JP2008191177A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】多日数経過後の補給用現像剤が補給されても、経時に応じた現像制御を行なうことにより、かぶり画像や飛散による不良画像の発生を軽減し、適正な画像形成及び適正な画像濃度を持続できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像剤補給容器12に設けられ、補給用現像剤の製造日からの経過時間に関連する情報を記憶する記憶手段30と、経過時間に関連する情報に応じて濃度目標値を決定する決定手段41と、を有し、補給制御手段200は、検知手段109の検知結果と、決定手段41により決定された濃度目標値とにより、現像手段1に対して現像剤補給容器12内の補給用現像剤の補給制御を行う。
【選択図】図2

Description

本発明は、電子写真方式を用いて画像を形成する画像形成装置に関し、特に、複写機、プリンタ、FAX、或いは、これら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置に関する。
近年、プリンタや複写機などの電子写真方式の画像形成装置においては、現像剤(トナー)補給手段として、トナーカートリッジ等の着脱可能なカートリッジが利用されている。印刷画像の品質を保つためには、トナーカートリッジ内部で経時変化していくトナーの状態に対応して、画像形成条件を変更できることが望ましい。
特許文献1には、次の技術が開示されている。つまり、プロセスカートリッジに取り付けたメモリに製造年月日、装着年月日、トナー劣化係数を記憶しておき、梱包状態での劣化度、装着した後の非可動状態劣化度、可動状態劣化度等から品質保証期限を算出する。そして、算出結果を、ディスプレイや外部装置に表示し、使用者や管理者、保守点検作業者に通知する。
また、特許文献2には、次の技術が開示されている。つまり、プロセスカートリッジの放置時間が長いとトナーの帯電量が低下するために設置初期時に高濃度の画像が出力される。その結果、地汚れやオフセットが発生してしまう。一方、放置時間が短すぎるとトナーの帯電量が高くなり過ぎ、特に、設置初期時に適切な画像濃度が出力できない。そのため、カートリッジ放置時間が所定範囲外と判断された場合には、現像電位と帯電電位を変更する制御を実施し、所定の画像濃度を得る。
特開2005−178058号公報 特開2006−251384号公報
上記特許文献1においては、プロセスカートリッジ内部の現像剤に対し、経時劣化に対応した品質保証期限を設け、使用可能な残日数の通知を行なっている。
しかし、単に品質保証期限をユーザーに通知するだけで、積極的に品質保証期限を延ばすための処置、即ち、品質保証期限が過ぎたカートリッジでも正常な画像形成を行なうための処置はなされていない。
また、上記特許文献2においては、特に長期放置によるトナー帯電量の低下に対して、現像電位及び帯電電位の調整により適切な濃度出力を行なっている。
しかし、最近の検討から、長期間放置後のトナーは帯電量が低いだけでなく、その低い帯電量のために静電的な拘束力を受け難いことが分かっている。そのために、感光ドラム上の非潜像領域に画像形成が行われ、所謂、かぶり画像を発生したり、画像形成装置内にトナーが飛散してボタ落ち等の画像不良を発生したりする。
つまり、上記の対応だけでは、長期放置トナー使用時に適正な濃度で画像形成を行なうことはできても、トナーの帯電量を高めることはできず、かぶりや飛散による画像不良発生を防止しきれていないという課題があった。
従って、多年数経過後のトナーを用いて正常な画像形成を継続するためには、経時劣化が少ないトナーが補給される場合とは別の画像形成制御を行う必要があるだけでなく、トナー帯電量を高めるための措置が必要である。
そこで、本発明の目的は、多日数経過後の補給用現像剤が補給されても、経時に応じた現像制御を行なうことにより、かぶり画像や飛散による不良画像の発生を軽減し、適正な画像形成及び適正な画像濃度を持続できる画像形成装置を提供することである。
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明の一態様によれば、
静電像が形成される像担持体と、
トナーとキャリアを含む現像剤を収容し、前記静電像を現像する現像手段と、
トナーを含む補給用現像剤を収容し、画像形成装置本体に対して着脱可能な現像剤補給容器と、
前記現像手段内の現像剤のトナー濃度を検知する検知手段と、
該検知手段の検知結果と、濃度目標値とにより、前記現像手段に対して前記現像剤補給容器内の前記補給用現像剤の補給制御を行う補給制御手段と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤補給容器に設けられ、前記補給用現像剤の製造日からの経過時間に関連する情報を記憶する記憶手段と、
前記経過時間に関連する情報に応じて前記濃度目標値を決定する決定手段と、
を有し、
前記補給制御手段は、前記検知手段の検知結果と、前記決定手段により決定された前記濃度目標値とにより、前記現像手段に対して前記現像剤補給容器内の前記補給用現像剤の補給制御を行うことを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明の他の態様によれば、
静電像が形成される像担持体と、
トナーとキャリアを含む現像剤を収容し、前記静電像を現像する現像手段と、
トナーを含む補給用現像剤を収容し、画像形成装置本体に対して着脱可能な現像剤補給容器と、
前記現像手段内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
形成された基準トナー像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
所定の上下限値の範囲内において、前記画像濃度検知手段の検知結果に基づいて濃度目標値を決定する決定手段と、
前記トナー濃度検知手段の検知結果と、前記濃度目標値とにより、前記現像手段に対して前記現像剤補給容器内の前記補給用現像剤の補給制御を行う補給制御手段と、
を有する画像形成装置において、
前記現像剤補給容器に設けられ、前記補給用現像剤の製造日からの経過時間に関連する情報を記憶する記憶手段を有し、
前記決定手段は、前記経過時間に関連する情報に応じて前記上下限値を決定し、
前記補給制御手段は、前記検知手段の検知結果と、前記決定手段により決定された前記濃度目標値とにより、前記現像手段に対して前記現像剤補給容器内の前記補給用現像剤の補給制御を行うことを特徴とする画像形成装置が提供される。
本発明によれば、製造後長時間経過後の補給用現像剤が補給されても、経時に応じた補給制御を行なうことにより、かぶり画像や飛散による不良画像の発生を軽減し、適正な画像形成を持続することができる。
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
実施例1
図1は、本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。本実施例にて画像形成装置は、タンデム型直接転写方式のカラー画像形成装置とされる。ただし、本発明は、斯かる画像形成装置に限定されるものではなく、種々の構成の画像形成装置に適用し得る。
本実施例にて、画像形成装置100は、画像形成装置本体100A内に、無端ベルト状の転写材担持体(以下、「転写ベルト」という。)21が設置されている。転写ベルト21は、複数個の、本実施例では、駆動ローラ20a及び従動ローラ20b、20cの三つの張架ローラ20(20a、20b、20c)に架け回され、矢印方向に回動自在とされる。転写ベルト21は矢印方向に回動して、転写ベルト21上に担持した転写材Sを搬送する。
転写ベルト21に沿って、第1、第2、第3、第4の画像形成部P(Pa、Pb、Pc、Pd)が並設され、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像が潜像、現像、転写のプロセスを経て形成される。
画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdは、それぞれ専用の像担持体としてのドラム状の電子写真感光体(以下、「感光ドラム」という。)3(3a、3b、3c、3d)を具備し、各感光ドラム3a、3b、3c、3d上に各色のトナー像が形成される。
各感光ドラム3a、3b、3c、3dに隣接して転写ベルト21が設置され、感光ドラム3a、3b、3c、3d上に形成された各色のトナー像が、転写ベルト21上に担持し搬送される転写材S上に転写される。
更に、各色のトナー像が転写された転写材Sは、分離帯電器23により転写ベルト21から離脱され、定着部9で加熱及び加圧によりトナー像を定着した後、記録画像として装置外に排出される。
本実施例において、各感光ドラム3a、3b、3c、3dは、帯電特性が負帯電性の有機光導電体(OPC)であり、外径30mmとされ、中心支軸を中心に130mm/secのプロセススピード(周速度)にて、図1中の時計方向に回転駆動される。
各感光ドラム3a、3b、3c、3dの外周には、それぞれ帯電手段としての帯電ローラ2(2a、2b、2c、2d)及び露光手段としてのレーザスキャナユニット6(6a、6b、6c、6d)が配置され、感光ドラム3上に静電像、即ち、静電潜像を形成する。更に、各感光ドラム3a、3b、3c、3dの外周には、感光ドラム3上の静電潜像を現像して可視化するための現像手段としての現像器1(1a、1b、1c、1d)及び転写手段としての転写ローラ5(5a、5b、5c、5d)が配置されている。更に、各感光ドラム3a、3b、3c、3dの外周には、感光ドラムクリーニング手段としてのクリーニング装置4(4a、4b、4c、4d)が設けられている。
また、各感光ドラム3a、3b、3c、3dの上方には、現像器1a、1b、1c、1dに補給用現像剤を補給するための現像剤補給手段としてのトナーカートリッジ11(11a、11b、11c、11d)が配設されている。トナーカートリッジ11a、11b、11c、11dにはそれぞれ記憶手段としてのメモリタグ30(30a、30b、30c、30d)が貼付されている。この記憶手段には、トナーの製造年月日、またはトナーが充填された現像剤補給容器(トナーカートリッジ)の製造年月日、に関連する情報が格納されている。このような情報は、補給用現像剤の製造日から、実際に使用するまでの日時までの、経過時間に関連する情報となる。通常、製造段階においては、トナーを製造してから容器に充填するまでの工程は管理されている。よって、トナーカートリッジの製造日に関連する情報についても、トナーの製造日からの経過時間に関連する情報となる。
各帯電ローラ2a、2b、2c、2dは、帯電部において、それぞれ感光ドラム3a、3b、3c、3dを帯電する。帯電バイアス電圧は、直流電圧(Vdc)と交流電圧(Vac)とを重畳した振動電圧であり、感光ドラム3a、3b、3c、3dの表面は−500V(暗電位Vd)に一様に接触帯電処理される。
各レーザスキャナユニット6a、6b、6c、6dは、光源装置及びポリゴンミラー(不図示)を備えている。光源装置から発せられたレーザー光をポリゴンミラーの回転により走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、fθレンズにより感光ドラム3a、3b、3c、3dの母線上に集光して露光する。これにより、感光ドラム3a、3b、3c、3d上に、リーダー部51か、又は、プリンタ機能により読み込まれた画像信号に応じた電位−200〜−500V(明電位Vl)の潜像が形成される。
各現像器1a、1b、1c、1dには、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの非磁性トナーと磁性キャリア(2成分現像剤)が所定の混合比で混合された現像剤が所定量充填されている。
本実施例において磁性キャリアは、その抵抗は約1013Ω・cmである。また、粒径(体積平均粒径:レーザー回折式粒度分布測定装置HEROS(日本電子製)を用いて、0.5〜350μmの範囲を32対数分割して測定し、体積50%メジアン径をもって体積平均粒径とする)は約40μmである。
非磁性トナーは、ポリエステルを主体とした樹脂に着色料、荷電制御剤などを分散し、粉砕分級することで体積平均粒径9μm程度の粉体としたものである。トナーは、磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。製造直後のトナーの帯電量は、温度23℃、絶対水分量10.6g/m3の環境下では、絶対値にして約30μC/gである(以下、特に注釈などがない場合は、トナーは製造直後のものとする)。
各現像器1a、1b、1c、1dは、それぞれ上記のように、感光ドラム3a、3b、3c、3d上の潜像を現像して、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像として顕像化する。
各転写ローラ5a、5b、5c、5dは、それぞれの画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdの転写部において、感光ドラム3a、3b、3c、3dに所定の押圧力をもって圧接される。転写ローラ5a、5b、5c、5dは、芯金と過塩素酸ナトリウム等のイオン導電性物質を混入したゴム、ウレタンなどの高分子エラストマー材料や高分子フォーム材料などの弾性材料により形成され、体積抵抗値は、1×106Ω・cmである。
上記の各転写部(圧接ニップ部)に所定の制御タイミングにて転写材Sが給送される。転写材Sは、転写材カセット10に収容され、そこから、給紙ローラ25、搬送ローラ26及びレジストローラ27を経て転写ベルト21上に供給される。更に、転写材Sは、転写ベルト21による搬送で感光ドラム3a、3b、3c、3dと対向した転写部に順次送られる。
転写ベルト21は、エンドレス形状にしたものか、あるいは継ぎ目を有しない(シームレス)ベルトが用いられている。駆動ローラ20aによりこの転写ベルト21が回転し、転写材Sがレジストローラ27から転写ベルト21に送り出され、転写材Sが第1画像形成部Paの転写部へ向けて搬送される。
これと同時に画像書き出し信号がオンとなり、それを基準としてあるタイミングで第1画像形成部Paの感光ドラム3aに対し画像形成を行う。そして、感光ドラム3aの転写部で転写ローラ5aが電界又は電荷を付与することにより、感光ドラム3a上に形成された第1色目(イエロー)のトナー像が転写材S上に転写される。この転写により転写材Sは転写ベルト21上に静電吸着力でしっかりと保持され、第2画像形成部Pb以降に搬送される。
第2〜第4画像形成部Pb〜Pdにおいても第1画像形成部Paと同様に画像形成及び転写が行われる。
次いで、4色のトナー像を転写された転写材Sは、転写ベルト21の搬送方向下流部で分離帯電器23により除電して静電吸着力を減衰させることによって、転写ベルト21の末端から離脱する。
また、転写材Sの転写ベルト21からの離脱位置から転写ベルト進行方向下流には、転写ベルト21表面に付着したかぶりトナーや飛散トナー等をクリーニングする転写ベルトクリーニングブレード22が常時転写ベルト21に当接されている。
そして、離脱した転写材Sは、定着部9に搬送され、定着によりトナー像の混色及び転写材Sへの固定が行われ、フルカラーのコピー画像に形成され、排紙トレイ24に排出される。
一方、感光ドラム3a、3b、3c、3d上に残留したトナーは、ファーブラシ、ブレード手段等の感光ドラムクリーニング装置4a、4b、4c、4dにより清掃される。転写ベルト21上に付着したトナーは、転写ベルトクリーニングブレード22によって清掃される。
図2は、本実施例の画像形成装置における、補給制御手段を構成する制御系200の概略構成を示したブロック図である。
本実施例においては、画像形成部P(Pa、Pb、Pc、Pd)には、それぞれ画像形成部タグ31(31a、31b、31c、31d)が貼付される。本実施例では、画像形成部タグ31は、各現像器1に設けられる。また、それぞれの画像形成部P(Pa、Pb、Pc、Pd)に対応して設けられたトナーカートリッジ11(11a、11b、11c、11d)には、上述のように、それぞれトナーカートリッジタグ30(30a、30b、30c、30d)が貼付されている。
通信部40は、トナーカートリッジのタグ30と通信し、トナー製造年月日(またはトナーカートリッジの製造年月日)などの情報の入出力を行う。制御部41は、演算機能を備えたハードウェアとその演算動作を規定するソフトウェアを備え、通信部40、時間管理部42及び記憶部43からの情報の処理や、画像形成部Pa、Pb、Pc、Pdの動作制御を行う。また、制御部41は、後述するように、前記タグ30からのトナー製造年月日などの情報に応じて濃度目標値を決定する決定手段としても機能する。時間管理部42はカレンダー機能を備え、現在の年月日や時刻を出力する。記憶部43は、半導体メモリやハードディスク等によって構成され、転写電圧制御における目標電流値の環境テーブル等の各種データやプログラムを記憶する。
次に、本実施例の画像形成装置における画像形成部を構成する部材(即ち、プロセス手段)及びその構成について説明する。図3は、現像器1とトナーカートリッジ11を長手方向から垂直に見た構成図であり、図4は、現像器1を長手方向に平行に見た構成図である。
現像器1は、トナーと磁性キャリアを含む現像剤Tを収納した現像容器101を備え、現像容器101には、感光ドラム3に対向した開口部101Aに、現像剤を感光ドラム3へと担持し搬送する現像剤担持体102が回転自在に配置されている。現像剤担持体102上の単位面積当たりの現像剤量は、現像剤規制ブレード103により規制される。
また、現像容器101内には、隔壁104にて仕切られた現像剤供給室105と現像剤攪拌室106とが設けられる。現像剤供給室105には、現像剤を現像剤担持体102に供給する現像剤供給スクリュー107が配置される。また、現像剤撹拌室106には、現像剤を現像剤供給室105に送ると同時に、現像剤と補給トナーとを攪拌する現像剤攪拌スクリュー108が配置されている。
また、現像容器101には、現像器1の壁面を貫通し、本実施例では、現像剤撹拌室106の外壁を貫通し、且つ、現像剤が外に漏れ出ないよう周辺が壁面に密着している、トナー濃度検知手段であるTD比検知手段109が設置されている。TD比とは、現像剤のトナー(T)とキャリア(C)の混合比T/D比(D=T+C)であり、現像剤中のトナー濃度である。
補給用現像剤の補給手段としてのトナーカートリッジ11は、補給用現像剤Tsを収容した現像剤補給容器12を備え、現像剤補給容器12には搬送スクリュー13が設置され、補給口14を介して、補給用現像剤Tsを上記現像剤撹拌室106に供給する。補給用現像剤Tsは、トナーのみとすることもでき、場合によっては、磁性キャリアをも含むことができる。以下、補給用現像剤Tsを、単に「補給トナーTs」という。
現像剤補給容器12は、上述のように、補給トナーTsの製造日などの情報を本体の通信部40に出力するタグ30を有している。
ここで、現像剤担持体102は、非磁性の現像スリーブ102aと、その内部に固定された磁界発生手段、即ち、磁極102bとを有している。従って、本実施例によれば、磁界発生手段102bによる磁界によって現像スリーブ102aの表面に現像剤Tを付着し、矢印方向に回転することによって現像剤Tを搬送する。
現像剤規制ブレード103によって現像剤担持体表面における単位面積当たりの量が適量に規制された現像剤Tは、現像剤担持体102の回転によりやがて静電潜像を表面に保持できる感光ドラム3との対向部(即ち、現像領域)Aへと搬送される。
現像領域Aへと搬送された現像剤T中のトナーは、静電潜像電位と現像バイアスとの電位差によって電気力を受け、現像剤担持体102から感光ドラム3に向かって飛翔する。飛翔したトナーは、現像バイアスの交流成分によって現像剤担持体102と感光ドラム3との間を往復する。このような往復運動をしながら、負極性の電荷をもつトナーは、現像剤担持体102にかかる電位Vdevと潜像電位との電位差に従って移動する。暗電位Vd部ではトナーが現像剤担持体102上に戻り、明電位Vl部では電位に応じたトナーが感光ドラム3上に付着する。
現像剤供給スクリュー107は、現像剤供給室105にあり、現像剤Tを現像剤担持体102に供給する一方、現像剤担持体102から引き剥がされた現像剤Tを再び現像剤攪拌室106に送り込んでいる。
つまり、図4にて、現像器1内の現像剤Tは、現像剤供給スクリュー107により現像剤供給室105内を矢印方向に搬送され、次いで、隔壁104に設けた連通口104Aを通って現像剤撹拌室106に送られる。
現像剤撹拌室106内の現像剤Tは、現像剤撹拌スクリュー108により、上記現像剤供給室105内の現像剤とは反対の矢印方向に搬送され、隔壁104に設けた連通口104Bを通って現像剤供給室105へと循環される。
このように、現像剤攪拌スクリュー108は、現像剤Tを現像剤供給室105に送り出す一方で、現像剤供給室105を横断して送り返されてきた現像剤Tと補給トナーTsとを攪拌する。
TD比検知手段109は、上述のように、現像剤攪拌スクリュー106を格納する現像剤攪拌室106の壁面を貫通し、かつ現像剤が外に漏れ出ないよう周辺が現像器壁面に密着して設置されている。
また、攪拌スクリュー108において現像剤Tが流れる方向にとって補給口14よりも上流に位置してTD比検知手段109を設け、画像形成装置立上げ時や、一枚の画像形成時等にトリガとしてTD比の検知を行なう。
本実施例においては、TD比検知手段109として透磁率の変化を読み取ることでTD比を検知できる透磁率センサを使用した。TD比検知手段109によって検出されたTD比を元に補給トナーTsの補給を行なう手順は、後に詳述する。
上述のように、補給口14は、現像器1の上方に位置しており、トナーカートリッジ11から送り出された補給トナーTsが攪拌スクリュー108上に落ちるように規制する。
本実施例における現像剤Tは、非磁性トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤である。非磁性トナーは、現像剤供給室105及び現像剤攪拌室106の中で磁性キャリアと摩擦帯電することによってマイナスに帯電し、現像剤担持体102上からクーロン力によって感光ドラム3に現像される。
本実施例における現像器内の初期現像剤に占めるトナーの割合、即ち、TD比は8%(重量%)とし、現像器内の現像剤量は約190[g]である。
ここで、本発明における課題の原因となったトナーの経時劣化について詳しく説明する。
図5は、経時劣化を示す模式図である。トナーは、キャリアとの摩擦帯電により帯電する。新しいトナーとキャリアとを、温度23℃、絶対水分量10.6g/m3の環境下で、TD比8.0[%]として、現像器1に入れて60秒間摩擦帯電を行なった。その時、経時劣化は、経時日数がほぼ0日のトナー帯電量絶対値は約30[μC/g]である。これに対し、経時日数が3000日を過ぎたトナー帯電量絶対値は約15[μC/g]である。すなわち、経時劣化によりトナー帯電量が半分程度に低下してしまう。この時の、トナー帯電量値は、ホソカワミクロン(株)製E−spart Analyzerで測定を行なった。
経時によってトナー帯電量が低下する具体的なメカニズムはよく分かっていないが、考えられる原因としては次の通りであると思われる。
つまり、外添剤やトナー自身の酸化による帯電性能劣化や、トナー内部のワックス成分がトナー表面に析出してくることによる外添剤埋没、又は、使用時におけるキャリアへのスペント量増加等が挙げられる。
また、トナー帯電量が低下すると、現像剤担持体と感光ドラム間において、静電気的にトナーを現像剤担持体側へ拘束する力が弱まるために感光ドラム上の非潜像部分に画像が形成され、所謂、かぶり画像が生じてしまうことがある。
本発明者らの知見では、トナー帯電量絶対値が約10[μC/g]よりも小さくなると、飛散量が増大し、かぶり画像も発生し易くなることが確認されている。また、トナー帯電量絶対値が約20[μC/g]程度に維持できるのがかぶり画像や飛散の防止、延いては、出力画像の濃度安定のためには望ましい。
そこで、本発明では以下に述べるように、トナーカートリッジ内のトナーの経時日数を読み出し、基準経過時間との対比において、経時係数kを求め、その値に応じてTD比目標値を決定する。この動作を行なうことでトナー帯電量を適正に保ち、課題を達成させる。その詳細は下記の通りである。
本実施例においては、経時劣化に対応したTD比制御を行なうために、図6のように、トナーの経時日数に対応する経時係数k、及び、図7のように使用枚数(画像形成枚数)に応じて得られるTD比目標値の変動分ΔTD比値(△T)を有している。画像形成を続けて行なうと、現像器内のトナーの帯電量は、画像形成枚数に応じて変化する。そこで、画像形成を続けて行った際、現像器におけるトナーの帯電量を略一定とするのは、枚数に応じて、補給制御の際の濃度目標値の変更を行なえば良い。図7は、画像形成を続けて行った際、現像器におけるトナーの帯電量を略一定とし続けることが可能となる、濃度目標値の変動量(ΔT)を表した図である。
経時係数kは、トナーの経時t日に対して、k=0からk=1まで変化し、本実施例では、
k=0 (0≦t<500)
k=0.0004×(t−500) (500≦t<3000)
k=1 (t≧3000)
と設定している。
そして、このkと上述したΔTとを用いて、実際のTD比制御に用いられるTD比目標値Ttgtは、下式のように表される。
Ttgt=Tref−k×ΔT ・・・・・(1)
ここで、Trefは、経時日数が、基準経過時間、例えば、500日未満(即ち、実質的に劣化していない新品と理解し得る経時日数)の補給用トナーを使用した時の使用枚数に応じて得られるTD比目標値であり、図8に示した。Trefの分布も、現像器を作動させ、実際に使用した時におけるトナー帯電量の推移を元に求められた値である。
また、図8には、上記式(1)に基づいて、1500日、3000日経過後のトナーを使用した場合のTD比目標値の推移も記載した。経時1500日、経時3000日の場合とも、Trefに比べて使用初期からTD比の目標値を大幅に下げ、以後TD比目標値を低く推移させたまま画像形成を行なうことで、多枚数の画像形成を通じてトナーの帯電量を維持している。
図9は、3000日経過後の補給用トナーを使用した際に、上記の制御を行なった場合(制御ON)と、上記制御を行なわなかった場合(制御OFF)の80000枚使用時までのトナー帯電量推移を表す。
本実施例に従って制御を行なった場合では、長期放置によるトナーの帯電能力低下に応じてTD比が下げられているため、初期から80000枚使用後までトナー帯電量の絶対値が比較的大きく、かつ使用につれてのトナー帯電量低下も少ない。このため、かぶり画像は発生せず、トナー飛散量も少ない。
一方、制御を行なわなかった場合には、長期放置によってトナーの帯電能力が低下しているにも関わらずTD比が下げられていないため、初期からトナー帯電量の絶対値が小さく、使用につれてトナー帯電量の低下が大きい。このため、制御を行なわない場合では、かぶり画像が発生し易く、トナー飛散量も多い。従って、制御を行なわなかった場合には、継続的に良好な画像を出力することは困難である。
この結果は、経時係数kが勾配を有する経時日数500日から3000日未満までの間の一例として、1500日経過後のトナー帯電量においても同様である。ただし、経時日数1500日の場合では、3000日に比べてトナー帯電能力低下が小さいため、経時係数kの値が経時日数3000日の場合より小さくても、多枚数の画像形成を通じてトナー帯電量絶対値を約20[μC/g]に維持することが可能である。
経時係数kの推移は、このように1500日、3000日等の定点でトナー帯電量を維持するために必要なTD比測定を行なうことにより決定された。この際、TD比を制御することによって、トナー帯電量が適正範囲に維持されることにより、画像濃度も一定の範囲内に保って画像形成を継続できる。本実施例においては、画像濃度を安定させるための付加手段として感光ドラム上の露光電位に対する現像バイアスを調節してもよい。
ここで、トナーカートリッジ11は、トナー搬送スクリュー13及びタグ30を有し、上記制御部41が指定するスクリューの駆動を行なうことによって現像器1にトナーの補給を行なう。
タグ30については図10を用いて、その利用する過程を説明する。
図10は、トナーカートリッジ11及びそのメモリタグ30を利用する過程を示したフローチャートである。
先ず、このトナーカートリッジ11が製造された段階で、タグ30のメモリには製造年月日や搬送スクリュー13の初期回転数に関する情報が記憶される(S1)。その後、トナーカートリッジ11は、密封梱包等がなされて、製品として出荷される(S2)。
画像形成装置のユーザー、又は、画像形成装置の整備管理者は、新たなトナーカートリッジ11を使用する際に、トナーカートリッジ11の梱包を開封し、画像形成装置に装着する(S3)。
このとき、画像形成装置本体100Aの電源がONの場合には、カートリッジ11を交換する際に必ず開閉動作を行なうドアが閉じたことをトリガとして(S5)、タグ30のメモリから画像形成装置の通信部40へ補給トナーの製造年月日を出力する(S6)。
本体電源がOFFの時には、電源ON後の本体立上げをトリガとしてタグ30のメモリから画像形成装置の通信部40へ補給トナーの製造年月日を出力する(S6)。この本体電源ON時には、その前に新しいトナーカートリッジ11が装着されたか否かに関わらず、必ず本体立上げをトリガとしてタグ30のメモリから画像形成装置の通信部40へ補給トナーの製造年月日を出力する。
このようにして通信部40へ出力された補給トナー製造年月日の情報と、時間管理部42に格納されている現在の年月日の情報とを用いて、制御部41にて補給トナーの経時日数が算出される。
この時、同様に現像器1のタグ31から画像形成装置本体100Aの通信部40に出力された使用枚数等の現像器1の使用枚数情報や、現像器1が有するTD比検知手段109から出力された現TD比値が制御部41へと送られる。そして、補給トナーの経時状態と現時点の使用枚数情報から、制御部41を介して、前述したTD比制御目標値(Ttgt)と、現像器1が有するTD比検知手段109から出力された現TD比値との差分に応じてトナー補給が行われる。
トナー補給は、補給すべきトナー量に応じてトナーカートリッジ11の搬送スクリュー11の回転駆動時間が制御部41で算出され、上記時間だけ補給トナー用のモータを駆動させることによって実現される。
このように、本実施例によると、制御部41にて構成される決定手段は、補給トナーの経過時間が基準経過時間よりも短い場合に決定される濃度目標値よりも、経過時間が基準経過時間よりも長い場合に決定される濃度目標値の方が小さくなるように、濃度目標値の決定を行なう。つまり、経時日数の多い補給トナーが使用されても、経時係数kに基づいて、図8のようにTD比目標値を下げることによって、多数枚使用時においても、現像剤の帯電量を一定水準以上に保つことができ、かぶり画像や飛散による不良画像を防止することができる。
実施例2
以下に、本発明に係る画像形成装置の第二の実施例について説明する。
本実施例は、実施例1の画像形成装置において、TD比制御目標値として上下限値を有する場合である。画像形成装置や現像装置の概要構成は上述した実施例1と同じである。
本実施例におけるトナー補給量決定手段としては、実施例1で述べた透磁率センサによるTD比検知手段109に加えてパッチ濃度センサ110を使用する。
パッチ濃度センサ110は、透磁率センサ109によるTD比制御を補助すること、及び画像濃度を適正に保つことを目的として使用される。本実施例では、光反射型濃度センサを用いた。
一例として、感光ドラム3上の現像コントラスト電圧が一定でも、トナーの帯電量により、形成される画像の濃度は変わってしまうことがある。そのため、透磁率センサ109により、予め決められたTD比目標値によりTD比を制御するだけでは形成された画像の濃度を安定して保つことはできない。
そこで、パッチ濃度センサ110は、所定枚数の通紙や本体立上げ時等をトリガとして、図1における転写ベルト21上にパッチ画像を描く。基準濃度に対して、検知濃度が濃すぎる場合には、TD比が高すぎてトナー帯電量が低くなっており、その結果濃度が濃すぎるものと判断する。そして、制御部41を介してその濃度差に対応する補給量テーブルを記憶部43から読み出し、再度制御部41を介して透磁率センサ109のTD比目標値を決定する。
制御部41は、透磁率センサ109が実際に検知したTD比と、そのTD比目標値の差分に基づいて、トナーカートリッジ11の補給時間を決定し、補給量制御を行う。
しかし、常にパッチ濃度値だけがTD比目標値を決めていたのでは、例えば経時劣化の少ないトナーで、かつ使用枚数も少ない現像器を用いた場合では、トナー帯電量が高いためにパッチ濃度が出にくい。そのため、結果としてTD比を上昇させすぎて、本体不使用期間を経た後などに、かぶりや飛散が発生し易い。一方で使用枚数が多い場合では、TD比が下がりすぎて、感光ドラムへのキャリア付着等の問題が発生し易い。
そこで、透磁率センサ109が指定するTD比にも上下限値が必要である。パッチ濃度センサ110が指定するTD比が、透磁率センサ109が持つ上下限値を越えた場合には、透磁率センサ109の上下限値を優先的にTD比制御に使用することによって、前述の画像不良を防止できる。
また、本実施例においては、透磁率センサの上下限値がパッチ濃度センサの結果よりも優先して、かつ画像濃度が所定の範囲内に収まらない場合には、付加手段として感光ドラム上の露光電位に対する現像バイアスを調節して画像濃度の適正化を行なってもよい。
また、このTD比上下限値も、経時劣化の度合いに応じて変化させなければ、かぶり画像や飛散による不良画像発生を防止できず、また画像濃度も一定範囲内に収めることができない。
そこで、本実施例では以下に述べるように、トナーカートリッジ内の補給用トナーの経時日数を読み出し、経時定数kを求め、その値に応じてTD比目標値を決定するという動作を行なうことでトナー帯電量を適正に保ち、課題を達成させる。その詳細は下記の通りである。
補給用トナーの経時日数に対応する経時係数kは、実施例1と共通である。つまり、
経時係数kは、トナーの経時t日に対して、k=0からk=1まで変化し、本実施例では、
k=0 (0≦t<500)
k=0.0004×(t−500) (500≦t<3000)
k=1 (t≧3000)
と設定している。
図11には使用枚数に応じたTD比上限値用ΔTD比値ΔTt、及びTD比下限値用ΔTD比値ΔTbを示す。TD比上限値T1及びTD比上限値T2の計算方法は下記の通りである。
T1=Tref1−k×ΔTt ・・・・・(2)
T2=Tref2−k×ΔTb ・・・・・(3)
ここで、Tref1は新品トナー使用時のTD比上限値、Tref2は新品トナー使用時のTD比下限値であり、図12に示した。新品トナーとは、実施例1と同様に、経時500日未満のトナーをいう。
また、図12には上記式(2)及び(3)に基づいて、3000日経過後の補給用トナーを使用した場合のTD比上限値T1及び下限値T2の推移も記載した。
図13は、3000日経過後の補給用トナーを使用した際に、上記の制御を行なった場合(制御ON)と、制御を行なわなかった場合(制御OFF)の80000枚使用時までのトナー帯電量推移を表す。
制御を行なった場合では、長期放置による補給用トナーの帯電能力低下に応じてTD比が下げられているため、初期から80000枚使用後までトナー帯電量の絶対値が比較的大きく、かつ使用につれてのトナー帯電量低下も少ない。このためかぶり画像は発生せず、トナー飛散量も少ない。
一方、制御を行なわなかった場合には、長期放置によってトナーの帯電能力が低下しているにも関わらずTD比が下げられていないため、初期からトナー帯電量の絶対値が小さく、使用につれてトナー帯電量の低下が大きい。このため、制御を行なわない場合では、かぶり画像が発生し易く、トナー飛散量も多い。従って、制御を行なわなかった場合には、継続的に良好な画像を出力することは困難である。
この結果は、経時係数kが勾配を有する経時日数500日から3000日未満までの間の一例として、1500日経過後のトナー帯電量においても同様である。ただし、経時日数1500日の場合では、3000日に比べてトナー帯電能力低下が小さいため、経時係数kの値が経時日数3000日の場合より小さくても、多枚数の画像形成を通じてトナー帯電量絶対値を約20[μC/g]に維持することが可能である。経時係数kの推移はこのように1500日、3000日等の定点でトナー帯電量を維持するために必要なTD比測定を行なうことにより決定された。
このように、本実施例によると、制御部41にて構成される決定手段は、経過時間に関連する情報によって、補給用現像剤の製造日からの経過時間を算出し、該算出された経過時間に応じて上下限値を決定する。また、決定手段は、経過時間が基準経過時間よりも短い場合に決定される上下限値よりも、経過時間が基準経過時間よりも長い場合に決定される上下限値の方が小さくなるように、上下限値の決定を行なう。すなわち、経時日数の多い補給用トナーが使用されても、経時係数kに基づいて、図12のようにTD比上下限値を下げることによって、多数枚使用時においても、現像剤の帯電量を一定水準以上に保つことができ、かぶり等の不良画像を防止することができる。
上述のように、本発明によれば、多日数経過後の補給用トナーが補給されても、経時に応じたTD比制御を行なうことにより、かぶり画像や飛散による不良画像の発生を軽減し、適正な画像形成を持続することができる。
実施例3
図14に、本発明の他の実施例であるタンデム型中間転写方式のカラー画像形成装置の概略構成を示す。
本実施例にて、画像形成装置100は、実施例1で説明した直接転写方式のカラー画像形成装置と同様の構成とされる。ただ、実施例1の画像形成装置100では、各画像形成部P(Pa、Pb、Pc、Pd)へと転写ベルト21にて搬送される転写材Sに対して、それぞれ感光ドラム3の表面に形成されたトナー画像が順次直接転写されてカラー画像が記録される構成とされているが、本実施例では、転写ベルト21に代えて、ベルト状の中間転写体、即ち、中間転写ベルト21Tが配置された点で相違するのみである。
従って、実施例1の画像形成装置と同じ構成及び機能をなす部材には同じ参照番号を付し、実施例1の説明を援用し、ここでの再度の説明は省略する。
上述のように、実施例1と異なり本実施例では、先ず、中間転写ベルト21Tに対して、それぞれ感光ドラム3の表面に形成されたトナー画像が順次転写されてカラー画像が形成される。次いで、この中間転写ベルト21T上のカラー画像が、記録材カセット10から分離給送された転写材Sに、二次転写手段としての転写ローラ28に電圧印加することによって転写される。
次いで、転写材Sは定着部9へと搬送され、転写材Sに熱及び圧力を印加して、転写トナー像を定着する。その後、この転写材Sを排紙トレイ24へ排出する。
本実施例のような中間転写方式のカラー画像形成装置においても、実施例1、2と同様に、TD比制御を行うことによって、実施例1、2と同様の作用効果を達成し得る。
つまり、本実施例においても、多日数経過後の補給用トナーが補給されても、経時に応じたTD比制御を行なうことにより、かぶり画像や飛散による不良画像の発生を軽減し、適正な画像形成を持続することができる。
また、実施例2と同様に、経時日数の多い補給用トナーが使用されても、経時係数kに基づいて、図12のようにTD比上下限値を下げることによって、多数枚使用時においても、現像剤の帯電量を一定水準以上に保つことができ、かぶり等の不良画像を防止することができる。
本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成図である。 補給用現像剤の補給制御を行う制御手段の概略構成図である。 現像剤補給手段を備えた現像器の一実施例の概略構成図である。 現像器の構成を示す上面図である。 補給用現像剤の経時劣化を説明するための経時日数とトナー帯電量との関係を示す図である。 補給用現像剤の経時日数と経時係数との関係を示す図である。 使用枚数に応じたTD比目標値の変動分(△T)を示す図である。 経時日数の異なる補給用現像剤に対する使用枚数に応じたTD比目標値の推移を示す図である。 本発明に従って制御した場合と、制御しなかった場合のトナー帯電量の推移を示す図である。 現像器に補給用現像剤を補給する際のメモリタグの動作を説明するフロー図である。 使用枚数に応じたTD比上下限値用のTD比目標値の変動分(△Tt、△Tb)を示す図である。 経時日数の異なる補給用現像剤に対する使用枚数に応じたTD比上下限値の推移を示す図である。 本発明に従って制御した場合と、制御しなかった場合のトナー帯電量の推移を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の他の実施例の概略構成図である。
符号の説明
1(1a、1b、1c、1d) 現像器(現像手段)
2(2a、2b、2c、2d) 帯電ローラ(帯電手段)
3(3a、3b、3c、3d) 感光ドラム(像担持体)
4(5a、5b、5c、5d) 転写ローラ(転写手段)
6(6a、6b、6c、6d) 露光装置(露光手段)
11(11a、11b、11c、11d) トナーカートリッジ(現像剤補給手段)
12 現像剤補給容器
13 搬送スクリュー
14 補給口
21 転写ベルト(転写材担持体)
21T 中間転写ベルト(中間転写体)
30(30a、30b、30c、30d) トナーカートリッジタグ(記憶手段)
31(31a、31b、31c、31d) 現像器タグ
40 通信部
41 制御部(決定手段)
42 時間管理部
43 記憶部
101 現像容器
102 現像剤担持体
102a 現像スリーブ
102b 磁極(磁界発生手段)
105 現像剤供給室
106 現像剤撹拌室
107 現像剤供給スクリュー
108 現像剤撹拌スクリュー
109 透磁センサ(TD比検知手段、トナー濃度検知手段)
110 パッチ濃度センサ(画像濃度検知手段)
200 制御系(補給制御手段)
P(Pa、Pb、Pc、Pd) 画像形成部
T 現像剤
Ts 補給用現像剤

Claims (10)

  1. 静電像が形成される像担持体と、
    トナーとキャリアを含む現像剤を収容し、前記静電像を現像する現像手段と、
    トナーを含む補給用現像剤を収容し、画像形成装置本体に対して着脱可能な現像剤補給容器と、
    前記現像手段内の現像剤のトナー濃度を検知する検知手段と、
    該検知手段の検知結果と、濃度目標値とにより、前記現像手段に対して前記現像剤補給容器内の前記補給用現像剤の補給制御を行う補給制御手段と、
    を有する画像形成装置において、
    前記現像剤補給容器に設けられ、前記補給用現像剤の製造日からの経過時間に関連する情報を記憶する記憶手段と、
    前記経過時間に関連する情報に応じて前記濃度目標値を決定する決定手段と、
    を有し、
    前記補給制御手段は、前記検知手段の検知結果と、前記決定手段により決定された前記濃度目標値とにより、前記現像手段に対して前記現像剤補給容器内の前記補給用現像剤の補給制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記決定手段は、前記経過時間に関連する情報によって、前記補給用現像剤の製造日からの経過時間を算出し、該算出された経過時間に応じて前記濃度目標値を決定することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記決定手段は、前記経過時間が基準経過時間よりも短い場合に決定される前記濃度目標値よりも、前記経過時間が前記基準経過時間よりも長い場合に決定される前記濃度目標値の方が小さくなるように、前記濃度目標値の決定を行なうことを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記決定手段は、画像形成枚数に応じて、前記濃度目標値を変更することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかの項に記載の画像形成装置。
  5. 前記記憶手段は、前記補給用現像剤の製造日からの経過時間に関連する情報として、前記現像剤補給容器の製造日に関連する情報を記憶していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかの項に記載の画像形成装置。
  6. 静電像が形成される像担持体と、
    トナーとキャリアを含む現像剤を収容し、前記静電像を現像する現像手段と、
    トナーを含む補給用現像剤を収容し、画像形成装置本体に対して着脱可能な現像剤補給容器と、
    前記現像手段内の現像剤のトナー濃度を検知するトナー濃度検知手段と、
    形成された基準トナー像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
    所定の上下限値の範囲内において、前記画像濃度検知手段の検知結果に基づいて濃度目標値を決定する決定手段と、
    前記トナー濃度検知手段の検知結果と、前記濃度目標値とにより、前記現像手段に対して前記現像剤補給容器内の前記補給用現像剤の補給制御を行う補給制御手段と、
    を有する画像形成装置において、
    前記現像剤補給容器に設けられ、前記補給用現像剤の製造日からの経過時間に関連する情報を記憶する記憶手段を有し、
    前記決定手段は、前記経過時間に関連する情報に応じて前記上下限値を決定し、
    前記補給制御手段は、前記検知手段の検知結果と、前記決定手段により決定された前記濃度目標値とにより、前記現像手段に対して前記現像剤補給容器内の前記補給用現像剤の補給制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
  7. 前記決定手段は、前記経過時間に関連する情報によって、前記補給用現像剤の製造日からの経過時間を算出し、該算出された経過時間に応じて前記上下限値を決定することを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
  8. 前記決定手段は、前記経過時間が基準経過時間よりも短い場合に決定される前記上下限値よりも、前記経過時間が前記基準経過時間よりも長い場合に決定される前記上下限値の方が小さくなるように、前記上下限値の決定を行なうことを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
  9. 前記決定手段は、画像形成枚数に応じて、前記上下限値を変更することを特徴とする請求項6ないし8のいずれかの項に記載の画像形成装置。
  10. 前記記憶手段は、前記補給用現像剤の製造日からの経過時間に関連する情報として、前記現像剤補給容器の製造日に関連する情報を記憶していることを特徴とする請求項6ないし9のいずれかの項に記載の画像形成装置。
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