JP5207098B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関するものである。

上記画像形成装置では、着荷時または現像装置の交換時に、初期現像剤による定着オフセットという問題が発生する場合があった。着荷または交換されたばかりの新品の現像装置のなかには、それまでに長期あるいは高温高湿環境下に放置されたものがあり、この放置の影響により現像装置に収容された初期現像剤のトナーが帯電し難くなりトナー帯電量が低下してしまう。トナー帯電量が低下してしまうと感光体へのトナー付着量が過多となり、これに伴い転写紙などの記録媒体上のトナー付着量も過多となる。このとき、定着装置の定着能力にあまり余裕がない場合には、付着量過多となったトナーを記録媒体に定着しきれず、定着しきれなかったトナーが定着装置の加圧ローラに付着してしまう。これが、初期現像剤による定着オフセットである。

このような初期現像剤による定着オフセットを防止するためには、着荷時または現像装置の交換時に現像装置内の現像剤のトナー濃度を下げ、トナー帯電量を上昇させて感光体へのトナー付着量を下げ、これにより記録媒体上のトナー付着量を下げることが考えられる。

本出願人は、特許文献１、特許文献２、特許文献３等で、現像装置内の現像剤のトナーを強制消費させてトナー濃度を下げる画像形成装置を開示している。これらの画像形成装置では、トナー消費用パターンを感光体上に形成し、これをクリーニング装置で回収することにより、現像装置内のトナーを強制消費させてトナー濃度を下げている。

特開平４−１５８３８２号公報 特許第３７９３６５４号公報 特許第３７９３６５５号公報

近年、クリーニング装置で回収したトナーを回収トナー搬送路を通じて現像装置に戻して再使用する、いわゆるトナーリサイクルをおこなう画像形成装置が多くなってきている。このようなトナーリサイクルをおこなう装置で、上記トナーの強制消費によるトナー濃度調整をおこなおうとしても、回収されたトナーは回収トナー搬送路を通じて現像装置に戻ってしまう。そこで、初期現像剤のトナー濃度を下げることが難しくなってしまう。このため、初期現像剤による定着オフセットを防止することが困難となっている。

本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、トナーリサイクルをおこなう画像形成装置において、現像装置内の初期現像剤のトナー濃度を調整して初期現像剤による定着オフセットを防止することのできる画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像を担持する像担持体と、トナー及びキャリアを含有する二成分現像剤を用いて該潜像をトナー像化する現像装置と、該現像装置内の二成分現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、該像担持体上のトナー像を記録媒体上へ直接的または間接的に転写する転写手段と、該記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置と、該像担持体上の転写残トナーをクリーニングして回収するクリーニング手段と、該クリーニング手段により回収されたトナーを該現像装置に搬送する回収トナー搬送路と、これらを制御する制御手段とを備え、任意のタイミングで該現像装置を新品に交換する画像形成装置において、上記現像装置が新品か否かを検知する現像装置新品検知手段と、該現像装置により上記像担持体上に所定のトナー消費用パターンを形成するトナー消費用パターン形成手段と、上記クリーニング手段により回収されたトナーを貯留するため上記回収トナー搬送路内に設けられた回収トナー貯留手段と、上記回収トナー搬送路における該回収トナー貯留手段よりも上記現像装置側に設けられた開閉可能なシャッターとを備え、上記制御手段が、該現像装置新品検知手段により該現像装置が新品と検知されたときに、該トナー消費用パターン形成手段により該像担持体上にトナー消費用パターンを形成し、該トナー消費用パターンを該クリーニング手段により回収し、該回収トナーを該回収トナー貯留手段に貯留することにより、強制的に該現像装置内のトナーを消費させる強制トナー消費動作を実行し、かつ、該強制トナー消費動作中は上記シャッターを閉じるよう制御するとともに、該強制トナー消費動作を実行してないときは上記シャッターを開くよう制御することを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記強制トナー消費動作の実行の可否を外部より選択できる選択手段を設け、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行前に該選択手段の選択結果に基づき該強制トナー消費動作の実行の要不要を判断し、該判断結果に基づき該強制トナー消費動作を実行するよう制御することを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記現像装置の交換時に該現像装置に収容される二成分現像剤の製造年月日を識別できる情報を外部より入力する現像剤情報入力手段を設け、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行前に該現像剤情報入力手段により入力された情報に基づき現像剤の製造年月日を識別して該強制トナー消費動作の実行の要不要を判断し、該判断結果に基づき該強制トナー消費動作を実行するよう制御することを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記現像装置が収容される二成分現像剤の製造年月日を識別できる現像剤情報識別部材を有しており、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行前に該現像剤情報識別部材より現像剤の製造年月日を識別して該強制トナー消費動作の実行の要不要を判断し、該判断結果に基づき該強制トナー消費動作を実行するよう制御することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記現像装置により上記像担持体上の所定位置にトナー付着量検出パターンを形成するトナー付着量検出パターン形成手段と、該トナー付着量検出パターンのトナー付着量を検出するトナー付着量検出手段とを備え、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行前に、該トナー付着量検出パターン形成手段によるトナー付着量検出パターンの形成と、該トナー付着量検出手段による該トナー付着量検出パターンのトナー付着量の検出とを行い、該トナー付着量検出手段による検出結果が所定の目標値となった場合に該強制トナー消費動作を実行しないように制御することを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項５の画像形成装置において、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行と、該強制トナー消費動作の実行を判断するためにおこなう上記トナー付着量検出手段による上記トナー付着量検出パターンのトナー付着量検出動作とを、交互におこなうよう制御することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の画像形成装置において、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行と、該強制トナー消費動作の実行を判断するためにおこなう上記トナー付着量検出手段による上記トナー付着量検出パターンのトナー付着量検出動作とを、複数回おこなうよう制御することを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項５、６または７の画像形成装置において、上記制御部が、上記トナー付着量検出手段が上記トナー付着量検出パターンのトナー付着量検出値（Ｖｓｐ）と、トナー付着量検出パターン部以外の像担持体部分のトナー付着量検出値（Ｖｓｇ）とを検出し、これらの比率（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）が所定の値以上となったとき、検出結果が所定の目標値となったと判断することを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項８の画像形成装置において、上記制御部が、上記比率（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）が所定の値以下でも、上記強制トナー消費動作の実行の回数に基づき該強制トナー消費動作の実行を強制的に終了するように制御することを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成装置において、上記トナー消費用パターン形成手段により上記像担持体上に形成されるトナー消費用パターンが、主走査方向に長く、副走査方向に短い長方形を複数、副走査方向に間隔をもって配置したものであることを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、請求項１０の画像形成装置において、上記像担持体の転写位置よりも下流でクリーニング位置よりも上流の領域に接触する分離手段を備え、上記トナー消費用パターンの主走査方向の該分離手段に対応する位置に間隔を設け、該トナー消費用パターンが該分離手段に接触しないようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１の画像形成装置において、上記制御部が、上記現像装置新品検知手段により該現像装置が新品と検知された場合におこなう新品現像装置の立ち上げ動作中に、上記強制トナー消費動作を実行するよう制御することを特徴とするものである。

本発明においては、クリーニング手段により回収されたトナーを現像装置に戻してトナーリサイクルをおこなう装置において、現像装置が新品と検知されたときには、回収トナー貯留手段が回収トナーを貯留することにより、一時的に回収トナーを現像装置に戻さない状態として、上記強制トナー消費動作を実行する。このような強制トナー消費動作の実行により、現像装置内のトナー濃度を下げることが可能となる。よって、初期現像剤のトナー帯電量を上昇させ、像担持体へのトナー付着量を抑え、記録媒体上のトナー付着量を下げることができる。これにより、トナーリサイクルをおこなう画像形成装置においても、初期現像剤による定着オフセットを防止することができる。
更に、強制トナー消費動作を行っているときは、回収トナー搬送路において回収トナー貯留手段よりも現像装置側に設けられたシャッターを閉じた状態とし、回収トナー搬送路を通って介して回収トナーが現像装置に戻らないようにするとともに、強制トナー消費動作を実行していないときは、シャッターを開いた状態とし、回収トナーを現像装置に戻すことでトナーリサイクルがおこなうことができる。

以上、本発明によれば、トナーリサイクルをおこなう画像形成装置において、現像装置内の初期現像剤のトナー濃度を調整して初期現像剤による定着オフセットを防止することができるという優れた効果がある。

以下、本発明を画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る画像形成装置の構成及び動作について説明する。図１は、本実施形態に係る画像形成装置の像担持体周辺の概略構成をしめす断面図である。この画像形成装置では、像担持体であるドラム状の感光体１の周囲に、帯電ローラ４を備えた帯電装置、レーザー光３を照射する光書込装置、現像装置２、転写ベルト１４、クリーニングブレード６を備えたクリーニング装置７、除電ランプ５等が順に配設されている。この感光体１、帯電ローラ４、現像装置２、クリーニング装置７等は、寿命により新品と交換して使用するよう本体に脱着可能な構成となっている。なお、本実施形態の画像形成装置では、感光体１と、現像装置２と、帯電ローラ４と、クリーニング装置７とが一体的に支持されるように形成され、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジの形態をなしている。

図中矢印方向に回転する感光体１は、帯電ローラ４により表面を一様に帯電され、レーザー光３を照射されることにより、表面に静電潜像を形成される。感光体１上の静電潜像は、現像装置２によりトナーを供給され、静電潜像がトナー像化される。感光体１上のトナー像は転写ベルト１４に搬送される記録媒体としての転写紙上に転写され、図示せぬ定着装置にて定着され、画像形成が行われる。一方、感光体１表面は、クリーニング装置７のクリーニングブレード６により転写残トナーを除去され、除電ランプ５にて除電され、次の画像形成に備える。

また、上記画像形成に伴う現像装置２内のトナー消費を補うために、トナー補給手段（図示せず）が設けられており、以下のようなトナー補給が行われる。画像形成装置は、現像装置２内の現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度検出手段（以下、Ｔセンサという）を備えている。画像形成により現像装置２内のトナーが消費されると、Ｔセンサ（図示せず）により現像装置２内のトナー濃度を検出し、トナー濃度に応じた値の電圧を出力する。画像形成装置の制御部には、予めＴセンサの出力についてＴ目標値が格納されており、このＴ目標値と、実際のＴセンサからの出力とに基づき、現像装置２内のトナー不足分を補うようにトナー補給がされる。

但し、画像濃度はトナー濃度のほか、トナー帯電量、温度や湿度の環境等によっても影響される。そこで、画像形成装置は、感光体１の所定位置にトナー付着量検出パターン（以下、Ｐパターンという）を形成するトナー付着量検出パターン形成手段と、トナー付着量検出パターンのトナー付着量を検出するトナー付着量検出手段とを備えている。トナー付着量検出手段としては、Ｐパターンの付着量を光学的に検出するＰセンサ８が用いられる。トナー付着量検出パターン形成手段は所定のタイミングで感光体１上にＰパターンを作成し、Ｐセンサ８は作成されたＰパターンを検出して、そのトナー付着量に応じた電圧を出力する。また、画像形成装置の制御部には、予めＰセンサの出力についてＰ目標値が格納されており、このＰ目標値と、実際のＰセンサからの出力とに基づき、画像濃度の濃淡を判断して、Ｔ目標値を適宜補正する。これにより、現像装置２内へのトナー補給が増減されてトナー濃度が調整されるので、安定した濃度の画像形成が可能となる。

また、この画像形成装置においては、クリーニング装置７は、感光体１上より除去したトナーを現像装置２に戻し、再利用するための、トナーリサイクル機構を備えている。図２は、トナーリサイクル機構を説明するための斜視図である。クリーニング装置７は、クリーニングブレード６にて感光体１より除去されたトナーを回収するトナー回収羽根９と、トナー回収コイル１０とを備えている。トナー回収羽根９は、図中矢印方向へ回転することで、クリーニングブレード６にて感光体１より除去されたトナーを回収し、トナー回収コイル１０側へ搬送する。トナー回収コイル１０は、図中矢印方向へ回転しており、トナー回収羽根９により搬送された回収トナーを回収する。ここで、トナー回収コイル１０の周辺空間１０ａは、回収トナーを貯留するトナー貯留手段としての機能を有しており、クリーニングブレード６にて除去された回収トナーは、トナー回収羽根９を経て、トナー貯留手段であるトナー回収コイル１０の周辺空間１０ａに貯留される。トナー回収コイル１０の周辺空間１０ａでは、新たに回収されたトナーにより既に貯留されている回収トナーが押し出され、図中手前側へ徐々に移動する。図中手前側には、トナー回収コイル１０の周辺空間１０ａから現像装置２内に通じるトナー収容部１６へ連絡する回収トナー搬送路１５が設けられており、この回収トナー搬送路１５を介して、回収トナーが現像装置２内へ移動する。このようなトナーリサイクル機構により、感光体１上から除去された回収トナーが現像装置２に戻される。

この画像形成装置において、着荷時または現像装置の交換時、初期現像剤による定着オフセットが発生してしまうことがある。定着オフセットを防止するためには、現像装置２内のトナー濃度を低下させることが有効であるが、画像を形成しない限りはトナー濃度を低下させることができない。そこで、この画像形成装置では、着荷時または現像装置の交換時、トナー濃度を低下させるために、感光体１上にトナー消費用パターンを作成し、これをクリーニングブレード６で除去回収することにより、強制的に現像装置２内のトナーを消費させる。この際、上記トナーリサイクル機構を採用していると、回収トナーが現像装置２に戻されてしまい、トナー濃度を効率的に低下させることができない。そこで、本実施形態の画像形成装置では、現像装置２が新品でないと判断された場合、回収トナーが回収トナー貯留手段に貯留され、一時的に現像装置２に戻らないような状態にして、強制的にトナーを消費させるようにする。

以下、図３に示す着荷時または現像装置の交換時における、画像形成に先立つ前処理動作のフローチャートに基づき、強制トナー消費動作について詳しく説明する。この画像形成装置は、現像装置２の新品検知手段（図示せず）を備えている。図３で、現像装置２の新品検知手段により現像装置２が新品でないと判断されると、前処理動作は行われず、画像形成動作の開始に向けて待機する。新品検知手段により現像装置２が新品と判断された場合は、以下の前処理動作が行われる。まず、現像剤充填回数カウントＸを０にする。ついで、帯電出力、帯電補正カウンタ、ＬＤ光量等がデフォルト値にリセットされる。また、メンテナンスキットカウウンタが０にリセットされる。次に、Ｐセンサ８が初期状態に設定される。ついで、新品の現像装置２の初期立ち上げのため、現像装置２内の現像剤攪拌動作が行われる。ついで、トナー濃度調整のため、トナーを強制的に消費させる強制トナー消費動作を実行する。強制トナー消費動作としては、感光体１上にトナー消費用パターンを作成し、そのトナー消費用パターンをクリーニングブレード６で感光体１表面から除去し、トナー回収羽根９およびトナー回収コイル１０により回収し、回収トナー貯留手段であるトナー回収コイル１０の周辺空間１０ａに貯留する。このとき、トナー回収コイル１０の周辺空間１０ａが空または空に近い状態であると、回収トナーは周辺空間１０ａに徐々に溜まっていくのみで、回収されたトナーが図中手前側へ徐々に移動し、回収トナー搬送路１５を介して現像装置２内へ移動することはない。一方、トナー回収コイル１０の周辺空間１０ａが既に回収トナーで充填された状態であると、新たに回収されたトナーにより既に貯留された回収トナーが押し出され、図中手前側へ移動し、回収トナー搬送路１５を介して現像装置２内へ戻ってしまう。そこで、現像装置２の新品への交換時、クリーニング装置７も同時に新品に交換して、トナー回収コイル１０の周辺空間１０ａを空の状態とすることで、トナー強制消費動作実行中に、トナー回収コイル１０の周辺空間１０ａに回収トナーを貯留することが可能となる。なお、本実施形態の画像形成装置では、上述のように、感光体１と、現像装置２と、帯電ローラ４と、クリーニング装置７とが一体的に支持されるように形成され、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジの形態をなしている。そこで、現像装置２の交換と、クリーニング装置７の交換とが同時に行え、上記トナー強制消費動作実行中に、回収トナーを現像装置２に戻すことなく、回収トナー貯留手段への貯留が簡単におこなえる。このような強制トナー消費動作の実行により、現像装置２内のトナー濃度を低下させ、トナー帯電量を上昇させる。この状態で画像形成をおこなうと、感光体１へのトナー付着量を低下させて転写紙上へのトナー付着量を低下させることができ、定着オフセットの防止が可能となる。この状態で、現像装置２内のトナー濃度をＴセンサ（図示せず）により検出し、検出結果に基づき、Ｔ目標値、Ｔセンサ出力上下限等の設定を行う。ついで、機械の立ち上げ動作を行い、画像形成動作の開始に向けて待機する。

図３のフローチャートに基づき、初期現像剤のトナー濃度のデフォルトが４［ｗｔ％］である実機を用い、トナー濃度が３［ｗｔ％］となるように狙い、強制トナー消費動作を行った。このような強制トナー消費動作を実行した場合と、強制トナー消費動作を実行しなかった場合との、トナー濃度、トナー帯電量および定着オフセット部分のＩＤ、定着オフセットのレベルを評価した結果を表１に示す。なお、定着オフセット部分のＩＤとは、ハーフトーン縦帯画像における定着オフセット発生位置のＩＤであり、ＩＤが高いほど定着オフセットレベルが悪く、ＩＤが低いほど定着オフセットレベルが良いということになる。

表１の結果より、図３のフローチャートに基づく強制トナー消費動作の実行により、初期現像剤のトナー濃度が下がり、トナー帯電量が上昇して定着オフセットが改善していることがわかる。

さらに、図３のフローチャートに基づく強制トナー消費動作を実行する際、より確実に回収トナーが回収トナー貯留手段から現像装置２に戻らないようにするために、回収トナー搬送路１５中に開閉可能なシャッター部材（図示せず）を設けてもよい。強制トナー消費動作を行っている時は、シャッター部材を閉じた状態とし、回収トナー搬送路１５を通って介して回収トナーが現像装置２に戻らないようにする。また、強制トナー消費動作を実行していない時は、シャッター部材は常に開いた状態とし、回収トナーを現像装置２に戻すことでトナーリサイクルがおこなわれるようにする。

次に、画像形成に先立つ前処理動作の変形例について説明する。
上述のように、画像形成の為の前処理動作中に強制トナー消費動作を行うと、トナー付着量が低下することで画像濃度が低下する可能性がある。ユーザーによっては、定着オフセットの未発生より、常に画像濃度の低下の未発生を優先に考える場合もある。そこで、ユーザーのニーズに合わせて、ユーザー本人、もしくは、サービスマンが、強制トナー消費動作をおこなうか否かを選択する手段を設けることもできる。図４は、前処理動作のフローチャートの変形例である。図４のフローチャートでは、図３のフローチャートで、強制トナー消費動作の実行の前に、外部信号入力手段により初期現像剤の強制トナー消費動作実行の可否を選択するものである。外部信号入力手段としては、例えば、画像形成装置に付随した操作パネルを操作する手段や画像形成装置のパソコンを接続して情報を入力する手段などがあげられる。

また、着荷時または現像装置の交換時であっても、放置時間によってはトナー帯電量の低下が小さく、定着オフセットが発生しない場合がある。具体的には、初期現像剤が製造されて間もない場合は、トナーの放置放電量が少ないため、定着オフセットは発生しない。このような場合に、上記強制トナー消費動作を実行すると、かえってトナー帯電量が上がり過ぎてしまい、画像濃度が低下する副作用が発生する場合がある。そこで、図５のフローチャートに示すように、初期現像剤使用年月日と初期現像剤製造年月日から初期現像剤の放置時間を認識し、放置時間が一定期間を超えた場合にだけ、強制トナー消費動作を実行するようにしてもよい。初期現像剤製造年月日は、ユーザー本人、もしくは、サービスマンが、初期現像剤の製造コードを外部入力手段によって入力し、これに基づき認識することができる。また、現像装置２が、製造年月日の情報を有するＩＣチップ備えている場合には、画像形成装置がＩＣチップの情報を読取り初期現像剤の製造年月日を認識する。初期現像剤使用年月日は、画像形成装置の機能として含まれているタイマーで認識する。そして、(初期現像剤使用年月日)-(初期現像剤製造年月日)のＹが一定期間を超えている場合にのみ、強制トナー消費動作を実行する。本実施形態では、Ｙ＝３０とし、放置時間が３０日を越える場合に強制トナー消費動作を実行したが、Ｙは初期現像剤の特性や初期現像剤の放置環境によって決定されるものであり、これに限らずその諸特性に応じて適宜、効果が得られるよう変更する。

また、着荷時または現像装置の交換時であっても、上記放置時間以外でも放置環境によっては、トナー帯電量の低下が小さく、トナー付着量が過多にならずに定着オフセットが発生しない場合がある。そこで、図６のフローチャートに示すように、強制トナー消費動作の実行の前に感光体１上のトナー付着量を検出し、これに基づき強制トナー消費動作を実行の用不要を決定するようにしてもよい。なお、図６のフローチャートは、図３のフローチャートにおいて、現像剤攪拌動作以降の部分でＰセンサ８によるトナー付着量を検出結果に基づく強制トナー消費動作を実行をの用不要を説明したものであり、前処理動作については省略している。

具体的には、図６のフローチャートに示すように、強制トナー消費動作を実行の前に、上記トナー付着量検出パターン形成手段によりＰパターンを作成し、Ｐセンサ８によりＰパターンのトナー付着量を検出する。そして、トナー付着量の検出結果が、予め決められたトナー付着量が最適値であるＰ目標値となっているかの判断して、トナー付着量が最適となっていた場合には、強制トナー消費動作は行なわず、次のＴセンサ出力読み取り動作を行う。トナー付着量が過多であり、トナー付着量の検出結果がＰ目標値と異なっている場合は、強制トナー消費動作をおこない、トナー濃度を下げ、トナー帯電性を上げて、トナー付着量を低下させる。さらに、トナー消費動作終了後に、再度、Ｐパターンを作成し、Ｐセンサ８によりＰパターンのトナー付着量を検出する。そして、トナー付着量の検出結果が、予め決められたトナー付着量が最適値であるＰ目標値となっているかの判断する。トナー付着量が最適となっていた場合には、強制トナー消費動作は終了し、次のＴセンサ出力読み取り動作を行う。また、トナー付着量が過多であり、トナー付着量の検出結果がＰ目標値と異なっている場合は、再度、強制トナー消費動作をおこなう。このようなＰセンサ８によるトナー付着量を検出、最適値であるかどうかの判断、強制トナー消費動作の実行という一連の動作を交互にトナー付着量が最適値となるまで繰り返しおこなう。

なお、このようなＰセンサ８によるトナー付着量を検出、最適値であるかどうかの判断、強制トナー消費動作の実行という一連の動作をトナー付着量が最適値となるまで繰り返しおこなうものを、図４、５に示す画像形成に先立つ前処理動作のフローチャートに組み込んでもよい。すなわち、外部信号入力手段により初期現像剤の強制トナー消費動作実行の可否の選択の前、もしくは、後、または、初期現像剤の放置時間による強制トナー消費動作を実行の前、もしくは、後に、Ｐセンサ８によりトナー付着量を検出し最適値であるかどうかの判断をして、強制トナー消費動作の実行の用不要を決めてもよい。

いずれの場合も、Ｐセンサ８によるトナー付着量の検出結果に基づき強制トナー消費動作の実行の用不要を決めるものでは、実際のトナー付着量に基づいたトナー濃度の調整が行えるので、放置時間、放置環境に差があっても、より効果的に定着オフセットを防止することができる。また、Ｐセンサ８によるトナー付着量の検出結果に基づき強制トナー消費動作の実行の終了を決めるので、トナー帯電量が上昇しすぎて画像濃度が低下してしまうという副作用も効果的に防止することができる。

次に、Ｐセンサ８によるトナー付着量の検出結果に基づき強制トナー消費動作の実行の用不要を決めるもの変形例について説明する。図７は、Ｐセンサ８によるトナー付着量の検出結果に基づき強制トナー消費動作の実行の用不要を決める前処理動作の変形例のフローチャートである。図７のフローチャートでは、Ｐセンサ８によって検出されるＰパターンの検出値（Ｖｓｐ）とＰパターン以外のトナー付着が無い部分の感光体１の検出値（Ｖｓｇ）の比率Ｖｓｐ／Ｖｓｇにより、強制トナー消費動作の実行の用不要を判断するものである。本実施例では、Ｖｓｐ／Ｖｓｇが０．１２以上となったとき強制トナー消費動作が終了とする。

以下、本実施例での強制トナー消費動作実行可否の閾値（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）決定の経緯について説明する。図８は、Ｖｓｐ／Ｖｓｇ値と定着オフセットランクの関係を示したグラフである。定着オフセットに関しては、両面画像形成時の両面第一面のハーフトーン部のオフセット、両面第二面のハーフトーン部のオフセット、および、最もオフセットの発生が顕著である罫線画像部のオフセットの３水準で評価している。定着オフセットの顕在化を防止するには、この３水準のオフセットともランク４以上でなければならない。また、図９は、Ｖｓｐ／Ｖｓｇ値と画像濃度（ベタ濃度ＩＤ）との関係を示したものである。定着オフセットの発生が無い場合でも、付着量が下がりすぎて過度のＩＤ低下が発生してはならない。ここでＩＤの保証値を１．２以上とする。このような観点から、図８で定着オフセットの顕在化を防止するために３水準のオフセットともランク４以上とし、且つ、図９で過度のＩＤ低下が発生しないようにするために、閾値をＶｓｐ／Ｖｓｇを０．１２とする。すなわち、Ｖｓｐ／Ｖｓｇ値が０．１２以上となった場合、強制トナー消費動作の実行を終了することにした。但し、現像剤特性や定着ユニットのマージンなど画像形成装置によって条件が異なるので、 閾値に余裕を持たせ、Ｖｓｐ／Ｖｓｇ値で０．１２±０．５の間で可変することが好ましい。

上記強制トナー消費動作の実行において、例えば、Ｐセンサ不良があり、Ｖｓｐ／Ｖｓｇ値を正確に検出できなかった場合、強制トナー消費動作を強制終了させる動作がないと、トナー消費動作を際限なく繰り返してしまうという不具合が発生する可能性がある。そこで、本実施例の画像形成装置では、強制トナー消費動作を強制終了させるモードを設け、上記問題の発生を防ぐリミッターの役割を呈するようにする。図１０は、強制トナー消費動作を強制終了させるモードを設けた前処理動作のフローチャートである。図１０のフローチャートでは、強制トナー消費動作の実行回数Ｙが１６回を超えたときに、強制トナー消費動作の実行を強制終了する。しかしながら、１回のトナー消費動作で消費するトナー量、現像剤特性、機械特性等は装置により異なるので、この値は可変とする。

以下、本実施例でのトナー消費モード最大実行回数(１６回)決定の経緯について説明する。本実施例では、１回の強制トナー消費動作で、画像面積が６６５［ｃｍ^２］のフルドットのベタ画像を感光体１上に形成し、それをクリーニング装置７で回収することで初期現像剤のトナーを強制的に消費している。すなわち、強制トナー消費動作を１６回行なった場合は、６６５［ｃｍ^２］× １６＝１０６４０［ｃｍ^２］の画像面積のフルドットベタ画像分のトナーを消費することになる。図１１に、強制トナー消費モードの実行回数を１４回、１５回、１６回、１７回、１８回としたときの画像のベタ濃度ＩＤを示す。なお、強制トナー消費動作のそれぞれの実行回数での消費パターンの画像面積は、表２に示す通りである。

図１１より、強制トナー消費動作を１４回、１５回とした場合は、定着オフセットが発生する可能性があり、定着オフセットの抑止効果が弱いことがわかる。また、強制トナー消費動作を１７回、１８回とした場合は、ベタ濃度ＩＤが保証値の１．２を下回る可能性があることがわかった。そこで、本実施例では,トナー消費モードの最大実行回数を１６回と決定した。

次に、トナー消費用パターン画像について説明する。強制トナー消費動作では、感光体１にトナー消費用パターン画像を形成し、それをクリーニングブレード６によりクリーニングして、クリーニング装置７の回収トナー貯留手段に貯留する。一般的にクリーニングブレード６は、画像形成時の転写残トナーをクリーニングする機能は備えているが、トナー消費用パターン画像のような実画像をクリーニングしようとすると、トナー量が多くなって負荷が大きくなり、クリーニング不良やクリーニングブレード６からのトナーのすり抜けが発生しやすくなる。特に、本実施形態のように帯電装置として感光体１に接触する帯電ローラ４を用いた場合は、これらのクリーニングしきれなかったトナーが帯電ローラ４を汚してしまい、これに起因する異常画像が発生することがある。そこで、図１２(ａ)、（ｂ）、（ｃ）のようなトナー消費用パターンを作成し、強制トナー消費動作を行い、その際のクリーニングブレード６の負荷について検討する実験をおこなった。

図１２(ａ)、（ｂ）、（ｃ）のトナー消費用パターンの画像面積は全て同じである。図１２(ａ)のパターン画像は、全面ベタの画像である。図１２(ａ)のパターン場合、トナー回収時にクリーニングブレード６への負荷が大きく、クリーニング不良やトナーのすり抜けが発生し、帯電ローラ４表面の汚れもひどくなり帯電ローラ汚れに伴う帯電ローラピッチの異常画像が発生した。図１２（ｂ）のパターンは、主走査方向に長く、副走査方向に短い長方形の画像であり、ベタ画像の間に、副走査方向長さと同じ長さの間隔を設けたものである。図１２(ｂ)のパターン場合、図１２(ａ)のパターンに比べるとクリーニングブレード６への負荷が小さく、クリーニング不良やトナーのすり抜けは少なく、若干、帯電ローラ４表面の汚れはあるものの、異常画像は発生しなかった。図１２（ｃ）のパターンは、主走査方向に長く、副走査方向に短い長方形の画像であり、ベタ画像の間に、副走査方向長さの２倍の長さの間隔を設けたものである。図１２(ｃ)のパターン場合、図１２(ｂ)のパターンよりさらにクリーニングブレード６への負荷が小さく、帯電ローラ４表面は汚れず,異常画像も発生しなかった。この実験の結果から、感光体１上に形成するトナー消費用パターン画像は、主走査方向へ長く、副走査方向に短い長方形を、副走査方向に対して間隔を設けて形成していくことで、クリーニングブレード６への負荷が小さくなり、クリーニング不良やクリーニングブレードからのトナーのすり抜けの発生を防止することができる。また、感光体１へ形成するトナー消費用パターン内のトナー像の間隔が広いほど、クリーニング不良やクリーニングブレードからのトナーのすり抜けに対しては有利であることがわかった。しかし、感光体１上へ形成するトナー像の間隔が広いほど、初期現像剤のトナー消費にかかる時間が多くなってしまう。そこで、初期現像剤やクリーニング装置７の特性によって、 クリーニング不良やトナーのすり抜けが発生せず、且つ、なるべく短い時間で初期現像剤のトナーを消費できるようなトナー像間の間隔を適宜設けることが望ましい。

ところで、画像形成装置では、転写位置にて感光体１に密着した転写紙を感光体１から分離する分離手段として、図１に示すように、転写位置よりも下流の感光体１に接触するよう分離爪１１を設ける場合がある。この場合、例えば、図１２(ａ)、（ｂ）、（ｃ）に示すような、主走査方向の全幅に渡るようなトナー消費用パターンを感光体１上へ作成し、転写されることなく実画像としてそのままクリーニングブレード６まで移動する間に、分離爪１１をトナーで汚してしまうことがある。このような分離爪１１のトナー汚れにより、異常画像が発生することがある。そこで、トナー消費用パターンとしては、図１３に示すように、分離爪１１の配置された部分を避けるように、主走査方向に複数に分割されたトナー消費用パターンを用いることが好ましい。このようなトナー消費用パターンを用いることで、トナーで分離爪を汚してしまう虞がなくなり、これに伴う異常画像の発生を防止できる。

また、本実施形態の画像形成装置では、上述のように、感光体１と、現像装置２と、帯電ローラ４と、クリーニング装置６とが一体的に支持されるように形成され、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジの形態をなしている。このようなプロセスカートリッジの形態をとることで、現像装置２の交換と、クリーニング装置６の交換とが同時に行え、上記トナー強制消費動作実行中に、回収トナーを現像装置２に戻すことなく、回収トナー貯留手段への貯留が簡単におこなえる。また、メンテナンスを容易に行うことができるというメリットがある。

以上、本実施形態によれば、新品検知手段により現像装置２が新品と検知された場合に、感光体１上に所定のトナー消費用パターンを作像し、これをクリーニングブレード６により回収して、回収トナーを回収トナー貯留手段に貯留させた状態で、現像装置２内のトナーを強制的に消費させる強制トナー消費動作を実行する。このように一時的に回収トナーを現像装置２に戻さないようにした状態で、強制トナー消費動作を実行することで、現像装置２内のトナー濃度を下げることが可能となる。よって、初期現像剤のトナー帯電量を上昇させ、感光体１へのトナー付着量を抑え、記録媒体上のトナー付着量を下げることができる。これにより、トナーリサイクルをおこなう画像形成装置においても、初期現像剤による定着オフセットを防止することができる。
また、強制トナー消費動作の実行の可否を外部より選択できる選択手段を設け、強制トナー消費動作を実行する前に選択手段の選択結果に基づき強制トナー消費動作の実行の要不要を判断し、判断結果に基づき強制トナー消費動作を実行する。これは、強制トナー消費動作を行うと、トナー付着量が低下することで画像濃度が低下する場合があり、ユーザーによっては、定着オフセットの未発生より、常に画像濃度の低下の未発生を優先に考える場合もある。このようなユーザーのニーズに対応するために、選択手段の選択結果に基づき強制トナー消費動作を実行するものである。
また、現像装置２の交換時に収容される現像剤の製造年月日を識別できる情報を外部より入力する現像剤情報入力手段を設け、強制トナー消費動作を実行する前に現像剤情報入力手段により入力された情報に基づき現像剤の製造年月日を識別して強制トナー消費動作の実行の要不要を判断し、判断結果に基づき該強制トナー消費動作を実行する。また、現像装置２が収容される現像剤の製造年月日を識別できる現像剤情報識別部材を有しており、強制トナー消費動作を実行する前に現像剤情報識別部材より現像剤の製造年月日を識別して強制トナー消費動作の実行の要不要を判断し、判断結果に基づき強制トナー消費動作を実行する。これらは、現像装置２が新品であっても、放置時間が短い場合はトナー帯電量の低下が小さく、定着オフセットが発生しない場合がある。このような場合に、上記強制トナー消費動作を実行すると、かえってトナー帯電量が上がり過ぎてしまい、画像濃度が低下するという副作用が発生する場合がある。このような、初期現像剤の放置時間が短い場合に対応するものである。
また、強制トナー消費動作の実行中に、現像装置２により感光体１にＰパターンを形成し、Ｐセンサ８によりＰパターンのトナー付着量の検出を行い、検出結果が所定の目標値となった場合に強制トナー消費動作の実行を終了する。これは、現像装置２が新品でも、上記放置時間以外でも放置環境によっては、トナー帯電量の低下が小さく、トナー付着量が過多にならずに定着オフセットが発生しない場合がある。そこで、強制トナー消費動作の実行の前に感光体１上のトナー付着量を検出し、これに基づき強制トナー消費動作を実行の用不要を決定する。このように、Ｐセンサ８によるトナー付着量の検出結果に基づき強制トナー消費動作の実行の用不要を決めるものでは、実際のトナー付着量に基づいたトナー濃度の調整が行えるので、放置時間、放置環境に差があっても、より効果的に定着オフセットを防止することができる。また、Ｐセンサ８によるトナー付着量の検出結果に基づき強制トナー消費動作の実行の終了を決めるので、トナー帯電量が上昇しすぎて画像濃度が低下するという副作用も効果的に防止することができる。
また、強制トナー消費動作の実行の終了を判断するためにおこなうＰパターンの作成およびＰセンサによるトナー付着量の検出と、強制トナー消費動作の実行とを、交互におこなう。また、強制トナー消費動作の実行の終了を判断するためにおこなうＰパターンの作成およびＰセンサによるトナー付着量の検出と、強制トナー消費動作の実行とを、複数回おこなう。これらにより、強制トナー消費動作の実行および終了を的確に判断することができ、効果的な定着オフセットの防止、および、画像濃度が低下の防止が行える。
また、Ｐセンサ８はＰパターンのパターン部検出値（Ｖｓｐ）と地肌部検出値（Ｖｓｇ）とを検出し、これらの比率（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）が所定の値以上となったとき、検出結果が所定の目標値となったと判断する。このように、パターン部検出値（Ｖｓｐ）と地肌部検出値（Ｖｓｇ）とを用いているので、強制トナー消費動作の実行および終了の的確な判断ができ、効果的な定着オフセットの防止、および、画像濃度が低下の防止が行える。
また、上記比率（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）が所定の値以下でも、強制トナー消費動作の実行の回数に基づき強制トナー消費動作の実行を強制的に終了する。これは、例えば、Ｐセンサ不良があり、上記比率（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）を正確に検出できなかった場合、強制トナー消費動作を強制終了させる動作がないと、トナー消費動作を際限なく繰り返してしまう不具合が発生する可能性がある。そこで、強制トナー消費動作の実行回数に基づき強制終了させるモードを設け、上記問題の発生を防ぐリミッターの役割を呈するようにする。
また、回収トナー搬送路１５に開閉可能なシャッターを設け、強制トナー消費動作の実行中はシャッターを閉じるようにすることで、より確実に回収トナーが現像装置２に戻らないようにする。
また、トナー消費用パターンは、主走査方向に長く、副走査方向に短い長方形の画像パターンを複数、副走査方向に間隔をもって配置したものとする。トナー消費用パターンを回収するクリーニングブレード６は、画像形成時の転写残トナーをクリーニングする機能は備えているが、トナー消費用パターンのような実画像をクリーニングしようとすると、トナー量が多くなって負荷が大きくなり、クリーニング不良やクリーニングブレード６からのトナーのすり抜けが発生しやすくなる。そこで、このようなクリーニング不良やクリーニングブレード６からのトナーのすり抜けが発生し難いトナー消費用パターンとする。上述する実験の結果、同じ画像面積であっても、ベタ画像に比べ、主走査方向に長く、副走査方向に短い長方形の画像を副走査方向に間隔をもって配置したものが、クリーニングブレード６へ負荷が小さくなることが判った。
また、トナー消費用パターンを、感光体１に接触するよう配置される分離爪１１部分を避けるように主走査方向に複数に分割したものとする。これにより、トナー消費用パターン像がクリーニングブレード６まで移動する間に、分離爪１１をトナーで汚してしまうことを防止し、分離爪１１の汚れによる異常画像の発生を防止する。
また、新品検知手段により現像装置２が新品と検知された時におこなう新品現像装置の立ち上げ動作中に、強制トナー消費動作を実行することにより、画像形成可能になるまでの時間を短くすることができる。
また、感光体１と、現像装置２と、クリーニング装置７とを一体的に支持して形成し、画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジとする。このようなプロセスカートリッジの形態をとることで、現像装置２の交換と、クリーニング装置７の交換とが同時に行え、強制トナー消費動作実行中に、クリーニング装置７内のトナー回収コイル１０の周辺空間１０ａの回収トナー貯留手段への貯留が簡単におこなえる。また、メンテナンスを容易に行うことができるというメリットがある。

本実施形態に係る画像形成装置の像担持体周辺の概略構成をしめす断面図。 トナーリサイクル機構を説明するための斜視図。 画像形成に先立つ前処理動作中の強制トナー消費動作のフローチャート。 前処理動作中の強制トナー消費動作の変形例のフローチャート。 前処理動作中の強制トナー消費動作の変形例のフローチャート。 前処理動作中の強制トナー消費動作の変形例のフローチャート。 前処理動作中の強制トナー消費動作の変形例のフローチャート。 （Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）値と定着オフセットランクの関係を示したグラフ。 （Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）値とベタ濃度ＩＤとの関係を示したグラフ。 前処理動作中の強制トナー消費動作の変形例のフローチャート。 強制トナー消費モードの実行回数とベタ濃度ＩＤの関係を示すグラフ。 (ａ)、（ｂ）、（ｃ）トナー消費用パターン 分離爪がある場合のトナー消費用パターン

符号の説明

１ 感光体
２ 現像装置
３ レーザー光
４ 帯電ローラ
５ 除電ランプ
６ クリーニングブレード
７ クリーニング装置
８ Ｐセンサ
９ トナー回収羽根
１０ トナー回収コイル
１０ａ トナー回収コイルの周辺空間（回収トナー貯留手段）
１１ 分離爪
１２ 拍車
１３ 帯電ローラクリーニングパット
１４ 転写ベルト
１５ 回収トナー搬送路
１６ トナー収容部
１７ 第２ブレード

Claims (12)

1. 潜像を担持する像担持体と、トナー及びキャリアを含有する二成分現像剤を用いて該潜像をトナー像化する現像装置と、該現像装置内の二成分現像剤にトナーを補給するトナー補給手段と、該像担持体上のトナー像を記録媒体上へ直接的または間接的に転写する転写手段と、該記録媒体上の未定着トナー像を定着する定着装置と、該像担持体上の転写残トナーをクリーニングして回収するクリーニング手段と、該クリーニング手段により回収されたトナーを該現像装置に搬送する回収トナー搬送路と、これらを制御する制御手段とを備え、任意のタイミングで該現像装置を新品に交換する画像形成装置において、
   上記現像装置が新品か否かを検知する現像装置新品検知手段と、該現像装置により上記像担持体上に所定のトナー消費用パターンを形成するトナー消費用パターン形成手段と、上記クリーニング手段により回収されたトナーを貯留するため上記回収トナー搬送路内に設けられた回収トナー貯留手段と、上記回収トナー搬送路における該回収トナー貯留手段よりも上記現像装置側に設けられた開閉可能なシャッターとを備え、上記制御手段が、該現像装置新品検知手段により該現像装置が新品と検知されたときに、該トナー消費用パターン形成手段により該像担持体上にトナー消費用パターンを形成し、該トナー消費用パターンを該クリーニング手段により回収し、該回収トナーを該回収トナー貯留手段に貯留することにより、強制的に該現像装置内のトナーを消費させる強制トナー消費動作を実行し、かつ、該強制トナー消費動作中は上記シャッターを閉じるよう制御するとともに、該強制トナー消費動作を実行してないときは上記シャッターを開くよう制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、上記強制トナー消費動作の実行の可否を外部より選択できる選択手段を設け、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行前に該選択手段の選択結果に基づき該強制トナー消費動作の実行の要不要を判断し、該判断結果に基づき該強制トナー消費動作を実行するよう制御することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２の画像形成装置において、上記現像装置の交換時に該現像装置に収容される二成分現像剤の製造年月日を識別できる情報を外部より入力する現像剤情報入力手段を設け、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行前に該現像剤情報入力手段により入力された情報に基づき現像剤の製造年月日を識別して該強制トナー消費動作の実行の要不要を判断し、該判断結果に基づき該強制トナー消費動作を実行するよう制御することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１または２の画像形成装置において、上記現像装置が収容される二成分現像剤の製造年月日を識別できる現像剤情報識別部材を有しており、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行前に該現像剤情報識別部材より現像剤の製造年月日を識別して該強制トナー消費動作の実行の要不要を判断し、該判断結果に基づき該強制トナー消費動作を実行するよう制御することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記現像装置により上記像担持体上の所定位置にトナー付着量検出パターンを形成するトナー付着量検出パターン形成手段と、該トナー付着量検出パターンのトナー付着量を検出するトナー付着量検出手段とを備え、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行前に、該トナー付着量検出パターン形成手段によるトナー付着量検出パターンの形成と、該トナー付着量検出手段による該トナー付着量検出パターンのトナー付着量の検出とを行い、該トナー付着量検出手段による検出結果が所定の目標値となった場合に該強制トナー消費動作を実行しないように制御することを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５の画像形成装置において、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行と、上記強制トナー消費動作の実行を判断するためにおこなう上記トナー付着量検出手段による該トナー付着量検出パターンのトナー付着量検出動作とを、交互におこなうよう制御することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６の画像形成装置において、上記制御部が、上記強制トナー消費動作の実行と、該強制トナー消費動作の実行を判断するためにおこなう上記トナー付着量検出手段による上記トナー付着量検出パターンのトナー付着量検出動作とを、複数回おこなうよう制御することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項５、６または７の画像形成装置において、上記制御部が、上記トナー付着量検出手段が上記トナー付着量検出パターンのトナー付着量検出値（Ｖｓｐ）と、トナー付着量検出パターン部以外の像担持体部分のトナー付着量検出値（Ｖｓｇ）とを検出し、これらの比率（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）が所定の値以上となったとき、検出結果が所定の目標値となったと判断することを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８の画像形成装置において、上記制御部が、上記比率（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）が所定の値以下でも、上記強制トナー消費動作の実行の回数に基づき該強制トナー消費動作の実行を強制的に終了するように制御することを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成装置において、上記トナー消費用パターン形成手段により上記像担持体上に形成されるトナー消費用パターンが、主走査方向に長く、副走査方向に短い長方形を複数、副走査方向に間隔をもって配置したものであることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１０の画像形成装置において、上記像担持体の転写位置よりも下流でクリーニング位置よりも上流の領域に接触する分離手段を備え、上記トナー消費用パターンの主走査方向の該分離手段に対応する位置に間隔を設け、該トナー消費用パターンが該分離手段に接触しないようにしたことを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１の画像形成装置において、上記制御部が、上記現像装置新品検知手段により該現像装置が新品と検知された場合におこなう新品現像装置の立ち上げ動作中に、上記強制トナー消費動作を実行するよう制御することを特徴とする画像形成装置。

Images