JP2007148176A - Toner density controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に関し、詳しくは、磁性キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を用いる画像形成装置に用いられるトナー濃度制御装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile machine, and a printer, and more particularly to a toner density control apparatus used in an image forming apparatus using a two-component developer composed of a magnetic carrier and toner.
従来から、電子写真複写装置等の画像形成装置においては、磁性キャリアとトナーからなる二成分現像剤を用いて現像を行う二成分現像装置と、トナーのみを用いて現像を行う一成分現像装置とが知られている。
二成分現像装置は、通常、内部に複数の磁極を有する磁石体からなるマグネットローラを備え、回転可能に支持された円筒状の現像剤担持体である現像スリ−ブを有している。この現像スリ−ブ表面にトナーを付着させた磁性キャリアを担持しながら像担持体との対向部である現像領域に搬送して、二成分現像剤からなる磁気ブラシにて現像を行うものである。二成分現像装置においては、磁性キャリアとトナーとを撹拌混合することで帯電を行うので、トナーの帯電性が安定し、比較的安定した良好な画像が得られる。しかしながら、キャリア劣化や現像剤中のトナーが消費されてトナー濃度が変動するため、トナーと磁性キャリアの混合比が変動するといった欠点がある。トナーと磁性キャリアの混合比の変動を抑制するためには、トナー濃度制御装置を備え、必要に応じてトナーを補給してこの変動を抑制する必要がある。
一方、一成分現像装置は、現像剤担持体表面に担持したトナーを現像領域に搬送して現像を行うものである。二成分現像装置のように、キャリア劣化やトナー濃度制御装置を備えなければならないという欠点は有しないが、帯電性が安定しにくいという欠点をもっている。
Conventionally, in an image forming apparatus such as an electrophotographic copying apparatus, a two-component developing apparatus that performs development using a two-component developer composed of a magnetic carrier and toner, and a one-component developing apparatus that performs development using only toner. It has been known.
The two-component developing device usually includes a developing sleeve that is a cylindrical developer carrying member that includes a magnet roller including a magnet body having a plurality of magnetic poles therein and is rotatably supported. While carrying the magnetic carrier with the toner attached to the surface of the developing sleeve, it is transported to a developing area that is a portion facing the image carrier and developed with a magnetic brush made of a two-component developer. . In the two-component developing device, since charging is performed by stirring and mixing the magnetic carrier and the toner, the chargeability of the toner is stabilized, and a relatively stable good image can be obtained. However, there is a drawback that the mixing ratio of the toner and the magnetic carrier fluctuates because the toner concentration fluctuates due to carrier deterioration or the consumption of toner in the developer. In order to suppress the fluctuation of the mixing ratio of the toner and the magnetic carrier, it is necessary to provide a toner concentration control device and replenish the toner as necessary to suppress the fluctuation.
On the other hand, the one-component developing device carries out development by transporting the toner carried on the surface of the developer carrying member to the development area. Unlike the two-component developing device, it does not have the disadvantage of having a carrier deterioration or toner concentration control device, but has the disadvantage that the charging property is difficult to stabilize.
また、二成分現像装置を使用している場合、現像剤の摩擦帯電量が環境・ランニング条件・機械条件・センサバラツキによって変動する。この帯電量変化を、光学センサを用いてパターンの付着量が一定になるように制御すると、帯電量が概ね一定となる代わりにトナー濃度が変動してしまう。特に、低温湿、キャリアの帯電量の変動によってトナー濃度がある値以上に上昇すると、キャリアの被覆率には限界があるため、補給されたトナーを摩擦帯電させるキャリア上のサイトが減り、帯電不良トナーが発生し、トナー飛散、地肌汚れなどを発生させる。逆に、現像剤の帯電量が低下した場合、パターン付着量一定制御をすると、トナー濃度が低下し、画像濃度不足・ベタ画像でのキャリア付着を発生させるという問題がある。 When a two-component developing device is used, the triboelectric charge amount of the developer varies depending on the environment, running conditions, mechanical conditions, and sensor variations. If this change in charge amount is controlled using an optical sensor so that the amount of pattern adhesion is constant, the toner concentration will fluctuate instead of the charge amount becoming substantially constant. In particular, if the toner density rises above a certain value due to low-temperature humidity and fluctuations in the charge amount of the carrier, there is a limit to the coverage of the carrier. Toner is generated, causing toner scattering, background dirt, and the like. On the contrary, when the charge amount of the developer is lowered, if the pattern adhesion amount is controlled to be constant, there is a problem that the toner density is lowered and the image density is insufficient and carrier adhesion occurs in a solid image.
この問題を防ぐために、トナー濃度センサの出力値の基準値にリミッターを設け、出力値がある一定の値以下(又は以上)に収まるようにする方法が一般に使われている(例えば、特許文献1、2参照。)。
しかしながら、これら方法によって経時・環境のトナー濃度上昇(低下)をある程度押さえることは可能だが、これらのバラツキ以外に、トナー濃度センサ自体の感度バラツキやセンサの取り付けバラツキがあり、これらがバラツクと、所望の値にトナー濃度のリミッターを効かせることができなくなる。
例えば、特許文献2においては、初期剤装填時のトナー濃度センサの出力値Vtiに合わせて基準値Vrefの上限値VrefH及び下限値VrefLを決定するようにしている。しかしながら、この方法では、制御電圧Vcntが固定であるため、初期剤のトナー濃度を、トナー濃度上限値、又はトナー濃度下限値にした場合、それぞれトナー濃度上限側、又はトナー濃度下限側でのセンサ感度が寝ているところ、すなわちトナー濃度の変化に対しセンサ感度の良くない領域L(図11)を使うことになってしまい、各種のバラツキに対して精度が低くなってしまう。また、前記のようなバラツキを低減できたとしてもトナー濃度でリミッターをかけた場合、そのときの現像剤の帯電レベルによって、画像濃度が異なることがある。
In order to prevent this problem, a method is generally used in which a limiter is provided in the reference value of the output value of the toner density sensor so that the output value falls within a certain value (or above) (for example, Patent Document 1). 2).
However, it is possible to suppress the increase (decrease) in toner density over time and the environment to some extent by these methods, but in addition to these variations, there are variations in sensitivity of the toner concentration sensor itself and variations in sensor mounting. The toner density limiter cannot be applied to this value.
For example, in
また、現像剤によっては画像面積(単位枚数あたりのトナー消費量)によって、現像剤の帯電レベルが極端に異なるものがある。これは、低画像では、トナー消費量が少ないため、キャリアのコート層を削るモードになるため、コート層表面の帯電不良の領域が削られ、コート層内部の帯電能力が高い面が現れることに原因がある。一方、高画像ではトナー消費量が多いため、キャリアのコート層が削れるより速くコート層に外添剤が蓄積していくことによりキャリア表面の帯電サイトが減り、キャリアの帯電能力が低下することに原因がある。
このような現像剤を画像濃度一定で制御すると、低画像面積でトナー濃度が上昇するため、トナー濃度リミッターを固定値でかけると画像濃度が著しく薄くなる。この状態を続けると、現像剤の帯電が上昇することによって現像剤の流動性が悪化し、トナー濃度誤検知が発生し、さらにトナー濃度低め制御となるような現象が発生することがある。
Some developers have extremely different charge levels depending on the image area (toner consumption per unit number). This is because, in a low image, since the toner consumption is small, it becomes a mode for scraping the carrier coating layer, so that the area of poor charging on the surface of the coating layer is scraped, and a surface with high charging capability inside the coating layer appears. There is a cause. On the other hand, since the toner consumption is high in high images, the charge sites on the carrier surface are reduced by the accumulation of external additives in the coat layer faster than the carrier coat layer is scraped, and the charging ability of the carrier is reduced. There is a cause.
When such a developer is controlled at a constant image density, the toner density increases in a low image area. Therefore, when the toner density limiter is applied at a fixed value, the image density becomes extremely low. If this state continues, the developer's charge increases, the developer's fluidity deteriorates, a toner density error detection occurs, and a phenomenon in which the toner density is lowered may occur.
また、二成分現像装置においては、近年における高画質化の要求に伴いトナー粒子を小粒径化する傾向にあり、これに伴って磁性キャリアも小粒径化する傾向にある。
ところが、磁性キャリアは小粒径になるほど磁化が小さくなり像担持体へのキャリア付着が発生し易い。このキャリア付着には2種類あり、カウンターチャージに起因するエッジ部へのキャリア付着(以下、「エッジ部キャリア付着」と称する。)と、静電誘導に起因する高濃度画像部へのキャリア付着(以下、「ベタ部キャリア付着」と称する。)とがある。
カラー複写機では、ベタ均一性を良くするためにキャリア抵抗を低くしているが、ベタ部キャリア付着は、画像ベタ部の現像ポテンシャルが大きすぎるとキャリアに静電誘導された電荷で画像ベタ部にキャリアが付着してしまう。また、キャリアの抵抗を上げると、静電誘導を低減できるためベタ部キャリア付着を防止できるが、これは上述のエッジ部キャリア付着の防止策と相反する方向にある。
また、ベタ部キャリア付着の防止は、現像ポテンシャル及び地肌ポテンシャルの選定即ち設定電界の調整によってもある程度の低減は可能ではあるが、これらの調整特性は、画像濃度、地汚れに対しても影響が大きいため、キャリア付着のみで決定できないことが多い。
In the two-component developing device, the toner particles tend to be reduced in size in response to the recent demand for higher image quality, and the magnetic carrier tends to be reduced accordingly.
However, the smaller the particle size of the magnetic carrier, the smaller the magnetization and the easier the carrier adheres to the image carrier. There are two types of carrier adhesion, carrier adhesion to the edge portion due to counter charge (hereinafter referred to as “edge portion carrier adhesion”) and carrier adhesion to the high density image portion due to electrostatic induction ( Hereinafter, it is referred to as “solid carrier adhesion”).
In color copiers, the carrier resistance is lowered in order to improve the solid uniformity, but the solid carrier adhesion is caused by the electrostatic charge induced in the carrier when the development potential of the solid image portion is too large. The carrier adheres to the surface. Further, when the resistance of the carrier is increased, electrostatic induction can be reduced and thus the solid part carrier adhesion can be prevented. However, this is in a direction contrary to the above-described countermeasure for preventing the edge part carrier adhesion.
In addition, the prevention of solid carrier adhesion can be reduced to some extent by selecting the development potential and background potential, that is, adjusting the set electric field, but these adjustment characteristics also have an effect on image density and background contamination. Since it is large, it cannot often be determined only by carrier adhesion.
さらに、近年の機械の小型化の要求に伴い、像担持体としての感光体ドラムのドラム径や現像剤担持体としての現像スリ−ブのスリ−ブ径を小径化する傾向にある。このドラム径やスリ−ブ径の小径化に伴い、現像領域下流(出口側)での磁気ブラシ穂先のキャリアに対する磁気拘束力が小さくなることからも、キャリア付着が発生しやすくなる。 Furthermore, along with the recent demand for miniaturization of machines, there is a tendency to reduce the drum diameter of the photosensitive drum as the image carrier and the sleeve diameter of the development sleeve as the developer carrier. As the drum diameter and the sleeve diameter are reduced, the magnetic binding force on the carrier of the magnetic brush tip downstream of the development region (exit side) is reduced, and thus carrier adhesion is likely to occur.
ここで、ベタキャリア付着の発生に関しては、次のような傾向がある。
・現像ポテンシャルが大きいほど生じやすい。
・トナー濃度が低いほど生じやすい。
・地肌ポテンシャルが大きいほど生じ。
・キャリア抵抗が低いほど生じやすい。
・キャリア飽和磁化が低いほど生じやすい。
・現像主極、P2極(主極のすぐ下流の極)の磁力が小さいほど生じやすい。
・現像主極とP2極の合成磁力が小さいほど生じやすい。
・現像主極とP2極の磁束密度が同じでも、両極の距離が離れていると生じやすい。
Here, the occurrence of solid carrier adhesion has the following tendency.
・ The larger the development potential, the more likely it is.
-It is more likely to occur as the toner concentration is lower.
・ It occurs as the background potential increases.
・ The lower the carrier resistance, the more likely it is.
-The lower the carrier saturation magnetization, the more likely it is.
-The smaller the magnetic force of the development main pole and P2 pole (the pole immediately downstream of the main pole), the more likely it is.
-The smaller the combined magnetic force between the development main pole and the P2 pole, the more likely it is.
・ Even if the main magnetic flux density is the same as that of the P2 pole, it tends to occur if the distance between the two poles is long.
ベタのキャリア付着はトナー濃度が低いと非常に悪化するため、高画像面積プリント時に帯電が低下するような現像剤では、ベタキャリア付着が厳しくなってしまう。また、低画像面積でキャリアのコート層が削れる場合にも抵抗が低下し、さらに厳しくなる。
これを防ぐために、従来からトナー濃度下限リミッターを設けて、ある値以下にトナー濃度が低下しないような装置が提案されてきた(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながら、特許文献3の方法では、トナー濃度下限リミッターは固定値であるため低画像面積が続いてキャリアの抵抗が低くなり、その後に高画像面積が続いてトナー濃度が低下した場合と、もともと高画像面積が続いてキャリアの抵抗が高いままでトナー濃度が低下した場合と、同じトナー濃度でリミッターをかけてしまう。そのため、ベタキャリア付着に余裕を持たせるトナー濃度(TC)高めリミッターに設定すると、高画像が続いた場合には不用なほど高TCでリミッターがかかり、トナー帯電量Q/Mが低下し、トナー飛散などの問題が生じる。
Since solid carrier adhesion is very deteriorated when the toner concentration is low, solid carrier adhesion becomes severe in a developer whose charge is reduced when printing a high image area. Further, when the carrier coat layer can be scraped with a low image area, the resistance is lowered and becomes more severe.
In order to prevent this, conventionally, an apparatus has been proposed in which a toner density lower limiter is provided so that the toner density does not decrease below a certain value (see, for example, Patent Document 3).
However, in the method of
上述の従来技術により、小粒径キャリアでもベタキャリア付着をある程度の許容範囲内に抑えることができるようになったが、低画像面積が続いた場合に固定のトナー濃度上限リミッターを用いたときのトナー帯電量Q/M上昇、低画像面積が続いた場合に固定のトナー濃度下限リミッターを用いたときのベタキャリア付着余裕度低下に関しては、許容限度を超える程度になる不具合が発生した。 With the above-described conventional technology, even with a small particle size carrier, solid carrier adhesion can be suppressed within a certain allowable range. However, when a fixed toner concentration upper limiter is used when a low image area continues. When the toner charge amount Q / M increased and the low image area continued, there was a problem that the solid carrier adhesion margin decreased when the fixed toner concentration lower limiter was used, exceeding the allowable limit.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、低面積画像を連続プリントしても、Q/M上昇、ベタキャリア付着の余裕度を抑制する画像形成装置のトナー濃度制御装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a toner concentration control device for an image forming apparatus that suppresses the Q / M increase and the solid carrier adhesion margin even when a low-area image is continuously printed. This is the issue.
上記課題を達成するための手段として、本発明は以下の特徴を有している。
本発明のトナー濃度制御装置は、像担持体と、像担持体を帯電する帯電装置と、帯電された像担持体を露光して静電潜像を形成する露光装置と、二成分現像剤を用いて静電潜像を現像する現像装置と、現像装置にトナーを補給するトナー補給装置とを具備する画像形成装置に用いられるトナー濃度制御装置であって、像担持体上に基準パターンを作像する基準パターン作像手段と、像担持体上に作像された基準パターンの濃度を検知する基準濃度パターン検知手段と、プリント画像の画像面積を計算する画像面積計算手段と、現像装置内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知装置と、その現像剤のトナー濃度制御を行う上限値及び/又は下限値を有するトナー濃度制御装置において、前記トナー濃度制御装置は、印刷された画像の画像面積の積算値に基づいて、前記トナー濃度制御装置の上限値及び/又は下限値を決定することを特徴とする。
また、本発明のトナー濃度制御装置は、プリント画像の積算値に基づいて、低画像面積が続いた場合には、前記トナー濃度制御装置のトナー濃度の下限値を上げることを特徴とする。
また、本発明のトナー濃度制御装置は、プリント画像の積算値に基づいて、低画像面積が続いた場合には、前記トナー濃度制御装置のトナー濃度の上限値を上げることを特徴とする。
また、本発明のトナー濃度制御装置は、前記トナー濃度制御装置のトナー濃度制御の上限値及び/又は下限値の変更量の総量に限界値を設けていることを特徴とする。
As means for achieving the above object, the present invention has the following features.
The toner density control device of the present invention includes an image carrier, a charging device that charges the image carrier, an exposure device that exposes the charged image carrier to form an electrostatic latent image, and a two-component developer. A toner density control device for use in an image forming apparatus comprising a developing device for developing an electrostatic latent image and a toner replenishing device for replenishing toner to the developing device, wherein a reference pattern is formed on the image carrier. A reference pattern image forming means for image formation, a reference density pattern detection means for detecting the density of the reference pattern formed on the image carrier, an image area calculation means for calculating the image area of the print image, In a toner concentration detection device that detects the toner concentration of a developer and a toner concentration control device that has an upper limit value and / or a lower limit value that controls the toner concentration of the developer, the toner concentration control device includes: Based on the integrated value of the image area, and determines the upper limit value and / or the lower limit of the toner density control apparatus.
Further, the toner density control device of the present invention is characterized in that, based on the integrated value of the print image, when the low image area continues, the lower limit value of the toner density of the toner density control device is increased.
The toner density control device according to the present invention is characterized in that, based on the integrated value of the print image, when the low image area continues, the upper limit value of the toner density of the toner density control device is increased.
The toner density control device of the present invention is characterized in that a limit value is provided for the total amount of change of the upper limit value and / or the lower limit value of the toner density control of the toner density control device.
本発明のトナー濃度制御装置によれば、プリント画像の画像面積の積算値に基づいて、トナー濃度制御装置の上限値及び/又は下限値を決定するようにしたので、低画像面積によって、キャリアの膜削れが進行したり、Q/Mが上昇したりするキャリアでも、最適なトナー濃度制御を行うことでベタキャリア付着やQ/Mが上昇しすぎることを防ぐことが可能となった。
また、本発明のトナー濃度制御装置によれば、プリント画像の積算値に基づいて、低画像面積が続いた場合には、トナー濃度制御装置のトナー濃度の下限値を上げるようにしたので、低画像面積が続いて膜削れが進行して、その後に高画像面積をとってトナー濃度が低下したような場合でも、トナー濃度を下げすぎないことで、ベタキャリア付着を防ぐことが可能になった。
また、本発明のトナー濃度制御装置によれば、プリント画像の積算値に基づいて、低画像面積が続いた場合には、トナー濃度制御装置のトナー濃度の上限値を上げるようにしたので、低画像面積が続いた場合にはトナー濃度上限リミッターを上げるようにしたので、リミッターにかかってQ/Mが上昇しすぎるような現象を低減することが可能となった。
また、本発明のトナー濃度制御装置によれば、トナー濃度制御装置のトナー濃度の上限値及び/又は下限値の変更量の総量には限界値を設けるようにしたので、上述のトナー濃度制御が続いても、補正を最適値にとどめることができた。
According to the toner density control apparatus of the present invention, the upper limit value and / or the lower limit value of the toner density control apparatus is determined based on the integrated value of the image area of the print image. Even for carriers where film scraping progresses or Q / M increases, it is possible to prevent solid carrier adhesion and Q / M from rising excessively by performing optimal toner concentration control.
Further, according to the toner density control device of the present invention, when the low image area continues based on the integrated value of the print image, the lower limit value of the toner density of the toner density control device is increased. Even when the image area continues to be scraped, and then the toner density is lowered by taking a high image area, it is possible to prevent sticking of the solid carrier by not reducing the toner density too much. .
Further, according to the toner density control device of the present invention, when the low image area continues based on the integrated value of the print image, the upper limit value of the toner density of the toner density control device is increased. When the image area continues, the toner density upper limiter is increased, so that it is possible to reduce the phenomenon that the Q / M increases excessively due to the limiter.
Further, according to the toner concentration control apparatus of the present invention, since the total amount of the change amount of the upper limit value and / or lower limit value of the toner density of the toner density control device is set, a limit value is provided. Even after that, the correction could be kept to the optimum value.
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。ただし、これらは一実施形態にすぎず本発明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. However, these are merely embodiments and do not limit the scope of the claims of the present invention.
図1は、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示した図である。画像形成装置100は、帯電装置とクリーニング装置を備えた感光体ユニット1、露光装置104、現像装置である現像ユニット2、転写装置105、定着装置106、給紙搬送装置を備えている。
図2は、本実施形態に係る画像形成装置の転写装置を拡大した図である。転写装置105としては、無端状の転写ベルト105aを支持ローラに架け渡し、転写ベルト105aを介して支持ローラに押し当てて配置する構成にしている。基準濃度パターンセンサ(Pセンサ)121は、転写ベルト105a上に形成された基準パターンの濃度を検知する。
このように構成された画像形成装置100では、回転する感光体5の表面は帯電装置により一様に帯電された後、画像情報に基づいて露光装置104のレ−ザ−光線等を照射され、感光体5上に静電潜像を形成する。感光体5上に形成された静電潜像により帯電したトナーを付着させることでトナー像を形成して可視像化する。一方、転写紙Pは給紙搬送装置により給紙トレイ109より給紙され、次いで感光体5と転写装置105とが対向する転写部に搬送される。そして転写装置105により、転写紙Pに感光体5上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体5上に形成されたトナー像を転写紙Pへ転写する。次いで、転写紙Pは、感光体5から分離され、定着装置106に送られ、トナーを転写紙Pに定着することで画像が得られる。その後、排紙ローラ111により画像形成装置100外の排紙トレイに排出される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an image forming apparatus according to the present embodiment. The
FIG. 2 is an enlarged view of the transfer device of the image forming apparatus according to the present embodiment. The
In the
図3は、本実施形態に係る画像形成装置の感光体ユニットと現像ユニットを拡大して示した図である。像担持体としての感光体5の周辺に、帯電装置4、クリーニング装置3、現像装置としての現像ユニット2等が順に配設されている。
感光体ユニット1は、帯電・クリーニング工程を1つのユニットに収め、各色間で共通の構成となっている。感光体5への帯電は、帯電ローラ4Aにより行われる。帯電ローラ4Aの上部に取り付けられた帯電クリーニングローラ4Bは、帯電ローラ4Aをクリーニングする。感光体5上の未転写トナーは、クリーニングブレ−ド3Cとクリーニングブラシ3Aにより回収され、廃トナー搬送コイル3B側へと送られる。廃トナーは廃トナー搬送コイル3Bより、廃トナー排出口まで搬送されて、図示しない廃トナーボトルにより回収される。
現像ユニット2は、新品時の構成は各色共通になっており、画像形成装置100に装着後、画像形成装置100本体に別に備えられたトナーカートリッジ6から各色のトナーが補給されると、それぞれ独立したユニットになる。トナーが補給された後の現像ユニット2は、互換性がなくなり各色間の入れ替えはできなくなる。各感光体ユニット1と各現像ユニット2は、必要時には、各々のストッパ−を解除することによりユニットごと交換できる構成になっている。
現像ユニット2のトナー濃度は、トナー濃度センサ2Cと、図2の基準濃度パターンセンサ(Pセンサ)121により確認される。トナー濃度センサ2Cは、インダクタンスセンサであり、トナーとキャリアが混合した現像剤の透磁率を測定することで、トナーとキャリアの割合からトナー濃度を検出している。トナー濃度が所定値以下の場合は、トナーカートリッジ6内からトナーが現像ユニット2に補給されるようになっている。
FIG. 3 is an enlarged view of the photosensitive unit and the developing unit of the image forming apparatus according to the present embodiment. A charging device 4, a
The
The
The toner density of the developing
図4は、本実施形態に係る画像形成装置の現像装置の概略構成図である。この現像装置は感光体5の側方に現像ユニット2として配設され、トナー及び磁性キャリアとを含む二成分現像剤(以下、「現像剤」という。)を表面に担持する現像剤担持体としての非磁性の現像ローラ2Dを備えている。この現像ローラ2Dは、現像ケーシングの感光体側に形成された開口部から一部露出するように取り付けられ、図示しない駆動装置により回転する。また、現像ローラ2Dの内部には、磁界発生手段としての固定磁石群からなる図示しないマグネットローラが固定配置されている。また、現像装置は、現像ローラ2Dの現像スリーブ上に担持される現像剤の量を規制する剛体からなる現像剤規制部材としてのドクターブレード2Eを備えている。ドクターブレード2Eに対して、現像ローラ2D回転方向上流側には、現像剤を収容する現像剤収容部が形成され、その現像剤収容部の現像剤を攪拌混合する搬送スクリュー(左)2A、搬送スクリュー(右)2Bが設けられている。また、現像剤収容部の上方に配置されるトナー補給口と、現像剤収容部へ補給されるトナー充填したトナーカートリッジ6と、トナー補給口とトナーカートリッジ6とを接続するトナー送流装置とが設けられている。
上記構成の現像装置においては、搬送スクリュー(左)2A及び搬送スクリュー(右)2Bが回転することにより、現像剤収容部内の現像剤が攪拌され、トナーと磁性キャリアとが互いに逆極性に摩擦帯電される。この現像剤は、回転駆動する現像ローラ2Dの現像スリーブの周面に供給され、供給された現像剤は現像スリーブの周面に担持され、現像スリーブの回転によって、その回転方向に搬送される。次いで、この搬送された現像剤は、ドクターブレード2Eによって量を規制され、規制後の現像剤が感光体5と現像ローラ2Dとが対向する現像領域に運ばれる。この現像領域で現像剤中のトナーが、感光体5表面の静電潜像に静電的に移行し、その静電潜像がトナー像として可視像化される。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the developing device of the image forming apparatus according to the present embodiment. This developing device is provided as a developing
In the developing device having the above-described configuration, the developer in the developer container is agitated by rotating the transport screw (left) 2A and the transport screw (right) 2B, and the toner and the magnetic carrier are triboelectrically charged in opposite polarities. Is done. The developer is supplied to the peripheral surface of the developing sleeve of the developing
次に、トナー濃度制御の実施例を、図5から図10に基づいて説明する。
図5は、トナー濃度制御装置の構成を示した図である。
複写機やプリンターなどの画像形成装置では、画像濃度を維持するために、印刷領域外にトナーのテストパターンを作成し、パターンの付着量を検出することにより付着量が最適になるように画像形成条件を制御する必要があり、特にフルカラー機においては、濃度階調性や色再現性を保つため、高濃度部から低濃度部までを検出する必要がある。
また、高濃度部から低濃度部までを検出する場合、階調を得るために複数のトナー像パターンを作成する必要がある。複数のトナー像パターンの作成方法としては、像担持体上の回転方向に現像バイアスや露光エネルギーを可変して作像し、濃度センサの位置にトナー像パターンが到達したら、順次濃度を検出していく。といった方法が一般的である。この場合検出時間が長くなるため、頻繁に検出を行えず、所定時間や所定プリント枚数間隔で実施する。
Next, an example of toner density control will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the toner concentration control device.
In image forming apparatuses such as copiers and printers, in order to maintain the image density, an image is formed so that the amount of adhesion is optimized by creating a toner test pattern outside the printing area and detecting the amount of pattern adhesion. It is necessary to control the conditions. In particular, in a full color machine, it is necessary to detect a high density portion to a low density portion in order to maintain density gradation and color reproducibility.
Further, when detecting from a high density part to a low density part, it is necessary to create a plurality of toner image patterns in order to obtain gradation. As a method of creating a plurality of toner image patterns, an image is formed by varying the developing bias and exposure energy in the rotation direction on the image carrier, and when the toner image pattern reaches the position of the density sensor, the density is sequentially detected. Go. Such a method is general. In this case, since the detection time becomes long, frequent detection cannot be performed, and the detection is performed at a predetermined time or at a predetermined print number interval.
図6は、画像面積・トナー補給量算出についての実施例のフローチャートである。以下ステップS1からS14により説明する。
(S1)プリント開始:コピーボタンを押下するかPCからプリントデータが送信されたらプリントjobを開始する。
(S2)プリントjobが開始されたらポリゴンモータをONする。ポリゴンモータが定常状態となったら、感光体駆動モータ、現像ローラ駆動モータ、転写ベルト駆動モータ、をONし、帯電バイアス、現像バイアス、転写バイアスがそれぞれ印加される。
(S3)FGATE ON:露光スタンバイとなったら副走査ゲート信号FGATEがONする。
(S4)濃度センサ出力を読み込み:トナー濃度センサ(以後、「Tセンサ」という。)出力を読み込むTセンサは現像の搬送スクリュー部に配置されており、付近の透磁率に比例した値が出力される。透磁率は図11に示すようにトナー/キャリア混合比に反比例した値が出力される。
(S5)FGATE OFF:一枚目の画像部露光が終了すると、FGATEがOFFする。
(S6)画素数読み込み完了:LD制御部にて、露光した画素数をカウントする。
(S7)画素密度判定:600×600dpiであるか1200×1200dpiであるかの解像度を判定する。
(S8)画像面積を算出:画像面積=画素数÷画素密度(600dpiの場合は、6002 ÷2.542 )
(S9)画像面積の積算を算出:n(プリント枚数カウンターからのA4・1枚当たりの面積に換算した枚数)=0からのp(画像面積の積算)を算出する。
(S10)mを計算する:m=p/n
(S11)トナー補給量の算出:トナー補給量=Tセンサ比例係数×(Tセンサ出力値Vti−Tセンサ目標値Vref)+画像面積比例係数×画像面積
ここで、Vrefは、例えば、現像バイアスを変化させて階調を作ったトナー像の反射濃度から現像能力(γ)を計算しその値にある一定の係数を乗じた係数にする。
基本的に、Vti−Vrefが0になるまでトナー補給するor補給しない。
Vrefに電位により上下限値を設ける(VrefH,VrefL)ことで、この値に相当する範囲内のトナー濃度に制御することが可能となる。
(S12)m・トナー補給量を不揮発メモリに記憶する。
(S13)プリントjob終了判定:プリントjobが終了であればモータ類停止動作に入る。Jobが終了でなければ、次のプリントでS3〜S12を繰り返す。
(S14)モータ類停止:以上が終了したら、帯電バイアス、現像バイアス、転写バイアスをOFFし、ポリゴンモータ、感光体駆動モータ、現像ローラ駆動モータ、転写ベルト駆動モータをOFFする。
FIG. 6 is a flowchart of an embodiment regarding the calculation of the image area / toner supply amount. This will be described below with reference to steps S1 to S14.
(S1) Print start: When a copy button is pressed or print data is transmitted from the PC, print job is started.
(S2) When printing job is started, the polygon motor is turned on. When the polygon motor is in a steady state, the photosensitive member driving motor, the developing roller driving motor, and the transfer belt driving motor are turned on, and a charging bias, a developing bias, and a transfer bias are applied.
(S3) FGATE ON: Sub-scanning gate signal FGATE is turned ON when exposure standby is set.
(S4) Reading the density sensor output: The T sensor that reads the output of the toner density sensor (hereinafter referred to as “T sensor”) is disposed in the developing conveying screw section, and outputs a value proportional to the magnetic permeability in the vicinity. The As shown in FIG. 11, the magnetic permeability is a value that is inversely proportional to the toner / carrier mixture ratio.
(S5) FGATE OFF: When the first image portion exposure is completed, FGATE is turned OFF.
(S6) Completion of pixel number reading: The LD control unit counts the number of exposed pixels.
(S7) Pixel density determination: The resolution of 600 × 600 dpi or 1200 × 1200 dpi is determined.
(S8) Image area is calculated: Image area = number of pixels / pixel density (in the case of 600 dpi, 600 2 ÷ 2.54 2 )
(S9) Calculating the integration of the image area: n (A4 from the print number counter / number of sheets converted to the area per sheet) = 0 p (integration of the image area) from 0 is calculated.
(S10) m is calculated: m = p / n
(S11) Calculation of toner replenishment amount: Toner replenishment amount = T sensor proportional coefficient × (T sensor output value Vti−T sensor target value Vref) + image area proportional coefficient × image area where Vref is, for example, the development bias The developing ability (γ) is calculated from the reflection density of the toner image that has been changed to create a gradation, and the value is multiplied by a certain coefficient.
Basically, toner is supplied or not supplied until Vti-Vref becomes 0.
By providing upper and lower limit values for Vref according to the potential (VrefH, VrefL), it is possible to control the toner density within a range corresponding to these values.
(S12) m · Toner replenishment amount is stored in the nonvolatile memory.
(S13) Print job end determination: If the print job ends, the motors stop operation starts. If the job is not completed, S3 to S12 are repeated for the next print.
(S14) Motor stop: When the above is completed, the charging bias, the developing bias, and the transfer bias are turned off, and the polygon motor, the photosensitive member driving motor, the developing roller driving motor, and the transfer belt driving motor are turned off.
図7は、トナー濃度下限値決めについての実施例のフローチャートである。以下、ステップS15からS23により説明する。
(S15)プリントjob開始
(S16)プリント1枚毎に、枚数カウンターnをカウントupする。この実施例では枚数カウンターはA4換算で計算する。(例:A3・1枚の場合n=n+2、A4・3枚の場合、n=n+3)
また、図示されていないが、現像装置交換時にはn=0とする。
(S17)nが(A4相当で)1000枚より少ない場合には、そのままプリントjob終了判断に行く。
(S18)nが1000枚以下の場合には、図6で計算したm(平均画像面積比率=p/n)が1%以下かどうかの判断を行う。m≧1%の場合には、プリントjob終了判断に行く。
(S19)VrefL(トナー濃度下限値)は(図示されていない)現像装置交換時にVrefL=5V設定される。VrefLは補正される毎に小さくなるため、無制限に小さくすると、トナー濃度下限を設ける意味がないため、本実施例では4Vより小さい場合には、それ以上の補正を行わない。
(S20)4Vより大きい場合には、さらにVrefLを−0.2Vして小さくする。
(S21)VrefL補正を行った場合は、枚数カウンターn=0とする。
(S22)VrefL補正を行った場合は、画像面積比率積算カウンターm=0とする。
(S23)プリントjobが終了したところで、VrefL補正も終了とする。
FIG. 7 is a flowchart of an embodiment for determining the toner density lower limit value. Hereinafter, steps S15 to S23 will be described.
(S15) Print job start (S16) The number counter n is counted up for each print. In this embodiment, the number counter is calculated in terms of A4. (Example: n = n + 2 for A3 • 1 and n = n + 3 for A4 • 3)
Although not shown, n = 0 when the developing device is replaced.
(S17) If n is less than 1000 sheets (corresponding to A4), the print job end determination is made as it is.
(S18) If n is 1000 or less, it is determined whether m (average image area ratio = p / n) calculated in FIG. 6 is 1% or less. If m ≧ 1%, the print job end determination is made.
(S19) VrefL (toner density lower limit) is set to VrefL = 5 V when the developing device is replaced (not shown). Since VrefL becomes smaller every time it is corrected, there is no point in providing a lower toner density limit if it is made unlimited, so in this embodiment, if it is smaller than 4V, no further correction is performed.
(S20) If it is greater than 4V, VrefL is further reduced by -0.2V.
(S21) When the VrefL correction is performed, the number counter n = 0.
(S22) When VrefL correction is performed, the image area ratio integration counter m = 0 is set.
(S23) When the print job is finished, the VrefL correction is also finished.
図8は、トナー濃度上限値決めについての実施例のフローチャートである。以下、ステップS24からS32により説明する。
(S24)プリントjob開始
(S25)プリント1枚毎に、枚数カウンターnをカウントupする。この実施例では枚数カウンターはA4換算で計算する。(例:A3・1枚の場合n=n+2、A4・3枚の場合、n=n+3)
また、図示されていないが、現像装置交換時にはn=0とする。
(S26)nが(A4相当で)1000枚より少ない場合には、そのままプリントjob終了判断に行く。
(S27)nが1000枚以下の場合には、図6で計算したm(平均画像面積比率=p/n)が1%以下かどうかの判断を行う。m≧1%の場合には、プリントjob終了判断に行く。
(S28)VrefH(トナー濃度上限値)は(図示されていない)現像装置交換時にVrefH=3V設定される。VrefHは補正される毎に小さくなるため、無制限に小さくすると、トナー濃度上限を設ける意味がないため、本実施例では2Vより小さい場合には、それ以上の補正を行わない。
(S29)2Vより大きい場合には、さらにVrefHを−0.2Vして小さくする。
(S30)VrefH補正を行った場合は、枚数カウンターn=0とする。
(S31)VrefH補正を行った場合は、画像面積比率積算カウンターm=0とする。
(S32)プリントjobが終了したところで、VrefH補正も終了とする。
FIG. 8 is a flowchart of an embodiment for determining the toner density upper limit value. Hereinafter, steps S24 to S32 will be described.
(S24) Print job start (S25) The print counter n is counted up for each print. In this embodiment, the number counter is calculated in terms of A4. (Example: n = n + 2 for A3 • 1 and n = n + 3 for A4 • 3)
Although not shown, n = 0 when the developing device is replaced.
(S26) When n is less than 1000 sheets (corresponding to A4), the print job end determination is made as it is.
(S27) If n is 1000 or less, it is determined whether m (average image area ratio = p / n) calculated in FIG. 6 is 1% or less. If m ≧ 1%, the print job end determination is made.
(S28) VrefH (toner density upper limit value) is set to VrefH = 3V when the developing device is replaced (not shown). Since VrefH becomes smaller every time it is corrected, there is no point in setting an upper limit of toner density if it is made unlimited, so in this embodiment, when it is smaller than 2V, no further correction is performed.
(S29) If it is greater than 2V, VrefH is further reduced by -0.2V.
(S30) When the VrefH correction is performed, the number counter n = 0.
(S31) When VrefH correction is performed, the image area ratio integration counter m = 0 is set.
(S32) When the print job is finished, the VrefH correction is also finished.
図9は、トナー補給実行についての実施例のフローチャートである。以下、ステップS201からS210により説明する。
(S201)プリントjob開始:コピーボタンを押下するかPCから印刷データが送信されたら印刷開始する。
(S202)モータ類起動:印刷が開始されたら、ポリゴンモータをONする。ポリゴンモータが定常状態となったら、感光体駆動モータ、現像ローラ駆動モータ、転写ベルト駆動モータをONし、帯電バイアス、現像バイアス、転写バイアスがそれぞれ印加される。
(S203)FGATE ON:露光スタンバイとなったら、副走査ゲート信号(FGATE)がONする。
(S204)トナー補給量を読み込み
(S205)トナー補給モータのON時間を算出:トナー補給モータのON時間sec=トナー補給量mg/単位時間当たりの補給能力mg/sec
(S206)トナー補給モータをONする
(S207)トナー補給モータのON時間経過
(S208)トナー補給モータをOFFする:S205で計算した時間の間トナー補給モータをONする。補給されたトナーは現像搬送経路内に供給されキャリアと混合されながらマグネットローラ上へ搬送される。
(S209)プリントjob終了判定:印刷が終了であればモータ類停止動作に入る。印刷が終了でなければ、次のプリントでS203〜S208を繰り返す。
(S210)モータ類停止:帯電バイアス、現像バイアス、転写バイアスをOFFし、ポリゴンモータ、感光体駆動モータ、現像ローラ駆動モータ、転写ベルト駆動モータをOFFする。
FIG. 9 is a flowchart of an embodiment regarding execution of toner replenishment. Hereinafter, steps S201 to S210 will be described.
(S201) Start print job: Printing is started when the copy button is pressed or print data is transmitted from the PC.
(S202) Motor activation: When printing is started, the polygon motor is turned on. When the polygon motor is in a steady state, the photosensitive member driving motor, the developing roller driving motor, and the transfer belt driving motor are turned on, and a charging bias, a developing bias, and a transfer bias are applied.
(S203) FGATE ON: When the exposure standby is set, the sub-scanning gate signal (FGATE) is turned ON.
(S204) Toner replenishment amount is read (S205) The toner replenishment motor ON time is calculated: toner replenishment motor ON time sec = toner replenishment amount mg / replenishment capacity mg / sec per unit time
(S206) The toner supply motor is turned on (S207) The toner supply motor has been turned on (S208) The toner supply motor is turned off: The toner supply motor is turned on for the time calculated in S205. The replenished toner is supplied into the developing conveyance path and conveyed onto the magnet roller while being mixed with the carrier.
(S209) Print job end determination: If printing is ended, the motors stop operation is started. If printing is not completed, S203 to S208 are repeated for the next print.
(S210) Motor stop: The charging bias, developing bias, and transfer bias are turned off, and the polygon motor, photosensitive member driving motor, developing roller driving motor, and transfer belt driving motor are turned off.
図10は、トナー濃度制御についての実施例のフローチャートである。以下、ステップS301からS311により説明する。
(S301)モータ類起動:濃度制御は電源投入時や所定枚数プリント後に実施される。濃度制御が実行されたら、ポリゴンモータをONする。ポリゴンモータが定常状態となったら、感光体駆動モータ、現像ローラ駆動モータ、転写ベルト駆動モータ、をONし、帯電バイアス、現像バイアス、転写バイアスがそれぞれ印加される。
(S302)トナー補給量を読み込み
(S303)画像面積を読み込み
(S304)現像モータをONする
(S305)トナー像濃度検知パターン作成開始:濃度検知用トナー像パターンを作成する。濃度検知パターンの作成例として主走査15mm×副走査10mmのパターンを各々間隔5mm空けて各色5個作成する。
(S306)トナー像濃度検知パターンがフォトセンサ位置に到達したか判定
(S307)フォトセンサ出力読み込み
作成したトナー像パターンがセンサの位置に到達したらトナー像濃度を検知する。トナー像濃度は転写ベルトの表面粗さ(正反射率)とトナー像の表面粗さ(正反射率)が異なる性質を持ち、かつトナー像の濃度に相関し、表面粗さ(正反射率)が変化する性質を持つことを利用し、トナー像濃度を類推する。
(S308)画像部作像条件の決定:トナー像濃度が類推されたら、トナー像濃度が適切になるように画像形成条件を決定する。
一例として、トナー像濃度パターンを作成する時に、現像バイアスを可変することで階調を作成し、現像バイアスとトナー像濃度の関係式を得る。この関係式から目標濃度が得られる現像バイアスを算出し画像形成条件とする。また、中間調部、ハイライト部の濃度を適切に保つために階調を露光条件などを可変することにより作成し、中間調部、ハイライト部目標濃度が得られるような露光条件を決定する。又は現像能力(γ)を適正に保つためトナー濃度目標レベルを制御する等の制御でもよい。
(S309)モータ類停止:以上が終了したら、帯電バイアス、現像バイアス、転写バイアスをOFFし、ポリゴンモータ、感光体駆動モータ、現像ローラ駆動モータ、転写ベルト駆動モータをOFFする。
FIG. 10 is a flowchart of an embodiment regarding toner density control. Hereinafter, the steps S301 to S311 will be described.
(S301) Motor start-up: Density control is performed when the power is turned on or after printing a predetermined number of sheets. When density control is executed, the polygon motor is turned on. When the polygon motor is in a steady state, the photosensitive member driving motor, the developing roller driving motor, and the transfer belt driving motor are turned on, and a charging bias, a developing bias, and a transfer bias are applied.
(S302) Toner replenishment amount is read (S303) Image area is read (S304) The development motor is turned on (S305) Toner image density detection pattern creation start: A density detection toner image pattern is created. As an example of creating the density detection pattern, five patterns of 15 mm in the main scanning and 10 mm in the sub-scanning are created at intervals of 5 mm.
(S306) Judgment whether the toner image density detection pattern has reached the position of the photo sensor (S307) Reading the photo sensor output When the created toner image pattern reaches the position of the sensor, the toner image density is detected. The toner image density has the property that the surface roughness (regular reflectance) of the transfer belt and the surface roughness (regular reflectance) of the toner image are different and correlate with the density of the toner image, and the surface roughness (regular reflectance). The toner image density is estimated using the fact that the toner has a property of changing.
(S308) Determination of image portion image forming condition: When the toner image density is estimated, the image forming condition is determined so that the toner image density becomes appropriate.
As an example, when creating a toner image density pattern, gradation is created by varying the development bias, and a relational expression between the development bias and the toner image density is obtained. From this relational expression, a developing bias that obtains the target density is calculated and set as an image forming condition. In addition, in order to keep the density of the halftone part and the highlight part appropriately, the gradation is created by changing the exposure condition and the exposure condition is determined so that the target density of the halftone part and the highlight part can be obtained. . Alternatively, control such as controlling the toner density target level may be used in order to keep the developing ability (γ) appropriate.
(S309) Motor stop: When the above is completed, the charging bias, the developing bias, and the transfer bias are turned off, and the polygon motor, the photosensitive member driving motor, the developing roller driving motor, and the transfer belt driving motor are turned off.
1 感光体ユニット
2 現像ユニット
2A 搬送スクリュー(左)
2B 搬送スクリュー(右)
2C トナー濃度センサ(Tセンサ)
2D 現像ローラ
2E ドクタ−ブレ−ド
3 クリーニング装置
3A クリーニングブラシ
3B 廃トナー搬送コイル
3C クリーニングブレ−ド
4 帯電装置
4A 帯電ローラ
4B 帯電クリーニングローラ
5 感光体
6 トナーカートリッジ
100 画像形成装置
103 手差しトレイ
104 露光装置
105 転写装置
105a 転写ベルト
105b ベルト駆動ローラ
106 定着装置
107 両面ユニット
108 反転ユニット
109 給紙トレイ
109a 分離給紙部
109b レジストローラ対
111 排紙ローラ対
118 廃トナー収容部
121 基準濃度パターンセンサ(Pセンサ)
122 クリーニングブレ−ド
123 クリーニングバイアスローラ
124 排トナー回収コイル
125 バイアスブラシ(各色毎)
126 搬送バックアップローラ(各色毎)
127 スライドレ−ル
128 紙吸着ローラ
P 転写紙
1
2B Conveying screw (right)
2C Toner density sensor (T sensor)
122
126 Conveyance backup roller (each color)
127
Claims (4)
像担持体上に基準パターンを作像する基準パターン作像手段と、像担持体上に作像された基準パターンの濃度を検知する基準濃度パターン検知手段と、プリント画像の画像面積を計算する画像面積計算手段と、現像装置内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知装置と、その現像剤のトナー濃度制御を行う上限値及び/又は下限値を有するトナー濃度制御装置において、
前記トナー濃度制御装置は、印刷された画像の画像面積の積算値に基づいて、前記トナー濃度制御装置の上限値及び/又は下限値を決定する
ことを特徴とするトナー濃度制御装置。 An image carrier, a charging device for charging the image carrier, an exposure device for exposing the charged image carrier to form an electrostatic latent image, and developing the electrostatic latent image using a two-component developer A toner concentration control device used in an image forming apparatus comprising a developing device and a toner replenishing device for replenishing toner to the developing device,
Reference pattern image forming means for forming a reference pattern on the image carrier, reference density pattern detection means for detecting the density of the reference pattern formed on the image carrier, and an image for calculating the image area of the print image In an area calculating means, a toner concentration detecting device for detecting the toner concentration of the developer in the developing device, and a toner concentration control device having an upper limit value and / or a lower limit value for controlling the toner concentration of the developer,
The toner density control apparatus determines an upper limit value and / or a lower limit value of the toner density control apparatus based on an integrated value of an image area of a printed image.
ことを特徴とする請求項1に記載のトナー濃度制御装置。 2. The toner density control device according to claim 1, wherein the toner density control device increases a lower limit value of the toner density of the toner density control device when a low image area continues based on an integrated value of the print image. Toner density control device.
ことを特徴とする請求項1に記載のトナー濃度制御装置。 2. The toner density control device according to claim 1, wherein the toner density control device increases the upper limit value of the toner density of the toner density control device when a low image area continues based on an integrated value of the print image. Toner density control device.
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のトナー濃度制御装置。 4. The toner density control device according to claim 1, wherein a limit value is provided for a total amount of change of the upper limit value and / or the lower limit value of the toner density control of the toner density control device. The toner density control device described.
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