JP2006010749A - 画像形成装置及びその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 透磁率の検知によりトナー濃度を検知するトナー濃度センサを用いたトナー補給制御においては、画像形成枚数の増加に従って検知感度が変化するために、画像形成枚数に対応した補正が行われるが、トナー濃度センサ個々の特性の違いにより、補正がばらついて、画像濃度が変動するという問題を解決する。
【解決手段】 トナー補給制御を行う制御手段が参照するトナー濃度センサ補正用の調整値のテーブルとして、各トナー濃度センサ特有に設定されたものを用いる。
【選択図】 図４

Description

本発明は電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、現像に用いられる二成分現像剤のトナー濃度制御技術に関する。

電子写真方式により画像を形成する画像形成装置においては、トナーと磁性キャリアとを有する二成分現像剤により静電潜像を現像する現像装置が最も多く使用されている。そして、二成分現像剤を用いた現像においては、現像剤のトナー濃度を適正に制御することが一定の画質を維持する上で重要である。

トナー濃度制御のためのトナー濃度センサとしては、各種のものが開発され実用化されているが、二成分現像剤の透磁率を検知することにより、トナー濃度を検知する技術が開発されている（特許文献１〜３）。
特開２００２−４０８１３号公報 特開２００２−７２６５８号公報 特開平５−３０７３２５号公報

広く使用されている透磁率検知方式のトナー濃度検知方法では、画像形成枚数の増加に伴って、感度が変化するという問題がある。これを図１により説明する。

図１（ａ）において、電圧２．５Ｖはトナー補給手段を作動させて、所定量のトナーを補給する閾値としてのトナー濃度センサの出力を示す。しかるに、画像形成枚数の増加に従って、初期において２，５Ｖを出力したトナー濃度の現像剤に対して、トナー濃度センサの出力が曲線Ｌのように上昇する。すなわち、画像形成枚数の増加に従って、同一のトナー濃度の現像剤に対して、トナー濃度センサが高い出力を示すようになる。従って、図１（ａ）の曲線Ｌのような出力特性を有するトナー濃度センサを用いて、トナー補給装置を作動させる動作点を一定にして（たとえば、２，５Ｖ）トナー補給制御を行うと、画像形成枚数の増加に従ってトナー濃度が上昇し、結果としてかぶりの発生やトナー飛散等の現象が起こる。

このような現象は、画像形成工程において、現像剤中のキャリアが疲労し、帯電性能の低下等を受けて現像剤の嵩密度が上昇することが主たる原因であると考えられる。

このために、図１（ｂ）に示すように、トナー濃度センサの調整値を画像形成枚数の増加に応じて下げる調整が行われている。

このような調整により画像形成枚数に左右されない一定値にトナー濃度が維持されて安定した画質の画像が形成されるようになった。

しかしながら、より高度な画質を安定して形成するには、図１（ｂ）に示すような調整では十分でないことが判明した。特に、カラー画像形成においては、各単色画像の濃度が安定しないと、濃度の変動だけでなく、色調が変動して画質を低下させるために、トナー濃度検知誤差に起因する問題が顕著になるという問題がある。

前記特許文献１〜３のうち、トナー濃度制御における検知精度を向上することを目的とした発明は特許文献１に記載されているが、特許文献１に記載の発明では、前記に説明したような問題、すなわち、画像形成枚数の増加に伴って生ずる検知誤差は問題視されず、該問題は解決されない。

本発明は、二成分現像剤の透磁率を検知することによりトナー濃度を検知し、トナー補給制御を行う場合における前記の問題を解決し、一定した画質を長期間にわたって維持することが可能であり、高画質の画像を形成する画像形成装置を提供することを目的とする。

前記の本発明の目的は、下記の発明により達成される。
１．
像形成体、該像形成体上に静電潜像を形成する潜像形成装置、形成された静電潜像を現像して前記像形成体上にトナー像を形成する現像装置、トナーと磁性キャリアとを有する二成分現像剤の透磁率を検知することにより、前記二成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ、前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段及び前記トナー濃度センサの出力に基づいて、前記トナー補給手段を制御する制御部を有する画像形成装置において、
前記制御部は、補給制御を補正するための、前記トナー濃度センサの特性に応じて調整された調整値の情報を記憶した記憶手段を有することを特徴とする画像形成装置。
２．
前記情報は、画像形成枚数に応じて変化する前記調整値のテーブルを含むことを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
３．
前記情報は前記トナー濃度センサが前記現像装置に設置された状態で測定された前記トナー濃度センサの特性に基づいたものであることを特徴とする前記１又は前記２に記載の画像形成装置。
４．
前記二成分現像剤は、体積平均粒径が２０μｍ以上５０μｍ以下の前記磁性キャリアと体積平均粒径が４．０μｍ以上７．０μｍ以下の前記トナーを有することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
５．
像形成体、該像形成体上に静電潜像を形成する潜像形成装置、形成された静電潜像を現像して前記像形成体上にトナー像を形成する現像装置、トナーと磁性キャリアとを有する二成分現像剤の透磁率を検知することにより、前記二成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ、前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段及び該トナー濃度センサの出力に基づいて、前記トナー補給手段を制御する制御部を有する画像形成装置の前記制御部に設けられた記憶手段に、前記トナー補給手段を作動させる前記トナー濃度センサの出力を補正する初期調整値情報及び該初期調整値を補正する調整値の情報を記憶させることを特徴とする画像形成装置の調整方法。

請求項１〜５の発明により、トナー濃度センサの出力のバラツキにより、画像形成装置個々に、画質が異なる等の品質のバラツキが是正されて、高画質の画像を安定して出力する画像形成装置の安定生産が可能となる。

請求項２の発明により、画像形成枚数の増加に従って、濃度が変化する等の現象が防止されて、高耐久性の画像形成装置が実現される。

請求項４の発明により、高解像度、良好な中間調再現性、高濃度等、優れた特性の高画質画像を形成する画像形成装置が実現される。

＜画像形成装置＞
図２は、本発明の一実施の形態をに係るカラー画像形成装置を示す図である。

このカラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、中間転写ユニット７と、給紙搬送手段及び定着装置２４とから成る。カラー画像形成装置の上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。

イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像形成体としての感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ、現像装置４Ｙ、一次転写手段としての転写ローラ５Ｙ、クリーニング装置６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像形成体としての感光体１Ｍ、帯電装置２Ｍ、露光装置３Ｍ、現像装置４Ｍ、一次転写手段手段としての転写ローラ５Ｍ、クリーニング装置６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像形成体としての感光体１Ｃ、帯電装置２Ｃ、露光装置３Ｃ、現像装置４Ｃ、一次転写手段としての転写ローラ５Ｃ、クリーニング装置６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像形成体としての感光体１Ｋ、帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ、現像装置４Ｋ、一次転写手段としての転写ローラ５Ｋ、クリーニング装置６Ｋを有する。帯電装置２Ｙと露光装置３Ｙ、帯電装置２Ｍと露光装置３Ｍ、帯電装置２Ｃと露光装置３Ｃ及び帯電装置２Ｋと露光装置３Ｋとは潜像形成装置を構成する。

一例では、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋは負帯電性のＯＰＣドラムを用い、白地電位（地肌電位）を−２５０Ｖ〜−９００Ｖ、黒地電位（最高濃度電位）−４０Ｖ〜−１５０Ｖとしたが、他のＯＰＣ、ａＳｉ感光体等、他の周知の任意の像形成体を用いることができる。

また現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋとして、現像ローラに直流電圧＋交流電圧からなる現像バイアスを印加した反転現像方式の現像装置が用いられるが、正規現像を行う現像装置や直流電圧のみからなる現像バイアスを現像ローラに印加する現像装置等他の現像装置を用いることもできる。現像バイアスの直流成分は、−２００Ｖ〜−７００Ｖ、交流成分は、電圧０．５ｋＶ〜２．０ｋＶ（ｐ−ｐ電圧）、周波数２ｋＨｚ〜７ｋＨｚが好ましい範囲である。

現像剤としては、体積平均粒径２０μｍ以上５０μｍ以下の樹脂コーティングキャリアと定積平均粒径４．０μｍ以上７．０μｍ以下の重合トナーが好ましく用いられるが、たの周知の任意の磁性キャリアとトナーを用いることができる。

体積平均粒径は、体積基準の平均粒径であって、湿式分散機を備えた「コールターカウンターＴＡ−ＩＩ」又は「コールターマルチサイザー」（いずれもコールター社製）により測定した値である。

中間転写ユニット７は、複数のローラにより巻回され、循環移動可能に支持された半導電性エンドレスベルト状の中間転写体７０を有する。

画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにより形成された各色の画像は、一次転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋにより、循環する中間転写体７０上に逐次転写され重ね合わされて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録媒体としての記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段としての転写ローラ５Ａに搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された記録紙Ｐは、定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に搬送されて機外の排紙トレイ２６上に排出される。

一方、転写ローラ５Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、中間転写体７０は、クリーニング装置６Ａを通過してクリーニングされ、残留トナーが除去される。

画像形成処理中、転写ローラ５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の転写ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ，１Ｍ，１Ｃに圧接する。

転写ローラ５Ａは、二次転写部を記録紙Ｐが通過して二次転写が行われる時にのみ、中間転写体７０に圧接する。

前記に説明したように、図１は画像形成枚数の増加に従って、トナー濃度センサの出力が増加する現象及びかかる現象に対して、トナー濃度センサの出力を補正する調整値を示しているが、発明者の研究では、図１（ｂ）に示す調整値がトナー濃度センサ個々にあるいはトナー濃度センサが組み込まれた現像装置個々に異なっていることが明らかになった。

以下に、本発明の実施の形態におけるトナー濃度センサの出力を補正する調整について説明する。図３は本発明の実施の形態におけるトナー補給制御装置の制御系を示す。

図３において、５０はＣＰＵで構成される制御手段５１と記憶手段としての不揮発メモリ５３とからなる制御部、５２は現像剤の透磁率を検知するトナー濃度センサ、５３は不揮発メモリ、５４は画像形成枚数をカウントする枚数カウンタ、５５はトナー補給手段である。

トナー濃度センサ５２は、出力端子ａ及び制御端子ｂを有し、これら端子で制御手段５１と接続されている。

出力端子ａからは現像剤のトナー濃度に対応した電圧ＶＬが出力される。出力電圧ＶＬは、高透磁率で高く、低透磁率で低い値を示し従って、低トナー濃度で高く、高トナー濃度で低い値の電圧ＶＬが出力端子ａから出力される。

端子ｂは制御端子であり、制御端子ｂの制御電圧ＶＣに応じて出力電圧ＶＬが変化する。従って、制御電圧ＶＣの調整により、トナー濃度センサ５２の感度を調整することができる。

トナー補給手段５５は、周知のようにモータを有し、たとえば、トナー搬送スクリューを回転駆動してトナーを現像装置に補給する。制御手段５１はトナー濃度センサ５２の出力に基づいてトナー補給手段５５を制御してトナー補給を行う。具体的には、制御手段５１は、一定のサイクルでトナー濃度センサ５２の出力を読み込み、トナー濃度センサ５２の出力に応じた時間だけトナー補給手段５５を作動させてトナー補給を行う。一例では、トナー濃度センサ５２の制御点を２．５Ｖとして、トナー濃度センサ５２の出力ＶＬを制御点２．５Ｖに低下させるのに必要な時間長、トナー補給手段５５を作動させる。

不揮発メモリ５３には、トナー濃度センサ５２の出力ＶＬを補正する調整値及びトナー濃度センサ５２の出力に対するトナー補給手段５５の駆動時間の情報が記憶される。

トナー補給手段５５の駆動時間の情報は、トナー濃度センサ５２の出力ＶＬを所定の制御点、例えば、２．５Ｖまで下げるのに必要なトナー量から算出されたトナー補給手段５５の作動時間のテーブルからなる。前記調整値の情報については、以下に説明する。

図４は特性の異なるトナー濃度センサＳ１〜Ｓ４の出力電圧ＶＬと制御電圧ＶＣとの関係を示す。図４において、縦軸はトナー濃度センサＳ１〜Ｓ４の出力、すなわち、図３におけるトナー濃度センサ５１の出力端子ａの出力電圧ＶＬを示し、横軸は調整値を示す。調整値とは、図１（ｂ）に示したもの、すなわち、画像形成枚数に左右されない一定したトナー濃度を維持するための調整値ＶＣであり、図３におけるトナー濃度センサ５１の制御端子ｂの入力電圧である。図４ではセンサＳ１〜センサＳ４としているが、図４に示す特性はトナー濃度センサのみの特性ではなく、トナー濃度センサが組み込まれた現像装置全体としての特性である。

図から明らかなように、トナー濃度センサＳ１では初期調整値ＶＣ１で、センサ２では初期調整値ＶＣ２で、センサ３では初期調整値ＶＣ３で、センサ４では初期調整値ＶＣ４で、それぞれ制御点の出力２．５Ｖを出力する。なお、初期調整値とは画像形成枚数が０のときの値である。

調整値ＶＣを種々調整することにより、同一のトナー濃度の現像剤に対してトナー濃度センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の出力ＶＬ対調整値ＶＣは図４の曲線Ｌ１〜Ｌ４のように種々変化する。

センサＳ３を例に説明すれば、センサＳ３の曲線Ｌ３について示す曲線の勾配α（ΔＶＬ／ΔＶＣ）は、センサ個々の特性及び各曲線上の位置により異なった値となる。勾配αがこのようにセンサ毎及び曲線上の位置により異なるということは次のことを示している。
（１）各トナー濃度センサにより異なった初期調整値が必要である。
（２）前記（１）の初期調整値に対して加えられる画像形成枚数に応じた補正は各トナー濃度センサ毎に異なった値となる。なお、画像形成に応じた前記補正はプラス・マイナスの値をとりうる。

前記（１）及び（２）の条件を満たして、現像剤のトナー濃度を一定に維持する調整値を図５に示す。図５において、直線Ｌ５〜Ｌ８の左端点、すなわち、プリント枚数（画像形成枚数）０における調整値ＶＣが初期調整値であり、直線Ｌ５〜Ｌ８で示す各画像形成枚数における調整値ＶＣの初期調整値に加えられる変化量が補正値である。不揮発メモリ５３には、直線Ｌ５〜Ｌ８で示す調整値ＶＣ、すなわち、図３の制御端子ｂへの入力電圧のテーブルが記憶される。

図５における直線Ｌ５が図４におけるトナー濃度センサＳ４に対する、直線Ｌ６がトナー濃度センサＳ３に対する、直線Ｌ７がトナー濃度センサＳ２に対する、直線Ｌ８がトナー濃度センサＳ１に対する調整値を示す。また、表１はトナー濃度センサＳ１〜Ｓ４についての初期調整値ＶＣａ及び画像形成枚数１００ｋｃにおける補正値ＶＣｚを示す。制御手段５１は、トナー濃度センサの出力ＶＬ及び枚数カウンタ５４の出力に基づいて、不揮発メモリ５３に記憶されているテーブルを参照し、トナー補給手段５５を制御してトナー補給を行う。

図５に示す調整値でトナー濃度センサＳ１〜Ｓ４の出力を調整したトナー補給の結果を図６に示すが、図６に示すとおり、画像形成枚数０〜１００ｋｃ（１０００００枚）まで一定したトナー濃度が維持された。また、得られた画像も一定した濃度の高画質のものであった。なお、図６は４個のトナー濃度センサを用いてトナー補給制御を行った４つの実験結果の平均値を示している。

各トナー濃度センサＳ１〜Ｓ４に対する図５に示す調整値のテーブルは、画像形成装置の製造工程において決定され、図３の不揮発メモリ５３に記憶される。画像形成工程において、制御手段５１は、枚数カウンタ５４の出力を用いて前記テーブルを参照して、制御端子ｂに入力する制御電圧ＶＣを制御し、出力端子ａの出力電圧ＶＬに基づいて、トナー補給手段５４を制御して、トナーを現像装置に補給する。

以上説明した実施の形態では、トナー濃度センサ５２の出力を調整値で調整しており、制御手段５１は一定の制御点を基準とした制御を行っているが、トナー濃度センサ出力対トナー補給信号の対応関係を変える調整であればよく、例えば、制御点を変更する補正方法や前記に説明した出力の調整と制御点の調整を組み合わせて用いる方法等を用いることができる。

画像形成枚数の増加に従ったトナー濃度センサの感度の変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るカラー画像形成装置を示す図である。 本発明の実施の形態におけるトナー補給制御装置の制御系を示す図である。 特性の異なるトナー濃度センサの出力電圧と制御電圧との関係を示すグラフである。 トナー濃度センサの調整値を示すグラフである。 本発明の実施の形態により調整されたトナー濃度制御装置により制御された現像剤のトナー濃度を示すグラフである。

符号の説明

５０ 制御手段
５１ トナー濃度センサ
５２ 不揮発メモリ
５３ 枚数カウンタ
５４ トナー補給手段
ａ 出力端子
ｂ 制御端子

Claims (5)

1. 像形成体、該像形成体上に静電潜像を形成する潜像形成装置、形成された静電潜像を現像して前記像形成体上にトナー像を形成する現像装置、トナーと磁性キャリアとを有する二成分現像剤の透磁率を検知することにより、前記二成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ、前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段及び前記トナー濃度センサの出力に基づいて、前記トナー補給手段を制御する制御部を有する画像形成装置において、
   前記制御部は、補給制御を補正するための、前記トナー濃度センサの特性に応じて調整された調整値の情報を記憶した記憶手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記情報は、画像形成枚数に応じて変化する前記調整値のテーブルを含むことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記情報は前記トナー濃度センサが前記現像装置に設置された状態で測定された前記トナー濃度センサの特性に基づいたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記二成分現像剤は、体積平均粒径が２０μｍ以上５０μｍ以下の前記磁性キャリアと体積平均粒径が４．０μｍ以上７．０μｍ以下の前記トナーを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 像形成体、該像形成体上に静電潜像を形成する潜像形成装置、形成された静電潜像を現像して前記像形成体上にトナー像を形成する現像装置、トナーと磁性キャリアとを有する二成分現像剤の透磁率を検知することにより、前記二成分現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ、前記現像装置にトナーを補給するトナー補給手段及び該トナー濃度センサの出力に基づいて、前記トナー補給手段を制御する制御部を有する画像形成装置の前記制御部に設けられた記憶手段に、前記トナー補給手段を作動させる前記トナー濃度センサの出力を補正する初期調整値情報及び該初期調整値を補正する調整値の情報を記憶させることを特徴とする画像形成装置の調整方法。

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