JP2018017838A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空の現像装置への現像剤の初期補給後に生じる画像不良の低減と、初期補給後に画像を連続出力する場合に生じる画像不良の低減とを両立できる画像形成装置の提供。【解決手段】制御部は、初期補給制御を実行する（Ｓ１）。補給剤の量は、所定の収容量よりも少ない。この場合、現像剤の剤面高さが２個の現像スリーブの間隙部まで到達しないので、流動性の高い現像剤が間隙部に供給され難い。それ故、縦スジ状の濃度ムラは生じ得ない。制御部は初期補給制御後、現像剤量が所定の収容量以上となるまで、繋ぎ補給制御を実行する（Ｓ４）。補給剤の量は、画像形成に伴い消費される消費量に印字率に応じて変動する追加量を加えた量であり、繋ぎ補給時には画像形成ジョブの実行毎に現像容器内の現像剤量が追加量分ずつ増える。こうすると、初期補給後に高印字率の画像を連続出力する場合でも、画像抜けのような画像不良が生じ難い。【選択図】図６

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリあるいは複合機などの電子写真技術を用いた画像形成装置に関する。

従来から、間隙部を設けて対向配置された２個の現像スリーブに一成分現像剤などの現像剤を担持させ、現像剤により感光ドラムに形成された静電潜像を現像する現像装置を備えた画像形成装置が提案されている（特許文献１）。画像形成装置では画像形成に伴い現像剤が消費されるため、現像装置内の現像剤が所定の収容量よりも少なくなると、現像剤補給装置から補給用の現像剤が現像装置に補給される。

現像装置は画像形成装置本体に着脱自在に設けられ、使用者は現像装置を容易に交換することができる。ただし、新品の現像装置（あるいは未使用の画像形成装置）には現像剤が収容されていない。そのため、新品の現像装置（あるいは未使用の画像形成装置）を初めて使用する場合には、現像剤補給装置から現像装置に対し現像剤を補給させる必要がある。従来では、現像装置の交換時などに、現像剤補給装置から現像装置に所定量の現像剤を補給する制御（初期補給制御）を実行するようにしている（特許文献２）。例えば操作パネル上のディスプレイ等に、使用者に対し初期補給制御の実行を促すように表示し、使用者に選択させていた。

特開２００４−２９５６９号公報 特開２００２−２５８５９３号公報

しかしながら、従来の画像形成装置の場合、上記の初期補給後のしばらくの間は、画像形成に伴い縦スジ状に濃度ムラのような画像不良が生じ、その後さらに画像形成を繰り返すにつれてそうした画像不良が解消されることが散見された。これは、補給用の現像剤は流動性が高く、また初期補給後のしばらくの間は現像装置内において流動性の高い現像剤の占める割合が大きく、その場合に、規制可能な現像剤量よりも多い量の現像剤が２個の現像スリーブの間隙部に供給されるからである。そこで、縦スジ状の濃度ムラを生じさせ難くするためには、２個の現像スリーブの間隙部で規制可能な程度にまで、初期補給時に補給する現像剤量を減らすことが考えられる。ただし、初期補給時に補給する現像剤量を減らした場合には、その後に続けて高印字率の画像を連続出力する画像形成を行った際に、比較的に早いタイミングで現像剤が足りなくなって画像抜けのような画像不良が生じやすい。

本発明は上記問題に鑑み、空の現像装置への現像剤の初期補給後に生じやすい濃度ムラのような画像不良の低減と、初期補給後に高印字率の画像を連続出力する場合に生じやすい画像抜けのような画像不良の低減とを両立できる画像形成装置の提供を目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、回転する感光体と、現像剤を収容する現像容器と、前記現像容器の前記感光体に対向する位置に並列して回転自在に設けられ、前記現像容器内の現像剤を担持して搬送し、前記感光体に形成された静電潜像を現像剤により現像する第一現像剤担持体及び第二現像剤担持体と、前記現像容器に補給用の現像剤を補給する補給装置と、前記現像容器内の前記第一現像剤担持体と前記第二現像剤担持体との最近接位置以上の高さ位置に設けられて、前記現像容器内の現像剤を検出する検出手段と、前記補給装置を制御して、空の前記現像容器に前記検出手段により検出されない量の第一補給量の補給用の現像剤を補給する第一モードと、前記第一モード後に画像形成ジョブが開始された場合に、少なくとも前記検出手段に検出されるまでは、画像形成に伴い消費される現像剤の消費量に、印字率が高い場合に比べて低い場合により多い量の追加量を加えた第二補給量の補給用の現像剤を補給する第二モードとを実行する制御部と、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、空の現像装置への現像剤の初期補給後に生じやすい縦スジ状の濃度ムラのような画像不良の低減と、初期補給後に高印字率の画像を連続出力する場合に生じやすい画像抜けのような画像不良の低減とを両立することができる。

本実施形態の画像形成装置の構成を示す概略図。 現像装置を示す断面図。 現像剤補給装置を示す概略図。 現像剤補給装置を示す断面図。 現像剤補給制御系を示す制御ブロック図。 現像剤補給制御を示すフローチャート。 繋ぎ補給制御を示すフローチャート。 選択実行画面の一例を示す図。 繋ぎ補給制御時における現像容器内の現像剤量の推移を示す図。 通常補給制御を示すフローチャート。 本実施形態のトナー補給制御における現像容器内の現像剤量の推移を示すタイミングチャート。 従来のトナー補給制御における現像容器内の現像剤量の推移を示すタイミングチャート。 実験結果を示す図。

＜画像形成装置＞
以下、図面を参照して本実施形態を説明する。まず、本実施形態の画像形成装置の構成について、図１を用いて説明する。図１に示す画像形成装置は、感光ドラム１０を囲むように、帯電装置１、露光装置２、現像装置３、転写前帯電器４、転写ローラ５、ドラムクリーニング装置６、除電露光装置７が配置されている。感光体としての感光ドラム１０は外周面にアモルファスシリコンを主成分とする感光層が形成されており、所定のプロセススピード（例えば５００ｍｍ／ｓ）で図１の矢印Ｒ１方向に回転する。感光ドラム１０は、外径が例えば８４ｍｍに形成される。

帯電装置１は、例えばコロナ放電に伴う荷電粒子を照射して感光ドラム１０を一様な暗部電位（例えば＋５００Ｖ）に帯電させる。帯電した感光ドラム１０の表面には、露光装置２から照射されかつ画像信号に基づき変調されるレーザービーム（図１に矢印Ｌで示す）による画像露光が行われて、静電潜像が形成される。本実施形態では、感光ドラム１０の表面を一様に暗部電位に帯電し、非画像部（背景部）を露光して明部電位に除電し、暗部電位（帯電部）にトナーを現像する背景部露光方式を採用している。それ故、露光された感光ドラム１０の表面つまり背景部は例えば＋１２０〜＋２００Ｖまで除電される。現像装置３は、感光ドラム１０の帯電極性と逆極性に帯電したトナーを感光ドラム１０に供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置３については後述する（図２参照）。

転写前帯電器４は、トナー像が形成された感光ドラム１０の表面を転写前帯電する。転写ローラ５は感光ドラム１０に対向配置され、感光ドラム１０との間にトナー像の転写部Ｔ１（転写ニップ部）を形成する。転写部Ｔ１には、レジストレーションローラ１３により所定のタイミングで記録材Ｓが搬送される。転写部Ｔ１では、搬送される記録材Ｓに対し、例えば高圧電源（不図示）により転写ローラ５に転写電圧が印加されることで、トナー像が感光ドラム１０から記録材Ｓへ転写される。即ち、転写ローラ５に対しトナーの帯電極性と逆極性の転写電圧が印加されると、感光ドラム１０上のトナー像が記録材Ｓに静電吸引されて転写が行われる。ドラムクリーニング装置６は、感光ドラム１０にクリーニングブレードを摺擦させて、転写後に感光ドラム１０上に僅かに残るトナーを除去する。

帯電装置１よりも感光ドラム１０の回転方向上流側に且つ転写ローラ５よりも感光ドラム１０の回転方向下流側には、感光ドラム１０の表面を除電露光する除電露光装置７が配置されている。除電露光装置７は露光装置２と異なる強度のレーザー光を照射して、感光ドラム１０の表面を露光して表面電位を所定電位（例えば０Ｖ）まで低下させる。

トナー像を転写された記録材Ｓは、定着装置１１へ搬送される。記録材Ｓは、定着装置１１の加熱ローラ１１１と加圧ローラ１１２とによって加熱されながら加圧される。これにより、記録材Ｓ上のトナー像が記録材Ｓに定着される。定着装置１１によりトナー像が定着された記録材Ｓは、機体外へ排出される。なお、両面出力の場合、記録材Ｓは片面出力後に反転されて、再度、転写部Ｔ１に搬送される。そして、記録材Ｓは他方の面にもトナー像が定着されてから機体外へ排出される。

現像装置３には、補給用の現像剤（以下、補給剤と呼ぶ）を補給するための現像剤補給装置１２が接続されている。現像剤補給装置１２は補給剤を収容し、必要に応じて現像装置３に補給剤を補給する。現像剤補給装置１２については、後述する（図３及び図４参照）。

＜現像装置＞
現像装置３について、図２を用いて説明する。図２に示すように、現像装置３は、現像容器２０と、第一現像剤担持体としての上流現像スリーブ２１と、第二現像剤担持体としての下流現像スリーブ２２と、撹拌搬送部材２５と、規制ブレード２６とを有している。そして、現像容器２０内には上流現像スリーブ２１と下流現像スリーブ２２との間隙部Ｇ以上（最近接位置以上）の高さ位置に、現像剤量検出センサ３０が設けられている。検出手段としての現像剤量検出センサ３０は、現像容器２０内に収容されている現像剤が所定の収容量以上か否かを検出する。即ち、現像剤量検出センサ３０は、現像容器２０内に収容されている現像剤の剤面高さが所定の高さ以上（図２に破線Ｓｔで示す）である場合に、現像剤が所定の収容量以上であることを示す信号を出力する。本明細書において、所定の収容量とは、現像剤量検出センサ３０が「現像剤あり」と検出可能な現像容器２０内の最低限の現像剤量である（例えば４００ｇ）。上流現像スリーブ２１及び下流現像スリーブ２２には、高圧電源３５が電気的に接続されている。

＜現像剤＞
現像容器２０は、磁性を有するトナーを含む一成分現像剤を収容する。本実施形態の場合、磁性トナーは負帯電特性である。一成分現像剤について説明すると、一成分現像剤は磁性酸化鉄粒子の他に、結着樹脂、外添剤などを含む。結着樹脂としては、例えばスチレン系共重合樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂とスチレン系共重合樹脂との混合物、又はポリエステル樹脂とスチレン系共重合樹脂とが一部反応したハイブリッド樹脂などが用いられる。外添剤としては、帯電安定性、現像性、流動性、耐久性向上のために、窒素吸着によるＢＥＴ法による比表面積が３ｍ^２／ｇ以上のシリカ微粉末を用いるのが好ましい。シリカ微粉末は、現像剤としての流動性確保のために０．１〜５質量部添加される。シリカ微粉末は、これより少ないと流動性が確保し難い。ただし、現像剤の流動性はシリカ微粉末がこれより多くても変わらないにも関わらず、シリカ微粉末が多くなれば磁性酸化鉄粒子から遊離して、画像形成装置内部や出力画像を汚す等の弊害が生じやすい。

磁性トナーとしては、例えば磁場７９５．８ｋＡ／ｍにおける飽和磁化量が２〜４０Ａｍ^２／ｋｇ以下であるのが好ましい。また、磁性酸化鉄粒子の含有量は、結着樹脂１００質量部に対して２５〜７５質量部以下であるのが好ましい。さらに、トナーの重量平均粒径は４〜８μｍが好ましい。なお、飽和磁化量は、振動型磁力計ＶＳＭ‐３Ｓ‐１５（東英工業株式会社製）を用いて測定した。

なお、必要に応じてシリカ微粉末以外の外添剤として、例えば酸化チタン粉末、酸化アルミニウム粉末などの流動性付与剤、あるいは酸化セリウム粉末、炭化ケイ素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤などが添加されていてもよい。例えば、上記の研磨剤が０．１〜５％質量部ほど添加されている場合、研磨剤は感光ドラム１０の表面に付着した現像剤を除去する。さらに、トナーが負帯電特性の場合、上記の研磨剤は摺擦に伴いトナー帯電性を向上させる。

＜上流現像スリーブ＞
図２に戻って、上流現像スリーブ２１は、感光ドラム１０に対向する位置に設けられた現像容器２０の開口部から一部露出して、また図中矢印Ｒ２方向に回転自在に現像容器２０に設けられている。上流現像スリーブ２１は、アルミニウムやステンレスなどの非磁性材料である例えば外径２０ｍｍの円筒状本体の表面に樹脂膜を被覆して形成されている。

上流現像スリーブ２１の内部には、上流マグネットローラ２３が固定配置されている。上流マグネットローラ２３には、極性の異なる磁極が磁場パターンを形成するように交互に周方向に配置される（図中Ｎ１１、Ｓ１１、Ｎ１３、Ｓ１３、Ｎ１２、Ｓ１２参照）。図２に示す現像装置３では、現像領域Ａ１で感光ドラム１０に対向させて現像極Ｓ１１が配置され、規制ブレード２６に対向させて磁極Ｎ１１が配置されている。規制ブレード２６はアルミニウムなどの非磁性材料で構成された板状部材であって、感光ドラム１０よりも上流現像スリーブ２１の回転方向上流側に、上流現像スリーブ２１の回転軸線方向（長手方向）に沿って設けられている。規制ブレード２６と上流現像スリーブ２１との隙間（ギャップ）は、例えば０．２３ｍｍ程度に設定されている。

＜下流現像スリーブ＞
下流現像スリーブ２２は、上流現像スリーブ２１の重力方向下方に並列して且つ上流現像スリーブ２１及び感光ドラム１０の双方に対向して、図中矢印Ｒ２方向（つまり上流現像スリーブ２１と同一回転方向）に回転自在に現像容器２０に設けられている。下流現像スリーブ２２は、上流現像スリーブ２１と同径であるとよい。上流現像スリーブ２１と下流現像スリーブ２２とが最も近接する位置（最近接位置）の間隔は１ｍｍ以下であればよく、例えば０．２２ｍｍ程度に設定されている。下流現像スリーブ２２は、上流現像スリーブ２１と同じように非磁性材料である例えば外径２０ｍｍの円筒状本体の表面に樹脂膜を被覆して形成されている。

下流現像スリーブ２２の内部には、下流マグネットローラ２４が固定配置されている。下流マグネットローラ２４には、極性の異なる磁極が磁場パターンを形成するように交互に周方向に配置される（図中Ｎ３１、Ｓ３１、Ｎ３２、Ｓ３３、Ｓ３２参照）。ただし、下流マグネットローラ２４では上流マグネットローラ２３と異なり、同極の磁極Ｓ３３と磁極Ｓ３２とが隣り合う位置に配置されている。そのため、これらの極間では反発磁界が形成される。図２に示す現像装置３では、現像領域Ａ２で感光ドラム１０に対向させて現像極Ｓ３１が配置され、上流現像スリーブ２１に対向させて磁極Ｎ３１が配置されている。

ここで、現像装置３における現像剤の流れについて、図２を参照しながら説明する。現像容器２０内の現像剤は、撹拌搬送部材２５によって撹拌されながら現像スリーブ２１、２２へと供給される。すると、現像スリーブ２１、２２の表面には、マグネットローラ２３、２４の磁力によって磁気穂が形成される。つまり、現像剤は現像スリーブ２１、２２に担持される。上流現像スリーブ２１に担持された現像剤は、規制ブレード２６により層厚が規制されて現像領域Ａ１へと送られる。規制ブレード２６と上流現像スリーブ２１との隙間（ギャップ）を調整することによって、上流現像スリーブ２１に形成された磁気穂の穂切り量が規制され、現像領域Ａ１へ搬送される現像剤量が調整される。

他方、下流現像スリーブ２２に担持された現像剤は、上流現像スリーブ２１により層厚が規制されて現像領域Ａ２へと送られる。つまり、下流現像スリーブ２２に担持された現像剤は、上流現像スリーブ２１と下流現像スリーブ２２との最近接位置を含んで形成される間隙部Ｇにより磁気穂の穂切り量が規制され、現像領域Ａ２へ搬送される現像剤量が調整される。このようにして、現像スリーブ２１、２２は、層厚を規制された現像剤を担持したまま対向する感光ドラム１０と同一方向に回転して（図中矢印Ｒ２参照）、現像剤を現像領域Ａ１、Ａ２にそれぞれ搬送する。

現像スリーブ２１、２２は現像領域Ａ１、Ａ２に現像剤を搬送すると、感光ドラム１０に形成された静電潜像に現像剤を供給してトナー像を現像する。この際に、現像スリーブ２１、２２には、高圧電源３５から直流電圧（例えば＋６００Ｖ）に交流電圧（例えば振幅１１００Ｖ、周波数２８００Ｈｚ）を重畳した現像バイアス電圧が印加される。これに応じて、現像スリーブ２１、２２に担持された現像剤が感光ドラム１０側に飛翔し、感光ドラム１０の静電潜像を非接触に現像する。上流現像スリーブ２１は感光ドラム１０の静電潜像に対する１回目の現像を行い、下流現像スリーブ２２は現像領域Ａ１を通過後の感光ドラム１０の静電潜像に対する２回目の現像を行う。

上流現像スリーブ２１に担持された現像剤は画像形成で使われない限り、上流現像スリーブ２１に担持されたまま間隙部Ｇに搬送される。そして、間隙部Ｇにおいて一部が現像容器２０内に戻され、残りは上流現像スリーブ２１から下流現像スリーブ２２へ移動する。他方、下流現像スリーブ２２に担持された現像剤のうち画像形成で使われなかった現像剤は、磁極Ｓ３３と磁極Ｓ３２によって形成される反発磁界により下流現像スリーブ２２から剥ぎ落とされて、現像容器２０内に戻される。

なお、上記の現像スリーブ２１、２２の表面粗さは、例えば算術平均粗さＲａが０．６〜０．９μｍである。また、上流現像スリーブ２１上の現像剤の常温常湿環境での平均帯電量は−４〜−６μＣ／ｇであり、塗布量は０．４〜０．６ｍｇ／ｃｍ^２である。他方、下流現像スリーブ２２上の現像剤の常温常湿環境での平均帯電量は−３〜−５μＣ／ｇであり、塗布量は０．３〜０．６ｍｇ／ｃｍ^２である。そして、これら現像スリーブ２１、２２は共に、同じ回転速度で回転される（例えば、５５０ｍｍ／ｓ）。

＜現像剤補給装置＞
次に、現像剤補給装置１２について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４に示すように、現像剤補給装置１２は、第一補給装置１７と第二補給装置１８とに大きく分けることができる。第一補給装置１７は、第一現像剤収容部１７０、マグネットローラ１７１、排出スクリュー１７２、第一剤量検出センサ１７３、第二剤量検出センサ１７４、第一駆動モータ１７５、電磁クラッチ１７６を有する。他方、第二補給装置１８は、第二現像剤収容部１８０、第二駆動モータ１８１、中空円筒状のトナーボトル１９を有する。第一補給装置１７と第二補給装置１８とは、第一現像剤収容部１７０の上端面に形成された受入口（不図示）と、第二現像剤収容部１８０の下端面に形成された排出口（不図示）とで、補給剤を受け渡し可能に連通されている。

トナーボトル１９は補給剤を収容し、第二現像剤収容部１８０に着脱可能に接続されている。トナーボトル１９は、第二駆動モータ１８１により回転される。第二補給装置１８では、トナーボトル１９の回転に伴ってトナーボトル１９内の補給剤が第二現像剤収容部１８０側へ移動し、補給剤が第二現像剤収容部１８０に一時的に蓄えられる。そして、最終的には、補給剤が第二現像剤収容部１８０の排出口から第一補給装置１７に供給される。

第一補給装置１７では、第一現像剤収容部１７０内に設けられた排出スクリュー１７２が第一駆動モータ１７５によって駆動されることに応じ、第二補給装置１８から供給された補給剤が第一現像剤収容部１７０の一端部側から他端部側へと一方向に搬送される。第一駆動モータ１７５は、第一剤量検出センサ１７３によって補給剤が所定量以上であることが検出されていると、排出スクリュー１７２を駆動し続ける。第一剤量検出センサ１７３は、排出スクリュー１７２の現像剤搬送方向上流側に且つ第一現像剤収容部１７０の壁面の所定高さ位置に配置されている。

収容体としての第一現像剤収容部１７０内を一方向に搬送される補給剤は、回転されるマグネットローラ１７１により、第一現像剤収容部１７０の重力方向下方に配置された現像装置３（詳しくは現像容器２０）に搬送される。搬送手段としてのマグネットローラ１７１は、Ｓ極とＮ極とが交互に計６極着磁された例えば外径１８ｍｍの磁石によって円筒状に形成され、電磁クラッチ１７６により駆動手段としての第一駆動モータ１７５の駆動が伝達されることで回転する。即ち、電磁クラッチ１７６が接続されることに伴いマグネットローラ１７１が回転し、第一現像剤収容部１７０から現像装置３に現像剤が供給される。第二駆動モータ１８１、第一駆動モータ１７５、電磁クラッチ１７６は、第二剤量検出センサ１７４の検出結果に応じて制御される。第二剤量検出センサ１７４は、排出スクリュー１７２の現像剤搬送方向下流側に且つ第一現像剤収容部１７０の壁面の所定高さ位置に配置されている。

＜制御部＞
画像形成装置はまた、図１に示すように制御部２００を備えている。制御部２００について、図５を用いて説明する。図５は、現像剤補給制御系を示す制御ブロック図である。なお、制御部２００は図５に示した以外の上述した各部（図１参照）を制御可能であるが、ここでは発明の本旨でないので図示及び説明を省略している。

制御部２００は、画像形成ジョブや補給剤の補給などの各種制御を行う例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等である。図５に示すように、制御部２００にはメモリ２０１、操作部２０２、センサ部２０３、現像剤補給装置１２、高圧電源３５が接続されている。メモリ２０１は、例えばＲＯＭやＲＡＭあるいはハードディスク装置などの記憶手段である。メモリ２０１には、画像形成装置を制御するための各種制御プログラムやデータ等が記憶されている。本実施形態では、例えば画像形成ジョブ（不図示）や後述する現像剤補給処理などの各種制御プログラム、画像形成した記録材Ｓの累計枚数などの各種データ等が記憶される。また、メモリ２０１は各種制御プログラムの実行に伴う演算処理結果などを一時的に記憶し得る。

操作部２０２は、利用者による各種プログラムの実行指示や各種データ入力などを受け付ける、例えばタッチパネル式のディスプレイを有した操作パネルや外部端末などである。制御部２００は、画像形成に関する各種情報の入力画面（不図示）や、「現像剤補給制御」に関する選択実行画面（後述の図８参照）などを操作部２０２のディスプレイ（不図示）に表示させることができる。

制御部２００は操作部２０２に表示される入力画面（不図示）を用いた使用者による画像情報等の入力に基づいて、メモリ２０１に予め記憶済みの画像形成ジョブを実行し得る。制御部２００は画像形成ジョブの実行に伴い、画像形成装置の動作を制御する。なお、画像形成ジョブとは、記録材Ｓに画像形成するプリント信号に基づいて、画像形成開始してから画像形成動作が完了するまでの一連の動作のことである。具体的には、プリント信号を受けた後の前回転時（画像形成前の準備動作）から、後回転（画像形成後の動作）までのことを指し、画像形成期間、紙間（非画像形成時）を含む。

また、制御部２００は操作部２０２に表示される選択実行画面（後述する図８参照）を用いた使用者による指示入力に基づいて、メモリ２０１に予め記憶済みの現像剤補給処理を実行し得る。制御部２００は現像剤補給処理により、センサ部２０３（第一剤量検出センサ１７３、第二剤量検出センサ１７４、現像剤量検出センサ３０）の検出結果に基づき現像剤補給装置１２や高圧電源３５を動作させ、現像装置３に補給剤を供給する制御を行い得る。

＜現像剤補給制御＞
本実施形態の現像剤補給制御について、図４及び図５を適宜に参照して図６乃至図１２を用いて説明する。なお、図１１は本実施形態の現像剤補給制御を実行した場合における現像容器内の現像剤量の推移を示すタイミングチャートであり、図１２は従来の補給制御を実行した場合における現像容器内の現像剤量の推移を示すタイミングチャートである。また、図１１及び図１２において現像剤量（Ｗ２）は収容量を示す。

図６に示すように、制御部２００は、操作部２０２から現像剤補給処理の実行指示を受信すると、第一モードとして「初期補給制御」を実行する（Ｓ１）。「初期補給制御」では、上述のように第一剤量検出センサ１７３、第二剤量検出センサ１７４の検出結果に基づき現像剤補給装置１２を動作させ、現像装置３に補給剤を供給する。制御部２００は、マグネットローラ１７１の回転時間を制御することで補給剤の補給量を調節する。本実施形態の場合、「初期補給制御」で現像装置３に供給する補給剤の量は、所定の収容量よりも少ない第一補給量である（例えば２５０ｇ）。第一補給量は現像剤量検出センサ３０により「現像剤あり」と検出されない量であるが、上流現像スリーブ２１と下流現像スリーブ２２との間隙部Ｇ（最近接位置）よりも現像剤の剤面高さが低い量である。図１１及び図１２を比較して理解できるように、本実施形態の場合、補給剤は収容量Ｗ２まで補給されないので、従来の場合に比べて補給にかかる時間が当然に短くなっている（第一補給量Ｗ０になるまでの時間ｔ１ｓ）。

制御部２００は、第一補給量の補給剤の供給後に高圧電源３５を制御して、現像スリーブ２１、２２に例えば＋６００Ｖの直流電圧を印加する（Ｓ２）。ここで、直流電圧（＋６００Ｖ）を印加するのは、補給剤に多量に含まれる極性が反転した帯電トナーが現像スリーブ２１、２２に付着するのを防ぎ、画像形成時に現像スリーブ２１、２２表面のトナーの帯電を短時間で適正化できるようにするためである。そして、制御部２００は、上記「初期補給制御」の開始後、所定時間（例えば６００ｓ）が経過したか否かを判定する（Ｓ３）。図１１に示すように、第一補給量になった以降、繋ぎ補給制御が開始されるまで（時間ｔ１ｓ〜ｔ１）、現像容器２０内の現像剤量は第一補給量Ｗ０のままで変化しない。

図８に、初期補給時に操作部２０２に表示する選択実行画面の一例を示す。図８に示すように、選択実行画面１６１には、現像剤補給処理の開始を指示するスタート操作子や（図８のＳＴＡＲＴ）、現像剤補給処理の強制終了を指示する終了操作子などが表示される（図８のＡＢＯＲＴ）。使用者は、ディスプレイ上に表示されるこれらの疑似操作子にタッチすることで、現像剤補給処理の開始や強制終了を指示することができる。

また、選択実行画面１６１には、初期補給制御の残り時間が表示される。図８には、残り時間が７７９秒の場合を示した。これは、使用者に対し画像形成ジョブを開始できるまでにかかる時間を提示するためである。初期補給制御では、補給剤の補給を後述する繋ぎ補給制御（図７参照）や通常補給制御（図１０参照）よりも高速で行いつつ、第一補給量を補給した後も現像スリーブ２１、２２及び撹拌搬送部材２５（図２参照）を回転させる。これにより、初期補給制御の終了後にトナー帯電量が適正化される。トナー帯電量が適正値でないにも関わらず、画像形成ジョブが実行された場合には画像不良が生じやすい。そこで、トナー帯電量が適正値になるまで、使用者が画像形成ジョブを開始させないようにしている。

図６に戻って、所定時間経過していないと判定した場合（Ｓ３のＮＯ）、制御部２００はＳ２の処理に戻る。他方、所定時間経過したと判定した場合（Ｓ３のＹＥＳ）、制御部２００は入力画面（不図示）等からの画像形成ジョブの開始指示を受け付け可能にすると共に、第二モードとして「繋ぎ補給制御」を実行する（Ｓ４）。「繋ぎ補給制御」については後述する（図７参照）。制御部２００は、現像容器２０内の現像剤量が所定の収容量以上となるまで「繋ぎ補給制御」を繰り返し実行する（Ｓ５のＮＯ）。制御部２００は、現像容器２０内の現像剤量が所定の収容量以上となると（Ｓ５のＹＥＳ）、第三モードとして「通常補給制御」を開始する（Ｓ６）。「通常補給制御」については後述する（図１０参照）。

＜繋ぎ補給制御＞
初期補給制御後（第一モード後）に実行する「繋ぎ補給制御」（図６のＳ４参照）について、図７を用いて説明する。図７に示すように、制御部２００は入力画面（不図示）等から画像形成ジョブの開始指示を受信したか否かを判定する（Ｓ１１）。画像形成ジョブの開始指示を受信していない場合（Ｓ１１のＮＯ）、制御部２００は繋ぎ補給制御を終了する。この場合、現像剤補給装置１２から現像装置３に補給剤が補給されない。また、画像形成が行われないので、現像剤が消費されることもない。つまり、現像容器２０内の現像剤量は減りもしないし増えもしない。

他方、画像形成ジョブの開始指示を受信したと判定した場合（Ｓ１１のＹＥＳ）、制御部２００は画像形成に伴い消費される現像剤の消費量を計算する（Ｓ１２）。現像剤の消費量は、下記の式１に示すように印字率に従って求められる。

現像剤の消費量＝５．５×印字率・・・式１

印字率とは、記録材Ｓにおける画像形成可能な面積に対する印字部分の面積率のことをここでは言う。例えば、べた白の場合は０％であり、べた黒の場合は１００％である。印字率は画像形成ジョブ単位で計算すればよい。ただし、画像形成する記録材Ｓが例えばＡ４横換算で１００ページを超える場合には、１００ページ毎に印字率を求めるのが好ましい。

制御部２００は、追加量を決定する（Ｓ１３）。追加量は、印字率に従って変動する。ただし、上述のように消費量は印字率が高くなれば増加し、印字率が低くなれば減少するが（上述の式１参照）、追加量は反対に印字率が高くなれば減少し、印字率が低くなれば減少するようにしている。制御部２００は、所定の計算式に従って追加量を求めたり、あるいはメモリ２０１に予め記憶済みの追加量テーブルを参照して追加量を決めたりする。追加量テーブルには、所定の印字率の範囲（例えば１〜１０％程度）毎に、１ページ当たりの消費量に加える所定の追加量が予め設定されている。例えば、印字率５％の場合には追加量が７５ｍｇに設定され、印字率５０％の場合には追加量が１０ｍｇに設定される。

図９に、繋ぎ補給制御時における現像容器２０内の現像剤量の推移を示した。図９の直線Ｊが印字率５％のＡ４横画像を画像形成した場合を示し、直線Ｋが印字率５０％のＡ４横画像を画像形成した場合を示す。印字率５％のＡ４横画像を画像形成する場合、１ページ当たりの現像剤の消費量は２７．５ｍｇであるので、繋ぎ補給制御では１ページ当たり１０２．５ｍｇ（２７．５＋７５）の補給剤が補給される。この場合に、初期補給後の現像剤量（例えば２５０ｇ）から所定の収容量（例えば４００ｇ）まで補給剤を補給するのに、２０００枚の記録材Ｓに画像形成を行う必要がある（［４００−２５０］／［７５／１０００］）＝２０００）。他方、印字率５０％のＡ４横画像を画像形成する場合、１ページ当たりの現像剤の消費量は２７５ｍｇであるので、繋ぎ補給制御では１ページ当たり２８５ｍｇ（２７５＋１０）の補給剤が補給される。この場合に、初期補給後の現像剤量（例えば２５０ｇ）から所定の収容量（例えば４００ｇ）まで補給剤を補給するのに、１５０００枚の記録材Ｓに画像形成を行う必要がある（［４００−２５０］／［１０／１０００］）＝１５０００）。

上述のように、本実施形態では、印字率が低い場合の追加量が、印字率が高い場合の追加量に比べて多くなるようにしている。これは、印字率が高い場合に、消費量が多いにも関わらず追加量を多くすると、現像容器２０内で流動性の高い現像剤が占める割合が増し、その結果として、補給剤の補給前に比べると縦スジが生じやすくなるからである。即ち、繋ぎ補給制御時には、流動性が比較的に低い現像剤が消費され、それに入れ替わり流動性が比較的に高い補給剤が補給される。印字率が高い場合は印字率が低い場合に比べて、補給剤の補給に伴って現像容器２０内の現像剤のうち入れ替えられる現像剤の割合が多くなる。それにも関わらず、印字率が高い場合にさらに追加量を多くすれば、現像容器２０内の現像剤の流動性がより高くなってしまう。そのため、印字率が高い場合には追加量をできる限り少なくした方がよい。ただし、追加量が少ないままであると、上述したように、所定の収容量まで補給剤を補給するのに時間がかかりすぎる（図９参照）。そこで、印字率が低い場合には印字率が高い場合に比べて追加量を多くすることで、所定の収容量まで補給剤を補給するのにかかる時間をできる限り短縮させるようにしている。

図７に戻って、制御部２００は、現像剤補給装置１２に補給させる補給剤の補給量を計算する（Ｓ１４）。補給剤の補給量は、上記で求めた消費量に上記で決定した追加量を加算して求められる（補給剤の補給量＝現像剤の消費量＋追加量）。本実施形態の場合、上述のように、印字率が高い場合に比べて低い場合により多い量の追加量を加えた補給量（第二補給量）の補給剤が補給される。このように、「繋ぎ補給制御」で現像装置３に供給する補給剤の補給量は、画像形成に伴い消費される現像剤の消費量と印字率に応じて変動する追加量とを加えた第二補給量である。制御部２００は、求めた補給量の補給剤を補給させるように、現像剤補給装置１２を制御して補給を開始する（Ｓ１５）。

なお、繋ぎ補給時は、初期補給時よりも単位時間当たりの補給剤の補給量が少なくなるように、制御部２００はマグネットローラ１７１の回転速度を制御する。つまり、制御部２００は、繋ぎ補給時に補給剤を補給する際の第一駆動モータ１７５の駆動速度が初期補給時よりも遅くなるように制御する。

図１１に示すように、繋ぎ補給時には、現像剤の消費量よりも補給剤の補給量の方が多いので、画像形成ジョブの実行毎に現像容器２０内の現像剤量は追加量分ずつ増える（図中Ｗ０からＷ２）。その後、現像容器２０内の現像剤量が所定の収容量以上になると（時間ｔ２）、通常補給が行われる。これに対し、従来の場合、図１２に示すように、初期補給後に繋ぎ補給制御を挟むことなく通常補給が行われる。

＜通常補給制御＞
次に、「通常補給制御」について図１０を用いて説明する。通常補給制御は「通常補給制御」の開始後（図６のＳ６参照）、所定の時間間隔毎に実行される。図１０に示すように、制御部２００は入力画面（不図示）等から画像形成ジョブの開始指示を受信したか否かを判定する（Ｓ２１）。画像形成ジョブの開始指示を受信していない場合（Ｓ２１のＮＯ）、制御部２００は処理を続行させずに画像形成ジョブの開始指示を受信するまで待機する。

画像形成ジョブの開始指示を受信したと判定した場合（Ｓ２１のＹＥＳ）、制御部２００は現像容器２０内の現像剤量が所定の収容量より少ないか否かを判定する（Ｓ２２）。この判定は、制御部２００が現像剤量検出センサ３０から信号を受信したか否かによって行われる。即ち、制御部２００は現像剤量検出センサ３０から信号を受信した場合に、現像容器２０内の現像剤量が所定の収容量以上であると判定する。現像容器２０内の現像剤量が所定の収容量以上であると判定した場合（Ｓ２２のＮＯ）、現像容器２０内に十分な量の現像剤が収容されているとして、制御部２００は通常補給制御を終了する。つまり、この場合には、現像剤補給装置１２から現像装置３に補給剤が補給されない。

他方、現像容器２０内の現像剤量が所定の収容量より少ないと判定した場合（Ｓ２２のＹＥＳ）、制御部２００は画像形成に伴い消費される現像剤の消費量を計算する（Ｓ２３）。現像剤の消費量は、上記した式１に従って求められる。そして、制御部２００は、求めた消費量の補給剤を補給させるように、現像剤補給装置１２を制御して補給を開始する（Ｓ２４）。この場合、現像剤補給装置１２から現像装置３に補給剤が補給されるが、その補給量は現像剤の消費量と同量である。従って、図１１に示すように、現像容器２０内の現像剤量は減りもしないし増えもしない。通常補給制御に関しては、図１２に示すように従来の場合も同様である。ただし、従来の場合には、初期補給後（時間ｔ１以降）に、現像容器２０内の現像剤量が安定するまでに時間がかかる。他方、図１１に示すように、本実施形態の場合には、繋ぎ補給後（時間ｔ２以降）に、従来に比べると現像容器２０内の現像剤量が安定するまでに時間がかからない。

＜実験結果＞
図１３に、上述した繋ぎ補給制御を行う本実施形態と、上述した繋ぎ補給制御を行わない従来例と比較例とを比較した実験結果を示す。従来例と比較例は、従来の初期補給制御で補給する補給剤の補給量が異なる（第一現像剤量）。従来例では４００±３０ｇの補給剤を補給するのに対し、比較例では２５０±３０ｇの補給剤を補給している。なお、実施形態の場合、第一現像剤量は初期補給後の現像容器２０内の現像剤量を示し、第二現像剤量は繋ぎ補給後の現像容器２０内の現像剤量を示す。従来例と比較例の場合、第一現像剤量は初期補給後の現像容器２０内の現像剤量を示し、第二現像剤量は初期補給後に５０枚の記録材Ｓに画像形成する画像形成ジョブを行った後の現像容器２０内の現像剤量を示す。

図１３には実験結果として、初期補給制御の終了後に、先端３０ｍｍまでが印字率３０％の画像で残りはべた白の画像を、Ａ４横の普通紙両面に出力する画像形成ジョブが行われた場合に、記録材Ｓに生じた縦スジを１０段階のレベルに分けて示した。縦スジのレベルは、数値が大きいほど縦スジが目立たない良好な結果である。縦スジのレベルが７以下であると、ほとんどの使用者は縦スジを認識し得る。また、通常補給時にべた黒の画像をＡ４横の普通紙両面に１０００枚続けて連続出力する画像形成ジョブが行われた場合に、連続出力可能な記録材Ｓの枚数を示した。

図１３に示すように、縦スジのレベルに関し、本実施形態はレベル１０、従来例はレベル５、比較例はレベル３の結果が得られた。即ち、本実施形態は従来例や比較例に比べて、縦スジが生じ難い。これは、本実施形態の場合、従来に比べて初期補給後の現像剤量が抑制されているからである。なお、比較例も従来に比べて初期補給後の現像剤量が抑制されている。しかし、比較例が本実施形態に比べて縦スジが生じやすいのは、５０枚の記録材Ｓに画像形成する短い時間で１５０ｇ程の現像剤が補給されて、現像剤量が急激に増加するからである。他方、本実施形態の場合、既に述べたように、１５０ｇ程の現像剤を補給するのに２０００枚（印字率５％）、１５０００枚（印字率５０％）の記録材Ｓに画像形成する時間をかけ、徐々に現像剤量を増やすので、縦スジが生じ難いのである。

以上のように、制御部２００は「初期補給制御」を実行するが、「初期補給制御」で現像装置３に供給する補給剤の量を所定の収容量よりも少ない第一補給量とした。この場合、現像容器２０内の現像剤の剤面高さが、上流現像スリーブ２１と下流現像スリーブ２２との間隙部Ｇ（最近接位置）まで到達しないので、初期補給後の流動性の高い現像剤が２個の現像スリーブ２１、２２の間隙部Ｇに供給され難い。流動性の高い現像剤が２個の現像スリーブ２１、２２の間隙部Ｇに供給されなければ、縦スジ状の濃度ムラは生じ得ない。そして、制御部２００は初期補給制御後、現像容器２０内の現像剤量が所定の収容量以上となるまで「繋ぎ補給制御」を実行する。「繋ぎ補給制御」で現像装置３に供給する補給剤の補給量は、画像形成に伴い消費される現像剤の消費量に印字率に応じて変動する追加量を加えた第二補給量である。従って、繋ぎ補給時には、画像形成ジョブの実行毎に現像容器２０内の現像剤量は追加量分ずつ増える。これにより、初期補給後に続けて高印字率の画像を連続出力する画像形成を行う場合でも、現像剤が足りなくなって画像抜けのような画像不良が生じてしまうことがない。

＜他の実施形態＞
なお、上記した式１は一例であり、式１中の係数（５．５）や追加量は上記したものに限られない。上記した係数や追加量は、感光ドラム１０の大きさやプロセススピード、あるいは現像スリーブ２１、２２の大きさや回転速度等が異なる機種毎に異なっていてよい。

なお、上述の実施形態では、感光ドラム１０から記録材Ｓにトナー像を直接転写する直接転写方式の画像形成装置を例に説明したが、これに限らない。例えば、感光ドラムから中間転写ベルトにトナー像を一次転写した後に、該中間転写ベルトから記録材にトナー像を二次転写する中間転写方式の画像形成装置にも、本発明を適用してよい。

なお、現像装置３は、負帯電特性の非磁性トナーと正帯電特性のキャリアを含む二成分現像剤を用いて現像を行う二成分現像装置であってよい。フルカラー機では非磁性トナーを用いるため、また高速且つ安定した画像を出力するために、二成分現像装置が採用されている。

３…現像装置、１０…感光体（感光ドラム）、１２…補給装置（現像剤補給装置）、２０…現像容器、２１…第一現像剤担持体（上流現像スリーブ）、２２…第二現像剤担持体（下流現像スリーブ）、３０…検出手段（現像剤量検出センサ）、１７０…収容体（第一現像剤収容部）、１７１…搬送手段（マグネットローラ）、１７５…駆動手段（第一駆動モータ）、２００…制御部、Ｇ…最近接位置（間隙部）

Claims (6)

1. 回転する感光体と、
   現像剤を収容する現像容器と、
   前記現像容器の前記感光体に対向する位置に並列して回転自在に設けられ、前記現像容器内の現像剤を担持して搬送し、前記感光体に形成された静電潜像を現像剤により現像する第一現像剤担持体及び第二現像剤担持体と、
   前記現像容器に補給用の現像剤を補給する補給装置と、
   前記現像容器内の前記第一現像剤担持体と前記第二現像剤担持体との最近接位置以上の高さ位置に設けられて、前記現像容器内の現像剤を検出する検出手段と、
   前記補給装置を制御して、空の前記現像容器に前記検出手段により検出されない量の第一補給量の補給用の現像剤を補給する第一モードと、前記第一モード後に画像形成ジョブが開始された場合に、少なくとも前記検出手段に検出されるまでは、画像形成に伴い消費される現像剤の消費量に、印字率が高い場合に比べて低い場合により多い量の追加量を加えた第二補給量の補給用の現像剤を補給する第二モードとを実行する制御部と、を備える、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第一補給量は、前記最近接位置よりも現像剤の剤面高さが低い量である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第二モードは、前記第一モードよりも単位時間当たりの前記補給用の現像剤の補給量が少ない、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記補給装置は、補給用の現像剤を収容した収容体と、前記収容体から前記現像容器に補給用の現像剤を搬送する搬送手段と、前記搬送手段を駆動する駆動手段とを有し、
   前記第二モードは、前記補給用の現像剤を補給する際の前記駆動手段の駆動速度が前記第一モードよりも遅い、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記現像剤の消費量は、印字率に基づいて求められる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記現像剤は、磁性を有するトナーを含む一成分現像剤である、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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