区間カバレッジ）を算出し、当該区間カバレッジに対応するトナー入替量を算出する。なお、露光積算面積Ｂの算出については、後述する。

例えば、所定時間（３０［ｓｅｃ］）において、Ａ４サイズの６０枚の用紙に画像形成を行った場合には、画像領域の面積Ｄは、
Ｄ＝（２９．７×２１）×６０＝３７４２２［ｃｍ２］
と算出される。そして、露光積算面積Ｂを画像領域の面積Ｄで割ることにより、所定時間でのカバレッジ（区間カバレッジ）Ｇ［％］が算出される。
黒画素のトナー付着量を１［ｍｇ／ｃｍ２］とし、算出された区間カバレッジが１［％］である場合には、トナー入替量Ｐは、
Ｐ＝Ｄ×（Ｇ／１００）×１＝３７４２２×０．０１×１＝３７４．２２［ｍｇ］
と算出される。
従って、区間カバレッジとトナー入替量とは比例関係となる。

制御部１１０は、上記のトナー入替量の算出処理に替えて、感光体ドラム３３の予め設定された駆動時間と、現像装置３２に補給されたトナー量と、に基づいてトナー入替量を算出してもよい。詳しくは、制御部１１０は、感光体ドラム３３が駆動した所定時間（本実施の形態ではステップＳ１３の判断基準である３０［ｓｅｃ］）の間にトナー補給モータが駆動した時間（トナー補給モータ積算時間Ｃ）から、所定時間内でのトナー補給量を算出し、当該トナー補給量を、所定時間の間に感光体ドラムが回転駆動した際の画像領域の面積Ｄに付着可能なトナー量Ｄｔで割った値（区間カバレッジ）を算出し、当該区間カバレッジに対応するトナー入替量を算出してもよい。なお、トナー補給モータ積算時間Ｃの算出については、後述する。

例えば、所定時間（３０［ｓｅｃ］）において、Ａ４サイズの６０枚の用紙に画像形成を行った場合には、画像領域の面積Ｄは、
Ｄ＝（２９．７×２１）×６０＝３７４２２［ｃｍ２］
と算出される。黒画素のトナー付着量を１［ｍｇ／ｃｍ２］とした場合、画像領域の面積Ｄに付着可能なトナー量Ｄｔは、
Ｄｔ＝３７４２２×１＝３７４２２［ｍｇ］
と算出される。トナー補給モータの駆動により現像装置に補給されるトナー量を３００［ｍｇ／ｓｅｃ］とした場合、所定時間にトナー補給モータの駆動により補給されたトナー補給量Ｅは、
Ｅ＝Ｃ×３００［ｍｇ］
と算出される。そして、トナー補給量Ｅを画像領域の面積に付着可能なトナー量Ｄｔで割ることにより、所定時間でのカバレッジ（区間カバレッジ）Ｇ［％］が算出される。
算出された区間カバレッジＧが１［％］である場合には、トナー入替量Ｐは、
Ｐ＝Ｄ×（Ｇ／１００）×１＝３７４２２×０．０１×１＝３７４．２２［ｍｇ］
と算出される。
従って、区間カバレッジとトナー入替量とは比例関係となる。

制御部１１０は、ステップＳ１４で算出したトナー入替量に対応する区間カバレッジが、第２トナー入替量に対応する区間カバレッジとして予め設定された３．５［％］未満か否かを判別する（ステップＳ１５）。

区間カバレッジが３．５［％］未満である場合（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、制御部１１０は、トナー強制排出用パッチのパッチパターンを縞状パターンに設定する（ステップＳ１６）。パッチパターンを黒帯画像と白帯画像とから構成される縞状パターンに設定することで、白帯画像の部分、即ち、露光されない部分に滑剤が多く流れ込み付着しやすくなり、滑剤を効率的に感光体ドラムに供給することができる。

制御部１１０は、不揮発メモリ１２１に記憶されているパッチ幅テーブルを参照して、算出したトナー入替量に対応する区間カバレッジに応じたトナー強制排出用パッチの副走査方向の長さ（パッチ幅）を設定し、トナー強制排出用パッチの大きさを設定する（ステップＳ１７）。
パッチ幅テーブルには、複数の区間カバレッジに対するパッチ幅が設定されている。

図８に、パッチ幅テーブルに基づいて、区間カバレッジとパッチ幅との関係を示したグラフの例を示す。図８は、横軸に区間カバレッジ［％］、縦軸にパッチ幅［ｍｍ］としたグラフである。

図８に示すように、区間カバレッジが０〜３．５［％］の間は、区間カバレッジが小さくなるに従ってパッチ幅が長く設定されている。これは、図３に示すように、区間カバレッジが０〜３．５［％］の間は、感光体ドラムの表面上の純水接触角度が９５［°］未満であり、区間カバレッジが小さくなるに従って（純水接触角度が小さくなるに従って）滑剤の不足が進む状態となる。そのため、純水接触角度が小さくなるに従ってパッチ幅を長く設定し、トナー強制排出パッチの面積を大きくする。

また、図８に示すように、区間カバレッジが１０〜１６［％］の間は、区間カバレッジが大きくなるに従ってパッチ幅が長く設定されている。区間カバレッジが１６［％］を超えると、パッチ幅が１５［ｍｍ］で一定値に設定されている。これは、図３に示すように、区間カバレッジが１０［％］を超えると、感光体ドラムの表面上の純水接触角度が９８［°］以上となり、また、区間カバレッジが１６［％］を超えると純水接触角度が１００［°］近傍で略一定となり感光体ドラムの表面上での滑剤量が過剰状態となるからである。そのため、区間カバレッジが１６［％］を超えるまでは、区間カバレッジに従ってパッチ幅を長く設定し、１６［％］を超えた場合には、パッチ幅を一定とし、純水接触角度に従ってトナー強制排出パッチの面積を大きくする。

制御部１１０は、ステップＳ１７後、トナー入替量の算出処理で用いた値をクリアし（ステップＳ１８）、本処理を終了する。

区間カバレッジが３．５［％］未満でない場合（ステップＳ１５；ＮＯ）、制御部１１０は、ステップＳ１４で算出したトナー入替量に対応する区間カバレッジが、第１トナー入替量に対応する区間カバレッジとして予め設定された１０［％］以上か否かを判別する（ステップＳ１９）。区間カバレッジが１０［％］以上でない場合（ステップＳ１９；ＮＯ）、制御部１１０は、本処理を終了する。

区間カバレッジが１０［％］以上である場合（ステップＳ１９；ＹＥＳ）、制御部１１０は、トナー強制排出用パッチのパッチパターンをソリッドパターンに設定する（ステップＳ２０）。トナー強制排出用パッチのパッチパターンを黒色画素のみから構成されるソリッドパターンに設定することで、感光体ドラムの表面上に露光されない部分を無くして無駄に滑剤を付着させず、トナーを多く感光体ドラムに付着させることができる。

制御部１１０は、不揮発メモリ１２１に記憶されているパッチ幅テーブルを参照して、算出したトナー入替量に対応する区間カバレッジに応じたトナー強制排出用パッチの副走査方向の長さ（パッチ幅）を設定し、トナー強制排出用パッチの大きさを設定する（ステップＳ２１）。

制御部１１０は、ステップＳ２１後、トナー入替量の算出処理で用いた値をクリアし（ステップＳ２２）、本処理を終了する。ステップＳ１８、Ｓ２２でクリアされる値としては、例えば、露光積算面積Ｂや、トナー補給モータ積算駆動時間Ｃである。

図９に、露光積算面積Ｂの算出処理のフローチャートを示す。
図９に示す処理は、露光装置３１による露光が終了した時点で実行されるものである。

制御部１１０は、露光装置３１による露光が終了すると、露光装置３１により露光された画素数から露光面積Ｂ１を算出する（ステップＳ３１）。
例えば、画像形成装置の書込解像度が１２００［ｄｐｉ］である場合、２２３２００画素が１［ｃｍ２］となる。

制御部１１０は、ステップＳ３１で算出した露光面積Ｂ１を前回の露光終了時までに算出された露光積算面積Ｂに加算し、露光積算面積Ｂを算出し、算出した露光積算面積Ｂを不揮発メモリ１２１に記憶する（ステップＳ３２）。

図１０に、トナー補給モータ駆動積算時間Ｃの算出処理のフローチャートを示す。
図１０に示す処理は、所定時間（例えば、４００［ｍｓｅｃ］）毎に実行されるものである。

制御部１１０は、現像装置３２内のトナー濃度センサ３２ｂから検出されたトナー濃度に基づいて、現像装置３２内に補給すべきトナー量を算出する。そして、制御部１１０は、算出したトナー量を補給するためのトナー補給モータの駆動時間Ｃ１を算出する（ステップＳ４１）。

制御部１１０は、ステップＳ４１で算出したトナー補給モータの駆動時間Ｃ１を前回までにトナー濃度センサの検出値に基づいて算出されたトナー補給モータ積算駆動時間Ｃに加算し、トナー補給モータ積算駆動時間Ｃを算出し、当該算出したトナー補給モータ積算駆動時間Ｃを不揮発メモリ１２１に記憶する（ステップＳ４２）。

図１１に、従来の感光体ドラム表面の滑剤調整処理でのクリーニング不良検証結果を示し、図１２に、本実施の形態の感光体ドラム表面の滑剤調整処理でのクリーニング不良検証結果を示す。従来の感光体ドラム表面の滑剤調整処理は、図７のステップＳ１５がＮＯの場合には、図７の処理が終了するものであり、ステップＳ１９以降の処理が実行されないものである。

図１１、図１２には、Ａ４サイズの高カバレッジ画像（区間カバレッジが３０［％］）
を１０００プリント実行し、その後、Ａ４サイズの低カバレッジ画像（区間カバレッジが１［％］）を１０００プリント実行する処理を繰り返した際の、感光体ドラム表面のクリーニング不良の発生状況の観察結果と、純水接触角度［°］の測定結果を示すものである。

図１１に示すように、従来の感光体ドラム表面の滑剤調整処理では、高カバレッジ画像のプリント実行時には、純水接触角度が９８［°］以上となっている。そのため、高カバレッジ画像のプリントが繰り返されると、クリーニングブレードが凝着磨耗して損傷し、その後の低カバレッジのプリントが実行された際に、トナーを除去できずクリーニング不良が発生した。そして、以後のプリント実行時に、クリーニング不良が発生し続けるという問題が生じた。

図１２に示すように、本実施の形態の感光体ドラム表面の滑剤調整処理では、高カバレッジ画像のプリント実行時には、純水接触角度が９８［°］未満となっている。そのため、高カバレッジ画像のプリントが繰り返されても、クリーニングブレードが凝着磨耗することなく、クリーニングブレードの損傷を防止できる。従って、クリーニング不良は発生しなかった。

以上のように、本実施の形態によれば、トナー入替量に対応する区間カバレッジが、クリーニングブレード３５ａが凝着磨耗を発生する感光体ドラムの表面上の純水接触角度（本実施の形態では９８［°］）以上となるトナー入替量に対応する区間カバレッジ（本実施の形態では１０［％］）となる場合、感光体ドラムの非画像領域にトナー強制排出用パッチに基づくトナー像を形成させることができる。そのため、強制排出用パッチに基づくトナー像を構成するトナーをクリーニングブレードが剥ぎ取って削り落とす際、感光体ドラムの表面上に過剰に付着した滑剤が滑材と逆極性を有する当該トナーと共に除去され、滑剤が感光体ドラムの表面上に過剰に付着することにより生じるクリーニング不良の発生を防止することができる。

更に、トナー入替量に対応する区間カバレッジに応じてトナー強制排出用パッチのパッチ幅を設定することで、トナー強制排出用パッチの大きさを設定することができるため、感光体ドラムの表面上の滑剤の付着状態に応じてトナー強制排出用パッチの大きさを設定でき、滑剤を除去するために形成されるトナー像のトナー量の無駄を防止しつつ、感光体ドラムの表面上の滑剤量の低減を図ることができる。

また、トナー入替量を、感光体ドラムの予め設定された駆動時間（本実施の形態では、３０［ｓｅｃ］）と、当該駆動時間内に感光体ドラムに形成される画素数（露光積算面積Ｂ）又は現像装置に補給されたトナー量と、に基づいて算出することができる。

以上の説明では、本発明に係るプログラムのコンピュータ読み取り可能な媒体として不揮発メモリ１２１を使用した例を開示したが、この例に限定されない。
その他のコンピュータ読み取り可能な媒体として、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、ＣＤ-ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。
また、本発明に係るプログラムのデータを通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ(搬送波)も本発明に適用される。

また、本発明は、上記実施の形態の内容に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 画像形成装置
２ 画像読取部
３ プリント部
４ 操作表示部
５ プリンタコントローラ
６ 外部装置
１０ 本体制御部
２１ 原稿自動送り部
２２ 読取部
２２ａ イメージセンサ
２２ｂ スリットガラス
３０ 画像形成ユニット
３１ 露光装置
３２ 現像装置
３２ａ トナー補給装置
３２ｂ トナー濃度センサ
３３ 感光体ドラム
３４ 帯電器
３５ クリーニング部
３５ａ クリーニングブレード
４０ 転写ユニット
４１ 転写ベルト
５０ クリーニングユニット
５１ ブレード
６０ 定着装置
６１ 定着ローラ
６２ 加圧ローラ
７０ 給紙ユニット
８０ レジストローラ
９０ 紙端検知センサ
１１０ 制御部
１２１ 不揮発メモリ
１２２ ＲＡＭ
１３０ 画像メモリ
１４０ 画像処理部
Ｎ ネットワーク
Ｘ 主走査方向
Ｙ 副走査方向

Claims (6)

1. 潜像が形成される像担持体と、
   滑剤が添加されたトナーが充填されており、当該トナーを前記像担持体に付着させて潜像を現像しトナー像を形成する現像装置と、
   前記像担持体に付着したトナーを除去するブレードを有するクリーニング部と、
   前記現像装置に充填されているトナーの入替量を算出し、前記算出したトナーの入替量が、前記像担持体表面のクリーニング不良が発生する前記像担持体面上の純水接触角度未満となるトナーの入替量となる場合、前記像担持体の非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づく縞状トナー像を形成させ、前記算出したトナーの入替量が、前記ブレードが凝着磨耗を発生する前記像担持体面上の純水接触角度以上となるトナーの入替量となる場合、前記像担持体の非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づく黒ベタのトナー像を形成させる制御部と、
   を備え、
   前記滑剤はトナーと逆極性を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、
   前記算出したトナーの入替量が前記ブレードが凝着磨耗を発生する前記像担持体面上の純水接触角度以上となるトナーの入替量となる場合、トナーの入替量に応じて前記トナー強制排出用のパッチ画像の大きさを設定する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー強制排出用のパッチ画像は、有色画素から構成され、主走査方向に延在する帯状のパッチ画像である、
   請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、
   前記トナー入替量を、前記像担持体の予め設定された駆動時間と、当該駆動時間内に前記像担持体に形成される画素数と、に基づいて算出する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、
   前記トナー入替量を、前記像担持体の予め設定された駆動時間と、前記現像装置に補給されたトナー量と、に基づいて算出する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 潜像が形成される像担持体と、滑剤が添加されたトナーが充填されており、当該トナーを前記像担持体に付着させて潜像を現像しトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体に付着したトナーを除去するブレードを有するクリーニング部と、を備えた画像形成装置の画像形成方法において、
   制御手段が、前記現像装置に充填されているトナーの入替量を算出する工程と、
   前記制御手段が、前記算出したトナーの入替量が、前記像担持体表面のクリーニング不良が発生する前記像担持体面上の純水接触角度未満となるトナーの入替量となる場合、前記像担持体の非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づく縞状トナー像を形成させ、前記算出したトナーの入替量が、前記ブレードが凝着磨耗を発生する前記像担持体面上の純水接触角度以上となるトナーの入替量となる場合、前記像担持体の非画像領域にトナー強制排出用のパッチ画像に基づく黒ベタのトナー像を形成させる工程と、
   を含み、
   前記滑剤はトナーと逆極性を有することを特徴とする画像形成方法。

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