JP5549569B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、電子写真式複写装置、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ、複合機、印刷装置等の画像形成装置に関する。

現像剤収容部内の現像剤（キャリア、トナー）を撹拌し、トナーを感光体等の像担持体に対向する現像領域（現像ニップ部）に搬送して像担持体上に形成された潜像を現像し現像領域で現像に用いられなかったトナーを現像剤収容部に戻し、現像剤収容部内に必要に応じてトナーを補給する方式の現像装置を有する画像形成装置がある。また、画像面積を記憶する画像面積記憶手段及び画像面積率を演算する演算手段を有する画像形成装置がある。

上記現像装置の一例として、前記像担持体に対向し周囲に複数の磁極が形成された現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、当該現像装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環経路を形成する2本の搬送部材と、前記搬送部材は、前記現像剤担持体に略下方に対向配置され、現像剤を長手方向に搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する第一搬送部材と、前記現像剤担持体に対向し、前記現像剤担持体から離脱した現像剤を搬送する第二搬送部材と、前記第一と第二の搬送部材の両端部に配置され、これら搬送部材間で現像剤を受け渡す連通口を備えるタイプのものがある。

このような、現像剤を一方向に循環させる過程で現像を行う所謂一方向循環現像方式と称される現像方式では搬送部材上下流において現像剤嵩に偏差が生じる。搬送部材上下流において現像剤嵩に偏差が生じると、現像剤嵩偏差により、第一搬送部材側では現像剤担持体上へ汲上が行われない汲上不良が発生しやすく、また第二搬送部材側では現像剤担持体から離脱した現像剤が回収しきれず現像剤担持体に再付着する連れ回り画像が発生しやすくなる。

また、汲み上げ不良や連れ回りは、低画像面積の印刷が連続した場合にとくに発生しやすい。これはトナーの表面に付着している添加剤の埋没や離脱により現像剤の流動性が低下するためである。このような現像剤の状態は劣化と呼ばれ、異常画像の原因となる。
このような問題の対応策に関連すると考えられる技術として以下のものがある。

（１）：低画像面積率の画像を多く出力するなど、トナー消費の少ない状態で現像剤収容部内の現像剤を撹拌すると、地汚れ、画像のボソツキ、濃度変動、補給トナーの地肌汚れ等々、様々な不具合が生じることが知られており、その原因は現像剤攪拌による現像剤劣化、例えばトナー中の添加剤埋め込みによる帯電異常、トナー平均粒径の変化による帯電特性変化等と推定されているとされる。

そして、その対応策として、像担持体上に静電潜像を形成し、該静電潜像を、現像剤を用いる現像装置により現像する画像形成装置において、作像する画像の面積率を検知する画像面積率検知手段と、前記現像装置の現像駆動時間を検知する現像駆動時間検知手段とを備え、現像の単位駆動時間あたりの画像面積率に応じて現像剤を強制消費させることで改善するとされる（例えば、特許文献１参照）。

しかし、特許文献１の技術は、一方向循環現像は搬送部材上下流において現像剤嵩に偏差が生じることによる現像剤の劣化、異常画像について解決策を提供していない。

（２）：２成分現像方式の２軸搬送タイプの現像装置において、現像領域通過後も現像剤担持体に担持される現像剤からトナーのみを回収するトナー回収機構と、現像剤供給路と区画され、トナー回収機構により回収されたトナーを搬送する回収トナー搬送手段を有する回収トナー搬送路とを設け、回収トナー搬送路と現像剤供給路とを回収トナー搬送路の回収トナーの搬送方向末端付近で連通して、未現像のトナーを循環可能に構成することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方式では、劣化トナーを的確に回収できることから現像剤劣化は少ないと考えられるが、現像装置の構成が複雑であり、小型化には適さない。

（３）：感光体を有しかつ感光体の表面にトナー画像を形成するトナー画像形成手段と、感光体表面のトナー画像を転写材に転写し定着させて画像を印刷する転写定着手段と、トナー画像形成手段および転写定着手段を制御する制御装置と備え、制御装置は、現像装置内の二成分現像剤の嵩高さが所定値以上に上昇した際に、現像動作で印加する現像バイアス電圧よりも低い現像バイアス電圧を現像ローラに印加しながら感光体および現像ローラを所定時間動作させることによって、二成分現像剤中のトナーを感光体上に移動させるトナー排出動作と、トナー排出動作が終了した時点で、トナー補給装置から現像装置内へトナーを所定濃度となるまで補給するトナー補給動作とが行われるように、トナー画像形成手段を制御することを特徴とする画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
しかし、この従来技術は、現像ローラから一様にトナーを消費させる方法としては適しているが、トナーを消費させたいところとあまりトナーを消費させたくない箇所がある場合は適さない。

本発明は、上記の問題に鑑み、現像剤が劣化するような条件（例えば、低画像面積の印刷が連続する場合など）においても、現像剤の必要な流動性を確保し、連れ回りや汲み上げ不良による異常画像の発生を防ぎ安定した画像を提供できることを課題とする。

本発明は、前記目的を達成するため、以下の構成とした。
（１）：キャリアとトナーとを有する現像剤を収容し像担持体上に形成される潜像を該現像剤で現像する現像装置と、画像面積を記憶する画像面積記憶手段及び画像面積率を演算する演算手段を有し、
前記現像装置は、前記像担持体に対向し周囲に複数の磁極が形成された現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、
当該現像装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環経路を形成する2本の搬送部材と、
前記搬送部材は、前記現像剤担持体に略下方に対向配置され、現像剤を長手方向に搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する第一搬送部材と、
前記現像剤担持体に対向し、前記現像剤担持体から離脱した現像剤を搬送する第二搬送部材と、
前記第一と第二の搬送部材の両端部に配置され、これら搬送部材間で現像剤を受け渡す連通口とを備える画像形成装置において、
前記画像面積記憶手段に記憶されている画像面積から算出された画像面積率が所定の画像面積率以下になった場合に、前記現像剤担持体長手方向に偏差を持たせたトナーの消費量で、前記現像剤担持体から前記トナーを強制的に消費するトナー強制消費動作を行なうこととした（請求項１）。
本発明に関わる現像装置は、現像装置の搬送経路内で現像剤担持体長手方向に現像剤の嵩の偏差がある。この現像装置を使用する画像形成装置において、低画像面積の画像が連続したような場合などには、現像剤の流動性が低下することで連れ回りや汲み上げ不良による異常画像が発生するが、長手方向の現像剤の量に対して均一にトナー強制消費を実施することで、現像剤を狙いの流動性を維持することができるので汲み上げ不良や連れ回りによる異常画像のない安定した画像を提供することができる。
（２）：（１）記載の画像形成装置において、
前記トナー強制消費動作による現像剤担持体長手方向でのトナーの消費量の偏差は前記
現像装置の搬送経路内長手方向の現像剤量偏差と略同比率とする（請求項２）。
搬送経路内に現像剤量の偏差が生じる特性から、現像剤担持体の長手方向に均一なトナー消費では、搬送経路内の現像剤からトナーを同比率の分量を消費することができない。このため、現像剤搬送経路内で現像剤の状態にムラが発生してしまう。そこで、搬送経路内の長手方向の現像剤量に対して単位現像剤量あたりの同量のトナー強制消費を行うことができ、現像剤担持体の長手方向で偏差のない現像剤の劣化状態を均一にすることができるので、汲み上げ不良や連れ回りによる異常画像のない安定した画像を提供することができる。
（３）：（１）又は（２）に記載の画像形成装置において、前記トナー強制消費動作は、一様に帯電された前記像担持体に書き込み手段で潜像を形成し、現像剤担持体でトナー強制消費量に必要なトナー量を現像させる動作であることとした(請求項３)。
トナー強制消費を、現像剤担持体長手方向に偏差のあるトナー消費となるように感光体に形成された潜像を現像することにより実行することで、現像剤担持体長手方向に応じたトナー消費をすることができるので、汲み上げ不良や連れ回りによる異常画像のない安定した画像を提供することができる。
（４）：（１）乃至（３）の何れか１つに記載の画像形成装置において、前記トナー強制消費動作は、当該画像形成装置の非印刷動作時に行うこととした(請求項４)。
トナー強制消費動作を非印刷中に実施することでトナー消費動作や転写手段等のクリーニング時間により印刷時間が延びることなく、安定した画像を提供することができる。
（５）：（１）乃至（４）の何れか１つに記載の画像形成装置において、前記トナーの形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることとした(請求項５)。
流動性を確保できる現像剤を提供することができ、汲み上げ不良や連れ回りによる異常画像のない安定した画像を提供することができる。
（６）：（１）乃至（５）の何れか１つに記載の画像形成装置において、前記現像装置を複数個具備することができる。
（７）：（１）乃至（６）の何れか１項に記載の画像形成装置において、前記現像装置は、前記像担持体としての感光体、帯電手段及びクリーニング手段により選ばれる少なくとも一つと共に一体に支持されていて、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジの一部として構成することができる(請求項７)。
（８）：（７）記載の画像形成装置において、前記プロセスカートリッジを複数具備することができる（請求項８）。

本発明によれば、現像剤を狙いの流動性を維持することができるので汲み上げ不良や連れ回りによる異常画像のない安定した画像を提供することができる。

画像形成装置としてのプリンタを示す構成図である。 図１に示したプリンタ作像部を示す拡大図である。 現像剤担持体の軸方向から見た現像装置の断面図である。 現像装置を含むプロセスカートリッジの外観斜視図である。 現像装置の斜め上から感光体ドラムに向かって見たときの現像装置の外観斜視図である。 現像装置の断面図である。 感光体ドラム側から現像装置に向って見たときの該現像装置における現像剤の循環経路を示した図である。 感光体ドラム側から現像装置に向って見たときの該現像装置における現像剤の循環経路と、該循環経路に対応させたトナー強制消費用の画像パターンを示した図である。 現像ローラにおける現像剤高さを長手方向で示したグラフである。 トナーの形状係数を説明するための模視的な図である。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

［画像形成装置の構成・動作］
図１〜図７にて、この発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、図１及び図２にて、画像形成装置全体の構成・動作について説明する。図１は画像形成装置としてのプリンタを示す構成図であり、図２はその作像部を示す拡大図である。

図１に示すように、中間転写ユニット１０の中間転写ベルト８に対向するように、各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応した作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫが並設されている。なお、装置本体１００に設置される４つの作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫは、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、図２において、作像部６と感光体ドラム１と１次転写バイアスローラ９とにおける符号のアルファベット（Ｙ、Ｍ、Ｃ、ＢＫ）を省略して図示する。

図２を参照して、作像部６は、像担持体としての感光体ドラム１と、感光体ドラム１の周囲に配設された帯電部４、現像部としての現像装置５、クリーニング部２等で構成されている（図１では現像装置５のみ表示）。感光体ドラム１上で、作像プロセス（帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程）が行われ、感光体ドラム１上に所望のトナー像が形成される。

作像部６を構成する、感光体ドラム１、帯電手段による帯電部４、現像装置５、クリーニング手段によるクリーニング部２は、それぞれ、単独なユニットとして画像形成装置本体１００に対して着脱自在に設置できるように構成される。或いは、作像部６を構成するこれらを一体化して画像形成装置本体１００に対して着脱自在なプロセスカートリッジとして構成することもできる。プロセスカートリッジはまた、感光体ドラム１、帯電部４及びクリーニング部２により選ばれる少なくとも一つと、現像装置５とを一体に支持するものとして構成することもできる。プロセスカートリッジは各色（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）に対応して複数設けられる。作像部６を構成するこれら感光体ドラム１、帯電部４、クリーニング部２、現像装置５はそれぞれが、寿命に達したときに、新品のものに交換される。プロセスカートリッジは、一体化されているので、作像部６のメンテナンスをおこなう際の作業性が向上する。

図２を参照して、感光体ドラム１は、不図示の駆動部によって図２中の時計方向に回転駆動される。そして、帯電部４の位置で、感光体ドラム１の表面が一様に帯電される（帯電工程）。

その後、感光体ドラム１の表面は、不図示の露光部から発せられたレーザ光Ｌの照射位置に達して、この位置での露光走査によって静電潜像が形成される（露光工程）。

その後、感光体ドラム１の表面は、現像装置５の対向位置である現像ニップ部５ａに達して、この位置で静電潜像が現像されて、所望のトナー像が形成される（現像工程）。

その後、感光体ドラム１の表面は、中間転写ベルト８及び第１転写バイアスローラ９（図１では９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９ＢＫ）との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される（１次転写工程）。このとき、感光体ドラム１上には、僅かながら未転写トナーが残存する。

その後、感光体１の転写後の表面は、クリーニング部２との対向位置に達して、潤滑剤塗布ローラ７を通過後、感光体ドラム１上に残存した未転写トナーがクリーニングブレード２ａによって回収される（クリーニング工程）。

最後に、感光体ドラム１の表面は、不図示の除電部との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム１上の残留電位が除去される。こうして、感光体ドラム１上でおこなわれる、一連の作像プロセスが終了する。

なお、上述した作像プロセスは、４つの作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫで、それぞれ行われる。すなわち、図１を参照して、作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫの下方に配設された露光部（図示省略）から、画像情報に基いたレーザ光Ｌが、各作像部６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫの感光体ドラム１上に向けて照射される。詳しくは、露光部は、光源からレーザ光Ｌを発して、そのレーザ光Ｌを回転駆動されたポリゴンミラーで走査しながら、複数の光学素子を介して感光体ドラム１上に照射して潜像を形成する。その後、現像工程を経て上記潜像はトナーにより現像される。各感光体ドラム１上に形成した各色のトナー像は、中間転写ベルト８上に重ねて転写される。こうして、中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。

図１にも示すように、４つの１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９ＢＫは、それぞれ、中間転写ベルト８を感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫとの間に挟み込んで１次転写ニップを形成している。そして、１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９ＢＫに、トナーの極性とは逆極性の転写バイアスが印加される。

中間転写ベルト８は、矢印方向に走行して、各１次転写バイアスローラ９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９ＢＫの１次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１ＢＫ上の各色のトナー像が、中間転写ベルト８上に重ねて１次転写される。

その後、各色のトナー像が重ねて転写された中間転写ベルト８は、２次転写ローラ１９との対向位置に達する。この位置では、２次転写バックアップローラ１２が、２次転写ローラ１９との間に中間転写ベルト８を挟み込んで２次転写ニップ１９Ｎを形成している。そして、中間転写ベルト８上に形成されたカラートナー像は、この２次転写ニップ１９Ｎの位置に搬送された転写紙等の被転写材Ｐ上に転写される。このとき、中間転写ベルト８には、被転写材Ｐに転写されなかった未転写トナーが残存する。中間転写ベルト８上に残存する未転写トナーは、図示せぬクリーニングユニットによって除去されることで初期状態に復帰する。
こうして、中間転写ベルト８上でおこなわれる、一連の転写プロセスが終了する。

ここで、２次転写ニップ１９Ｎの位置に搬送された記録媒体である被転写材Ｐは、装置本体１００の下方に配設された給紙部２６から、給紙ローラ２７やレジストローラ対２８等を経由して搬送されたものである。

詳しくは、給紙部２６には、転写紙等の被転写材Ｐが複数枚重ねて収納されている。給紙ローラ２７が図１中で反時計方向に回転駆動されると、一番上の被転写材Ｐがレジストローラ対２８のローラ間に向けて給送される。

レジストローラ対２８に搬送された被転写材Ｐは、回転駆動を停止したレジストローラ対２８のローラニップの位置で一旦停止する。そして、中間転写ベルト８上のカラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ対２８が回転駆動されて、被転写材Ｐが２次転写ニップ１９Ｎに向けて搬送される。こうして、被転写材Ｐ上に、所望のカラー画像が転写される。

その後、２次転写ニップ１９Ｎの位置でカラー画像が転写された被転写材Ｐは、定着部２０の位置に搬送される。そして、この位置で、定着ローラ及び圧力ローラによる熱と圧力とにより、表面に転写されたカラー画像が被転写材Ｐ上に定着される。

その後、被転写材Ｐは、排紙ローラ対２９のローラ間を経て、装置外へと排出される。排紙ローラ対２９によって装置本体１００外に排出された被転写Ｐは、出力画像として、スタック部３０上に順次スタックされる。こうして、画像形成装置における、一連の画像形成プロセスが完了する。

このような画像形成装置であって、画像面積を記憶する画像面積記憶手段及び面積を演算する演算手段を有しているものに本発明は適用される。

［現像装置の構成・動作］
図３〜図７にて、作像部６における現像装置５の構成・動作について、さらに詳しく説明する。

現像装置５は、感光体ドラム１に対向する現像剤担持体としての現像ローラ５１、現像ローラ５１の下方に設置された現像剤規制部材としてのドクターブレード５２、現像剤収容部５８、５９内に配設された２つの搬送スクリュ５３、５４を有し、現像剤収容部５８、５９内には、キャリアとトナーとからなる２成分の現像剤Ｇ、現像剤Ｇ中のトナー濃度を検知するための、トナー濃度センサ、などが収容されている。

ドクターブレード５２は現像ローラ５１に担持された現像剤の量を規制する部材である。現像剤収容部５８と５９間は回収ガイド（分離板）５７で仕切られ、回収ガイド５７の先端部は現像ローラ５１の外周部を構成して回転する現像スリーブ５１ａと所定間隔をあけて対向している。

図３に示すように、現像ローラ５１は、内部に固設されたマグネットや、該マグネットの周囲を回転する現像スリーブ５１ａ等で構成され、図７に示すように感光体ドラム１に近接対向して配置されている。現像ローラ５１のマグネットには、Ｐ１極〜Ｐ５極の５つの磁極が形成されている。そして、これら５つの磁極が形成されたマグネットの周囲を現像スリーブ５１ａが回転することで、その回転にともない現像剤Ｇが現像スリーブ５１ａ上を移動することになる。なお、図３の現像ローラ５１に付した放射状の線分は、Ｐ１極〜Ｐ５極のそれぞれの磁力がピークになる位置を示すものである。

（代表例の構成）
図３において、現像装置５は回転部として現像ローラ５１とドクターブレード５２、供給用搬送スクリュ５３、回収用搬送スクリュ５４を有する構成である。ポリエステル樹脂を主成分とするトナー（５．８μm）と磁性微粒子であるキャリア（３５μm）を７ｗｔ％に均一混合した現像剤が一定量充填されており、現像ローラ５１の長手方向に沿って並列に配置した供給スクリュ５３と回収スクリュ５４内を６００〜８００ｒｐｍで回転させることによって現像ローラ５１に対する補給後のトナー攪拌と搬送を同時に行い、トナーとキャリアの均一混合と帯電付与を行っている。

均一混合された現像剤は現像ローラ５１に近接して平行に設けられた供給用搬送スクリュ５３より現像ローラ５１に内包されたマグローラ５５のＰ４，Ｐ５磁力によって現像ローラ５１の外周部を構成する現像スリーブ５１ａ外周部の表面に搬送され、該スリーブ５１ａが図中矢印の通り回転することによって感光体1とスリーブによって作られる現像領域である現像ニップ部５１Ｎに運ばれ、図示しない高圧電源による現像電界を形成することによってトナーが感光体ドラム１上の潜像を現像する。現像後の現像剤はスリーブ５１ａの回転に伴って回収ガイド（分離板）５７を介して回収用搬送スクリュ５４に回収されるようになっている。

供給用搬送スクリュ５３、回収用搬送スクリュ５４は、現像装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環経路を構成する。供給用搬送スクリュ５３は現像剤を長手方向に搬送しながら現像ローラ５１に現像剤を供給する。回収用搬送スクリュ５４は現像ローラ５１に対向し、現像ローラ５１から離脱した現像剤を搬送する。

図４は現像装置の正面図および、上方（第５図中の矢印Ａ方向）より投影した平面図（現像容器上壁を取り除いた状態）、さらに、スクリュ搬送部の断面図であり、矢印は現像剤の流れ（スクリュ間および現像ローラから回収スクリュへの流れ）を示すものである。

スクリュ端の領域ａ及びｂでは上段の回収用搬送スクリュ５４と下段の供給用搬送スクリュ５３による攪拌・搬送室が上下に連通した連通口を構成しており、a部では上段から下段へ、ｂ部では下段から上段へ現像剤が受け渡され搬送されるようになっている。連通部におけるスクリュの形状はパドルや逆巻きのスクリュを設けており、搬送方向に対して垂直方向への搬送能力を持たせている。

図６は現像装置中における現像剤の堆積の様子を示す概略図である。図中の白抜きの矢印は現像剤の移動方向を示す。供給用搬送スクリュ５３にて攪拌搬送を行いつつ現像スリーブ５１ａに現像剤供給を行い回収用搬送スクリュ５４にすべて回収する方式を取っているため、現像剤収容部５８において現像剤の堆積状態が破線で示すように斜めになる。図に示すように、供給用搬送スクリュ５３中の現像剤量が矢印で示す搬送方向で下流方向に従って減少する。

供給用搬送スクリュ５３の径、ピッチと回転数から求まる現像剤搬送量能力:Ｗmと現像スリーブ５１上の現像剤搬送量：Wsの関係がWm>Wsとなる場合に現像剤が一様に現像スリーブ５１ａ上に搬送されるようになる。この条件が成立しないと供給用搬送スクリュ５３の下流側において現像剤が不足してしまい現像スリーブ５１ａへの現像剤の供給が不可能となってしまう。

また、同様に図３、図７に矢印Ｇ１で示すように、現像スリーブ５１ａから回収用搬送スクリュ５４へ現像剤を回収するが、嵩が高くなることにより回収されない現像剤が分離板５７と現像スリーブ５１の隙間から供給スクリュ側へ矢印Ｇ２で示すように入り込み、供給用搬送スクリュ５３にて十分に攪拌されることなく再び現像ニップ部５１Ｎへ供給されてしまう。即ち供給用及び回収用搬送スクリュ５３、５４の回転数を現像スリーブ５１上の現像剤搬送量を上回るように設定する必要が有り、必然的にスクリュは高回転に設定になってしまう。

(請求項１の説明)：
本発明にかかる画像形成装置は、画像面積記憶手段と、画像面積記憶手段に記憶されている画像面積から画像面積率を算出する演算手段を有することを前提とする。
図６において、第一の搬送経路Ｔ１内の現像剤の嵩の高さは、連通口Ｕ１側から連通口Ｕ２側にかけて現像剤嵩が増加しており、搬送経路Ｔ１内で現像剤量が偏差をもっている。搬送経路Ｔ１の一端側である連通口Ｕ１側の現像剤の嵩の高さをｈ１、連通口Ｕ２側現像剤の嵩の高さをｈ２とするとｈ１＜ｈ２となっている。

(低画像面積印刷時の不具合の説明)：
本発明の現像装置を画像形成装置（商品名：imagio MP C5000改造機）に搭載し、各画像面積率の画像をそれぞれ印刷し、１０００枚ごとに異常画像の発生状況を確認した。異常画像の確認方法は、１０００枚ごとにＡ３縦の全域にハーフトーンとベタの画像をそれぞれ印刷して行った。異常画像発生状況を表１に示す。表中の“○”は異常画像無し、“×”は連れ回りもしくは汲み上げ不良による異常画像発生を示す。

このように画像面積率が低いほど、異常画像の発生までの印刷枚数が少ない枚数となり、異常画像になるのが早くなる。少なくとも本実施形態においては、画像面積率２％以下の場合に現像剤の劣化の流動性低下による連れ回りや汲み上げ不良による異常画像が発生することから、流動性改善動作が必要となる。また、画像面積率が２％以上の現像剤の状態にすることで異常画像発生を抑制することができるので、低画像面積率の画像が多く印刷される場合においても、画像面積率が２％程度になるように現像剤中の劣化トナーの強制消費を行うことで現像剤の流動性を改善できる。

実施例１：
本発明の現像装置を画像形成装置（商品名：imagio MP C5000改造機）に搭載し、画像面積率：０．５％の連続時に所定の２０枚に一度の間隔でトナー強制消費動作を行った場合（直近の規定枚数の平均画像面積を算出し、その平均画像面積率があらかじめ画像形成装置に設定されているしきい値を下回ると制御上フラグが立ち、トナー強制消費動作を実施すると想定しております。実施例においては、規定枚数を２０枚とし、その２０枚の平均画像面積率を０．５％である場合の例を示しております。）の異常画像の発生状況である。異常画像の確認方法は、１０００枚ごとにＡ３縦の全域にハーフトーンとベタの画像をそれぞれ印刷して行った。

ここでのトナー強制消費動作として、図８に示すように、低画像面積印刷２０枚に1枚、トナー強制消費画像として台形状のベタ画像を印刷した。台形状の画像面積は、現像装置の連通口Ｕ２側（上底）：１４．２８ｃｍ、現像装置の連通口Ｕ１側（下底）：７．１４ｃｍ、長手方向（高さ）：２９．０ｃｍであるので、３１１ｃｍ^２となる。

図８に現像装置とトナー強制消費画像の関係を示す。感光体ドラム１上のトナー付着量を０．５ｍｇ／ｃｍ^２とすると、１５５．５ｍｇのトナーを消費したことになる。トナー強制消費のための画像を台形状にしたことで、現像ローラの長手方向でのトナーの消費量に偏差をもたせることができ、連通口Ｕ２側のほうが多くトナーを消費できる。よって、表２に示すように、低画像面積の印刷が連続する場合には、トナー強制消費を行うことで異常画像の発生を防止することができる。

比較例として画像面積率：０．５％の印刷を連続時に、トナー強制消費がない場合（比較例１）と２０枚に一度の間隔で長手方向にトナー消費量偏差のないトナー強制消費動作を行った場合（比較例２）（このときのトナー強制消費として、通紙方向：１０．７ｃｍ×長手方向：２９．０ｃｍを印刷する）の異常画像の発生状況を表２に示す。表中の“○”は異常画像無し、“×”は連れ回りもしくは汲み上げ不良による異常画像発生を示す。

トナー強制消費がない場合は、２０００枚以降に連れ回りによる濃度ムラ画像が発生した。また、現像剤中のトナーが劣化しているためにベタ部がぼそついた画像となってしまっている。

また、実施例１と同様に２０枚に一度トナー強制消費を行った場合（このときのトナー強制消費として、通紙方向：１０．７ｃｍ×長手方向：２９．０ｃｍを印刷する）もハーフトーン画像に連れ回りによる濃度ムラが５０００枚時発生している。異常画像の発生位置は、画像右側であったので、現像装置では連通口Ｕ２側となり、現像剤量が多い側である。現像剤が多い側では、トナー強制消費不足で劣化トナーが滞留したためと考えられる。よって、本発明の実施形態では、低画像面積連続印刷時のトナー強制消費は現像剤搬送経路内の現像剤量に応じたトナー強制消費量偏差を持たせることがよい。

(請求項２の説明)：
次にトナー強制消費量の偏差量について説明する。画像濃度ムラに対して現像剤中のトナー濃度ムラがないほうが望ましいことから、トナー強制消費する場合、搬送経路内の現像剤から均一にトナーを消費させることが望ましい。よって、現像剤搬送経路内の現像剤量に比例したトナー強制消費量にすることがよい。実施例２で述べるように、トナー強制消費動作による現像ローラ５１の長手方向でのトナー消費量の偏差は、現像装置の搬送経路内長手方向の現像剤量偏差と略同比率するのがよい。

現像装置内の第一の現像剤搬送経路Ｔ１内での位置とその現像剤の嵩の高さを図９に示す。図９において、第一の現像剤搬送経路Ｔ１内の現像剤の嵩は、現像ローラ５１に一定量ずつ汲み上げられているために下流に行くほど現像剤量が減少し、ほぼリニアに減少している。本実施例においては、連通口Ｕ１側の現像剤高さｈ１が６ｍｍ、連通口Ｕ２側の現像剤高さｈ２は１２ｍｍであった。

実施例２：
本発明の現像装置を画像形成装置（商品名：imagio MP C5000改造機）に搭載し、ここで、０．５％の画像面積率の印刷時に２０枚に一度、トナー消費動作として台形状のベタ画像を印刷した。ここでは、画像左側（台形の上底）の長さを変化させた評価を行った。異常画像の確認方法は、１０００枚ごとにＡ３縦の全域がハーフトーンとベタの画像を印刷して行った。

ここでのトナー強制消費動作としては低画像面積印刷２０枚に1枚、トナー強制消費画像として台形状のベタ画像を印刷した。トナー強制消費パターンの台形の画像面積は、現像剤の高さの比と同じになるように上底と下底を２：１となるように現像装置の連通口Ｕ２側（上底）：１４．２８ｃｍ、現像装置の連通口Ｕ１側（下底）：７．１４ｃｍ、長手方向（高さ）：２９．０ｃｍ＝３１１ｃｍ^２とした。

また、比較例として、トナー強制消費の台形面積を現像装置の連通口Ｕ２側（上底）：７．１４ｃｍ、現像装置の連通口Ｕ１側（下底）：７．１４ｃｍ、長手方向（高さ）：２９．０ｃｍ＝２０７ｃｍ^２（比較例３）、台形面積を現像装置の連通口Ｕ２側（上底）：２８．５６ｃｍ、現像装置の連通口Ｕ１側（下底）：７．１４ｃｍ、長手方向（高さ）：２９．０ｃｍ＝５１８ｃｍ^２（比較例４）とした。
このときの異常画像の発生状況を表３に示す。

表３中の“○”は異常画像無し、“×”は連れ回りもしくは汲み上げ不良による異常画像発生を示す。

実施例２は低画像面積の印刷時が連続する場合においても、連れ回りや汲み上げ不良による異常画像は発生しなかった。しかし、比較例３は２０００枚時から連れ回りもしくは汲み上げ不良による異常画像が発生した。また、実施例３も連れ回りや汲み上げ不良による異常画像の発生はなかったが、画像左側のトナー消費量が多すぎるためにトナー濃度の偏差が発生し画像濃度が少し薄くなってしまい、画像内で画像濃度偏差の原因となってしまう。以上の結果から、現像装置５の第一の現像剤搬送経路Ｔ１内の現像剤の嵩に相当する台形の形状が最も異常画像が発生しない。

(請求項３の説明)
トナー強制消費動作は、一様に帯電された感光体ドラム１の感光体上に書込み手段でトナー強制消費パターンの潜像を形成し現像することで行う。感光体ドラム１の感光体上に現像されたトナー像は、転写手段１０のバイアスをOFFし感光体のクリーニング手段２に回収させてもよいし、転写手段１０に転写させ転写手段のクリーニング手段に回収させてもよい。また、感光体ドラム１と転写手段１０の両方でクリーニングさせてもよく、その際、転写手段１０へのバイアスなどを変更し、トナーのクリーニング配分量を変更してもよい。

(請求項４の説明)
トナー強制消費動作は、現像装置から感光体上にトナーを現像することで行うので、感光体、中間転写手段や転写手段にトナーが付着してしまう。特に転写手段にトナーが付着していると転写材の裏側を汚してしまう可能性がある。よって、印刷中にトナー強制消費動作を実施すると感光体や中間転写体や転写手段のクリーニング動作が必要となってしまい、印刷動作自体が長くなってしまう。そこで、画像面積記憶手段に蓄積された平均画像面積率に基づいて、トナー強制消費動作が必要と判断された場合には、トナー強制消費動作を非印刷動作時、例えば、印刷動作終了前に実施することで、印刷動作を延長すること無しでトナー強制消費動作を行うことができる。

(請求項５の説明)

トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。図１０（ａ）は、形状係数ＳＦ-１、図１０（ｂ）は、形状係数ＳＦ-２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ-１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。

ＳＦ-１＝｛（MＸＬＮＧ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）・・・式（１）

ＳＦ-１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ-１の値が大きくなるほど不定形になる。また、形状係数ＳＦ-２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００／４πを乗じた値である。

ＳＦ-２＝｛（ＰＥＲＩ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π）・・・式（２）

ＳＦ-２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ-２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ-８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。

トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数ＳＦ-１、ＳＦ-２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。

１ 感光体ドラム
２ クリーニング部
２ａ クリーニングブレード
４ 帯電部
５ 現像装置
５ａ 現像ニップ部
６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６ＢＫ 作像部
７ 潤滑剤塗布ローラ
８ 中間転写ベルト
９ 第１転写バイアスローラ
１０ 中間転写ユニット
１９ ２次転写ローラ
１９Ｎ ２次転写ニップ
２０ 定着部
２６ 給紙部
２７ 給紙ローラ
２８ レジストローラ対
２９ 排紙ローラ対
３０ スタック部
５１ 現像ローラ
５１ａ 現像スリーブ
５１Ｎ 現像ニップ部
５２ ドクターブレード
５３、５４ 搬送スクリュ
５７ 回収ガイド（分離板）
５５ マグローラ
５８、５９ 現像剤収容部
１００ 装置本体
ａ、ｂ 領域
Ｇ 現像剤
Ｇ１ 矢印
Ｌ レーザ光
Ｐ 被転写材
Ｔ１ 第一の搬送経路
Ｕ１、Ｕ２ 連通口

特開２００３−７６０７９号公報 特開２００９−２３０１１４号公報 特開２００９−２２２９１８号公報

Claims (8)

1. キャリアとトナーとを有する現像剤を収容し像担持体上に形成される潜像を該現像剤で現像する現像装置と、画像面積を記憶する画像面積記憶手段及び画像面積率を演算する演算手段を有し、
   前記現像装置は、前記像担持体に対向し周囲に複数の磁極が形成された現像剤担持体と、前記現像剤担持体に担持された現像剤の量を規制する現像剤規制部材と、
   当該現像装置内に収容された現像剤を長手方向に搬送して循環経路を形成する2本の搬送部材と、
   前記搬送部材は、前記現像剤担持体に対向配置され、現像剤を長手方向に搬送しながら前記現像剤担持体に現像剤を供給する第一搬送部材と、
   前記現像剤担持体に対向し、前記現像剤担持体から離脱した現像剤を搬送する第二搬送部材と、
   前記第一と第二の搬送部材の両端部に配置され、これら搬送部材間で現像剤を受け渡す連通口とを備える画像形成装置において、
   前記画像面積記憶手段に記憶されている画像面積から算出された画像面積率が所定の画像面積率以下になった場合に、前記現像剤担持体長手方向に偏差を持たせたトナーの消費量で、前記現像剤担持体から前記トナーを強制的に消費するトナー強制消費動作を行なうことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記トナー強制消費動作による現像剤担持体長手方向でのトナーの消費量の偏差は前記
   現像装置の搬送経路内長手方向の現像剤量偏差と略同比率とすることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   前記トナー強制消費動作は、一様に帯電された前記像担持体に書き込み手段で潜像を形成し、現像剤担持体でトナー強制消費量に必要なトナー量を現像させる動作であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置において、
   前記トナー強制消費動作は、当該画像形成装置の非印刷動作時に行うことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の画像形成装置において、
   前記トナーの形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、形状係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の画像形成装置において、
   前記現像装置を複数個具備することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の画像形成装置において、
   前記現像装置は、前記像担持体としての感光体、帯電手段及びクリーニング手段により選ばれる少なくとも一つと共に一体に支持されていて、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジの一部として構成されていることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７記載の画像形成装置において、
   前記プロセスカートリッジを複数具備することを特徴とする画像形成装置。

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