JP2011232545A - Image forming apparatus, and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像形成装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus and a control method thereof.
電子写真方式の画像形成装置では、トナーを帯電させることで、像担持体へのトナーの転写を促進している。よって、トナーが劣化してくると、画像濃度が薄くなってしまう。特許文献1によれば、トナーの帯電量に基づいてトナーの強制排出を行うことで、劣化したトナーを新規トナーと入れ替える発明が開示されている。
In an electrophotographic image forming apparatus, toner transfer is promoted by charging the toner. Therefore, when the toner deteriorates, the image density becomes thin. According to
特許文献1に記載された発明では、画質の改善に関して不十分であることが判明した。特に、画像比率の低い画像を多量かつ連続して形成するとトナーの帯電量が増加し現像量の低下が発生するが、同時に、現像効率の低下も発生する。このように現像効率が低下した状態では、トナーの強制排出量も減少してしまうため、トナーの入れ替えが不十分となる。従来は、このような現像効率の低下を適切に検知する方法がなかった。そのため、トナーの強制排出量を多めに行うことが考えられるが、これはトナーの消費量の観点から望ましくないだろう。
The invention described in
そこで、本発明は、トナーの強制排出に伴う過剰なトナー消費を抑制しつつ、現像効率の低下に応じた適切な量だけトナーの入れ替えを実行することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to execute toner replacement by an appropriate amount in accordance with a decrease in development efficiency while suppressing excessive toner consumption due to forced toner discharge.
本発明は、第1の容器、第2の容器、帯電手段、および、現像手段を備えた画像形成装置に適用できる。第1の容器は、トナーとキャリアとを含む現像剤を収納する。第2の容器は、第1の容器から供給された現像剤を収納する。帯電手段は、第2の容器に収容されている現像剤を帯電させる。現像手段は、像担持体に形成された静電潜像に対して帯電手段により帯電した現像剤を付着させて現像する。画像形成装置は、さらに、入替手段、帯電量検知手段、および、入替制御手段を備える。入替手段は、第2の容器から現像剤を第2の容器の外部へと廃棄しつつ、現像剤の廃棄量に対応した補充量で第1の容器から第2の容器へと現像剤を補充することで第2の容器の現像剤を入れ替える。画像濃度検知手段は、像担持体に形成された画像の濃度を検知する。帯電量検知手段は、第2の容器におけるトナーの帯電量を検知または推定する。入替制御手段は、画像の濃度とトナーの帯電量とによって定義される現像剤の現像効率に対応した量だけ現像剤を入れ替えるよう入替手段を制御する。 The present invention can be applied to an image forming apparatus including a first container, a second container, a charging unit, and a developing unit. The first container stores a developer containing toner and a carrier. The second container stores the developer supplied from the first container. The charging unit charges the developer stored in the second container. The developing unit develops the electrostatic latent image formed on the image carrier by attaching the developer charged by the charging unit. The image forming apparatus further includes a replacement unit, a charge amount detection unit, and a replacement control unit. The replacement means replenishes the developer from the first container to the second container with a replenishment amount corresponding to the developer disposal amount while discarding the developer from the second container to the outside of the second container. As a result, the developer in the second container is replaced. The image density detecting means detects the density of the image formed on the image carrier. The charge amount detection means detects or estimates the charge amount of the toner in the second container. The replacement control unit controls the replacement unit to replace the developer by an amount corresponding to the developer development efficiency defined by the image density and the toner charge amount.
本発明では、現像効率に応じた量だけ現像剤を入れ替えるため、トナーの強制排出に伴う過剰なトナー消費が抑制可能となる。また、劣化した現像剤を入れ替えることにより、画像濃度の変動を抑制することができる。 In the present invention, since the developer is replaced by an amount corresponding to the development efficiency, excessive toner consumption accompanying forced toner discharge can be suppressed. Further, by changing the deteriorated developer, it is possible to suppress fluctuations in image density.
<第1実施例>
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。本発明は、現像効率に応じてトナーの強制排出を制御する限りにおいて、実施例の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施例でも実施できる。したがって、電子写真方式を用いて画像形成を行う画像形成装置であれば、タンデム型と1ドラム型の区別や、中間転写型と直接転写型の区別なく本発明を実施できる。本実施例では、トナー像の形成や転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、FAX、複合機等、種々の用途で実施できる。
<First embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention can be implemented in another embodiment in which part or all of the configuration of the embodiment is replaced with an alternative configuration as long as the forced discharge of toner is controlled according to the development efficiency. Accordingly, the present invention can be implemented without distinction between a tandem type and a one-drum type, or between an intermediate transfer type and a direct transfer type, as long as the image forming apparatus performs image formation using an electrophotographic system. In the present embodiment, only main parts related to toner image formation and transfer will be described. However, in the present invention, in addition to necessary equipment, equipment, and a housing structure, a printer, various printing machines, a copier, a FAX, a composite, It can be implemented in various applications such as a machine.
<画像形成装置>
図1に示すように、画像形成装置100は、中間転写ベルト6に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部PY、PM、PC、PKを配列したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。画像形成部PYでは、感光ドラム1Yにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト6に一次転写される。画像形成部PMでは、感光ドラム1Mにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト6のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部PC、PKでは、それぞれ感光ドラム1C、1Kにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて同様に中間転写ベルト6に順次重ねて一次転写される。中間転写ベルト6に一次転写された四色のトナー像は、二次転写部T2へ搬送されて記録材Pへ一括二次転写される。四色のトナー像を二次転写された記録材Pは、定着装置11で加熱加圧を受けて表面にトナー像を定着された後に、機体外部へ排出される。中間転写ベルト6は、テンションローラ61、駆動ローラ62及び対向ローラ63に掛け渡して支持され、駆動ローラ62に駆動されて所定のプロセススピードで矢印R2方向に回転する。記録材カセット65から引き出された記録材Pは、分離ローラ66で1枚ずつに分離して、レジストローラ67へ送り出される。レジストローラ67は、停止状態で記録材Pを受け入れて待機させ、中間転写ベルト6のトナー像にタイミングを合わせて記録材Pを二次転写部T2へ送り込む。二次転写ローラ64は、対向ローラ63に支持された中間転写ベルト6に当接して二次転写部T2を形成する。二次転写ローラ64に正極性の直流電圧が印加されることによって、負極性に帯電して中間転写ベルト6に担持されたトナー像が記録材Pへ二次転写される。
<Image forming apparatus>
As shown in FIG. 1, the
画像形成部PY、PM、PC、PKは、現像装置4Y、4M、4C、4Kで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、実質的にほぼ同一に構成される。以下では、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用のものであることを示すために符号に付した添え字Y、M、C、Kは省略して、総括的に説明する。
The image forming units PY, PM, PC, and PK are substantially the same except that the toner colors used in the developing
図1および図4に示すように、画像形成部Pは、感光ドラム1の周囲に、帯電装置2、露光装置3、現像装置4、一次転写ローラ7、クリーニング装置8を配置している。感光ドラム1は、像担持体の一例であり、所定のプロセススピードで矢印R1方向に回転する。帯電装置2は、例えば、スコロトロン帯電器により構成される。帯電装置2は、コロナ放電に伴う荷電粒子を感光ドラム1に照射して、感光ドラム1の表面を一様な負極性の電位に帯電させる。露光装置3は、レーザービームをミラーで走査して、帯電した感光ドラム1の表面に所望画像に対応した静電潜像を書き込む。電位センサ5は、露光装置3が感光ドラム1に形成した静電潜像の電位を検出する。現像装置4は、感光ドラム1の静電潜像にトナーを付着させてトナー像に現像する。一次転写ローラ7は、中間転写ベルト6の内側面を押圧して、感光ドラム1と中間転写ベルト6との間に一次転写部T1を形成する。正極性の直流電圧が一次転写ローラ7に印加されることによって、感光ドラム1に担持された負極性のトナー像が、一次転写部T1を通過する中間転写ベルト6へ一次転写される。クリーニング装置8は、感光ドラム1にクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト6への転写を逃れて感光ドラム1に残った転写残トナーを回収する。ベルトクリーニング装置68は、中間転写ベルト6にクリーニングブレードを摺擦させて、記録材Pへの転写を逃れて二次転写部T2を通過して中間転写ベルト6に残った転写残トナーを回収する。
As shown in FIGS. 1 and 4, the image forming unit P includes a
<画像読取装置>
図1に示すように、画像読取装置(リーダ部)Aは、原稿台ガラス102上に載置された原稿Gの下向き面の画像を読み取る。原稿Gの画像は、光源103に照明されて、光学系104を介してCCDセンサ105に結像される。CCDセンサ105は、3列に配列されたレッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)のCCDラインセンサ群により、ラインセンサ毎にレッド、グリーン、ブルーの色成分信号を生成する。光源103、光学系104及びCCDセンサ105を含む読み取り光学系ユニットは、矢印R3方向に移動することにより、原稿Gの画像をライン毎の電気信号データ列に変換する。CCDセンサ105によって得られた画像信号は、リーダ画像処理部108において画像処理された後、プリンタ制御部(プリンタ画像処理部)109に送られて画像処理される。
<Image reading device>
As shown in FIG. 1, the image reading device (reader unit) A reads an image of the downward surface of the document G placed on the
図2に示すように、クロック発生部211は、1画素単位のクロック(CLK信号)を発生する。アドレスカウンタ212は、クロック発生部211のクロックを計数して1ラインの画素ごとの主走査アドレスを生成する。アドレスカウンタ212は、HSYNC信号でクリアされることにより、次の1ラインについて主走査アドレスの計数を開始する。デコーダ213は、アドレスカウンタ212からの主走査アドレスをデコードして、1ライン単位のCCD駆動信号(シフトパルスやリセットパルス等)を生成する。また、デコーダ213は、CCDセンサ105の1ライン読み取り信号における有効領域を表すVE信号、ライン同期信号HSYNCを生成する。
As shown in FIG. 2, the clock generation unit 211 generates a clock (CLK signal) in units of pixels. The
図3に示すように、VSYNC信号は、副走査方向の画像有効区間を示す信号である。リーダ画像処理部108は、論理“1”の区間において、画像読み取り(スキャン)を行って、順次、M、C、Y、Kの出力信号を形成する。VE信号は、主走査方向の画像有効区間を示す信号である。リーダ画像処理部108は、論理“1”の区間において主走査開始位置のタイミングをとる。VE信号は、主にライン遅延のライン計数制御に用いられる。そして、CLK信号は、画素同期信号であり、“0”→“1”の立ち上がりタイミングで画像データを転送するのに用いられる。
As shown in FIG. 3, the VSYNC signal is a signal indicating an image effective section in the sub-scanning direction. The reader
CCDセンサ105から出力される画像信号は、図2に示すように、アナログ信号処理部201に入力される。アナログ信号処理部201に入力された信号は、ここでゲイン調整、オフセット調整をされた後、A/Dコンバータ202で各色信号毎に8bitのデジタル画像信号R1、G1、B1に変換される。デジタル画像信号R1、G1、B1は、シェーディング補正部203に入力されて、基準白色板の読み取り信号を用いた色毎のシェーディング補正を施される。CCDセンサ105の各ラインセンサは、RGB相互に所定の距離を隔てて配置されている。そのため、ラインディレイ回路204は、デジタル画像信号R2、G2、B2における副走査方向の空間的ずれを補正する。具体的には、B信号に対して副走査方向で、R、Gの各信号を副走査方向にライン遅延させてB信号に合わせる。入力マスキング部205は、CCDセンサ105のR、G、Bのフィルタの分光特性で決まる読み取り色空間を、マトリックス演算を行ってNTSCの標準色空間に変換する。光量/画像濃度変換部(LOG変換部)206は、ルックアップテーブル(LUT)ROMにより構成される。これにより、R4、G4、B4の輝度信号が、マゼンタ(M)、シアン(C)、イエロー(Y)の画像信号のM0、C0、Y0の濃度信号に変換される。ライン遅延メモリ207は、黒文字判定部(図示略)で、R4、G4、B4信号から生成されるUCR、FILTER、SEN等の判定信号までのライン遅延分だけ、M0、C0、Y0の画像信号を遅延させる。マスキング及びUCR回路208は、入力されたM1、C1、Y1の三原色信号により黒(K)の信号を抽出し、さらにプリンタ部Bでの記録色材の色濁りを補正する演算を施す。そして、マスキング及びUCR回路208は、M2、C2、Y2、K2の信号を各読み取り動作の度に、順次、所定のビット幅(8bit)で出力する。γ補正回路209は、リーダ部Aにおいて、プリンタ部Bの理想的な階調特性に合わせるべく画像濃度補正を行う。γ補正回路209は、例えば、256バイトのRAM等で構成されたガンマ補正のLUT(階調補正テーブル)を用いて濃度変換を行う。空間フィルタ処理部(出力フィルタ)210は、エッジ強調又はスムージング処理を行う。
The image signal output from the
<露光装置>
図4に示すように、画像形成装置100は、画像形成動作を統括的に制御する制御部110を有する。制御部110は、CPU111とRAM112とROM113とを有する。露光装置3は、例えば、回転ミラーまたは共振ミラー有するレーザースキャナを採用できる。露光装置3は、レーザー出力信号に対して所望の画像濃度レベルが得られるように、レーザー光量制御回路190が露光出力を決定する。また、γ補正回路209の階調補正テーブル(LUT)を介して生成された駆動信号に従ってパルス幅変調回路191により決めたパルス幅で二値のレーザー光が出力される。予め求められたレーザー出力信号と画像濃度レベルとの関係から、所望の画像濃度が形成できるレーザー出力信号が、階調補正テーブル(LUT)としてγ補正回路209に記憶され、この階調補正テーブルに則ってレーザー出力信号が決定される。空間フィルタ処理部210で処理されたM4、C4、Y4、K4の面順次の画像信号は、プリンタ制御部109に送られる。そして、露光装置3で、PWM(パルス幅変調)を用いた二値の面積階調により濃度階調を有する画像記録が行われる。つまり、プリンタ制御部109のパルス幅変調回路191は、入力される画素画像信号毎に、そのレベルに対応した幅(時間幅)のレーザー駆動パルスを形成して出力する。高濃度の画素信号に対しては、より幅の広い駆動パルスを、低濃度の画素画像信号に対しては、より幅の狭い駆動パルスを、中間濃度の画素画像信号に対しては、中間幅の駆動パルスを各々形成する。パルス幅変調回路191から出力された二値のレーザー駆動パルスは、露光装置3の半導体レーザーに供給され、半導体レーザーを、そのパルス幅に対応する時間だけ発光させる。したがって、半導体レーザーは、高濃度画素に対しては、より長い時間駆動され、低濃度画素に対しては、より短い時間駆動されることになる。このため、感光ドラム1に形成される静電潜像のドットサイズ(面積)が、画素の濃度に対応して異なる。露光装置3は、高濃度画素に対しては主走査方向により長い範囲を露光し、低濃度画素に対しては主走査方向により短い範囲を露光する。したがって、当然のことながら、高濃度画素に対応するトナー消費量は、低濃度画素に対するそれよりも大である。
<Exposure device>
As shown in FIG. 4, the
<現像装置>
現像装置4は、例えば、非磁性トナーに磁性キャリアを混合した二成分現像剤を使用する二成分現像方式を採用できる。現像装置4は、二成分現像剤を攪拌して、磁性キャリアを正極性に、トナーを負極性にそれぞれ帯電させる。すなわち、現像装置4は、第2の容器に収容されている現像剤を帯電させる帯電手段と、像担持体に形成された静電潜像に対して帯電手段により帯電した現像剤を付着させて現像する現像手段として機能する。現像装置4は、図4を描画した紙面に対して垂直方向に延在する隔壁46によって、現像容器45内の空間が第1室(現像室)と第2室(攪拌室)とに区画される。第1室には、非磁性の現像スリーブ41が配置されており、現像スリーブ41の内側には磁界発生手段としてのマグネットが固定配置されている。第1室には、第1のスクリュー42が配置され、第1のスクリュー42は、第1室中の現像剤を攪拌搬送する。第2室には、第2のスクリュー43が配置され、第2のスクリュー42は、第2室中の現像剤を攪拌しつつ第1のスクリュー42の搬送方向とは逆方向に現像剤を搬送する。第2のスクリュー43は、トナー搬送スクリュー32の回転によってトナー補給槽33から供給されたトナーを、既に現像装置4内にある現像剤と攪拌して現像剤のトナー濃度を均一化する。トナー補給槽33は、トナーとキャリアとを含む現像剤を収納した第1の容器である。また、現像容器45は、第1の容器から供給された現像剤を収納する第2の容器である。隔壁46には、紙面の手前側と奥側の端部において第1室と第2室とを相互に連通させる一対の現像剤通路が形成されている。第1と第2のスクリュー42、43の搬送力により、一対の現像剤通路を通じて現像容器45内を現像剤が攪拌されつつ循環する。現像によってトナーが消費されてトナー濃度が低下した第1室内の現像剤が一方の現像剤通路を通じて第2室へ移動する。第2室内でトナーを補給されてトナー濃度が回復した現像剤が他方の現像剤通路を通じて第1室内へ移動する。第1室内の二成分現像剤は、第1のスクリュー42によって現像スリーブ41へ塗布され、マグネットの磁力によって現像スリーブ41上に担持される。現像スリーブ41上の現像剤は、層厚規制部材(ブレード)によって層厚を規制された後に、現像スリーブ駆動装置44により回転された現像スリーブ41に伴って感光ドラム1に対向した現像領域へ搬送される。現像スリーブ41には、負極性の直流電圧Vdcに交流電圧を重畳した現像バイアス電圧(振動電圧)がバイアス電源47から印加される。これにより、負極性に帯電したトナーが、現像スリーブ41よりも相対的に正極性になった感光ドラム1の静電潜像へ移転して静電潜像が反転現像される。
<Developing device>
The developing
現像剤補給装置30は、現像装置4の上部に、補給用トナーを収容したトナー補給槽33を配置している。トナー補給槽33の下部には、モータ31により回転駆動されるトナー搬送スクリュー32が設置されている。トナー搬送スクリュー32は、トナー搬送スクリュー32が配置されたトナー搬送路を通して現像装置4内に補給用トナーを供給する。制御部110のCPU111がモータ駆動回路(図示せず)を介してモータ31の回転を制御することにより、トナー搬送スクリュー32によるトナーの供給は制御される。CPU111に接続されたRAM112には、モータ駆動回路に供給する制御データ等が記憶されている。トナー補給槽33、モータ31、及びトナー搬送スクリュー32などが、現像剤補給装置30を構成する。このように、現像剤補給装置30は、第2の容器から現像剤を第2の容器の外部へと廃棄しつつ、現像剤の廃棄量に対応した補充量で第1の容器から第2の容器へと現像剤を補充することで第2の容器の現像剤を入れ替える入替手段の一部として機能している。
In the
二成分現像剤のトナー濃度(トナーとキャリアの比)を検出するため、トナー濃度センサ15が現像装置4に組み込まれている。トナー濃度センサ15は、現像装置4内を循環する現像剤に接触させて配置される。トナー濃度センサ15は、駆動コイルと基準コイルと検出コイルとを有しており、現像剤の透磁率に応じた信号を出力する。駆動コイルに高周波バイアスを印加すると、現像剤のトナー濃度に応じて検出コイルの出力バイアスが変化する。検出コイルの出力バイアスを、現像剤に接触していない基準コイルの出力バイアスと比較することで、現像剤のトナー濃度が検出される。制御部110は、トナー濃度センサ15による検出結果を、ROM113に記憶されている換算式を使用してトナー濃度に変換する。現像装置4内の現像剤のトナー濃度T/Dは、CPU111が、トナー濃度センサ15の測定結果に基づいて次式1により求める。
T/D=(SGNL値−SGNLi値)/Rate+初期T/D ・・・(式1)
SGNL値はトナー濃度センサ15の測定値である。SGNLi値はトナー濃度センサ15の初期測定値(初期値)である。Rateはトナー濃度センサ15の感度である。初期T/DおよびSGNLi値は、トナー補給槽33の初期設置時に測定したものを使用している。Rateは、トナー濃度センサ15の特性として、ΔSGNLのT/Dへの感度を予め測定したものである。これらの定数(初期T/D、SGNLi値、Rate)は、制御部110のRAM112に記憶されている。
A
T / D = (SGNL value−SGNLi value) / Rate + initial T / D (Expression 1)
The SGNL value is a value measured by the
<トナー補給>
トナー補給量の算出方法は本実施例では以下の方法を採用した。画像形成装置100では、感光ドラム1の静電潜像の連続的な現像により現像装置4内の現像剤のトナー濃度が低下する。そのため、制御部110は、トナー補給制御を実行してトナー補給槽33からトナーを現像装置4に補給することにより、現像剤のトナー濃度が一定となるように制御する。これにより、画像濃度も一定に制御される。画像形成装置100は、感光ドラム1上の静電潜像を、トナーの面積の違いにより階調を表現する面積階調方式により形成する。このため、トナー補給動作は、パッチ画像の画像濃度センサ12による検知結果に基づいて行われるとともに、感光ドラム1上に形成される静電潜像の画素毎のデジタル画像信号に基づいて行われる。
<Toner supply>
In this embodiment, the toner replenishment amount calculation method is as follows. In the
制御部110は、ビデオカウントATR(オートマティック・トーン・リプレニッシャー)により求めた基礎補給量Mvに、パッチ検ATRにより求めた補給補正量Mpを加算して、画像形成1枚当たりのトナー補給量Msumを求める。ビデオカウントATRとは、ビデオカウント値がトナー消費量に比例する性質を利用してトナー補給量を算出する手法である。パッチ検ATRとは、パッチ画像の画像濃度を検出し、その画像濃度に応じてトナーの補給量を制御する手法である。本実施例では、画像データに応じて推測されるトナー消費量(Mv)に、パッチ画像から検出した事後的なトナー不足量(Mp)を加算して、式2のように現在の現像装置4に供給すべきトナー補給量Msumを設定する。
トナー補給量Msum=Mv+(Mp/パッチ検ATR頻度) ・・・(式2)
式2中、Mvは、ビデオカウントATRにより求まったトナー補給量である。Mpは、パッチ検ATRにより求まったトナー補給量である。
The
Toner replenishment amount Msum = Mv + (Mp / patch detection ATR frequency) (Expression 2)
In
<ビデオカウントATR>
基礎補給量Mvは、画像読取装置(リーダ部)Aで読み込んだ画像信号、あるいはコンピュータ等から送られてきた画像信号から求められる。これら画像信号の処理を行う回路構成は、図2のブロック図に示したとおりである。図2に示すように、マスキング及びUCR回路208が出力するM2、C2、Y2、K2の画像信号は、ビデオカウンタ220にも送られる。ビデオカウンタ220は、画素単位の画像濃度値を積算してCMYK各画像のビデオカウント値を算出する。ビデオカウンタ220は、M2、C2、Y2、K2の画像信号を処理して画素単位の濃度値を積算する。これにより、CMYK各色画像のビデオカウント値が算出される。例えば、128レベルのハーフトーン画像を、600dpiで、A3フルサイズ(16.5×11.7inch)に形成する場合、ビデオカウント値は、「128×600×600×16.5×11.7=8895744000」となる。ビデオカウント値は、予め求められてROM113に記憶されているビデオカウント値とトナー補給量との関係を示すテーブルを用いて、基礎補給量Mvへと換算される。こうして、画像形成を行うごとに各画像の基礎補給量Mvが算出される。
<Video count ATR>
The basic replenishment amount Mv is obtained from an image signal read by the image reading device (reader unit) A or an image signal sent from a computer or the like. The circuit configuration for processing these image signals is as shown in the block diagram of FIG. As shown in FIG. 2, the image signals of
<パッチ検ATR>
図5に示すように、制御部110は、連続画像形成における所定枚数の画像形成ごとに設けられる画像間隔(非画像領域)にパッチ画像を形成する。例えば、制御部110は、連続画像形成中において24枚目の画像の後端と次の画像の先端とに挟まれた非画像領域に、画像濃度検知用画像パターンであるパッチ画像Qを形成する。すなわち、制御部110は、露光装置3を制御してパッチ画像の静電潜像である「パッチ静電潜像」を感光ドラム1に書き込み、現像装置4により現像してパッチ画像Qを形成する。制御部110は、パッチ検ATRの濃度制御を実行して、画像濃度センサ12によるパッチ画像Qの検知結果に基づいて、パッチ画像Qの画像濃度が基準濃度に収束するようにトナー補給制御を行う。このように、画像濃度センサ12は、像担持体に形成された画像の濃度を検知する画像濃度検知手段として機能する。
<Patch detection ATR>
As shown in FIG. 5, the
プリンタ制御部109には、予め定められた画像濃度に対応した信号レベルのパッチ画像信号を発生するパッチ画像信号発生回路(パターンジェネレータ192)が設けられている。パターンジェネレータ192からのパッチ画像信号を、パルス幅変調回路191に供給し、上記の予め定められた濃度に対するパルス幅を有するレーザー駆動パルスを発生させる。このレーザー駆動パルスを、露光装置3の半導体レーザーに供給し、半導体レーザーをそのパルス幅に対応する時間だけ発光させて、感光ドラム1を走査露光する。これによって、上記の予め定められた濃度に対するパッチ静電潜像が、感光ドラム1に形成される。このパッチ静電潜像は、現像装置4により現像される。
The
図4に示すように、現像装置4の下流側で感光ドラム1に対向させて、パッチ画像Qの画像濃度を検出するための画像濃度センサ12(パッチ検ATRセンサ)が配置されている。画像濃度センサ12は、LED等の発光素子を備える発光部13と、フォトダイオード(PD)等の受光素子を備える受光部14とを有し、受光部14が感光ドラム1からの正反射光のみを検出するよう構成されている。画像濃度センサ12は、パッチ画像Qが画像濃度センサ12の下を通過するタイミングを見計らって、感光ドラム1からの反射光量を測定する。この測定結果に係る信号は、CPU111に入力される。
As shown in FIG. 4, an image density sensor 12 (patch detection ATR sensor) for detecting the image density of the patch image Q is disposed facing the
図6に示すように、画像濃度センサ12に入力される感光ドラム1からの反射光(近赤外光)は電気信号に変換される。0〜5Vのアナログ電気信号は、制御部110に設けられたA/D変換回路114により、8ビットのデジタル信号に変換される。そして、このデジタル信号は、制御部110に設けられる濃度変換回路115によって濃度情報に変換される。
As shown in FIG. 6, the reflected light (near infrared light) from the
図7に示すように、感光ドラム1上に形成したパッチ画像Qの画像濃度を面積階調により段階的に変えると、画像濃度センサ12の出力が変化する。ここでは、トナーが感光ドラム1に付着していない状態の画像濃度センサ12の出力が5Vであって、255レベルに読み込まれるものと仮定している。感光ドラム1に形成される画素におけるトナーによる面積被覆率が大きくなると、画像濃度も大きくなる。一方で、画像濃度センサ12の出力は小さくなる。このような画像濃度センサ12の特性に基づき、画像濃度センサ12の出力から各色の濃度信号に変換する各色専用のテーブル116を予め用意してある。テーブル116は、濃度変換回路115の記憶部に記憶されている。これにより、濃度変換回路115は、各色とも、精度よくパッチ画像濃度を読み取ることができる。濃度変換回路115は、濃度情報をCPU111へと出力する。
As shown in FIG. 7, when the image density of the patch image Q formed on the
画像濃度センサ12はlog関数の特性を有しており、濃度が高くなるほど検知結果の傾きが少なくなる。つまり、濃度の変化に対して、検知結果の変化が少なくなる。結果として、検知精度が低い。そのため、2ライン1スペースのパターンを使用することで面積階調を下げてパッチ画像濃度を下げている。露光されるパッチ静電潜像としては、600dpiの解像度で、副走査方向に2ライン1スペースの画像と仮定する。
The
補給補正量Mpは、初期の現像剤でのパッチ画像Qの濃度の検知値を基準として、その基準値と測定結果との差分ΔDから求まる。例えば、現像装置4内のトナーが基準値より1g(基準量)分ずれたときのパッチ画像Qの濃度測定結果についての変化量ΔDrateを予め求めてROM113に記憶しておく。これにより、CPU111は、式3により補給補正量Mpを計算する。
Mp=ΔD/ΔDrate ・・・(式3)
ここで、補給補正量Mp分のトナー補給は、急激な色味変動を回避するために、パッチ検ATRの実行間隔内でなるべく等間隔に分散して実行することが望ましい。パッチ検ATR実行後、求めた補給補正量Mpを1枚目の画像形成時にまとめて補給すると、大幅なトナー補給が行なわれて、オーバーシュートが起こる可能性がある。そのため、式3では、補給補正量Mpをパッチ検ATRの実行頻度で除して補給補正量Mpをパッチ検ATRの実行間隔で均等に分割して処理している。
The replenishment correction amount Mp is obtained from the difference ΔD between the reference value and the measurement result with reference to the detected value of the density of the patch image Q in the initial developer. For example, the change amount ΔDrate for the density measurement result of the patch image Q when the toner in the developing
Mp = ΔD / ΔDrate (Formula 3)
Here, it is desirable that the toner supply for the supply correction amount Mp is performed while being distributed at equal intervals as much as possible within the execution interval of the patch detection ATR in order to avoid a sudden color variation. After the patch detection ATR is performed, if the determined replenishment correction amount Mp is replenished together when the first image is formed, a large amount of toner may be replenished and overshoot may occur. Therefore, in
以上のようにして、制御部110のCPU111は、式2によりトナー補給量Msumを求める。そして、モータ31を制御してトナー搬送スクリュー32を作動させることにより、トナー補給槽33から現像容器45へトナー補給量Msumのトナーを補給する。
As described above, the
<トナー帯電量>
次に現在のトナー帯電量の求め方を説明する。トナー帯電量は、制御部110により算出される。制御部110は、例えば、計算を行うための作業バッファとしてのRAM112、演算を行うためのCPU111、演算に必要なテーブルを含むROM113で構成される。図8が示すように、トナーの帯電量Q/M(μC/g)の算出は、所定の時間間隔(例:1分おき)で実行される。画像形成装置が電源offのときには、onしたときにまとめた回数分だけ算出処理を実行する。例えば、1時間後であれば、S1〜S8を60回分だけ繰り返す。
<Toner charge amount>
Next, how to obtain the current toner charge amount will be described. The toner charge amount is calculated by the
S1で、制御部110は、n枚目のトナー帯電量Q/Mの算出を行うために、n−1枚目のトナー帯電量Q/Mの算出が行われた時点を起点として1分間の各種データを取得する。具体的に、制御部110は、ビデオカウンタ220より1分間のビデオカウントの積算値を取得する。ビデオカウント値は値が非常に大きいため、便宜上、2^24で割った値を使用する。その値をビデオカウント値Vとする。次に、制御部110は、1分間中の現像スリーブ41の駆動時間Td(sec)を現像スリーブ駆動装置44から取得する。さらに、制御部110は、1分間中の現像スリーブ41の停止時間Ts(sec)を算出する。60秒間から駆動時間Td(sec)を引いた値である。さらに、制御部110は、トナー濃度センサ15よりトナー濃度TDrate(%)を取得する。さらに、制御部110は、画像形成装置の内部に取り付けられている温湿度センサ(不図示)より検知された画像形成装置内の絶対水分量H(g/kg)を取得する。さらに、制御部110は、現像剤を交換したときを起点とした現像スリーブ41の駆動時間Td(sec)の積算値であるスリーブ駆動積算時間Tt(min)を現像スリーブ駆動装置44から取得する。
In S <b> 1, the
S2で、制御部110は、画像比率D(%)を算出する。例えば、以下の式からDが算出される。
画像比率D = V / Td × 0.162・・・(式4)
画像比率はスリーブの駆動時間に対して、どれだけの画像を作像したかを示している。上記式中の係数0.162は、画像形成装置ごとに最適化されるべきものである。0.162は、1分間にA4サイズを70枚出力する画像形成装置に対して最適化したとき値である。最適化することで、1枚ごとの画像比率の平均値とDは同じになるようにしている。
In S2, the
Image ratio D = V / Td × 0.162 (Expression 4)
The image ratio indicates how many images are formed with respect to the sleeve driving time. The coefficient 0.162 in the above formula should be optimized for each image forming apparatus. 0.162 is a value when optimized for an image forming apparatus that outputs 70 A4 sizes per minute. By optimizing, the average value of the image ratio for each sheet and D are made the same.
S3で、制御部110は、収束値Q/M1を算出する。収束値Q/M1は、画像比率Dから、図9の関係を用いて算出する。図9に示した画像比率Dに対する収束値Q/M1の関係は例えば予めテーブル化してメモリに記憶しておくものとする。この収束値Q/M1は、画像比率D(%)で永遠に画像形成した際に収束する値を意味している。S4で、制御部110は、収束値Q/M2(μC/g)を以下の式から算出する。
収束値QM2 = 収束値QM1 × ( −0.1 × TDrate + 1.8) ・・・(式5)
収束値Q/Mはトナー濃度によっても異なるため、トナー濃度で補正している。この関係式は現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではない。一般的に、トナー濃度が上がるとQ/Mは低くなり、トナー濃度が下がるとQ/Mは高くなる傾向がある。なお、式5中の係数も例示にすぎない。
In S3,
Convergence value QM2 = convergence value QM1 × (−0.1 × TDrate + 1.8) (Formula 5)
Since the convergence value Q / M varies depending on the toner density, it is corrected by the toner density. Since this relational expression varies depending on the developer material and the like, it is not limited to this expression. In general, Q / M tends to decrease as the toner concentration increases and Q / M tends to increase as the toner concentration decreases. In addition, the coefficient in
S5で、制御部110は、収束値Q/M3(μC/g)を以下の式から算出する。
収束値QM3 = 収束値QM2 + 5 − 0.5×H ・・・(式6)
収束値Q/Mは環境によっても異なる。そのため、絶対水分量Hで補正している。この関係式は現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではない。一般的に、絶対水分量Hが上がるとQ/Mは低くなり、絶対水分量が下がるとQ/Mは高くなる傾向がある。なお、式6中の係数も例示にすぎない。
In S5,
Convergence value QM3 = convergence value QM2 + 5−0.5 × H (Expression 6)
The convergence value Q / M varies depending on the environment. Therefore, the absolute water content H is corrected. Since this relational expression varies depending on the developer material and the like, it is not limited to this expression. Generally, when the absolute water content H increases, the Q / M decreases, and when the absolute water content decreases, the Q / M tends to increase. In addition, the coefficient in
S6で、制御部110は、収束値Q/M4(μC/g)を以下の式から算出する。
収束値QM4 = 収束値QM3 × (−0.000021 × Tt + 1) ・・・(式7)
収束値Q/Mは現像剤の劣化度合いによっても異なるため、スリーブ駆動積算時間Ttで補正している。この関係式も現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではないが本実施の形態では上記式が最適であったため用いている。なお、式7中の係数も例示にすぎない。
In S6,
Convergence value QM4 = convergence value QM3 × (−0.000021 × Tt + 1) (Expression 7)
Since the convergence value Q / M varies depending on the degree of developer deterioration, the convergence value Q / M is corrected by the sleeve drive integration time Tt. Since this relational expression also differs depending on the developer material and the like, the relational expression is not limited to this expression, but is used because the above expression is optimal in this embodiment. In addition, the coefficient in Formula 7 is only an example.
S7で、制御部110は、仮Q/M(n分)を以下の式から算出する。
仮Q/M(n分) = α × (収束値QM4 − Q/M(n−1分)) × Td / 60 + Q/M(n−1分)・・・(式8)
ここでα = 0.01としている。式8は、1分間でのスリーブ駆動中におけるトナー帯電量の変化を漸化式で表したものである。収束値Q/Mに徐々に近づいていく現象を式にしている。なお、αは現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではないが本実施の形態では0.01が最適であったため用いているにすぎない。
In S7,
Temporary Q / M (n minutes) = α × (convergence value QM4−Q / M (n−1 minutes)) × Td / 60 + Q / M (n−1 minutes) (Equation 8)
Here, α = 0.01.
S8で、制御部110は、Q/M(n分)を以下の式から算出する。この式により、この時点でのトナー帯電量Q/M(μC/g)が算出される。
Q/M(n分) = −β × Ts/60 × 仮Q/M(n分) + 仮Q/M(n分)・・・(式9)
ここで、β = 0.001としている。式9は、1分間でのスリーブ停止中におけるトナー帯電量の変化を漸化式で表したものである。トナーに帯電した電荷が徐々に放電されて、その帯電量が0に近づいていく現象を式にしている。なお、βは現像剤の材料等によって異なるものであるため、本式に限定されるものではないが本実施の形態では0.001が最適であったため用いている。
In S8,
Q / M (n minutes) = − β × Ts / 60 × temporary Q / M (n minutes) + temporary Q / M (n minutes) (Equation 9)
Here, β = 0.001.
このように、図8に示したフローを1分毎に行うことで、1分毎のトナー帯電量Q/M(μC/g)を算出することが可能となる。すなわち、CPU111などは、第2の容器におけるトナーの帯電量を検知または推定する帯電量検知手段として機能している。
As described above, the toner charge amount Q / M (μC / g) per minute can be calculated by performing the flow shown in FIG. 8 every minute. That is, the
<現像効率>
図10に示した感光ドラム1の電位は絶対値であり、前述した帯電、露光、現像の各プロセスを経た直後の値を示している。図中で、Vdは、暗部電位であり、露光されていない部分の電位を示している。Vdcは、現像スリーブ41に印加された負極性の直流電圧である。Vlは、明部電位(露光された部分の電位)である。現像工程において、この露光された部分にトナーが付着する。VlとVdcの電位差によりトナーは感光ドラム1に移動する。現像されるとトナーの電荷によりVl部の電位は上昇し最終的にはVdcに達する。現像後のトナー層の電位をVtonerとする。VtonerがVdcに達すると電位差がなくなるため、現像は終了する。なお、図中の○はトナーを示している。○の大きさはトナーの帯電量を示しいている。○の数は感光ドラム1上に現像されたトナーの数を示している。
<Development efficiency>
The potential of the
ここで、現像効率は、以下の式で示す。
現像効率 = (Vtoner − Vl) / (Vdc − Vl) × 100 % ・・・(式10)
通常では、Vtoner≒Vdcが成立するため、現像効率はおおよそ100%となる。トナーの帯電量Q/Mが上昇したような場合にも、図で示しているように、Vtoner≒Vdcが満たされていれば、やはり現像効率は100%になる。しかし、トナーの帯電量が大きい分だけ(図10に示した○の大きさが大きい分だけ)、現像できるトナー量は減少する。そのため、トナーの帯電量に応じて明部電位Vlをさらに下げることで、現像されるトナー量を一定にする。現像効率の低下は、VtonerがVdcに達する前に現像工程が終了してしまうことで起こる。VtonerがVdcよりも低いために、式10で示される現像効率は100%未満となる。この状態では必要量の現像ができないため、画像濃度が所望濃度よりも薄くなってしまう。現像効率は、現像後の電位を測定すれば算出できる。しかし、電位センサはトナーの汚れに弱いため、現像後の電位を測定するのは非常に難しい。そのため、本実施例では、現像後の電位を測定することなく、現像効率を算出する。
Here, the development efficiency is expressed by the following equation.
Development efficiency = (Vtoner−Vl) / (Vdc−Vl) × 100% (Equation 10)
Normally, since Vtoner≈Vdc is established, the development efficiency is approximately 100%. Even when the charge amount Q / M of the toner increases, as shown in the figure, if Vtoner≈Vdc is satisfied, the developing efficiency is still 100%. However, the amount of toner that can be developed decreases as the charge amount of the toner increases (as the size of the circle shown in FIG. 10 increases). Therefore, the amount of toner to be developed is made constant by further lowering the bright portion potential Vl according to the charge amount of the toner. The reduction in development efficiency occurs when the development process is completed before Vtoner reaches Vdc. Since Vtoner is lower than Vdc, the development efficiency expressed by
ここでは、便宜上、感光ドラム1の電位にコンデンサモデルを採用する。トナーの総電荷量をQ、トナーの静電容量をCとする。トナーの静電容量Cが電位を上げている。よって、次式が成立する。
Vtoner − Vl = Q / C ・・・(式11)
Cはトナーの種類によって一義に決まる。よって、現像効率がダウンしたりしてもしなくても、次式が成立する。
Q / (Vtoner − Vl) = 一定 ・・・(式12)
現像剤がある状態のトナーの総電荷量をQ‘とし、トナー層電位をVtoner’、明部電位をVl‘とすると、次式が成立する。
Q / (Vtoner − Vl) = Q‘ / (Vtoner’ − Vl‘) ・・・(式13)
また、現像剤がある状態での現像効率がγ%とすると、次式が成立する。
(Vtoner‘ − Vl’) / (Vdc − Vl) = γ ・・・(式14)
式13と式14より式15を導出できる。
現像効率 = (Vtoner − Vl) / (Vdc − Vl) × 100 %
= Q / Q’ × γ% ・・・(式15)
このように、現像効率は、トナーの総電荷量の比で表現できる。すなわち、現像剤が劣化していない初期の状態での現像効率が100%となる。このように、本実施例では、初期の総電荷量Q’と現在の総電荷量Qとの比で現像効率を算出している。
Here, for convenience, a capacitor model is adopted as the potential of the
Vtoner−Vl = Q / C (Formula 11)
C is uniquely determined by the type of toner. Therefore, the following formula is established whether or not the development efficiency is lowered.
Q / (Vtoner−Vl) = constant (Equation 12)
When the total charge amount of the toner in the presence of the developer is Q ′, the toner layer potential is Vtoner ′, and the bright portion potential is Vl ′, the following equation is established.
Q / (Vtoner−Vl) = Q ′ / (Vtoner′−Vl ′) (Equation 13)
Further, when the developing efficiency in the state where there is a developer is γ%, the following equation is established.
(Vtoner′−Vl ′) / (Vdc−Vl) = γ (Expression 14)
Development efficiency = (Vtoner−Vl) / (Vdc−Vl) × 100%
= Q / Q 'x γ% (Equation 15)
Thus, the development efficiency can be expressed by the ratio of the total charge amount of the toner. That is, the development efficiency in the initial state where the developer is not deteriorated is 100%. Thus, in this embodiment, the development efficiency is calculated by the ratio between the initial total charge amount Q ′ and the current total charge amount Q.
<トナー入れ替え>
図11に示すように、トナー入れ替えシーケンスとしては、トナー帯電量Q/Mとパッチ検ATRに検知された画像濃度を使用する。S11〜S18の各ステップは、上述したS1ないしS8を含んでいる。よって、S11〜S18のトナー帯電量算出は所定間隔(例:1分)で実行されている。なお、トナー帯電量Q/Mの算出処理は、画像形成中はもちろん、画像形成していないときでも所定間隔で実行されるものとする。S21〜S23はそれぞれパッチ検ATRを実行するステップである。パッチ検ATRは、前述のように所定枚数(例:24枚)ごとの紙間(非画像形成領域)で実行される。S11〜S18とS21〜S23とはそれぞれ独立に実行させる。
<Toner replacement>
As shown in FIG. 11, the toner charge amount Q / M and the image density detected by the patch detection ATR are used as the toner replacement sequence. Each step of S11 to S18 includes S1 to S8 described above. Therefore, the toner charge amount calculation of S11 to S18 is executed at a predetermined interval (eg, 1 minute). It should be noted that the toner charge amount Q / M calculation process is executed at predetermined intervals not only during image formation but also during image formation. S21 to S23 are steps for executing the patch detection ATR. As described above, the patch detection ATR is executed between sheets (non-image forming areas) every predetermined number of sheets (for example, 24 sheets). S11 to S18 and S21 to S23 are executed independently.
S31で、制御部110は、トナー入れ替えシーケンスに使用される現像設定を決定する。S31の実行タイミングは、制御部110が、画像比率の低い画像が連続して形成されたことを検出したときである。制御部110が、閾値よりも低い画像比率の画像が連続して所定枚数にわたり形成されたかどうかを監視している。本実施例では、例えば、画像比率が2%以下の画像が50枚続いたことを検出すると、S31を実行する。S31では、その直前に求まったパッチ検ATRの画像濃度Mとトナー帯電量Q/Mとが使用される。図11の例では、トナー帯電量Q/MはS15から取得され値が使用され、パッチ検ATRの画像濃度MはS22で画像濃度センサ12により取得された値が使用される。制御部110は、式15により現像効率を算出する。なお、式15は、の画像濃度Mとトナー帯電量Q/Mとにより次のように表現できる。
現像効率 = Q/M × M / (初期のQ/M × 初期のM) × 100% ・・・(式16)
なお、パッチ検ATRの画像濃度Mはパッチ質量(載り量)に換算されるものとする。画像濃度と質量には、ある程度の比例関係があることが知られているため、本実施例では、パッチ検ATRの画像濃度をMに見立てている。パッチ検ATRの画像濃度とパッチ質量との関係を定義ないしは登録した関係式またはテーブルを予め用意しておいて換算してもよい。初期のQ/Mと初期のパッチ検ATRの画像濃度Mは、新規の現像剤をトナー容器に投入したときに、制御部110によって算出され、RAM112に保持される。新規の現像剤の投入は、トナー容器の交換によって実現されてもよい。
In S31, the
Development efficiency = Q / M × M / (initial Q / M × initial M) × 100% (Equation 16)
Note that the image density M of the patch detection ATR is converted into patch mass (mounting amount). Since it is known that the image density and the mass have a certain proportional relationship, in this embodiment, the image density of the patch detection ATR is assumed to be M. A relational expression or table defining or registering the relation between the image density of the patch detection ATR and the patch mass may be prepared and converted in advance. The initial Q / M and the image density M of the initial patch detection ATR are calculated by the
次に、制御部110は、算出した現像効率と図12(a)に示した関係を用いて、現像効率が低下した分に相当するトナーの入れ替え量を決定する。第1実施例では、トナーの入れ替え量の制御は、現像スリーブ41の回転スピードを制御することで実現する。よって、制御部110は、画像の濃度とトナーの帯電量とによって定義される現像剤の量だけ現像剤を入れ替えるよう入替手段を制御する入替制御手段として機能する。現像スリーブ41と、感光ドラム1は、当接位置において、それぞれ下方向に回転駆動している。図12(a)には、当接位置での感光ドラム1の線速度を100%としたときの、現像スリーブ41の回転スピードを示している。制御部110は、現像効率と回転スピードとの関係を関係式またはテーブル化して保持しているものとする。
Next, the
例えば、現像効率が90%であった場合、現像スリーブ41の回転スピードは145%と算出される。制御部110のCPU111は、現像スリーブ駆動装置44を制御して、トナー入れ替えシーケンス時の現像スリーブ41の回転スピードを145%に設定する。CPU111は、画像形成時の現像スリーブ41の回転スピードは140%に設定する。このように、トナー入れ替えシーケンス時のみ現像スリーブ41の回転スピードは、画像形成時の現像スリーブ41の回転スピードよりも速い。これは、短時間で多くの劣化トナーを廃棄するためである。
For example, when the development efficiency is 90%, the rotation speed of the development sleeve 41 is calculated as 145%. The
本実施例でのトナー入れ替えシーケンスでは、露光装置3の半導体レーザーを駆動し、A4サイズの全面を露光する。その露光により、感光ドラム1上にA4サイズの静電潜像が形成され、現像装置4の現像により感光ドラム1上に劣化トナーによる入れ替え画像が形成される。そのときの現像スリーブ41の回転スピードは上述のように制御する。その画像が中間転写ベルト6上に転写されないようにするために、制御部110は、一次転写ローラ7に通常とは逆の負極性の直流電圧を印加する。感光ドラム1上に残った画像はクリーニング装置8によってクリーニングされる。このように、露光装置3、現像装置4、感光ドラム1およびクリーニング装置8などは、第2の容器から現像剤を第2の容器の外部へと廃棄する入替手段の一部として機能している。つまり、これらは現像スリーブを回転させて像担持体に現像剤を付着させることで現像剤を第2の容器の外部へと廃棄する手段として機能する。
In the toner replacement sequence in this embodiment, the semiconductor laser of the
図12(b)が示すように、本実施例に係るトナー入れ替えシーケンス(145%)を実行すると、本実施例を適用しない比較例(140%)よりも画像濃度が安定することがわかる。この実験結果は、A4サイズで、画像比率1%の画像を連続5000枚通紙した際の濃度推移を示している。トナー入れ替えシーケンスは50枚ごとに行っている。 As shown in FIG. 12B, it can be seen that when the toner replacement sequence (145%) according to this embodiment is executed, the image density is more stable than the comparative example (140%) where this embodiment is not applied. This experimental result shows a change in density when an image of A4 size and an image ratio of 1% is continuously fed through 5000 sheets. The toner replacement sequence is performed every 50 sheets.
実施例1によれば、制御部110は、それぞれ異なる現像効率に対する現像スリーブの回転スピードを登録したテーブルを備え、テーブルを用いて現像効率に対応した回転スピードを決定する。さらに、制御部110は、決定した回転スピードで現像スリーブを回転させる。これにより、現像効率の低下に応じた適切な量だけトナーを入れ替えることが可能となる。現像効率に応じてトナーの排出量が適正となるため、トナーの強制排出に伴う過剰なトナー消費を抑制することが可能となる。また、劣化した現像剤を入れ替えることにより、画像濃度の変動を抑制することができる。とりわけ、現像剤の入れ替えを実行する際に使用される現像スリーブの回転スピードを、記録媒体に画像を形成する際に使用される現像スリーブの回転スピードよりも速くすることで、トナーの排出量を簡単に増加させることができる。
According to the first embodiment, the
<第2実施例>
第1実施例は、現像効率に応じて現像スリーブ41の回転スピードを変えることで、現像効率に対応した量だけ現像剤を入れ替える発明であった。第2実施例では、吐き出し面積を増加させることで、現像効率に対応した量だけ現像剤を入れ替える発明である。なお、吐き出し面積とは、像担持体上に形成する潜像の面積(廃棄すべき現像剤の付着面積)のことである。なお、潜像のサイズは、CPU111からの命令に従ってパターンジェネレータ192が変更する。露光装置3は、パターンジェネレータ192から出力されたデータにしたがって潜像を感光ドラム1に形成する。
<Second embodiment>
The first embodiment is an invention in which the developer is replaced by an amount corresponding to the developing efficiency by changing the rotation speed of the developing sleeve 41 according to the developing efficiency. In the second embodiment, the developer is replaced by an amount corresponding to the development efficiency by increasing the discharge area. The discharge area is the area of the latent image formed on the image carrier (the area where the developer is to be discarded). Note that the size of the latent image is changed by the
図13(a)が示すような現像効率と吐き出し面積との関係を示す関係式またはテーブルを工場出荷時などにおいて予め作成してROM113に格納しておく。CPU111は、第1実施例で説明した方法により決定した現像効率を、上記の関係式またはテーブルに適用することで、吐き出し面積を決定する。
A relational expression or table showing the relationship between the development efficiency and the discharge area as shown in FIG. 13A is created in advance at the time of factory shipment and stored in the
図13(b)に示した、第2実施例を適用したときの画像形成枚数に対する反射濃度と、第2実施例を適用しない比較例との実験結果を参照すると、第2実施例の優位性を理解できよう。なお、実験では、A4サイズで画像比率1%の画像を連続5000枚通紙した。また、トナー入れ替えシーケンスは50枚ごとに実行した。 Referring to the experimental results of the reflection density with respect to the number of formed images when the second embodiment is applied and the comparative example in which the second embodiment is not applied, shown in FIG. 13B, the superiority of the second embodiment Can understand. In the experiment, 5000 sheets of A4 size images with an image ratio of 1% were continuously fed. The toner replacement sequence was executed every 50 sheets.
このように実施例2によれば、制御部110は、それぞれ異なる現像効率に対する像担持体における現像剤の付着面積を登録したテーブルを備えている。そして、制御部110は、このテーブルを用いて現像効率に対応した付着面積を決定し、決定した付着面積となるように像担持体を露光するよう露光装置3を制御する。これにより、第2実施例でも第1実施例と同様の効果を達成している。なお、第1実施例と第2実施例とを組み合わせてもよい。つまり、制御部110は、所望の効果の何割かを現像スリーブ41の回転スピードを増速することで実現し、残りの効果を吐き出し面積を増加させることで実現することができる。また、潜像サイズの代わりに、または、潜像サイズとともに画像濃度を増加させることでも廃棄すべきトナーの吐き出し量を調整できる。
As described above, according to the second embodiment, the
<第3実施例>
第3実施例は、バイアス電源47が現像スリーブ41に印加する現像バイアスの交流成分を増加させることで、現像効率に対応した量だけ現像剤を入れ替える発明である。ここでは、現像バイアスの交流成分の振幅をVppと呼ぶことにする。
<Third embodiment>
The third embodiment is an invention in which the developer is replaced by an amount corresponding to the developing efficiency by increasing the AC component of the developing bias applied to the developing sleeve 41 by the
図14(a)が示すような現像効率とVppとの関係を示す関係式またはテーブルを工場出荷時などにおいて予め作成してROM113に格納しておく。CPU111は、第1実施例で説明した方法により決定した現像効率を上記の関係式またはテーブルに適用することでVppを決定し、バイアス印加手段としてのバイアス電源47にVppを設定する。
A relational expression or table showing the relationship between the development efficiency and Vpp as shown in FIG. 14A is created in advance at the time of factory shipment and stored in the
図14(b)に示した、第3実施例を適用したときの画像形成枚数に対する反射濃度と、第3実施例を適用しない比較例との実験結果を参照すると、第3実施例の優位性を理解できよう。なお、実験では、A4サイズで画像比率1%の画像を連続5000枚通紙した。また、トナー入れ替えシーケンスは50枚ごとに実行した。 Referring to the experimental results of the reflection density with respect to the number of formed images when the third embodiment is applied and the comparative example not applying the third embodiment shown in FIG. 14B, the superiority of the third embodiment Can understand. In the experiment, 5000 sheets of A4 size images with an image ratio of 1% were continuously fed. The toner replacement sequence was executed every 50 sheets.
第3実施例によれば、制御部110は、それぞれ異なる現像効率に対する現像スリーブの現像バイアスの値を登録したテーブルを備え、このテーブルを用いて現像効率に対応した値の現像バイアスを現像スリーブに印加するようバイアス電源47を制御する。これにより、第3実施例も第1実施例や第2実施例と同様の効果を奏している。なお、第3実施例と第1実施例とを組み合わせてもよいし、第3実施例と第2実施例とを組み合わせてもよいし、第1実施例ないし第3実施例のすべてを組み合わせてもよい。制御部110は、所望の効果の何割かを現像スリーブ41の回転スピードを増速することで実現し、残りの効果をVppの増加によって実現することができる。第2実施例と第3実施例の組み合わせや第1実施例ないし第3実施例の組み合わせも同様にして達成できる。
According to the third embodiment, the
上記の実施例では、劣化した現像剤を廃棄するために現像プロセスを利用していたが、他の廃棄メカニズムを採用してもよい。例えば、現像剤を格納している第2の容器から第3の容器へと機械的に廃棄してもよい。すなわち、第2の容器と第3の容器とを廃棄パイプ等によって連結し、廃棄パイプの両端のうち第2の容器と接続している端に開閉式のシャッターを設ける。制御部110は、このシャッターの開閉量を現像効率に応じて制御する。なお、上述したスクリュー等を利用して、第2の容器から第3の容器へと劣化した現像剤を排出してもよい。
In the above embodiment, the development process is used to discard the deteriorated developer, but other disposal mechanisms may be adopted. For example, the second container storing the developer may be mechanically discarded from the third container. That is, the second container and the third container are connected by a waste pipe or the like, and an openable / closable shutter is provided at an end of the waste pipe connected to the second container. The
なお、上記の実施例では、劣化した現像剤の廃棄量の制御を中心に説明したが、新規現像剤の補充量も同様に制御される。これは、基本的に「廃棄量=補充量」の関係が成り立つからである。よって、CPU111は、決定した廃棄量に一致する補充量だけ新規の現像剤を補充するよう、モータ駆動回路を介してモータ31の回転を制御する。これにより、トナー搬送スクリュー32による現像剤の供給量が制御される。
In the above-described embodiment, the description has been made centering on the control of the discarded amount of the deteriorated developer, but the replenishment amount of the new developer is similarly controlled. This is because the relationship of “disposal amount = replenishment amount” basically holds. Therefore, the
Claims (6)
前記第1の容器から供給された現像剤を収納する第2の容器と、
前記第2の容器に収容されている現像剤を帯電させる帯電手段と、
像担持体に形成された静電潜像に対して前記帯電手段により帯電した現像剤を付着させて現像する現像手段と
を備えた画像形成装置であって、
前記第2の容器から現像剤を該第2の容器の外部へと廃棄しつつ、該現像剤の廃棄量に対応した補充量で前記第1の容器から該第2の容器へと現像剤を補充することで該第2の容器の現像剤を入れ替える入替手段と、
前記像担持体に形成された画像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、
前記第2の容器におけるトナーの帯電量を検知または推定する帯電量検知手段と、
前記画像の濃度と前記トナーの帯電量とによって定義される前記現像剤の現像効率に対応した量だけ前記現像剤を入れ替えるよう前記入替手段を制御する入替制御手段と
を備えること特徴とする画像形成装置。 A first container containing a developer including toner and carrier;
A second container for storing the developer supplied from the first container;
Charging means for charging the developer contained in the second container;
An image forming apparatus comprising: a developing unit that develops by attaching a developer charged by the charging unit to an electrostatic latent image formed on an image carrier;
While discarding the developer from the second container to the outside of the second container, the developer is replenished from the first container to the second container with a replenishment amount corresponding to the amount of the developer discarded. Replacement means for replacing the developer in the second container by replenishment;
Image density detecting means for detecting the density of the image formed on the image carrier;
Charge amount detection means for detecting or estimating the charge amount of the toner in the second container;
An image forming apparatus comprising: a replacement control unit configured to control the replacement unit so as to replace the developer by an amount corresponding to the developing efficiency of the developer defined by the density of the image and the charge amount of the toner. apparatus.
前記入替手段は、前記現像スリーブを回転させて前記像担持体に現像剤を付着させることで、該現像剤を前記第2の容器の外部へと廃棄する手段を備え、
前記入替制御手段は、それぞれ異なる現像効率に対する前記現像スリーブの回転スピードを登録したテーブルを備え、該テーブルを用いて前記現像効率に対応した回転スピードを決定し、該決定した回転スピードで前記現像スリーブを回転させる
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 The developing means includes a developing sleeve,
The replacement means includes means for rotating the developing sleeve to cause the developer to adhere to the image carrier, thereby discarding the developer to the outside of the second container,
The replacement control means includes a table in which rotation speeds of the developing sleeves corresponding to different developing efficiencies are registered, and determines a rotating speed corresponding to the developing efficiency using the table, and the developing sleeves at the determined rotating speed. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the image forming apparatus is rotated.
前記入替制御手段は、それぞれ異なる現像効率に対する前記像担持体における現像剤の付着面積を登録したテーブルを備え、前記テーブルを用いて前記現像効率に対応した付着面積を決定し、該決定した付着面積となるように前記像担持体を露光するよう露光手段を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 The replacement means includes means for causing the developer to adhere to the image carrier and thereby discarding the developer to the outside of the second container,
The replacement control means includes a table in which the adhesion area of the developer on the image carrier for different development efficiencies is registered, determines an adhesion area corresponding to the development efficiency using the table, and determines the determined adhesion area The image forming apparatus according to claim 1, wherein an exposure unit is controlled so as to expose the image bearing member.
前記入替手段は、前記現像スリーブを回転させて前記像担持体に現像剤を付着させることで、該現像剤を前記第2の容器の外部へと廃棄する手段を備え、
前記入替制御手段は、それぞれ異なる現像効率に対する前記現像スリーブの現像バイアスの値を登録したテーブルと、
前記テーブルを用いて前記現像効率に対応した値の現像バイアスを前記現像スリーブに印加するバイアス印加手段と
を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 The developing means includes a developing sleeve,
The replacement means includes means for rotating the developing sleeve to cause the developer to adhere to the image carrier, thereby discarding the developer to the outside of the second container,
The replacement control means includes a table in which values of developing bias of the developing sleeve for different developing efficiencies are registered;
The image forming apparatus according to claim 1, further comprising: a bias applying unit configured to apply a developing bias having a value corresponding to the developing efficiency to the developing sleeve using the table.
前記第1の容器から供給された現像剤を収納する第2の容器と、
前記第2の容器に収容されている現像剤を帯電させる帯電手段と、
像担持体に形成された静電潜像に対して前記帯電手段により帯電した現像剤を付着させて現像する現像手段と
を備えた画像形成装置の制御方法であって、
前記像担持体に形成された画像の濃度を検知する画像濃度検知工程と、
前記第2の容器におけるトナーの帯電量を検知または推定する帯電量検知工程と、
前記画像の濃度と前記トナーの帯電量とによって定義される前記現像剤の現像効率に対応した量だけ、前記第2の容器から現像剤を該第2の容器の外部へと廃棄しつつ、前記第1の容器から該第2の容器へと現像剤を補充することで該第2の容器の現像剤を入れ替える入替工程と
を備えること特徴とする制御方法。 A first container containing a developer including toner and carrier;
A second container for storing the developer supplied from the first container;
Charging means for charging the developer contained in the second container;
A control method for an image forming apparatus, comprising: a developing unit that attaches and develops a developer charged by the charging unit to an electrostatic latent image formed on an image carrier,
An image density detection step for detecting the density of the image formed on the image carrier;
A charge amount detection step of detecting or estimating a charge amount of toner in the second container;
While discarding the developer from the second container to the outside of the second container by an amount corresponding to the developing efficiency of the developer defined by the density of the image and the charge amount of the toner, And a replacement step of replacing the developer in the second container by replenishing the developer from the first container to the second container.
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