JP2004198544A

JP2004198544A - Image forming apparatus

Info

Publication number: JP2004198544A
Application number: JP2002364280A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Inaba; 繁稲葉; Yasuaki Watanabe; 靖晃渡辺; Shinichiro Fujimori; 信一郎藤森
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2002-12-16
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-16
Also published as: JP4363035B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image forming apparatus that automatically controls the toner concentration of two-component developer and forms an image with satisfactory color reproducibility. <P>SOLUTION: An electrostatic latent image formed on an image carrier by an electrifying means and an exposure means is developed by a developing means constructed so that an amount of toner supplied to developer independently changes with a change in the toner concentration of the developer consisting of toner and carrier. Further, an image density detection means is provided for detecting the density of the image developed on the image carrier. Based upon the detection value of the image density detection means, a development contrast between the electrostatic latent image and the developing means is altered. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像形成装置に関し、より詳しくは二成分現像剤を用いる現像装置を備えた画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を用いた複写機、プリンタ等の画像形成装置は、例えばドラム状に構成された感光体を一様に帯電し、この感光体を画像情報に基づいて制御された光で露光して感光体上に静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーで可視像とし、さらにこの可視像を記録紙に転写し、これを定着することによって画像形成している。
かかる画像形成装置に用いる現像装置として、磁性トナーを用いた一成分現像装置や、トナーと磁性キャリアとを混合させた二成分現像剤を用いた二成分現像装置が用いられているが、特にカラー画像形成装置においては、カラートナーを用いる必要から二成分現像装置が主流となっている。
【０００３】
二成分現像装置においては、一定の画像濃度を確保し、またかぶりを防止するために磁性キャリアに対するトナー濃度は一定に維持する必要がある。そのために、現像剤の透磁率がトナー濃度によって異なることを利用したセンサや、現像剤に対する光学的な反射濃度がトナー濃度によって異なることを利用したセンサを設けて常にトナー濃度を検出し、その検出結果に基づいてトナーの補給を制御することによってトナー濃度を一定に維持している。
【０００４】
ここで、従来技術として、現像器の駆動時間とトナー濃度センサで検知したトナー濃度からトナー濃度センサの出力変動量を求め、この出力変動量を用いてトナー濃度検知値を補正して画像形成時における現像器のトナー濃度を検知する技術が存在する（例えば、特許文献１参照）。また、二成分現像剤のトナー濃度を透磁率の変化として検出するトナー濃度検出センサからの検出結果に基づいて、トナー補給制御をする技術が存在する（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２３４５８２号公報（第７−８頁、図１）
【特許文献２】
特開平８−１４６７５１号公報（第５−７頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二成分現像装置を備えた画像形成装置では、トナー濃度を一定に維持するためには、トナー濃度センサや、検出されたトナー濃度に基づいてトナー補給を制御する制御回路や、さらにはトナーを補給するためのトナー補給機構等が必要であるために、装置の小型化が困難であり、また高コスト化を招くという技術的課題がみられた。
また、特にカラー画像形成装置では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の４色のトナー像を重ね合わせてカラー画像を形成するため、色再現性の良い画像を形成するためには、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋそれぞれのトナー像の画像濃度を精度良く調整しなければならないという技術的課題もみられた。
【０００７】
なお、上記の特許文献１および特許文献２に記載された技術では、トナー濃度センサやトナー補給制御回路等を用いることなく、トナー濃度を一定に制御するための有効な技術は開示されていない。
【０００８】
そこで本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたものであり、その目的とするところは、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御可能な画像形成装置を提供することにある。また他の目的は、色再現性の良い画像の形成を可能とすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的のもと、本発明の画像形成装置は、帯電手段と露光手段とによって像担持体上に形成された静電潜像を、トナーとキャリアとからなる現像剤のトナー濃度の変動によりトナーの現像剤への供給量が自律的に変化するように構成された現像手段で現像し、さらに像担持体上に現像された画像の濃度を検出する画像濃度検出手段を備えて、画像濃度検出手段の検出値に基づいて静電潜像と現像手段との間の現像コントラストを変更するように構成されている。これによって、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御するとともに現像コントラストを最適に設定して、色再現性の良い画像を形成することが可能となる。
【００１０】
すなわち、本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体を露光する露光手段と、トナーとキャリアとからなる現像剤で静電潜像を現像するとともに、現像剤のトナー濃度の変動によりトナーの現像剤への供給量が自律的に変化するように構成された現像手段と、像担持体上に現像された画像の濃度を検出する画像濃度検出手段とを備え、画像濃度検出手段の検出値に基づいて静電潜像と現像手段との間の現像コントラストを変更することを特徴としている。また、現像手段は、現像剤を保持する現像剤保持容器と現像剤保持容器にトナーを供給するトナー供給路とを備え、現像剤のトナー濃度の変動によりトナー供給路への現像剤の侵入量が変化するように構成されたことを特徴とすることができる。
【００１１】
さらに、現像手段は、現像剤が適正トナー濃度よりも高い場合にトナーの供給を遮断し、現像剤が適正トナー濃度よりも低い場合にトナーの供給を可能とするようにトナー供給路への現像剤の侵入量が変化することを特徴とすることができる。また、画像濃度検出手段の検出値に基づき現像剤のトナー濃度が所定値を超えていると判断される場合に、現像手段のトナーを消費させるトナー消費手段をさらに備えたことを特徴とすることができる。さらに、帯電手段に印加する電圧、露光手段の露光量、及び現像手段に印加する電圧のいずれか又は複数を変化させて現像コントラストを変更することを特徴とすることができる。
【００１２】
また、本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体を露光する露光手段と、トナーとキャリアとからなる現像剤で静電潜像を現像するとともに、現像剤のトナー濃度の変動によりトナーの現像剤への供給量が自律的に変化するように構成された現像手段と、像担持体上に形成された画像の印字率を計測する印字率計測手段と、現像手段の駆動時間を計測する現像駆動時間計測手段と、印字率計測手段の計測値及び現像駆動時間計測手段の計測値に基づいて静電潜像と現像手段との間の現像コントラストを変更する現像コントラスト変更手段とを備えたことを特徴としている。さらに、現像コントラスト変更手段は、印字率を複数の印字率範囲に分割し、分割された印字率範囲毎に現像手段の駆動時間を計測し、印字率範囲毎の現像手段の駆動時間に基づき現像コントラストを変更することを特徴とすることができる。
【００１３】
また、現像コントラスト変更手段は、分割された印字率範囲毎に現像手段の駆動時間によって変化する現像剤のトナー濃度の変化量を記憶した参照表を備え、印字率範囲毎の現像手段の駆動時間の計測値をこの参照表と比較することにより現像剤のトナー濃度を予測し、現像コントラストを変更することを特徴とすることができる。さらに、現像コントラスト変更手段は、分割された印字率範囲毎に現像手段の駆動時間によって変化する現像剤のトナー濃度の変化量を現像手段の駆動時間の関数として記憶し、印字率範囲毎の現像手段の駆動時間の計測値をこの関数で演算することにより現像剤のトナー濃度を予測し、現像コントラストを変更することを特徴とすることができる。また、現像コントラスト変更手段は、分割された複数の印字率範囲を現像手段のトナー供給特性に基づき定めたことを特徴とすることができる。
さらに、印字率計測手段の計測値及び現像駆動時間計測手段の計測値に基づき現像剤のトナー濃度が所定値を超えていると予想される場合に、現像手段のトナーを消費させるトナー消費手段をさらに備えたことを特徴とすることができる。
【００１４】
また、本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体を露光する露光手段と、トナーとキャリアとからなる現像剤で静電潜像を現像するとともに、現像剤のトナー濃度の変動によりトナーの現像剤への供給量が自律的に変化するように構成された現像手段と、像担持体上に現像された画像の濃度を検出する画像濃度検出手段と、像担持体上に形成された画像の印字率を計測する印字率計測手段と、現像手段の駆動時間を計測する現像駆動時間計測手段と、画像濃度検出手段の検出値と印字率計測手段の計測値と現像駆動時間計測手段の計測値とに基づいて静電潜像と現像手段との間の現像コントラストを変更する現像コントラスト変更手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて本発明について詳細に説明する。
◎ 実施の形態１
図１に示すものは、本実施の形態における画像形成装置を説明する断面図である。カラー画像形成装置４０は、直径２０ｍｍの４個の感光体ドラム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄを中間転写ベルト６の周囲に３５ｍｍの間隔で配置して構成されている。それぞれの感光体ドラム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、例えば感光体ドラム１Ａの周囲には感光体ドラム１Ａ上を一様に帯電する帯電器２Ａ、画像情報に基づいて制御された光を露光するＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）３Ａ、感光体ドラム１Ａ上に形成された潜像を現像する現像装置２０Ａ、トナー像を中間転写ベルト６に転写する１次転写ローラ４Ａ、感光体ドラム１Ａ上から転写残トナーを除去するクリーナ５Ａを備えている。なお、感光体ドラム１Ｂ、１Ｃ、１Ｄの周囲も同様に構成されている。
【００１６】
感光体ドラム１Ａは、アルミニウムなどの導電性の材料をドラム状に形成し、その表面に有機感光体（ＯＰＣ）を塗布して構成されている。そして、周速度１００ｍｍ／ｓｅｃで駆動されている。帯電器２Ａは、導電性ゴムまたは導電性スポンジと導電性ゴムとを積層して構成された帯電ローラで形成され、電源５３に接続されて電圧が供給されている。そして感光体ドラム１Ａの表面を一定電圧（例えば−４００Ｖ）で一様に帯電する。また、ＬＰＨ３Ａは、図示しないホストコンピュータからの画像データに基づきＬＰＨドライバ５２によって制御された光を照射し、感光体ドラム１Ａ上に潜像を形成する。
【００１７】
現像装置２０Ａの構成に関しての詳細は後述するが、現像装置２０Ａには電源５１が接続され、感光体ドラム１Ａとの間に、直流電圧または直流電圧に交流電圧を重畳した電圧による現像バイアスが印加されている。そして、感光体ドラム１Ａ上に形成された潜像をイエロー（Ｙ）のトナーを用いた現像剤で現像し、トナー像を形成する。また、現像装置２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄも現像装置２０Ａと同様に構成され、それぞれマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナーを用いた現像剤で現像し、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像を形成する。
なお、現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動は１つのモータ（図示せず）からギヤトレイン（図示せず）によって行っている。
【００１８】
１次転写ローラ４Ａは、導電性ゴムまたは導電性スポンジと導電性ゴムとを積層して構成され、図示しない電源に接続されて電圧が供給されている。そして中間転写ベルト６上にトナー像を転写する。クリーナ５Ａは、例えば導電性ファーブラシとクリーナボックスで構成される。導電性ファーブラシは感光体ドラム１Ａの回転方向とは反対方向に回転するとともに、図示しない電源により直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が印加され、転写の際に感光体ドラム１Ａ上に残った転写残トナーを吸引し、クリーナボックスに一旦貯蔵する。そして、非画像形成時に導電性ファーブラシに逆電圧を印加してファーブラシ内に貯蔵されたトナーを感光体ドラム１Ａに転移させ、さらに感光体ドラム１Ａから中間転写ベルト６に転移させて転写ベルトクリーナ１１で一括回収する。
【００１９】
また、中間転写ベルト６はポリイミドなどの可撓性のフィルムで構成され、感光体ドラム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと１次転写ローラ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄとで狭持されながら移動する。そしてそれぞれの感光体ドラム１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ上に形成されたＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像がそれぞれ１次転写ローラ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄによって中間転写ベルト６上に位置精度よく転写されて、カラートナー像が合成される。
【００２０】
中間転写ベルト６に転写して合成されたカラートナー像は、２次転写ローラ８によって記録用紙１０に一括して転写される。なお、中間転写ベルト６に転写残として残ったトナーは転写ベルトクリーナ１１で除去される。定着器９は、加熱ローラ９ａと加圧ローラ９ｂとからなる一対のローラで構成される。トナー像が転写された記録用紙１０は定着器９に搬送され、定着器９を通過する際に、トナー像が記録用紙１０に加熱定着され、カラー画像が形成される。そして形成されたカラー画像は、カラー画像形成装置４０の上部に排出される。
【００２１】
次に、現像装置２０Ａの構成について詳細に説明する。図２は、現像装置２０Ａの概略断面図である。図２に示すように、現像装置２０Ａは、現像剤を収容する現像剤保持容器および現像装置２０Ａの筺体としての支持容器２１、現像剤担持体としての現像スリーブ２２、現像剤を現像スリーブ２２に吸着させる現像マグネット２３、現像剤の層厚を規制するブレード２４、現像剤を攪拌しながら現像装置２０Ａの長手方向に循環移動させる現像剤供給オーガー２５および現像剤攪拌オーガー２６、トナーを支持容器２１へ供給するトナー供給路２７を備えている。
【００２２】
支持容器２１は、感光体ドラム１Ａ側に向けて開口を有し、内部にはトナーと磁性粒子であるキャリアとを混合させた現像剤を収容する現像剤収容部が設けられている。現像剤収容部は、現像装置２０Ａの長手方向に設けられた収容部壁２１ａによって現像剤収容部２１ｂと現像剤収容部２１ｃとに分けられている。
そして、現像剤収容部２１ｂには現像剤供給オーガー２５、現像剤収容部２１ｃには現像剤攪拌オーガー２６が配置されている。収容部壁２１ａは現像装置２０Ａの両端部には設けられておらず、現像剤収容部２１ｂと現像剤収容部２１ｃとはこの両端部で連結されている。
【００２３】
現像スリーブ２２は、アルミニウム、ＳＵＳ等の非磁性材料で構成され、図示しない駆動手段によって矢印Ａ方向に回転する。また現像スリーブ２２の内部には、現像マグネット２３が内包されている。現像マグネット２３には円周方向に複数の磁極が配置されており、現像剤を現像スリーブ２２に吸着させる。そして現像スリーブ２２が回転することによって現像剤収容部２１ｂに保持されている現像剤を感光体ドラム１Ａに搬送する。なお、その際現像マグネット２３を回転させてもよい。
ブレード２４は、非磁性材料または磁性材料で構成され、現像スリーブ２２に担持される現像剤の層厚を一定量に規制する。これにより、感光体ドラム１Ａへは現像スリーブ２２の軸方向に亘って均一に所定量の現像剤が供給され、感光体ドラム１Ａ上に形成された静電潜像を現像する。
【００２４】
現像剤供給オーガー２５、現像剤攪拌オーガー２６はそれぞれ軸の周囲にスクリューが設けられている。そして現像剤供給オーガー２５、現像剤攪拌オーガー２６とは、図示しない駆動手段によって互いに反対方向に回転して、トナーとキャリアとを攪拌しながら互いに反対方向に搬送する。現像剤収容部２１ｂと現像剤収容部２１ｃとは現像装置２０Ａの両端部で連結されているために現像剤が互いに流れ込み、現像剤供給オーガー２５と現像剤攪拌オーガー２６とによって現像剤収容部２１ｂと現像剤収容部２１ｃとの間を循環するように構成されている。
【００２５】
現像剤収容部２１ｃの中央部の上部には、現像剤収容部２１ｃへトナーを供給するトナー供給路２７が配置され、トナー供給路２７は図示しないトナー容器２８Ａと連結されている。
ここで、トナー容器の構成の一例として現像装置２０Ｂに連結されるトナー容器２８Ｂについて説明する。図３に示すものは、トナー容器２８Ｂの構成を説明する断面図である。図３において、トナー容器排出口３２から現像装置２０Ｂのトナー供給路２７までは６ｍｍ×２３ｍｍの中空ダクト２９Ｂが重力方向と平行に設置してある。トナー容器２８Ｂ内にはスクリューオーガー３０が設けられ、図示しない駆動手段によって回転されることでトナーが排出される。排出されたトナーは、中空ダクト２９Ｂから重力で現像装置２０Ｂのトナー供給路２７に落下到達する。そして、トナー供給路２７に到達したトナーは現像装置２０Ｂの現像剤攪拌オーガー２６によって流動している現像剤に取り込まれていく。
【００２６】
トナー容器２８Ｂはトナー容器排出口３２に向かって２０°の傾きを持って設置されている。トナー容器２８Ｂ内にトナーのブロッキングを防止する棒状部材からなるほぐし部材３１がスクリューオーガー３０と一体となって設けられており、トナーが重力によってトナー容器排出口３２へ集中するように構成している。トナー容器２８Ｂの傾きは、トナーの安息角によらずわずかでも傾きを持っていればよい。なお、現像装置２０Ａ、２０Ｃ、２０Ｄにそれぞれ連結されるトナー容器２８Ａ、２８Ｃ、２８Ｄも同様に構成されている。
【００２７】
トナー容器２８Ａ〜２８ＤにはそれぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナーが貯蔵されている。図４はカラー画像形成装置４０を上部から見たトナー容器２８Ａ〜２８Ｄの配置を説明する平面図であり、図５はカラー画像形成装置４０を背後から見たトナー容器２８Ａ〜２８Ｄの配置を説明する背面図である。図４および図５に示すように、トナー容器２８Ａ〜２８Ｄは、カラー画像形成装置４０の上部に並列に配置され、それぞれ中空ダクト２９Ａ〜２９Ｄを介して現像装置２０Ａ〜２０Ｄにトナーを落下供給している。
【００２８】
次に、トナー供給路２７から現像剤収容部２１ｃへのトナーの供給について説明する。
支持容器２１は、支持容器２１の容量が充填する現像剤におけるトナーとキャリアとの重量比（トナー濃度：ＴＣ）が適正値（例えば６％）の場合の現像剤の体積とほぼ同量となるように構成している。ここで、支持容器２１の容量とは、支持容器２１の実質的な容量をいい、現像剤が現像装置２０内部で移動できる領域の容量をいう。また、ＴＣの適正値とは、現像画像が充分な画像濃度を有し、かつかぶりを生じない適正なＴＣをいう。
そして、現像装置２０Ａには、支持容器２１を満たすようにＴＣが適正値である現像剤を充填する。
【００２９】
ここで、図６は、現像剤のＴＣと現像剤の体積との関係を示した図である。図６においては、現像剤を緩んだ状態で測定した場合と、現像剤を押し込みタッピングした状態で測定した場合とを示している。現像剤は緩み状態、タッピング状態のいずれの場合でも現像剤のＴＣと現像剤の体積とはリニアな関係にあり、ＴＣが増加するとそれに比例して現像剤の体積も増加する。したがって、図７に示したように、現像剤のＴＣが適正値よりも増加すると現像剤の体積は支持容器２１の容積よりも大きくなり、逆に現像剤のＴＣが適正値よりも減少すると現像剤の体積は支持容器２１の容積よりも小さくなる。
【００３０】
このように構成することによって、現像剤収容部２１ｃの上部に配置されたトナー供給路２７では、現像剤のＴＣの変動に基づく現像剤の体積変化により、現像剤がトナー供給路２７の開口に侵入して開口を遮断した状態と、トナー供給路２７の開口まで至らず開口を開放した状態とが生じる。
図８は、現像剤の体積変動によるトナー供給路２７における現像剤の盛り上がり状態を説明する図である。図８（ａ）に示すように、トナーが消費されて現像剤のＴＣが適正値よりも小さくなった場合には、現像剤の体積が減少するため現像剤量はトナー供給路２７まで達せず、トナー供給路２７は開放される。この状態では、トナー供給路２７を通ってトナーが現像剤に供給される。そして現像剤のＴＣが再び高くなると現像剤の体積は増加して、現像剤は支持容器２１の全体を満たすこととなる。
【００３１】
現像剤にトナーがさらに供給されると、図８（ｂ）に示すように、現像剤量は支持容器２１の容量を超えるために、現像剤はトナー供給路２７に溢れ出し、盛り上がりを発生させる。トナー供給路２７に発生した現像剤の盛り上がりは現像剤攪拌オーガー２６からは離れているため、現像剤攪拌オーガー２６による搬送力は弱い。このため、トナー供給路２７内の現像剤は滞留して現像剤の壁を形成し、トナー供給路２７から現像剤へトナーが供給されるのを遮断する。その結果、現像剤へはトナーが供給されず、現像剤のＴＣがそれ以上に高くなることはない。
【００３２】
さらに、トナーが消費されて現像剤のＴＣが低下し体積が小さくなると、トナー供給路２７の現像剤の盛り上がりがなくなり、再びトナー供給路２７を通ってトナーが供給されるようになる。
このようにして、現像剤の体積変化によるトナー供給路２７の遮断／開放が生じることによって現像剤へのトナーの供給は自律的に制御され、現像剤のＴＣを一定の範囲（４％〜８％）内に維持することが可能となる。
【００３３】
さらに、本実施の形態では第４の感光体ドラム１Ｄの位置よりも中間転写ベルト６の移動方向下流側に、中間転写ベルト６に対向させて画像濃度センサ７を備えてている。画像濃度センサ７は、中間転写ベルト６上に形成されたパッチの濃度を検出して、動作制御部５０に送信する。
すなわち、各感光体ドラム１Ａ〜１Ｄにおいて、印字ページ間に当たる非画像領域でトナー濃度検出用のパッチ形成のためにＬＰＨ３Ａ〜３Ｄによって露光を行い、現像装置２０Ａ〜２０Ｄによって、それぞれＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像を形成する。かかるトナー像は中間転写ベルト６に転写される。その際、各色のパッチが重ならないように、ＬＰＨ３Ａ〜３Ｄの露光タイミングが調整されている。そして、中間転写ベルト６上に形成されたパッチの濃度を画像濃度センサ７によって反射光レベルとして検出する。
【００３４】
なお、本実施の形態の現像装置２０Ａ〜２０Ｄでは、現像剤供給オーガー２５、現像剤攪拌オーガー２６によって現像剤を充分に攪拌しているので、装置の長手方向での現像剤トナー濃度のばらつきは小さい。そのため、画像濃度検出に用いるパッチは長手方向のいずれの位置に形成してもよい。
【００３５】
ここで、現像剤トナー濃度の変動中心値が６％である場合に、現像されるトナー重量が４．５ｇ／ｍ²となるように画像部感光体電位（Ｖｌｏｗ）と現像バイアス直流成分（Ｖｄｃ）との差である現像コントラストを調整する実験を行ったところ、必要な現像コントラストは２５０Ｖとなった。その際、感光体白地部電位（バックグラウンド電位：Ｖｈｉｇｈ）は現像コントラストの５０％となるように調整した。すなわち、現像剤トナー濃度が６％である場合に現像されるトナー重量が４．５ｇ／ｍ²となるための電位条件は、本実験においてはＶｌｏｗ＝−２００Ｖ、Ｖｄｃ＝−４５０Ｖ、Ｖｈｉｇｈ＝−５７５Ｖであった。
【００３６】
そこで、この条件でいくつかの画像を出力して画像濃度センサ７の信号をモニターした結果、信号レベルは±１６％の変動が見られた。画像濃度センサ７の信号レベルと現像されるトナー重量との間には、リニアな関係があるので、現像されるトナー重量も±１６％の変動があると判断できる。したがって、本実施の形態における自律的なトナー濃度制御が可能な現像装置２０Ａ〜２０Ｄでは現像剤トナー濃度を４〜８％の間で安定させることができるので、現像されるトナー重量についての変動幅は、４．５ｇ／ｍ²を中心として±１６％の範囲で定まることになる。
【００３７】
かかる一定範囲での現像トナー重量の変動に基づく画像濃度の変動を補うために、画像濃度センサ７からの出力値に基づき動作制御部５０に設けた画像濃度判定回路によって、基準濃度からの差分とその差分を補正するために必要な現像コントラスト補正量を算出する。そして、算出された現像コントラスト補正量に基づき現像コントラストを変更するための露光量、現像バイアス電位、帯電電位の設定変更を次回の画像形成時に行うべく、動作制御部５０がＬＰＨドライバ５２、現像電源５１、帯電器電源５３を適宜制御する。この動作を画像形成ごとに繰り返す。これによって、トナー濃度の変動による画像濃度の変動を補って画像濃度の安定性を維持することができ、画像濃度の変動は５％以内に収めることが可能となった。
【００３８】
なお、画像濃度センサ７からの出力値が基準濃度を規定値以上超えている場合には、現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤は規定のトナー濃度値を超えていると判断し、印字ページ間に当たる非画像領域でトナーを消費させることも可能である。すなわち、かかる場合には、非画像領域において、ベタ画像に相当する静電潜像を形成し、これを現像することによってトナーを消費させる。それによって、現像装置２０Ａ〜２０Ｄのトナー濃度値を規定の範囲に回復させることが可能となり、画像濃度の安定性を維持することができる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、現像剤のＴＣの変化に基づく体積変化によってトナー供給路２７の遮断／開放を生じさせ、現像剤へのトナーの供給を自律的に制御することで、現像剤のＴＣは一定の範囲に維持することが可能となる。それに加えて、一定の範囲に制御されたＴＣの現像剤で現像されたトナー像の濃度を検出し、その検出値に基づき現像コントラストを調整する。このようにトナー濃度センサや、検出されたトナー濃度に基づいてトナー補給を制御する制御回路や、さらにはトナーを補給するためのトナー補給機構等を必要とすることなく、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御するとともに現像コントラストを最適に設定することによって、画像濃度を精度良く一定の範囲に安定させることができるので色再現性の良い画像の形成が可能となる。
【００４０】
◎ 実施の形態２
実施の形態１では、現像剤へのトナーの供給を自律的に制御することで、現像剤のＴＣを一定の範囲に維持することに加えて、画像濃度センサ７を設けて現像されたトナー像の濃度を検出し、その検出値に基づき現像コントラストを調整するカラー画像形成装置４０について説明した。実施の形態２では、現像剤へのトナーの供給を自律的に制御することに加えて、画像印字率および現像装置駆動時間を計測し、その計測結果に基づき現像コントラストを調整するカラー画像形成装置４０について説明する。尚、実施の形態１と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
【００４１】
本実施の形態では、実施の形態１の構成における画像濃度センサ７による画像濃度検出に代えて、画像信号の書き込み印字画素数をカウントする画素カウンタ、現像装置を駆動するステッピングモータのステップ数をカウントする駆動時間カウンタを備えている。
まず、画素カウンタが計測した印字画素カウンタ値から得られた印字率が、１％未満、４０％未満、４０％を超える場合、６０％を超える場合を判定し、その各々の状態に対応した現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間を駆動時間カウンタで計測し記憶する。現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間はカラー画像形成装置４０の動作開始時および終了時の非画像形成時の動作時間も含める。
【００４２】
ここで、印字率範囲を、０〜１％、１％〜４０％、４０％〜６０％、６０％〜１００％で区切ったのは、本実施の形態で使用する現像装置２０Ａ〜２０Ｄでの自律型トナー供給方式の特性に合わせて定めたものである。すなわち、本実施の形態で使用する現像装置２０Ａ〜２０Ｄのトナー供給特性は、図９に示したように、現像剤のＴＣによってトナー供給量が異なる特性を有し、ＴＣが上昇し現像剤がトナー供給路２７を遮断してもわずかながらトナーが供給され、ＴＣが大きく低下するとトナー供給量が大きく増加するという特性を考慮したものである。したがって、本実施の形態で用いる現像装置２０Ａ〜２０Ｄにおいて、印字率範囲が０〜１％はＴＣが上昇する印字率、１％〜４０％はＴＣをほぼ維持する印字率、４０％〜６０％はＴＣが減少する印字率、６０％〜１００％はＴＣが大きく減少する印字率である。
一般的には、自律型トナー供給部の特性に合わせてトナー濃度とトナー供給量との関係から印字率範囲を最適化するのが好ましい。
【００４３】
カラー画像形成装置４０には、図１０に示したように、各印字率範囲の状態が継続する現像装置駆動時間（印字枚数）によって、現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤トナー濃度がどの程度変化するかが予め計測してあり、その計測値を示した参照表が記憶させてある。そして、各々の印字率範囲に対応した現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間の計測値とその参照表とを比較することによって現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤トナー濃度の変化を予測することができるように構成されている。その結果、現像剤トナー濃度の低下が予測される場合にはその低下量に応じて現像コントラストを増加させ、現像剤トナー濃度の上昇が予測される場合にはその上昇量に応じて現像コントラストを減少させるように、動作制御部５０がＬＰＨドライバ５２、現像電源５１、帯電器電源５３を適宜制御する。
【００４４】
次に、印字率０．５％の画像３０枚、印字率１５％の画像３０枚、印字率５０％の画像２０枚、印字率７０％の画像２０枚、印字率０．５％の画像３０枚をプリントして、画像濃度変動を比較した。図１１は本実施の形態を適応しない従来の画像形成装置における画像濃度変動を示し、図１２は本実施の形態を適応したカラー画像形成装置４０における画像濃度変動を示している。ここで、画像濃度は１０ｍｍ×１０ｍｍのパッチを形成して測定した。また、図１３に、その際の現像剤トナー濃度の変化を示した。トナー濃度の測定は、各印字率の画像を印字し終えたところで現像スリーブ２２表面の現像剤層から若干量を採取し、ブローオフ法によっておこなった。なお、プリントと同時に、露光量の変化をモニターして本実施の形態の動作を確認した。
【００４５】
図１１および図１２を比較して分かるように、本実施の形態では、図１３に示したようにトナー濃度が変化しているにもかかわらず、画像濃度が安定しておりＬＰＨ３Ａ〜３Ｄの露光量を変化させることによって現像コントラストを変化させ、画像濃度をほぼ一定に保つことが確認できた。
【００４６】
なお、本実施の形態では、トナー濃度予測として参照表を用いたが、印字率および現像装置駆動時間と現像剤トナー予測濃度との関係を数式等で関係づけ、演算回路によって予測することも可能である。すなわち、各印字率範囲の状態が継続する時間によって、現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤トナー濃度の変化量を現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間との関数として記憶し、各々の印字率範囲に対応した現像装置２０Ａ〜２０Ｄの駆動時間の計測値を、その関数で演算することによって現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤トナー濃度の変化を予測することができるように構成することも可能である。
【００４７】
また、本実施の形態において、画像印字率および現像装置駆動時間を計測し、その計測結果に基づく現像コントラストの調整に加えて、画像濃度センサ７を設けて現像されたトナー像の濃度を検出し、その検出値に基づく現像コントラストの調整を併用することも可能である。このように構成することによって、画像濃度の制御をさらに精度良く行うことができるとともに、画像濃度センサ７によるトナー像濃度の検出タイミングの間隔を、例えば２００枚に１回行うというように広げることができるので、パッチ作成のためのトナー消費も低減することが可能となる。
【００４８】
さらに、画像印字率および現像装置駆動時間を計測し、その計測値が基準濃度を規定値以上超えていると予想される場合には、現像装置２０Ａ〜２０Ｄ内の現像剤は規定のトナー濃度値を超えていると判断し、印字ページ間に当たる非画像領域でトナーを消費させることも可能である。すなわち、かかる場合には、非画像領域において、ベタ画像に相当する静電潜像を形成し、これを現像することによってトナーを消費させる。それによって、現像装置２０Ａ〜２０Ｄのトナー濃度値を規定の範囲に回復させることが可能となり、画像濃度の安定性を維持することができる。
【００４９】
このように、本実施の形態によれば、現像剤のＴＣの変化に基づく体積変化によってトナー供給路２７の遮断／開放を生じさせ、現像剤へのトナーの供給を自律的に制御することで、現像剤のＴＣは一定の範囲に維持することが可能となる。それに加えて、画像印字率および現像装置駆動時間を計測し、その計測結果に基づき現像コントラストを調整する。このように実施の形態１と同様に、トナー濃度センサや、検出されたトナー濃度に基づいてトナー補給を制御する制御回路や、さらにはトナーを補給するためのトナー補給機構等を必要とすることなく、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御するとともに現像コントラストを最適に設定することによって、画像濃度を精度良く一定の範囲に安定させることができるので色再現性の良い画像の形成が可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、二成分現像剤のトナー濃度を自動的に制御できるとともに、色再現性の良い画像の形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置を説明する断面図である。
【図２】現像装置の概略断面図である。
【図３】トナー容器の構成を説明する断面図である。
【図４】トナー容器の配置を説明する平面図である。
【図５】トナー容器の配置を説明する背面図である。
【図６】現像剤のＴＣと現像剤の体積との関係を示した図である。
【図７】現像剤の体積と支持容器の容積との関係を説明する図である。
【図８】現像剤の体積変動によるトナー供給路における現像剤の盛り上がり状態を説明する図である。
【図９】現像剤トナー濃度とトナー供給量との関係を示した図である。
【図１０】各印字率範囲での印字枚数によって現像剤トナー濃度の変化量の計測値を表した参照表を示した図である。
【図１１】従来の画像形成装置における画像濃度変動を示した図である。
【図１２】本実施の形態を適応した画像形成装置における画像濃度変動を示した図である。
【図１３】現像剤トナー濃度の変化を示した図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…感光体ドラム、２Ａ…帯電器、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…ＬＥＤプリントヘッド（ＬＰＨ）、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…１次転写ローラ、５Ａ…クリーナ、６…中間転写ベルト、７…画像濃度センサ、８…２次転写ローラ、９…定着器、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ…現像装置、２１…支持容器、２１ａ…収容部壁、２１ｂ，２１ｃ…現像剤収容部、２２…現像スリーブ、２３…現像マグネット、２４…ブレード、２５…現像剤供給オーガー、２６…現像剤攪拌オーガー、２７…トナー供給路、２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ…トナー容器、２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ…中空ダクト、３０…スクリューオーガー、３１…ほぐし部材、３２…トナー容器排出口、５０…動作制御部、５１…電源、５２…ＬＰＨドライバ、５３…電源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus, and more particularly, to an image forming apparatus provided with a developing device using a two-component developer.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An image forming apparatus such as a copying machine or a printer using an electrophotographic method uniformly charges a photosensitive member configured in a drum shape, for example, and exposes the photosensitive member with light controlled based on image information. An electrostatic latent image is formed on a photoreceptor, this electrostatic latent image is made a visible image with toner, and this visible image is transferred to recording paper and fixed to form an image.
As a developing device used in such an image forming apparatus, a one-component developing device using a magnetic toner and a two-component developing device using a two-component developer in which a toner and a magnetic carrier are mixed are used. 2. Description of the Related Art In an image forming apparatus, a two-component developing apparatus is mainly used because a color toner must be used.
[0003]
In a two-component developing apparatus, it is necessary to maintain a constant image density and to maintain a constant toner density for a magnetic carrier in order to prevent fogging. For this purpose, a sensor that utilizes the fact that the magnetic permeability of the developer differs depending on the toner concentration and a sensor that utilizes the fact that the optical reflection density of the developer varies depending on the toner concentration are provided, and the toner concentration is always detected. The toner density is maintained constant by controlling the toner supply based on the result.
[0004]
Here, as a conventional technique, the output fluctuation amount of the toner density sensor is obtained from the driving time of the developing device and the toner density detected by the toner density sensor, and the detected toner density value is corrected using this output fluctuation amount to form an image. There is a technique for detecting the toner density of a developing device in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-157572. Further, there is a technique for controlling toner replenishment based on a detection result from a toner density detection sensor that detects the toner density of a two-component developer as a change in magnetic permeability (for example, see Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 7-234458 (pages 7-8, FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP-A-8-146751 (page 5-7, FIG. 1)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in an image forming apparatus including a conventional two-component developing device, in order to maintain a constant toner density, a toner density sensor, a control circuit for controlling toner replenishment based on the detected toner density, and Since a toner replenishing mechanism for replenishing toner is required, it is difficult to reduce the size of the apparatus, and there has been a technical problem of increasing the cost.
In particular, in a color image forming apparatus, a color image is formed by superimposing four color toner images of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K). In order to form an image, there was also a technical problem that the image density of each of the Y, M, C, and K toner images had to be adjusted with high accuracy.
[0007]
Note that the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 do not disclose an effective technique for controlling the toner concentration to a constant value without using a toner concentration sensor, a toner supply control circuit, or the like.
[0008]
Therefore, the present invention has been made based on such a technical problem, and an object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of automatically controlling the toner concentration of a two-component developer. . Another object is to enable formation of an image with good color reproducibility.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
With such an object, the image forming apparatus of the present invention uses an electrostatic latent image formed on an image carrier by a charging unit and an exposing unit to change the electrostatic latent image formed on the image carrier by a change in toner concentration of a developer including a toner and a carrier. Image density detecting means for developing by a developing means configured so that the supply amount of the developer to the developer autonomously changes and further detecting the density of the image developed on the image carrier. The developing contrast between the electrostatic latent image and the developing means is changed based on the detection value of the means. This makes it possible to form an image with good color reproducibility by automatically controlling the toner concentration of the two-component developer and setting the development contrast optimally.
[0010]
That is, an image forming apparatus according to the present invention includes an image carrier that carries an electrostatic latent image, a charging unit that charges the image carrier, an exposure unit that exposes the image carrier, and a developer including a toner and a carrier. Developing means for developing an electrostatic latent image with the developer, and a developing means configured to autonomously change a supply amount of the toner to the developer due to a change in the toner concentration of the developer, and an image developed on the image carrier. Image density detecting means for detecting the density of the image, and changing the developing contrast between the electrostatic latent image and the developing means based on the detection value of the image density detecting means. The developing means includes a developer holding container for holding the developer and a toner supply path for supplying toner to the developer holding container, and the amount of the developer entering the toner supply path due to a change in the toner concentration of the developer. Is configured to change.
[0011]
Further, the developing means interrupts the supply of the toner when the developer is higher than the proper toner concentration, and develops the toner into the toner supply path so that the toner can be supplied when the developer is lower than the proper toner concentration. It can be characterized in that the amount of intrusion of the agent changes. The image forming apparatus further includes a toner consuming unit that consumes the toner of the developing unit when it is determined that the toner concentration of the developer exceeds a predetermined value based on the detection value of the image density detecting unit. Can be. Further, it is possible to change the developing contrast by changing one or more of a voltage applied to the charging unit, an exposure amount of the exposing unit, and a voltage applied to the developing unit.
[0012]
In addition, the image forming apparatus of the present invention includes an image carrier that carries an electrostatic latent image, a charging unit that charges the image carrier, an exposure unit that exposes the image carrier, and a developer that includes a toner and a carrier. A developing unit configured to develop an electrostatic latent image with the developer, and a supply amount of the toner to the developer varies autonomously due to a change in the toner concentration of the developer, and an image formed on the image carrier. A printing rate measuring means for measuring a printing rate of the developing means, a developing driving time measuring means for measuring a driving time of the developing means, and an electrostatic latent image based on a measured value of the printing rate measuring means and a measured value of the developing driving time measuring means. And a developing contrast changing means for changing a developing contrast between the developing means and the developing means. Further, the developing contrast changing unit divides the printing ratio into a plurality of printing ratio ranges, measures the driving time of the developing unit for each of the divided printing ratio ranges, and develops the developing unit based on the driving time of the developing unit for each printing ratio range. It can be characterized by changing contrast.
[0013]
The developing contrast changing unit includes a look-up table that stores the amount of change in the toner concentration of the developer that changes according to the driving time of the developing unit for each divided printing rate range, and the driving time of the developing unit for each printing rate range. By comparing the measured value with the reference table, the toner concentration of the developer is predicted, and the development contrast is changed. Further, the developing contrast changing means stores the amount of change in the toner concentration of the developer which varies with the driving time of the developing means for each of the divided printing rate ranges as a function of the driving time of the developing means. By calculating the measured value of the drive time of the means by this function, the toner concentration of the developer is predicted, and the development contrast is changed. Further, the developing contrast changing means may be characterized in that the plurality of divided printing rate ranges are determined based on the toner supply characteristics of the developing means.
Further, when the toner concentration of the developer is expected to exceed a predetermined value based on the measurement value of the printing rate measurement unit and the measurement value of the development drive time measurement unit, the toner consumption unit that consumes the toner of the development unit is provided. It can be characterized by further comprising.
[0014]
In addition, the image forming apparatus of the present invention includes an image carrier that carries an electrostatic latent image, a charging unit that charges the image carrier, an exposure unit that exposes the image carrier, and a developer that includes a toner and a carrier. Developing means for developing an electrostatic latent image with the developer, and a developing means configured to autonomously change a supply amount of the toner to the developer due to a change in the toner concentration of the developer, and an image developed on the image carrier. Image density detecting means for detecting the density of the image, printing rate measuring means for measuring the printing rate of the image formed on the image carrier, developing driving time measuring means for measuring the driving time of the developing means, image density detecting Developing contrast changing means for changing the developing contrast between the electrostatic latent image and the developing means based on the detected value of the means, the measured value of the printing rate measuring means, and the measured value of the developing drive time measuring means. It is characterized by.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an embodiment shown in the accompanying drawings.
◎ Embodiment 1
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an image forming apparatus according to the present embodiment. The color image forming apparatus 40 is configured by arranging four photosensitive drums 1A, 1B, 1C, and 1D having a diameter of 20 mm around the intermediate transfer belt 6 at intervals of 35 mm. Each of the photosensitive drums 1A, 1B, 1C, and 1D, for example, a charger 2A that uniformly charges the photosensitive drum 1A around the photosensitive drum 1A, and an LED that exposes light controlled based on image information. A print head (LPH) 3A, a developing device 20A for developing a latent image formed on the photosensitive drum 1A, a primary transfer roller 4A for transferring a toner image to the intermediate transfer belt 6, and a transfer residual toner from the photosensitive drum 1A Is provided. The periphery of the photosensitive drums 1B, 1C, and 1D has the same configuration.
[0016]
The photoconductor drum 1A is formed by forming a conductive material such as aluminum into a drum shape and applying an organic photoconductor (OPC) to the surface thereof. It is driven at a peripheral speed of 100 mm / sec. The charger 2A is formed of a conductive rubber or a charging roller formed by laminating a conductive sponge and a conductive rubber, and is connected to a power supply 53 and supplied with a voltage. Then, the surface of the photosensitive drum 1A is uniformly charged at a constant voltage (for example, -400V). The LPH 3A irradiates light controlled by the LPH driver 52 based on image data from a host computer (not shown) to form a latent image on the photosensitive drum 1A.
[0017]
Although the details of the configuration of the developing device 20A will be described later, a power supply 51 is connected to the developing device 20A, and a developing bias is applied between the developing device 20A and the photosensitive drum 1A by a DC voltage or a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage. Have been. Then, the latent image formed on the photosensitive drum 1A is developed with a developer using yellow (Y) toner to form a toner image. The developing devices 20B, 20C, and 20D are configured in the same manner as the developing device 20A. The developing devices 20B, 20C, and 20D are developed with magenta (M), cyan (C), and black (K) toners, respectively. Is formed.
The driving of the developing devices 20A to 20D is performed by a gear train (not shown) from one motor (not shown).
[0018]
The primary transfer roller 4A is formed by laminating a conductive rubber or a conductive sponge and a conductive rubber, and is connected to a power supply (not shown) and supplied with a voltage. Then, the toner image is transferred onto the intermediate transfer belt 6. The cleaner 5A includes, for example, a conductive fur brush and a cleaner box. The conductive fur brush rotates in a direction opposite to the rotation direction of the photosensitive drum 1A, and a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage is applied by a power supply (not shown), and remains on the photosensitive drum 1A during transfer. The transfer residual toner is sucked and temporarily stored in a cleaner box. When a non-image is formed, a reverse voltage is applied to the conductive fur brush to transfer the toner stored in the fur brush to the photosensitive drum 1A, and further from the photosensitive drum 1A to the intermediate transfer belt 6 to transfer the toner. Collect all at once with the cleaner 11.
[0019]
The intermediate transfer belt 6 is made of a flexible film such as polyimide, and moves while being held between the photosensitive drums 1A, 1B, 1C and 1D and the primary transfer rollers 4A, 4B, 4C and 4D. The Y, M, C, and K toner images formed on the respective photosensitive drums 1A, 1B, 1C, and 1D are positioned on the intermediate transfer belt 6 by the primary transfer rollers 4A, 4B, 4C, and 4D, respectively. The image is well transferred and a color toner image is synthesized.
[0020]
The color toner image transferred and synthesized on the intermediate transfer belt 6 is collectively transferred onto the recording paper 10 by the secondary transfer roller 8. The toner remaining on the intermediate transfer belt 6 as transfer residue is removed by the transfer belt cleaner 11. The fixing device 9 includes a pair of rollers including a heating roller 9a and a pressure roller 9b. The recording paper 10 to which the toner image has been transferred is conveyed to the fixing device 9, and when passing through the fixing device 9, the toner image is heated and fixed to the recording paper 10, and a color image is formed. Then, the formed color image is discharged to the upper part of the color image forming apparatus 40.
[0021]
Next, the configuration of the developing device 20A will be described in detail. FIG. 2 is a schematic sectional view of the developing device 20A. As shown in FIG. 2, the developing device 20A includes a developer holding container for storing the developer, a support container 21 as a housing of the developing device 20A, a developing sleeve 22 as a developer carrier, and a developer on the developing sleeve 22. The developing magnet 23 to be attracted, the blade 24 for regulating the layer thickness of the developer, the developer supply auger 25 for circulating and moving the developer in the longitudinal direction of the developing device 20A, the developer agitating auger 26, and the toner container 21 And a toner supply path 27 for supplying the toner to the toner supply path.
[0022]
The support container 21 has an opening toward the photoreceptor drum 1A, and is provided therein with a developer accommodating portion for accommodating a developer in which toner and a carrier as magnetic particles are mixed. The developer accommodating portion is divided into a developer accommodating portion 21b and a developer accommodating portion 21c by an accommodating portion wall 21a provided in a longitudinal direction of the developing device 20A.
Further, a developer supply auger 25 is arranged in the developer accommodating section 21b, and a developer stirring auger 26 is arranged in the developer accommodating section 21c. The housing wall 21a is not provided at both ends of the developing device 20A, and the developer housing 21b and the developer housing 21c are connected at both ends.
[0023]
The developing sleeve 22 is made of a non-magnetic material such as aluminum or SUS, and is rotated in the direction of arrow A by a driving unit (not shown). Further, a developing magnet 23 is included inside the developing sleeve 22. A plurality of magnetic poles are arranged on the developing magnet 23 in the circumferential direction, and the developer is attracted to the developing sleeve 22. Then, the developer held in the developer accommodating portion 21b is conveyed to the photosensitive drum 1A by the rotation of the developing sleeve 22. At this time, the developing magnet 23 may be rotated.
The blade 24 is made of a non-magnetic material or a magnetic material, and regulates a layer thickness of the developer carried on the developing sleeve 22 to a certain amount. As a result, a predetermined amount of the developer is uniformly supplied to the photosensitive drum 1A in the axial direction of the developing sleeve 22, and the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1A is developed.
[0024]
Each of the developer supply auger 25 and the developer stirring auger 26 is provided with a screw around a shaft. The developer supply auger 25 and the developer stirring auger 26 are rotated in opposite directions by driving means (not shown), and transport the toner and the carrier in opposite directions while stirring. Since the developer accommodating portion 21b and the developer accommodating portion 21c are connected at both ends of the developing device 20A, the developer flows into each other, and the developer supplying auger 25 and the developer agitating auger 26 cause the developer accommodating portion 21b. And the developer container 21c.
[0025]
A toner supply path 27 that supplies toner to the developer storage section 21c is disposed above a central portion of the developer storage section 21c, and the toner supply path 27 is connected to a toner container 28A (not shown).
Here, the toner container 28B connected to the developing device 20B will be described as an example of the configuration of the toner container. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the toner container 28B. In FIG. 3, a 6 mm × 23 mm hollow duct 29B is installed parallel to the direction of gravity from the toner container outlet 32 to the toner supply path 27 of the developing device 20B. A screw auger 30 is provided in the toner container 28B, and the toner is discharged by being rotated by a driving unit (not shown). The discharged toner falls from the hollow duct 29B to the toner supply path 27 of the developing device 20B by gravity. Then, the toner that has reached the toner supply path 27 is taken into the flowing developer by the developer stirring auger 26 of the developing device 20B.
[0026]
The toner container 28B is installed with a 20 ° inclination toward the toner container outlet 32. In the toner container 28B, a loosening member 31 made of a rod-like member for preventing blocking of the toner is provided integrally with the screw auger 30, and the toner is concentrated on the toner container outlet 32 by gravity. . The inclination of the toner container 28B may have a slight inclination regardless of the angle of repose of the toner. The toner containers 28A, 28C, and 28D connected to the developing devices 20A, 20C, and 20D have the same configuration.
[0027]
The toner containers 28A to 28D store Y, M, C, and K toners, respectively. FIG. 4 is a plan view illustrating the arrangement of the toner containers 28A to 28D when the color image forming apparatus 40 is viewed from above, and FIG. 5 illustrates the arrangement of the toner containers 28A to 28D when the color image forming apparatus 40 is viewed from behind. FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, the toner containers 28A to 28D are arranged in parallel on the upper portion of the color image forming apparatus 40, and drop toner is supplied to the developing apparatuses 20A to 20D via hollow ducts 29A to 29D, respectively. ing.
[0028]
Next, supply of toner from the toner supply path 27 to the developer accommodating portion 21c will be described.
The volume of the support container 21 is substantially the same as the volume of the developer when the weight ratio (toner concentration: TC) between the toner and the carrier in the developer filled in the capacity of the support container 21 is an appropriate value (for example, 6%). It is configured as follows. Here, the capacity of the support container 21 refers to a substantial capacity of the support container 21 and refers to a capacity of a region where the developer can move inside the developing device 20. Further, the appropriate value of TC means an appropriate TC at which a developed image has a sufficient image density and does not cause fogging.
Then, the developing device 20A is filled with a developer whose TC is an appropriate value so as to fill the support container 21.
[0029]
Here, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the TC of the developer and the volume of the developer. FIG. 6 shows a case where the measurement is performed with the developer loosened and a case where the measurement is performed with the developer pressed and tapped. In both the loose state and the tapping state, the developer has a linear relationship between the TC of the developer and the volume of the developer. As the TC increases, the volume of the developer increases in proportion thereto. Therefore, as shown in FIG. 7, when the TC of the developer increases beyond the appropriate value, the volume of the developer becomes larger than the volume of the support container 21, and conversely, when the TC of the developer decreases below the appropriate value, the development proceeds. The volume of the agent becomes smaller than the volume of the support container 21.
[0030]
With such a configuration, in the toner supply path 27 disposed above the developer accommodating portion 21c, the developer is supplied to the opening of the toner supply path 27 due to a change in the volume of the developer based on a change in the TC of the developer. There is a state in which the opening is blocked by entering, and a state in which the opening is opened without reaching the opening of the toner supply path 27.
FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which the developer swells in the toner supply path 27 due to a change in the developer volume. As shown in FIG. 8A, when the toner is consumed and the TC of the developer becomes smaller than an appropriate value, the amount of the developer does not reach the toner supply path 27 because the volume of the developer decreases. , The toner supply path 27 is opened. In this state, the toner is supplied to the developer through the toner supply path 27. When the TC of the developer increases again, the volume of the developer increases, and the developer fills the entire support container 21.
[0031]
When the toner is further supplied to the developer, as shown in FIG. 8B, the amount of the developer exceeds the capacity of the support container 21, so that the developer overflows into the toner supply path 27 and generates a swell. . Since the swelling of the developer generated in the toner supply path 27 is separated from the developer agitating auger 26, the conveying force by the developer agitating auger 26 is weak. For this reason, the developer in the toner supply path 27 stays and forms a wall of the developer, and the supply of the toner from the toner supply path 27 to the developer is blocked. As a result, no toner is supplied to the developer, and the TC of the developer does not increase further.
[0032]
Further, when the toner is consumed and the TC of the developer is reduced and the volume is reduced, the swelling of the developer in the toner supply path 27 is stopped, and the toner is supplied again through the toner supply path 27.
In this way, the toner supply to the developer is autonomously controlled by the blocking / opening of the toner supply path 27 due to the change in the volume of the developer, and the TC of the developer is kept within a certain range (4% to 8%). %).
[0033]
Further, in the present embodiment, an image density sensor 7 is provided downstream of the position of the fourth photosensitive drum 1D in the moving direction of the intermediate transfer belt 6 so as to face the intermediate transfer belt 6. The image density sensor 7 detects the density of the patch formed on the intermediate transfer belt 6, and transmits the patch to the operation control unit 50.
That is, in each of the photosensitive drums 1A to 1D, exposure is performed by LPHs 3A to 3D to form a patch for toner density detection in a non-image area corresponding to a print page, and Y, M, and C are respectively developed by developing devices 20A to 20D. , K are formed. The toner image is transferred to the intermediate transfer belt 6. At this time, the exposure timings of the LPHs 3A to 3D are adjusted so that the patches of each color do not overlap. Then, the density of the patch formed on the intermediate transfer belt 6 is detected by the image density sensor 7 as a reflected light level.
[0034]
In the developing devices 20A to 20D of the present embodiment, since the developer is sufficiently stirred by the developer supply auger 25 and the developer stirring auger 26, the variation in the developer toner concentration in the longitudinal direction of the device is small. small. Therefore, the patch used for image density detection may be formed at any position in the longitudinal direction.
[0035]
Here, when the variation center value of the developer toner concentration is 6%, the weight of the toner to be developed is 4.5 g / m 2. ^Two An experiment was conducted to adjust the development contrast, which is the difference between the image portion photoconductor potential (Vlow) and the development bias DC component (Vdc), so that the required development contrast was 250 V. At this time, the potential of the white background portion of the photoconductor (background potential: Vhigh) was adjusted to be 50% of the development contrast. That is, when the developer toner concentration is 6%, the weight of the toner to be developed is 4.5 g / m2. ^Two In this experiment, Vlow = −200 V, Vdc = −450 V, and Vhigh = −575 V in this experiment.
[0036]
Then, several images were output under these conditions and the signal of the image density sensor 7 was monitored. As a result, the signal level showed a fluctuation of ± 16%. Since there is a linear relationship between the signal level of the image density sensor 7 and the weight of the toner to be developed, it can be determined that the toner weight to be developed also varies by ± 16%. Therefore, in the developing devices 20A to 20D capable of autonomous toner concentration control according to the present embodiment, the developer toner concentration can be stabilized between 4% and 8%, so that the variation width of the toner weight to be developed is Is 4.5 g / m ^Two Is defined in the range of ± 16% with respect to.
[0037]
In order to compensate for the variation in image density due to the variation in the weight of the developing toner in the certain range, the image density determination circuit provided in the operation control unit 50 based on the output value from the image density sensor 7 calculates the difference from the reference density. A development contrast correction amount required to correct the difference is calculated. Then, the operation control unit 50 controls the LPH driver 52 and the developing power source to change the setting of the exposure amount, the developing bias potential, and the charging potential for changing the developing contrast based on the calculated developing contrast correction amount in the next image formation. 51, the charger power supply 53 is appropriately controlled. This operation is repeated for each image formation. This makes it possible to maintain the stability of the image density by compensating for the fluctuation of the image density due to the fluctuation of the toner density, and to keep the fluctuation of the image density within 5%.
[0038]
If the output value from the image density sensor 7 exceeds the reference density by a specified value or more, it is determined that the developer in the developing devices 20A to 20D has exceeded the specified toner density value, It is also possible to consume the toner in the non-image area corresponding to. That is, in such a case, an electrostatic latent image corresponding to a solid image is formed in a non-image area, and toner is consumed by developing the electrostatic latent image. As a result, the toner density values of the developing devices 20A to 20D can be restored to a specified range, and the stability of the image density can be maintained.
[0039]
As described above, according to the present embodiment, the toner supply path 27 is blocked / opened by the volume change based on the change in the TC of the developer, and the supply of the toner to the developer is controlled autonomously. , The TC of the developer can be maintained within a certain range. In addition, the density of the toner image developed with the TC developer controlled to a certain range is detected, and the development contrast is adjusted based on the detected value. Thus, the toner of the two-component developer can be used without the need for a toner density sensor, a control circuit for controlling toner replenishment based on the detected toner density, and a toner replenishing mechanism for replenishing toner. By automatically controlling the density and optimally setting the development contrast, the image density can be accurately stabilized in a certain range, so that an image with good color reproducibility can be formed.
[0040]
◎ Embodiment 2
In the first embodiment, by controlling the supply of the toner to the developer autonomously, in addition to maintaining the TC of the developer in a certain range, a toner image developed by providing the image density sensor 7 is provided. The color image forming apparatus 40 that detects the density of the image and adjusts the development contrast based on the detected value has been described. In the second embodiment, in addition to autonomously controlling the supply of the toner to the developer, a color image forming apparatus that measures an image printing rate and a developing device driving time and adjusts a developing contrast based on the measurement result. 40 will be described. Note that the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted here.
[0041]
In the present embodiment, instead of the image density detection by the image density sensor 7 in the configuration of the first embodiment, a pixel counter for counting the number of print pixels for writing image signals and a step number of a stepping motor for driving the developing device are counted. A driving time counter.
First, it is determined whether the printing rate obtained from the printing pixel counter value measured by the pixel counter is less than 1%, less than 40%, more than 40%, or more than 60%, and the development corresponding to each state is determined. The driving times of the devices 20A to 20D are measured by a driving time counter and stored. The driving time of the developing devices 20A to 20D includes the operation time of the color image forming apparatus 40 at the start and end of the non-image formation.
[0042]
Here, the printing rate range is divided into 0 to 1%, 1% to 40%, 40% to 60%, and 60% to 100% in the developing devices 20A to 20D used in the present embodiment. It is determined according to the characteristics of the autonomous toner supply system. That is, as shown in FIG. 9, the toner supply characteristics of the developing devices 20A to 20D used in the present embodiment have a characteristic that the toner supply amount varies depending on the TC of the developer. Even when the toner supply path 27 is shut off, a small amount of toner is supplied, and when TC is largely reduced, the toner supply amount is greatly increased. Therefore, in the developing devices 20A to 20D used in the present embodiment, the printing rate range of 0 to 1% is a printing rate at which TC increases, 1% to 40% is a printing rate at which TC is almost maintained, and 40% to 60%. Is a printing rate at which TC decreases, and 60% to 100% is a printing rate at which TC greatly decreases.
Generally, it is preferable to optimize the printing rate range from the relationship between the toner concentration and the toner supply amount in accordance with the characteristics of the autonomous toner supply unit.
[0043]
As shown in FIG. 10, in the color image forming apparatus 40, how much the developer toner concentration in the developing devices 20A to 20D changes depending on the developing device driving time (the number of prints) in which the state of each printing ratio range continues. Is measured in advance, and a reference table indicating the measured values is stored. Then, by comparing the measured values of the driving times of the developing devices 20A to 20D corresponding to the respective printing rate ranges with the reference tables, it is possible to predict the change in the developer toner concentration in the developing devices 20A to 20D. It is configured as follows. As a result, when the developer toner concentration is predicted to decrease, the development contrast is increased in accordance with the decrease amount, and when the developer toner concentration is predicted to increase, the development contrast is increased in accordance with the increase amount. The operation control unit 50 appropriately controls the LPH driver 52, the developing power supply 51, and the charger power supply 53 so as to reduce the power.
[0044]
Next, 30 images with a print rate of 0.5%, 30 images with a print rate of 15%, 20 images with a print rate of 50%, 20 images with a print rate of 70%, and an image 30 with a print rate of 0.5% The sheets were printed and the image density fluctuation was compared. FIG. 11 shows image density fluctuation in a conventional image forming apparatus to which the present embodiment is not applied, and FIG. 12 shows image density fluctuation in a color image forming apparatus 40 to which the present embodiment is applied. Here, the image density was measured by forming a patch of 10 mm × 10 mm. FIG. 13 shows a change in the developer toner concentration at that time. The measurement of the toner density was performed by a blow-off method by taking a small amount from the developer layer on the surface of the developing sleeve 22 when the printing of the image of each printing ratio was completed. At the same time as printing, the change in the exposure amount was monitored to confirm the operation of the present embodiment.
[0045]
As can be seen by comparing FIGS. 11 and 12, in the present embodiment, the image density is stable and the exposure of the LPHs 3A to 3D despite the toner density changes as shown in FIG. It was confirmed that the development contrast was changed by changing the amount, and the image density was kept almost constant.
[0046]
In the present embodiment, the reference table is used as the toner concentration prediction. However, the relationship between the printing rate, the developing device driving time, and the developer toner predicted concentration can be related by a mathematical expression or the like, and can be predicted by an arithmetic circuit. It is. That is, the amount of change in the developer toner concentration in each of the developing devices 20A to 20D is stored as a function of the drive time of each of the developing devices 20A to 20D according to the time during which the state of each printing ratio range continues. It is also possible to configure so that a change in the developer toner concentration in the developing devices 20A to 20D can be predicted by calculating the measured value of the driving time of the corresponding developing devices 20A to 20D using the function. .
[0047]
Further, in the present embodiment, the image printing rate and the developing device driving time are measured, and in addition to the adjustment of the developing contrast based on the measurement results, the image density sensor 7 is provided to detect the density of the developed toner image. It is also possible to use the adjustment of the development contrast based on the detected value together. With this configuration, the image density control can be performed with higher accuracy, and the interval between the detection timings of the toner image density by the image density sensor 7 can be expanded, for example, to once every 200 sheets. Therefore, it is possible to reduce the consumption of toner for creating a patch.
[0048]
Further, the image printing rate and the driving time of the developing device are measured, and when the measured values are expected to exceed the reference density by a specified value or more, the developer in the developing devices 20A to 20D has the specified toner density value. Is determined, the toner can be consumed in the non-image area between printed pages. That is, in such a case, an electrostatic latent image corresponding to a solid image is formed in a non-image area, and toner is consumed by developing the electrostatic latent image. As a result, the toner density values of the developing devices 20A to 20D can be restored to a specified range, and the stability of the image density can be maintained.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, the toner supply path 27 is blocked / opened by the volume change based on the change in the TC of the developer, and the supply of the toner to the developer is controlled autonomously. , The TC of the developer can be maintained within a certain range. In addition, the image printing ratio and the developing device driving time are measured, and the developing contrast is adjusted based on the measurement results. Thus, similarly to the first embodiment, a toner density sensor, a control circuit for controlling toner replenishment based on the detected toner density, and a toner replenishing mechanism for replenishing toner are required. In addition, by automatically controlling the toner concentration of the two-component developer and setting the development contrast optimally, the image density can be stabilized within a certain range with high accuracy, so that an image with good color reproducibility can be formed. It becomes possible.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the toner concentration of the two-component developer can be automatically controlled, and an image with good color reproducibility can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an image forming apparatus.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a developing device.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a toner container.
FIG. 4 is a plan view illustrating an arrangement of a toner container.
FIG. 5 is a rear view illustrating the arrangement of the toner container.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the TC of the developer and the volume of the developer.
FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the volume of a developer and the volume of a support container.
FIG. 8 is a diagram illustrating a swelling state of the developer in the toner supply path due to a change in the volume of the developer.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a developer toner concentration and a toner supply amount.
FIG. 10 is a view showing a reference table showing measured values of a change amount of a developer toner concentration according to the number of prints in each print rate range.
FIG. 11 is a diagram illustrating image density fluctuation in a conventional image forming apparatus.
FIG. 12 is a diagram illustrating image density fluctuations in an image forming apparatus to which the present embodiment is applied.
FIG. 13 is a diagram illustrating a change in developer toner concentration.
[Explanation of symbols]
1A, 1B, 1C, 1D: photosensitive drum, 2A: charger, 3A, 3B, 3C, 3D: LED print head (LPH), 4A, 4B, 4C, 4D: primary transfer roller, 5A: cleaner, 6 ... intermediate transfer belt, 7 ... image density sensor, 8 ... secondary transfer roller, 9 ... fixing device, 20A, 20B, 20C, 20D ... developing device, 21 ... support container, 21a ... housing portion wall, 21b, 21c ... development Developer accommodating section, 22: developing sleeve, 23: developing magnet, 24: blade, 25: developer supply auger, 26: developer stirring auger, 27: toner supply path, 28A, 28B, 28C, 28D: toner container, 29A , 29B, 29C, 29D: hollow duct, 30: screw auger, 31: loosening member, 32: toner container outlet, 50: operation controller, 51: power supply, 52: L H driver, 53 ... power

Claims

An image carrier for carrying an electrostatic latent image,
Charging means for charging the image carrier,
Exposure means for exposing the image carrier,
A developing device configured to develop the electrostatic latent image with a developer including a toner and a carrier, and that a supply amount of the toner to the developer changes autonomously due to a change in a toner concentration of the developer. Means,
Image density detection means for detecting the density of the image developed on the image carrier,
An image forming apparatus, wherein a developing contrast between the electrostatic latent image and the developing unit is changed based on a detection value of the image density detecting unit.

The developing unit includes a developer holding container that holds the developer, and a toner supply path that supplies the toner to the developer holding container, and the toner supply path to the toner supply path is changed by a change in the toner concentration of the developer. 2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein an amount of the developer entering is changed.

The developing unit shuts off the supply of the toner when the developer is higher than the proper toner concentration, and supplies the toner to the toner supply path so as to enable the supply of the toner when the developer is lower than the proper toner concentration. 3. The image forming apparatus according to claim 2, wherein the amount of the developer invading varies.

The image forming apparatus further includes a toner consuming unit that consumes the toner of the developing unit when it is determined that the toner concentration of the developer exceeds a predetermined value based on the detection value of the image density detecting unit. The image forming apparatus according to claim 1.

2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the developing contrast is changed by changing one or more of a voltage applied to the charging unit, an exposure amount of the exposing unit, and a voltage applied to the developing unit. apparatus.

An image carrier for carrying an electrostatic latent image,
Charging means for charging the image carrier,
Exposure means for exposing the image carrier,
A developing device configured to develop the electrostatic latent image with a developer including a toner and a carrier, and that a supply amount of the toner to the developer changes autonomously due to a change in a toner concentration of the developer. Means,
A printing ratio measuring unit that measures a printing ratio of an image formed on the image carrier,
Developing drive time measuring means for measuring the drive time of the developing means,
A developing contrast changing unit that changes a developing contrast between the electrostatic latent image and the developing unit based on a measurement value of the printing ratio measuring unit and a measurement value of the developing driving time measuring unit. Image forming apparatus.

The developing contrast changing unit divides the printing ratio into a plurality of printing ratio ranges, measures the driving time of the developing unit for each of the divided printing ratio ranges, and calculates the driving time of the developing unit for each printing ratio range. 7. The image forming apparatus according to claim 6, wherein the developing contrast is changed based on the following.

The developing contrast changing unit includes a lookup table storing a change amount of the toner concentration of the developer that changes according to a driving time of the developing unit for each of the divided printing ratio ranges. 8. The image forming apparatus according to claim 7, wherein the toner concentration of the developer is predicted by comparing the measured value of the driving time of the developer with the reference table, and the development contrast is changed.

The developing contrast changing unit stores a change amount of the toner concentration of the developer, which varies depending on a driving time of the developing unit, for each of the divided printing ratio ranges as a function of a driving time of the developing unit, 8. The image forming apparatus according to claim 7, wherein the toner concentration of the developer is predicted by calculating a measured value of the driving time of the developing unit for each function using the function, and the development contrast is changed.

8. The image forming apparatus according to claim 7, wherein the developing contrast changing unit determines the plurality of divided printing rate ranges based on toner supply characteristics of the developing unit.

Toner consumption that consumes the toner of the developing unit when the toner concentration of the developer is expected to exceed a predetermined value based on the measurement value of the printing ratio measurement unit and the measurement value of the development driving time measurement unit The image forming apparatus according to claim 6, further comprising a unit.

An image carrier for carrying an electrostatic latent image,
Charging means for charging the image carrier,
Exposure means for exposing the image carrier,
A developing device configured to develop the electrostatic latent image with a developer including a toner and a carrier, and that a supply amount of the toner to the developer changes autonomously due to a change in a toner concentration of the developer. Means,
Image density detection means for detecting the density of the image developed on the image carrier,
A printing ratio measuring unit that measures a printing ratio of an image formed on the image carrier,
Developing drive time measuring means for measuring the drive time of the developing means,
Development that changes a development contrast between the electrostatic latent image and the developing unit based on a detection value of the image density detection unit, a measurement value of the printing ratio measurement unit, and a measurement value of the development driving time measurement unit. An image forming apparatus comprising: a contrast changing unit.