JP2009265220A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤収容体の流通期間や在庫放置期間が長くても、かぶりトナーによる画像不良が発生しにくい画像形成装置を提供する。
【解決手段】トナーカートリッジ１１ａに取り付けられたメモリタグ３０ａからトナーの製造年月日を読み取る。製造年月日が古いトナーほど帯電性能が低下しているので、現像電圧の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを低くして、帯電量の少ないトナーや帯電極性が反転したトナーが現像剤担持体４１から感光ドラム３ａへ飛翔しにくくする。
【選択図】図４

Description

本発明は、現像剤収容体を画像形成装置に装着して未使用トナーを補充可能な画像形成装置、詳しくは、未使用トナーの在庫放置期間に応じて現像に用いる交流電圧を調整する制御に関する。

像担持体、現像装置、クリーニング装置等を一体化したプロセスカートリッジを新品交換して画像形成装置のトナー補給を行うプロセスカートリッジ方式の画像形成装置が実用化されている。また、現像装置に対して着脱可能なトナーカートリッジ又はトナーボトルを交換して画像形成装置にトナー補給するトナーカートリッジ方式の画像形成装置が実用化されている。

そして、これらの現像剤収容体に無線方式でデータ書き込み／読み出しが可能な記憶装置（例えば無線ＩＣタグ）を取り付けて、読み出しデータに応じて画像形成条件を調整する画像形成装置が実用化されている。

特許文献１には、像担持体、現像装置、クリーニング装置等を一体化したプロセスカートリッジにメモリ素子を取り付けた画像形成装置が示される。メモリ素子にはプロセスカートリッジの製造年月日と品質保証日数のデータが記録されている。画像形成装置は、メモリ素子から読み込んだ製造年月日と品質保証日数とに基づいて、品質保証期限までの残り日数を表示する。

特許文献２には、プロセスカートリッジの使用開始後、プロセスカートリッジ内でトナーの帯電性能が低下して、トナーが消費し尽くされる以前に実使用に耐えなくなる可能性が指摘されている。ここでは、プロセスカートリッジに無線ＩＣタグを取り付けて、画像形成ごとのトナーの品質低下の履歴情報を書き込んでおり、起動ごとに無線ＩＣタグから履歴情報を読み込んで、残り寿命と交換時期とを表示している。

特許文献３には、工場出荷時から実際に現像装置に充填されるまでの在庫放置期間が長いと、トナーの帯電性能が次第に低下することが指摘されている。ここでは、ロータリー現像装置を備えた１ドラム型のフルカラー画像形成装置が示され、現像剤供給装置に接続された古いトナーボトルを新しいトナーボトルに交換することによってトナーが補充される。新しいトナーボトルを接続して製造年月日を入力すると、在庫放置時間に応じたトナー像の形成条件（帯電電圧及び現像電圧）が自動設定される。

特開平５−３２３７１６号公報 特開２００５−１７８０５８号公報 特開２００６−２５１３８４号公報

現像剤収容体は、工場出荷時から実際に現像装置に装着されるまでの在庫放置期間が長いと、カブリトナーによる画像不良が発生し易くなることが判明した。

本発明は、現像剤収容体の流通期間や在庫放置期間が長くても、カブリトナーによる画像不良が発生しにくい画像形成装置を提供することを目的としてる。

本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、前記像担持体に対向配置された現像剤担持体に現像剤を担持させて前記静電像をトナー像に現像する現像手段と、前記現像手段に補給用現像剤を供給する供給手段と、交流電圧に直流電圧を重畳した電圧を前記現像剤担持体へ印加する現像電源とを有するものである。そして、前記供給手段に収納されている現像剤の製造日からの経過日数が多くなるに従い、画像形成中に前記現像剤担持体に印加される前記交流電圧のピーク振幅が小さくなるように、前記現像電源を制御する制御手段を備える。

本発明の画像形成装置では、補給用現像剤の製造時期が古いほど、トナーの帯電性能が低下していると見なして、現像電源から現像剤担持体に印加される交流電圧のピーク振幅を低下させる。これにより、帯電性能が低下又は反転した補給用トナーは、現像剤担持体から飛散しにくくなって、像担持体に付着しにくくなる。従って、現像剤収容体の流通期間や在庫放置期間が長くても、カブリトナーによる画像不良が発生しにくい。

例えば、供給手段の現像剤収容体に記録媒体を備え、画像形成装置の本体側に記録媒体の読み取り手段を備え、記録媒体に記録されたデータを読み取り手段で読み取って、現像剤収容体から供給されるトナーの帯電性能を間接的に判別する。記録媒体に補給用現像剤の製造日からの経過日数に関連する情報を記録しておくことにより、補給用現像剤の製造時期を取得してもよい。

以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、製造日からの経過日数が多い補充用トナーほど現像剤担持体に印加される交流電圧が低く設定される限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、記録材搬送ベルトを用いる画像形成装置に限らず、中間転写ベルトに担持されたトナー像を二次転写部で記録材へ転写する中間転写型の画像形成装置でも実施できる。ベルト部材に沿って複数の感光ドラムを配置したタンデム型のみならず、１個の感光ドラムに複数の現像装置を配置した１ドラム型、感光ドラムから記録材へトナー像を直接転写する直接転写型でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置、無線ＩＣタグに関する一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。説明中、特許請求の範囲で用いた構成名に括弧を付して示した参照記号は、発明の理解を助けるための例示であって、実施形態中の該当する部材等に構成を限定する趣旨のものではない。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２は画像形成部の構成の説明図、図３は現像装置の平断面図である。

図１に示すように、第１実施形態の画像形成装置１００は、記録材搬送ベルト２１の直線区間に、４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを複数配置したタンデム型直接転写方式である。

画像形成部Ｐａでは、感光ドラム３ａにイエロートナー像が形成されて、記録材搬送ベルト２１に担持された記録材Ｐに転写される。画像形成部Ｐｂでは、感光ドラム３ｂにマゼンタトナー像が形成されて、記録材Ｐのイエロートナー像に重ねて転写される。画像形成部Ｐｃ、Ｐｄでは、それぞれ感光ドラム３ｃ、３ｄにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に記録材Ｐに順次重ねて転写される。本実施形態では、温度２３度Ｃ、絶対水分量１０．６ｇ／ｍ^３の環境下にて画像形成を行っている。

四色のトナー像を順次重ねて転写された記録材Ｐは、駆動ローラ１４の曲面で記録材搬送ベルト２１から曲率分離して定着装置９へ給送され、加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、排出トレイ２０へ積載される。

分離装置１１は、記録材カセット１０から引き出された記録材Ｐを１枚ずつに分離して、レジストローラ１３へ向かって送り出す。レジストローラ１３は、停止状態で記録材Ｐを受け入れて待機させ、感光ドラム３ａに担持されたトナー像にタイミングを合わせて、記録材Ｐを記録材搬送ベルト２１へ受け渡して画像形成部Ｐａへ給送する。

記録材搬送ベルト２１は、従動ローラ１５、駆動ローラ１４、テンションローラ１６、及び転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに掛け渡して支持され、駆動ローラ１４に駆動されて、矢印Ｒ２方向に回転する。記録材搬送ベルト２１は、エンドレス形状にしたものか、あるいは継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられている。記録材搬送ベルト２１の体積抵抗率は、１０^８．５Ω・ｃｍ（ＪＩＳ−Ｋ６９１１法準拠プローブを使用、印加電圧１００Ｖ、印加時間６０ｓｅｃ、２３度Ｃ５０％ＲＨ）に調整されている。

記録材Ｐは、最初の画像形成部Ｐａにおけるイエロートナー像の転写に伴って帯電されて記録材搬送ベルト２１に静電吸着する。最後の画像形成部Ｐｄにおけるブラックトナー像の転写後、記録材Ｐは、分離帯電器２３によって除電して静電吸着力を減衰させることによって、記録材搬送ベルト２１から曲率分離される。

ベルトクリーニング装置２２は、クリーニングブレードを中間転写ベルト２１に摺擦させて、記録材搬送ベルト２１に付着したかぶりトナーや飛散トナー等を除去する。

＜像担持体、静電像形成手段＞
画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、付設された現像装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部Ｐａについて説明し、他の画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、説明中の符号末尾のａを、ｂ、ｃ、ｄに読み替えて説明されるものとする。

図２に示すように、画像形成部Ｐａは、感光ドラム３ａの周囲に、帯電ローラ２ａ、露光装置６ａ、現像装置１ａ、濃度センサ７ａ、転写ローラ５ａ、クリーニング装置４ａを配置する。

感光ドラム３ａは、外径３０ｍｍのアルミニウム製シリンダの外周面に、帯電特性が負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）を塗布して構成され、中心支軸を中心に１３０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。

帯電ローラ２ａは、感光ドラム３ａに当接して従動回転する。電源Ｄ３は、直流電圧と交流電圧とを重畳した帯電電圧を帯電ローラ２ａに印加して、感光ドラム３ａの表面を一様な負極性の暗部電位ＶＤ（−５００Ｖ）に帯電する。暗部電位ＶＤは、感光ドラム３ａ上の制御用トナー像の濃度を測定する濃度センサ７ａが検出した濃度に応じて、変更される。制御用トナー像の濃度が所定値を下回っている場合には、暗部電位ＶＤの絶対値を上昇させて濃度を高くし、所定値を上回っている場合には暗部電位ＶＤの絶対値を低下させて濃度を低くする。

露光装置６ａは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム３ａの表面に画像の静電像を書き込む。露光された部分の電位は、明部電位ＶＬ（−２００〜−５００Ｖ）となる。

現像装置１ａは、感光ドラム３ａに対向配置されて、磁極位置が固定されたマグネット４０の周囲で矢印Ｒ４方向に回転する現像剤担持体４１に、帯電した二成分現像剤を穂立ち状態で担持させて二成分現像剤の穂先で感光ドラム３ａを摺擦する。

現像電源Ｄａは、負極性の直流電圧Ｖｄｅｖ（−３５０Ｖ）に交流電圧（例えばピーク間電圧値Ｖｐｐ：１８００Ｖ）を重畳した現像電圧を現像剤担持体４１に印加する。これにより、現像剤担持体４１よりも相対的に正極性となった感光ドラム３ａの静電像へトナーが移動して、静電像が反転現像される。現像電源Ｄａは、交流電圧のピーク振幅（ピーク間電圧値Ｖｐｐ）を変更可能である。

ただし、帯電装置２ａの直流電圧と同様、温度湿度条件、感光ドラム３ａの消耗状態、所定枚数の画像形成毎に実施する画像濃度制御の結果によって、直流電圧Ｖｄｅｖは調整される。暗部電位ＶＤ（−５００Ｖ）を変更した際には、直流電圧Ｖｄｅｖ（−３５０Ｖ）も同じだけ変更して、差電圧（１５０Ｖ）が一定に維持される。

転写ローラ５ａは、画像形成部部Ｐａの転写部Ｔａにおいて、感光ドラム３ａに所定の押圧力をもって圧接される。転写ローラ５ａは、記録材搬送ベルト２１の内側面に当接して、記録材搬送ベルト２１の表側面と感光ドラム３ａとの間に、記録材Ｐに対する転写部Ｔａを形成する。

転写ローラ５ａは、芯金と過塩素酸ナトリウム等のイオン導電性物質を混入したゴム、ウレタンなどの高分子エラストマー材料や高分子フォーム材料などの弾性材料により形成され、体積抵抗値は、１×１０^６Ω・ｃｍである。

電源Ｄ１は、一次転写ローラ５ａのローラ軸に正極性の直流電圧を印加して、負極性に帯電して感光ドラム３ａに担持されたトナー像を、転写部Ｔａを通過する記録材Ｐへ移動させる。

クリーニング装置４ａは、クリーニングブレードを感光ドラム３ａに摺擦して、転写部Ｔａを通過して感光ドラム３ａの表面に残留した転写残トナーを除去する。

＜供給手段＞
現像装置１ａには、供給手段又はトナー補給手段としての現像剤収容体の一例であるトナーカートリッジ１１ａが着脱交換して接続されている。トナーカートリッジ１１ａには補給用の未使用現像剤が収納されており、適宜、現像装置に補給可能となっている。また、トナーカートリッジ１１ａは、現像装置１ａに沿って手前側へスライドすることにより現像装置１ａから取り外され、背面側へスライドすることにより現像装置１ａに装着される。

トナーカートリッジ１１ａの底面及び現像装置１ａの天井面には、トナーカートリッジ１１ａと現像装置１ａとの相対移動に伴ってスライドして開閉する不図示のシャッターを備えた開口部が形成されている。現像装置１ａにトナーカートリッジ１１ａを装着した状態では、両方のシャッターが開いて相互の開口が連通しているが、トナーカートリッジ１１ａを引き出すと、両方のシャッターが閉じて補給用現像剤（トナー）の飛散を防止する。

攪拌羽根６４は、トナー容器６１内のトナーを攪拌する。供給スクリュー６２は、停止状態では現像装置１ａへの補給用現像剤（トナー）の落下をせき止めている。供給スクリュー６２の回転に伴って、トナーカートリッジ１１ａ内の未使用トナーが回転数に応じた量で切り取られて、現像装置１ａ内に落下する。

トナーカートリッジ１１ａの背面側にはメモリタグ３０ａが貼付され、メモリタグ３０ａには、メーカー名、品番、対応する画像形成装置の機種、トナーの製造年月日等の固定情報が格納されている。

＜現像手段＞
図３に示すように、現像装置１ａには、イエローの非磁性トナーと磁性キャリアとが所定の混合比で混合された二成分現像剤が所定量充填される。

磁性キャリアは、抵抗が約１０^１３Ω・ｃｍ、体積平均粒径が約４０μｍである。体積平均粒径は、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％メジアン径をもって定義した。

非磁性トナーは、ポリエステルを主体とした樹脂に着色料、荷電制御剤などを分散し、粉砕分級することで、体積平均粒径９μｍ程度の粉体としたものである。製造直後の非磁性トナーの帯電量は、温度２３℃、絶対水分量１０．６ｇ／ｍ^３の環境下では、約−２５μＣ／ｇである（以下、特に注釈などがない場合は、トナーは製造直後のものとする）。

現像剤供給スクリュー４２が貫通して配置される現像剤供給室４５と、現像剤攪拌スクリュー４３が貫通して配置される現像剤攪拌室４６とは、両端部が連通して二成分現像剤の循環経路を構成する。現像剤担持体４１、現像剤供給スクリュー４２、及び現像剤攪拌スクリュー４３は、ギア列４８で一体に連結されて、攪拌モータＭ１によって一定の回転速度で駆動される。

現像剤供給スクリュー４２は、二成分現像剤を現像剤担持体４１に供給する一方、現像剤担持体４１から引き剥がされた二成分現像剤を再び現像剤攪拌室４６に送り込んでいる。また、現像剤攪拌スクリュー４３は、二成分現像剤を現像剤供給室４５に送り出す一方で、現像剤供給室４５から再び送られてきた二成分現像剤に未使用トナーを攪拌混合している。

現像剤攪拌室４６の一端側には、壁面を貫通して周辺が壁面に密着しているＴＤ比検知センサ４７が配置され、二成分現像剤の循環方向におけるＴＤ比検知センサ４７のすぐ下流に未使用トナーの補給開口４４が配置される。

図２に示すように、現像剤供給スクリュー４２及び現像剤攪拌スクリュー４３は、二成分現像剤を攪拌しつつ循環させる過程で、補給開口４４から供給された未使用トナーを二成分現像剤に攪拌混合する。そして、攪拌混合の過程で、非磁性トナーと磁性キャリアとが相互に摩擦し合うことで、非磁性トナーは負極性に帯電し、磁性キャリアは正極性に帯電する。

現像剤供給スクリュー４２によって搬送される二成分現像剤の一部が現像剤担持体４１の円筒面に付着し、現像剤規制部材４９によって層厚規制されることにより単位面積当たりトナー担持量を調整される。

現像剤担持体４１に担持されて感光ドラム３ａとの対向面へ搬送された二成分現像剤は、主に現像電圧の交流電圧によって、非磁性トナーが磁性キャリアから引き剥がされる。負極性に帯電した非磁性トナーは、感光ドラム３ａの表面電位と現像剤担持体４１の表面電位との電位差による電気力を受けて、現像剤担持体４１から感光ドラム３ａへ向かって飛翔する。負極性の電荷を持って飛翔した非磁性トナーは、交流電圧の電界に駆動されて、現像剤担持体４１と感光ドラム３ａとの間を往復運動しながら、現像剤担持体４１と静電像との電位差に従って移動する。静電像の暗部電位Ｖｄのままの部分では、非磁性トナーが現像剤担持体４１に戻り、明部電位ＶＬの部分では、直流電圧Ｖｄｅｖとの電位差に応じた量の非磁性トナーが感光ドラム３ａに付着する。

＜制御手段＞
図４は第１実施形態の画像形成装置における制御の概略を示したブロック図、図５はトナーカートリッジ及びそのメモリタグを利用する過程を示したフローチャートである。

図４に示すように、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄには、それぞれメモリタグ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄが貼付されたトナーカートリッジ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄが着脱可能に接続されている。

通信部５０は、メモリタグ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄと通信し、トナー製造年月日などの情報の入出力を行う。制御部５１は、演算機能を備えたハードウェアとその演算動作を規定するソフトウェアとを備え、通信部５０、時間管理部５２及び記憶部５３からの情報の処理や、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの動作制御を行う。

時間管理部５２は、カレンダー機能を備え、現在の年月日や時刻を出力する。記憶部５３は、半導体メモリやハードディスク等によって構成され、各種データやプログラムを記憶する。

一例として、トナーカートリッジ１１ａに貼付されているメモリタグ３０ａから、トナーの製造後の経過日数に関連する情報として製造年月日等を読み取る方法を説明する。

図４を参照して図５に示すように、トナーカートリッジ１１ａが製造された段階で、メモリタグ３０ａには、製造年月日やその他製造ロットに関する情報が記憶される（Ｓ１１）。その後、トナーカートリッジ１１ａは、密封梱包等がなされて、製品として出荷される（Ｓ１２）。

画像形成装置１００のユーザ、または画像形成装置１００の整備管理者は、新たなトナーカートリッジ１１ａを使用する際に、トナーカートリッジ１１ａの梱包を開封して画像形成装置１００に装着する（Ｓ１３）。

画像形成装置１００の電源がＯＮの場合（Ｓ１４のＹＥＳ）、カートリッジ１１ａを交換する際に必ず開閉動作を行うドアが閉じたことをトリガとして（Ｓ１６）、タグのメモリから画像形成装置の通信部へトナーの製造年月日を出力する（Ｓ１７）。

画像形成装置１００の電源がＯＦＦの場合（Ｓ１４のＮＯ）、電源ＯＮ後の本体立上げをトリガとして（Ｓ１５）、メモリタグ３０ａから画像形成装置１００の通信部５０へトナーの製造年月日を出力する（Ｓ１７）。電源がＯＦＦの場合、その前に新しいトナーカートリッジ１１ａが装着されたか否かには関わらないで製造年月日を取得する。

制御部５１は、通信部５０へ出力されたトナー製造年月日の情報と、時間管理部５２に格納されている現在の年月日の情報とを用いて、トナーの製造後の経過日数を算出する。そして、製造後の経過日数に応じて、画像形成中に印加される現像電圧のＶｐｐオフセット値（後述）を決定して記憶部５３に書き込む。

制御部５１は、現像電圧制御を行う際には、新品トナーを用いて画像形成を行うことを想定して設計された現像電圧のＶｐｐに、上記のＶｐｐオフセット値を加算した制御を行う。

＜トナーの帯電性能＞
図６はトナーの帯電性能の経時変化を表した模式図、図７は経過日数が異なるトナーの帯電量分布の比較図である。図６は、トナー製造からの経過日数と、磁性キャリアとの摺擦によって摩擦帯電されたトナーの帯電量との関係を示している。

図６に示すように、経過日数が０日の新品トナーに対して、経過日数が３０００日を過ぎた古いトナーでは、トナー帯電量が約半分に低下してしまう。具体的には、製造直後に約−２５μＣ／ｇであったトナー帯電量は、３０００日経過後に約−１０μＣ／ｇとなっていた。

ここで、トナーの帯電量の測定について説明すると、磁性キャリアの新品にトナーを混合して所定時間震とうを加えることで、トナー自身の被帯電能力を比較している。

ホソカワミクロン（株）のＥ−ｓｐａｒｔアナライザー（商品名）を用い、トナーを窒素ガスで吹き飛ばして、測定装置の測定部（測定セル）内に、サンプリング孔から導入することでトナー帯電量分布を測定した。トナーを３０００個カウントするまで帯電量を測定して、帯電量分布の平均値を、トナー帯電量とした。その結果、経過日数が０日と３０００日のトナーにおける各々のトナー帯電量分布は図７に示す通りである。

図７に示すように、経過日数が約３０００日のトナーでは、新品のトナーと比較して帯電量の絶対値が低く、また、極性が反転したものが多い。トナーの帯電性能の経時劣化については、具体的なメカニズムはよく分かっていないが、考えられる原因としては、外添剤やトナー自身の酸化による帯電性能劣化が考えられる。また、ワックス内包型のトナーの場合は、トナー粒子表面へ析出したワックス成分への外添剤の沈み込み付着等も考えられる。

このように被帯電能力が低下したトナーを用いて、経時変化が少ない（被帯電能力が高い）トナーを想定して現像装置１ａを制御すると、極性反転した正極性のトナーや帯電が不十分なトナーが現像装置（１ａ：図４）に供給される。図２に示すように、現像剤担持体４１に担持された被帯電能力が低下したトナーが感光ドラム１上の非画像領域に付着して、カブリと呼ばれる画像不良が発生し易くなる。

実際に、経過日数０〜３５００日のトナーを用いた場合に、画像形成時のカブリ濃度を測定すると、表１のようになり、トナーの経過日数が多くなるほど、カブリ濃度が高くなることが確認されている。

ここで、カブリ濃度の測定および評価は、５０％Ｄｕｔｙ画像を３００００枚相当出力した後に行った。カブリ濃度の測定は、非画像形成時の感光ドラム３ａ表面のかぶりトナーを透明なＰＥＴテープでサンプリングし、白紙に張り付けたもの（α）と、同じＰＥＴテープを白紙に張り付けたもの（β）のそれぞれの反射濃度を求め、下記の式により求めた。
かぶり濃度（％）＝（αの反射濃度）−（βの反射濃度）

反射濃度の測定には、ＴＯＫＹＯ ＤＥＮＳＨＯＫＵ ＣＯ．ＬＴＤのＤＥＮＳＩＴＭＥＴＥＲ ＴＣ−ＤＳを用いた。また、表１中、かぶり濃度の評価基準Ａ〜Ｅは次のように定義している。評価結果のＡまたはＢは、問題のないレベルであるが、Ｃ〜Ｅの場合は不良画像と判断される。

カブリ濃度＜０．５ ：カブリ実質上なし Ａ
０．５≦カブリ濃度＜１ ：カブリほとんどなし Ｂ
１≦カブリ濃度＜２ ：カブリ若干ある Ｃ
２≦カブリ濃度＜３ ：カブリある Ｄ
３≦カブリ濃度 ：カブリかなりある Ｅ

＜交流電圧のピーク間電圧の制御＞
図８は経過日数と経時係数との関係の線図、図９は経過日数に応じた交流電圧のピーク間電圧の設定の説明図である。

図２に示すように、直流電圧と重畳して現像剤担持体４１に印加される交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐが大きいほど、現像剤担持体４１に担持された磁性キャリアからトナーが引き剥がされ易くなる。これにより、現像剤担持体４１から感光ドラム３ａへ飛翔するトナーが多くなり、現像濃度が安定的に高く保たれる。

逆に、ピーク間電圧Ｖｐｐが小さいと、トナーを磁性キャリアから引き剥がす力が弱まって、現像剤担持体４１から感光ドラム３ａへ飛翔するトナーが少なくなり、画像濃度が低くなる。また、ピーク間電圧Ｖｐｐが大きいほど、現像効率が高まって、トナー付着のばらつきが減って画像が高品位になる。

しかし、ピーク間電圧Ｖｐｐを大きくし過ぎると、正極性に極性反転したトナーや帯電量が低いトナーが非画像領域に飛翔し易くなるため、かぶりトナーによる画像不良が発生し易くなる。

図４に示すように、画像形成装置１００では、制御部５１が、トナーの製造からの経過日数が多くなるほど、つまり古いトナーほどピーク間電圧Ｖｐｐを低下させる制御を行っている。具体的には、図８に示すように、トナーの製造日からの経過日数ｔに対して、新品トナーの場合は、経時係数ｋ＝０とし、経過日数の増加につれて経時係数ｋを最大ｋ＝１まで変化させる。図８中、横軸は経過日数ｔ、縦軸は経時係数ｋである。
ｋ（ｔ）＝１／３０００×ｔ （０≦ｔ＜３０００）
ｋ（ｔ）＝１ （ｔ≧３０００）

なお、第１実施形態で用いたトナーは、トナー帯電量が、経過日数０日から約３０００日まで徐々に低下し、約３０００日を過ぎるとほぼ安定していたため、上記のように経時係数ｋを設定した。しかし、経時係数ｋは、図８の関係には限定されず、トナーや現像装置の特性に応じて任意に設定すればよい。

制御部５１は、トナーの経過日数ｔにおける交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ（ｔ）を次式により算出して、現像電源Ｄ４より出力させる。
Ｖｐｐ（ｔ）＝Ｖｐｐ（０）＋ｋ（ｔ）×α ・・・（１）

ここで、Ｖｐｐ（０）は、新品トナーを用いたときの交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ、αは、交流電圧のＶｐｐオフセット係数である。具体的には、Ｖｐｐ（０）＝１８００Ｖ、α＝−４００Ｖとしている。

ここでは、Ｖｐｐオフセット係数αの値はすべての画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで共通としているが、画像形成部ごとにそれぞれ設定してもよい。上記（１）式と図８により、経過日数ｔに対応する交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐの設定値の推移は、図９のようになる。

図９に示すように、経過日数ｔ＝１５００日のときのピーク間電圧Ｖｐｐは１６００Ｖ、経過日数ｔ＝３０００日以上のときのピーク間電圧Ｖｐｐは１４００Ｖである。

このように目標転写電流を変更した際の、トナー経過日数に対するカブリの推移を表３に示す。経過日数０〜３５００日のトナーに対して、カブリ濃度が１％を超えることはなく、適正な現像交流バイアスの制御が行われることが判明した。

ところで、上述したように、交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを低下させていくと、トナーを磁性キャリアから引き剥がす力が弱まって、現像剤担持体４１から感光ドラム３ａへ飛翔するトナーが少なくなる。このため、画像濃度が低くなるなどの弊害が発生する可能性があるが、第１実施形態では、経過日数ｔが３０００日以上のトナーを用いて制御を行った場合にも、画像濃度の低下などは見られなかった。

上述したように、画像形成に先立たせて、感光ドラム３ａに制御用トナー像（カラーパッチ）を形成して、濃度センサ７ａを用いた濃度測定結果に応じて、静電像の現像濃度を調整しているからである。ピーク間電圧Ｖｐｐを低く設定して制御用トナー像の濃度が所定値を下回った場合には、暗部電位ＶＤ及び現像電圧の直流電圧を絶対値で上昇させて、より多くのトナーが付着するように静電像を調整して濃度を高めるからである。

従って、以上のように制御することによって、製造からの経過日数が多い古いトナーを用いた場合であっても、経過日数に対応した適正な交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを設定して、かぶりトナーによる画像不良を防止できる。

＜第２実施形態＞
図１０は第２実施形態における画像形成部の構成の説明図である。第２実施形態の画像形成装置は、図１に示す画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを、図２から図１０のように置き換えて構成される。また、図１０に示す画像形成部Ｐａは、現像装置１ａが一成分現像剤を用いる以外は図２に示す画像形成部Ｐａと同様に構成される。従って、図１０中、図２と共通する構成には共通の符号を付して重複する説明を省略する。

図１０に示すように、現像手段の一例である現像装置１ａ（１ｂ、１ｃ、１ｄ）には、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの磁性トナー（一成分現像剤）が所定量充填されている。

現像装置１ａは。マグネット４０の周囲で矢印Ｒ４方向に回転する非磁性金属素管の現像剤担持体４１に磁性トナーを穂立ち状態で担持して、磁性トナーの穂先で感光ドラム３ａを摺擦する。現像剤担持体４１には規制部材４９Ｋが接触して配置され、現像剤担持体４１と規制部材４９Ｋとの接触部を一成分現像剤が通過する際に、現像剤担持体４１及び規制部材４９Ｋとの摩擦によって、磁性トナーが負極性に摩擦帯電される。

一成分現像剤の場合も製造からの経過日数の増加に伴って磁性トナーの帯電量の低下が起こることが判明しているため、経過日数ｔを考慮せずに画像形成を行うと、かぶりトナーに起因する画像不良が発生し易くなる。実際に、現像電圧の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを、新品トナーで画像形成すると想定した１８００Ｖとして、経過日数ｔ＝３０００日の磁性トナーを用いて画像形成したところ、上記の評価基準でＤランクに相当するカブリ画像不良が発生した。

そこで、第２実施形態においても、第１実施形態と同様、図９に示すようにピーク間電圧Ｖｐｐを制御したところ、トナーの製造からの経過日数ｔが０〜３５００日のトナーでカブリ画像不良が発生することなく、安定した画像形成ができた。

＜その他の実施形態＞
第１実施形態及び第２実施形態では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを用いるタンデム型のフルカラー画像形成装置を説明した。

しかし、本発明は、記録材搬送体に付設した１つの像担持体にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの切り替え式の現像装置を設け、像担持体に順次トナー像を形成して記録材搬送体に担持された記録材上に重ねてゆく多重現像方式でも実施できる。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、像担持体に形成したトナー像を記録材Ｐへ直接転写する直接転写方式のフルカラー画像形成装置を説明した。

しかし、本発明は、像担持体に形成した各色トナー像を中間転写体（中間転写ベルト、中間転写ドラムなど）に一次転写して重ね合わせた後に、二次転写部にて記録材へ一括二次転写する中間転写方式でも実施できる。

また、第１実施形態では、トナーカートリッジ１１ａから非磁性トナーのみを補給する補給形式を採用した。しかし、本発明は、トナーカートリッジやトナーボトルから非磁性トナーだけでなく磁性キャリアを同時に補給する補給形式でも実施できる。

また、第１実施形態及び第２実施形態では、現像装置１ａに着脱可能交換が可能なトナーカートリッジ１１ａを接続してトナーを補給する補給形式を採用した。しかし、本発明は、感光ドラムと現像装置を含む個別の画像形成部を一体型の交換ユニットとして着脱可能に構成したプロセスカートリッジ方式の補給形式でも実施できる。プロセスカートリッジ内に収容したトナーを使い終わると、感光ドラムと現像装置を含むプロセスカートリッジ全体が交換される画像形成部でも、プロセスカートリッジにメモリタグを取り付けて同様な制御を実施できる。

これらの実施形態においても、製造日からの経過日数が多い古いトナーを用いた場合に、経過日数に対応した適正な交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを設定して、カブリ画像不良を防止できる。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 画像形成部の構成の説明図である。 現像装置の平断面図である。 第１実施形態の画像形成装置における制御の概略を示したブロック図である。 トナーカートリッジ及びそのメモリタグを利用する過程を示したフローチャートである。 トナーの帯電性能の経時変化を表した模式図である。 経過日数が異なるトナーの帯電量分布の比較図である。 経過日数と経時係数との関係の線図である。 経過日数に応じた交流電圧のピーク間電圧の設定の説明図である。 第２実施形態における画像形成部の構成の説明図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 現像装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 帯電ローラ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 像担持体（感光ドラム）
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 転写手段（転写ローラ）
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 露光装置
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 濃度センサ
１１ａ 現像剤収容体（トナーカートリッジ）
２１ 記録材搬送ベルト
３０ａ 記録媒体（メモリタグ）
４０ マグネット
４１ 現像剤担持体
４２ 現像剤供給スクリュー
４３ 現像剤攪拌スクリュー
４５ 現像剤供給室
４６ 現像剤攪拌室
５０ 読み取り手段（通信部）
５１ 制御手段（制御部）
５２ 時間管理部
１００ 画像形成装置
Ｄ４ 現像電源
Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄ トナー像形成手段（画像形成部）
Ｔａ 転写部

Claims (2)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、
   前記像担持体に対向配置された現像剤担持体に現像剤を担持させて前記静電像をトナー像に現像する現像手段と、
   前記現像手段に補給用現像剤を供給する供給手段と、
   交流電圧に直流電圧を重畳した電圧を前記現像剤担持体へ印加する現像電源と、を有する画像形成装置において、
   前記供給手段に収納されている現像剤の製造日からの経過日数が多くなるに従い、画像形成中に前記現像剤担持体に印加される前記交流電圧のピーク振幅が小さくなるように、前記現像電源を制御する制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記供給手段に設けられ、前記補給用現像剤の製造日からの経過日数に関連する情報を記憶する記憶手段を有し、前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている前記情報に基づいて前記現像電源を制御する請求項１記載の画像形成装置。

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