JP2005055842A - Image forming method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成方法及び装置に係り、特に、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる2成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにした画像形成方法及び装置に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image forming method and apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile, and a composite machine using an electrophotographic method, and more particularly, a two-component developer that charges a nonmagnetic toner using a magnetic carrier. The present invention relates to an image forming method and apparatus in which only a charged toner is held on a developing roller and is allowed to fly to an electrostatic latent image to develop the latent image.
電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置における現像方式には、トナーと磁性キャリアを用いた2成分現像方式、絶縁トナーや導電トナーを用いた1成分現像方式、磁性キャリアを用いて非磁性のトナーを帯電させる2成分現像剤を使用し、現像ローラ上に帯電されたトナーのみを保持させて静電潜像に飛翔させ、該潜像を現像するようにしたハイブリッド現像方式などがある。 Development methods in image forming apparatuses such as copiers, printers, facsimiles, and composite machines using electrophotography are two-component development methods using toner and a magnetic carrier, and one component using insulation toner and conductive toner. Development method, using a two-component developer that charges non-magnetic toner using a magnetic carrier, holds only the charged toner on the developing roller, and flies to the electrostatic latent image to develop the latent image There is a hybrid development method.
2成分現像方式は、キャリアによるトナーの帯電性に優れ、長寿命化が可能であると共にベタ画像の均一化などの利点がある反面、現像装置が大きく複雑になる、トナー飛散やキャリア引きが発生する、キャリアの耐久性によって画質が変化するなどの欠点がある。また1成分現像方式は、現像装置がコンパクトになってドット再現性に優れているが、現像ローラ、チャージローラの劣化のために耐久性が低く、現像装置を交換するため消耗品価格が高価になる、選択現像が発生するなどの欠点を有している。ハイブリッド現像方式は、ドット再現性に優れて長寿命化、高速の画像形成が可能な方式ではあるが、従来では、現像ゴーストの発生やトナー粒度分布の変化に伴って現像剤中に微粉トナーが増え、この微粉トナーによるキャリア表面が汚染されて帯電量が低下し、現像装置からのトナーの飛散、現像ローラ上への微粉トナーの付着などの問題があった。 The two-component development method has excellent toner chargeability with a carrier, and can have a long lifespan and has the advantage of uniform solid images, but the developing device becomes large and complicated, and toner scattering and carrier pulling occur. However, there is a drawback that the image quality changes depending on the durability of the carrier. In addition, the one-component development system has a compact developing device and excellent dot reproducibility, but has low durability due to deterioration of the developing roller and the charge roller, and the expendables are expensive because the developing device is replaced. There is a disadvantage that selective development occurs. The hybrid development method is a method that has excellent dot reproducibility and can achieve a long life and high-speed image formation. Conventionally, fine powder toner has been added to the developer due to the development ghost and the change in the toner particle size distribution. As a result, the surface of the carrier is contaminated with the fine powder toner, the charge amount is lowered, and there are problems such as scattering of the toner from the developing device and adhesion of the fine powder toner on the developing roller.
そしてハイブリッド現像方式は、従来、非接触の1成分現像の手段として検討されてきたが、近年、高速の画像形成が可能な現像方式として、特に感光体上に複数のカラー画像を順次形成する1ドラム色重ね方式用としても検討されてきた。この方式では、感光体上に正確にトナーを重ねることで色ズレの少ないカラー画像形成が可能であり、カラーの高画質化に対応する技術として注目されてきた。 The hybrid development method has been conventionally studied as a non-contact one-component development means, but in recent years, as a development method capable of high-speed image formation, in particular, a plurality of color images are sequentially formed on a photoconductor 1. It has also been studied for use in drum color superposition. In this method, it is possible to form a color image with little color misregistration by accurately superimposing toner on the photoconductor, and has been attracting attention as a technique for improving the color image quality.
しかしながらこの1ドラム色重ね方式では、使用する色数分の現像装置を感光体の周りに配置せねばならないから、感光体が大型になり、画像形成装置の小型化の妨げになる。そのため、使用するトナーの色に対応した複数の電子写真プロセス部材を並べて配置し、転写部材の送りに同期させてカラ−画像を形成して転写部材上で色重ねを行うタンデム方式が注目されてきた。しかしながらこの方式では、高速性に優れている利点があるものの、各色の電子写真プロセス部材を並べて配置しなければならないために大型化する欠点を有していた。この対策として感光体同志の間隔を狭くし、小型化した画像形成ユニットを配置した小型タンデム型画像形成装置が提案されている。 However, in this one-drum color superposition method, since the developing devices for the number of colors to be used must be arranged around the photoconductor, the photoconductor becomes large, which hinders downsizing of the image forming apparatus. Therefore, a tandem method in which a plurality of electrophotographic process members corresponding to the color of the toner to be used are arranged side by side, a color image is formed in synchronization with the transfer of the transfer member, and the color is superimposed on the transfer member has attracted attention. It was. However, this method has the advantage of being excellent in high-speed performance, but has the disadvantage of increasing the size because the electrophotographic process members for each color must be arranged side by side. As a countermeasure, there has been proposed a small tandem type image forming apparatus in which the intervals between the photosensitive members are narrowed and a downsized image forming unit is arranged.
このように構成された小型のタンデム型画像形成装置においては、画像形成ユニットの幅方向のサイズを極小にするため、現像装置を縦型とすることが有利である。すなわち、感光体の上部方向に現像装置を配置することがレイアウト上望ましい。しかしながら従来の2成分現像方式では、このように現像装置を縦型に配置した場合、現像剤の還流、すなわち現像剤攪拌部から感光体に近接した現像部材への供給が複雑になり、装置の小型化に限界が生じると共に感光体へのキャリアの付着、トナーの飛散が避けられないという間題があった。 In the small tandem type image forming apparatus configured as described above, it is advantageous to make the developing device a vertical type in order to minimize the size of the image forming unit in the width direction. That is, it is desirable in terms of layout that the developing device is arranged in the upper direction of the photosensitive member. However, in the conventional two-component development system, when the developing device is arranged vertically as described above, the reflux of the developer, that is, the supply from the developer agitating unit to the developing member adjacent to the photosensitive member becomes complicated. There is a problem that there is a limit to downsizing and carrier adhesion to the photosensitive member and toner scattering are unavoidable.
他の方法として、キャリアを用いない1成分現像方式も提案されているが、現像ローラを感光体に接触する方式では感光体のトルク変動をきたし、タンデム型の弱点である色ずれを助長させてしまう欠点があった。また、感光体に非接触な方式では、トナーをチャージロールで帯電させ、弾性規制ブレードで現像ローラ上の層厚を規制していたため、トナーの添加剤がチャ−ジロールに付着して帯電能力が低下したり、規制ブレードにトナーが付着し層形成が不均一になってしまい、画像欠陥をきたすことがあった。 As another method, a one-component developing method that does not use a carrier has been proposed. However, the method in which the developing roller is in contact with the photosensitive member causes torque fluctuations of the photosensitive member, and promotes color misregistration that is a weak point of the tandem type. There was a drawback. In the non-contact system, the toner is charged by a charge roll and the layer thickness on the developing roller is regulated by an elastic regulating blade, so that the toner additive adheres to the charge roll and the charging ability is reduced. The toner may adhere to the regulation blade and the layer formation may become non-uniform, resulting in image defects.
そのため、これらの問題を解決する手段の一つとして、一旦キャリアを用いてトナーを帯電させ、その後、感光体に対して非接触でトナーを飛翔させる前記したハイブリッド現像方式が注目されてきた。すなわちハイブリッド現像方式では、現像ローラが感光体と非接触であるからトルク変動をきたすことがなく、ドット再現性に優れて長寿命化が可能な高速の画像形成装置が提供できる。 Therefore, as one means for solving these problems, attention has been paid to the above-described hybrid development method in which toner is once charged using a carrier and then the toner is ejected in a non-contact manner with respect to the photoreceptor. That is, in the hybrid developing system, since the developing roller is not in contact with the photoconductor, torque fluctuation does not occur, and a high-speed image forming apparatus that has excellent dot reproducibility and can extend the life can be provided.
こういった技術に関する従来技術としては、特許文献1に潜像担持体に対して非接触に設置したドナーロール(現像ローラ)上に非磁性トナーで薄層を形成し、交流電界によって潜像担持体上の潜像に該トナーを飛翔させる提案がなされている。また特許文献2には、供給ローラを用いて現像剤をドナーロールに進ませ、このドナーロール上にトナーを転移させてトナー層を形成する現像装置が示されている。
As a conventional technique related to such a technique, a thin layer is formed with a nonmagnetic toner on a donor roll (developing roller) placed in non-contact with a latent image carrier in Patent Document 1, and a latent image is carried by an alternating electric field. Proposals have been made to make the toner fly on a latent image on the body. Further,
しかしながらこれらの提案では、2成分現像剤を採用してドナーロール上への薄層形成は可能なものの、トナーの帯電が高くなった場合にドナーロール上のトナーの分離が困難になり、強い交流電界が必要とされる。この電界が潜像担持体上のトナー層を乱してしまうので、色重ねなどには間題を有していた。そのため特許文献3には、ドナーロールと潜像担持体の間にワイヤからなる補助電極を設け、この補助電極に弱い交流電界を印加して現像されたトナーを乱さないようにした、いわゆるパウダ−クラウド現像法が提案されている。
However, although these proposals can use a two-component developer to form a thin layer on the donor roll, it becomes difficult to separate the toner on the donor roll when the charge of the toner becomes high, and strong AC An electric field is required. Since this electric field disturbs the toner layer on the latent image carrier, there is a problem with color superposition and the like. Therefore,
そして理論面では、非特許文献1で東芝(株)から、2成分現像剤を用いた現像ローラ上のトナー層の形成についての報告がなされ、特許文献4に特許としての出願がある。
In terms of theory, Non-Patent Document 1 reports the formation of a toner layer on a developing roller using a two-component developer from Toshiba Corporation, and
また上記した従来の技術では、現像性の高いトナーの粗粉が選択的に潜像担持体に現像されやすく、連続印刷を行ったばあい、帯電性の高いトナーの微粉が現像スリーブに堆積して選択現像が起こり、画像濃度の低下が生じる傾向があった。さらに、トナーの帯電制御が複雑で、潜像担持体に高い表面電位と大きな現像電界を印加することを必要としていた。そのため、現像ローラ上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じると、その現像ローラ上におけるトナーの付着状態とトナーの電位差にばらつきが生じる関係から、図9に示したように前の現像画像の一部が次の現像時に残像(ゴースト)として現れる現象、いわゆる履歴現象が発生しやすいという不具合がある。すなわちこの図9において、35は矩形の黒ベタで構成されたソリッド画像であり、36、37はそれに続くこのソリッド画像より広いハーフトーン画像で、図9(a)のようにこのソリッド画像35に続けてこのハーフトーン画像36、37を印刷すると、現像ローラ上にトナーの消費領域と非消費領域とが生じた場合、図9(b)における38のような残像(ゴースト)が生じる。さらに、高濃度の現像パターンを連続して印刷した場合に、画像濃度にムラが生じるなどの画像不均一性がおこりやすく、現像器を小型化する場合の課題となっていた。
Further, in the above-described conventional technology, coarse powder of highly developable toner is easily developed on the latent image carrier, and when continuous printing is performed, fine powder of highly chargeable toner accumulates on the developing sleeve. As a result, selective development occurred and the image density tended to decrease. Further, toner charge control is complicated, and it is necessary to apply a high surface potential and a large development electric field to the latent image carrier. Therefore, if a toner consumption area and a non-consumption area are generated on the developing roller, the previous developed image as shown in FIG. There is a problem that a phenomenon that a part of the image appears as an afterimage (ghost) during the next development, that is, a so-called history phenomenon is likely to occur. That is, in FIG. 9, 35 is a solid image composed of rectangular solid black, and 36 and 37 are halftone images wider than the subsequent solid image. As shown in FIG. When the
これを防止するため特許文献5には、現像ローラ上の現像残トナーを掻き取るための部材と、掻き取られたトナーの回収装置に関しての提案がなされ、また、現像ローラ上のトナーを確実に回収する方法として特許文献6には、専用の回収ロールを用いる提案がなされている。しかしながらこれらの方法は、現像部のトナーと非現像部のトナーに電位差が生じ、連続印字時の現像ゴーストの発生を防止するために複雑な機構が必要で、小型の電子写真プロセスには実用化されていない。さらに磁気ブラシを用いた履歴現象の対応策として特許文献7に、供給ローラの磁束密度の半値幅領域を広く設定することにより、現像ローラ上のトナーの回収と供給を図る提案がなされている。また、タンデム型の現像装置の制御方法として特許文献8には、転写工程を行っている画像形成部以外の画像形成部における現像装置の動作を停止させ、現像剤の劣化を防ぐようにした出願がなされている。
In order to prevent this, Patent Document 5 proposes a member for scraping off the development residual toner on the developing roller and a device for collecting the scraped toner, and the toner on the developing roller is surely removed. As a recovery method,
またこういったハイブリッド現像方式においては、選択現像による画像濃度低下、トナーを現像ローラに保持させたまま長時間放置することによる現像欠陥、画像劣化、現像ゴースト、トナー飛散、スリーブ付着などが生じるため、特許文献9、特許文献10(特許文献11)、特許文献12などには、2成分現像剤による磁気ブラシを形成する供給ローラと、この供給ローラから供給されたトナーの薄層を担持するドナーロール(現像ローラ)と、このドナーロールと潜像担持体との間に設けられた電極とを有し、この電極には直流と交流からなるバイアスを、現像ローラには直流バイアスを、そして供給ローラにはスイッチで異極性となる電圧に切り替えられるようにした直流バイアス(特許文献10(特許文献11))、またはこの直流バイアスに重畳した交流バイアス(特許文献9、特許文献12)を印加するよう構成し、コピーとコピーの間や紙間を利用して、電位差で現像ローラ上のトナーを供給ローラに回収することで、トナーの帯電を安定化させて上記問題点を解決するようにしたハイブリッド型現像装置が示されている。
Also, in such a hybrid development system, image density lowering due to selective development, development defects, image deterioration, development ghost, toner scattering, sleeve adhesion, etc. caused by leaving the toner on the developing roller for a long time may occur.
すなわちこの特許文献9、特許文献10に示された現像装置においては、供給ローラと現像ローラの直流電位差(特許文献10)、及び交流バイアス(特許文献9、特許文献12)で供給ローラ上に形成された磁気ブラシで現像ローラ上にトナー薄層を形成し、さらに現像ローラと電極間に印加された直流と交流が重畳されたバイアスで電極近辺にトナークラウド(雲)を形成して潜像担持体上の潜像を現像すると共に、画像形成完了時(特許文献10、特許文献12)、または一定間隔で(特許文献9)、スイッチを切り替えて現像ローラから供給ローラへトナーを剥離させる方向の直流バイアスを印加して現像ローラ上のトナーを回収し、再度の画像形成に際してスイッチの切り替えで供給ローラ上のトナーを現像ローラへ移動させる方向の直流バイアスを印加して(特許文献10)画像形成に備えるようにし、上記問題を解決するようにしたものである。
That is, in the developing devices shown in
しかしながら前記特許文献3に記載されたパウダークラウド現像法は、補助電極のワイヤが非常に汚れやすく、また、振動による画像劣化等が発生するため、あまり一般的な方法とはなっていない。さらに特許文献5、特許文献6、特許文献7などに示された装置も、トナーの掻き取り装置や回収ロールの設置が必要であったり、特別な回収バイアスの印加などによってトナーのストレスが増し、トナーの耐久性能劣化の要因になったり、次の現像タイミングでの現像ローラの層形成に時間を要し、高速性を損なったりしていた。また長期使用時に、キャリアの耐久性能劣化によってトナーの帯電性が変化し、現像ローラ上のトナーの帯電特性が大きく変化して補給トナーや回収トナーの帯電の分布が広くなり、帯電不良によるトナーの飛散やカブリの原因になっていた。さらに劣化したキャリアの交換の煩わしさがあり、実用にはいたっていないのが実情である。
However, the powder cloud development method described in
また、タンデム型の現像装置の制御方法としての特許文献8に示された装置は、転写工程を行っている画像形成部以外の現像装置の動作を停止させたり、現像ローラと供給ローラ間に印加する高圧を高周波数で切り替える装置や制御が必要であり、高価にならざるを得ないと共に、現像装置はトナーロールや供給ローラ、及び撹拌部材を横に並べた構成となっており、小型化が難しいという欠点がある。さらに、特許文献9、特許文献10(特許文献11)、特許文献12に示された装置も、前記したパウダークラウド現像法であって、補助電極のワイヤが非常に汚れやすく、振動による画像劣化等が発生する。
In addition, the apparatus disclosed in
また、現像装置を小型化して高濃度の画像を連続して印刷する場合、現像ローラに対するトナーの補給が追いつかず、トナーの帯電量が大きくなってが画像濃度が落ちたり、印刷速度が低下したりすることがあり、この問題を解消するため、掻き取り装置や特別な回収バイアスの印加も提案されているが、トナーのストレスが増し、耐久性能劣化の要因になっていた。また、長期使用時にはキャリアの耐久性能劣化によってトナーの帯電性が変化し、現像ローラ上のトナーの帯電特性が大きく変化して、補給トナーや回収トナーの帯電の分布が広くなってしまい、帯電不良によるトナーの飛散やカブリの原因になっていた。 In addition, when a developing device is downsized to continuously print a high density image, the toner cannot be replenished to the developing roller, and the toner charge amount increases but the image density decreases or the printing speed decreases. In order to solve this problem, a scraping device and application of a special recovery bias have been proposed. However, the stress of the toner has increased, which has been a cause of deterioration in durability performance. In addition, during long-term use, the chargeability of the toner changes due to the deterioration of the durability of the carrier, the charging characteristics of the toner on the developing roller change significantly, the charge distribution of the replenishment toner and the collected toner becomes wider, and charging failure Caused toner scattering and fogging.
またハイブリッド現像方式においては、現像装置中のトナーは供給ローラと現像ローラとの間を交流バイアスにより行き来するため、トナー表面の外添剤がトナー中に埋没、またはトナーから遊離する等の劣化が生じ、特に低印字率の原稿を印刷する時はトナー劣化が促進され、画像濃度が低下する。 In the hybrid developing system, the toner in the developing device goes back and forth between the supply roller and the developing roller by an AC bias, so that the external additive on the toner surface is buried in the toner or is released from the toner. In particular, when printing a document with a low printing rate, toner deterioration is promoted and the image density is lowered.
そのため現像装置を複雑にすることなく、連続現像時の残像の発生を防ぎ、確実に帯電されたトナーを現像ローラに供給するため特許文献13には、タンデム方式の画像形成プロセスにおいて、現像時間外では供給ローラと現像ローラの電位差をなくし、現像ローラ上のトナーの大半を磁気ブラシによって回収することで、次の現像タイミング時に現像の履歴を残さない画像が得られる方法が提案され、またこの特許文献13を含め、特許文献14、15には、印字率が所定値以下の原稿を印字したとき、トナーを強制的に消費して、画像濃度の低下を防ぐようにした画像形成装置が提案されている。 Therefore, in order to prevent the occurrence of afterimages during continuous development without supplying a complicated developing device and to supply the charged toner to the developing roller with certainty, Patent Document 13 describes a tandem image forming process in which the development time is not exceeded. Proposed a method that eliminates the potential difference between the supply roller and the developing roller, and collects most of the toner on the developing roller with a magnetic brush, thereby obtaining an image that does not leave a development history at the next development timing. Patent Documents 14 and 15 including Document 13 propose an image forming apparatus that forcibly consumes toner to prevent a decrease in image density when a document having a printing rate of a predetermined value or less is printed. ing.
しかしながらこの特許文献13乃至15に示された方法では、原稿印字率のみによって排出するトナー量を決定しているが、画像濃度が変動すると、印字率のみの制御では排出量を安定させることは難しく、それによって低印字率原稿の印字時の画像濃度を安定させることが困難となる。また、現像装置内部の温度変動により、画像濃度低下の進行も変動する等の問題点もある。 However, in the methods disclosed in Patent Documents 13 to 15, the amount of toner to be discharged is determined only by the document printing rate. However, if the image density varies, it is difficult to stabilize the discharging amount only by controlling the printing rate. As a result, it becomes difficult to stabilize the image density at the time of printing a document having a low printing rate. In addition, there is a problem that the progress of the image density decrease also fluctuates due to temperature fluctuation in the developing device.
上記の事情に鑑み本発明は、現像装置を複雑にすることなく、印字率や温度の変化などに左右されずに常に一定のトナー排出を可能とし、長期にわたって濃度変化のない、安定した画像を維持できるようにした画像形成方法及び装置を提供することが課題である。 In view of the above circumstances, the present invention makes it possible to always discharge a constant toner without affecting the printing rate and temperature change without complicating the developing device, and to produce a stable image with no change in density over a long period of time. An object is to provide an image forming method and apparatus that can be maintained.
上記課題を解決するため本発明の画像形成方法は、
トナー補給モータを介してトナーを逐次供給しながら固定磁極部材を内包する供給ローラの外周にキャリアとトナーからなる磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを現像ローラに摺擦させながら両ローラ間の電位差を利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像する現像方式による現像装置を用いた画像形成方法において、
一定時間毎のトナー補給モータ駆動時間の積算値が、ある一定量以下のときに劣化トナーが現像装置中に増加していると判断し、非現像時にトナーの強制排出を行うことを特徴とする。
In order to solve the above problems, an image forming method of the present invention includes:
A magnetic brush composed of a carrier and toner is formed on the outer periphery of a supply roller that encloses the fixed magnetic pole member while sequentially supplying toner via a toner replenishing motor, and the potential difference between the two rollers is rubbed against the developing roller while sliding the magnetic brush against the developing roller. In an image forming method using a developing device by a developing method in which only a toner is transferred to a developing roller using a toner, and a latent image on a latent image carrier is non-contact developed with a toner thin layer on the developing roller.
When the integrated value of the toner replenishment motor driving time per certain time is less than a certain amount, it is judged that the deteriorated toner is increasing in the developing device, and the toner is forcibly discharged when not developing. .
そして本発明では、非現像時におけるトナーの強制排出量が、一定時間毎のトナー補給モータ駆動時間の積算値と現像装置内検知温度の組み合わせにより可変させることを特徴とする。 In the present invention, the forcible toner discharge amount at the time of non-development is made variable by a combination of the integrated value of the toner replenishment motor driving time every fixed time and the detected temperature in the developing device.
また本発明になる画像形成装置は、
トナー補給モータを介してトナーを逐次供給しながら固定磁極部材を内包する供給ローラの外周にキャリアとトナーからなる磁気ブラシを形成し、該磁気ブラシを現像ローラに摺擦させながら両ローラ間の電位差を利用して現像ローラへトナーのみを転移させ、現像ローラ上のトナー薄層にて潜像担持体上の潜像を非接触現像するハイブリッド現像方式による現像装置を用いた画像形成装置において、
積算した原稿印字率から算出した非現像時に排出する劣化トナー強制排出量を、一定時間のトナー補給モータ駆動時間の積算値に基づいて補正する演算回路を具えたことを特徴とする。
The image forming apparatus according to the present invention is
A magnetic brush composed of a carrier and toner is formed on the outer periphery of a supply roller that encloses the fixed magnetic pole member while sequentially supplying toner via a toner replenishing motor, and the potential difference between the two rollers is rubbed against the developing roller. In an image forming apparatus using a developing device of a hybrid developing system in which only the toner is transferred to the developing roller using a toner, and the latent image on the latent image carrier is non-contact developed with the toner thin layer on the developing roller.
An arithmetic circuit is provided that corrects the forcible discharge amount of deteriorated toner discharged during non-development calculated from the integrated document printing rate based on the integrated value of the toner replenishment motor driving time for a predetermined time.
そして本発明では、積算した原稿印字率から算出した非現像時に排出する劣化トナー強制排出量を、一定時間のトナー補給モータ駆動時間の積算値と現像装置内検知温度の組み合わせに基づいて補正する演算回路を具えたことを特徴とする。 In the present invention, a calculation for correcting the forced discharge amount of deteriorated toner discharged during non-development calculated from the integrated document coverage based on the combination of the integrated value of the toner replenishment motor driving time for a predetermined time and the detected temperature in the developing device. It is characterized by comprising a circuit.
また前記演算回路は、下記式に基づいて劣化トナー強制排出量を算出することを特徴とする。
A(トナー強制排出量)=(B−C)×(D/C)×K
A:トナー強制排出量
B:一定時間における、理想的なトナー補給時間(すなわち理想的トナー排出量)
C:一定時間における、トナーモータによる積算トナー補給時間(実トナー排出量)
D:一定時間における積算印字率から算出したトナー補給時間(印字率による排出量)
K:補正係数(補正が0の場合は定数)
The arithmetic circuit calculates a deteriorated toner forced discharge amount based on the following equation.
A (forced toner discharge amount) = (BC) × (D / C) × K
A: Toner forced discharge amount B: Ideal toner replenishment time (ie, ideal toner discharge amount) in a fixed time
C: Total toner replenishment time (actual toner discharge amount) by the toner motor in a fixed time
D: Toner replenishment time calculated from the integrated printing rate over a certain period of time (discharge amount due to printing rate)
K: Correction coefficient (a constant if the correction is 0)
そして、上記演算式に基づき、補正係数Kを現像装置内の検知温度により可変させることも本発明の特徴である。 It is also a feature of the present invention that the correction coefficient K can be varied according to the detected temperature in the developing device based on the above arithmetic expression.
このように、一定時間毎のトナー補給モータ駆動時間の積算値が、ある一定量以下のときに劣化トナーが現像装置中に増加していると判断し、非現像時にトナーの強制排出を行うようにした現像方式による現像装置の画像形成方法を実施することにより、トナー補給モータ駆動時間は実際のトナー補給量を把握するのに最適であり、その値が一定時間内の理想的なトナー使用量を下回っているときは、劣化トナーが現像装置中に増加していると判断できるから、現像装置を複雑にすることなく、印字率の変化などに左右されずに常に一定のトナー排出が可能となり、長期にわたって濃度変化のない、安定した画像を維持できるようにした画像形成方法を提供することができる。 As described above, when the integrated value of the toner replenishment motor driving time per certain time is equal to or less than a certain amount, it is determined that the deteriorated toner is increasing in the developing device, and the toner is forcibly discharged when not developing. The toner replenishment motor drive time is optimal for grasping the actual toner replenishment amount by carrying out the image forming method of the developing device by the developing method, and the value is an ideal toner usage amount within a fixed time. If it is lower than, it can be judged that the deteriorated toner is increasing in the developing device, so that it becomes possible to always discharge the toner without complicating the developing device and without being influenced by changes in the printing rate. Thus, it is possible to provide an image forming method capable of maintaining a stable image with no density change over a long period of time.
そして本発明では、非現像時におけるトナーの強制排出量が、一定時間毎のトナー補給モータ駆動時間の積算値と現像装置内検知温度の組み合わせにより可変させることにより、温度変化に対しても対応して常に一定のトナー排出が可能となり、長期にわたって濃度変化のない、安定した画像を維持できるようにした画像形成方法を提供することができる。 In the present invention, the amount of forced toner discharge during non-development can be changed even by changing the combination of the integrated value of the toner replenishment motor driving time per fixed time and the detected temperature in the developing device. Therefore, it is possible to provide an image forming method that can always discharge toner at a constant level and can maintain a stable image with no change in density over a long period of time.
また本発明になる画像形成装置は、積算した原稿印字率から算出した非現像時に排出する劣化トナー強制排出量を、一定時間のトナー補給モータ駆動時間の積算値に基づいて補正する演算回路を具えたから、前記した画像形成方法を容易に実施できる画像形成装置を提供することができる。 The image forming apparatus according to the present invention further includes an arithmetic circuit that corrects the forced discharge amount of the deteriorated toner that is discharged during non-development calculated from the integrated document coverage based on the integrated value of the toner replenishment motor driving time for a predetermined time. Therefore, it is possible to provide an image forming apparatus that can easily carry out the above-described image forming method.
そしてこの演算回路は、積算した原稿印字率から算出した非現像時に排出する劣化トナー強制排出量を、一定時間のトナー補給モータ駆動時間の積算値と現像装置内検知温度の組み合わせに基づいて補正するから、より正確にトナー排出量を算出することができる。 The arithmetic circuit corrects the forcibly discharged amount of deteriorated toner discharged during non-development calculated from the integrated document printing rate based on the combination of the integrated value of the toner replenishment motor driving time for a predetermined time and the detected temperature in the developing device. Therefore, the toner discharge amount can be calculated more accurately.
またこの演算回路は、下記式に基づいて劣化トナー強制排出量を算出することが好ましい。
A(トナー強制排出量)=(B−C)×(D/C)×K
A:トナー強制排出量
B:一定時間における、理想的なトナー補給時間(すなわち理想的トナー排出量)
C:一定時間における、トナーモータによる積算トナー補給時間(実トナー排出量)
D:一定時間における積算印字率から算出したトナー補給時間(印字率による排出量)
K:補正係数(補正が0の場合は定数)
In addition, it is preferable that the arithmetic circuit calculates the deteriorated toner forced discharge amount based on the following equation.
A (forced toner discharge amount) = (BC) × (D / C) × K
A: Toner forced discharge amount B: Ideal toner replenishment time (ie, ideal toner discharge amount) in a fixed time
C: Total toner replenishment time (actual toner discharge amount) by the toner motor in a fixed time
D: Toner replenishment time calculated from the integrated printing rate over a certain period of time (discharge amount due to printing rate)
K: Correction coefficient (a constant if the correction is 0)
そして、補正係数Kを現像装置内の検知温度により可変させることにより、前記したように温度変動に対しても、正確にトナー排出量を算出することができる。 Then, by varying the correction coefficient K according to the detected temperature in the developing device, the toner discharge amount can be accurately calculated even with respect to temperature fluctuations as described above.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
図1は本発明になる画像形成方法を実施する画像形成装置の一実施例の模式図、図2は本発明になる現像方法を実施するハイブリッド型現像装置の概略構成図、図3は従来のハイブリッド方式現像装置の一例の断面図、図4は本発明になる画像形成装置における現像装置の感光体と現像装置との関係を説明する模式図、図5は本発明になる画像形成装置の制御回路の一実施形態の概略ブロック図、図6は本発明になる画像形成方法と従来の印字率、及びトナー補給モータの駆動時間による劣化トナー排出制御による画像濃度の推移を示したグラフ、図7は温度変化による必要トナー排出量を示したグラフ、図8は劣化トナー排出量と画像濃度の推移を示したグラフ、図9は従来のハイブリッド方式現像装置における残像発生状況を説明するための図である。 FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of an image forming apparatus that performs an image forming method according to the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a hybrid developing apparatus that performs a developing method according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of an example of a hybrid developing device, FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the relationship between the photosensitive member of the developing device and the developing device in the image forming apparatus according to the present invention, and FIG. 5 is a control of the image forming apparatus according to the present invention. FIG. 6 is a schematic block diagram of an embodiment of a circuit, FIG. 6 is a graph showing a transition of image density by an image forming method according to the present invention, a conventional printing rate, and deteriorated toner discharge control depending on a driving time of a toner replenishing motor, and FIG. Is a graph showing the required toner discharge amount due to temperature change, FIG. 8 is a graph showing the transition of the deteriorated toner discharge amount and the image density, and FIG. 9 is a diagram for explaining the afterimage generation state in the conventional hybrid developing device. It is a diagram of.
図中1は非磁性金属材料で円筒状に形成され、内部に複数の固定磁石が配設されて該固定磁石の周囲を回転可能としたスリーブ状の供給ローラ(磁気ロール)、2は供給ローラ(磁気ロール)1上に形成される磁気ブラシ10によってトナーの薄層6を形成される現像ローラ、3は感光体(潜像担持体)ドラム、4は現像剤を構成するキャリア、5は同じくトナー、6は現像ローラ2上に形成されたトナー薄層、7aは現像ローラ2へ直流(DC)バイアスVdc1を印加する電源、7bは同じく現像ローラ2へ交流(AC)バイアスVacを印加する電源、8は供給ローラ(磁気ロール)1へ直流(DC)バイアスVdc2を印加する電源、9は供給ローラ(磁気ロール)1上に形成された磁気ブラシ10の高さを一定に保つための穂切りブレード(層厚規制ブレード)、11は露光装置57による露光、12は現像装置の枠体、20は画像形成装置、21は現像装置内の温度を検出する温度検出センサ、22は現像剤を撹拌して供給ローラ1へ供給するパドルミキサー、23は同じく現像剤を撹拌しながら搬送して帯電させる撹拌ミキサー、25は現像装置50A内のトナー量を検出するトナーセンサー、26は現像装置内の仕切り板で、この仕切り板は、図4から明らかなように、長手方向両端が現像装置50Aの長さより短く、両端を現像剤が自由に通り抜けられるようになっている。図5における40は画像形成装置の制御回路、41は画像データの記憶回路、42は演算回路、43は現像装置50の制御回路、44はトナーモータ51の制御回路、図1における50Aは画像形成装置20のブラック用現像装置、50Bは同じくイエロー用現像装置、50Cは同じくシアン用現像装置、50Dは同じくマゼンタ用現像装置、51はトナーコンテナから必要量のトナーを補給するためのトナー補給モータ、53は記録紙を収容した給紙カセット、54は記録紙を搬送するための無端状ベルト、56は感光体ドラム3を帯電するための帯電器、57は帯電された感光体ドラム3を露光して潜像を形成するための露光装置、58は現像されたトナー像を記録紙に転写するための転写装置、59はトナー像を転写された記録紙上のトナー像を定着するための定着装置である。なお、タンデム型画像形成装置においては、前記したように感光体ドラム(潜像担持体)3の周りに設置する帯電器56、露光装置57、現像装置50、転写装置58、クリーニング装置などをコンパクトに設計することが重要であり、本発明においては、現像装置50は感光体ドラム3に対して隣接し、略垂直の方向に配置される。
In the figure, reference numeral 1 is a non-magnetic metal material formed in a cylindrical shape, and a plurality of fixed magnets are disposed therein, and a sleeve-like supply roller (magnetic roll) that can rotate around the fixed magnets, and 2 is a supply roller (Magnetic Roll) Developing roller on which a
感光体3の材料としては、アモルファスシリコン(a−Si)感光体、有機感光体(OPC)などを用いることができ、a−Si感光体を用いた場合、その表面の露光後電位は10V以下の非常に低い特徴を有しているが、その膜厚を薄くすると飽和帯電電位が低下し、絶縁破壊に至る耐電圧が低下する。その一方、潜像形成した時における感光体3の表面の電荷密度は向上し、現像性能は向上する傾向がある。この特性は、誘電率が約10程度と高いa−Si感光体では25μm以下、さらに好ましくは20μm以下の場合に特に顕著である。現像バイアスとして直流(DC)バイアスVdc1電源7aの出力電圧を150V以下、さらに好ましくは100V以下、交流(AC)バイアスVac電源7bのAC成分としてVpp500〜2000V、周波数が1〜3kHzに設定して現像することが可能である。
As the material of the
また、画像形成装置に用いる感光体3としては従来からOPC感光体が知られており、正帯電の有機感光体(OPC)を用いた場合、残留電位を100V以下にするため、感光層の膜厚を25μm以上に設定し、電荷発生材料の添加量を増やすことが特に重要である。特に単層構造のOPCは感光層の中に電荷発生材を添加することから感光層の膜減りによっても感度が変化が少なく、有利である。この場合でも現像バイアスとして直流(DC)バイアスVdc1電源7aの出力電圧を400V以下、さらに好ましくは300V以下に設定することが、トナーに強い電界をかけることを防止する意味でも好ましい。この様に現像バイアスを低く設定することは、薄膜のa−Si感光体の絶縁破壊を抑制するとともに、トナーの過剰帯電を防止し、現像の履歴現象の発生を抑止するのに有効である。
Further, as the
しかしながら、OPC感光体は感光層表面が軟らかく、クリーニングブレードの摺擦により、感光層が削れやすいという問題が見られた。そこで、OPC感光体と比較して表面が硬質であり、耐久性や機能保持性(メンテナンスフリー)に優れていることから、感光層の厚さが25μm以上のa−Si感光体が近年使用されている。しかしながら、a−Si感光体はグロー放電分解法等を用いて製膜するため、このように感光層が厚いと製造時間や製造コストがかかり、経済的に不利であるという問題も見受けられる。 However, the OPC photosensitive member has a problem that the surface of the photosensitive layer is soft and the photosensitive layer is easily scraped by rubbing with a cleaning blade. Therefore, an a-Si photosensitive member having a photosensitive layer thickness of 25 μm or more has been used in recent years because it has a hard surface compared to an OPC photosensitive member and is excellent in durability and function retention (maintenance-free). ing. However, since the a-Si photosensitive member is formed using the glow discharge decomposition method or the like, if the photosensitive layer is thick as described above, there is a problem that it takes a manufacturing time and a manufacturing cost and is economically disadvantageous.
露光装置57は、半導体レーザ、もしくはLEDを用いることができる。正帯電有機感光体を用いた場合は770nm付近の波長が有効であり、アモルファスシリコン感光体の場合は685nm付近の波長が有効である。以下本発明においては、感光体ドラム3として正帯電有機感光体を用い、露光装置57の光源としてLEDを用いた場合を例に説明してゆく。
The
現像ローラ2の最表面は、均一な導電性のアルミニウム、SUS、導電樹脂被覆などからなるスリーブで構成する。そしてそのシャフト部には、直流(DC)バイアス(Vdc1)7a、交流(AC)バイアス(Vac)7bを接続し、回転する現像ローラ2と感光体ドラム3、及び供給ローラ1との間にこの直流と交流を重畳したバイアスが作用するようにする。そして、この交流バイアス7bが供給する交流成分は、デューティ(Duty)比を50%以下の矩形波で構成する。本発明においては、一例として直流バイアス(Vdc1)7aを100V、交流バイアス7bをVppが1.5kV、周波数3.0kHz、デューティ(Duty)
比30%に設定した。このように直流バイアス(Vdc1)7aと交流バイアス7bを現像ローラ2に直接印加することによって、現像時に現像ローラ2と感光体ドラム3、及び、供給ローラ1との間に鋭いバイアス成分を印加することができ、現像開始時のトナー層形成の反応を良くすることができる。また、感光体ドラム3上の潜像に対して良好な現像性と共に、供給ローラ1に対してのトナー薄層6の回収性が高まり、連続印字の安定性が改善される。感光体ドラム3と現像ローラ2との間隔は、一例として約250μmとしてこの間にワイヤ電極等は用いない。
The outermost surface of the developing
The ratio was set to 30%. By directly applying the DC bias (V dc1 ) 7a and the
穂切りブレード9と供給ローラ1とのギャップは0.3から1.5mm、供給ローラ1と現像ローラ2間のギャップは同様に0.3から1.5mm程度である。現像ローラ2上のトナーの薄層6は、6から100μm、好ましくは30から70μmの厚さに設定される。この厚さはトナーの平均粒径を7μmとした場合にトナーの5層から10層程度に相当する値である。現像ローラ2と感光体3との間のギャップは、150から400μm、好ましくは200から300μmである。150μmより狭いとカブリの要因になり、400μmより広いとトナーを感光体3に飛翔させることが困難になり、十分な画像濃度を得ることが出来ない。また、選択現像を発生させる要因になる。
The gap between the
トナー5は、5〜20μC/gに制御され、トナー飛散・カブリを防止し、なお且つ、低電界で現像することで現像ローラ2上に現像履歴現象を残さず、トナー5の回収性に優れた現像システムができる。
The toner 5 is controlled to 5 to 20 μC / g, prevents toner scattering and fogging, and does not leave a development history phenomenon on the developing
現像剤には、トナーの回収と供給の役割を有する106Ωcm3〜109Ωcm3の抵抗のキャリア4を使い、現像ローラ2と供給ローラ1の間のニップで、強固に静電的に付着したトナーを磁気ブラシ10で引き剥がし、現像に必要なトナーを供給する。このとき、トナーとの接点を増やすためには、40μm以下の小径キャリアを用い、キャリアの表面積を高めることが好ましい。キャリア4としては、マグネタイトキャリア、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライトなどを用いることができ、適正な抵抗値を上げない範囲で表面処理して用いることも可能である。本発明では一例として、体積固有抵抗が107Ωcmにシリコーン樹脂被覆をし、飽和磁化が70emu/g、平均粒径35μmのフェライトキャリアを用いた。106Ωcm以下では回収を重視した低抵抗キャリアは現像ゴースト対策には有効であるが、正確な帯電をトナーに付与しカブリの発生の無い現像を維持することは困難であり、さらに長期間運転した場合に現像ローラ2表面からトナーが飛散し、帯電器56や露光装置57を汚染する不具合を発生させてしまう。109Ωcm以上の抵抗では、帯電性能を付与することは可能であるが帯電が上昇しやすい問題があった。キャリア4の抵抗値を適正にすることで、現像ローラ2上のトナー5を回収しつつ、確実に帯電させたトナー5を現像ローラ2に再度投入することが可能になる。
As the developer, a
またトナー5とキャリア4の混合割合は、キャリア4およびトナー5の合計量に対しトナーを2〜40重量%、好ましくは3〜30重量%、より好ましくは4〜25重量%とする。トナー5の混合割合が2重量%未満であると、トナーの帯電量が高くなって十分な画像濃度が得られなくなり、40重量%を超えると今度は十分な帯電量が得られなくなるため、トナーが現像装置から飛散して画像形成装置内を汚染したり、画像上にトナーカブリが生じる。
The mixing ratio of the toner 5 and the
現像ローラ2上のトナー薄層6は、現像剤の抵抗や現像ローラ2と供給ローラ1の回転速度差などによっても変化するが、この両ローラに与えられる直流バイアス(Vdc2)8と直流バイアス(Vdc1)7aの電位差|(Vdc2)−(Vdc1)|(以下Δと表現する)によっても制御することが可能である。Δを大きくすると現像ローラ2上のトナーの薄層6が厚くなり、Δを小さくすると薄い層になる。Δの範囲は、一般的に100Vから250V程度が適切である。そして、現像ローラ20上に10〜100μm、好ましくは30〜70μmのトナー層を形成し、現像ローラ20と感光体3とのギャップを150〜400μm、好ましくは200〜300μmとし、この空間を直流と交流電界によってトナーを感光体3上に飛翔させることで鮮明な画像を得ることができる。
The toner
現像残のトナーは掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、供給ローラ1上の磁気ブラシ10が現像ローラ2上のトナー層6に接触し、各ロールの周速差によるブラシ効果と、磁気ブラシ10の現像材をミキサーで攪拌することによって現像材を入れ替えることにより、容易にトナーの回収と入れ替えを可能にする。現像材の入れ替えを促進するための方法として、供給ローラ1の回転速度を現像ローラ2の速度に対して1.0〜2.0倍に設定し、現像ローラ2上のトナーを回収すると共に、適切なトナー濃度に設定された現像材を現像ローラに供給することで、均一なトナー層を形成することが可能になる。また、均一な画像濃度を維持するためには、現像タイミング以外の時間に現像ローラ2と供給ローラ1間の電位差Δを0にすることで、トナーに負担をかけずに現像ローラ2上のトナーを供給ローラ1に回収することが有効である。この時供給ローラ1の磁気ブラシ10の幅H3が、現像ローラ2上のトナーを回収する幅である為、現像ローラ2の幅H1を供給ローラ1の磁気ブラシ10の幅H3より短くすることにより確実に未回収領域をなくすことができる。そうすることにより、供給ローラ1領域外の現像ローラ2のスリーブに付着するトナーがなくなり、両端部のトナー飛散をなくすことが可能となる。(図4参照)
For the residual toner, the magnetic brush 10 on the supply roller 1 is in contact with the
現像装置50は、図3、図4に示したように、枠体12内には感光体3に所定距離離間して現像ローラ2が配設されている。そしてその現像ローラ2から所定距離離間して、非磁性金属材料で円筒状に形成され、内部に複数の固定磁石が配設されて該固定磁石の周囲を回転可能としたスリーブ状の磁気ロール1が配設されている。またこの磁気ロール1の上流には、パドルミキサー22、仕切り板26を挟んで撹拌ミキサー23が設けられ、トナーとキャリアからなる2成分現像剤は、この撹拌ミキサー23とパドルミキサー22の回転によって撹拌、帯電され、仕切り板26両端の仕切がない部分によってこの撹拌ミキサー23とパドルミキサー22の間を循環してゆく。そのため、この2成分現像剤によって磁気ロール1の表面に磁気ブラシが形成され、その磁気ブラシは、穂切りブレード9によって一定の層厚とされ、現像ローラ2に接触する。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the developing device 50, the developing
一方、この磁気ロール1と現像ローラ2の間には、直流(DC)電源7a、交流(AC)電源7bによって直流に交流が重畳されたバイアスが、直流(DC)電源8によって直流バイアスがそれぞれ印加され、磁気ロール1上の磁気ブラシ中のトナーは、この直流(DC)電源7aと直流(DC)電源8によるバイアスの電位差|DC7a−DC8|(以下Δと表現する)によって現像ローラ2上にトナーのみの薄層を形成する。そしてこの現像ローラ2上のトナー薄層は、直流(DC)電源7a、交流(AC)電源7bによって現像ローラ2に印加されたバイアスで感光体3との間を飛翔し、感光体3上に形成された潜像を現像する。なお、トナーの飛散を防ぐため、交流(AC)電源7bによるバイアスは、現像の直前に印加する。
On the other hand, between the magnetic roll 1 and the developing
また、現像に使われずに現像ローラ2上に残ったトナーは、掻き取りブレードなどの特別な装置を設けることなく、磁気ロール1上の磁気ブラシが現像ローラ2上のトナー層に接触し、両ロールの周速差によるブラシ効果とパドルミキサー22による磁気ブラシの攪拌で、現像剤の回収と入れ替えがおこなうようになっている。そして、現像装置内のトナー量はトナーセンサ25によって検出され、トナー濃度が薄くなると、図1に51として示したトナーモータが駆動され、必要量のトナーがトナーコンテナから供給される。
Further, the toner remaining on the developing
最初に本発明になる画像形成装置の動作につき、図1の模式図、図2のハイブリッド型現像装置の概略構成図、図5の制御回路の概略ブロック図を用いて簡単に説明すると、この画像形成装置20は、無端状ベルト54が、給紙カセット53からの記録紙を定着装置59に向かって搬送可能に配設されており、記録紙を搬送するベルト54の上側には、ブラック用現像装置50A、イエロー用現像装置50B、シアン用現像装置50C及びマゼンタ用現像装置50Dが配設されている。そしてこれらの現像装置50(A、B、C、D)には、それぞれ供給ローラ1(A、B、C、D)、該供給ローラ1(A、B、C、D)に近接して現像ローラ2(A、B、C、D)が配設され、該現像ローラ2に対面して感光体ドラム3(A、B、C、D)が、さらにこの感光体ドラム3の周囲には、帯電器56(A、B、C、D)及び露光装置57(A、B、C、D)が配置されている。
First, the operation of the image forming apparatus according to the present invention will be briefly described with reference to the schematic diagram of FIG. 1, the schematic configuration diagram of the hybrid developing device of FIG. 2, and the schematic block diagram of the control circuit of FIG. In the forming
このように構成したハイブリッド型現像装置を有する本発明のタンデム型画像形成装置において、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなどのそれぞれの色に対応したトナー5とキャリア4からなる2成分現像剤は、現像剤容器からそれぞれの現像装置50に供給され、図2に示した供給ローラ1上に磁気ブラシ10を形成し、攪拌によってトナー5が帯電される。そして、供給ローラ1上の磁気ブラシ10は規制ブレード9によって層規制され、図5の制御回路40から現像装置制御回路43に与えられた信号により、現像装置制御回路43が供給ローラ1に加えられた直流バイアス(Vdc2)8と現像ローラ2に加えられた直流バイアス(Vdc1)7a間の電位差Δを制御して現像ローラ2上に飛翔させ、薄層6として保持させて、感光体3との間の直流及び交流の重畳されたバイアス7bによって現像するよう制御する。トナーの飛散を防ぐために、交流は現像の直前に印加する。
In the tandem type image forming apparatus of the present invention having the hybrid type developing apparatus configured as described above, the two-component developer including the toner 5 and the
そして、図5に示した制御回路40にプリント開始信号が与えられると制御回路40は、まず、帯電器56によって正帯電有機感光体(正OPC)で構成された感光体ドラム3が例えば400Vに帯電されるよう制御し、その後、例えば770nmの波長のLEDを用いた露光装置57に信号を送って画像データ記憶装置41に記憶された画像データにより露光を行う。すると感光体ドラム3の露光後電位は約70Vになって潜像が形成され、そしてこの潜像は、現像ローラ2に加えられた直流バイアス(Vdc1)7aと交流バイアス7bにより、現像ローラ2上のトナー薄層6から感光体ドラム3に飛翔したトナーで現像され、トナー像が形成される。そして、制御回路40からの信号で記録紙が給紙カセット53から送りだされてベルト54で送られ、感光体ドラム3に達したとき、転写装置58(A、B、C、D)による転写バイアスが印加されて記録紙にトナー像が転写され、定着装置59で定着されて排紙される。その後前記したように制御回路40は、印刷データによって定期的に現像装置制御回路43に指示し、交流(AC)バイアス(Vac)7bを印加したまま、直流(DC)バイアス(Vdc2)8を変化させて現像ローラ上のトナー薄層6を磁気ブラシ10に回収させる。
Then, when a print start signal is given to the
このように構成した画像形成装置において本発明では、画像濃度が変動したときでもほぼ一定量のトナー排出を行う事ができるように、一定時間のトナー補給モータ駆動時間によるトナー補給量、すなわち実際に補給されたトナー量と、原稿印字率を一定時間積算した値とから、本来排出すべき劣化トナー排出量を算出し、それによって劣化トナーを排出することで、低印字原稿印刷時の画像濃度を安定する用にしたものである。 In the image forming apparatus configured as described above, according to the present invention, the toner replenishment amount according to the toner replenishment motor driving time of a certain time, that is, the actual amount of toner replenishment, that is, even when the image density fluctuates can be discharged. By calculating the amount of deteriorated toner to be discharged from the replenished toner amount and the value obtained by integrating the document printing rate over a certain period of time, and then discharging the deteriorated toner, the image density when printing low-printed documents can be reduced. It is intended for stability.
すなわち本発明になるハイブリッド現像方式を用いた現像装置に於いては、現像装置中のトナー5は供給ローラ1と現像ローラ2との間を交流(AC)バイアスVac電源7bによって現像ローラ2に印加される交流バイアスによって行き来するため、トナー5の表面の外添剤がトナー5中に埋没、またはトナーから遊離する等の劣化が生じ、特に低印字率の原稿を印刷する時にトナー劣化が促進され、画像濃度が低下する。そこで、紙間の非現像時に、感光体3を帯電させずに現像ローラ2による現像を行い、トナーを感光体3に飛翔させた後感光体3をクリーニングすることで、劣化トナーを排出する制御を行い、画像濃度の低下を防止する。しかし一般的に行われている制御では、この際、原稿印字率のみを参酌して劣化トナーの排出量を決定しているため、画像濃度の変動があると印字率のみでは排出量を安定させることが難しく、それにより低印字率の原稿を印字する時の画像濃度を安定させることが困難となる。
That is, in the developing device using the hybrid developing system according to the present invention, the toner 5 in the developing device is transferred between the supply roller 1 and the developing
そのため本発明では、一定時間内におけるトナー補給モータの積算駆動時間がある一定量以下のとき、現像装置からのトナー消費が少ない(劣化トナーが現像機中に増加している)と判断して、さらにトナー排出を行うようにしたものである。このトナー排出量は一定時間のトナー補給量がある一定量となるように、積算トナー補給時間と積算印字率から算出する。すなわち今、Aをトナーの強制排出量とし、Bを予め定めた一定時間における理想的なトナーモータ51によるトナーの補給時間(すなわち理想的なトナーモータ51の駆動時間であり、同時に一定時間における理想的なトナーの排出量も指す)、Cを同じく一定時間に実際にトナーモータがトナーを補給した積算トナー補給時間(実際に供給されたトナー量、すなわち排出されたトナー量)、Dは一定時間における積算印字率から算出した理想的なトナーモータ51によるトナー補給時間(印字率による排出量)、Kを補正係数(補正が0の場合は定数)とした場合、Aのトナーの強制排出量は次の(1)式で算出できる。
A(トナー強制排出量)=(B−C)×(D/C)×K ……… (1)
Therefore, in the present invention, when the cumulative driving time of the toner replenishing motor within a certain time is less than a certain amount, it is determined that the toner consumption from the developing device is small (deteriorated toner is increasing in the developing machine), Further, the toner is discharged. This toner discharge amount is calculated from the accumulated toner replenishment time and the accumulated printing rate so that the toner replenishment amount for a certain period of time becomes a certain amount. That is, now, let A be a forced toner discharge amount, and B be the ideal toner replenishment time by the toner motor 51 in a predetermined time (that is, the ideal toner motor 51 drive time, and at the same time the ideal toner time in the fixed time) C is also a cumulative toner replenishment time (actually supplied toner amount, that is, the amount of toner discharged), and D is a constant time. When the toner replenishment time (discharge amount due to the print rate) by the ideal toner motor 51 calculated from the integrated print rate at, and K is a correction coefficient (a constant when the correction is 0), the forced discharge amount of the A toner is It can be calculated by the following equation (1).
A (toner forced discharge amount) = (BC) × (D / C) × K (1)
すなわちこの(1)式における右辺の(B−C)は、一定時間における理想的なトナーモータ51によるトナーの補給時間(B)から、一定時間におけるトナーモータによる実際の積算トナー補給時間(C)を引いた値で、基本的に強制的に排出すべきトナー量を表し、それに乗じる(D/C)は、一定時間における積算印字率から算出した理想的なトナーモータ51によるトナー補給時間(D)を、一定時間におけるトナーモータ51による積算トナー補給時間(C)で除したものであり、これは印字率に対して実際にどの程度トナーが消費されたかの比を表している。すなわち、印字率から算出した時間に対してトナーモータ51による補給時間が等しければ1となって(B−C)がそのまま生き、印字率から算出した時間に対してトナーモータ51による補給時間が少なければ1より大きくなって(B−C)がそれだけ大きくなり、逆の場合は小さくなる。 In other words, (BC) on the right side of the equation (1) indicates an actual accumulated toner replenishment time (C) by the toner motor at a certain time from an ideal toner replenishment time (B) by the toner motor 51 at a certain time. Is a value obtained by subtracting the toner amount to be forcibly discharged and multiplied by (D / C) is the toner replenishment time (D / C) calculated by the ideal toner motor 51 calculated from the integrated printing rate in a certain time. ) Divided by the cumulative toner replenishment time (C) by the toner motor 51 over a certain period of time, which represents the ratio of how much toner is actually consumed with respect to the printing rate. That is, if the replenishment time by the toner motor 51 is equal to the time calculated from the printing rate, 1 becomes (BC) and the replenishment time by the toner motor 51 is less than the time calculated from the printing rate. For example, it becomes larger than 1 and (B−C) becomes larger, and in the opposite case, it becomes smaller.
またKは補正係数であり、現像装置内の検知温度による補正量などが加味される。これは例えば図7に示したように、現像装置内の温度が上昇すると内部の湿度が下がり、トナーが帯電しやすくなってそれだけトナーが劣化し、濃度低下が起こる。それを示したのが図8のグラフであり、これは、32℃の環境において印字率1%の原稿を連続印刷したとき、トナー排出量を変化させて画像濃度の推移を測定したものである。排出量150mg/minは、図7から明らかなように25℃における排出量であり、300mg/minは28℃における排出量、500mg/minは32℃における排出量で、150mg/minと300mg/minとでは、明らかに画像濃度が低下していることが分る。そのためこのKを、図3に21で示した温度検出センサの検出結果を加味して定めてやる。
K is a correction coefficient, and a correction amount based on the detected temperature in the developing device is taken into account. For example, as shown in FIG. 7, when the temperature in the developing device rises, the internal humidity is lowered, the toner is easily charged, the toner is deteriorated, and the density is lowered. This is shown in the graph of FIG. 8, which is a measurement of the change in image density by changing the toner discharge amount when a document with a printing rate of 1% is continuously printed in an environment of 32 ° C. . As is apparent from FIG. 7, the discharge amount 150 mg / min is the discharge amount at 25 ° C., 300 mg / min is the discharge amount at 28 ° C., 500 mg / min is the discharge amount at 32 ° C., and 150 mg / min and 300 mg / min. Then, it is apparent that the image density is lowered. Therefore, this K is determined in consideration of the detection result of the
そして前記(1)式は、図5に42で示した演算回路で演算される。すなわち画像形成装置20の制御回路40は、画像データ記憶装置41に記憶された画像データに基づいて演算回路42によって印字率を算出して積算し、また、図3に示したトナーセンサ25によって検出された現像装置内のトナー濃度を受け、トナーモータ制御回路44に指示してトナーを補給し、そのトナー補給時間を積算して行く。そして一定時間が経過したとき、又は一定枚数の印字が行われた後、これらの値と温度検出センサ21が検出した現像装置内の温度による補正係数Kを定め、演算回路42にデータを与えてトナーの強制排出量Aを算出する。そして、前記したようにして感光体3に排出トナーを現像し、クリーニング装置でクリーニングして排出する。
The equation (1) is calculated by an arithmetic circuit indicated by 42 in FIG. That is, the
図6は、25℃の環境で印字率1%の原稿を連続して印刷した時に、(1)式に基づいて印字率とトナーモータ51の駆動時間らトナー排出量を算出した場合と、印字率によりトナー排出量を算出した場合、さらに排出を行わない通常印刷時の場合のそれぞれにおける画像濃度推移を表したグラフである。この図6のグラフによると、通常印刷時では画像濃度は低下し続けていることが分かり、印字率のみをみてトナー排出量を制御している場合も画像濃度は低下の傾向があることが分かる。これは印字率のみをみて制御した場合、トナー帯電量の上昇等により画像濃度が低下したときにトナー排出量も減少し、劣化したトナーの排出が追いつかなかったためである。一方、トナー補給モータ駆動時間と印字率とから排出量を算出する制御を行った場合、画像濃度は安定していることが分かる。 FIG. 6 shows a case where the toner discharge amount is calculated from the printing rate and the driving time of the toner motor 51 based on the equation (1) when a document having a printing rate of 1% is continuously printed in an environment of 25 ° C. 6 is a graph showing image density transition in each case of normal printing in which the toner discharge amount is calculated based on the rate and further no discharge is performed. According to the graph of FIG. 6, it can be seen that the image density continues to decrease during normal printing, and the image density tends to decrease even when the toner discharge amount is controlled only by looking at the printing rate. . This is because, when only the printing rate is controlled, the toner discharge amount decreases when the image density decreases due to an increase in toner charge amount or the like, and the discharge of deteriorated toner cannot catch up. On the other hand, when the control for calculating the discharge amount from the toner replenishment motor driving time and the printing rate is performed, it can be seen that the image density is stable.
以上が本発明になる画像形成装置における現像装置であるが、このように一定時間毎のトナー補給モータ駆動時間の積算値がある一定量以下のとき、劣化トナーが現像装置中に増加していると判断し、非現像時にトナーの強制排出を行うことにより、トナー補給モータ駆動時間は実際のトナー補給量を把握するのに最適であり、その値が一定時間内の理想的なトナー使用量を下回っているときは、劣化トナーが現像装置中に増加していると判断できるから、現像装置を複雑にすることなく、印字率の変化などに左右されずに常に一定のトナー排出が可能となり、長期にわたって濃度変化のない、安定した画像を維持できるようにした画像形成方法を提供することができる。 The developing device in the image forming apparatus according to the present invention is as described above. When the integrated value of the toner replenishment motor driving time per certain time is equal to or less than a certain amount, the deteriorated toner is increased in the developing device. When the toner is forcibly discharged during non-development, the toner replenishment motor drive time is optimal for grasping the actual toner replenishment amount. When it is lower, it can be judged that the deteriorated toner is increasing in the developing device, so that it becomes possible to always discharge a constant toner without being influenced by a change in the printing rate without complicating the developing device. It is possible to provide an image forming method capable of maintaining a stable image having no density change over a long period of time.
また非現像時におけるトナーの強制排出量を、一定時間毎のトナー補給モータ駆動時間の積算値と現像装置内検知温度の組み合わせにより可変させることにより、温度変化に対しても対応して常に一定のトナー排出が可能となり、長期にわたって濃度変化のない、安定した画像を維持できるようにした画像形成方法を提供することができる。 In addition, the amount of forced toner discharge during non-development can be changed by the combination of the integrated value of the toner replenishment motor drive time per fixed time and the detected temperature in the developing device, so that it is always constant in response to temperature changes. It is possible to provide an image forming method capable of discharging toner and maintaining a stable image with no change in density over a long period of time.
また本発明になる画像形成装置は、積算した原稿印字率から算出した非現像時に排出する劣化トナー強制排出量を、一定時間のトナー補給モータ駆動時間の積算値に基づいて補正する演算回路を具えたから、前記した画像形成方法を容易に実施できる画像形成装置を提供することができる。 The image forming apparatus according to the present invention further includes an arithmetic circuit that corrects the forced discharge amount of the deteriorated toner that is discharged during non-development calculated from the integrated document coverage based on the integrated value of the toner replenishment motor driving time for a predetermined time. Therefore, it is possible to provide an image forming apparatus that can easily carry out the above-described image forming method.
そしてこの演算回路は、積算した原稿印字率から算出した非現像時に排出する劣化トナー強制排出量を、一定時間のトナー補給モータ駆動時間の積算値と現像装置内検知温度の組み合わせに基づいて補正するから、より正確にトナー排出量を算出することができる。 The arithmetic circuit corrects the forcibly discharged amount of deteriorated toner discharged during non-development calculated from the integrated document printing rate based on the combination of the integrated value of the toner replenishment motor driving time for a predetermined time and the detected temperature in the developing device. Therefore, the toner discharge amount can be calculated more accurately.
本発明によれば、現像装置を複雑にすることなく、印字率や温度の変化などに左右されずに常に一定のトナー排出を可能とし、長期にわたって濃度変化のない、安定した画像を維持できるようにした画像形成方法及び装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to always discharge a constant toner without being influenced by a change in printing rate or temperature without complicating a developing device, and to maintain a stable image with no density change over a long period of time. An image forming method and apparatus can be provided.
21 温度検出センサ
25 トナーセンサ
40 画像形成装置の制御回路
41 画像データ記憶装置
42 演算回路
43 現像装置の制御回路
44 トナーモータの制御回路
57 露光装置
21
Claims (6)
一定時間毎のトナー補給モータ駆動時間の積算値が、ある一定量以下のときに劣化トナーが現像装置中に増加していると判断し、非現像時にトナーの強制排出を行うことを特徴とする画像形成方法。 A magnetic brush composed of a carrier and toner is formed on the outer periphery of a supply roller that encloses the fixed magnetic pole member while sequentially supplying toner via a toner replenishing motor, and the potential difference between the two rollers is rubbed against the developing roller. In an image forming method using a developing device by a developing method in which only a toner is transferred to a developing roller using a toner, and a latent image on a latent image carrier is non-contact developed with a toner thin layer on the developing roller.
When the integrated value of the toner replenishment motor driving time per certain time is less than a certain amount, it is judged that the deteriorated toner is increasing in the developing device, and the toner is forcibly discharged when not developing. Image forming method.
積算した原稿印字率から算出した非現像時に排出する劣化トナー強制排出量を、一定時間のトナー補給モータ駆動時間の積算値に基づいて補正する演算回路を具えたことを特徴とする画像形成装置。 A magnetic brush composed of a carrier and toner is formed on the outer periphery of a supply roller that encloses the fixed magnetic pole member while sequentially supplying toner via a toner replenishing motor, and the potential difference between the two rollers is rubbed against the developing roller. In an image forming apparatus using a developing device of a hybrid developing system in which only the toner is transferred to the developing roller using a toner, and the latent image on the latent image carrier is non-contact developed with the toner thin layer on the developing roller.
An image forming apparatus comprising an arithmetic circuit that corrects a forced discharge amount of deteriorated toner discharged during non-development calculated from an integrated document printing rate based on an integrated value of a toner supply motor driving time for a predetermined time.
A(トナー強制排出量)=(B−C)×(D/C)×K
A:トナー強制排出量
B:一定時間における、理想的なトナー補給時間(すなわち理想的トナー排出量)
C:一定時間における、トナーモータによる積算トナー補給時間(実トナー排出量)
D:一定時間における積算印字率から算出したトナー補給時間(印字率による排出量)
K:補正係数(補正が0の場合は定数) The image forming apparatus according to claim 3, wherein the arithmetic circuit calculates a deteriorated toner forced discharge amount based on the following equation.
A (forced toner discharge amount) = (BC) × (D / C) × K
A: Toner forced discharge amount B: Ideal toner replenishment time (ie, ideal toner discharge amount) in a fixed time
C: Total toner replenishment time (actual toner discharge amount) by the toner motor in a fixed time
D: Toner replenishment time calculated from the integrated printing rate over a certain period of time (discharge amount due to printing rate)
K: Correction coefficient (a constant if the correction is 0)
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