JP2006171757A - トナー濃度測定用現場光センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】トナー濃度を正確に測定する。
【解決手段】画像を現像するための現像装置であって、第1の色のトナー及びキャリア材料から成る現像材料を一定量保存する液だめと、トナーによって前記画像を現像するドナー部材と、前記液だめ内の現像材料を搬送するオーガと、前記液だめ内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサであって、前記液だめ内の現像材料と連通する目視窓と、前記現像材料から反射した光を測定する光センサと、前記オーガと協働して前記目視窓を洗浄する洗浄部材と、を有するトナー濃度センサと、前記液だめ内のトナー濃度を示す信号を発生させるシステムと、を備える現像装置が提供される。
【選択図】図2
【解決手段】画像を現像するための現像装置であって、第1の色のトナー及びキャリア材料から成る現像材料を一定量保存する液だめと、トナーによって前記画像を現像するドナー部材と、前記液だめ内の現像材料を搬送するオーガと、前記液だめ内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサであって、前記液だめ内の現像材料と連通する目視窓と、前記現像材料から反射した光を測定する光センサと、前記オーガと協働して前記目視窓を洗浄する洗浄部材と、を有するトナー濃度センサと、前記液だめ内のトナー濃度を示す信号を発生させるシステムと、を備える現像装置が提供される。
【選択図】図2
Description
本発明は印刷装置に関し、特に、電子写真印刷装置の現像システムにおいてトナーの濃度を測定し制御する装置に関する。
典型的な電子写真印刷処理においては、光導電性部材が実質的に均一な電位にまで帯電され、これにより、その表面に感光性が付与される。光導電性部材の帯電された部分は、再現する元の文書の光画像に露光される。帯電された光導電性部材を露光することにより、照射された領域において電荷が選択的に散乱する。これにより、光導電性部材上に、元の文書に含まれる情報領域に対応して、静電潜像が記録される。静電潜像が光導電性部材に記録された後、潜像を、現像材料と接触させることにより、現像する。一般的に、現像材料は、キャリア細粒に摩擦電気的に付着されたトナー粒子を含む。トナー粒子は、キャリア細粒から潜像に引き寄せられ、光導電性部材上にトナー粉像を形成する。トナー粉像は次に、光導電性部材から複写シートへと転写される。トナー粒子は加熱され、粉像が複写シートに永続的に固定される。各転写処理の後、光導電性部材上に残るトナーは、洗浄装置により取り除かれる。
上述の種類の装置においては、現像材料へのトナー粒子の追加を規制し、最終的に、現像材料の摩擦電気的特性(トライボ(tribo))を制御することが望ましい。しかしながら、現像材料の摩擦電気的特性の制御は一般的に、現像材料内のトナー濃度の関数であると考えられている。したがって、実際的な用途においては、上述の種類の装置は通常、現像材料内のトナー粒子の濃度を制御しようと試みる。
トナートライボは、現像及び転写に関して、非常に「重要なパラメータ」である。理想的には、トライボは一定である。残念なことに、トライボは、時間及び環境の変化によって、変化する。トライボは、2部品現像システムにおいては、トナー濃度(TC)にほぼ反比例するため、トライボの変化は、トナー濃度の制御により補償できる。
従来、トナー濃度は、トナー濃度(TC)センサにより測定されている。TCセンサの問題点として、TCセンサは高価であり、それほど正確ではなく、そして、低い信号対雑音比を有する間接的な測定技術に基づくことなどが挙げられる(例えば、特許文献1〜5参照)。
本発明の目的はトナー濃度を正確に測定することにある。
本発明の目的は、画像を現像するための現像装置であって、第1の色のトナー及びキャリア材料から成る現像材料を一定量保存する液だめと、トナーによって前記画像を現像するドナー部材と、前記液だめ内の現像材料を搬送するオーガと、前記液だめ内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサであって、前記液だめ内の現像材料と連通する目視窓と、前記現像材料から反射した光を測定する光センサと、前記オーガと協働して前記目視窓を洗浄する洗浄部材と、を有するトナー濃度センサと、前記液だめ内のトナー濃度を示す信号を発生させるシステムと、を備える現像装置によって達成される。また、オーガは、目視窓に隣接して配置され、現像材料を目視窓を横切るように運ぶオーガブレードを有し、オーガブレードは、目視窓から現像材料を洗浄する洗浄部材を備える、ようにしてもよいし、洗浄部材が、目視窓と接触する磁性ブラシを形成する磁性部材を含むようにしてもよい。
本発明はトナー濃度を正確に測定することができるという効果を奏する。
図1において、出力管理システム660は、印刷ジョブを印刷コントローラ630に供給してもよい。印刷ジョブは、出力管理システムクライアント650から出力管理システム660に送出されてもよい。出力管理システム660には画素カウンタ670が組み入れられ、各色に関する、ジョブの各シートまたはページ上にトナーによって結像される画素数を数える。画素カウント情報は、出力管理システムメモリに保存される。出力管理システム660は、画素カウントデータを含むジョブ制御情報と印刷ジョブとを印刷コントローラ630に送出する。画素カウントデータを含むジョブ制御情報及びデジタル画像データは、印刷コントローラ630からコントローラ490へ通信される。
印刷システムは、好適には、矢印412に示される向きでの移動のために支持されたアクティブマトリックス(AMAT)光受容体ベルト410の形での電荷維持表面を使い、様々な電子写真処理ステーション内を次々と移動する。このベルトは、駆動ローラ414、引張りローラ416、及び固定ローラ418に乗せられ、駆動ローラ414は、駆動モータ420に機能的に接続されて電子写真ステーション間のベルトの移動を実行する。ベルト410の一部は、帯電ステーションAを通り、ここで、一般に符号422で示すコロナ発生装置が、光受容体ベルト410の光導電性表面を、比較的高く実質的に均一であり好適には負の電位に帯電する。
次に、光導電性表面の帯電された部分は、結像/露光ステーションBを通るように進められる。この結像/露光ステーションBにおいては、一般に符号490で示すコントローラが、印刷コントローラ630から所望の出力画像を表す画像信号を受信し、これらの信号を処理してレーザ系の出力走査装置へと送信される信号に変換する。これにより、電荷維持表面が、走査装置の出力に基づいて放電される。好適には、走査装置は、レーザラスタ出力走査装置(ROS)424である。この代わりに、ROS424を、LEDアレイなどの他の電子写真露光装置に置き換えてもよい。
当初は電圧V0に帯電される光受容体ベルト410は、暗減衰を経て約−500ボルトに等しいレベルとなる。露光ステーションBにおいて露光されると、光受容体ベルト410は、約−50ボルトに等しいレベルに放電される。よって、露光の後、光受容体ベルト410は、帯電した領域に対応する高い電圧と、放電された領域又は背景領域に対応する低い電圧と、の単極電圧プロフィールを有する。
第1現像ステーションCにおいては、一般的に符号432で示し、ハイブリッド現像システムと、ドナーローラとして知られる現像ローラと、を使う現像構造が、2つの現像場(空間を横切る電位)により電力を供給される。第1の場は、AC場であり、トナークラウドの発生に使われる。第2の場は、DC現像場であり、光受容体ベルト410上の現像されるトナー質量の量を制御するために使われる。トナークラウドは、帯電されたトナー粒子を静電潜像に引き寄せさせる。適切な現像バイアスが、電源によって達成される。この種類のシステムは、非接触タイプであり、すなわち、トナー粒子(例えば黒)のみが潜像に引き寄せられ、光受容体ベルト410とトナー配送装置との間に、以前に現像されているが固定されていない像を乱す機械的な接触がない。光センサ200が、現像構造432内のトナー濃度を検出する。
現像されているが固定されていない画像は次に、第2の帯電装置436を通過して搬送され、ここで、光受容体ベルト410及び以前に現像されたトナー画像領域が、所定のレベルに再帯電される。
第2の露光/結像処理が、装置438によって実行され、この装置438は、第2の色のトナーによって現像される画像に基づき、光受容体ベルト410の、色調を変えられた領域及び/又はむき出しの領域上から選択的に放電するために、レーザ系の出力構造を有する。この時点で、光受容体ベルト410は、比較的高い電圧レベルの色調を変えられた領域及び変えられていない領域と、比較的低い電圧レベルの色調を変えられた領域及び変えられていない領域と、を有する。これらの低い電圧領域は、放電領域現像(DAD)を用いて現像される画像領域を表す。ここにおいては、負に帯電された、色トナーを有する現像材料440が用いられる。一例として、黄色であってもよいトナーは、第2現像ステーションDに配置された現像ハウジング構造442に入れられており、第2現像システムによって、光受容体ベルト410上の潜像へと供給される。電源(図示せず)が、現像構造を、負に帯電された黄色のトナー粒子によって、放電された画像領域を現像するために有効なレベルにまで電気的なバイアスをかける。更に、光センサ200が、現像ハウジング構造442内のトナー濃度を検出する。
上述の手順は、マゼンダ(ステーションE)などの第3の適切な色トナーによる第3の画像及びシアン(ステーションF)などの第4の適切な色トナー及び第4の画像に対して繰り返される。以下に示す露光制御方法は、これらの後続の結像ステップに使うこともできる。このように、フルカラーの複合トナー画像が光受容体ベルト410上に現像される。これに加え、質量センサ110が、単位面積辺りの現像された質量を測定する。図4には1つの質量センサ110のみを示すが、1つよりも多い数の質量センサ110が設けられていてもよい。
いくらかのトナー電荷が完全に中和、または極性が反転し、光受容体ベルト410上に現像された複合画像が正と負の両方のトナーを有するようになる可能性を考慮し、負の予備転写ダイコロトロン部材(dicorotron)450が設けられ、正のコロナ放電を使った基板への効率的な転写のためにトナーを調整する。
画像現像に続いて、支持材料のシート452が、転写ステーションGにおいてトナー画像と接触させられるために移動される。支持材料シート452は、以下に詳しく説明するシート供給装置500により、転写ステーションGへと進められる。次に、支持材料シート452は、計時された順序で光受容体ベルト410の光導電性表面に接触させられる。これにより、光受容体ベルト410上に現像されたトナー粉像が、転写ステーションGにおいて、前進している支持材料シート452と接触させられる。
転写ステーションGは、シート452の背面に正のイオンを噴射する転写ダイコロトロン454を有する。これにより、負に帯電されたトナー粉像が光受容体ベルト410からシート452に引き寄せられる。剥がし(デタック(detack))ダイコロトロン456が設けられ、光受容体ベルト410からシートを剥がすことを容易にする。
転写の後、支持材料シート452は、矢印458の方向にコンベヤ(図示せず)への移動を継続し、このコンベヤは、シートを溶融ステーションHに進ませる。溶融ステーションHは、一般的に符号460で表す溶融アセンブリを含み、この溶融アセンブリは、転写された粉像をシート452に永続的に固定する。好適には、溶融アセンブリ460は、加熱された溶融ローラ462と、バックアップ又は圧力ローラ464と、を備える。シート452は、トナー粉像と溶融ローラ462が接触するように、溶融ローラ462とバックアップローラ464との間を通過する。このように、トナー粉像は、シート452に永続的に固定される。溶融の後、シュート(図示せず)が、前進するシート452を、その後のオペレータによる印刷装置からの除去のために、受けトレイ、積み重ね機、フィニッシャ、または他の出力装置(図示せず)に導く。
支持材料シート452が光受容体ベルト410の光導電性表面から分離された後、光導電性表面上の非画像領域に残存するトナー粒子が除去される。これらの粒子は、洗浄ステーションIにおいて、ハウジング466内に含まれる洗浄ブラシ又は複数のブラシ構造を使い除去される。1つ又は複数の洗浄ブラシ468は、複合トナー画像がシートに転写された後に当てられる。一旦、光受容体ベルト410が洗浄されると、ブラシ468は、クラッチ(図示せず)を含む装置を使い引っ込められる。これにより、次の結像及び現像サイクルを開始できる。
コントローラ490は、様々なプリンタ機能を規制する。コントローラ490は、好適にはプログラマブルなコントローラであり、上述のプリンタ機能を制御する。コントローラ490は、複写シートの比較カウント、再循環される文書の数、オペレータにより選択される複写シートの数、遅延時間、詰まり修正などを提供してもよい。ここに説明する例示システムの全ての制御は、従来の、オペレータにより選択される印刷装置コンソールからの制御スイッチ入力によって達成してもよい。従来のシート経路センサ又はスイッチを使い、文書及び複写シートの位置を把握してもよい。
現像ステーションを参照し、説明を簡易にするために、1つの現像ステーションを詳しく説明する。各現像ステーションは実質的に同一である。図2において、ドナーローラ40及び41が、矢印68の方向、すなわち「反対」方向、に回転するよう示される。同様に、磁性ローラ90は、ドナーローラ40及び41の移動方向に対して「一致」又は「反対」のいずれの方向にも回転できる。図2においては、磁性ローラ90は、矢印92の方向、すなわち「一致」方向、に回転するよう示される。現像ユニットはまた、光導電性ベルト10とドナーローラ40及び41との間の空間に配置された電極線42及び43を有する。1対の電極線42及び43は、ドナーローラ40及び41の長手方向軸に実質的に平行な方向に伸びて示される。電極線42は、1つ又はそれ以上の薄い(すなわち、直径50μから100μ)の線(例えば、ステンレス鋼又はタングステンから成る)から成り、これらの線はドナーローラ40及び41の近くに間隔をあけて配置される。
引き続き図2を参照し、AC電圧電源(図示せず)により、交流の電気的バイアスが電極線42及び43に印加される。印加されたACは、電極線42及び43とドナーローラ40及び41との間に、ドナーローラ40及び41の表面からトナーを引き離し、線の周りにトナークラウドを形成するために有効な交流の静電場を形成する。このクラウドの高さは、光導電性ベルト10と実質的に接触しないような高さである。AC電圧の絶対値は、約3kHzから約10kHzの周波数範囲においてピークで200ボルトから500ボルト程度である。ドナーローラ40に約300ボルトを印加するDCバイアス源(図示せず)が、ベルト10の光導電性表面とドナーローラ40及び41との間に静電場を形成し、電極線42及び43を囲むクラウドから剥がされたトナー粒子を光導電性表面12上に記録された潜像に引き寄せる。
磁性ローラ90は、実質的に一定の電荷を有する一定量のトナーをドナーローラ40及び41に計量しながら供給する。これにより、ドナーローラが、本発明によって、現像間隙において維持される実質的に一定の電荷を有する一定量のトナーを提供することを確実にする。
磁性ローラ90に約100ボルトを印加するDCバイアス供給源が、磁性ローラ90とドナーローラ40及び41との間に静電場を形成し、これにより、ドナーローラ40及び41と磁性ローラ90との間に静電場を形成して、磁性ローラ90からドナーローラ40及び41へとトナー粒子を引き寄せる。
目視的にハウジング44と連通する透明目視窓210に隣接して光センサ200が配置される。好適には、透明目視窓210は、現像材料が十分に混合されて磁性ローラ90に供給するオーガ94付近を流れるような位置に配置され、これにより、ハウジング44全体を表すトナー濃度が得られる。オーガ95は、現像材料分配装置81から供給された新しい現像材料を混合する。ハウジング44はまた、古い現像材料が現像システムから廃棄容器84へと抜けることを可能にする細流ポート78を有する。
光センサ200は、透明目視窓210の表面に隣接して配置される。透明目視窓210上のトナーは照らされる。光センサ200は、透明目視窓210及び透明目視窓210上のトナーから反射して光センサ200に受けられる電磁エネルギに応答して、これに比例した電気信号を発生させる。図3は、測定処理を示す。信号に基づき、トナー濃度の量が計算できる。
光センサ200は、透明目視窓210上の現像材料から反射する鏡面反射及び拡散電磁エネルギを検出する。図4に光パーセントTCセンサの概略図を示す。この実施方法では、センサは、LED発光体218と、LED強度フィードバックループ制御に使われる光ダイオード216と、光経路に30°から60°、好適には45°に配置され、現像材の反射率を検出するために使われる光ダイオード217と、を示す。これに加え、光センサ200は、最適色濃度計(OCD)などの拡張トナー領域範囲センサ(Extended Toner Area Coverage Sensor)(ETACS)赤外線濃度計(Infrared Densitometer)(IRD)に用いられる種類のものでもよく、このセンサは、ここに援用して組み入れる米国特許第4,989,985号及び第5,519,497号に記載されるように、基板上に位置する材料のかたまりから反射する鏡面反射及び拡散電磁エネルギ信号を検出し分析することにより、基板上の材料密度を測定する。光センサ200は、透明目視窓210の表面に隣接して配置される。透明目視窓210上のトナーは照らされる。光センサ200は、透明目視窓210上の現像材料から反射して光センサ200に受けられる電磁エネルギに応答して、これに比例した電気信号を発生させる。信号に基づき、トナー濃度コントローラ215によって、トナー濃度の量が計算できる。オーガ94は、目視窓210を洗浄する洗浄部材211を有し、これにより、窓を回復させてTC測定の正確性を向上できる。好適には、洗浄部材211は、ハウジング内の現像材料からのブラシを形成する磁性部材である。
トナー濃度コントローラ215は、所定の速度で回転するオーガの乱れ効果に関するセンサの出力応答に基づき、トナー濃度測定値を決定する。本発明者等は、現像材流中の乱れは、現像材ブラシ/オーガの移動及びブラシ/オーガがセンサの前を通過することによる流れ中の空所によって引き起こされると考えている。
図5から図7に、トナー濃度測定値を表すテストデータを示す。図5の上のグラフは、約50%のデューティー比及び規準オーガ速度(200rpm)でのセンサにおける典型的な電圧応答を示し、下のグラフが、オーガ回転周期が300msに等しいものを示す。図6は、図5の約50%のデューティー比での典型的な電圧応答を示す拡大グラフであり、磁石とオーガの回転による現像材の流れへの組合わせ効果は、周期の約2/3かかることを示す。発明者等は、磁石/スクレーパ(flight)による乱れが、検出された反射率信号の値を低減させることを発見した。
図6は、動作条件下におけるセンサの実験電圧出力(Vout)を示す。4つの異なる領域が識別される。すなわち、現像ブラシの伸張により生じる先行波と、磁石によるピーク乱れと、流れへのスクレーパの影響により伸ばされる現像ブラシ効果である後続波と、サイクルの約1/3である、乱れのない領域と、である。
図7は、センサ読み取り出力から%TCを示す。いくつかのトナーの実験の結果が、センサVoutの校正は、以下のような式から求められることを示す。
%TC=A*(Vout)2+B*(Vout)+C・・・・・(式1)
ここで、A,B,及びCは、実験から決定される係数である。低減された%TC範囲を検出する場合、二次の係数Aを無視してもよい。この場合、上述の式は、以下の式となる。
%TC=D*(Vout)+F・・・・・(式2)
%TC=A*(Vout)2+B*(Vout)+C・・・・・(式1)
ここで、A,B,及びCは、実験から決定される係数である。低減された%TC範囲を検出する場合、二次の係数Aを無視してもよい。この場合、上述の式は、以下の式となる。
%TC=D*(Vout)+F・・・・・(式2)
図8に、シアントナー系の現像材の実験結果を示す。ここで、センサの有効出力領域は0ボルトから2.5ボルトの範囲であり、係数A、係数B、及び係数Cはそれぞれ、−0.7、4.95、及び9.39である。
図9は、黒トナー系の現像材の実験結果を示し、ここで、係数A、係数B、及び係数Cはそれぞれ、1.21、−0.49、及び2.015である。黒の曲線が逆になっているのは、黒トナーの%TCを増大させると現像材の反射率は低減されるが、色の付いたトナーの%TCを増大させると、現像材の反射率が増大されるからである。
トナー濃度コントローラ215は、1つ又はそれ以上の光センサ200からの入力を受けるように構成されていてもよい。
流れの乱れが存在する時にVoutを処理するために、いくつかの方法が可能である。特定の実施方法では、数学的なフィルタリング手順を使い、乱れの影響を取り除く。主要な考え方は、数学的なフィルタリングを使い、磁石又は洗浄ブレード及びオーガスクレーパにより生じる乱れの影響を取り除くことである。図6に、動作条件下での光センサ200の信号出力を示す。
図10は、Voutを処理する方法を示すフローチャートである。ここで手順#1として定義する数学的なフィルタの特定の実施方法は、以下のステップから成る。
1)オーガ回転周期の約1/500毎に少なくとも1周期の間、センサの出力をサンプリングするステップ。
2)収集されたデータのうち、低い方からN個のデータ点を探すステップ。
3)N個のデータ点の平均を計算するステップ。
4)現在の結果と過去の平均との重み付け平均の計算を実行するステップ。
5)各色の特性応答に基づき、この値をトナー濃度にマッピングするステップ。
6)更新したTC値を処理コントローラに送るステップ。
1)オーガ回転周期の約1/500毎に少なくとも1周期の間、センサの出力をサンプリングするステップ。
2)収集されたデータのうち、低い方からN個のデータ点を探すステップ。
3)N個のデータ点の平均を計算するステップ。
4)現在の結果と過去の平均との重み付け平均の計算を実行するステップ。
5)各色の特性応答に基づき、この値をトナー濃度にマッピングするステップ。
6)更新したTC値を処理コントローラに送るステップ。
ここで手順#2として定義し、光センサ200のコントローラファームウェアで実行される数学的なフィルタは、以下のステップから成る。
1)オーガ回転周期の約1/500毎に少なくとも1周期の間、センサの出力をサンプリングするステップ。
2)収集されたデータのうち、低い方からN個のデータ点を探すステップ。
3)検出された最小値の前にN個のデータ点の平均値を計算するステップ。
4)現在の結果と過去の平均との重み付け平均の計算を実行するステップ。
5)各色の特性応答に基づき、この値をトナー濃度にマッピングするステップ。
6)更新したTC値を処理コントローラに送るステップ。
1)オーガ回転周期の約1/500毎に少なくとも1周期の間、センサの出力をサンプリングするステップ。
2)収集されたデータのうち、低い方からN個のデータ点を探すステップ。
3)検出された最小値の前にN個のデータ点の平均値を計算するステップ。
4)現在の結果と過去の平均との重み付け平均の計算を実行するステップ。
5)各色の特性応答に基づき、この値をトナー濃度にマッピングするステップ。
6)更新したTC値を処理コントローラに送るステップ。
94 オーガ、 110 質量センサ、200 光センサ、210 目視窓、211 洗浄部材、215 トナー濃度コントローラ、216、217 光ダイオード、218 LED発光体、410 光受容体ベルト、412 移動方向、414 駆動ローラ、416 引張りローラ、418 固定ローラ、420 駆動モータ、422 コロナ発生装置、424 レーザラスタ出力走査装置、426 現像ローラ、432 ハイブリッド現像システム、438 露光/結像装置、440 現像材料、442 現像ハウジング構造、450,454,456 ダイコロトロン部材、452 支持材料シート、458 移動方向、460 溶融アセンブリ、462 溶融ローラ、466 ハウジング、468 洗浄ブラシ、490 コントローラ、630 印刷コントローラ、640,670 画素カウンタ、650 出力管理システムクライアント、660 出力管理システム。
Claims (3)
- 画像を現像するための現像装置であって、
第1の色のトナー及びキャリヤ材料から成る現像材料を一定量保存する液だめと、
トナーによって前記画像を現像するドナー部材と、
前記液だめ内の現像材料を搬送するオーガと、
前記液だめ内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサであって、前記液だめ内の現像材料と連通する目視窓と、前記現像材料から反射した光を測定する光センサと、前記オーガと協働して前記目視窓を洗浄する洗浄部材と、を有するトナー濃度センサと、
前記液だめ内のトナー濃度を示す信号を発生させる手段と、
を備える、現像装置。 - 請求項1に記載の現像装置であって、前記オーガは、前記目視窓に隣接して配置され、現像材料を前記目視窓を横切るように運ぶオーガブレードを有し、前記オーガブレードは、前記目視窓から現像材料を洗浄する洗浄部材を備える、現像装置。
- 請求項2に記載の現像装置であって、前記洗浄部材が、前記目視窓と接触する磁性ブラシを形成する磁性部材を含む、現像装置。
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