JP2007121855A - Developing device, process cartridge, and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、二成分電子写真方式の複写機あるいはプリンタ等において、トナー濃度を測定するための透磁率型センサを有する現像装置に関するものである。さらに、前記現像装置を有するプロセスカートリッジ、画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a developing device having a magnetic permeability sensor for measuring toner density in a two-component electrophotographic copying machine or printer. Furthermore, the present invention relates to a process cartridge having the developing device and an image forming apparatus.
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式における画像形成装置においては、感光体ドラムや感光体ベルトなどの潜像担持体(以下感光体とする)上に画像情報が対応した静電潜像が形成され、現像剤担持体(以下現像ローラとする)を有する現像装置が行う現像作業によって可視像が得られる。このような現像手段としては、転写性、ハーフトーンの再現性、温度・湿度に対する安定性などの観点から、トナーとキャリアからなる二成分現像方式が広く利用されている。
ここで二成分現像方式の重要な特性値として、現像機内のトナー濃度(以下TCと表記する)が挙げられる。TCは濃度や色あいを始めとして画像品質に大きな影響を与えるとともに、高TCではトナー飛散や地汚れ、低TCではキャリア付着といった不具合にもつながる。そのため現像装置内のTCは高い精度で検知できることが求められ、多くの画像形成装置では透磁率型センサを使用していた。また、現像装置の使用開始時に現像装置内にセットされている既知のTCの現像剤を用いて、センサの出力調整を行っていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an electrophotographic image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, an electrostatic latent image corresponding to image information on a latent image carrier (hereinafter referred to as a photosensitive member) such as a photosensitive drum or a photosensitive belt. An image is formed, and a visible image is obtained by a developing operation performed by a developing device having a developer carrier (hereinafter referred to as a developing roller). As such a developing means, a two-component developing system including a toner and a carrier is widely used from the viewpoint of transferability, halftone reproducibility, temperature / humidity stability, and the like.
Here, as an important characteristic value of the two-component development method, there is a toner density (hereinafter referred to as TC) in the developing machine. TC has a great influence on image quality such as density and color tone, and also causes problems such as toner scattering and background contamination at high TC, and carrier adhesion at low TC. Therefore, it is required that the TC in the developing device can be detected with high accuracy, and in many image forming apparatuses, a magnetic permeability sensor is used. Also, the sensor output is adjusted using a known TC developer set in the developing device at the start of use of the developing device.
そこで、特許文献1には、画像形成装置の現像装置中に、キャリアとトナーで構成された2成分現像剤を保持し、保持された現像剤の透磁性を透磁センサにより検知し、透磁センサの検出出力に応じて現像装置内のトナー濃度を制御する手段を機能させるトナー濃度制御方式が、開示されている。事前に現像剤のトナー濃度の変化と透磁率の変化の関係をチェックし、透磁センサでのトナー濃度検知によるトナー濃度制御の可否を判断するものであり、現像装置中へトナーを強制補給して現像剤を攪拌したときに、透磁率が下がる方向に透磁センサの出力が変化することを確認した場合に、透磁センサの検出値によるトナー濃度制御を行うことができる。これにより、現像剤の帯電特性が大きく変化して現像剤の嵩密度も変化し、トナー濃度の上昇/低下と透磁率の低下/上昇の関係が崩れた状態でトナー濃度制御が暴走しないようにすることが可能な制御方式を提供することができる。
Therefore, in
また、特許文献2には、トナーと磁性キャリアとからなり、現像器中に充填された二成分系現像剤のトナー濃度を、透磁率センサの出力によって検知し、その出力が一定レベルを超えたときに、該現像器に取り付けられた補給トナー収容容器から該現像器中にトナーを補給するトナー濃度制御方法において、センサの出力値とセンサの出力上昇変化率(ΔV/ΔT)とにより、トナー補給を行い、トナー補給後には、出力上昇変化率に応じて、一定時間、画像形成サイクルを実行せずに現像剤の攪拌動作のみを実行することが、開示されている。これにより、画像比率の高い画像出力により、多量のトナーが消費されたときに生じるトナー濃度の低下や、画像濃度の低下、キャリア飛び、トナー濃度ムラによる画像ムラ、トナーエンプティの誤検知などの問題を有効に回避することが可能である。
Further, in
さらに、特許文献3には、予め定められた検出電圧値とトナー補給量の関係と実際にトナーエンドを検知したときの検出電圧値とからトナー補給量を定め、所望の現像剤トナー濃度になるようにトナーを補給することによってトナーエンド検知解除を行う方法が、開示されている。これにより、トナーエンド解除前後におけるトナー過補給を抑制して安定した画像濃度を得ることができる。
Furthermore, in
また、特許文献4には、制御手段は、複数の異なる画像形成速度に応じた撹拌速度で撹拌手段により現像剤を撹拌させ、各撹拌速度において検出手段により検出される各検出レベルが同一レベルになるようにトナー補給手段のトナー補給量を調整することが、開示されている。これにより、攪拌速度が異なるプロセスにおいても、安定したトナー補給ができる。
Further, in
しかしながら、特許文献1に記載の手段を用いても、透磁率型センサは、個体ごとの感度のばらつきが大きく、調整を実施しても調整時のTCから離れるほどセンサ間でのTC測定誤差が大きくなるという問題点があった。
また、特許文献2に記載の手段を用いても、使用によるトナーの劣化の影響は避けられず、経時的にTC測定誤差が大きくなるという問題点があった。
さらに、特許文献3に記載の方法により、経時的なトナーの影響を低減することはできるものの、温度・湿度などの外的環境の影響や、トナーのロットブレなどの影響により、まだまだ高精度のTC測定を行うことができず、問題となっていた。
また、特許文献4の方法では、プロセスによる影響は緩和できるものの、その他の温度・湿度などの外的環境の影響や、トナーのロットブレなどの影響により、まだまだ高精度のTC測定を行うことができず、問題となっていた。
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、センサ間および装置間の測定誤差を抑え、経時的なトナーの劣化の影響を極めて少なくし、高精度のTC測定を行うことを可能にする現像装置、及び前記現像装置を有するプロセスカートリッジと画像形成装置を提供することである。
However, even if the means described in
Further, even if the means described in
Further, although the influence of the toner over time can be reduced by the method described in
In addition, the method of
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and its problem is to suppress measurement errors between sensors and apparatuses, extremely reduce the influence of toner deterioration over time, and perform highly accurate TC measurement. And a process cartridge and an image forming apparatus including the developing device.
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、二成分電子写真方式の現像装置において、前記現像装置が、トナー濃度を測定するための透磁率型センサを有し、現像装置の使用開始時に異なる2種類以上のトナー濃度の現像剤を用いてセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置である。
The features of the present invention, which is a means for solving the above problems, are listed below.
The present invention relates to a two-component electrophotographic developing device, wherein the developing device has a magnetic permeability sensor for measuring a toner concentration, and developers having two or more different toner concentrations at the start of use of the developing device. The developing device is characterized in that adjustment of the sensor is performed using
本発明は、前記記載の現像装置において、前記現像装置が、現像装置内に異なる2種類以上のトナー濃度の現像剤を有し、それぞれ独立に攪拌領域に移動できることを特徴とする現像装置である。 The present invention is the developing device as described above, wherein the developing device has two or more different types of toner developers in the developing device, and each can independently move to the stirring region. .
本発明は、前記記載の現像装置において、前記現像装置が、現像剤のトナー濃度を変化させながらセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置である。 The present invention is the developing device described above, wherein the developing device adjusts the sensor while changing the toner density of the developer.
本発明は、前記記載の現像装置おいて、前記現像装置が、異なるトナー濃度の現像剤を混ぜ合わせながらセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置である。 According to the present invention, in the developing device described above, the developing device adjusts the sensor while mixing developers having different toner concentrations.
本発明は、前記記載の現像装置おいて、前記現像装置が、トナーを補給しながらセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置である。 The present invention is the above-described developing device, wherein the developing device adjusts the sensor while replenishing the toner.
本発明は、前記記載の現像装置おいて、前記現像装置が、トナーを消費しながらセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置である。 According to the present invention, in the developing device described above, the developing device adjusts the sensor while consuming toner.
本発明は、前記記載の現像装置おいて、前記現像装置が、異なるトナー濃度の現像剤をそれぞれ別々に測定することでセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置である。 The present invention is the developing device described above, wherein the developing device adjusts the sensor by separately measuring developers having different toner concentrations.
本発明は、プロセスカートリッジが、前記記載の現像装置と、感光体と、を一体に支持していることを特徴とするプロセスカ−トリッジである。また、本発明は、前記記載のプロセスカートリッジにおいて、前記プロセスカートリッジが、帯電手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段をも、一体に支持ししていることを特徴とするプロセスカ−トリッジである。 The present invention is a process cartridge in which a process cartridge integrally supports the developing device described above and a photosensitive member. According to the present invention, in the process cartridge described above, the process cartridge integrally supports at least one means selected from a charging means and a cleaning means. It is a bridge.
本発明は、画像形成装置が、前記記載の現像装置を有することを特徴とする画像形成装置である。また、本発明は、画像形成装置が、前記記載のプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置である。 The present invention is an image forming apparatus characterized in that the image forming apparatus has the developing device described above. According to another aspect of the invention, an image forming apparatus includes the process cartridge described above.
本発明は、上記解決するための手段によって、2点以上のTC−Vtを測定してTC−Vt直線を決定することで精度の高いTC測定を行うことが可能となった。また、高画質の画像とトナー飛散やキャリア付着等の問題に対して余裕度の高い画像形成装置を提供することが可能となった。 According to the means for solving the above-described problems, it has become possible to perform highly accurate TC measurement by measuring two or more TC-Vt and determining a TC-Vt straight line. In addition, it is possible to provide a high-quality image and an image forming apparatus having a high margin for problems such as toner scattering and carrier adhesion.
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that it is easy for a person skilled in the art to make other embodiments by changing or correcting the present invention within the scope of the claims, and these changes and modifications are included in the scope of the claims. The following description is an example of the best mode of the present invention, and does not limit the scope of the claims.
図1および図2は現像装置の概要を表したものであり、図1の矢印で示す方向にトナーを含む現像剤が移動する。また図2は現像装置の断面図を表し、使用前の状態を表している。シール部材7は現像装置から引き抜くことが可能であり、使用時に引き抜くことで現像剤6が搬送スクリュ4上に落下し、搬送スクリュ4によって現像ローラ5に搬送されると共に攪拌される。ここで現像装置下部に取り付けられた透磁率型濃度センサ3(以下センサ)によって現像装置内のTCを測定する。またセンサ3は電源用の入力に加えてコントロール電圧(以下Vcnt)の入力が存在し、TCに応じて出力(以下Vt)を画像形成装置に送る。またこのTCとVtの関係は図3のように負の傾きを持つ一次式で近似される。またVcntを変化させることによってVtをシフトさせることが可能になる。
そこでTCが既知である初期剤を用いてVcntを変化させることでVtを狙い値に調整する。この結果とセンサ3の回路設計によって決定されるTC−Vtの傾き(感度)によってTCとVtの関係を決定し、以後Vtの値からTCの値を測定する。
1 and 2 show the outline of the developing device, and the developer containing toner moves in the direction indicated by the arrow in FIG. FIG. 2 is a sectional view of the developing device, showing a state before use. The
Therefore, Vt is adjusted to a target value by changing Vcnt using an initial agent whose TC is known. Based on this result and the slope (sensitivity) of TC-Vt determined by the circuit design of the
しかしセンサの感度は個体ごとにばらつきが大きく、生産性から±20%程度の感度公差が必要となる。そのため図4のように初期剤のTCから離れるほどVtに対するTCのばらつきが大きくなる。図4は±20%の感度公差を持つセンサ3に対して7%の現像剤での調整を実施した上で、Vtが1V変化したときの状況を表している。
この対策として、既知のTCに対するVtを少なくとも2点以上測定することで、図5のようにセンサ3の感度を測定し、以後、測定点を通過する直線を用いてVtからTCを推定することとする。図5ではTC−Vtを測定した2点を四角でプロットし、それらを通過する直線を決定している。なお3点以上で測定する場合は、各点に対して線形近似を行うことでセンサ3の感度の決定を行う。
これによってセンサ3の感度は回路定数によって決まる大きい幅をもった値ではなく、実際の現像剤6に対する感度から決定できるため、高い精度でTC測定を行うことが可能になる。
However, the sensitivity of the sensor varies greatly from individual to individual, and a sensitivity tolerance of about ± 20% is required from the viewpoint of productivity. Therefore, as shown in FIG. 4, the TC variation with respect to Vt increases as the distance from the TC of the initial agent increases. FIG. 4 shows a situation when Vt changes by 1V after adjusting with 7% developer for the
As a countermeasure, the sensitivity of the
As a result, the sensitivity of the
ここで本発明のTC−Vtでの2点を測定するための方法について説明する。現像装置内に異なるTCの現像剤をセットしておき、それぞれ独立に搬送スクリュ上に出せるようにすることで、2点以上の測定を可能とする。このときの現像剤6のセット例を図6に示す。図6では先に下側のシールAを右側に引き抜き、現像剤1を落として、センサのVcnt調整を行った後にシールBを同様に引き抜いて現像剤2を落とし、再度Vtを測定することで2点目の測定を行う。図6では現像剤は2種類にしたが、3種類以上に分けて、多数の点から感度を測定することも可能である。
Here, a method for measuring two points at TC-Vt of the present invention will be described. It is possible to measure two or more points by setting different TC developers in the developing device so that they can be put out independently on the conveying screw. A set example of the
次に、本発明のように2種類の現像剤がセットされていた場合について説明する。例として現像剤1が250gで6%、現像剤2が50gで18%とする。このときシールAを外して6%の現像剤1を用いてVcnt調整を実施し、1点目のVtを得る。次にシールBを抜いた後、十分攪拌すると現像剤は300gで8%となる。そこでVtの測定を行うことで6%と8%のVt出力がわかるため、センサ3の感度を求めることが可能となる。
Next, a case where two types of developers are set as in the present invention will be described. As an example,
次に、前記の例とは反対に現像剤1の量を少なくし、現像剤2を多くすると、最初に落とした現像剤1は攪拌によってほとんどが現像ローラ上に吸着する。したがって、現像剤1を50gで12%、現像剤2を250gで6%とすると、シールAを抜いた直後のセンサ3は12%の出力を行うが、攪拌によってそのほとんどは現像ローラ上に移動し、センサ3上の現像剤はなくなる。ここでシールBを抜くことで現像剤2を注入するとセンサ3は6%に対応する出力を行う。よって6%と12%のVt出力を得ることができるので、前記の例と同様に2点の値からセンサ3の感度を求めることが可能になる。
Next, contrary to the above example, when the amount of the
また現像機内のTCは一定(1種類)にしておき、Vcntを調整した後にTCをわかる範囲で変化させ、その時のVt出力と併せてセンサ3の感度を求めることが可能となる。本発明の例として、現像装置内にセットしている現像剤のTCを300gで6%とし、その後10gのトナーを現像装置内に補給した場合、TCは約9%となる。そこでVt出力を測定することで6%と9%のVt出力を得ることができるため、センサ3の感度を求めることが可能となる。
Further, the TC in the developing machine is kept constant (one type), and after adjusting Vcnt, the TC is changed within a range that can be understood, and the sensitivity of the
また、現像装置に補給を行わずに一定の作像を行うことでTCを下げ、センサ3の感度を求めることも可能である。具体的には300gで9%の現像剤であれば、9.5gのトナー消費で約6%となる。よってあらかじめ9%の現像剤がどの程度の作像によって9.5gのトナー消費を行うかを測定しておくことで、上記の方法でセンサ3の感度を測定することが可能となる。
It is also possible to reduce the TC and obtain the sensitivity of the
さらに上記の現像装置を感光体と帯電装置やクリーニング装置等のあわせてプロセスカートリッジにすることができる。具体的には、図1に示した現像装置と感光体を一体にしたプロセスカートリッジがある。さらに、帯電手段、クリ−ニング手段をも一体化することができる。 Further, the developing device can be combined with a photosensitive member, a charging device, a cleaning device, and the like to form a process cartridge. Specifically, there is a process cartridge in which the developing device and the photosensitive member shown in FIG. 1 are integrated. Furthermore, the charging means and the cleaning means can be integrated.
また上記の現像装置及びプロセスカートリッジを画像形成装置に用いることもできる。図7は、本発明の画像形成装置を示す図である。現像方式は乾式二成分現像方式を採用し、システムとしては4連タンデム型中間転写方式のフルカラー機である。しかしこれは画像形成装置の代表例として挙げたものであり、乾式二成分現像方式であればそれ以外の構成や方式等は限定されない。
まず、画像形成動作を説明する。プリント開始命令が入力されると、潜像担持体としての感光体11周辺・中間転写ベルト18周辺・給紙搬送経路等にある各ローラは回転し始め、下部の給紙トレイ29からは記録紙の給紙が開始される。各感光体11は、帯電手段としての帯電チャージャ12によってその表面を一様な電位に帯電され、露光手段としての書込ユニット13から照射される書込光によってその表面を画像データに従って露光される。
The developing device and the process cartridge described above can also be used in an image forming apparatus. FIG. 7 is a diagram showing an image forming apparatus of the present invention. The development system employs a dry two-component development system, and the system is a full color machine of a quadruple tandem type intermediate transfer system. However, this is given as a representative example of an image forming apparatus, and any other configuration or method is not limited as long as it is a dry two-component development method.
First, an image forming operation will be described. When a print start command is input, the rollers around the
露光された後の電位パターンを静電潜像と呼ぶが、この静電潜像をその表面に担持した感光体11は、乾式二成分方式の現像ユニットにおいてトナーを供給されることにより、担持している静電潜像を特定色に現像される。図7においては感光体11が四色分あるので、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(色順はシステムによって異なる)のトナー像が各感光体11上に現像されることになる。感光体11上に現像されたトナー像は、中間転写ベルト20との接点において、感光体11に対向して設置された転写手段としての一次転写ローラ15に印加される転写バイアス及び押圧力によって中間転写ベルト20上に転写される。これをタイミングを合わせながら四色分繰り返すことにより、像担持体としての中間転写ベルト20上にフルカラートナー像が形成される。
中間転写ベルト20上に形成されたフルカラートナー像は、レジストローラ24でタイミングを合わせて搬送されてくる記録紙に転写される。この時、二次転写ローラ21によって印加される二次転写バイアス、及び押圧力によって転写が行われる。フルカラートナー像を転写された記録紙は、定着ユニット22を通過することにより、表面に担持しているトナー像を加熱定着される。
The potential pattern after exposure is called an electrostatic latent image. The
The full-color toner image formed on the
片面プリントならばそのまま直線搬送されて排紙トレイ23へ、両面プリントならば搬送方向を下向きに変えられ、用紙反転部へ搬送されていく。用紙反転部へ到達した記録紙は、スイッチバックローラ25で搬送方向を逆転されて紙の後端から用紙反転部を出て行く。この動作によって記録紙の表裏を反転させることができる。表裏反転された記録紙は定着ユニット22方向には戻らず、再給紙経路を通過して本来の給紙経路に合流する。この後は表面プリントの時と同じ様にトナー像を転写されて、定着ユニット22を通過して排紙される。これが両面プリント動作である。また各部の動作を最後まで説明すると、一次転写部を通過した感光体11はその表面に一次転写残トナーを担持しており、これを感光体クリーニングユニット16によって除去される。その後、QL(クエンチングランプ)17によってその表面を一様に除電されて、次の画像の為の帯電に備える。また、二次転写部を通過した中間転写ベルト18に関しても、その表面に二次転写残トナーを担持しているが、こちらも中間転写ベルトクリーニングユニットによってこれを除去され、次のトナー像の転写に備える。この様な動作の繰り返しで、片面プリント若しくは両面プリントが行われる。
If it is single-sided printing, it is conveyed straight as it is to the
1 現像剤1
2 現像剤2
3 濃度センサ
4 搬送スクリュ
5 現像ローラ
6 現像剤
7 シール部材
8 現像装置
A シールA
B シールB
11 感光体
12 帯電チャージャ
13 書込ユニット
15 一次転写ローラ
16 感光体クリーニングユニット
17 QL(クエンチングランプ)
18 中間転写ベルト
20 中間転写ベルト
21 二次転写ローラ
22 定着ユニット
23 排紙トレイ
24 レジストローラ
25 スイッチバックローラ
29 給紙トレイ
1
2
3
B Seal B
11
18
Claims (11)
前記現像装置が、トナー濃度を測定するための透磁率型センサを有し、現像装置の使用開始時に異なる2種類以上のトナー濃度の現像剤を用いてセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置。 In a two-component electrophotographic developing device,
The developing device has a magnetic permeability type sensor for measuring a toner concentration, and adjusts the sensor by using two or more types of developers having different toner concentrations at the start of use of the developing device. apparatus.
前記現像装置が、現像装置内に異なる2種類以上のトナー濃度の現像剤を有し、それぞれ独立に攪拌領域に移動できることを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1,
2. The developing device according to claim 1, wherein the developing device has two or more different types of developer in the developing device, and each of the developing devices can be independently moved to the stirring region.
前記現像装置が、現像剤のトナー濃度を変化させながらセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置。 The developing device according to claim 1 or 2,
The developing device, wherein the developing device adjusts a sensor while changing a toner density of the developer.
前記現像装置が、異なるトナー濃度の現像剤を混ぜ合わせながらセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置。 In the developing device according to claim 3,
The developing device, wherein the developing device adjusts a sensor while mixing developers having different toner concentrations.
前記現像装置が、トナーを補給しながらセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置。 In the developing device according to claim 3,
A developing device, wherein the developing device adjusts a sensor while replenishing toner.
前記現像装置が、トナーを消費しながらセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置。 In the developing device according to claim 3,
A developing device, wherein the developing device adjusts a sensor while consuming toner.
前記現像装置が、異なるトナー濃度の現像剤をそれぞれ別々に測定することでセンサの調整を行うことを特徴とする現像装置。 In the developing device according to claim 1 or 2,
2. A developing device according to claim 1, wherein the developing device adjusts the sensor by separately measuring developers having different toner concentrations.
前記プロセスカートリッジが、帯電手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段をも、一体に支持ししていることを特徴とするプロセスカ−トリッジ。 The process cartridge according to claim 8, wherein
A process cartridge, wherein the process cartridge integrally supports at least one means selected from a charging means and a cleaning means.
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